第6章 第1节 第3课时 化学电池-【新课程学案】2025-2026学年高中化学必修第二册教师用书word（人教版 单选版）

第3课时　化学电池 新知探究(一)——一次电池与二次电池 1.一次电池 (1)特点:电池放电之后不能充电(内部的氧化还原反应无法逆向进行),如锌锰干电池属于一次电池。 (2)锌锰干电池的构造如图所示。 ①锌筒作负极,电极反应是Zn-2e-===Zn2+。 ②石墨棒作正极,最终被还原的物质是MnO2。 ③NH4Cl糊的作用是作电解质溶液。 ④特点:放电后不能充电,便于携带,价格低。 2.二次电池(充电电池) (1)特点:二次电池在放电时所进行的氧化还原反应,在充电时可以逆向进行,使电池恢复到放电前的状态,从而实现放电与充电的循环。 (2)能量转化:化学能电能。 (3)常见的充电电池:铅酸蓄电池、镍氢电池、锂离子电池等。 　　[微点拨]　铅酸蓄电池的电极反应 负极:Pb+S-2e-===PbSO4, 正极:PbO2+4H++S+2e-===PbSO4+2H2O, 总的电池反应:Pb+PbO2+2H2SO4===2PbSO4+2H2O。 应用化学 　　随着科学的发展,形形色色的电池进入我们的生活,有一种“纸电池”工作原理如图所示。 1.若电解液为稀硫酸,则正、负极电极反应式如何书写? 提示:负极:Fe-2e-===Fe2+; 正极:2H++2e-===H2↑。 2.若电解液为稀硫酸,溶液中离子移动方向如何? 提示:H+向铜电极移动,S向铁电极移动。 [题点多维训练] 1.(2025·大连沙河口区期中检测)有关下列四个常用电化学装置的叙述中,正确的是 (　　) A.图Ⅰ所示电池中,电子从锌筒出发沿导线经电解质溶液流向石墨电极 B.图Ⅱ所示电池中,MnO2的作用是作氧化剂 C.图Ⅲ所示装置工作过程中,负极的质量逐渐减小 D.图Ⅳ所示电池中,Zn是还原剂,在电池工作过程中被还原 解析:选B　电子不能进入溶液,图Ⅰ所示电池中,电子由锌极流出经导线流向石墨电极,故A错误;图Ⅱ所示电池中,MnO2得电子生成MnOOH和OH-,所以作氧化剂,故B正确;图Ⅲ所示装置工作过程中,负极发生反应Pb-2e-+S===PbSO4,质量逐渐增大,故C错误;图Ⅳ所示电池中,Zn是还原剂,在电池工作过程中被氧化,故D错误。 2.(2025·蚌埠月考)汽车的启动电源常用铅酸蓄电池。其结构如图所示,放电时的电池反应为PbO2+Pb+2H2SO4===2PbSO4+2H2O。根据此反应判断下列说法正确的是 (　　) A.PbO2是电池的负极 B.Pb是电池的负极 C.PbO2得电子,被氧化 D.电池放电时,溶液的酸性增强 解析:选B　由放电时电池反应可知,PbO2在放电时得到电子被还原,为电池的正极,A、C错误;根据放电反应可知,Pb失去电子被氧化,为电池的负极,B正确;由于电池放电过程中消耗了硫酸,溶液中氢离子浓度逐渐减小,溶液的酸性减弱,D错误。 3.铝⁃空气⁃海水电池的示意图如图所示。电池反应为4Al+3O2+6H2O===4Al(OH)3,电池工作时,下列说法不正确的是 (　　) A.金属铝发生氧化反应 B.电流从石墨电极经导线流向铝电极 C.海水作为电解质溶液 D.O2在金属铝电极处得到电子 解析:选D　根据电池反应可知,金属铝作负极,发生氧化反应,A项正确;石墨为正极,则电池工作时,电流从石墨电极经导线流向铝电极,B项正确;根据题图可知,海水可作为该电池的电解质溶液,C项正确;O2在正极被还原,即O2在石墨处得到电子,D项错误。 4.微型电池受到广泛应用。一种电池的电解质溶液为KOH溶液,总反应为Zn+Ag2O===ZnO+2Ag。请回答: (1)该电池的电极材料:正极　　　　,负极　　　　　　　。  (2)写出电极反应式:正极　　　　　　　　　　,负极　　　　　　　　　　　　。  (3)溶液中的K+向　　　　(填“正”或“负”)极迁移。  答案:(1)Ag2O　Zn (2)Ag2O+H2O+2e-===2Ag+2OH- Zn-2e-+2OH-===ZnO+H2O　(3)正 新知探究(二)——燃料电池简介 1.燃料电池 概念 一种将燃料(如氢气、甲烷、乙醇)和氧化剂(如氧气)的化学能直接转化为电能的电化学反应装置 特点 ①清洁、安全、高效等; ②能量转化率较高; ③反应物不是储存在电池内部,而是从外部提供,供电量易于调节 应用 在航天、军事和交通等领域有广阔的应用前景 2.氢氧燃料电池的反应原理 氢氧燃料电池在不同介质中的总反应相同,均为2H2+O2===2H2O。但正、负极反应与电解质溶液有关,正、负极反应如下: 电解质溶液 负极 正极 酸性(H+) H2-2e-===2H+ O2+4H++4e-===2H2O 碱性(OH-) H2-2e-+2OH-===2H2O O2+2H2O+4e-===4OH- 应用化学 　　笼形包合物,又称天然气水合物、可燃冰,分布于深海沉积物或陆域的永久冻土中,是由天然气与水在高压低温条件下形成的类冰状的结晶物质。因其外观像冰一样而且遇火即可燃烧,所以又被称作“可燃冰”。天然气的主要成分甲烷和空气可以设计成燃料电池。 1.甲烷燃料电池中正、负极反应物分别是什么? 提示:负极上反应物为甲烷,正极上反应物为氧气或者空气。 2.写出以稀硫酸为电解质溶液,以铂为电极,正、负极电极反应式如何书写? 提示:负极:CH4-8e-+2H2O===CO2+8H+;正极:O2+4e-+4H+===2H2O。 [题点多维训练] 1.正误判断(正确的打“√”,错误的打“×”)。 (1)燃料电池是利用燃料的燃烧发电。 (×) (2)燃料电池中,燃料在正极上发生氧化反应。 (×) (3)氢氧燃料电池将热能直接转变为电能。 (×) (4)甲烷燃料电池的负极反应物为CH4。 (√) (5)氢燃料电池在碱性介质中的负极反应为H2-2e-===2H+。 (×) 2.(2025·福建三明期中联考)如图为氢氧燃料电池的装置示意图,下列说法不正确的是 (　　) A.该电池工作时化学能转化为电能 B.该电池的电解质溶液是稀硫酸 C.b电极是负极,O2在该电极发生氧化反应 D.电子移动方向:a电极→导线→b电极 解析:选C　图示装置为氢氧燃料电池,工作时将化学能转化为电能,A项正确。装置中电解质溶液为稀硫酸,B项正确。通入H2的a电极为负极,H2失去电子发生氧化反应;通入O2的b电极为正极,O2得到电子发生还原反应,C项错误。电池工作时,电子从负极流出,经导线流向正极,即电子移动方向为a电极→导线→b电极,D项正确。 3.(2025·济南二中期中)一种新型绿色燃料电池是把H2、CO、CH4的混合气体和空气不断输入,将化学能转化为电能,被称为“21世纪的绿色发电站”。关于这种燃料电池的说法不正确的是 (　　) A.通入空气的一极为正极 B.H2、CO、CH4的混合气体在电池内部燃烧,放出大量的热,然后电池将热能转化为电能 C.电池实际工作时的电解液应选择碱性溶液 D.电池的正极反应式为O2+4e-+2H2O===4OH- 解析:选B　正极上得电子发生还原反应,所以通入空气的一极为正极,A正确;燃料电池中不存在燃料的燃烧反应,燃料在负极失电子发生氧化反应,氧气在正极得电子发生还原反应,将化学能直接转化为电能,B错误;该电池反应中有二氧化碳生成,用碱性溶液作电解液可以吸收二氧化碳,避免电池内部压强过大而产生安全隐患,C正确;用碱液作电解液,正极上氧气得电子和水反应生成氢氧根离子,电极反应式为O2+4e-+2H2O===4OH-,D正确。 4.一种直接铁燃料电池(电池反应为3Fe+2O2===Fe3O4)的装置如图所示,下列说法正确的是 (　　) A.Fe极为电池正极 B.KOH溶液为电池的电解质溶液 C.电子由多孔碳极沿导线移向Fe极 D.5.6 g Fe参与反应,导线中转移1.204×1023个电子 解析:选B　该电池中铁失电子为电池负极,A项错误;KOH溶液为电池的电解质溶液,B项正确;电子由Fe极沿导线移向多孔碳极,C项错误;根据电池反应3Fe+2O2Fe3O4可知,3 mol铁参与反应时转移8 mol电子,故5.6 g Fe参与反应,导线中转移约1.605×1023个电子,D项错误。 |思维建模|电源中电极反应式书写的一般方法 (1)明确两极的反应物。 (2)明确直接产物:根据负极氧化、正极还原,明确两极的直接产物。 (3)确定最终产物:根据介质环境和共存原则,找出参与的介质粒子,确定最终产物。 (4)配平:根据电荷守恒、原子守恒配平电极反应式。 [注意]　①H+在碱性环境中不共存;②O2-在水溶液中不存在,在酸性环境中结合H+,生成H2O,在中性或碱性环境中结合H2O,生成OH-;③若已知总反应式时,可先写出较易书写的一极的电极反应式,然后在电子守恒的基础上,总反应式减去较易写出的一极的电极反应式,即得到较难写出的另一极的电极反应式。 命题热点(一)——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碳的化合价升高,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.如图是一种新型“全氢电池”,能量效率可达80%。下列说法错误的是 (　　) A.该装置将化学能转化为电能 B.该离子交换膜不允许H+和OH-通过 C.吸附层A为负极,电极反应式为H2-2e-===2H+ D.电池总反应为H++OH-===H2O 解析:选C　“全氢电池”(原电池)工作时将化学能转化为电能,A项正确;由图可知,左边电解质溶液呈碱性,右边电解质溶液呈酸性,所以该离子交换膜的作用是阻止左边的碱性溶液和右边的酸性溶液发生中和反应,因此该离子交换膜不允许H+和OH-通过,B项正确;根据氢气的进出方向可知,氢气在吸附层A上发生氧化反应,吸附层A为负极,电极反应式为H2-2e-+2OH-===2H2O,吸附层B为正极,发生还原反应,电极反应式为===H2↑,因此电池总反应为H++OH-===H2O,C项错误,D项正确。 4.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。 命题热点(二)——了解车用能源 1.汽车能源发展史 蒸汽汽车 1769年,法国人N·J·居纽制造了用煤气燃烧产生蒸汽驱动的三轮汽车 汽油汽车 1885年,德国工程师卡尔·本茨和戴姆勒、英国的巴特勒分别发明了装有汽油发动机的汽车。俄国的普奇洛夫和伏洛波夫两人发明了装有内燃机的汽车 电力汽车 1898年,德国人波尔舍开发了名为“Lohner—Porsche”的电动车,该车采用铅酸蓄电池作为动力源 新能源汽车 在能源和环保的压力下,新能源汽车将成为未来汽车的发展方向。新能源汽车主要包括混合动力汽车、纯电动汽车、燃料电池汽车、氢动力汽车、超级电容汽车等 2.汽车燃料 (1)常规汽车燃料 汽油和柴油是目前汽车最常用的燃料,其能量密度高、价格低、不易变质、便于运输,因此非常适用于点燃式发动机和压燃式发动机。 (2)发动机代用燃料 发动机代用燃料指使用氢气、甲烷(CH4)、辛烷(C8H18)和乙醇(C2H6O)等燃料来替代汽油或柴油。 　　[微思考] 　　燃料电池汽车与传统汽车相比,具有哪些优点? 　　提示:①零排放或近似零排放;②减少了机油泄漏带来的水污染;③降低了温室气体的排放;④提高了燃油经济性;⑤提高了发动机燃烧效率;⑥运行平稳、无噪声。 [题点多维训练] 1.某同学根据所查阅的资料,绘制了三种可燃物在空气中发生燃烧反应的能量变化示意图。根据示意图,你认为可燃物　　　　(填“A”“B”或“C”)更适合用作车用燃料,选择的理由是 　 。  答案:A　可燃物A、B燃烧放出的能量差不多,比可燃物C多,但可燃物A点燃所需能量低,更容易点火 2.能源危机是当前全球性的问题,“开源节流”是应对能源危机的重要举措。 (1)氢燃料电池汽车在行驶过程中只排放水,因此被称为“终极环保车”,其反应原理示意图如图。 下列有关氢氧燃料电池的说法正确的是　　　　。  A.该电池工作时电能转化为化学能 B.该电池中电极a是正极 C.外电路中电子由电极b通过导线流向电极a D.该电池的总反应:2H2+O2===2H2O E.氢氧燃料电池是一种不需要将还原剂和氧化剂全部储藏在电池内的新型发电装置 F.氢氧燃料电池使用过程中,负极材料的活性一定比正极材料大 (2)已知1 mol甲醇燃烧放热726.5 kJ,在直接以甲醇为燃料的电池中,消耗1 mol甲醇所能产生的最大电能为702.1 kJ,则该燃料电池的理论效率为　　　　(燃料电池的理论效率是指电池所产生的最大电能与燃料电池反应所能释放的全部能量之比)。  答案:(1)DE　(2)96.6% 学科网（北京）股份有限公司 $