第1章 第2节 第2课时 化学电源-（配套教参）【精讲精练】2026-2027学年高中化学选择性必修第一册（鲁科版）

本高中化学讲义聚焦化学电源核心知识点，系统梳理一次电池（锌锰干电池）、二次电池（铅蓄电池）和燃料电池（氢氧燃料电池）的组成、电极反应及工作原理，构建“具体电池结构-反应规律-电极反应式书写”的学习支架，帮助学生形成物质性质决定用途的化学观念。 该资料以科学思维和科学探究与实践为特色，通过对比酸性与碱性锌锰干电池的电极反应培养分析推理能力，设计银锌电池、蓄电池的探究问题引导学生自主推导反应式，结合燃料电池介质影响分析强化模型建构。课中辅助教师突破教学难点，课后练习题助力学生巩固知识，同时融入废旧电池回收意识，培养科学态度与责任。

第2课时　化学电源 [学习目标]　1.能列举常见的化学电源，并能利用相关信息探究化学电源的工作原理。2.不断研发新型电池，满足人类社会发展的需求。积极回收利用废旧电池，减少其对环境的污染，增强社会责任感。 [对应学生用书P23] 知识点一　常见的化学电源 1．锌锰干电池(一次电池) 电池 酸性锌锰干电池 碱性锌锰干电池 电极 锌筒作负极，石墨作正极 电解质 氯化铵和氯化锌 氢氧化钾 电极反应 负极 Zn－2e－===Zn2＋ Zn＋2OH－－2e－===ZnO＋H2O 正极 2MnO2＋2NH＋2e－===Mn2O3＋2NH3＋H2O 2MnO2＋2H2O＋2e－===2MnOOH＋2OH－ 电池 反应 Zn＋2MnO2＋2NH4Cl===Mn2O3＋ZnCl2＋2NH3＋H2O Zn＋2MnO2＋H2O===ZnO＋2MnOOH 2.铅蓄电池(二次电池) (1)组成 正极：PbO2，负极：Pb，电解质：H2SO4溶液。 (2)工作原理 ①放电时的电极反应式： 负极：Pb＋SO－2e－===PbSO4。 正极：PbO2＋4H＋＋SO＋2e－===PbSO4＋2H2O。 ②充、放电时的电池反应：Pb＋PbO2＋2H2SO42PbSO4＋2H2O。 ③放电过程中，电解质溶液的pH变大，理由是H2SO4不断被消耗，使c(H＋)减小，pH增大。 (3)优缺点：性优、价低、可多次充电，但单位质量的电池释放的电能少。 1．银锌电池具有比能量大、电压稳定、储存时间长等特点，如图所示，总反应式：Zn＋Ag2O＋H2O===Zn(OH)2＋2Ag。 探究下列问题： (1)负极反应物为____________，正极反应物为________，电解质溶液为________。 (2)负极反应式：___________________________________________________________。 正极反应式：______________________________________________________________。 提示：(1)锌粉　Ag2O　KOH溶液 (2)Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2 Ag2O＋H2O＋2e－===2Ag＋2OH－ 2．某蓄电池充、放电时的反应为Fe＋Ni2O3＋3H2OFe(OH)2＋2Ni(OH)2，回答下列问题： (1)放电时，负极上的电极反应式为_____________________________________________ ________________________________________________________________________。 (2)充电时，阳极上的电极反应为_______________________________________________ ________________________________________________________________________。 (3)放电时，每转移2 mol电子，正极上有____________ mol Ni2O3被还原。 提示：(1)Fe＋2OH－－2e－===Fe(OH)2 (2)2Ni(OH)2－2e－＋2OH－===Ni2O3＋3H2O (3)1 　由原电池总反应书写电极反应式的思路 第一步：先标出原电池总反应电子转移的方向和数目，明确参与负极和正极反应的物质； 第二步：写出一个比较容易书写的电极反应(书写时一定要注意电极产物是否与电解质溶液共存)； 第三步：在电子守恒的基础上，总反应减去写出的电极反应即得另一电极反应。 1．碱性锌锰电池(结构如图)是一种使用广泛的便携式电源，电池总反应为Zn＋2MnO2＋2H2O===Zn(OH)2＋2MnOOH。下列说法不正确的是(　　) A．MnOOH中Mn元素化合价为＋3价 B．正极参与反应的物质为MnO2和H2O C．负极反应式为Zn－2e－===Zn2＋ D．金属外壳起到容器作用，不参与反应 解析　C　MnOOH中O元素化合价为－2，H元素化合价为＋1，故Mn元素的化合价为＋3，A项正确；正极反应为MnO2＋e－＋H2O===MnOOH＋OH－，故MnO2和H2O均参与了正极反应，B项正确；负极反应为Zn－2e－＋2OH－===Zn(OH)2，C项错误；金属外壳起到容器作用，可保护内部物质，不参与反应，D项正确。 2．汽车用铅酸蓄电池示意图如图所示，下列说法不正确的是(　　) A．该电池属于二次电池 B．电池工作时，电子由负极流出经过电解质溶液流向正极 C．充电时，铅板与电源的负极相连 D．电池工作时，正极的反应式为PbO2＋SO＋4H＋＋2e－===PbSO4＋2H2O 解析　B　铅蓄电池属于二次电池，放电时Pb为负极，PbO2为正极，电极反应式为：PbO2＋SO＋4H＋＋2e－===PbSO4＋2H2O，充电时Pb为阴极，故铅板与电源的负极相连，PbO2为阳极，A、C、D正确；电池工作时，电子不能经过电解质溶液，B错误；故选B。 3．某新型可充电电池，能长时间保持稳定的放电电压，该电池的总反应3Zn＋2K2FeO4＋8H2O3Zn(OH)2＋2Fe(OH)3＋4KOH。 (1)放电时负极反应式为____________________________________________________。 (2)放电时电子由________极流向________极。 (3)放电时1 mol K2FeO4发生反应，转移电子数是________________。 解析　放电时锌在负极发生氧化反应，因为电解质是碱，故负极反应是Zn－2e－＋2OH－===Zn(OH)2，电子由负极流出，通过外电路流向正极，每1 mol K2FeO4发生反应，转移电子3 mol，数目是1.806×1024。 答案　(1)Zn－2e－＋2OH－===Zn(OH)2 (2)负　正　(3)1.806×1024 知识点二　燃料电池 1．氢氧燃料电池 用Pt作电极，正、负极分别不断充入氧化剂(O2)和燃料(H2)，分别在两极发生氧化反应和还原反应，电池总反应式是2H2＋O2===2H2O。 2．氢氧燃料电池在不同介质中的电极反应 介质 负极反应式 正极反应式 酸性 2H2－4e－===4H＋ O2＋4H＋＋4e－===2H2O 中性 2H2－4e－===4H＋ O2＋2H2O＋4e－===4OH－ 碱性 2H2－4e－＋4OH－===4H2O O2＋2H2O＋4e－===4OH－ 3.燃料电池的应用前景 燃料电池具有能量利用效率高、可连续使用和污染轻等优点，已成为一种发展前景十分广阔的化学电源。 1．氢氧燃料电池中，正、负极反应物分别是什么？ 提示：根据反应2H2＋O2===2H2O可知，H2中氢元素化合价升高，失去电子发生氧化反应，应在电池负极反应，O2中氧元素化合价降低，得到电子发生还原反应，应在电池正极反应，故正极反应物是O2，负极反应物是H2。 2．哪些物质可以用作氢氧燃料电池的电极材料？哪些物质可以用作氢氧燃料电池的离子导体？ 提示：氢氧燃料电池的电极材料是性质稳定的导体如石墨、金属铂等；强酸溶液如稀硫酸、强碱溶液如KOH溶液、熔融碳酸盐如熔融Na2CO3、固体电解质等可以作为离子导体。 3．为什么氢氧燃料电池中介质不同电极反应式不同？ 提示：因为负极H2氧化得到的＋1价的氢元素和正极O2还原得到的－2价的氧元素在不同的介质中的存在形式不同。 4．用CH3OH气体代替H2作燃料，则得到甲醇燃料电池。 写出下列燃料电池的电极反应式和总反应方程式。 (1)CH3OH—NaOH溶液—O2构成的燃料电池： 负极反应式：______________________________________________________________， 正极反应式：______________________________________________________________， 总反应式：________________________________________________________________。 (2)CH3OH—H2SO4溶液—O2构成的燃料电池： 负极反应式：______________________________________________________________， 正极反应式：______________________________________________________________， 总反应式：_________________________________________________________________。 提示：(1)2CH3OH＋16OH－－12e－===2CO＋12H2O　3O2＋6H2O＋12e－===12OH－　2CH3OH＋3O2＋4OH－===2CO＋6H2O (2)2CH3OH＋2H2O－12e－===2CO2↑＋12H＋　3O2＋12H＋＋12e－===6H2O　2CH3OH＋3O2===2CO2＋4H2O 燃料电池电极反应式的书写 1．正极反应式的书写 燃料电池的正极通入的气体一般是O2。O2得到电子首先变为O2－，即O2＋4e－===2O2－，根据电解液的不同，其正极反应式的书写分以下几种情况： (1)在酸性溶液中，电极反应式为O2＋4e－＋4H＋===2H2O。 (2)在碱性及中性溶液中，电极反应式为O2＋4e－＋2H2O===4OH－。 (3)在熔融碳酸盐中，电极反应式为O2＋2CO2＋4e－===2CO。 2．负极反应式的书写 燃料电池的负极通入的一定是燃料。若负极通入含碳元素的化合物，如CO、CH4、CH3OH等，在酸性溶液及熔融碳酸盐中生成CO2，在碱性溶液中生成CO；若负极通入含氢元素的化合物，则最终都有H2O生成。 1．某氢氧燃料电池工作示意图如图。下列说法中，正确的是(　　) A．电极a为电池的正极 B．电极b表面反应为：O2＋4e－＋4H＋===2H2O C．电池工作过程中OH－向b电极迁移 D．氢氧燃料电池将化学能转化为电能的转化率高于火力发电，提高了能源利用率 解析　D　由图可知，电极a为负极，电极反应式为H2－2e－＋2OH－===2H2O，电极b为正极，电极反应式为O2＋4e－＋2H2O===4OH－，A、B错误；原电池工作时，电解质溶液中阳离子移向正极，阴离子移向负极，故电池工作过程中OH－向a电极迁移，C错误；氢氧燃料电池将化学能直接转化为电能，能量的转化率高于火力发电，提高了能源利用率，D正确；故选D。 2．(1)以葡萄糖为燃料的微生物燃料电池的结构示意图如图1所示： ①A为生物燃料电池的______________________________________________________ (填“正”或“负”)极。 ②正极的电极反应式为____________________________________________________。 ③放电过程中，H＋由________(填“正”或“负”，下同)极区向________极区迁移。 ④在电池反应中，每消耗1 mol O2，理论上生成标准状况下二氧化碳的体积是________。 (2)一种一氧化碳分析仪的工作原理如图2所示，其中O2－可以在固体介质NASICON中自由移动。传感器中通过的电流越大，说明尾气中一氧化碳的含量越高。 请回答下列问题： ①a极的电极反应式为__________________________________。 ②这种一氧化碳分析仪工作时，O2－由电极__________(填“a”或“b”，下同)向电极__________移动；电子由电极________通过传感器流向电极__________。 解析　(1)由图1可知A为燃料电池的正极，电极反应式为O2＋4H＋＋4e－===2H2O；B为燃料电池的负极，电极反应式为C6H12O6＋6H2O－24e－===6CO2↑＋24H＋。放电过程中，H＋由负极区向正极区移动。葡萄糖燃料电池的总反应为C6H12O6＋6O2===6CO2＋6H2O，即1 mol O2～1 mol CO2，每消耗1 mol O2，理论上生成标准状况下的CO2气体22.4 L。(2)由元素价态变化可知，a电极为负极，电极反应式为CO＋O2－－2e－===CO2，b电极为正极，电极反应式为O2＋4e－===2O2－，总反应为2CO＋O2===2CO2。这种一氧化碳分析仪工作时电子由电极a通过传感器流向电极b，O2－由电极b向电极a移动。 答案　(1)①正　②O2＋4H＋＋4e－===2H2O　③负　正　④22.4 L (2)①CO＋O2－－2e－===CO2　②b　a　a　b [对应学生用书P26] 1．化学电源在日常生活和高科技领域中都有广泛应用。 下列关于以上各装置的说法不正确的是(　　) A．甲：Fe棒为负极，电极反应为Fe－3e－===Fe3＋ B．乙：正极的电极反应为O2＋4e－＋4H＋===2H2O C．丙：锌筒作负极，发生氧化反应，锌筒会变薄 D．丁：使用一段时间后硫酸铅沉淀在电极板上，溶液酸性减弱，导电能力下降 解析　A　在铜、铁原电池中，Fe为负极，发生氧化反应，失去电子变为Fe2＋，A错误；在氢氧燃料电池中，通入氧气的电极为正极，由于电解质溶液为酸性，因此正极的电极反应为O2＋4e－＋4H＋===2H2O，B正确；在锌锰干电池中，由于活动性：Zn＞C，所以Zn为负极，失去电子，发生氧化反应变为Zn2＋，所以随着电池的使用，锌筒不断被消耗而逐渐变薄，C正确；在铅蓄电池中，负极上Pb失去电子变为Pb2＋，与溶液中的SO结合形成PbSO4，在正极上发生反应：PbO2＋4H＋＋SO＋2e－===PbSO4＋2H2O，因此使用一段时间后，随着反应的不断进行，硫酸铅沉淀在电极板上，溶液中H2SO4的浓度降低，溶液的酸性减弱，导电能力下降，D正确。 2．已知某镍镉(Ni—Cd)电池的电解质溶液为KOH溶液，其充放电总反应为Cd＋2NiO(OH)＋2H2OCd(OH)2＋2Ni(OH)2。有关该电池的说法正确的是(　　) A．充电时阳极反应：Ni(OH)2＋OH－－e－===NiO(OH)＋H2O B．充电过程是化学能转化为电能的过程 C．放电时负极附近溶液的碱性不变 D．放电时电解质溶液中的OH－向正极移动 解析　A　根据总反应可知，放电时正极反应为NiO(OH)＋H2O＋e－===Ni(OH)2＋OH－，由充电时阳极反应是放电时正极反应的逆过程可推知，充电时阳极反应为Ni(OH)2＋OH－－e－===NiO(OH)＋H2O，故A正确；充电时，电能转化为化学能，故B错误；放电时，负极反应为Cd－2e－＋2OH－===Cd(OH)2，所以负极附近溶液的碱性减弱，故C错误；放电时，电解质溶液中OH－向负极移动，故D错误。 3．液体燃料电池相比于气体燃料电池具有体积小，无需气体存储装置等优点。一种以肼(N2H4)为燃料的电池装置如图所示。该电池用空气中的氧气作为氧化剂，KOH溶液作为电解质溶液。下列关于该燃料电池的叙述不正确的是(　　) A．该燃料电池的电极材料应采用多孔导电材料，以提高电极反应物质在电极表面的吸附量，并使它们与电解质溶液充分接触 B．电子从右侧电极经过负载后流向左侧电极 C．负极发生的电极反应为N2H4－4e－＋4OH－===N2↑＋4H2O D．该燃料电池持续放电时，OH－从正极向负极迁移，因而离子交换膜需选用阴离子交换膜 解析　B　电极材料应采用多孔导电材料，以提高电极反应物质在电极表面的吸附量，并使它们与电解质溶液充分接触，A项正确；原电池中电子由负极经过导线流向正极，N2H4在负极发生氧化反应，氧气在正极发生还原反应，即电子从左侧电极经过负载后流向右侧电极，B项错误；由装置图可以看出，通入N2H4的电极为负极，发生氧化反应N2H4－4e－＋4OH－===N2↑＋4H2O，C项正确；该燃料电池持续放电时，正极上O2发生反应生成OH－，而负极反应消耗OH－，故OH－从正极向负极移动，因而离子交换膜需选用阴离子交换膜，D项正确。 4．电子表和电子计算器的电源通常用微型银－锌电池，其电极分别是Ag2O和Zn，电解质溶液为KOH溶液，总反应式为Ag2O＋H2O＋Zn===Zn(OH)2＋2Ag。下列说法正确的是(　　) A．Ag2O是正极，Zn是负极 B．Zn是正极，Ag2O是负极 C．工作时，电池负极区溶液pH增大 D．工作时，电子由Ag2O极经外电路流向Zn极 解析　A　根据总反应式可知，金属锌失去电子发生氧化反应，作该电池的负极，氧化银得到电子发生还原反应，作该电池的正极，A项正确，B项错误；负极区锌离子与氢氧根离子结合，溶液中氢氧根离子浓度减小，则其pH减小，C项错误；该电池工作时，电子由锌极经外电路流向氧化银极，D项错误。 5．中国科学院长春应用化学研究所在甲醇燃料电池技术方面获得新突破，组装出了自呼吸电池及主动式电堆。甲醇燃料电池的工作原理如图所示： (1)该电池工作时，b口通入的物质为________，c口通入的物质为________。 (2)该电池负极的电极反应式为______________________________________________。 (3)工作一段时间后，当12.8 g甲醇完全反应生成CO2时，有________NA个电子转移。 解析　(1)根据氢离子移动方向知，右侧电极为正极，正极上氧气得电子，左侧电极为负极，负极上通入燃料甲醇。(2)负极上甲醇失电子和水反应生成二氧化碳和氢离子，电极反应式为CH3OH－6e－＋H2O===CO2↑＋6H＋。(3)根据CH3OH－6e－＋H2O===CO2↑＋6H＋知，当12.8 g甲醇完全反应生成CO2时，转移电子的物质的量为×6＝2.4 mol，则转移电子个数为2.4 NA。 答案　(1)CH3OH　O2 (2)CH3OH－6e－＋H2O===CO2↑＋6H＋ (3)2.4 学科网（北京）股份有限公司 $