4.1.2 化学电源-【优学精讲】2026-2027学年高中化学选择性必修一同步课件（人教版）

该高中化学课件聚焦化学电源，系统讲解一次电池、二次电池和燃料电池的分类及工作原理，通过自主预习中电池优劣判断标准（比能量、比功率等）导入，构建从概念到具体电池类型的递进学习支架。 其亮点在于“学思用”问题驱动（如计算Mg-Al空气电池比能量）、分层练习（自我诊断与对点演练结合）及电极反应式书写方法归纳，培养科学思维（模型建构、证据推理）和化学观念（物质变化与能量转化），助力学生深化理解，教师高效教学。

第2课时　化学电源 学习目标 1.了解常见的化学电源，能运用原电池模型分析其工作原理，能用电极反应表示其中发生的化学反应。　2.能从物质变化和能量变化的角度分析新型电池的研发和利用。 返回导航 内 容 索 引 知识点一 1 1 知识点二 2 课堂检测 巩固落实 1 4 知识点三 3 知识点一　一次电池 第一部分 4 1．化学电源包括______电池、______电池和______电池等。 2．电池优劣或是否适合某种用途的判断标准 自主预习 一次 二次 燃料 返回导航 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。你能计算Mg­空气电池与Al­空气电池的“理论比能量”之比吗？ 学思用 返回导航 3．一次电池 (1)概念：放电后______再充电的电池，也叫做________。 (2)碱性锌锰电池 构造 示意图 负极反应 ____________________________________________ 不可 干电池 Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2 返回导航 正极 反应 MnO2＋H2O＋e－===MnO(OH)＋OH－ 电解质 ________ 总反应 ___________________________________________ KOH Zn＋2MnO2＋2H2O===2MnO(OH)＋Zn(OH)2 返回导航 (1)太阳能电池属于原电池(　　) (2)干电池根据电解质的性质又可分为酸性电池、碱性电池和中性电池(　　) (3)碱性锌锰电池中MnO2是催化剂，可使碱性锌锰电池的比能量提高(　　) (4)碱性锌锰电池工作过程中，负极区附近pH升高(　　) 自我诊断 × √ × × 返回导航 对点演练 D 返回导航 解析：酸性锌锰电池中，锌筒为负极，石墨电极为正极，故A错误； MnO2发生得电子的还原反应，故C错误； 锌筒为负极，发生失电子的氧化反应，电极反应为Zn－2e－===Zn2+，故D正确。 返回导航 2．碱性电池具有容量大、放电电流大的特点，因而得到广泛应用。碱性锌锰电池以氢氧化钾溶液为电解质溶液，电池总反应为Zn＋2MnO2＋2H2O===Zn(OH)2＋2MnO(OH)。下列说法错误的是(　　) A.电池工作时，锌失去电子 B.电池正极的电极反应式为MnO2＋H2O＋e－===MnO(OH)＋OH－ C.电池工作时，电子由正极通过外电路流向负极 D.外电路中每通过0.2 mol电子，消耗6.5 g锌 解析：原电池中，电子从负极流出经外电路流向正极，C错误。 C 返回导航 3．硅锰原电池在酸性环境下的工作原理如右图所示，下列说法正确的是(　　) A.正极的电极反应式为Si＋2H2O－4e－===SiO2＋4H＋ B.每当正极区溶液质量增加44.5 g，就有1 mol 电子从右向左穿过质子交换膜 C.放电过程中，负极附近溶液pH减小 D.将质子交换膜更换为阴离子交换膜，电解液 更换为NaOH溶液，电流更平稳，电池寿命更长 C 返回导航 解析：由题图可知，在碳硅电极上Si被氧化生成SiO2，碳硅电极为负极，电极反应式为Si－4e－＋2H2O===SiO2＋4H＋；在MnO2电极上MnO2被还原生成Mn2+，MnO2电极为正极，电极反应式为MnO2＋2e－＋4H＋===Mn2+＋2H2O。由分析可知，A错误； 质子交换膜允许H＋通过，电子不能穿过质子交换膜(电子通过外电路移动)，B错误； 负极反应为Si－4e－＋2H2O===SiO2＋4H＋，生成的H＋通过质子交换膜移向正极区，但消耗了水，所以负极附近溶液中H＋浓度增大，pH减小，C正确； 返回导航 酸性环境中Si生成SiO2可能覆盖电极导致反应受阻，而碱性环境下Si与NaOH反应生成可溶性硅酸盐，可能避免电极钝化，但若未形成原电池时Si易与NaOH发生反应，反而缩短寿命，D错误。 返回导航 电极反应式的书写方法 归纳总结 定电极， 标得失 按照负极发生氧化反应，正极发生还原反应，判断出电极反应产物，找出得失电子的数目 看环境， 配守恒 电极产物在电解质溶液中应能稳定存在，如碱性介质中生成的H＋应让其结合OH－生成水。电极反应式要依据电荷守恒、质量守恒和得失电子守恒等加以配平 两式加， 验总式 两电极反应式相加，与总反应式对照验证 返回导航 知识点二　二次电池 第二部分 17 1．二次电池是一类放电后可以再充电而反复使用的电池，又称可充电电池或蓄电池。 自主预习 返回导航 2．铅酸蓄电池 (1)电池构造 返回导航 (2)工作原理 (3)铅酸蓄电池的优缺点 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。 返回导航 3．锂离子电池 电极 电极反应 负极 嵌锂石墨(LixCy)：LixCy－xe－===xLi＋＋Cy 正极 钴酸锂(LiCoO2)：Li1－xCoO2＋xLi＋＋xe－===LiCoO2 总反应 LixCy＋Li1－xCoO2===LiCoO2＋Cy 返回导航 反应过程：放电时，Li＋由石墨中脱嵌移向____极，嵌入钴酸锂晶体中；充电时，Li＋从钴酸锂晶体中脱嵌，由____极回到____极，嵌入石墨中。这样在放电、充电时，Li＋往返于电池的正极、负极之间，完成化学能与电能的相互转化。 正 正 负 返回导航 (1)二次电池的放电过程，负极质量一定减小(　　) (2)可充电电池的充、放电过程是可逆反应(　　) (3)由于Li的性质活泼，因此在锂电池中不能用水溶液作为电解质溶液(　　) (4)铅酸蓄电池充电时，正极接直流电源正极，发生还原反应(　　) (5)锂离子电池放电时，Li＋移向正极区(　　) 自我诊断 × × √ × √ 返回导航 对点演练 B 返回导航 返回导航 放电时的总反应为PbO2＋Pb＋2H2SO4===2PbSO4＋2H2O，消耗硫酸，溶液中氢离子浓度减小，pH增大，B选项错误； Pb是放电时的负极，充电时作阴极，与电源负极相连，C选项正确； 充电时，PbSO4转化为Pb和PbO2，Pb元素化合价从＋2价变为0价和＋4价，每消耗2 mol PbSO4，转移2 mol电子，转移电子数为2×6.02×1023，D选项正确。 返回导航 2．镍镉可充电电池在现代生活中有广泛应用。已知某镍镉电池的电解质溶液为KOH溶液，放电时电池反应为Cd＋2NiO(OH)＋2H2O===Cd(OH)2＋2Ni(OH)2。下列说法正确的是(　　) A．放电时，将电能转化为化学能 B．放电时，正极发生氧化反应 C．充电时，两电极附近溶液的pH均减小 D．充电时，阳极反应为Ni(OH)2－e－＋OH－===NiO(OH)＋H2O D 返回导航 解析：放电时，将化学能转化为电能，A错误。 放电时，NiO(OH)在正极得到电子发生还原反应生成Ni(OH)2，B错误。 充电时，阴极发生得电子的还原反应：Cd(OH)2＋2e－===Cd＋2OH－，阴极附近溶液中OH－浓度增大，pH增大；阳极发生失电子的氧化反应：Ni(OH)2－e－＋OH－===NiO(OH)＋H2O，阳极附近溶液中OH－浓度减小，pH减小，C错误，D正确。 返回导航 3．某新型锂离子电池是以嵌锂非晶硅薄膜(LixSi)和钴酸锂(LiCoO2)薄膜为电极的二次电池，充电时，Li＋嵌入非晶硅膜，放电时发生脱嵌，工作原理如下图所示。下列说法正确的是(　　) A.充电时，b极接电源的负极 B．充电时，a极的电极反应式为xLi＋＋xe－===xLi C.放电时，外电路通过1 mol e－，b极质量增加7 g D．放电时，Li＋穿过Li＋交换膜向a极移动 C 返回导航 解析：充电时，Li＋嵌入非晶硅膜，说明a极为阴极，则b极为阳极，接电源的正极，A错误； 充电时，a极的电极反应式为xLi＋＋xe－＋Si===LixSi，B错误； 放电时，外电路通过1 mol e－，b极将嵌入1 mol Li＋，因此b极质量增加7 g，C正确； 放电时，阳离子向正极移动，因此Li＋穿过Li＋交换膜向b极移动，D错误。 返回导航 第三部分 知识点三　燃料电池 1．燃料电池是一种连续地将______和________的化学能直接转化为电能的化学电源。 燃料 氧化剂 自主预习 返回导航 2．氢氧燃料电池 (1)基本构造 返回导航 (2)工作原理 电极反应 酸性电解质(H2SO4) 碱性电解质(KOH) 负极反应 ____________________ ________________________ 正极反应 _____________________ _________________________ 总反应 2H2＋O2===2H2O 2H2－4e－===4H＋ 2H2－4e－＋4OH－===4H2O O2＋4e－＋4H＋===2H2O O2＋4e－＋2H2O===4OH－ 返回导航 在氢氧燃料电池中质子交换膜的作用是 ___________________________________。 答案：质子交换膜只允许H＋通过，既可以将两个半电池分隔开避免氢气与氧气接触，又可以保证H＋由负极室移向正极室，形成闭合回路 学思用 返回导航 3．燃料电池的特点 (1)燃料电池的燃料除氢气外，还有烃、肼、甲醇、氨、煤气等液体或气体。 (2)燃料电池将化学能转化为电能的转化率超过80%。 (3)污染物少排放甚至零排放，被誉为“绿色发电站”。 返回导航 4．不同介质中，CH3OH燃料电池的电极反应 返回导航 返回导航 (1)燃料电池中通入燃料的一极为正极(　　) (2)酸性氢氧燃料电池中O2通入正极，电极反应为O2＋4H＋＋4e－===2H2O(　　) (3)燃料电池的电极材料本身不参与电极反应(　　) (4)以葡萄糖为燃料的微生物燃料电池，放电过程中，H＋从正极区向负极区迁移(　　) 自我诊断 × √ √ × 返回导航 1．某种氢燃料客车搭载的质子交换膜燃料电池的结构如下图所示。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44.8 L(标准状况)H2 D.a极的电极反应式为H2＋2OH－＋2e－===2H2O 对点演练 D 返回导航 解析：由题图可知，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，通入空气的b极发生得电子的还原反应：O2＋4H＋＋4e－===2H2O，为正极。b极为正极，空气中的O2在正极得电子发生还原反应，A正确； 原电池中，阳离子从负极移向正极，故质子(H＋)通过质子交换膜从a极区移向b极区，B正确； a极的电极反应式为H2－2e－===2H＋，转移4 mol电子时消耗2 mol H2，在标准状况下的体积为2 mol×22.4 L/mol＝44.8 L，C正确，D错误。 返回导航 2．某学习小组以肼(N2H4)为原料设计了一种燃料电池，构造如下图所示。其中两个电极均为铂电极，电池总反应为N2H4＋O2===N2＋2H2O。下列说法错误的是(　　) A.通入N2H4的一极是电池的负极 B.通入O2的一极的电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－ C.电池工作一段时间后电解质溶液的pH将变大 D.若消耗16 g N2H4，则理论上转移2 mol电子 C 返回导航 解析：电池总反应为N2H4＋O2===N2＋2H2O，N2H4中N元素化合价由－2价升高到0价，失电子，为还原剂，被氧化，可知左侧电极为负极，右侧电极为正极，A正确； 通入O2的电极为正极，O2得电子与水反应生成OH－，电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，B正确； 返回导航 电池总反应为N2H4＋O2===N2＋2H2O，电池工作一段时间后电解质溶液中c(OH－)减小，pH将变小，C错误； 返回导航 3．(2026·周口高二期末)某新型燃料电池以民用燃气为燃料，工作原理如下图所示。下列说法错误的是(　　)     A.通入空气的电极为该电池的正极 B.电池工作时，电子由b极经固体电解质流向a极 C.CO在b极的反应式为CO－2e－＋O2-===CO2 D.相同状况下，a极消耗1 L O2，理论上b极消耗2 L燃料 B 返回导航 解析：燃料电池中，通入空气的电极为该电池的正极，故a极为正极，b极为负极，A正确； 电池工作时，电子由b极经外电路流向a极，B错误； CO在b极被氧化为CO2，电极反应式为CO－2e－＋O2-===CO2，C正确； H2、CO与O2发生反应生成H2O、CO2时，H2、CO与O2的化学计量数之比均为2∶1，因此相同状况下，a极消耗1 L O2，理论上b极消耗2 L燃料，D正确。 返回导航 课堂检测 巩固落实 第四部分 47 1．利用金属Al、海水及其中的溶解氧可组成电池，如右图所示。下列说法正确的是(　　) A.b电极为电池正极 B.电池工作时，海水中的Na＋向a电极移动 C.电池工作时，紧邻a电极区域的海水呈强碱性 D.每消耗1 kg Al，电池最多向外提供37 mol电子的电量 A 返回导航 解析：铝为活泼金属，发生氧化反应，为负极，石墨为正极，A正确； 电池工作时，阳离子向正极移动，故海水中的Na＋向b电极移动，B错误； 电池工作时，a电极的电极反应为Al－3e－===Al3+，铝离子水解显酸性，C错误； 返回导航 2．银锌纽扣电池的总反应为Zn＋Ag2O===ZnO＋2Ag。下列说法不正确的是(　　)   A.Zn为负极，失去电子 B.Ag2O为正极，发生还原反应 C.电池工作时，电子从Ag2O经导线流向Zn D.正极的电极反应式为Ag2O＋2e－＋H2O===2Ag＋2OH－ C 返回导航 解析：Zn失电子发生氧化反应，为负极，故A正确； Ag2O得电子发生还原反应，为正极，故B正确； 原电池中电子从负极经导线流向正极，所以该电池工作时，电子从Zn经导线流向Ag2O，故C错误； 正极上Ag2O得电子，电极反应式为Ag2O＋H2O＋2e－===2Ag＋2OH－，故D正确。 返回导航 3．(2026·大连高二模拟)某低成本储能电池原理如下图所示。下列说法正确的是(　　)     A.放电时，负极质量减小 B.储能过程中电能转变为化学能 C.放电时，右侧H＋通过质子交换膜移向左侧 B 返回导航 储能过程为充电过程，电能转化为化学能，B项正确； 放电时，阳离子向正极移动，所以左侧H＋通过质子交换膜移向右侧，C项错误； 返回导航 4．(2026·武汉高二月考)从绿色化学和环境保护角度来看，燃料电池是最具有发展前途的发电技术。NH3­O2燃料电池装置如下图所示，下列说法错误的是(　　) A.NH3­O2燃料电池将化学能转化为电能 B.电池工作时，溶液中的OH－向电极a迁移 C.当外电路中有3 mol电子通过时，电极a上消耗22.4 L NH3 D.电极b的电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－ C 返回导航 解析：电极a上氨失去电子发生氧化反应，电极a为负极，故电极b为正极。NH3­O2燃料电池将化学能转化为电能，A正确； 电池工作时，溶液中的OH－向负极即电极a迁移，B正确； 电极a的电极反应式为2NH3－6e－＋6OH－===N2＋6H2O，当外电路中有3 mol电子通过时，电极a上消耗1 mol NH3，在标准状况下的体积为22.4 L，C错误； 电极b上O2得电子发生还原反应，电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，D正确。 返回导航 5．(2026·聊城高二检测)下图是某氢氧燃料电池的结构示意图，电解质溶液为H2SO4溶液。氢气在催化剂作用下提供质子(H＋)和电子，电子经外电路、质子经内电路到达另一极与氧气反应，电池总反应为2H2＋O2===2H2O。回答下列问题。 返回导航 (1)通入H2的一极为电池的________(填“正”或“负”)极。 解析：电池总反应为2H2＋O2===2H2O，氢气失电子发生氧化反应，通入H2的一极为电池的负极。 (2)b极的电极反应式为___________________________。 解析：b极为正极，正极上氧气得到电子发生还原反应生成水，电极反应式为O2＋4H＋＋4e－===2H2O。 负 O2＋4H＋＋4e－===2H2O 返回导航 (3)每转移0.2 mol电子，消耗H2的体积为________L(标准状况下)。 解析：由H2－2e－===2H＋可知，每转移0.2 mol电子，消耗0.1 mol H2 ，在标准状况下的体积为2.24 L。 2.24 返回导航 (4)若将氢气换成甲烷，电解质溶液换成NaOH溶液，去掉质子交换膜。 ①a极的电极反应式为____________________________________。 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”)。 减小 返回导航 (5)若将氢气换成一氧化碳，电解质溶液换成固体电解质(传导O2-)，去掉质子交换膜，则a极的电极反应式为______________________。 解析：若将氢气换成一氧化碳，电解质溶液换成固体电解质(传导O2-)，去掉质子交换膜，则a极仍为负极，电极反应式为CO－2e－ ＋O2-===CO2。 CO－2e－ ＋O2-===CO2 返回导航 答案：假设质量都是1 g，金属Mg、Al转移电子的物质的量分别为×2＝ mol、×3＝ mol，Mg­空气电池与Al­空气电池的“理论比能量”之比为 ∶＝3∶4。 总反应：Pb＋PbO2＋2H2SO42PbSO4＋2H2O。　 1．(2026·无锡高二期末)铅酸蓄电池的工作原理可表示为PbO2＋Pb＋2H2SO42PbSO4＋2H2O，其构造示意图如右。下列有关说法不正确的是(　　) A．放电时，正、负电极质量均增大 B．放电时，溶液的pH减小 C．充电时，Pb与电源负极相连 D．充电时，每消耗2 mol PbSO4，转移电子数为2×6.02×1023 电解质 电极名称 电极反应式 H2SO4 负极 CH3OH－6e－＋H2O===CO2↑＋6H＋ 正极 O2＋6e－＋6H＋===3H2O KOH 负极 CH3OH－6e－＋8OH－===CO＋6H2O 正极 O2＋6e－＋3H2O===6OH－ 电解质 电极名称 电极反应式 熔融 K2CO3 负极 CH3OH－6e－＋3CO ===4CO2↑＋2H2O 正极 O2＋6e－＋3CO2===3CO 固体氧化物 (在高温下能 传导O2-) 负极 CH3OH－6e－＋3O2-===CO2↑＋2H2O 正极 O2＋6e－===3O2- $