专题五第二单元精品版.docx

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专题五第二单元精品版

第二单元　原电池　化学电源

1．理解原电池的工作原理，能写出常见的简单电极反应和电池反应方程式。

2．了解常见的化学电源，认识化学能与电能相互转化的实际意义及其重要应用。

3．了解研制新型化学电源的重要性。

认识化学在解决能源危机中的重要作用。

一、原电池

1．装置特点：

把化学能转化成电能。

2．构成条件

（1）两个活动性不同的电极（两种金属或一种金属和一种可以导电的非金属）。

（2）将电极插入电解质溶液中。

（3）用导线连接电极（或直接接触）形成闭合回路。

（4）能自发进行氧化还原反应。

3．工作原理（以铜锌原电池为例）

电极名称

负极

正极

电极材料

锌片

铜片

电极反应

Zn－2e－===Zn2＋

Cu2＋＋2e－===Cu

反应类型

氧化反应

还原反应

电子流向

由锌片沿导线流向Cu片

盐桥中离子流向

阴离子流向负极，阳离子流向正极

电池反应方程式

Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu

原电池内部阴、阳离子如何移动？

为什么？

提示　阴离子移向负极、阳离子移向正极，这是因为负极失电子，生成大量阳离子聚集在负极附近，致使该极附近有大量正电荷，所以溶液中的阴离子要移向负极；正极得电子，该极附近的阳离子因得电子生成电中性物质而使该极附近带负电荷，所以溶液中阳离子要移向正极。

二、化学电源

1．一次电池反应原理（不能充电，不能反复使用）

（1）银锌钮扣电池：

电极材料分别为Ag2O和Zn，电解质溶液为KOH溶液。

负极（Zn）：

Zn＋2OH－－2e－===ZnO＋H2O

正极（Ag2O）：

Ag2O＋H2O＋2e－===2Ag＋2OH－

电池反应方程式：

Zn＋Ag2O===ZnO＋2Ag

（2）碱性锌锰电池：

电解质为KOH

负极：

Zn－2e－＋2OH－===Zn（OH）2

正极：

2MnO2＋2H2O＋2e－===2MnOOH＋2OH－

电池反应方程式：

Zn＋2MnO2＋2H2O===2MnOOH＋Zn（OH）2

2．二次电池（可充电，可多次重复使用）

铅蓄电池是最常见的二次电池，它由两组栅状极板交替排列而成，正极板上覆盖有PbO2，负极板上覆盖有Pb，电解质是H2SO4溶液。

铅蓄电池是最常见的二次电池，总反应为：

Pb（s）＋PbO2（s）＋2H2SO4（aq）

2PbSO4（s）＋2H2O（l）

3．燃料电池

氢氧燃料电池是目前最成熟的燃料电池，可分酸性和碱性两种。

酸性

碱性

负极反应式

2H2－4e－===4H＋

2H2＋4OH－－4e－===4H2O

正极反应式

O2＋4H＋＋4e－===2H2O

O2＋2H2O＋4e－===4OH－

电池总反应式

2H2＋O2===2H2O

可充电电池充电时电极与外接电源的正、负极如何连接？

提示　可充电电池充电时的电极接法为：

两条规律

1．盐桥的作用

（1）使整个装置构成通路，代替两溶液直接接触。

（2）平衡电荷。

在整个装置的电流回路中，溶液中的电流通路是靠离子定向迁移完成的。

Zn失去电子Zn2＋进入ZnSO4溶液，ZnSO4溶液因Zn2＋增多而带正电荷。

同时，CuSO4溶液则由于Cu2＋变成Cu，使得SO

相对较多而带负电荷。

溶液不保持电中性，会阻止电子从锌片流向铜片，造成电流中断。

2．原电池的工作原理

两种方法

1．原电池的设计思路

构成原电池的基本条件，是进行原电池设计的基本依据。

（1）根据电池反应写出电极反应式，如Fe＋Cu2＋===Fe2＋＋Cu。

把氧化还原反应分解为氧化反应和还原反应两个半反应，从而确定电极反应。

氧化反应（负极）Fe－2e－===Fe2＋；还原反应（正极）Cu2＋＋2e－===Cu。

（2）电极材料的选择：

电池的电极必须导电。

一般电池的负极必须能够与电解质溶液反应，容易失去电子，往往以负极反应为依据确定电极材料，选用Zn为负极。

正极与负极之间只有产生电势差，电子才能定向移动，所以正极和负极一般不用同一种材料，正极材料的活动性比Fe弱，可采用惰性电极C。

（3）电解质溶液的选择。

电解质是为负极提供放电的物质，因此电解质溶液一般要能够与负极发生反应。

电解质溶液要含有Cu2＋，可以为CuCl2溶液或CuSO4溶液。

（4）形成闭合回路。

2．原电池的正、负极的判断

（1）由两极的活泼性强弱确定：

活泼性较强的金属为负极，活泼性较弱的金属或能导电的非金属为正极。

（2）根据在两电极发生的反应来判断：

负极发生氧化反应，正极发生还原反应。

（3）由电极变化情况确定：

某一电极若不断溶解或其质量不断减少，该电极发生氧化反应，则此电极为原电池的负极；若某一电极上有气体产生，电极的质量不断增加或不变，该电极发生还原反应，为电池的正极（燃料电池除外）。

（4）根据外电路中自由电子的移动方向确定：

在外电路中电子流出的极为负极，电子流入的极为电池的正极。

（5）根据内电路中自由离子的移动方向确定：

在内电路中阳离子移向的电极为正极，阴离子移向的电极为负极。

我的体会

原电池学习的关键是理解原电池的原理，大家可以画一画原电池的原理图，弄清电子的流向，两极的反应（负氧正还原）。

对于燃料电池要注意燃料在负极反应，O2在正极反应，要注意电解质溶液或传导介质的影响，如碱性条件下，CO2以CO

形式存在。

（2011·苏北四市二调，9）据报道，以硼氢化合物NaBH4（B元素的化合价为＋3价）和H2O2作原料的燃料电池，负极材料采用Pt/C，正极材料采用MnO2，可用作空军通信卫星电源，其工作原理如图所示。

下列说法错误的是（　　）。

A．电池放电时Na＋从a极区移向b极区

B．电极b采用MnO2，MnO2既作电极材料又有催化作用

C．该电池的负极反应为：

BH

＋8OH－－8e－===BO

＋6H2O

D．每消耗3molH2O2，转移的电子为3mol

审题视角　根据物质化合价变化，判断正、负极（负氧正还原），结合电解质溶液书写电极反应式。

解析　1.[能力定向]原电池原理的应用能力、电极方程式的书写能力及读图能力。

2．[解题思路]BH

中H显－1价，被氧化，电极a为负极，由图电解质溶液为OH－，负极反应为：

BH

＋8OH－－8e－===BO

＋6H2O，C正确。

正极反应为H2O2生成OH－，电极方程式为：

H2O2＋2e－===2OH－，生成OH－，Na＋移向正极，A正确。

燃料电池的电极不参与反应，有很强的催化活性，起导电作用，B正确。

由正极方程式可知消耗3molH2O2，转移的电子为6mol。

答案　D

原电池电极方程式的书写思路

复杂电极反应式的书写：

＝

－

（2011·盐城二调，13）一种光化学电池的结构如右图，当光照在表面涂有氯化银的银片上时，AgCl（s）

Ag（s）＋Cl（AgCl），[Cl（AgCl）表示生成的氯原子吸附在氯化银表面]，接着Cl（AgCl）＋e－===Cl－（aq），若将光源移除，电池会立即恢复至初始状态。

下列说法不正确的是（　　）。

A．光照时，电流由X流向Y

B．光照时，Pt电极发生的反应为：

2Cl－＋2e－===Cl2

C．光照时，Cl－向Ag电极移动

D．光照时，电池总反应为：

AgCl（s）＋Cu＋（aq）

Ag（s）＋Cu2＋（aq）＋Cl－

解析　银片上发生的反应AgCl＋e－===Ag＋Cl－，还原反应，X为正极，Pt电极上Cu＋失电子，发生反应：

Cu＋－e－===Cu2＋，电流从X移向Y。

答案　BC

燃料电池是原电池原理在新型电池中的重要应用，是高考的热点，注意以下三个问题：

1．燃料电池的电极不参与反应，有很强的催化活性，起导电作用。

2．燃料电池在负极上发生氧化反应是燃料（如H2、CH4、CH3OH等），在正极上参与反应的是空气或氧气。

3．书写电极反应方程式时：

酸性条件下用H＋和H2O配平；碱性条件下可用OH－和H2O来配平。

传导介质往往在一极生成一极消耗。

（2012·如东期中）甲醇燃料电池（DMFC）可用于笔记本电脑、汽车等，该燃料电池是以甲醇为燃料，氧气为氧化剂，电解质可以是质子交换膜（可传导氢离子），也可以是固体氧化物（可传导氧离子），甲醇和氧气分别在多孔金属电极上发生反应，从而将化学能直接转化为电能。

下列叙述中错误的是（　　）。

A．电池放电时，甲醇在负极发生氧化反应

B．以固体氧化物为电解质的电池放电时，氧离子由负极移向正极

C．以质子交换膜为电解质的电池放电时，正极的反应为：

O2＋4H＋＋4e—===2H2O

D．电池的总反应是：

2CH3OH＋3O2===2CO2＋4H2O

审题视角　①燃料为负极反应物，O2为正极反应物。

②电解质的不同，反应产物不同。

解析　1.[能力定向]原电池原理在燃料电池中的应用能力。

2．[解题思路]由题甲醇燃料电池，甲醇在负极发生氧化反应，O2在正极发生还原反应，总反应方程式为2CH3OH＋3O2===2CO2＋4H2O。

若以固体氧化物为电解质，则传导介质为O2－，正极反应为O2＋4e－===2O2－，负极反应为CH3OH＋3O2－－6e－===CO2＋2H2O，O2－由正极向负极移动。

若以质子交换膜为电解质，则传导介质为H＋，则正极反应为O2＋4H＋＋4e—===2H2O。

答案　B

若将电解质溶液改为KOH，负极反应方程式为________________________，正极反应方程式为_____________，总反应方程式为_______________________________。

答案　CH3OH－6e－＋8OH－===CO

＋6H2O　O2＋4e－＋2H2O===4OH－　2CH3OH＋3O2＋4OH－===2CO

＋6H2O

某固体酸燃料电池以CsHSO4固体为电解质传递H＋，其基本结构见下图，电池总反应可表示为：

2H2＋O2===2H2O，下列有关说法正确的是（　　）。

A．电子通过外电路从b极流向a极

B．b极上的电极反应式为：

O2＋2H2O＋4e－===4OH－

C．每转移0.1mol电子，消耗1.12L的H2

D．H＋由a极通过固体酸电解质传递到b极

解析　此为燃料电池，充入还原剂H2的极为负极，电子从负极（a极）流向正极（b极），A项错。

电解质为酸性，不可能有大量OH－存在，负极反应为：

H2－2e－===2H＋，正极（b极）反应为：

O2＋4e－＋4H＋===2H2O，B项错。

C项，气体的体积没有指明标准状况，错。

由反应式知，负极（a极）产生H＋，由酸电解质传到正极（b极），D项正确。

答案　D

对于充电电池特别注意放电时原电池的负极发生氧化反应，则充电过程中生成物生成反应物，发生还原反应，此时是充电电池的阴极，即电池充电时，原电池的负极与直流电源的负极相连（叫阴极）。

同理正极是充电电池的阳极。

电极反应可以相互转化，原电池负极反应反过来就是电解池阴极反应，同理原电池正极反应反过来就是电解池阳极反应。

即充电电池上的“－”表示放电时的负极，充电时接电源负极，作阴极，反之“＋”表示放电时的正极，充电时接电源正极，作阳极。

（2011·南京二模，10）全钒液流电池是一种新型的绿色环保储能电池。

其电池总反应为：

V3＋＋VO2＋＋H2O

VO

＋2H＋＋V2＋。

下列说法正确的是（　　）。

A．放电时正极反应为：

VO

＋2H＋＋e－===VO2＋＋H2O

B．充电时阴极反应为：

V2＋－e－===V3＋

C．放电过程中电子由负极经外电路移向正极，再由正极经电解质溶液移向负极

D．充电过程中，H＋由阴极区向阳极区迁移

审题视角　首先分清充、放电的方向。

分析放电（原电池）的正、负极反应。

解析　1.[能力定向]充电电池的反应原理的应用能力。

2．[解题思路]放电时，负氧正还原，负极反应：

V2＋－e－===V3＋，正极反应：

VO

＋2H＋＋e－===VO2＋＋H2O，A正确。

充电时，阴极反应为：

V3＋＋e－===V2＋，B错误，阳极反应：

VO2＋＋H2O－e－===VO

＋2H＋，H＋在阳极区生成，D错误。

C项中电解质溶液中是离子的定向移动。

答案　A

（2011·南通一调）铅酸蓄电池是目前应用普遍的化学电池，新型液流式铅酸蓄电池以可溶的甲基磺酸铅为电解质，电池总反应：

Pb＋PbO2＋4H＋

2Pb2＋＋2H2O。

下列有关新型液流式铅酸蓄电池的说法正确的是（　　）。

A．充放电时，溶液中Pb2＋浓度保持不变

B．充放电时，溶液的导电能力变化不大

C．放电时的负极反应式为：

Pb－2e－===Pb2＋

D．充电时的阳极反应式为：

Pb2＋＋4OH－＋2e－===PbO2＋2H2O

解析　放电时负极反应Pb－2e－===Pb2＋，正极反应PbO2＋4H＋＋2e－===Pb2＋＋2H2O，则充电时阴极反应Pb2＋＋2e－===Pb，阳极反应Pb2＋＋2H2O－2e－===PbO2＋4H＋。

导电能力取决于电荷浓度，由电池总方程式可知，电荷浓度变化不大。

答案　BC

1．（2009·广东理基，34）下列有关电池的说法不正确的是（　　）。

A．手机上用的锂离子电池属于二次电池

B．铜锌原电池工作时，电子沿外电路从铜电极流向锌电极

C．甲醇燃料电池可把化学能转化为电能

D．锌锰干电池中，锌电极是负极

解析　二次电池，即可充电电池，所以A项对。

在原电池中，活泼金属Zn是负极，负极失电子发生氧化反应，因此电子的流向是由负极（锌电极）流向正极（铜电极），B项错。

答案　B

2．（2010·广东，23）铜锌原电池（如图）工作时，下列叙述正确的是（　　）。

A．正极反应为：

Zn－2e－===Zn2＋

B．电池反应为：

Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu

C．在外电路中，电子从负极流向正极

D．盐桥中的K＋移向ZnSO4溶液

解析　活泼的Zn是负极，A项错。

在溶液中，阳离子向正极移动，D项错。

答案　BC

3．（2010·全国新课标，12）根据下图，可判断出下列离子方程式中错误的是（　　）。

A．2Ag（s）＋Cd2＋（aq）===2Ag＋（aq）＋Cd（s）

B．Co2＋（aq）＋Cd（s）===Co（s）＋Cd2＋（aq）

C．2Ag＋（aq）＋Cd（s）===2Ag（s）＋Cd2＋（aq）

D．2Ag＋（aq）＋Co（s）===2Ag（s）＋Co2＋（aq）

解析　由电极可知金属活泼性：

Cd＞Co＞Ag，其离子氧化性：

Cd2＋＜Co2＋＜Ag＋，利用氧化还原反应的规律可知：

只有A项的离子方程式不能发生。

答案　A

1．（2011·福建，11）研究人员研制出一种锂水电池，可作为鱼雷和潜艇的储备电源。

该电池以金属锂和钢板为电极材料，以LiOH为电解质，使用时加入水即可放电。

关于该电池的下列说法不正确的是（　　）。

A．水既是氧化剂又是溶剂

B．放电时正极上有氢气生成

C．放电时OH－向正极移动

D．总反应为：

2Li＋2H2O===2LiOH＋H2↑

解析　锂比铁的金属性强，故锂应做负极材料失电子，由题意知该原电池以LiOH为电解质且加入水即可放电则应发生反应：

2Li＋2H2O===2LiOH＋H2↑，依据方程式可以判断水中氢在正极得电子，由＋1价被还原为0价，生成氢气，且水做氧化剂，故答案A、B、D正确；C项中作为阴离子的OH－离子应向原电池的负极移动，故C项错误。

答案　C

2．（2011·安徽，12）研究人员最近发现了一种“水”电池，这种电池能利用淡水与海水之间含盐量差别进行发电，在海水中电池总反应可表示为：

5MnO2＋2Ag＋2NaCl===Na2Mn5O10＋2AgCl。

下列“水”电池在海水中放电时的有关说法正确的是（　　）。

A．正极反应式：

Ag＋Cl－－e－===AgCl

B．每生成1molNa2Mn5O10转移2mol电子

C．Na＋不断向“水”电池的负极移动

D．AgCl是还原产物

解析　A选项应该是负极反应式；C选项钠离子应向正极移动；D选项AgCl为氧化产物。

答案　B

3．（2010·江苏，11）如图是一种航天器能量储存系统原理示意图。

下列说法正确的是（　　）。

A．该系统中只存在3种形式的能量转化

B．装置Y中负极的电极反应式为：

O2＋2H2O＋4e－===4OH－

C．装置X能实现燃料电池的燃料和氧化剂再生

D．装置X、Y形成的子系统能实现物质的零排放，并能实现化学能与电能间的完全转化

解析　A项，从图像可发现该装置的能量转化为：

太阳能

电能

化学能

　　　　　　　↓　　　　　　↓装置Y（燃料电池）

　　　　　　机械能

电能

有四种能量转换方式，A项错。

装置X为电解池，装置Y为燃料电池，负极发生氧化反应，电极反应为H2－2e－===2H＋（或H2＋2OH－－2e－===2H2O），B项错。

X电解池产生燃料电池Y的燃料H2和氧化剂O2，C对。

水电解生成H2、O2，燃料电池将H2、O2转化为水，完成循环，可以产生零排放，但不论是电解池还是原电池，均不可能达到能量的完全转化，D错。

答案　C

1．（2011·海南，6）一种充电电池放电时的电极反应为H2＋2OH－－2e－===2H2O；NiO（OH）＋H2O＋e－===Ni（OH）2＋OH－。

当为电池充电时，与外电源正极连接的电极上发生的反应是（　　）。

A．H2O的还原B．NiO（OH）的还原

C．H2的氧化D．Ni（OH）2的氧化

解析　当为电池充电时，为电解池。

与外电源正极连接的电极为电解池的阳极，发生反应为氧化反应，排除A、B选项；电极反应式应是将放电时的电极反应式逆回去：

Ni（OH）2＋OH－－e－===NiO（OH）＋H2O（氧化反应，阳极），2H2O＋2e－===H2＋2OH－（还原反应，阴极），故答案为D。

答案　D

2．（2011·全国新课标，11）铁镍蓄电池又称爱迪生电池，放电时的总反应为：

Fe＋Ni2O3＋3H2O===Fe（OH）2＋2Ni（OH）2

下列有关该电池的说法不正确的是（　　）。

A．电池的电解液为碱性溶液，正极为Ni2O3、负极为Fe

B．电池放电时，负极反应为Fe＋2OH－－2e－===Fe（OH）2

C．电池充电过程中，阴极附近溶液的pH降低

D．电池充电时，阳极反应为2Ni（OH）2＋2OH－－2e－===Ni2O3＋3H2O

解析　电池充电时，阴极反应为放电时负极的逆反应，其电极方程式为Fe（OH）2＋2e－===Fe＋2OH－，故该电极反应溶液pH升高，C项错误。

答案　C

3．（2010·福建，11）铅蓄电池的工作原理为：

Pb＋PbO2＋2H2SO4===2PbSO4＋2H2O，研读下图，下列判断不正确的是（　　）。

A．K闭合时，d电极反应式：

PbSO4＋2H2O－2e－===PbO2＋4H＋＋SO

B．当电路中转移0.2mol电子时，Ⅰ中消耗的H2SO4为0.2mol

C．K闭合时，Ⅱ中SO

向c电极迁移

D．K闭合一段时间后，Ⅱ可单独作为原电池，d电极为正极

解析　从图中分析可知，Ⅰ为原电池（b为负极、a为正极），Ⅱ为电解池（d为阳极、c为阴极）。

A项，d为阳极，PbSO4失电子，正确。

B项，从总反应看，转移2mol电子时有2molH2SO4反应，所以可判断出B项正确。

SO

应向阳极（即d极）移动，所以C项错。

图Ⅱ是铅蓄电池充电，c极变为Pb、d极变为PbO2，所以D项正确。

答案　C

4．（2010·浙江，9）LiAl/FeS电池是一种正在开发的车载电池，该电池中正极的电极反应式为：

2Li＋＋FeS＋2e－===Li2S＋Fe。

有关该电池的下列说法中，正确的是（　　）。

A．LiAl在电池中作为负极材料，该材料中Li的化合价为＋1价

B．该电池的电池反应式为：

2Li＋FeS===Li2S＋Fe

C．负极的电极反应式为Al－3e－===Al3＋

D．充电时，阴极发生的电极反应式为：

Li2S＋Fe－2e－===2Li＋＋FeS

解析　利用正极反应判断原电池的正、负极。

负极中Li、Al均为0价，A项错。

电池的负极反应为Li－e－===Li＋，再由正极反应可得总反应2Li＋FeS===Li2S＋Fe，B项对，C项错。

充电时，阴极反应即原电池的负极反应的逆反应，阴极发生还原反应：

Li＋＋e－===Li，D项错。

答案　B

►►名师偈语

　　本单元的重点内容为原电池工作原理及其应用，原电池工作原理的考查往往以新型能源电池或燃料电池为载体，考查原电池正负极的判断、电极反应式的书写、电子或电流的方向及溶液pH的变化等。

江苏高考中的考查形式一是在选择题中考查原电池原理在新型电池中的应用，如2010年第7题，二是在填空题中要求书写原电池反应，如2011年18题

（2）。

预计实物图分析、新型电池分析、电解池与原电池的联系以及设置趣味电化学实验是2013年高考的热点。

高考对本专题能力的考查以接受、吸收、整合化学信息的能力为主，试题难度中等偏上。

从近年来的高考命题来看，对于原电池的考查往往结合实用电池进行。

解答这类题目首先要抓住原电池的根本原理——氧化还原反应，然后从这个角度分析题目已知条件及问题。

【常见考点】①原电池的工作原理及应用　②原电池的电极判断与材料选择　③实用化学电源特别是燃料电池

【常考题型】①选择题　②非选择题

【例1】►（2011·海南卷改编）根据右图，下列判断中正确的是（　　）。

A．烧杯a中的溶液pH升高

B．烧杯b中发生还原反应

C．烧杯a中发生的反应为2H＋＋2e－===H2

D．烧杯b中发生的反应为2Cl－－2e－===Cl2

解析　题中给出的物质表明，该电池的总反应是2Zn＋O2＋2H2O===2Zn（OH）2，a烧杯中电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，b中电极反应式为Zn－2e－===Zn2＋。

答案　A

方法分析课件1．原电池将一个完整的氧化还原反应分为两个半反应，负极发生氧化反应，正极发生还原反应，一般将两个电极反应中得失电子的数目写为相同，相加便得到总反应方程式。

教师教材学生2．在原电池装置中，电子由负极经导线流向正极，阳离子在正极上获得电子，通过电路中的电子和溶液中的离子的移动而形成回路，传导电流，电子并不进入溶液也不能在溶液中迁移。

教学科研3．阴离子要移向负极，阳离子要移向正极。

这是因为负极失电子，生成大量阳离子积聚在负极附近，致使该极附近有大量正电荷，所以溶液中的阴离子要移向负极；正极得电子，该极附近的阳离子因得电子生成电中性的物质而使该极附近带负电荷，所以溶液中的阳离子要移向正极。

新时代的爱国主义4．不参与电极反应的离子从微观上讲发生移动，但从宏观上讲其在溶液中各区域的浓度基本不变。

【例2】►（2010·全国卷Ⅰ）如图是一种染料敏化太阳能电池的示意图。

电池的一个电极由有机光敏燃料（S）涂覆在纳米晶体表面制成，另一电极由导电玻璃镀铂构成，电池中发生的反应为：

教学诊断

TiO2/S

TiO2/S*（激发态）

昙花教学实录TiO2/S*―→TiO2/S＋＋e－

I

＋2e－―→3I－

任务标题2TiO2/S＋＋3I－―→2TiO2/S＋I

教师李莉的事情是真实的吗下列关于该电池叙述错误的是（　　）。

任务标题A．电池工作时，是将太阳能转化为电能

新军事变革全面发展始于。

B．电池工作时，I－离子在镀铂导电玻璃电极上放电

C．电池中镀铂导电