新型高能化學電源 -2024-2025學年浙江高考化學專項復習（解析版）

第34講颼1熊脩鸚1

01考情分析02真題精研03規(guī)律?方法?技巧04經(jīng)典變式練

05核心知識精煉06基礎測評07能力提升

考情分析

新型高能化學電源主要包括新型可充電電池和新型燃料電池。近幾年高考中的新型可充電電池的各類

較多，如“儲氫電池”、“鋰一空氣電池”、“高鐵電池”、“鋰硫電池”等。總的來說，可充電電池是既能將

化學能轉(zhuǎn)化為電能（放電），又能將電能轉(zhuǎn)化為化學能（充電）的可多次利用的一類電池。新型燃料電池是

利用氫氣、甲烷、甲醇、硼氫化物等為燃料與氧氣或空氣進行反應，將化學能直接轉(zhuǎn)化電能的一類原電池。

其特點一是有兩個相同的多孔電極，同時兩個電極不參與電極反應；二是不需要將還原劑和氧化劑全部儲

存在電池內(nèi)；三是能量的轉(zhuǎn)化率高，燃料電池具有高能環(huán)保、電壓穩(wěn)定、經(jīng)久耐用等優(yōu)點。

真題精研

1.（2024?全國?高考真題）科學家使用B-MnO?研制了一種MnC）2-Zn可充電電池（如圖所示）。電池工作一段

時間后，MnO2電極上檢測到MnOOH和少量ZnMnQ,。下列敘述正確的是

A.充電時，Zn"向陽極方向遷移

B.充電時，會發(fā)生反應Zn+2MnO2=ZnMn2C>4

C.放電時，正極反應有MnO2+H2O+e-=MnOOH+OH-

D.放電時，Zn電極質(zhì)量減少0.65g,MnO2電極生成了0.020molMnOOH

【答案】C

【分析】Zn具有比較強的還原性，MnC）2具有比較強的氧化性，自發(fā)的氧化還原反應發(fā)生在Zn與MnO?之

間，所以Mil。？電極為正極，Zn電極為負極，則充電時MnO?電極為陽極、Zn電極為陰極。

【解析】A.充電時該裝置為電解池，電解池中陽離子向陰極遷移，即Zt?+向陰極方向遷移，A不正確；

B.放電時，負極的電極反應為Zn-2e-=Zn2+,則充電時陰極反應為Zn2++2e=Zn,即充電時Zn元素化合價

應降低，而選項中Zn元素化合價升高，B不正確；

C.放電時Mr!。？電極為正極，正極上檢測到MnOOH和少量ZnMn2c則正極上主要發(fā)生的電極反應是

-

MnO2+H2O+e=MnOOH+OH,C正確；

D.放電時，Zn電極質(zhì)量減少0.65g（物質(zhì)的量為O.OlOmol）,電路中轉(zhuǎn)移0.020mol電子，由正極的主要反

應MnOz+HzO+e-nMnOOH+OIT可知，若正極上只有MnOOH生成，則生成MnOOH的物質(zhì)的量為

0.020mol,但是正極上還有ZnMn。生成，因此，MnOOH的物質(zhì)的量小于0.020moLD不正確；

綜上所述，本題選C。

規(guī)律?方法-技巧

1.電極反應式書寫的一般步驟（類似氧化還原反應方程式的書寫）

列物質(zhì)_，負極發(fā)生氧化反應］_參加反應的微粒

標E失廠1正極發(fā)生還原反應J和得失電子數(shù)

一Jr在電解質(zhì)溶液的環(huán)境中要生成穩(wěn)定的電極

［零?！?產(chǎn)物，即H+、OH-、氏0等是否參加反應

上戶〔遵守電荷守恒、質(zhì)量守恒、電子守恒

圾%一兩電極反應式相加，與總反應式對照驗證

2.突破二次電池的四個角度

’放電時的正極反應顛倒過來為充電時的陽極反應’

書寫放電時的負極反應顛倒過來為充電時的陰極反應

由生成的一極移向消耗的一極。區(qū)域pH變化：

禽子移動

生成OH-或消耗H+的區(qū)域，pH增大；消耗

通J方電OH-或生成H+的區(qū)域，pH減小

經(jīng)典變式練

1.（2024?安徽?高考真題）［我國學者研發(fā)出一種新型水系鋅電池，其示意圖如下。該電池分別以Zn-TCPP（局

部結構如標注框內(nèi)所示）形成的穩(wěn)定超分子材料和Zn為電極，以Z11SO4和KI混合液為電解質(zhì)溶液。下列說

法錯誤的是

B.電池總反應為：l3+ZnT^Z/++3r

J允電

C.充電時，陰極被還原的Zr?+主要來自Zn-TCPP

D.放電時，消耗0.65gZn,理論上轉(zhuǎn)移0.02mol電子

【答案】C

【分析】由圖中信息可知，該新型水系鋅電池的負極是鋅、正極是超分子材料；負極的電極反應式為

Zn-2e-=Zn2+,則充電時，該電極為陰極，電極反應式為Zi^+Ze=Zn;正極上發(fā)生1+2e-=3「，則充電

時，該電極為陽極，電極反應式為3r-2e=U。

【詳解】A.標注框內(nèi)所示結構屬于配合物，配位體中存在碳碳單鍵、碳碳雙鍵、碳氮單鍵、碳氮雙鍵和碳

氫鍵等多種共價鍵，還有由N提供孤電子對、ZY+提供空軌道形成的配位鍵，A正確；

B.由以上分析可知，該電池總反應為I]+ZnW|-Zn2++3r,B正確；

C.充電時，陰極電極反應式為Zn2++2e-=Zn,被還原的Zn2+主要來自電解質(zhì)溶液，C錯誤；

D.放電時，負極的電極反應式為Zn-2e-=Zn2+,因此消耗0.65gZn（物質(zhì)的量為O.Olmol）,理論上轉(zhuǎn)移

0.02mol電子，D正確；

綜上所述，本題選C。

一.核心知識精煉

1.新型可充電電池

（1）可充電電池有充電和放電兩個過程，放電時是原電池反應，充電時是電解池反應。

（2）放電時的負極反應和充電時的陰極反應互為逆反應，放電時的正極反應和充電時的陽極反應互為逆反應。

將負（正）極反應式變換方向并將電子移項即可得出陰（陽）極反應式。

(3)充、放電時電解質(zhì)溶液中離子移動方向的判斷

分析電池工作過程中電解質(zhì)溶液的變化時，要結合電池總反應進行分析。

①首先應分清電池是放電還是充電。

②再判斷出正、負極或陰、陽極。

放電：陽離子一正極，陰離子一負極；

充電：陽離子一陰極，陰離子一陽極；

總之：陽離子一發(fā)生還原反應的電極；陰離子一發(fā)生氧化反應的電極。

2.燃料電池中電極反應式的書寫

第一步：寫出電池總反應式

燃料電池的總反應與燃料的燃燒反應一致，若產(chǎn)物能和電解質(zhì)反應則總反應為加和后的反應。

如甲烷燃料電池(電解質(zhì)為NaOH溶液)的反應式為

CH4+2O2=CO2+2H2O①

C02+2NaOH=Na2CO3+H20②

①式+②式得燃料電池總反應式為CH4+2。2+2NaOH=Na2CO3+3H2Oo

第二步：寫出電池的正極反應式

根據(jù)燃料電池的特點，一般在正極上發(fā)生還原反應的物質(zhì)是。2,隨著電解質(zhì)溶液的不同，其電極反應式有

所不同，大致有以下四種情況：

(1)酸性電解質(zhì)溶液環(huán)境下電極反應式：

O2+4H++4e-=2H2Oo

(2)堿性電解質(zhì)溶液環(huán)境下電極反應式：

O2+2H2O+4e-=4OH-o

⑶固體電解質(zhì)(高溫下能傳導。2一)環(huán)境下電極反應式：

02+4e-^=202-o

(4)熔融碳酸鹽(如熔融K2co3)環(huán)境下電極反應式：

O2+2CO2+4e-=2COFo

第三步：根據(jù)電池總反應式和正極反應式寫出負極反應式

電池反應的總反應式一電池正極反應式=電池負極反應式。因為。2不是負極反應物，因此兩個反應式相減

時要徹底消除。2。

3.氫氧燃料電池在四種常見介質(zhì)中的電極反應總結

比一2釘=2H+口酸作介質(zhì)口

-

H2-2e'+2OH=2H2O呼作介質(zhì)口

負極H2—2e-+O2--H2O口熔融金屬氧化物作介質(zhì)口

,氏一2e—+C0F=H2O+CO2口熔融碳酸鹽

作介質(zhì)口

I

_+

O2+4e+4H=2H2O口酸作介質(zhì)口

|o2+4e'+2H2O=40H-口堿作介質(zhì)口

02+4-=202-口熔融金屬氧化物作介質(zhì)口

O2+4e-+2CO2=2COF口熔融碳酸鹽作介質(zhì)口

基礎測評

1.（2024?廣西賀州?一模）電致變色材料在飛機的舷窗和智能太陽鏡等方面具有廣泛應用。一種新一代集電

致變色功能和儲能功能于一體的電子器件的工作原理如圖所示，放電時該器件的透光率逐漸增強。下列說

法正確的是

A.放電時，Li+移向b極

B.充電時，b極接外電源的正極

+

C.充電時，b極的電極反應：Li4Ti5O12+3Li+3e=Li7Ti5O12

D.放電時，電路中轉(zhuǎn)移Imol電子時，a極質(zhì)量減少7g

【答案】C

【分析】該電池放電時器件的透光率逐漸增強，說明a電極由FePC>4轉(zhuǎn)化為透明的LiFePCU，鐵的化合價降

低發(fā)生還原反應，則a電極為正極、b電極為負極。

【詳解】A.放電時，陽離子移向正極，向a極移動，A錯誤；

B.充電時，正極接電源正極，負極接電源負極，b為負極接外加電源負極，B錯誤；

C.充電時，正b為負極接外加電源負極，此時b為陰極，得到電子發(fā)生還原反應生成Li,TisOn,反應為

+

Li4Ti5O12+3Li+3e=Li7Ti5O12,C正確；

D.放電時，a電極為正極，F(xiàn)ePCU得到電子發(fā)生還原生成LiFePCU，此時a極質(zhì)量增大，D錯誤;

故選C。

2.（2024?河南?模擬預測）全乳液流電池是一種新型的綠色環(huán)保儲能系統(tǒng)，工作原理如圖。當完成儲能時,

右端儲液罐溶液為紫色。下列說法錯誤的是

A.放電時，正極顏色由黃色-藍色

B.放電時，H卡由電極A-電極B

C.充電時，總反應為V3++VC)2++H2O=VO；+V2++2H+

D.充電時，陽極反應為VC）2++H2O-e-=VO：+2H+

【答案】B

【分析】當完成儲能時，右端儲液罐溶液為紫色，則放電時，右側(cè)為負極發(fā)生氧化反應，電極反應式為

V2+-e-=V3+,左側(cè)為正極，電極反應式為VO；+2H++e-=VO2++H2。，充電時，左側(cè)為陽極、右側(cè)為陰極;

【詳解】A.放電時，正極電極反應式為VO；+2H++e-=VO2++H2。，則正極顏色由黃色-藍色，A正確；

B.放電時陽離子向正極移動，則H+由電極B—電極A,B錯誤；

3+2+2++

C.充電時，總反應與放電總反應相反，結合分析可知，V+V0+H20=VO；+V+2H,C正

確;

D.充電時，陽極發(fā)生氧化反應，反應為VO"+H2。-b=VO；+2H+,D正確;

故選B。

3.（2023?廣西?模擬預測）鐵一銘液流電池是近年新投產(chǎn)、較好利用儲（放）能技術的新型電池。該電池總

放電2+3+

反應為Fe3++C產(chǎn)iFe+Cro下列有關說法錯誤的是

交流/直流變換器

泵泵

A.放電時正極電解質(zhì)溶液酸性增強

B.儲能時原正極上的電極反應為Fe?+-e-=Fe3+

c.負極區(qū)電解質(zhì)溶液中存在cd+與C/+的相互轉(zhuǎn)化

D.在相同條件下，離子的氧化性：Cr3+>Fe3+

【答案】D

【詳解】A.放電時發(fā)生原電池反應，電解質(zhì)溶液中的陽離子向正極移動，即H+向正極移動，正極電解質(zhì)

溶液酸性增強，A項正確；

B.儲能時發(fā)生電解池反應，即充電反應，原正極發(fā)生失電子的氧化反應，即Fe2+-e』Fe3+,B項正確；

C.由放電反應可知，CP+在負極發(fā)生失電子的氧化反應生成CF+,C項正確；

D.因為原電池（放電）反應是自發(fā)的氧化還原反應，所以氧化性：Fe3+>Cr3+,D項錯誤；

故選D。

4.（2024?河南許昌?一模）|鋁-石墨雙離子電池采用廉價且易得的石墨替代傳統(tǒng)鋰電池中的正極材料，全面

提升了電池的能量密度。圖甲和圖乙表示該電池的充電或者放電時工作原理。X、Y表示可能為用電器或電

源。已知充電時正極發(fā)生陰離子插層反應生成Cn（PF6）,下列有關分析正確的是

A.圖甲表示電池充電過程，電極a與電源的正極相連

B.圖甲中電極b電極反應式為：Cn(PF6)-e--PF；+nC

C.圖乙中電極c電勢高于電極d

D.圖乙中當電路轉(zhuǎn)移電子數(shù)為2moi時，理論上電極c質(zhì)量減少14g

【答案】D

【分析】由圖中所給電極材料及電子轉(zhuǎn)移方向判斷，圖乙是放電裝置，電極c為原電池的負極，d為正極;

圖甲為充電裝置，電極a與電源負極連接，為電解池的陰極，電極b為陽極；

【詳解】A.據(jù)分析，圖甲為充電裝置，電極a與電源負極連接，A錯誤:

B.圖甲中電極b與電源正極連接，電極反應式為：PF；+nC-e-=Cn(PF6),B錯誤;

C.圖乙中c是原電池負極，d是正極，因此電極d的電勢高于電極c,C錯誤；

D.圖乙，c電極反應為AlLi-e-=A1+Li+,因此當電路轉(zhuǎn)移電子數(shù)為2moi時即物質(zhì)的量為2moL理論上

電極c±2molLi參加反應，理論上電極c質(zhì)量減少m=n.M=2molx7g/mol=14g,D正確；

選D。

5.(2024?山東淄博?三模)|一種新型雙功能催化劑電池的工作原理及催化路徑如圖所示。*R表示R基團在

催化劑表面的吸附態(tài)。下列說法錯誤的是

A.放電時，b極電勢高于a極

B.放電時，與起始相比右室n(0H)減少

C.充電時，決速步反應為*+0H--e-=*0H

D.充電時，a極電極反應式[Zn(OH)4r+2e-=Zn+40lT

【答案】B

【分析】由題干裝置圖可知,放電時，鋅失去電子，作負極即a為負極，負極反應式為:Zn-2e-+4OH=[Zn(OH)4]2-,

b為正極，電極反應式為：O2+2H2O+4e=4OH-,據(jù)此分析解題。

【詳解】A.由分析可知，放電時，a極為負極，b極為正極，則b極電勢高于a極，A正確；

B.由分析可知，放電時，b為正極，電極反應式為：O2+2H2O+4e=4OH-,根據(jù)電荷守恒可知，每生成4moiOH

電路上轉(zhuǎn)移4moi電子，則有4moi0H-移向負極，故與起始相比右室n(OH-)不變，B錯誤；

C.由反應活化能越大反應速率越慢，多步反應中速率最慢的一步為決速步驟并結合題干圖示信息可知，充

電時，決速步反應為*+OH--e-=*0H,C正確：

2

D.由分析可知，放電時，a為負極，負極反應式為：Zn-2e-+4OH-=[Zn(OH)4]-,則充電時，a極為陰極，其

電極反應式為[ZnCOH%廣+2e=Zn+40H,D正確；

故答案為：Bo

放電

6.(2024?重慶?模擬預測)一種碳酸鉛電池示意圖如圖所示，電池總反應為：3PbC)2+3Pb+4HQ+4cO；U

充電

2Pb3c2O7+8OH一,其中Pb3c2O7可表示為PbO2PbCC)3，下列說法正確的是

A.充電時，陽極上有Pb3c2O7產(chǎn)生

B.放電時，導線中電子遷移方向為PbCh—Pb

C.充電時，理論上轉(zhuǎn)移O.lmol電子，陰極的質(zhì)量增加20.7g

D.放電時，正極反應為3PbO2+2COj+5H2O+6e—=Pb3c2O7+IOOH—

【答案】D

【分析】由總反應方程式可知，鉛電極為原電池的負極，碳酸根離子和氫氧根離子作用下鉛失去電子發(fā)生

氧化反應生成Pb3c2O7，電極反應式為3Pb—6e—+2cO：+2OH-=Pb3c2O7+H2O,二氧化鉛電極為正極，碳

酸根離子和水分子作用下二氧化鉛在正極得到電子發(fā)生還原反應生成Pb3c2O7,電極反應式為3PbO2+2COt-

+5H2O+6e-=Pb3C2O7+10OH-;充電時，與直流電源負極相連的鉛電極為電解池的陰極，二氧化鉛電極為陽

極。

【詳解】A.由分析可知，二氧化鉛電極為陽極，堿性條件下Pb3c2。7在陽極失去電子發(fā)生氧化反應生成二

氧化鉛、碳酸根離子和水，故A錯誤；

B.由分析可知，放電時，鉛電極為原電池的負極，二氧化鉛電極為正極，則導線中電子遷移方向為

Pb—PbC)2，故B錯誤；

C.由分析可知，充電時，與直流電源負極相連的鉛電極為電解池的陰極，水分子作用下Pb3c2。7在陰極得

到電子發(fā)生還原反應生成鉛、碳酸根離子和氫氧根離子，電極的質(zhì)量減小，故c錯誤；

D.由分析可知，放電時，二氧化鉛電極為正極，碳酸根離子和水分子作用下二氧化鉛在正極得到電子發(fā)生

還原反應生成Pb3c2O7，電極反應式為3PbC)2+2CO；+5H2O+6e—=Pb3c2O7+IOOH一,故D正確；

故選D。

7.(2024?河北衡水?模擬預測)科研團隊研發(fā)出一種可快充、成本低、更安全的動力電池(如下圖)，這種電

池正極是硫?qū)僭兀热缌蛱紡秃衔?，負極是鋁，電解質(zhì)由NaCl-KCl-AlCL組成，該熔融鹽電解質(zhì)中含有

鏈狀A1“C1；用如A1C1；、A1?C1；等。下列說法正確的是

A.電解質(zhì)中加入NaCl和KC1主要作用是提局熔融態(tài)AlCb中+和C1的導電能力

B.A1?C13?+1中同時連接2個A1原子的C1原子有(n-1)個

C.放電時，負極發(fā)生的反應可能為Al+3e.+5Ale14=2內(nèi)3?；。

D.充電時，A1電極接外電源負極，發(fā)生氧化反應

【答案】B

【分析】放電時鋁失去電子生成鋁離子做負極，硫單質(zhì)得到電子做正極，充電時鋁離子得到電子生成鋁發(fā)

生在陰極，硫離子失去電子生成硫單質(zhì)發(fā)生在陽極，依此解題。

【詳解】A.NaCl和KC1主要作用是和A1CL形成低熔點的熔融氯鋁酸鹽，而不是提高A1"和C「的導電能

力，故A錯誤;

B.由A1"C1；”+］的結構可知同時連接2個Al原子的Cl原子有(n-1)個，故B正確;

C.放電時，負極要失去電子，發(fā)生氧化反應，故C錯誤；

D.充電時，A1電極接外電源負極，發(fā)生還原反應，故D錯誤；

答案選B。

8.(2024?北京海淀?三模)一種新型Zn-CO?水介質(zhì)電池，為解決環(huán)境和能源問題提供了一種新途徑，其工

B.放電時，CO2被轉(zhuǎn)化為儲氫物質(zhì)HCOOH

C.充電時，電池總反應為：2Zn(OH)；-典2Zn+O2T+4OT+2H2。

D.充電時，雙極隔膜產(chǎn)生的H+向右室移動

【答案】D

【分析】由圖可知，放電時，鋅電極為原電池的負極，堿性條件下鋅在負極失去電子發(fā)生氧化反應生成四

羥基合鋅離子，右側(cè)電極為正極，酸性條件下二氧化碳在正極得到電子發(fā)生還原反應生成甲酸，雙極膜中

氫離子向右室移動、氫氧根離子向左室移動；充電時，鋅電極為電解池的陰極，四羥基合鋅離子在陰極得

到電子發(fā)生還原反應生成鋅和氫氧根離子，右側(cè)電極為陽極，水分子在陽極失去電子發(fā)生氧化反應生成氫

離子和氧氣，雙極膜中氫離子向左室移動、氫氧根離子向右室移動。

【詳解】A.由分析可知，放電時，鋅電極為原電池的負極，故A正確；

B.由分析可知，放電時，右側(cè)電極為正極，酸性條件下二氧化碳在正極得到電子發(fā)生還原反應生成甲酸,

故B正確;

C.由分析可知，充電時，鋅電極為電解池的陰極，四羥基合鋅離子在陰極得到電子發(fā)生還原反應生成鋅和

氫氧根離子，右側(cè)電極為陽極，水分子在陽極失去電子發(fā)生氧化反應生成氫離子和氧氣，總反應為

2Zn（0H）^—2Zn+02f+40H-+2H2O,故C正確；

D.由分析可知，充電時，雙極膜中氫離子向左室移動、氫氧根離子向右室移動，故D錯誤；

故選D。

9.（23-24高三下?安徽?階段練習）某沉積物-微生物燃料電池可以把含硫廢渣（硫元素的主要存在形式為

FeS?）回收處理并利用，工作原理如圖所示。下列說法錯誤的是

|Fc&SO]I

A.電子的移動方向：碳棒b->用電器-碳棒a

+

B.碳棒b上S生成SO：的電極反應式：S-6e+4H2O=SO^+8H

C.每生成ImolSO：,理論上消耗33.6LC>2（標準狀況下）

D.工作一段時間后溶液酸性增強，氧硫化菌失去活性，電池效率降低

【答案】C

【分析】燃料電極為原電池，根據(jù)圖中反應可知二硫化亞鐵在碳棒b的表面反應生成硫單質(zhì)，而后生成硫

酸根，因此碳棒b為負極，生成水的碳棒a是正極，據(jù)此作答。

【詳解】A.碳棒b上發(fā)生氧化反應，碳棒b為原電池的負極，碳棒a為原電池的正極，在外電路，電子從

負極移動到正極，A項正確；

+

B.碳棒b上（負極）S生成SOj的電極反應式：S-6e-+4H2O=SO；-+8H,B項正確；

C.負極上每生成lmolSO/，電路中轉(zhuǎn)移7moi電子，理論上消耗39.21。式標準狀況下），C項錯誤；

D.根據(jù)負極的電極反應可以判斷，工作一段時間后，生成了HzS。,，酸性增強，氧硫化菌失去活性，電池

效率降低，D項正確;

故答案選Co

10.(2024?河南?模擬預測)我國科學家通過箱負載的氫氧化鎂催化劑，實現(xiàn)了將充電過程中產(chǎn)生的副產(chǎn)物

氧氣在放電過程中重新利用，工作原理如下圖所示。下列說法錯誤的是

B.放電時，氫氧化銀所在電極為正極

C.充電時，Zn電極的電極反應式為[Zn(OH)4丁+2e-=Zn+4O^^

D.充電時，電路中每通過Imol電子，陽極會產(chǎn)生ImolNiOOH

【答案】D

【分析】根據(jù)圖示可知：在放電時Zn為負極，失去電子轉(zhuǎn)化為Zn[(OH)4F，Pt電極為正極，發(fā)生還原反應。

2

在充電時Zn電極連接電源負極為陰極，發(fā)生還原反應：Zn[(OH)4]-+2e-=Zn+4OH-,Pt電極上Ni(OH)2被氧

化變?yōu)镹iOOH,溶液中部分OH-失去電子被氧化變?yōu)?/p>

【詳解】A.由題意可知：在放電時，Zn極為負極，發(fā)生氧化反應，Pt極為正極，陰離子向負極移動，OH-

移向Zn極，故A項正確；

B.放電時，Pt極為正極，即氫氧化鎂所在電極，故B項正確；

C.充電時Zn電極作陰極，電極方程式為[Zn(OH)4『+2e-=Zn+4OfT,故C項正確；

D.由物質(zhì)轉(zhuǎn)化可知，充電時，陽極上除Ni(OH)2失電子轉(zhuǎn)化為NiOOH外，還有一部分OH-也會失電子轉(zhuǎn)

化為。2，故當電路中通過1mol電子時，陽極產(chǎn)生的NiOOH小于Imol,故D項錯誤；

故答案為D。

11.(2024?安徽?模擬預測)有機溶劑-水自分層電池，借助液-液界面屏障，可以實現(xiàn)電池在無隔膜下平穩(wěn)運

行。中國科學院大連化學物理研究所提出了一種鋅、澳自分層電池，該電池采用ZnBr?的水溶液作為負極電

解液，而正極電解液為含Br?的CC1’有機溶液。其裝置如圖所示，下列說法錯誤的是

水相

有機相

A.放電時，電子從負極流出進入正極，再經(jīng)電解液回到負極

B.放電時，溶于CC1,中的Br?被還原為BR，重新回到水溶液中

C.充電時，陰極電極反應式為Zn2++2e-=Zn

D.該電池可有效防止Br2的交叉混合，因此無需隔膜

【答案】A

【分析】根據(jù)題意可知，ZnB上為負極電解液，放電時電極反應式為Zn-2e-=Zn2+,Br2的CCI4為正極電解

液，電極反應式為Br2+2e-=2BF。

【詳解】A.放電時，電子從負極流出進入正極，但不會經(jīng)過電解液，電解液中離子定向移動形成閉合回路,

A錯誤。

B.根據(jù)題干信息可知，放電時，有機相為正極電解液，溶于CC1”中的Br?得電子被還原為BL,重新回到

水溶液中，B正確。

C.放電時，負極電極反應式為Zn-2e-=Zn2+,故充電時，陰極電極反應式為Zi?++2e、Zn,C正確。

D.Br?在水和CC」中溶解度相差較大，該電池可有效防止Br2的交叉混合，因此無需隔膜，D正確。

答案選A。

12.（2024?寧夏銀川?模擬預測）吉林大學杜菲教授等人通過正極結構優(yōu)化與單離子選擇性隔膜的開發(fā)，構

筑了高比能水系Zn-S解耦電池，如圖所示。下列敘述正確的是

電極1電極2

ZnJS

-ff出:怔怔

輕煙!輕，相

2CuS

[Zn(OH)4]12

NaOH+ZnO、CuSO4

鈉離子選擇性隔膜

A.充電時，Cu2s發(fā)生還原反應

B.放電時，電極1的電勢高于電極2

C.充電時，電極2凈減64g時轉(zhuǎn)移1mol電子

D.放電時，電極1的電極反應式為Zn-2e-+4OH-=[Zn(OH)J

【答案】D

【分析】由圖可知放電時電極1為負極，Zn失電子生成[Zn(OH)4『，電極2為正極，S得電子生成C112S；

【詳解】A.充電時，電極2為陽極，Cu2s發(fā)生氧化反應，A錯誤；

B.放電時，電極1為負極，電極2為正極，正極電勢高于負極電勢，B錯誤；

2+

C.充電時，電極2發(fā)生反應：Cu2S-4e=2Cu+S,充電時，陽極材料有2moicu由+1價升高至+2價進

入溶液，轉(zhuǎn)移4moi電子，故電極2凈減64g時轉(zhuǎn)移2moi電子，C錯誤；

2"

D.放電時，電極1發(fā)生氧化反應，鋅生成四羥基合鋅離子：Zn-2e+4OH=[Zn(OH)4],D正確；

故選D。

一.能力提升—

1.(2024?湖南?高考真題)|近年來，我國新能源產(chǎn)業(yè)得到了蓬勃發(fā)展，下列說法錯誤的是

A.理想的新能源應具有資源豐富、可再生、對環(huán)境無污染等特點

B.氫氧燃料電池具有能量轉(zhuǎn)化率高、清潔等優(yōu)點

C.鋰離子電池放電時鋰離子從負極脫嵌，充電時鋰離子從正極脫嵌

D.太陽能電池是一種將化學能轉(zhuǎn)化為電能的裝置

【答案】D

【詳解】A.理想的新能源應具有可再生、無污染等特點，故A正確；

B.氫氧燃料電池利用原電池將化學能轉(zhuǎn)化為電能，對氫氣與氧氣反應的能量進行利用，減小了直接燃燒的

熱量散失，產(chǎn)物無污染，故具有能量轉(zhuǎn)化率高、清潔等優(yōu)點，B正確；

C.脫嵌是鋰從電極材料中出來的過程，放電時，負極材料產(chǎn)生鋰離子，則鋰離子在負極脫嵌，則充電時,

鋰離子在陽極脫嵌，C正確；

D.太陽能電池是一種將太陽能能轉(zhuǎn)化為電能的裝置，D錯誤；

本題選D。

(2024?河北?高考真題)|我國科技工作者設計了如圖所示的可充電Mg-CO2電池，以Mg(TFSI)2為電解質(zhì),

電解液中加入1,3-丙二胺(PDA)以捕獲CO?,使放電時CO2還原產(chǎn)物為國G0。該設計克服了MgCC)3導

電性差和釋放co?能力差的障礙，同時改善了Mg2+的溶劑化環(huán)境，提高了電池充放電循環(huán)性能。

co2^多孔

碳

納

Mg(TFSI)隔Mg(TFSI)

米

22管

膜

電

PDAPDA極

MgC2O/

回答下列問題。

2.下列說法錯誤的是

A.放電時，電池總反應為2cO2+Mg=MgCQ4

B.充電時，多孔碳納米管電極與電源正極連接

C.充電時，電子由Mg電極流向陽極，Mg?+向陰極遷移

D.放電時，每轉(zhuǎn)移Imol電子，理論上可轉(zhuǎn)化lmolCC）2

3.對上述電池放電時CO2的捕獲和轉(zhuǎn)化過程開展了進一步研究，電極上CO2轉(zhuǎn)化的三種可能反應路徑及相

對能量變化如圖（*表示吸附態(tài)）。

反應進程

下列說法錯誤的是

A

-PDA捕獲CO?的反應為八八/S/X

H2N1、JLJL2vx2*H,NN

H

B.路徑2是優(yōu)先路徑，速控步驟反應式為

*C0：+H,N/X/XNOH+e七0：+H?N人/

22H

C.路徑1、3經(jīng)歷不同的反應步驟但產(chǎn)物相同；路徑2、3起始物相同但產(chǎn)物不同

D.三個路徑速控步驟均涉及*CO；轉(zhuǎn)化，路徑2、3的速控步驟均伴有PDA再生

【答案】2.C3.D

【分析】放電時C02轉(zhuǎn)化為MgC2（）4,碳元素化合價由+4價降低為+3價，發(fā)生還原反應，所以放電時，多

孔碳納米管電極為正極、Mg電極為負極，則充電時多孔碳納米管電極為陽極、Mg電極為陰極：

定位：二次電池，放電時陽離子向正極移動，充電時陽離子向陰極移動。

電極過程電極反應式

放電Mg-2e-=Mg2+

Mg電極

充電Mg2++2e-=Mg

2+

放電Mg+2CO2+2e-=MgC2O4

多孔碳納米管電極

2+

充電MgC2O4-2e-=Mg+2CO2T

2.A.根據(jù)以上分析，放電時正極反應式為Mg2++2CO2+2e-=MgC2C>4、負極反應式為Mg-2e=Mg2+,將放

電時正、負電極反應式相加，可得放電時電池總反應：Mg+2CO2=MgC2O4,A正確；

B.充電時，多孔碳納米管電極上發(fā)生失電子的氧化反應，則多孔碳納米管在充電時是陽極，與電源正極連

接，B正確；

C.充電時，Mg電極為陰極，電子從電源負極經(jīng)外電路流向Mg電極，同時Mg?+向陰極遷移，C錯誤；

D.根據(jù)放電時的電極反應式Mg2++2CO2+2e-=MgC2C）4可知，每轉(zhuǎn)移2moi電子，有2moic02參與反應，因

此每轉(zhuǎn)移Imol電子，理論上可轉(zhuǎn)化ImolCO”D正確；

故選C。

3.

0

A.根據(jù)題給反應路徑圖可知，PDA（1,3-丙二胺）捕獲CO2的產(chǎn)物為-因此PDA

H,N，'XNOH

2H

捕獲。的反應為?

c2+CQ/S/XOH，A正確;

■H.21、AA2v-/2>H,NN

H

B.由反應進程一相對能量圖可知，路徑2的最大能壘最小，因此與路徑1和路徑3相比，路徑2是優(yōu)先路

徑，且路徑2的最大能壘為*c。；f*60：的步驟，據(jù)反應路徑2的圖示可知，該步驟有

O

參與反應，因此速控步驟反應式為

TH,N,XNTOH

2H

-,/K/K>B正確;

*CO>+H,N/X/XN-/X

OH+e-?匕0j+H2N^NH2

22H

C.根據(jù)反應路徑圖可知，路徑1、3的中間產(chǎn)物不同，即經(jīng)歷了不同的反應步驟，但產(chǎn)物均為*MgCOj,

而路徑2、3的起始物均為cu，產(chǎn)物分別為*MgC?。’和*MgCC>3,c正確;

H,NZ7、NOH

2H

D.根據(jù)反應路徑與相對能量的圖像可知，三個路徑的速控步驟中*CO；都參與了反應，且由B項分析可知,

路徑2的速控步驟伴有PDA再生，但路徑3的速控步驟為*CO；得電子轉(zhuǎn)化為*CO和*CO；,沒有PDA的

生成，D錯誤;

故選D。

4.（2023?遼寧?高考真題）某低成本儲能電池原理如下圖所示。下列說法正確的是

多孔碳

質(zhì)子交換膜

A.放電時負極質(zhì)量減小

B.儲能過程中電能轉(zhuǎn)變?yōu)榛瘜W能

C.放電時右側(cè)H+通過質(zhì)子交換膜移向左側(cè)

3+2+

D.充電總反應：Pb+SOj-+2Fe=PbSO4+2Fe

【答案】B

【分析】該儲能電池放電時，Pb為負極，失電子結合硫酸根離子生成PbSCU，則多孔碳電極為正極，正極

上Fe3+得電子轉(zhuǎn)化為Fe2+,充電時，多孔碳電極為陽極，F(xiàn)e?+失電子生成Fe3+,PbSC)4電極為陰極，PbSO4

得電子生成Pb和硫酸。

【詳解】A.放電時負極上Pb失電子結合硫酸根離子生成PbSCU附著在負極上，負極質(zhì)量增大，A錯誤；

B.儲能過程中，該裝置為電解池，將電能轉(zhuǎn)化為化學能，B正確；

C.放電時，右側(cè)為正極，電解質(zhì)溶液中的陽離子向正極移動，左側(cè)的H+通過質(zhì)子交換膜移向右側(cè)，C錯誤;

D.充電時，總反應為PbSO4+2Fe2+=Pb+SO；-+2Fe3+,D錯誤；

故答案選B。

5.(2023?全國?高考真題)|室溫鈉-硫電池被認為是一種成本低、比能量高的能源存儲系統(tǒng)。一種室溫鈉-硫

電池的結構如圖所示。將鈉箔置于聚苯并咪陛膜上作為一個電極，表面噴涂有硫黃粉末的炭化纖維素紙作

111XX

為另一■電極。工作時，在硫電極發(fā)生反應：—Sg+e-^-YSg,ySg+e_—>S4,2Na++—S4+2(1-1)e--Na2sx

下列敘述錯誤的是

A.充電時Na+從鈉電極向硫電極遷移

B.放電時外電路電子流動的方向是a—b

一X

C.放電時正極反應為：2Na++石S8+2e-Na2Sx

O

D.炭化纖維素紙的作用是增強硫電極導電性能

【答案】A

【分析】由題意可知放電時硫電極得電子，硫電極為原電池正極，鈉電極為原電池負極。

【詳解】A.充電時為電解池裝置，陽離子移向陰極，即鈉電極，故充電時，Na+由硫電極遷移至鈉電極，A

錯誤；

B.放電時Na在a電極失去電子，失去的電子經(jīng)外電路流向b電極，硫黃粉在b電極上得電子與a電極釋

放出的Na+結合得到NazSx，電子在外電路的流向為a—b,B正確；

Y

C.由題給的的一系列方程式相加可以得到放電時正極的反應式為2Na++石S8+2e-fNazSx，C正確;

o

D.炭化纖維素紙中含有大量的炭，炭具有良好的導電性，可以增強硫電極的導電性能，D正確；

故答案選Ao

6.（2023?全國?高考真題）一種以V2O5和Zn為電極、Zn（CF3so3｝水溶液為電解質(zhì)的電池，其示意圖如下

所示。放電時，Zn?+可插入V2O5層間形成ZnxVzOjnH?。。下列說法錯誤的是

令*w1電.臧礪9

V2O5ZnxV2O5?H2O

Zn電極V2O5電極

Zn(CF3so3)2水溶液

A.放電時V2O5為正極

B.放電時Zt?+由負極向正極遷移

C.充電總反應：xZn+V2O5+nH2O=ZnxV2O5nH2O

-2+

D.充電陽極反應：ZnxV2O5-nH2O-2xe=xZn+V2O5+nH2O

【答案】C

【分析】由題中信息可知，該電池中Zn為負極、V2O5為正極，電池的總反應為

xZn+V2O5+nH2O=ZnxV2O5nH2Oo

【詳解】A.由題信息可知，放電時，Zn?+可插入VQ層間形成ZnAO/nH?。，V2O5發(fā)生了還原反應，

則放電時V2O5為正極，A說法正確；

B.Zn為負極，放電時Zn失去電子變?yōu)閆Y+,陽離子向正極遷移，則放電時Zn?+由負極向正極遷移，B說

法正確；

C.電池在放電時的總反應為xZn+VzOs+nHzOZnxVzCVnHzO,則其在充電時的總反應為

ZnxV2O5-nH2O=xZn+V2O5+nH2O,C說法不正確；

D.充電陽極上ZnxVQsFH?。被氧化為V2O5，則陽極的電極反應為ZnUzOs-nHO-2xe=xZn2++VO+nHO,

2252

D說法正確；

綜上所述，本題選C。

7.（2022?湖南?高考真題）|海水電池在海洋能源領域備受關注，一種鋰-海水電池構造示意圖如下。下列說

法錯誤的是

A.海水起電解質(zhì)溶液作用

B.N極僅發(fā)生的電極反應：2H2O+2e=2OH+H2T

C.玻璃陶瓷具有傳導離子和防水的功能

D.該鋰-海水電池屬于一次電池

【答案】B

【分析】鋰海水電池的總反應為2Li+2H2O=2LiOH+H2T，M極上Li失去電子發(fā)生氧化反應，則M電極為

負極，電極反應為Li-e=Li+,N極為正極，電極反應為2H2O+2e=2OH-+H2f,同時氧氣也可以在N極得電

子，電極反應為O2+4e-+2H2。=40日。

【詳解】A.海水中含有豐富的電解質(zhì)，如氯化鈉、氯化鎂等，可作為電解質(zhì)溶液，故A正確；

B.由上述分析可知，N為正極，電極反應為2H2O+2e=2OH-+H2T，和反應。2+4y+2H2O=4OH;故B錯誤;

C.Li為活潑金屬，易與水反應，玻璃陶瓷的作用是防止水和Li反應，并能傳導離子，故C正確；

D.該電池不可充電，屬于一次電池，故D正確；

答案選B。

8.（2022?廣東?高考真題）科學家基于C'易溶于CC1,的性質(zhì)，發(fā)展了一種無需離子交換膜的新型氯流電池,

+

可作儲能設備（如圖）。充電時電極a的反應為：NaTi2（PO4）3+2Na+2e-=Na3Ti2（PO4）3o下列說法正確

的是

0-輸電網(wǎng)1

A.充電時電極b是陰極

B.放電時NaCl溶液的pH減小

C.放電時NaCl溶液的濃度增大

D.每生成ImolC",電極a質(zhì)量理論上增加23g

【答案】C

【詳解】A.由充電時電極a的反應可知，充電時電極a發(fā)生還原反應，所以電極a是陰極，則電極b是陽

極，故A錯誤；

B.放電時電極反應和充電時相反，則由放電時電極a的反應為N%氏（POj-2e-=從7氏（「。4）3+2可。+可

知，NaCl溶液的pH不變，故B錯誤；

C.放電時負極反應為乂^耳仍。）-2「正極反應為g+2F=2CT,反應后Na+

和Cl-濃度都增大，則放電時NaCl溶液的濃度增大，故C正確；

D.充電時陽極反應為2CT-2e-=%T，陰極反應為Na"（POj+29++2e「=可生耳（尸Oj，由得失電

子守恒可知，每生成ImolCb，電極a質(zhì)量理論上增加23g/molx2moi=46g,故D錯誤；

答案選C。

9.（2024?山東?模擬預測）鋰離子電池的能量密度高，在生產(chǎn)生活中具有廣泛的應用。科學家研發(fā)的一種鋰

離子電池的工作原理如圖所示。下列說法正確的是

放電

充電

O鋰石墨

反應

生氧化

端均發(fā)

高電勢

時，

放電

電或

池充

該電

A.