常见化学电源及电极反应式的书写

常见化学电源及电极反应式的书写

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中学化学新教材中简要介绍了化学电源的有关知识，各种教辅资料上的相关习题也就接踵而至，应接不暇。这样一来，教师把不住教学的标高，学生理不清解题的思路，本文拟就常见的化学电源进行一下归类，并对相关的电极反应式的书写作简要小结。

一、常见的化学电源原电池是一种将化学能转变为电能的装置，而化学电源则是一种实用的原电池。化学电源品种繁多，大体可分为三类：

1、燃料电池：又称连续电池，一般以天然燃料或其它可燃物质如H

2、CH4等作为负极反应物质，以O2作为正极反应物质而形成的。燃料电池体积小、质量轻、功率大，是正在研究的新型电池之一。

（1）氢氧燃料电池主要用于航天领域，是一种高效低污染的新型电池，一般用金属铂（是一种惰性电极，并具有催化活性）或活性炭作电极，用40%的KOH 溶液作电解质溶液。其电极反应式为：

负极：2H2 + 4OH--4e- = 4H2O

正极：O2 + 2H2O +4e- = 4OH-总反应式为：

2H2 + O2 = 2H2O

（2）甲烷燃料电池用金属铂作电极，用KOH溶液作电解质溶液。其电极反应式为：

负极：CH4 + 10 OH- -8e-==CO3 2- +7H2O

正极：2O2 + 4H2O +8e- == 8OH-

总反应式为：CH4 + 2O2 +2KOH==K2CO3+ 3H2O

（3）甲醇燃料电池是最近摩托罗拉公司发明的一种由甲醇和氧气以及强碱作为电解质溶液的新型手机电池，电量是现有镍氢电池或锂电池的10倍。其电极反应式为：

负极：2CH4O + 16OH- -12e-==2CO3 2- +12H2O

正极：3O2 + 6H2O +12e- == 12OH-

总反应式为：2CH4O + 3O2 +4OH-==2CO3 2- + 6H2O

（4）固体氧化物燃料电池该电池是美国西屋公司研制开发的，它以固体氧化锆—氧化钇为电解质，这种固体电解质在高温下允许O 2-在其间通过（其工作原理如右图所示）。其电极反应式为：

负极：2H2 + 2O2--4e- = 2H2O

正极：O2 +4e- = 2O 2-

总反应式为：2H2 + O2 = 2H2O

（5）熔融盐燃料电池该电池用Li2CO3和的Na2CO3熔融盐混合物作电解质，CO为阳极燃气，空气与CO2的混合气为阴极助燃气，制得在6500C下工作的燃料电池。熔融盐燃料电池具有高的发电效率，因而受到重视。其电极反应式为：负极：2CO+2CO3 2- -4e-==4CO2

正极：O2 + 2CO2+4e- ==2CO3 2-

总反应式为：2CO +O2 ==2CO

2、蓄电池：可以多次反复使用，放电后可以充电复原，又称二次电池。

（1）铅蓄电池铅蓄电池是一种常见的可充电池，在工农业生产和日常生活中有广泛的应用。该电池以Pb和PbO2作电极材料，H2SO4作电解质溶液。其电极反应式为：

负极：Pb+SO4 2- -2e- = PbSO4

正极：PbO2 +4H++ SO4 2- +2e- = PbSO4+2H2O总反应式为：

Pb+ PbO2+2H2SO4==2PbSO4+2H2O

（2）碱性镍—镉电池该电池以Cd和NiO(OH) 作电极材料，NaOH作电解质溶液。其电极反应式为：

负极：Cd+2OH--2e- ==Cd(OH)2

正极：2NiO(OH)+2H2O +2e-==2Ni(OH)2+2OH-

总反应式为：Cd+2NiO(OH)+2H2O== Cd(OH)2+2Ni(OH)2

从上述两种蓄电池的总反应式可看出，铅蓄电池在放电时除消耗电极材料外，同时还消耗电解质硫酸，使溶液中的自由移动的离子浓度减小，内阻增大，导电能力降低。而镍—镉电池在放电时只消耗水，电解质溶液中自由移动的离子浓度不会有明显变化，内阻几乎不变，导电能力几乎没有变化。

（3）氢镍可充电池该电池是近年来开发出来的一种新型可充电池，可连续充、放电500次，可以取代会产生镉污染的镍—镉电池。其电极反应式为：

负极：H2+2OH--2e- ==2H2O

正极：2NiO(OH)+2H2O +2e-==2Ni(OH)2+2OH-

总反应式为：H2+2NiO(OH)== 2Ni(OH)

3、一次性电池：即电池中的反应物质在进行一次电化学反应放电之后就不能再次使用了。

（1）锌锰电池—干电池该电池的负极材料是锌，正极材料是碳棒，电解质是MnO2、NH4Cl、ZnCl2组成的糊状物。其电极反应式为：

负极：Zn-2e- == Zn 2+

正极：2MnO2+2 NH4+ +2e-==Mn2O3+2NH3+H2O

总反应式为：Zn+2MnO2+2 NH4+ == Zn 2+ + Mn2O3+2NH3+H2O

电池中MnO2的作用是将正极上NH4+还原生成的H氧化成为水，以免产生H2附在石墨表面而增加电池内阻。由于反应中锌筒不断消耗变薄，且有液态水生成，故电池用久后会变软。

（2）银锌电池—钮扣电池该电池使用寿命较长，广泛用于电子表和电子计算机。其电极分别为Ag2O和Zn，电解质为KOH溶液。其电极反应式为：

负极：Zn+2OH--2e- == ZnO+H2O

正极：Ag2O+H2O+2e-==2Ag+2OH-总反应式为：Zn+ Ag2O== ZnO+2Ag（3）高能电池—锂电池该电池是20世纪70年代研制出的一种高能电池。由于锂的相对原子质量很小，所以比容量（单位质量电极材料所能转换的电量）特别大，使用寿命长，适用于动物体内（如心脏起搏器）。因锂的化学性质很活泼，所以其电解质溶液应为非水溶剂。如作心脏起搏器的锂—碘电池的电极反应式为：负极：2Li-2e- ==2Li+

正极：I2+2e-==2I-

总反应式为：2Li+I2==2LiI