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第38 天 押新型化学电源
锂钠锌离子电池的电极反应与离子迁移方向
（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
例1
（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
（2025·安徽·高考真题）研究人员开发出一种锂-氢可充电电池(如图所示)，使用前需先充
电，其固体电解质仅允许
通过。下列说法正确的是
A．放电时电解质溶液质量减小
B．放电时电池总反应为
C．充电时
移向惰性电极
D．充电时每转移
电子，
降低
（2024·全国甲卷·高考真题）科学家使用
研制了一种
可充电电池(如图所
示)。电池工作一段时间后，
电极上检测到
和少量
。下列叙述正确的是
例2
例3
例4
A．充电时，
向阳极方向迁移
B．充电时，会发生反应
C．放电时，正极反应有
D．放电时，
电极质量减少
，
电极生成了
（2025·黑吉辽蒙卷·高考真题）一种基于
的储氯电池装置如图，放电过程中a、b 极
均增重。若将b 极换成Ag/AgCl 电极，b 极仍增重。关于图中装置所示电池，下列说法错误的是
A．放电时
向b 极迁移
B．该电池可用于海水脱盐
C．a 极反应：
D．若以Ag/AgCl 电极代替a 极，电池将失去储氯能力
“新型化学电池”是高考电化学板块的核心题型，命题呈现“情境新颖、电极反应复杂、离子迁移与
膜结合”的特点。试题常以可充放电电池（如锂-氢、钠离子、锌-硝酸盐、钙-磷酸亚铁锂、全铁液流等）
为背景，通过装置图、放电/充电过程描述，综合考查电极反应式的书写、离子迁移方向、电子转移计算、
电解质溶液质量变化、pH 变化、隔膜类型判断、充放电转化关系等。近年趋势是强化对新型电极材料
（如普鲁士白、NASICON、掺杂高分子）和储能机理（如嵌入/脱嵌、转化反应、双功能催化） 的理解，
同时注重对“充电时电极连接方式”“离子交换膜选择”“两极区质量变化”等细节的定量或半定量分析。
预计2026 年将继续以“陌生电池+电化学原理”的形式出现，要求学生从装置图中提取信息，运用原电池、
例5
电解池的基本原理进行推理和计算。
常考的方向有：
放电时电极反应式的书写：负极发生氧化反应，正极发生还原反应。需根据放电时物质转化、化
合价变化、电解质环境（酸性、碱性、非水）正确书写电极反应式。常见考点：Al-硝酸盐电池中
负极Al→Al(OH)₄⁻；锂-氢电池中正极H⁺还原为H₂；钙-磷酸亚铁锂电池中正极Li⁺嵌入。
充电时电极反应式的书写：充电时原电池的负极接电源负极成为阴极（发生还原反应），正极接
电源正极成为阳极（发生氧化反应），电极反应与放电相反。常见考点：AgCl-Sb 电池充电时M
极反应为AgCl + e⁻ → Ag + Cl⁻；全铁液流电池充电时b 极反应为Fe²⁺ → Fe³⁺ + e⁻。
离子迁移方向与离子交换膜：放电时阳离子向正极迁移，阴离子向负极迁移；充电时阳离子向阴
极迁移，阴离子向阳极迁移。根据迁移离子选择离子交换膜（阳离子交换膜、阴离子交换膜、质
子交换膜）。常见考点：锂-氢电池中Li⁺通过固体电解质迁移；锌-硝酸盐电池中OH⁻向负极移动；
全固态氢负离子电池中H⁻通过固体电解质迁移。
电子转移与物质质量变化计算：根据电极反应，通过电子转移计算消耗或生成的物质质量、两极
区质量变化、离子浓度变化等。常见考点：Al-硝酸盐电池中消耗4 mol Al 最多处理NO₃⁻的质量；
钙-磷酸亚铁锂电池充电时左室电解质质量减少与转移电子数的关系。
电池总反应的书写：将正负极反应相加（注意电子守恒）得到总反应。充放电总反应互为逆过程。
常见考点：Al-硝酸盐电池放电总反应；锂-氢电池放电总反应。
新型电极材料与储能机理：嵌入/脱嵌型电极（如LiFePO₄、普鲁士白）、转化型电极（如
NaAlH₄、CeH₂）、合金型电极等。需根据放电时物质转化判断正负极。常见考点：钠离子电池中
Na⁺在硬碳中的嵌入/脱嵌；钙-磷酸亚铁锂电池中Li⁺在LiFePO₄ 中的嵌入/脱嵌。
隔膜类型与离子传导：根据装置中移动的离子种类判断隔膜类型。质子交换膜只允许H⁺通过；阳
离子交换膜允许阳离子通过；阴离子交换膜允许阴离子通过；固体电解质传导特定离子（如Li⁺、
H⁻）。常见考点：有机多孔电极电催化还原CO₂ 装置中为质子交换膜；镍镉蓄电池宜采用阴离子
交换膜。
充放电过程中溶液pH 或浓度变化：根据电极反应消耗或生成H⁺、OH⁻，判断电解质溶液pH 变化；
根据离子迁移和电极反应判断离子浓度变化。常见考点：Al-硝酸盐电池放电时负极区pH 减小；
钙-磷酸亚铁锂电池充放电时Li₂SO₄ 溶液浓度不变。
充放电过程中两极区质量变化：结合电极反应和离子迁移，计算两极区质量的增加或减少。常见
考点：钙-磷酸亚铁锂电池充电时左室质量减少；碱式镍镉电池充电时a 极区溶液质量不变。
光充电电池与能量转换：光照时，光催化电极产生电子和空穴驱动充电，实现太阳能→化学能→
电能的转换。常见考点：镍镉蓄电池在光照区充电，阴影区放电。
液流电池的结构与特点：电解液储存于外部储罐，通过泵循环，可方便地通过增加电解液体积增
大容量。充放电时活性物质在电极表面发生氧化还原，电解液可循环使用。常见考点：DAPQ 液流
电池中电解液不储存于电池内部；全铁液流电池中Fe²⁺/Fe³⁺循环。
双功能催化剂与多反应耦合：同一催化剂同时催化正负极反应，如锌-硝酸盐/乙醇电池中RhCu M-
tpp 双功能催化剂。常见考点：放电时硝酸根还原为氨，乙醇氧化为乙酸。
电势高低比较：放电时负极电势低于正极；充电时阳极电势高于阴极。常见考点：DAPQ 液流电池
放电时Y 电极电势较低；有机多孔电极电催化还原CO₂ 装置中a 极电势高于b 极。
电子流向与电流方向：放电时电子从负极经外电路流向正极，电流方向相反；充电时电子从电源
负极流向阴极，阳极电子流向电源正极。常见考点：全铁液流电池放电时电子由负极流出经导线
流向正极，不通过隔膜。
1．原电池模型
2．解答原电池装置问题的步骤
（1）判断电极类型
解题要求：根据物质类别；化合价的变化；电流、电子、离子移动方向等信息进行分析。
（2）分析微粒移动
解题要求：基于原电池模型进行分析。
（3）推断电极反应
解题要求：根据物质转化信息，理清电子得失，注意介质离子。
（4）分析数据变化
解题要求：基于电极反应式分析数据变化或定量计算。
3．解答二次电池充放电问题的思维模型
1．（2026·山东·模拟预测）一种可通过光照充电的碱性镍镉蓄电池可用于航天器，电池充放电时工作原理
如图所示。光照时，光催化电极产生电子（
）和空穴（
）可驱动电池充电，通过充放电过程，满
足飞船在光照区和阴影区交替飞行时对能量储存和供给需要。下列说法错误的是
A．飞船由光照区驶入阴影区时电池的能量转换方式：太阳能
化学能
电能
B．飞船进入光照区充电，b 极反应式为：
C．电池宜采用阴离子交换膜，飞船进入阴影区时，
从a 极区经交换膜向b 极区迁移
D．飞船进入光照区充电时，a 极区溶液质量保持不变
2．（2026·四川凉山·二模）研究HCOOH 燃料电池性能的装置如图所示，两电极间用允许
、
通过的
半透膜隔开。下列说法正确的是
A．该电池工作时将电能转化为化学能
B．放电过程中需补充的物质A 为
C．电池负极上的电极反应式为
D．电池工作时K⁺通过半透膜由右室迁移至左室
3．（2026·甘肃武威·模拟预测）某锂离子电池的工作原理如图所示。放电时，b 电极由
生成
。下列说法错误的是
A．充电时，a 电极与电源负极连接
B．放电时，a 电极反应为
C．充电时，b 电极反应为
D．放电时，b 电极嵌入
时理论上有a mol 电子通过碳酸酯类溶剂
4．（2026·云南·模拟预测）掺杂高分子作为可充电锂电池正极材料的研究在学术界和工业界均受到关注，
这类材料在光学显示器中的一种应用原理如图所示(掺杂为充电过程)，下列说法错误的是
A．掺杂时，电极
为阴极
B．光学显示器由红色变为蓝色时，
发生还原反应
C．光学显示器由蓝色变为红色时，电子由电极
经外电路移向掺杂高分子
D．放电时，正极的电极反应式为
5．（2026·黑龙江辽宁·二模）由DAPQ 组成的液流电池如图所示。已知电池在充电时，
转化为
，有机电解液中存在DAPQ 和re-DAPQ 的转化。下列说法错误的是
A．放电时，电极Y 电势较低
B．放电时，X 电极的反应式为：
C．充电时，
穿过质子交换膜向X 电极移动
D．液流电池的电解液不储存于电池内部，可以通过增加电解液体积来实现增容
6．（2026·山东临沂·一模）我国科学家成功研发出可充电全固态氢负离子电池，装置如图所示。电池放电
时发生NaAlH4→Na3AlH6+Al，CeH2→CeH3的转化。下列说法错误的是
A．放电时，NaAIH4极是电池正极
B．充电时，阴极反应式为CeH3+e-=CeH2+
C．放电时，电子通过CeH3-BaH2移向正极
D．充电时，理论上消耗2molAl 的同时生成3molNaAlH4
7．（2026·辽宁抚顺·一模）全铁液流电池的工作原理如图所示，两电极分别为石墨电极(电极b)和负载铁
的石墨电极(电极a)。下列说法正确的是
A．放电时，电极a 发生还原反应
B．充电时，以铅蓄电池为电源，则电极b 与铅蓄电池的
电极相连
C．放电时，电子由电极a 流出经隔膜向电极b 移动
D．理论上，
每减少1 mol，
总量相应减少1.5 mol
8．（2025·新疆喀什·模拟预测）一种基于固体电解质NASICON 的可充电熔融钠电池，具有安全、电流密
度高等优点，其工作示意图如下所示，已知电池放电时不断有NaI 生成。下列说法正确的是
A．放电时b 电极为负极
B．放电时，电流方向为
导线
离子导体
C．充电时阳极反应式：
D．放电时转移
时，区和
区的质量差改变
9．（2026·陕西咸阳·模拟预测）碱性葡萄糖燃料电池的工作原理如图所示。下列说法正确的是
A．电极A 为燃料电池的正极
B．电极B 的电极反应方程式为
C．电池工作一段时间后，电解液中
浓度下降
D．电路中通过2 mol 电子时，消耗
10．（2026·湖南衡阳·模拟预测）一种有机多孔电极材料电催化还原
的装置如图所示。下列说法不正
确的是
A．b 极电势低于
极电势
B．该电池所用隔膜为质子交换膜，质子由a 极移向b 极
C．b 极生成
的电极反应为
D．当隔膜穿过
离子时，阳极生成气体的体积为
，则此时电池效率为70%
11．（2026·湖南怀化·一模）钠离子电池因原料资源丰富、成本低廉和低温性能优异等优势，成为储能领
域的研究热点。某钠离子电池结构如图所示，电极A 的材料为
(普鲁士白，
)，电极B 的材料为
(嵌钠硬碳)。下列说法正确的是
A．放电时，外电路通过a mol 电子时，有a mol
转移到电极B
B．用该电池电解精炼铜，当电池中迁移1 mol
时，理论上可获得64 g 纯铜
C．充电时，电极B 与外接直流电源的正极相连
D．放电时，正极的电极反应式可表示为：
12．（2026·广东广州·一模）一种以Ni-CuO 作为电催化剂的Al-
新型电池如图所示，放电时可将污水
中的
转化为
。下列说法错误的是
A．充电时，电极Ⅱ为阳极
B．放电时，负极区溶液中pH 逐渐减小
C．放电时，理论上每消耗4 mol Al 最多可处理62 g 的
D．充电时，电解池的总反应为
13．（2026·陕西·模拟预测）钙-磷酸亚铁锂(Ca-
)电池是一种新型的可充电电池，它具有低成本，
不容易发生热失控和燃烧爆炸，下图是该可充电电池的工作示意图，
为非水电解质，锂
离子可以在
/
电极上嵌入或脱嵌。下列说法不正确的是
A．放电时，
溶液浓度减小，充电时，
溶液浓度增大
B．放电时，正极反应式为
C．充电时，当左室中电解质的质量减少5.2 g 时，转移0.4 mol 电子
D．放电时，
/
电极发生
嵌入，充电时，
/
电极发生
脱嵌
14．（2026·陕西榆林·模拟预测）某科研团队采用RhCu M-tpp 双功能催化剂，成功构建了可充电锌-硝酸
盐/乙醇电池，其放电工作原理如图所示。下列叙述错误的是
A．放电时，
向
极移动
B．放电时，正极的电极反应为
C．充电时，忽略体积的变化，储液罐甲内溶液的
减小
D．充电时，每生成
的同时有
生成
