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第三篇 化学反应与能量
专项 22 二次电池
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，它由
两组栅状极板交替排列而成，正极板上覆盖有PbO ，负极板上覆盖有Pb，电解质是HSO 溶液，总反应为
2 2 4
Pb(s)＋PbO (s)＋2HSO (aq) 放电=充 2PbSO (s)＋2HO(l)：
2 2 4 == 电 4 2
1．(2022•全国乙卷) 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-O 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+
2
+e-=Li+)和阳极反应(Li O+2h+=2Li++O )对电池进行充电。下列叙述错误的是( )
2 2 2A．充电时，电池的总反应LiO=2Li+O
2 2 2
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O+2Li++2e-=Li O
2 2 2
【答案】C
【解析】充电时光照光催化电极产生电子和空穴，驱动阴极反应(Li++e-=Li+)和阳极反应
(Li O+2h+=2Li++O )，则充电时总反应为LiO=2Li+O ，结合图示，充电时金属Li电极为阴极，光催化电
2 2 2 2 2 2
极为阳极；则放电时金属Li电极为负极，光催化电极为正极。A项，光照时，光催化电极产生电子和空穴，
驱动阴极反应和阳极反应对电池进行充电，结合阴极反应和阳极反应，充电时电池的总反应为
LiO=2Li+O ，A正确；充电时，光照光催化电极产生电子和空穴，阴极反应与电子有关，阳极反应与空
2 2 2
穴有关，故充电效率与光照产生的电子和空穴量有关，B正确；C项，放电时，金属Li电极为负极，光催
化电极为正极，Li+从负极穿过离子交换膜向正极迁移，C错误；D项，放电时总反应为2Li+O=Li O，正
2 2 2
极反应为O+2Li++2e-=Li O，D正确；故选C。
2 2 2
2．(2022•辽宁省选择性考试)某储能电池原理如图。下列说法正确的是( )
A．放电时负极反应：NaTi (PO )-2e-= NaTi (PO )+2Na+
3 2 4 3 2 4 3
B．放电时Cl-透过多孔活性炭电极向CCl 中迁移
4
C．放电时每转移1 mol电子，理论上CCl 吸收0.5 mol Cl
4 2D．充电过程中，NaCl溶液浓度增大
【答案】A
【解析】放电时负极反应：NaTi (PO )-2e-= NaTi (PO )+2Na+，正极反应：Cl+2e-=2Cl-，消耗氯气，
3 2 4 3 2 4 3 2
放电时，阴离子移向负极，充电时阳极：2Cl--2e-=Cl，由此解析。A项，放电时负极失电子，发生氧化反
2
应，电极反应：NaTi (PO )-2e-= NaTi (PO )+2Na+，故A正确；B项，放电时，阴离子移向负极，放电时
3 2 4 3 2 4 3
Cl-透过多孔活性炭电极向NaCl中迁移，故B错误；C项，放电时每转移1 mol电子，正极：Cl+2e-=2Cl-，
2
理论上CCl 释放0.5 mol Cl ，故C错误；D项，充电过程中，阳极：2Cl--2e-=Cl，消耗氯离子，NaCl溶液
4 2 2
浓度减小，故D错误；故选A。
3．(2021•浙江1月选考)镍镉电池是二次电池，其工作原理示意图如下(L 为小灯泡，K、K 为开关，
1 2
a、b为直流电源的两极)。
下列说法不正确的是( )
A．断开K、合上K，镍镉电池能量转化形式：化学能→电能
2 1
B．断开K、合上K，电极A为阴极，发生还原反应
1 2
C．电极B发生氧化反应过程中，溶液中KOH浓度不变
D．镍镉二次电池的总反应式：Cd+ 2NiOOH+2H O Ca(OH) +2Ni(OH)
2 2 2
【答案】C
【解析】根据图示，电极A充电时为阴极，则放电时电极A为负极，负极上Cd失电子发生氧化反应
生成Cd(OH) ，负极反应式为Cd-2e-+2OH-=Cd(OH) ，电极B充电时为阳极，则放电时电极B为正极，正
2 2
极上NiOOH得电子发生还原反应生成Ni(OH) ，正极反应式为2NiOOH+2e-+2H O=2Ni(OH) +2OH-，放电
2 2 2
时总反应为Cd+2NiOOH+2H O=Cd(OH) +2Ni(OH) 。A项，断开K、合上K，为放电过程，镍镉电池能量
2 2 2 2 1
转化形式：化学能→电能，A正确；B项，断开K、合上K，为充电过程，电极A与直流电源的负极相连，
1 2
电极A为阴极，发生还原反应，电极反应式为Cd(OH) +2e-=Cd+2OH-，B正确；C项，电极B发生氧化反
2
应的电极反应式为2Ni(OH) -2e-+2OH-=2NiOOH+2H O，则电极A发生还原反应的电极反应式为
2 2
Cd(OH) +2e-=Cd+2OH-，此时为充电过程，总反应为Cd(OH) +2Ni(OH) Cd+2NiOOH+2H O，溶液中
2 2 2 2KOH浓度减小，C错误；D项，根据分析，放电时总反应为Cd+2NiOOH+2H O=Cd(OH) +2Ni(OH) ，则镍
2 2 2
镉二次电池总反应式为Cd+2NiOOH+2H O Cd(OH) +2Ni(OH) ，D正确；故选C。
2 2 2
4．(2020•新课标Ⅰ卷)科学家近年发明了一种新型Zn−CO 水介质电池。电池示意图如图，电极为金属
2
锌和选择性催化材料，放电时，温室气体CO 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
2
种新途径。
下列说法错误的是( )
A．放电时，负极反应为Zn-2e-+4OH-=Zn(OH) 2+
4
B．放电时，1 mol CO 转化为HCOOH，转移的电子数为2 mol
2
C．充电时，电池总反应为2Zn(OH) 2+=2 Zn+O ↑+4OH-+2H O
4 2 2
D．充电时，正极溶液中OH−浓度升高
【答案】D
【解析】由题可知，放电时，CO 转化为HCOOH，即CO 发生还原反应，故放电时右侧电极为正极，
2 2
左侧电极为负极，Zn发生氧化反应生成Zn(OH) 2+；充电时，右侧为阳极，HO发生氧化反应生成O，左
4 2 2
侧为阴极，Zn(OH) 2+发生还原反应生成Zn。A项，放电时，负极上Zn发生氧化反应，电极反应式为：
4
Zn-2e-+4OH-=Zn(OH) 2+，故A正确，不选；B项，放电时，CO 转化为HCOOH，C元素化合价降低2，则
4 2
1molCO 转化为HCOOH时，转移电子数为2mol，故B正确，不选；C项，充电时，阳极上HO转化为
2 2
O，负极上Zn(OH) 2+转化为Zn，电池总反应为：2Zn(OH) 2+=2 Zn+O ↑+4OH-+2H O，故C正确，不选；D
2 4 4 2 2
项，充电时，正极即为阳极，电极反应式为：2HO-4e-=4H++O ↑，溶液中H+浓度增大，溶液中
2 2
c(H+)•c(OH-)=K ，温度不变时，K 不变，因此溶液中OH-浓度降低，故D错误，符合题意；故选D。
W W
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。[来源:
学科网]
(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1．(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：LiC + Li FeO=6C+LiFePO ，某磷酸铁锂电池的切面如
x 6 1-x 4 4
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LiFePO -xe-= Li xFeO+xLi+
4 1- 4
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N 个电子时，两电极的质量差为28g
A
2．(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：Fe O+H O+2e- = 2FeO+2OH-
2 3 2
D．放电时，K+从M移向N3．(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H+2OH――2e－=2H O
2 2
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
4．(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5．(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K 时，锌电极为电池负极
1
B．闭合K 时，装置中的电能转化为化学能
2
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Na MnO -xe-=Na MnO +xNa+
0.6 2 0.6-x 2
6．(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(Ph N)失去一个电子后形成的Ph N∙+结构较为稳定。下列说法不正确的是( )
3 3
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-+7AlCl -=4AlCl-
4 2 7
C．充电时，AlCl -向铝电极移动
4
D．理论上每生成1mol Ph N，外电路通过1mol电子
37．(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-CO 电池。总反应为：4KSn+3CO 2KCO+4Sn，其中生成的KCO 附着在
2 2 2 3 2 3
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++3CO +4e-=2K CO+C
2 2 3
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
8．(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+KN，下列有关说法中错误的是( )
3A．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
9．(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2NaV(PO ) 放电=充 NaV(PO )+NaV(PO )
3 2 4 3 == 电 5 2 4 3 2 4 3
B．充电时，阳极电极反应式为NaV(PO )-2e-=Na V(PO )+2Na+
5 2 4 3 3 2 4 3
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
10．(2022·河北省沧州市高三二模)火星大气约95%是CO，Li-CO 电池在未来的火星探测领域有着重
2 2
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+3CO=2Li CO+C，下列说法错误的是( )
2 2 3
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7gC．充电时，阳极的电极反应式为C-4e-+2Li CO =3CO ↑+4Li+
2 3 2
D．杂化材料中CNTs增多了CO 的吸附位点，可使该电池表现出优异的电化学性能
2
11. 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，1molFQH 转化为FQ转移2mol电子
2
D. 放电时，正极区溶液的pH增大
