【暑假预习】第20讲 化学电源-2025年新高二化学暑假衔接讲练 (人教版)（含答案）

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知识点1 化学电源概述
1.化学电源的分类
原电池是各种化学电源的雏形，常分为如下三类：
① 电池：也叫做干电池，放电后不可再充电的电池。
② 电池：又称可充电电池或蓄电池，放电后可以再充电而反复使用的电池。
③ 电池：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。
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，随处丢弃会对生态环境和人体健康造成危害。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。
知识点二 一次电池和二次电池
1.一次电池：锌锰干电池
2．铅酸蓄电池
铅酸蓄电池是一种常见的二次电池，其放电过程表示如下：
Pb＋PbO2＋2H2SO4===2PbSO4＋2H2O
(1) 是Pb， 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＋SOeq \\al(2－,4)－2e－===PbSO4 ；
②正极反应式是PbO2＋4H＋＋SOeq \\al(2－,4)＋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＋SOeq \\al(2－,4) ；
②阳极(氧化反应)反应式是PbSO4＋2H2O－2e－===PbO2＋4H＋＋SOeq \\al(2－,4) ；
③充电时，铅蓄电池正极与直流电源 相连，负极与直流电源 相连。即“负极接负极，正极接正极”。
铅酸蓄电池的充电过程与其放电过程相反。
3．锂离子电池
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。
4. 化学电源电极反应式的书写
(1)根据电源总反应式或装置确定正、负极的反应物；原电池的正极大多数只起导电作用，而化学电源的正极材料得电子参与电极反应。
(2)根据电源总反应式的产物或装置中微粒的种类确定稳定的产物。特别注意溶液的酸碱性和离子共存问题。
(3)利用氧化还原配平方法配平电极反应式，运用原子守恒和电荷守恒进行检查。
知识点3 燃料电池
1．燃料电池
燃料电池是一种连续地将 和 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。
2．氢氧燃料电池
(1)基本构造
(2)工作原理
3．燃料电池电极反应式的书写方法
负极为燃料失电子发生 。
正极为氧气得电子发生 。
如CH4碱性(KOH溶液)燃料电池负极反应式的书写方法：
第一步：确定生成物
CH4eq \(――→,\s\up7(O2))eq \b\lc\[\rc\ (\a\vs4\al\c1(H2O,CO2\(――→,\s\up7(KOH))CO\\al(2－,3)＋H2O))
第二步：确定电子转移和变价元素原子守恒
eq \(C,\s\up6(－4))H4－8e－―→eq \(C,\s\up6(＋4))Oeq \\al(2－,3)＋H2O；
第三步：依据电解质性质，用OH－使电荷守恒
CH4－8e－＋10OH－―→COeq \\al(2－,3)＋H2O；
第四步：依据氢原子守恒配平H2O的化学计量数
CH4－8e－＋10OH－===COeq \\al(2－,3)＋7H2O。
【特别提醒】常见燃料电池
(1)H2、CH4、N2H4、CH3OH、NH3、煤气等均可作为燃料电池的燃料。
(2)电解液可以是酸(如H2SO4)、碱(如KOH)也可以是熔融盐(如Li2CO3-Na2CO3混合物)。
(3)燃料电池电极反应式的书写与电解质溶液有密切关系，酸性溶液中电极反应式不能出现OH－，碱性溶液中电极反应式不能出现H＋。
4.几种重要的燃料电池
(1)甲烷燃料电池
(2)乙醇燃料电池
(3)熔融盐燃料电池
如用Li2CO3和Na2CO3的熔融盐混合物为电解质的燃料电池，CO为燃料，空气与CO2的混合气为助燃气，制得在650 ℃下工作的燃料电池，在工作过程中，电解质熔融盐的组成不变。
正极：O2＋2CO2＋4e－===2COeq \\al(2－,3)；
负极：2CO＋2COeq \\al(2－,3)－4e－===4CO2；
总反应：2CO＋O2===2CO2。
考点一 一次电池
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＋，2NHeq \\al(＋,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．碱性电池具有容量大、放电电流大的特点，因而得到广泛应用。碱性锌锰电池以氢氧化钾溶液为电解液，电池总反应式为Zn(s)＋2MnO2(s)＋2H2O(l)===Zn(OH)2(s)＋2MnO(OH)(s)。下列说法中错误的是( )
A．电池工作时，锌失去电子
B．电池正极的电极反应式为2MnO2(s)＋2H2O(l)＋2e－===2MnO(OH)(s)＋2OH－(aq)
C．电池工作时，电子由正极通过外电路流向负极
D．外电路中每通过0.2 ml电子，锌的质量减少6.5 g
考点二 二次电池
4．铅酸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．SOeq \\al(2－,4)只向PbO2处移动
D．电解质溶液的密度不断减小
5．我国科学家发明的一种可控锂水电池，可作为鱼雷和潜艇的储备电源。其工作原理如图所示。
下列有关说法不正确的是( )
A．电池工作时，电子的流向：锂电极→导线→石墨电极
B．水既是氧化剂又是溶剂，有机电解质可用水溶液代替
C．电池总反应为2Li＋2H2O===2LiOH＋H2↑
D．该装置不仅可提供电能，还可提供清洁燃料氢气
6．下列关于铅酸蓄电池的说法正确的是( )
A．放电时，正极上发生的反应是Pb＋SOeq \\al(2－,4)－2e－===PbSO4
B．放电时，该电池的负极材料是铅板
C．充电时，电池中硫酸的浓度不断减小
D．充电时，阳极上发生的反应是PbSO4＋2e－===Pb＋SOeq \\al(2－,4)
考点三 燃料电池
7．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．多孔电极b的电极反应式为H2＋2e－＋O2－===H2O
C．多孔电极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
8．乙烯催化氧化成乙醛(CH3CHO)可设计成如图所示的燃料电池，下列说法正确的是( )
A．每有0.1 ml O2反应，则迁移H＋ 0.4 ml
B．正极反应式为CH2===CH2－2e－＋2OH－===CH3CHO＋H2O
C．电子移动方向：电极a→导线→电极b→电解质溶液→电极a
D．该电池为可充电电池
9．如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 ml e－，消耗氧气0.25 ml
考点四 新型电池
10．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 ml Na2Mn5O10转移2 ml电子
C．Na＋不断向“水”电池的负极移动
D．AgCl是还原产物
11．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
12．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N2＋8H＋＋6e－===2NHeq \\al(＋,4)
C．A溶液中所含溶质为NH4Cl
D．当反应消耗1 ml N2时，则消耗的H2为67.2 L
知识导图记忆
知识目标复核
【学习目标】
1.常见的化学电源及其分类。
2.掌握一次电池、二次电池的电极方程式的书写。
3.积极回收利用废旧电池，减少其对环境的污染。
【学习重难点】
1.常见电池的分类。
2.各类电极方程式的书写。
1．（24-25高二上·江苏无锡·期末）铅蓄电池的工作原理可表示为，其构造示意图如图所示。下列有关说法不正确的是

A．放电时，正、负电极质量均增大
B．放电时，溶液的pH减小
C．充电时，Pb与电源负极相连接
D．充电时，每消耗，转移电子数为
2．（24-25高二上·江苏南京·期末）碱性锌锰电池的总反应为，电池构造示意图如图所示。下列有关说法不正确的是
A．负极的电极反应式：
B．电池工作时，通过隔膜向负极移动
C．环境温度过低，不利于电池放电
D．反应中每生成1mlMnOOH，转移电子数为
3．（24-25高二上·山东枣庄·月考）下列有关原电池的说法不正确的是
A．图甲所示装置中，盐桥中的向盛有溶液的烧杯中移动
B．图乙所示装置中，正极的电极反应式为
C．图丙所示装置中，使用一段时间后，锌筒会变薄
D．图丁所示装置中，使用一段时间后，电解质溶液的酸性减弱，导电能力下降
4．（24-25高二上·北京昌平·期末）酸性锌锰干电池与碱性锌锰干电池的构造示意图如下图所示，碱性锌锰干电池的总反应为：Zn + 2MnO2 + H2O = 2MnO(OH) + ZnO。
关于两电池及其工作原理，下列说法中正确的是
A．碱性锌锰干电池中锌粉发生的电极反应为：Zn –2e−+ 2OH-= ZnO
B．两电池中MnO2均发生氧化反应
C．每生成1 ml MnOOH，转移2 ml电子
D．用KOH替代NH4Cl，可降低对金属外壳的腐蚀
5．（24-25高二上·天津河西·期末）下面是几种常见的化学电源示意图。有关说法错误的是
A．上述电源分别属于一次电池、二次电池和燃料电池
B．干电池在长时间使用后，锌筒被破坏
C．铅蓄电池中每通过，负极减轻
D．氢氧燃料电池是一种具有应用前景的绿色电源
6．（24-25高二上·黑龙江·期末）“大气固碳”锂电池原理，装置如图所示。下列说法错误的是
A．充电时，电极A接电源的正极
B．充电时，左室锂电极的质量增加
C．放电时，锂离子通过聚合物电解质膜进入右室
D．放电时，电极B的电极反应为
7．（24-25高二上·山东青岛·期中）化学电源在生活中应用广泛。下列说法错误的是
A．图Ⅰ和图Ⅱ中的负极反应式相同
B．图Ⅰ和图Ⅱ比较，酸性锌锰电池易发生自放电而导致存放时间较短
C．图Ⅲ：铅蓄电池使用过程中，两电极的质量均增加
D．图Ⅳ：溶液中向负极移动，、向正极移动
8．（24-25高二上·河南南阳·月考）锂锰电池是最常见的一次性3V锂电池，电池的总反应为，电池结构如图所示，下列说法正确的是
A．电解质可用氯化锂溶液代替
B．a极发生还原反应，电极反应式为
C．电池放电时，移向a极
D．电路中转移0.1ml电子时，b极质量增重0.7g
9．（24-25高二上·福建南平·期中）新能源汽车是国家战略产业的重要组成部分，电池是能源汽车关键部件之一，其工作原理如图所示，电池工作时的总反应为。下列说法正确的是
A．充电时，电极b与电源负极连接，电极a与电源正极连接
B．电池工作时，正极的电极反应为
C．电池工作时，负极材料质量减少，转移电子
D．电池进水不会影响其使用寿命
10．（24-25高二上·辽宁·期末）一种以金属钒离子为活性物质的全钒液流电池工作原理如图所示。全钒液流电池是以、价态的钒离子溶液和、价态的钒离子溶液分别作为电极的活性物质，储存在各自的电解液储罐中。充、放电时，正、负极电解液在隔膜两侧进行氧化还原反应。下列说法正确的是
A．极是负极，极是正极
B．放电时，应通过泵向极室送入
C．放电时，负极反应为
D．充电时，阳极反应为
11．（24-25高二下·江苏无锡·月考）氢氧燃料电池是使用在航天领域常见的燃料电池，其反应原理如图所示。下列说法正确的是

A．该电池工作时实现了电能转化为化学能
B．该电池中电极a是负极
C．电极b的反应式为：O2-4e-+4H+=2H2O
D．当转移电子0.2ml时，消耗2.24LH2
12．（24-25高二下·广东江门·月考）燃料电池是CO、H2、CH4等与O2(或空气)发生反应将化学能转化为电能的装置，若电解质溶液是KOH溶液，下列关于CH4燃料电池的说法不正确的是
A．正极反应式：O2+2H2O+4e- =4OH-
B．负极反应式：CH4+8OH- -8e- = CO2+6H2O
C．放电时，溶液中OH-浓度减少
D．放电时溶液中的阴离子向负极移动
13．（24-25高二上·广西柳州·期中）一种—空气燃料电池的工作原理如图所示，该电池工作时，下列说法正确的是
A．通过质子交换膜向左侧多孔石墨棒移动
B．负极的电极反应式为
C．若产生1ml，则通入的体积等于16.8L
D．电子的流动方向为从负极经电解质溶液流向正极
14．（24-25高二上·黑龙江齐齐哈尔·月考）一种以某固体氧化物为电解质的新型燃料电池，可在该固体氧化物电解质中自由移动，产物对环境无污染。下列说法正确的是
A．若A为氢气，则正极反应式为
B．若B为氧气，则该电极反应式为
C．若A为甲烷，则消耗甲烷外电路中流过的电子数目为
D．若A为肼()，B为氧气，则电池总反应为
15．（24-25高二上·北京·期末）Al-AgO电池可用作水下动力电源，其原理如图所示。下列说法不正确的是
A．当电极上析出时，电路中转移的电子为
B．溶液中的向隔膜右侧移动，向隔膜左侧移动
C．电极的电极反应式为
D．该电池的总反应为
普通锌锰干电池
碱性锌锰干电池
示意图
构造
负极：
正极：
电解质溶液：氯化铵和氯化锌
负极反应物：
正极反应物：
电解质溶液：氢氧化钾
工作原理
负极：Zn－2e－＋2NHeq \\al(＋,4)==Zn(NH3)eq \\al(2＋,2)＋2H＋
正极：2MnO2＋2H＋＋2e－==2MnO(OH)
总反应：Zn＋2NH4Cl＋2MnO2===Zn(NH3)2Cl2＋2MnO(OH)
负极：Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2
正极：2MnO2＋2H2O＋2e－===2MnO(OH)＋2OH－
总反应：Zn＋2MnO2＋2H2O===2MnO(OH)＋Zn(OH)2
电极
电极反应
负极
嵌锂石墨(LixCy)：LixCy－xe－===xLi＋＋Cy
正极
钴酸锂(LiCO2)：Li1－xCO2＋xLi＋＋xe－===LiCO2
总反应
LixCy＋Li1－xCO2===LiCO2＋Cy
酸性电解质(H2SO4)
碱性电解质(KOH)
负极反应


正极反应


总反应

电解质溶液
电极反应
总反应
H2SO4溶液
负极：CH4＋2H2O－8e－===CO2＋8H＋
正极：2O2＋8H＋＋8e－===4H2O
CH4＋2O2===CO2＋2H2O
KOH溶液
负极：CH4＋10OH－－8e－===COeq \\al(2－,3)＋7H2O
正极：2O2＋4H2O＋8e－===8OH－
CH4＋2O2＋2OH－===COeq \\al(2－,3)＋3H2O
电解质溶液
电极反应
总反应
H2SO4溶液
负极：C2H5OH＋3H2O－12e－===2CO2↑＋12H＋
正极：3O2＋12H＋＋12e－===6H2O
C2H5OH＋3O2===2CO2＋3H2O
NaOH溶液
负极：C2H5OH＋16OH－－12e－===2COeq \\al(2－,3)＋11H2O
正极：3O2＋6H2O＋12e－===12OH－
C2H5OH＋3O2＋4OH－===2COeq \\al(2－,3)＋5H2O
教材习题03（P103）
下列电池不属于化学电源的是( )
A.碱性锌锰电池
B.铅酸蓄电池
C.燃料电池
D.太阳能电池
解题方法
教材习题04（P103）
下列有关原电池的叙述不正确的是( )
A．水果电池是方便实用的家用电池
B．铅酸蓄电池是一种常用的二次电池
C．氢氧燃料电池是一种高效、无污染的发电装置
D．碱性锌锰电池工作一段时间后，锌外壳逐渐变薄
解题方法
图Ⅰ酸性锌锰电池
图Ⅱ碱性锌锰电池
图Ⅲ铅蓄电池
图Ⅳ银锌纽扣电池