文档内容
第四章《化学反应与电能》导学案
第一节 原电池的工作原理
第二课时 化学电源
【学习目标】
1. 知道化学电源的分类方法。
2. 熟悉几种常见化学电源的组成和工作原理。
3. 了解化学电源广泛的应用及废旧电池对环境的危害，培养良好的环保意识。
【学习重难点】
重点：
（1）化学电池的工作原理；
（2）燃料电池电极反应式的书写
难点：掌握几种典型化学电池的电极反应
【课前预习】
旧知回顾
一、原电池的知识总结
1．定义：将 化学能 转化为电能的装置叫做 原电池 _ 。
2．组成条件
（1）两个活泼性不同的电极
【注意】①其中一个相对较活泼，另一个相对较不活泼，如：金属与金属、金属与非金属、非金属与非金
②燃料电池中两极可同选石墨或铂
（2）电解质溶液
（3）电极用导线相连并插入电解液构成闭合回路
（4）自发的氧化还原反应
3．原电池中电子流向、电流的流向及离子的迁移方向
外电路中电子的流向：负极——导线——正极
外电路中电流的流向：正极——导线——负极
内电路中离子的迁移：阴离子移向负极，阳离子移向正极溶液。
【课中探究】
情境导入：
化学电源作为一种能量转换装置，在日常生活中具有广泛的应用。它可以为我们提供
电力，如手机、笔记本电脑等电子设备都需要电池来供电。随着科技的发展，电池的性能
和安全性也在不断提高。我们也可以进一步思考化学电源在电动汽车中的应用，它作为电动汽车的动力来源，能够将化学能转化为电能，为车辆提供动力。
随着电动汽车的普及和发展，它对环境的贡献不容忽视。电动汽车相较于传统燃油汽
车，可以减少燃油排放和环境污染，符合环保意识和社会发展趋势。化学电源在电动汽车
中的应用和推广具有重要意义，它可以促进环保意识的普及和可持续发展。
一、化学电源的分类及概念
活动一、生活中的化学电源
任务1：引导学生认识化学电源，且了解化学电源的分类。
【讨论1】
讨论生活中的化学电源有哪些？按照特点化学电源怎么分类？
【答题要点】
1.生活中有干电池，汽车的铅酸蓄电池，手机、电动汽车的锂电池等。
2.化学电源的分类：化学电源可以分为一次电池、二次电池和燃料电池等
①一次电池：也叫做干电池，放电后不可再充电
②二次电池：又称可充电电池或蓄电池，放电后可以再充电使活性物质获得再生
③燃料电池：连续地将燃料和氧化剂的化学能直接转化为电能的化学电源
【讨论2】
了解生活中的电池的工作特点，那么怎么判断电池的优劣指标呢？
【答题要点】
1.比能量：单位质量或单位体积所能输出电能的多少，单位是(W·h)·kg－1或(W·h)·L－1。
2.比功率：单位质量或单位体积所能输出功率的大小，单位是W·kg－1或W·L－1。
3.电池的可储存时间的长短。
【讨论3】电池使用需要注意哪些？可以直接掩埋处理吗？
使用后的废弃电池中含有汞、镉、铬、铅等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。废弃电池要进行回收利用。
【对应训练1】下列电池不属于化学电池的是( )
A．碱性干电池 B．铅蓄电池 C．燃料电池 D．太阳能电池
【答案】D
【解析】常见的电源：碱性干电池、蓄电池、燃料电池，可以将化学能转化为电能，而太阳能电池是太阳能转化为电能的装置，不是化学电池，故选D。
【对应训练2】下列有关电池的说法错误的是( )
A．手机中用的锂离子电池属于二次电池
B．甲醇燃料电池可把化学能转化为电能
C．铜锌原电池工作时，电子沿外电路从铜电极流向锌电极
D．铅蓄电池使用一段时间后，电解质溶液的酸性减弱，导电能力下降
【答案】C
【解析】A项，手机中用的锂离子电池是一类放电后可以再充电而反复使用的电池，属于
二次电池，A正确；B项，甲醇燃料电池是一种连续的将燃料和氧化剂的化学能直接转化
为电能的化学电源，B正确；C项，铜锌原电池工作时，锌为负极，铜为正极，电子沿外
电路从负极锌流向正极铜，C错误；D项，铅蓄电池使用一段时间后电解质硫酸消耗，酸
性减弱，导电能力下降，D正确；故选C。
二、一次电池（锌锰电池）
活动一：引导学生分小组讨论锌锰干电池的使用场景及不足？
任务1：结合生活中的化学电源使用情况，分析锌锰干电池的电池类别。
【答题要点】
1.一次电池：也叫做干电池，放电后不可再充电。常见的一次电池有普通锌锰干电池、碱
性锌锰干电池、纽扣式银锌电池等。
2. 锌锰干电池的结构：
常见的锌锰干电池的构造如图所示。其中，石墨棒作正极，氯化铵糊作电解质溶液，锌筒
作负极。这种电池放电之后不能充电（内部的氧化还原反应无法逆向进行），属于一次电
池。
3.生活中使用锌锰干电池时的弊端：酸性锌锰干电池即使不用，放置过久，锌筒也会因酸
性的NH Cl溶液腐蚀，造成漏液而失效，还会导致电器设备的腐蚀。
4
任务2：在已掌握的原电池原理，及电极反应式的书写知识基础上，引导学生书写锌锰干
电池的两极反应式。
【答题要点】负极：Zn﹣2e- === Zn2+
正极：2MnO + 2 + 2e- === 2MnO(OH) + 2NH ↑
2 NH+ 3
4
总反应：Zn + 2MnO + 2 === Zn2+ + 2MnO(OH) + 2NH ↑
2 NH+ 3
4
活动二、一次电池——碱性锌锰电池
任务1：分小组讨论碱性锌锰电池与普通锌锰干电池相比，结构区别在哪？碱性锌锰电池
的使用功能有哪些提升？
【答题要点】
1.碱性锌锰电池用KOH电解质溶液代替NH Cl做电解质；
4
2.电池的比能量和放电电流都能得到显著的提高，更加耐用。
任务2：引导学生独立书写碱性锌锰电池的电极反应式。
【答题要点】
碱性锌锰电池电极反应式的书写：
正极：2MnO ＋2HO＋2e－===2MnOOH＋2OH－；
2 2
负极：Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH) ；
2
总反应：Zn＋2MnO ＋2HO===2MnOOH＋Zn(OH) 。
2 2 2
【对应训练3】下列说法中正确的是( )
A. 镍氢电池、锂离子电池和锌锰干电池都是二次电池
B. 氢氧燃料电池是一种高效且不会污染环境的新型电池
C. 铅酸蓄电池放电的时候正极材料是铅，负极材料是二氧化铅
D. 铅酸蓄电池充电时将化学能转化为电能
【答案】B
【解析】A.镍氢电池、锂电池为二次电池，锌锰干电池为一次电池，故A错误；
B.氢氧燃料电池产物为H O，不污染环境，故B正确；
2
C.铅蓄电池放电的时候，Pb被氧化，为原电池的负极，PbO 被还原，为原电池的正极，
2
故C错误；D.铅蓄电池充电时是将电能转化为化学能，故D错误；
三、二次电池（铅酸蓄电池）
活动一、阅读课本，熟悉二次电池的概念，了解铅酸蓄电池的工作原理。。
任务1：阅读课本，总结二次电池的概念，并举例生活常见的二次电池。
【答题要点】
1.二次电池又称可充电电池或蓄电池，放电后可以再充电使活性物质获得再生，是一类放
电后可以再充电而反复使用的电池。
2.生活中可以手机电池，笔记本电池以及汽车发动机的使用电池均属于二次电池。
任务2：分小组讨论铅酸蓄电池的构成，并判断正负极。
【答题要点】
1.铅酸蓄电池的构成;
铅酸蓄电池是一种常见的二次电池，深灰色所示的正极板，板上覆盖有二氧化铅。浅灰色
所示的负极板上覆盖有铅单质。硫酸作为电解质溶液。
2.正负极分判断：铅蓄电池是最常见的二次电池，负极材料是Pb，正极材料是PbO 。
2
任务3：老师引导学生思考铅酸蓄电池的工作原理的充放电规律。
【老师总结】
1.二次电池的充电规律
a.充电时电极的连接：充电的目的是使电池恢复其供电能力，是原电池的逆反应，因此负
极应与电源的负极相连得电子，称阴极，正极接电源的正极后作阳极。
b.工作时的电极反应式：同一电极上的电极反应式，在充电与放电时，形式上恰好是相反
的；同一电极周围的溶液，充电与放电时pH的变化趋势也恰好相反。
2.图解二次电池的的工作原理
任务4：小组讨论铅酸蓄电池的电极反应式，并总结书写电极反应式的方法。
【答题要点】
1.电极反应式的书写
①放电时的反应
负极：Pb(s)＋SO(aq)－2e－===PbSO(s)；
4
正极：PbO (s)＋4H＋(aq)＋SO(aq)＋2e－===PbSO(s)＋2HO(l)。
2 4 2总反应式：Pb(s)＋PbO (s)＋2HSO (aq) ==2PbSO (s)＋2HO(l)
2 2 4 4 2
②充电时的反应
阴极：PbSO＋2e－===Pb＋ SO2- ；
4 4
阳极：PbSO＋2HO－2e－===PbO＋4H＋＋ SO2-
4 2 2 4
总反应：2PbSO + 2HO === Pb + PbO +4H+ +
2SO2-
4 2 2 4
【总结】铅酸蓄电池是二次可充电电池，引导学生熟悉铅酸蓄电池的整体工作原理的总反应式。
Pb(s)＋PbO (s)＋2HSO (aq) 2PbSO (s)＋2HO(l)
2 2 4 4 2
2. 二次电池电极反应式的书写方法
a.标：先标出原电池总反应式电子转移的方向和数目，找出参与负极和正极反应的物质。
b.写：写出一个比较容易书写的电极反应式(书写时一定要注意电极产物是否与电解质溶液
共存)
c.减：在电子守恒的基础上，总反应式减去写出的电极反应式即得另一电极反应式。
充电时的电极反应与放电时的电极反应过程相反。
【对应训练4】下列关于铅蓄电池的说法中正确的是( )
A．在放电时，正极发生的反应是Pb+SO2-=PbSO+2e-
4 4
B．在放电时，该电池的负极材料是铅板
C．在充电时，电池中硫酸的浓度不断变小
D．在充电时，阳极发生的反应是PbSO +2e-=Pb+ SO 2-
4 4
【答案】B
【解析】A 项，电池放电时正极发生还原反应，电极反应为 PbO +4H++2e-+SO2-
2 4
=PbSO+2H O；C项，电池充电时硫酸的浓度应不断增大；D项，电池充电时阳极应发生
4 2
氧化反应。
活动二、锂电池半自主学习
任务1：生活中熟悉的手机电池，笔记本电池均属于锂电池，分小组展开讨论，并总结锂
电池的优势及工作原理。
【答题要点】
老师投屏给出：转移1mol电子时，消耗金属的质量图
Li的摩尔质量是7g/mol,当转移1mol的电子时需要锂的质量7g,和其他金属比较，有着电池
质量小、体积小、储存和运输能量大优点。
任务2：根据二次电池电极反应式的书写方法，让学生自主写出锂电池的放电的电极反应式。
【答题要点】
锂电池工作原理示意图（网络图片）
放电时，负极材料—嵌锂石墨；正极材料—钴酸锂；电解质溶液—六氟磷酸锂
电极反应式：
负极：LixC ﹣xe- === C + xLi+
y y
正极：Li CoO + xLi+ + xe- === LiCoO
1-x 2 2
总反应：Li CoO + LiC === LiCoO + C
1-x 2 x y 2 y
【对应练习5】我国科学家成功研制出 二次电池，在潮湿条件下的放电反应：
，模拟装置如图所示(已知放电时， 由负极向
正极迁移)。下列说法正确的是
A．放电时，电子由镁电极经电解质溶液流向石墨电极
B．放电时，正极的电极反应式为：
C．充电时，Mg电极接外电源的正极
D．充电时，每生成 转移的电子的物质的量为0.2mol
【答案】B
【解析】A．放电时，电子由镁电极(负极)经导线流向石墨电极(正极)，不经过电解质溶液，
故A错误；B．放电时，石墨作正极，电极反应式为，故B正确；C．充电时，Mg作阴极，连接
电源的负极，故C错误；D．题目未给标准状况，无法使用22.4L/mol计算气体的物质的量，
故D错误；故答案选B。
四、燃料电池
活动一、讲解实现氢气与氧气反应将化学能转化为电能的过程
任务1：思考讨论氢氧燃料电池的构成条件
【答题要点】一般用酸溶液或碱溶液作电解质溶液，以Pt作电极，负极室通入氢气，正极
室通入氧气，用导线外接用电器形成闭合回路，即可实现化学能转化为电能。
任务2：氢氧燃料电池是目前最成熟的燃料电池，可分为酸性和碱性两种，引导学生书写
不同环境下的氢氧燃料电池的电极反应式。
【答题要点】
1.酸性条件：
负极： 2H - 4e- === 4H+ 正极：O + 4H+ + 4e- === 2H O
2 2 2
总反应：2H +O === 2H O
2 2 2
2.碱性条件：
负极：2H +4OH- - 4e- === 4H O 正极：O +2HO + 4e- === 4OH-
2 2 2 2
总反应：2H +O === 2H O
2 2 2
任务3：根据氢氧燃料电池的工作原理，书写甲烷燃料电池的电极反应式。
【答题要点】
1.酸性条件
负极：CH-8e-+2H O=CO+8H+
4 2 2
正极：O+4e-+4H+=2H O
2 2
总反应：CH+2O =CO +2H O
4 2 2 2
2.碱性条件
负极：CH-8e-+10OH-=CO 2-+7H O
4 3 2
正极：O+4e-+2H O=4OH-
2 2
总反应：CH+2O +2OH-=CO 2-+3H O
4 2 3 2【对应训练6】燃料电池是利用燃料(如CO、H 、CH 等)与氧化剂反应，将反应物的化学
2 4
能转化为电能的装置，通常用氢氧化钾作电解质。回答下列问题：
(1)已知某燃料电池的总反应为CH+2O +2KOH=K CO+3H O，电池中有一极的电极反应式
4 2 2 3 2
为CH+10OH--8e-=CO 2-+7H O，该电极是燃料电池的 (填“正”或“负”)极，另
4 3 2
一个电极上的电极反应式为 。
(2)随着电池不断放电，电解质溶液的碱性逐渐 (填“增强”“减弱”或“不变”)
(3)通常情况下，甲烷燃料电池的能量利用率 (填“大于”“小于”或“等于”)甲烷
燃烧的能量利用率。
【答案】(1)负 4HO+2O+8e-=8OH- (2)减弱 (3)大于
2 2
【解析】(1)根据电极反应式可知，甲烷失去电子，作电池的负极，正极反应式可以用电池
总反应式减去负极反应式得到。(2)从电池总反应可知反应过程消耗KOH，所以溶液的碱性
减弱。
课 后 作 业 练 习
【例1】 下列有关电池的说法错误的是( )
A．手机中用的锂离子电池属于二次电池
B．甲醇燃料电池可把化学能转化为电能
C．铜锌原电池工作时，电子沿外电路从铜电极流向锌电极
D．铅蓄电池使用一段时间后，电解质溶液的酸性减弱，导电能力下降
【答案】C
【解析】A项，手机中用的锂离子电池是一类放电后可以再充电而反复使用的电池，属于
二次电池，A正确；B项，甲醇燃料电池是一种连续的将燃料和氧化剂的化学能直接转化
为电能的化学电源，B正确；C项，铜锌原电池工作时，锌为负极，铜为正极，电子沿外
电路从负极锌流向正极铜，C错误；D项，铅蓄电池使用一段时间后电解质硫酸消耗，酸
性减弱，导电能力下降，D正确；故选C。
【例2】下列有关装置的说法正确的是A. 装置Ⅰ中Mg为原电池的负极
B. 装置Ⅱ为一次电池
C. 装置Ⅲ可构成原电池
D. 装置Ⅳ工作时，电子由锌通过导线流向碳棒
【答案】D
【解析】
A.镁与氢氧化钠溶液不反应，铝能够与氢氧化钠溶液反应，装置Ⅰ中铝为负极，镁为正极，
故A错误；
B.铅蓄电池是二次电池，可以放电充电，故B错误；
C.装置Ⅲ中的两个材料相同、都是Zn，不能构成原电池，故C错误；
D.装置Ⅳ为干电池，锌为负极，碳棒为正极，工作时，原电池中电子由负极沿导线流向正
极，因此电子由锌通过导线流向碳棒，故D正确。
【例 3】微型纽扣电池在现代生活中有广泛应用，有一种锌银电池，其总反应为
Ag O+Zn+H O=Zn(OH) +2Ag。下列叙述中正确的是( )。
2 2 2
A．在使用过程中，电池负极区溶液的pH逐渐增大
B．在使用过程中，电子由Ag O经外电路流向Zn
2
C．Zn是负极，Ag O是正极
2
D．Zn发生还原反应，Ag O发生氧化反应
2
【答案】C
【解析】根据电池反应可知，Zn失电子被氧化，Ag O得电子被还原，故Zn是负极，Ag O
2 2
是正极；负极在反应时消耗OH-，则负极区溶液的pH应逐渐减小；原电池工作时，电子由
负极经外电路流向正极，即电子由Zn经外电路流向Ag O；在原电池中，负极发生氧化反
2
应，正极发生还原反应。
【例4】瑞典ASES公司设计的曾用于驱动潜艇的液氨-液氧燃料电池的工作原理如图所示，下列有关说法正确的是( )
A．电极2发生氧化反应
B．电池工作时，Na+向负极移动
C．电流由电极1经外电路流向电极2
D．电极1发生的电极反应为2NH +6OH--6e-=N ↑+6H O
3 2 2
【答案】D
【解析】由图示可知，电极2为正极，发生还原反应，A项错误；电解质溶液中的阳离子
向正极移动，B项错误；电流从正极经外电路流向负极，应从电极2经外电路流向电极1，
C项错误；负极NH 放电生成N，D项正确。
3 2
【例5】新型LiFePO 可充电锂离子动力电池以其独特的优势成为绿色能源的新宠。已知该
4
电池放电时的正极反应式为 FePO +Li++e-=LiFePO ，负极反应式为Li-e-=Li+。下列说法中
4 4
正确的是( )
A．充电时动力电池上标注“+”的电极应与外接电源的正极相连
B．放电时电池总反应为FePO +Li++e-=LiFePO
4 4
C．放电时电池内部Li+向负极移动
D．放电时，在正极上Li+得电子被还原
【答案】A
【解析】B项，放电时电池总反应为FePO +Li=LiFePO ；C项，放电时电池内部Li+向正极
4 4
移动；D项，在正极上FePO 得电子被还原。
4
【例6】氢氧熔融碳酸盐燃料电池是一种高温电池(600～700 ℃)，具有效率高、噪音低、无
污染、燃料多样、余热利用价值高等优点。氢氧熔融碳酸盐燃料电池的工作原理如图所示
下列有关该电池的说法正确的是( )A．电池工作时，熔融碳酸盐只起到导电的作用
B．负极反应式为H－2e－＋CO===CO ＋HO[来源:学#科#网Z#X#X#K]
2 2 2
C．该电池可利用工厂中排出的CO，减少温室气体的排放
2
D．电池工作时，外电路中流过0.2 mol电子，消耗3.2 g O
2
【答案】B
【解析】根据图示，在氢氧熔融碳酸盐燃料电池中，通入氢气的电极为负极，负极发生氧
化反应，电极反应式为H －2e－＋CO===CO ＋HO，通入氧气的电极为正极，正极发生还
2 2 2
原反应，电极反应式为O ＋2CO ＋4e－===2CO，总反应为2H ＋O===2H O。根据上述分
2 2 2 2 2
析，电池工作时，熔融碳酸盐参与了电极反应，故A错误；负极发生氧化反应，电极反应
式为H －2e－＋CO===CO ＋HO，故B正确；根据总反应，该电池工作时没有消耗二氧化
2 2 2
碳，不能减少温室气体的排放，故C错误；电池工作时，外电路中流过0.2 mol电子，消耗
0.5 mol氧气，质量为16 g O，故D错误。
2
【例7】.下列有关四个常用电化学装置的叙述中，正确的是
图Ⅰ碱性锌锰电池 图Ⅱ铅蓄电池 图Ⅲ 图Ⅳ氢氧燃料电池
A. 图Ⅰ所示电池中，MnO 是正极，电极反应式是2H O+2e-=H ↑+2OH-
2 2 2
B. 图Ⅱ所示电池放电过程中，当外电路通过1mol电子时，理论上负极板的质量增加96g
C. 图Ⅲ所示装置没有形成原电池
D. 图Ⅳ所示电池中，不管KOH溶液换成H SO 溶液还是Na SO 溶液，电池总反应式
2 4 2 4
不变
【答案】D
【解析】A.图Ⅰ所示电池中，正极上MnO 得电子发生还原反应，电极反应式是：
2
MnO +H O+e-=MnO(OH)+OH- ，故A错误；
2 2
B. 图 Ⅱ 所 示 电 池 放 电 过 程 中 ， 当 外 电 路 通 过 1mol电 子 时 ， 负 极 反 应
Pb-2e-+SO2-=PbSO ，理论上负极板增加的的质量(是0.5mol的硫酸根的质量)即增加
4 4
48g，故B错误；C.图Ⅲ所示装置满足原电池形成条件，形成了原电池 ，故C错误；
D.图Ⅳ所示电池中，不管KOH溶液换成H SO 溶液还是Na SO 溶液，电池总反应式都
2 4 2 4
为：2H +O =2H O，故D正确。
2 2 2
【例8】甲醇(CH OH) __ 空气燃料电池(DMFC)是一种高效能、轻污染的车载电池，其
3
工作原理如下图：
(1)图 中 左 侧 电 极 为 电 源 _______ 极 ， 该 电 极 的 电 极 反 应 式 为 ：
______________________________。
(2)当电池消耗甲醇6.4g时，消耗的O 的体积为____________ L(标况下)。
2
【答案】(1)负；CH OH-6e-+H O=CO +6H+
3 2 2
(2)6.72L
【解析】(1)H+
向乙电极移动，则乙电极为正极，故左侧甲电极为原电池负极，电极反应
式为CH OH-6e-+H O=CO +6H+;
3 2 2
3
(2)根 据 总 反 应 为 CH OH+ O =CO +2H O， 电 池 消 耗 甲 醇 6.4g， 也 就 是
3 2 2 2 2
6.4g
=0.2mol，根据化学方程式可知消耗氧气0.3mol，则标准状态下消耗的O 的体
32g/mol 2
积为0.3mol×22.4L/mol=6.72L。
