专题1 第2单元 第2课时 化学电源(一) 常见的一次电池和二次电池（配套教参Word）-【步步高】2025-2026学年高二化学选择性必修1 化学反应原理学习笔记（苏教版 闽桂蒙陕冀专版）

本讲义聚焦化学电源核心知识点，系统梳理化学电源的分类（一次电池、二次电池、燃料电池），深入分析常见一次电池（锌锰电池、银锌纽扣电池）和二次电池（铅蓄电池）的构造、工作原理及电极反应式书写，构建从基础概述到具体应用的学习支架。 资料通过表格对比普通与碱性锌锰电池等方式培养科学思维，结合银锌电池、铅蓄电池实例分析电极反应式提升科学探究能力，强调废旧电池回收体现科学态度与责任。课中例题解析助力教师教学，课后课时对点练帮助学生查漏补缺。

第2课时　化学电源(一)　常见的一次电池和二次电池 [核心素养发展目标]　1.通过对常见化学电源的分析，建立对原电池系统认识的思维模型，提高对原电池本质的认识。2.掌握常见的一次电池和二次电池的反应原理并能书写电极反应式。 一、化学电源概述　一次电池 1.化学电源的概述 (1)化学电源的分类 化学电源按其反应原理常分为如下三类： ①一次电池：一次电池中发生氧化还原反应的物质大部分被消耗后就不能再使用。使用最广泛的一次电池是干电池。 ②二次电池：又称充电电池或蓄电池，放电后可以再充电使活性物质获得再生，因此二次电池可以多次重复使用。 ③燃料电池：是利用燃料和氧化剂之间发生的氧化还原反应，将化学能直接转化为电能的化学电池。 另外，化学电源按其电解质性质可分为中性电池、酸性电池、碱性电池。 (2)化学电池的回收利用 使用后的废旧电池中含有大量的重金属和酸碱等有害物质，随处丢弃会给土壤、水源等造成严重的污染。废旧电池要进行回收利用。 (3)化学电源的发展方向 不断研制小型化、高比能量、工作寿命长、不需要特殊维护的二次电池。 2.一次电池 (1)锌锰电池 普通锌锰干电池 碱性锌锰电池 示意图 构造 负极：锌筒 正极：石墨棒 电解质溶液：氯化铵和氯化锌溶液 负极反应物：锌粉 正极反应物：二氧化锰 电解质溶液：氢氧化钾溶液 工作 原理 负极：Zn-2e-+2N===Zn(NH3+2H+ 正极：2MnO2+2H++2e-===2MnOOH 总反应：Zn+2NH4Cl+2MnO2=== Zn(NH3)2Cl2+2MnOOH 负极：Zn+2OH--2e-===Zn(OH)2 正极：2MnO2+2H2O+2e-===2MnOOH+2OH- 总反应：Zn+2MnO2+2H2O===2MnOOH+Zn(OH)2 (2)银锌纽扣电池 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===ZnO+2Ag。 ①负极反应物：锌粉；正极反应物：Ag2O；电解质溶液：KOH溶液。 ②电极反应式 负极：Zn+2OH--2e-===ZnO+H2O； 正极：Ag2O+H2O+2e-===2Ag+2OH-。 (1)Zn具有还原性和导电性，可作锌锰干电池的负极材料(　　) (2)手机使用的电池属于二次电池(　　) (3)碱性锌锰电池比能量高，能提供较大电流并连续放电(　　) (4)银锌纽扣电池使用过程中，负极区pH逐渐减小(　　) 答案　(1)√　(2)√　(3)√　(4)√ 1.日常所用锌锰干电池的电极分别为锌筒和石墨棒，以糊状NH4Cl作电解质，电极反应为Zn-2e-+2N===Zn(NH3+2H+，2MnO2+2H++2e-===2MnOOH。下列有关锌锰干电池的叙述正确的是(　　) A.干电池中锌筒为正极，石墨棒为负极 B.干电池可实现电能向化学能的转化 C.干电池长时间连续工作后，糊状物可能流出，腐蚀用电器 D.干电池工作时，电流方向是由锌筒经外电路流向石墨棒 答案　C 解析　干电池中锌筒作负极，石墨棒作正极，A错误；干电池是一次电池，不能实现电能向化学能的转化，B错误；干电池工作时，电流由正极石墨棒经外电路流向负极锌筒，D错误。 2.体温枪能快速检测人体体温，该体温枪所用的电池为一种银锌电池(如图所示)，电池的总反应式为Zn+Ag2O===ZnO+2Ag。下列关于该电池的说法正确的是(　　) A.Ag2O电极作正极，发生氧化反应 B.该电池放电时溶液中的K+向Zn电极移动 C.电池工作时，电流从Ag2O电极经过隔板流向Zn电极 D.该电池的负极反应为Zn-2e-+2OH-===ZnO+H2O 答案　D 解析　根据总反应式可知，Ag2O中银元素化合价降低，得到电子，作原电池正极，发生还原反应，溶液中的K+向Ag2O电极移动，A、B错误；电池工作时，电流从Ag2O电极经过外电路流向Zn电极，C错误；Zn化合价升高，作原电池负极，根据总反应式可得该电极反应为Zn-2e-+2OH-===ZnO+H2O，D正确。 3.已知：电池的“理论比能量”指单位质量的电极材料理论上能释放出的最大电能。 比较Mg、Al两种金属⁃空气电池，“理论比能量”之比是　　　　。  答案　3∶4 解析　假设质量都是1 g，这两种金属转移的电子的物质的量分别为×2= mol、×3= mol。 二、常见的二次电池 实例分析——铅蓄电池 (1)电池构造 放电反应和充电反应总反应式表示如下： Pb+PbO2+2H2SO42PbSO4+2H2O。 (2)放电反应原理 ①负极反应式：Pb+S-2e-===PbSO4 ；  ②正极反应式：PbO2+4H++S+2e-===PbSO4+2H2O； ③放电过程中，负极质量增大，稀H2SO4的浓度减小。 (3)充电反应原理：充电过程与其放电过程相反。 (4)铅蓄电池的优缺点 ①优点：电压稳定、使用方便、安全可靠、价格低廉。 ②缺点：比能量低、笨重、废弃后会污染环境。 (1)铅蓄电池放电时，正极与负极质量均增加(　　) (2)铅蓄电池中的PbO2为负极(　　) (3)铅蓄电池工作过程中，每通过2 mol电子，负极质量减轻207 g(　　) 答案　(1)√　(2)×　(3)× 如图为铅蓄电池示意图，其总反应为Pb+PbO2+4H++2S2PbSO4+2H2O。下列说法错误的(　　) A.放电时，左侧电极反应式为PbO2+4H++S+2e-===PbSO4+2H2O B.放电时，电解质溶液的浓度逐渐增大 C.充电时，B电极与外接直流电源的负极相连 D.放电时，两电极的质量均增大 答案　B 解析　放电时，B电极为负极，则充电时，B电极应与外接直流电源的负极相连，C项正确；由电极反应式可知，放电时，两电极的质量均增大，D项正确。 (1)二次电池充电时的电极连接方法——正接正，负接负。 (2)充电时的电极反应式的书写 放电时的负极反应式充电时的阴极反应式 放电时的正极反应式充电时的阳极反应式 三、拓展——锂离子电池　复杂电极反应式的书写 1.锂离子电池 (1)锂离子电池的优点：质量小、体积小、储存和输出能量大。 (2)常见的锂离子电池的构成 负极材料 正极材料 电解质溶液 大多数是碳素材料，如人工石墨、碳纤维、天然石墨等 多采用磷酸铁锂(LiFePO4)或钴酸锂(LiCoO2)等，一般是具有可供锂离子嵌入或脱嵌(即可逆嵌脱)结构的化合物 将锂盐溶解在一定的非水、非质子性的有机溶剂中制成的，是锂离子的载体 (3)常见锂离子电池的工作原理，阅读教材拓展视野(以钴酸锂⁃石墨锂电池为例) 工作原理示意图 放电 负极：LixC6-xe-===xLi++6C Li+从负极脱出，嵌入到正极 正极：Li(1-x)CoO2+xLi++xe-===LiCoO2 电池反应：LixC6+Li(1-x)CoO2===LiCoO2+6C 在充放电过程中，Li+在正、负极间不断地进行可逆嵌脱 (4)锂离子电池的应用 便携式电子设备(手机、笔记本电脑等)、交通工具(电动汽车、电动自行车等)、大型储能电站等。 2.复杂电池反应中电极反应式的书写 1.一种锂离子电池的结构如图所示，电池反应为LixC6+LCoO26C+LiCoO2(x<1)。下列说法正确的是(　　) A.充电时a极接外电源的负极 B.放电时Li+在电解质中向b极迁移 C.充电时若转移0.02 mol电子，石墨电极将减少0.14 g D.该电池进行“放电处理”有利于锂在LiCoO2极回收 答案　D 解析　放电时a极为正极，得电子，充电时a极为阳极，失电子，故充电时a极接外电源的正极，A错误；放电时b极为负极，a极为正极，阳离子移向正极，阴离子移向负极，则Li+在电解质中向a极迁移，B错误；充电时阴极、阳极反应式与放电时负极、正极反应式正好相反，放电时负极反应式为LixC6-xe-===6C+xLi+，则充电时阴极反应式为6C+xLi++xe-===LixC6，所以充电时若转移0.02 mol电子，石墨电极将增重0.02 mol×7 g·mol-1 =0.14 g，C错误；放电时，阳离子移向正极，即“放电处理”有利于Li+移向正极并嵌入正极材料，有利于锂在LiCoO2极回收，D正确。 2.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。  答案　(1)Zn　3Zn+6OH--6e-===3Zn(OH)2 (2)还原　2Fe+6e-+8H2O===2Fe(OH)3+10OH-　正 解析　放电时，电池的负极上发生氧化反应，电极反应式为3Zn+6OH--6e-===3Zn(OH)2，正极上发生还原反应，电极反应式为2Fe+6e-+8H2O===2Fe(OH)3+10OH-，则正极附近生成了OH-，溶液的碱性增强。 课时对点练 [分值：100分] [1~8题，每小题6分] 题组一　化学电源概述 1.下列有关电池的叙述不正确的是(　　) A.水果电池是方便实用的家用电池 B.铅蓄电池是一种常用的二次电池 C.氢氧燃料电池是一种高效、无污染的发电装置 D.普通锌锰干电池工作一段时间后，锌外壳逐渐变薄 答案　A 解析　水果电池不能作为稳定的电源使用，不是方便实用的家用电池，A项错误；氢氧燃料电池的能量转换效率高且产物为水，是一种高效、无污染的化学电池，C项正确；普通锌锰干电池是一次电池，工作一段时间后，锌失电子，不断溶解，锌外壳逐渐变薄，D项正确。 2.下列电池不属于化学电源的是(　　) A.碱性锌锰电池 B.铅蓄电池 C.燃料电池 D.太阳能电池 答案　D 解析　常见的化学电源：碱性锌锰电池、蓄电池、燃料电池，可以将化学能转化为电能，而太阳能电池是将太阳能转化为电能的装置，不是化学电源。 题组二　一次电池 3.(2024·河北衡水高二联考)锌锰电池是生活中常用的电池，普通锌锰电池和碱性锌锰电池的结构分别如图所示，下列说法错误的是(　　) A.锌锰电池属于一次电池，用完不可随意丢弃 B.普通锌锰电池和碱性锌锰电池放电过程中锌均发生氧化反应 C.放电时，普通锌锰电池的石墨电极上反应为2N+2e-===N2↑+4H2↑ D.放电时，碱性锌锰电池正极反应式为MnO2+H2O+e-===MnOOH+OH- 答案　C 解析　锌锰电池属于一次电池，含有重金属离子，用完不可随意丢弃，A正确；普通锌锰电池和碱性锌锰电池都是锌为负极，放电过程中锌均发生氧化反应，B正确；放电时，普通锌锰电池的石墨电极上MnO2得电子，被还原，C错误；放电时，碱性锌锰电池正极反应式为MnO2+H2O+e-===MnOOH+OH-，D正确。 4.某电池原理如图所示，电池总反应为Zn+2N===Zn2++2NH3↑+H2↑。下列有关该电池的说法中，错误的是(　　) A.锌片上发生氧化反应 B.碳棒上反应为2N+2e-===2NH3↑+H2↑ C.该电池工作时Zn逐渐被消耗 D.断开导线，图示装置中不再发生任何反应 答案　D 解析　放电时，Zn作为负极，发生氧化反应，A项正确；Zn作为负极，碳棒作为正极，正极上N得电子，电极反应为2N+2e-===2NH3↑+H2↑，B项正确；由电池总反应可知，该电池工作时Zn逐渐被消耗，C项正确；Zn+2N===Zn2++2NH3↑+H2↑为自发的氧化还原反应，断开导线Zn也可与电解质溶液发生反应，D项错误。 5.(2025·郑州期末)我国首创的海洋电池以铝板、铂网作电极，海水为电解质溶液。空气中的氧气与铝反应产生电流，放电时(　　) A.铝电极上发生还原反应 B.阳离子移向负极 C.氧气在正极上得电子 D.电流由铝板经外电路流向铂网 答案　C 解析　由题意可知，铝为负极，发生氧化反应，A项错误；原电池工作时，阳离子向正极移动，阴离子向负极移动，B项错误；氧气在正极得电子，发生还原反应，C项正确；原电池中，电流由正极流向负极，即由铂网经外电路流向铝板，D项错误。 6.研究人员发明了一种“水”电池，这种电池能利用淡水与海水之间含盐量差别进行发电，在海水中电池总反应式可表示为5MnO2+2Ag+2NaCl===Na2Mn5O10+2AgCl，下列有关“水”电池在海水中放电时的说法正确的是(　　) A.正极反应式：Ag+Cl--e-===AgCl B.每生成1 mol Na2Mn5O10转移2 mol电子 C.Na+不断向“水”电池的负极移动 D.AgCl是还原产物 答案　B 解析　根据总反应式中元素化合价的升降和正、负极的反应原理，正极反应式为5MnO2+2e-===Mn5，负极反应式为Ag+Cl--e-===AgCl，A项错误、B项正确；原电池中阳离子向正极移动，C项错误；AgCl是氧化产物，D项错误。 题组三　二次电池 7.铅蓄电池是常见的二次电池，已知充电时电池总反应为2PbSO4+2H2O===PbO2+Pb+2H2SO4，其内部简易结构如图所示。下列说法正确的是(　　) A.a是电源正极，b是电源负极 B.K连接M时，两个电极都有PbSO4生成 C.放电时，每转移0.5 mol e-，消耗0.5 mol H2SO4 D.放电时，PbO2电极的电极反应式为PbO2+4H++2e-===Pb2++2H2O 答案　C 解析　Pb电极发生PbSO4→Pb的还原反应(阴极)，a是电源负极，A错误；K连接M时，该装置为充电过程，两个电极上分别生成Pb和PbO2，B错误；由放电总反应PbO2+Pb+2H2SO4===2PbSO4+2H2O可知，每消耗2 mol H2SO4，转移2 mol e-，故每转移0.5 mol e-，消耗0.5 mol H2SO4，C正确；放电时，PbO2的电极反应式为PbO2+4H++S+2e-===PbSO4+2H2O，D错误。 8.(2024·哈尔滨期中联考)镍镉电池是一种新型的封闭式体积小的可充电电池，其放电时的工作原理如图所示，下列说法正确的是(　　) A.放电时，OH-向b极移动 B.放电时，a极发生还原反应 C.充电时电流的方向：外接电源正极→b极，a极→外接电源负极 D.充电时，a极的电极反应为Cd-2e-+2OH-===Cd(OH)2 答案　C 解析　由题图中电子移动方向可知放电时Cd为负极，NiOOH为正极。放电时，a极失电子，发生氧化反应，OH-向a极移动，A、B错误；放电时a极为负极，b极为正极，充电时a与电源负极相连，b与电源正极相连，电流的方向：外接电源正极→b极，a极→外接电源负极，C正确；充电时，a极的电极反应为Cd(OH)2+2e-===Cd+2OH-，D错误。 [9~12题，每小题7分] 9.我国报道了一种新型Li⁃NO2电池，为NO2的治理和利用提供了新的研究思路，其工作原理如图所示，电池放电时的总反应为2Li+NO2===Li2O+NO。下列有关该电池工作时的说法不正确的是(　　) A.外电路电流的方向：b极→电流表→a极 B.b极的电极反应：NO2+2e-+2Li+===Li2O+NO C.电解液中Li+向b极附近迁移 D.当外电路通过1 mol e-时，b极质量增加7 g 答案　D 解析　根据电池放电时的总反应2Li+NO2===Li2O+NO可知，Li失电子发生氧化反应，a极为负极，b极为正极，电流方向：b极(正极)→电流表→a极(负极)，A正确；b极为正极，正极反应式为NO2+2e-+2Li+===Li2O+NO，由2e-~Li2O可知，电路中通过1 mol e-时，b极生成0.5 mol Li2O，质量增加0.5 mol×30 g·mol -1=15 g，B正确、D错误；原电池工作时，阳离子移向正极，即电解液中Li+向b极附近迁移，C正确。 10.被称为“软电池”的纸质电池，采用一个薄层纸片(在其一边镀锌，在其另一边镀二氧化锰)作为传导体。在纸内的离子“流过”水和氧化锌组成的电解质溶液。总反应为Zn+2MnO2+H2O===ZnO+2MnOOH，下列说法不正确的是(　　) A.当该电池消耗2 mol MnO2时，有2 mol电子经电解质溶液移向二氧化锰 B.该电池二氧化锰为正极，发生还原反应 C.当0.1 mol Zn完全溶解时，电池外电路转移的电子数约为1.204×1023 D.电池正极反应式为MnO2+e-+H2O===MnOOH+OH- 答案　A 解析　反应中Mn元素化合价降低，发生还原反应，故二氧化锰作电池的正极，B正确；Zn元素化合价由0价升高为+2价，则当0.1 mol Zn完全溶解时，电池外电路转移0.2 mol电子，电子数约为1.204×1023，C正确；正极上MnO2得电子发生还原反应，电极反应式为MnO2+e-+H2O===MnOOH+OH-，D正确。 11.(2024·郑州第四十七中学高二检测)钠离子电池比锂离子电池更稳定，造价更低。某钠离子电池结构如图，已知电池反应：Na1-xMnO2+NaxCn===NaMnO2+nC。下列说法错误的是(　　) A.放电时，正极的电极反应式为NMnO2+xNa++xe-===NaMnO2 B.放电时，负极的电极反应式为NaxCn-xe-===xNa++nC C.放电时，外电路中每转移0.2 mol电子，理论上石墨烯电极质量减少4.6 g D.相同质量的负极材料，钠离子电池比锂离子电池可以提供更多电量 答案　D 解析　由图可知，放电时，石墨烯电极为负极，NaxCn在负极失去电子发生氧化反应生成钠离子和C，电极反应式为NaxCn-xe-===xNa++nC，Na1-xMnO2在正极得到电子发生还原反应生成NaMnO2，电极反应式为Na1-xMnO2+xNa++xe-===NaMnO2。 12.微生物电池具有高效、清洁、环保等优点。某微生物电池工作原理如图所示，下列说法错误的是(　　) A.a极为该电池的负极 B.b极的电极反应式为-e-=== C.放电过程中a极附近溶液pH降低 D.当外电路通过1 mol e-时，理论上溶液中会有1 mol H+通过质子交换膜移向b极 答案　B 解析　该电池中CH3OH作还原剂，所以a极为该电池的负极，A正确；b极的电极反应式为+e-===，B错误；放电过程中a极的电极反应式为CH3OH+H2O-6e-===CO2↑+6H+，所以其附近溶液pH降低，C正确；H+通过质子交换膜移向b极，D正确。 13.(10分)锂锰电池的体积小、性能优良，是常用的一次电池。该电池反应原理如图所示，其中电解质LiClO4溶于混合有机溶剂中，Li+通过电解质迁移入MnO2晶格中，生成LiMnO2。回答下列问题： (1)外电路的电流方向是由　　　　(填字母，下同)极流向　　　　极。  (2)电池正极反应式为　　　　。  (3)是否可用水代替电池中的混合有机溶剂？　　　　(填“是”或“否”)，原因是　　　　  　　　　。  答案　(1)b　a　(2)MnO2+e-+Li+===LiMnO2 (3)否　电极Li是活泼金属，能与水反应 解析　(1)原电池中电流方向是由正极b流向负极a。(2)在电池正极b上发生的电极反应式为MnO2+e-+Li+===LiMnO2。(3)由于负极材料Li是活泼金属，能够与水发生反应，所以不可用水代替电池中的混合有机溶剂。 14.(14分)我国科学家发明了一种Zn⁃PbO2电池，可广泛应用于汽车启动、照明和电力系统等领域。电解质分别为K2SO4、H2SO4和KOH，由a和b两种离子交换膜隔开，形成A、B、C三个电解质溶液区域，结构示意图如图所示： (1)电池中，Zn为　　　　极，B区域的电解质为　　　　(填“K2SO4”“H2SO4”或“KOH”)。  (2)电池总反应的离子方程式为　　　　　　　　。  (3)阳离子交换膜为图中的　　　　(填“a”或“b”)。  (4)如图为钠硫高能电池的结构示意图，该电池的工作温度为320 ℃左右，电池反应为2Na+xS===Na2Sx，正极的电极反应式为　　　　。  M(由Na2O和Al2O3制得)的两个作用是　　　　　　　。  与铅蓄电池相比，当消耗相同质量的负极活性物质时，钠硫电池的理论放电量是铅蓄电池的　　　　倍。  答案　(1)负　K2SO4 (2)PbO2+S+Zn+2H2O===PbSO4+[Zn(OH)4]2- (3)a (4)xS+2e-===　作离子导体(导电或作电解质)和隔离钠与硫　4.5 解析　(1)根据Zn失去电子生成[Zn(OH)4]2-，可知Zn为负极，则A区域电解质是KOH，正极上PbO2放电转化为PbSO4，C区域电解质是H2SO4，故B区域电解质是K2SO4。 (2)负极的电极反应式为Zn-2e-+4OH-===[Zn(OH)4]2-，正极的电极反应式为PbO2+4H++S+2e-===PbSO4+2H2O，则电池总反应为PbO2+S+Zn+2H2O===PbSO4+[Zn(OH)4]2-。 (3)A区域电解质是KOH，OH-参与电极反应生成[Zn(OH)4]2-，负电荷减少，为了维持溶液呈电中性，K+通过离子交换膜a进入B区域，因此a为阳离子交换膜。 (4)正极上是S得到电子发生还原反应：xS+2e-===；要形成闭合回路，M必须能使离子在其中定向移动，故M的两个作用是导电和隔离；假设消耗的质量都是207 g，则铅蓄电池能提供的电子为2 mol，而钠硫电池提供的电子为9 mol，故钠硫电池的放电量是铅蓄电池的4.5倍。 学科网（北京）股份有限公司 $