DSE 化学｜电化学电池与燃料电池备课指引（导师用）｜半反应、电池电压与四个常见错误

2026-11-05

学生背得到“氧化在负极”，但一问边个极放出电子、电子由边走去边，就即刻打结。呢一堂要把电池当成一条电子公路：负极是起点、外电路是公路、正极是终点，盐桥只负责运离子。

本堂目标　学生能够：① 把一个电池反应拆成氧化与还原两个半反应，并指出电子由负极经外电路流向正极；② 用 E°(正极) − E°(负极) 算出锌铜电池的 1.10 V 电压，并解释为何要取正差值的一方做正极；③ 用 Q = It 与法拉第常数算出电解的物质量（例：2.0 A 通 30 分钟可在阴极镀出 1.18 g 铜），并讲出燃料电池与普通电池的分别在于反应物持续输入。

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	氧化在定义上是失去还是得到电子	失去电子（OIL RIG）
标准电极电势	Zn²⁺/Zn 的 E° 是 −0.76 V，代表锌容易氧化吗	是，负值越大越易失去电子
摩尔与电流	1 mol 电子带几多库仑	约 96500 C（法拉第常数）

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	先备快检	三题快问，特别问 E° 负值的意义	口头作答，错的写在黑板角落
8–20 分	拆两个半反应	把 Zn + Cu²⁺ 拆成两行，标明电子数	学生自己拆另一条电池反应
20–32 分	算电压与电子流向	示范 1.10 V 的由来与外电路方向	学生画箭嘴标电子与电流
32–44 分	盐桥与内电路	讲离子 migration，解释为何断盐桥就没有电	学生用一句话讲盐桥作用
44–56 分	燃料电池与法拉第计算	示范 1.18 g 铜的算法与 H₂/O₂ 电池	学生两人一组核对单位
56–60 分	离场检查	三题收回即批，标明跌在边一幕	独立完成

03　讲解脚本（照着说就可以）

第一幕：第一幕：电池系两条半反应并排发生

学生最常见的错，是把整个电池反应当成一条式去背，于是永远讲不清边个极做什么。开场写 Zn + Cu²⁺ → Zn²⁺ + Cu，然后强迫拆成两行：Zn → Zn²⁺ + 2e⁻（氧化，负极），Cu²⁺ + 2e⁻ → Cu（还原，正极）。每一行都要写电子，电子数要相等，否则电池不会运作。
接着讲一个比喻：两条半反应系两个分开的房间，电子只可以经外电路（电线）由负极行去正极，不可以在溶液里面直接跳过去。所以锌片一溶，电子被迫走铜线，灯胆就著。问学生：“如果两块金属直接接触会怎样？”答案是短路，电子走近路，没有用电器。
最常见误解提示框：“电子由正极流出”——错，电子一定由负极（氧化极）流出，电流方向相反。

要学生复述：“两条半反应，电子由负极经外电路去正极。”

第二幕：第二幕：电压系两个电极电势相减

第二幕只做一个动作：E°(cell) = E°(正极) − E°(负极)。锌铜电池就是 +0.34 − (-0.76) = 1.10 V。要学生养成习惯：先写两个 E°，再决定边个做正极——E° 较大的一方做正极（还原），较小的一方做负极（氧化），所以相减一定得正数；如果计出负数，就是极性搞反了。
同时讲清楚：E° 是“每种电极相对于标准氢电极”的值，本身不是能量，不能相加成“总能量”，只可以相减得电压。这也是为何电池电压与电极大小、溶液多少无关（在标准条件下），只与化学本质有关；并联两粒 1.5 V 电池电压仍是 1.5 V，串联才变 3 V。
练习时要学生把“哪个极、氧化还是还原、电子流向、电流方向”四格一次填满。

要学生复述：“大减细，正极减负极，负数即系调转。”

第三幕：第三幕：燃料电池与电解都用同一套电子账

第三幕把电池概念拉去两个应用。燃料电池：氢在负极氧化（H₂ → 2H⁺ + 2e⁻），氧在正极还原（O₂ + 4H⁺ + 4e⁻ → 2H₂O），总反应 2H₂ + O₂ → 2H₂O，理论电压 1.23 V。关键分别：燃料电池的反应物由外面持续输入，产物持续排出，所以可以不停供电；普通电池的反应物用完就死。再讲能量：ΔG = −nFE = −2 × 96500 × 1.23 ≈ -237 kJ/mol，与课本的 −237 kJ/mol 一致，说明电压与能量可以互相换算。
然后做电解计算：以 2.0 A 通电 30 分钟，电量 Q = It = 3600 C；电子摩尔 = 3600 ÷ 96500 = 0.0373 mol；Cu²⁺ + 2e⁻ → Cu 表示 2 mol 电子镀 1 mol 铜，所以镀出 0.0187 mol，即 0.0187 × 63.5 = 1.18 g。每一步只做一件事，并且写明单位，这是学生最容易跳步失分的地方。

要学生复述：“先算电量，再除法拉第，最后看法拉第定律的电子比。”

04　必教题型与步骤

题型	例子	步骤	答案
拆半反应	写出 Zn/Cu 电池的两个半反应	① 写反应物与产物 ② 配平原子 ③ 补电子使两边电荷相等	Zn → Zn²⁺ + 2e⁻；Cu²⁺ + 2e⁻ → Cu
算电池电压	Zn²⁺/Zn 与 Cu²⁺/Cu 组成的电池电压	① 写两个 E° ② 大减细 ③ 单位 V、标明正极	1.10 V
电解镀铜	2.0 A 通 30 分钟镀出多少铜	① Q = It ② n(e⁻) = Q/F ③ 除以 2 再乘 63.5	1.18 g
燃料电池比较	氢氧燃料电池与锌铜电池的分别	① 反应物是否持续输入 ② 产物是否排出 ③ 是否可逆	燃料电池可持续供电，理论 1.23 V

合理性检查（一定要教）：计完电压先问“合理吗”：常见电池在 1–2 V 之间，1.10 V 合理；算出 3 V 以上通常是把两个 E° 相加。镀铜 1.18 g 对应 3600 C，即 2.0 A 半个钟，剂量与时间相符；若算出几十克，一定是忘了除以 2 或把法拉第常数当成 1000。燃料电池效率永远小于 100%，算出的能量不可以大于氢的燃烧热。

05　独立练习三题

题目	答案	想观察什么
写出 Zn/Cu 电池两个半反应并标明正负极。	Zn → Zn²⁺ + 2e⁻（负极）；Cu²⁺ + 2e⁻ → Cu（正极）	有无为两条式补电子、有无标极性
2.0 A 电流通过硫酸铜溶液 30 分钟，阴极增重多少？	1.18 g	有无用 Q = It、有无除以 2
氢氧燃料电池的正极反应是什么？为何它不算“用完就死”？	O₂ + 4H⁺ + 4e⁻ → 2H₂O；反应物持续输入	有无写电子、有无讲到持续供气

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
电子由正极流出	答“电子由铜片经电线去锌片”	“负极系氧化极，电子由负极出发，电流反方向行。”
两个 E° 相加	-0.76 + +0.34 = −0.42 V	“电压系相减，不系相加；E° 系相对值，加起来没有意义。”
忘记除以电子数	直接把 0.0373 mol 当成 0.0373 mol 铜	“Cu²⁺ 要两个电子，所以电子摩尔要除以二。”
以为断盐桥只是少少影响	答“断盐桥电流会细一点”	“没有盐桥就没有离子中和电荷，电池即刻停，系零电流。”

07　家课建议（直接指到练习卷题号）

本章重做　重做练习三题（第 1–3 题），每题旁写出半反应与单位
化学科章节索引　拣“氧化还原”一章，做卷内第 2 题并标电子流向
电解计算表　自制一张 Q–n(e⁻)–n(金属) 三步换算表，贴在笔记内页

08　离场检查（最后 5 分钟）

题目	答案	判定
电子由哪个极流出	负极（氧化极），经外电路去正极	答正极＝重讲第一幕
电池电压怎样算	E°(正极) − E°(负极)，大减细	答相加＝重讲第二幕
燃料电池为何可持续供电	反应物持续输入、产物排出	答“电池大些”＝重讲第三幕

09　导师常问

要背标准电极电势吗？

DSE 卷会提供数据表，重点是会用“大减细”判断极性，不是死背数值。

盐桥可以用什么代替？

实验上可用滤纸浸电解质，原理一样：提供离子迁移、保持电中性。

燃料电池的电压为何低于 1.23 V？

实际有内电阻与活化过电位，能量部分变成热，所以输出电压较理论值低。

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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。