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第33讲　常考新型化学电源
一、选择题（本题包括7小题，每小题只有一个选项符合题意）
1.某锂离子电池的工作原理如图所示（a极材料为金属锂和石墨的复合材料），其电池总反应为Li＋FePO4LiFePO4。下列关于该电池的说法正确的是（　　）
A.a极为正极
B.b极发生氧化反应
C.Li＋从a极室向b极室移动
D.可以用稀硫酸作电解质溶液
2.（2024·顺义一模）我国科研人员研制出一种一体式过氧化氢循环电池（UR-HPCC），可实现在H2O2电解模式下高效产氢，在燃料电池模式下合成过氧化氢，其工作原理示意图如下。下列说法正确的是（　　）
A.电解模式下H2在阳极生成
B.电解模式下化学能转化为电能
C.电池模式下正极反应式为O2＋2H＋＋2e－H2O2
D.电池模式下Ⅱ室中H＋通过质子交换膜移向Ⅰ室
3.（2024·襄阳模拟）我国学者自主研发了一种Al-N2二次电池，以离子液体为电解质，其工作原理如图所示。石墨烯/Pd作为电极催化剂，可吸附N2。下列说法正确的是（　　）
A.充电时可实现“氮的固定”
B.充电时阳极发生还原反应
C.Al箔为原电池的正极
D.放电时负极反应式：Al－3e－＋7AlC4Al2C
4.一种双室微生物燃料电池污水净化系统原理如图所示，图中酸性污水中含有的有机化合物用C6H12O6表示。下列有关该电池的说法不正确的是（　　）
A.正极的电极反应式为[Fe（CN）6]3－＋e－[Fe（CN）6]4－
B.电池的总反应为C6H12O6＋24[Fe（CN）6]3－＋6H2O6CO2↑＋24[Fe（CN）6]4－＋24H＋
C.该“交换膜”可选用“质子交换膜”
D.若将“K3[Fe（CN）6]溶液”改为“O2”，当有22.4 L O2参与反应时，理论上转移4 mol电子
5.（2024·昭通模拟）中国科学研究院报道了一种高压可充电碱-酸Zn-PbO2混合电池，电池采用阴、阳双隔膜完成离子循环（如图），该电池良好的电化学性能为解决传统水性电池的关键问题提供了很好的机会。下列说法正确的是（　　）
A.充电时，d极发生还原反应
B.离子交换膜b、c分别为阴离子交换膜和阳离子交换膜
C.放电时a极的电极反应为Zn－2e－＋4OH－[Zn（OH）4]2－
D.放电时，每转移2 mol电子，中间K2SO4溶液中溶质减少1 mol
6.（2024·武汉模拟）如图是“海水—河水”浓差电池装置（不考虑溶解氧的影响），其中a、b均为Ag/AgCl复合电极，电池工作过程中得失电子的元素仅有Ag元素。下列说法正确的是（　　）
A.a电极的电极反应式为AgCl＋e－Ag＋Cl－
B.内电路中，Na＋由b极区向a极区迁移
C.工作一段时间后，两极NaCl溶液的浓度差减小
D.电路中转移1 mol e－时，理论上b极区模拟河水的质量增加23 g
7.化学中常用标准电极电势E （氧化型/还原型）比较物质氧化能力的大小。E 值越大，氧化型的氧化能力越强。利用表格所给的数据进行分析，下列说法错误的是（　　）
氧化型/还原型 E （Co3＋/Co2＋） E （Fe3＋/Fe2＋） E （Cl2/Cl－）
酸性介质 1.92 V 0.77 V 1.36 V
氧化型/还原型 E [Co（OH）3/Co（OH）2] E [Fe（OH）3/Fe（OH）2] E （ClO－/Cl－）
碱性介质 0.17 V x V 0.81 V
A.推测：x＜0.77
B.Fe3O4与浓盐酸发生反应：Fe3O4＋8HCl（浓）FeCl2＋2FeCl3＋4H2O
C.Co3O4与浓盐酸发生反应：Co3O4＋8HCl（浓）3CoCl2＋Cl2↑＋4H2O
D.在等浓度的Co2＋、Fe2＋、Cl－的酸性混合液中，还原性：Co2＋＞Cl－＞Fe2＋
二、非选择题（本题包括1小题）
8.根据下列要求回答下列问题。
（1）一种以肼（N2H4）为液体燃料的电池装置如图1所示。该电池用空气中的氧气作氧化剂，KOH溶液作电解质溶液。负极反应式为　　　　　　　　　　　　　，正极反应式为　　　　　　　。
（2）我国科研人员研制出的可充电“Na-CO2”电池，以钠箔和多壁碳纳米管（MWCNT）为电极材料，总反应式为4Na＋3CO22Na2CO3＋C。放电时该电池“吸入”CO2，其工作原理如图2所示：
①放电时，正极的电极反应式为　　　　　　　　　　　　　。
②若生成的Na2CO3和C全部沉积在正极表面，当正极增加的质量为28 g时，转移电子的物质的量为　　　　。
③可选用NaClO4-四甘醇二甲醚作电解液的理由是　　　　　　　。
（3）浓差电池中的电动势是由于电池中存在浓度差而产生的。某浓差电池的工作原理如图3所示，该电池从浓缩海水中提取LiCl的同时又获得了电能。
①X极为　　　　极，Y电极反应式为　　　　　　　　　　　　　　。
②Y极生成1 mol Cl2时，　　　　mol Li＋移向X极。
第33讲　常考新型化学电源
1.C　a极上发生反应：Li－e－Li＋，a极为负极，A项错误；b极为正极，得电子，发生还原反应，B项错误；Li＋透过隔膜从a极室进入b极室，C项正确；Li是活泼金属，能与稀硫酸反应，故不能用稀硫酸作电解质溶液，D项错误。
2.C　根据燃料电池原理示意图可知，左侧电极通入氢气为负极，右侧电极通入氧气为正极。电解模式下，电能转化为化学能，氢离子得到电子发生还原反应，H2在阴极生成，A、B错误； 电池模式下正极反应式为O2＋2H＋＋2e－H2O2，C正确；电池模式下阳离子向正极移动，则Ⅰ室中H＋通过质子交换膜移向Ⅱ室，D错误。
3.D　充电时，氮元素由化合态变为游离态，不是氮的固定，A错误；充电时，阳极失电子发生氧化反应，B错误；放电时，Al失电子发生氧化反应，Al箔为原电池的负极，电极反应式为Al－3e－＋7AlC4Al2C，C错误，D正确。
4.D　根据元素化合价的变化可知，[Fe（CN）6]3－转化成[Fe（CN）6]4－的过程中铁元素被还原，电极甲应为原电池的正极，所以正极的电极反应式为[Fe（CN）6]3－＋e－[Fe（CN）6]4－，A正确；C6H12O6被氧化生成H＋和二氧化碳，[Fe（CN）6]3－被还原生成[Fe（CN）6]4－，则总反应为C6H12O6＋24[Fe（CN）6]3－＋6H2O6CO2↑＋24[Fe（CN）6]4－＋24H＋，B正确；原电池中阴离子有向负极移动的趋势，为防止[Fe（CN）6]3－移向负极，同时可以使负极产生的氢离子迁移到正极，可选用质子交换膜，C正确；氧气所处的压强和温度未知，无法计算氧气的物质的量，D错误。
5.C　根据电池装置示意图，a极室为碱性电解质溶液，d极室为酸性电解质溶液，放电时锌在负极被氧化，二氧化铅在正极被还原，充电时d极为阳极，发生氧化反应，A错误；根据电池装置示意图，放电时负极反应式为Zn－2e－＋4OH－[Zn（OH）4]2－，K＋通过离子交换膜b由a极室进入K2SO4溶液中，正极反应式为PbO2＋4H＋＋S＋2e－PbSO4＋2H2O，S通过离子交换膜c由d极室进入K2SO4溶液中，所以离子交换膜b、c分别为阳离子交换膜和阴离子交换膜，B错误，C正确；根据放电时电极反应式可知，每转移2 mol电子，中间K2SO4溶液中溶质增加1 mol，D错误。
6.C　a电极失电子，则a为负极，发生的电极反应为Ag－e－＋Cl－AgCl，b电极为正极，发生的电极反应为AgCl＋e－Ag＋Cl－，A错误；电池工作过程中，a电极消耗Cl－，b电极生成Cl－，Na＋由a极区向b极区迁移，则工作一段时间后，两极NaCl溶液的浓度差减小，B错误，C正确；b极的电极反应为AgCl＋e－Ag＋Cl－，电路中转移1 mol e－时，理论上b极区生成1 mol Cl－，且有1 mol Na＋由a极区迁移到b极区，则b极区模拟河水的质量增加58.5 g，D错误。
7.D　因为氧化性：Fe3＋＞Fe（OH）3，所以电极电势：E （Fe3＋/Fe2＋）＞E [Fe（OH）3/Fe（OH）2]，可推测：x＜0.77，A正确。根据题表数据可知，E （Cl2/Cl－）＞E （Fe3＋/Fe2＋），故氧化性：Cl2＞Fe3＋，因此Fe3O4与浓盐酸的反应为Fe3O4＋8HCl（浓）FeCl2＋2FeCl3＋4H2O，B正确。根据题表数据可知，E （Co3＋/Co2＋）＞E （Cl2/Cl－），氧化性：Co3＋＞Cl2，故Co3O4与浓盐酸反应的化学方程式为Co3O4＋8HCl（浓）3CoCl2＋Cl2↑＋4H2O，C正确。根据题表数据可知，酸性条件下E （Co3＋/Co2＋）＞E （Cl2/Cl－）＞E （Fe3＋/Fe2＋），则氧化性：Co3＋＞Cl2＞Fe3＋，所以还原性：Co2＋＜Cl－＜Fe2＋，D错误。
8.（1）N2H4＋4OH－－4e－N2↑＋4H2O　O2＋2H2O＋4e－4OH－
（2）①3CO2＋4Na＋＋4e－2Na2CO3＋C　
②0.5 mol
③导电性好、与金属钠不反应、难挥发等
（3）①正　2Cl－－2e－Cl2↑　
②2
解析：（1）燃料在负极失电子，即负极反应式为N2H4＋4OH－－4e－N2↑＋4H2O；氧气在正极得电子，正极反应式为O2＋2H2O＋4e－4OH－。（2）①放电时，正极发生得电子的还原反应，则根据总反应式可知正极的电极反应式为3CO2＋4Na＋＋4e－2Na2CO3＋C。②根据反应式可知每转移4 mol电子，正极质量增加2×106 g＋12 g＝224 g，所以当正极增加的质量为28 g时，转移电子的物质的量为×4 mol＝0.5 mol。③根据题干信息以及金属钠的化学性质可知，可选用NaClO4-四甘醇二甲醚作电解液的理由是其导电性好、与金属钠不反应、难挥发等。（3）①由题图3可知原电池装置中X极附近H＋转化为H2，发生还原反应，则X极为正极；Y极为负极，电极反应式为2Cl－－2e－Cl2↑。②由电极反应式2Cl－－2e－Cl2↑可知，Y极生成1 mol Cl2时，线路中转移2 mol电子，则有2 mol Li＋移向X极。
4 / 4第33讲　常考新型化学电源
课标要求
1.知道常考新型化学电源的类型及考查方式。
2.会分析常考新型化学电源的工作原理，能正确书写新型化学电源的电极反应式。
考点一　常考常新的化学电源——二次电池
1.二次电池充电时的电极连接
即正极接正极，负极接负极。
2.二次电池原理分析的思维模型
【示例分析】
下面是最近研发的Ca-LiFePO4可充电电池的工作原理示意图，锂离子导体膜只允许Li＋通过，电池总反应为xCa2＋＋2LiFePO4xCa＋2Li1－xFePO4＋2xLi＋。
（1）放电时
负极反应式：　　　　　　　；
正极反应式：　　　　　　　。
（2）充电时
阳极反应式：　　　　　　　；
阴极反应式：　　　　　　　。
1.一种可充电锂硫电池装置示意图如图。电池放电时，S8与Li＋在硫碳复合电极处生成Li2Sx（x＝1、2、4、6或8）。大量Li2Sx沉积在硫碳复合电极上，少量Li2Sx溶于非水性电解质并电离出Li＋和。Li＋、S2－和能通过离子筛，、和不能通过离子筛。下列说法不正确的是（　　）
A.、和不能通过离子筛的原因是它们的直径较大
B.放电时，外电路电流从硫碳复合电极流向锂电极
C.充电时，硫碳复合电极中Li2S2转化为S8的电极反应式为4Li2S2－8e－S8＋8Li＋
D.充电时，当有0.1 mol Li2S转化成S8时，锂电极质量增加0.7 g
2.（2025·八省联考河南卷）我国科学家设计了一种水系S-MnO2可充电电池，其工作原理如图所示。
下列说法正确的是（　　）
A.充电时，电极b为阳极
B.充电时，阳极附近溶液的pH增大
C.放电时，负极的电极反应：Cu2S－4e－S＋2Cu2＋
D.放电时，溶液中Cu2＋向电极b方向迁移
充、放电时电解质中离子移动方向的判断
放电（原电池） 阳离子正极 阴离子负极
充电（电解池） 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
考点二　废物利用的典范——微生物燃料电池
1.微生物燃料电池
微生物燃料电池是一种利用微生物将有机物中的化学能直接转化成电能的装置。其基本工作原理是在负极室厌氧环境下，有机物在微生物作用下分解并释放出电子和质子，电子依靠合适的电子传递介质在生物组分和负极之间进行有效传递，并通过外电路传递到正极形成电流，而质子通过质子交换膜传递到正极，氧化剂（一般为氧气）在正极得到电子被还原与质子结合成水。
2.不同介质的燃料电池电极反应式的书写
燃料电池的电解质常有四种类型：酸性溶液、碱性溶液、固体电解质（可传导O2－等）、熔融碳酸盐。电解质的类型对总反应式、电极反应式会产生影响。
以甲醇为燃料，写出下列介质中的电极反应式。
（1）酸性溶液（或含质子交换膜）
负极：　　　　　　　；
正极：　　　　　　　。
（2）碱性溶液
负极：　　　　　　　；
正极：　　　　　　　。
（3）固体氧化物（其中O2－可以在固体介质中自由移动）
负极：　　　　　　　；
正极：　　　　　　　。
（4）熔融碳酸盐（C）
负极：　　　　　　　；
正极（通入CO2）：　　　　　　　。
1.微生物燃料电池是一种利用微生物将有机物中的化学能直接转化成电能的装置。某污水处理厂利用微生物燃料电池处理含铬废水的工作原理如图所示，下列说法不正确的是（　　）
A.电池工作时b极发生还原反应
B.a极的电极反应式为CH3OH－6e－＋H2OCO2↑＋6H＋
C.电池工作一段时间后，右边溶液的酸性增强
D.每处理1 mol Cr2，a极上会生成1 mol CO2
2.微生物脱盐电池是一种高效、经济的能源装置，利用微生物处理有机废水获得电能，同时可实现海水淡化。现以NaCl溶液模拟海水，采用惰性电极，用如图装置处理有机废水（以含CH3COO－的溶液为例）。下列说法错误的是（　　）
A.负极反应为CH3COO－＋2H2O－8e－2CO2↑＋7H＋
B.隔膜1为阳离子交换膜，隔膜2为阴离子交换膜
C.当电路中转移1 mol电子时，模拟海水理论上除盐58.5 g
D.电池工作一段时间后，正、负极产生气体的物质的量之比为2∶1
　　（1）解答燃料电池题目的思维模型
（2）解答燃料电池题目的几个关键点
①要注意介质是什么，是电解质溶液还是熔融盐或氧化物。
②通入负极的物质为燃料，通入正极的物质为氧化剂。
③通过介质中离子的移动方向，可判断电池的正、负极，同时分析该离子参与靠近一极的电极反应。
考点三　绿色环保的化学电源——循环转化型电池
　　循环电池是电化学储能领域的一个研究热点，它通过电池内部物质的循环使用来增加储能容量，增长使用寿命。
如图是一种液流蓄电循环系统。左右两侧为电解质储罐，中央为电池，电解质通过泵不断在储罐和电池间循环；电池中的左右两侧为电极，中间为离子选择性膜，在电池放电和充电时该膜可允许钠离子通过；其中左储罐中的电解质是NaBr3/NaBr；右储罐中的电解质是Na2S2/Na2S4；放电前，被膜隔开的电解质为NaBr3和Na2S2， 放电后，分别变为NaBr和Na2S4。
电池充、放电原理为2Na2S2＋NaBr3Na2S4＋3NaBr。
（1）电池放电时，负极和正极的电极反应式分别为
负极：　　　　　　　；
正极：　　　　　　　。
（2）电池充电时，阳极和阴极的电极反应式分别为
阳极：　　　　　　　；
阴极：　　　　　　　。
（3）在充电过程中Na＋通过离子选择性膜的流向是　　　　　　。
1.锌溴液流电池是一种新型电化学储能装置（如图所示），电解液为溴化锌水溶液，电解液在电解质储罐和电池间不断循环。下列说法正确的是（　　）
A.充电时电极b连接电源的正极
B.放电时正极的电极反应式为Zn－2e－Zn2＋
C.阳离子交换膜可阻止Br2与Zn直接发生反应
D.充电时左侧电解质储罐中的离子总浓度增大
2.（2025·八省联考四川卷）我国科学家发明了一种高储能、循环性能优良的水性电池，其工作原理示意图如下。
下列说法错误的是（　　）
A.放电时，K＋从负极向正极迁移
B.放电时，Zn的生成说明Zn（OH）2具有两性
C.充电时，电池总反应为Zn＋2S2Zn＋S4＋4OH－
D.充电时，若生成1 mol S4，则有4 mol K＋穿过离子交换膜
考点四　高考新宠的化学电源——浓差电池
在浓差电池中，为了限定某些离子的移动，常涉及“离子交换膜”。
1.常见的离子交换膜
阳离子交换膜 只允许阳离子（包括H＋）通过
阴离子交换膜 只允许阴离子通过
质子交换膜 只允许H＋通过
2.离子交换膜的作用
（1）能将两极区隔离，阻止两极物质发生化学反应。
（2）能选择性地允许离子通过，起到平衡电荷、形成闭合回路的作用。
3.离子交换膜的选择依据是离子的定向移动。
【示例分析】
双极膜是一种新型离子交换膜，其膜主体可分为阴离子选择层、阳离子选择层和中间界面层，水解离催化剂被夹在中间的离子交换聚合物中。与传统阴、阳离子交换膜不同，双极膜可以大幅度降低内部电阻，同时水电离产生的H＋和OH－可在电场的作用下快速迁移到两侧溶液中，为膜两侧的半反应提供各自理想的pH条件。
1.（2024·海口模拟）利用一种电解质溶液浓度不同引起电势差的装置称为“浓差电池”，其原理是高浓度溶液向低浓度溶液扩散而引发的一类电池。某浓差电池的模拟装置如图所示（忽略溶液体积变化）。已知：两电极银的质量均为300 g。下列叙述正确的是（　　）
A.Ag（1）电极为负极，发生氧化反应
B.N由右侧向左侧迁移
C.电池停止工作时两电极的质量差为432 g
D.电池放电时将化学能全部转化成电能
2.（2023·山东高考11题改编）利用热再生氨电池可实现CuSO4电镀废液的浓缩再生。电池装置如图所示，甲、乙两室均预加相同的CuSO4电镀废液，向甲室加入足量氨水后电池开始工作。下列说法不正确的是（　　）
A.甲室Cu电极为负极
B.隔膜为阳离子膜
C.电池总反应为Cu2＋＋4NH3
D.NH3扩散到乙室将对电池电动势产生影响
“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。
1.（2024·全国甲卷12题）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＋2MnO2ZnMn2O4
C.放电时，正极反应有MnO2＋H2O＋e－MnOOH＋OH－
D.放电时，Zn电极质量减少0.65 g，MnO2电极生成了0.020 mol MnOOH
2.（2024·江西高考11题）我国学者发明了一种新型多功能甲醛—硝酸盐电池，可同时处理废水中的甲醛和硝酸根离子（如图）。下列说法正确的是（　　）
A.CuAg电极反应为2HCHO＋2H2O－4e－2HCOO－＋H2↑＋2OH－
B.CuRu电极反应为N＋6H2O＋8e－NH3↑＋9OH－
C.放电过程中，OH－通过质子交换膜从左室传递到右室
D.处理废水过程中溶液pH不变，无需补加KOH
3.（2024·新课标卷12题）一种可植入体内的微型电池工作原理如图所示，通过CuO催化消耗血糖发电，从而控制血糖浓度。当传感器检测到血糖浓度高于标准，电池启动。血糖浓度下降至标准，电池停止工作。（血糖浓度以葡萄糖浓度计）
电池工作时，下列叙述错误的是（　　）
A.电池总反应为2C6H12O6＋O22C6H12O7
B.b电极上CuO通过Cu（Ⅱ）和Cu（Ⅰ）相互转变起催化作用
C.消耗18 mg葡萄糖，理论上a电极有0.4 mmol电子流入
D.两电极间血液中的Na＋在电场驱动下的迁移方向为b→a
4.（2024·安徽高考11题）我国学者研发出一种新型水系锌电池，其示意图如图。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＋ZnZn2＋＋3I－
C.充电时，阴极被还原的Zn2＋主要来自Zn-TCPP
D.放电时，消耗0.65 g Zn，理论上转移0.02 mol电子
第33讲　常考新型化学电源
【考点·全面突破】
考点一
必备知识夯实
示例分析
（1）Ca－2e－Ca2＋　Li1－xFePO4＋xLi＋＋xe－LiFePO4
（2）LiFePO4－xe－xLi＋＋Li1－xFePO4　Ca2＋＋2e－Ca
关键能力突破
1.D　Li＋、S2－和的离子直径小于、和的离子直径，则、和不能通过离子筛的原因是它们的直径较大，A项正确；放电时，Li为负极，硫碳复合电极为正极，则外电路电流从硫碳复合电极流向锂电极，B项正确；充电时，硫碳复合电极为阳极，其中Li2S2会失去电子，转化为S8，电极反应式为4Li2S2－8e－S8＋8Li＋，C项正确；充电时，Li2S转化成S8时，电极反应式为8Li2S－16e－S8＋16Li＋，而锂电极的电极反应式为Li＋＋e－Li，当有0.1 mol Li2S转化成S8时，锂电极质量增加0.1 mol×2×7 g·mol－1＝1.4 g，D项错误。
2.C　由图可知，放电时，电极a上MnO2转化为Mn2＋，发生还原反应，电极b上Cu2S转化为S和Cu2＋，发生氧化反应，则电极a为正极，电极b为负极；充电时，电极a上Mn2＋转化为MnO2，发生氧化反应，电极b上S和Cu2＋转化为Cu2S，发生还原反应，此时电极a为阳极，电极b为阴极。充电时，S和Cu2＋转化为Cu2S，发生还原反应，则电极b为阴极，A错误；根据以上分析，充电时，电极b为阴极，则电极a为阳极，电极a的电极反应为Mn2＋＋2H2O－2e－MnO2＋4H＋，阳极附近溶液的pH减小，B错误；放电时，电极b为负极，负极的电极反应为Cu2S－4e－S＋2Cu2＋，C正确；放电时，溶液中Cu2＋向正极移动，即向电极a方向迁移，D错误。
考点二
必备知识夯实
2.（1）CH3OH－6e－＋H2OCO2↑＋6H＋　O2＋4e－＋4H＋2H2O　（2）CH3OH－6e－＋8OH－C＋6H2O　O2＋4e－＋2H2O4OH－　（3）CH3OH－6e－＋3O2－CO2↑＋2H2O　O2＋4e－2O2－　（4）CH3OH－6e－＋3C4CO2↑＋2H2O　O2＋4e－＋2CO22C
关键能力突破
1.C　由氢离子的移动方向可知，a极为微生物燃料电池的负极，电极反应式为CH3OH－6e－＋H2OCO2↑＋6H＋，b极为正极，电极反应式为Cr2＋6e－＋14H＋2Cr3＋＋7H2O，铬离子在溶液中水解生成氢氧化铬和氢离子，A、B正确；电池工作时，每消耗1 mol重铬酸根离子，就消耗14 mol氢离子、生成2 mol铬离子，2 mol铬离子水解生成6 mol氢离子，负极放电生成的6 mol氢离子进入右边的溶液，则右边溶液中共消耗2 mol氢离子，溶液的酸性减弱，C错误；由电极反应式可得如下转化关系：Cr2～6e－～CO2，则每处理1 mol重铬酸根离子，负极会生成1 mol二氧化碳气体，D正确。
2.B　由题图可知，a极为负极，b极为正极，则隔膜1为阴离子交换膜，隔膜2为阳离子交换膜，才能使模拟海水中的氯离子移向负极，钠离子移向正极，达到海水淡化的目的，B项错误；电路中有1 mol电子通过时，则电解质溶液中有1 mol钠离子移向正极，1 mol氯离子移向负极，C项正确；负极反应：CH3COO－＋2H2O－8e－2CO2↑＋7H＋，正极反应：2H＋＋2e－H2↑，根据电荷守恒，正、负极产生气体的物质的量之比为2∶1，A、D项正确。
考点三
必备知识夯实
（1）2Na2S2－2e－Na2S4＋2Na＋　NaBr3＋2Na＋＋2e－3NaBr　（2）3NaBr－2e－NaBr3＋2Na＋　Na2S4＋2Na＋＋2e－2Na2S2　（3）从左到右
关键能力突破
1.C　原电池中锌作负极，则b极是负极，a极是正极，充电时电极b接电源的负极，A错误；放电时负极上发生反应：Zn－2e－Zn2＋，B错误；阳离子交换膜只允许阳离子通过，Br2不能通过，所以可阻止Br2与Zn直接发生反应，C正确；充电时，Br－失去电子转变为Br2，左侧电解质储罐中的离子总浓度降低，D错误。
2.D　由电池装置图可知，放电时Zn为负极，电极反应为Zn－2e－＋4OH－Zn，多孔碳为正极，电极反应为S4＋2e－2S2；充电时Zn为阴极，电极反应为Zn＋2e－Zn＋4OH－，多孔碳为阳极，电极反应为2S2－2e－S4。A.放电时为原电池，原电池中K＋向正极移动，正确；B.碱性环境中有Zn生成说明Zn（OH）2能与碱反应，Zn（OH）2既能与酸反应又能与碱反应，说明Zn（OH）2有两性，正确；C.充电时为电解池，根据以上分析可知，总反应为Zn（OH＋2S2Zn＋4OH－＋S4，正确；D.由电极反应2S2－2e－S4可知，生成1 mol S4转移电子的物质的量为2 mol，应有2 mol K＋穿过离子交换膜，错误。
考点四
关键能力突破
1.C　浓差电池通过改变电解质溶液浓度实现放电，当浓度相等时停止放电，由题图可知：左侧电解质溶液浓度减小，右侧电解质溶液浓度增大，电池工作时，Ag（1）极上析出Ag，Ag（2）极上银溶解，则Ag（1）电极为正极，Ag（2）电极为负极，A错误；为了维持电荷守恒，左侧电解质溶液中N向右侧迁移，B错误；停止放电时c（AgNO3）＝3 mol·L－1，即只转移2 mol电子，负极：Ag－e－Ag＋，正极：Ag＋＋e－Ag，起始时，两电极的质量相等，停止放电时，正极增加2 mol Ag（216 g），负极减少2 mol Ag（216 g），两电极的质量差为432 g，C正确；电池放电时将化学能主要转化成电能，还有热能等，D错误。
2.B　据题图可知，甲室流出液经低温热解得到CuSO4和NH3，则甲室中生成了[Cu（NH3）4]SO4，发生的反应为Cu－2e－＋4NH3[Cu（NH3）4]2＋，甲室Cu电极为负极，A正确；乙室Cu电极为正极，发生反应：Cu2＋＋2e－Cu，消耗Cu2＋，为维持电解质溶液呈电中性，S透过隔膜进入甲室，则隔膜为阴离子膜，B错误；根据正、负极反应，可知电池总反应为Cu2＋＋4NH3[Cu（NH3）4]2＋，C正确；NH3能与Cu2＋反应生成[Cu（NH3）4]2＋，因此若NH3扩散到乙室，则乙室Cu2＋浓度减小，对电池电动势有影响，D正确。
【真题·体验品悟】
1.C　充电时Zn2＋向阴极移动，A错误；由题意知，放电时，MnO2转化为MnOOH和ZnMn2O4，B错误；放电时，MnO2电极为正极，发生的反应有MnO2＋H2O＋e－MnOOH＋OH－，C正确；根据放电时Zn电极的电极反应式为Zn－2e－Zn2＋可知，Zn电极质量减少0.65 g（0.01 mol）时，电路中通过0.02 mol电子，故MnO2电极有0.02 mol MnO2发生反应，但MnO2转化为MnOOH和少量ZnMn2O4，故生成的MnOOH的物质的量小于0.020 mol，D错误。
2.B　根据题图中电子迁移方向可知左侧CuAg电极为负极，右侧CuRu电极为正极，再结合题图中物质转化可写出各电极的电极反应式，负极：2HCHO－2e－＋4OH－2HCOO－＋H2↑＋2H2O，正极：N＋8e－＋6H2ONH3↑＋9OH－。CuAg电极上HCHO转化为HCOO－和H2，电极反应为2HCHO＋4OH－－2e－2HCOO－＋H2↑＋2H2O，A项错误；CuRu电极上N转化为NH3，电极反应为N＋6H2O＋8e－NH3↑＋9OH－，B项正确；OH－不能通过质子交换膜，C项错误；总反应为8HCHO＋N＋7OH－8HCOO－＋NH3↑＋4H2↑＋2H2O，消耗OH－，因此需要补充KOH，D项错误。
3.C　由题图中的物质转化知，a极作正极，电极反应为2H2O＋O2＋4e－4OH－，b极作负极，电极反应为C6H12O6＋2CuOC6H12O7＋Cu2O，Cu2O＋2OH－－2e－2CuO＋H2O，该电池的总反应为2C6H12O6＋O22C6H12O7，A正确；由题图可知，b电极上发生转化：CuO→Cu2O→CuO，反应前后CuO的性质和数目不变，故b电极上CuO通过Cu（Ⅱ）和Cu（Ⅰ）相互转变起催化作用，B正确；根据负极的电极反应式可知，当消耗18 mg（0.1 mmol）葡萄糖时，转移0.2 mmol电子，故理论上a电极有0.2 mmol电子流入，C错误；电池中，阳离子向正极迁移，由分析知，b电极为负极，a电极为正极，故两电极间血液中的Na＋在电场驱动下的迁移方向为b→a，D正确。
4.C　标注框内Zn和N之间存在配位键，N和C、C和C、C和H之间存在共价键，A项正确；放电时Zn为负极，电极反应式为Zn－2e－Zn2＋，Zn-TCPP为正极，电极反应式为＋2e－3I－，则电池总反应为Zn＋Zn2＋＋3I－，B项正确；充电时Zn为阴极，阴极反应式为Zn2＋＋2e－Zn，Zn2＋主要来自电解质溶液，C项错误；根据放电时负极反应式：Zn－2e－Zn2＋知，消耗0.65 g Zn，即0.01 mol Zn，理论上转移0.02 mol电子，D项正确。
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第33讲　常考新型化学电源
高中总复习·化学
课标要求
1. 知道常考新型化学电源的类型及考查方式。
2. 会分析常考新型化学电源的工作原理，能正确书写新型化学电源的电极反应式。
考点·全面突破
01
真题·体验品悟
02
课时·跟踪检测
03
考点·全面突破
锁定要点，聚焦应用
考点一　常考常新的化学电源——二次电池
1. 二次电池充电时的电极连接
即正极接正极，负极接负极。
2. 二次电池原理分析的思维模型
【示例分析】
下面是最近研发的Ca-LiFePO4可充电电池的工作原理示意图，锂离子导体
膜只允许Li＋通过，电池总反应为xCa2＋＋2LiFePO4 xCa＋2Li1－
xFePO4＋2xLi＋。
①放电时
负极反应式： ；
正极反应式： 。
Ca－2e－ Ca2＋　
Li1－xFePO4＋xLi＋＋xe－ LiFePO4　
②充电时
阳极反应式： ；
阴极反应式： 。
LiFePO4－xe－ xLi＋＋Li1－xFePO4　
Ca2＋＋2e－ Ca　
1. 一种可充电锂硫电池装置示意图如图。电池放电时，S8与Li＋在硫碳复合电极处生成Li2Sx（x＝1、2、4、6或8）。大量Li2Sx沉积在硫碳复合电极上，少量Li2Sx溶于非水性电解质并电离出Li＋和 。Li＋、S2－和能通过离子筛， 、 和 不能通过离子筛。下列说法不正确的是（　　）
A. 、 和 不能通过离子筛的原因是它们的直径较大
B. 放电时，外电路电流从硫碳复合电极流向锂电极
C. 充电时，硫碳复合电极中Li2S2转化为S8的电极反应式为4Li2S2－8e－
S8＋8Li＋
D. 充电时，当有0.1 mol Li2S转化成S8时，锂电极质量增加0.7 g
√
解析： 　Li＋、S2－和 的离子直径小于 、 和 的离子直径，
则 、 和 不能通过离子筛的原因是它们的直径较大，A项正确；
放电时，Li为负极，硫碳复合电极为正极，则外电路电流从硫碳复合电极
流向锂电极，B项正确；充电时，硫碳复合电极为阳极，其中Li2S2会失去
电子，转化为S8，电极反应式为4Li2S2－8e－ S8＋8Li＋，C项正确；充
电时，Li2S转化成S8时，电极反应式为8Li2S－16e－ S8＋16Li＋，而锂
电极的电极反应式为Li＋＋e－ Li，当有0.1 mol Li2S转化成S8时，锂电
极质量增加0.1 mol×2×7 g·mol－1＝1.4 g，D项错误。
2. （2025·八省联考河南卷）我国科学家设计了一种水系S-MnO2可充电电池，其工作原理如图所示。
下列说法正确的是（　　）
A. 充电时，电极b为阳极
B. 充电时，阳极附近溶液的pH增大
C. 放电时，负极的电极反应：Cu2S－4e－ S＋2Cu2＋
D. 放电时，溶液中Cu2＋向电极b方向迁移
√
解析： 　由图可知，放电时，电极a上MnO2转化为Mn2＋，发生还原反
应，电极b上Cu2S转化为S和Cu2＋，发生氧化反应，则电极a为正极，电极b
为负极；充电时，电极a上Mn2＋转化为MnO2，发生氧化反应，电极b上S和
Cu2＋转化为Cu2S，发生还原反应，此时电极a为阳极，电极b为阴极。充电
时，S和Cu2＋转化为Cu2S，发生还原反应，则电极b为阴极，A错误；根据
以上分析，充电时，电极b为阴极，则电极a为阳极，电极a的电极反应为
Mn2＋＋2H2O－2e－ MnO2＋4H＋，阳极附近溶液的pH减小，B错误；
放电时，电极b为负极，负极的电极反应为Cu2S－4e－ S＋2Cu2＋，C正
确；放电时，溶液中Cu2＋向正极移动，即向电极a方向迁移，D错误。
充、放电时电解质中离子移动方向的判断
放电（原电池） 阳离子 正极
阴离子 负极
充电（电解池） 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
考点二　废物利用的典范——微生物燃料电池
1. 微生物燃料电池
微生物燃料电池是一种利用微生物将有机物中的化学能直接转化成电能的
装置。其基本工作原理是在负极室厌氧环境下，有机物在微生物作用下分
解并释放出电子和质子，电子依靠合适的电子传递介质在生物组分和负极
之间进行有效传递，并通过外电路传递到正极形成电流，而质子通过质子
交换膜传递到正极，氧化剂（一般为氧气）在正极得到电子被还原与质子
结合成水。
2. 不同介质的燃料电池电极反应式的书写
燃料电池的电解质常有四种类型：酸性溶液、碱性溶液、固体电解质（可
传导O2－等）、熔融碳酸盐。电解质的类型对总反应式、电极反应式会产
生影响。
以甲醇为燃料，写出下列介质中的电极反应式。
（1）酸性溶液（或含质子交换膜）
负极： ；
正极： 。
CH3OH－6e－＋H2O CO2↑＋6H＋　
O2＋4e－＋4H＋ 2H2O　
（2）碱性溶液
负极： ；
正极： 。
（3）固体氧化物（其中O2－可以在固体介质中自由移动）
负极： ；
正极： 。
CH3OH－6e－＋8OH－ C ＋6H2O　
O2＋4e－＋2H2O 4OH－　
CH3OH－6e－＋3O2－ CO2↑＋2H2O　
O2＋4e－ 2O2－　
（4）熔融碳酸盐（C ）
负极： ；
正极（通入CO2）： 。
CH3OH－6e－＋3C 4CO2↑＋2H2O　
O2＋4e－＋2CO2 2C 　
1. 微生物燃料电池是一种利用微生物将有机物中的化学能直接转化成电能的装置。某污水处理厂利用微生物燃料电池处理含铬废水的工作原理如图所示，下列说法不正确的是（　　）
A. 电池工作时b极发生还原反应
B. a极的电极反应式为CH3OH－6e－＋H2O CO2↑＋6H＋
C. 电池工作一段时间后，右边溶液的酸性增强
D. 每处理1 mol Cr2 ，a极上会生成1 mol CO2
√
解析： 　由氢离子的移动方向可知，a极为微生物燃料电池的负极，电极
反应式为CH3OH－6e－＋H2O CO2↑＋6H＋，b极为正极，电极反应式为
Cr2 ＋6e－＋14H＋ 2Cr3＋＋7H2O，铬离子在溶液中水解生成氢氧化
铬和氢离子，A、B正确；电池工作时，每消耗1 mol重铬酸根离子，就消
耗14 mol氢离子、生成2 mol铬离子，2 mol铬离子水解生成6 mol氢离子，
负极放电生成的6 mol氢离子进入右边的溶液，则右边溶液中共消耗2 mol
氢离子，溶液的酸性减弱，C错误；由电极反应式可得如下转化关系：
Cr2 ～6e－～CO2，则每处理1 mol重铬酸根离子，负极会生成1 mol二氧
化碳气体，D正确。
2. 微生物脱盐电池是一种高效、经济的能源装置，利用微生物处理有机废水获得电能，同时可实现海水淡化。现以NaCl溶液模拟海水，采用惰性电极，用如图装置处理有机废水（以含CH3COO－的溶液为例）。下列说法错误的是（　　）
A. 负极反应为CH3COO－＋2H2O－8e－ 2CO2↑＋7H＋
B. 隔膜1为阳离子交换膜，隔膜2为阴离子交换膜
C. 当电路中转移1 mol电子时，模拟海水理论上除盐58.5 g
D. 电池工作一段时间后，正、负极产生气体的物质的量之比为2∶1
√
解析： 　由题图可知，a极为负极，b极为正极，则隔膜1为阴离子交换
膜，隔膜2为阳离子交换膜，才能使模拟海水中的氯离子移向负极，钠离
子移向正极，达到海水淡化的目的，B项错误；电路中有1 mol电子通过
时，则电解质溶液中有1 mol钠离子移向正极，1 mol氯离子移向负极，C项
正确；负极反应：CH3COO－＋2H2O－8e－ 2CO2↑＋7H＋，正极反应：
2H＋＋2e－ H2↑，根据电荷守恒，正、负极产生气体的物质的量之比为
2∶1，A、D项正确。
　　（1）解答燃料电池题目的思维模型
（2）解答燃料电池题目的几个关键点
①要注意介质是什么，是电解质溶液还是熔融盐或氧化物。
②通入负极的物质为燃料，通入正极的物质为氧化剂。
③通过介质中离子的移动方向，可判断电池的正、负极，同时分析该
离子参与靠近一极的电极反应。
考点三　绿色环保的化学电源——循环转化型电池
循环电池是电化学储能领域的一个研究热点，它通过电池内部物质的循环
使用来增加储能容量，增长使用寿命。
如图是一种液流蓄电循环系统。左右两侧为电解质储罐，中央为电池，电
解质通过泵不断在储罐和电池间循环；电池中的左右两侧为电极，中间为
离子选择性膜，在电池放电和充电时该膜可允许钠离子通过；其中左储罐
中的电解质是NaBr3/NaBr；右储罐中的电解质是Na2S2/Na2S4；放电前，被
膜隔开的电解质为NaBr3和Na2S2， 放电后，分别变为NaBr和Na2S4。
电池充、放电原理为2Na2S2＋NaBr3 Na2S4＋3NaBr。
（1）电池放电时，负极和正极的电极反应式分别为
负极： ；
正极： 。
（2）电池充电时，阳极和阴极的电极反应式分别为
阳极： ；
阴极： 。
（3）在充电过程中Na＋通过离子选择性膜的流向是 。
2Na2S2－2e－ Na2S4＋2Na＋　
NaBr3＋2Na＋＋2e－ 3NaBr　
3NaBr－2e－ NaBr3＋2Na＋　
Na2S4＋2Na＋＋2e－ 2Na2S2　
从左到右　
1. 锌溴液流电池是一种新型电化学储能装置（如图所示），电解液为溴化锌水溶液，电解液在电解质储罐和电池间不断循环。下列说法正确的是（　　）
A. 充电时电极b连接电源的正极
B. 放电时正极的电极反应式为Zn－2e－ Zn2＋
C. 阳离子交换膜可阻止Br2与Zn直接发生反应
D. 充电时左侧电解质储罐中的离子总浓度增大
√
解析： 　原电池中锌作负极，则b极是负极，a极是正极，充电时电极b接
电源的负极，A错误；放电时负极上发生反应：Zn－2e－ Zn2＋，B错
误；阳离子交换膜只允许阳离子通过，Br2不能通过，所以可阻止Br2与Zn
直接发生反应，C正确；充电时，Br－失去电子转变为Br2，左侧电解质储
罐中的离子总浓度降低，D错误。
2. （2025·八省联考四川卷）我国科学家发明了一种高储能、循环性能优良的水性电池，其工作原理示意图如下。
下列说法错误的是（　　）
A. 放电时，K＋从负极向正极迁移
B. 放电时，Zn 的生成说明Zn（OH）2具有两性
C. 充电时，电池总反应为Zn ＋2S2 Zn＋S4 ＋4OH－
D. 充电时，若生成1 mol S4 ，则有4 mol K＋穿过离子交换膜
√
解析： 　由电池装置图可知，放电时Zn为负极，电极反应为Zn－2e－＋
4OH－ Zn ，多孔碳为正极，电极反应为S4 ＋2e－
2S2 ；充电时Zn为阴极，电极反应为Zn ＋2e－ Zn＋4OH
－，多孔碳为阳极，电极反应为2S2 －2e－ S4 。A. 放电时为原
电池，原电池中K＋向正极移动，正确；B. 碱性环境中有Zn 生
成说明Zn（OH）2能与碱反应，Zn（OH）2既能与酸反应又能与碱反应，
说明Zn（OH）2有两性，正确；C. 充电时为电解池，根据以上分析可知，
总反应为Zn（OH ＋2S2 Zn＋4OH－＋S4 ，正确；D.
由电极反应2S2 －2e－ S4 可知，生成1 mol S4 转移电子的物
质的量为2 mol，应有2 mol K＋穿过离子交换膜，错误。
考点四　高考新宠的化学电源——浓差电池
在浓差电池中，为了限定某些离子的移动，常涉及“离子交换膜”。
1. 常见的离子交换膜
阳离子交换膜 只允许阳离子（包括H＋）通过
阴离子交换膜 只允许阴离子通过
质子交换膜 只允许H＋通过
2. 离子交换膜的作用
（1）能将两极区隔离，阻止两极物质发生化学反应。
（2）能选择性地允许离子通过，起到平衡电荷、形成闭合回路的作用。
3. 离子交换膜的选择依据是离子的定向移动。
【示例分析】
双极膜是一种新型离子交换膜，其膜主体可分为阴离子选择层、阳离子选
择层和中间界面层，水解离催化剂被夹在中间的离子交换聚合物中。与传
统阴、阳离子交换膜不同，双极膜可以大幅度降低内部电阻，同时水电离
产生的H＋和OH－可在电场的作用下快速迁移到两侧溶液中，为膜两侧的
半反应提供各自理想的pH条件。
1. （2024·海口模拟）利用一种电解质溶液浓度不同引起电势差的装置称为“浓差电池”，其原理是高浓度溶液向低浓度溶液扩散而引发的一类电池。某浓差电池的模拟装置如图所示（忽略溶液体积变化）。已知：两电极银的质量均为300 g。下列叙述正确的是（　　）
A. Ag（1）电极为负极，发生氧化反应
B. N 由右侧向左侧迁移
C. 电池停止工作时两电极的质量差为432 g
D. 电池放电时将化学能全部转化成电能
√
解析： 　浓差电池通过改变电解质溶液浓度实现放电，当浓度相等时停
止放电，由题图可知：左侧电解质溶液浓度减小，右侧电解质溶液浓度增
大，电池工作时，Ag（1）极上析出Ag，Ag（2）极上银溶解，则Ag（1）
电极为正极，Ag（2）电极为负极，A错误；为了维持电荷守恒，左侧电解
质溶液中N 向右侧迁移，B错误；停止放电时c（AgNO3）＝3 mol·L－
1，即只转移2 mol电子，负极：Ag－e－ Ag＋，正极：Ag＋＋e－
Ag，起始时，两电极的质量相等，停止放电时，正极增加2 mol Ag（216
g），负极减少2 mol Ag（216 g），两电极的质量差为432 g，C正确；电池
放电时将化学能主要转化成电能，还有热能等，D错误。
2. （2023·山东高考11题改编）利用热再生氨电池可实现CuSO4电镀废液的浓缩再生。电池装置如图所示，甲、乙两室均预加相同的CuSO4电镀废液，向甲室加入足量氨水后电池开始工作。下列说法不正确的是（　　）
A. 甲室Cu电极为负极
B. 隔膜为阳离子膜
C. 电池总反应为Cu2＋＋4NH3
D. NH3扩散到乙室将对电池电动势产生影响
√
解析： 　据题图可知，甲室流出液经低温热解得到CuSO4和NH3，则甲室
中生成了[Cu（NH3）4]SO4，发生的反应为Cu－2e－＋4NH3 [Cu
（NH3）4]2＋，甲室Cu电极为负极，A正确；乙室Cu电极为正极，发生反
应：Cu2＋＋2e－ Cu，消耗Cu2＋，为维持电解质溶液呈电中性，S
透过隔膜进入甲室，则隔膜为阴离子膜，B错误；根据正、负极反应，可
知电池总反应为Cu2＋＋4NH3 [Cu（NH3）4]2＋，C正确；NH3能与Cu2
＋反应生成[Cu（NH3）4]2＋，因此若NH3扩散到乙室，则乙室Cu2＋浓度减
小，对电池电动势有影响，D正确。
“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。
真题·体验品悟
感悟高考，明确方向
1. （2024·全国甲卷12题）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＋2MnO2 ZnMn2O4
C. 放电时，正极反应有MnO2＋H2O＋e－ MnOOH＋OH－
D. 放电时，Zn电极质量减少0.65 g，MnO2电极生成了0.020 mol MnOOH
√
解析： 　充电时Zn2＋向阴极移动，A错误；由题意知，放电时，MnO2转
化为MnOOH和ZnMn2O4，B错误；放电时，MnO2电极为正极，发生的反
应有MnO2＋H2O＋e－ MnOOH＋OH－，C正确；根据放电时Zn电极的
电极反应式为Zn－2e－ Zn2＋可知，Zn电极质量减少0.65 g（0.01
mol）时，电路中通过0.02 mol电子，故MnO2电极有0.02 mol MnO2发生反
应，但MnO2转化为MnOOH和少量ZnMn2O4，故生成的MnOOH的物质的量
小于0.020 mol，D错误。
2. （2024·江西高考11题）我国学者发明了一种新型多功能甲醛—硝酸盐电池，可同时处理废水中的甲醛和硝酸根离子（如图）。下列说法正确的是（　　）
A. CuAg电极反应为2HCHO＋2H2O－4e－
2HCOO－＋H2↑＋2OH－
B. CuRu电极反应为N ＋6H2O＋8e－ NH3↑＋9OH－
C. 放电过程中，OH－通过质子交换膜从左室传递到右室
D. 处理废水过程中溶液pH不变，无需补加KOH
√
解析： 　根据题图中电子迁移方向可知左侧CuAg电极为负极，右侧CuRu
电极为正极，再结合题图中物质转化可写出各电极的电极反应式，负极：
2HCHO－2e－＋4OH－ 2HCOO－＋H2↑＋2H2O，正极：N ＋8e－＋
6H2O NH3↑＋9OH－。CuAg电极上HCHO转化为HCOO－和H2，电极反
应为2HCHO＋4OH－－2e－ 2HCOO－＋H2↑＋2H2O，A项错误；CuRu
电极上N 转化为NH3，电极反应为N ＋6H2O＋8e－ NH3↑＋9OH
－，B项正确；OH－不能通过质子交换膜，C项错误；总反应为8HCHO＋
N ＋7OH－ 8HCOO－＋NH3↑＋4H2↑＋2H2O，消耗OH－，因此需要
补充KOH，D项错误。
3. （2024·新课标卷12题）一种可植入体内的微
型电池工作原理如图所示，通过CuO催化消耗
血糖发电，从而控制血糖浓度。当传感器检测
到血糖浓度高于标准，电池启动。血糖浓度下
降至标准，电池停止工作。（血糖浓度以葡萄糖浓度计）电池工作时，
下列叙述错误的是（　　）
A. 电池总反应为2C6H12O6＋O2 2C6H12O7
B. b电极上CuO通过Cu（Ⅱ）和Cu（Ⅰ）相互转变起催化作用
C. 消耗18 mg葡萄糖，理论上a电极有0.4 mmol电子流入
D. 两电极间血液中的Na＋在电场驱动下的迁移方向为b→a
√
解析： 　由题图中的物质转化知，a极作正极，电极反应为2H2O＋O2＋4e
－ 4OH－，b极作负极，电极反应为C6H12O6＋2CuO C6H12O7＋
Cu2O，Cu2O＋2OH－－2e－ 2CuO＋H2O，该电池的总反应为2C6H12O6
＋O2 2C6H12O7，A正确；由题图可知，b电极上发生转化：
CuO→Cu2O→CuO，反应前后CuO的性质和数目不变，故b电极上CuO通过
Cu（Ⅱ）和Cu（Ⅰ）相互转变起催化作用，B正确；根据负极的电极反应式
可知，当消耗18 mg（0.1 mmol）葡萄糖时，转移0.2 mmol电子，故理论
上a电极有0.2 mmol电子流入，C错误；电池中，阳离子向正极迁移，由分
析知，b电极为负极，a电极为正极，故两电极间血液中的Na＋在电场驱动
下的迁移方向为b→a，D正确。
4. （2024·安徽高考11题）我国学者研发出一种新型水系锌电池，其示意图如图。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
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 ＋Zn Zn2＋＋3I－
C. 充电时，阴极被还原的Zn2＋主要来自Zn-TCPP
D. 放电时，消耗0.65 g Zn，理论上转移0.02 mol电子
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（　　）
√
解析： 　标注框内Zn和N之间存在配位键，N和C、C和C、C和H之间存
在共价键，A项正确；放电时Zn为负极，电极反应式为Zn－2e－ Zn2
＋，Zn-TCPP为正极，电极反应式为 ＋2e－ 3I－，则电池总反应为Zn
＋ Zn2＋＋3I－，B项正确；充电时Zn为阴极，阴极反应式为Zn2＋＋2e
－ Zn，Zn2＋主要来自电解质溶液，C项错误；根据放电时负极反应
式：Zn－2e－ Zn2＋知，消耗0.65 g Zn，即0.01 mol Zn，理论上转移
0.02 mol电子，D项正确。
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一、选择题（本题包括7小题，每小题只有一个选项符合题意）
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1. 某锂离子电池的工作原理如图所示（a极材料为金属锂和石墨的复合材
料），其电池总反应为Li＋FePO4 LiFePO4。下列关于该电池的说法正
确的是（　　）
A. a极为正极
B. b极发生氧化反应
C. Li＋从a极室向b极室移动
D. 可以用稀硫酸作电解质溶液
√
解析：C　a极上发生反应：Li－e－ Li＋，a极为负极，A项错误；b极
为正极，得电子，发生还原反应，B项错误；Li＋透过隔膜从a极室进入b极
室，C项正确；Li是活泼金属，能与稀硫酸反应，故不能用稀硫酸作电解
质溶液，D项错误。
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2. （2024·顺义一模）我国科研人员研制出一种一体式过氧化氢循环电池
（UR-HPCC），可实现在H2O2电解模式下高效产氢，在燃料电池模式下合
成过氧化氢，其工作原理示意图如下。下列说法正确的是（　　）
A. 电解模式下H2在阳极生成
B. 电解模式下化学能转化为电能
C. 电池模式下正极反应式为O2＋2H＋＋2e－ H2O2
D. 电池模式下Ⅱ室中H＋通过质子交换膜移向Ⅰ室
√
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解析： 　根据燃料电池原理示意图可知，左侧电极通入氢气为负极，右
侧电极通入氧气为正极。电解模式下，电能转化为化学能，氢离子得到电
子发生还原反应，H2在阴极生成，A、B错误； 电池模式下正极反应式为
O2＋2H＋＋2e－ H2O2，C正确；电池模式下阳离子向正极移动，则Ⅰ室
中H＋通过质子交换膜移向Ⅱ室，D错误。
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3. （2024·襄阳模拟）我国学者自主研发了一种Al-N2二次电池，以离子液
体为电解质，其工作原理如图所示。石墨烯/Pd作为电极催化剂，可吸附
N2。下列说法正确的是（　　）
A. 充电时可实现“氮的固定”
B. 充电时阳极发生还原反应
C. Al箔为原电池的正极
D. 放电时负极反应式：Al－3e－＋7AlC 4Al2C
√
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解析： 　充电时，氮元素由化合态变为游离态，不是氮的固定，A错误；
充电时，阳极失电子发生氧化反应，B错误；放电时，Al失电子发生氧化
反应，Al箔为原电池的负极，电极反应式为Al－3e－＋7AlC
4Al2C ，C错误，D正确。
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4. 一种双室微生物燃料电池污水净化系统原理如图所示，图中酸性污水中含有的有机化合物用C6H12O6表示。下列有关该电池的说法不正确的是（　　）
A. 正极的电极反应式为[Fe（CN）6]3－＋e－
[Fe（CN）6]4－
B. 电池的总反应为C6H12O6＋24[Fe（CN）6]3－＋6H2O 6CO2↑＋24[Fe
（CN）6]4－＋24H＋
C. 该“交换膜”可选用“质子交换膜”
D. 若将“K3[Fe（CN）6]溶液”改为“O2”，当有22.4 L O2参与反应时，
理论上转移4 mol电子
√
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解析： 　根据元素化合价的变化可知，[Fe（CN）6]3－转化成[Fe（CN）
6]4－的过程中铁元素被还原，电极甲应为原电池的正极，所以正极的电极
反应式为[Fe（CN）6]3－＋e－ [Fe（CN）6]4－，A正确；C6H12O6被氧
化生成H＋和二氧化碳，[Fe（CN）6]3－被还原生成[Fe（CN）6]4－，则总
反应为C6H12O6＋24[Fe（CN）6]3－＋6H2O 6CO2↑＋24[Fe（CN）6]4－
＋24H＋，B正确；原电池中阴离子有向负极移动的趋势，为防止[Fe
（CN）6]3－移向负极，同时可以使负极产生的氢离子迁移到正极，可选用
质子交换膜，C正确；氧气所处的压强和温度未知，无法计算氧气的物质
的量，D错误。
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5. （2024·昭通模拟）中国科学研究院
报道了一种高压可充电碱-酸Zn-PbO2混
合电池，电池采用阴、阳双隔膜完成离
子循环（如图），该电池良好的电化学
性能为解决传统水性电池的关键问题提供了很好的机会。下列说法正确的是（　　）
A. 充电时，d极发生还原反应
B. 离子交换膜b、c分别为阴离子交换膜和阳离子交换膜
C. 放电时a极的电极反应为Zn－2e－＋4OH－ [Zn（OH）4]2－
D. 放电时，每转移2 mol电子，中间K2SO4溶液中溶质减少1 mol
√
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解析： 　根据电池装置示意图，a极室为碱性电解质溶液，d极室为酸性
电解质溶液，放电时锌在负极被氧化，二氧化铅在正极被还原，充电时d
极为阳极，发生氧化反应，A错误；根据电池装置示意图，放电时负极反
应式为Zn－2e－＋4OH－ [Zn（OH）4]2－，K＋通过离子交换膜b由a极
室进入K2SO4溶液中，正极反应式为PbO2＋4H＋＋S ＋2e－ PbSO4
＋2H2O，S 通过离子交换膜c由d极室进入K2SO4溶液中，所以离子交换
膜b、c分别为阳离子交换膜和阴离子交换膜，B错误，C正确；根据放电时
电极反应式可知，每转移2 mol电子，中间K2SO4溶液中溶质增加1 mol，D
错误。
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6. （2024·武汉模拟）如图是“海水—河水”浓差电池装置（不考虑溶解氧的影响），其中a、b均为Ag/AgCl复合电极，电池工作过程中得失电子的元素仅有Ag元素。下列说法正确的是（　　）
A. a电极的电极反应式为AgCl＋e－ Ag＋Cl－
B. 内电路中，Na＋由b极区向a极区迁移
C. 工作一段时间后，两极NaCl溶液的浓度差减小
D. 电路中转移1 mol e－时，理论上b极区模拟河水的质量增加23 g
√
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解析： 　a电极失电子，则a为负极，发生的电极反应为Ag－e－＋Cl－
AgCl，b电极为正极，发生的电极反应为AgCl＋e－ Ag＋Cl－，A
错误；电池工作过程中，a电极消耗Cl－，b电极生成Cl－，Na＋由a极区向b
极区迁移，则工作一段时间后，两极NaCl溶液的浓度差减小，B错误，C正
确；b极的电极反应为AgCl＋e－ Ag＋Cl－，电路中转移1 mol e－时，理
论上b极区生成1 mol Cl－，且有1 mol Na＋由a极区迁移到b极区，则b极区
模拟河水的质量增加58.5 g，D错误。
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7. 化学中常用标准电极电势E （氧化型/还原型）比较物质氧化能力的大
小。E 值越大，氧化型的氧化能力越强。利用表格所给的数据进行分析，
下列说法错误的是（　　）
氧化型/还原型 E （Co3＋/Co2
＋） E （Fe3＋/Fe2＋） E （Cl2/Cl－）
酸性介质 1.92 V 0.77 V 1.36 V
氧化型/ 还原型 E [Co（OH）3/ Co（OH）2] E [Fe（OH）3/ Fe（OH）2] E （ClO－
/Cl－）
碱性介质 0.17 V x V 0.81 V
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A. 推测：x＜0.77
B. Fe3O4与浓盐酸发生反应：Fe3O4＋8HCl（浓） FeCl2＋2FeCl3＋
4H2O
C. Co3O4与浓盐酸发生反应：Co3O4＋8HCl（浓） 3CoCl2＋Cl2↑＋
4H2O
D. 在等浓度的Co2＋、Fe2＋、Cl－的酸性混合液中，还原性：Co2＋＞Cl－＞
Fe2＋
√
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解析： 　因为氧化性：Fe3＋＞Fe（OH）3，所以电极电势：E （Fe3＋
/Fe2＋）＞E [Fe（OH）3/Fe（OH）2]，可推测：x＜0.77，A正确。根据
题表数据可知，E （Cl2/Cl－）＞E （Fe3＋/Fe2＋），故氧化性：Cl2＞Fe3
＋，因此Fe3O4与浓盐酸的反应为Fe3O4＋8HCl（浓） FeCl2＋2FeCl3＋
4H2O，B正确。根据题表数据可知，E （Co3＋/Co2＋）＞E （Cl2/Cl
－），氧化性：Co3＋＞Cl2，故Co3O4与浓盐酸反应的化学方程式为Co3O4＋
8HCl（浓） 3CoCl2＋Cl2↑＋4H2O，C正确。根据题表数据可知，酸性
条件下E （Co3＋/Co2＋）＞E （Cl2/Cl－）＞E （Fe3＋/Fe2＋），则氧化
性：Co3＋＞Cl2＞Fe3＋，所以还原性：Co2＋＜Cl－＜Fe2＋，D错误。
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二、非选择题（本题包括1小题）
8. 根据下列要求回答下列问题。
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（1）一种以肼（N2H4）为液体燃料的电池装置如图1所示。该电池用空气
中的氧气作氧化剂，KOH溶液作电解质溶液。负极反应式为
－－4e－ N2↑＋4H2O　，正极反应式为 。
N2H4＋4OH
－－4e－ N2↑＋4H2O
O2＋2H2O＋4e－ 4OH－
解析： 燃料在负极失电子，即负极反应式为N2H4＋4OH－－4e－ N2↑＋4H2O；氧气在正极得电子，正极反应式为O2＋2H2O＋4e－ 4OH－。
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（2）我国科研人员研制出的可充电“Na-CO2”电池，以钠箔和多壁碳纳
米管（MWCNT）为电极材料，总反应式为4Na＋3CO2 2Na2CO3＋C。
放电时该电池“吸入”CO2，其工作原理如图2所示：
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①放电时，正极的电极反应式为
。
②若生成的Na2CO3和C全部沉积在正极表面，当正极增加的质量为28 g
时，转移电子的物质的量为 。
③可选用NaClO4-四甘醇二甲醚作电解液的理由是
。
3CO2＋4Na＋＋4e－ 2Na2CO3＋
C
0.5 mol　
导电性好、与金属钠
不反应、难挥发等
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解析： ①放电时，正极发生得电子的还原反应，则根据总反应式可
知正极的电极反应式为3CO2＋4Na＋＋4e－ 2Na2CO3＋C。②根据反应
式可知每转移4 mol电子，正极质量增加2×106 g＋12 g＝224 g，所以当正
极增加的质量为28 g时，转移电子的物质的量为 ×4 mol＝0.5 mol。
③根据题干信息以及金属钠的化学性质可知，可选用NaClO4-四甘醇二甲
醚作电解液的理由是其导电性好、与金属钠不反应、难挥发等。
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（3）浓差电池中的电动势是由于电池中存在浓度差而产生的。某浓差电池的工作原理如图3所示，该电池从浓缩海水中提取LiCl的同时又获得了电能。
①X极为 极，Y电极反应式为 。
正　
2Cl－－2e－ Cl2↑
②Y极生成1 mol Cl2时， mol Li＋移向X极。
2　
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解析： ①由题图3可知原电池装置中X极附近H＋转化为H2，发生还原
反应，则X极为正极；Y极为负极，电极反应式为2Cl－－2e－ Cl2↑。②
由电极反应式2Cl－－2e－ Cl2↑可知，Y极生成1 mol Cl2时，线路中转移
2 mol电子，则有2 mol Li＋移向X极。
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THANKS
演示完毕 感谢观看

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