1.2 第2课时 化学电源(Word学生用书)-【学霸笔记·同步精讲】2026-2027学年高中化学选择性必修第一册（鲁科版）

该高中化学导学案聚焦化学电源，涵盖一次电池、二次电池及燃料电池的分类、工作原理和电极反应书写。通过锌锰干电池、铅蓄电池等实例导入，衔接原电池原理，搭建从基础到应用的学习支架。 资料以探究活动（如熔融钠—硫电池分析、燃料电池制作实验）和归纳总结（电极反应书写方法）为特色，培养科学探究与实践能力，结合高考题及创新应用训练科学思维，强化化学观念，助力学生提升分析解决问题的能力。

第 2 课时　化学电源 1.了解常见化学电源的工作原理。 2.能列举常见的化学电源，并能利用相关信息分析化学电源的工作原理。 知识点一　化学电源　一次电池和二次电池 1.化学电源的分类及特点 2.常见的化学电源 项目 酸性锌锰干电池 碱性锌锰干电池 电极 　　做负极，　　　　做正极 电解质 氯化铵和氯化锌 氢氧化钾 电极反应 负极 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 正极 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 电池 反应 2MnO2＋Zn＋2NH4ClZnCl2＋2NH3＋H2O＋Mn2O3 Zn＋2MnO2＋H2OZnO＋2MnOOH 3.铅蓄电池 （1）构造 ①电极材料 ②电解质溶液：　　　　溶液。 （2）工作原理 （3）铅蓄电池的优缺点 ①优点：性能优良、造价低、可多次充放电。 ②缺点：单位质量电池释放的电能少。 　熔融钠—硫电池性能优良，是具有应用前景的储能电池。如图中的电池反应为2Na＋xSNa2Sx（x=3~5，难溶于熔融硫）。据此回答下列几个问题： 【交流讨论】 1.该电池的正、负极是什么？放电时正极的电极反应是什么？ 2.该电池是一次电池还是二次电池？为什么？ 归纳总结 1．根据装置书写电极反应 （1）分析装置图→根据元素化合价的变化判断得、失电子的物质→确定原电池的正、负极上的反应物质。 （2）书写电极反应 ①负极：活泼金属或H2失去电子生成阳离子；若电解质溶液中的阴离子与生成的阳离子不共存，则该阴离子应写入负极反应，如铅蓄电池的负极反应：Pb＋S－2e－PbSO4。 ②正极：阳离子得到电子生成单质（或低价离子）或O2得到电子。若是O2在电极上反应，则有两种情况： 电解质溶液显碱性或中性 O2＋2H2O＋4e－4OH－ 电解质溶液显酸性 O2＋4H＋＋4e－2H2O 2．给出总反应，写电极反应 各类电极反应的一般书写步骤：列物质，标（电子）得失；选离子，配电荷；配个数，巧用水；两式加，验总式。 3．可充电电池电极反应的书写 在书写可充电电池电极反应时，要明确电池放电时遵循原电池原理；原电池的负极发生氧化反应，对应元素的化合价升高；电池的正极发生还原反应，对应元素的化合价降低。 1.（2026•湖北十堰高二期中）化学电源在生活中应用广泛，各种电池的示意图如下，下列有关说法正确的是（　　） A．甲：电子由铜片经导线流向锌片 B．乙：负极的电极反应式为Zn－2e－Zn2＋ C．丙：石墨棒作负极，发生氧化反应，使用一段时间锌筒会变薄 D．丁：使用一段时间后电解质溶液的酸性减弱，导电能力变小 2.（2024•江苏高考8题）碱性锌锰电池的总反应为Zn＋2MnO2＋H2OZnO＋2MnOOH，电池构造示意图如图所示。下列有关说法正确的是（　　） A．电池工作时，MnO2发生氧化反应 B．电池工作时，OH－通过隔膜向正极移动 C．环境温度过低，不利于电池放电 D．反应中每生成1 mol MnOOH，转移电子数为2×6.02×1023 3.化学电源在生产生活中有着广泛的应用，下列关于铅蓄电池（如图所示）的叙述正确的是（　　） A．放电时正极的电极反应式为PbO2＋4H＋＋S＋2e－PbSO4＋2H2O B．铅蓄电池放电时，若外电路中有0.5 mol电子通过，则溶液中消耗H2SO4的物质的量为0.25 mol C．铅蓄电池充电时，溶液的pH将增大 D．放电时，该电池的正极材料是铅板 知识点二　燃料电池 1．氢氧燃料电池 酸性燃料电池 碱性燃料电池 电极材料 　　　　 电解质溶液 硫酸等酸性溶液 KOH溶液 电极 反应 负极 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 正极 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 总反应 2H2＋O22H2O 2．燃料电池的工作原理、特点及优点 工作 原理 将燃料和氧化剂分别不断地输入电池的两极，通过燃料（如氢气）在负极发生氧化反应、氧化剂（如氧气）在正极发生还原反应，实现一个相当于燃烧的电池反应，从而将化学能转化为电能 特点 ①电池的正、负极反应物分别是氧化剂和燃料； ②能量转化率远高于普通燃烧过程 优点 能量利用效率高、可连续使用、污染轻等 　制作一个简单的燃料电池 【实验用品 】 KOH溶液，稀硫酸，K2SO4溶液，石墨棒；U形管，橡胶塞，导线，电流表，电源，长颈漏斗。 【实验方案设计 】 设计目标 设计思路及依据 实验装置 实验现象 选择实验用品 选择实验用品的目的 获得氢气和氧气 KOH溶液（或稀硫酸或K2SO4溶液）、石墨棒、长颈漏斗、U形管、橡胶塞、导线、电源 构成电解装置，通过电解三种溶液中的任一种获得H2和O2 两石墨电极上均有气泡产生 制作氢氧燃料电池 KOH溶液（或稀硫酸或K2SO4溶液）、石墨棒、长颈漏斗、U形管、橡胶塞、导线、电流表 构成原电池 电流表指针发生偏转 【交流讨论】 1.氢氧燃料电池中，正、负极反应物分别是什么？ 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？ 3.请写出上述实验装置中设计的氢氧燃料电池的电极反应与电池总反应。（电解质溶液为KOH溶液） 归纳总结 1.常见的四种典型燃料电池 名称 电解质 电极反应和电池总反应 氢氧燃料电池 KOH 正极：O2＋4e－＋2H2O4OH－ 负极：2H2－4e－＋4OH－4H2O 总反应：2H2＋O22H2O H2SO4 正极：O2＋4e－＋4H＋2H2O 负极：2H2－4e－4H＋ 总反应：2H2＋O22H2O 甲烷燃料电池 KOH 正极：2O2＋4H2O＋8e－8OH－ 负极：CH4＋10OH－－8e－C＋7H2O 总反应：CH4＋2O2＋2KOHK2CO3＋3H2O 甲醇燃料电池 KOH 正极：3O2＋6H2O＋12e－12OH－ 负极：2CH3OH＋16OH－－12e－2C＋12H2O 总反应：2CH3OH＋3O2＋4KOH2K2CO3＋6H2O 肼燃料电池　 KOH 正极：O2＋2H2O＋4e－4OH－ 负极：N2H4＋4OH－－4e－N2＋4H2O 总反应：N2H4＋O2N2＋2H2O 2.书写燃料电池电极反应的三步骤 1.（2026•安徽蚌埠高二月考）某种氢燃料客车搭载的质子交换膜燃料电池的结构如图所示。下列说法错误的是（　　） A．空气中的O2在b极发生还原反应 B．质子从a极区通过质子交换膜进入b极区 C．转移4 mol电子时消耗H2 44.8 L（标准状况） D．a极电极反应式为H2＋2OH－＋2e－2H2O 2.（2026•上海月考）某甲醇燃料电池工作原理如图所示。 （1）电极Ⅰ的名称是　　　　；写出电极Ⅱ发生的电极反应式：　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 （2）与直接燃烧甲醇相比，写出采用甲醇燃料电池方式供能的一项优势：　　　　　　　　　　　　　　　　。 能力培养　原电池原理的创新应用（探究与创新） 　为验证不同化合价铁的氧化还原能力，利用下列电池装置进行实验。 已知：Fe3＋＋3HCFe（OH）3↓＋3CO2↑；两烧杯中溶液体积相等。 回答下列问题： （1）电池装置中，盐桥连接两电极电解质溶液。盐桥中阴、阳离子不与溶液中的物质发生化学反应，并且电迁移率（u∞）应尽可能地相近。根据下表数据，盐桥中应选择什么物质作为电解质？ 阳离子 u∞×108/（m2•s－1•V－1） 阴离子 u∞×108/（m2•s－1•V－1） Li＋ 4.07 HC 4.61 Na＋ 5.19 N 7.40 Ca2＋ 6.59 Cl－ 7.91 K＋ 7.62 S 8.27 （2）电流表显示电子由铁电极流向石墨电极。可知，盐桥中的阳离子进入　　　　电极溶液中。 （3）电池反应一段时间后，测得铁电极溶液中c（Fe2＋）增加了0.02 mol•L－1。石墨电极上未见Fe析出。可知，石墨电极溶液中c（Fe2＋）为多少？ （4）根据（2）、（3）实验结果，可知石墨电极的电极反应为　　　　　　　　　　，铁电极的电极反应为　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 因此，验证了Fe2＋氧化性小于　　　　　、还原性小于　　　　。 【迁移应用】 　在隔绝空气的条件下进行电化学实验，证实了I2能将Cu氧化为Cu2＋。装置如图所示，物质a是　　　　；溶液b是　　　　；电势：a电极　　　　石墨电极（填“＜”“=”或“＞”）。已知：I2易溶于KI溶液，发生反应：I2＋I－⇌（红棕色）；I2和氧化性几乎相同。 1.贮备电池具有下列特点：日常将电池的一种组成部分（如电解质溶液）与其他部分隔离备用；使用时电池可迅速被激活并提供足量电能。贮备电池主要用于应急救援和武器系统等。Mg－AgCl电池是一种可被海水激活的贮备电池。下列叙述中错误的是（　　） A．负极反应为Mg－2e－Mg2＋ B．正极反应为AgCl＋e－Ag＋Cl－ C．电池放电时Mg2＋由正极向负极迁移 D．负极会发生副反应：Mg＋2H2OMg（OH）2＋H2↑ 2.（2026•河南郑州高二月考）一种MnO2－Zn水系电池的工作原理如图所示。 下列叙述错误的是（　　） A．Zn为负极，发生氧化反应 B．当Zn极质量变化65 g时，MnO2极质量变化1 g C．MnO2极发生的电极反应式：MnO2＋e－＋H2OMnOOH＋OH－ D．工作时，电流由MnO2电极沿外电路流向Zn电极，再通过内电路流回MnO2电极 3.全固态LiPON薄膜锂离子电池工作示意图如下，LiPON薄膜只允许Li＋通过，电池反应为LixSi＋Li1－xCoO2Si＋LiCoO2。下列说法正确的是 （　　） A．放电时，a极为正极 B．导电介质c可为Li2SO4溶液 C．放电时，b极反应为Li1－xCoO2＋xLi＋＋xe－LiCoO2 D．放电时，当电路通过0.5 mol电子时，b极薄膜质量减少3.5 g 4.生物燃料电池（BFC）是以有机物为燃料，直接或间接利用酶作为催化剂的一类特殊的燃料电池，其能量转化率高，是一种真正意义上的绿色电池，其工作原理如图所示。已知C1极的电极反应为C2H5OH＋3H2O－12e－2CO2↑＋12H＋。下列说法错误的是（　　） A．C1极为电池负极，C2极为电池正极 B．C2极的电极反应为O2＋4H＋＋4e－2H2O C．该生物燃料电池的总反应为C2H5OH＋3O22CO2＋3H2O D．电子由C2极经外电路流向C1极 5.（2026•河南南阳高二月考）一种三室微生物电池污水处理系统原理如图所示，图中有机废水中有机物可用C6H6O表示，咸水为一定浓度的NaCl溶液。回答下列问题： （1）离子交换膜Ⅰ是　　　　（填“阴”或“阳”，下同）离子交换膜，离子交换膜Ⅱ是　　　　离子交换膜。 （2）该装置工作时，发生还原反应的电极为　　　　（填“a”或“b”）极。 （3）a极上的电极反应式为　　　　　　　　　　　　　　　　　　　； 该装置工作一段时间后，a极区溶液的pH　　　（填“减小”“增大”或“不变”，下同）；b极区溶液的pH　　　　。 （4）当b极生成15.68 L N2（标准状况下），理论上a极可处理　　　　g C6H6O，通过离子交换膜Ⅱ的离子数目有　　　　NA。 完成课后作业　第1章　第2节　第2课时 答案 第2课时　化学电源 知识点一　 1.原电池　2.锌　石墨　Zn－2e－Zn2＋　Zn＋2OH－－2e－ZnO＋H2O　2MnO2＋2N＋2e－Mn2O3＋2NH3＋H2O　2MnO2＋2H2O＋2e－2MnOOH＋2OH－　3.（1）①铅　二氧化铅　②H2SO4　（2）Pb＋S－2e－PbSO4　PbO2＋4H＋＋S＋2e－PbSO4＋2H2O　Pb＋PbO2＋2H2SO42PbSO4＋2H2O 探究活动 交流讨论 1.提示：Na为电池的负极，S为电池的正极。根据电池反应，放电时正极上S发生还原反应，且Na＋向正极移动参与反应，电极反应为xS＋2Na＋＋2e－Na2Sx。 2.提示：该电池是以Na－β－Al2O3为隔膜的二次电池。原因为该电池可以反复充电和放电。 对点训练 1.D　活泼金属作负极，所以Zn为负极，Cu为正极，电子由锌片经导线流向铜片，A错误；电解质溶液是KOH溶液，负极的电极反应式为Zn－2e－＋2OH－Zn（OH）2，B错误；锌筒作负极，发生氧化反应，锌失电子生成Zn2＋，使用一段时间锌筒会变薄，C错误；铅蓄电池放电时，Pb＋PbO2＋2H2SO42PbSO4＋2H2O，使用一段时间后硫酸浓度下降、电解质溶液的酸性减弱，导电能力变小，D正确。 2.C　MnO2转化为MnOOH，Mn由＋4价降为＋3价，发生还原反应，A错误；电池工作时阴离子向负极移动，B错误；温度较低时，反应速率会降低，C正确；MnO2转化为MnOOH，每生成1 mol MnOOH转移电子数为1×6.02×1023，D错误。 3.A　放电时，正极发生还原反应，电极反应式为PbO2＋4H＋＋S＋2e－PbSO4＋2H2O，A正确；根据铅蓄电池放电时的总反应：PbO2＋2H2SO4＋Pb2PbSO4＋2H2O可知，反应中转移2 mol电子时，消耗2 mol H2SO4，故当外电路中有0.5 mol电子通过时，溶液中消耗H2SO4的物质的量为0.5 mol，B错误；根据铅蓄电池充电时的总反应：2PbSO4＋2H2OPbO2＋2H2SO4＋Pb可知，充电时，溶液的pH将减小，C错误；放电时，该电池的正极材料是PbO2，D错误。 知识点二　 1.石墨　2H2－4e－4H＋　2H2＋4OH－－4e－4H2O　O2＋4H＋＋4e－2H2O　O2＋2H2O＋4e－4OH－ 探究活动 交流讨论 1.提示：根据反应2H2＋O22H2O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.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、固体电解质和离子交换膜等均可以作为离子导体。 3.提示：负极反应：2H2－4e－＋4OH－4H2O；正极反应：O2＋2H2O＋4e－4OH－，电池总反应：2H2＋O22H2O。 对点训练 1.D　在氢燃料电池中，通入氢气的a极发生失电子的氧化反应：H2－2e－2H＋，为负极，通入空气（含氧气）的b极发生得电子的还原反应：O2＋4H＋＋4e－2H2O，为正极。b极通入空气（含O2），为正极，O2在正极得电子发生还原反应，A正确；a极为负极（通入H2），产生H＋，质子（H＋）通过质子交换膜从负极（a极）移向正极（b极），B正确；a极反应为H2－2e－2H＋，转移4 mol电子时消耗H2 2 mol，标准状况下体积为2 mol×22.4 L•mol－1=44.8 L，C正确；质子交换膜燃料电池中电解质为酸性，a极（负极）反应式应为H2－2e－2H＋，D错误。 2.（1）负极　O2＋4H＋＋4e－2H2O （2）能量转化效率高、能量损失少、反应充分不产生积炭（任意一条即可） 解析：甲醇燃料电池中，氢离子移向电极Ⅱ，阳离子向正极移动，则电极Ⅱ为正极，氧气得电子发生还原反应生成水，电极反应式为O2＋4H＋＋4e－2H2O；电极Ⅰ为负极，甲醇失电子发生氧化反应生成CO2，电极反应式为CH3OH＋H2O－6e－CO2↑＋6H＋。 能力培养　 　（1）提示：根据盐桥中阴、阳离子不能参与反应，及Fe3＋＋3HCFe（OH）3↓＋3CO2↑、Ca2＋＋SCaSO4↓，可排除HC、Ca2＋，再根据FeSO4溶液显酸性，而N在酸性溶液中具有氧化性，可排除N。最后根据阴、阳离子的电迁移率应尽可能地接近，知选择KCl作盐桥中的电解质较合适。 （2）提示：电子由负极流向正极，结合电子由铁电极流向石墨电极，可知铁电极为负极，石墨电极为正极。盐桥中的阳离子流向正极（石墨电极）溶液中。 （3）提示：由题意知负极反应为Fe－2e－Fe2＋，正极反应为Fe3＋＋e－Fe2＋，则铁电极溶液中c（Fe2＋）增加 0.02 mol•L－1时，石墨电极溶液中c（Fe2＋）增加0.04 mol•L－1，故此时石墨电极溶液中c（Fe2＋）=0.09 mol•L－1。 （4）提示：石墨电极的电极反应为Fe3＋＋e－Fe2＋，铁电极的电极反应为Fe－2e－Fe2＋，故验证了氧化性：Fe3＋＞Fe2＋，还原性：Fe＞Fe2＋。 迁移应用 　铜　I2与KI溶液混合液　＜ 解析：要验证I2能将Cu氧化为Cu2＋，铜失去电子发生氧化反应，则需设计原电池负极材料为Cu，b为含碘单质的KI溶液，故物质a是铜，溶液b是I2与KI溶液混合液，a为负极、石墨为正极，则电势：a电极＜石墨电极。 【随堂演练】 1.C　放电时，负极产生Mg2＋（正电荷增加），正极产生Cl－（负电荷增加）。为维持电荷平衡，阳离子Mg2＋应向正极迁移，阴离子Cl－应向负极迁移，C项错误。 2.B　Zn－MnO2水系电池以锌、MnO2为电极，ZnSO4溶液作电解质溶液，则负极为锌，正极为MnO2，负极反应：Zn－2e－Zn2＋－，正极反应：MnO2＋e－＋H2OMnOOH＋OH－。Zn－MnO2－－水系电池以锌、MnO2－为电极，Zn为活泼金属，在原电池中作负极，失去电子发生氧化反应，A正确；Zn极反应为Zn－2e－－Zn2＋－（1 mol Zn失去2 mol e－－），65 g Zn的物质的量为=1 mol，转移2 mol e－－，MnO2－极反应为MnO2＋e－＋H2OMnOOH＋OH－（1 mol－ MnO2－得1 mol－ e－－，质量增加1 g），则2 mol e－－对应2 mol MnO2－反应，质量增加2 g，而非1 g，B错误；MnO2－极作正极，Mn从＋4价降为＋3价，电极反应式为MnO2＋e－＋H2OMnOOH＋OH－，电荷、元素均守恒，C正确；电流在外电路由正极（MnO2）流向负极（Zn），内电路通过离子定向移动（阳离子移向正极，阴离子移向负极）形成回路，最终流回MnO2电极，D正确。 3.C　由题干信息中电池总反应可表示为LixSi＋Li1－xCoO2Si＋LiCoO2可知，放电时，电极a为非晶硅薄膜，其电极反应为LixSi－xe－Si＋xLi＋，电极a为负极，A项错误；由于2Li＋2H2O2LiOH＋H2↑，故导电介质c中不能有水，则不可为Li2SO4溶液，B项错误；放电时b极为正极，电极反应式为Li1－xCoO2＋xLi＋＋xe－LiCoO2，C项正确；放电时，电极b为正极，锂离子得电子嵌入正极，电极反应式为Li1－xCoO2＋xLi＋＋xe－LiCoO2，则当外电路通过0.5 mol电子时，b极薄膜质量增加0.5 mol×7 g•mol－1=3.5 g，D项错误。 4.D　乙醇燃料电池中，燃料发生失去电子的氧化反应，通入燃料的一极为负极，则C1极为电池负极，C2极为电池正极，A项正确；正极上O2得到电子和H＋反应生成H2O，电极反应为O2＋4H＋＋4e－2H2O，B项正确；该燃料电池的产物与乙醇燃烧的产物相同，则电池的总反应为C2H5OH＋3O22CO2＋3H2O，C项正确；电子由负极经外电路流向正极，即由C1极经外电路流向C2极，D项错误。 5.（1）阴　阳　（2）b　（3）C6H6O－28e－＋11H2O6CO2↑＋28H＋　减小　增大　（4）23.5　7 解析：由图示和题干可知，在三室微生物电池污水处理系统中，电极a处发生的反应为C6H6OCO2，故电极a为负极，失去电子，其电极反应为C6H6O－28e－＋11H2O6CO2↑＋28H＋；电极b处发生的反应为NN2，故电极b为正极，得到电子，其电极反应为2N＋10e－＋6H2ON2↑＋12OH－。（1）在三室微生物电池污水处理系统中，咸水进入，流出为淡水，故在电池中钠离子和氯离子分别移动到两个电极，阳离子向正极移动，阴离子向负极移动。由分析可知，电极a为负极，电极b为正极，离子交换膜Ⅰ是阴离子交换膜；离子交换膜Ⅱ是阳离子交换膜。（2）电极b为正极，得到电子，发生还原反应。（3）电极a为负极，其电极反应为C6H6O－28e－＋11H2O6CO2↑＋28H＋；由分析可知随着反应的继续，电极a处，氢离子浓度增加，pH减小；电极b处，氢氧根离子浓度增加，pH增大。（4）当b极生成15.68 L N2（标准状况下），即生成氮气的物质的量为0.7 mol，代入电极b处电极反应方程式：2N＋10e－＋6H2ON2↑＋12OH－，可知其转移电子数：=，故n（e－）=7 mol。代入电极a的电极方程式：C6H6O－28e－＋11H2O6CO2↑＋28H＋，可知参加反应的有机物的物质的量：=，故n（C6H6O）=0.25 mol，代入可知其质量为0.25 mol×94 g•mol－1=23.5 g；依据电极反应，生成氮气0.7 mol时，电极b处，生成8.4 mol OH－，消耗1.4 mol N，故需要补充7 mol Na＋，故通过离子交换膜Ⅱ的离子数目有7NA。 9 / 9 学科网（北京）股份有限公司 $