1.2.2化学电源 导学案-2025-2026学年高二上学期苏教版化学选择性必修1

该高中化学导学案围绕化学电源展开，引导学生了解一次电池、二次电池和燃料电池的分类、工作原理及应用，从原电池原理出发，通过问题引导、示意图分析和实验制作构建知识脉络，提供学习支架。 资料以问题驱动和实验探究为特色，活动设计注重科学探究与实践，如制作简单燃料电池培养动手能力，通过电极反应式书写讨论锻炼科学思维，课堂反馈题结合实例强化化学观念，助力学生提升解决实际问题的能力。

1.2.2化学电源 1. 了解常见化学电源的工作原理，知道化学电源在生产、生活和国防中的实际应用。 2. 了解一次电池、二次电池和燃料电池的基本构造、反应原理及应用，会书写电极反应式。 活动一：了解常见的化学电源 1. 根据原电池原理，人们设计和生产了形形色色的化学电源，这些化学电源包括哪些类别？ 2. 上述不同类别的化学电源各有什么特点？ 活动二：了解常见的一次电池 1. 普通锌锰干电池、碱性锌锰电池。 普通锌锰干电池的构造示意图 碱性锌锰电池的构造示意图 (1) 分析普通锌锰干电池的正负极材料、电解质溶液组成。 (2) 碱性锌锰电池总反应为Zn＋2MnO2＋2H2O===Zn(OH)2＋2MnOOH。分析电池中的电解质、正负极反应式。 2. 银锌纽扣电池。 银锌纽扣电池如图所示，电池放电后的产物为Ag和ZnO。分析纽扣式银锌电池的电极、电解质溶液、电极反应式和电池总反应。 活动三：了解铅蓄电池的构造与原理 1. 构造与组成。 阅读教材，结合图示分析铅蓄电池的正极板上覆盖着什么？负极板上覆盖着什么？电解质是什么？ 2. 阅读教材，了解铅蓄电池的工作原理，填写下表。 放电过程 充电过程 负极：_________________；(__________反应) 阴极：_________________；(__________反应) 正极：_________________；(__________反应) 阳极：_________________；(__________反应) 总反应：____________________________ 总反应：____________________________ 充、放电原理：______________________________________________ 3. 铅蓄电池在放电过程中硫酸的浓度怎样变化？你认为理论上铅蓄电池使用一段时间是否需要补充硫酸？是否可以根据电解液硫酸密度的变化判断电池需要充、放电？ 4. 阅读教材，了解新型二次电池的还有哪些种类？新型二次电池有哪些优点？ 5. 阅读教材，了解钴酸锂石墨锂电池的工作原理，结合电池反应：Li(1－x)CoO2＋LixC6===LiCoO2＋6C，写出正、负极反应式。 活动四：了解燃料电池的原理、特点 1. 燃料电池中的氧化剂和还原剂提供方式与普通的化学电源有什么不同？ 2. 分析碱性氢氧燃料电池的示意图。 该燃料电池的正极、负极反应物分别是什么？电解质溶液是什么？写出相关电极反应式和电池总反应。 碱性氢氧燃料电池原理示意图 3. 氢氧燃料电池有什么优点？氢氧燃料电池面临什么问题？ 五：制作简单的燃料电池 阅读教材，完成教材基础实验。 1. 思考教材提出的两个问题。 (1) 连接时钟时，如何判断燃料电池的正极、负极？请说明 理由。 氢氧燃料电池的装置示意图 (2) 什么现象可以证明处于不同电极的氢气和氧气发生了反应？ 2. 写出制作简单燃料电池的电极反应式和电池总反应。 六：思考讨论燃料电池电极反应式的书写 讨论电极反应式的书写方法，练习写出甲烷、甲醇的碱性燃料电池的电极反应式和电池总反应(电解质溶液为KOH溶液)。 1. [2025淮安期中]下列设备工作时，化学能转化为电能的是(　　) A.碱性普通锌锰电池 B. 天然气灶 　C. 风力发电 D. 太阳能电池 　　 2. [人教版教材习题]一种可充电电池放电时的电极反应为H2＋2OH－－2e－===2H2O，NiO(OH)＋H2O＋e－===Ni(OH)2＋OH－。当为该电池充电时，与外电源正极连接的电极上发生的反应是(　　) A. H2O的还原 B. NiO(OH)的还原 C. H2的氧化 D. Ni(OH)2的氧化 3. 微型纽扣电池在现代生活中有广泛应用。有一种银锌电池，其电极分别是Ag2O和Zn，电解质溶液为KOH溶液，发生氧化还原反应后生成Ag和ZnO，据此判断下列叙述正确的是(　　) A. 使用过程中，电解质KOH被不断消耗 B. 使用过程中，电子由Ag2O电极经外电路流向Zn电极 C. Zn是负极，电极反应式为Zn＋2OH－－2e－===ZnO＋H2O D. Zn电极发生还原反应，Ag2O电极发生氧化反应 4. 如图所示是几种常见的化学电源示意图，下列有关说法不正确的是(　　) 干电池示意图 铅蓄电池示意图 氢氧燃料电池示意图 A. 该氢氧燃料电池的正极反应式为O2＋4e－＋2H2O=== 4OH－ B. 干电池的工作原理为2MnO2＋Zn＋2H2O=== 2MnOOH＋Zn(OH)2 C. 铅蓄电池工作过程中，每通过2 mol电子，负极质量减小207 g D. 图中电池依次属于一次电池、二次电池和燃料电池 5. 下列关于二次电池铅蓄电池的说法错误的是(　　) A. 放电时，该电池的负极质量增大 B. 放电时，电池中硫酸的浓度减小 C. 当两极物质都转化为PbSO4时，铅蓄电池将停止工作 D. 放电时，正极发生的反应为Pb＋SO===PbSO4＋2e－ 6. [2025常州高中月考]一种二次储能电池的构造示意图如图所示。下列说法正确的是(　　) A. 放电时，电能转化为化学能 B. 充电时，每生成1 mol Fe3+，理论上有1 mol H＋通过质子交换膜 C. 放电时，右侧H＋通过质子交换膜向左侧电极移动 D. 充电时，左侧电极反应式为Pb－2e－＋SO===PbSO4 7. 高铁电池是一种新型可充电电池，与普通电池相比，该电池能较长时间保持稳定的放电电压。高铁电池的总反应式为3Zn＋2K2FeO4＋8H2O 3Zn(OH)2＋2Fe(OH)3＋4KOH。请回答下列问题。 (1) 高铁电池的负极材料是________，放电时负极反应式为___________ _____________________________________________________________。 (2) 放电时，正极发生________(填“氧化”或“还原”)反应；正极反应式为_________________________________________________________________。放电时，________(填“正”或“负”)极附近溶液的碱性增强。 8. 通过化学方法可使能量按人们所期望的形式转化，从而开辟新能源和提高能量转化率。回答下列问题。 (1) 探究甲烷燃料电池的工作原理示意图如下： ①电池的负极是________(填“a”或“b”)电极，该极的电极反应式___________ ____________________________________________。 ②电池工作一段时间后，电解质溶液的pH________(填“增大”“减小”或“不变”)。 (2) 熔融盐燃料电池具有很高的发电效率，因而受到重视。可用碳酸锂和碳酸钠的熔融盐混合物作电解质，一氧化碳为负极燃气，空气与二氧化碳的混合气为正极助燃气，制得在650 ℃下工作的燃料电池，其负极反应式为CO＋CO－2e－===2CO2。 ①正极反应式为______________________________。 ②总反应为__________________________________。 【活动方案】 活动一： 1. 一次电池、二次电池、燃料电池。 2. 化学电源： (1) 一次电池：只能放电，不能充电，消耗到一定程度，不能再使用。 (2) 二次电池：可反复充电和放电，放电后可以再充电使活性物质获得再生，因此可以多次重复使用。 (3) 燃料电池：将化学能直接转化为电能，氧化剂和还原剂不是储藏在电池内部，而是在工作时不断从外部输入。 活动二： 1. (1) 正极为石墨棒，负极为锌筒，电解质溶液为NH4Cl和ZnCl2混合液。 (2) 电解质为KOH，负极反应式：Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2，正极反应式：2MnO2＋2H2O＋2e－===2MnOOH＋2OH－。 2. 负极为Zn，正极为Ag2O，电解质溶液为KOH溶液，负极反应式：Zn＋2OH－－2e－===ZnO＋H2O，正极反应式：Ag2O＋H2O＋2e－===2Ag＋2OH－，电池总反应：Zn＋Ag2O===2Ag＋ZnO。 活动三： 1. 正极板上覆盖着二氧化铅，负极板上覆盖着铅，电解质为硫酸。 2. 放电过程 充电过程 负极：Pb－2e－＋SO ===PbSO4；(氧化反应) 阴极：PbSO4＋2e－===Pb＋SO；(还原反应) 正极：PbO2＋4H＋＋SO＋2e－===PbSO4＋2H2O；(还原反应) 阳极：PbSO4＋2H2O－2e－===PbO2＋4H＋＋SO；(氧化反应) 总反应：Pb＋PbO2＋2H2SO4===2PbSO4＋2H2O 总反应：2PbSO4＋2H2O===Pb＋PbO2＋2H2SO4 充、放电原理：Pb＋PbO2＋2H2SO42PbSO4＋2H2O 3. 硫酸的浓度逐渐变小。理论上铅蓄电池使用一段时间不需要补充硫酸，因为放电时消耗硫酸，充电时生成硫酸。可根据硫酸密度的大小判断铅蓄电池是否需要充电。 4. 目前已经开发出镍镉电池、镍氢电池、银锌电池、锂电池和锂离子电池等新型二次电池。新型二次电池具有小型化、高比能量、工作寿命长，不需要特殊维护等优点。 5. 负极：LixC6－xe－===6C＋xLi＋ 正极：Li(1－x)CoO2＋xLi＋＋xe－===LiCoO2 活动四： 1. 燃料电池的氧化剂和还原剂不是储藏在电池内部，而是在工作时不断从外部输入。 2. 该燃料电池的正极反应物为O2。负极反应物为H2。电解质溶液是KOH溶液。 负极：2H2＋4OH－－4e－===4H2O 正极：O2＋2H2O＋4e－===4OH－ 电池总反应：2H2＋O2===2H2O 3. 优点：氢氧燃料电池能量转换效率高，排放废弃物少、运行噪声小。面临问题：氢气的生产成本高，储存、运输成本高。 活动五： 1. (1) 玻璃导管中液面较低的一极是燃料电池的正极，液面较高的一极是燃料电池的负极。电解水时生成氢气和氧气，生成氢气与氧气的体积比为 2∶1，所以液面较低的电极生成的气体是氧气，液面较高的电极生成的气体的氢气，形成燃料电池时，氧气是电池的正极，氢气是电池的负极，所以玻璃导管中液面较低的一极是正极，液面较高的一极是负极。 (2) 玻璃导管中液面下降，可证明氢气和氧气发生了反应，形成燃料电池，且时钟指针跳动，也说明产生了电流，形成了燃料电池。 2. 负极：2H2－4e－===4H＋ 正极：O2＋4e－＋4H＋===2H2O 电池总反应：2H2＋O2===2H2O 活动六： 正极：2O2＋4H2O＋8e－===8OH－， 负极：CH4＋10OH－－8e－===CO＋7H2O， 电池总反应：CH4＋2O2＋2KOH===K2CO3＋3H2O 正极：3O2＋6H2O＋12e－===12OH－， 负极：2CH3OH＋16OH－－12e－===2CO＋12H2O， 电池总反应：2CH3OH＋3O2＋4KOH===2K2CO3＋6H2O 【课堂反馈】 1. A　原电池装置可将化学能转化为电能，A正确；天然气灶可将化学能转化为热能，B错误；风力发电可将风能转化为电能，C错误；太阳能电池可将太阳能转化为电能，D错误。 2. D　为电池充电时，与外电源正极连接的电极是电池的正极，该极上发生的反应是失电子的氧化反应，元素的化合价会升高，为Ni(OH)2的氧化反应。故选D。 3. C　锌为活泼金属，发生氧化反应，作负极，电极反应式为Zn＋2OH－－2e－===ZnO＋H2O，氧化银为正极，发生得电子的还原反应，电极反应式为Ag2O＋2e－ ＋H2O===2Ag＋ 2OH－，电池总反应为Zn＋Ag2O===ZnO＋2Ag，电解质KOH没有被消耗，A、D错误，C正确；使用过程中，电子由Zn电极经外电路流向Ag2O电极，B错误。 4. C　该氢氧燃料电池的正极O2得电子发生还原反应，电极反应式为O2＋4e－＋2H2O===4OH－，A正确；干电池的工作原理为2MnO2＋Zn＋2H2O=== 2MnOOH＋Zn(OH)2，B正确；铅蓄电池工作过程中，负极上铅失电子，生成硫酸铅，硫酸铅是难溶物质，在负极上析出，则负极质量应该增大而非减小，C错误；干电池是一次电池，铅蓄电池是可充电电池，属于二次电池，氢氧燃料电池属于燃料电池，D正确。 5. D　负极由Pb变成PbSO4，固体质量增大，A正确；根据总反应，硫酸被消耗，浓度变小，B正确；当两极物质都转化为PbSO4时，电极相同，电势差为零，铅蓄电池将停止工作，C正确；正极得电子发生还原反应，电极反应为PbO2＋4H＋＋SO＋2e－===PbSO4＋2H2O，D错误。 6. B　放电时，化学能转化为电能，A错误；充电时，H＋透过质子交换膜移向左室(阴极区)，右室(阳极区)电极反应式为Fe2+－e－===Fe3+，由电荷守恒知，每生成1 mol Fe3+，理论上有1 mol H＋通过质子交换膜，B正确；放电时，H＋的移动方向与充电时相反，故放电时，H＋透过质子交换膜向右侧电极移动，C错误；放电时，左侧电极反应式为Pb－2e－＋SO===PbSO4，充电时，左侧电极反应式为PbSO4＋2e－===Pb＋SO，D错误。 7. (1) Zn　Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2 (2) 还原　FeO＋3e－＋4H2O===Fe(OH)3＋5OH－　正 解析：放电时，电池的负极上发生氧化反应，负极反应式为Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2，正极上发生还原反应，正极反应式为FeO＋3e－＋4H2O===Fe(OH)3＋5OH－，正极附近生成OH－，溶液的碱性增强。 8. (1) ①a　CH4－8e－＋10OH－===CO＋7H2O　②减小　(2) ①O2＋4e－＋2CO2===2CO　②2CO＋O2===2CO2 解析：(1) ①甲烷燃料电池中，通入甲烷的一极为负极，通入氧气的一极为正极，故电池的负极是a电极，在碱性环境下甲烷失去电子转化为CO，故该极的电极反应式为CH4－8e－＋10OH－===CO＋7H2O。②电池的总反应为CH4＋2O2＋2OH－===CO＋3H2O，故电池工作一段时间后，电解质溶液的pH减小。(2) 燃料电池的总反应相当于燃料的燃烧，故总反应式为2CO＋O2===2CO2，已知负极反应式为CO＋CO－2e－===2CO2，由总反应减去负极反应式可得正极反应式：O2＋4e－＋2CO2===2CO。 学科网（北京）股份有限公司 $