大单元四 第一单元 化学反应与能量
第4 讲 新型化学电源
【高考考向预测】
新型化学电源以一次电池、二次电池、燃料电池为主体，重点考查正负极判断、电极反
应式书写、离子移动、电子转移及简单计算，常结合锂电池、氢氧燃料电池、金属空气电池
等新型装置创设情境，融合图像分析综合命题；近三年选择题、原理大题频繁考查，考频极
高；预测2027 年会聚焦前沿储能电池、动力电池，强化陌生电池原理迁移、充放电过程辨析
与定量计算。
【双基自测●明考向】
1．（福建省百校联考2025 届高三5 月押题）一种可用于回收铅的H2−PbO燃料电池如下图所
示，其中B 极表面有催化材料和气体扩散层。下列说法错误的是
A．B 极电极反应式为4 OH
−−4e
−=O2↑+2H2O
B．电池工作时A 极为正极，X 为Na
+
C．右室通入2.24 L H2(标准状况下)时，左室理论上生成0.3molNaOH
D．B 极表面使用催化材料和气体扩散层可提升电池效率
【答案】A
【分析】根据装置中物质转化，B 极通入H2，H 元素化合价从0 升高到+1，失电子发生氧化
反应，故B 为负极，A 为正极。电解质为碱性环境，负极电极反应式为H2−2e
−+2OH
−=2H2O
，正极电极反应式为HPbO2
−+2e
−+ H2O = Pb+3OH
−。原电池中阳离子向正极移动，阴离子向负极
移动，故Na
+向A 极移动，OH
−向B 极移动。
【详解】A．B 极为负极，电极反应式为H2−2e
−+2OH
−=2H2O，不是OH
−失电子生成O2，A 错
误；
B．电池工作时A 极发生还原反应为正极，原电池中阳离子向正极移动，故X 为Na
+，B 正
确；
C．标准状况下2.24 L H2的物质的量为
2.24 L
22.4 L·mol
−1 =0.1mol，反应转移电子物质的量为
0.1mol×2=0.2mol，结合正极反应，转移0.2 mol 电子时生成0.3 mol OH
−，即左室理论上生成
0.3 mol NaOH，C 正确；
D．B 极表面使用催化材料可加快反应速率，气体扩散层可促进H2的扩散接触，二者均可提升
电池效率，D 正确；
故选A。
2．我国将在2060 年前实现碳中和目标，在此过程中化学学科将发挥重要作用。目前一种新
研发的电池系统是通过二氧化碳溶于水触发电化学反应，工作原理如图所示(钠超离子导体只
允许 Na+通过)。下列说法正确的是
A．该装置能将电能转化为化学能
B．电极b 上的电极反应为 2 H 2O+2e
−= H 2+2O H
−
C．工作一段时间b 极附近可能有白色固体析出
D．为提高该电池的放电效率，可将电池中的有机电解液替换为水电解质
【答案】C
【分析】金属钠在a 极失电子发生氧化反应，故a 为原电池负极，b 为正极。负极电极反应为
Na−e
−= Na
+，生成的Na
+通过钠超离子导体向b 极移动；正极区CO2溶于水生成H2CO3，电离出
H
+和HCO3
−，H
+在b 极得电子生成H2。
【详解】A．该装置为原电池，工作时将化学能转化为电能，A 错误；
B．正极区通入过量CO2，溶液呈弱酸性，不会生成OH
−，电极b 的电极反应为2H
++2e
−= H2，B
错误；
C．工作过程中Na
+持续向b 极迁移，b 极附近Na
+、HCO3
−浓度不断升高，当离子积超过NaHCO3
的溶度积时，会析出NaHCO3白色固体，C 正确；
D．金属钠可与水直接发生反应，若将有机电解液替换为水电解质，金属钠会直接与电解液
反应消耗，无法正常放电，电池放电效率降低，D 错误；
故选C。
3．海底沉积层微生物燃料是一种新型海洋可再生能源，用该燃料设计的原电池产电原理如图
所示。下列说法正确的是
A．有机物在微生物作用下发生了还原反应
B．海底沉积层产生的H
+通过海水向a 极移动
C．a 极的电极反应式为O2−4e
−+ 4 H
+=2H2O
D．理论上海底沉积层中消耗1molSO4
2−，则a极消耗1.5 molO2
【答案】B
【分析】由图可知，a 极氧气得电子生成水，发生还原反应O2+4e
−+4H
+=2H2O，则a 是正极；b
极HS-失电子生成S 单质和氢离子，发生氧化反应HS
−-2e
−=S↓+H
+，b 是负极；
【详解】A．由图可知，有机物在微生物作用下生成CO2，化合价升高，发生氧化反应，A 错
误；
B．原电池中，阳离子向正极移动，a 是正极，故海底沉积层产生的H+通过海水向a 极移动，
B 正确；
C．a 极的电极反应式为O2+4e
−+4H
+ =2H2O，C 错误；
D．由图可知，理论上海底沉积层中消耗1molSO4
2−，生成1 mol HS−，在b 极失去2 mol 电
子，则电路中转移2 mol 电子，a 极消耗0.5 molO2，D 错误；
故答案选B。
4．某科研小组将汽车尾气中的CO和NO2设计成固体氧化物燃料电池(装置如图，其中O
2−可在固
体电解质中迁移)。下列说法正确的是
A．该电池中石墨Ⅰ为正极，其中NO2被氧化
B．负极的电极反应式为CO+2O
2−−4e
−=CO2
C．当负极消耗标准状况下2.24 L CO时，电路中转移0.1 mol 电子
D．正极的电极反应式为2NO2+8e
−= N2+ 4 O
2−
【答案】D
【详解】A．在该燃料电池中，NO2在石墨Ⅰ电极上发生得电子的还原反应，所以石墨Ⅰ为正
极，其中NO2被还原，故A 错误；
B．CO在负极发生失电子的氧化反应，电极反应式为CO+O
2−−2e
−=CO2，故B 错误；
C．当负极消耗标准状况下2.24 L 即0.1 mol CO时，根据电极反应式CO+O
2−−2e
−=CO2，电
路中转移电子的物质的量为0.2mol，故C 错误；
D．NO2在正极发生得电子的还原反应，电极反应式应为2 NO2+8e
−= N 2+ 4O
2−，故D 正确；
故选D。
5．化学电源在日常生活和高科技领域都有广泛应用。下列说法不正确的是
A．图甲：锂电池放电时，电解质中Li+向锂电极迁移
B．图乙：正极的电极反应式为：Ag2O + 2e- + H2O = 2Ag + 2OH-
C．图丙：使用一段时间后，锌筒会变薄
D．图丁：充电时，每消耗2 mol PbSO4，转移电子数为2×6.02×10
23
【答案】A
【详解】A．锂电池放电时，阳离子向正极迁移，Li
+应向多孔碳电极迁移，A 错误；
B．正极Ag2O得电子发生还原反应，碱性环境下电极反应为Ag2O+2e
−+ H2O =2Ag+2OH
−，B 正
确；
C．锌筒为锌锰干电池的负极，放电时Zn 失电子被氧化消耗，使用一段时间后锌筒会变薄，
C 正确；
D．充电时总反应中每消耗2 mol PbSO4，生成1 mol Pb和1 mol PbO2，转移电子的物质的量
为2 mol，对应电子数为2×6.02×10
23，D 正确；
故选A。
6．（2026·江苏苏州·三模）某光电催化反应器如图所示，光解水的同时可由CO2制得异丙醇(
C3H8O)。下列说法不正确的是
A．电极A 上发生的反应为2H2O−4e
−=O2↑+ 4 H
+
B．电子由电极A 经过用电器流向电极B
C．外电路每通过0.18 mol 电子，电极B 上产生0.01 mol 异丙醇
D．B 电极选用高选择性的电化学催化剂能有效抑制析氢反应
【答案】C
【分析】根据图示，电极A 处H2O 发生氧化反应生成氧气，A 为负极；电极B 处发生还原反
应生成H2、异丙醇，B 为正极。
【详解】A．电极A 上发生氧化反应，电极反应为2H2O−4e
−=O2↑+ 4 H
+，A 正确；
B．原电池工作时，电子从负极流出，经导线、用电器流向正极，故电子由电极A 经过用电
器流向电极B，B 正确；
C．CO2中C 为+4 价，C3H8O中C 平均化合价为-2 价，可得3CO2∼C3H8O∼18e
−，由于电极B 上
除了生成C3H8O外，还有H+得电子生成H2，所以外电路每通过0.18 mol 电子，电极B 上产生
异丙醇的物质的量小于0.01 mol，C 错误；
D．B 电极选用高选择性的电化学催化剂加快C3H8O的生成速率，能有效抑制析氢反应，D 正
确；
故选C。
7．（河南十校联盟2025 届高三模拟）离子液体是指在室温或接近室温下呈现液态且完全由
阴、阳离子所组成的盐，也称为低温熔融盐。一种以LiAlCl4离子液体为电解质溶液的铝-磷
酸铁锂二次电池放电时的工作原理如图所示。下列说法错误的是
A．充电时，铝电极接外电源的负极
B．充电时，阳极电极反应式为LiFePO4−xe
−=Li1−x FePO4+ x Li
+
C．放电时，电子由Al电极经导线流向磷酸铁锂电极
D．放电时，若电路中通过3 mole
−，则理论上磷酸铁锂电极质量减少2lg
【答案】D
【分析】放电时Li
+向左侧磷酸铁锂电极移动，阳离子移向原电池正极，因此左侧磷酸铁锂电
极为正极，右侧Al电极为负极。放电时负极Al失电子转化为Al2Cl7
−，正极Li1−x FePO4得电子
结合Li
+生成LiFePO4；充电时Al电极作阴极接外电源负极，磷酸铁锂电极作阳极发生失电子
的氧化反应。
【详解】A．充电时，原电池的负极Al电极作电解池的阴极，接外电源的负极，A 正确；
B．充电时阳极是原电池的正极，发生失电子的氧化反应，电极反应式为
LiFePO4−x e
−=Li1−x FePO4+ x Li
+，B 正确；
C．放电时电子由负极即Al电极经导线流向正极即磷酸铁锂电极，C 正确；
D．放电时磷酸铁锂电极为正极，发生反应Li1−x FePO4+ x Li
++ xe
−=LiFePO4，每转移x mole
−
，电极结合x molLi
+，质量增加，因此电路中通过3 mole
−时，电极增加的质量为
3 mol×7g·mol
−1=21g，不是质量减少，D 错误；
故选D。
8．（25-26 高三下·广东揭阳·阶段检测）一种“酸碱混合硝酸”锌电池工作原理如图所示。
“双极膜”中间层中的H2O解离为H
+和OH
−，并在电场的作用下分别向两极迁移。下列说法错
误的是
A．双极膜中的OH
−在电场作用下通过M 膜向锌电极移动
B．每生成1mol NH4
+，双极膜处有8 mol 的H2O解离
C．电池工作一段时间后，锌电极区溶液的pH 减小
D．当正极区H
+的物质的量减少2 mol 时，理论上锌电极的质量会减少65 g
【答案】D
【分析】锌电极在碱性溶液中被氧化，反应为：Zn−2e
−+ 4O H
−=[ Zn(OH )4]
2−，锌电极为负
极；催化电极在酸性溶液中将N O3
−还原为N H 4
+，反应为：N O3
−+8e
−+10 H
+= N H 4
++3 H 2O，
催化电极为正极，据此分析。
【详解】A．锌电极为负极，催化电极为正极，在电场作用下，阴离子向负极移动，因此双
极膜中的O H
−通过M 膜向锌电极移动，A 正确；
B．正极反应为N O3
−+8e
−+10 H
+= N H 4
+ +3 H 2O，每生成1mol N H 4
+，转移8mol电子。为维持
电荷平衡，负极需消耗8molO H
−，双极膜需解离8mol H 2O以提供8molO H
−，B 正确；
C．负极反应为Zn−2e
−+ 4O H
−=[ Zn(OH )4]
2−，锌电极区消耗O H
−，虽然双极膜提供的O H
−
会补充，但反应消耗的O H
−多于补充的量，溶液的碱性减弱，pH 减小，C 正确；
D．由正极反应可知，每生成1mol N H 4
+，正极消耗10mol H
+，转移8mol电子，同时双极膜向
正极迁移8mol H
+，此时正极区H
+的净减少量为10mol−8mol =2mol。此时电路中转移8mol电
子，负极消耗4 mol Zn，质量减少4 mol×65 g⋅mol
−1=260 g，D 错误；
故选D。
9．太阳能路灯蓄电池是磷酸铁锂电池，其工作原理如图。M 电极材料是锂和碳的复合材料
(碳作为锂的载体)，电解质为一种能传导Li
+的高分子材料，隔膜只允许Li
+通过，电池反应式
为Lix C6+ Li1−x FePO4 ⇌
充电
放电
LiFePO4+C6。下列说法正确的是
A．充电时M 极连接电源的负极，电极反应式为x Li
++C6+ x e
−=Lix C6
B．放电时，正极反应式为Li1−x FePO4+ x Li
+−xe
−=LiFePO4
C．充电时电路中每通过2 mol 电子，产生28 g Li
D．放电时Li
+从M 电极一侧移向N 电极一侧，PO4
3−从N 电极一侧移向M 电极一侧
【答案】A
【分析】电池反应式为Lix C6+ Li1−x FePO4 ⇌
充电
放电
LiFePO4+C6，放电时M 电极反应式为
LixC6−xe−= xLi
++C6，产生的Li
+移向右侧。由题图可知M 电极为负极，N 电极为正极，N
电极的电极反应式为Li1−x FePO4+ xLi
++ xe
−= LiFePO4。充电时，M 电极反应式为
xLi
++C6+ xe
−= LixC6，M 电极为阴极；N 电极为阳极，电极反应式为
LiFePO4−xe
−= Li1−x FePO4+ xLi
+，据此分析。
【详解】A．充电时阴极M 接电源负极，充电反应是放电负极反应的逆过程，放电负极反应
为LixC6−xe−= xLi
++C6，逆过程即xLi
++C6+ xe
−= LixC6，A 正确；
B．放电时正极发生得电子的还原反应，正确的正极反应为Li1−x FePO4+ xLi
++ xe
−= LiFePO4
，B 错误；
C．充电时电路中每通过2 mol 电子，阴极上嵌入的锂原子（即生成的Li)的物质的量也为2
mol，其质量为2mol×7 g/mol =14 g，C 错误；
D．由分析知，放电时，负极生成Li
+，正极消耗Li
+，隔膜为阳离子交换膜，故Li
+从M 电极
移向N 电极，但磷酸根离子不能透过离子交换膜，D 错误；
故选A。
10．（2026·江苏盐城·模拟预测）一种微生物电池可用于净化污水和淡化海水，工作原理如
图所示。下列说法错误的是
A．电极a上发生氧化反应
B．海水中Na
+通过离子交换膜移向右室
C．外电路每通过2mole
−，电极b上产生2.24 L N2(标况下)
D．左室的pH降低
【答案】C
【分析】电极a 区域葡萄糖转化为CO2，碳元素化合价升高，失电子，故电极a 为负极，发生
氧化反应；电极b 区域NO3
−转化为N2，氮元素化合价降低，得电子，故电极b 为正极。原电池
中阳离子向正极移动，阴离子向负极移动。负极反应式为C6 H12O6+6 H2O−24e
−=6CO2+24 H
+，
正极反应式为2NO3
−+12H
++10e
−= N2+6 H2O。
【详解】A．电极a 为负极，失电子发生氧化反应，A 正确；
B．阳离子向正极移动，右室电极为正极，故海水中Na
+通过离子交换膜移向右室，B 正确；
C．根据正极反应式，每生成1mol N2转移10mol 电子，外电路通过2mol e
−时，生成N2的物
质的量为2mol
10
=0.2mol，标况下体积为0.2mol×22.4 L·mol
−1= 4.48L，C 错误；
D．左室负极反应生成H
+，氢离子浓度增大，pH 降低，D 正确；
故选C。
【核心梳理●明考点】
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C6+xLi++xe-===LixC6;放电时负极反应是充电时阴极反
应的逆过程:LixC6-xe-===C6+xLi+。
(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LiFePO4、
LiCoO2、LiMn2O4等。
【考点突破●明方向】
1.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
B.金属锂为负极,发生还原反应
C.当外电路转移1 mol 电子,理论上石墨烯电极消耗标准状况下11.2 L 的O2
D.放电时电池的总反应为4Li+O2+2H2O===4LiOH
【答案】D
【解析】A.锂可以与水反应,故有机电解液不可以用水性电解液代替,A 项错误;B.金属锂为负极,
发生失电子的氧化反应,B 项错误;C.当外电路转移1 mol 电子时,消耗0.25 mol 的氧气,即理论上
石墨烯电极消耗标准状况下5.6 L 的O2,C 项错误;D.该电池的负极反应为4Li-4e-===4Li+,正极反
应为O2+4e-+2H2O===4OH-, 将电极反应相加可得总反应的化学方程式
4Li+O2+2H2O===4LiOH,D 项正确。
2.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LixC6+Li1-xCoO2
C6+LiCoO2,其工作原理如图。下列关于该电池的说法不正确的是(
)
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Li1-xCoO2+xLi++xe-===LiCoO2
D.充电时,电路中每转移1 mol e-,石墨烯电极质量增加7x g
【答案】D
【解析】A.该电池通过锂离子定向移动导电,该电池若用隔膜,可选用阳离子交换膜,故A 正
确;B.石墨烯是负极,放电时,阳离子向正极移动,Li+从石墨烯中脱出有利于回收,故B 正确;C.放
电时,正极得电子发生还原反应,电极反应为Li1-xCoO2+xLi++xe-===LiCoO2,故C 正确;D.充电时,
电路中每转移1 mol e-,有1 mol Li+进入负极,石墨烯电极质量增加7 g,故D 错误。
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。
【考点突破●明方向】
1.某污水处理厂利用微生物电池将镀铬废水中的Cr2O7
2−催化还原,其工作原理如下图所示。下
列说法错误的是( )
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:Cr2O7
2−+6e-+14H+===2Cr3++7H2O
C.电池工作过程中a 极区附近溶液的pH 减小
D.每生成33.6 L CO2,则处理1 mol Cr2O7
2−
【答案】D
【解析】由图可知,a 极乙酸生成二氧化碳和氢离子,发生氧化反应为负极,反应为CH3COOH-8e-
+2H2O===2CO2↑+8H+;b 极Cr2O7
2−转化为Cr3+, 发生还原反应, 为正极, 反应为Cr2O7
2−+6e-
+14H+===2Cr3++7H2O;A.电池工作过程中,电子由负极流向正极,即由a 极流向b 极,故A 正
确;B.b 极发生还原反应,电极反应式正确,故B 正确;C.电池工作过程中a 极区生成氢离子,电极
附近溶液的pH 减小,故C 正确;D.每生成33.6 L(标况下)CO2,二氧化碳的物质的量为1.5 mol,转
移电子6 mol,根据电子守恒可知可处理1 mol Cr2O7
2−,但是选项中未标明温度、压强,气体的物质
的量不确定为1.5 mol,故D 错误。
2.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CH2O-4e-+H2O===CO2+4H+
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
【答案】C
【解析】由图可知,A 极物质由氧气转化为水,化合价降低,所以A 极是正极,B 极是负极,据此解
答。A.由分析可知,A 极是正极,B 极是负极,故A 正确;B.质子带正电荷,放电时向正极移动,所以
质子从海底沉积层通过交接面向海水层移动,故B 正确;C.CH2O 在微生物作用下与硫酸根离子
反应生成CO2和HS-,并不是在负极的电极反应,负极上HS-失去电子发生氧化反应生成硫单质,
电极反应式为HS--2e-===S↓+H+,故C 错误;D.微生物蛋白质高温条件下会失活,故升温不一定能
提高电池的效率,故D 正确。
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。
【考点突破●明方向】
1.(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)4
2−的生成说明Zn(OH)2具有两性
C.充电时,电池总反应为Zn(OH)4
2−+2S2O3
2−=== Zn+ S 4O6
2−+4OH-
D.充电时,若生成1.0 mol S4O6
2−,则有4.0 mol K+穿过离子交换膜
【答案】D
【解析】由电池装置图可知,放电时Zn 为负极,电极反应为Zn-2e-+4OH-===Zn(OH)4
2−,多孔碳为
正极, 电极反应为S4O6
2−+2e−===2S2O3
2−; 充电时Zn 为阴极, 电极反应为Zn(OH)4
2−+2e-
===Zn+4OH-,多孔碳为阳极,电极反应为2S2O3
2−−2e−=== S 4O6
2−。A.放电为原电池,原电池中
K+向正极移动,A 正确;B.碱性环境中有Zn(OH)4
2−生成说明Zn(OH)2能与碱反应,既能与酸反应
又能与碱反应说明Zn(OH)2有两性,B 正确;C.充电为电解池,根据分析,总反应为阴阳两极的加
和,Zn(OH)4
2−+2S2O3
2−=== Zn+ 4OH -+S4O6
2−,C 正确;D.由电极反应2S2O3
2−−2e -===S4O6
2−,生
成1 mol S4O6
2−转移电子物质的量为2 mol,应有2 mol K+穿过离子交换膜,D 错误。
2.(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1 mol 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
【答案】D
【解析】充电时n 接电源的负极,作电解池的阴极,Zn2+通过阳离子交换膜向阴极定向迁移,故由
左侧流向右侧,A 正确;放电时,负极Zn 溶解生成Zn2+,Zn2+通过阳离子交换膜向正极定向迁移,故
负极区溶液质量不变,B 正确;若将阳离子交换膜换成阴离子交换膜,放电时正、负极不会改
变,D 错误。
类型四 浓差电池
1.浓差电池的分析方法
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)。
②NO3
−通过交换膜移向a 极。
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H2O 解离成OH-和H+分别通过
阴、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。
【考点突破●明方向】
1.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-===H2↑
D.Y 极每生成1 mol Cl2,X 极区得到2 mol LiCl
【答案】B
【解析】加入稀盐酸,X 极上生成氢气,H+发生还原反应:2H++2e-===H2↑,X 极为正极,Y 极上Cl-
发生氧化反应:2Cl--2e-===Cl2↑,Y 极是负极,电池工作时,Li+向X 极区移动,A、C 正确;外电路中
电流由正极X 流向负极Y,B 错误;Y 极每生成1 mol Cl2,转移2 mol 电子,有2 mol Li+向正极移动,
则X 极区得到2 mol LiCl,D 正确。
2.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。
(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。
【答案】(1)负 Ag-e-===Ag+ (2)正 Ag++e-===Ag (3)A (4)浓度
本讲感悟
疑点:
盲点:
【真题再现●明考向】
1.(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:I 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
【答案】C
【解析】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I 3
−+2e-===3I-,则
电池总反应为Zn+I 3
−
Zn2++3I-,B 项正确; 充电时Zn 为阴极, 阴极反应式为Zn2++2e-
===Zn,Zn2+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。
2.(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+2H2O-4e-===2HCOO-+H2↑+2OH-
B.CuRu 电极反应为NO3
−+6H2O+8e-===NH3↑+9OH-
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
【答案】B
【解析】CuAg 电极上HCHO 转化为HCOO-和H2,电极反应为2HCHO+4OH--2e-===2HCOO-
+H2↑+2H2O,A 项错误;CuRu 电极上NO3
−转化为NH3, 电极反应为NO3
−+6H2O+8e-
===NH3↑+9OH-,B 项正确;OH-不能通过质子交换膜,C 项错误;总反应为8HCHO+NO3
−+7OH-
===8HCOO-+NH3↑+4H2↑+2H2O,消耗OH-,因此需要补充KOH,D 项错误。
3.(2023·全国新课标卷)一种以V2O5和Zn 为电极、Zn(CF3SO3)2水溶液为电解质的电池,其示意
图如下所示。放电时,Zn2+可插入V2O5层间形成ZnxV2O5·nH2O。下列说法错误的是( )
A.放电时V2O5为正极
B.放电时Zn2+由负极向正极迁移
C.充电总反应:xZn+V2O5+nH2O===ZnxV2O5·nH2O
D.充电阳极反应:ZnxV2O5·nH2O-2xe-===xZn2++V2O5+nH2O
【答案】C
【解析】由题中信息可知, 该电池中Zn 为负极、V2O5 为正极, 电池的总反应为
xZn+V2O5+nH2O===ZnxV2O5·nH2O 。A. 由题信息可知, 放电时,Zn2+ 可插入V2O5 层间形成
ZnxV2O5·nH2O,V2O5发生了还原反应,则放电时V2O5为正极,A 说法正确;B.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 说法正确;C.电池在
放电时的总反应为xZn+V2O5+nH2O===ZnxV2O5·nH2O, 则其在充电时的总反应为
ZnxV2O5·nH2O===xZn+V2O5+nH2O,C 说法不正确;D.充电阳极上ZnxV2O5·nH2O 被氧化为V2O5,则
阳极的电极反应为ZnxV2O5·nH2O-2xe-===xZn2++V2O5+nH2O,D 说法正确。
4.(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AlCl3形成熔点为93 ℃的共熔物),其中氯铝酸根[AlnCl3n+1
−
(n≥1)]起到结合
或释放Al3+的作用。电池总反应:2Al+3xS
Al2(Sx)3。下列说法错误的是( )
A.AlnCl3n+1
−
含4n 个Al—Cl 键
B.AlnCl3n+1
−
中同时连接2 个Al 原子的Cl 原子有(n-1)个
C.充电时,再生1 mol Al 单质至少转移3 mol 电子
D.放电时间越长,负极附近熔融盐中n 值小的AlnCl3n+1
−
浓度越高
【答案】D
【解析】AlnC
l3n+1
−
的结构为
,所以含4n 个Al—Cl 键,A 正确;由
AlnCl3n+1
−
的结构可知同时连接2 个Al 原子的Cl 原子有(n-1)个,B 正确;由总反应可知充电时,再
生1 mol Al 单质需由铝离子得到电子生成,所以至少转移3 mol 电子,C 正确;由总反应可知放电
时间越长,负极铝失去电子生成的铝离子越多,所以n 值大的AlnCl3n+1
−
浓度越高,D 错误。
5.(2022·全国乙卷)Li-O2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-O2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++e-===Li)和阳极反应(Li2O2+2h+===2Li++O2)对电池进行充电。下列叙述错误的是
( )
A.充电时,电池的总反应为Li2O2===2Li+O2
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:O2+2Li++2e-===Li2O2
【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
(Li2O2+2h+===2Li++O2),则充电时总反应为Li2O2===2Li+O2,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;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;放电时总反应为2Li+O2===Li2O2,则正极反应为O2+2Li++2e-===Li2O2,D 正确。
高考热点总结
【限时训练】
（60 分钟）
基础落实
选择题只有1 个选项符合题意
1.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Li1-
xMnO4+xLi
LiMnO4,下列有关说法不正确的是( )
A.放电时,电池的正极反应式为Li1-xMnO4+xLi++xe-===LiMnO4
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
【答案】C
【解析】根据总反应式可知Li 失去电子,电池负极反应式为Li-e-===Li+,由总反应式减去负极
反应式可得放电时的正极反应式为Li1-xMnO4+xLi++xe-===LiMnO4,A 正确;放电过程中,外电路
电流方向是从正极到负极,内电路电流方向是从负极到正极,B 正确;Li 能与KOH 溶液中的H2O
反应,导致电池无法正常工作,C 错误;Li+为阳离子,放电时Li+向电池正极方向定向迁移,D 正确。
2.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+FePO4===LiFePO4。下列关于该电池的说法正确的是( )
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
【答案】C
【解析】a 极上发生反应:Li-e-===Li+,a 极为负极,A 项错误;b 极为正极,得电子,发生还原反应,B
项错误;Li+透过隔膜从a 极室进入b 极室,C 项正确;Li 是活泼金属,能与稀硫酸反应,故不能用稀
硫酸作电解质溶液,D 项错误。
3.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0.01 mol 电子时,有0.08 g O2在正极放电
【答案】A
【解析】M 电极为正极,N 电极为负极,电子从N 电极经导线流向M 电极,A 错误;N 电极为负极,
电极反应式为Fe-2e-===Fe2+,B 正确;M 电极为正极,正极的电极反应式为O2+2H2O+4e-===4OH-,
由电极反应式可知,正极区附近溶液的pH 增大,C 正确;电路中转移0.01 mol 电子时,有0.01mol
4
=0.002 5 mol 氧气在正极放电,质量为0.002 5 mol×32 g·mol-1=0.08 g,D 正确。
4.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+PbO2+2H2SO4===CuSO4+PbSO4+2H2O。下列说法不正确的是(
)
A.a 为负极,b 为正极
B.该电池工作时PbO2电极附近溶液的pH 增大
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CuSO4溶液
【答案】D
【解析】电池总反应为Cu+PbO2+2H2SO4===CuSO4+PbSO4+2H2O,则铜失电子发生氧化反应为
负极,PbO2得电子发生还原反应为正极,所以a 为负极,b 为正极,故A 正确;PbO2电极反应式为
PbO2+4H++SO4
2−+2e-===PbSO4+2H2O,所以PbO2电极附近溶液的pH 增大,故B 正确;铜失电子发
生氧化反应, 电极反应式:Cu-2e-===Cu2+, 故
C
正确; 由电池总反
应:Cu+PbO2+2H2SO4===CuSO4+PbSO4+2H2O 可知,调节电解质溶液的方法是补充H2SO4 溶液,
故D 错误。
5.“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
【答案】C
【解析】发热包发热过程中有微小原电池形成,如铝粉和活性炭,在水溶液中活性炭作正极,O2
得到电子发生还原反应,电极反应式为O2+2H2O+4e-===4OH-,A 正确;铝粉作负极,失去电子发生
氧化反应,电极反应式为Al-3e-+4OH-===[Al(OH)4]-,B 正确;活性炭作正极,原电池中阳离子向正
极移动,即Na+向活性炭区迁移,C 错误;硅藻土结构疏松,可以使各物质分散并混合均匀,充分接
触,D 正确。
6.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(Na15Sn4)。下列说法合理的是( )
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Na15Sn4-15e-===15Na++4Sn
C.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
【答案】B
【解析】该电池放电时,是原电池工作原理,充电时,是电解池工作原理,无论是放电还是充电均
发生了氧化还原反应,A 错误;放电时,负极上钠锡合金(Na15Sn4)失电子发生氧化反应生成钠离子
和锡,B 正确;充电时,是电解池工作原理,Na+会向阴极移动,会脱离过渡金属氧化层,C 错误;充电
时,b 极接电源的负极,a 极接电源的正极,D 错误。
7.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(NH2)2]燃料电池,
电池结构如图所示。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1 mol CO(NH2)2,电路中通过6 mol 电子
D.利用此法,也可除去废水中的甲醇等有机物
【答案】B
【解析】电极b 上氧气得电子生成水,为燃料电池的正极,电极a 为负极,尿素失电子产生二氧化
碳和氮气,电流从正极电极b 流向负极电极a,A 正确;正极发生反应O2+4e-+4H+===2H2O,故正极
区溶液pH 增大,B 不正确;尿素失电子产生二氧化碳和氮气,N 元素由-3 价升高为0 价,理论上每
除去1 mol CO(NH2)2,电路中通过6 mol 电子,C 正确;利用此法,通过形成燃料电池的原理,也可除
去废水中的甲醇等有机物,转化为二氧化碳和水,D 正确。
8.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( )
A.a 为电池的正极,发生还原反应
B.b 极的电极反应为HCHO+H2O-4e-===CO2+4H+
C.当电路中转移0.2 mol 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
【答案】C
【解析】氧气得电子,a 为正极,发生还原反应,A 正确;b 极是负极,电极反应式为HCHO+H2O-4e-
===CO2+4H+,B 正确;负极电极反应式为HCHO+H2O-4e-===CO2+4H+,当电路中转移0.2 mol 电子
时,反应的甲醛的物质的量为0.05 mol,质量0.05 mol×30 g·mol-1=1.5 g,C 错误;传感器工作过程中,
氧化还原反应生成水,电解质溶液中硫酸的浓度变小,D 正确。
9.(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SO2快速启动,其装置示意图如图:
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)NH3-O2燃料电池的结构如图所示:
①a 极为电池的 (填“正”或“负”)极。
②当生成1 mol N2时,电路中流过电子的物质的量为 。
【答案】(1)①从A 到B
②SO2-2e-+2H2O===SO4
2−+4H+
(2)①负 ②6 mol
【解析】(1)①根据图示,A 为燃料电池的负极,B 为燃料电池的正极,在原电池电解质溶液中,质
子由负极向正极移动,即从A 到B。②负极发生氧化反应,二氧化硫被氧化为硫酸根离子,电极
反应式为SO2-2e-+2H2O===SO4
2−+4H+。(2)①a 极通入氨,是负极,b 极通入氧气,是正极。②N 的
化合价由-3 变成0,当生成1 mol N2时,转移6 mol 电子。
能力提升
10.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2H2O+2e-===H2↑+2OH-
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
【答案】A
【解析】依据电子的移动方向判断b 电极为负极,a 电极为正极,氢离子得到电子在正极放电,电
极反应式:2H2O+2e-===H2↑+2OH-,A 正确;阳离子移向正极,Na+移向a 电极,C 为阳离子交换
膜,Cl-移向b 电极,A 为阴离子交换膜,B 错误;负极隔室中Cl-失去电子生成氯气,Na+通过C 膜移
入河水,维持负极隔室溶液的电中性,C 错误;离子交换膜价格昂贵,但两极产物氢气、氯气是工
业制盐酸等的原料,D 错误。
11.一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
C6H12O6表示。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)6]3-+e-===[Fe(CN)6]4-
B.电池的总反应为C6H12O6+24[Fe(CN)6]3-+6H2O===6CO2↑+24[Fe(CN)6]4-+24H+
C.该“交换膜”可选用“质子交换膜”
D.若将“K3[Fe(CN)6]溶液”改为“O2”,当有22.4 L O2参与反应时,理论上转移4 mol 电子
【答案】D
【解析】根据元素化合价的变化可知,[Fe(CN)6]3-生成[Fe(CN)6]4-的过程铁元素被还原,电极甲应
为原电池的正极,所以正极的电极反应式为[Fe(CN)6]3-+e-===[Fe(CN)6]4-,A 正确;C6H12O6被氧化
生成H+ 和二氧化碳,[Fe(CN)6]3- 被还原生成[Fe(CN)6]4-, 则总反应为C6H12O6+24[Fe(CN)6]3-
+6H2O===6CO2↑+24[Fe(CN)6]4-+24H+,B 正确;原电池中阴离子有向负极移动的趋势,为防止
[Fe(CN)6]3-移向负极,同时可以使负极产生的氢离子迁移到正极,可选用质子交换膜,C 正确;氧气
所处的压强和温度未知,无法计算氧气的物质的量,D 错误。
12.一种钾离子电池的电池反应为K0.5MnO2+8xC
K0.5-xMnO2+xKC8,其装置如图所示。下列说
法正确的是( )
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K0.5MnO2-xe-===K0.5-xMnO2+xK+
【答案】D
【解析】充电时,应是电能转化为化学能,A 项错误;由已知得,放电时,负极失去电子,故负极的电
极反应为xKC8-xe-===8xC+xK+,C 项错误。
13.(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
CO2和H2O 为原料合成了CH4。
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NO2+NH3――→N2+H2O(未配平)消除烟气中NO2的简易装置如图所示,A、B 两池
溶液均为200 mL 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。
电极a 的电极反应式为
。
【答案】(1)①CO2+8e-+8H+===CH4+2H2O ②硫酸
(2)阴 LaNi5H6+6OH--6e-===LaNi5+6H2O
(3)2NH3-6e-+6OH-===N2+6H2O
【解析】(1)原电池中电子从负极流向正极,根据图像中电子流向可知,铜电极为正极,正极上二
氧化碳得电子生成甲烷,则铜电极表面的电极反应式为CO2+8e-+8H+===CH4+2H2O;负极水失电
子产生氧气,电极反应式为4H2O-8e-===2O2+8H+。②电池中有质子交换膜,说明电解质溶液显
酸性,必须加入酸,在光的作用下,盐酸中的Cl-易失电子产生Cl2,且盐酸易挥发,故应选硫酸。(2)
由图像可知,NiO(OH)为电池的正极,电极反应为NiO(OH)+e-===NiO+OH-,LaNi5H6为电池的负
极,电极反应为LaNi5H6+6OH--6e-===LaNi5+6H2O。根据上述分析,OH-需从正极区到负极区,因
此隔膜为阴离子交换膜。(3)根据化学方程式,NO2发生还原反应,为正极反应物,NH3发生氧化反
应,为负极反应物,故电极a 是负极,电极反应式为2NH3-6e-+6OH-===N2+6H2O。
14.双阴极微生物燃料电池处理含NH 4
+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O2→H2O,主要发生的反应还有
(用离子方程式表示)。
(3)生成3.5 g N2,理论上需要消耗 g O2。
【答案】(1)阳 (2)NH 4
++2O2=== N O3
−+H2O+2H+ (3)26
