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"(爱化学)"公众号专注于中学生学化学、考化学、用化学，这里有他山之石，可助您一臂之力，李老师欢迎您的到来。各种化学电池

化学电源又称电池，是一种能将化学能直接转变成电能的装置，它通过化学反应，消耗某种化学物质，输出电能。它包括一次电池、二次电池和燃料电池等几大类。

判断一种电池的优劣或是否符合某种需要，主要看这种电池单位质量或单位体积所能输出电能的多少（比能量，单位是（W·h）/kg, （W·h）/L）,或者输出功率的大小（比功率，W/kg,W/L）以及电池的可储存时间的长短。除特殊情况外，质量轻、体积小而输出点能多、功率大、可储存时间长的电池，更适合使用者的需要。

（一）一次电池

一次电池的活性物质（发生氧化还原反应的物质）消耗到一定程度，就不能使用了。一次电池中电解质溶液制成胶状，不流动，也叫干电池。常用的有普通的锌锰干电池、碱性锌锰电池、锌汞电池、镁锰干电池等。

1、伏打电池：（负极—Zn、正极—Cu、电解液—H2SO4）

负极：Zn–2e-==Zn2+ (氧化反应)

正极：2H++2e-==H2↑ (还原反应)

总反应：Zn + 2H+ == H2↑+Zn2+

2、铁碳电池：（负极—Fe、正极—C、电解液H2CO3 弱酸性)

负极：Fe–2e-==Fe2+ (氧化反应)

正极：2H++2e-==H2↑ (还原反应)

总反应：Fe+2H+==H2↑+Fe2+ (析氢腐蚀)

3、铁碳电池：（负极—Fe、正极—C、电解液 中性或碱性)

负极：2Fe–4e-==2Fe2+ (氧化反应) 正极：O2+2H2O+4e-==4(还原反应)总反应：2Fe+O2+2H2O==2Fe(OH)2(吸氧腐蚀)4Fe(OH)2+O2+2H2O==4Fe(OH)32Fe(OH)3==Fe2O3 +3H2O (铁锈的生成过程)

4.铝镍电池：（负极—Al、正极—Ni 电解液NaCl溶液、O2)

负极：4Al–12e-==4Al3+ (氧化反应) 正极：3O2+6H2O+12e-==12(还原反应)总反应：4Al+3O2+6H2O==4Al(OH)3(海洋灯标电池)

5、普通锌锰干电池：(负极—Zn、正极—C 、电解液NH4Cl、MnO2的糊状物)

负极：Zn–2e-==Zn2+(氧化反应) 正极：2MnO2+2H++2e-==Mn2O3+H2O(还原反应)总反应： Zn++2MnO2=ZnCl2+Mn2O3+2NH3↑

6、碱性锌锰干电池：（负极—Zn、正极—C、 电解液KOH、MnO2的糊状物）

负极：Zn + 2OH– 2e-== Zn(OH)2 (氧化反应)正极：2MnO2 +2H2O + 2e-== +2 OH－ （还原反应)[总反应：Zn +2MnO2 +2H2O == Zn(OH)2 + MnOOH

7、铝–空气–海水（负极--铝、正极--石墨、铂网等能导电的惰性材料、电解液--海水）

负极 ：4Al－12e－==4Al3+ (氧化反应)正极：3O2+6H2O+12e－==12OH－ （还原反应)总反应：4Al+3O2+6H2O===4Al(OH)3（铂网增大与氧气的接触面）

8、镁---铝电池 （负极--Al、正极--Mg 电解液KOH）

负极(Al)：2Al + 8 OH–- 6e- ＝ 2AlO2–+4H2O (氧化反应)正极(Mg）：6H2O + 6e- ＝ 3H2↑+6OH– （还原反应)总反应：2Al + 2OH– + 2H2O＝ 2AlO2–+3H2

9、锂电池一型：（负极--金属锂、正极--石墨、电解液-SOCl2）

负极 ：8Li －8e－＝8 Li + (氧化反应)正极 ：＋8e－＝SO32－＋2S＋6Cl－（还原反应)总反应：8Li＋ === ＋ 6LiCl ＋ 2S

10、银一锌电池

电子手表、液晶显示的计算器或一个小型的助听器等所需电流是微安或毫安级的，它们所用的电池体积很小，有“纽扣”电池之称。它们的电极材料是Ag2O和Zn，所以叫银一锌电池。电极反应和电池反应是：

负极：Zn＋2OH－—2e—＝Zn(OH)2正极：Ag2O＋H2O＋2e—＝2Ag＋2OH－总反应：Zn＋Ag2O＋H2O＝Zn(OH)2＋2Ag

利用上述化学反应也可以制作大电流的电池，它具有质量轻、体积小等优点。这类电池已用于宇航、火箭、潜艇等方面。

11、锂－二氧化锰非水电解质电池

以锂为负极的非水电解质电池有几十种，其中性能最好、最有发展前途的是锂一二氧化锰非水电解质电池，这种电池以片状金属及为负极，电解活性MnO2作正极，高氯酸及溶于碳酸丙烯酯和二甲氧基乙烷的混合有机溶剂作为电解质溶液，以聚丙烯为隔膜，电极反应为：

负极反应：Li＝Li＋＋e正极反应：MnO2＋Li＋＋e＝总反应：Li＋MnO2＝

该种电池的电动势为2.69V，重量轻、体积小、电压高、比能量大，充电1000次后仍能维持其能力的90％，贮存性能好，已广泛用于电子计算机、手机、无线电设备等

（二）、二次电池（又叫蓄电池或充电电池）

燃料电池电极方程式书写

燃料电池（英语：Fuel cell）是一种主要透过氧或其他氧化剂进行氧化还原反应，把燃料中的化学能转换成电能的电池。燃料和空气分别送进燃料电池，电就被奇妙地生产出来，它从外表上看有正负极和电解质等，像一个蓄电池，但实质上它不能“储电”，而是一个“发电厂”。燃料电池有别于原电池，因为需要穏定的氧和燃料来源，以确保其运作供电。此电池的优点是可以提供不间断的稳定电力，直至燃料耗尽。

燃料电池电极反应式的书写是中学化学教学的难点，也是高考化学的常考考点之一，在书写时学生往往易错。

一、首先分清原电池的正、负极均为惰性电极，电极均不参与反应。

二、正极发生还原反应，通入的气体一般是氧气，氧气得到电子首先变为氧离子，根据电解质的不同，其正极电极反应式书写就视实际情况而定，要写出生成物在指定条件下的稳定状态，分以下五种情况：

⑴电解质为酸性电解质溶液（如稀硫酸）

在酸性环境中，O2-离子不能单独存在，可供O2-离子结合的微粒有H+离子和H2O，O2-离子优先结合H+离子生成H2O。这样，在酸性电解质溶液中，正极反应式为O2＋4H++4e-=2H2O。

⑵电解质为中性或碱性电解质溶液（如氯化钠溶液或氢氧化钠溶液）

在中性或碱性环境中，O2-离子也不能单独存在，O2-离子只能结合H2O生成OH-离子，故在中性或碱性电解质溶液中，正极反应式为O2＋2H2O +4e-=4OH-。

⑶电解质为熔融的碳酸盐（如LiCO3和熔融盐混和物）

在熔融的碳酸盐环境中，O2-离子也不能单独存在， O2-离子可结合CO2生成CO32-离子，则其正极反应式为O2＋2CO2 +4e-=2CO32-。

⑷电解质为固体氧化物电解质（如固体氧化锆—氧化钇）

该固体电解质在高温下可允许O2-离子在其间通过，故其正极反应式应为O2＋4e-=2O2-。

综上所述，燃料电池正极反应式本质都是O2＋4e-=2O2-，在不同电解质环境中，其正极反应式的书写形式有所不同。因此在书写正极反应式时，要特别注意所给电解质的状态和电解质溶液的酸碱性。

三、负极发生氧化反应,负极生成的离子一般与正极产场结合，有以下几种情况：

(1)若负极通入的气体是氢气,则

①酸性液中 H2 - 2e-== 2H+②碱性溶液中 H2 - 2e- +2OH- == 2H2O③熔融氧化物中 H2 - 2e- +O2- == H2O

(2) 若负极通入的气体为含碳的化合物CO、CH4、CH3OH等,碳元素均转化为正四价碳的化合物、在酸性溶液中生成二氧化物气体、在碱性溶液中生成碳酸根离子,熔融碳酸盐中生成二氧化碳，熔融氧化物中生成碳酸根离子。含有氢元素的化合物最终都有水生成。如CH3OH燃料电池：

酸性溶液中负极反应式为:：CH3OH - 6e- + H2O== CO2↑ + 6H+

碱性溶浚中负极反应式为：CH3OH - 8e- +10OH- == CO32-+ 7H2O

常见的燃料电池

一、氢氧燃料电池

氢氧燃料电池一般是以惰性金属铂（Pt）或石墨做电极材料，负极通入H2，正极通入 O2， 总反应为：2H2 + O2 === 2H2O

电极反应特别要注意电解质，有下列三种情况：

1．电解质是KOH溶液（碱性电解质）

负极发生的反应为：H2– 2e- === 2H+,2H+ + 2OH- === 2H2O,所以：负极的电极反应式为：H2 – 2e- + 2OH- === 2H2O；正极是O2得到电子，即：O2 + 4e- === 2O2- ，O2-在碱性条件下不能单独存在，只能结合H2O生成OH-即：2O2- + 2H2O=== 4OH- ，因此，正极的电极反应式为：O2 +2H2O+ 4e- === 4OH- 。

2．电解质是H2SO4溶液（酸性电解质）

负极的电极反应式为：H2–2e-=== 2H+

正极是O2得到电子，即：O2 + 4e- === 2O2- ，O2-在酸性条件下不能单独存在，只能结合H+生成H2O即：O2- + 2 H+=== H2O，因此正极的电极反应式为：O2 +4H+ + 4e- === 2H2O(O2 + 4e-=== 2O2- ，2O2- + 4H+=== 2H2O)

3. 电解质是NaCl溶液（中性电解质）

负极的电极反应式为：H2–2e- === 2H+正极的电极反应式为：O2 +2H2O+ 4e- === 4OH- 说明：1.碱性溶液反应物、生成物中均无H+2.酸性溶液反应物、生成物中均无OH-3.中性溶液反应物中无H+ 和OH-4.水溶液中不能出现O2-

二、甲醇燃料电池

甲醇燃料电池以铂为两极,用碱或酸作为电解质：

1． 碱性电解质（KOH溶液为例）

总反应式：2CH4O + 3O2 +4KOH=+ 6H2O正极的电极反应式为：3O2+12e-+6H20=12OH-负极的电极反应式为：CH4O -6e-+8OH-=CO32-+ 6H2O

2. 酸性电解质（H2SO4溶液为例）

总反应: 2CH4O + 3O2 === 2CO2 + 4H2O正极的电极反应式为：3O2+12e-+12H+=== 6H2O负极的电极反应式为：2CH4O-12e-+2H2O=== 12H++ 2CO2说明：乙醇燃料电池与甲醇燃料电池原理基本相同

三、甲烷燃料电池

甲烷燃料电池以多孔镍板为两极,电解质溶液为KOH，生成的CO2还要与KOH反应生成K2CO3，所以总反应为：CH4 + 2KOH+ 2O2 === K2CO3+ 3H2O。

负极发生的反应：CH4 – 8e- + 8OH- ==CO2 + 6H2O CO2 + 2OH- ==CO32- + H2O，所以：负极的电极反应式为：CH4 + 10 OH-–8e- === CO32- + 7H2O正极发生的反应有：O2 + 4e- === 2O2- 和O2- +2H2O === 4OH-所以：正极的电极反应式为：O2 + 2H2O+ 4e- === 4OH-

说明：掌握了甲烷燃料电池的电极反应式，就掌握了其它气态烃燃料电池的电极反应式

四、CO燃料电池 （总反应方程式均为：2CO ＋ O2 ＝ 2CO2）

1、熔融盐（铂为两极、和的熔融盐作电解质，CO为负极燃气，

空气与CO2的混合气为正极助燃气）正极： O2 ＋ 4e- ＋ 2CO2 ＝ 2CO32-- (还原反应)负极： 2CO＋2CO32- – 4e- ==4CO2 (氧化反应)

2、酸性电解质（铂为两极、电解液H2SO4溶液）

正极：O2 + 4e-- + 4H+== 2H2O (还原反应)负极：2CO – 4e- + 2H2O== 2CO2 +4H+ （氧化反应)

五、肼燃料电池（铂为两极、电解液KOH溶液）

正极：O2 + 2H2O + 4e- == 4OH—(还原反应)负极：N2H4 + 4OH— -4e-== N2 + 4H2O (氧化反应)总反应方程式N2H4 + O2=== N2 + 2H2O

六、铝–空气–海水电池

我国首创以铝–空气–海水电池作为能源的新型海水标志灯，以海水为电解质，靠空气中的氧气使铝不断被氧化而产生电流。只要把灯放入海水中数分钟，就会发出耀眼的白光。

电源负极材料为：铝；电源正极材料为：石墨、铂网等能导电的惰性材料。

负极的电极反应式为：4Al－12e－===4Al3+；

正极的电极反应式为：3O2+6H2O+12e－===12OH－

总反应式为：4Al+3O2+6H2O===4Al(OH)3

说明:铝板要及时更换, 铂做成网状是为了增大与氧气的接触面积.

燃料电池的负极反应，一般较难写出，而正极反应和电池总反应却较易写出。

书写技巧

方法一：直接书写负极反应步骤：

①2 CH3OH+_____-12e-=2CO32-+（抓住总反应中电子转移数） ②根据电极反应式左右同电性等电量原则确定OH-数：将左端“-12e- ”移到右端看成“2CO32-+ 12e-”即共16个负电荷，故左端应有“16 OH-”

③由“H”确定“H2O”的系数应为12。因此负极的电极反应为

“+16OH--12e-=2CO32-+12H2O”

方法二：先根据总反应写出正极反应：“3O2 +6H2O +12e- = 12OH-”，然后用总反应式：“+3O2+4OH-=2CO32-+6H2O”减去正极反应即可得负极反应。

燃料电池的优点

作为二十一世纪改善人类生活的“绿色电源”——燃料电池，它具有以下优点：

⑴燃料电池是把化学能直接转化为电能，而不经过热能这一种中间形式，所以它的电效率比其它任何形式的发电技术的电效率都高。

⑵燃料电池的废物（如SO2、CO、NOx）排放量很低，大大减少了对环境的污染。

⑶燃料电池中无运动部件，工作时很安静且无机械磨损。

总之，燃料电池是一种新型无污染、无噪音、高效率的汽车动力和发电设备，其投入使用可有效的解决能源危机、污染问题，是继水力、火力、核能发电后的第四类发电——化学能发电，被称为二十一世纪的“绿色电源”。