化學電源-2024年高中化學講義

第4課第2課時化學電源

目標任務

課程標準學習目標

1.能列舉常見的化學電源，并能利用相關信1.能從宏觀與微觀結合的視角分析化學電源的工作原理、新

息分析化學電源的工作原理。型電源中微粒的移動及電極反應。

2.能綜合考慮化學變化中的物質變化和能量2.能利用原電池的結構模型，認識化學電源的組成特點，正

變化來分析、解決新型電池的開發(fā)問題。確判斷新型電源的結構、電極反應及相關實際問題。

預習導學

自主梳理

一、化學電池的分類與優(yōu)劣

i.化學電池的分類及其特點

(1)一次電池：活性物質消耗到一定程度，就,如普通的鋅鎰電池、堿性鋅鎰電池。

(2)二次電池：放電后可以再—使活性物質獲得再生，如鉛蓄電池、鍥鎘電池。

(3)燃料電池：燃料—電子，氧化劑—電子，如氫氧燃料電池。

2.化學電池的優(yōu)點

具有高，供能穩(wěn)定可靠，使用方便，易于維護等優(yōu)點。

3.判斷電池優(yōu)劣的主要標準

(1)比能量：所能輸出電能的多少。

(2)比功率：所能輸出功率的大小。

(3)電池的可儲存時間的長短。

二、化學電源的分類及工作原理

1.一次電池(以堿性鋅鎰電池為例)

(1)組成。正極：；負極：；電解質：o

(2)工作原理

負極反應：；

正極反應：2MnO2+2e~+2H2O=2MnOOH+2OH；

總反應：Zn+2MnO2+2H2O=2MnOOH+Zn(OH)2。

(3)特點：堿性鋅銃電池比普通鋅鎰電池性能好，它的比能量和可儲存時間均有提高，適用于大電流和連續(xù)

放電。

2.二次電池(以鉛蓄電池為例)

(1)組成

負極：；正極：；電解質：O

(2)工作原理

①放電過程

負極：(氧化反應)；

+

正極：PbO2(s)+4H(aq)+SOF(aq)+2e~=PbSO4(s)+2H,0(l)；

總反應：Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4(aq)=2PbSO4(s)+2H2O(1)。

②充電過程

陰極：;

+

陽極：PbSO4(s)+2H2O(l)-2e^=PbO2(s)+4H(aq)+SOF(aq)；

總反應：2PbSO4(s)+2H2O(l)=Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4(aq)□

⑶鉛蓄電池的優(yōu)缺點

①優(yōu)點：可重復使用、電壓穩(wěn)定、使用方便、安全可靠、價格低廉，在生產、生活中應用廣泛。

②缺點：比能量低、笨重，廢棄的電池污染環(huán)境。

3.燃料電池(以H2-O2燃料電池為例)

,負極：充入發(fā)生氧化反應

(1)構成■正極：充入發(fā)生還原反應

.電解質溶液：酸溶液或堿溶液

(2)工作原理

酸性電解質(H2so4)堿性電解質(KOH)

負極反應

正極反應

總反應2H2+O2=2H2O

【答案】

一、L(1)不能使用(2)充電(3)失得2.能量轉換效率

3.(1)單位質量或單位體積(2)單位質量或單位體積

-

二、1.(l)MnO2ZnKOH。(2)Zn+2OH-2e-=Zn(OH)2；

2.(l)PbPbO2H2sO4溶液(2)①Pb(s)+SO?-(aq)—2鼠=PbSO4(s)

②PbSCU(s)+2e-=Pb(s)+SOF(aq)；

3.(1)H2O2

++

(2)H2-2e*=2HH2-2e+20H=2H2Ojo2+2e+2H=H2O|o2+2e+H2O=2OH

預習檢測

1.化學與生產、生活密切相關，下列說法正確的是

A.干電池放置過久可能漏液失效，其原因是顯酸性的氯化鍍溶液和外殼鋅反應

B.燃煤時，適當地鼓入氧氣，可減輕溫室效應

C.硫酸鋁可用來除去水體中的懸浮雜質且具有殺菌消毒的作用

D.氫氧化鎂、氫氧化鋁和氫氧化鈉都是常見的胃酸中和劑

【答案】A

【解析】A.干電池中電解質鏤根離子水解而使溶液呈酸性，酸能和外殼鋅反應而腐蝕Zn,導致干電池放置

過久可能漏夜而失效，故A正確；

B.燃煤時，適當地鼓入氧氣，不能減少排放C5的含量，所以不能減輕溫室效應，故B錯誤；

C.硫酸鋁中鋁離子水解生成氫氧化鋁膠體，氫氧化鋁膠體能吸附水中懸浮物而凈水，但沒有強氧化性，所

以不能殺菌消毒，故C錯誤；

D.NaOH具有強腐蝕性，能腐蝕胃壁，所以不能用作常見的胃酸中和劑，氫氧化鎂和氫氧化鋁可以作胃酸

中和劑，故D錯誤；

故選A?

2.日常所用鋅銃干電池的電極分別為鋅筒和石墨棒，以糊狀NH4cl作電解質，電極反應為:Zn2e=ZM+,2MnO2

+2NH；+2e=Mn2O3+2NH3+H2Oo下列有關鋅錦干電池的敘述中，正確的是

A.干電池中鋅筒為正極，石墨棒為負極

B.干電池可實現(xiàn)電能向化學能的轉化

C.干電池長時間連續(xù)工作后，糊狀物可能流出，腐蝕用電器

D.干電池工作時，電流方向是由鋅筒經外電路流向石墨棒

【答案】C

【解析】A.干電池中較活潑的金屬鋅作負極，較不活潑的導電的非金屬石墨棒作正極，故A錯誤；

B.干電池是一次電池，所以不能實現(xiàn)電能向化學能的轉化，故B錯誤；

C.NH4cl是強酸弱堿鹽水解呈酸性，所以干電池長時間連續(xù)使用時內裝糊狀物可能流出腐蝕電器，故C正

確；

D.干電池工作時，電流由正極石墨棒經外電路流向負極鋅，故D錯誤;

故選C。

3.下列有關如圖所示鉛蓄電池的說法正確的是

H2sO4溶液

Pb()2(正極)此夕土

Pb(負極)5s

A.放電時，鉛被還原

B.放電時，電解質溶液pH增大

C.充電時，原PbOz極接電源的負極即可復原

D.放電時總反應：2PbSO4+H2O=PbO2+Pb+2H2SO4

【答案】B

【解析】A.放電時，鉛作負極，化合價升高，失去電子，被氧化，故A錯誤；

B.放電時，鉛、二氧化鉛和硫酸反應生成硫酸鉛和水，硫酸濃度降低，因此電解質溶液pH增大，故B正

確；

C.放電時，PbO?極為正極，則充電時，原Pb。?極接電源的正極即可復原，故C錯誤；

D.2PbSO4+2H2O=PbO2+Pb+2H2SO4,放電時總反應為

PbO2+Pb+2H2SO4=2PbSO4+2H2O,故D錯誤。

綜上所述，答案為B。

4.一種充電電池放電時的電極反應為H2+2OH--2e-=2凡0；NiO(OH)+H2O+e=Ni(OH)2+OH,當

為電池充電時，與外電源正極連接的電極上發(fā)生的反應是

A.也0的還原

B.NiO(OH)的還原

C.CH2的氧化

D.Ni(OH)2的氧化

【答案】D

【解析】充電電池放電時正極發(fā)生反應為：NiO(OH)+H2O+e-=Ni(OH)2+OH-,電池充電時，電池的正

極接電源的正極，電池的負極接電源的負極，則電池充電時，電極反應式是電池放電時電極反應式的逆過

程，即Ni(OH)2被氧化；

答案選D。

5.以KOH溶液為離子導體，分別組成CH4-O2、CH3OH-O2、N2H4-5清潔燃料電池，下列說法錯誤的是

A.放電過程中，K+均向正極移動

B.放電過程中，KOH物質的量均減小

C.消耗等質量燃料，CH4-5燃料電池的理論放電量最大

D.消耗ImolCh時，理論上N2H4-02燃料電池可得到標準狀況下22.4L氣體產物

【答案】B

【解析】A.放電過程中，根據"同性相吸"，則K+均向正極移動，故A正確；

B.放電過程中，CH4-O2、CH3OH-O2燃料電池中KOH不斷消耗生成碳酸鉀，KOH物質的量減小，N2H4-O2

燃料電池反應生成氮氣和水即N2H4+O2=N2+2H2O,電池中KOH物質的量不變，則B錯誤；

C.消耗等質量燃料（設質量為mg）,三者失去電子物質的量分別為±x8、9x6、3/4,則CH4-5燃料

163232

電池的理論放電量最大，故C正確；

D.根據方程式N2H4+。2=凡+2凡。，消耗ImolS時，則理論上N2H4-。2燃料電池可得到標準狀況下Imol

氮氣即22.4L,故D正確。

綜上所述，答案為B。

6.氫能源汽車在北京冬奧會上大批量使用為減少碳排放立下了大功勞。下列關于氫氧燃料電池的說法正確

的是

A.氫氧燃料電池工作時負極通入。2

B.氫氧燃料電池正極發(fā)生氧化反應

C.氫氧燃料電池客車不能在寒冷天氣中使用

D.氫氧燃料電池工作時的總反應為2H2+O2=2凡。

【答案】D

【解析】A.氫氧燃料電池工作時正極通入。2,故A錯誤；

B.氫氧燃料電池，正極氧氣得電子發(fā)生還原反應，故B錯誤；

C.氫氧燃料電池，可以有效使用輔助系統(tǒng)改善傳質、增濕，所以氫氧燃料電池客車能在寒冷天氣中使用，

故C錯誤；

D.氫氧燃料電池工作時，氫氣和氧氣反應生成水，總反應為2H2+。2=2%。，故D正確；

選D。

探究提升

A環(huán)節(jié)一一次電池

【情境材料】

普通鋅銃電池和堿性鋅鎰電池的構造如下圖所示:

一銅釘

鋅粉和

——KOH的

混合物

MnO2

鋼外殼

普通鋅鎰電池堿性鋅鎰電池

【問題探究】

1.你能指出兩種干電池中的正、負極材料及電解質溶液嗎？

2.試寫出堿性鋅鎰電池的正、負極反應式。

3.對比兩種干電池，比較兩種電池的優(yōu)缺點。

4.為什么廢舊電池不能隨意丟棄，要回收利用？

【答案】

1.普通鋅錦電池的負極為Zn,正極為石墨棒，電解質溶液為NH4cl糊。堿性鋅錦電池的負極為Zn,正極

為MnCh，電解質為KOH。

-

2.負極反應式：Zn-2e~+2OH=Zn(OH)2,

正極反應式：2MnO2+2e-+2H2O=2MnO(OH)+2OHT。

3.普通鋅鎰電池中的NH4cl糊呈酸性，能腐蝕負極材料Zn,故該干電池不能長時間儲存；堿性鋅鎰電池

比普通鋅鎰電池性能好，它的比能量和可儲存時間均有所提高，是普通鋅鎰干電池的升級換代產品。

4.廢舊電池中常含有重金屬、酸和堿等物質，能污染水源，危害人體健康，因此，應將廢舊電池回收利用，

這樣既可減少環(huán)境污染，又可節(jié)約資源。

要點歸納

普通鋅鎰電池和堿性鋅鎰電池

普通鋅鎬電池堿性鋅鎬電池

+

17鋅粉和

-石墨棒——KOH的

裝置-MnOz糊混合物

-NH.Cl糊

-MnC)2

.一鋅筒——金屬

y外殼

e

負極：Zn—2e=Zn2+負極：Zn+2OIT—2L=Zn(OH)2

正極：2NH；+2MnO2+2e-=2NH3正極：2MnO2+2H2O+2e一

電極反應及

+M112O3+H2O=2Mn0(0H)+2OH

電池總反應

2+

總反應：Zn+2MnO2+2NH4=Zn總反應：Zn+2MnO2+

+2NH3+M112O3+H2O2H2O=2MnO(OH)+Zn(OH)2

優(yōu)點：制作簡單，價格便宜。優(yōu)點：克服了普通鋅銃電池的缺點，

特點缺點：新電池會發(fā)生自動放電，使存放單位質量所輸出的電能多，儲存時

時間縮短，放電后電壓下降較快間長，適用于大電流和連續(xù)放電

一次電池使用過后一定要注意回收，防止污染環(huán)境。

典例精講

【例1】（2023春?河南南陽?高二校聯(lián)考期末）Li-SOCL電池可用于治療某些心律失常所致的心臟起搏器的

驅動。該電池的工作原理示意圖如圖所示:

A.負極材料為Li,發(fā)生氧化反應

B.正極反應式為2soe12-4e-=4C「+SJ+SC）2T

C.LiAlCl,有助于電池內部的導電

D.電池工作時C「向Li電極移動

【答案】B

【解析】A.負極材料為Li,鋰失電子發(fā)生氧化反應，故A正確；

B.正極發(fā)生還原反應，根據圖示，正極反應式為2SOC12+4e-=4C「+SJ+SC）2T，故B錯誤；

C.LiAlCl’有助于電池內部的導電，故C正確；

D.電池工作時，陰離子向負極移動，CT向Li電極移動，故D正確；

選Bo

【例2】42023?高二課時練習）銀鋅紐扣電池的電池反應式為：Zn+Ag20+H20=Zn（0H）2+2Ago下列說法不正

確的是

Zn

浸有KOH（叫）

隔板

A.鋅作負極，失去電子

B.正極為Ag2。，發(fā)生還原反應

C.電池工作時，電子從Ag2。經導線流向Zn

D.正極的電極方程式為：Ag2O+2e+H2O=2Ag+2OH

【答案】c

【解析】該原電池Zn+Ag2O+H2O=Zn(OH)2+2Ag中，負極反應為Zn+20H2e=Zn(OH”、正極反應為

Ag2O+H2O+2e=2Ag+2OH,電子由負極流向正極。

A.Zn失電子發(fā)生氧化反應而作負極，故A正確；

B.正極上Ag2。得電子發(fā)生還原反應，故B正確；

C.原電池中電子從負極沿導線流向正極，該原電池中Zn是負極、Ag2。是正極，所以放電時電子從Zn經導

線流向Ag2。極，故C錯誤；

D.正極上Ag2。得電子，正極反應為Ag2O+H2O+2e=2Ag+2OH,故D正確；

故選：Co

A環(huán)節(jié)二二次電池

【情境材料】

一種充電電池的原料為H2,其電池反應為H2+2NiOOH、反Ni(0H)2,它具有比能量多等優(yōu)點，常作

充電

為電動汽車、衛(wèi)星等的電源。

【問題探究】

1.該電池內電解質溶液呈酸性還是堿性？

2.放電時的電極反應式如何書寫？

3.充電時的電極反應式如何書寫？

4.電池充電時，外接電源的負極連接二次電池的哪個電極？

【答案】

1.由H2—OH-知呈堿性。

2.負極：H2+2OH-2e=2H2O

正極：2NiOOH+2H2O+2e-=2Ni(OH)2+2OH-

3.陰極：2H20+2/=H2+2OJT

陽極：2Ni(OH)2+20H-一2e-=2NiOOH+2H2O

4.負極。

要點歸納

1.鉛酸蓄電池

(1)工作原理

負極Pb+SOf-2e-=PbSO4

放

+-

正極PbO2+4H+SOr4-2e=PbSO4+2H2O

電

總反應Pb+PbO2+2H2SO4=2PbSO4+2H2O

充陰極PbSO4+2e^=Pb+SOr

+

電陽極PbSO4+2H2O-2e-=PbO2+4H+SOf

總反應

2PbSO4+2H2O=Pb+PbO2+2H2so4

放中

合并總反應Pb+PbO2+2H2SO4采，2Pbs04+2H2O

（2）電池的優(yōu)缺點

①優(yōu)點：可重復使用、電壓穩(wěn)定、使用方便、安全可靠、價格低廉，在生產、生活中應用廣泛。

②缺點：比能量低、笨重，廢棄電池污染環(huán)境。

2.可充電電池復雜電極反應式的書寫方法

第一步：先標出放電（原電池）總反應式中變價元素的化合價，確定電子轉移的方向與數目，指出參與負極和

正極反應的物質。

如鉛酸蓄電池中：

_失去2右，發(fā)生氧化反應

-H放電+21

Pb+PbO+2HS0—2PbSO+2HO

I224f42

得到2e~,發(fā)生還原反應

第二步：寫出一個比較容易書寫的電極反應式，書寫時一定要注意電極產物是否與電解質溶液共存。如鉛

-

酸蓄電池的負極反應式為Pb+SO1-2e=PbS04o

第三步：在電子守恒的基礎上，用總反應式減去寫出的電極反應式，即得另一極的反應式。如鉛酸蓄電池

+-

的正極反應式可用總反應式一負極反應式得到，即Pb+PbO2+4H+2SOr-（Pb+SOf-2e）=2PbSO4

+

+2H2O-PbSO4,整理得：PbO2+4H+SOr+2e^=PbSO4+2H2Oo

3.可充電電池充、放電時電極的連接

II

/負極:氧化反應**還原反應:陰極、（-）

放電充電—電源

、正極:還原反應一氧化反應:陽極/（+）

II

心易錯提醒

⑴二次電池放電時遵循原電池原理，將化學能轉化為電能；充電時遵循電解池原理，將電能轉化為化學能。

⑵蓄電池充電時的電極反應和總反應是放電時反應的逆反應，但蓄電池充、放電時的合并總反應不是可逆

反應。

（3）充電時電池正極接電源正極作陽極，電池負極接電源負極作陰極。

（4）放電時，陰離子移向負極，陽離子移向正極；充電時，陰離子移向陽極，陽離子移向陰極。

⑸若電極反應消耗OIF（或H+）,則電極周圍溶液pH減?。ɑ蛟龃螅蝗綦姌O反應生成H+（或OH）,則電

極周圍溶液的pH減?。ɑ蛟龃螅蝗艨偡磻慕Y果是消耗OIF（或H+）,則溶液的pH減?。ɑ蛟龃螅?；若總反

應的結果是生成H+（或OH）,則溶液的pH減小（或增大）。

典例精講

【例3】(如22秋?山東荷澤?高二曹縣一中?？茧A段練習)用吸附了山的碳納米管等材料制作的二次電池的

原理如圖所示。下列說法正確的是

+

A.放電時，負極的電極反應為：H2-2e-=2H

B.充電時,陽極的電極反應為：Ni(OH)2+OH-e=NiO(OH)+H2O

C.充電時，將電池的碳電極與外電源的正極相連

D.放電時，OFT向鑲電極作定向移動

【答案】B

【解析】放電時為原電池原理，吸附出的碳納米管為負極，銀電極為正極；充電時為電解原理，碳電極為

陰極，保電極為陽極；根據圖示和電解質溶液書寫電極反應式，結合工作原理作答。

A項，放電時為原電池原理，吸附出的碳納米管為負極，電解質溶液為KOH溶液，負極電極反應為：

H22e+2OH=2H2O,A項錯誤；

B項，充電時為電解原理,保電極為陽極邛日極發(fā)生失電子的氧化反應，陽極的電極反應為：Ni(OH)2e+OH=NiO

(OH)+H20,B項正確；

C項，充電時碳電極為陰極，將碳電極與外電源的負極相連，C項錯誤；

D項，放電時陰離子向負極移動，0H向碳電極作定向移動，D項錯誤；

答案選B。

【例4】(2022春?四川遂寧?高二遂寧中學?？计谥?下圖是Zn空氣二次電池(鋅和鋁的某些性質相似)，電

池內聚丙烯酸鈉吸收了KOH溶液形成導電凝膠。下列說法錯誤的是

O2

導電凝膠7/

Zn

A.放電時，K+向PVCRuCh電極移動

B.放電時，鋅電極發(fā)生反應為Zn2e+4OH=ZnO=+2H2。

C.充電時，陽極附近pH減小

D.充電時，導線中每通過4moi電子，陰極產生22.4L(標況下)02

【答案】D

【解析】根據題干信息可知，Zn二次電池中，放電時，負極反應式為Zn2e+4OH=ZnO；-+2H2。(Zn與Al性

質相似，在堿性條件下以Zn?！荡嬖?，正極氧氣得電子生成氫氧根離子，其電極反應式為：O2+4e+

2H2O=4OH；充電時，電極反應式相反，利用原電池與電解池工作原理分析解答。

A.放電式Zn極為負極，PVCRuCh電極為正極，所以K+向PVCRuCh電極移動，A正確；

B.放電時，鋅電極發(fā)生失電子的氧化反應，根據上述分析可知，其電極反應式為Zn2e+4OH=ZnO，+2H2。,

B正確；

C.充電時，陽極區(qū)的電極反應式為：4OH-4e=O2T+2H2O,消耗氫氧根離子的同時生成水，所以陽極

附近pH減小，C正確；

D.充電時，導線中每通過4moi電子，陽極產生氧氣的物質的量為Imol,所以標況下其體積為

Imolx22.4L/mol=22.4L,D錯誤；

故選D。

A環(huán)節(jié)三燃料電池

【情境材料】

設計出燃料電池使汽油氧化直接產生電流是21世紀最富有挑戰(zhàn)性的課題之一。最近有人制造了一種燃料電

池，一個電極通入空氣，另一個電極通入汽油蒸氣［以壬烷(C9H20)代表汽油］,電池的電解質是摻雜了丫2。3

的ZrO2晶體，它在高溫下能傳導

【問題探究】

1.該電池放電時發(fā)生的化學方程式如何書寫？

2.該電池的正極反應如何書寫？負極發(fā)生什么反應？

3.固體電解質里的一的移動方向是怎樣的？

4.向外電路釋放電子的電極為哪一極？

5.若用KOH溶液代替固體電解質，則放電時負極電極反應式如何書寫？

【答案】

1.該電池放電時發(fā)生的化學反應就是壬烷燃燒的化學反應：C9H20+14O2=9CO2+10H2OO

2.該電池的正極是氧氣，得電子，電極反應式是02+4/:202,負極失去電子發(fā)生氧化反應。

3.原電池中陰離子。2一向負極移動。

4.負極。原電池中電子由負極流出，經外電路流向正極。

-

5.C9H20+74OH-56e-=9COr+47H2O□

要點歸納

1.燃料電池的工作原理

(1)連續(xù)地將燃料(常見的有氫氣、燒、肺、甲醇、氨、煤氣等氣體或液體)和氧化劑的化學能直接轉化為電能。

(2)燃料電池的電極本身不參與氧化還原反應，只是一個催化轉化元件。

(3)工作時，燃料和氧化劑連續(xù)地由外部供給并在電極上進行反應，生成物不斷地被排出。

2.燃料電池的優(yōu)點

(1)氧化劑與燃料在工作時不斷地由外部供給，生成物不斷地被排出，能連續(xù)不斷地提供電能。

(2)能量轉換率高，有利于節(jié)約能源。

(3)排放的廢棄物少，綠色環(huán)保。

3.燃料電池的種類

⑴氫氧燃料電池

①構成：氫氧燃料電池以氫氣為燃料，氧氣為氧化劑，伯作電極材料。

②工作原理：如圖所示的氫氧燃料電池的電解質溶液為酸性，在負極室通入H2,氏在Pt催化下分解為H,

H再失去電子成為H+進入電解質溶液，H+可以穿過質子交換進入正極室；在正極室通入。2,經過Pt催化，

Ch得到電子生成H2OO

正極室?

質子交換膜，

電解質

溶液

③電極反應

介質電極電池反應：2H2+O2=2H2O

+

負極2H2-4e=4H

酸性(H+)

+

正極O2+4H+4e=2H2O

中性負極2H2—4屋=4寸

正極。屋

(Na2SO4)O2+2H2+4=4OH—

堿性負極2H2-4e-+4OH~=4H2O

--

(OH-)正極O2+2H2O+4e=4OH

(2)甲烷燃料電池

負極和正極分別通入CH4和02,在酸性條件下負極生成H+,正極消耗H+；堿性條件下正極生成OH一，負

極消耗OH一并生成CO,。甲烷燃料電池正、負極在H2s。4溶液和KOH溶液中的反應如表所示。

電解質溶液電極反應式總反應式

-+

負極：CH4+2H2O-8e=CO2+8H

H2SO4溶液CH+2O=CO+2HO

+-4222

正極：2O2+8H+8e=4H2O

負極：CH4+10OH-8e-=COf+

-

CH4+2O2+2OH-=co|+

溶液

KOH7H2O

3H2O

正極：2O2+4H2O+8e--8OJT

(3)乙醇燃料電池

電解質溶液電極反應式總反應式

負極:C2H50H+3H2O-12e=2CO2

+

H2so4溶液t+12HC2H5OH+3O2=2CO2+3H2。

+-

正極：3O2+12H+12e=6H2O

負極：C2H50H+160H一一12e一

C2H5OH+3O2+4OH-=2COr+

NaOH溶液=2COj+IIH2O

5H2O

正極：3O2+6H2O+12e-=12OH-

(4)腫燃料電池

名稱電解質電極反應和總反應

正極：C)2+2H2O+4e-—4OH-

月井燃料電池KOH負極：N2H4+4OH~-4e~=N2+4H2O

總反應：N2H4+O2=N2+2H2O

也易錯提醒

燃料電池電極反應書寫關鍵

⑴燃料電池的總反應相當于燃料的燃燒，書寫總反應方程式時，要注意產物與電解質溶液是否發(fā)生反應，

若能反應，電解質溶液要寫在總反應方程式中。

⑵燃料電池正極反應的本質是氧氣得電子發(fā)生還原反應，即02+4b=202-,產生的02-存在形式與電解

質溶液的酸堿性和電解質的狀態(tài)有著密切的關系。

(3)書寫燃料電池的電極反應式，一定要注意電解質的酸堿性。堿性溶液電極反應式不能出現(xiàn)H+；酸性溶液

電極反應式不能出現(xiàn)OH,

典例精講

【例5】(1022秋?山東棗莊?高二統(tǒng)考期中)執(zhí)法交警最常用的一種酒精檢測儀的工作原理示意圖如圖所示，

其反應原理為CH3cHzOH+O?nCHsCOOH+H?。，被測者呼出氣體中所含的酒精被輸送到電池中反應產生

微小電流，該電流經電子放大器放大后在液晶顯示屏上顯示其酒精含量。下列說法不正確的

A.電解質溶液中的SO；一移向a電極

B.b為正極，電極反應式為O2+4H++4e-=2Hq

C.呼出氣體中酒精含量越低，微處理器中通過的電流越大

+

D.a極上的電極反應式為CH3cH20H+H2O-4e-=CH3COOH+4H

【答案】C

【解析】如圖，該裝置為原電池裝置，電極b通入空氣，主要是其中的氧氣參與反應，則電極b作為電池

正極，環(huán)境為酸性，電極反應式為O?+4H++4e-=2HQ；電極a為負極，酒精在電極a失電子，被氧化,

電極反應式為CH3cHqH+H2。-4b=CH3coOH+4H+；

A.原電池中，陰離子向負極移動，電極a為負極，所以電解質溶液中的S。r移向a電極，故A正確；

B.電極b通入空氣，主要是其中的氧氣參與反應，則電極b作為電池正極，環(huán)境為酸性，電極反應式為

+

O2+4H+4e=2H2O,故B正確；

C.呼出氣體中酒精含量越低，根據電極反應式CH3CH2OH+H2O-4e-=CH3CO。H+4H+,產生的電子越

少，電流越微弱，故C錯誤；

D.電極a為電池的負極，酒精在電極a失電子，被氧化，電極反應式為

-+

CH3cH20H+H2O-4e=CH3COOH+4H,故D正確；

故選C。

【例6】＜2023秋?遼寧葫蘆島?高二統(tǒng)考期末）如圖所示為NH3—02燃料電池裝置，下列說法錯誤的是

NaOH溶液

A.電池工作時，02得到電子，發(fā)生還原反應

B.電極b上的電極反應式為2NH3+6OH6e=N2+6H2。

C.燃料電池可以把化學能全部轉化為電能

D.電池工作時，溶液中的Na+向電極a遷移

【答案】C

【解析】由圖可知，氮元素價態(tài)升高失電子，故b極為負極，電極反應式為2NH3+6OH6e=N2+6H2O,a極為

正極，電極反應式為O2+4e+2H2。=4。兒

A.電池工作時，a極為正極，02得到電子，發(fā)生還原反應，故A正確；

B.b極為負極，電極反應式為2NH3+6OH6e=N2+6H2O,故B正確；

C.燃料電池是將化學能轉變?yōu)殡娔艿难b置，但仍有部分化學能轉化為熱能，不可能完全轉化為電能，故C

錯誤；

D.電池工作時，陽離子（Na+）向正極（a極）移動，故D正確;

故選：Co

課堂總結

鋅鎰酸性干電池

H一次電池L鋅鎰堿性干電池

鉛蓄電池

［化學電源）--匚次電池卜」N空銀費必普"銀鎘

1-----1-----電池、銀氫電池

氫氧燃料電池

J燃料電池卜一甲烷、甲醇、腫燃料

電池等

強化訓練探究

一、單選題

1.（2023春?河北唐山?高一校聯(lián)考期中）化學電源在日常生活和高科技領域中都有廣泛應用。下列說法正確

的是

金屬外殼鋅粉

L浸了K0H

原電池示意圖紐扣式銀鋅電池

甲乙

石墨棒

二氧化鎰、

一—炭黑、氯化

錢、氯化鋅

鋅筒

鋅鎰干電池鉛蓄電池

丙T

A.圖甲：鋅銅原電池工作時，電子由鋅經電解質溶液流向銅

B.圖乙：紐扣式銀鋅電池中，正極的電極反應式為Aga+2e-+2H+=2Ag+Hq

C.圖丙：鋅銃干電池中，鋅筒作負極，發(fā)生氧化反應，且外電路中每轉移Imol電子消耗鋅32.5g

D.圖?。恒U蓄電池為二次電池，其負極的電極反應式為Pb-2e-=Pb?+

【答案】c

【解析】A.圖1為鋅銅原電池，鋅為負極，銅為正極，電子通過導線流向銅，故A錯誤；

B.圖2為紐扣式銀鋅電池，正極為氧化銀得電子發(fā)生還原反應，電解質溶液為氫氧化鉀，所以正極的極反

應為:Ag2O+2e+H2O=2Ag+2OH,故B錯誤；

C.圖3為鋅鎰干電池中，鋅筒作負極，發(fā)生氧化反應，極反應式：Zn2e=ZM+,所以外電路中每轉移lmol

電子，消耗鋅0.5mol,質量為0.5x65g/mol=32.5g,故C正確；

放電

D.圖4為鉛蓄電池為二次電池，總反應為：Pb+PbO2+2H2so402Pbs。4+2出0,放電時鉛為負極，發(fā)生氧化

充電

反應，其負極的電極反應式為Pb2e+SO；=PbSO4,故D錯誤；

故選Co

2.（同22秋?河南駐馬店?高三統(tǒng)考期中|）鋰一海水電池在海洋能源領域備受關注。下列說法錯誤的是

A.海水起電解質溶液的作用

B.鋰為負極，發(fā)生的電極反應：Li-e-=Li+

C.鋰電極應與海水直接接觸

D.正極反應式：02+2凡0+4片=401<一

【答案】C

【解析】A.海水中含有多種鹽，起電解質溶液的作用，故A正確；

B.Li是活潑金屬易失電子發(fā)生氧化反應，鋰為負極，發(fā)生的電極反應：Li-e-=Li+,故B正確；

C.鋰活潑金屬能與水反應，鋰電極不應與海水直接接觸，故C錯誤；

D.正極得電子發(fā)生還原反應，正極反應式：。2+2凡0+4片=4011-,故D正確；

選C。

3.（822春?安徽亳州）以鋁空氣海水為能源的電池為我國首創(chuàng)，該電池用于航海標志燈，只要把燈放入海

水中數秒鐘，就會發(fā)出耀眼的白光。電極材料為AI與石墨。該電池工作時，下列說法正確的是

A.鋁電極是該電池的正極B.海水中CI向石墨電極移動

C.石墨電極的反應:O2+2H2O+4e=4OHD.該新型電池屬于二次電池

【答案】C

【解析】以鋁空氣海水為能源的電池，電極材料為AI與石墨，AI作負極，發(fā)生氧化反應，電極反應為：AI3e=

AF+；石墨為正極，發(fā)生還原反應，電極反應為：C>2+2H2O+4e=4C）H,電池總反應為4AI+3O2+6H2。134Al（0H）3,

據此分析解答。

A.根據分析，鋁電極是該電池的負極，故A錯誤；

B.原電池中，陰離子向負極移動，鋁電極是該電池的負極，海水中CI向鋁電極移動，故B錯誤；

C.根據分析，石墨電極的反應:O2+2H2O+4e=4OH,故C正確；

D.該新型電池又叫做海洋電池，放電時，把電池放入海水中，便可供電，其能量比干電池高2050倍。電

池設計使用周期可長達一年以上，避免經常更換電池的麻煩，不能放電時，需要更換鋁電極，因此屬于一

次電池，故D錯誤；

答案選C。

4.(2022秋?江蘇宿遷?高二?？奸_學考調)新冠肺炎最明顯的癥狀就是出現(xiàn)發(fā)熱，體溫槍能快速檢測人體體

溫,該體溫槍所用的電池為一種銀鋅電池(如下圖所示)，該電池的總反應式為：Zn+Ag2O+H2O=Zn(OH)2+2Ag。

下列關于該電池的說法正確的是

Zn粉

浸有KOH溶

液的隔板

AgzO粉

A.AgzO電極作正極，發(fā)生氧化反應

B.該電池放電時溶液中的K+向Zn電極移動

C.電池工作時，電流從AgzO電極經過隔板流向Zn電極

D.該電池的負極反應為：Zn-2e+2OH=Zn(OH)2

【答案】D

【解析】由圖可知，銀鋅電池中，鋅為電池的負極，堿性條件下，鋅失去電子發(fā)生氧化反應生成氫氧化鋅，

電極反應式為Zn—2e-+2OH-=Zn(OH)2,氧化銀為正極，水分子作用下氧化銀得到電子發(fā)生還原反應生成銀

和氫氧根離子，電極反應式為Ag2O+2e-+H2O=2Ag+2OH-?

A.由分析可知，氧化銀為正極，水分子作用下氧化銀得到電子發(fā)生還原反應生成銀和氫氧根離子，故A錯

誤；

B.由分析可知，電池放電時鋅為電池的負極，氧化銀為正極，則溶液中鉀離子向氧化銀電極移動，故B錯

誤；

C.由分析可知，電池放電時鋅為電池的負極，氧化銀為正極，則電流從氧化銀電極經導線流向鋅電極，故

C錯誤；

D.由分析可知，鋅為電池的負極，堿性條件下，鋅失去電子發(fā)生氧化反應生成氫氧化鋅，電極反應式為

Zn-2e-+2OH-=Zn(OH)2,故D正確；

故選D。

5.(2023春?廣東汕頭?高二統(tǒng)考期末)含有硝酸鹽和亞硝酸鹽的酸性廢水可導致水體富營養(yǎng)化，引發(fā)環(huán)境污

染。如圖是利用電化學原理處理NO：的原理，下列有關敘述錯誤的是

質子交換膜

A.直流電源為鉛蓄電池時，Pb極連接Y電極

B.Y電極發(fā)生還原反應

C.當產生14gN2時，有6moiH+跨膜而過

+

D.陽極電極反應方程式為：2H2O-4e-=O2T+4H

【答案】C

【解析】A.鉛蓄電池中Pb電極為負極，PbCh電極為正極。Y極為陰極，與直流電源負極相連，故A正確；

B.Y是陰極，發(fā)生還原反應，故B正確；

C.由于不能確定參與電極反應的NO”中氮元素的具體化合價，所以轉移電子數無法確定，H+遷移數量無

法確定，故C錯誤；

D.陽極區(qū)電解質為硫酸溶液，故電極反應式為2H2O4e=Ch個+4H+,故D正確；

故答案選Co

6.@023?全國?高三統(tǒng)考專題練習)蓄電池在放電時起原電池的作用。以下是愛迪生電池分別在充電和放電

放電

時發(fā)生的反應：Fe+NiO+2HO^Fe(OH)+Ni(OH)o下列有關愛迪生電池的說法不正確的是

22充電22

A.放電時，F(xiàn)e是負極，Ni02是正極

B.蓄電池的電極可以浸入某種酸性電解質溶液中

C.充電時，F(xiàn)e電極上的電極反應式為Fe(OH)2+2e=Fe+20H

D.放電時，電解質溶液中的陰離子向負極方向移動

【答案】B

【解析】放電時，F(xiàn)e被氧化生成Fe(0H)2,作負極，電極反應式為Fe2e+2OH=Fe(OH”，正極NiCh得電子被

還原生成Ni(0H)2,電極反應式為NiO2+2H2O+2e=Ni(OH)2+2OH,充電時，陽極、陰極與正負極反應正好相反