常见化学电源
晚上停电时，小电池能让手电筒发光；早晨发动汽车，蓄电池能把发动机“叫醒”；手机没电后插上充电线，过一会儿又能继续工作。这些设备中的电池在放电时，都利用两极的氧化还原反应，通过外电路传递电子，把一部分化学能转化为电能。充电则由外电源输入电能，推动可充电电池中的反向反应。
上一章已经学会了电极反应式。这一章不再把它当作一串符号，而是用它回答三个生活问题：普通一次干电池为什么通常不设计成可充电？汽车电瓶为什么能够充回来？氢氧燃料电池为什么需要持续供给反应气体？带着这三问，从一节干电池出发，走到手机和汽车身边。
从能否充电与供料方式区分化学电源
电池需要让两极反应通过外电路耦合。若反应物直接接触，或发生内部短路、自放电等过程，就会减少能向外输出的电能。合适的电极、电解质和隔膜结构，既要提供电子与离子的通路，也要减少不经过外电路的副反应。
因此，化学电源工作的根本仍是自发的氧化还原反应。放电时，失电子的一极是负极，发生氧化反应；得电子的一极是正极，发生还原反应；外电路中的电子始终从负极流向正极。电解质或离子导体则负责让离子迁移，避免某一侧电荷越积越多而使反应停住。
分类时要问两个问题：电池是否设计为可反复充放电？反应物是主要储存在内部，还是由外界持续供给？由此可比较下面三类。
“一次”和“二次”说的是电池能否作为设计用途反复充放电，不是说一次电池里只能发生一次氧化还原反应。无论哪一类，只要在放电，电子得失和氧化还原都在持续发生。
这张表只是地图。真正遇到陌生电池时，最可靠的起点仍是四个问题：谁失电子？谁得电子？电子从哪里到哪里？哪一种离子迁移来维持电中性？下面先用一节最熟悉的干电池练手。
一次电池：锌锰体系的两极反应
按下手电筒开关，灯泡发亮，说明外电路中已有电子流过。它们从哪儿来？以高中化学中常见的碱性锌锰电池为例，锌是较容易失电子的一方，作为负极；二氧化锰在正极一侧得电子。电解质呈碱性，隔膜把两边的反应区域分开，却允许离子通过。
图中展示的是酸性锌锰电池的典型剖面：锌筒、碳棒和糊状电解质的分工与“电子走外电路”的原则十分直观。锌锰电池还可按电解质分为酸性和碱性体系；为了把半反应式写得更规范、便于观察 的作用，下面的计算例子采用碱性锌锰电池模型。两种体系不能把电极反应式混用。
只追踪参与外电路放电的过程：锌原子在负极失去电子，电子离开电池，经过导线和灯泡；到了正极，二氧化锰得到电子。若把电极反应写出来，灯泡为什么能亮就不再神秘了：
将正极反应式乘以 后与负极反应式相加，消去电子和两侧都有的 ，得到总反应：
这里最值得停一下：电子并不穿过电解质。电子走的是外电路，所以才可以驱动灯泡；电解质内部主要靠离子迁移来闭合内电路。把“电子方向”和“离子迁移”混成一条箭头，是电池题里很常见的失分点。
普通一次锌锰电池通常不设计为反复充电，是因为它放电后的物质状态并不适合用普通充电方式稳定、反复地回到初始状态。于是，随着锌和二氧化锰等活性物质被消耗，电池输出电能的能力下降，手电筒就会越来越暗。
在图示酸性锌锰电池中，不要把碳棒误当成被还原的活性物质：碳棒主要承担导电作用，二氧化锰才是正极附近接受电子的关键物质。碱性锌锰电池的典型结构不同，不能直接套用酸性电池的中心碳棒与锌筒布局；两者共同点是锌被氧化、二氧化锰被还原。判断电极反应时，要看谁的化合价改变，而不是只盯着电极材料的名称。
小推演：电量从哪里数出来？
若 锌在负极参加反应，能转移多少电子？不必先记整个电池的总反应，只看锌的半反应：每 Zn 失去 电子。因此：
这就是电化学计算的简洁处：无论正极反应写得多复杂，电子守恒都像一张统一的“计数单”。负极失去多少电子，正极就必须得到多少电子。
二次电池：铅酸蓄电池的充放电
手电筒电池用完通常更换；汽车却不能每次熄火后换一组电瓶。发动机运转时，汽车会给蓄电池充电；下一次启动，蓄电池又放电。这里的核心变化是：放电时它是原电池，充电时它变成电解池。
铅酸蓄电池是高中阶段分析二次电池的典型模型。它放电时的总反应可写为：
如果只看总反应，容易忽略“电子从哪边出去”。把它拆开就清楚了。
充电时应把原电池的正端接电源正端、负端接电源负端。下面的交互可对照同一组极板的连线与反应切换。
放电时，Pb 电极失电子，是负极；PbO 一侧得电子，是正极：
此时的“负极、正极”是按原电池的放电状态命名的。接上外加电源充电后，反应方向被迫逆转：原来放电的 Pb 极板（放电后含 PbSO₄）接电源负极，成为阴极，得到电子；原来放电的 PbO 极板（放电后含 PbSO₄）接电源正极，成为阳极，失去电子。别把“正极”机械地等同于“阳极”——在原电池和电解池中，这两个词并不总是对应同一位置。
下面沿用放电前活性物质给极板命名，对照同一极板的两种状态。充电时反应物是放电形成的 PbSO₄。
那么，观察电解质能不能判断电池状态？可以。放电的总反应消耗 ，生成水，所以硫酸浓度降低；充电时过程相反，硫酸浓度升高。这个信息比死记“哪个极变重”更有用，因为它来自反应式本身。
再追问一个容易错的细节：放电时两块极板的质量谁增大？在忽略活性物质脱落等影响的理想模型中，答案是都增大。Pb 变为 PbSO，PbO 也变为 PbSO；硫酸根从电解质进入极板，因而两边质量都增加。直觉上“负极金属失电子，质量一定减小”在这里不适用——失电子后还要看它是否结合了电解质中的离子、生成了更重的固体。
处理二次电池时，先写“放电的原电池反应”，再把两个半反应逐一反向，就能得到充电时的阴极、阳极反应。直接凭“正极、负极”套公式，最容易把放电和充电混淆。
例题：用极板增重反推电子数
忽略活性物质脱落和副反应，铅酸蓄电池放电时，正极 PbO 极板质量增加 。已知 ，。求转移电子的物质的量。
先弄清“增重”不是生成 PbSO 的总质量，而是每 PbO 变成 PbSO 时增加的质量：。
这类题的钥匙是：极板质量变化往往要先扣掉“反应物原来就在极板上的质量”，再依据半反应连接到电子数。
燃料电池：外界持续供料的发电装置
现在回到“从手电筒到手机”的主线。手机中的可充电电池靠充电把物质状态调回去，属于二次电池；而燃料电池更像一台持续工作的微型发电装置：燃料和氧化剂不是一次性封存在电池里，而是不断通入两个电极。只要供料不断、反应条件合适，它就能持续输出电能。
氢氧燃料电池最适合用来练习“先定反应物，再定介质”。无论电解质呈酸性还是碱性，氢气都在负极失电子，氧气都在正极得电子，所以总反应始终是：
但半反应式会随介质而改变。酸性条件下，负极生成 ，正极消耗 ；碱性条件下，用 和 来配平：
为什么说“先看介质”特别重要？如果题目写 KOH 溶液，却在负极写 ，原子和电荷也许暂时看着平衡，但它没有把碱性环境中的 考虑进去。正确做法不是背两套长式子，而是先确定氢气失电子、氧气得电子这一条主线，再用酸碱环境补齐 、 和水。
燃料电池的“负极通燃料、正极通氧化剂”并不等于“燃料是负电荷”。负极的依据是燃料在这里失电子、发生氧化反应；正极的依据是氧化剂在这里得电子、发生还原反应。
再走一步：从氢气用量到氧气用量
某碱性氢氧燃料电池消耗了 。氢气在负极每 失去 电子，因此电路中转移 电子。正极每消耗 得到 电子，所以：
这和总反应 的 比例完全一致。半反应和总反应不是两套规则，而是同一件事的两个视角。
选择、使用与回收：把化学判断带回生活
到这里，三类电源已经连成一条线：一次电池强调“活性物质用完”；二次电池强调“用电能把反应推回去”；燃料电池强调“反应物持续供给”。实际选择时，还会考虑单位质量或单位体积能输出多少电能、输出功率、储存时间以及使用条件等。
不同类型废电池的投放要求可能不同，应按电池标识及当地分类收集要求处理；对漏液、鼓胀或损坏的电池，不要继续拆解或使用。化学知识在这里不是为了把电池“研究得更复杂”，而是帮助我们判断：能量从哪里来，反应正在往哪边走，怎样使用才更安全。
练习题
1
一节碱性锌锰电池放电时，关于负极和电子流向的判断，正确的是？
2
铅酸蓄电池放电时，哪些说法正确？
3
氢氧燃料电池在碱性电解质中工作时，外电路电子由通入 H₂ 的电极流向通入 O₂ 的电极。
4
铅酸蓄电池充电时，原来放电的 Pb 电极接电源的____极，成为电解池的____极。
第5题｜电极反应式校正
某同学把碱性氢氧燃料电池的负极反应写成：
请指出问题，并写出碱性条件下正确的负极反应式。再说明放电时 的迁移方向。
第6题｜把“极板增重”翻译成电子数
忽略活性物质脱落和副反应，铅酸蓄电池放电时，PbO 极板质量增加 。已知 ，。求放电过程中转移电子的物质的量，并判断被消耗的 的物质的量。