1-2电池的类型 同步练习 《化学（加工制造类）》同步教学 高教版

专题一 电化学基础与金属防护 第二节 电池的类型 同步作业 一、基础题（共70分） （一）选择题（每题3分，共33分） 1. 下列电池类型中，属于一次电池（原电池）的是（ ） A. 铅蓄电池 B. 锌-锰干电池 C. 锂离子电池 D. 氢氧燃料电池 2. 关于二次电池的说法，正确的是（ ） A. 只能放电，不能充电 B. 放电时是电解池，充电时是原电池 C. 放电时将化学能转化为电能，充电时将电能转化为化学能 D. 常见的二次电池有锌-锰干电池、燃料电池 3. 氢氧燃料电池的突出优点是（ ） A. 体积大，储存能量多 B. 产物无污染，环保高效 C. 只能在高温下工作 D. 电极材料消耗快，寿命短 4. 铅蓄电池充电时，正极发生的反应是（ ） A. Pb - 2e⁻ + SO₄²⁻ = PbSO₄ B. PbSO₄ + 2e⁻ = Pb + SO₄²⁻ C. PbO₂ + 2e⁻ + 4H⁺ + SO₄²⁻ = PbSO₄ + 2H₂O D. PbSO₄ + 2H₂O - 2e⁻ = PbO₂ + 4H⁺ + SO₄²⁻ 5. 下列关于电池的说法，错误的是（ ） A. 一次电池放电后不能重复使用，内部反应不可逆 B. 二次电池的充放电过程是可逆反应 C. 燃料电池的电极本身不参与反应，仅起催化作用 D. 不同类型电池的核心区别在于能量转化方式和反应可逆性 6. 加工制造中，便携式检测仪器常用锂离子电池供电，其属于（ ） A. 一次电池 B. 二次电池 C. 燃料电池 D. 原电池 7. 锌-锰干电池工作时，负极的电极反应式是（ ） A. Zn - 2e⁻ = Zn²⁺ B. 2NH₄⁺ + 2e⁻ = 2NH₃↑ + H₂↑ C. MnO₂ + H₂O + e⁻ = MnO(OH) + OH⁻ D. O₂ + 2H₂O + 4e⁻ = 4OH⁻ 8. 关于燃料电池的说法，正确的是（ ） A. 必须使用氢气作为燃料 B. 电解质溶液只能是酸性 C. 工作时燃料和氧化剂不断输入，产物不断排出 D. 能量转化率低于一次电池 9. 铅蓄电池放电时，总反应方程式为Pb + PbO₂ + 2H₂SO₄ = 2PbSO₄ + 2H₂O，下列说法正确的是（ ） A. Pb作正极，发生还原反应 B. PbO₂作负极，发生氧化反应 C. 电解质溶液中H₂SO₄浓度逐渐减小 D. 放电过程中，正极质量逐渐减小 10. 加工制造车间的应急照明设备常用铅蓄电池，其充电时的能量转化方式是（ ） A. 化学能→电能 B. 电能→化学能 C. 机械能→电能 D. 电能→机械能 11. 下列电池中，电极反应与电解质溶液酸碱性无关的是（ ） A. 锌-锰干电池 B. 铅蓄电池 C. 氢氧燃料电池（碱性电解质） D. 氢氧燃料电池（酸性电解质） （二）填空题（每空2分，共28分） 1. 电池按工作原理和使用特点可分为______、______和______三大类。 2. 一次电池（原电池）的特点是______，放电后不能再充电重复使用，常见例子有______、______等。 3. 二次电池（可充电电池）的特点是______，放电时为______，充电时为______，常见例子有______、______、______等。 4. 燃料电池的特点是______、______，电极材料通常为（如石墨、铂），燃料和氧化剂分别在两极发生反应，常见的燃料有______、______等。 5. 铅蓄电池放电时，负极材料是______，正极材料是______，电解质溶液是______；充电时，外接电源的正极接铅蓄电池的______极，外接电源的负极接铅蓄电池的______极。 6. 加工制造类应用中，不同类型电池的选择依据包括______、、、环保性等。 （三）判断题（每题1分，共9分，对的打“√”，错的打“×”） 1. 一次电池和二次电池的本质区别在于是否能充电重复使用。（ ） 2. 铅蓄电池充电时，发生的反应是放电反应的逆反应。（ ） 3. 燃料电池的能量转化率可以达到100%，是最理想的电池。（ ） 4. 锂离子电池具有体积小、容量大、循环寿命长的优点，适合便携式设备。（ ） 5. 锌-锰干电池的电解质溶液是酸性的，因此正极反应有H⁺参与。（ ） 6. 二次电池充电时，阳极发生还原反应，阴极发生氧化反应。（ ） 7. 氢氧燃料电池工作时，氢气在负极发生氧化反应，氧气在正极发生还原反应。（ ） 8. 加工制造中，大型设备的应急电源优先选择燃料电池，因其体积小、便于储存。（ ） 9. 电池的容量越大，放电时间越长，越适合高功率设备使用。（ ） 二、提升题（共30分） 简答题（每题10分，共30分） 1. 结合电池类型知识及加工制造类专业分析：① 某工厂需为三种设备选择合适的电池：便携式检测仪器、车间应急备用电源、连续运行的自动化生产线辅助电源，请分别推荐合适的电池类型，说明理由；② 若应急备用电源（铅蓄电池）使用一段时间后，放电能力下降，分析可能的原因（至少2点），写出铅蓄电池放电时的正、负极电极反应式及总反应方程式；③ 如何延长二次电池的使用寿命？写出具体措施（至少3点）；④ 简述不同类型电池在加工制造生产中的应用对提高生产效率的意义（至少3点）。 2. 燃料电池在绿色制造、新能源设备中应用广泛，以氢氧燃料电池为例：① 分别写出氢氧燃料电池在酸性电解质和碱性电解质中的正、负极电极反应式及总反应方程式；② 分析电解质溶液酸碱性对电极反应的影响，说明燃料电池的核心优势；③ 加工制造中，氢氧燃料电池可用于为焊接机器人供电，说明其相比传统电池的优势（至少3点）；④ 简述燃料电池在绿色制造中的应用前景，使用时需注意什么问题？ 3. 结合加工制造类专业回答：① 某机械厂需检测一批铅蓄电池的性能是否达标，设计实验方案（包括实验原理、仪器、步骤和判断标准）；② 对比一次电池、二次电池和燃料电池的优缺点，为加工制造企业的电池采购提供决策建议（分场景说明）；③ 设计一个实验，区分锌-锰干电池（一次电池）和锂离子电池（二次电池），写出实验原理、仪器、步骤和结论，并说明该实验对加工制造中电池选型、避免误用的指导意义。 参考答案 一、基础题 （一）选择题 1. B 2. C 3. B 4. D 5. B 6. B 7. A 8. C 9. C 10. B 11. A （二）填空题 1. 一次电池（原电池）；二次电池（可充电电池）；燃料电池 2. 反应不可逆；锌-锰干电池；纽扣电池（或银锌电池） 3. 反应可逆，可反复充放电；原电池；电解池；铅蓄电池；锂离子电池；镍镉电池 4. 环保高效；持续供电；惰性电极；氢气（H₂）；甲烷（CH₄）（或甲醇、乙醇等） 5. 铅（Pb）；二氧化铅（PbO₂）；稀硫酸（H₂SO₄）；正；负 6. 功率需求；使用时长；体积限制 （三）判断题 1. √ 2. √ 3. × 4. √ 5. × 6. × 7. √ 8. × 9. × 二、提升题 简答题 1. ① 电池类型推荐及理由：a. 便携式检测仪器：锂离子电池；理由：体积小、重量轻、容量大、循环寿命长，适合移动使用，满足检测仪器的便携性和续航需求；b. 车间应急备用电源：铅蓄电池；理由：容量大、放电稳定、价格低廉、技术成熟，能在突发断电时为关键设备（如照明、控制系统）提供持续供电；c. 连续运行的自动化生产线辅助电源：氢氧燃料电池；理由：可连续输入燃料和氧化剂，持续供电，产物无污染，适合长时间稳定运行的场景，无需频繁更换电池。 ② 放电能力下降的原因及反应方程式：a. 原因：电极材料（Pb、PbO₂）逐渐损耗，表面生成的PbSO₄附着导致活性降低；电解质溶液中H₂SO₄浓度下降，导电能力减弱；电池内部出现极化现象或漏液；b. 电极反应式：负极（Pb）：Pb - 2e⁻ + SO₄²⁻ = PbSO₄；正极（PbO₂）：PbO₂ + 2e⁻ + 4H⁺ + SO₄²⁻ = PbSO₄ + 2H₂O；总反应方程式：Pb + PbO₂ + 2H₂SO₄ = 2PbSO₄ + 2H₂O。 ③ 延长二次电池使用寿命的措施：a. 避免过度充电和过度放电，使用专用充电器，充满后及时断电，电量剩余20%左右时及时充电；b. 控制使用环境温度，避免在高温（＞45℃）或低温（＜0℃）下长时间工作，高温会加速电极老化；c. 定期维护，如铅蓄电池需定期检查电解质液位，补充蒸馏水（不可加稀硫酸），清理电极表面的腐蚀产物；d. 闲置时定期充电，保持电池活性，避免长期亏电存放。 ④ 对生产效率的意义：a. 为便携式设备提供稳定续航，保障户外检测、移动作业的连续性，减少设备停机时间；b. 应急电源能快速响应突发断电，避免生产线因断电导致的产品报废、生产中断，降低损失；c. 燃料电池等新型电池的应用，减少电池更换频率，降低维护成本和人工投入；d. 环保型电池的使用符合绿色制造要求，避免废旧电池污染导致的生产暂停，提升企业可持续生产能力。 2. ① 氢氧燃料电池电极反应式：a. 酸性电解质（如H₂SO₄溶液）：负极（H₂）：H₂ - 2e⁻ = 2H⁺；正极（O₂）：O₂ + 4H⁺ + 4e⁻ = 2H₂O；总反应方程式：2H₂ + O₂ = 2H₂O；b. 碱性电解质（如KOH溶液）：负极（H₂）：H₂ - 2e⁻ + 2OH⁻ = 2H₂O；正极（O₂）：O₂ + 2H₂O + 4e⁻ = 4OH⁻；总反应方程式：2H₂ + O₂ = 2H₂O。 ② 电解质酸碱性的影响及核心优势：a. 影响：酸性条件下，正极反应有H⁺参与，负极产物为H⁺；碱性条件下，负极反应有OH⁻参与，正极产物为OH⁻；电解质酸碱性改变了电极反应的具体形式，但总反应不变；b. 核心优势：产物为水，无污染，符合绿色制造要求；能量转化率高（可达40%-60%，远高于一次电池）；可通过持续输入燃料和氧化剂实现连续供电，无需频繁更换电池；电极材料不参与反应，使用寿命长。 ③ 相比传统电池的优势：a. 持续供电能力强，适合焊接机器人长时间连续作业，无需中途更换电池；b. 产物无污染，避免传统电池报废后造成的车间环境腐蚀或污染；c. 能量密度高，相同体积下提供的功率更大，能满足焊接机器人的高功率需求；d. 运行安静，无噪音污染，改善车间工作环境。 ④ 应用前景及注意事项：a. 应用前景：随着绿色制造理念的推进，燃料电池可广泛用于生产线自动化设备、仓储物流机器人、户外施工机械等，降低传统化石能源的依赖，减少碳排放；b. 注意事项：燃料（如氢气）的储存和运输需严格防爆、防泄漏，车间需配备专用储存设备和安全监测系统；电解质溶液具有腐蚀性，需防止泄漏腐蚀设备；初始投资成本较高，需结合企业生产规模合理规划。 3. ① 铅蓄电池性能检测实验方案：a. 实验原理：通过测定电池的开路电压、放电容量和充放电循环稳定性，判断性能是否达标；开路电压反映电池的初始状态，放电容量反映储存电能的能力，循环稳定性反映使用寿命；b. 实验仪器：电压表、电流表、电阻箱（负载）、充电器、计时器、导线、待检测铅蓄电池；c. 实验步骤：第一步：测定开路电压，将电压表并联在电池正负极，记录电压值（标准值约2.0V，低于1.8V则性能不佳）；第二步：放电容量测试，将电池与电阻箱、电流表串联，设定恒定负载（如10Ω），记录放电开始时间，直至电压降至1.75V时停止，计算放电时间，根据Q=It计算放电容量（与额定容量对比，偏差≤10%为达标）；第三步：充放电循环测试，用专用充电器对电池充满电，重复第二步的放电测试，连续循环3次，观察每次放电容量的衰减情况，衰减率≤5%为达标；d. 判断标准：开路电压在1.8-2.1V之间，放电容量达到额定容量的90%以上，充放电循环3次后容量衰减率≤5%，则电池性能达标；否则不达标。 ② 电池类型优缺点对比及采购建议：a. 一次电池（如锌-锰干电池）：优点：价格低廉、结构简单、无需维护；缺点：不可充电、寿命短、污染较大；采购建议：适用于低功率、短期使用的设备（如临时照明、简单检测工具），一次性使用场景，避免频繁更换的麻烦；b. 二次电池（如铅蓄电池、锂离子电池）：优点：可反复充放电、循环寿命长、容量大；缺点：铅蓄电池体积大、重量重，锂离子电池价格较高；采购建议：锂离子电池适用于便携式设备（如手持检测仪、无线传感器），铅蓄电池适用于固定应急电源（如车间备用照明、控制系统）；c. 燃料电池（如氢氧燃料电池）：优点：环保高效、持续供电、寿命长；缺点：初始投资高、燃料储存运输复杂；采购建议：适用于长时间连续运行的高功率设备（如自动化生产线、大型机器人）、绿色制造车间，或对环保要求极高的场景。 ③ 区分一次电池和二次电池的实验：a. 实验原理：二次电池可充电重复使用，一次电池不可充电；通过充电后是否能恢复放电能力进行区分；b. 实验仪器：充电器、电压表、电阻箱、导线、待区分的锌-锰干电池和锂离子电池（外观相似）；c. 实验步骤：第一步：分别测定两个电池的初始开路电压，记录数值；第二步：将两个电池分别与电阻箱串联放电，直至电压降至各自的终止电压（锌-锰干电池约0.8V，锂离子电池约3.0V）；第三步：用对应充电器对两个电池分别充电（锌-锰干电池不可充电，充电器无反应或电池发热；锂离子电池可正常充电，充电器显示充电状态）；第四步：充电完成后，再次测定两个电池的开路电压，观察是否恢复，并用电阻箱放电，观察是否能产生电流；d. 实验结论：充电后能恢复电压并正常放电的是锂离子电池（二次电池）；充电时无反应、无法恢复放电能力的是锌-锰干电池（一次电池）；e. 指导意义：该实验能帮助企业在采购和使用时准确区分电池类型，避免将一次电池误当作二次电池充电（可能导致漏液、爆炸），或误用一次电池为需长期使用的设备供电（增加更换成本和停机时间）；为设备选型提供依据，确保电池类型与设备使用场景匹配，提高设备运行稳定性和生产效率。 学科网（北京）股份有限公司 $