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4.1.2 化学电源（学案）
1．能写出电极反应和电池反应的方程式。
2．了解常见化学电池的种类及其工作原理。
3．理解金属发生电化学腐蚀的原因，金属腐蚀的危害，防止金属腐蚀的措施。
1．写出电极反应和电池反应的方程式。
构成原电池的条件________________________________________________
知识点一、化学电源
1、电极方程式的书写
一般来讲，书写原电池的电极反应式应注意如下四点：
1．准确判断原电池的正负极
如果电池的正负极判断失误，则电极反应式必然写错，这是正确书写电极反应式的前提。一般
而言，较活泼的金属成为原电池的负极，但不是绝对的。如将铜片和铝片同时插入浓硝酸中组成原
电池时，铜却是原电池的负极被氧化，因为铝在浓硝酸中表面发生了钝化。此时，其电极反应式为：
负极：Cu-2e- ==Cu2+ 正极：2NO -+4H++2e-==2NO +2H O
3 2 2
又如将镁铝合金放入6mol/L的NaOH溶液中构成原电池时，尽管镁比铝活泼，但镁不和NaOH
溶液反应，所以铝成为负极，其电极反应式为：负极：2Al+8OH—-6e-==2AlO -+4H O 正极：
2 2
6HO+6e-==3H +6OH-
2 2
2．高度注意电解质的酸碱性
在正、负极上发生的电极反应不是孤立的，它往往与电解质溶液紧密联系。如氢—氧燃料电池
有酸式和碱式两种，在酸溶液中负极反应式为：2H-4e-==4H+ 正极反应式为：O+4H++4e-=2H O;如
2 2 2
是在碱溶液中，则不可能有H+出现，在酸溶液中，也不可能出现OH-。又于CH、CHOH等燃料
4 3
电池，在碱溶液中C元素以CO2-离子形式存在，而不是放出CO。
3 2
3．牢牢抓住总的反应方程式
从理论上讲，任何一个自发的氧化还原反应均可设计成原电池。而两个电极反应相加即得总的
反应方程式。所以，对于一个陌生的原电池，只要知道总反应方程式和其中的一个电极反应式，即可迅速写出另一个电极反应式。
4．不能忽视电子转移数相等
在同一个原电池中，负极失去的电子数必等于正极得到的电子数，所以在书写电极反应式时，
要注意电荷守恒。这样可以避免由电极反应式写总反应方程式，或由总反应方程式改写成电极反应
式所带来的失误，同时，也可避免在有关计算中产生误差。
(1)一次电池：放电之后不能充电，内部的氧化还原反应是不可逆的。
干电池：一次电池中电解质溶液制成胶状，不流动。
碱性锌锰电池
构成：负极是________，正极是_____________，电解质是KOH
负极：_____________________正极：_____________________
总反应式：_______________________________
特点：比能量较高，储存时间较长，可适用于大电流和连续放电。
(2)二次电池
①铅蓄电池
放电电极反应
负极：_____________________；正极：___________________________
总反应式：Pb(s)+PbO (s)+2HSO (aq)＝2PbSO (s)+2HO(l)
2 2 4 4 2
②镍一镉碱性蓄电池
负极：________________________________；
正极：________________________________________________
总反应式：Cd +2NiO(OH)+2H O 2Ni(OH) + Cd(OH)
2 2 2
(3)燃料电池
酸性电解质 碱性电解质
电池 电极反应
H→H+，C→CO，水提供氧 H→H O，C→CO2-，OH—提供氧
2 2 3
负极
氢氧燃
正极
料电池
总反应
负极
甲烷燃
正极
料电池
总反应
负极
甲醇燃
正极
料电池
总反应负极
乙醇燃料
正极
电池
总反应
熔融碳酸盐电解质 固体氧化物电解质
电池 电极反应
H→H O，C→CO，CO2—提供氧 H→H O，C→CO，O2—提供氧
2 2 3 2 2
负极
氢氧燃
正极
料电池
总反应
负极
甲烷燃
正极
料电池
总反应
负极
甲醇燃
正极
料电池
总反应
负极
乙醇燃料
正极
电池
总反应
除氢气外，烃、肼、甲醇、氨、煤气等液体或气体，均可作燃料电池的燃料；除纯氧气外，空气中
的氧气也可作氧化剂。
燃料电池的能量转化率高于80％，远高于燃烧过程（仅30％左右），有利于节约能源。燃料电池
有广阔的发展前途。
知识点二、析氢腐蚀与吸氧腐蚀
以钢铁的腐蚀为例进行分析：
类型 析氢腐蚀 吸氧腐蚀
条件 水膜酸性较强 (pH≤4.3 ) 水膜酸性很弱或呈中性
电极 负极 Fe－2e－===Fe2＋
反应 正极 2H＋＋2e－===H ↑ O＋2HO＋4e－===4OH－
2 2 2
总反应式 Fe＋2H＋===Fe2＋＋H↑ 2Fe＋O＋2HO===2Fe(OH)
2 2 2 2
联系 吸氧腐蚀更普遍
【练习】1．氢氧燃料电池可以使用在航天飞机上，其反应原理示意图如图。下列有关氢氧燃料电
池的说法正确的是（ ）A．该电池中电极b是正极，发生还原反应
B．外电路中电流由电极a通过导线流向电极b
C．该电池的总反应为2H O═2H +O
2 2 2
D．该电池工作时电能转化为化学能
【练习】2．某固体酸燃料电池以CsHSO 固体为电解质传递H+，其基本结构如图，电池总反应可
4
表示为：2H +O ═2H O，下列有关说法正确的是（ ）
2 2 2
A．H+由b极通过固体酸电解质传递到a极
B．b极上的电极反应式为：O +2H O+4e﹣═4OH﹣
2 2
C．每转移2mol电子，消耗4g的H
2
D．H O是正极的产物
2
【练习】3．氢氧燃料电池可以使用在航天飞机上，其反应原理示意图如图。下列有关氢氧燃料电
池的说法正确的是（ ）
A．该电池工作时电能转化为化学能
B．该电池中电极b是负极
C．外电路中电子由电极b通过导线流向电极a
D．该电池是绿色环保电池
【练习】4．如图是以葡萄糖为燃料的微生物燃料电池结构示意图。关于该电池的叙述不正确的是
（ ）A．该电池不能在高温下工作
B．电池的负极反应为C H O +6H O﹣24e﹣═6CO ↑+24H+
6 12 6 2 2
C．放电过程中，电子从正极区向负极区每转移1mol，便有1mol H+从阳极室进入阴极室
D．微生物燃料电池具有高能量转换效率、原料较广泛、操作条件温和、有生物相容性等优点，
值得研究与推广
【练习】5．某固体酸燃料电池以CsHSO 固体为电解质传递H+，其基本结构图，电池总反应可表
4
示为：2H +O ═2H O，下列有关说法正确的是（ ）
2 2 2
A．电子通过外电路从a极流向b极
B．b极上的电极反应式为：O +4e﹣+2H O═4OH﹣
2 2
C．每转移0.1mol电子，消耗1.12L的H
2
D．H+由b极通过固体酸电解质传递到a极
【练习】6．一种新型燃料电池以二氧化硫和空气为原料，工作原理如图所示，下列说法不正确的
是（ ）
A．电路中每通过1mol电子，有1mol H+从a电极迁移到b电极
B．该电池实现了制备硫酸、发电、环保三位一体的结合
C．该电池工作时，b极附近pH逐渐降低
D．相同条件下，放电过程中消耗的SO 和O 的体积比为2：1
2 2【练习】7．某种氢氧燃料电池已经成功应用在城市公交汽车上，其电池构造如图所示。下列说法
正确的是（ ）
A．供电时的总反应为：2H +O H O
2 2 2
B．多孔金属a作负极，是电子流入的极
C．电池工作时，电解质溶液中OH﹣移向a极
D．正极的电极反应为：O +4e﹣+4H+═2H O
2 2
【练习】8．将铂电极放置在KOH溶液中，然后分别向两极通入CH 和O ，即可产生电流，此装
4 2
置称为甲烷燃料电池。下列叙述中正确的是（ ）
①通入CH 的电极为正极；
4
②正极的电极反应式为：O +2H O+4e﹣═4OH﹣；
2 2
③放电时溶液中的阳离子向正极移动；
④负极的电极反应式为：CH +10OH﹣﹣8e﹣═CO 2﹣+7H O；
4 3 2
⑤电子迁移方向：通入CH 的铂电极→通入O 的铂电极→电解质溶液→通入CH 的铂电极
4 2 4
A．①③⑤ B．②③④ C．②④⑤ D．①②③
1．铅蓄电池是机动车上常用的化学电源，其两极分别为Pb、PbO ，电解质溶液为硫酸，工作时反
2
应为：Pb+PbO +2H SO 2PbSO +2H O．下列结论正确的是（ ）
2 2 4 4 2
A．Pb为负极，总质量减少
B．正极电极反应：PbO +2e﹣+4H++SO 2﹣═PbSO +2H O
2 4 4 2
C．充电时，电解质溶液浓度不断减小
D．放电时，溶液的pH不断减小
2．一种基于酸性燃料电池原理设计的酒精检测仪，负极上的反应为：CH CH OH+H O﹣4e﹣
3 2 2═CH COOH+4H+．下列有关说法不正确的是（ ）
3
A．检测时，电解质溶液中的H+向正极移动
B．正极上发生的反应为：O +4H++4e﹣═2H O
2 2
C．电池反应的化学方程式为：CH CH OH+O ═CH COOH+H O
3 2 2 3 2
D．若有0.4mol电子转移，则消耗4.48L氧气
3．在第十三届阿布扎比国际防务展上，采用先进的氢燃料电池系统的无人机，创造了该级别270
分钟续航的新世界记录。下列有关氢燃料电池的说法正确的是（ ）
A．通入氧气的电极发生氧化反应
B．碱性电解液中阳离子向通入氢气的方向移动
C．正极的电极反应式为：O +2H O+4e﹣═4OH﹣
2 2
D．放电过程中碱性电解液的浓度不断增大
4．利用CH 和O 的反应，用铂电极在KOH溶液中构成燃料电池。下列说法错误的是（ ）
4 2
A．通入O 一极发生还原反应
2
B．负极的电极反应式为：CH ﹣8e﹣+8OH﹣═CO +6H O
4 2 2
C．该电池总反应为：CH +2O +2KOH═K CO +3H O
4 2 2 3 2
D．KOH溶液需要定期补充
5．氢氧燃料电池已用于航天飞机，其工作原理如图所示。关于该燃料电池说法不正确的是
（ ）
A．该装置可将电能转化为化学能
B．供电时的总反应为：2H +O ═2H O
2 2 2
C．H 在负极发生氧化反应
2
D．电子从a电极经外电路流向b电极6．下列关于甲烷﹣空气碱性燃料电池的说法不正确的是（ ）
A．通入甲烷的一极发生的是氧化反应
B．外电路中电子由正极通过导线流向负极
C．该电池中通入空气的一极是正极
D．该电池的总反应：CH +2O +2KOH═3H O+K CO
4 2 2 2 3
7．乙醇作为可再生能源比化石能源具有较大的优势，如图为乙醇燃料电池，该电池的总反应方程
式为C H OH+3O ═2CO +3H O．下列关于该电池叙述错误的是（ ）
2 5 2 2 2
A．a极与用电器的正极相接
B．该装置将化学能转化为电能
C．负极反应式：C H OH﹣4e﹣+3H O═2CO +12H+
2 5 2 2
D．该装置的电解质溶液呈酸性
8．铅蓄电池是全球使用最广泛的化学电源，具有工作电压平稳、单体电池容量大、使用温度广等
优点，已知其工作时的方程式为 Pb（s）+PbO （s）+2H SO （aq）═2PbSO （s）+2H O
2 2 4 4 2
（l），下列有关铅蓄电池说法正确的是（ ）
A．铅蓄电池使用完后可以随意丢弃
B．铅蓄电池工作时，负极质量会减少
C．每生成2mol H O，有1mol PbO 被氧化
2 2
D．工作一段时间后，电解质溶液中的c（H+）减小
9．氢氧燃料电池的构造如图所示。下列说法正确的是（ ）A．a是电池正极
B．电池工作时，H 在电池内部燃烧
2
C．b电极的电极反应为O +4e﹣+4H+═2H O
2 2
D．电子由a沿导线流向b，再由b通过电解质溶液流回a
【课前复习答案】能自发进行的氧化还原反应发生；活泼性不同的两电极；形成闭合回路
【知识点填空答案】
Zn；MnO ；Zn-2e-+2OH-=Zn(OH) ；MnO +e-+H O=MnOOH+OH-；
2 2 2 2
Zn+2MnO +2H O=2MnOOH+Zn(OH) ；Pb－2e－＋SO 2－=PbSO；PbO ＋2e－＋4H＋＋SO 2－=PbSO＋
2 2 2 4 4 2 4 4
2HO；Cd+2OH－－2e－=Cd(OH) ；2NiO(OH)+2H O+2e－=2Ni(OH) +2OH－
2 2 2 2
H+2e-=2H+ 2H++2OH-=2H O
2 2
O+4H++4e-=2H O O+2H O+4e-=4OH-
2 2 2 2
2H+O =2H O 2H+O =2H O
2 2 2 2 2 2
CH-8e-+2H O=8H++CO CH–8e-+10OH-=CO 2-+7H O
4 2 2 4 3 2
O+4H++4e-=2H O O+2H O+4e-=4OH-
2 2 2 2
CH+2O =CO +2H O CH+2OH-+2O =CO 2-+3H O
4 2 2 2 4 2 3 2
CHOH-6e-+H O=6H++CO CHOH-6e-+8OH-=CO 2-+6H O
3 2 2 3 3 2
O+4H++4e-=2H O O+2H O+4e-=4OH-
2 2 2 2
2CHOH+3O -=2CO +4H O 2CHOH+3O +4OH-=2CO 2-+6H O
3 2 2 2 3 2 3 2
C HOH-12e-+3H O=12H++2CO C HOH-12e-+16OH-=2CO 2-+11H O
2 5 2 2 2 5 3 2
O+4H++4e-=2H O O+2H O+4e-=4OH-
2 2 2 2
C HOH-+3O -=2CO +3H O C HOH-+3O +4OH-=2CO 2-+5H O
2 5 2 2 2 2 5 2 3 2
H+CO 2—2e-=H O+CO H+O2—2e-=H O
2 3 2 2 2 2
O+4e-+2CO =2CO 2- O+4e-=2O2-
2 2 3 2
2H+O =2H O 2H+O =2H O
2 2 2 2 2 2
CH+4CO 2—8e-=2H O+5CO CH+4CO 2—8e-=2H O+5CO
4 3 2 2 4 3 2 2
O+4e-+2CO =2CO 2- O+4e-=2O2-
2 2 3 2
CH+2O =CO +2H O CH+2O =CO +2H O
4 2 2 2 4 2 2 2
CHOH+3CO 2—6e-=2H O+4CO CHOH+3CO 2—6e-=2H O+4CO
3 3 2 2 3 3 2 2
O+4e-+2CO =2CO 2- O+4e-=2O2-
2 2 3 22CHOH+3O -=2CO +4H O 2CHOH+3O -=2CO +4H O
3 2 2 2 3 2 2 2
C HOH+6CO 2—12e-=3H O+7CO C HOH+6O2—12e-=3H O+2CO
2 5 3 2 2 2 5 2 2
O+4e-+2CO =2CO 2- O+4e-=2O2-
2 2 3 2
C HOH-+3O -=2CO +3H O C HOH-+3O -=2CO +3H O
2 5 2 2 2 2 5 2 2 2
【练习答案】ADDCACCB
【检测反馈答案】BDCBABCDC
