化学电源与充放电

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电池能否充电要看器件设计，反应发生在哪里要看活性物质，极板增减重则要追踪物质去向。先锁定充放状态和题给产物，再把半反应、电子数、介质及质量账逐一对齐。

本章电池剖面结构与充放电均为纸面模型。不拆解、短接、加热、刺穿电池，不向一次电池强行充电；实际使用遵守具体器件说明，废电池按当地分类要求处理，不自行接触电解液或极板。题干“新型”及性能宣传仅转述旧材料，不作当前产品认证。

一、知识点类别看设计，反应看物料

1. 一次、二次与供料方式

一次电池按一次使用设计，不能通过正常充电反复恢复可用状态；二次电池按可充电设计，能在规定条件下多次恢复活性物质。一次不表示其中任何化学变化在所有条件下绝不能逆向，二次也不保证无限循环或百分之百恢复。

放电以自发的电极反应将化学能转为电能；充电由外电源供电，使适宜反应向恢复方向进行，部分电能转为化学能。两者都可能有热和其他损耗。仅在总式上画可逆号，不能证明任意器件能安全反复充电。燃料电池以持续供给燃料和氧化剂工作，是另一供料方式，不能只按两个金属材料猜类别。

2. 活性物质、集流导体和电解质

部分	所起作用	常见例型
活性物质	在题定反应中实际氧化还原	普通锌锰的Zn与MnO₂
集流导体	把活性区域电子接到外线	石墨棒主要导电
电解质	提供内部离子传导条件	氯化铵糊或题定KOH体系
兼任部件	活性、导电和结构可由同一部件兼任	普通锌管兼负极材料及结构作用

“干”指电解质保持在糊状体系，不是没有水或可移动离子，也不能一概说淀粉使离子迁移更快。普通电池的锌管与碱性电池的锌粉、金属壳结构和介质不同，不能搬用所有产物。这里石墨导电不代表所有碳材料都不参与反应，嵌入型碳材料要另核总式。

3. 含锂不等于同一种可充模型

原资料金属锂与二氧化锰的放电模型为：

\begin{aligned} \mathrm{Li}&\longrightarrow\mathrm{Li^++e^-}\\ \mathrm{MnO_2+Li^++e^-}&\longrightarrow\mathrm{LiMnO_2}\\ \mathrm{Li+MnO_2}&\longrightarrow\mathrm{LiMnO_2} \end{aligned}

这不是所有可充锂离子电池通用式。Panasonic官方分类明确列有CR锂二氧化锰一次电池，足以否定“所有锂电池都可充”。是否可充须看具体类型与规定，不能凭含锂或一个可逆号决定。

同样，原知识明确称银锌“蓄电池”时按可充模型讨论，但后面图IV仅称银锌纽扣电池，不能凭Zn/Ag₂O材料组合把所有这类纽扣电池都归二次。

4. 同一极板在充放电中角色改变

氧化失电子对应阳极，还原得电子对应阴极。器件按正常放电命名的正负极板，不因正常充电就互换物理位置或名称。

同一块极板	放电角色	正常充电的模型连接	充电角色
负极板	氧化、阳极	对应外电源负极	还原、阴极
正极板	还原、阴极	对应外电源正极	氧化、阳极

“负极氧化、正极还原”须限定原电池放电。正常充电时外电源将电子送至负极板、从正极板抽走电子，内部仍由离子传电荷，不能把电子画进电解液。此表用于分析既定二次电池，不是实际接线充电指南。

5. 铅酸电池的活性物质恢复

放电两半式：

\begin{aligned} \text{负极：}&\quad\mathrm{Pb+SO_4^{2-}\longrightarrow PbSO_4+2e^-}\\ \text{正极：}&\quad\mathrm{PbO_2+4H^++SO_4^{2-}+2e^-\longrightarrow PbSO_4+2H_2O} \end{aligned}

总式Pb＋PbO₂＋2H₂SO₄→2PbSO₄＋2H₂O。放电两极逐渐形成PbSO₄；正常充电须逐极恢复：

\begin{aligned} \text{负极板阴极：}&\quad\mathrm{PbSO_4+2e^-\longrightarrow Pb+SO_4^{2-}}\\ \text{正极板阳极：}&\quad\mathrm{PbSO_4+2H_2O\longrightarrow PbO_2+4H^++SO_4^{2-}+2e^-} \end{aligned}

相加得2PbSO₄＋2H₂O→Pb＋PbO₂＋4H⁺＋2SO₄²⁻，与放电同一酸性记式相反。恢复哪些物质清楚，才可解释题给二次电池；过充、副反应及任意状态完全恢复不由理想总式保证。

6. 电极质量先确定称量边界

氧化不一定减重，还原不一定增重。先圈剩余金属、整块极板、溶液还是整个电池，再看固体是否附着、溶解或剥落，气体是否逸出，以及有无外供料。

铅酸负极Pb被氧化但SO₄²⁻进入附着PbSO₄。用Pb＝207、S＝32、O＝16，在产物留板且无剥落等模型下，207 g Pb形成303 g PbSO₄，每2 mol电子增重96 g，即每1 mol电子48 g，增加来自硫酸根，不是电子质量。

银锌正极Ag₂O转为留在极板的Ag时，氧进入溶液产物；每1 mol Ag₂O含16 g氧离开所称固体，对应2 mol电子，正极可减重。普通锌管剩余金属减少，与包含附着Zn(OH)₂的整块电极不是同一对象。整个电池质量另查跨边界物质，不能由一块极板变化直接决定。

二、考点读工作状态，配介质，再核总式

1. 可充模型逐极倒转

先认题干是否明确可充和箭头方向，按当前价态核得失电子，配水与OH⁻或H⁺，再将电子数通分相加。充电须把整个半式反向，不只挪电子或改正负标签。

例题 01 高铁电池的充放电反应

题目

高铁电池是一种新型可充电电池，与普通高能电池相比，该电池可长时间保持稳定的放电电压。高铁电池的总反应为3Zn+2K₂FeO₄+8H₂O ⇌ 3Zn(OH)₂+4KOH+2Fe(OH)₃（向右放电，向左充电），下列叙述不正确的是

A．放电时负极区应为Zn+2OH⁻-2e⁻=Zn(OH)₂

B．放电时每转移3mol电子，正极1molK₂FeO₄被氧化

C．该电池为二次电池，充电时电能转化为化学能

D．放电时正极附近溶液的碱性增强

答案与解析

解析

放电Zn为0→＋2，负极氧化；正极Fe在FeO₄²⁻中＋6→Fe(OH)₃中＋3，每1 mol高铁酸根得3 mol电子，是被还原而非被氧化，故B错误。完整半式为：

\mathrm{Zn+2OH^-\longrightarrow Zn(OH)_2+2e^-}

\mathrm{FeO_4^{2-}+3e^-+4H_2O\longrightarrow Fe(OH)_3+5OH^-}

A用失电子记法等价，正确。题干明确可充，C关于二次电池及充电储存化学能有依据，不是仅由可逆号推定。D按放电正极局部生成OH⁻的模型判碱性增强；实际局部浓度还受混合等影响，不能移作充电趋势。

充电时同一负极板Zn(OH)₂＋2e⁻→Zn＋2OH⁻；同一正极板Fe(OH)₃＋5OH⁻→FeO₄²⁻＋4H₂O＋3e⁻。前式乘3、后式乘2，6 mol电子相消，得3Zn(OH)₂＋2Fe(OH)₃＋4OH⁻→3Zn＋2FeO₄²⁻＋8H₂O，对应原总式向左。反应角色换向，没有把物理极板搬到另一侧。

本题结论

B。

2. 从活性物质检查猜测半式

先看部件标签及价态，再核原子、电荷、介质与实际产物。配平只是必要条件，不能用任意能配平的式子代替该电池已给的活性物质反应。

例题 02 普通与碱性锌锰电池

题目

锌锰电池是生活中常用的电池，普通锌锰电池和碱性锌锰电池的结构分别如图所示，下列说法错误的是(　　)

A.锌锰电池属于一次电池，用完不可随意丢弃

B.普通锌锰电池和碱性锌锰电池放电过程中锌均发生氧化反应

C.放电时，普通锌锰电池的石墨电极上反应为2NH₄⁺+2e⁻===N₂↑+4H₂↑

D.放电时，碱性锌锰电池正极反应式为MnO₂+H₂O+e⁻===MnO(OH)+OH⁻

原图标签辅助阅读：普通电池为石墨棒、二氧化锰糊、氯化铵糊、锌管；碱性电池为锌粉与氢氧化钾混合物、二氧化锰、金属外壳。

答案与解析

解析

A按图示普通和碱性锌锰电池归一次，用后不可随意丢弃，处理遵当地分类要求；不把原解笼统“含重金属离子”扩大成所有电池相同污染组成。B两种电池Zn均失电子氧化，正确。

C的NH₄⁺生成N₂和H₂猜测式即便能核原子电荷，也没有对应这里MnO₂的实际还原。石墨主要导电，不能因其在正极就另造NH₄⁺还原路径，C错误。

D碱性式MnO₂＋H₂O＋e⁻→MnO(OH)＋OH⁻中，Mn由＋4到＋3，每份得1e⁻，原子电荷也守恒，正确。两电池介质及锌形态不同，不意味着所有产物都能互搬。

本题结论

C。

3. 锌产物按本题总式锁定

本题若给Zn(OH)₂，就按它配碱性半式；另一知识示例若给ZnO，则按另一产物模型，不强统一。给定Ag₂O＋Zn＋H₂O→2Ag＋Zn(OH)₂时，Zn失2e⁻，两Ag各＋1→0共得2e⁻：

\begin{aligned} \mathrm{Zn+2OH^-}&\longrightarrow\mathrm{Zn(OH)_2+2e^-}\\ \mathrm{Ag_2O+H_2O+2e^-}&\longrightarrow\mathrm{2Ag+2OH^-} \end{aligned}

相加消去2e⁻、2OH⁻，回到所给总式；若另一模型产物是ZnO，则相应总式Ag₂O＋Zn→2Ag＋ZnO，不拿它替换本题。真实锌产物还依介质和条件，不能扩成任意KOH浓度都相同。

例题 03 KOH介质中的银锌电池

题目

微型银锌电池可用作电子仪器的电源，其电极分别是Ag/Ag₂O和Zn，电解质溶液为KOH溶液，电池总反应为Ag₂O+Zn+H₂O===2Ag+Zn(OH)₂。下列说法正确的是(　　)

A.电池工作过程中，负极发生还原反应

B.电池工作过程中，电解液中OH⁻向正极移动

C.负极电极反应为Zn+2OH⁻-2e⁻===Zn(OH)₂

D.正极电极反应为Ag₂O+2H⁺+2e⁻===2Ag+H₂O

答案与解析

解析

Zn负极氧化，不是还原，A错误。按本题自由离子及反应模型，Zn侧消耗OH⁻，OH⁻向负极迁移，B错误，不扩为任意选择膜所有离子均同样通行。

C按题给Zn(OH)₂产物写Zn＋2OH⁻－2e⁻→Zn(OH)₂，等价于电子在右的氧化半式，正确。D虽可写成酸性介质的形式，却不适合题给KOH，正确碱性正极式为Ag₂O＋H₂O＋2e⁻→2Ag＋2OH⁻。配平后还须加回原总式核对水与OH⁻。

本题结论

C。

4. 镍镉材料逐极核充放方向

由图中每极的物质去向确定价态，先配放电，再逐极完整反向。不能只凭器件的正负板称号代替当前阴阳极角色。

例题 04 镍镉电池的电极变化

题目

镍镉电池是一种新型的封闭式体积小的可充电电池，其放电时的工作原理如图所示，下列说法正确的是(　　)

A.放电时，OH⁻向b极移动

B.放电时，a极发生还原反应

C.放电时电子的方向：a极经导线流向b极

D.充电时，a极的电极反应为Cd-2e⁻+2OH⁻===Cd(OH)₂

答案与解析

解析

放电a极Cd由0到＋2，氧化负极；b极NiO(OH)中Ni＋3降为Ni(OH)₂中＋2，还原正极：

\begin{aligned} \mathrm{Cd+2OH^-}&\longrightarrow\mathrm{Cd(OH)_2+2e^-}\\ \mathrm{NiO(OH)+H_2O+e^-}&\longrightarrow\mathrm{Ni(OH)_2+OH^-} \end{aligned}

第二式乘2后相加，得到Cd＋2NiO(OH)＋2H₂O→Cd(OH)₂＋2Ni(OH)₂。放电OH⁻向消耗它的a侧，a氧化，故A、B错误；电子经外导线a→b，C正确，约定电流则反向。

正常充电两极分别反向：

\begin{aligned} \mathrm{Cd(OH)_2+2e^-}&\longrightarrow\mathrm{Cd+2OH^-}\\ \mathrm{Ni(OH)_2+OH^-}&\longrightarrow\mathrm{NiO(OH)+H_2O+e^-} \end{aligned}

a原负极板对应外电源负极，当前为还原阴极；b原正极板对应外电源正极，当前为氧化阳极。D仍写Cd氧化的放电方向，不是充电。这个可逆材料模型不保证任意状态都完全恢复，也不给现实充电参数。

本题结论

C。

5. 四类装置分别核通路、角色与质量

先圈称量对象，写半式并追固体去向。把电极式、氧化还原剂、电子路径分项评价，不能因一句前半正确就接受整项。

例题 05 四种常见电化学装置

题目

有关下列四个常用电化学装置的叙述中，正确的是

图I 普通锌锰电池

图Ⅱ 碱性锌锰电池

图Ⅲ 铅酸蓄电池

图IV 银锌纽扣电池

A．图I所示电池中，锌筒作负极，发生氧化反应，用久会变薄，有漏液风险；电池工作时电子从锌筒流出，经过电解质溶液流向石墨电极

B．图Ⅱ所示电池中，MnO₂的作用是作还原剂

C．图Ⅲ所示装置放电工作过程中，负极的质量逐渐减少

D．图IV所示电池中，正极的电极反应式为Ag₂O+2e⁻+H₂O=2Ag+2OH⁻

答案与解析

解析

A前半锌筒作负极、逐渐消耗变薄有漏液风险符合题内模型，后半把电子画进电解质错误，电子应走外部导体到正极区域。

B的MnO₂中Mn＋4→＋3，被还原，是氧化剂而非还原剂。C铅酸负极Pb氧化后形成留在板上的PbSO₄，硫酸根进入所称固体，质量增加，不是因为失电子就减重。产物若剥落或只称剩余金属Pb，应另算，不再套整板增重。

D正极Ag₂O＋2e⁻＋H₂O→2Ag＋2OH⁻符合题给碱性介质、原子电荷和电子守恒，正确。Ag若留板且无其他附着，氧离开所称固体可使该还原极质量下降；这与铅酸氧化极增重共同说明质量方向不能只由氧化还原名称决定。图IV纽扣类型仍不单凭材料断可充。

本题结论

D。

化学电源与充放电

一、知识点类别看设计，反应看物料

1. 一次、二次与供料方式

2. 活性物质、集流导体和电解质

3. 含锂不等于同一种可充模型

4. 同一极板在充放电中角色改变

5. 铅酸电池的活性物质恢复

6. 电极质量先确定称量边界

二、考点读工作状态，配介质，再核总式

1. 可充模型逐极倒转

例题 01 高铁电池的充放电反应

2. 从活性物质检查猜测半式

例题 02 普通与碱性锌锰电池

3. 锌产物按本题总式锁定

例题 03 KOH介质中的银锌电池

4. 镍镉材料逐极核充放方向

例题 04 镍镉电池的电极变化

5. 四类装置分别核通路、角色与质量

例题 05 四种常见电化学装置

三、坑点名称、箭头与质量各查自己的条件

1. 一个锂字或可逆号不证明安全可充

2. 正负板没搬家，氧化还原角色变了

3. 产物留下什么决定称量变化