文档文本内容
2-5 新型二次电池
图示引导：多数题目配有电池结构或工作原理示意图，要求从图中提取关键信息（如电极材料、离子
交换膜类型、反应过程等）。
综合性强：融合原电池与电解池知识，考查放电（原电池模式）和充电（电解池模式）的双向过程。
选项干扰性高：选项常涉及电极判断、离子迁移、电子转移计算、质量变化等易混淆点，需精细分
析。
新颖情境：多采用最新科研成果或新型电池体系（如铝-电催化剂电池、AgCl-Sb 电池、水系锌电池
等），考查学生在陌生情境中迁移知识的能力。
考查知识：
电化学基础：原电池与电解池的工作原理、电极反应式书写、电子流向、离子迁移规律。
氧化还原反应：化合价变化、电子转移数目计算、氧化剂与还原剂判断。
二次电池特性：充放电反应的可逆性、能量转换（化学能
电能）、离子交换膜的作用。
↔
化学键与结构：配合物中的共价键与配位键（如题3）。
考查能力：
读图能力：从示意图中识别电极、反应物、产物及离子移动路径。
分析推理能力：根据反应过程判断选项正误，尤其是隐含的定量关系（如电子转移、物质消
耗）。
综合应用能力：将理论知识应用于新型电池系统，解决实际问题。
审题能力：准确理解题干中的关键描述（如“游离离子数目”“理论上需要”等）。
考查方式：
通过图示与文字结合呈现电池体系，要求判断正误选项。
选项设计注重细节辨析，如离子数目变化、电极反应式准确性、充电与放电的逆反应关系。
第一步 识别电池模式：
放电：原电池模式（负极氧化，正极还原）。
充电：电解池模式（阴极还原，阳极氧化）。
第二步 确定电极与反应：
从图示或描述中判断放电时的正负极，并写出电极反应式。
充电时，原电池的负极变为阴极，正极变为阳极，反应式通常为放电的逆反
应。
第三步 分析离子迁移：
根据电场方向与离子交换膜类型（如质子交换膜、阴离子交换膜）判断离子移
动方向。
放电：阳离子向正极移动，阴离子向负极移动。
充电：阳离子向阴极移动，阴离子向阳极移动。
第四步 验证选项：
逐项检查选项，结合电极反应、电子转移和离子变化进行推理。
特别注意质量变化、电子守恒、离子数目等定量关系。
第五步 排除陷阱：
警惕“数目保持不变”“理论上需要”等表述，进行定量计算。
确认电极反应式是否配平（质量与电荷守恒）。
原电池（放电）：
负极：失电子，发生氧化反应。
正极：得电子，发生还原反应。
电子流向：负极 → 外电路 → 正极。
离子迁移：阳离子向正极，阴离子向负极。
电解池（充电）：
阴极：得电子，发生还原反应（对应原电池负极）。
阳极：失电子，发生氧化反应（对应原电池正极）。
电子流向：电源负极 → 阴极，阳极 → 电源正极。
离子迁移：阳离子向阴极，阴离子向阳极。
电极反应式书写规则：
遵循质量守恒和电荷守恒。
注意介质（酸性、碱性或水溶液）对反应产物的影响。
二次电池的充放电反应应互为逆反应。
离子交换膜：
质子交换膜：只允许H⁺通过。
阴离子交换膜：只允许阴离子（如OH⁻、Cl⁻）通过。
通用离子交换膜：需根据题干说明判断。
电子转移计算：
根据电极反应式确定转移电子数（e⁻）。
应用关系：1 mol e⁻ ≈ 96500 C，或与反应物物质的量比例计算。
质量变化分析：
放电时负极可能质量增加（如生成不溶物）或减少（如金属溶解）。
充电时阴极可能质量增加（如金属沉积）。
电极名称混淆：
错误：放电时说“阳极”“阴极”。
正确：放电用“正负极”，充电用“阴阳极”。
离子移动方向错误：
错误：阳离子向负极移动。
正确：放电时阳离子向正极，充电时阳离子向阴极。
电极反应式书写错误：
忽略介质（如碱性条件下OH⁻参与反应）。
电荷不守恒或物质不守恒。
电子转移数计算错误：
未正确配平反应式，导致电子数错误。
忽略多步反应中的总电子转移。
质量变化误解：
如放电时Pb 负极质量增加（生成PbSO₄），误认为减少。
充电与放电反应逆关系忽略：
错误：充电总反应与放电总反应无关。
正确：充电总反应通常是放电总反应的逆反应。
离子数目变化分析不全：
未考虑离子迁移补偿，误判“数目保持不变”。
【典例】
【审题】
1．（2025·四川·高考真题）最近，我国科学工作者制备了一
种
电催化剂，并将其与金属铝组装成可充电电
池，用于还原污水中的
为
，其工作原理如图所
示。研究证明，电池放电时，水中的氢离子在电催化剂表
面获得电子成为氢原子，氢原子再将吸附在电催化表面的
逐步还原为
。
下列说法错误的是
A．放电时，负极区游离的
数目保持不变
B．放电时、还原
为
，理论上需要
氢原
子
C．充电时，
从阴极区穿过离子交换膜进入阳极区
D．充电时，电池总反应为
【答案】A
【解析】放电时，负极铝失去电子和氢氧根离子结合生成四羟
基合铝酸根，
，正极水中的
氢离子在电催化剂表面获得电子成为氢原子，氢原子再将
吸附在电催化剂表面的
逐步还原为
，正极区发
生反应为
(注意此反应不是
电极反应)，充电时，金属铝为阴极，
电极为阳
极，据此解答。
1.
读题与识图：
o
题干指出电池用于还原NO₃⁻为
NH₃，放电时H⁺在电催化剂表面
得电子成为H 原子，再还原
NO₃⁻。
o
图示显示铝为负极，电催化剂为
正极。
2.
确定电极反应：
o
放电负极：Al+4OH⁻-3e⁻→
[Al(OH)₄]⁻（消耗OH⁻）。
o
放电正极：H⁺得电子生成H 原
子，H 原子逐步还原NO₃⁻至NH₃
（总过程涉及8e⁻）。
3.
分析选项：
o
A 选项：判断OH⁻数目是否变
化。负极反应消耗OH⁻，虽有
OH⁻通过离子交换膜补充，但净
消耗（转移3e⁻ 时消耗1 mol
OH⁻），故数目减少，A 错误。
o
B 选项：还原NO₃⁻ 至NH₃ 需
8e⁻，每e⁻对应1 个H 原子（因
H⁺+e⁻→H ），故需8 mol H 原
子，B 正确。
o
C 选项：充电时，OH⁻为阴离
子，应向阳极（电催化剂）移
动，故从阴极区移向阳极区，C
正确。
o
D 选项：充电总反应由电极反应
推导（阴极：[Al(OH)₄]⁻还原为
Al；阳极：H₂O 氧化为O₂），与
题干一致，D 正确。
4.
结论：A 错误，为答案。
A．放电时，负极铝失去电子和氢氧根离子结合生成四羟基合
铝酸根：
，当转移3mol 电子
时，消耗
，同时正极区会有
通过
离子交换膜进行补充，
净消耗1mol，故负极区游离
的
数目会减少，故A 错误；
B．氢原子将吸附在电催化剂表面的
逐步还原为
，还
原
为
，由化合价变化可知，得到8mol 电
子，所以理论上需要
氢原子，故B 正确；
C．充电时，阴离子向阳极移动，所以充电时，
从阴极区
穿过
离子交换膜进入阳极区，故C 正确；
D．充电时，电池阴极反应式为
，阳极反应式为
，总反应为
，故D 正确；
答案选A。
关键点：
关注离子迁移的净效果，结合反应
式定量分析。
理解多步还原过程中的电子转移。
【典例】
【审题】
2．（2025·重庆·高考真题）下图为AgCl-Sb 二次电池的放电
过程示意图如图所示。
下列叙述正确的是
A．放电时，M 极为正极
B．放电时，N 极上反应为
C．充电时，消耗4 mol Ag 的同时将消耗
D．充电时，M 极上反应为
【答案】D
1.
读题与识图：
o
图示显示放电时M 极（Sb）失
电子生成SbCl₃，N 极（AgCl）
得电子生成Ag。
2.
确定电极反应：
o
放
电
负
极
（
M
）
：
。
o
放电正极（N）：AgCl+e⁻→Ag+
Cl⁻。
3.
分析选项：
o
A 选项：放电时M 极失电子，为
负极，故A 错误。
o
B 选项：N 极为正极，反应应为
AgCl + e⁻ → Ag + Cl⁻，故B 错
误。
o
C 选项：充电时，N 极为阳极，
【解析】由图可知，放电时，N 电极上
发生得电
子的还原反应，为正极，电极反应为：
，M 电极为负极，电极反应为
，充电时，N 为
阳极，M 为阴极，电极反应与原电池相反，据此解答。
A．由分析可知，放电时，M 电极为负极，A 错误；
B．由分析可知，放电时，N 电极反应为：
，B 错误；
C．由分析可知，建立电子转移关系式：
，由此可知，消耗4molAg，同时
消耗
，C 错误；
D．充电时，M 极为阴极，电极反应与原电池相反：
，D 正确；
故选D。
反应为Ag + Cl⁻ → AgCl + e⁻。消
耗4 mol Ag 需4 mol Cl⁻，但选项
说“消耗4 mol Ag 的同时将消耗
4 mol Sb”？错误，因Sb 与Ag 的
电子转移关系为：3Ag ~ 1 Sb
（3e⁻转移），消耗4 mol Ag 对应
消耗4/3 mol Sb，故C 错误。
o
D 选项：充电时M 极为阴极，与
放电逆反应一致，D 正确。
4.
结论：D 正确，为答案。
关键点：
正确识别电极极性是解题基础。
电子转移比例关系是计算关键（3Ag
≡ 1 Sb）。
1．（2024·安徽·高考真题）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
(局部结构如标注框内所示)形成的稳定超分子材料和
为电极，以
和
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：
C．充电时，阴极被还原的
主要来自
D．放电时，消耗
，理论上转移
电子
【答案】C
【解析】由图中信息可知，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
，则充电时，该电极为阴极，电极反应式为
；正极上发生
，
则充电时，该电极为阳极，电极反应式为
。A．标注框内所示结构属于配合物，配位体中存
在碳碳单键、碳碳双键、碳氮单键、碳氮双键和碳氢键等多种共价键，还有由
提供孤电子对、
提供空轨道形成的配位键，A 正确；B．由以上分析可知，该电池总反应为
，B
正确；C．充电时，阴极电极反应式为
，被还原的Zn2+主要来自电解质溶液，C 错误；
D．放电时，负极的电极反应式为
，因此消耗0.65 g Zn（物质的量为0.01mol），理论上
转移0.02 mol 电子，D 正确；综上所述，本题选C。
2．（2023·辽宁·高考真题）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
通过质子交换膜移向左侧
D．充电总反应：
【答案】B
【解析】该储能电池放电时，Pb 为负极，失电子结合硫酸根离子生成PbSO4，则多孔碳电极为正极，正极
上Fe3+得电子转化为Fe2+，充电时，多孔碳电极为阳极，Fe2+失电子生成Fe3+，PbSO4电极为阴极，
PbSO4得电子生成Pb 和硫酸。A．放电时负极上Pb 失电子结合硫酸根离子生成PbSO4附着在负极上，
负极质量增大，A 错误；B．储能过程中，该装置为电解池，将电能转化为化学能，B 正确；C．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；
D．充电时，总反应为PbSO4+2Fe2+=Pb+
+2Fe3+，D 错误；故答案选B。
3．（2023·全国乙卷·高考真题）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
纤维素纸作为另一电极。工作时，在硫电极发生反应：
S8+e-→
S
，
S
+e-→S
，2Na++
S
+2(1-
)e-→Na2Sx
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→b
C．放电时正极反应为：2Na++
S8+2e-→Na2Sx
D．炭化纤维素纸的作用是增强硫电极导电性能
【答案】A
【解析】由题意可知放电时硫电极得电子，硫电极为原电池正极，钠电极为原电池负极。A．充电时为电
解池装置，阳离子移向阴极，即钠电极，故充电时，Na+由硫电极迁移至钠电极，A 错误；B．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，硫黄粉在b 电极上得电子与a 电极释放出的
Na+结合得到Na2Sx，电子在外电路的流向为a→b，B 正确；C．由题给的一系列方程式相加可以得到
放电时正极的反应式为2Na++
S8+2e-→Na2Sx，C 正确；D．炭化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；故答案选A。
4．（2023·新课标卷·高考真题）一种以
和
为电极、
水溶液为电解质的电池，其示意
图如下所示。放电时，
可插入
层间形成
。下列说法错误的是
A．放电时
为正极
B．放电时
由负极向正极迁移
C．充电总反应：
D．充电阳极反应：
【答案】C
【解析】由题中信息可知，该电池中Zn 为负极、
为正极，电池的总反应为
。A．由题信息可知，放电时，
可插入
层间形成
，
发生了还原反应，则放电时
为正极，A 说法正确；B．Zn 为负极，放电
时Zn 失去电子变为
，阳离子向正极迁移，则放电时
由负极向正极迁移，B 说法正确；C．
电池在放电时的总反应为
，则其在充电时的总反应为
，C 说法不正确；D．充电阳极上
被氧化为
，则
阳极的电极反应为
，D 说法正确；综上所述，本题选C。
5．（2020·天津·高考真题）熔融钠-硫电池性能优良，是具有应用前景的储能电池。下图中的电池反应为
(x=5~3，难溶于熔融硫)，下列说法错误的是
A．Na2S4的电子式为
B．放电时正极反应为
C．Na 和Na2Sx 分别为电池的负极和正极
D．该电池是以
为隔膜的二次电池
【答案】C
【解析】根据电池反应：
可知，放电时，钠作负极，发生氧化反应，电极反应为：Na-e-=
Na+，硫作正极，发生还原反应，电极反应为
，据此分析。A．Na2S4属于离子化
合物，4 个硫原子间形成三对共用电子对，电子式为
，故A 正确；B．放电
时发生的是原电池反应，正极发生还原反应，电极反应为：
，故B 正确；C．放
电时，Na 为电池的负极，正极为硫单质，故C 错误；D．放电时，该电池是以钠作负极，硫作正极的
原电池，充电时，是电解池，
为隔膜，起到电解质溶液的作用，该电池为二次电池，故D
正确；答案选C。
