第25講第25講化學電源知識導航知識導航知識精講知識精講一、化學電源的分類與優劣判斷1.分類：化學電源可以分為一次電池、二次電池和燃料電池等。2.優劣判斷（1）比能量：單位質量或單位體積所能輸出電能的多少，單位是(W·h)/kg或(W·h)/L。（2）比功率：單位質量或單位體積所能輸出功率的大小，單位是W/kg或W/L。（3）電池可儲存時間的長短。二、一次電池（干電池）一次電池，也叫做干電池，放電后不可再充電。常見的一次電池有普通鋅錳干電池、堿性鋅錳干電池、紐扣式銀鋅電池等。1.普通鋅錳干電池常見的鋅錳干電池的構造如圖所示。其中，石墨棒作正極，氯化銨糊作電解質溶液，鋅筒作負極。這種電池放電之后不能充電（內部的氧化還原反應無法逆向進行），屬于一次電池。總反應Zn+2MnO2+2NH4+=Zn2++2MnO(OH)+2NH負極Zn﹣2e=Zn2+正極2MnO2+2NH4++2e=2MnO(OH)+2NH2.堿性鋅錳干電池用KOH電解質溶液代替NH4Cl做電解質時，電池的比能量和放電電流都能得到顯著的提高。總反應Zn+2MnO2+2H2O2MnO(OH)+Zn(OH)2負極Zn+2OH﹣2eZn(OH)2正極2MnO2+2H2O+2e2MnO(OH)+2OH3.紐扣式鋅銀電池鋅銀扣式電池，以鋅為負極,銀的氧化物為正極,氫氧化鉀（或鈉）溶液為電解液的紐扣狀微型原電池總反應Zn+Ag2O+H2O=Zn(OH)2+2Ag負極Zn+2OH2e=Zn(OH)2正極Ag2O+2e+H2O=2Ag+2OH三、二次電池有些電池放電時所進行的氧化還原反應，在充電時可以逆向進行，使活性物質獲得再生，從而實現放電（化學能轉化為電能）與充電（電能轉化為化學能）的循環。這種充電電池屬于二次電池，也叫充電電池或蓄電池。常見的充電電池有鉛酸蓄電池、鎳氫電池、鋰離子電池等，目前汽車上使用的大多是鉛蓄電池。1.鉛蓄電池工作原理Pb＋PbO2＋2H2SO42PbSO4＋2H2O放電總反應Pb+PbO2+2H2SO4=2PbSO4+2H2O負極正極充電總反應2PbSO4+2H2O=Pb+PbO2+4H++2SO陰極PbSO4＋2e－Pb＋SO陽極PbSO4＋2H2O－2e－PbO2＋4H＋＋SO2.鋰離子電池鋰離子電池正極材料多采用磷酸鐵鋰（LiFePO4，也稱磷酸亞鐵鋰）或鉆酸鋰（LiCoO2）等，一般是具有可供鋰離子嵌入或脫嵌（即可逆嵌脫）結構的化合物。負極材料大多數是碳素材料，如人工石墨、碳纖維、天然石墨等。電解質溶液是鋰離子的載體，是將鋰鹽溶解在一定的非水、非質子性的有機溶劑中制成的，其作用是在電池內部正、負極之間形成良好的離子導電通道。在放電過程中，鋰離子從負極脫出，嵌入到正極。在充電過程中，鋰離子從正極材料晶格間脫離出來，嵌入到負極材料里。在充放電過程中，鋰離子在正、負極間不斷地進行可逆嵌脫。以鉆酸鋰石墨鋰電池為例：工作原理Li1xCoO2+LixC6LiCoO2+6C放電總反應Li1xCoO2+LixC6LiCoO2+6C負極正極充電總反應LiCoO2+6CLi1xCoO2+LixC6陰極陽極三、燃料電池燃料電池是一種連續地將燃料（如氫氣、甲烷、乙醇）和氧化劑（如氧氣）的化學能直接轉化為電能的電化學反應裝置，具有清潔、安全、高效等特點。燃料電池的能量轉化率可以達到80%以上。1．氫氧燃料電池電解質H2SO4溶液KOH溶液總反應2H2+O2=2H2O負極反應式正極反應式2．甲烷燃料電池甲烷電池電解質溶液為H2SO4電解質溶液為KOH負極反應式正極反應式總反應式對點訓練對點訓練題型一：一次電池的工作原理【例1】日常所用鋅錳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=Zn2＋，2MnO2＋2NH＋2e=Mn2O3＋2NH3＋H2O。下列有關鋅錳干電池的敘述中，正確的是A．干電池中鋅筒為正極，石墨棒為負極B．干電池可實現電能向化學能的轉化C．干電池長時間連續工作后，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【變12】堿性電池具有容量大、放電電流大的特點，因而得到廣泛應用。鋅錳堿性電池以氫氧化鉀溶液為電解液，電池總反應式為Zn(s)+2MnO2(s)+H2O(l)=Zn(OH)2(s)+Mn2O3(s)，下列說法錯誤的是A．電池工作時，鋅失去電子B．電池工作時，電子由正極通過外電路流向負極C．電池負極上發生氧化反應D．外電路中每通過0.4mol電子，鋅的質量理論上減小13.0g題型二：二次電池的工作原理【變21】某種鈉離子的二次電池，其放電工作原理如圖所示。下列說法正確的是A．放電時，石墨上的電勢比MnPO4上的高B．充電時，石墨接直流電源的正極C．充電時，Na+由右側經過離子交換膜遷移到左側D．放電時，正極反應為NaMnPO4+e=MnPO4+Na+題型三：鋰離子電池的工作原理【例3】鋰電池是新一代高能電池，目前已研發出多種鋰電池。某種鋰電池的總反應式為Li+MnO2=LiMnO2，下列說法中正確的是A．Li是正極，MnO2是負極B．放電時負極的反應：Lie=Li+C．放電時正極發生氧化反應D．電池放電時，能量轉化率可達到100%【變4】磷酸鐵鋰電池是以磷酸鐵鋰為正極材料的一種鋰離子二次電池，電池總反應為M1xFexPO4+LiC6LiM1xFexPO4+6C，其原理如圖所示，下列說法正確的是A．放電時，石墨電極的電勢更高B．充電時，Li+移向磷酸鐵鋰電極C．充電時，磷酸鐵鋰電極應與電源正極相連D．放電時，正極反應式為M1xFexPO4+e+Li+=LiFexPO4+(1x)M題型四：燃料電池的工作原理【變51】燃料電池裝置如圖所示，下列說法錯誤的是A．電池工作時，得到電子，發生還原反應B．電極b上的電極反應式為C．燃料電池能量之間的轉化是由電能轉化為化學能D．電池工作時，溶液中的向電極a遷移題型五：化學電源的工作原理【例6】下列四個常用電化學裝置的敘述錯誤的是

A．圖I所示電池中，電子從鋅片流出B．圖II所示干電池中石墨作負極C．圖III所示電池為二次電池D．圖IV所示電池中正極反應為：【例8】回答下列問題：（1）已知可逆反應AsO+2I—+2H+=AsO+I2+H2O，某化學興趣小組利用反應探究原電池原理并應用原電池原理制作多種電池：電池工作時，鹽橋中的陰離子向_______極移動(填C1或C2)；若向B池里滴加NaOH溶液，平衡向_______方向移動，此時C2極的電極反應式為_______。（2）乙同學結合課本氫氧燃料電池知識將CH4設計成燃料電池，裝置如圖所示(a、b為多孔碳棒)其中_______(填A或B)處電極入口通甲烷。當消耗標況下甲烷33.6L時，假設能量轉化率為90%，則導線中轉移電子的物質的量_______mol。若將該燃料電池內部KOH溶液改為熔融的摻雜著氧化釔(Y2O3)的氧化鋯(ZrO2)晶體，在其內部可以傳導O2，電池的負極電極反應式：_______。（3）丙同學查資料發現生物電池具有工作時不發熱、不損壞電極等優點，不但可以節約大量金屬，而且壽命比化學電源長得多，因此越來越受到人們的青睞。某生物電池用葡萄糖(C6H12O6)作原料，在酶的作用下被氧化為葡萄糖酸(C6H12O7)，其工作原理如下圖所示。a的電極反應式為_______。當有2molH+通過質子交換膜時，理論上電極a消耗葡萄糖的質量為_______g；該電池_______(填“能”或“不能”)在高溫條件下使用。提分特訓提分特訓【題1】堿性鋅錳干電池的總反應為：。下列關于該電池的說法中正確的是A．Zn為負極，為正極 B．工作時電子由經由外電路流向ZnC．工作時OH移向正極 D．電池放電過程中，溶液的酸堿性一定不變【題2】化學電源在日常生活和高科技領域中都有廣泛應用。下列說法不正確的是A．甲：Zn2+向Cu電極方向移動，Cu電極附近溶液的pH增大B．乙：負極的電極反應式為Zn2e=Zn2+C．丙：鋅筒作負極，發生氧化反應，鋅筒會變薄D．丁：使用一段時間后，電解質溶液的酸性減弱，導電能力下降【題4】三元電池是電動汽車的新能源，其正極材料可表示為LiNixCoyMnzO2。充電時電池總反應為LiNixCoyMnzO2+6C(石墨)=Li1aNixCoyMnzO2+LiaC6，其電池工作原理如圖所示，兩極之間有一個允許特定的離子X通過的隔膜。下列說法正確的是A．允許離子X通過的隔膜屬于陰離子交換膜B．放電時，電流由A經負載回到BC．充電時，B為陰極，發生還原反應D．放電時，負極反應式為：LiaC6ae=6C(石墨)+aLi+【題5】風力發電輸出功率的波動性導致其直接并網會對電網帶來不良影響，需要連接儲能電池裝置，通過儲能電池對電能的存儲、匯集，再集中供電來提高并網性能，下圖是水系鋁離子儲能電池工作機理，下列有關其說法不正確的是A．單位質量的鋁放出的電量高，并且價格低廉，儲量豐富B．鋁儲能電池是二次電池C．放電時，從正極材料的空隙中脫出進入電解液，再以單質鋁的形式沉積負極材料表面D．該電池中金屬鋁電極易形成致密的氧化鋁鈍化膜，阻斷鋁離子的傳輸從而降低電池效能【題6】鉛蓄電池、鎳鎘堿性充電電池都是重要的二次電池。已知：①鉛蓄電池總的化學方程式為：，使用(放電)段時間后，其內阻明顯增大，電壓卻幾乎不變，此時只有充電才能繼續使用；②鎳鎘堿性充電電池放電時，正極反應為：，負極反應式：，使用(放電)到后期，當電壓明顯下降時，其內阻卻幾乎不變，此時充電后也能繼續使用；回答下列問題：(1)鉛蓄電池負極板上覆蓋的物質是_______(填名稱)，充電時，PbSO4在_______(填“陽極”、“陰極”或“兩個電極”)上_______(填“生成或除去”)。(2)鎳鎘堿性充電電池在充電時的總反應的化學方程式為_______。(3)鉛蓄電池和鎳鎘堿性充電電池使用一段時間后，一個內阻明顯增大，而另一個內阻卻幾乎不變的主要原因可能是_______。【題8】酸性鋅錳干電池是一種一次電池，外殼為金屬鋅，中間是碳棒，其周圍是碳粉、MnO2、ZnCl2和NH4Cl等組成的糊狀填充物，該電池在放電過程產生MnOOH，回收處理該廢電池可得到多種化工原料，有關數據表所示：溶解度/(g/100g水)溫度/℃化合物020406080100NH4Cl29.337.245.855.365.677.3ZnCl2343395452488541614回答下列問題：(1)該電池的正極反應式為___________。(2)維持電流強度為0.5A，電池工作五分鐘，理論上消耗Zn___________g．(已知Q=It，F=96500C/mol)(3)廢電池糊狀填充物加水處理后，過濾，濾液中主要有ZnCl2和NH4Cl，二者可通過___________分離回收。(4)濾渣的主要成分是MnO2、___________和___________，欲從中得到較純的MnO2，最簡便的方法是___________，其原理是___________。提分作業提分作業【練1】下列電池不屬于化學電池的是A．堿性干電池 B．鉛蓄電池 C．燃料電池 D．太陽能電池【練2】新冠肺炎最明顯的癥狀就是出現發熱，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：。下列關于該電池的說法正確的是A．Ag2O電極作正極，發生氧化反應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Ag2O電極經過隔板流向Zn電極D．該電池的負極反應為：【練3】甲醇燃料電池在堿性條件下的電池反應為2CH3OH＋3O2＋4OH=2CO＋6H2O。則下列有關說法不正確的是A．O2在正極參與反應B．該電池使用一段時間后溶液pH變小C．負極反應為：CH3OH6e＋8OH=CO＋6H2OD．每轉移0.6mol電子，則消耗氧氣的體積為3.36L【練4】一種應用比較廣泛的甲醇燃料電池，電解液是酸性溶液，其工作原理如圖所示，下列說法正確的是A．若有生成，則有從甲池通過交換膜進入乙池B．N極電極反應為C．甲