专题6 第3单元 第2课时 化学电源-【新课程学案】2025-2026学年高中化学必修第二册教师用书word（苏教版）

本讲义聚焦化学电源与电解池核心知识点，先系统梳理化学电源分类（一次、二次、燃料电池）及常见电池（锌锰干电池、铅蓄电池等）的电极材料、反应原理，再通过思维建模构建电极反应书写方法，进而过渡到电解池概念及电解水、饱和食盐水、金属制备等应用，形成完整电化学知识学习支架。 该资料以“微思考”“思维建模”引导学生基于事实推理电极反应（科学思维），结合氢氧燃料电池、新型微生物电池等典例及多维训练（科学探究与实践），强化物质转化与能量变化的化学观念。课中助力教师高效授课，课后学生可通过题点训练巩固知识，查漏补缺。

第2课时　化学电源 新知探究(一)——常见的化学电源 1.分类 一次电池 用过之后不能复原,如锌锰干电池、银锌纽扣电池等 二次电池 充电后能继续使用,如铅蓄电池、镍氢电池、锂离子电池等 燃料电池 燃料不贮存在电池内部,可持续使用,能量利用率高,如氢氧燃料电池、甲醇⁃空气燃料电池 [微思考]　燃料电池工作时,燃料燃烧吗? 提示:不燃烧,燃料与氧化剂分别在两个电极上发生氧化还原反应,将化学能直接转化为电能。 2.常见的化学电源 (1)锌锰干电池 负极材料:锌;电极反应:Zn-2e-===Zn2+; 正极材料:石墨; 电池反应:Zn+2NH4Cl+2MnO2===Zn(NH3)2Cl2+2MnO(OH)。 (2)银锌纽扣电池 负极材料:锌;电极反应:Zn-2e-+2OH-===Zn(OH)2; 正极材料:氧化银;电极反应:Ag2O+H2O+2e-===2Ag+2OH-; 电池反应: Zn+Ag2O+H2OZn(OH)2+2Ag。 (3)铅蓄电池 负极材料:Pb;电极反应:Pb+S-2e-===PbSO4; 正极材料:PbO2;电极反应:PbO2+4H++S+2e-===PbSO4+2H2O; 电解质溶液:硫酸; 电池反应:Pb+PbO2+2H2SO42PbSO4+2H2O。 (4)镍氢电池 负极材料:贮氢合金; 正极材料:泡沫氧化镍; 电解质溶液:KOH; 电池反应:NiO(OH)+MHNiO+M+H2O。 (5)氢氧燃料电池 负极材料:氢气;电极反应:2H2+4OH--4e-===4H2O; 正极材料:氧气;电极反应:O2+2H2O+4e-===4OH-; 电解质溶液:KOH; 电池反应:2H2+O2===2H2O。 (6)甲醇⁃空气燃料电池 负极材料:甲醇;电极反应:CH3OH-6e-+8OH-===C+6H2O; 正极材料:氧气;电极反应:O2+2H2O+4e-===4OH-; 电解质溶液:KOH; 电池反应:2CH3OH+3O2+4OH-===2C+6H2O。 　　[典例]　宇宙飞船上通常使用的是氢氧燃料电池。氢氧燃料电池有酸式(当电解质溶液为H2SO4溶液时)和碱式(当电解质溶液为NaOH溶液或KOH溶液时)两种。如图所示的装置可形成氢氧燃料电池。试回答下列问题: (1)酸式电池的电极反应: 负极: 　, 正极: 　; 电池总反应: 　; 电解质溶液的pH　　　　　(填“变大”“变小”或“不变”,下同)。  (2)碱式电池的电极反应: 负极: 　, 正极: 　; 电池总反应: 　; 电解质溶液的pH　　　　　。  [解析]　燃料电池所用的介质不同,相应的电极反应就不同;但无论怎样书写,两电极反应相叠加始终等于燃料的燃烧反应。(1)正极上,O2得电子变为O2-,溶液中O2-不能单独存在,酸性条件下与H+结合生成H2O;负极上,H2失电子变为H+,H+进入电解质溶液。电池总反应为H2在O2中的燃烧反应,由于有水生成,溶液将逐渐变稀,故pH增大。(2)正极上,O2得电子变为O2-,溶液中O2-不能单独存在,碱性条件下与H2O分子结合生成OH-;负极上,H2失去电子变为H+,碱性条件下H+不能大量存在,与OH-结合生成水。电池总反应也是H2在O2中的燃烧反应,由于有水生成,c(OH-)变小,pH变小。 [答案]　(1)2H2-4e-===4H+ 　O2+4e-+4H+===2H2O　2H2+O2===2H2O　变大 (2)2H2-4e-+4OH-===4H2O　O2+4e-+2H2O===4OH-　2H2+O2===2H2O　变小 |思维建模|根据电池总反应书写电极反应式的基本思路 步骤一:写出电池总反应式,标出电子转移的方向和数目(ne-)。 步骤二:找出正、负极。 失电子的电极为负极;得电子的物质为正极。 步骤三:写电极反应式。 负极反应:还原剂-ne-===氧化产物 正极反应:氧化剂+ne-===还原产物 充分考虑氧化产物和还原产物的存在形式,分析电解质中的其他离子,是否参与反应。如铅蓄电池中的S参与电极反应,氢氧燃料电池中的H+或OH-参与电极反应。 步骤四:检验电极反应式是否正确。根据得失电子守恒,把两电极反应式相加,与总反应式对照验证。 [题点多维训练] 1.(2024·北京卷)酸性锌锰干电池的构造示意图如图。关于该电池及其工作原理,下列说法正确的是 (　　) A.石墨作电池的负极材料 B.电池工作时,N向负极方向移动 C.MnO2发生氧化反应 D.锌筒发生的电极反应为Zn-2e-===Zn2+ 解析:选D　酸性锌锰干电池,锌筒为负极,石墨电极为正极,故A错误;原电池工作时,阳离子向正极(石墨电极)方向移动,故B错误;MnO2发生得电子的还原反应,故C错误;锌筒为负极,负极发生失电子的氧化反应Zn-2e-===Zn2+,故D正确。 2.汽车的启动电源常用铅蓄电池。其结构如图所示,放电时其电池反应如下:PbO2+Pb+2H2SO4===2PbSO4+2H2O。根据此反应判断,下列叙述中不正确的是 (　　) A.Pb作为负极,失去电子,被氧化 B.PbO2得电子,被还原 C.负极反应式为Pb+S-2e-===PbSO4 D.电池放电时,溶液酸性增强 解析:选D　原电池中负极失去电子,发生氧化反应,根据电池放电时的反应:PbO2+Pb+2H2SO4===2PbSO4+2H2O可知,负极Pb失去电子,即Pb为负极,PbO2为正极,故A正确;PbO2在放电过程中化合价降低,得到电子被还原,故B正确;原电池中,Pb在反应中失去电子生成PbSO4,为负极,电极反应式为Pb+S-2e-===PbSO4,故C正确;由于原电池放电的过程中消耗硫酸,电解质溶液中氢离子浓度逐渐减小,所以溶液的酸性减弱,故D错误。 3.氢氧燃料电池的基本构造如图。A、B由多孔石墨制成,通入的气体从孔隙中逸出,在电 极表面得失电子。电解质溶液是KOH溶液。下列关于该电池的说法错误的是 (　　) A.H2发生氧化反应 B.e-由B电极流向A电极 C.A电极为负极 D.1 mol O2得到4 mol e- 解析:选B　氢氧燃料电池工作时,通入氢气的一极为电池的负极,发生氧化反应,故A正确;电子由负极(A电极)经外电路流向正极(B电极),故B错误;通入氢气的一极为电池的负极,即A电极为负极,故C正确;正极反应为O2+4e-+2H2O===4OH-,1 mol O2得到4 mol e-,故D正确。 4.锂电池是一代新型高能电池,它以质量轻、能量高而受到普遍重视,目前已成功研制多种锂电池。某种锂电池的总反应为Li+MnO2===LiMnO2,下列说法正确的是 (　　) A.Li是正极,电极反应为Li-e-===Li+ B.Li是负极,电极反应为Li-e-===Li+ C.MnO2是负极,电极反应为MnO2+e-===Mn D.Li是负极,电极反应为Li-2e-===Li2+ 解析:选B　根据原电池的反应原理,负极发生氧化反应,正极发生还原反应,再结合总反应可知,Li失去电子生成Li+被氧化,为负极;MnO2得到电子被还原,为正极。 5.有人设计以铂和锌为电极材料,植入人体做某种心脏病患者的心脏起搏器的能源,它依靠人体血液中一定浓度的O2和H2O进行工作。请讨论解答: (1)负极材料是　　　　　,电极反应为 　。  (2)正极材料是　　　　　,电极反应为 　。  解析:以铂和锌为电极材料,植入人体做某种心脏病人的心脏起搏器的能源,正极是铂,负极是锌,电解质溶液是人体血液。工作时,负极锌被氧化,血液中的O2得到电子被还原。正极的反应为O2+2H2O+4e-===4OH-;负极的反应为2Zn-4e-===2Zn2+。 答案:(1)锌　2Zn-4e-===2Zn2+　(2)铂　O2+2H2O+4e-===4OH- 命题热点——新型化学电源的原理分析 [典例]　新型微生物电池可应用于酸性有机废水(含C6H6O)的处理,其放电时的工作原理如图所示。下列说法正确的是 (　　) A.该电池能够在高温下工作 B.该电池工作时,氢离子从N极移向M极 C.N极的电极反应式为O2+4e-+4H+===2H2O D.N极消耗22.4 L O2时,M极产生的CO2为1 mol [解析]　由图可知,M极C6H6O→CO2碳化合价升高,发生氧化反应,为负极,N极为正极。微生物为蛋白质,蛋白质在高温下失活,A项错误;N极为正极,M极为负极,原电池中,阳离子向正极移动,则氢离子从M极移向N极,B项错误;N电极上,O2转化为H2O,电极反应式为O2+4e-+4H+===2H2O,C项正确;没有指明气体所处的温度和压强,无法计算其物质的量,D项错误。 [答案]　C |思维建模|新型化学电源原理分析思路 　 [题点多维训练] 1.火星大气中含有大量CO2,一种有CO2参加反应的新型全固态电池有望为火星探测器供电。该电池以金属钠为负极,碳纳米管为正极,放电时 (　　) A.负极上发生还原反应 B.CO2在正极上得电子 C.阳离子由正极移向负极 D.将电能转化为化学能 解析:选B　金属钠为负极,负极上发生失电子的氧化反应,A错误;碳纳米管为正极,CO2在正极上得电子,发生还原反应,B正确;放电时,阳离子由负极移向正极,C错误;原电池是将化学能转化为电能的装置,D错误。 2.科学家研制出一种新型细菌燃料电池,利用细菌将有机酸转化为氢气,氢气进入以磷酸为电解质的燃料电池中发电,电池负极反应式为 (　　) A.H2+2OH-+2e-===2H2O B.O2+4H++4e-===2H2O C.H2-2e-===2H+ D.O2+2H2O+4e-===4OH- 解析:选C　根据题给信息,该燃料电池的总反应为2H2+O2===2H2O,燃料电池中负极通入氢气,氢气失电子生成氢离子,故C正确。 3.如图所示的原电池能处理酸性海水,同时能达成“碳中和”的目的。下列说法正确的是 (　　) A.电池总反应为2Na+2H+===2Na++H2↑ B.有机电解质可换成NaOH溶液 C.CO2在正极发生还原反应 D.当电路中转移1 mol e-时,理论上吸收44 g CO2 解析:选D　由题意得,负极:Na-e-===Na+;正极:2CO2+2H2O+2e-===H2+2HC。根据分析可知,电池总反应为2Na+2CO2+2H2O===H2+2HC+2Na+,A项错误;Na的性质较活泼,能与水反应,不能将有机电解质换成NaOH溶液,B项错误;CO2中碳、氧元素的化合价均没有发生改变,H2O在正极发生还原反应,C项错误;根据正极的电极反应式可知,当电路中转移1 mol e-时,理论上吸收1 mol CO2,即44 g CO2,D项正确。 新知探究(二)——电解池 1.概念:将电能转化为化学能的装置。 2.电解在物质制备中的应用 (1)电解水制得氢气和氧气 按下开关S1,接通电源,电解池工作,发生的反应为2H2O2H2↑+O2↑。 断开开关S1,按下开关S2,形成原电池,发光二极管发光。 (2)电解饱和食盐水制备烧碱、氯气和氢气 化学方程式为2NaCl+2H2O2NaOH+H2↑+Cl2↑。 (3)电解制备金属 ①电解熔融的氧化铝制备铝 阴极:Al3++3e-===Al 阳极:2O2--4e-===O2↑ 总反应:2Al2O34Al+3O2↑ ②电解制备其他金属 电解熔融的氯化钠、氯化镁、氯化钙,分别得到钠、镁、钙的单质和氯气。 [微点拨]　电解是在通电的条件下强制化学反应进行,此类反应属于氧化还原反应,但不属于自发进行的氧化还原反应。 [题点多维训练] 1.判断正误(正确的打“√”,错误的打“×”)。 (1)通常条件下无法进行的反应,可以使用电解的方法。 (√) (2)铅蓄电池充电时,是把电能转变为化学能,原理与电解相同。 (√) (3)电解熔融的氧化铝时,在阳极得到金属铝。 (×) (4)电解氯化钙溶液可以得到金属钙。 (×) 2.电解池是将　　能转化为　　　能的装置 (　　)  A.化学　化学　　　　　 B.电　电 C.化学　电 D.电　化学 解析:选D　电解池是非自发进行的氧化还原反应,要外加电源,是将电能转化为化学能的装置,D正确。 3.下列金属中,通常用电解法冶炼的是 (　　) A.Na　　　B.Fe C.Hg　　　D.Ag 解析:选A　冶炼活泼金属K、Ca、Na、Mg、Al,一般用电解熔融的氯化物(Al是电解熔融的Al2O3)制得;冶炼较不活泼的金属Zn、Fe、Sn、Pb、Cu,一般用热还原法,常用还原剂有(C、CO、H2等);冶炼不活泼的金属Hg、Ag用加热分解氧化物的方法制得,据此分析解答:Na的性质很活泼,用电解熔融的氯化物的方法冶炼,故A符合题意;Fe用热还原法冶炼,故B不符合题意;Hg用热分解法冶炼,故C不符合题意;Ag用热分解法冶炼,故D不符合题意。 4.电解饱和食盐水得不到 (　　) A.钠　　B.氯气　　C.氢气　　D.氢氧化钠 解析:选A　总反应方程式为2NaCl+2H2O2NaOH+Cl2↑+H2↑。所以电解过程中生成氯气、氢气、氢氧化钠。 学科网（北京）股份有限公司 $