資源簡介

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專題6　化學反應與
能量變化
第三單元　化學能與電能的轉化
第二課時　化學電源
1．知道一次電池、二次電池、燃料電池等發展中的化學電源的特點及在生活中的應用。2．能正確書寫簡單化學電源的電極反應式。3．了解研制新型電池的重要性。4．初步了解電解池概念及電解在物質制備中的應用。
學習理解
01
課時分層練
04
目錄
CONTENTS
探究應用
02
總結提升
03
學習理解
一、化學電源
1．化學電源的分類
不能復原
鋅錳干電池
鉛蓄電池
分類 特點 舉例
一次電池 用過之后__________ _____________
二次電池 充電后能繼續使用 銀鋅紐扣電池、__________、鎳氫電池
燃料電池 燃料和氧化劑由外部連續供給 _______________、甲醇－空氣燃料電池
氫氧燃料電池
2．常見化學電源的組成與反應原理
Zn(NH3)2Cl2＋2MnO(OH)
2H2＋O2===2H2O
二、電解池
1．概念
將_______轉化為_________的裝置。
2．電解的應用
電能
化學能
氫氣和氧氣
燒堿、氧氣和氫氣
鋁和鎂
判斷正誤，正確的打“√”，錯誤的打“×”。
(1)鋅錳干電池工作一段時間后碳棒變細。(　　)
(2)氫氧燃料電池是將熱能直接轉變為電能。(　　)
(3)充電電池可以無限制地反復充、放電。(　　)
(4)原電池放電和電解池充電互為可逆反應。(　　)
(5)電解飽和食鹽水陽極產生Cl2。(　　)
(6)電解時電子的流向為電源負極→陰極→溶液→陽極→電源正極。(　　)
×
×
×
×
√
×
探究應用
電動汽車(BEV)是指以車載電源為動力，用電機驅動車輪行駛，符合道路交通、安全法規各項要求的車輛。工作原理：蓄電池——電流——電力調節器——電動機——動力傳動系統——驅動汽車行駛。
[問題探究]
1．燃料電池在工作時燃燒嗎？氫氧燃料電池在酸性條件和堿性條件下的正極反應式相同嗎？若不同，請分別寫出反應式。除氫氧燃料電池外，其他燃料電池的負極反應物通常還有哪些？正極放電的是什么物質？
提示：不燃燒，因為燃料電池的原料是在兩極分別發生氧化反應和還原反應，而不是直接進行得失電子的反應。不相同；酸性條件下正極反應式：O2＋4H＋＋4e－===2H2O，堿性條件下正極反應式：2H2O＋O2＋4e－===4OH－。負極反應物還可以是烴(如甲烷、乙烷等)、醇(如甲醇、乙醇等)、氨、水煤氣等可燃性氣體或液體。正極放電的是氧氣。
2．鉛蓄電池的正、負極材料是什么？電解質溶液是什么？工作時正、負極質量有什么變化？
提示：負極：Pb；正極：PbO2；電解質溶液：稀H2SO4。工作時正極由PbO2變為PbSO4，負極由Pb變為PbSO4，質量均增加。
知識點一　一次電池與二次電池
1．一次電池——鋅錳干電池
(1)結構：鋅錳干電池的鋅筒為負極，石墨棒為正
極，在石墨棒周圍填充糊狀的NH4Cl等作電解質。
(2)原理：鋅錳干電池是一次電池，放電之后不能
充電，內部的氧化還原反應是不可逆的。
1．下列有關鋅錳干電池的說法正確的是(　　)
A．鋅外殼是負極，石墨棒是正極
B．在外電路中電子從石墨棒流向鋅外殼
C．電流從鋅外殼流到石墨棒上
D．在電池內部陽離子從石墨棒向鋅外殼移動
解析：根據題給總反應可知，放電時Cd的化合價升高，作負極，電極反應式為Cd＋2OH－－2e－===Cd(OH)2，Cd電極周圍溶液中OH－的濃度減小，pH減小，總反應減負極反應式可得正極反應式為NiOOH＋H2O＋e－===Ni(OH)2＋OH－，A正確，C錯誤；充電過程電能轉化為化學能，B錯誤；放電時，電解質溶液中的OH－移向負極(Cd電極)，D錯誤。
知識點二　燃料電池
1．氫氧燃料電池
電極材料 鉑碳 鉑碳
電解質溶液 氫氧化鉀溶液 稀硫酸
結構原理 示意圖
電極反應 負極：2H2＋4OH－－4e－===4H2O 正極：O2＋2H2O＋4e－===4OH－ 負極：2H2－4e－===4H＋
正極：O2＋4H＋＋4e－===2H2O
電池總反應 2H2＋O2===2H2O 2．燃料電池電極反應式的書寫方法
(1)寫出電池總反應。燃料電池的總反應與燃料的燃燒反應一致，若產物能和電解質反應則總反應為加和后的反應。例如甲烷燃料電池(電解質溶液為NaOH溶液)的總反應為CH4＋2O2＋2NaOH===Na2CO3＋3H2O。
(2)寫出電池的正極反應式
根據燃料電池的特點，一般在正極上發生還原反應的物質都是O2，若電解質溶液不同，其電極反應有所不同，我們要熟記以下兩種情況：
①酸性電解質溶液環境下的電極反應式：O2＋4H＋＋4e－===2H2O
②堿性電解質溶液環境下的電極反應式：O2＋2H2O＋4e－===4OH－
(3)根據電池總反應和正極反應式寫出電池的負極反應式。
3．對燃料電池的理解
(1)對反應本質的理解：燃料電池的本質是燃料與氧化劑之間能夠發生自發的氧化還原反應，且能夠對外放出能量。
(2)對反應方式的理解：燃料電池在使用過程中，并沒有發生燃料的燃燒反應，而是燃料和氧化劑分別在兩極放電，將化學能轉化為電能。
(3)對反應程度的理解：燃料的燃燒是一種劇烈的氧化還原反應，而燃料電池中發生的氧化還原反應則是平穩的。
(4)對能量利用的理解：燃料直接燃燒時，大量的熱能釋放到空氣中，能量利用率低，燃料電池的能量轉化率較高，是一種高效、環境友好的發電裝置。
(5)對電極的理解：燃料電池的電極材料一般為惰性電極，具有很強的催化活性，如鉑電極、活性炭電極等。
3．燃料電池是目前電池研究的熱點之一。某課外小組自制的氫氧燃料電池如圖所示，a、b均為惰性電極。下列敘述不正確的是(　　)
A．a極是負極，該電極上發生氧化反應
B．b極發生的電極反應是O2＋4OH－－4e－===2H2O
C．電池總反應方程式為2H2＋O2===2H2O
D．氫氧燃料電池是一種具有應用前景的綠色電源
解析：B項，b極通入O2，為正極，電極反應為O2＋2H2O＋4e－===4OH－，不正確。
4．如圖是甲醇(CH3OH)燃料電池的化學原理示意圖，下列判斷不正確的是(　　)
A．電極A為電池負極
B．電極B表面上發生還原反應
C．工作一段時間溶液pH保持不變
D．燃料電池工作時不會出現火焰
解析：該電池的總反應為2CH3OH＋3O2＋4KOH===2K2CO3＋6H2O，因此溶液的堿性降低，C錯誤。
知識點三　電解在物質制備中的應用
1．電解原理圖示
2．電解池的特征
(1)有外加電源。
(2)電解池的能量變化：電能→化學能。
(3)電解池的電極：①陽極(接電源正極)→氧化反應→化合價升高→失電子；②陰極(接電源負極)→還原反應→化合價降低→得電子。
(4)電解池的電子流向：負極→陰極，陽極→正極。
(5)電解池的離子流向：溶液中的陽離子→陰極，溶液中的陰離子→陽極。
3．電解池陰、陽極的判斷方法
判斷方法 陽極 陰極
與電源連接方式 與電源正極相連的電極 與電源負極相連的電極
電子或電流流動方向 電子流出，電流流入的電極 電子流入，電流流出的電極
離子遷移方向 陰離子移向的電極 陽離子移向的電極
反應類型 發生氧化反應的電極 發生還原反應的電極
4．應用
(1)氯堿工業
①電解原理分析及電極反應：NaCl是強電解質，在溶液中完全電離，水也能部分電離，NaCl===Na＋＋Cl－、H2O??H＋＋OH－。放電能力：H＋>Na＋，Cl－>OH－，通直流電后，H＋、Na＋向陰極移動，H＋被還原成H2，Cl－、OH－向陽極移動，Cl－被氧化成Cl2。
陰極：2H＋＋2e－===H2↑(還原反應)
陽極：2Cl－－2e－===Cl2↑(氧化反應)
5．下列關于電解飽和食鹽水的說法正確的是(　　)
①電解產物為Cl2和Na　②電解過程中，碳棒一極產生黃綠色氣體?、垭娊庖欢螘r間后，向碳棒附近的溶液中滴加酚酞溶液，溶液呈紅色?、茈娊庖欢螘r間后，向鐵釘附近的溶液中滴加酚酞溶液，溶液呈紅色
A．①③ B．①④
C．②③ D．②④
解析：電解飽和食鹽水生成NaOH、H2和Cl2，①錯誤；電解過程中，碳棒作陽極，陽極上Cl－發生失電子的氧化反應，產生黃綠色氣體氯氣，向碳棒附近的溶液中滴加酚酞溶液，溶液不會呈紅色，②正確，③錯誤；電解過程中，鐵釘作陰極，陰極上H＋發生還原反應，水電離產生的OH－濃度增加，堿性增強，在鐵釘附近的溶液中滴加酚酞溶液，溶液呈紅色，④正確。
6．下列描述中，不符合生產實際的是(　　)
A．電解熔融的氯化鋁制取金屬鋁
B．電解熔融的氯化鈉制取金屬鈉，陰極反應式為Na＋＋e－===Na
C．電解飽和食鹽水制燒堿
D．電解熔融的氯化鎂制取金屬鎂
總結提升
本課總結
自我反思：﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍
隨堂提升
2．汽車的啟動電源常用鉛蓄電池。其結構如圖所示，放電時的電池反應為PbO2＋Pb＋2H2SO4===2PbSO4＋2H2O。根據此反應判斷下列說法正確的是(　　)
A．PbO2是電池的負極
B．Pb是電池的負極
C．PbO2得電子，被氧化
D．電池放電時，溶液的酸性增強
解析：PbO2在放電過程中得到電子被還原，所以PbO2是電池的正極，故A、C錯誤；由于電池放電過程中消耗硫酸，所以溶液的酸性減弱，故D錯誤。
3．我國科研人員研制出一種Li N2電池，電池反應為6Li＋N2===2Li3N，其放電過程為原電池工作原理，電池結構如圖所示。下列說法正確的是(　　)
A．a極作正極
B．N2發生氧化反應
C．a極的電極反應式為Li－e－===Li＋
D．電池工作時，電子從a電極經導線流向b電極，再從b電極經電解質溶液流向a電極
解析：該電池中鋰易失電子作負極，碳為正極，負極反應式為Li－e－===Li＋，正極反應式為6Li＋＋N2＋6e－===2Li3N。放電時Li→Li＋，Li的化合價升高，發生失電子的氧化反應，a極作負極，故A錯誤；放電時N2→Li3N，N的化合價降低，發生得電子的還原反應，故B錯誤；在電解質溶液中不存在電子的流動，故D錯誤。
4．被稱之為“軟電池”的紙質電池，采用一張薄層紙片(在其一邊鍍鋅，而在其另一邊鍍二氧化錳)作為傳導體。在紙內的離子“流過”水和氧化鋅組成的電解液。電池總反應為Zn＋2MnO2＋H2O===ZnO＋2MnO(OH)，下列說法正確的是(　　)
A．該電池的正極為鋅
B．該電池反應中二氧化錳起催化作用
C．當0．1 mol Zn完全溶解時，轉移電子數為1．204×1024
D．該電池的正極反應式為2MnO2＋2e－＋2H2O===2MnO(OH)＋2OH－
解析：由電池總反應可知，Zn的化合價從0升高到＋2，失電子，發生氧化反應，作負極；Mn的化合價從＋4降低到＋3，得電子，發生還原反應，故MnO2作正極，起氧化劑作用，A、B錯誤。Zn的化合價從0升高到＋2，1 mol Zn失去2 mol電子，則0．1 mol Zn完全溶解失去0．2 mol電子，轉移電子數為0．2 mol×6．02×1023 mol－1＝1．204×1023，C錯誤。
課時分層練
題號 1 2 3 4 5 6 7
難度 ★ ★ ★ ★★ ★★ ★ ★★
對點 化學電源的 分類 新型化學電源的工作原理 燃料電池的原理 新型化學電源的工作原理 新型化學電源的工作 原理 燃料電池的原理及相關計算 燃料電池的原理及相關計算
題號 8 9 10 11 12 13 難度 ★ ★ ★★ ★★★ ★★ ★★★ 對點 鋅錳干電池的原理 二次電池放電時的工作原理 新型燃料電 池的工作 原理 新型二次電池的工作 原理 新型二次電池的工作 原理 化學電源與物質生產結合的綜合考查 1．下列幾種化學電池中，不屬于可充電電池的是(　　)
A．堿性鋅錳電池 B．手機用鋰電池
C．汽車用鉛蓄電池 D．玩具用鎳氫電池
[學習·理解]
2．鋅－空氣電池具有蓄電量大、充電循環次數多等優點(Zn與Al的化學性質相似)。下列有關說法錯誤的是(　　)
A．電池放電時Zn電極逐漸溶解
B．電池放電時化學能轉化為電能
C．電子由石墨經導線流向Zn片
D．石墨為正極
3．LED產品的使用為城市增添色彩。如圖是氫氧燃料電池驅動LED發光的一種裝置示意圖。下列有關敘述正確的是(　　)
A．a處通入氧氣，b處通入氫氣
B．通入H2的電極發生反應：H2-2e-===2H+
C．通入O2的電極為電池的正極
D．該裝置將化學能最終轉化為電能
解析：A項，由電子流向可知a為負極，b為正極，負極上發生氧化反應，通入的是氫氣，正極上發生還原反應，通入的是氧氣；B項，a為負極，通入氫氣，電解質溶液為堿性，因此發生的電極反應為H2－2e－＋2OH－===2H2O；D項，該裝置的能量轉換是化學能→電能→光能。
4．可用于電動汽車的鋁－空氣電池，通常以NaCl溶液或NaOH溶液為電解質溶液，鋁合金為負極，通入空氣的一極為正極。下列說法正確的是(　　)
A．兩種情況下的正極反應式都為O2＋2H2O＋4e－===4OH－
B．以NaOH溶液為電解質溶液時，負極反應式為Al＋3OH－－3e－===Al(OH)3
C．以NaOH溶液為電解質溶液時，電池工作過程中電解質溶液的堿性保持不變
D．電池工作時，電子通過外電路從正極流向負極
6．科學家研制出一種乙醇電池，它用酸性溶液(H＋)作電解質溶液。電池總反應為C2H5OH＋3O2===2CO2＋3H2O，下列說法不正確的是(　　)
A．乙醇在電池的負極上參加反應
B．1 mol CH3CH2OH被氧化轉移6 mol電子
C．在外電路中電子由負極經導線流向正極
D．隨著反應的進行，正極附近溶液的酸性減弱
解析：乙醇在負極上失電子，發生氧化反應，A正確；乙醇中碳元素的平均化合價為－2，而氧化產物CO2中碳元素的化合價為＋4，所以反應中1 mol CH3CH2OH被氧化轉移電子(4＋2)×2 mol＝12 mol，B錯誤；原電池中，電子由負極經導線流向正極，C正確；該乙醇燃料電池用酸性溶液(H＋)作電解質溶液，所以正極反應為O2＋4e－＋4H＋===2H2O，隨著反應的進行，H＋不斷被消耗，且生成了水，正極附近溶液的酸性減弱，D正確。
8．(2024·北京卷)酸性鋅錳干電池的構造示意圖如右。關于該電池及其工作原理，下列說法正確的是(　　)
解析：酸性鋅錳干電池，鋅筒為負極，石墨電極為正極，負極發生失電子的氧化反應Zn－2e－===Zn2＋，A錯誤，D正確；原電池工作時，陽離子向正極(石墨電極)方向移動，B錯誤；MnO2發生得電子的還原反應，C錯誤。
[應用·實踐]
9．銀鋅電池是一種常見化學電源，其放電時的反應原理：Zn＋Ag2O＋H2O===Zn(OH)2＋2Ag。其工作原理示意圖如圖所示。下列說法不正確的是(　　)
A．Zn電極是負極
B．Ag2O電極發生還原反應
C．Zn電極的電極反應式：Zn－2e－＋2OH－===Zn(OH)2
D．放電前后電解質溶液的pH保持不變
解析：根據方程式可知消耗水，氫氧根離子濃度增大，放電后電解質溶液的pH升高，D錯誤。
10．以氨為燃料的固體氧化物燃料電池(SOFC)具有廣闊的應用前景，一種氧離子導電SOFC的工作原理如圖所示(NH3在催化劑作用下先分解為N2和H2)。下列說法不正確的是(　　)
A．H2在負極放電
B．正極的電極反應：O2＋4e－===2O2－
C．外電路轉移6 mol e－，理論上生成4 mol H2O
D．O2－向負極移動
解析：由題圖可知，NH3在催化劑作用下先分解為N2和H2，H2在負極失電子生成H2O，故A正確；由題圖可知，O2在正極得電子生成O2－，電極反應式為O2＋4e－===2O2－，故B正確；H2在負極失電子生成H2O，電極反應式為H2－2e－＋O2－===H2O，外電路轉移6 mol e－，理論上生成3 mol H2O，故C錯誤；原電池中陰離子向負極移動，則O2－向負極移動，故D正確。
11．第二代鈉離子電池是負極為鑲嵌在硬碳中的鈉、正極為錳基高錳普魯士白{Na2Mn[Mn(CN)6]}的一種新型二次電池，其工作原理如圖所示。下列說法錯誤的是(　　)
A．放電時，B極的電勢高于A極
B．放電時，正極反應為Mn[Mn(CN)6]＋2Na＋＋2e－
===Na2Mn[Mn(CN)6]
C．充電時，Na＋穿過離子交換膜在B極上得電子
D．充電時，A極接外加電源的正極
解析：由題圖可知，放電時，B極是原電池負極，
鑲嵌在硬碳中的鈉失去電子發生氧化反應生成鈉離子，
電極反應式為Na－e－===Na＋，A極是正極，在鈉離子
作用下，Mn[Mn(CN)6]在正極得到電子發生還原反應
生成Na2Mn[Mn(CN)6]，電極反應式為Mn[Mn(CN)6]＋
2Na＋＋2e－===Na2Mn[Mn(CN)6]，充電時，A極與直流
電源的正極相連，作電解池的陽極，B極為陰極。由分析可知，放電時，B極是原電池負極，A極是正極，原電池中正極電勢高于負極，則A極的電勢高于B極，故A錯誤。
(1)高鐵電池的負極材料是______。
(2)放電時，正極發生_______反應(填“氧化”或“還原”)；已知負極反應為Zn－2e－＋2OH－===Zn(OH)2，則正極反應為___________________________________。
(3)放電時，______(填“正”或“負”)極附近溶液的堿性增強。
Zn
還原
正
13．科研人員設想用如圖所示裝置生產硫酸。
(1)上述生產硫酸的總反應方程式為__________________________，b是_____極，b電極反應式為_________________________，生產過程中H＋向_____(填“a”或“b”)電極區域運動。
(2)該小組同學反思原電池的原理，其中觀點正確的是___
(填字母)。
A．原電池反應的過程中可能沒有電子發生轉移
B．原電池裝置一定需要2個活動性不同的金屬電極
C．電極一定不能參加反應
D．氧化反應和還原反應可以拆開在兩極發生
[創新·提高]
2SO2＋O2＋2H2O===2H2SO4
正
O2＋4e－＋4H＋===2H2O
b
D
(3)CO與H2反應還可制備CH3OH，CH3OH可作為燃料使用，用CH3OH和O2組合形成的含有質子交換膜(只允許H＋通過)的燃料電池的結構示意圖如下：
質子交換膜左右兩側的溶液均為1 L 2 mol·L－1 H2SO4溶液。電池總反應式為2CH3OH＋3O2===2CO2＋4H2O，c電極為_______(填“正極”或“負極”)，c電極的電極反應式為___________________________________。
負極
CH3OH－6e－＋H2O===CO2＋6H＋
解析：(1)根據裝置圖可知，a電極通入SO2，SO2發生失
去電子的氧化反應，在b電極上通入O2，則生產硫酸的總反應
方程式為2SO2＋O2＋2H2O===2H2SO4；b電極是正極，O2在
酸性條件下得電子生成水，電極反應式為O2＋4e-＋4H+===
2H2O；原電池中陽離子向正極移動，則生產過程中H＋向b電
極區域運動。
(2)原電池反應的過程中一定有電子發生轉移，A錯誤；
原電池裝置不一定需要2個活動性不同的金屬電極，例如燃料電池兩極材料可以相同，此外，導電非金屬石墨也可以做電極，B錯誤；原電池中電極可以參加反應，例如銅、鋅、稀硫酸組成的原電池中，鋅電極參加反應，C錯誤。

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