高中化学选必一 第4章 第1节 第2课时 常见化学电源（一）-一次电池和二次电池

第2课时常见化学电源(一)———次电池和二次电池

［核心素养发展目标］1.了解化学电源种类并认识化学电源在实际生活中的应用。2.掌握一次

电池、二次电池的反应原理并能书写电极反应式。

一、一次电池及工作原理

1.化学电源概述

⑴化学电源的分类

原电池是各种化学电源的雏形,化学电源包括一次电池、二次电池和燃料电池。

⑵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铝电能的多少。

②比功率：单位质显或单位体积所能输出功率的大小。

③电池可储存时间的长短。

2.一次电池

⑴一次电池是放电后不可再充电的电池,其电解质溶液制成胶状，不流动，又叫干电池。

(2)常见的一次电池

,普通锌钛电池

一次电池(干电池碱性锌镒电池

.锌银电池

(3)优点：结构简单、价格低廉；缺点：会发生自放电，不能长期放置

(4)实例分析——碱性锌镐电池

①电池构造

锌粉和

一KOH的

混合物

-MnO2

一金属

夕浇

负极反应物：性粉；正极反应物：MnQ2；电解质：KOH。

②工作原理

总反应：Zn4-2MnO2+2H2O=2MnO(OH)+Zn(OH)2<.

-

负极反应式：Zn-l-2OH-2e=Zn(OH)2；

-

正极反应式：Mn02+H20-|-e=Mn0(0H)+0H-o

r正误判断J

(1)狭镐包池不能随意丢弃的主要原因是银、镐的资源有限，价格昂贵()

(2)在干电池中，碳棒只起导电作用，并不参加化学反应()

(3)干电池根据电池内的电解质分为酸性电池和感性电池()

(4)碱性锌镒电池是一次也也，其中MnCh是催化剂，可使碱性锌镒电池的比能量高、可储存

时间长()

答案(1)X(2)7(3)7(4)X

r思考交流」

1.普通锌镒电池的电池反应一般认为是Zn+2MnO2+2NH4C1=Zn(NH3)2CI2+

2MnO(OH),其构造如图。

根据电池反应及构造图，解答：

+

(1)负极材料是锌简,负极反应式：Zn-2e+2NH4=Zn(NH3)l+2H\

+

(2)正极材料是石盟棒,正极反应式：MnO2+H+e-=MnO(OH)o

⑶电解质溶液是NH^CI糊。

2.纽扣式锌银电池

总反应式：Zn+Ag2O=ZnO+2Ag,根据示意图解答：

Ag2O

浸了KOH(aq)金属外壳

的隔板

--

(1)负极反应物为壁，反应式：Zn+2OH-2e=ZnO+H2Oo

-

(2)正极反应物为Ag2Q，反应式：Ag2O+2e+H2O=2Ag+2OH\

(3)电解质溶液是KOH溶液。

■归纳总结

已知原电池总反应式，书写电极反应式的方法

(1)分析原电池总反应式中各元素的化合价变化情况，找出氧化剂及其对应的还原产物，氧化

剂发生的反应即为正极反应；找出还原剂及其对应的氧化产物，还原剂发生的反应即为负极

反应。

(2)若某一电极反应较难书写，可先写出较简单的电极反应式，然后利用总反应式减去该电极

反应式即可得到另一电极反应式。

二、二次电池

1.二次电池

又称可充电电池或蓄电池,是一类放电后可以再充电而反复便用的电池。

2.实例分析——铅酸蓄电池

⑴电池构造

放电反应和充电反应总反应式表示如下：

Pb+PbCh+2H2s042PbS0+2H0

允Hi42o

(2)放电反应原理

①负极反应式：Pb+SO3--2e-=PbSO4；

+

②正极反应式：PbO2+4H+SOr+2e-=PbSO4+2H20；

③放电过程中，负极质量增大,稀H2sCU的浓度减小。

(3)充电反应原理：充电过程与其放电过程相反。

(4)铅酸蓄电池的优缺点

①优点：电压稳定、使用方便、安全可靠、价格低廉。

②缺点：比能量低、笨重。

r正误判断J

(1)手机、电脑中使用的锂离子电池属于一次电池()

(2)铅酸苕电池放电时，正圾与负极质量均增加()

(3)铅酸蓄电池中的PbCh为负极()

(4)铅酸蓄电池工作过程中,每通过2moi电子，负极质量减轻207g()

答案(1)X(2)V(3)X(4)X

r应用体验」

(2023•广东湛江期中)铅酸蓄电池是一种常见的电池，下列说法不正确的是()

A.铅酸蓄电池是二次电池，充电时电能转化为化学能

B.放电时,外电路中电子由Pb流向PbCh

C.放电时，负极反应为Pb—2e—=Pb"

D.放电时，H+移向PbO2

答案C

解析放电时，Pb作负极，PbCh作正极，外电路中电子由Pb流向PbCh,B正确；放也时，

-

负极Pb发生氧化反应生成PbSO4,电极反应为Pb4-SOf-2e=PbSO4,C错误。

■归纳总结「

(1)二次电池充电时的电极连接方法——正接正，负接负C

(2)充电时的电极反应式的书写

放电时的负极反应式旦"充电时的阴极反应式

放电时的正极反应式上山一充电时的阳极反应式

三、拓展——锂离子电池复杂电极反应式的书写

I.锂离子电池

锂离子电池具有质量小、体积小、储存和输出能量大等特点，是多种便携式电子设备(如智能

手机、笔记本电脑等)和交通工具(如电动汽车、电动自行车等)的常用电池。

⑴一种可充电锂离子电池——钻酸锂-嵌锂石墨电池，其电池反应为Li.vCv4-Lii-

vCoO2=LiCoO2+Cyo

①写出电池放电时的电极反应式。

负极：L\xCy—xe~=.vLi*+Cv；

正极：Lii-CoCh+xLi*+j;e==LiCoO2。

②简述放电和充电过程中Li+运动情况。

答案放电时，锂离子由石墨中脱嵌移向正极，嵌入牯酸锂晶体中；充电时，锂离子从钻酸

锂晶体中脱嵌，由正极I可到负极，嵌入石墨中。

(2)磷酸铁锂电池是以磷酸铁锂为正极材料的一种锂离子二次电池，电池总反应为Li.xFePOj

+Li.C6LiFePO-FC6，其原理如图所示：

v允用4

磷酸铁1Ml石墨

锂电极1III(电极

只

电解放隔膜

①放甩时，负极是石墨电极,Li，移向磷酸铁锂电极,正极的电极反应式为L"xFePO4+xe

IALi+=LiFcPO4o

②充电时，原电池的负极称为阴极，正极称为阳极。阴极反应式为C6+xLi++xe-=LixC6；

阳极反应式为LiFePCh-.归一=01-.iFePOj+xLi-。

2.复杂电池反应中电极方程式的书写

负极反应式：符合“还原剂-”e—一辄化产

F应用体验」

1.（2024•郑州市第四十七中学高二检测）钠离子电池比锂离子电池更稳定，造价更低。某钠离

子电池结构如图，已知电池反应：NaiFMnO2+NaC=NaMnO2+"C。下列说法错误的是

A.放电时，正极的电极反应式为Na—MnCh+xNa+xe-=NaMnC）2

B.放电时，负极的电极反应式为Na、C”一xe-=xNa'+〃C

C.放电时，外电路中每转移0.2mol电子，理论上石墨烯电极质量减少4.6g

D.相同质量的负极材料，钠离子电池比锂离子电池可以提供更多电量

答案D

解析由图可知，放电,时，石墨烯也极为负极，NaK”在负极失去位子发生氧化反应生成钠

离子和C,电极反应式为NaACM—xe-=xNa^+nC,Nai—MnCh在正极得到电子发生还原反

应生成NaMnCh,电极反应式为Nai-xMnO2+.vNa++.¥e_=NaMnO2<»

2.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。高铁电池放电时的总反应式为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,放电时负极反应式为。

（2）放电时，正极发生________（填“氧化”或“还原”）反应；正极反应式为

放电时，（填“正”或“负”）极附近溶液的碱性增强。

答案（l）ZnZn+2OH-2e=Zn（OH）2

_-

（2）还原FeOr+3e+4H2O=Fe（OH）3+5OH正

课时对点练

（选择题1〜7题，每小题6分，8〜12题，每小题8分，共82分）

0对点训练

题组一化学电源概述

1.下列电池不属于化学电源的是（）

A.碱性干电池B.铅酸蓄电池

C.燃料电池D.太阳能电池

答案D

解析常见的化学电源：城性干电池、蓄电,池、燃料电池，可以将化学能转化为电能，而太

阳能电池是将太阳能转化为电能的装置，不是化学电源。

2.下列说法不正确的是（）

A.原电池中发生的可逆反应达到平衡时，该电池仍有由流产生

B.铅酸蓄电池的缺点是比能量低、笨重

C.普通锌锌电池与碱性锌钵电池的比能量不同

D.燃料电池能量转化率高，活性物质由外界加入，可实现连续不间断供电

答案A

解析原电池中发生的可逆反应达到平衡时，正、逆反应速率相等，各物质的浓度不变，不

再有电流产生，A错误；铅酸蓄电池的缺点是比能量（单位质量所蓄电能）低，十分笨圭，对

环境腐蚀性强，循环使用寿命短，B正确；碱性锌线电池中负极反应更充分，比能量比普通

锌镒电池高，C正确；燃料电池为一种把燃料所具有的亿学能直接转换成电能的化学装鬟，

能量转化率高，活性物质由外界加入，可实现连续不间断供电，D正确。

题组二一次电池

3.体温枪能快速检测人体体温，其所用的电池为一种锌银电池（如图所示），电池的总反应式为

Zn+Ag2O=ZnO+2Ag。下列关于该电池的说法正确的是（）

Zn粉

浸有KOH

溶液的隔板

Ag?o粉

A.AgzO电极作正极，发生氧化反应

B.该电池放电时溶液中的K'向Zn电极移动

C.电池工作时，电流从Ag2O电极经过隔板流向Zn电极

D.该电池的负极反应为Zn-2e-+2OH-=ZnO+H2O

答案D

解析根据总反应式可知，Ag2O中银元素化合价降低，得到包子，作原电池正极，发生还

原反应，溶液中的K+向Ag2O电极移动，A、B错误；电池工作时，电流从Ag?O电极经过

外电路流向Zn电极，C错误；Zn化合价升高，作原电池负极，根据总反应式可得该电极反

--

应为Zn-2e+2OH=ZnO+H2O,D正确。

4.(2023•宁夏吴忠中学高二期中)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。碱性锌镉电池以氢氧化钾为电解质，电池总反应式为Zn+2MnO2+2H2O=Zn(OH)2+

2MnO(OH)。下列说法错误的是()

A.电池工作时，锌失去电子

B.电池正极反应式为MnO2+H2O+e-=MnO(OH)+OH-

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0.2mol电子，锌的质量理论上减少6.5g

答案C

解析由所给的电池总反应式可知，电池工作时，Zn失去电子，MnO?得到电子，每有1mol

Zn参加反应，则会有2mol电子从负极经外电路流向正极；正极反应为MnO24-H2O4-e-

=MnO(OH)+OH-：外电路中每通过0.2mol电子，Zn的质量理论上减少6.5g。

5.鱼雷采用Al-AgzO动力电池，以溶有氢氧化钾的流动海水为电解质溶液，电池反应为2Al

+3Ag?O+2KOH+3H?O=6Ag+2K[A1(OH)4下列说法错误的是()

A.Ag2。为电池的正极

B.电子由Ag?O极经外电路流向Al极

C.Al在电池反应中被氧化

D.溶液中的OH一向A1极迁移

答案B

解析该原电池中，A1元素化合价由。价升高为+3价，发生氧化反应，所以A1为负极，

Ag2O为正极，A、C正确；放电时，电子从负极沿导线流向正极即电子由A1极通过外电路

流向Ag2O极，B错误；放电叶，电解质溶液中阴离子向负极移动，即溶液中的OH一向AI

极迁移，D正确。

题组三二次电池

6.(2023•陕西榆林第一中学高二联考)铅酸蓄电池是常见的二次电池，已知充电时电池总反应

为2PbSO4+2H2O=PbO2+Pb+2H2SO4,其内部简易结构如图所示。下列说法正确的是

一电源号

----IM

―0-1

H2so式aq)

A.a是电源正极，b是电源负极

B.K连接M时，两个电极都有PbSO4生成

C.放电时，每转移0.5mole,消耗0.5molH2s0」

D.放电时，PbCh电极的电极反应式为PbO2+4H++2b=Pb2++2H2O

答案C

解析a连接Pb也极，发生PbSO』一Pb的还原反应(阴极)，a是电源负极，A错误；K连

接M时，该装置为充电过程，两个电极上分别生成Pb和PbCh,B错误；由放电总反应PbCh

+Pb+2H2SO4=2PbSO44-2H2O可知，每消耗2molH2SO4,转移2mole~,C正确：放电

时，PbO2的电极反应式为PbCh+4H++S0/+2e—=PhSO4+2H2。，D错误。

7.铁锲蓄电池又称爱迪生电池，电池的总反应为Fe+Ni2O34-3H2O臂Fc(OH)2+

允电

2Ni(OH)2,卜.列有关该电池的说法不正确的是()

A.电池的电解质溶液为碱性溶液，正极为Ni2Oa，负极为Fe

B.电池放电时，负极反应为Fe+20H一一2e-=Fe(OH)2

C.电池放电过程中，正极附近溶液的酸性增强

D.电池放电时，正极反应为Ni2O3+3H2O+2e—=2Ni(OH)2+2OH一

答案C

解析该充电电池中活泼金属Fe失去电子，为负极，NbCh为正极，因为放电时电极产物为

氢氧化物，可以判断电解质溶液为碱性溶液，A正确；放电时，负极铁失去电子生成Fe?*,

因为包解质溶液为碱性溶液，所以负极反应为Fe+2OFT—2e-=Fe(OH)2,B正确；放电时

正极反应为Ni2O3+3H2O+2e—=2Ni(OH)2+2OH,C绻误、D正确。

ID'综合强化

8.(2024•史庆高二期中)某低成本二次电池的工作原理如图所示(已知放电时Pb为负极)，其

中质子交换膜是H+选择性通透膜。下列说法正确的是（）

电源或负载

多

孔

碳Ph

电电

极小资族亦工二极

zZH2SO4（aq）r：H？SO/aq”

质子交换膜

A.放电过程中，负极Pb质量减小

3+2+

B.放电过程总反应为Pb+SOf+2Fe=PbSO4+2Fe

c.充电过程中，H+通过质子交换膜移向左侧

D.充电过程中，F/+在多孔碳电极上发生还原反应

答案B

解析分析可知，放包过程中，铅电极为原电池的负极，在硫酸根离子作用下铅失去电子发

生氧化反应生成硫酸铅，电极反应式为Pb+SO1-2e-==PbSO4,则放电过程中，铅电极的

质量增大，故A错误；充电过程中，与直流电源负极相连的铅电极为电解池的阴极，多孔碳

电极为阳极，则氢离子通过质子交换膜移向右侧，亚铁离子在阳极失去母子发生氧化反应生

成铁离子，故C、D错误。

9.研究人员最近发明了•种“水”电池，这种电池能利月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式可表示为5MnC）2+2Ag+2NaCl^=Na2Mn50io+2AgCl,下列有关

“水”电池在海水中放电时的说法正确的是（）

A.正极反应式：Ag+Cl—e--AgCl

B.每生成1molNazMibOio转移2mol电子

C.Naa不断向“水”电池的负极移动

D.AgCl是还原产物

答案B

解析根据总反应式中元素化合价的升降和正、负极的反应原理，正极反应式为5MnO2+2e

-=Mn50To,负极反应式为2Ag+2Q—2e=2AgCI,A项错误、B项正确：原电池中阳

岗于向正极移动，C项错误；AgCl是氧化产物，D项错误。

10.Mg-Ag。电池是一种能被海水激活的一次性贮备电池，电池反应的离子方程式为2AgCl

+Mg=Mg2++2Ag+2Cl,下列有关该电池的说法正确的是（）

A.Mg为电池的正极

B.负极反应为AgCl+e-=Ag+Cl

C.电流由镁电极经外电路流向正极

D.可用于海上应急照明供电

答案D

解析由电池反应的离子方程式看出，Mg是还原剂，AgCl是氧化剂，故金属Mg作负极，

其电极反应式为Mg-2e-=Mg2+,故A、B项错误；该电池是一种能被海水激活的一次性

贮备包池，电池工作时将化学能转化为电能，电能的产生可用于海上应急照明供电，故D项

正确。

11.被称为“软电池”的纸质电池，采用一个薄层纸片(在其一边镀锌，在其另一边镀二氧化

钵)作为传导体。在纸内的离子“流过”水和氧化锌组成的电解质溶液。总反应为Zn+2MnO2

+H2O=ZnO+2MnO(OH)»下列说法不正确的是()

A.当该电池消耗2moiMnO?时，与铅酸蓄电池消耗0.5molPb产生的电量相等

B.该电池二氧化钵为正极，发生还原反应

C.当0.1molZn完全溶解时，电池外电路转移的电子数约为1.204X1023

_-

D.电池正极反应式为MnO2+e+H2O=MnO(OH)+0H

答案A

解析当该电池消耗2mmMnCh时，传移2moi电子，铅酸蓄电池负极的电极反应式为Pb

—2e-+SOi-=PbSO4,产生相等电量时，可知消耗1molPb,A错误：反应中Mn元素化

合价降低，发生还原反应，作电池的正极，B正确；Zn元素化合价由0价升高为+2价，则

当0.1molZn完全溶解时，电池外电路转移0.2mol电子，包子数约为1.204X1()23,c正确；

正极上MnCh得电子发生还原反应，电极反应式为MnCh+e—+H2O=MnO(OH)+OH,D

正确。

12.(2023•北京丰台期中)如图是一种应用广泛的锂电池，LiPF6是电解质，SO(CH3)2是溶剂，

反应原理是4Li+FeS2=Fe+2Li2So下列说法不正确的是()

r-[gg-n

__hb

LiPF“

USO(CH)FeSz

A.该装置将化学能转化为电能

B.电子移动方向是由a极流向b极

C.电池工作过程中，负极质量减小

D.b极的电极反应式是F£2+4Li'—4eI=Fe+2L