人教版高中化学必修二教学资料，复习补习资料（巩固练习）：13【基础】发展中的化学电源
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| 名称 | 人教版高中化学必修二教学资料，复习补习资料（巩固练习）：13【基础】发展中的化学电源 |  | |
| 格式 | zip | ||
| 文件大小 | 100.2KB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（新课程标准） | ||
| 科目 | 化学 | ||
| 更新时间 | 2019-12-10 14:50:54 | ||
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文档简介
发展中的化学电源
【学习目标】
1、认识几种化学电源；
2、了解开发利用新型电池的意义；
3、了解使用化学电池对环境的影响。
【要点梳理】
要点一、常见的几种化学电源
【 化学能与电能（二）—发展中的化学电源 各类电池】
1、实用电池应具有的特点是： 能产生稳定且具有较高电压的电流；安全、耐用且便于携带；能够适用于特殊用途；便于回收处理，不污染环境或对环境产生的影响较小。 2、常用原电池 （1）干电池 干电池即普通的锌锰电池，它是用锌制的圆筒形外壳作负极，位于中央的盖有铜帽的石墨棒作正极，圆筒内填充 ZnCl2、NH4Cl和淀粉糊作电解质，还填有MnO2作去极化剂（吸收正极放出的H2，防止产生极化现象）。
电极反应： 负极：Zn＝Zn2+＋2e－ 正极：2NH4+＋2e－＝2NH3＋H2，H2＋2MnO2＝Mn2O3＋H2O 正极产生的NH3又和ZnCl2作用：Zn2+＋4NH3＝［Zn(NH3)4］2+ 淀粉糊的作用：提高阴、阳离子在两个电极间的迁移速度。 电池总反应式为：2Zn＋4NH4Cl＋4MnO2＝［Zn(NH3)4］Cl2＋ZnCl2＋2Mn2O3＋2H2O 干电池的电压通常约为1.5V，携带方便，但放完电后不能再用，污染较严重。 （2）充电电池
要点诠释：充电电池又称二次电池，它在放电时所进行的是氧化还原反应，在充电时可以逆向进行（一般通过充电器将交流电转变为直流电进行充电），使电池恢复到放电前的状态。这样可以实现化学能转变为电能（放电）、再由电能转变为化学能（充电）的循环。 ①铅蓄电池 铅蓄电池是用硬橡胶或透明塑料制成长方形外壳，在正极板上附着一层棕褐色PbO2，负极板上是海绵状金属铅，两极均浸在密度为1.28g·cm-3、浓度为30%的硫酸溶液中，且两极间用微孔橡胶或微孔塑料隔开。
放电电极反应：
负极：Pb(s)+SO42－(aq)－2e－＝PbSO4(s)；
正极：PbO2(s)+4H+(aq)+SO42－(aq)+2e－＝PbSO4(s)+2H2O(l)
充电电极反应：
阳极：PbSO4(s)+2H2O(l)－2e－=PbO2(s)+4H+(aq)+SO42－(aq)；
阴极：PbSO4(s)+2e－=Pb(s)+SO42－(aq)
电池总反应式：
Pb (s)+ PbO2(s) +2H2SO4(aq)2PbSO4(s) +2H2O(l)
铅蓄电池的优点：电动势高，电压稳定，使用范围宽，原料丰富，价格便宜。
缺点：笨重，防震性差，易溢出酸液，维护不便，携带不便等。
②银锌蓄电池 银锌蓄电池是形似干电池的充电电池，其负极为锌，正极为附着Ag2O的银，电解液为40%的KOH溶液。电极反应：
放电电极反应：
负极：Zn-2e－+2OH-＝Zn(OH)2
正极：Ag2O+2e－+ H2O＝2Ag +2OH-
充电电极反应：
阳极：2Ag +2OH-－2e－= Ag2O+ H2O；
阴极：Zn(OH)2+2e－= Zn+2OH-
电池总反应式：
Zn + Ag2O + H2OZn(OH)2+2Ag
③锂电池 元素周期表中IA族的锂（Li）——最轻的金属，也是活动性极强的金属，是制造电池的理想物质。锂电池是新一代可充电的绿色电池，已成为笔记本电脑、移动电话、数码相机、摄像机等低功耗电器的主流电源。
电极反应为：
负极：Li－e- ＝Li＋ 正极：MnO2＋Li＋ ＋e- ＝LiMnO2 总反应：Li＋MnO2＝LiMnO2
（3）燃料电池
①氢氧燃料电池 氢氧燃料电池是一种高效低污染的新型电池，主要用于航天领域。它的电极材料一般为惰性电极，但具有很强的催化活性，如铂电极、活性炭电极等。电解质溶液为40%的KOH溶液。电极反应式为： 负极：2H2＋4OH－＝4H2O＋4e－， 正极：O2＋2H2O＋4e－＝4OH－ 电池的总反应式：2H2＋O2＝2H2O ②甲烷氧燃料电池 该电池用金属铂片插入KOH溶液中作电极，又在两极上分别通甲烷和氧气。电极反应式为： 负极：CH4＋10OH－＝CO32－＋7H2O＋8e－ 正极：2O2＋4H2O＋8e－＝8OH－ 电池总反应式：CH4＋2O2＋2KOH＝K2CO3＋3H2O
要点诠释：
a.燃料燃烧是一种剧烈的氧化还原反应，可以利用原电池的工作原理将燃料和氧化剂（如O2）反应所放出的热能直接转变为电能。
b.燃料电池是一种高效、环境友好的发电装置。
c.燃料电池如果以氢气为燃料时，产物为水；以甲烷为燃料时，产物为水和二氧化碳， d.燃料电池与干电池和蓄电池的主要差别在于反应物不是储存在电池内部，而是用外加的设备，源源不断地
提供燃料和氧化剂，使反应能连续进行。 （4）海水电池 1991年，我国首创以铝－空气－海水为能源的新型电池，用作航海标志灯的电源。该电池以取之不尽的海水为电解质，靠空气中的氧气使铝不断氧化而产生电流。电极反应式为： 负极：4Al＝4Al3＋＋12e－ 正极：3O2＋6H2O＋12e－＝12OH－ 这种海水电池的能量比干电池高20～50倍。 （5）发展中的化学电源 当今发展新型化学电源，不仅要在其高比能量、高比容量、长寿命方面取得长足的进步，而且更重要的是向“绿色电池”方向发展。除了前面介绍的锂电池、燃料电池外，还有可充式镍氢电池，它的化学成分主要由镍和稀土组成，不含汞，无污染，是“绿色电池”的佼佼者。它可连续充放电500次，每次充放电成本低，而且减少了对环境的汞污染。
要点二、废旧电池的问题 1、废旧电池的主要危害
我们日常所用的普通干电池，主要有酸性锌锰电池和碱性锌锰电池两类，它们都含有汞、锰、镉、铅、锌等。重金属对环境造成严重污染，威胁着人类的健康。
金属种类
危害的表现
锰
过量的锰蓄积于体内引起神经性功能障碍，早期表现为综合性功能紊乱。较重者出现两腿发沉，语言单调，表情呆板，感情冷漠，常伴有精神症状。
锌
锌盐能使蛋白质沉淀，对皮肤黏膜有刺激作用。当在水中浓度超过10～50mg/L时有致癌危险，可能引起化学性肺炎。
铅
铅主要作用于神经系统、活血系统、消化系统和肝、肾等器官。能抑制血红蛋白的合成代谢，还能直接作用于成熟红细胞，对婴幼儿影响甚大，它会导致儿童发育迟缓，慢性铅中毒可导致儿童智力低下。
镍
镍粉溶解于血液，参加体内循环，有较强的毒性，能损害中枢神经系统，引起血管变异，严重者导致癌症。
汞
汞是重金属污染物中最需注意的，对人的危害，确实不浅。长期以来，我国在生产干电池时，加入了这种有毒的物质——汞或汞的化合物，其碱性干电池中汞的含量达到1%～5%，中性干电池为0.025%。汞具有明显的神经毒性，此外对内分泌系统、免疫系统等也有不良的影响。1953年，发生在日本九州岛的震惊世界的水俣病事件，给人类敲响了汞污染的警钟。
镉
镉是人体不需要的元素，人体中的镉是出生后从外界环境经呼吸道和消化道摄取而蓄积的。慢性中毒的临床表现为肺气肿、骨质改变和贫血。日本发现某些地区由于长期食用被污染的、含镉量很高的米和水而发生疼痛病（骨痛病），主要病变为骨软化，疼痛始于下肢，后遍及全身至卧床不起。
2、废旧电池的回收利用
干电池中有Zn、Cu、C、MnO2、ZnCl2、NH4Cl、炭黑、石墨等单质和化合物。通过一系列的基本操作，可回收上述物质，用以补充部分化学实验的试剂。
Zn——用剪刀除去废电池外皮，洗净后剪碎晾干，即得锌片，可用于实验室制H2。如想得到锌粒，可将锌片放入铁坩埚中加强热使之熔化（Zn熔点410.6℃），熔化时会有少量ZnO白烟生成，熔化后除去浮渣，倒出冷却。依上法再熔化一次，倒在铁板上，在其凝固过程中将其割碎，即得锌粒。
铜片——把废旧电池上的铜帽取下砸扁，用煮沸的稀H2SO4洗涤，用水洗净晾干，得紫红色铜片。
碳棒——从废旧电池中取出，洗净即可，可用于电解池的电极。
氯化铵——洗涤干电池中黑色糊状物时，其不溶于水的物质基本是MnO2，氯化铵则溶于水中，将溶液过滤得澄清溶液，加热、蒸发、浓缩、结晶，即得氯化铵晶体。
【典型例题】
类型一：常见的几种化学电源
例1、(2019西城质检)一种充电电池放电时的电极反应为： H2+2OH--2e-=2H2O； NiO(OH)+H2O+e-=Ni(OH)2+OH- 当为电池充电时，与外电源正极连接的电极上发生的反应是 A. H2O的还原 B. NiO(OH)的还原 C. H2的氧化 D. NiO(OH) 2的氧化 【答案】D
【解析】由题中给出的电极反应可判断出做原电池时，H2是还原剂被氧化、NiO(OH)是氧化剂被还原，则充电时H2是还原产物、NiO(OH)是氧化产物，与正极相连的是阳极发生氧化反应，所以D选项正确。 【总结升华】本题考查二次电池中的氧化还原问题。原电池放电时，先要分析氧化剂与还原剂，氧化剂被还原、还原剂被氧化；充电时（电解池），将原电池负极反应式反着写为还原过程，发生在阴极，原电池中的正极反应反着写为氧化过程，发生在阳极。 举一反三：
【变式1】一种新型燃料电池，它以多孔镍板为电极插入KOH溶液中，然后分别向两级通入乙烷和氧气，其总反应式为2C2H6+7O2+8KOH=4K2CO3+10H2O，有关此电池的推断正确的是( )
A．负极反应为14 H2O+7O2+8 e-=28OH-
B．放电一段时间后，负极周围的c(OH-)升高
C．每消耗1mol C2H6，则电路中转移的电子为14mol
D．放电过程中KOH的物质的量浓度不变
【答案】C
【解析】由电池的总反应方程式可推出其正、负极反应的电极反应式分别为：正极：14H2O+7O2+8e-=28OH-，负极：2C2H6+36OH--28e-=4CO32-+24H2O，可知A错误。放电时正极产生OH-，故pH升高，负极消耗OH-，故pH降低，B错误。由于正、负极产生和消耗OH-的总量不等，故OH-的浓度减小，D错误。
【变式2】（2019 北京八中）制造地球卫星用到的一种高能电池——银锌蓄电池，其电池的电极反应式为：
2Zn＋2OH－－2e－2ZnO＋H2↑，Ag2O＋H2O＋2e－2Ag＋2OH－。据此判断氧化银是( )
A．负极，并被氧化 B．正极，并被还原
C．负极，并被还原 D．正极，并被氧化
【答案】B
类型二：废旧电池的问题
例2、随着人们生活质量的不断提高，废电池必须进行集中处理的问题被提到议事日程，其首要原因是( )
A．利用电池外壳的金属材料
B．防止电池中汞、镉和铅等重金属离子对土壤和水源的污染
C．防止电池中渗漏的电解液腐蚀其他物品
D．回收其中的石墨电极
【答案】B
【解析】主要原因是对环境的污染，尤其是重金属带来的污染。这也体现了社会物质文明的发展、精神文明的进步、政府对人民的人文关怀。
【总结升华】注意重金属的污染和回收利用。
举一反三：
【变式1】下列化学电池中不易造成环境污染的是（ ）
A．锂电池 B．锌锰电池 C．镍镉电池 D．氢氧燃料电池
【答案】D
【解析】氢氧燃料电池的生成物为水，不易造成环境污染。
【巩固练习】
一、选择题（每题只有一个选项符合题意）
1．(2019 海淀质检)下图是氢氧燃料电池构造示意图。关于该电池的说法，不正确的是( )
A．a极是负极
B．该电池总反应为2H2＋O22H2O
C．电子由b通过灯泡流向a
D．氢氧燃料电池是环保电池
2．下列说法中正确的是( )
①燃料电池的反应物可不储存在电池的内部
②锌锰干电池是一次电池，铅蓄电池是二次电池
③锂电池是新一代可充电电池
④燃料电池作为汽车驱动能源已研发成功
A．②③④ B．①②③④
C．①②③ D．①③④
3．下列有关电池的说法不正确的是（ ）
A．手机上用的锂离子电池属于二次电池
B．铜锌原电池工作时，电子沿外电路从铜电极流向锌电极
C．甲醇燃料电池可把化学能转化为电能
D．锌锰电池中，锌电极是负极
4. 如下图所示为普通锌锰电池(即“干电池”)的组成和结构示意图，其中MnO2的作用是吸收正极放出的H2，下列说法正确的是( )
A．锌是正极，MnO2是负极
B．锌是负极，MnO2是正极
C．锌是正极，石墨是负极
D．锌是负极，石墨是正极
5．（2019 西城质检）我国首创的海洋电池以铝板为负极，铂网为正极，海水为电解质溶液，空气中的氧气与铝反应产生电流，电池总反应：4Al＋3O2＋6H2O===4Al(OH)3。下列说法不正确的是( )
A．正极反应式：2H2O＋O2＋4e－===4OH－
B．电池工作时，电流由铝电极沿导线流向铂电极
C．以网状的铂为正极，可增大与氧气的接触面积
D．该电池通常只需要更换铝板就可继续使用
6．燃烧电池是利用燃烧（如H2、CO、CH4等）跟氧气或空气反应，将化学能转化为电能的装置。电解质溶液是强碱溶液。下列关于甲烷的燃料电池说法中正确的为（ ） A．负极反应：O2+2H2O+4e-=4OH- B．负极反应：CH4+10OH--8e-=CO32-+7H2O C．随着放电进行，溶液的OH-浓度 D．放电时溶液中的阴离子向正极移动
7．关于化学电源的叙述，错误的是（ ）
A．化学电源均是根据原电池的工作原理设计的
B．在干电池中，碳棒只起导电作用，并不参与化学反应
C．镍镉电池不能随意丢弃的主要原因是镍、镉的资源有限，价格昂贵
D．燃料电池是一种高效、环保的新型化学电源
8．（2019 四中同步）制造地球卫星用到的一种高能电池——银锌蓄电池，其电池的电极反应式为：
2Zn＋2OH－－2e－2ZnO＋H2↑，Ag2O＋H2O＋2e－2Ag＋2OH－。据此判断氧化银是( )
A．负极，并被氧化 B．正极，并被还原
C．负极，并被还原 D．正极，并被氧化
9．(2019 银川一中)有人预言：H2是21世纪最理想的能源，其根据不正确的是( )
A．生产H2的原料来源广阔
B．在等质量的可燃气体中，H2燃烧时放出的热量多
C．H2易液化，携带方便
D．燃烧时无污染
10．废旧电池处理不当不仅造成浪费，还会对环境造成严重污染，对人体健康也存在极大的危害。有同学想变废为宝，他的以下想法中你认为不正确的是（ ）
A．把锌皮取下洗净用于实验室制取氢气
B．把碳棒取下洗净用作电极
C．把铜帽取下洗净回收利用
D．将废电池中的黑色糊状物用作化肥
二、填空题
1．航天技术中使用的氢氧燃料电池具有高能、轻便和不污染环境等优点。氢氧燃料电池有酸式和碱式两种，它们放电时的电池反应总式都表示为：2H2+O2=2H2O。 酸式氢氧燃料电池的电解质是酸，其负极反应可表示为：2H2-4e-=4H+，则其正极反应表示为：______________________；碱式氢氧燃料电池的电解质是碱，其正极反应式表示为：O2+2H2O+4e-=40H一， 则其负极反应式可表示为：___________。
2．现代社会对耗电量高的便携式电器需求越来越大。化学家又研制出新型封闭式体积小的充电电池——镍镉电池。它以镉(Cd)为负极，NiO(OH)为正极，以KOH为电解质，其寿命比铅蓄电池长，广泛应用于收录机，无线对讲机、电子闪光灯、电动剃须刀等。
（1）试写出这种电池放电时正负极反应和总反应方程式；
（2）废弃的镍镉电池已成为重要的环境污染物。有资料表示一节废镍隔电池可以使面积为1平方米的耕地失去使用价值。对于酸性土壤尤为严重，这是因为
________________________________________________________________________；
（3）下图是废弃的镍镉电池的重金属渗入水体后，进入人体的一条途径：
A→B→C→D→人
生物体D中重金属物质的量浓度__________(选填“大于”“小于”或“等于”)生物体A中重金属物质的量浓度。这是通过食物链的富集作用引起的。除了上述途径外，被污染水体中重金属还可以直接通过__________________途径进入人体。
【答案与解析】
一．选择题
1．C
2．B
3．B
【解析】电池分为一次电池、二次电池和新型电池（燃料电池）。手机上用的锂离子电池可以反复充放电，属于二次电池，A选项正确。锌比铜活泼，因此构成原电池时，锌失电子作负极，电子沿外电路流向正极铜，所以B错误。
4．D
【解析】锌锰电池是用锌制的圆筒形外壳作负极，位于中央的盖有铜帽的石墨棒作正极，圆筒内填充 ZnCl2、NH4Cl和淀粉糊作电解质，还填有MnO2作去极化剂，吸收正极放出的H2，防止产生极化现象。故选D。
5．B
【解析】该电池的负极反应式：4Al－12e－===4Al3＋；正极反应式：6H2O＋3O2＋12e－===12OH－。电池工作时电子由负极(铝电极)流向正极(铂电极)。 6．B
【解析】负极应该发生氧化反应，所以A错误，B正确；反应消耗OH-，所以OH-浓度减小，C错误，放电时，负极发生氧化反应失电子，生成的离子带正电，所以吸引溶液中的阴离子向负极移动，D错误。
7．C
【解析】镍镉电池不能随意丢弃的主要原因是镍、镉属于重金属，会对环境造成严重的污染。
8．B
9．C
10．D
【解析】电池内部填有氯化铵、MnO2等化学物质，将废电池中的黑色糊状物用作化肥会对环境造成严重污染。
二、填空题
1．O2+4H++4e-=2H2O， H2+2OH--2e-?=2H2O
【解析】正极反应式加负极反应式等于总反应式，即在保证转移电子总数相等的前提下，用总反应式减去负极反应式即得正极反应式。
2．（1）负极：Cd－2e－＋2OH－===Cd(OH)2
正极：2NiO(OH)＋2e－＋2H2O===2Ni(OH)2＋2OH－
总反应：Cd＋2NiO(OH)＋2H2O===Cd(OH)2＋2Ni(OH)2
（2）Ni(OH)2、Cd(OH)2溶于酸
（3）大于 饮水
【解析】（1）Cd为负极，失去电子成为Cd2＋，电解质为KOH，放电后，它与Cd2＋反应生成Cd(OH)2。NiO(OH)为正极，得到电子成为Ni2＋，放电后，与KOH反应生成Ni(OH)2。
（2）Ni(OH)2、Cd(OH)2难溶于水，但Ni(OH)2、Cd(OH)2易溶于酸生成Cd2＋和Ni2＋，造成严重污染。
（3）通过食物链的富集作用，生物体内重金属物质的量浓度按A、B、C、D、人逐渐增大。
【学习目标】
1、认识几种化学电源；
2、了解开发利用新型电池的意义；
3、了解使用化学电池对环境的影响。
【要点梳理】
要点一、常见的几种化学电源
【 化学能与电能（二）—发展中的化学电源 各类电池】
1、实用电池应具有的特点是： 能产生稳定且具有较高电压的电流；安全、耐用且便于携带；能够适用于特殊用途；便于回收处理，不污染环境或对环境产生的影响较小。 2、常用原电池 （1）干电池 干电池即普通的锌锰电池，它是用锌制的圆筒形外壳作负极，位于中央的盖有铜帽的石墨棒作正极，圆筒内填充 ZnCl2、NH4Cl和淀粉糊作电解质，还填有MnO2作去极化剂（吸收正极放出的H2，防止产生极化现象）。
电极反应： 负极：Zn＝Zn2+＋2e－ 正极：2NH4+＋2e－＝2NH3＋H2，H2＋2MnO2＝Mn2O3＋H2O 正极产生的NH3又和ZnCl2作用：Zn2+＋4NH3＝［Zn(NH3)4］2+ 淀粉糊的作用：提高阴、阳离子在两个电极间的迁移速度。 电池总反应式为：2Zn＋4NH4Cl＋4MnO2＝［Zn(NH3)4］Cl2＋ZnCl2＋2Mn2O3＋2H2O 干电池的电压通常约为1.5V，携带方便，但放完电后不能再用，污染较严重。 （2）充电电池
要点诠释：充电电池又称二次电池，它在放电时所进行的是氧化还原反应，在充电时可以逆向进行（一般通过充电器将交流电转变为直流电进行充电），使电池恢复到放电前的状态。这样可以实现化学能转变为电能（放电）、再由电能转变为化学能（充电）的循环。 ①铅蓄电池 铅蓄电池是用硬橡胶或透明塑料制成长方形外壳，在正极板上附着一层棕褐色PbO2，负极板上是海绵状金属铅，两极均浸在密度为1.28g·cm-3、浓度为30%的硫酸溶液中，且两极间用微孔橡胶或微孔塑料隔开。
放电电极反应：
负极：Pb(s)+SO42－(aq)－2e－＝PbSO4(s)；
正极：PbO2(s)+4H+(aq)+SO42－(aq)+2e－＝PbSO4(s)+2H2O(l)
充电电极反应：
阳极：PbSO4(s)+2H2O(l)－2e－=PbO2(s)+4H+(aq)+SO42－(aq)；
阴极：PbSO4(s)+2e－=Pb(s)+SO42－(aq)
电池总反应式：
Pb (s)+ PbO2(s) +2H2SO4(aq)2PbSO4(s) +2H2O(l)
铅蓄电池的优点：电动势高，电压稳定，使用范围宽，原料丰富，价格便宜。
缺点：笨重，防震性差，易溢出酸液，维护不便，携带不便等。
②银锌蓄电池 银锌蓄电池是形似干电池的充电电池，其负极为锌，正极为附着Ag2O的银，电解液为40%的KOH溶液。电极反应：
放电电极反应：
负极：Zn-2e－+2OH-＝Zn(OH)2
正极：Ag2O+2e－+ H2O＝2Ag +2OH-
充电电极反应：
阳极：2Ag +2OH-－2e－= Ag2O+ H2O；
阴极：Zn(OH)2+2e－= Zn+2OH-
电池总反应式：
Zn + Ag2O + H2OZn(OH)2+2Ag
③锂电池 元素周期表中IA族的锂（Li）——最轻的金属，也是活动性极强的金属，是制造电池的理想物质。锂电池是新一代可充电的绿色电池，已成为笔记本电脑、移动电话、数码相机、摄像机等低功耗电器的主流电源。
电极反应为：
负极：Li－e- ＝Li＋ 正极：MnO2＋Li＋ ＋e- ＝LiMnO2 总反应：Li＋MnO2＝LiMnO2
（3）燃料电池
①氢氧燃料电池 氢氧燃料电池是一种高效低污染的新型电池，主要用于航天领域。它的电极材料一般为惰性电极，但具有很强的催化活性，如铂电极、活性炭电极等。电解质溶液为40%的KOH溶液。电极反应式为： 负极：2H2＋4OH－＝4H2O＋4e－， 正极：O2＋2H2O＋4e－＝4OH－ 电池的总反应式：2H2＋O2＝2H2O ②甲烷氧燃料电池 该电池用金属铂片插入KOH溶液中作电极，又在两极上分别通甲烷和氧气。电极反应式为： 负极：CH4＋10OH－＝CO32－＋7H2O＋8e－ 正极：2O2＋4H2O＋8e－＝8OH－ 电池总反应式：CH4＋2O2＋2KOH＝K2CO3＋3H2O
要点诠释：
a.燃料燃烧是一种剧烈的氧化还原反应，可以利用原电池的工作原理将燃料和氧化剂（如O2）反应所放出的热能直接转变为电能。
b.燃料电池是一种高效、环境友好的发电装置。
c.燃料电池如果以氢气为燃料时，产物为水；以甲烷为燃料时，产物为水和二氧化碳， d.燃料电池与干电池和蓄电池的主要差别在于反应物不是储存在电池内部，而是用外加的设备，源源不断地
提供燃料和氧化剂，使反应能连续进行。 （4）海水电池 1991年，我国首创以铝－空气－海水为能源的新型电池，用作航海标志灯的电源。该电池以取之不尽的海水为电解质，靠空气中的氧气使铝不断氧化而产生电流。电极反应式为： 负极：4Al＝4Al3＋＋12e－ 正极：3O2＋6H2O＋12e－＝12OH－ 这种海水电池的能量比干电池高20～50倍。 （5）发展中的化学电源 当今发展新型化学电源，不仅要在其高比能量、高比容量、长寿命方面取得长足的进步，而且更重要的是向“绿色电池”方向发展。除了前面介绍的锂电池、燃料电池外，还有可充式镍氢电池，它的化学成分主要由镍和稀土组成，不含汞，无污染，是“绿色电池”的佼佼者。它可连续充放电500次，每次充放电成本低，而且减少了对环境的汞污染。
要点二、废旧电池的问题 1、废旧电池的主要危害
我们日常所用的普通干电池，主要有酸性锌锰电池和碱性锌锰电池两类，它们都含有汞、锰、镉、铅、锌等。重金属对环境造成严重污染，威胁着人类的健康。
金属种类
危害的表现
锰
过量的锰蓄积于体内引起神经性功能障碍，早期表现为综合性功能紊乱。较重者出现两腿发沉，语言单调，表情呆板，感情冷漠，常伴有精神症状。
锌
锌盐能使蛋白质沉淀，对皮肤黏膜有刺激作用。当在水中浓度超过10～50mg/L时有致癌危险，可能引起化学性肺炎。
铅
铅主要作用于神经系统、活血系统、消化系统和肝、肾等器官。能抑制血红蛋白的合成代谢，还能直接作用于成熟红细胞，对婴幼儿影响甚大，它会导致儿童发育迟缓，慢性铅中毒可导致儿童智力低下。
镍
镍粉溶解于血液，参加体内循环，有较强的毒性，能损害中枢神经系统，引起血管变异，严重者导致癌症。
汞
汞是重金属污染物中最需注意的，对人的危害，确实不浅。长期以来，我国在生产干电池时，加入了这种有毒的物质——汞或汞的化合物，其碱性干电池中汞的含量达到1%～5%，中性干电池为0.025%。汞具有明显的神经毒性，此外对内分泌系统、免疫系统等也有不良的影响。1953年，发生在日本九州岛的震惊世界的水俣病事件，给人类敲响了汞污染的警钟。
镉
镉是人体不需要的元素，人体中的镉是出生后从外界环境经呼吸道和消化道摄取而蓄积的。慢性中毒的临床表现为肺气肿、骨质改变和贫血。日本发现某些地区由于长期食用被污染的、含镉量很高的米和水而发生疼痛病（骨痛病），主要病变为骨软化，疼痛始于下肢，后遍及全身至卧床不起。
2、废旧电池的回收利用
干电池中有Zn、Cu、C、MnO2、ZnCl2、NH4Cl、炭黑、石墨等单质和化合物。通过一系列的基本操作，可回收上述物质，用以补充部分化学实验的试剂。
Zn——用剪刀除去废电池外皮，洗净后剪碎晾干，即得锌片，可用于实验室制H2。如想得到锌粒，可将锌片放入铁坩埚中加强热使之熔化（Zn熔点410.6℃），熔化时会有少量ZnO白烟生成，熔化后除去浮渣，倒出冷却。依上法再熔化一次，倒在铁板上，在其凝固过程中将其割碎，即得锌粒。
铜片——把废旧电池上的铜帽取下砸扁，用煮沸的稀H2SO4洗涤，用水洗净晾干，得紫红色铜片。
碳棒——从废旧电池中取出，洗净即可，可用于电解池的电极。
氯化铵——洗涤干电池中黑色糊状物时，其不溶于水的物质基本是MnO2，氯化铵则溶于水中，将溶液过滤得澄清溶液，加热、蒸发、浓缩、结晶，即得氯化铵晶体。
【典型例题】
类型一：常见的几种化学电源
例1、(2019西城质检)一种充电电池放电时的电极反应为： H2+2OH--2e-=2H2O； NiO(OH)+H2O+e-=Ni(OH)2+OH- 当为电池充电时，与外电源正极连接的电极上发生的反应是 A. H2O的还原 B. NiO(OH)的还原 C. H2的氧化 D. NiO(OH) 2的氧化 【答案】D
【解析】由题中给出的电极反应可判断出做原电池时，H2是还原剂被氧化、NiO(OH)是氧化剂被还原，则充电时H2是还原产物、NiO(OH)是氧化产物，与正极相连的是阳极发生氧化反应，所以D选项正确。 【总结升华】本题考查二次电池中的氧化还原问题。原电池放电时，先要分析氧化剂与还原剂，氧化剂被还原、还原剂被氧化；充电时（电解池），将原电池负极反应式反着写为还原过程，发生在阴极，原电池中的正极反应反着写为氧化过程，发生在阳极。 举一反三：
【变式1】一种新型燃料电池，它以多孔镍板为电极插入KOH溶液中，然后分别向两级通入乙烷和氧气，其总反应式为2C2H6+7O2+8KOH=4K2CO3+10H2O，有关此电池的推断正确的是( )
A．负极反应为14 H2O+7O2+8 e-=28OH-
B．放电一段时间后，负极周围的c(OH-)升高
C．每消耗1mol C2H6，则电路中转移的电子为14mol
D．放电过程中KOH的物质的量浓度不变
【答案】C
【解析】由电池的总反应方程式可推出其正、负极反应的电极反应式分别为：正极：14H2O+7O2+8e-=28OH-，负极：2C2H6+36OH--28e-=4CO32-+24H2O，可知A错误。放电时正极产生OH-，故pH升高，负极消耗OH-，故pH降低，B错误。由于正、负极产生和消耗OH-的总量不等，故OH-的浓度减小，D错误。
【变式2】（2019 北京八中）制造地球卫星用到的一种高能电池——银锌蓄电池，其电池的电极反应式为：
2Zn＋2OH－－2e－2ZnO＋H2↑，Ag2O＋H2O＋2e－2Ag＋2OH－。据此判断氧化银是( )
A．负极，并被氧化 B．正极，并被还原
C．负极，并被还原 D．正极，并被氧化
【答案】B
类型二：废旧电池的问题
例2、随着人们生活质量的不断提高，废电池必须进行集中处理的问题被提到议事日程，其首要原因是( )
A．利用电池外壳的金属材料
B．防止电池中汞、镉和铅等重金属离子对土壤和水源的污染
C．防止电池中渗漏的电解液腐蚀其他物品
D．回收其中的石墨电极
【答案】B
【解析】主要原因是对环境的污染，尤其是重金属带来的污染。这也体现了社会物质文明的发展、精神文明的进步、政府对人民的人文关怀。
【总结升华】注意重金属的污染和回收利用。
举一反三：
【变式1】下列化学电池中不易造成环境污染的是（ ）
A．锂电池 B．锌锰电池 C．镍镉电池 D．氢氧燃料电池
【答案】D
【解析】氢氧燃料电池的生成物为水，不易造成环境污染。
【巩固练习】
一、选择题（每题只有一个选项符合题意）
1．(2019 海淀质检)下图是氢氧燃料电池构造示意图。关于该电池的说法，不正确的是( )
A．a极是负极
B．该电池总反应为2H2＋O22H2O
C．电子由b通过灯泡流向a
D．氢氧燃料电池是环保电池
2．下列说法中正确的是( )
①燃料电池的反应物可不储存在电池的内部
②锌锰干电池是一次电池，铅蓄电池是二次电池
③锂电池是新一代可充电电池
④燃料电池作为汽车驱动能源已研发成功
A．②③④ B．①②③④
C．①②③ D．①③④
3．下列有关电池的说法不正确的是（ ）
A．手机上用的锂离子电池属于二次电池
B．铜锌原电池工作时，电子沿外电路从铜电极流向锌电极
C．甲醇燃料电池可把化学能转化为电能
D．锌锰电池中，锌电极是负极
4. 如下图所示为普通锌锰电池(即“干电池”)的组成和结构示意图，其中MnO2的作用是吸收正极放出的H2，下列说法正确的是( )
A．锌是正极，MnO2是负极
B．锌是负极，MnO2是正极
C．锌是正极，石墨是负极
D．锌是负极，石墨是正极
5．（2019 西城质检）我国首创的海洋电池以铝板为负极，铂网为正极，海水为电解质溶液，空气中的氧气与铝反应产生电流，电池总反应：4Al＋3O2＋6H2O===4Al(OH)3。下列说法不正确的是( )
A．正极反应式：2H2O＋O2＋4e－===4OH－
B．电池工作时，电流由铝电极沿导线流向铂电极
C．以网状的铂为正极，可增大与氧气的接触面积
D．该电池通常只需要更换铝板就可继续使用
6．燃烧电池是利用燃烧（如H2、CO、CH4等）跟氧气或空气反应，将化学能转化为电能的装置。电解质溶液是强碱溶液。下列关于甲烷的燃料电池说法中正确的为（ ） A．负极反应：O2+2H2O+4e-=4OH- B．负极反应：CH4+10OH--8e-=CO32-+7H2O C．随着放电进行，溶液的OH-浓度 D．放电时溶液中的阴离子向正极移动
7．关于化学电源的叙述，错误的是（ ）
A．化学电源均是根据原电池的工作原理设计的
B．在干电池中，碳棒只起导电作用，并不参与化学反应
C．镍镉电池不能随意丢弃的主要原因是镍、镉的资源有限，价格昂贵
D．燃料电池是一种高效、环保的新型化学电源
8．（2019 四中同步）制造地球卫星用到的一种高能电池——银锌蓄电池，其电池的电极反应式为：
2Zn＋2OH－－2e－2ZnO＋H2↑，Ag2O＋H2O＋2e－2Ag＋2OH－。据此判断氧化银是( )
A．负极，并被氧化 B．正极，并被还原
C．负极，并被还原 D．正极，并被氧化
9．(2019 银川一中)有人预言：H2是21世纪最理想的能源，其根据不正确的是( )
A．生产H2的原料来源广阔
B．在等质量的可燃气体中，H2燃烧时放出的热量多
C．H2易液化，携带方便
D．燃烧时无污染
10．废旧电池处理不当不仅造成浪费，还会对环境造成严重污染，对人体健康也存在极大的危害。有同学想变废为宝，他的以下想法中你认为不正确的是（ ）
A．把锌皮取下洗净用于实验室制取氢气
B．把碳棒取下洗净用作电极
C．把铜帽取下洗净回收利用
D．将废电池中的黑色糊状物用作化肥
二、填空题
1．航天技术中使用的氢氧燃料电池具有高能、轻便和不污染环境等优点。氢氧燃料电池有酸式和碱式两种，它们放电时的电池反应总式都表示为：2H2+O2=2H2O。 酸式氢氧燃料电池的电解质是酸，其负极反应可表示为：2H2-4e-=4H+，则其正极反应表示为：______________________；碱式氢氧燃料电池的电解质是碱，其正极反应式表示为：O2+2H2O+4e-=40H一， 则其负极反应式可表示为：___________。
2．现代社会对耗电量高的便携式电器需求越来越大。化学家又研制出新型封闭式体积小的充电电池——镍镉电池。它以镉(Cd)为负极，NiO(OH)为正极，以KOH为电解质，其寿命比铅蓄电池长，广泛应用于收录机，无线对讲机、电子闪光灯、电动剃须刀等。
（1）试写出这种电池放电时正负极反应和总反应方程式；
（2）废弃的镍镉电池已成为重要的环境污染物。有资料表示一节废镍隔电池可以使面积为1平方米的耕地失去使用价值。对于酸性土壤尤为严重，这是因为
________________________________________________________________________；
（3）下图是废弃的镍镉电池的重金属渗入水体后，进入人体的一条途径：
A→B→C→D→人
生物体D中重金属物质的量浓度__________(选填“大于”“小于”或“等于”)生物体A中重金属物质的量浓度。这是通过食物链的富集作用引起的。除了上述途径外，被污染水体中重金属还可以直接通过__________________途径进入人体。
【答案与解析】
一．选择题
1．C
2．B
3．B
【解析】电池分为一次电池、二次电池和新型电池（燃料电池）。手机上用的锂离子电池可以反复充放电，属于二次电池，A选项正确。锌比铜活泼，因此构成原电池时，锌失电子作负极，电子沿外电路流向正极铜，所以B错误。
4．D
【解析】锌锰电池是用锌制的圆筒形外壳作负极，位于中央的盖有铜帽的石墨棒作正极，圆筒内填充 ZnCl2、NH4Cl和淀粉糊作电解质，还填有MnO2作去极化剂，吸收正极放出的H2，防止产生极化现象。故选D。
5．B
【解析】该电池的负极反应式：4Al－12e－===4Al3＋；正极反应式：6H2O＋3O2＋12e－===12OH－。电池工作时电子由负极(铝电极)流向正极(铂电极)。 6．B
【解析】负极应该发生氧化反应，所以A错误，B正确；反应消耗OH-，所以OH-浓度减小，C错误，放电时，负极发生氧化反应失电子，生成的离子带正电，所以吸引溶液中的阴离子向负极移动，D错误。
7．C
【解析】镍镉电池不能随意丢弃的主要原因是镍、镉属于重金属，会对环境造成严重的污染。
8．B
9．C
10．D
【解析】电池内部填有氯化铵、MnO2等化学物质，将废电池中的黑色糊状物用作化肥会对环境造成严重污染。
二、填空题
1．O2+4H++4e-=2H2O， H2+2OH--2e-?=2H2O
【解析】正极反应式加负极反应式等于总反应式，即在保证转移电子总数相等的前提下，用总反应式减去负极反应式即得正极反应式。
2．（1）负极：Cd－2e－＋2OH－===Cd(OH)2
正极：2NiO(OH)＋2e－＋2H2O===2Ni(OH)2＋2OH－
总反应：Cd＋2NiO(OH)＋2H2O===Cd(OH)2＋2Ni(OH)2
（2）Ni(OH)2、Cd(OH)2溶于酸
（3）大于 饮水
【解析】（1）Cd为负极，失去电子成为Cd2＋，电解质为KOH，放电后，它与Cd2＋反应生成Cd(OH)2。NiO(OH)为正极，得到电子成为Ni2＋，放电后，与KOH反应生成Ni(OH)2。
（2）Ni(OH)2、Cd(OH)2难溶于水，但Ni(OH)2、Cd(OH)2易溶于酸生成Cd2＋和Ni2＋，造成严重污染。
（3）通过食物链的富集作用，生物体内重金属物质的量浓度按A、B、C、D、人逐渐增大。