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微专题六　新型电池解题策略
第六章
化学反应与能量
[专题精讲]
高考中的新型电池，有“氢镍电池”、“高铁电池”、“碱性锌锰电池”、我国首创的“海洋电池”、“燃料电池”(如新型细菌燃料电池、氢氧燃料电池、丁烷燃料电池、甲醇质子交换膜燃料电池、CO燃料电池)、“锂离子电池”、“银锌电池”、“纽扣电池”等。这些电池一般具有高能环保、经久耐用、电压稳定、比能量(单位质量释放的能量)高等特点。取材于这些知识点的试题，题材广、信息新，具体有以下几种考查角度。
1.燃料电池。其特点一是有两个相同的多孔电极，同时两个电
极不参与电极反应；二是不需要将还原剂和氧化剂全部储存在电
池内；三是能量的转化率高，燃料电池具有高能环保、电压稳定、
经久耐用等优点。因此，这类电池正成为科学研究、高考命题的
重点。其主要命题角度有燃料电池正负极的判断，电池反应式的
书写，电子、离子的移动及电解质溶液的组成变化情况分析等。
2.新型可充电电池，如“储氢电池”“锂-空气电池”“高铁
电池”“锂硫电池”等。总的来说，可充电电池是既能将化学能
转化为电能(放电)，又能将电能转化为化学能(充电)的可多次利用
的一类特殊电池。主要考查四点：一考“式子”，即考查原电池
电极反应的书写；二考“运动”，即考查原电池工作过程中，离
子、电子的移动方向；三考“量值”，即考查原电池工作过程中电
子转移数目、电极上消耗或生成物质的物质的量；四考“应用”，
即考查原电池原理在生产、生活、环境保护中的应用。
【解题方法】
1.新型电池放电时正极、负极的判断
2.新型电池正极、负极上电极反应式的书写
首先分析物质得失电子的情况，然后再考虑电极反应生成的
物质是否跟电解质溶液中的离子发生反应。对于较为复杂的电极
反应，可以利用“总反应式－较简单一极电极反应式＝较复杂一
极电极反应式”的方法解决。
3.新型电池充电时阴极、阳极的判断
首先应搞明白原电池放电时的正、负极，再根据电池充电时，
阳极接正极，阴极接负极的原理进行分析。充电的实质就是把放
电时发生的变化再复原的过程，即充电时的电极反应是放电时电
极反应的逆过程。
4.新型电池充、放电时，电解质溶液中离子移动方向的判断
解题时，首先应分清电池是放电还是充电，放电时为原电池，
充电时为电解池，再判断出正、负极或阴、阳极。原电池中，阳
离子移向正极，阴离子移向负极；电解池中，阳离子移向阴极，
阴离子移向阳极，符合带电微粒在电场中的运动规律，进而确定
离子的移动方向。
[典例精析]
角度1 燃料电池
【典例1】微生物燃料电池是指在微生物的作用下将化学能转
化为电能的装置。某微生物燃料电池的工作原理如图所示，下列
说法正确的是(
)
A.电子从 b 流出，经外电路流向 a
C.如果将反应物直接燃烧，能量的利用率不会变化
D.若该电池电路中有0.4 mol电子发生转移，则有0.5 mol H＋通过质子交换膜
解析：b 电极通入氧气，是正极，a电极是负极，电子从a流出，
经外电路流向 b，A 错误；a 电极是负极，发生失去电子的氧化反应，
化学能转化为光能，因此能量的利用率会变化，C 错误；若该电
池电路中有 0.4 mol 电子发生转移，根据电荷守恒可知有 0.4 mol
答案：B
H＋通过质子交换膜与0.1 mol氧气结合转化为水，D错误。
[变式训练1](2023 年沈阳模拟)微生物脱盐池是在微生物燃料
电池的基础上发展而来的新兴生物电化学系统，原理如图所示。
下列说法错误的是(
)
A.b 为正极
B.X 膜为阴离子交换膜
C.该装置能实现从海水中得到淡水，同时去除有机物并提供
电能
D.负极反应为CH3COO－＋7OH－－8e－===2CO2↑＋5H2O
解析：由题意可知，该装置为原电池，b 极通入 O2，则 b 为
正极，A 正确；原电池内电路中：阳离子移向正极、阴离子移向
负极，从而达到脱盐目的，所以 Y 膜为阳离子交换膜，X 膜为阴
答案：D
离子交换膜，B、C正确；a极为负极，电极反应为CH3COO－＋
2H2O－8e－===2CO2＋7H＋，D错误。
[思维建模]燃料电池的思维流程
根据题目所给信息，确定“两物”——反应物、生成物，
“两产物”——氧化产物、还原产物，结合原电池原理作出判断。
角度2 二次电池
【典例2】(2023 年湖南师大附中测试)电动汽车在我国正迅猛
发展，磷酸铁锂(LiFePO4)电池是电动汽车常用的一种电池，其工
作原理如图所示。电池中间的聚合物离子交换膜把正极与负极隔
开，锂离子可以通过而电子不能通过。该电池的总反应式是
LiFePO4＋C6
Li1－xFePO4＋LixC6。下列说法不正确的是(　　)
A.放电时电子从A极通过导线流向B极
B.充电时Li＋从A极区移向B极区
C.充电时B极电极反应式为C6＋xLi＋＋xe－===LixC6
D.放电时A极电极反应式为Li1－xFePO4＋xLi＋＋xe－===
LiFePO4
解析：根据电池的总反应式 LiFePO4 ＋C6
Li1－xFePO4＋
答案：A
LixC6，放电时LixC6在负极B上发生氧化反应生成C6，Li1－xFePO4在正极A上发生还原反应生成LiFePO4。放电时电子从负极(B极)通过导线流向A极，A错误；充电时，阳离子从阳极移向阴极，即Li＋从A极区移向B极区，B正确；充电时B极为阴极，发生还原反应，电极反应式为C6＋xLi＋＋xe－===LixC6，C正确；放电时A极为正极，发生还原反应，电极反应式为Li1－xFePO4＋xLi＋＋xe－===LiFePO4，D正确。
[思维建模]可充电电池的思维流程
(1)可充电电池有充电和放电两个过程，放电时是原电池反应，
充电时是电解池反应。
(2)放电时的负极反应和充电时的阴极反应互为逆反应，放电
时的正极反应和充电时的阳极反应互为逆反应。将负(正)极反应式
变换方向并将电子移项即可得出阴(阳)极反应式。
(3)充、放电时电解质溶液中离子移动方向的判断
分析电池工作过程中电解质溶液的变化时，要结合电池总反
应进行分析。
①首先应分清电池是放电还是充电。
②再判断出正、负极或阴、阳极。
(4)“加减法”书写新型二次电池放电的电极反应式
若已知电池放电时的总反应式，可先写出较易书写的一极的
电极反应式，然后在电子守恒的基础上，由总反应式减去较易写
出的一极的电极反应式，即得到较难写出的另一极的电极反应式。
[变式训练2]如图是一种正投入生产的大型蓄电系统。放电前，
被膜隔开的电解质为 Na2S2 和 NaBr3 ，放电后分别变为 Na2S4 和
NaBr。下列叙述正确的是(
)
A.放电时，负极反应为3NaBr－2e－===NaBr3＋2Na＋
B.充电时，阳极反应为2Na2S2－2e－===Na2S4＋2Na＋
C.放电时，Na＋经过离子交换膜由b池移向a池
D.用该电池电解饱和食盐水，产生2.24 L H2时，b池生成
17.40 g Na2S4
解析：放电时，负极上 Na2S2 被氧化生成 Na2S4，电极反应式
答案：C
为2Na2S2－2e－===Na2S4＋2Na＋，A错误；充电时，阳极上NaBr失电子被氧化生成NaBr3，电极反应式为3NaBr－2e－===NaBr3＋2Na＋，B错误；放电时，阳离子向正极移动，故Na＋经过离子交换膜，由b池移向a池，C正确；题目未指明2.24 L H2是否处于标准状况下，无法计算b池中生成Na2S4的质量，D错误。
角度3 物质循环转化型电池(液流电池)
【典例3】液流电池是电化学储能领域的一个研究热点，其优
点是储能容量大、使用寿命长。下图为一种中性 Zn/Fe 液流电池
的结构及工作原理图。下列有关说法错误的是(
)
解析：由图可知，放电时，电极 A 为负极，电极反应式为 Zn
答案：C
[解题指导]解答协同(物质循环转化型)电池题的思维模板
(1)第一步：判断装置类型。根据有无外加电源，判断是电解
池还是原电池。
(2)第二步：找准媒介物质。分析装置找出具有电子传递功能
的媒介物质——“电对”。根据“电对”中元素化合价变化，判
断装置的正负极或阴阳极。
(3)第三步：写出电极反应。根据电极类型和题目综合信息书
写电极反应式，最后逐项分析，得出正确答案。根据物质转化中
元素化合价的变化或离子的移动(阳离子移向正极区域，阴离子移
向负极区域)判断电池的正、负极，是分析该电池的关键。
[变式训练3](2022 年广东卷)科学家基于Cl2易溶于CCl4的性
质，发展了一种无需离子交换膜的新型氯流电池，可作储能设备
Na3Ti2(PO4)3。下列说法正确的是(
)
A.充电时电极 b 是阴极
B.放电时 NaCl 溶液的 pH 减小
C.放电时 NaCl 溶液的浓度增大
D.每生成 1 mol Cl2，电极 a 质量理论上增加 23 g
(如图)。充电时电极a的反应为：NaTi2(PO4)3＋2Na＋＋2e－===
解析：由充电时电极 a 的反应可知，充电时电极 a 发生还原
答案：C
反应，所以电极a是阴极，则电极b是阳极，A错误；放电时电极反应和充电时相反，则由放电时电极a的反应为Na3Ti2(PO4)3－2e－===NaTi2(PO4)3＋2Na＋可知，NaCl溶液的pH不变，B错误；放电时负极反应为Na3Ti2(PO4)3－2e－===NaTi2(PO4)3＋2Na＋，正极反应为Cl2＋2e－===2Cl－，反应后Na＋和Cl－浓度都增大，则放电时NaCl溶液的浓度增大，C正确；充电时阳极反应为2Cl－－2e－===Cl2↑，阴极反应为NaTi2(PO4)3＋2Na＋＋2e－===Na3Ti2(PO4)3，由得失电子守恒可知，每生成1 mol Cl2，电极a质量理论上增加
23 g·mol-1×2 mol＝46 g，D错误。
角度 4 浓差电池
【典例4】(热点情境题)利用电解质溶液的浓度对电极电势的
影响，可设计浓差电池。某热再生浓差电池工作原理如图所示，
通入 NH3 时电池开始工作，左侧电极质量
减少，右侧电极质量增加，中间 A 为阴离
子交换膜，放电后可利用废热进行充电再
下列说法不正确的是(
)
解析：通入 NH3 时电池开始工作，左侧电极质量减少，则左
答案：B
[解题指导]“浓差电池”的分析方法
浓差电池是利用物质的浓度差产生电势的一种装置。两侧半
电池中的特定物质有浓度差，离子均是由“高浓度”移向“低浓
度”，依据阴离子移向负极区域，阳离子移向正极区域判断电池
的正、负极，这是解题的关键。
[变式训练 4](2023 年山东师大附中模拟)浓差电池是利用物质
的浓度差产生电势的一种装置。将两个完全相同的电极浸入两个
溶质相同但浓度不同的电解质溶液中构成的浓差电池，称为双液
浓差电池。模拟工业上电渗析法实现海水(用氯化钠溶液代替)淡化
的装置如图所示。下列说法错误的是(
)
D.C(2)极反应：2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑
B.C(2)极发生还原反应
C.膜 1 为阳离子交换膜
解析：为使交换膜两侧硫酸铜溶液的浓度相等，即阴离子交
答案：C
换膜左侧溶液c(CuSO4)增大，右侧c(CuSO4)减小，又因为只允许阴离子迁移，故交换膜左侧铜电极溶解，c(Cu2+)增大；交换膜右侧铜电极上析出铜，c(Cu2+)减小，即Cu(1)极为负极，发生氧化反应Cu－2e－===Cu2+；Cu(2)极为正极，发生还原反应Cu2+＋2e－===Cu，SO　由阴离子交换膜右侧向左侧迁移，由分析可知，Cu(2)极为正极，则Cu(1)极为阳极，电极反应为2Cl－－2e－===Cl2↑，故NaCl溶液中的Cl－通过膜1进入阳极室，故膜1为阴离子交换膜，C错误。

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