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第四章　化学反应与电能
第一节　原电池
第2课时　化学电源
一、化学电源和一次电池
1. 化学电源的分类
2. 判断电池优劣的主要标准
（1）比能量：即单位质量或单位体积所能 的多少，单位为W·h·kg－1或 W·h·L－1。
（2）比功率：即单位质量或单位体积所能输出 ，单位为W·kg－1或 W·L－1。
（3）电池可储存时间的长短。
输出电能　
功率的大小　
3. 一次电池
（1）一次电池是放电后 的电池，一次电池中电解质溶液制成胶状， 不流动，也叫做干电池。
不可再充电　
（2）常见的一次电池
①普通锌锰干电池
构造（如图所示）：
负极： 。
正极： 。
电解质溶液： 。
锌筒　
石墨棒　
氯化铵　
负极： 。
正极： 。
总反应： 。
工作原理：
②碱性锌锰干电池
构造（如图所示）：
负极反应物： 。
锌粉　
正极反应物： 。
电解质溶液： 。
工作原理：
负极： 。
正极： 。
总反应： 。
二氧化锰　
氢氧化钾　
A. 电池工作时，MnO2发生氧化反应
B. 电池工作时，OH－通过隔膜向正极移动
C. 环境温度过低，不利于电池放电
D. 反应中每生成1 mol MnOOH，转移电子数为2×6.02×1023
C
A. Al电极作负极，发生还原反应
C. 当导线中通过3 mol电子时，正极电极质量减小24 g
D. 阳离子交换膜允许阳离子和电子通过
C
（3）电解质溶液是 。
锌　
Ag2O　
KOH溶液　
题后归纳
原电池电极反应式的书写
　　（1）“四步法”书写信息类电极反应
第一步：根据题中信息确定氧化剂、还原剂及氧化产物、还原产物。
　
第二步：确定得失电子数目
　
　
第四步：根据原子守恒配补H2O等配平电极反应。
　　（2）“加减法”书写电极反应
第一步
第二步 先判断哪个电极反应式简单，再根据公式法写出该电极反应式，并使该 电极反应式与电池总反应式转移的电子数目相等
第三步 用电池总反应式减去简单的电极反应式即得复杂的电极反应式
　　例如锂锰电池（全称为锂—二氧化锰电池），正极活性物质是MnO2，电解质是 溶于混合有机溶剂中的高氯酸锂（LiClO4）。
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。
2. 铅酸蓄电池
可充电电池　
蓄电池　
铅酸蓄电池是一种常见的二次电池，其放电反应和充电反应表示如下：
（1）负极是 ，正极是 ，电解质溶液是 。
（2）放电时电极反应如下：
①负极： 。
Pb　
PbO2　
稀硫酸　
②正极： 。
③放电过程中，负极质量 ，稀硫酸的浓度 。
增大　
减小　
（3）充电反应原理：充电过程与其放电过程相反。
（4）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。
1. （2025·西安高二期末）镉镍（Cd－Ni）可充电电池在现代生活中有广泛应用，它 的工作原理如下：
A. 该电池放电的时候，负极附近pH增大
B. 放电时，每转移2 mol电子，有2 mol NiO（OH）被氧化
D. 充电时，Cd电极发生氧化反应
C
A. 放电时，负极区溶液质量变大
C. 放电时，多孔碳电极电势高于铅电极
D. 充电一段时间后，多孔碳电极一侧应补充H2SO4，维持pH稳定
A
A. 放电时，Zn2＋向Zn极方向迁移
D. 放电时，Zn电极质量减少0.65 g，MnO2电极生成了0.020 mol MnOOH
C
题后归纳
二次电池的解题模型
思维模型
解题模型
三、燃料电池
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　
氧化剂　
电能　
活性物质　
2. 氢氧燃料电池
（1）基本构造
（2）工作原理
酸性电解质
（H2SO4） 碱性电解质
（KOH）
负极
反应
正极
反应
总反应
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。
4. 燃料电池电极反应式的书写方法
（1）负极为燃料，失电子，发生氧化反应。
如CH4碱性（KOH溶液）燃料电池负极反应式书写方法：
第一步　确定生成物
第二步　确定电子转移和变价元素原子守恒
第三步　依据电解质性质，用OH－配平电荷守恒
（2）正极为氧气，得电子，发生还原反应。
由于电解质溶液的不同，其电极反应式有所不同。
酸性电解质溶液： ；
碱性电解质溶液： ；
第四步　最后用H2O配平原子守恒
1. 以甲烷燃料电池为例来分析在不同的环境下电极反应式的书写方法。
（1）酸性条件
（2）碱性条件
总反应式： ；
正极反应式： ；
负极反应式： 。
（3）固体电解质（高温下能传导O2－）
总反应式： ；
正极反应式： ；
负极反应式： 。
（4）熔融碳酸盐（如熔融K2CO3）环境下
总反应式： ；
正极反应式： ；
负极反应式： 。
2. （1）为摆脱对石油的过度依赖，科研人员将煤液化制备汽油，并设计了汽油燃料 电池，电池工作原理如图所示。一个电极通入氧气，另一电极通入汽油蒸气，电解质 是掺杂了Y2O3的ZrO2晶体，它在高温下能传导O2－。
C8H18＋25O2——50e
①该燃料电池的总反应式为 ；
②正极电极反应式为 ；
③为了使该燃料电池长时间稳定运行，电池的电解质组成应
保持稳定。为此，必须在通入的空气中加入一种物质，加入
的物质是 ，它来自 。
CO2　
负极反应产物　
3. （1）二氧化硫—空气质子交换膜燃料电池可以利用大气中所含SO2快速启动，其 装置示意图如图：
①质子的流动方向为 （填“从A到B”或“从B到A”）。
②负极的电极反应式为 。
从A到B　
（2）NH3－O2燃料电池的结构如图所示：
①a极为电池的 （填“正”或“负”）极。
②当生成1 mol N2时 ，电路中流过电子的物质的量为 。
负　
6 mol　
解析：（2）①a极通入氨，有N2和H2O生成，则a极是负极，b极通入氧气，是正极； ②氨中N的化合价由－3变成0，当生成1 mol N2时，电路中流过电子的物质的量为6 mol。
题后归纳
燃料电池
（1）注意介质是电解质溶液还是熔融盐或氧化物。
（2）通入负极的物质为燃料，通入正极的物质为氧气（或其他氧化剂）。
（3）通过介质中离子的移动方向，可判断电池的正、负极，同时考虑该离子参 与靠近一极的电极反应。
课时作业（二十七）　化学电源
[对点训练]
题组一　一次电池
D
A. 外电路电子由b流向a
B. 离子交换膜为阴离子交换膜
C. 电解质溶液可用LiClO4的乙醇溶液代替
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A. 石墨作电池的负极材料
C. MnO2发生氧化反应
D
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题组二　二次电池
A. 电池的电解质溶液为碱性溶液，正极为Ni2O3，负极为Fe
C. 电池放电过程中，正极附近溶液的酸性增强
C
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A. 充电时，PbO2电极上有Pb3C2O7产生
B. 放电时，导线中电子迁移方向为PbO2→Pb
C. 充电时，理论上转移0.1 mol电子，Pb电极的质
量增加20.7 g
D
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题组三　燃料电池
A. X极为燃料电池的负极，该极通入的气体是H2
C. 每消耗11.2 L（标准状况）H2，有0.5 mol OH－移向X极
D. 燃料电池的能量转化率不可能达到100％
C
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A. 有O2放电的a极为电池的负极
D. 汽油燃料电池的技术障碍是氧化反应不完全，产生碳单
质堵塞电极的气体通道，从而使输电效能减弱
A
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[综合强化]
A. Pt2为正极，发生氧化反应
C. 电池工作一段时间后，电解液的pH增大
D. 相同条件下，两个电极上消耗的SO2和空气
的体积比约为2∶5
D
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A. H＋通过质子交换膜从右侧向左侧多孔石墨棒移动
B. 若产生1 mol HNO3，则理论上需通入11.2 L O2
D. 电子的流动方向为从负极经电解质溶液流向正极
C
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9. （2025·广州高二阶段练习）科学家近年发明了一种新型Zn－CO2水介质电池。电 池示意图如图，电极为金属锌和选择性催化材料，放电时，温室气体CO2被转化为储 氢物质甲酸等，为解决环境和能源问题提供了一种新途径。
B. 放电时，22.4 L CO2转化为HCOOH，
转移的电子数为2 mol
D. 充电时，电解质溶液2中OH－浓度升高
A
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A. 装置工作时，电流由b极经用电器流向a极
B. 高温下该装置处理废水的效率高于低温
D. 11.2 L O2反应时有2 mol质子向a极区迁移
C
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11. 燃料电池是一种将燃料所具有的化学能直接转换成电能的化学装置。
正极　
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（2）科学家研究了转化温室气体的方法，利用图乙所示装置可以将CO2转化为气体 燃料CO，该电池负极反应式为 。
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（3）铅酸蓄电池是常用的化学电源，其电极材料分别是Pb和PbO2，电解质溶液为硫 酸。该电池总反应式为Pb＋PbO2＋2H2SO4 2PbSO4＋2H2O（已知：硫酸铅为不溶 于水的白色沉淀，生成时附着在电极上）。
①该蓄电池放电时，电解质溶液中阴离子移向 （填“正极”或“负极”）。
②正极附近溶液的酸性 （填“增强”“减弱”或“不变”），当外电路通过 1 mol电子时，理论上正极板的质量增加 g。
负极　
减弱　
32　
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12. 请根据题中提供的信息，回答下列问题：
②在电池中，Na＋不断移动到“水”电池的 （填“正”或“负”）极。
③外电路每通过4 mol电子时，生成Na2Mn5O10的物质的量是 。
正　
2 mol　
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（2）中国科学院应用化学研究所在甲醇（CH3OH是一种可燃物）燃料电池技术方面 获得新突破。甲醇燃料电池的工作原理如图所示。
①该电池工作时，b口通入的物质为 。
CH3OH　
②该电池负极的电极反应式为 。
③工作一段时间后，当6.4 g甲醇完全反应生成CO2时，有 NA个电子转移（设 NA为阿伏加德罗常数的值）。
1.2　
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