几种常见的化学电源比较

几种常见的化学电源比较

河北省宣化县第一中学栾春武

一、锌锰干电池（一次电池）

1. 普通干电池的反应原理：

Zn + 2MnO2 + 2NH4Cl ＝ Mn2O3 + ZnCl2 + 2NH3↑+ H2O

负极(Zn)：Zn－2e－＝Zn2+

正极(MnO2和C)：2MnO2 + 2NH4+ + 2e－＝ Mn2O3 + 2NH3↑+ H2O 表示方法：(－)Zn│NH4Cl+ZnCl2│MnO2，C(+)

2. 碱性锌锰电池的反应原理：

Zn + 2MnO2+ 2H2O ＝ 2MnOOH + Zn(OH)2

负极(Zn)： Zn + 2OH－－ 2e－＝ Zn(OH)2

正极(MnO2)：2MnO2 + 2H2O + 2e－＝ 2MnOOH + 2OH－

表示方法：(－) Zn│KOH│MnO2 (+)

3. 锌银电池(纽扣电池)的反应原理

Zn + Ag2O + H2O ＝ Zn(OH)2 + 2Ag

负极(Zn)：Zn + 2OH－－ 2e－＝ Zn(OH)2

正极(Ag2O)：Ag2O + H2O + 2e－＝ 2Ag + 2OH－

表示方法：(－) Zn│KOH│Ag2O (+)

碱性锌锰电池、锌银电池的比能量和储存时间等比普通锌锰电池性能有所提高。但只能一次使用，不能充电；价格较贵。锂电池是目前常用的一种升级换代产品，它的比能量高、电压高、工作温度宽，可储存时间长。

二、铅蓄电池（二次电池）

二次电池在放电时是原电池，遵循原电池工作原理；在充电时是电解池，遵循电解原理；给二次电池充电充电时，外加电源的负极连接电池的负极。

电池总反应：Pb + PbO2 + 2H2SO4 2PbSO4+2H2O

①放电反应：

负极(Pb)：Pb－ 2e－ + SO42－＝ PbSO4

正极(PbO2)： PbO2 + 2e－ + 4H+ + SO42－＝ PbSO4 + 2H2O

②充电反应：

阴极(接电源负极发生还原反应)： PbSO4 + 2e－＝ Pb+SO42－

阳极(接电源正极发生氧化反应)： 2PbSO4 + 2H2O－2e－＝ PbO2 + 4H+ + SO42－

表示方法：(－) Pb│H2SO4│PbO2 (+)

铅蓄电池可重复使用、电压稳定、使用方便、安全可靠、价格低廉。但比能量低、笨重、废弃电池污染环境等。其它二次电池：镍镉电池、镍氢电池、锂离子电池、聚合物锂离子蓄电池等一系列新型蓄电池已逐渐占领二次电池的市场。

三、燃料电池

燃料电池是以还原剂（氢气、烃类、甲醇等）为负极反应物，以氧化剂（氧气、空气）为正极反应物，将燃料和氧化剂的化学能直接转化成电能的化学电池。

1. 氢氧燃料电池

电池的反应原理：2H2 + O2＝ 2H2O

①以酸性溶液为电解液构成的氢氧燃料电池：

负极(Pt)：2H2 － 4e－＝ 4H+；正极(Pt)：O2+ 4H+ + 4e－＝ 2H2O

电池的表示方法：(－) Pt│H2│H+│O2│Pt (+)

②以碱性溶液为电解液构成的氢氧燃料电池：

负极(Pt)：2H2 － 4e－ + 4OH－＝ 4H2O；正极(Pt)：O2 + 2H2O + 4e－＝ 4OH－2.

电池的表示方法：(－) Pt│H2│OH－│O2│Pt (+)

2. 以碱性（KOH）溶液为电解质溶液构成的甲烷燃料电池

电池的反应原理：CH4 + 2O2 +2KOH ＝ K2CO3 + 3H2O

负极(Pt)：CH4 + 10OH－－ 8e－＝ CO32－+ 7H2O

正极(Pt)： 2O2 + 4H2O + 4e－＝ 8OH－

电池的表示方法：(－) Pt│CH4│KOH│O2│Pt (+)

燃料电池：燃料做负极，助燃剂（如氧气）为正极。电极材料一般不参加化学反应，只起传导电子的作用。它特点是：氧化剂与还原剂在工作时不断补充；反应产物不断排出；优点是：能量转化率高、清洁、对环境好，有利于节约能源。缺点：体积较大、附属设备较多。

四、书写电极反应式应注意以下几点：

1．电极反应是一种离子反应，遵循书写离子反应的所有规则（如“拆”、“平”）；

2．将两极反应的电子得失数配平后，相加得到总反应，总反应减去一极反应即得到另一极反应；

3．负极失电子所得氧化产物和正极得电子所得还原产物，与溶液的酸碱性有关(如＋4价的C在酸性溶液中以CO2形式存在，在碱性溶液中以CO32－形式存在)；

4．溶液中不存在O2－：在酸性溶液中它与H+结合成H2O、在碱性或中性溶液中它与水结合成OH－。

五、例题分析

【例题1】对化学电源的叙述正确的是

A. 化学电源比火力发电对化学能的利用率高

B. 化学电源所提供的电能居于人类社会现阶段总耗电量的首位

C. 化学电源均是安全、无污染的

D. 化学电源即为可充电电池

解析：目前人类生活、生产的主要耗电仍然是火力发电；化学电源中常含有Cd、Hg、Pb、Ni等重金属离子，如果废旧电池随意丢放会造成环境污染；化学电源包括可充电电池，也包括不能进行充电循环使用的一次性电池。

答案：A

【例题2】下列化学电池不易造成环境污染的是

A. 氢氧燃料电池

B. 锌锰电池

C. 镍镉电池

D. 铅蓄电池

答案：A

【例题3】在理论上不能用于设计原电池的化学反应是

A. HCl + NaOH ===NaCl + H2O

B. 2CH3OH + 3O2 2CO2 + 4H2O

C. 4Fe(OH)2 + 2H2O + O2=== 4Fe(OH)3

D. 3Cu + 8HNO3(稀)=== 3Cu(NO3)2 + 2NO↑+ 4H2O

解析：用于设计原电池的化学反应必须是放出能量的氧化还原反应。在该题中，选项A 不是氧化还原反应，故选A。

答案：A

【例题4】氢氧燃料电池可以使用在航天飞机上,其反应原理示意图如图所示。下列有关氢氧燃料电池的说法正确的是