新型化学电源
类型一 锂电池与锂离子电池
1.锂电池
锂电池是一类由金属锂或锂合金为负极材料、使用非水电解质溶液的电池。工作时金属锂失去电
子被氧化为Li+,负极反应均为Li-e-===Li+,负极生成的Li+经过电解质定向移动到正极。
2.锂离子二次电池
(1)锂离子电池基于电化学“嵌入/脱嵌”反应原理,替代了传统的“氧化-还原”原理;在两极形成的
电势差的驱动下,Li+可以从电极材料提供的“空间”中“嵌入”或“脱嵌”。
(2)锂离子电池充电时阴极反应式一般为C +xLi++xe-===Li C ;放电时负极反应是充电时阴
6 x 6
极反应的逆过程:Li C -xe-===C +xLi+。
x 6 6
(3) 锂离子电池的正极材料一般为含 Li+的化合物, 目前已商业化的正极材料有 LiFePO 、
4
LiCoO 、LiMn O 等。
2 2 4
1.利用锂离子能在石墨烯表面和电极之间快速大量穿梭运动的特性,开发出石墨烯电池,电池反应式为
Li C +Li CoO C +LiCoO ,其工作原理如图。下列关于该电池的说法不正确的是 ( )
x 6 1-x 2 6 2
A. 该电池若用隔膜,可选用阳离子交换膜
B. 对废旧的该电池进行“放电处理”,让Li+从石墨烯中脱出有利于回收
C. 放电时,正极的电极反应为Li CoO +xLi++xe-===LiCoO
1-x 2 2
D. 充电时,电路中每转移1mol e-,石墨烯电极质量增加7x g
2.新型锂-空气电池具有巨大的应用前景。该电池放电时的工作原理如图所示,其中固体电解质只允许
Li+通过。下列说法正确的是 ( )
A. 有机电解液可以用水性电解液代替
1B. 金属锂为负极,发生还原反应
C. 当外电路转移1mol电子,理论上石墨烯电极消耗标准状况下11.2 L的O
2
D. 放电时电池的总反应为4Li+O +2H O===4LiOH
2 2
类型二 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
传递介体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(如氧气)在正极得到电子被还原。
3.(2024·辽宁六校协作体开学考试)我国科学家设计的“海泥电池”既可用于深海水下仪器的电源补给,又
有利于海洋环境污染治理,其中微生物代谢产物显酸性,电池工作原理如图所示。下列说法错误的是
( )
A. A电极为正极
B. H+从海底沉积层通过交接面向海水层移动
C. 负极的电极反应式为CH O-4e-+H O===CO +4H+
2 2 2
D. 高温下微生物蛋白质变性失活,故升温不一定能提高电池的效率
4.某污水处理厂利用微生物电池将镀铬废水中的Cr O2-催化还原,其工作原理如下图所示。下列说法错
2 7
误的是 ( )
A. 电池工作过程中电子由a极经外电路流向b极
B. b极反应式:Cr O2-+6e-+14H+===2Cr3++7H O
2 7 2
C. 电池工作过程中a极区附近溶液的pH减小
2D. 每生成33.6 L CO ,则处理1mol Cr O2-
2 2 7
类型三 物质转化循环型电池
1.题型背景
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。
2.题型分析
根据物质转化,注意电极反应与电极区反应,元素化合价的变化或离子的移动(阳离子移向正极区
域,阴离子移向负极区域)判断电池的正、负极,是分析该电池的关键。
5.(2025·临沂模拟)锌溴液流电池用溴化锌溶液作电解质溶液,并在电池间不断循环。下列有关说法不正
确的是 ( )
A. 充电时n接电源的负极,Zn2+通过阳离子交换膜由左侧流向右侧
B. 放电时每转移1mol电子,负极区溶液质量不变
C. 充电时阴极的电极反应式为Zn2++2e-===Zn
D. 若将阳离子交换膜换成阴离子交换膜,放电时正、负极也随之改变
6.(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(OH)2-的生成说明Zn(OH) 具有两性
4 2
C. 充电时,电池总反应为Zn(OH)2-+2S O2-===Zn+S O2-+4OH-
4 2 3 4 6
D. 充电时,若生成1.0mol S O2-,则有4.0mol K+穿过离子交换膜
4 6
类型四 浓差电池
1.浓差电池的分析方法
3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具有浓度差,离子
均由“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极、负
极,这是解答问题的关键。例如
①a极:Ag-e-===Ag+(负极);b极:Ag++e-===Ag(正极)。
②NO-通过交换膜移向a极。
3
2.离子交换膜
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)离子交换膜的分类
①阳离子交换膜,简称阳膜,只允许阳离子通过,不允许阴离子通过。
②阴离子交换膜,简称阴膜,只允许阴离子通过,不允许阳离子通过。
③质子交换膜,只允许H+通过,不允许其他阳离子和阴离子通过。
④双极膜,又称双极性膜,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H O解离成OH-和H+分别通过阴、
2
阳膜,作为H+和OH-的离子源。
(2)离子交换膜的作用
①能将两极区隔离,阻止两极区产生的物质接触,防止发生化学反应。
②能选择性地通过离子,起到平衡电荷、形成闭合回路的作用。
(3)离子通过离子交换膜的定量关系
①通过隔膜的离子带的电荷数等于电路中的电子转移数。
②离子迁移:依据电荷守恒,通过隔膜的离子数不一定相等。
7.浓差电池中的电动势是由于电池中存在浓度差而产生的。某浓差电池的原理如图所示,该电池从浓缩
海水中提取LiCl的同时又获得了电能。下列有关该电池的说法错误的是 ( )
A. 电池工作时,Li+通过离子导体移向X极区 B. 电流由Y极通过外电路流向X极
C. 正极发生的反应为2H++2e-===H ↑ D. Y极每生成1mol Cl ,X极区得到2mol LiCl
2 2
8.构成原电池的条件有很多,当电解质中某离子的浓度越大时其氧化性或还原性越强。某化学实验小组
用如图所示的装置实验,发现电流表指针发生偏转。
4(1)电极A作 极,电极反应式为
。
(2)电极B作 极,电极反应式为
。
(3)硝酸根离子移向 (填“A”或“B”)极。
(4)由此得出的结论是,原电池反应发生的条件不仅与电极材料和电解质的性质有关,还与电解质的
有关。
9.(2024·江西卷)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+2H O-4e-===2HCOO-+H ↑+2OH-
2 2
B. CuRu电极反应为NO-+6H O+8e-===NH ↑+9OH-
3 2 3
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
10.(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ZnSO 和KI混合液为电解质溶液。下
4
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
5B. 电池总反应为:I-+Zn Zn2++3I-
3
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0.02mol电子
11.(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AlCl 形成熔点为93℃的共熔物),其中氯铝酸根[Al Cl- (n≥1)]起到结合或释放Al3+
3 n 3n+1
的作用。电池总反应:2Al+3xS Al (S ) 。下列说法错误的是 ( )
2 x 3
A. Al Cl- 含4n个Al-Cl键
n 3n+1
B. Al Cl- 中同时连接2个Al原子的Cl原子有(n-1)个
n 3n+1
C. 充电时,再生1mol Al单质至少转移3mol电子
D. 放电时间越长,负极附近熔融盐中n值小的Al Cl- 浓度越高
n 3n+1
12.(2023·全国新课标卷)一种以VO 和Zn为电极、Zn(CFSO ) 水溶液为电解质的电池,其示意图如下所
2 5 3 3 2
示。放电时,Zn2+可插入VO 层间形成Zn VO ·nH O。下列说法错误的是 ( )
2 5 x 2 5 2
A. 放电时VO 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+VO +nH O===Zn VO ·nH O
2 5 2 x 2 5 2
D. 充电阳极反应:Zn VO ·nH O-2xe-===xZn2++VO +nH O
x 2 5 2 2 5 2
13.(2022·全国乙卷)Li-O 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
2
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
2
应(Li++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 2
( )
6A. 充电时,电池的总反应为Li O ===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
基础落实
选择题只有1个选项符合题意
14.“自煮火锅”发热包的成分为碳酸钠、硅藻土、铁粉、铝粉、活性炭、焦炭粉、NaCl、生石灰,向发热包中加
入冷水,可用来蒸煮食物。下列说法错误的是 ( )
A. 活性炭作正极,正极上发生还原反应
B. 负极反应为Al-3e-+4OH-===[Al(OH) ]-
4
C. Na+由活性炭区向铝粉表面区迁移
D. 硅藻土结构疏松,使各物质分散并混合均匀,充分接触
15.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+
FePO ===LiFePO 。下列关于该电池的说法正确的是 ( )
4 4
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
16.通过传感器可以监测空气中甲醛的含量。一种燃料电池型甲醛气体传感器的原理如图所示,下列说法
错误的是 ( )
7A. a为电池的正极,发生还原反应
B. b极的电极反应为HCHO+H O-4e-===CO +4H+
2 2
C. 当电路中转移0.2mol电子时,传感器内参加反应的HCHO为3.0 g
D. 传感器工作过程中,电解质溶液中硫酸的浓度减小
17.流动电池是一种新型电池。其主要特点是可以通过电解质溶液的循环流动,在电池外部调节电解质溶
液,以保持电池内部电极周围溶液浓度的稳定。北京化工大学新开发的一种流动电池如图所示,电池总
反应为Cu+PbO +2H SO ===CuSO +PbSO +2H O。下列说法不正确的是 ( )
2 2 4 4 4 2
A. a为负极,b为正极 B. 该电池工作时PbO 电极附近溶液的pH增大
2
C. a极的电极反应为Cu-2e-===Cu2+ D. 调节电解质溶液的方法是补充CuSO 溶液
4
18.(2024·湖北武汉模拟)锰酸锂离子电池在混合动力车等大型蓄电池应用领域占据主导地位。电池总反应
式为Li MnO +xLi LiMnO ,下列有关说法不正确的是 ( )
1-x 4 4
A. 放电时,电池的正极反应式为Li MnO +xLi++xe-===LiMnO
1-x 4 4
B. 放电过程中,内电路电流方向是从负极到正极
C. 该电池也能在KOH溶液的环境中正常工作
D. 放电时Li+向电池正极方向定向迁移
19.如图是常温钠离子全固态浓差电池工作示意图。正极材料为层状含钠过渡金属氧化物,负极为钠锡合
金(Na Sn )。下列说法合理的是 ( )
15 4
A. 该电池工作时不发生氧化还原反应
B. 放电时,负极的反应为Na Sn -15e-===15Na++4Sn
15 4
8C. 充电时,Na+会被吸附进入过渡金属氧化层
D. 充电时,b极接电源的正极,a极接电源的负极
20.为保护环境,降低城市水体污染,科学家利用城市废水中的尿素,设计尿素[CO(NH ) ]燃料电池,电池
2 2
结构如图所示。下列说法不正确的是 ( )
A. 电流从电极b通过外电路流向电极a
B. 电池工作时,正极区pH减小
C. 理论上每除去1mol CO(NH ) ,电路中通过6mol电子
2 2
D. 利用此法,也可除去废水中的甲醇等有机物
21.中国科学院长春应用化学研究所模拟实验研究了低合金钢在海水中的局部腐蚀,研究发现缺氧的阳极
区腐蚀速率比富氧介质(流动或充气)中钢的腐蚀速率大,验证了宏观氧浓差电池的存在。模拟氧浓差
电池的简易装置如图,下列叙述错误的是 ( )
A. 电子从M电极经导线流向N电极
B. N电极的电极反应式为Fe-2e-===Fe2+
C. 正极区附近溶液的pH增大
D. 电路中转移0.01mol电子时,有0.08 g O 在正极放电
2
22.(1)二氧化硫-空气质子交换膜燃料电池可以利用大气中所含SO 快速启动,其装置示意图如图:
2
①质子的流动方向为 (填“从A到B”或“从B到A”)。
②负极的电极反应式为 。
(2)NH -O 燃料电池的结构如图所示:
3 2
9①a极为电池的 (填“正”或“负”)极。
②当生成1mol N 时,电路中流过电子的物质的量为 。
2
能力提升
23.一种钾离子电池的电池反应为K MnO +8xC K MnO +xKC ,其装置如图所示。下列说法
0.5 2 0.5-x 2 8
正确的是 ( )
A. 充电时,化学能转变为电能
B. 放电时,K+向负极区迁移
C. 放电时,负极的电极反应为Al-3e-===Al3+
D. 充电时,阳极的电极反应为K MnO -xe-===K MnO +xK+
0.5 2 0.5-x 2
24.一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C H O 表
6 12 6
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) ]3-+e-===[Fe(CN) ]4-
6 6
B. 电池的总反应为C H O +24[Fe(CN) ]3-+6H O===6CO ↑+24[Fe(CN) ]4-+24H+
6 12 6 6 2 2 6
C. 该“交换膜”可选用“质子交换膜”
10D. 若将“K [Fe(CN) ]溶液”改为“O ”,当有22.4 L O 参与反应时,理论上转移4mol电子
3 6 2 2
25.(2024·云南玉溪模拟)如图是一种浓差电池,阴、阳离子交换膜交替放置,中间的间隔交替充以河水和海
水,选择性透过Cl-和Na+,在两电极板形成电势差,进而在外部产生电流。下列关于该电池的说法正确
的是 ( )
A. a电极为电池的正极,电极反应式为2H O+2e-===H ↑+2OH-
2 2
B. C为阴离子交换膜,A为阳离子交换膜
C. 负极隔室的电中性溶液通过阳极表面的还原作用维持
D. 该电池的缺点是离子交换膜价格昂贵,电极产物也没有经济价值
26.(1)据文献报道,科学家利用氮化镓材料与铜组成如图所示的人工光合系统装置,成功地以CO 和H O
2 2
为原料合成了CH 。
4
①写出铜电极表面的电极反应式:
。
②为提高该人工光合系统的工作效率,可向装置中加入少量 (填“盐酸”或“硫酸”)。
(2)某负载二次镍氢电池放电时的工作原理如图所示,其中隔膜为 (填“阴”或“阳”)离子交换
膜,负极的电极反应式为 。
(3)利用反应NO +NH --→N +H O(未配平)消除烟气中NO 的简易装置如图所示,A、B两池溶液
2 3 2 2 2
均为200mL 0.01 mol·L-1 NaOH溶液,过程中溶液的体积和温度变化忽略不计。
11电极a的电极反应式为
。
27.双阴极微生物燃料电池处理含NH+的废水的工作原理如图(a)所示,双阴极通过的电流相等,废水在电
4
池中的运行模式如图(b)所示。
(1)Y离子交换膜为 (填“阳”或“阴”)离子交换膜。
(2)Ⅲ室中除了O →H O,主要发生的反应还有
2 2
(用离子方程式表示)。
(3)生成3.5 g N ,理论上需要消耗 g O 。
2 2
12
