第1章 第2节 第2课时 化学电源-【优学精讲】2026-2027学年高中化学选择性必修一同步教参（人教版·不定项）

本讲义聚焦化学电源核心知识点，系统梳理一次电池（如锌锰干电池）、二次电池（如铅蓄电池）、燃料电池（如氢氧燃料电池）的定义、分类及工作原理，通过电极反应式分析与习题构建从基础到应用的学习支架。 资料特色在于结合实验设计（如氢氧燃料电池制作）和电极反应式书写方法总结，培养科学思维（模型建构、证据推理）与科学探究能力，通过废电池处理等实例渗透科学态度与责任，课中辅助教学，课后助力学生巩固提升。

第2课时　化学电源 【学习目标】　1.了解常见的化学电源，能运用原电池思维模型分析工作原理，能用电极反应表示发生的化学反应。　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。 知识点一　一次电池 1．化学电源 (1)定义：将化学能转化为电能的实用装置。 (2)分类及特点 2．锌锰干电池 类型 酸性锌锰干电池 碱性锌锰干电池 电极 用石墨作为正极，锌作为负极 结构 示意图 电解质 氯化铵和氯化锌 氢氧化钾 电 极 反 应 式 正 极 2MnO2＋2NH＋2e－===Mn2O3＋2NH3＋H2O(存在争议) 2MnO2＋2H2O＋2e－===2MnOOH＋2OH－ 负 极 Zn－2e－===Zn2+ Zn＋2OH－－2e－===ZnO＋H2O 电池 反应 Zn＋2MnO2＋2NH4Cl ===ZnCl2＋Mn2O3＋ 2NH3＋H2O　　　 Zn＋2MnO2＋H2O ===ZnO＋2MnOOH 优缺点 制作简单、价格低廉，但较易发生自放电而导致存放时间较短、放电后电压下降较快 单位质量输出的电能多且储存时间长，适用于大电流和连续放电 (1)太阳能电池不属于化学电源(　　) (2)手机、电脑中使用的锂电池属于一次电池(　　) (3)化学电源供能稳定可靠，可以制成各种形状和大小的电池及电池组，使用方便，易于维护(　　) (4)锌锰干电池根据电解质的性质又可分为酸性电池和碱性电池(　　) (5)碱性锌锰电池工作过程中，负极区附近碱性增强(　　) 答案：(1)√　(2)×　(3)√　 (4)√　(5)× 1．随着人们生活质量的不断提高，废电池必须进行集中处理的问题被提上议事日程，首要原因是(　　) A．利用电池外壳的金属材料 B．防止电池中汞、镉和铅等重金属离子对土壤和水源造成污染 C．防止电池中渗漏的电解液腐蚀其他物品 D．回收其中石墨电极 解析：选B。汞、镉、铅等重金属离子会对土壤和水源造成污染。 2．纽扣式银锌电池的总反应为Zn＋Ag2O===ZnO＋2Ag，装置如下图所示。 (1)负极反应物为________，电极反应为_____________________ ________________________________________________________ ___________________________。 (2)正极反应物为________，电极反应为__________________________ ______________________________________________________________________________。 (3)电解质溶液是____________。 答案：(1)锌　Zn＋2OH－ － 2e－ === ZnO＋H2O (2)Ag2O　Ag2O＋2e－＋H2O === 2Ag＋2OH－ (3)KOH溶液 3．热激活电池(又称热电池)可用作火箭、导弹的工作电源。一种热激活电池的基本结构如下图所示，其中作为电解质的无水LiCl-KCl混合物一旦受热熔融，电池瞬间即可输出电能。该电池总反应为PbSO4＋2LiCl＋Ca===CaCl2＋Li2SO4＋Pb。 根据示意图解答： (1)负极反应物为________，发生________反应，电极反应式为____________________________________________________。 (2)正极反应物为________，发生________反应，电极反应式为____________________________________________________。 (3)电池工作时Li＋向________移动。 (4)常温时，电池不能释放电能的原因是__________________________ ______________________________________________________________________________。 答案：(1)Ca　氧化　Ca－2e－===Ca2+　 (2)PbSO4　还原　PbSO4＋2e－===Pb＋SO (3)正极(硫酸铅电极) (4)常温时，电解质不是熔融态，离子不能移动，不能产生电流 　 已知原电池总反应，书写电极反应式的方法 (1)分析原电池总反应中各元素的化合价变化情况，找出氧化剂及其对应的还原产物，氧化剂发生的反应即为正极反应；找出还原剂及其对应的氧化产物，还原剂发生的反应即为负极反应。 (2)若某一电极反应式较难书写，可先写出较简单的电极反应式，然后利用总反应减去该电极反应式即可得到另一电极反应式。 知识点二　二次电池 1．二次电池的特点 二次电池的特点是发生氧化还原反应的物质(电极材料、电解质溶液)大部分被消耗后，又可以通过充电而恢复其供电能力。 2．最常见的二次电池——铅蓄电池 (1)电池构造 (2)放电时的反应 负极反应式 Pb＋SO－2e－===PbSO4 正极反应式 PbO2＋4H＋＋SO＋2e－===PbSO4＋2H2O 充、放电时 的电池反应 Pb＋PbO2＋2H2SO42PbSO4＋2H2O (3)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、笨重，废弃的电池污染环境。 (1)铅蓄电池放电时，正极区域溶液的pH减小(　　) (2)铅蓄电池性能优良、造价低，可多次充放电(　　) (3)铅蓄电池中的PbO2为负极(　　) (4)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)×　(4)× 1．下列说法正确的是(　　) A．酸性锌锰干电池是一次电池，碱性锌锰干电池是二次电池 B．铅蓄电池是一次电池，锂离子电池是二次电池 C．化学电源的能量转化率可达100% D．二次电池又叫蓄电池，它放电后可以再充电使活性物质获得再生 解析：选D。一次电池是只能放电而不能充电的电池，如酸性锌锰干电池、碱性锌锰干电池等；可充电电池又称二次电池或蓄电池，放电后可通过充电的方式使电池内的活性物质再生而继续使用，如铅蓄电池、锂离子电池等，A、B项错误，D项正确。化学电源除将化学能转化为电能外，还有一部分转化为热能，能量转化率小于100%，C项错误。 2．(双选)下列关于铅蓄电池的说法正确的是(　　) A．放电时，正极上发生的反应是Pb＋SO－2e－===PbSO4 B．放电时，该电池的负极材料是铅板 C．充电时，电池中硫酸的浓度不断增大 D．充电时，阳极上发生的反应是PbSO4＋2e－===Pb＋SO 解析：选BC。A项，放电时，正极上发生还原反应，电极反应式为PbO2＋4H＋＋SO＋2e－===PbSO4＋2H2O，错误；C项，充电时，硫酸的浓度不断增大，正确；D项，充电时，阳极上发生氧化反应，错误。 3．(1)锂离子二次电池的负极材料为金属锂和石墨的复合材料(石墨为金属锂的载体)，电池反应为FePO4(s)＋Li(s)LiFePO4(s)，装置如下图： ①该电池不能用电解质水溶液，原因是___________________________ _____________________________________________________________________。 ②放电时，b极的电极反应式是_________________________________ _______________________________________________________________________。 (2)一种可充电电池的原料为H2，电池总反应为H2＋2NiOOH2Ni(OH)2，工作原理类似于铅蓄电池，写出放电时的电极反应式： 负极为____________________________________________________、 正极为____________________________________________________。 答案：(1)①金属锂可与水发生反应 ②FePO4＋Li＋＋e－===LiFePO4 (2)H2＋2OH－－2e－===2H2O 2NiOOH＋2H2O＋2e－===2Ni(OH)2＋2OH－ 知识点三　燃料电池 1．制作一个简单的燃料电池 (1)【实验方案设计及实施】 设计 目标 获得氢气 和氧气 制作氢氧 燃料电池 实验 装置 实验 现象 两石墨电极上均有 气泡产生 电流表指针 发生偏转 (2)请写出上述实验装置中设计的氢氧燃料电池的电极反应式与电池反应。 电池反应 2H2＋O2===2H2O 离子 导体 稀硫酸 (酸性) 负极：2H2－4e－===4H＋ 正极：O2＋4H＋＋4e－===2H2O K2SO4溶 液(中性) 负极：2H2－4e－===4H＋ 正极：O2＋2H2O＋4e－===4OH－ KOH溶液 (碱性) 负极：2H2＋4OH－－4e－===4H2O 正极：O2＋2H2O＋4e－===4OH－ 　 环境不同，反应产物在溶液中的存在形式可能不同，书写电极反应式时，要先明确离子导体的酸碱性。 2．燃料电池 (1)特点：电池的正、负极反应物分别是氧化剂和燃料。 (2)工作原理：将反应物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反应的电池反应，将化学能转化为电能。 (3)常见类型：除了氢气外，甲烷、甲醇和乙醇等也可用作燃料电池的负极反应物。氢氧燃料电池是目前最成熟的燃料电池，它可以使用不同的电解质如KOH溶液、H3PO4溶液、熔融碳酸盐、固体电解质或质子交换膜等作为离子导体。 (4)优点：能量利用效率高、可连续使用和污染轻。 (1)燃料电池将能量全部转化为电能(　　) (2)燃料电池中通入燃料的一极为正极(　　) (3)氢氧燃料电池(酸性电解质)中正极通入O2，电极反应为O2＋4H＋＋4e－===2H2O(　　) (4)燃料电池电极材料本身不参与电极反应(　　) (5)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(　　) 答案：(1)×　(2)×　(3)√　(4)√　(5)× 1．某种氢氧燃料电池的电解质溶液为KOH溶液。下列有关该电池的叙述不正确的是(　　) A．正极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－ B．工作一段时间后，电解液中KOH的物质的量不变 C．该燃料电池的总反应为2H2＋O2===2H2O D．消耗2.24 L H2(标准状况)时，有0.1 mol电子转移 解析：选D。在碱性氢氧燃料电池中，H2在负极上发生反应：2H2＋4OH－－4e－===4H2O；O2在正极上发生反应：O2＋2H2O＋4e－===4OH－，总反应为2H2＋O2===2H2O；工作一段时间后，电解质溶液中KOH的物质的量不变，故A、B、C项正确；消耗 2.24 L H2(标准状况)时，转移电子的物质的量为 0.2 mol，故D项不正确。 2.(双选)(2026·济宁高二检测)氨作为一种无碳富氢化合物，具有价廉、不易燃、易储存等特点，被认为是可替代氢用于燃料电池的理想材料。NH3­O2燃料电池如上图所示，下列说法错误的是(　　) A．电池工作时，OH－向电极b迁移 B．电池工作时两电极上理论消耗的n(NH3)∶n(O2)＝3∶4 C．电极a为负极，NH3失去电子，发生氧化反应 D．电极b上的电极反应：O2＋4e－＋2H2O===4OH－ 解析：选AB。电极a上NH3失电子发生氧化反应生成N2，故电极a为负极，电极b为正极。电池工作时，阴离子移向负极，即OH－向电极a迁移，A错误；NH3­O2燃料电池总反应为4NH3＋3O2===2N2＋6H2O，故电池工作时两电极上理论消耗的n(NH3)∶n(O2)＝4∶3，B错误；电极a是负极，NH3在负极上失去电子，发生氧化反应，C正确；电极b是正极，电极反应式为O2＋4e－＋2H2O===4OH－，D正确。 3．下面为3种燃料电池的工作原理示意图。 (1)A中，电池内部传导的离子是__________，负极的电极反应式为____________________________________________________。 (2)B中，电池内部传导的离子是__________，正极的电极反应式为____________________________________________________。 (3)C中，电池内部传导的离子是__________，正极的电极反应式为____________________________________________________。 答案：(1)O2-　H2－2e－＋O2-===H2O (2)H＋　O2＋4e－＋4H＋===2H2O (3)CO　O2＋4e－＋2CO2===2CO 　 燃料电池电极反应式的书写方法 (1)负极为燃料，失电子，发生氧化反应。 如CH4碱性(KOH溶液)燃料电池负极反应式书写方法： 第一步　确定生成物 CH4 第二步　确定电子转移和变价元素原子守恒 第三步　依据电解质性质，用OH－使电荷守恒 CH4－8e－＋10OH－CO＋H2O 第四步　根据氢原子守恒配平H2O的化学计量数 CH4－8e－＋10OH－===CO＋7H2O (2)正极为氧气，得电子，发生还原反应。 由于电解质不同，电极反应式有所不同。 酸性电解质溶液：O2＋4H＋＋4e－===2H2O 中性或碱性电解质溶液：O2＋2H2O＋4e－===4OH－ 固体电解质(高温下能传导O2-)：O2＋4e－===2O2- 熔融碳酸盐(如熔融K2CO3)：O2＋2CO2＋4e－===2CO 1．(2026·琼海高二检测)各式各样电池的迅速发展是化学对人类的一项重大贡献。下列有关电池的叙述正确的是(　　) A．手机上用的锂离子电池可以用KOH溶液作电解液 B．废电池必须进行集中处理，因为电池外壳为贵重金属材料，需要回收利用 C．长春应用化学研究所自主研发的锂离子碳硅电池，可实现化学能转化为电能 D．太阳能电池的主要材料是高纯度的二氧化硅 解析：选C。金属锂与水溶液(如KOH溶液)会发生剧烈反应，导致电池失效，A错误；废电池集中处理的目的是防止重金属(如Cd、Pb)污染环境，而非回收贵金属外壳(普通电池外壳多为铁或锌)，B错误；锂离子碳硅电池属于二次电池，放电时是原电池，通过氧化还原反应将储存的化学能转化为电能，C正确；太阳能电池的核心材料是半导体单质硅(高纯度)，二氧化硅(SiO2)是绝缘体，无法用于光电转换，D错误。 2．(2026·烟台高二月考)化学电源在生活中应用广泛。下列说法错误的是(　　) 图Ⅰ酸性锌锰干电池 图Ⅱ碱性锌锰干电池 图Ⅲ铅蓄电池 图Ⅳ银锌纽扣电池 A.图Ⅰ和图Ⅱ中的负极反应式相同 B．图Ⅰ和图Ⅱ比较，酸性锌锰干电池易发生自放电而导致存放时间较短 C．图Ⅲ：铅蓄电池使用过程中，两电极的质量均增加 D．图Ⅳ：溶液中OH－向负极移动，K＋、H＋向正极移动 解析：选A。图Ⅰ酸性锌锰干电池的负极反应式为Zn－2e－===Zn2+，图Ⅱ碱性锌锰干电池的负极反应式为Zn－2e－＋2OH－===ZnO＋H2O，二者不同，故A错误；酸性锌锰干电池中酸性介质对金属Zn有腐蚀作用，存放时间较短，故B正确；图Ⅲ铅蓄电池使用过程中，Pb为负极，PbO2为正极，二者最终均转化为PbSO4，两电极的质量均增加，故C正确；图Ⅳ溶液中OH－(阴离子)向负极移动，K＋、H＋(阳离子)向正极移动，故D正确。 3．(双选)(2026·威海高二月考)锌电池具有容量大、污染小的特点，其电池反应为2Zn＋O2===2ZnO，其原料为锌、空气和碱性电解质溶液，则下列叙述正确的是(　　) A．Zn作原电池负极，其质量逐渐减小 B．电路中转移0.04 mol电子时，理论上消耗0.01 mol O2 C.负极的电极反应为Zn＋2OH－－2e－===ZnO＋H2O D．电池工作时溶液的pH升高 解析：选BC。锌失去电子化合价升高，发生氧化反应作原电池负极，电极反应：Zn＋2OH－－2e－===ZnO＋H2O，质量增加，A错误、C正确；根据正极电极反应：O2＋4e－＋2H2O===4OH－可知，电路中转移0.04 mol电子时，理论上消耗0.01 mol O2，B正确；根据电池反应，电池工作时溶液的pH不变，D错误。 4．铁镍蓄电池又称爱迪生电池，电池的总反应为Fe＋Ni2O3＋3H2OFe(OH)2＋2Ni(OH)2，下列有关该电池的说法不正确的是(　　) A．该电池的电解质溶液为碱性溶液，正极为Ni2O3，负极为Fe B．该电池放电时，负极电极反应为Fe＋2OH－－2e－===Fe(OH)2 C．该电池放电过程中，正极附近溶液的酸性增强 D．该电池放电时，正极电极反应为Ni2O3＋3H2O＋2e－===2Ni(OH)2＋2OH－ 解析：选C。根据电池总反应，铁镍蓄电池放电时Fe为负极，发生氧化反应，失电子生成Fe(OH)2，负极电极反应为Fe＋2OH－－2e－===Fe(OH)2，Ni2O3为正极，发生还原反应，最终生成Ni(OH)2，正极电极反应为Ni2O3＋3H2O＋2e－===2Ni(OH)2＋2OH－。根据分析可知，电池的电解质溶液为碱性溶液，正极为Ni2O3，负极为Fe，A正确；根据分析可知，电池放电时，负极电极反应为Fe＋2OH－－2e－===Fe(OH)2，B正确；电池放电过程中，正极电极反应为Ni2O3＋3H2O＋2e－===2Ni(OH)2＋2OH－，正极附近溶液的碱性增强，C错误、D正确。 5．下图是某氢氧燃料电池的结构示意图，电解质为硫酸。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。电池反应为2H2＋O2===2H2O。回答下列问题： (1)通入H2的一极为电池的________(填“正”或“负”)极。 (2)b极的电极反应式为______________________________________ ___________________________________________________________。 (3)每转移0.2 mol电子，消耗H2的体积为__________L(标准状况下)。 (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”)。 (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：(1)电池反应为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。 (3)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0.1 mol×22.4 L/mol＝2.24 L。 (4)①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，a极仍为负极，则电极反应式为CH4＋10OH－－8e－===CO ＋7H2O。②电池反应为CH4＋2O2＋2OH－===CO ＋3H2O，电池工作一段时间后电解质溶液的pH减小。 (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，a极仍为负极，则电极反应式为CO－2e－ ＋O2-===CO2。 答案：(1)负　(2)O2＋4H＋＋4e－===2H2O (3)2.24　(4)①CH4＋10OH－ － 8e－=== CO＋7H2O ②减小　(5)CO－2e－ ＋O2-===CO2 学科网（北京）股份有限公司 $