第 16 讲 化学电源
学习目标
1.通过对常见化学电源的分析，建立对原电池过程系统认识的思维模型，提高对原电池本质
的认识。
2.增强科技意识，不断研发新型电池，满足人类社会发展的需求。积极回收利用废旧电池，
减少其对环境的污染。
课前诊断
1．下列装置中，能构成原电池的是( )
答案 D
2．下列有关图甲和图乙的叙述不正确的是( )
A．均发生了化学能转化为电能的过程
B．Zn和 Cu既是电极材料又是反应物
C．工作过程中，电子均由 Zn 经导线流向 Cu
D．相同条件下，图乙比图甲的能量利用效率高
答案 B
3．某合作学习小组的同学利用下列氧化还原反应设计原电池：2KMnO4＋10FeSO4＋
8H2SO4===2MnSO4＋5Fe2(SO4)3＋K2SO4＋8H2O，盐桥中装有饱和 K2SO4溶液。下列叙述中
正确的是( )
A．甲烧杯中溶液的 pH逐渐减小
B．乙烧杯中发生还原反应
C．外电路的电流方向是从 a到 b
D －．电池工作时，盐桥中的 SO 24 移向甲烧杯
答案 C
知识清单
知识点 1 化学电源概述 一次电池
1．化学电源概述
(1) 化学电源的分类
原电池是化学电源的雏形，常分为如下三类：
①一次电池：也叫做干电池，放电后不可再充电。
②二次电池：又称可充电电池或蓄电池，放电后可以再充电使活性物质获得再生。
③燃料电池：连续地将燃料和氧化剂的化学能直接转化为电能的化学电源。
(2)判断电池优劣的主要标准
－ －
①比能量：单位质量或单位体积所能输出电能的多少，单位是(W·h)·kg 1或(W·h)·L 1。
－ －
②比功率：单位质量或单位体积所能输出功率的大小，单位是W·kg 1或W·L 1。
③电池可储存时间的长短。
(3)化学电池的回收利用
使用后的废弃电池中含有大量的重金属、酸和碱等有害物质，随处丢弃会给土壤、水源等造
成严重的污染。废弃电池要进行回收利用。
(4)化学电源的发展方向
小型化、供电方便、工作寿命长、不需要维护的电池受到人们的青睐。如镍氢电池、锂离子
电池等。
2．一次电池：锌锰干电池
普通锌锰干电池 碱性锌锰干电池
示意图
负极：锌 负极反应物：锌粉
构造 正极：石墨棒 正极反应物：二氧化锰
电解质溶液：氯化铵和氯化锌 电解质溶液：氢氧化钾
负极：Zn＋2OH－－2e－
负极：Zn－2e－ 2NH＋＋ 4 ===Zn(NH3)2＋＋2H＋2 ===Zn(OH)2
工作 正极：2MnO2＋2H＋＋2e－===2MnO(OH) 正极：2MnO
－
2＋2H2O＋2e
原理 总反应：Zn＋2NH4Cl＋2MnO2===Zn(NH3)2Cl2 ===2MnO(OH)
－
＋2OH
＋2MnO(OH) 总反应：Zn＋2MnO2＋
2H2O===2MnO(OH)＋Zn(OH)2
经典例题
例 1．已知：电池的“理论比能量”指单位质量的电极材料理论上能释放出的最大电能。
比较Mg、Al二种金属－空气电池，“理论比能量”之比是________。
答案 3∶4
例 2．银锌电池具有比能量大、电压稳定、储存时间长等特点，如图所示，总反应式：Zn
＋Ag2O＋H2O===Zn(OH)2＋2Ag。
(1)负极反应物：________，正极反应物：________，电解质溶液____________。
(2)电极反应式 ，负极：_________________________；正极：_________________________。
答案 (1)锌粉 Ag2O KOH溶液
(2)Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2
Ag2O＋H2O＋2e－===2Ag 2OH－＋
知识点 2 二次电池
1．铅蓄电池
铅蓄电池是常见的二次电池，其放电反应和充电反应表示如下：
Pb＋PbO2＋2H2SO4 2PbSO4＋2H2O
(1)负极是 Pb，正极是 PbO2，电解质溶液是 H2SO4溶液。
(2)放电反应原理
－ －
①负极反应式是 Pb＋SO24 －2e ===PbSO4 ；
－
②正极反应式是 PbO2＋4H＋＋SO24 ＋2e－===PbSO4＋2H2O ；
③放电过程中，负极质量的变化是增大，H2SO4溶液的浓度减小。
(3)充电反应原理
①阴极( －还原反应)反应式是 PbSO4＋2e ===Pb＋SO2－4 ；
②阳极(氧化反应)反应式是 PbSO －4＋2H2O－2e ===PbO ＋ －2＋4H ＋SO24 ；
③充电时，铅蓄电池正极与直流电源正极相连，负极与直流电源负极相连。即“负极接负极，
正极接正极”。
2．锂离子电池
电极 电极反应
负极 嵌锂石墨(LixCy)：LixC － ＋y－xe ===xLi ＋Cy
正极 钴酸锂(LiCoO ＋ －2)：Li1－xCoO2＋xLi ＋xe ===LiCoO2
总反应 LixCy＋Li1－xCoO2 LiCoO2＋Cy
＋ ＋
反应过程：放电时，Li 从石墨中脱嵌移向正极，嵌入钴酸锂晶体中，充电时，Li 从钴酸锂
晶体中脱嵌，由正极回到负极，嵌入石墨中。这样在放电、充电时，锂离子往返于电池的正
极、负极之间完成化学能与电能的相互转化。
经典例题
例 1．镍—镉电池是一种可充电的“干电池”，使用寿命长达 10～15年。其总反应为 Cd＋
2NiO(OH)＋2H2O 2Ni(OH)2＋Cd(OH)2。
(1)放电时，负极发生________反应，反应式为________________________。
(2)电池工作时，负极区 pH________，正极区 pH________。
(3) －该电池工作时，电解质溶液中的 OH 向________移动
答案 (1)氧化 Cd＋2OH－－2e－===Cd(OH)2 (2)减小 增大 (3)负极
例 2．锂空气电池放电时的工作原理如图所示。根据图示解答下列问题：
(1)放电时 Li＋由 A极向 B极移动。
(2) － －电极反应式：①负极：4Li＋4OH －4e ===4LiOH；②正极：O2＋2H O 4e－2 ＋ ===4OH－；
③放电电池总反应为 4Li＋O2＋2H2O===4LiOH。
(3)电解液 a能否是氯化锂溶液？否(填“能”或“否”)，原因是：金属锂能与水反应，电解
质中不能含有水。
例 3．高铁电池是一种新型可充电电池，与普通电池相比，该电池能较长时间保持稳定的放
电电压。高铁电池的总反应式为 3Zn＋2K2FeO4＋8H2O 3Zn(OH)2＋2Fe(OH)3＋4KOH。
请回答下列问题：
(1)高铁电池的负极材料是_________，放电时负极的电极反应式为_____________________。
(2)放电时，正极发生 ______(填“氧化”或“还原”)反应；正极的电极反应式为
____________________________。放电时，____(填“正”或“负”)极附近溶液的碱性增强。
答案 (1)Zn 3Zn＋6OH－－6e－===3Zn(OH)2
(2) 2FeO2－ 6e－还原 4 ＋ ＋8H2O===2Fe(OH) －3＋10OH 正
化学电源电极反应式的书写
(1)由装置图或电池总反应式确定电池的正极、负极及各极反应物。
(2)电解质溶液中的其他离子的影响，若阴离子与负极产生的阳离子不共存，该阴离子写入
负极反应式。
(3)原电池的正极材料多数只起导电作用，而化学电源的正极材料大多数参与电极反应。
知识点 3 燃料电池
1．燃料电池
燃料电池是一种连续地将燃料和氧化剂的化学能直接转化为电能的化学电源。电极本身不包
含活性物质，只是一个催化转化元件。燃料电池工作时，燃料和氧化剂连续地由外部供给，
在电极上不断地进行反应，生成物不断地被排出，于是电池就连续不断地提供电能。
2．氢氧燃料电池是一种清洁高效的燃料电池
(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 2H2－4e－===4H＋ 2H 4e－ 4OH－2－ ＋ ===4H2O
－
正极反应 O2＋4e ＋4H＋===2H2O O 4e－2＋ ＋2H2O===4OH－
总反应 2H2＋O2===2H2O
3.能量转换
所有的燃烧均为放热反应，若能量以电的形式向外释放，则形成燃料电池，所以燃料电池的
总方程式类似燃烧的总方程式，只不过条件不同而已。
理论上来说，所有的燃烧反应均可设计成燃料电池，所以燃料电池的燃料除氢气外，还有烃、
肼、甲醇、氨、煤气等气体或液体，且能量转化率超过 80%，由燃料电池组合成的发电站
被誉为“绿色发电站”。
4．燃料电池电极的书写方法
电极的负极反应物一定是燃料，正极反应物为 O2或空气。
据氧化还原反应规律，负极燃料失电子发生氧化反应，正极氧气得电子发生还原反应。
特别注意电解质溶液酸碱性不同的区别。可根据电荷守恒来配平电极反应式。
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
O H2O
CH 24―――→ KOH
CO CO2－2――→ 3 ＋H2O
故 CH4的最终产物为 CO 2－3 和 H2O；
第二步 确定价态变化及电子转移
－4 ＋4
CH 8e－4－ ―→CO2－3 ＋H2O；
－
第三步 依据电解质性质，用 OH 使电荷守恒
CH － － －4－8e ＋10OH ―→CO23 ＋H2O；
第四步 最后据氢原子守恒配平 H2O的化学计量数
CH4－8e－＋10OH－===CO2－3 ＋7H2O。
经典例题
例 1．如图为肼燃料电池示意图，请写出正、负极电极反应式及总反应式。
答案 － －负极：N2H4－4e ＋4OH ===4H2O＋N2
正极：O2＋4e－＋2H2O===4OH－
总反应式：N2H4＋O2===N2＋2H2O
例 2．一种甲醇燃料电池是采用铂或碳化钨作为电极催化剂，在稀硫酸电解液中直接加入纯
化后的甲醇，同时向一个电极通入空气。回答下列问题：
(1)这种电池放电时发生的化学反应方程式：____________________________________。
(2)此电池的正极发生的电极反应式： __________________________________，
负极发生的电极反应式：________________________________________________。
(3)电解液中 H＋向________极移动，向外电路释放电子的电极是________。
(4)使用该燃料电池的另一个好处是____________________________________________。
答案 (1)2CH3OH＋3O2===2CO2＋4H2O
(2)3O2＋12H＋＋12e－===6H2O 2CH3OH＋2H2O－12e－===2CO ＋2＋12H
(3)正 负极 (4)对环境无污染
燃料电池电极反应式书写的注意事项
(1)燃料电池的总反应相当于燃料的燃烧，书写总反应方程式时，要注意产物与电解质溶液
是否发生反应，若能反应，电解质溶液要写在总反应方程式中。
(2)燃料电池正极反应的本质是氧气得电子发生还原反应，即 O2＋4e－===2O2－，产生的 O2－
存在形式与电解质溶液的酸碱性和电解质的状态有着密切的关系。
(3)书写燃料电池的电极反应式，一定要注意电解质的酸碱性。碱性溶液电极反应式不能出
现 H＋；酸性溶液电极反应式不能出现 OH－。
课堂闯关
1．电子表和电子计算器的电源通常用微型银—锌电池，其电极分别是 Ag2O和 Zn，电解质
溶液为 KOH溶液，总反应式为 Ag2O＋H2O＋Zn===Zn(OH)2＋2Ag。下列说法正确的是( )
A．Ag2O是正极，Zn是负极
B．Zn是正极，Ag2O是负极
C．工作时，电池负极区溶液 pH增大
D．工作时，电子由 Ag2O极经外电路流向 Zn极
答案 A
2．日常所用干电池的电极分别为碳棒(上面有铜帽)和锌皮，以糊状 NH4Cl 和 ZnCl2作电解
( MnO H ) Zn 2e－===Zn2＋ ＋ －质 其中加入 2吸收 2 ，电极反应可简化为 － ，2NH4＋2e ===2NH3＋
H {NH 与 Zn2＋络合生成[Zn(NH ) ]2＋2 3 3 4 }。根据以上叙述判断下列结论不正确的是( )
A．Zn 为正极，碳为负极
B．Zn为负极，碳为正极
C．工作时电流由碳极经外电路流向 Zn 极
D．长时间连续使用时，内装糊状物可能流出，从而腐蚀用电器
答案 A
3．纽扣电池的两极材料分别为锌和氧化银，电解质溶液为 KOH 溶液。放电时两个电极反
应分别为 Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2、Ag2O＋H2O＋2e－===2Ag＋2OH－，下列说法中，正
确的是( )
A．锌是负极，氧化银是正极
B．锌发生还原反应，氧化银发生氧化反应
C．溶液中 OH－向正极移动，K＋、H＋向负极移动
D．在电池放电过程中，电解质溶液的酸碱性基本保持不变
答案 A
4．铅蓄电池的两极分别为 Pb、PbO2，电解质溶液为 H2SO4，工作时的电池反应为 Pb＋PbO2
＋2H2SO4===2PbSO4＋2H2O。下列结论正确的是( )
A．Pb 为正极，被氧化
B．溶液的 pH不断减小
C －．SO 24 只向 PbO2处移动
D．电解质溶液的密度不断减小
答案 D
5．铁镍蓄电池又称爱迪生电池，放电时的总反应为：Fe＋Ni2O3＋3H2O===Fe(OH)2＋2Ni(OH)2。
下列有关该电池的说法不正确的是( )
A．电池的电解液为碱性溶液，正极为 Ni2O3，负极为 Fe
B．电池放电时，负极反应为 Fe＋2OH－－2e－===Fe(OH)2
C．电池充电过程中，阴极附近溶液的 pH降低
D．电池充电时，阳极反应为 2Ni(OH) －2＋2OH －2e－===Ni2O3＋3H2O
答案 C
6．(2019·安庆高二检测)固体氧化物燃料电池是以固体氧化锆—氧化钇为电解质，这种固体
－
电解质在高温下允许氧离子(O2 )在其间通过。该电池的工作原理如图所示，其中多孔电极 a、
b均不参与电极反应。下列判断正确的是( )
A．有 O2参加反应的电极 a为电池的负极
B － －．电极 b的电极反应式为 H2＋2e ＋O2 ===H2O
C．电极 a的电极反应式为 O2＋2H2O＋4e－===4OH－
D．该电池的总反应式为 2H2＋O2===2H2O
答案 D
7．电化学气敏传感器可用于监测环境中 NH3的含量，其工作原理示意图如图。下列说法不
正确的是( )
A．O2在电极 b上发生还原反应
B －．溶液中 OH 向电极 a移动
C．反应消耗的 NH3与 O2的物质的量之比为 4∶5
D － －．负极的电极反应式为 2NH3－6e ＋6OH ===N2＋6H2O
答案 C
8．研究人员最近发明了一种“水”电池，这种电池能利用淡水与海水之间含盐量差别进行
发电，在海水中电池总反应可表示为 5MnO2＋2Ag＋2NaCl===Na2Mn5O10＋2AgCl，下列“水”
电池在海水中放电时的有关说法正确的是( )
A － －．正极反应式：Ag＋Cl －e ===AgCl
B．每生成 1 mol Na2Mn5O10转移 2 mol电子
C．Na＋不断向“水”电池的负极移动
D．AgCl是还原产物
答案 B
9．环境监察局常用“定电位”NOx传感器来监测化工厂的氮氧化物气体是否达到排放标准，
其工作原理如图所示。下列说法正确的是( )
A．“对电极”是正极
B ＋．“工作电极”上发生的电极反应为 NO2＋2H －2e－===NO＋H2O
C ＋．传感器工作时，H 由“工作电极”移向“对电极”
D．“对电极”的材料可能为活泼金属锌
答案 D
10．关于氢氧燃料电池说法正确的是( )
A．正极发生氧化反应，负极发生还原反应
B．若电解质溶液为 H2SO4溶液，硫酸根离子移向正极
C．若电解质溶液为 KOH溶液，随着反应的进行，溶液的 pH不变
D．氢氧燃料电池是一种绿色电池，未来有很大的发展前景
答案 D
自我挑战
1．将两个铂电极放置在 KOH溶液中，然后分别向两极通入 CO和 O2，即可产生电流，称
为燃料电池，下列叙述正确的是( )
①通入 CO的电极为正极；
②正极的电极反应式是 O2＋2H2O＋4e－===4OH－；
－
③通入 CO的电极反应式是 2CO＋O2－4e ===2CO2；
－ － －
④负极的电极反应式是 CO＋4OH －2e ===CO23 ＋2H2O；
⑤放电时溶液中的阳离子向负极移动；
⑥放电时溶液中的阴离子向负极移动。
A．①③⑤ B．②④⑥ C．④⑤⑥ D．①②③
答案 B
2 ＋．下图是甲醇燃料电池的结构示意图，甲醇在催化剂作用下提供质子(H )和电子，电子经
外电路、质子经内电路到达另一极与氧气反应，电池总反应为 2CH3OH＋3O2===2CO2＋4H2O。
下列说法不正确的是( )
A．左电极为电池的负极，a处通入的物质是甲醇
B．正极反应式为 O2＋2H2O＋4e－===4OH－
C．负极反应式为 CH3OH＋H2O－6e－===CO ＋6H＋2
D －．该电池提供 1 mol e ，消耗氧气 0.25 mol
答案 B
3．以 N2和 H2为反应物、溶有 A的稀盐酸为电解质溶液，可制成能固氮的新型燃料电池，
原理如图所示。下列说法不正确的是( )
A．b电极为负极，发生氧化反应
B a N 8H＋． 电极发生的反应为 2＋ ＋6e－===2NH＋4
C．A溶液中所含溶质为 NH4Cl
D．当反应消耗 1 mol N2时，则消耗的 H2为 67.2 L
答案 D
4．最近科学家研制的一种新型“微生物电池”可以将污水中的有机物转化为 H2O和 CO2，
同时产生电能，其原理示意如图。下列有关该电池的说法正确的是( )
A．氧化银电极上的反应为 Ag O 2e－===2Ag O2－2 ＋ ＋
B － ＋．石墨电极上的反应为 C6H12O6＋6H2O＋24e ===6CO2↑＋24H
C．每转移 4 mol电子，氧化银电极产生 22.4 L CO2气体(标准状况)
D．30 g C6H12O6参与反应，有 4 mol H＋经质子交换膜进入正极区
答案 D
5．燃料电池是利用燃料与氧气反应从而将化学能转化为电能的装置。
(1)以葡萄糖为燃料的微生物燃料电池结构示意图如图所示。
①A为生物燃料电池的________(填“正”或“负”)极。
②正极反应式为____________________________________________________________。
H＋③放电过程中， 由________极区向________极区迁移(填“正”或“负”)。
④在电池反应中，每消耗 1 mol氧气，理论上生成标准状况下二氧化碳的体积是________。
(2)熔融状态下，钠的单质和 FeCl2能组成可充电电池(装置示意图如图)，反应原理为 2Na＋
FeCl2 Fe＋2NaCl。
放电时，电池的正极反应式为_____________________________________________________；
充电时，________(写物质名称)电极接电源的负极，该电池的电解质为________________。
答案 (1) ＋ －①正 ②O2＋4H ＋4e ===2H2O
③负 正 ④22.4 L
(2)Fe2＋＋2e－===Fe 钠 β Al2O3固体第 16 讲 化学电源
学习目标
1.通过对常见化学电源的分析，建立对原电池过程系统认识的思维模型，提高对原电池本质
的认识。
2.增强科技意识，不断研发新型电池，满足人类社会发展的需求。积极回收利用废旧电池，
减少其对环境的污染。
课前诊断
1．下列装置中，能构成原电池的是( )
2．下列有关图甲和图乙的叙述不正确的是( )
A．均发生了化学能转化为电能的过程
B．Zn和 Cu既是电极材料又是反应物
C．工作过程中，电子均由 Zn 经导线流向 Cu
D．相同条件下，图乙比图甲的能量利用效率高
3．某合作学习小组的同学利用下列氧化还原反应设计原电池：2KMnO4＋10FeSO4＋
8H2SO4===2MnSO4＋5Fe2(SO4)3＋K2SO4＋8H2O，盐桥中装有饱和 K2SO4溶液。下列叙述中
正确的是( )
A．甲烧杯中溶液的 pH逐渐减小
B．乙烧杯中发生还原反应
C．外电路的电流方向是从 a到 b
D －．电池工作时，盐桥中的 SO 24 移向甲烧杯
知识清单
知识点 1 化学电源概述 一次电池
1．化学电源概述
(1) 化学电源的分类
原电池是化学电源的雏形，常分为如下三类：
①一次电池：也叫做干电池，放电后不可再充电。
②二次电池：又称可充电电池或蓄电池，放电后可以再充电使活性物质获得再生。
③燃料电池：连续地将燃料和氧化剂的化学能直接转化为电能的化学电源。
(2)判断电池优劣的主要标准
－ －
①比能量：单位质量或单位体积所能输出电能的多少，单位是(W·h)·kg 1或(W·h)·L 1。
②比功率：单位质量或单位体积所能输出功率的大小，单位是W·kg－1或W·L－1。
③电池可储存时间的长短。
(3)化学电池的回收利用
使用后的废弃电池中含有大量的重金属、酸和碱等有害物质，随处丢弃会给土壤、水源等造
成严重的污染。废弃电池要进行回收利用。
(4)化学电源的发展方向
小型化、供电方便、工作寿命长、不需要维护的电池受到人们的青睐。如镍氢电池、锂离子
电池等。
2．一次电池：锌锰干电池
普通锌锰干电池 碱性锌锰干电池
示意图
负极：锌 负极反应物：锌粉
构造 正极：石墨棒 正极反应物：二氧化锰
电解质溶液：氯化铵和氯化锌 电解质溶液：氢氧化钾
负极：Zn＋2OH－－2e－
负极：Zn－2e－＋2NH＋===Zn(NH )2＋＋2H＋4 3 2 ===Zn(OH)2
工作 正极：2MnO2＋2H＋＋2e－===2MnO(OH) 正极：2MnO
－
2＋2H2O＋2e
原理 总反应：Zn＋2NH4Cl＋2MnO2===Zn(NH3)2Cl2 ===2MnO(OH)
－
＋2OH
＋2MnO(OH) 总反应：Zn＋2MnO2＋
2H2O===2MnO(OH)＋Zn(OH)2
经典例题
例 1．已知：电池的“理论比能量”指单位质量的电极材料理论上能释放出的最大电能。
比较Mg、Al二种金属－空气电池，“理论比能量”之比是________。
例 2．银锌电池具有比能量大、电压稳定、储存时间长等特点，如图所示，总反应式：Zn
＋Ag2O＋H2O===Zn(OH)2＋2Ag。
(1)负极反应物：________，正极反应物：________，电解质溶液____________。
(2)电极反应式 ，负极：_________________________；正极：_________________________。
知识点 2 二次电池
1．铅蓄电池
铅蓄电池是常见的二次电池，其放电反应和充电反应表示如下：
Pb＋PbO2＋2H2SO4 2PbSO4＋2H2O
(1)负极是 Pb，正极是 PbO2，电解质溶液是 H2SO4溶液。
(2)放电反应原理
①负极反应式是 Pb SO2－ 2e－＋ 4 － ===PbSO4 ；
－
②正极反应式是 PbO ＋2＋4H ＋SO24 ＋2e－===PbSO4＋2H2O ；
③放电过程中，负极质量的变化是增大，H2SO4溶液的浓度减小。
(3)充电反应原理
－ －
①阴极(还原反应)反应式是 PbSO4＋2e ===Pb＋SO24 ；
②阳极(氧化反应)反应式是 PbSO ＋2H O－2e－4 2 ===PbO2＋4H＋＋SO2－4 ；
③充电时，铅蓄电池正极与直流电源正极相连，负极与直流电源负极相连。即“负极接负极，
正极接正极”。
2．锂离子电池
电极 电极反应
负极 嵌锂石墨(LixCy)：Li － ＋xCy－xe ===xLi ＋Cy
＋ －
正极 钴酸锂(LiCoO2)：Li1－xCoO2＋xLi ＋xe ===LiCoO2
总反应 LixCy＋Li1－xCoO2 LiCoO2＋Cy
反应过程：放电时，Li＋ ＋从石墨中脱嵌移向正极，嵌入钴酸锂晶体中，充电时，Li 从钴酸锂
晶体中脱嵌，由正极回到负极，嵌入石墨中。这样在放电、充电时，锂离子往返于电池的正
极、负极之间完成化学能与电能的相互转化。
经典例题
例 1．镍—镉电池是一种可充电的“干电池”，使用寿命长达 10～15年。其总反应为 Cd＋
2NiO(OH)＋2H2O 2Ni(OH)2＋Cd(OH)2。
(1)放电时，负极发生________反应，反应式为________________________。
(2)电池工作时，负极区 pH________，正极区 pH________。
(3)该电池工作时，电解质溶液中的 OH－向________移动
例 2．锂空气电池放电时的工作原理如图所示。根据图示解答下列问题：
(1)放电时 Li＋由_____极向______极移动。
(2)电极反应式：①负极：4Li＋4OH－－4e－===4LiOH；②正极：O2＋2H2O＋4e－===4OH－；
③放电电池总反应为_________________________。
(3)电解液 a能否是氯化锂溶液？______(填“能”或“否”)，原因是：金属锂能________，
电解质中______________。
例 3．高铁电池是一种新型可充电电池，与普通电池相比，该电池能较长时间保持稳定的放
电电压。高铁电池的总反应式为 3Zn＋2K2FeO4＋8H2O 3Zn(OH)2＋2Fe(OH)3＋4KOH。
请回答下列问题：
(1)高铁电池的负极材料是_________，放电时负极的电极反应式为_____________________。
(2)放电时，正极发生 ______(填“氧化”或“还原”)反应；正极的电极反应式为
____________________________。放电时，____(填“正”或“负”)极附近溶液的碱性增强。
化学电源电极反应式的书写
(1)由装置图或电池总反应式确定电池的正极、负极及各极反应物。
(2)电解质溶液中的其他离子的影响，若阴离子与负极产生的阳离子不共存，该阴离子写入
负极反应式。
(3)原电池的正极材料多数只起导电作用，而化学电源的正极材料大多数参与电极反应。
知识点 3 燃料电池
1．燃料电池
燃料电池是一种连续地将燃料和氧化剂的化学能直接转化为电能的化学电源。电极本身不包
含活性物质，只是一个催化转化元件。燃料电池工作时，燃料和氧化剂连续地由外部供给，
在电极上不断地进行反应，生成物不断地被排出，于是电池就连续不断地提供电能。
2．氢氧燃料电池是一种清洁高效的燃料电池
(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 2H2－4e－===4H＋ 2H －2－4e ＋4OH－===4H2O
－ ＋
正极反应 O2＋4e ＋4H ===2H2O O2＋4e－ －＋2H2O===4OH
总反应 2H2＋O2===2H2O
3.能量转换
所有的燃烧均为放热反应，若能量以电的形式向外释放，则形成燃料电池，所以燃料电池的
总方程式类似燃烧的总方程式，只不过条件不同而已。
理论上来说，所有的燃烧反应均可设计成燃料电池，所以燃料电池的燃料除氢气外，还有烃、
肼、甲醇、氨、煤气等气体或液体，且能量转化率超过 80%，由燃料电池组合成的发电站
被誉为“绿色发电站”。
4．燃料电池电极的书写方法
电极的负极反应物一定是燃料，正极反应物为 O2或空气。
据氧化还原反应规律，负极燃料失电子发生氧化反应，正极氧气得电子发生还原反应。
特别注意电解质溶液酸碱性不同的区别。可根据电荷守恒来配平电极反应式。
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
O H2O
CH 24―――→ KOH
CO －2――→CO23 ＋H2O
－
故 CH4的最终产物为 CO 23 和 H2O；
第二步 确定价态变化及电子转移
－4 ＋4
CH4－8e－―→CO2－3 ＋H2O；
－
第三步 依据电解质性质，用 OH 使电荷守恒
CH 8e－4－ ＋10OH－ －―→CO23 ＋H2O；
第四步 最后据氢原子守恒配平 H2O的化学计量数
CH 8e－4－ ＋10OH－===CO2－3 ＋7H2O。
经典例题
例 1．如图为肼燃料电池示意图，请写出正、负极电极反应式及总反应式。
例 2．一种甲醇燃料电池是采用铂或碳化钨作为电极催化剂，在稀硫酸电解液中直接加入纯
化后的甲醇，同时向一个电极通入空气。回答下列问题：
(1)这种电池放电时发生的化学反应方程式：____________________________________。
(2)此电池的正极发生的电极反应式： __________________________________，
负极发生的电极反应式：________________________________________________。
(3) H＋电解液中 向________极移动，向外电路释放电子的电极是________。
(4)使用该燃料电池的另一个好处是____________________________________________。
燃料电池电极反应式书写的注意事项
(1)燃料电池的总反应相当于燃料的燃烧，书写总反应方程式时，要注意产物与电解质溶液
是否发生反应，若能反应，电解质溶液要写在总反应方程式中。
(2)燃料电池正极反应的本质是氧气得电子发生还原反应，即 O2＋4e－===2O2－，产生的 O2－
存在形式与电解质溶液的酸碱性和电解质的状态有着密切的关系。
(3)书写燃料电池的电极反应式，一定要注意电解质的酸碱性。碱性溶液电极反应式不能出
现 H＋；酸性溶液电极反应式不能出现 OH－。
课堂闯关
1．电子表和电子计算器的电源通常用微型银—锌电池，其电极分别是 Ag2O和 Zn，电解质
溶液为 KOH溶液，总反应式为 Ag2O＋H2O＋Zn===Zn(OH)2＋2Ag。下列说法正确的是( )
A．Ag2O是正极，Zn是负极
B．Zn是正极，Ag2O是负极
C．工作时，电池负极区溶液 pH增大
D．工作时，电子由 Ag2O极经外电路流向 Zn极
2．日常所用干电池的电极分别为碳棒(上面有铜帽)和锌皮，以糊状 NH4Cl 和 ZnCl2作电解
质(其中加入 MnO2吸收 H2)，电极反应可简化为 Zn－2e－===Zn2＋，2NH＋4＋2e－===2NH3＋
H2{NH3与 Zn2＋络合生成[Zn(NH3)4]2＋}。根据以上叙述判断下列结论不正确的是( )
A．Zn 为正极，碳为负极
B．Zn为负极，碳为正极
C．工作时电流由碳极经外电路流向 Zn 极
D．长时间连续使用时，内装糊状物可能流出，从而腐蚀用电器
3．纽扣电池的两极材料分别为锌和氧化银，电解质溶液为 KOH 溶液。放电时两个电极反
应分别为 Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH) Ag O H O 2e－2、 2 ＋ 2 ＋ ===2Ag 2OH－＋ ，下列说法中，正
确的是( )
A．锌是负极，氧化银是正极
B．锌发生还原反应，氧化银发生氧化反应
C － ＋ ＋．溶液中 OH 向正极移动，K 、H 向负极移动
D．在电池放电过程中，电解质溶液的酸碱性基本保持不变
4．铅蓄电池的两极分别为 Pb、PbO2，电解质溶液为 H2SO4，工作时的电池反应为 Pb＋PbO2
＋2H2SO4===2PbSO4＋2H2O。下列结论正确的是( )
A．Pb 为正极，被氧化
B．溶液的 pH不断减小
C．SO 2－4 只向 PbO2处移动
D．电解质溶液的密度不断减小
5．铁镍蓄电池又称爱迪生电池，放电时的总反应为：Fe＋Ni2O3＋3H2O===Fe(OH)2＋2Ni(OH)2。
下列有关该电池的说法不正确的是( )
A．电池的电解液为碱性溶液，正极为 Ni2O3，负极为 Fe
B － －．电池放电时，负极反应为 Fe＋2OH －2e ===Fe(OH)2
C．电池充电过程中，阴极附近溶液的 pH降低
D．电池充电时，阳极反应为 2Ni(OH) 2OH－ 2e－2＋ － ===Ni2O3＋3H2O
6．(2019·安庆高二检测)固体氧化物燃料电池是以固体氧化锆—氧化钇为电解质，这种固体
电解质在高温下允许氧离子(O2－)在其间通过。该电池的工作原理如图所示，其中多孔电极 a、
b均不参与电极反应。下列判断正确的是( )
A．有 O2参加反应的电极 a为电池的负极
B b H 2e－ O2－．电极 的电极反应式为 2＋ ＋ ===H2O
C．电极 a － －的电极反应式为 O2＋2H2O＋4e ===4OH
D．该电池的总反应式为 2H2＋O2===2H2O
7．电化学气敏传感器可用于监测环境中 NH3的含量，其工作原理示意图如图。下列说法不
正确的是( )
A．O2在电极 b上发生还原反应
B －．溶液中 OH 向电极 a移动
C．反应消耗的 NH3与 O2的物质的量之比为 4∶5
D．负极的电极反应式为 2NH3－6e－ －＋6OH ===N2＋6H2O
8．研究人员最近发明了一种“水”电池，这种电池能利用淡水与海水之间含盐量差别进行
发电，在海水中电池总反应可表示为 5MnO2＋2Ag＋2NaCl===Na2Mn5O10＋2AgCl，下列“水”
电池在海水中放电时的有关说法正确的是( )
A － －．正极反应式：Ag＋Cl －e ===AgCl
B．每生成 1 mol Na2Mn5O10转移 2 mol电子
C．Na＋不断向“水”电池的负极移动
D．AgCl是还原产物
9．环境监察局常用“定电位”NOx传感器来监测化工厂的氮氧化物气体是否达到排放标准，
其工作原理如图所示。下列说法正确的是( )
A．“对电极”是正极
B ＋．“工作电极”上发生的电极反应为 NO2＋2H －2e－===NO＋H2O
C ＋．传感器工作时，H 由“工作电极”移向“对电极”
D．“对电极”的材料可能为活泼金属锌
10．关于氢氧燃料电池说法正确的是( )
A．正极发生氧化反应，负极发生还原反应
B．若电解质溶液为 H2SO4溶液，硫酸根离子移向正极
C．若电解质溶液为 KOH溶液，随着反应的进行，溶液的 pH不变
D．氢氧燃料电池是一种绿色电池，未来有很大的发展前景
自我挑战
1．将两个铂电极放置在 KOH溶液中，然后分别向两极通入 CO和 O2，即可产生电流，称
为燃料电池，下列叙述正确的是( )
①通入 CO的电极为正极；
－
②正极的电极反应式是 O2＋2H2O＋4e ===4OH－；
③通入 CO的电极反应式是 2CO＋O2－4e－===2CO2；
④负极的电极反应式是 CO＋4OH－－2e－===CO32－＋2H2O；
⑤放电时溶液中的阳离子向负极移动；
⑥放电时溶液中的阴离子向负极移动。
A．①③⑤ B．②④⑥ C．④⑤⑥ D．①②③
2．下图是甲醇燃料电池的结构示意图，甲醇在催化剂作用下提供质子(H＋)和电子，电子经
外电路、质子经内电路到达另一极与氧气反应，电池总反应为 2CH3OH＋3O2===2CO2＋4H2O。
下列说法不正确的是( )
A．左电极为电池的负极，a处通入的物质是甲醇
B － －．正极反应式为 O2＋2H2O＋4e ===4OH
C － ＋．负极反应式为 CH3OH＋H2O－6e ===CO2＋6H
D．该电池提供 1 mol e－，消耗氧气 0.25 mol
3．以 N2和 H2为反应物、溶有 A的稀盐酸为电解质溶液，可制成能固氮的新型燃料电池，
原理如图所示。下列说法不正确的是( )
A．b电极为负极，发生氧化反应
B．a电极发生的反应为 N 8H＋ 6e－2＋ ＋ ===2NH＋4
C．A溶液中所含溶质为 NH4Cl
D．当反应消耗 1 mol N2时，则消耗的 H2为 67.2 L
4．最近科学家研制的一种新型“微生物电池”可以将污水中的有机物转化为 H2O和 CO2，
同时产生电能，其原理示意如图。下列有关该电池的说法正确的是( )
A．氧化银电极上的反应为 Ag2O＋2e－===2Ag＋O2－
B －．石墨电极上的反应为 C6H12O6＋6H2O＋24e ===6CO2↑＋24H＋
C．每转移 4 mol电子，氧化银电极产生 22.4 L CO2气体(标准状况)
D．30 g C6H ＋12O6参与反应，有 4 mol H 经质子交换膜进入正极区
5．燃料电池是利用燃料与氧气反应从而将化学能转化为电能的装置。
(1)以葡萄糖为燃料的微生物燃料电池结构示意图如图所示。
①A为生物燃料电池的________(填“正”或“负”)极。
②正极反应式为____________________________________________________________。
＋
③放电过程中，H 由________极区向________极区迁移(填“正”或“负”)。
④在电池反应中，每消耗 1 mol氧气，理论上生成标准状况下二氧化碳的体积是________。
(2)熔融状态下，钠的单质和 FeCl2能组成可充电电池(装置示意图如图)，反应原理为 2Na＋
FeCl2 Fe＋2NaCl。
放电时，电池的正极反应式为_____________________________________________________；
充电时，________(写物质名称)电极接电源的负极，该电池的电解质为________________。
