文档内容
新型化学电源
1.燃料电池
以CH OH燃料电池为例，体会不同介质对电极反应的影响。
3
电池
类型
导电
介质
反应式
酸性
燃料
电池
H+
总反应：2CH OH+3O ===2CO +4H O
3 2 2 2
正极
负极
碱性
燃料
电池
OH-
总反应：2CH OH+3O +4OH-===2CO2- +6H O
3 2 3 2正极
负极
熔融碳
酸盐燃
料电池
CO2-
3
总反应：2CH OH+3O ===2CO +4H O
3 2 2 2
正极
负极
固态氧
化物燃
料电池
O2-
总反应：2CH OH+3O ===2CO +4H O
3 2 2 2
正极
负极
质子交
换膜燃
料电池
H+
总反应：2CH OH+3O ===2CO +4H O
3 2 2 2
正极负极
2.新型一次电池
电池类型
反应式
Mg⁃H
2
O
2
电池
总反应：H O +2H++Mg===Mg2++2H O
2 2 2
正极
负极
Mg-2e-===Mg2+
钠硫电池
总反应：2Na+xS===Na S
2 x
正极
负极
Na-e-===Na+
锂钒氧化
物电池
总反应：xLi+LiV O ===Li V O
3 8 1+x 3 8
正极
xLi++LiV O +xe-===Li V O
3 8 1+x 3 8
负极
Li-e-===Li+
3.新型充电(可逆)电池
电池
类型反应式
高铁
电池
总反应：3Zn+2K FeO +8H O 3Zn(OH) +2Fe(OH) +4KOH
2 4 2 2 3
正极：
负极：
阳极：
阴极：
锂离
子电
池
总反应：Li CoO +LiC LiCoO +C (x<1)
1-x 2 x 6 2 6
正极：Li CoO +xe-+xLi+===LiCoO
1-x 2 2
负极：LiC -xe-===xLi++C
x 6 6
阳极：LiCoO -xe-===Li CoO +xLi+
2 1-x 2
阴极：xLi++xe-+C ===LiC
6 x 6
钠电池
钠硫
蓄电
池
总反应：2Na S +NaBr Na S +3NaBr
2 2 3 2 4
正极：NaBr +2e-+2Na+===3NaBr
3
负极：2Na S -2e-===Na S +2Na+
2 2 2 4
阳极：3NaBr-2e-===NaBr +2Na+
3
阴极：Na S +2Na++2e-===2Na S
2 4 2 2
钠离
子电
池
总反应：Na CoO +Na C NaCoO +C
1-m 2 m n 2 n正极：
负极：
阳极：NaCoO -me-===Na CoO +mNa+
2 1-m 2
阴极：mNa++C +me-===Na C
n m n
全钒液
流电池
O+
总反应：V 2+2H++V2+ V3++VO2++H O
2
正极：
负极：
阳极：VO2++H
O-e-===VO+
+2H+
2 2
阴极：V3++e-===V2+
4.浓差电池
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”，阴离子移向负极区，阳离子移向正极区。
由于存在离子浓度差而产生电动势的电池称为离子浓差电池，当两极室离子浓度相等时放电完成。某
离子浓差电池的工作原理如图所示。
回答下列问题：
(1)铜电极 Ⅰ 为 极，电极反应式为 。
(2)当放电完成时，负极区域增加 g，(假设两侧溶液的体积均为100 mL)。
1.(2024·全国甲卷，12)科学家使用δ⁃MnO
2
研制了一种MnO 2⁃Zn可充电电池(如图所示)。电池工作一段
时间后，MnO 电极上检测到MnOOH和少量ZnMn O 。下列叙述正确的是( )
2 2 4A.充电时，Zn2+向阳极方向迁移
B.充电时，会发生反应Zn+2MnO ===ZnMn O
2 2 4
C.放电时，正极反应有MnO +H O+e-===MnOOH+OH-
2 2
D.放电时，Zn电极质量减少0.65 g，MnO 电极生成了0.020 mol MnOOH
2
2.(2023·辽宁，11)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：Pb+SO2-
+2Fe3+===PbSO +2Fe2+
4 4
3.(2023·新课标卷，10)一种以V O 和Zn为电极、Zn(CF SO ) 水溶液为电解质的电池，其示意图如
2 5 3 3 2
下所示。放电时，Zn2+可插入V O 层间形成ZnV O ·nH O。下列说法错误的是( )
2 5 x 2 5 2
A.放电时V O 为正极
2 5
B.放电时Zn2+由负极向正极迁移
C.充电总反应：xZn+V O +nH O===ZnV O ·nH O
2 5 2 x 2 5 2
D.充电阳极反应：ZnV O ·nH O-2xe-===xZn2++V O +nH O
x 2 5 2 2 5 2
4.(2023·全国乙卷，12)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
1 1 1 x x
纸作为另一电极。工作时，在硫电极发生反应： S +e-―→
S2-
，
S2- +e-―→S2-
，2Na++
S2-
+2(1-
2 8 2 8 2 8 4 4 4 4
)e-―→Na S
2 x
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→bx
C.放电时正极反应为2Na++ S +2e-―→Na S
8 8 2 x
D.炭化纤维素纸的作用是增强硫电极导电性能
5.(2024·新课标卷，12)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2C H O +O ===2C H O
6 12 6 2 6 12 7
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
6.(2019·全国卷Ⅰ，12)利用生物燃料电池原理研究室温下氨的合成，电池工作时MV2+/MV+在电极与酶
之间传递电子，示意图如下所示。下列说法错误的是( )
A.相比现有工业合成氨，该方法条件温和，同时还可提供电能
B.阴极区，在氢化酶作用下发生反应H +2MV2+===2H++2MV+
2
C.正极区，固氮酶为催化剂，N 发生还原反应生成NH
2 3
D.电池工作时质子通过交换膜由负极区向正极区移动
7.(2024·河北，13)我国科技工作者设计了如图所示的可充电Mg⁃CO
2
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CO
2
，使放电时CO
2
还原产物为MgC
2
O
4
。该设计克服了MgCO
3
导电性差和释放CO 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。
2
下列说法错误的是( )A.放电时，电池总反应为2CO +Mg===MgC O
2 2 4
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 CO
2
8.(2024·安徽，11)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ZnSO 和KI混合液为电解质溶液。下列
4
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
I-
B.电池总反应为： 3+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
9.(2023·山东，11改编)利用热再生氨电池可实现CuSO 电镀废液的浓缩再生。电池装置如图所示，甲、
4
乙两室均预加相同的CuSO 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(
4
)
A.甲室Cu电极为负极
B.隔膜为阳离子膜
C.电池总反应：Cu2++4NH ===[Cu(NH ) ]2+
3 3 4
D.NH 扩散到乙室将对电池电动势产生影响
310.(2023·河北，13)我国科学家发明了一种以 和MnO 为电极材料的新型电池，其内部结
2
构如图所示，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SO2-向②区迁移
4
D.放电时，a电极的电极反应式为MnO +4H++2e-===Mn2++2H O
2 2答案精析
盘点核心知识
1.O +4e-+4H+===2H O
2 2
CH OH-6e-+H O===CO +6H+
3 2 2
O +4e-+2H O===4OH-
2 2
CH
OH-6e-+8OH-===CO2-
+6H O
3 3 2
O +4e-+2CO ===2CO2-
2 2 3
CH
OH-6e-+3CO2-
===4CO +2H O
3 3 2 2
O +4e-===2O2-
2
CH OH-6e-+3O2-===CO +2H O
3 2 2
O +4e-+4H+===2H O
2 2
CH OH-6e-+H O===CO +6H+
3 2 2
2.H O +2H++2e-===2H O
2 2 2
xS+2e-===S2-
x
3.FeO2- +3e-+4H O===Fe(OH) +5OH-
4 2 3
Zn-2e-+2OH-===Zn(OH)
2
Fe(OH)
+5OH--3e-===FeO2-
+4H O
3 4 2
Zn(OH) +2e-===Zn+2OH-
2
Na CoO +me-+mNa+===NaCoO
1-m 2 2
Na C -me-===mNa++C
m n n
VO+ +2H++e-===VO2++H O
2 2
V2+-e-===V3+
4.(1)正 Cu2++2e-===Cu (2)32
解析 (2)当两侧CuSO 溶液的浓度变为3 mol·L-1时，放电完成，右侧CuSO 增加2 mol·L-1，其质量为2
4 4
mol·L-1×0.1 L×160 g·mol-1=32 g。
精练高考真题
1.C [充电时该装置为电解池，电解池中阳离子向阴极迁移，即Zn2+向阴极方向迁移，A错误；放电时，
Zn电极为负极，电极反应为Zn-2e-===Zn2+，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，B错误；放电时，MnO 电极为正极，正极上检测到MnOOH和少量ZnMn O ，则正极上主要发生
2 2 4
的电极反应为MnO +H O+e-===MnOOH+OH-，C正确；放电时，Zn电极质量减少0.65 g(物质的量为0.010
2 2
mol)，电路中转移0.020 mol电子，由正极的主要反应MnO +H O+e-===MnOOH+OH-可知，若正极上只有
2 2
MnOOH生成，则生成MnOOH的物质的量为0.020 mol，但正极上还有少量ZnMn O 生成，因此，生成的
2 4
MnOOH的物质的量小于0.020 mol，D错误。]2.B [放电时，负极上Pb失电子结合硫酸根离子生成PbSO 附着在负极上，负极质量增大，A错误；储能
4
过程中，该装置为电解池，将电能转化为化学能，B正确；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；充电时，总反应为PbSO
+2Fe2+===Pb+SO2-
4 4
+2Fe3+，D错误。]
3.C [放电时，Zn2+可插入V O 层间形成ZnV O ·nH O，V O 发生了还原反应，则放电时V O 为正极，A
2 5 x 2 5 2 2 5 2 5
正确；Zn为负极，放电时Zn失去电子变为Zn2+，阳离子向正极迁移，则放电时Zn2+由负极向正极迁移，B
正确；电池在放电时的总反应为xZn+V O +nH O===ZnV O ·nH O，则在充电时的总反应为
2 5 2 x 2 5 2
ZnV O ·nH O===xZn+V O +nH O，C不正确；充电时阳极上ZnV O ·nH O被氧化为V O ，则阳极的电极
x 2 5 2 2 5 2 x 2 5 2 2 5
反应为ZnV O ·nH O-2xe-===xZn2++V O +nH O，D正确。]
x 2 5 2 2 5 2
4.A [充电时为电解池装置，阳离子移向阴极，Na+由硫电极迁移至钠电极，A错误；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，即电子在外电路的流向为a→b，B正确；将题给硫电极发生
x x x
的反应依次编号为①②③，由 ×①+ ×②+③可得正极的反应式为2Na++ S +2e- Na S，C正确；炭化
4 4 8 8 2 x
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。]
5.C [该装置为原电池，a为正极，电极反应为O +4e-+2H O===4OH-，b为负极，发生反应：Cu O-2e-
2 2 2
+2OH-===2CuO+H O，在负极区，葡萄糖被CuO氧化为葡萄糖酸：C H O +2CuO===C H O +Cu O；电池
2 6 12 6 6 12 7 2
的总反应为2C H O +O ===2C H O ，A正确；CuO将葡萄糖氧化为葡萄糖酸，自身被还原为Cu O，Cu O
6 12 6 2 6 12 7 2 2
在b电极上失电子转化成CuO，因此，CuO通过Cu(Ⅱ)和Cu(Ⅰ)相互转变起催化作用，B正确；由反应
2C H O +O ===2C H O 可知，1 mol C H O 参加反应时转移2 mol电子，消耗18 mg(0.1 mmol)葡萄糖时，
6 12 6 2 6 12 7 6 12 6
理论上a电极有0.2 mmol电子流入，C错误；原电池中阳离子从负极向正极迁移，故Na+迁移方向为
b→a，D正确。]
6.B [相比现有工业合成氨，该方法选用酶作催化剂，条件温和，同时利用MV+和MV2+的相互转化，化学
能转化为电能，故可提供电能，故A正确；左室为负极区，MV+在负极失电子发生氧化反应生成MV2+，
电极反应式为MV+-e-===MV2+，放电生成的MV2+在氢化酶的作用下与H 反应生成H+和MV+，反应的方程
2
式为H +2MV2+===2H++2MV+，故B错误；右室为正极区，MV2+在正极得电子发生还原反应生成MV+，电
2
极反应式为MV2++e-===MV+，放电生成的MV+与N 在固氮酶的作用下反应生成NH 和MV2+，故C正确；
2 3
电池工作时，氢离子(即质子)通过交换膜由负极向正极移动，故D正确。]
7.C [放电时CO 转化为MgC O ，碳元素化合价由+4价降低为+3价，CO 发生还原反应，所以多孔碳纳
2 2 4 2
米管电极为正极，电极反应式为Mg2++2CO +2e-===MgC O ，Mg电极为负极，电极反应式为Mg-2e-
2 2 4
===Mg2+，则放电时电池总反应为2CO +Mg===MgC O ，A正确；充电时，多孔碳纳米管电极上发生氧化
2 2 4
反应，为阳极，与电源正极连接，B正确；充电时，Mg电极为阴极，电子从电源负极经外电路流向Mg电
极，同时Mg2+向阴极移动，C错误；根据放电时的电极总反应2CO +Mg===MgC O 可知，每转移1 mol电
2 2 4
子，理论上可转化1 mol CO ，D正确。]
28.C [由标注框内所示结构可知，其结构中存在碳碳单键、碳碳双键等多种共价键，还有由N提供孤电子
对、Zn2+提供空轨道形成的配位键，A项正确；由图可知，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
电极反应式为I- +2e-===3I-，则充电时，该电极为阳极，电极反应式为3I--2e-===I- ，则该电池总反应为I-
3 3 3
+Zn Zn2++3I-，B项正确；充电时，阴极电极反应式为Zn2++2e-===Zn，被还原的Zn2+主要来自电解质溶
液，C错误；放电时，负极的电极反应式为Zn-2e-===Zn2+，因此消耗0.65 g(即0.01 mol)Zn，理论上转移
0.02 mol电子，D正确。]
9.B [向甲室加入足量氨水后电池开始工作，则甲室Cu电极溶解，变为铜离子与氨形成[Cu(NH ) ]2+，因
3 4
此甲室Cu电极为负极，故A正确；原电池内电路中阳离子向正极移动，若隔膜为阳离子膜，电极溶解生
成的铜离子要向右侧移动，通入氨水要消耗铜离子，显然左侧阳离子不断减小，明显不利于电池反应正向
进行，故B错误；负极反应是Cu-2e-+4NH ===[Cu(NH ) ]2+，正极反应是Cu2++2e-===Cu，则电池总反应为
3 3 4
Cu2++4NH ===[Cu(NH ) ]2+，故C正确；NH 扩散到乙室会与铜离子反应生成[Cu(NH ) ]2+，铜离子浓度降低，
3 3 4 3 3 4
铜离子得电子能力减弱，因此将对电池电动势产生影响，故D正确。]
10.B [放电时，电极材料 转化为 ，电极反应为 -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：MnO +4H++2e-===Mn2++2H O，阳离子减少，多余的阴离子需要通过阴离子
2 2
交换膜进入②区，故③区为碱性溶液，b电极是 电极，①区为酸性溶液，a电极是二氧化锰电
极。充电时，b电极上得到电子，发生还原反应，A正确；充电时，外电源的正极连接a电极，电极失去
电子，电极反应为Mn2++2H O-2e-===MnO
+4H+，B错误；放电时，①区溶液中多余的SO2-
向②区迁移，C
2 2 4
正确。]
