1-2电池的类型 同步作业 《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. 下列关于一次电池（原电池）和二次电池的说法，正确的是（ ） A. 一次电池放电后可以充电重复使用 B. 二次电池充电时将化学能转化为电能 C. 锌锰干电池属于一次电池，铅蓄电池属于二次电池 D. 一次电池的电极材料在放电后均会完全消耗，无法恢复 2. 加工制造中常用的铅蓄电池，充电时的电极反应与放电时相反。下列说法正确的是（ ） A. 放电时铅蓄电池是电解池，充电时是原电池 B. 放电时负极反应为：Pb - 2e⁻ + SO₄²⁻ = PbSO₄ C. 充电时阳极反应为：Pb²⁺ + 2e⁻ = Pb D. 铅蓄电池的电解质溶液为稀盐酸，提供离子导电 3. 下列电池类型中，不属于二次电池的是（ ） A. 锂离子电池 B. 镍镉电池 C. 银锌纽扣电池（不可充电） D. 氢镍电池 4. 关于燃料电池的说法，错误的是（ ） A. 燃料电池的反应物由外部持续供给，可连续放电 B. 燃料电池工作时，燃料在负极发生氧化反应 C. 氢氧燃料电池的产物为水，对环境无污染 D. 燃料电池的能量转化率低于一次电池 5. 加工制造中，用于应急照明的锂电池（锂离子电池），其工作原理基于锂离子的迁移。下列说法正确的是（ ） A. 锂离子电池充电时，锂离子向阴极移动 B. 放电时，负极发生还原反应，正极发生氧化反应 C. 锂电池的优点是能量密度低、体积大 D. 锂电池的电解质为水溶液，便于离子迁移 6. 下列关于锌锰干电池（一次电池）的说法，错误的是（ ） A. 负极材料为锌壳，正极材料为碳棒 B. 电解质溶液为氯化铵和氯化锌的混合溶液 C. 放电时，MnO₂作为氧化剂参与正极反应 D. 电池报废后可随意丢弃，对环境无影响 7. 氢氧燃料电池中，电解质溶液为KOH溶液时，正极反应式为（ ） A. H₂ - 2e⁻ + 2OH⁻ = 2H₂O B. O₂ + 2H₂O + 4e⁻ = 4OH⁻ C. 2H⁺ + 2e⁻ = H₂↑ D. O₂ + 4H⁺ + 4e⁻ = 2H₂O 8. 下列电池应用与电池类型匹配错误的是（ ） A. 手机电源——锂离子电池（二次电池） B. 手电筒照明——锌锰干电池（一次电池） C. 电动汽车驱动——氢氧燃料电池（二次电池） D. 医疗器械供电——银锌纽扣电池（一次电池） 9. 关于二次电池充电过程的说法，正确的是（ ） A. 充电时，电源正极连接电池的负极 B. 充电过程是将电能转化为化学能的过程 C. 充电时，电解质溶液中的离子不发生定向移动 D. 所有二次电池的充电反应都是放电反应的逆反应 10. 加工制造中，为选择适配的电池，需考虑电池的性能参数。下列参数中，与电池持续工作时间直接相关的是（ ） A. 电动势 B. 容量（Ah） C. 内阻 D. 额定电压 11. 下列关于不同电池类型优缺点的说法，错误的是（ ） A. 一次电池优点是结构简单、成本低，缺点是不可重复使用 B. 二次电池优点是可循环使用、寿命长，缺点是初始成本高 C. 燃料电池优点是能量转化率高、环保，缺点是需要持续供给燃料 D. 锂离子电池优点是体积小、无记忆效应，缺点是安全性高、不易爆炸 （二）填空题（每空2分，共28分） 1. 电池按工作原理和使用方式可分为______、______和______三类；其中______又称原电池，放电后不可充电；______可通过充电恢复电极活性，重复使用。 2. 铅蓄电池的电极材料为______和______，电解质溶液为______；放电时，负极发生______反应，正极发生______反应，总反应方程式为______。 3. 燃料电池的核心特点是______和______由外部供给，不储存在电池内部；常见的燃料电池有______、______等，其能量转化率远高于传统热机。 4. 加工制造中，不同电池类型的应用场景：一次电池常用于______（短期低功耗设备），二次电池常用于______（长期循环使用设备），燃料电池常用于______（大功率持续运行设备）。 5. 锂离子电池的正极材料常用______（如LiCoO₂），负极材料常用______（如石墨），电解质为______（非水溶液），其优点是______、______、无记忆效应。 （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通过充电恢复电极的化学活性。（ ） 2. 铅蓄电池放电时，正负极材料均会转化为PbSO₄，充电时又恢复为原有电极材料。（ ） 3. 燃料电池工作时，燃料和氧化剂在电池内部燃烧，产生电能。（ ） 4. 锂离子电池的电解质必须使用非水溶液，因为锂会与水发生反应。（ ） 5. 二次电池的充放电循环次数是有限的，循环次数过多会导致容量下降。（ ） 6. 加工制造中，使用一次电池的设备比使用二次电池的设备更环保，因为无需充电。（ ） 7. 氢氧燃料电池的电动势与电解质溶液的酸碱性无关，仅与燃料和氧化剂的种类有关。（ ） 8. 镍镉电池具有记忆效应，使用时需完全放电后再充电，否则容量会降低。（ ） 9. 所有电池的工作原理都是基于氧化还原反应的电子转移，将化学能转化为电能。（ ） 二、提升题（共30分） （一）简答题（10分） 1. 加工制造车间需为三种设备选择适配电池：① 临时使用的检测仪器（短期低功耗）；② 频繁使用的电动工具（长期循环）；③ 车间备用应急电源（大功率持续供电）。请分析：（1）每种设备应选择的电池类型（一次电池、二次电池、燃料电池）；（2）说明选择依据（结合电池类型的性能特点和设备需求）；（3）各举一种具体电池型号，并简述其优势。 2. 某电动汽车采用锂离子电池作为动力源，其放电时的总反应方程式为：LiC₆ + Li₁₋ₓCoO₂ = LiCoO₂ + 6C。请分析：（1）该电池放电时的正负极材料及电极反应式；（2）充电时的阳极反应式；（3）锂离子电池相比传统铅蓄电池，在电动汽车应用中的优势（从能量密度、重量、环保性等方面说明）。 （二）分析题（10分） 1. 分析下列加工制造场景中电池选择的合理性，若存在问题请提出改进方案，并说明理由： （1）机械加工中，用锌锰干电池为长期运行的数控机床供电； （2）电子元件装配中，用锂离子电池为微型传感器供电； （3）船舶制造中，用氢氧燃料电池为船舶动力系统供电。 2. 某二次电池（铅蓄电池）使用一段时间后，出现容量明显下降、充电时间缩短的现象。请分析可能的原因（从电极材料、电解质溶液、使用方式等方面说明）；并提出维护和改进措施，以延长电池使用寿命。 （三）计算题（10分） 1. 铅蓄电池的总反应方程式为：Pb + PbO₂ + 2H₂SO₄=2PbSO₄ + 2H₂O。若电池放电时消耗0.1mol Pb，计算： （1）转移电子的物质的量； （2）消耗H₂SO₄的质量； （3）充电时，需要消耗的电能（假设电动势为2V，电能W=UIt=Uq，1mol电子电量为96500C，写出计算过程）。 2. 某氢氧燃料电池，电解质溶液为KOH溶液，工作时通入11.2L（标准状况下）H₂，完全反应： （1）计算转移电子的物质的量； （2）生成水的质量； （3）若该电池用于驱动加工设备，输出功率为100W（功率P=W/t=UIt/t=UI，假设电动势为1.2V），理论上可连续工作多长时间（写出计算过程）。 3. 某锂离子电池的容量为2000mAh（1mAh表示1mA电流放电1小时），放电时平均电流为0.5A。计算： （1）该电池的总电量（以库仑C为单位，1A=1C/s，1小时=3600s）； （2）放电时转移电子的物质的量； （3）若该电池用于手机，每天使用2小时，充满一次电可使用多少天（写出计算过程）。 参考答案 一、基础题 （一）选择题 1. C 2. B 3. C 4. D 5. A 6. D 7. B 8. C 9. B 10. B 11. D （二）填空题 1. 一次电池；二次电池；燃料电池；一次电池；二次电池 2. 铅（Pb）；二氧化铅（PbO₂）；稀硫酸（H₂SO₄）；氧化；还原；Pb + PbO₂ + 2H₂SO₄ = 2PbSO₄ + 2H₂O 3. 燃料；氧化剂；氢氧燃料电池；甲烷燃料电池（其他合理答案也可） 4. 手电筒、遥控器（短期低功耗设备）；电动汽车、电动工具（长期循环设备）；大型电站、船舶（大功率持续设备） 5. 锂的金属氧化物；碳材料；有机电解质溶液；能量密度高；体积小（或重量轻、循环寿命长） （三）判断题 1. √ 2. √ 3. × 4. √ 5. √ 6. × 7. × 8. √ 9. √ 二、提升题 （一）简答题 1. （1）设备①选择一次电池；设备②选择二次电池；设备③选择燃料电池。 （2）选择依据：① 临时检测仪器使用频率低、功耗小，一次电池结构简单、成本低，无需充电，适配短期使用需求；② 电动工具频繁使用，二次电池可循环充电，重复使用成本低，满足长期运行需求；③ 应急电源需大功率持续供电，燃料电池反应物可外部持续供给，能长时间稳定放电，适配大功率需求。 （3）具体型号与优势：① 设备①选锌锰干电池（LR6型），优势是通用性强、价格低廉、储存时间长；② 设备②选锂离子电池（18650型），优势是能量密度高、循环寿命长、无记忆效应；③ 设备③选氢氧燃料电池（PEMFC型），优势是能量转化率高、产物环保（仅为水）、可连续供电。 2. （1）放电时：① 负极材料为LiC₆（锂嵌入碳材料），电极反应式：LiC₆ - e⁻ = Li⁺ + 6C；② 正极材料为Li₁₋ₓCoO₂（锂钴氧化物），电极反应式：Li₁₋ₓCoO₂ + xLi⁺ + xe⁻ = LiCoO₂。 （2）充电时阳极反应式：LiCoO₂ - xe⁻ = Li₁₋ₓCoO₂ + xLi⁺。 （3）锂离子电池优势：① 能量密度高，相同重量下容量更大，续航里程更长；② 重量轻、体积小，降低电动汽车整体重量，提升能效；③ 环保性好，不含铅、镉等重金属，报废后污染小；④ 循环寿命长，充电次数可达千次以上，使用成本低。 （二）分析题 1. （1）不合理。改进方案：将锌锰干电池更换为铅蓄电池或锂离子电池（二次电池）。理由：数控机床长期运行，需持续稳定供电，锌锰干电池为一次电池，容量有限、不可充电，频繁更换会增加成本且影响生产效率；二次电池可循环充电，能满足长期供电需求，且容量更大、稳定性更强。 （2）合理。理由：微型传感器功耗低、体积小，锂离子电池能量密度高、体积小、重量轻，适配传感器的小型化设计，且循环寿命长，无需频繁更换，符合电子元件装配的需求。 （3）合理。理由：船舶动力系统需要大功率、长时间持续供电，氢氧燃料电池能量转化率高、产物环保（无污染物排放），且燃料（氢气）可通过多种方式制备，适配船舶航行的长期需求；相比传统燃油动力，更符合绿色船舶的发展趋势。 2. （1）容量下降、充电时间缩短的原因：① 电极材料损耗：放电时生成的PbSO₄结晶附着在电极表面，充电后无法完全脱落，导致电极表面积减小，活性降低；② 电解质溶液变质：H₂SO₄浓度降低（放电消耗）或混入杂质，导电能力下降；③ 使用方式不当：未完全放电即充电，导致“记忆效应”，或充电电压过高、电流过大，损伤电极；④ 电池密封失效，电解质溶液泄漏或水分蒸发。 （2）维护与改进措施：① 定期维护：放电至剩余容量20%左右再充电，避免过充过放；定期检测电解质浓度，必要时补充稀硫酸；② 优化充电参数：使用匹配的充电器，控制充电电压（2.3~2.4V/单体）和电流（0.1~0.2C）；③ 清洁电极：若电极表面有PbSO₄结晶，可通过小电流充电-放电循环激活，或拆卸清理；④ 更换部件：若电极活性严重下降或密封失效，及时更换电极或电池壳体。 （三）计算题 1. 解：（1）由总反应方程式可知，1mol Pb参与反应转移2mol电子，故0.1mol Pb转移电子的物质的量=0.1mol×2=0.2mol。 （2）Pb与H₂SO₄的物质的量之比=1:2，消耗H₂SO₄的物质的量=0.1mol×2=0.2mol；质量=0.2mol×98g/mol=19.6g。 （3）总电量Q=0.2mol×96500C/mol=19300C；电能W=UQ=2V×19300C=38600J=38.6kJ。 答：（1）0.2mol；（2）19.6g；（3）38.6kJ。 2. 解：（1）标准状况下11.2L H₂的物质的量=11.2L÷22.4L/mol=0.5mol；氢氧燃料电池中H₂在负极反应：H₂ - 2e⁻ + 2OH⁻ = 2H₂O，1mol H₂转移2mol电子，故转移电子的物质的量=0.5mol×2=1mol。 （2）H₂与H₂O的物质的量之比=1:1，生成H₂O的物质的量=0.5mol；质量=0.5mol×18g/mol=9g。 （3）总电量Q=1mol×96500C/mol=96500C；由P=UI得，电流I=P/U=100W÷1.2V≈83.33A；工作时间t=Q/I=96500C÷83.33A≈1158s≈19.3min。 答：（1）1mol；（2）9g；（3）≈19.3min。 3. 解：（1）总电量Q=2000mAh=2A×3600s=7200C（注：2000mAh=2A×1h=2A×3600s）。 （2）1mol电子电量=96500C，转移电子的物质的量=7200C÷96500C/mol≈0.0746mol。 （3）放电时间t=Q/I=7200C÷0.5A=14400s=4h；每天使用2小时，可使用天数=4h÷2h/天=2天。 答：（1）7200C；（2）≈0.0746mol；（3）2天。 学科网（北京）股份有限公司 $