認識化學電源

楊梓

化學電源在日常生活、交通運輸、科學研究、航空航天等領域有著廣泛的應用，因而倍受高考命題專家的青睞。因此，要認識“化學電源”的“真面目”，掌握“化學電源”的有關知識。

一、一次電池

一次電池是指放電之后不能充電（內部的氧化還原反應是不可逆的）的電池。有關一次電池的題目實質是主要考查原電池工作原理，掌握原電池工作原理是解題的關鍵。

例1 紐扣電池可用于計算器、電子表等的電源。有一種紐扣電池，其電極分別為Zn和Ag2O，以KOH溶液為電解質溶液，電池總反應為

Zn+Ag2O2Ag+ZnO

關于該電池的敘述不正確的是（? ）。

A.使用時電子由Zn極經外電路流向Ag2O極

B.電解質溶液中的OH-向Ag2O電極移動

C.正極的電極反應式為Ag2O+2e-+H2O2Ag+2OH-

D.Zn電極發生氧化反應，Ag2O電極發生還原反應

解析 根據原電池原理可知，Zn電極為原電池的負極，Ag2O電極為原電池的正極。在原電池中，電子由負極經外電路流向正極，則使用時電子由Zn極經外電路流向Ag2O極，A項正確;在原電池中，電解質溶液中的陰離子向負極移動，則電解質溶液中的OH-向Zn電極移動，B項不正確;在正極Ag2O得到電子生成Ag和OH-，則正極的電極反應式為

Ag2O+2e-+H2O2Ag+2OH-

C項正確;在原電池中，負極發生氧化反應，正極發生還原反應，則Zn電極發生氧化反應，Ag2O電極發生還原反應，D項正確。即答案應是B。

例2 （2018年6月浙江學業水平考試試題）普通鋅錳干電池的構造如圖1所示，其電池反應方程式為：

Zn+2NH4Cl+2MnO2

Zn（NH3）2Cl2+2MnOOH

下列說法不正確的是（? ）。

A.石墨作正極

B.鋅發生氧化反應

C.電池工作時，電子從石墨經導線流向鋅

D.正極的電極反應為：

NH+4+MnO2+e-MnOOH+NH3

解析 根據原電池原理可知，鋅筒作負極，發生氧化反應，石墨作正極，A、B項正確;在原電池中，電子從負極經外電路流向正極，則電池工作時電子從鋅經導線流向石墨，C項不正確;在正極MnO2得到電子生成MnOOH，則正極的電極反應為：

NH+4+MnO2+e-MnOOH+NH3

D項正確。即答案應是C。

二、二次電池

二次電池是指放電之后能充電的電池。其解題關鍵是要明確二次電池放電時是原電池，要根據原電池工作原理進行分析;二次電池充電時是電解池，要根據電解原理進行分析。

例3 （2020屆湖南省湘潭縣一中高三模擬）以柏林綠Fe[Fe（CN）6]為代表的新型可充電鈉離子電池，其放電工作原理如圖2所示。下列說法錯誤的是（? ）。圖2

A.放電時，負極反應：

2Mg-4e-+2Cl-[Mg2Cl2]2+

B.充電時，Mg箔接電源的負極

C.放電時，Na+通過交換膜從左室移向右室

D.外電路中通過 0.1 mol 電子的電量時，正極質量

變化為 2.3 g

解析 根據原電池原理可知，放電時，Mg為原電池的負極，Mo為原電池的正極。A項，放電時Mg失去電子并與Cl-結合生成[Mg2Cl2]2+，則負極反應為

2Mg-4e-+2Cl-[Mg2Cl2]2+

A項正確;B項，充電時Mg為電解池的陰極，則Mg箔接電源的負極，B項正確;C項，在原電池中內電路中的陽離子向正極移動，則放電時，Na+通過交換膜從右室移向左室，C項錯誤;D項，放電時的正極反應式為

Fe[Fe（CN）6]+2Na++2e-

Na2Fe[Fe（CN）6]

則外電路中通過 0.1 mol 電子的電量時增加0.1 mol Na+，即正極質量變化為 2.3 g，D項正確。即答案應是C。

例4 （2020屆廣東省高三模擬）鉀（K）資源豐富，成本低廉，用其制作的鉀離子電池有著超越鋰離子電池的發展前景。我國科研人員在鉀離子電池的研發上做出了巨大的貢獻。如圖3所示是我國某科研團隊研制的一種鉀離子電池充電時的示意圖，下列說法不正確的是（? ）。

A.放電時，外電路電子由電極a流向電極b

B.鉀離子電池電解液一般選擇有機溶劑，但會有一定的安全隱患

C.充電時，每當外電路中轉移1 mol e-，正極材料會“釋放”39 g K+

D.充電時，電極b上的電極反應式為：

WS2+xK++xe-KxWS2

解析 由題意可知，該示意圖為一種鉀離子電池充電時的示意圖，電池充電時為電解池;在電解池的電解質溶液中陽離子向陰極移動，根據電解原理由圖示K+的移動方向可知，電解b為電解池的陰極，電極a為電解池的陽極。A項，放電時為原電池，電極a為原電池的正極、電極b為原電池的負極，在原電池中電子由負極經導線流向正極，則.放電時外電路電子由電極b流向電極a，A項不正確;B項，鉀離子電池與鋰離子電池相似，電解液不選水溶液，一般選擇有機溶劑，該有機溶劑為碳酸酯類，這類溶劑的沸點較低、穩定性較差、在高溫下易分解、易被氧化，因為會有一定的安全隱患，B項正確;C項，充電時，正極材料（電解池的陽極，即電極a）發生氧化反應，由圖示信息可知電極a釋放了K+，根據電荷守恒原理可知，充電時，每當外電路中轉移1 mol e-，正極材料會“釋放”39 g K+，C項正確;D項，充電時，電極b（電解池的陰極）上發生還原反應，即WS2得到電子并與K+結合生成KxWS2，則充電時電極b上的電極反應式為WS2+xK++xe-KxWS2，D項正確。即答案應是A。

三、燃料電池

燃料電池能連續地將燃料和氧化劑的化學能直接轉化為電能。有關燃料電池的題目主要考查燃料電池的特點與原電池工作原理，掌握有關燃料電池的知識是解題的關鍵。

例4 （2019屆浙江省溫州市選考適應性測試）酸性“二甲醚直接燃料電池圖3”的工作原理如圖3所示。下列說法錯誤的是（? ）。

A.a電極是該燃料電池的負極

B.b電極上的電極反應式為：

O2+4H++4e-2H2O

C.H+由a電極向b電極遷移

D.該燃料電池工作時，電子從a電極→燈泡→b電極→電解液→a電極

解析 根據原電池工作原理可知，通入燃料二甲醚（CH3OCH3）的一極是電池的負極，通入氧氣的一極為電池的正極，則a電極是該電池的負極、b電極是該電池的正極，A項正確;O2在

b電極上得到電子發生氧化反應并與H+結合生成水，則b電極上發生的反應為

O2+4H++4e-2H2O

B項正確;原電池的電解質溶液中陽離子移向正極，則H+由a電極向b電極遷移，C項正確;電池工作時，電子從a電極→燈泡→b電極，電子不能通過電解質溶液，D項錯誤。即答案應是D。

例5 （2020屆安徽省定遠縣育才學校高三模擬）硼氫化物NaBH4（硼元素的化合價為+3價）燃料電池（DBFC），由于具有比能量高、產物清潔無污染和燃料易于儲存和運輸等優點，被認為是一種很有發展潛力的燃料電池，其工作原理如圖4所示，下列說法正確的是（? ）。

A.放電時，每轉移2 mol電子，理論上需要消耗9.5 g NaBH4

B.電極a采用MnO2，MnO2既作電極材料又有催化作用

C.電池放電時Na+從b極區移向a極區

D.電池的負極反應式為

BH-4+2H2O-8e-BO-2+8H+

解析 A項，NaBH4在負極發生氧化反應生成BO-2，即NaBH4-8e-→BO-2，則每轉移2 mol電子理論上需要消耗0.25 mol（即9.5 g）NaBH4，A項正確;B項，電極b采用MnO2，為電池的正極，H2O2得到電子發生還原反應生成OH-， MnO2既作電極材料又有催化作用，B項不正確;C項，原電池工作時，電解質溶液中的陽離子向正極移動，則Na+從a極區移向b極區，C項不正確;D項，BH-4在負極發生氧化反應（OH-也參與了電極反應）生成BO2-和H2O，則電池的負極反應式為

BH-4+8OH--8e-BO-2+6H2O

D項不正確。即答案應是A。

（收稿日期：2021-09-10）