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(共41张PPT)
第12讲
二次电池的充电和放电
2025：基于主题教学的高考化学专题复习系列讲座
2025
2024河北卷-13题 二次电池的工作原理：根据放电时阳离子向正极移动，充电时阳离子向阴极移动，确定电极及电极反应，进行相关电化学计算。
2024安徽卷-11题 新型水系锌电池的工作原理:由图中可知，锌是负极(阴极)、超分子材料是正极（阳极），确定电极及电极反应，转移电子数计算。
2024全国甲卷-6题 MnO2-Zn可充电电池：Zn具有比较强的还原性，MnO2具有比较强的氧化性，所以MnO2电极为正极，Zn电极为负极，则充电时MnO2电极为阳极、Zn电极为阴极，确定电池总反应式、离子流向、电极产物质量计算。
2024年——二次电池的充电和放电考点统计
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2025
知识重构
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2025
知识重构
二次电池的定义
二次电池（Rechargeable battery）又称为充电电池或蓄电池，是指在电池放电后可通过充电的方式使活性物质激活而继续使用的电池。
教育部考试中心2018年试题评析：电池按照工作性质可以划分为：一次电池、多次电池（二次电池）、连续电池（各类燃料电池)
知识重构
二次电池的定义
充电是电解池，放电是原解池
正极-----阳极
负极-----阴极
负极阴极---负极
正极阳极---正极
二次电池的基本特点
二次电池的基本特点
新鲁科版（2017版）21页
二次电池的电极名称
在教育部考试中心－2020年版高考试分析（2019年全国卷-12）中明确：
物理学中规定，以正电荷的运动方向为电流的方向，且电流总是从电势高的正极流向电势低的负极，这与电子的流向刚好相反。无论是电解池还是原电池在讨论其中单个电极时，都可把发生氧化作用的电极称为阳极，而把发生还原作用的电极称为阴极。
二次电池的电极名称
原电池-向外电路（导线）提供电子的电极为负极或阳极；从外电路（导线）传入电子的电极为正极（阴极）；负极（阳极）发生氧化反应；正极（阴极）发生还原反应。
电解池-与外电源负极相连的电极为负极（阴极）；与外电源正极相连的电极为正极（阳极）；正极（阳极）发生氧化反应，负极（阴极）发生还原反应。
知识重构
二次电池的分类
03
铅酸电池
04
锂离子电池
01
镍氢电池
02
镍镉电池
05
钠硫电池
新型二次电池不断研发
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2025
知识重构
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1.(2024·河北卷)我国科技工作者设计了如图所示的可充电Mg-CO2 电池，以Mg(TFSI)2为电解质，电解液中加入1，3-丙二胺(PAD)以捕获CO2，使放电时CO2还原产物为MgC2O4。该设计克服了MgCO3导电性差和释放CO2能力差的障碍，同时改善了Mg2+的溶剂化环境，提高了电池充放电循环性能。下列说法错误的是（ ）
A. 放电时，电池总反应为
B. 充电时，多孔碳纳米管电极与电源正极连接
C. 充电时，电子由Mg电极流向阳极,Mg2+向阴极迁移
D放电时，每转移1mol电子，理论上可转化1molCO2
试题情境：可充电Mg-CO2 电池的工作原理
解题支撑：放电时CO2转化为MgC2O4，碳元素化合价由+4价降低为+3价，发生还原反应，所以放电时，多孔碳纳米管电极为正极、电极为负极，则充电时多孔碳纳米管电极为阳极、电极为阴极
设问：电池总反应式、正负极判断、离子流向、转移电子数计算
定位：二次电池，放电时阳离子向正极移动，充电时阳离子向阴极移动。
电极 过程 电极反应式
电极 放电
充电
多孔碳纳米管电极 放电
充电
B
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2.(2024·安徽卷)我国学者研发出一种新型水系锌电池，其示意图如下。该电池分别以Zn-TCPP(局部结构如标注框内所示)形成的稳定超分子材料和Zn为电极，以ZnSO4和KI混合液为电解质溶液。下列说法错误的是（ ）
A. 标注框内所示结构中存在共价键和配位键
B. 电池总反应为：
C. 充电时，阴极被还原的Zn2+主要来自Zn-TCPP
D. 放电时，消耗0.65gZn，理论上转移0.02mol电子
试题情境：一种新型水系锌电池的工作原理
解题支撑：由图中信息可知，该新型水系锌电池的负极是锌、正极是超分子材料；负极的电极反应式为Zn-2e-=Zn2+，则充电时，该电极为阴极，电极反应式为Zn2++2e-=Zn；正极上发生 I3-+2e-=3I-，则充电时，该电极为阳极，电极反应式为3I--2e-=I3-。
设问：电池总反应式及电极反应式、转移电子数计算
C
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3.(2024·全国甲卷)科学家使用δ-MnO2研制了一种MnO2-Zn可充电电池(如图所示)。电池工作一段时间后，MnO2电极上检测到MnOOH和少量ZnMn2O4。下列叙述正确的是（ ）
A. 充电时，Zn2+向阳极方向迁移
B.充电时，会发生反应Zn+MnO2=ZnMn2O4
C. 放电时，正极反应有MnO2+H2O2+e-=MnOOH+OH-
D.放电时，Zn电极质量减少0.65g，MnO2电极生成了0.020mol MnOOH
试题情境：MnO2-Zn可充电电池
解题支撑：Zn具有比较强的还原性，MnO2具有比较强的氧化性，自发的氧化还原反应发生在Zn与MnO2之间，所以MnO2电极为正极，Zn电极为负极，则充电时MnO2电极为阳极、Zn电极为阴极。
设问：电池总反应式、离子流向、电极产物质量计算
C
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4.(2023·辽宁卷)某低成本储能电池原理如下图所示。下列说法正确的是 ( )
A. 放电时负极质量减小
B. 储能过程中电能转变为化学能
C. 放电时右侧H+通过质子交换膜移向左侧
D. 充电总反应：
试题情境：储能电池的工作原理
解题支撑：该储能电池放电时，Pb为负极，失电子结合硫酸根离子生成PbSO4，则多孔碳电极为正极，正极上Fe3+得电子转化为Fe2+，充电时，多孔碳电极为阳极，Fe2+失电子生成Fe3+，PbSO4电极为阴极，PbSO4得电子生成Pb和硫酸。
设问：电极反应书写、离子移动方向、能量转化
放电
负极：Pb - 2e－+SO42- = PbSO4
正极：Fe3+ + e－= Fe2+
充电
阴极：PbSO4+ 2e－=Pb+SO42-
阳极： Fe2+-e－= Fe3+
B
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5.(2023·河北卷)我国科学家发明了一种以 和MnO2为电极材料的新型电池，其内部结构如下图所示，其中①区、②区、③区电解质溶液的酸碱性不同。放电时，电极材料 转化为 。
下列说法错误的是（ ）
A. 充电时，b电极上发生还原反应
B. 充电时，外电源的正极连接b电极
C. 放电时，①区溶液中的SO42-向②区迁移
D. 放电时，a电极的电极反应式为
试题情境：新型电池
解题支撑：
设问：电极反应式、电极判断、离子移动方向
B
6.(2023·福建卷)一种可在较高温下安全快充的铝-硫电池的工作原理如图，电解质为熔融氯铝酸盐(由NaCl、KCl和AlCl3形成熔点为93℃的共熔物)，其中氯铝酸根[AlnCl-3n+1(n≥1)]起到结合或释放Al3+的作用。电池总反应： 。下列说法错误的是( )
重温经典
试题情境：铝-硫电池的工作原理
解题支撑：放电时铝失去电子生成铝离子做负极，硫单质得到电子做正极，充电时铝离子得到电子生成铝发生在阴极，硫离子失去电子生成硫单质发生在阳极。
的结构为
设问：氯铝酸根结构、电极反应
D
7.(2022·全国乙)Li-O2电池比能量高,在汽车、航天等领域具有良好的应用前景。近年来,科学家研究了一种光照充电Li-O2电池(如图所示)。光照时,光催化电极产生电子(e-)和空穴(h+),驱动阴极反应(Li++e-=Li)和阳极反应(Li2O2+2h+ =2Li++O2)对电池进行充电。下列叙述错误的是 (　)
A.充电时,电池的总反应
B.充电效率与光照产生的电子和空穴量有关
C.放电时,Li+从正极穿过离子交换膜向负极迁移
D.放电时,正极发生反应
陌生电池：太阳能转化为化学能正在成为能源高效转化与资源合理利用的一个重点
陌生空穴
降低难度：给出电极反应式------电极名称的判断
丰富解题信息支撑
设问：总反应、电池工作效率、离子移动方向、电极反应
两个选项涉及电解池，两个选项涉及原电池
以前沿技术为情境，考查电化学的基本原理，引导学生从基础化学知识的角度去观察思考新事物、新技能、新方法，体现高考评价体系中创新性的考查要求
重温经典
C　
(2022·全国乙)Li-O2电池比能量高,在汽车、航天等领域具有良好的应用前景。近年来,科学家研究了一种光照充电Li-O2电池(如图所示)。光照时,光催化电极产生电子(e-)和空穴(h+),驱动阴极反应(Li++e-=Li)和阳极反应(Li2O2+2h+ =2Li++O2)对电池进行充电。下列叙述错误的是 (　　)
A.充电时,电池的总反应
B.充电效率与光照产生的电子和空穴量有关
C.放电时,Li+从正极穿过离子交换膜向负极迁移
D.放电时,正极发生反应
放电
负极：2Li - 2e－ = 2Li+
正极：O2+ 2Li+ + 2e－= Li2O2
总：2Li + O2 = Li2O2
充电
光催化电极 = e－ + h+
阴极：2Li+ + 2e－ = 2Li
阳极：Li2O2 + 2h+ = O2 + 2Li+
( Li2O2 - 2e－= O2 + 2Li+ )
总：Li2O2 = 2Li + O2
电极判断的方法
电子和空穴参加反应
放电时，阳离子移向正极
C
8.(2022·广东)科学家基于Cl2易溶于CC4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(如图)。充电时电极a的反应为
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
情境：新型电池----储能设备，无离子交换膜
解题支撑：充电时的电极反应------得电子，a为阴极（负极），b为阳极（正极）
设问：电极判断
电解质溶液酸碱性变化
电解质溶液浓度变化
依据电子守恒的计算
电解池原电池均有考查
放电
负极：Na3Ti2(PO4)3 - 2e－ = NaTi2(PO4)3+2Na+
正极：Cl2 + 2e－= 2Cl－
总：Na3Ti2(PO4)3 + Cl2=
NaTi2(PO4)3+2Na+ + 2Cl－
充电 Ti2化合价的变化（+5--+3）
阴极：NaTi2(PO4)3 + 2e－ + 2Na+ = Na3Ti2(PO4)3
阳极：2Cl－ - 2e－= Cl2
总：NaTi2(PO4)3+2Na+ + 2Cl－ = Na3Ti2(PO4)3 + Cl2
依据给出电极反应充分认识氧化还原电对
氯流电池是一种液流储能电池，工作时，四氯化碳和氯化钠水溶液在泵作用下流过多孔碳电极表面。充电时，氯离子被氧化生成氯气，同时被四氯化碳溶解带走储存；放电时，四氯化碳把氯带到电极上发生还原反应生成氯离子。其充电过程就是储能过程，阳极室储存Cl2，阴极室储存Cl－。
C
试题情境：液流电池----储能设备
该电池放电反应总方程式（解题关键）:Zn+Br2=ZnBr2,放电时,Br2在正极反应,ZnBr2被循环回路“回收”至左侧贮液器中。
充电时,锌极为阴极发生还原反应:Zn2++2e-=Zn。
放电时,Br2得电子产生Br-,通过隔膜迁移向负极区,形成ZnBr2回流至左侧贮液器,Zn失电子产生Zn2+,通过隔膜迁移至正极区,形成ZnBr2回流至右侧贮液器,充电时,Zn2+得电子生成Zn在M极放电,部分Zn2+在隔膜上生成沉积锌,而Br-在贮液器处转化为Br2复合物贮存,该过程中Zn2+、Br-都可以通过隔膜,D项说法正确。
9.(2021·湖南)锌/溴液流电池是一种先进的水溶液电解质电池,广泛应用于再生能源储能和智能电网的备用电源等。三单体串联锌/溴液流电池工作原理如图所示:
下列说法错误的是 (　B　)
A.放电时,N极为正极
B.放电时,左侧贮液器中ZnBr2的浓度不断减小
C.充电时,M极的电极反应式为
D.隔膜允许阳离子通过,也允许阴离子通过
正极
负极
隔膜≠选择透过性离子交换膜
设问：电极判断、电解液浓度、电极反应、离子移动
电解池原电池均有涉及
10.(2021·福建)催化剂TAPP-Mn(Ⅱ)的应用,使LiCO3电池的研究取得了新的进展。该电池结构在该催化剂作用下正极反应可能的历程如下图所示。
试题情境：锂电池+正极反应历程
解题支撑：正极的反应历程图
设问：电解液选择、离子移动电极反应、电极产物、电解池原电池均有涉及
11.(2021·浙江)某全固态薄膜锂离子电池截面结构如图所示,电极A为非晶硅薄膜,充电时Li+得电子成为Li嵌入该薄膜材料中;电极B为LiCoO2薄膜;集流体起导电作用。下列说法不正确的是 (　　)
A.充电时,集流体A与外接电源的负极相连
B.放电时,外电路通过a mol电子时,LiPON薄膜电解质损失a mol Li+
C.放电时,电极B为正极,反应可表示为
D.电池总反应可表示为
试题情境：固态薄膜锂离子新型电池截面结构
解题支撑：充电时锂离子嵌入A电极---阴极负极
放电时Li失电子产生Li+,Li+移向LiPON薄膜,LiPON薄膜中的Li+移向电极B,LiPON导电层的Li+数保持不变
设问：充电时电极连接、简单计算、电极反应、电池总反应、电解池原电池均有涉及
锂离子电池的工作模型
阴极负极
B
全固态薄膜锂离子电池
LiPON是一种部分氮化的磷酸锂，是一种综合性能优秀的固态电解质，LiPON膜的室温离子电导率与其N含量有关，LiPON是通过在N2气氛下溅射得到的薄膜，且其化学性质和电化学性质稳定，而且可以同LiCo02、LiMnO4等正极，金属锂、锂合金等负极相匹配，使其成为对于薄膜锂电池发展十分重要的一种电解质。
12.(2020·全国)科学家近年发明了一种新型Zn-CO2水介质电池。电池示意图,电极为金属锌和选择性催化材料。放电时,温室气体CO2被转化为储氢物质甲酸等,为解决环境和能源问题提供了一种新途径。
试题情境：金属二氧化碳新型电池
解题支撑：物质转化
设问：电极反应、简单计算、电池总反应、电解液酸碱性变化、电解池原电池均有涉及
双极膜的技术原理：
1.双极膜亦称双极性膜，是特种离子交换膜，它是由一张阳膜和一张阴膜复合制成的阴、阳复合膜。该膜的特点是在直流电场的作用下，阴、阳膜复合层间的H2O解离成H+和OH-并分别通过阴膜和阳膜，作为H+和OH-离子源。双极膜按宏观膜体结构分可分为均相双极膜和异相双极膜。
2.双极膜是一种新型的离子交换复合膜，它通常由阳离子交换层(N型膜)、中间界面亲水层(催化层)和阴离子交换层(P型膜)复合而成，是真正意义上的反应膜。中间界面层的厚度为纳米级，在直流电场作用下，中间界面层的水发生解离，在膜两侧分别得到氢离子和氢氧根离子。利用这一特点,将双极膜与其他阴阳离子交换膜组合成的双极膜电渗析系统，能够在不引入新组分的情况下将水溶液中的盐转化为对应的酸和碱，这种方法称为双极膜电渗析法。双极膜技术改变了传统工业分离和制备过程，双极膜电渗析法不仅用于制备酸和碱，若将其与单极膜巧妙地组合起来，在资源回收、化工生产和污染控制等方面均有广泛应用。
13.(2019·全国)为提升电池循环效率和稳定性,科学家近期利用三维多孔海绵状Zn(3D-Zn)可以高效沉积ZnO的特点,设计了采用强碱性电解质的3D-Zn-NiOOH二次电池,结构如下图所示。电池反应为Zn(s)+2NiOOH(s)+H2O(l)=ZnO(s)+2Ni(OH)2(s)。下列说法错误的是 (　　)
A.三维多孔海绵状Zn具有较高的表面积,所沉积的ZnO分散度高
B.充电时阳极反应为Ni(OH)2(s)+OH-(aq)-e-=NiOOH(s)+H2O(l)
C.放电时负极反应为Zn(s)+2OH-(aq)-2e- =ZnO(s)+H2O(l)
D.放电过程中OH-通过隔膜从负极区移向正极区
命题情境3D-Zn-NiOOH二次电池，解题支撑：电池反应
设问：电极载体、电极反应、离子移动方向
D
14.(2019·天津)我国科学家研制了一种新型的高比能量锌-碘溴液流电池,其工作原理示意图如下。图中贮液器可储存电解质溶液,提高电池的容量。下列叙述不正确的是 (　　)
A.放电时,a电极反应为I2Br-+2e-=2I-+Br-
B.放电时,溶液中离子的数目增大
C.充电时,b电极每增重0.65 g, 溶液中有0.02 mol I-被氧化
D.充电时,a电极接外电源负极
命题情境锌-碘溴液流电池，解题支撑：物质转化
设问：电极反应、离子数目、简单计算、充电时电极连接
D
15.(2018·全国)我国科学家研发了一种室温下“可呼吸”的Na-CO2二次电池。将NaClO4溶于有机溶剂作为电解液,钠和负载碳纳米管的镍网分别作为电极材料,电池的总反应为3CO2+4Na= 2Na2CO3+C,下列说法错误的是（ )
A.放电时,ClO4-向负极移动
B.充电时释放CO2,放电时吸收CO2
C.放电时,正极反应为:3CO2+4e-=2CO32-+C
D.充电时,正极反应为:Na++e- =Na充电时阴极反应
试题情境：金属二氧化碳新型电池
解题支撑：物质转化
设问：离子移动方向、电极反应、电解池原电池均有涉及
D
16.(2018·全国)一种可充电锂-空气电池如图所示。当电池放电时,O2与Li+在多孔碳材料电极处生成Li2O2-x(x=0或1)。下列说法正确的是 (　　)
A.放电时,多孔碳材料电极为负极
B.放电时,外电路电子由多孔碳材料电极流向锂电极
C.充电时,电解质溶液中Li+向多孔碳材料区迁移
D.充电时,电池总反应为Li2O2-x =2Li++(1-x/2)O2
试题情境：锂空气电池
解题支撑：离子移动、物质转化
设问：离子移动方向、电极反应、电解池原电池均有涉及
D
17.(2017·全国)全固态锂硫电池能量密度高、成本低,其工作原理如图所示,其中电极a常用掺有石墨烯的S8材料,电池反应为:16Li+xS8 = 8Li2Sx(2≤x≤8)。下列说法错误的是 (　　)
A.电池工作时,正极可发生反应:2Li2S6+2Li++2e-=3Li2S4
B.电池工作时,外电路中流过0.02 mol电子,负极材料减重0.14 g
C.石墨烯的作用主要是提高电极a的导电性
D.电池充电时间越长,电池中Li2S2的量越多
a为正极,发生的反应依次为:
S8+2Li++2e-=Li2S8
3Li2S8+2Li++2e-=4Li2S6
2Li2S6+2Li++2e-=3Li2S4
Li2S4+2Li++2e-=2Li2S2
试题情境：固态锂硫电池
解题支撑：离子移动、物质转化
设问：电极反应、简单计算、电极载体的作用、充电时级变化
电解池原电池均有涉及
D
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模型方法
二次电池
二次电池电极反应式的书写
装置
维度
原理
维度
负极
材料
正极
材料
离子
导体
电极反应物
电极产物
微粒运动
还原剂
氧化剂
氧化产物
还原产物
失电子
得电子
电子移动方向
阳离子
阴离子
宏观现象
二次电池认知模型
核心任务
微粒的定向运动？
微粒的变化？
得电子的场所
失电子的场所
任何一个要素都可以作为推理的起点
电化学系统分析的关键
二次电池的能力进阶
基本电解池、原电池原型的分析
基于原型原理的装置变式
脱离原型进行原电池与电解池的融合，运用电化学模型分析解决电化学问题
进行模型的复杂应用，以两个要素或多个要素的关联解决实际问题
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b
a
c
d
钒电池全称为全钒氧化还原液流电池，液流电池的最大特点就是采用水系电解液，没有燃烧和爆炸的风险。而锂电池使用的是高度易燃的有机电解液，只能降低风险概率而无法绝对避免。钠硫电池虽然能量密度胜于液流电池，但电池中仅用脆性陶瓷隔膜分离，一旦隔膜破损将发生爆炸。
理论上钒电池可以做到无限次充放。得益于液流电池电解液与电堆的分离，在电池运行过程中，电解质不会被损耗掉和消耗掉，从寿命的角度上来讲可以做到无限次循环。从电堆和辅助系统配套设计角度，目前钒电池设计的循环寿命大于15000次，远高于三元锂电池的800次和磷酸铁锂的3000-6000次。
钒电池在资源保障方面也领先锂电池。
相较于国内资源储量占比仅7%的锂资源，我国的钒资源、钒矿储量均位于全球第一，占比分别为39%、68%。并且钒电池中钒不会被消耗掉，可进行循环使用，不会造成资源短缺瓶颈。
综合来看，由于钒液流电池具备安全性高、储能时间长、寿命长、无污染等优点，比磷酸铁锂更适合化规模化储能。
在化石燃料日渐枯竭以及环境问题日益严重的今天，如何提高对风能和太阳能等可再生能源的存储与利用成为了制约人类发展的关键问题。作为高效的电能/化学能转化装置，二次电池为上述问题提供了有效解决策略。自发明至今，二次电池已成为人类社会不可或缺的储能和供能设备。
经过30余年的发展，锂离子电池已趋近其理论能量密度的上限。人们正努力在锂离子电池的基础上发展“下一代”二次电池以满足人类社会对二次电池在能量密度、倍率性能、循环寿命、安全性和成本等方面的要求。
A 解答电化学试题的基础是
氧化还原电对的辨认和电极
的判断
C
B 再前沿再新奇再复杂的
电池必然遵循原电池电解
池的基本原理
复习备考的过程中要培养氧化还原电对的辨认、电极判断、电极反应式的书写等技能链和基础知识的应用
教学过程建议
1）将静态的模型转化为动态的模型，引导学生重点关注电极反应中电子的得失、电子的移动以及离子的移动
2）加强原电池模型建构与电解池模型应用之间的衔接，确保模型落地；
3）模型的建构过程应该循序渐进，切勿直接将模型直接展示，中断学生模型建构时的思维过程
。第12讲 二次电池的充电和放电 练习
1．（2024·宁夏银川一中模拟）室温钠-硫电池被认为是一种成本低、比能量高的能源存储系统。一种室温钠-硫电池的结构如图所示。将钠箔置于聚苯并咪唑膜上作为一个电极，表面喷涂有硫黄粉末的炭化纤维素纸作为另一电极。工作时，在硫电极发生反应：S8+e-→S，S+e-→S，2Na++S+2(1-)e-→Na2Sx
下列叙述错误的是
A．充电时Na+从钠电极向硫电极迁移
B．放电时外电路电子流动的方向是a→b
C．放电时正极反应为：2Na++S8+2e-→Na2Sx
D．炭化纤维素纸的作用是增强硫电极导电性能
2．（2024·辽宁名校联盟高考模拟）一种双膜二次电池的结构及放电时的工作原理如图所示。
已知：①M、N均为多孔石墨烯电极；
②起始时Ⅰ室(含储液罐)中只含；
③盐的水解忽略不计。
下列说法正确的是
A．充电时，Ⅱ室中向Ⅰ室迁移
B．充电时，N极电极反应式为
C．X膜为阴离子交换膜，Y膜为阳离子交换膜
D．放电时，Ⅲ室中电路上转移电子，此时Ⅰ室中，则起始时Ⅰ室中含有
3．（2024·山东淄博三模）一种新型双功能催化剂电池的工作原理及催化路径如图所示。*R表示R基团在催化剂表面的吸附态。下列说法错误的是
A．放电时，b极电势高于a极
B．放电时，与起始相比右室n(OH-)减少
C．充电时，决速步反应为
D．充电时，a极电极反应式
4．（2024·重庆十八中两江实验学校一诊）一种稳定且具有低成本效益的碱性混合多硫化物-空气氧化还原液流电池结构如图所示。下列说法正确的是
A．膜a为阴离子膜，膜b为阳离子膜
B．充电时的总反应为：4OH-+2=4+O2+2H2O
C．放电时，左侧贮液室中含的多硫电解质减少
D．放电时，外电路通过2mol电子，理论上II室及右侧贮液器中的NaOH总共减少2mol
5．（2024·四川绵阳南山中学仿真演练）浙江大学高超教授团队研究的水系双离子电池原理如下图所示，下列说法错误的是

A．放电时a极附近溶液pH增大
B．放电时b极的电极反应式为：
C．充电时b极作阴极，发生还原反应
D．充电时1 mol Cu完全转化为Cu3(PO4)2，电池内部有6 mol Na+发生迁移
6．(2023届·河南省洛阳市第一高级中学高三模拟)磷酸铁锂电池在充放电过程中表现出了良好的循环稳定性，具有较长的循环寿命，放电时的反应为：LixC6+ Li1-xFeO4=6C+LiFePO4，某磷酸铁锂电池的切面如图所示。下列有关说法错误的是( )
A．放电时，Li+脱离石墨，经电解质嵌入正极
B．充电时的阳极反应为LiFePO4-xe-= Li1-xFeO4+xLi+
C．充电时电子从电源经铝箔流入正极材料
D．若初始两电极质量相等，放电过程中当转移NA个电子时，两电极的质量差为28g
7．(2023届·广东省惠州市(惠阳中山、龙门、仲恺中学)高三三校联考)某公司推出一款铁—空气燃料电池，成本仅为锂电池的，其装置放电时的工作原理如图所示。下列说法错误的是( )
A．放电时，M为正极
B．放电一段时间，KOH溶液浓度不变
C．充电时，N极的电极反应式中包括：Fe2O3+H2O+2e- = 2FeO+2OH-
D．放电时，K+从M移向N
8．(2023届·湖北省九师联盟高三开学考试)如图所示是一种可实现氢气循环利用的新型电池的放电工作原理。下列说法正确的是( )
A．放电时，M电极的电势低于N电极
B．充电过程中Na+由右池通过交换膜向左池移动
C．放电时，N极电极反应式为H2+2OH――2e－=2H2O
D．若用铅蓄电池作为电源充电M电极连接铅蓄电池的铅电极
9．(2023届·河南省TOP二十名校高三摸底考试)刘天骠教授团队开发出一种锌－二茂铁氧化还原双极性储能材料，应用于pH中性水系液流电池，将水系有机液流电池的性能推进到了一个新的高度。下列说法正确的是( )
A．放电时，电极A作负极
B．放电时，Zn2+穿过离子交换膜向电极电极B迁移
C．充电时，阴极的电极反应为Zn2++2e-=Zn
D．充电时，1mol Zn2+过膜时，有2mol二茂铁被还原
10．(2023届·湖南省部分教育联盟高三模拟考试)我国科学家正在研究一种可充电Na－Zn双离子电池体系(如图)。下列说法不正确的是( )
A．闭合K1时，锌电极为电池负极
B．闭合K2时，装置中的电能转化为化学能
C．放电时，每转移0.2 mol电子，负极区电解质溶液质量增加6.5 g
D．充电时，阳极反应式为Na0.6MnO2-xe-=Na0.6-xMnO2+xNa+
11．（2023·河北·校联考三模）单液流锌镍电池以其成本低、效率高、寿命长等优势表现出较高的应用价值，电解液为ZnO溶解于碱性物质的产物Zn(OH)，总反应为Zn+2NiOOH+2H2O+2OH-Zn(OH)+2Ni(OH)2，电池的工作原理如图所示。下列说法错误的是
A．充电时，锌极发生的电极反应为Zn(OH)+2e-=Zn+4OH-
B．放电时，镍极发生的电极反应为NiOOH+H2O+4e-=Ni(OH)2+OH-
C．充电时，阴离子从镍极区向锌极区移动，在锌极上反应生成Zn(OH)
D．利用循环泵驱动电解液进行循环流动，可有效提高电池能量效率
12．(2022·广东省六校高三第六次联考)一种高达94.2%能效的可充电铝胺电池工作原理如图所示，用Ph表示苯基，三苯基胺(Ph3N)失去一个电子后形成的Ph3N +结构较为稳定。下列说法不正确的是( )
A．与锂电池比，铝电池比能量略低，但铝含量丰富价格低廉
B．放电时，负极的电极反应式为Al-3e-+7AlCl4-=4Al2Cl7-
C．充电时，AlCl4-向铝电极移动
D．理论上每生成1mol Ph3N，外电路通过1mol电子
13．(2022·湖北省部分重点中学高三第二次联考)我国科研团队以聚氨酯为电解液(合成路线如图)实现了稳定高效且可逆循环的K-CO2电池。总反应为：4KSn+3CO22K2CO3+4Sn，其中生成的K2CO3附着在正极上。下列说法错误的是( )
A．放电时，内电路中电流由KSn合金经酯基电解质流向羧基化碳纳米管
B．电池的正极反应式为4K++3CO2+4e-=2K2CO3+C
C．羧基化碳纳米管中引入的羧基可促进电子的转移
D．充电时，电路中通过1mol电子，多壁碳纳米管减重36g
14．(2022·河北省石家庄市示范性高中高三调研考试)钾离子电池由于其低成本、电解液中快的离子传导性以及高的工作电压等优点；近年来引起了科研工作者极大的关注。吉林大学杨春成教授课题组基于钾离子电池特性，设计并合成了一种VN-NPs/N-CNFs复合材料，并将其应用于钾离子电池的电极，放电时该电极反应为VN+3K++3e-→V+K3N，下列有关说法中错误的是( )
A．放电时，在Al电极区发生的是氧化反应
B．该电池的溶剂不能为水溶液
C．放电时，电解质中的K+向Cu电极区移动
D．放电时，每转移1mole-，Cu电极区质量减少39g
15．(2022·河北省省级联测高三第八次考试)水系钠离子二次电池由于资源丰富、绿色环保、生产成本低等优势备受关注。以无机盐为主体结合少量氟化有机盐为电解液，水系钠离子电池放电时的工作原理示意图如图。已知初始时两极质量相等，下列说法错误的是( )
A．电池总反应可表示为2Na3V2(PO4)3Na5V2(PO4)3+NaV2(PO4)3
B．充电时，阳极电极反应式为Na5V2(PO4)3-2e-=Na3V2(PO4)3+2Na+
C．充电时，电子由M极经导线流向N极；放电时，M极为负极
D．放电时，电路中通过0.005mol电子时，理论上两极质量差为0.23g
16．(2022·河北省沧州市高三二模)火星大气约95%是CO2，Li-CO2电池在未来的火星探测领域有着重要的应用前景。科学家设计了一系列Ru/M-CPY@ CNT(碳纳米管)杂化材料(M = Co、Zn、Ni、Mn， CNTs碳纳米管是一种电导率高、比表面积大、通道和孔隙率丰富的导电基底)作为电极。已知该电池放电时的反应为4Li+3CO2=2Li2CO3+C，下列说法错误的是( )
A．放电时，Li电极作电池负极，有电子经导线流出
B．充电时，每转移1mol电子，两电极的质量变化差值为7g
C．充电时，阳极的电极反应式为C-4e-+2Li2CO3 =3CO2↑+4Li+
D．杂化材料中CNTs增多了CO2的吸附位点，可使该电池表现出优异的电化学性能
17. 高电压水系锌—有机混合液流电池的装置如图所示。下列说法错误的是( )
A. 充电时，中性电解质NaCl的浓度增大
B. 放电时，负极反应式为Zn-2e-+4OH-=Zn(OH)
C. 充电时，1molFQH2转化为FQ转移2mol电子
D. 放电时，正极区溶液的pH增大
答案
1.
【答案】A
【分析】由题意可知放电时硫电极得电子，硫电极为原电池正极，钠电极为原电池负极。
【解析】A．充电时为电解池装置，阳离子移向阴极，即钠电极，故充电时，Na+由硫电极迁移至钠电极，A错误；
B．放电时Na在a电极失去电子，失去的电子经外电路流向b电极，硫黄粉在b电极上得电子与a电极释放出的Na+结合得到Na2Sx，电子在外电路的流向为a→b，B正确；
C．由题给的的一系列方程式相加可以得到放电时正极的反应式为2Na++S8+2e-→Na2Sx，C正确；
D．炭化纤维素纸中含有大量的炭，炭具有良好的导电性，可以增强硫电极的导电性能，D正确；
故答案选A。
2.
【答案】D
【分析】由图可知，放电时在M极失去电子生成，即转化为极是负极；为了维持电荷守恒，溶液中的溴离子要通过X膜进入Ⅰ室，X膜为阴离子交换膜；Ⅲ室中在N极得到电子生成溴离子并转移到Ⅱ室，则N极为正极，Y膜为阴离子交换膜。
【解析】A．充电时，N极为阳极，M极为阴极，阴离子向阳极迁移，A项错误；
B．充电时，N极电极反应式为，B项错误；
C．X膜、Y膜均为阴离子交换膜，C项错误；
D．设起始时Ⅰ室，D项正确；
故选D。
3.
【答案】B
【分析】由题干装置图可知，放电时，锌失去电子，作负极即a为负极，负极反应式为：Zn-2e-+4OH-=[Zn(OH)4]2-，b为正极，电极反应式为：O2+2H2O+4e-=4OH-，据此分析解题。
【解析】A．由分析可知，放电时，a极为负极，b极为正极，则b极电势高于a极，A正确；
B．由分析可知，放电时，b为正极，电极反应式为：O2+2H2O+4e-=4OH-，根据电荷守恒可知，每生成4molOH-电路上转移4mol电子，则有4molOH-移向负极，故与起始相比右室n(OH-)不变，B错误；
C．由反应活化能越大反应速率越慢，多步反应中速率最慢的一步为决速步骤并结合题干图示信息可知，充电时，决速步反应为，C正确；
D．由分析可知，放电时，a为负极，负极反应式为：Zn-2e-+4OH-=[Zn(OH)4]2-，则充电时，a极为阴极，其电极反应式为，D正确；
故答案为：B。
4.
【答案】B
【解析】A．膜a为阳离子膜，放电过程中1室发生氧化反应，钠离子交换到2室；b为阴离子交换膜；故A错误；
B．充电时，氢氧根氧化得到氧气，被还原为，总反应为4OH-+2=4+O2+2H2O，故B正确；
C．放电时，转化为，所以含的多硫电解质增加，故C错误；
D．放电时，氧气和水反应产生氢氧根，所以NaOH增加，故D错误；
故答案选B。
5.
【答案】D
【分析】由图可知，放电时为原电池，a极上Cu3(PO4)2→Cu2O→Cu，发生得电子的还原反应，b极上→，发生失电子的氧化反应，则a极为正极、b极为负极，负极反应式为；充电时为电解池，原电池的正负极分别与电源的正负极相接，即a极为阳极、b极为阴极，阴阳极反应与负正极反应相反；
【解析】A．由图可知，放电时a极水也会放电生成氢氧根离子，碱性增强，溶液pH增大，故A正确；
B．放电时b极为负极，负极反应式为，故B正确；
C．充电时为电解池，a极为阳极、b极为阴极，阴极发生还原反应，故C正确；
D．充电时Cu→Cu2O→Cu3(PO4)2，1 mol Cu完全转化为Cu3(PO4)2转移电子2mol，有2molNa+发生迁移，故D错误；
故选D。
6．
【答案】C
【解析】根据磷酸铁锂电池的切面图和总反应LixC6+ Li1-xFeO4=6C+LiFePO4可知，铜箔为负极，负极反应式为LixC6-xe-=6C+xLi+，铝箔为正极，正极反应式为Li1-xFeO4+xLi++xe-=LiFePO4，原电池放电时，电子从负极沿导线流向正极，内电路中阳离子移向正极，阴离子移向负极；充电时，装置为电解池，阴极、阳极反应式与负极、正极反应式正好相反。A项，原电池放电时，电解质中阳离子移向正极，即Li+脱离石墨，经电解质嵌入正极，A正确；B项，放电时，正极反应式为Li1-xFeO4+xLi++xe-=LiFePO4，充电时，原电池的正极与外加电源正极相接，电极反应与原电池正极反应相反，即充电时电池正极上发生的反应为LiFePO4-xe-= Li1-xFeO4+xLi+， B正确；C项，充电时电子从外电源负极→阴极、阳极→电源正极，即充电时电子从电源经铜箔流入负极材料，C错误； D项，根据电子守恒可知，放电过程中当转移2NA个电子时，每个电极参与反应Li+的物质的量为2mol，若初始两电极质量相等，两电极的质量差为2mol ×7g/mol×2=28g， D正确；故选C。
7．
【答案】D
【解析】由图可知，放电时，N极Fe失去电子作为负极，则M极为正极，充电时，N极为阴极，M极为阳极。A项，Fe为活泼金属，放电时被氧化，所以N为负极，O2被还原，所以M为正极，A正确；B项，放电过程中的总反应为Fe与O2反应得到Fe的氧化物，所以KOH溶液的浓度不变，B正确；C项，充电时，N极为阴极，铁的氧化物被还原，包括Fe2O3+H2O+2e- = 2FeO+2OH-，C正确；D项，原电池中阳离子移向正极，则放电时，K+从N移向M，D错误；故选D。
8．
【答案】C
【解析】A项，由图可知，放电时N极作负极，氢气失电子，M极作负极，所以M极的电势高于N极，A项错误；B项，充电时M电极为阳极，所以Na+由左池通过交换膜向右池移动，B项错误；C项，放电时N极作负极，氢气失电子，碱性溶液中电极反应式为H2+2OH――2e－=2H2O，C项正确；D项，充电时，M极为阳极，与电源正极相连，即与铅蓄电池的二氧化铅电极相连接，D项错误。故选C。
9．
【答案】C
【解析】放电时，电极A上得到电子，发生还原反应，则电极A为正极，电极B为负极；充电时，电极A上失去电子，发生氧化反应，则电极A为阳极，电极B为阴极。A项，放电时，电极A发生还原反应，作原电池正极，A项错误；B项，放电时，阳离子移向正极，Zn2+应向电极A迁移，B项错误；C项，充电时，电极B作阴极，发生还原反应Zn2++2e-=Zn，C项正确；D项，1mol Zn2+过膜时，电路中转移2mol电子，充电时有2mol二茂铁被氧化，D项错误；故选C。
10．
【答案】C
【解析】A项，闭合K1时，该装置为原电池，锌电极为负极，A正确；B项，闭合K2时，该装置为电解池，电解池是将电能转化为化学能，B正确；C项，放电时，装置为原电池，负极发生反应：Zn-2e-=Zn2+，每转移0.2 mol电子，负极区由Zn失去电子生成0.1 mol Zn2+，0.1 mol Zn2+与0.4 mol OH-结合生成0.1 mol Na2[Zn(OH)4]，有0.2 mol Na+通过阳离子交换膜到正极，故负极区电解质溶液质量增重0.1 mol×65 g/mol-0.2 mol×23 g/mol=1.9 g，C错误；D项，充电时，阳极失电子，Mn的化合价升高，反应式为Na0.6MnO2-xe-=Na0.6-xMnO2+xNa+，D正确；故选C。
11.
【答案】C
【分析】由总反应可知，放电时锌极上锌失去电子发生氧化反应为负极，镍极的NiOOH得到电子发生还原反应为正极；
【解析】A．充电时，锌极为阴极，电极反应为，A正确；B．放电时，镍极为正极，电极反应为，B正确；C．充电时，镍极为阳极，阴离子从锌极区向镍极区移动，在锌极上得电子生成金属锌，C错误；D．利用循环泵驱动电解液使其通过输送管道在电池反应槽与储液罐之间循环流动，可有效抑制电池内部电解液的浓度差造成的影响，从而提高电池能量效率，D正确。故选C。
12．
【答案】C
【解析】A项，铝电池比能量略低，且含量丰富价格低廉，A项错误；B项，放电时，负极上Al失电子和AlCl4-反应生成Al2Cl7-，电极反应式为Al-3e-+7AlCl4-=4Al2Cl7-，B项正确；C项，充电时Ph3N失电子生成Ph3N+ ， Ph3N阳极、Al为阴极，阴离子向阳极移动，所以AlCl4-向阳极Ph3N移动，C项错误；D项，充电时Ph3N失电子生成Ph3N+，则生成1个Ph3N转移1个电子，所以理论上每生成1molPh3N，外电路通过1mol电子，D项正确。故选C。
13．
【答案】D
【解析】由总反应可知放电时KSn合金为负极，羧基化碳纳米管为正极；充电时KSn合金与电源负极相连，为电解池阴极，羧基化碳纳米管为阳极。A项，放电时为原电池装置，内电路中电流是由负极流向正极，即放电时，内电路中电流由KSn合金经酯基电解质流向羧基化碳纳米管，A正确；B项，根据总反应式可知，负极反应式为：KSn-e-=Sn+K+，电池的正极反应式为4K++3CO2+4e-=2K2CO3+C，B正确；C项，电极材料为KSn和羧基化碳纳米管，KSn与水反应，-COOH与KOH反应，可促进电子的转移，C正确；D项，充电时阳极反应为：C-4e-+ K2CO3=3 CO2↑+4K+， 碳纳米管及附着的碳酸钾会减少，电路中通过1mol电子，多壁碳纳米管减重3g，碳酸钾减少30g，D错误；故选D。
14．
【答案】D
【解析】以VN-NPs/N-CNFs和K/KFe[Fe(CN)6]的钾离子电池，放电时铜电极反应为VN+3K++3e-→V+K3N，故放电时Cu电极为正极，Al电极为负极。A项，放电时，Al电极为负极，在Al电极区发生的是氧化反应，故A正确；B项，电池中含有钾，钾性质活泼能与水反应，故该电池的溶剂为有机溶剂，该电池的溶剂不能为水溶液，故B正确；C项，放电时，Al电极为负极，钾离子向正极移动，即放电时，电解质中的K+向Cu电极区移动，故C正确；D项，放电时，铜电极反应为VN+3K++3e-→V+K3N，每转移1mole-，Cu电极区质量增加39g，故D错误；故选D。
15．
【答案】C
【解析】由题意知该电池属于二次电池，示意图为放电过程，M极Na3V2(PO4)3转化为NaV2(PO4)3，发生失电子的氧化反应，为负极，N极Na3V2(PO4)3转化为Na5V2(PO4)3，发生得电子的还原反应，为正极，充电时为电解池，M极为阴极，N极为阳极。A项，根据上述分析电池总反应可表示为2Na3V2(PO4)3Na5V2(PO4)3+NaV2(PO4)3，A项正确；B项，充电时，N极为阳极，阳极电极反应式为Na5V2(PO4)3-2e-=Na3V2(PO4)3+2Na+，B项正确；C项，放电时，M极为负极，但充电时，M极为阴极，是电子流入的一极，C项错误；D项，由电池总反应知，放电时，电路中通过0.005mol电子时，负极减少0.005molNa+的质量，正极增加0.005molNa+的质量，两极质量差为，D项正确。故选C。
16．
【答案】B
【解析】由电池放电时的反应可知，Li化合价由0价变成+1价，故是原电池的负极，复杂材料电极是正极。A项，放电时，Li电极作电池负极，有电子经导线流出，A正确；B项，充电时，阳极C变成二氧化碳，阴极Li+变成Li，故每转移1mol电子，消耗0.25molC质量为3g，生成1molLi质量为7g，故两电极的质量变化差值为3g+7g=10g，B错误；C项，充电时，阳极上C失电子变成二氧化碳，故阳极的电极反应式为C-4e-+2Li2CO3 =3CO2↑+4Li+，C正确；D项，CNTs碳纳米管是一种电导率高、比表面积大、通道和孔隙率丰富的导电基底，增加二氧化碳的吸收效率，故可使该电池表现出优异的电化学性能，D正确；故选B。
17.
【答案】A
【解析】高电压水系锌-有机混合液流电池工作原理为：放电时为原电池，金属Zn发生失电子的氧化反应生成Zn2+，为负极，则FQ所在电极为正极，正极反应式为2FQ+2e-+2H+═FQH2，负极反应式为Zn-2e-+4OH-=Zn(OH)42-；充电时电解池，原电池的正负极连接电源的正负极，阴阳极的电极反应与原电池的负正极的反应式相反，电解质中阳离子移向阴极、阴离子移向阳极。A项，充电时装置为电解池，电解质中阳离子移向阴极、阴离子移向阳极，NaCl溶液中的钠离子和氯离子分别发生定向移动，即电解质NaCl的浓度减小，故A错误；B项，放电时为原电池，金属Zn为负极，负极反应式为Zn-2e-+4OH-=Zn(OH) 42-，故B正确；C项，充电时电解池，阳极反应为FQH2-2e-=2FQ+2e-+2H+，则1molFQH2转化为FQ时转移2mol电子，故C正确；D项，放电时为原电池，正极反应式为2FQ+2e-+2H+═FQH2，即正极区溶液的pH增大，故D正确；故选A。（北京）股份有限公司
1第12讲 二次电池的充电和放电 学案
利用化学反应的可逆性，可以组建成一个新电池，即当一个化学反应转化为电能之后，还可以用电能使化学体系修复，然后再利用化学反应转化为电能，所以叫二次电池，又称为充电电池或蓄电池。充电电池的充放电循环可达数千次到上万次，故其相对干电池而言更经济实用。市场上主要充电电池有镍氢电池、镍镉电池、铅酸(或铅蓄)电池、锂离子电池、聚合物锂离子电池等。最常见的二次电池是
铅蓄电池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，总反应为Pb(s)＋PbO2(s)＋2H2SO4(aq) 2PbSO4(s)＋2H2O(l)：
(2024·河北卷)我国科技工作者设计了如图所示的可充电Mg-CO2电池，以Mg(TFSI)2为电解质，电解液中加入1，3-丙二胺(PAD)以捕获CO2，使放电时CO2还原产物为MgC2O4。该设计克服了MgCO3导电性差和释放CO2能力差的障碍，同时改善了Mg2+的溶剂化环境，提高了电池充放电循环性能。下列说法错误的是（ B ）
A. 放电时，电池总反应为
B. 充电时，多孔碳纳米管电极与电源正极连接
C. 充电时，电子由Mg电极流向阳极,Mg2+向阴极迁移
D放电时，每转移1mol电子，理论上可转化1molCO2
解析 【分析】放电时CO2转化为MgC2O4，碳元素化合价由+4价降低为+3价，发生还原反应，所以放电时，多孔碳纳米管电极为正极、Mg电极为负极，则充电时多孔碳纳米管电极为阳极、Mg电极为阴极：
定位：二次电池，放电时阳离子向正极移动，充电时阳离子向阴极移动。 电极过程电极反应式电极放电充电多孔碳纳米管电极放电充电
【详解】A．根据以上分析，放电时正极反应式为、负极反应式为，将放电时正、负电极反应式相加，可得放电时电池总反应：，故A正确；B．充电时，多孔碳纳米管电极上发生失电子的氧化反应，则多孔碳纳米管在充电时是阳极，与电源正极连接，故B正确；
C．充电时，电极为阴极，电子从电源负极经外电路流向电极，同时向阴极迁移，故C错误；
D．根据放电时的电极反应式可知，每转移电子，有参与反应，因此每转移电子，理论上可转化，故D正确；
故答案为：C。
（2024·安徽卷）我国学者研发出一种新型水系锌电池，其示意图如下。该电池分别以Zn-TCPP(局部结构如标注框内所示)形成的稳定超分子材料和Zn为电极，以ZnSO4和KI混合液为电解质溶液。下列说法错误的是（ C ）
A. 标注框内所示结构中存在共价键和配位键
B. 电池总反应为：
C. 充电时，阴极被还原的Zn2+主要来自Zn-TCPP
D. 放电时，消耗0.65gZn，理论上转移0.02mol电子
解析【分析】由图中信息可知，该新型水系锌电池的负极是锌、正极是超分子材料；负极的电极反应式为，则充电时，该电极为阴极，电极反应式为；正极上发生，则充电时，该电极为阳极，电极反应式为。
【详解】A．标注框内所示结构属于配合物，配位体中存在碳碳单键、碳碳双键、碳氮单键、碳氮双键和碳氢键等多种共价键，还有由提供孤电子对、提供空轨道形成的配位键，A正确；
B．由以上分析可知，该电池总反应为，B正确；
C．充电时，阴极电极反应式为，被还原的Zn2+主要来自电解质溶液，C错误；
D．放电时，负极的电极反应式为，因此消耗0.65 g Zn（物质的量为0.01mol），理论上转移0.02 mol电子，D正确；
综上所述，本题选C。
3.（2024·全国甲卷）科学家使用δ-MnO2研制了一种MnO2-Zn可充电电池(如图所示)。电池工作一段时间后，MnO2电极上检测到MnOOH和少量ZnMn2O4。下列叙述正确的是（ C ）
A.充电时，Zn2+向阳极方向迁移
B.充电时，会发生反应Zn+MnO2=ZnMn2O4
C.放电时，正极反应有MnO2+H2O2+e-=MnOOH+OH-
D.放电时，Zn电极质量减少0.65g，MnO2电极生成了0.020 mol MnOOH
解析【分析】Zn具有比较强的还原性，具有比较强的氧化性，自发的氧化还原反应发生在Zn与MnO2之间，所以电极为正极，Zn电极为负极，则充电时电极为阳极、Zn电极为阴极。
【详解】A．充电时该装置为电解池，电解池中阳离子向阴极迁移，即向阴极方向迁移，A不正确；
B．放电时，负极的电极反应为，则充电时阴极反应为Zn2++2e-=Zn，即充电时Zn元素化合价应降低，而选项中Zn元素化合价升高，B不正确；
C．放电时电极为正极，正极上检测到和少量，则正极上主要发生的电极反应是，C正确；
D．放电时，Zn电极质量减少0.65g（物质的量为0.010mol），电路中转移0.020mol电子，由正极的主要反应可知，若正极上只有生成，则生成的物质的量为0.020mol，但是正极上还有生成，因此，的物质的量小于0.020mol，D不正确；
综上所述，本题选C。
4.(2023·辽宁卷)某低成本储能电池原理如下图所示。下列说法正确的是 ( B )
A. 放电时负极质量减小
B. 储能过程中电能转变为化学能
C. 放电时右侧H+通过质子交换膜移向左侧
D. 充电总反应：
解析【分析】该储能电池放电时，Pb为负极，失电子结合硫酸根离子生成PbSO4，则多孔碳电极为正极，正极上Fe3+得电子转化为Fe2+，充电时，多孔碳电极为阳极，Fe2+失电子生成Fe3+，PbSO4电极为阴极，PbSO4得电子生成Pb和硫酸。
【详解】A．放电时负极上Pb失电子结合硫酸根离子生成PbSO4附着在负极上，负极质量增大，A错误；
B．储能过程中，该装置为电解池，将电能转化为化学能，B正确；
C．放电时，右侧为正极，电解质溶液中的阳离子向正极移动，左侧的H+通过质子交换膜移向右侧，C错误；
D．充电时，总反应为PbSO4+2Fe2+=Pb++2Fe3+，D错误；
故答案选B。
5. 我国科学家发明了一种以和为电极材料的新型电池，其内部结构如下图所示，其中①区、②区、③区电解质溶液的酸碱性不同。放电时，电极材料转化为。下列说法错误的是( B )
A. 充电时，b电极上发生还原反应
B. 充电时，外电源的正极连接b电极
C. 放电时，①区溶液中的向②区迁移
D. 放电时，a电极的电极反应式为
解析
【分析】放电时，电极材料转化为，电极反应 -2ne-= +2nK+，是原电池的负极，阳离子增多需要通过阳离子交换膜进入②区；二氧化锰得到电子变成锰离子，是原电池的正极，电极反应：，阳离子减少，多余的阴离子需要通过阴离子交换膜进入②区，故③为碱性溶液是电极，①为酸性溶液是二氧化锰电极。
【详解】A．充电时，b电极上得到电子，发生还原反应，A正确；
B．充电时，外电源的正极连接a电极相连，电极失去电子，电极反应为，B错误；
C．放电时，①区溶液中多余的向②区迁移，C正确；
D．放电时，a电极的电极反应式为，D正确；
故选：B。
6. 一种可在较高温下安全快充铝-硫电池的工作原理如图，电解质为熔融氯铝酸盐(由和形成熔点为的共熔物)，其中氯铝酸根起到结合或释放的作用。电池总反应：。下列说法错误的是
A. 含个键
B. 中同时连接2个原子的原子有个
C. 充电时，再生单质至少转移电子
D. 放电时间越长，负极附近熔融盐中n值小的浓度越高
【分析】放电时铝失去电子生成铝离子做负极，硫单质得到电子做正极，充电时铝离子得到电子生成铝发生在阴极，硫离子失去电子生成硫单质发生在阳极，依此解题。
解析
【详解】A．的结构为，所以含个键，A正确；
B．由的结构可知同时连接2个原子的原子有个，B正确；
C．由总反应可知充电时，再生单质需由铝离子得到电子生成，所以至少转移电子，C正确；
D．由总反应可知放电时间越长，负极铝失去电子生成的铝离子越多所以n值大的浓度越高，D错误；
故选D。
7.(2022·全国乙,12,6分,难度★★★)Li-O2电池比能量高,在汽车、航天等领域具有良好的应用前景。近年来,科学家研究了一种光照充电Li-O2电池(如图所示)。光照时,光催化电极产生电子(e-)和空穴(h+),驱动阴极反应(Li++e-Li)和阳极反应(Li2O2+2h+2Li++O2)对电池进行充电。下列叙述错误的是 (　C　)
A.充电时,电池的总反应Li2O22Li+O2
B.充电效率与光照产生的电子和空穴量有关
C.放电时,Li+从正极穿过离子交换膜向负极迁移
D.放电时,正极发生反应O2+2Li++2e-Li2O2
解析 本题结合光催化充电过程,考查了Li-O2充电电池的工作原理。
根据电子守恒,将阴极反应和阳极反应加和可得充电时总反应方程式:Li2O22Li+O2,A项叙述正确;根据题给信息,充电过程通过光照产生的电子和空穴实现光能转化为电能,B项叙述正确;放电时,带正电的Li+应向电池的正极移动,C项叙述错误;根据图示,放电时正极上O2转化为Li2O2,电极反应为2Li++2e-+O2Li2O2,D项叙述正确。
将题干信息与装置图中“充电、放电”过程中的微粒转化相联系,即可准确解答。
8.(2022·广东)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(如图)。充电时电极a的反应为NaTi2(PO4)3+2Na++2e-Na3Ti2(PO4)3。
下列说法正确的是 (　C　)
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
解析 根据题干给的方程式知:充电时电极a上发生得电子的反应,为阴极,放电时电极a失电子,为负极,则充电时电极b为阳极,A项错误;放电时正极的电极反应式为Cl2+2e-2Cl-,NaCl溶液中氢离子和氢氧根离子的浓度无变化,pH不变,B项错误;放电时正极反应生成氯离子,负极反应生成钠离子,放电时NaCl溶液的浓度增大,C项正确;充电时电极b的反应为2Cl--2e-Cl2↑,每生成1 mol氯气转移2 mol电子,电极a理论上有2 mol Na+转化为Na3Ti2(PO4)3,增重46 g,D项错误。
9.(2021·湖南)锌/溴液流电池是一种先进的水溶液电解质电池,广泛应用于再生能源储能和智能电网的备用电源等。三单体串联锌/溴液流电池工作原理如图所示:
下列说法错误的是 (　B　)
A.放电时,N极为正极
B.放电时,左侧贮液器中ZnBr2的浓度不断减小
C.充电时,M极的电极反应式为Zn2++2e-Zn
D.隔膜允许阳离子通过,也允许阴离子通过
解析 本题考查新型化学电源工作原理。该电池放电反应总方程式:Zn+Br2ZnBr2,放电时,Br2在正极反应,ZnBr2被循环回路“回收”至左侧贮液器中,A项说法正确、B项说法错误;充电时,锌极为阴极发生还原反应:Zn2++2e-Zn,C项说法正确;放电时,Br2得电子产生Br-,通过隔膜迁移向负极区,形成ZnBr2回流至左侧贮液器,Zn失电子产生Zn2+,通过隔膜迁移至正极区,形成ZnBr2回流至右侧贮液器,充电时,Zn2+得电子生成Zn在M极放电,部分Zn2+在隔膜上生成沉积锌,而Br-在贮液器处转化为Br2复合物贮存,该过程中Zn2+、Br-都可以通过隔膜,D项说法正确。
总反应方程式在电化学中的应用
解答本题的关键是根据题意结合图示写出电池的总反应方程式:Zn+Br2ZnBr2,然后根据总反应方程式写出正、负极电极反应式。
10.(2021·福建)催化剂TAPP-Mn(Ⅱ)的应用,使电池的研究取得了新的进展。该电池结构在该催化剂作用下正极反应可能的历程如下图所示。
下列说法错误的是 (　D　)
A.Li-CO2电池可使用有机电解液
B.充电时,Li+由正极向负极迁移
C.放电时,正极反应为3CO2+4Li++4e-2Li2CO3+C
D.*LiCO2、*CO、*LiC2O3和C都是正极反应的中间产物
解析 Li是活泼金属,能与水发生反应,因此不能采用水溶液作为电解液,应使用有机电解液,A项说法正确;充电时是电解池原理,则Li+由正极向负极迁移,B项说法正确;由装置图可知,在该原电池的正极上二氧化碳得电子生成C单质,电极反应式为:3CO2+4Li++4e-2Li2CO3+C,C项说法正确;由正极的反应历程图示可知,C为最终产物,不是中间产物,D项说法错误。
11.(2021·浙江)某全固态薄膜锂离子电池截面结构如图所示,电极A为非晶硅薄膜,充电时Li+得电子成为Li嵌入该薄膜材料中;电极B为LiCoO2薄膜;集流体起导电作用。下列说法不正确的是 (　B　)
A.充电时,集流体A与外接电源的负极相连
B.放电时,外电路通过a mol电子时,LiPON薄膜电解质损失a mol Li+
C.放电时,电极B为正极,反应可表示为Li1-xCoO2+xLi++xe-LiCoO2
D.电池总反应可表示为LixSi+Li1-xCoO2Si+LiCoO2
解析 本题考查新型化学电源。充电时Li+转化为Li嵌入的电极为阴极,放电时为负极,该电池的总反应为LixSi+Li1-xCoO2Si+LiCoO2,放电时正极反应式为Li1-xCoO2+xLi++xe-LiCoO2,A、C、D项说法正确;放电时Li失电子产生Li+,Li+移向LiPON薄膜,LiPON薄膜中的Li+移向电极B,LiPON导电层的Li+数保持不变,B项说法错误。
12.(2020·全国)科学家近年发明了一种新型Zn-CO2水介质电池。电池示意图,电极为金属锌和选择性催化材料。放电时,温室气体CO2被转化为储氢物质甲酸等,为解决环境和能源问题提供了一种新途径。
下列说法错误的是 (　D　)
A.放电时,负极反应为Zn-2e-+4OH-Zn(OH
B.放电时,1 mol CO2转化为HCOOH,转移的电子数为2 mol
C.充电时,电池总反应为2Zn(OH2Zn+O2↑+4OH-+2H2O
D.充电时,正极溶液中OH-浓度升高
解析 依据题给文字及图示信息,可确定该装置为二次电池。当放电时(即原电池),负极为Zn,电极反应式为Zn+4OH--2e-Zn(OH;正极发生还原反应,电极反应式为CO2+2H++2e-HCOOH,A、B两项说法正确。当充电时(即电解池),阳极反应式为2H2O-4e-O2↑+4H+;阴极反应式为Zn(OH+2e-Zn+4OH-,总反应式为2Zn(OH2Zn+O2↑+4OH-+2H2O,C项说法正确,D项说法错误。
13.(2019·全国)为提升电池循环效率和稳定性,科学家近期利用三维多孔海绵状Zn(3D-Zn)可以高效沉积ZnO的特点,设计了采用强碱性电解质的3D-Zn-NiOOH二次电池,结构如下图所示。电池反应为Zn(s)+2NiOOH(s)+H2O(l)ZnO(s)+2Ni(OH)2(s)。下列说法错误的是 (　D　)
A.三维多孔海绵状Zn具有较高的表面积,所沉积的ZnO分散度高
B.充电时阳极反应为Ni(OH)2(s)+OH-(aq)-e-NiOOH(s)+H2O(l)
C.放电时负极反应为Zn(s)+2OH-(aq)-2e-ZnO(s)+H2O(l)
D.放电过程中OH-通过隔膜从负极区移向正极区
解析 三维多孔海绵状Zn类似于活性炭,故表面积较大,可高效沉积ZnO,所沉积的ZnO分散度也高,A项说法正确;根据总反应式Zn(s)+2NiOOH(s)+H2OZnO(s)+2Ni(OH)2(s)可知,充电时Ni(OH)2(s)在阳极上发生氧化反应Ni(OH)2(s)+OH-(aq)-e-NiOOH(s)+H2O(l),B项说法正确;放电时Zn在负极上发生氧化反应Zn(s)+2OH- -2e-ZnO(s)+H2O(l),C项说法正确;在放电过程中,阴离子应向负极移动,D项说法错误。
14.(2019·天津)我国科学家研制了一种新型的高比能量锌-碘溴液流电池,其工作原理示意图如下。图中贮液器可储存电解质溶液,提高电池的容量。下列叙述不正确的是 (　D　)
A.放电时,a电极反应为I2Br-+2e-2I-+Br-
B.放电时,溶液中离子的数目增大
C.充电时,b电极每增重0.65 g, 溶液中有0.02 mol I-被氧化
D.充电时,a电极接外电源负极
解析 根据离子和电子的移动方向可知,a电极是正极,b电极是负极。放电时,负极电极反应为Zn-2e-Zn2+,正极电极反应为I2Br-+2e-2I-+Br-,显然A、B两项说法正确;充电时,b电极电极反应为Zn2++2e-Zn,每增重0.65 g转移0.02 mol e-,根据以上分析,可知溶液中有0.02 mol I-被氧化,C项说法正确;充电时,阳极接电源正极,故D项说法错误。
15.(2018·全国)我国科学家研发了一种室温下“可呼吸”的Na-CO2二次电池。将NaClO4溶于有机溶剂作为电解液,钠和负载碳纳米管的镍网分别作为电极材料,电池的总反应为3CO2+4Na2Na2CO3+C,下列说法错误的是 (　D　)
A.放电时,Cl向负极移动
B.充电时释放CO2,放电时吸收CO2
C.放电时,正极反应为:3CO2+4e-2C+C
D.充电时,正极反应为:Na++e-Na
解析 根据总反应可知,放电时二氧化碳在正极得电子被吸收,充电时又被释放出来,B项说法正确;放电时,负极上Na失电子,正极上CO2得电子,正极电极反应式为3CO2+4e-2C+C,C项说法正确;充电时阴极反应式为Na++e-Na,D项说法错误。
16.(2018·全国)一种可充电锂-空气电池如图所示。当电池放电时,O2与Li+在多孔碳材料电极处生成Li2O2-x(x=0或1)。下列说法正确的是 (　D　)
A.放电时,多孔碳材料电极为负极
B.放电时,外电路电子由多孔碳材料电极流向锂电极
C.充电时,电解质溶液中Li+向多孔碳材料区迁移
D.充电时,电池总反应为Li2O2-x2Li+(1-)O2
解析 充电时,锂电极作阴极,多孔碳材料电极作阳极,电解质溶液中Li+应向锂电极区移动,C项错误;充电反应与放电反应相反:Li2O2-x2Li+(1-)O2,D项正确。
17.(2017·全国)全固态锂硫电池能量密度高、成本低,其工作原理如图所示,其中电极a常用掺有石墨烯的S8材料,电池反应为:16Li+xS88Li2Sx(2≤x≤8)。下列说法错误的是 (　D　)
A.电池工作时,正极可发生反应:2Li2S6+2Li++2e-3Li2S4
B.电池工作时,外电路中流过0.02 mol电子,负极材料减重0.14 g
C.石墨烯的作用主要是提高电极a的导电性
D.电池充电时间越长,电池中Li2S2的量越多
解析 A项,在该电池中电极a为正极,发生的反应依次为:
S8+2Li++2e-Li2S8
3Li2S8+2Li++2e-4Li2S6
2Li2S6+2Li++2e-3Li2S4
Li2S4+2Li++2e-2Li2S2,故A项说法正确;B项,原电池工作时,转移0.02 mol电子时,被氧化的Li的物质的量为0.02 mol,质量减少0.14 g,说法正确;C项,石墨烯能导电,利用石墨烯作电极,可提高电极a的导电性,说法正确;D项,电池充电时由于Li+得到电子生成Li,则电池充电时间越长,电池中Li2S2的量越少,说法错误。
1．二次电池的充放电规律
(1)放电时是原电池反应，充电时是电解池反应。
(2)充电时，可充电电池的正极连接外接电源的正极，可充电电池的负极连接外接电源的负极。[]
(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。
放电：阳离子→正极，阴离子→负极；
充电：阳离子→阴极，阴离子→阳极；
总之：阳离子→发生还原反应的电极；阴离子→发生氧化反应的电极。
2．二次电池的解题模板
3．可充电电池的思维模型
因此，充电时电极的连接可简记为“负接负后作阴极，正接正后作阳极”。
4．可充电电池题目的解答思路

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