【学霸笔记：同步精讲】第四章 第一节 第2课时 化学电源(基础课) 课件--2026版高中化学人教版选必修1

(共64张PPT)
复习任务群一
现代文阅读Ⅰ
把握共性之“新”　打通应考之“脉”
第四章　化学反应与电能
第一节　原电池
第2课时　化学电源(基础课)
素养 目标 1．通过对常见化学电源的分析，建立对原电池认识的思维模型，提高对原电池本质的认识。
2．增强科技意识，不断研发新型电池，满足人类社会发展的需求。积极回收利用废旧电池，减少其对环境的污染。
旧知 回顾 根据图示回答下列问题：
(1)装置中Cu作__极，电极反应式为___________________；Ag作__极，电极反应式为_________________。
(2)盐桥中的阳离子移向__________溶液，阴离子移向_________溶液。
(3)电子从__________极流出通过导线流入__________极。
(4)电池中的离子方程式为_________________________。
负
Cu－2e－===Cu2+
正
Ag＋＋e－===Ag
AgNO3
CuSO4
负(或Cu)
正(或Ag)
Cu＋2Ag＋===2Ag＋Cu2+
知识点一　化学电源和一次电池
1．化学电源概述
(1)化学电池的优点
具有____________高，供能稳定可靠，使用方便，易于维护等优点。
能量转化效率
(2)判断电池优劣的主要标准
①比能量：________或________所能输出____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____的大小，单位是W·kg-1或W·L-1。
单位质量
单位体积
电能
功率
2．一次电池
一次电池就是放电后不可再充电的电池。一次电池中电解质溶液制成胶状，不流动，也叫做______。
以碱性锌锰电池为例
(1)组成
正极：_______；负极：____；
电解质：______。
干电池
MnO2
Zn
KOH
(2)工作原理
负极：__________________________________；
正极：MnO2＋H2O＋e－===MnO(OH)＋OH－；
总反应：===。
　
微点拨
普通锌锰电池
(1)工作原理：===＋2MnO(OH)。
(2)相对于碱性锌锰电池的不足
普通锌锰电池中的NH4Cl糊呈酸性，能腐蚀负极材料Zn，故该干电池不能长时间储存；碱性锌锰电池比普通锌锰电池性能好，它的比能量和可储存时间均有所提高，是普通锌锰干电池的升级换代产品。
1．有关下列四个常用电化学装置的叙述中，正确的是(　　)
图Ⅰ普通锌锰电池 图Ⅱ碱性锌锰电池
A．图Ⅰ所示电池中，电子经石墨电极沿电解质流向锌筒
B．图Ⅱ所示电池中，MnO2作氧化剂
C．图Ⅲ所示装置工作过程中，电解质溶液中Cu2+浓度始终不变
D．图Ⅳ所示电池中，Zn是还原剂，在电池工作过程中被还原
图Ⅲ原电池 图Ⅳ锌银纽扣电池
√
B　[普通锌锰电池中，锌筒为负极，石墨电极为正极，电子由锌筒经外电路流向石墨电极，A错误；碱性锌锰电池中负极反应为===，正极反应为MnO2＋e－＋H2O===MnO(OH)＋OH－，MnO2作氧化剂，被还原，B正确；Fe为负极，Fe电极反应为Fe－2e－===Fe2+，Cu为正极，Cu电极反应为Cu2+＋2e－===Cu，该原电池工作过程中Cu2+浓度减小，C错误；锌银纽扣电池中Zn为负极，Zn是还原剂，在电池工作过程中被氧化，D错误。]
√
2．体温枪能快速检测人体体温，该体温枪所用的电池为一种银锌电池(如图所示)，电池的总反应为Zn＋Ag2O＋H2O===Zn(OH)2＋2Ag。下列关于该电池的说法正确的是(　　)
A．Ag2O电极作正极，发生氧化反应
B．该电池放电时溶液中的K＋向Zn电极移动
C．电池工作时，电流从Ag2O电极经过隔板流向Zn电极
D．该电池的负极反应为===
D　[根据总反应可知，Ag2O中银元素化合价降低，得到电子，Ag2O电极作原电池正极，发生还原反应，溶液中的K＋向Ag2O电极移动，A、B错误；电池工作时，电流从Ag2O电极经过外电路流向Zn电极，C错误；Zn化合价升高，作原电池负极，根据总反应可得负极反应为===，D正确。]
知识点二　二次电池
1．二次电池
又称__________或______，是一类放电后可以再充电而反复使用的电池。
可充电电池
蓄电池
2．铅酸蓄电池
铅酸蓄电池是一种常见的二次电池，其简易装置图、放电反应和充电反应如图所示：
(1)负极是____，正极是______，电解质溶液是______。
(2)放电反应原理
①负极反应为__________________________；
②正极反应为____________________________________________；
③放电过程中，负极和正极质量的变化是均____，均生成______，电解质溶液pH的变化是____。
Pb
PbO2
稀硫酸
Pb＋－2e－===PbSO4
＋2H2O　
增大
PbSO4
增大
微点拨
(1)二次电池充电过程与放电过程相反，如铅酸蓄电池充电时的阴极反应为===。
(2)充电时，铅酸蓄电池正极与直流电源正极相连，负极与直流电源负极相连。
(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。
3．锂离子电池
一种锂离子电池，其负极材料为嵌锂石墨，正极材料为LiCoO2(钴酸锂)，电解质溶液为LiPF6(六氟磷酸锂)的碳酸酯溶液(无水)。该电池放电时的反应原理可表示如下：
负极：__________________________；
正极：___________________________________；
总反应可表示为===＋Cy。
LixCy－xe－===xLi＋＋Cy
Li1－xCoO2＋xLi＋＋xe－===LiCoO2
放电时，锂离子由石墨中脱嵌移向__极，嵌入钴酸锂晶体中；充电时，锂离子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，锂离子往返于电池的正极、负极之间，完成____能与__能的相互转化。
正
正
负
化学
电
一般电极反应式的书写方法
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，找出得失电子的数量
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，与总反应的化学方程式对照验证
A．电池的电解质溶液为碱性溶液，正极为Ni2O3，负极为Fe
B．电池放电时，负极反应为Fe＋2OH－－2e－===Fe(OH)2
C．电池放电过程中，正极附近溶液的酸性增强
D．电池放电时，正极反应为Ni2O3＋3H2O＋2e－===2Ni(OH)2＋2OH
√
C　[电池放电时，活泼金属Fe失去电子为负极，Ni2O3为正极，因为放电时电极产物为氢氧化物，可以判断电解质溶液为碱性溶液，A正确；放电时，负极铁失去电子生成Fe2+，因为电解质溶液为碱性溶液，所以负极反应为Fe+2OH－—2e－===，B正确；放电时正极反应为Ni2O3＋3H2O＋2e－===2Ni(OH)2＋2OH－，C错误，D正确。]
2．近年来，科学家研究了一种光照充电Li-O2电池(如图所示)。光照时，光催化电极产生电子(e－)和空穴(h＋)，驱动阴极反应(Li＋＋
e－===Li)和阳极反应(Li2O2＋2h＋===2Li＋＋O2↑)对电池进行充电。
(1)放电时，光催化电极为________(填“负极”或“正极”)。
(2)放电时，Li＋从________穿过离子交换膜向___________迁移。
(3)放电时，正极发生的反应为______________________________。
(4)充电时，电池的总反应为________________________________。
正极
金属锂
光催化电极
O2＋2Li＋＋2e－===Li2O2
Li2O2===2Li＋O2↑
1．燃料电池
燃料电池是一种连续地将____和______的化学能直接转化为____的化学电源。电极本身不包含________，只是一个催化转化元件。燃料通入燃料电池的__极，发生____反应。
知识点三　燃料电池
燃料
氧化剂
电能
活性物质
负
氧化
2．氢氧燃料电池
(1)基本构造
(2)工作原理
电解质 酸性电解质 (H2SO4) 碱性电解质
(KOH)
负极 反应 ___________________ _________________________
正极 反应 ________________________ _________________________
总反应 _________________
2H2－4e－===4H＋
H2＋2OH－－2e－===2H2O
O2＋4H＋＋4e－===2H2O
O2＋2H2O＋4e－===4OH－
2H2＋O2===2H2O
3．燃料电池的优点
(1)工作时，燃料和氧化剂连续地由外部供给并在电极上进行反应，生成物不断地被排出，能连续不断地提供电能。
(2)能量转换率高，有利于节约能源。
(3)排放的废弃物少，绿色环保。
燃料电池电极反应式书写的三步骤
1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)。
(1)燃料电池所有能量均转化为电能。 (　　)
(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O2通入正极，电极反应为O2＋4H＋＋4e－===2H2O。 (　　)
(4)燃料电池电极材料本身不参与化学反应。 (　　)
(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。 (　　)
×
×
√
√
×
2．如图为以Pt为电极的氢氧燃料电池的工作原理示意图，稀硫酸为电解质溶液。下列有关说法不正确的是(　　)
A．a极为负极，电子由a极经外电路流向b极
B．a极的电极反应式：H2－2e－===2H＋
C．电池工作一段时间后，装置中c(H2SO4)增大
D．若将H2改为CH4，消耗等物质的量的CH4时，
O2的用量增多
√
C　[该电池工作时产生H2O，c(H2SO4)减小，C项错误。]
3．燃料电池是一种利用能源物质的新形式，比如我们可用熔融的K2CO3作电解质，惰性材料作电极，一极通入CH2===CH2，另一极通入O2、CO2。下列说法不正确的是(　　)
A．电池的总反应式为CH2===CH2＋3O2===2CO2＋2H2O
B．正极发生的电极反应为===
C．负极发生的电极反应为===－12e－===8CO2＋2H2O
D．通入乙烯的一极为正极
√
D　[通入的乙烯作为燃料，发生氧化反应，通入乙烯的一极为负极，D错误。]
4．以甲醇(CH3OH)燃料电池为例，写出在下列不同环境下的电极反应式。
(1)碱性条件(KOH溶液)
负极反应：______________________________________________；
正极反应：______________________________________________。
(2)固体电解质(高温下能传导O2-)
正极反应：______________________________________________；
负极反应：______________________________________________。
===＋6H2O
O2＋4e－＋2H2O===4OH－
CH3OH－6e－＋3O2-===CO2＋2H2O
O2＋4e－===2O2-
随堂评估 知能落实
√
1．下列说法不正确的是(　　)
A．原电池中发生的可逆反应达到平衡时，该电池仍有电流产生
B．铅酸蓄电池的缺点是比能量低、笨重
C．普通锌锰电池与碱性锌锰电池的比能量不同
D．燃料电池能量转化率高，活性物质由外界加入，可实现连续不间断供电
A　[原电池中发生的可逆反应达到平衡时，正、逆反应速率相等，各物质的浓度不变，不再有电流产生，A错误。]
√
2．下列有关如图所示铅酸蓄电池的说法正确的是(　　)
A．放电时，铅被还原
B．放电时，电解质溶液pH增大
C．充电时，原PbO2极接电源的负极即可复原
D．放电时总反应：2PbSO4＋2H2O===PbO2＋Pb＋2H2SO4
B　[放电时，铅作负极，化合价升高，失去电子，被氧化，故A错误；放电时，铅、二氧化铅和稀硫酸反应生成硫酸铅和水，稀硫酸浓度减小，因此电解质溶液pH增大，故B正确；放电时，PbO2极为正极，则充电时，原PbO2极接电源的正极即可复原，故C错误；2PbSO4＋2H2O===PbO2＋Pb＋2H2SO4是充电时总反应，放电时总反应为PbO2＋Pb＋2H2SO4===2PbSO4＋2H2O，故D错误。]
√
3．如图是甲醇燃料电池的结构示意图，甲醇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2CH3OH＋3O2===2CO2＋4H2O。下列说法不正确的是(　　)
A．左电极为电池的负极，a处通入的物质是甲醇
B．正极反应为O2＋2H2O＋4e－===4OH－
C．负极反应为CH3OH＋H2O－6e－===CO2↑＋6H＋
D．该电池提供1 mol e－，消耗0.25 mol氧气
B　[由电池总反应可知，负极反应为CH3OH＋H2O－6e－===CO2↑＋6H＋，正极反应为O2＋4H＋＋4e－===2H2O，故B错误、C正确；根据电子流向，可知a处通甲醇，b处通O2，故A正确；由正极反应可知，当电池提供1 mol电子时，消耗1 mol×＝0.25 mol O2，故D正确。]
4．飞船的电源系统共有3种，分别是太阳能电池帆板、镉镍蓄电池和应急电池。
(1)飞船在光照区运行时，太阳能电池帆板将______能转化为________能，除供给飞船使用外，剩余部分用镉镍蓄电池储存起来。其工作原理为Cd＋2NiO(OH)＋2H2O Cd(OH)2＋2Ni(OH)2。
放电时，正极的电极反应式为________________________________
________；当飞船运行到阴影区时，镉镍蓄电池开始为飞船供电，此时负极附近溶液的pH______(填“增大”“减小”或“不变”)。
太阳
电
===
减小
＋OH－
[解析]　正极是得电子发生还原反应的一极，NiO(OH)为正极；放电时负极的电极反应式为＋2OH－===Cd(OH)2，溶液的pH减小。
Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2
数智分层作业(三十)　化学电源
(分值：30分)
题号
1
3
5
2
4
6
8
7
(选择题只有一个选项符合题目要求，每小题2分)
1．锂电池是一代新型高能电池，它以质量轻、比能量高而被重视，目前已研制成功多种锂电池。某种锂电池的总反应为Li＋MnO2===LiMnO2。下列说法正确的是(　　)
√
题号
1
3
5
2
4
6
8
7
A．Li是正极，电极反应式为Li－e－===Li＋
B．Li是负极，电极反应式为Li－e－===Li＋
C．MnO2是负极，电极反应式为===
D．Li是负极，电极反应式为Li－2e－===Li2+
B　[根据锂电池总反应的化学方程式===，可知失电子的金属Li为负极，电极反应式为Li－e－===Li＋，A、D错误，B正确；MnO2是正极，电极反应式为===，C错误。]
√
题号
1
3
5
2
4
6
8
7
2．高铁电池是一种新型高能高容量电池，某高铁电池的工作原理如图所示。下列说法正确的是(　　)
A．M极为阴极
B．电池工作时，电流方向为M极→电流表→
N极→M极
C．N极的电极反应式为＋3e－＋4H2O
===Fe(OH)3＋5OH－
D．电池工作一段时间后，正极区中H＋的浓度增大
题号
1
3
5
2
4
6
8
7
C　[M极为负极，N极为正极，故A错误；原电池中，电流方向由正极经过外电路流向负极，再经过电解质溶液流向正极，电流方向为N极→电流表→M极→N极，故B错误；N极为正极，电极反应式为===＋5OH－，故C正确；正极生成氢氧根离子，正极区中H＋的浓度减小，故D错误。]
题号
1
3
5
2
4
6
8
7
3．Li-SOCl2电池可用于治疗某些心律失常的心脏起搏器的驱动。该电池的工作原理示意图如图所示：
下列说法错误的是(　　)
A．负极材料为Li，发生氧化反应
B．正极反应为2SOCl2－4e－===4Cl－＋S＋SO2↑
C．LiAlCl4有助于电池内部的导电
D．电池工作时Cl－向Li电极移动
√
题号
1
3
5
2
4
6
8
7
B　[负极材料为Li，锂失电子发生氧化反应，故A正确；正极发生还原反应，根据题图可知，正极反应为2SOCl2＋4e－===4Cl－＋S＋SO2↑，故B错误；LiAlCl4有助于电池内部的导电，故C正确；电池工作时，阴离子向负极移动，Cl－向Li电极移动，故D正确。]
√
题号
1
3
5
2
4
6
8
7
4．燃料电池是燃料(如CO、H2、CH4、C2H6等)与氧气(或空气)反应将化学能转化为电能的装置。若电解质溶液是强碱溶液，下面关于乙烷(C2H6)燃料电池的说法正确的是(　　)
A．该电池工作时，正极附近溶液的碱性增强
B．负极反应：===＋12H2O
C．通入5.6 L O2完全反应后，有1 mol电子发生转移
D．燃料电池的优点之一是点燃时化学能大部分转化为电能而不是热能和光能
题号
1
3
5
2
4
6
8
7
A　[电池工作时，通入氧气的一极为正极，氧气在正极上得到电子发生还原反应生成氢氧根离子，正极附近c(OH－)增大，溶液碱性增强，A正确；通入乙烷的电极为负极，碱性条件下，乙烷在负极失去电子发生氧化反应生成碳酸根离子和水，电极反应式为===＋12H2O，B错误；未指明是否处于标准状况下，无法计算5.6 L O2完全反应后转移电子的物质的量，C错误；乙烷燃料电池工作时，不需要点燃乙烷，D错误。]
√
题号
1
3
5
2
4
6
8
7
5．氢氧熔融碳酸盐(主要成分为碳酸钠和碳酸钾)燃料电池是一种高温电池(800～900 ℃)，工作原理如图所示。下列有关该电池的说法正确的是(　　)
A．该电池在室温下也可以正常工作
B．负极反应为===CO2＋H2O
C．该电池可消耗工厂中排出的CO2，减少温室气体的排放
D．电池工作时，外电路中通过0.2 mol电子时，消耗0.8 mol O2
题号
1
3
5
2
4
6
8
7
B　[氢氧熔融碳酸盐燃料电池是一种高温电池，常温下不能正常工作，A错误；由题分析可知，原电池工作时，H2发生失电子的氧化反应，为负极，负极反应为===CO2＋H2O，B正确；原电池工作时总反应为2H2＋O2===2H2O，不能利用工厂中排出的CO2，不能减少温室气体的排放，C错误；正极反应为===，外电路中通过0.2 mol电子时消耗＝0.05 mol O2，D错误。]
题号
1
3
5
2
4
6
8
7
(选择题有一个或两个选项符合题目要求，每小题4分)
6．目前最安全的锂离子电池是LiFePO4电池，结构如图所示，电池中间是聚合物的隔膜，只允许Li＋通过。放电时电池总反应为(1－x)LiFePO4＋xFePO4＋LixCn===LiFePO4＋Cn。放电时，下列说法不正确的是(　　)
题号
1
3
5
2
4
6
8
7
A．正极反应为xFePO4＋xLi＋＋xe－===xLiFePO4
B．电子由负极经电解质流向正极
C．负极反应为LixCn－xe－===xLi＋＋Cn
D．若转移0.01 mol电子，正极质量增加0.07 g
√
题号
1
3
5
2
4
6
8
7
B　[放电时，石墨电极上Li失去电子生成Li＋，从石墨脱嵌，负极反应为LixCn－xe－===xLi＋＋Cn，由放电时电池总反应式减去负极反应可得，正极反应为xFePO4＋xLi＋＋xe－===xLiFePO4，A、C正确；原电池中，电子由负极流出，经导线、用电器、导线流向正极，不能进入电解质中，B错误；若转移0.01 mol 电子，正极上有0.01 mol Li＋嵌入电极，故正极质量增加0.01 mol×7 g·mol-1＝
0.07 g，D正确。]
√
题号
1
3
5
2
4
6
8
7
7．火星大气中含有大量CO2，一种有CO2参加反应的新型全固态电池有望为火星探测器供电。该电池以金属钠和碳纳米管作为两极(如图所示)，放电的总反应为4Na＋3CO2===2Na2CO3＋C。下列说法正确的是(　　)
A．金属Na作负极，发生氧化反应
B．该电池的介质可以选择Na2CO3溶液
C．正极反应为===＋C
D．工作时电流从Na电极经导线流向碳纳米管电极
√
题号
1
3
5
2
4
6
8
7
AC　[根据放电的总反应可知，Na作负极，发生氧化反应，电极反应式为Na－e－===Na＋，A正确；Na是活泼金属，能与水剧烈反应，故该电池的介质不能选择Na2CO3溶液，B错误；碳纳米管作正极，CO2通入正极，发生还原反应，电极反应式为===＋C，C正确；放电时，Na作负极，碳纳米管作正极，电流从正极流向负极，即从碳纳米管经导线流向Na电极，D错误。]
8．(12分)回答下列问题：
(1)O2辅助的电池工作原理如图所示，该电池容量大，能有效利用CO2，电池反应产物是重要的化工原料，电池负极的电极反应式为_________________________________________，
电池正极的电极反应式为__________________________________，
该电池的总反应为________________________。(6分)
Al－3e－===Al3+
===
2Al＋6CO2===Al2(C2O4)3
题号
1
3
5
2
4
6
8
7
(2)减排是各个国家都在为之努力的事，CO2和SO2的处理是许多科学家都在着力研究的重点。有学者想以如图所示装置利用原电池原理将CO2、SO2转化为重要的化工原料。
题号
1
3
5
2
4
6
8
7
①若A为CO2，B为H2，C为CH3OH，电池总反应为CO2＋3H2===CH3OH＋H2O，则正极的电极反应式为_________________________________________________________。
②若A为SO2，B为O2，C为H2SO4，则负极的电极反应式为_________________________________________________________，
电池的总反应为______________________________________。(6分)
CO2＋6H＋＋6e－===CH3OH＋H2O
===＋4H＋
2SO2＋2H2O＋O2===2H2SO4
题号
1
3
5
2
4
6
8
7
[解析]　(1)由题图可知，铝电极为原电池的负极，铝失去电子发生氧化反应生成铝离子，电极反应式为Al－3e－===Al3+，多孔碳电极为正极，在氧气的催化作用下二氧化碳在正极得到电子发生还原反应生成草酸根离子，电极反应式为===，电池的总反应为2Al＋6CO2===Al2(C2O4)3。
题号
1
3
5
2
4
6
8
7
题号
1
3
5
2
4
6
8
7
(2)①由电池总反应可知，左侧电极为原电池的正极，酸性条件下二氧化碳在正极得到电子发生还原反应生成甲醇，电极反应式为CO2＋6H＋＋6e－===CH3OH＋H2O。②由硫元素的化合价变化可知，水分子作用下二氧化硫在负极失去电子发生氧化反应生成硫酸根离子和氢离子，电极反应式为===＋4H＋，酸性条件下氧气在正极得到电子发生还原反应生成水，电极反应式为O2＋4H＋＋4e－===2H2O，则电池总反应为2SO2＋2H2O＋O2===2H2SO4。
谢 谢！