资源简介

1.新型电池
新型一次电池和燃料电池
知｜识｜强｜化
1.原电池模型（锌铜原电池）
2.原电池电极反应式的书写方法
（1）依据总反应：分清正、负极，确定电极上的反应物和产物。
（2）把各电极反应物和产物一一对应写好，正极：氧化剂＋ne－还原产物，负极：还原剂－ne－氧化产物。
（3）用电子调平化合价（平电子）。
（4）用离子调平电荷（平电荷）。
（5）用物质调平原子（平原子）。
实例：燃料电池（以CH3OH燃料电池为例，体会不同介质对电极反应的影响）
酸性燃料电池 H＋ 总反应：2CH3OH＋3O22CO2＋4H2O
正极 O2＋4e－＋4H＋2H2O
负极 CH3OH－6e－＋H2OCO2↑＋6H＋
碱性燃料电池 OH－ 总反应：2CH3OH＋3O2＋4OH－2C＋6H2O
正极 O2＋4e－＋2H2O4OH－
负极 CH3OH－6e－＋8OH－C＋6H2O
固态氧化物燃料电池 O2－ 总反应：2CH3OH＋3O22CO2＋4H2O
正极 O2＋4e－2O2－
负极 CH3OH－6e－＋3O2－CO2↑＋2H2O
真｜题｜研｜析
1.（2024·江苏高考8题）碱性锌锰电池的总反应为Zn＋2MnO2＋H2OZnO＋2MnOOH，电池构造示意图如图所示。下列有关说法正确的是（　　）
A.电池工作时，MnO2发生氧化反应
B.电池工作时，OH－通过隔膜向正极移动
C.环境温度过低，不利于电池放电
D.反应中每生成1 mol MnOOH，转移电子数为2×6.02×1023
解析：C　MnO2转化为MnOOH，Mn由＋4价降为＋3价，发生还原反应，MnO2作氧化剂，A错误；电池工作时阴离子向负极移动，B错误；温度较低时，反应速率会降低，C正确；MnO2转化为MnOOH，每生成1 mol MnOOH转移电子数为1×6.02×1023，D错误。
2.（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
解析：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。
3.（2023·广东高考6题）负载有Pt和Ag的活性炭，可选择性去除Cl－实现废酸的纯化，其工作原理如图。下列说法正确的是（　　）
A.Ag作原电池正极
B.电子由Ag经活性炭流向Pt
C.Pt表面发生的电极反应：O2＋2H2O＋4e－4OH－
D.每消耗标准状况下11.2 L的O2，最多去除 1 mol Cl－
解析：B　由题图分析可知，Ag为负极，A错误；电子由负极Ag经活性炭流向正极Pt，B正确；溶液为酸性，故正极Pt表面发生的电极反应为O2＋4H＋＋4e－2H2O，C错误；每消耗标准状况下11.2 L的O2，转移2 mol电子，故最多去除2 mol Cl－，D错误。
能｜力｜进｜阶
1.（2024·广州调研）我国科学家研发了一种新型Zn-CO2水介质电池，其工作原理如图所示。工作时H2O在双极膜界面处解离成H＋和OH－，放电时下列说法不正确的是（　　）
A.CO2在多孔Pd纳米片表面转化为甲酸
B.正极区溶液的pH减小
C.负极的电极反应式为Zn＋4OH－－2e－Zn（OH
D.每生成1 mol甲酸，双极膜处有4 mol H2O解离
解析：D　由题图知，Zn作负极，电极反应为Zn＋4OH－－2e－Zn（OH，多孔Pd纳米片作正极，电极反应为CO2＋2e－＋2H＋HCOOH；由分析可知，A选项正确；正极CO2转化为HCOOH，故正极区溶液的pH减小，B选项正确；Zn为该电池的负极，发生的电极反应为Zn＋4OH－－2e－Zn（OH，C选项正确；每生成1 mol甲酸，转移2 mol e－，双极膜处解离2 mol H2O，D选项错误。
2.（2024·河南创新联盟TOP二十名校调研）我国学者研制出用于海洋作业的新型电池，可以协同完成电能补给和海洋污染治理，工作原理示意图如图所示。下列说法正确的是（　　）
A.电极M上的电势低于电极N上的电势
B.质子从海泥层通过交接面向海水层移动
C.电极N的电极反应式为＋8H＋＋6e－S↓＋4H2O
D.理论上M电极区消耗CO2的质量小于N电极区生成CO2的质量
解析：B　由图知，电极M为正极，电极M上的电势高于电极N上的，A错误；质子带正电荷，放电时向正极移动，故质子由电极N向电极M移动，即从海泥层通过交接面向海水层移动，B项正确；电极N的电极反应式为S2－－2e－S↓，C项错误；电极M的电极反应式为O2＋4CO2＋2H2O＋4e－4，由得失电子守恒可得，4e－～4CO2～2S2－，由元素守恒可得，2S2－～2～16e－，结合得失电子守恒，16e－～～4CO2，故理论上M电极区消耗CO2与N电极区生成CO2的质量相等，D项错误。
3.（2024·重庆云阳盘石中学段考）一种新型电池装置如图所示。金刚石压砧把H2压入储氢材料，在压力梯度的驱动下生成质子，电子先后通过下层Pt电极和外接线路转移到Pd电极参与反应，形成闭合回路。下列说法正确的是（　　）
A.Pd电极发生的反应是氧化反应
B.电流方向是Pt→负载→Pd→交换膜→Pt
C.电池负极反应为PdHx－e－PdHx－1＋H＋
D.Pt电极的电势高于Pd电极的电势
解析：C　在压力梯度的驱动下，储氢材料极生成的质子通过交换膜移向Pd极，外电路电子流动方向为Pt极→负载→Pd极，故Pd极为正极，Pt极为负极，Pd极发生还原反应，A错误；电流方向为Pd极→负载→Pt极→交换膜→Pd极，B错误；电池负极反应为PdHx－e－PdHx－1＋H＋，C正确；Pd极为正极，则Pt极的电势低于Pd极的电势，D错误。
新型二次电池
知｜识｜强｜化
1.解题分析
（1）充、放电时的关系
（2）思维流程
2.二次电池电极反应的书写
镍电池 镍铁 电池 总反应：NiO2＋Fe＋2H2OFe（OH）2＋Ni（OH）2
正极：NiO2＋2e－＋2H2ONi（OH）2＋2OH－ 负极：Fe－2e－＋2OH－Fe（OH）2 阳极：Ni（OH）2＋2OH－－2e－NiO2＋2H2O 阴极：Fe（OH）2＋2e－Fe＋2OH－
镍镉 电池 总反应：Cd＋2NiOOH＋2H2OCd（OH）2＋2Ni（OH）2 说明：参考镍铁电池自行书写各电极反应。
高铁 电池 总反应：3Zn＋2K2FeO4＋8H2O3Zn（OH）2＋2Fe（OH）3＋4KOH
正极：Fe＋3e－＋4H2OFe（OH）3＋5OH－ 负极：Zn－2e－＋2OH－Zn（OH）2 阳极：Fe（OH）3＋5OH－－3e－Fe＋4H2O 阴极：Zn（OH）2＋2e－Zn＋2OH－
锂离子电池 总反应：LCoO2＋LixC6LiCoO2＋C6（x＜1）
正极：LCoO2＋xe－＋xLi＋LiCoO2 负极：LixC6－xe－xLi＋＋C6 阳极：LiCoO2－xe－LCoO2＋xLi＋ 阴极：xLi＋＋xe－＋C6LixC6
真｜题｜研｜析
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
解析：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.（2024·河北高考13题）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（PDA）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2CO2＋MgMgC2O4
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1 mol电子，理论上可转化1 mol CO2
解析：C　由题图知，该电池放电时CO2转化为MgC2O4，C元素化合价降低发生还原反应，则多孔碳纳米管电极作正极，Mg电极作负极，Mg失电子转化为Mg2＋。放电时，电池的总反应为2CO2＋MgMgC2O4，A正确；充电时多孔碳纳米管电极作阳极，与电源正极相连，B正确；充电时，Mg电极作阴极，电子由阳极经外电路流向Mg电极，C错误；放电时，CO2中C元素由＋4价降为＋3价，故转移1 mol电子时，理论上转化1 mol CO2，D正确。
3.（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
解析：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。
能｜力｜进｜阶
1.（2024·天津河西区二模）某二次电池的工作原理如图所示，储能时PbSO4转化为Pb。下列说法正确的是（　　）
A.储能过程是化学能转变为电能
B.放电时右池溶液pH减小
C.放电时负极极板的质量减小
D.充电时总反应：Pb＋＋2Fe3＋PbSO4＋2Fe2＋
解析：B　该二次电池储能时为电解池，PbSO4转化为Pb，被还原作阴极，多孔碳电极为阳极，Fe2＋失电子生成Fe3＋，放电时Pb为负极，失电子结合硫酸根离子生成PbSO4，多孔碳电极为正极，正极上Fe3＋得电子转化为Fe2＋。该二次电池储能时为电解池，电能转化为化学能，A错误；放电时右池多孔碳电极为正极，发生反应Fe3＋＋e－Fe2＋，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溶液，pH减小， B正确；放电时Pb为负极，被氧化生成的Pb2＋结合S生成PbSO4，电极反应式为Pb－2e－PbSO4，负极极板的质量增加，C错误；充电时总反应为PbSO4＋2Fe2＋Pb＋＋2Fe3＋，D错误。
2.（2024·南昌二模）“大气固碳”的锂电池装置（如图所示）原理为4Li＋3CO22Li2CO3＋C。下列说法错误的是（　　）
A.充电时，电极A接电源的负极
B.聚合物电解质膜只允许锂离子通过
C.放电时，若电路中转移NA个电子，右室质量增加33 g
D.放电时，若0.3 mol CO2气体参加反应，则电路中转移电子的数目为0.4NA
解析：C　由原理和图知，电极A为负极，电极反应式为Li－e－Li＋，电极B为正极，电极反应式为3CO2＋4e－＋4Li＋2Li2CO3＋C。放电时，电极A为负极，充电时，电极A接电源的负极，A正确；Li＋在负极生成，在正极参与反应，故聚合物电解质膜只允许Li＋通过，B正确；放电时，若电路中转移NA个电子，右室质量增加 g＝40 g，C错误；由3CO2＋4e－＋4Li＋2Li2CO3＋C知，若0.3 mol CO2气体参加反应，则电路中转移电子的数目为0.4NA，D正确。
3.（2024·湘豫名校三模）某团队研究发现三价水系（酸性电解质溶液）In金属电池的比容量大，循环寿命长。其工作原理如图，已知MnOOH（羟基氧化锰）难溶于水。下列说法错误的是（　　）
A.充电时，H＋移向电极甲
B.放电时，电路中转移3 mol电子，两电极质量变化数值之和为112 g
C.放电时，总反应：In＋3MnO2＋3H＋3MnOOH＋In3＋
D.充电时，阳极反应：MnOOH－e－MnO2＋H＋
解析：B　根据图中电极反应知，放电时，甲电极为负极，电极反应为In－3e－In3＋，电极乙为正极，电极反应为MnO2＋e－＋H＋MnOOH，充电时电极甲接电源负极是阴极，电极乙接电源正极是阳极。充电时，电极甲接电源负极是阴极，电极乙接电源正极是阳极，故H＋移向电极甲，A正确；放电时，负极反应为In－3e－In3＋，正极反应为MnO2＋e－＋H＋MnOOH，故电路中转移3 mol电子，负极质量减少：1 mol×115 g·mol－1＝115 g，正极质量增加：3 mol×1 g·mol－1＝3 g，故两电极质量变化数值之和为118 g，B错误；放电时，负极反应为In－3e－In3＋，正极反应为MnO2＋e－＋H＋MnOOH，总反应：In＋3MnO2＋3H＋3MnOOH＋In3＋，C正确；放电时，正极反应为MnO2＋e－＋H＋MnOOH，则充电时，阳极反应：MnOOH－e－MnO2＋H＋，D正确。
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