中五化学｜化学电池与燃料电池备课指引（导师用）

中五化学｜化学电池与燃料电池备课指引（导师用）｜电动势、ΔG 与能量转换

2026-11-01

学生识写“锌比铜活泼”，但问到电子走哪条路、电动势几多伏就停。这一堂把电池拆成两半反应加一条减法，令电压变成可算的数字。

本堂目标　学生能够：① 画出简单化学电池并标明电子流向与离子迁移方向；② 用 EMF = E(阴极) − E(阳极) 求电动势；③ 用 ΔG = −nFE 比较电池与燃料电池的能量。

01　先备知识（开课前 3 分钟快检）

以下任何一项未过关，本堂就会卡住，先补该项：

技能	快检题	过关标准
氧化还原	氧化是失电子还是得电子	失电子（OIL RIG）
标准电极电位	E 越负代表什么	越易失电子，还原剂越强
摩尔与法拉第	1 摩尔电子带几多电荷	96500 C

02　课堂流程（60 分钟）

时间	环节	导师做什么	学生做什么
0–8 分	电池结构	画 Zn/Cu 电池，标电子与盐桥	标出两边半反应
8–22 分	电动势	EMF = 0.34 − (-0.76) = 1.10 V	算出 1.10 V
22–34 分	其他组合	Ag/Zn 与 Mg/Cu 两组比较	1.56 V 与 2.71 V
34–46 分	ΔG 连系	ΔG = −nFE，n = 2	-212.3 kJ/mol
46–54 分	燃料电池	H₂/O₂ 电池 E = 1.23 V，n = 4	-474.8 kJ/mol
54–60 分	离场检查	三题收回即批	独立完成

03　讲解脚本（照着说就可以）

第一幕：电池就是两个半反应分开进行

阳极（负极）发生氧化：Zn → Zn²⁺ + 2e⁻；阴极（正极）发生还原：Cu²⁺ + 2e⁻ → Cu。电子只走外电路，由锌流向铜；盐桥中的离子走内电路补电荷。
口诀：负极失电子（氧化），正极得电子（还原）。活性越高的金属做负极。

要学生做：画一次 Zn/Cu 电池，用箭头标电子方向、盐桥中 K⁺ 与 Cl⁻ 的移动方向。

第二幕：电动势是一条减法

EMF = E(阴极) − E(阳极)。Zn/Cu：0.34 − (-0.76) = 1.10 V；Ag/Zn：0.80 − (-0.76) = 1.56 V；Mg/Cu：0.34 − (-2.37) = 2.71 V。
三个数字排出来就看得到规律：两极电位相差越大，电压越高。EMF 为正才代表反应自发。

要学生讲：为何把 Zn 与 Cu 对调，EMF 会变负（反应不再自发，要外部电源，即电解）。

第三幕：由电压算能量：ΔG = −nFE

Zn/Cu 电池 n = 2：ΔG = −2 × 96500 × 1.10 = -212300 J = -212.3 kJ/mol。
氢燃料电池：H₂ + ½O₂ → H₂O，n = 4，E = 1.23 V，ΔG = −4 × 96500 × 1.23 = -474.8 kJ/mol。
即每摩尔氢放出 237.4 kJ；要出 1 kWh（3.6×10⁶ J），需要 15.16 mol H₂，即 30.6 g。

提醒：燃烧同一个反应放出的是焓变 ΔH（约 −286 kJ/mol），比 ΔG 大；差额就是无法做电功的那部分。

04　必教题型与步骤

题型	例子	步骤	答案
计算	电动势	E(阴极) − E(阳极)	1.10 V
判断	正负极	活性高者为负极	Zn 是负极
计算	ΔG	ΔG = −nFE	-212.3 kJ/mol
解释	燃料电池优点	能量直接转电、无燃烧步骤	效率高于热机

合理性检查（一定要教）：EMF 必为正才算自发；ΔG 必为负，两个符号要一致。任何单一电池的 EMF 不会大过两极电位差绝对值之和（实测最大 2.71 V），超过就是减反了。ΔG 的量级应在每摩尔数百 kJ，若算出 −212 J 就是漏乘 n 或 F。

05　独立练习三题

题目	答案	想观察什么
Ag/Zn 电池的 EMF	1.56 V	0.80 − (-0.76)
Mg/Cu 电池的 EMF	2.71 V	Mg 做负极
氢燃料电池 1 kWh 需多少克氢	30.6 g	237.4 kJ/mol 再除

06　学生常见错误与纠正句

错误	学生通常这样写	导师这样说
正负极掉转	写 EMF = -0.76 − 0.34	“阴极减阳极，倒转就见负数，即系不自发。”
电子走盐桥	画电子穿过盐桥	“电子只走外电路，盐桥走离子。”
ΔG 漏乘 n	答 106150 J	“ΔG = −nFE，n 系转移电子数。”
把 ΔH 当 ΔG	用 −286 kJ/mol 答燃料电池	“−286 系燃烧焓变，电功要用 ΔG。”

07　家课建议（直接指到练习卷题号）

中学化学章节索引　全科章节
DSE 化学练习卷　氧化还原与电池题组

08　离场检查（最后 5 分钟）

题目	答案	判定
Zn/Cu 电池的 EMF	1.10 V	三题全对＝可进电解
同上电池的 ΔG	-212.3 kJ/mol	错一题＝下堂前重算 ΔG
燃料电池的正极反应	O₂ + 4H⁺ + 4e⁻ → 2H₂O	错两题以上＝回到第二幕

09　导师常问

要背标准电极电位吗？

题目通常提供，但要记住越负越易失电子，以及 EMF = 阴极 − 阳极。

燃料电池为何效率较高？

不经燃烧步骤，化学能直接转电能，少了热机的卡诺限制。

盐桥可以省略吗？

不可以，没有盐桥电路不闭合，离子无法迁移，电流即停。

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本页为 TutorZone 导师备课指引，内容由 TutorZone 团队编写；题目与流程为原创，并非任何学校或出版社的教材。