认识化学电源

杨梓

化学电源在日常生活、交通运输、科学研究、航空航天等领域有着广泛的应用，因而倍受高考命题专家的青睐。因此，要认识“化学电源”的“真面目”，掌握“化学电源”的有关知识。

一、一次电池

一次电池是指放电之后不能充电（内部的氧化还原反应是不可逆的）的电池。有关一次电池的题目实质是主要考查原电池工作原理，掌握原电池工作原理是解题的关键。

例1 纽扣电池可用于计算器、电子表等的电源。有一种纽扣电池，其电极分别为Zn和Ag2O，以KOH溶液为电解质溶液，电池总反应为

Zn+Ag2O2Ag+ZnO

关于该电池的叙述不正确的是（  ）。

A.使用时电子由Zn极经外电路流向Ag2O极

B.电解质溶液中的OH-向Ag2O电极移动

C.正极的电极反应式为Ag2O+2e-+H2O2Ag+2OH-

D.Zn电极发生氧化反应，Ag2O电极发生还原反应

解析 根据原电池原理可知，Zn电极为原电池的负极，Ag2O电极为原电池的正极。在原电池中，电子由负极经外电路流向正极，则使用时电子由Zn极经外电路流向Ag2O极，A项正确;在原电池中，电解质溶液中的阴离子向负极移动，则电解质溶液中的OH-向Zn电极移动，B项不正确;在正极Ag2O得到电子生成Ag和OH-，则正极的电极反应式为

Ag2O+2e-+H2O2Ag+2OH-

C项正确;在原电池中，负极发生氧化反应，正极发生还原反应，则Zn电极发生氧化反应，Ag2O电极发生还原反应，D项正确。即答案应是B。

例2 （2018年6月浙江学业水平考试试题）普通锌锰干电池的构造如图1所示，其电池反应方程式为：

Zn+2NH4Cl+2MnO2

Zn（NH3）2Cl2+2MnOOH

下列说法不正确的是（  ）。

A.石墨作正极

B.锌发生氧化反应

C.电池工作时，电子从石墨经导线流向锌

D.正极的电极反应为：

NH+4+MnO2+e-MnOOH+NH3

解析 根据原电池原理可知，锌筒作负极，发生氧化反应，石墨作正极，A、B项正确;在原电池中，电子从负极经外电路流向正极，则电池工作时电子从锌经导线流向石墨，C项不正确;在正极MnO2得到电子生成MnOOH，则正极的电极反应为：

NH+4+MnO2+e-MnOOH+NH3

D项正确。即答案应是C。

二、二次电池

二次电池是指放电之后能充电的电池。其解题关键是要明确二次电池放电时是原电池，要根据原电池工作原理进行分析;二次电池充电时是电解池，要根据电解原理进行分析。

例3 （2020届湖南省湘潭县一中高三模拟）以柏林绿Fe[Fe（CN）6]为代表的新型可充电钠离子电池，其放电工作原理如图2所示。下列说法错误的是（  ）。图2

A.放电时，负极反应：

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

B.充电时，Mg箔接电源的负极

C.放电时，Na+通过交换膜从左室移向右室

D.外电路中通过 0.1 mol 电子的电量时，正极质量

变化为 2.3 g

解析 根据原电池原理可知，放电时，Mg为原电池的负极，Mo为原电池的正极。A项，放电时Mg失去电子并与Cl-結合生成[Mg2Cl2]2+，则负极反应为

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

A项正确;B项，充电时Mg为电解池的阴极，则Mg箔接电源的负极，B项正确;C项，在原电池中内电路中的阳离子向正极移动，则放电时，Na+通过交换膜从右室移向左室，C项错误;D项，放电时的正极反应式为

Fe[Fe（CN）6]+2Na++2e-

Na2Fe[Fe（CN）6]

则外电路中通过 0.1 mol 电子的电量时增加0.1 mol Na+，即正极质量变化为 2.3 g，D项正确。即答案应是C。

例4 （2020届广东省高三模拟）钾（K）资源丰富，成本低廉，用其制作的钾离子电池有着超越锂离子电池的发展前景。我国科研人员在钾离子电池的研发上做出了巨大的贡献。如图3所示是我国某科研团队研制的一种钾离子电池充电时的示意图，下列说法不正确的是（  ）。

A.放电时，外电路电子由电极a流向电极b

B.钾离子电池电解液一般选择有机溶剂，但会有一定的安全隐患

C.充电时，每当外电路中转移1 mol e-，正极材料会“释放”39 g K+

D.充电时，电极b上的电极反应式为：

WS2+xK++xe-KxWS2

解析 由题意可知，该示意图为一种钾离子电池充电时的示意图，电池充电时为电解池;在电解池的电解质溶液中阳离子向阴极移动，根据电解原理由图示K+的移动方向可知，电解b为电解池的阴极，电极a为电解池的阳极。A项，放电时为原电池，电极a为原电池的正极、电极b为原电池的负极，在原电池中电子由负极经导线流向正极，则.放电时外电路电子由电极b流向电极a，A项不正确;B项，钾离子电池与锂离子电池相似，电解液不选水溶液，一般选择有机溶剂，该有机溶剂为碳酸酯类，这类溶剂的沸点较低、稳定性较差、在高温下易分解、易被氧化，因为会有一定的安全隐患，B项正确;C项，充电时，正极材料（电解池的阳极，即电极a）发生氧化反应，由图示信息可知电极a释放了K+，根据电荷守恒原理可知，充电时，每当外电路中转移1 mol e-，正极材料会“释放”39 g K+，C项正确;D项，充电时，电极b（电解池的阴极）上发生还原反应，即WS2得到电子并与K+结合生成KxWS2，则充电时电极b上的电极反应式为WS2+xK++xe-KxWS2，D项正确。即答案应是A。

三、燃料电池

燃料电池能连续地将燃料和氧化剂的化学能直接转化为电能。有关燃料电池的题目主要考查燃料电池的特点与原电池工作原理，掌握有关燃料电池的知识是解题的关键。

例4 （2019届浙江省温州市选考适应性测试）酸性“二甲醚直接燃料电池图3”的工作原理如图3所示。下列说法错误的是（  ）。

A.a电极是该燃料电池的负极

B.b电极上的电极反应式为：

O2+4H++4e-2H2O

C.H+由a电极向b电极迁移

D.该燃料电池工作时，电子从a电极→灯泡→b电极→电解液→a电极

解析 根据原电池工作原理可知，通入燃料二甲醚（CH3OCH3）的一极是电池的负极，通入氧气的一极为电池的正极，则a电极是该电池的负极、b电极是该电池的正极，A项正确;O2在

b电极上得到电子发生氧化反应并与H+结合生成水，则b电极上发生的反应为

O2+4H++4e-2H2O

B项正确;原電池的电解质溶液中阳离子移向正极，则H+由a电极向b电极迁移，C项正确;电池工作时，电子从a电极→灯泡→b电极，电子不能通过电解质溶液，D项错误。即答案应是D。

例5 （2020届安徽省定远县育才学校高三模拟）硼氢化物NaBH4（硼元素的化合价为+3价）燃料电池（DBFC），由于具有比能量高、产物清洁无污染和燃料易于储存和运输等优点，被认为是一种很有发展潜力的燃料电池，其工作原理如图4所示，下列说法正确的是（  ）。

A.放电时，每转移2 mol电子，理论上需要消耗9.5 g NaBH4

B.电极a采用MnO2，MnO2既作电极材料又有催化作用

C.电池放电时Na+从b极区移向a极区

D.电池的负极反应式为

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

解析 A项，NaBH4在负极发生氧化反应生成BO-2，即NaBH4-8e-→BO-2，则每转移2 mol电子理论上需要消耗0.25 mol（即9.5 g）NaBH4，A项正确;B项，电极b采用MnO2，为电池的正极，H2O2得到电子发生还原反应生成OH-， MnO2既作电极材料又有催化作用，B项不正确;C项，原电池工作时，电解质溶液中的阳离子向正极移动，则Na+从a极区移向b极区，C项不正确;D项，BH-4在负极发生氧化反应（OH-也参与了电极反应）生成BO2-和H2O，则电池的负极反应式为

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

D项不正确。即答案应是A。

（收稿日期：2021-09-10）