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专题6　化学反应与
能量变化
第三单元　化学能与电能的转化
第二课时　化学电源
1．知道一次电池、二次电池、燃料电池等发展中的化学电源的特点及在生活中的应用。2．能正确书写简单化学电源的电极反应式。3．了解研制新型电池的重要性。4．初步了解电解池概念及电解在物质制备中的应用。
学习理解
01
课时分层练
04
目录
CONTENTS
探究应用
02
总结提升
03
学习理解
一、化学电源
1．化学电源的分类
不能复原
锌锰干电池
铅蓄电池
分类 特点 举例
一次电池 用过之后__________ _____________
二次电池 充电后能继续使用 银锌纽扣电池、__________、镍氢电池
燃料电池 燃料和氧化剂由外部连续供给 _______________、甲醇－空气燃料电池
氢氧燃料电池
2．常见化学电源的组成与反应原理
Zn(NH3)2Cl2＋2MnO(OH)
2H2＋O2===2H2O
二、电解池
1．概念
将_______转化为_________的装置。
2．电解的应用
电能
化学能
氢气和氧气
烧碱、氧气和氢气
铝和镁
判断正误，正确的打“√”，错误的打“×”。
(1)锌锰干电池工作一段时间后碳棒变细。(　　)
(2)氢氧燃料电池是将热能直接转变为电能。(　　)
(3)充电电池可以无限制地反复充、放电。(　　)
(4)原电池放电和电解池充电互为可逆反应。(　　)
(5)电解饱和食盐水阳极产生Cl2。(　　)
(6)电解时电子的流向为电源负极→阴极→溶液→阳极→电源正极。(　　)
×
×
×
×
√
×
探究应用
电动汽车(BEV)是指以车载电源为动力，用电机驱动车轮行驶，符合道路交通、安全法规各项要求的车辆。工作原理：蓄电池——电流——电力调节器——电动机——动力传动系统——驱动汽车行驶。
[问题探究]
1．燃料电池在工作时燃烧吗？氢氧燃料电池在酸性条件和碱性条件下的正极反应式相同吗？若不同，请分别写出反应式。除氢氧燃料电池外，其他燃料电池的负极反应物通常还有哪些？正极放电的是什么物质？
提示：不燃烧，因为燃料电池的原料是在两极分别发生氧化反应和还原反应，而不是直接进行得失电子的反应。不相同；酸性条件下正极反应式：O2＋4H＋＋4e－===2H2O，碱性条件下正极反应式：2H2O＋O2＋4e－===4OH－。负极反应物还可以是烃(如甲烷、乙烷等)、醇(如甲醇、乙醇等)、氨、水煤气等可燃性气体或液体。正极放电的是氧气。
2．铅蓄电池的正、负极材料是什么？电解质溶液是什么？工作时正、负极质量有什么变化？
提示：负极：Pb；正极：PbO2；电解质溶液：稀H2SO4。工作时正极由PbO2变为PbSO4，负极由Pb变为PbSO4，质量均增加。
知识点一　一次电池与二次电池
1．一次电池——锌锰干电池
(1)结构：锌锰干电池的锌筒为负极，石墨棒为正
极，在石墨棒周围填充糊状的NH4Cl等作电解质。
(2)原理：锌锰干电池是一次电池，放电之后不能
充电，内部的氧化还原反应是不可逆的。
1．下列有关锌锰干电池的说法正确的是(　　)
A．锌外壳是负极，石墨棒是正极
B．在外电路中电子从石墨棒流向锌外壳
C．电流从锌外壳流到石墨棒上
D．在电池内部阳离子从石墨棒向锌外壳移动
解析：根据题给总反应可知，放电时Cd的化合价升高，作负极，电极反应式为Cd＋2OH－－2e－===Cd(OH)2，Cd电极周围溶液中OH－的浓度减小，pH减小，总反应减负极反应式可得正极反应式为NiOOH＋H2O＋e－===Ni(OH)2＋OH－，A正确，C错误；充电过程电能转化为化学能，B错误；放电时，电解质溶液中的OH－移向负极(Cd电极)，D错误。
知识点二　燃料电池
1．氢氧燃料电池
电极材料 铂碳 铂碳
电解质溶液 氢氧化钾溶液 稀硫酸
结构原理 示意图
电极反应 负极：2H2＋4OH－－4e－===4H2O 正极：O2＋2H2O＋4e－===4OH－ 负极：2H2－4e－===4H＋
正极：O2＋4H＋＋4e－===2H2O
电池总反应 2H2＋O2===2H2O 2．燃料电池电极反应式的书写方法
(1)写出电池总反应。燃料电池的总反应与燃料的燃烧反应一致，若产物能和电解质反应则总反应为加和后的反应。例如甲烷燃料电池(电解质溶液为NaOH溶液)的总反应为CH4＋2O2＋2NaOH===Na2CO3＋3H2O。
(2)写出电池的正极反应式
根据燃料电池的特点，一般在正极上发生还原反应的物质都是O2，若电解质溶液不同，其电极反应有所不同，我们要熟记以下两种情况：
①酸性电解质溶液环境下的电极反应式：O2＋4H＋＋4e－===2H2O
②碱性电解质溶液环境下的电极反应式：O2＋2H2O＋4e－===4OH－
(3)根据电池总反应和正极反应式写出电池的负极反应式。
3．对燃料电池的理解
(1)对反应本质的理解：燃料电池的本质是燃料与氧化剂之间能够发生自发的氧化还原反应，且能够对外放出能量。
(2)对反应方式的理解：燃料电池在使用过程中，并没有发生燃料的燃烧反应，而是燃料和氧化剂分别在两极放电，将化学能转化为电能。
(3)对反应程度的理解：燃料的燃烧是一种剧烈的氧化还原反应，而燃料电池中发生的氧化还原反应则是平稳的。
(4)对能量利用的理解：燃料直接燃烧时，大量的热能释放到空气中，能量利用率低，燃料电池的能量转化率较高，是一种高效、环境友好的发电装置。
(5)对电极的理解：燃料电池的电极材料一般为惰性电极，具有很强的催化活性，如铂电极、活性炭电极等。
3．燃料电池是目前电池研究的热点之一。某课外小组自制的氢氧燃料电池如图所示，a、b均为惰性电极。下列叙述不正确的是(　　)
A．a极是负极，该电极上发生氧化反应
B．b极发生的电极反应是O2＋4OH－－4e－===2H2O
C．电池总反应方程式为2H2＋O2===2H2O
D．氢氧燃料电池是一种具有应用前景的绿色电源
解析：B项，b极通入O2，为正极，电极反应为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，不正确。
4．如图是甲醇(CH3OH)燃料电池的化学原理示意图，下列判断不正确的是(　　)
A．电极A为电池负极
B．电极B表面上发生还原反应
C．工作一段时间溶液pH保持不变
D．燃料电池工作时不会出现火焰
解析：该电池的总反应为2CH3OH＋3O2＋4KOH===2K2CO3＋6H2O，因此溶液的碱性降低，C错误。
知识点三　电解在物质制备中的应用
1．电解原理图示
2．电解池的特征
(1)有外加电源。
(2)电解池的能量变化：电能→化学能。
(3)电解池的电极：①阳极(接电源正极)→氧化反应→化合价升高→失电子；②阴极(接电源负极)→还原反应→化合价降低→得电子。
(4)电解池的电子流向：负极→阴极，阳极→正极。
(5)电解池的离子流向：溶液中的阳离子→阴极，溶液中的阴离子→阳极。
3．电解池阴、阳极的判断方法
判断方法 阳极 阴极
与电源连接方式 与电源正极相连的电极 与电源负极相连的电极
电子或电流流动方向 电子流出，电流流入的电极 电子流入，电流流出的电极
离子迁移方向 阴离子移向的电极 阳离子移向的电极
反应类型 发生氧化反应的电极 发生还原反应的电极
4．应用
(1)氯碱工业
①电解原理分析及电极反应：NaCl是强电解质，在溶液中完全电离，水也能部分电离，NaCl===Na＋＋Cl－、H2O??H＋＋OH－。放电能力：H＋>Na＋，Cl－>OH－，通直流电后，H＋、Na＋向阴极移动，H＋被还原成H2，Cl－、OH－向阳极移动，Cl－被氧化成Cl2。
阴极：2H＋＋2e－===H2↑(还原反应)
阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑(氧化反应)
5．下列关于电解饱和食盐水的说法正确的是(　　)
①电解产物为Cl2和Na　②电解过程中，碳棒一极产生黄绿色气体　③电解一段时间后，向碳棒附近的溶液中滴加酚酞溶液，溶液呈红色　④电解一段时间后，向铁钉附近的溶液中滴加酚酞溶液，溶液呈红色
A．①③ B．①④
C．②③ D．②④
解析：电解饱和食盐水生成NaOH、H2和Cl2，①错误；电解过程中，碳棒作阳极，阳极上Cl－发生失电子的氧化反应，产生黄绿色气体氯气，向碳棒附近的溶液中滴加酚酞溶液，溶液不会呈红色，②正确，③错误；电解过程中，铁钉作阴极，阴极上H＋发生还原反应，水电离产生的OH－浓度增加，碱性增强，在铁钉附近的溶液中滴加酚酞溶液，溶液呈红色，④正确。
6．下列描述中，不符合生产实际的是(　　)
A．电解熔融的氯化铝制取金属铝
B．电解熔融的氯化钠制取金属钠，阴极反应式为Na＋＋e－===Na
C．电解饱和食盐水制烧碱
D．电解熔融的氯化镁制取金属镁
总结提升
本课总结
自我反思：﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍
随堂提升
2．汽车的启动电源常用铅蓄电池。其结构如图所示，放电时的电池反应为PbO2＋Pb＋2H2SO4===2PbSO4＋2H2O。根据此反应判断下列说法正确的是(　　)
A．PbO2是电池的负极
B．Pb是电池的负极
C．PbO2得电子，被氧化
D．电池放电时，溶液的酸性增强
解析：PbO2在放电过程中得到电子被还原，所以PbO2是电池的正极，故A、C错误；由于电池放电过程中消耗硫酸，所以溶液的酸性减弱，故D错误。
3．我国科研人员研制出一种Li N2电池，电池反应为6Li＋N2===2Li3N，其放电过程为原电池工作原理，电池结构如图所示。下列说法正确的是(　　)
A．a极作正极
B．N2发生氧化反应
C．a极的电极反应式为Li－e－===Li＋
D．电池工作时，电子从a电极经导线流向b电极，再从b电极经电解质溶液流向a电极
解析：该电池中锂易失电子作负极，碳为正极，负极反应式为Li－e－===Li＋，正极反应式为6Li＋＋N2＋6e－===2Li3N。放电时Li→Li＋，Li的化合价升高，发生失电子的氧化反应，a极作负极，故A错误；放电时N2→Li3N，N的化合价降低，发生得电子的还原反应，故B错误；在电解质溶液中不存在电子的流动，故D错误。
4．被称之为“软电池”的纸质电池，采用一张薄层纸片(在其一边镀锌，而在其另一边镀二氧化锰)作为传导体。在纸内的离子“流过”水和氧化锌组成的电解液。电池总反应为Zn＋2MnO2＋H2O===ZnO＋2MnO(OH)，下列说法正确的是(　　)
A．该电池的正极为锌
B．该电池反应中二氧化锰起催化作用
C．当0．1 mol Zn完全溶解时，转移电子数为1．204×1024
D．该电池的正极反应式为2MnO2＋2e－＋2H2O===2MnO(OH)＋2OH－
解析：由电池总反应可知，Zn的化合价从0升高到＋2，失电子，发生氧化反应，作负极；Mn的化合价从＋4降低到＋3，得电子，发生还原反应，故MnO2作正极，起氧化剂作用，A、B错误。Zn的化合价从0升高到＋2，1 mol Zn失去2 mol电子，则0．1 mol Zn完全溶解失去0．2 mol电子，转移电子数为0．2 mol×6．02×1023 mol－1＝1．204×1023，C错误。
课时分层练
题号 1 2 3 4 5 6 7
难度 ★ ★ ★ ★★ ★★ ★ ★★
对点 化学电源的 分类 新型化学电源的工作原理 燃料电池的原理 新型化学电源的工作原理 新型化学电源的工作 原理 燃料电池的原理及相关计算 燃料电池的原理及相关计算
题号 8 9 10 11 12 13 难度 ★ ★ ★★ ★★★ ★★ ★★★ 对点 锌锰干电池的原理 二次电池放电时的工作原理 新型燃料电 池的工作 原理 新型二次电池的工作 原理 新型二次电池的工作 原理 化学电源与物质生产结合的综合考查 1．下列几种化学电池中，不属于可充电电池的是(　　)
A．碱性锌锰电池 B．手机用锂电池
C．汽车用铅蓄电池 D．玩具用镍氢电池
[学习·理解]
2．锌－空气电池具有蓄电量大、充电循环次数多等优点(Zn与Al的化学性质相似)。下列有关说法错误的是(　　)
A．电池放电时Zn电极逐渐溶解
B．电池放电时化学能转化为电能
C．电子由石墨经导线流向Zn片
D．石墨为正极
3．LED产品的使用为城市增添色彩。如图是氢氧燃料电池驱动LED发光的一种装置示意图。下列有关叙述正确的是(　　)
A．a处通入氧气，b处通入氢气
B．通入H2的电极发生反应：H2-2e-===2H+
C．通入O2的电极为电池的正极
D．该装置将化学能最终转化为电能
解析：A项，由电子流向可知a为负极，b为正极，负极上发生氧化反应，通入的是氢气，正极上发生还原反应，通入的是氧气；B项，a为负极，通入氢气，电解质溶液为碱性，因此发生的电极反应为H2－2e－＋2OH－===2H2O；D项，该装置的能量转换是化学能→电能→光能。
4．可用于电动汽车的铝－空气电池，通常以NaCl溶液或NaOH溶液为电解质溶液，铝合金为负极，通入空气的一极为正极。下列说法正确的是(　　)
A．两种情况下的正极反应式都为O2＋2H2O＋4e－===4OH－
B．以NaOH溶液为电解质溶液时，负极反应式为Al＋3OH－－3e－===Al(OH)3
C．以NaOH溶液为电解质溶液时，电池工作过程中电解质溶液的碱性保持不变
D．电池工作时，电子通过外电路从正极流向负极
6．科学家研制出一种乙醇电池，它用酸性溶液(H＋)作电解质溶液。电池总反应为C2H5OH＋3O2===2CO2＋3H2O，下列说法不正确的是(　　)
A．乙醇在电池的负极上参加反应
B．1 mol CH3CH2OH被氧化转移6 mol电子
C．在外电路中电子由负极经导线流向正极
D．随着反应的进行，正极附近溶液的酸性减弱
解析：乙醇在负极上失电子，发生氧化反应，A正确；乙醇中碳元素的平均化合价为－2，而氧化产物CO2中碳元素的化合价为＋4，所以反应中1 mol CH3CH2OH被氧化转移电子(4＋2)×2 mol＝12 mol，B错误；原电池中，电子由负极经导线流向正极，C正确；该乙醇燃料电池用酸性溶液(H＋)作电解质溶液，所以正极反应为O2＋4e－＋4H＋===2H2O，随着反应的进行，H＋不断被消耗，且生成了水，正极附近溶液的酸性减弱，D正确。
8．(2024·北京卷)酸性锌锰干电池的构造示意图如右。关于该电池及其工作原理，下列说法正确的是(　　)
解析：酸性锌锰干电池，锌筒为负极，石墨电极为正极，负极发生失电子的氧化反应Zn－2e－===Zn2＋，A错误，D正确；原电池工作时，阳离子向正极(石墨电极)方向移动，B错误；MnO2发生得电子的还原反应，C错误。
[应用·实践]
9．银锌电池是一种常见化学电源，其放电时的反应原理：Zn＋Ag2O＋H2O===Zn(OH)2＋2Ag。其工作原理示意图如图所示。下列说法不正确的是(　　)
A．Zn电极是负极
B．Ag2O电极发生还原反应
C．Zn电极的电极反应式：Zn－2e－＋2OH－===Zn(OH)2
D．放电前后电解质溶液的pH保持不变
解析：根据方程式可知消耗水，氢氧根离子浓度增大，放电后电解质溶液的pH升高，D错误。
10．以氨为燃料的固体氧化物燃料电池(SOFC)具有广阔的应用前景，一种氧离子导电SOFC的工作原理如图所示(NH3在催化剂作用下先分解为N2和H2)。下列说法不正确的是(　　)
A．H2在负极放电
B．正极的电极反应：O2＋4e－===2O2－
C．外电路转移6 mol e－，理论上生成4 mol H2O
D．O2－向负极移动
解析：由题图可知，NH3在催化剂作用下先分解为N2和H2，H2在负极失电子生成H2O，故A正确；由题图可知，O2在正极得电子生成O2－，电极反应式为O2＋4e－===2O2－，故B正确；H2在负极失电子生成H2O，电极反应式为H2－2e－＋O2－===H2O，外电路转移6 mol e－，理论上生成3 mol H2O，故C错误；原电池中阴离子向负极移动，则O2－向负极移动，故D正确。
11．第二代钠离子电池是负极为镶嵌在硬碳中的钠、正极为锰基高锰普鲁士白{Na2Mn[Mn(CN)6]}的一种新型二次电池，其工作原理如图所示。下列说法错误的是(　　)
A．放电时，B极的电势高于A极
B．放电时，正极反应为Mn[Mn(CN)6]＋2Na＋＋2e－
===Na2Mn[Mn(CN)6]
C．充电时，Na＋穿过离子交换膜在B极上得电子
D．充电时，A极接外加电源的正极
解析：由题图可知，放电时，B极是原电池负极，
镶嵌在硬碳中的钠失去电子发生氧化反应生成钠离子，
电极反应式为Na－e－===Na＋，A极是正极，在钠离子
作用下，Mn[Mn(CN)6]在正极得到电子发生还原反应
生成Na2Mn[Mn(CN)6]，电极反应式为Mn[Mn(CN)6]＋
2Na＋＋2e－===Na2Mn[Mn(CN)6]，充电时，A极与直流
电源的正极相连，作电解池的阳极，B极为阴极。由分析可知，放电时，B极是原电池负极，A极是正极，原电池中正极电势高于负极，则A极的电势高于B极，故A错误。
(1)高铁电池的负极材料是______。
(2)放电时，正极发生_______反应(填“氧化”或“还原”)；已知负极反应为Zn－2e－＋2OH－===Zn(OH)2，则正极反应为___________________________________。
(3)放电时，______(填“正”或“负”)极附近溶液的碱性增强。
Zn
还原
正
13．科研人员设想用如图所示装置生产硫酸。
(1)上述生产硫酸的总反应方程式为__________________________，b是_____极，b电极反应式为_________________________，生产过程中H＋向_____(填“a”或“b”)电极区域运动。
(2)该小组同学反思原电池的原理，其中观点正确的是___
(填字母)。
A．原电池反应的过程中可能没有电子发生转移
B．原电池装置一定需要2个活动性不同的金属电极
C．电极一定不能参加反应
D．氧化反应和还原反应可以拆开在两极发生
[创新·提高]
2SO2＋O2＋2H2O===2H2SO4
正
O2＋4e－＋4H＋===2H2O
b
D
(3)CO与H2反应还可制备CH3OH，CH3OH可作为燃料使用，用CH3OH和O2组合形成的含有质子交换膜(只允许H＋通过)的燃料电池的结构示意图如下：
质子交换膜左右两侧的溶液均为1 L 2 mol·L－1 H2SO4溶液。电池总反应式为2CH3OH＋3O2===2CO2＋4H2O，c电极为_______(填“正极”或“负极”)，c电极的电极反应式为___________________________________。
负极
CH3OH－6e－＋H2O===CO2＋6H＋
解析：(1)根据装置图可知，a电极通入SO2，SO2发生失
去电子的氧化反应，在b电极上通入O2，则生产硫酸的总反应
方程式为2SO2＋O2＋2H2O===2H2SO4；b电极是正极，O2在
酸性条件下得电子生成水，电极反应式为O2＋4e-＋4H+===
2H2O；原电池中阳离子向正极移动，则生产过程中H＋向b电
极区域运动。
(2)原电池反应的过程中一定有电子发生转移，A错误；
原电池装置不一定需要2个活动性不同的金属电极，例如燃料电池两极材料可以相同，此外，导电非金属石墨也可以做电极，B错误；原电池中电极可以参加反应，例如铜、锌、稀硫酸组成的原电池中，锌电极参加反应，C错误。

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