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微專題六　新型電池解題策略
第六章
化學(xué)反應(yīng)與能量
[專題精講]
高考中的新型電池，有“氫鎳電池”、“高鐵電池”、“堿性鋅錳電池”、我國首創(chuàng)的“海洋電池”、“燃料電池”(如新型細菌燃料電池、氫氧燃料電池、丁烷燃料電池、甲醇質(zhì)子交換膜燃料電池、CO燃料電池)、“鋰離子電池”、“銀鋅電池”、“紐扣電池”等。這些電池一般具有高能環(huán)保、經(jīng)久耐用、電壓穩(wěn)定、比能量(單位質(zhì)量釋放的能量)高等特點。取材于這些知識點的試題，題材廣、信息新，具體有以下幾種考查角度。
1.燃料電池。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(yīng)；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。因此，這類電池正成為科學(xué)研究、高考命題的
重點。其主要命題角度有燃料電池正負極的判斷，電池反應(yīng)式的
書寫，電子、離子的移動及電解質(zhì)溶液的組成變化情況分析等。
2.新型可充電電池，如“儲氫電池”“鋰-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(xué)能
轉(zhuǎn)化為電能(放電)，又能將電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能(充電)的可多次利用
的一類特殊電池。主要考查四點：一考“式子”，即考查原電池
電極反應(yīng)的書寫；二考“運動”，即考查原電池工作過程中，離
子、電子的移動方向；三考“量值”，即考查原電池工作過程中電
子轉(zhuǎn)移數(shù)目、電極上消耗或生成物質(zhì)的物質(zhì)的量；四考“應(yīng)用”，
即考查原電池原理在生產(chǎn)、生活、環(huán)境保護中的應(yīng)用。
【解題方法】
1.新型電池放電時正極、負極的判斷
2.新型電池正極、負極上電極反應(yīng)式的書寫
首先分析物質(zhì)得失電子的情況，然后再考慮電極反應(yīng)生成的
物質(zhì)是否跟電解質(zhì)溶液中的離子發(fā)生反應(yīng)。對于較為復(fù)雜的電極
反應(yīng)，可以利用“總反應(yīng)式－較簡單一極電極反應(yīng)式＝較復(fù)雜一
極電極反應(yīng)式”的方法解決。
3.新型電池充電時陰極、陽極的判斷
首先應(yīng)搞明白原電池放電時的正、負極，再根據(jù)電池充電時，
陽極接正極，陰極接負極的原理進行分析。充電的實質(zhì)就是把放
電時發(fā)生的變化再復(fù)原的過程，即充電時的電極反應(yīng)是放電時電
極反應(yīng)的逆過程。
4.新型電池充、放電時，電解質(zhì)溶液中離子移動方向的判斷
解題時，首先應(yīng)分清電池是放電還是充電，放電時為原電池，
充電時為電解池，再判斷出正、負極或陰、陽極。原電池中，陽
離子移向正極，陰離子移向負極；電解池中，陽離子移向陰極，
陰離子移向陽極，符合帶電微粒在電場中的運動規(guī)律，進而確定
離子的移動方向。
[典例精析]
角度1 燃料電池
【典例1】微生物燃料電池是指在微生物的作用下將化學(xué)能轉(zhuǎn)
化為電能的裝置。某微生物燃料電池的工作原理如圖所示，下列
說法正確的是(
)
A.電子從 b 流出，經(jīng)外電路流向 a
C.如果將反應(yīng)物直接燃燒，能量的利用率不會變化
D.若該電池電路中有0.4 mol電子發(fā)生轉(zhuǎn)移，則有0.5 mol H＋通過質(zhì)子交換膜
解析：b 電極通入氧氣，是正極，a電極是負極，電子從a流出，
經(jīng)外電路流向 b，A 錯誤；a 電極是負極，發(fā)生失去電子的氧化反應(yīng)，
化學(xué)能轉(zhuǎn)化為光能，因此能量的利用率會變化，C 錯誤；若該電
池電路中有 0.4 mol 電子發(fā)生轉(zhuǎn)移，根據(jù)電荷守恒可知有 0.4 mol
答案：B
H＋通過質(zhì)子交換膜與0.1 mol氧氣結(jié)合轉(zhuǎn)化為水，D錯誤。
[變式訓(xùn)練1](2023 年沈陽模擬)微生物脫鹽池是在微生物燃料
電池的基礎(chǔ)上發(fā)展而來的新興生物電化學(xué)系統(tǒng)，原理如圖所示。
下列說法錯誤的是(
)
A.b 為正極
B.X 膜為陰離子交換膜
C.該裝置能實現(xiàn)從海水中得到淡水，同時去除有機物并提供
電能
D.負極反應(yīng)為CH3COO－＋7OH－－8e－===2CO2↑＋5H2O
解析：由題意可知，該裝置為原電池，b 極通入 O2，則 b 為
正極，A 正確；原電池內(nèi)電路中：陽離子移向正極、陰離子移向
負極，從而達到脫鹽目的，所以 Y 膜為陽離子交換膜，X 膜為陰
答案：D
離子交換膜，B、C正確；a極為負極，電極反應(yīng)為CH3COO－＋
2H2O－8e－===2CO2＋7H＋，D錯誤。
[思維建模]燃料電池的思維流程
根據(jù)題目所給信息，確定“兩物”——反應(yīng)物、生成物，
“兩產(chǎn)物”——氧化產(chǎn)物、還原產(chǎn)物，結(jié)合原電池原理作出判斷。
角度2 二次電池
【典例2】(2023 年湖南師大附中測試)電動汽車在我國正迅猛
發(fā)展，磷酸鐵鋰(LiFePO4)電池是電動汽車常用的一種電池，其工
作原理如圖所示。電池中間的聚合物離子交換膜把正極與負極隔
開，鋰離子可以通過而電子不能通過。該電池的總反應(yīng)式是
LiFePO4＋C6
Li1－xFePO4＋LixC6。下列說法不正確的是(　　)
A.放電時電子從A極通過導(dǎo)線流向B極
B.充電時Li＋從A極區(qū)移向B極區(qū)
C.充電時B極電極反應(yīng)式為C6＋xLi＋＋xe－===LixC6
D.放電時A極電極反應(yīng)式為Li1－xFePO4＋xLi＋＋xe－===
LiFePO4
解析：根據(jù)電池的總反應(yīng)式 LiFePO4 ＋C6
Li1－xFePO4＋
答案：A
LixC6，放電時LixC6在負極B上發(fā)生氧化反應(yīng)生成C6，Li1－xFePO4在正極A上發(fā)生還原反應(yīng)生成LiFePO4。放電時電子從負極(B極)通過導(dǎo)線流向A極，A錯誤；充電時，陽離子從陽極移向陰極，即Li＋從A極區(qū)移向B極區(qū)，B正確；充電時B極為陰極，發(fā)生還原反應(yīng)，電極反應(yīng)式為C6＋xLi＋＋xe－===LixC6，C正確；放電時A極為正極，發(fā)生還原反應(yīng)，電極反應(yīng)式為Li1－xFePO4＋xLi＋＋xe－===LiFePO4，D正確。
[思維建模]可充電電池的思維流程
(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(yīng)，
充電時是電解池反應(yīng)。
(2)放電時的負極反應(yīng)和充電時的陰極反應(yīng)互為逆反應(yīng)，放電
時的正極反應(yīng)和充電時的陽極反應(yīng)互為逆反應(yīng)。將負(正)極反應(yīng)式
變換方向并將電子移項即可得出陰(陽)極反應(yīng)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(jié)合電池總反
應(yīng)進行分析。
①首先應(yīng)分清電池是放電還是充電。
②再判斷出正、負極或陰、陽極。
(4)“加減法”書寫新型二次電池放電的電極反應(yīng)式
若已知電池放電時的總反應(yīng)式，可先寫出較易書寫的一極的
電極反應(yīng)式，然后在電子守恒的基礎(chǔ)上，由總反應(yīng)式減去較易寫
出的一極的電極反應(yīng)式，即得到較難寫出的另一極的電極反應(yīng)式。
[變式訓(xùn)練2]如圖是一種正投入生產(chǎn)的大型蓄電系統(tǒng)。放電前，
被膜隔開的電解質(zhì)為 Na2S2 和 NaBr3 ，放電后分別變?yōu)?Na2S4 和
NaBr。下列敘述正確的是(
)
A.放電時，負極反應(yīng)為3NaBr－2e－===NaBr3＋2Na＋
B.充電時，陽極反應(yīng)為2Na2S2－2e－===Na2S4＋2Na＋
C.放電時，Na＋經(jīng)過離子交換膜由b池移向a池
D.用該電池電解飽和食鹽水，產(chǎn)生2.24 L H2時，b池生成
17.40 g Na2S4
解析：放電時，負極上 Na2S2 被氧化生成 Na2S4，電極反應(yīng)式
答案：C
為2Na2S2－2e－===Na2S4＋2Na＋，A錯誤；充電時，陽極上NaBr失電子被氧化生成NaBr3，電極反應(yīng)式為3NaBr－2e－===NaBr3＋2Na＋，B錯誤；放電時，陽離子向正極移動，故Na＋經(jīng)過離子交換膜，由b池移向a池，C正確；題目未指明2.24 L H2是否處于標(biāo)準(zhǔn)狀況下，無法計算b池中生成Na2S4的質(zhì)量，D錯誤。
角度3 物質(zhì)循環(huán)轉(zhuǎn)化型電池(液流電池)
【典例3】液流電池是電化學(xué)儲能領(lǐng)域的一個研究熱點，其優(yōu)
點是儲能容量大、使用壽命長。下圖為一種中性 Zn/Fe 液流電池
的結(jié)構(gòu)及工作原理圖。下列有關(guān)說法錯誤的是(
)
解析：由圖可知，放電時，電極 A 為負極，電極反應(yīng)式為 Zn
答案：C
[解題指導(dǎo)]解答協(xié)同(物質(zhì)循環(huán)轉(zhuǎn)化型)電池題的思維模板
(1)第一步：判斷裝置類型。根據(jù)有無外加電源，判斷是電解
池還是原電池。
(2)第二步：找準(zhǔn)媒介物質(zhì)。分析裝置找出具有電子傳遞功能
的媒介物質(zhì)——“電對”。根據(jù)“電對”中元素化合價變化，判
斷裝置的正負極或陰陽極。
(3)第三步：寫出電極反應(yīng)。根據(jù)電極類型和題目綜合信息書
寫電極反應(yīng)式，最后逐項分析，得出正確答案。根據(jù)物質(zhì)轉(zhuǎn)化中
元素化合價的變化或離子的移動(陽離子移向正極區(qū)域，陰離子移
向負極區(qū)域)判斷電池的正、負極，是分析該電池的關(guān)鍵。
[變式訓(xùn)練3](2022 年廣東卷)科學(xué)家基于Cl2易溶于CCl4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(shè)備
Na3Ti2(PO4)3。下列說法正確的是(
)
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 1 mol Cl2，電極 a 質(zhì)量理論上增加 23 g
(如圖)。充電時電極a的反應(yīng)為：NaTi2(PO4)3＋2Na＋＋2e－===
解析：由充電時電極 a 的反應(yīng)可知，充電時電極 a 發(fā)生還原
答案：C
反應(yīng)，所以電極a是陰極，則電極b是陽極，A錯誤；放電時電極反應(yīng)和充電時相反，則由放電時電極a的反應(yīng)為Na3Ti2(PO4)3－2e－===NaTi2(PO4)3＋2Na＋可知，NaCl溶液的pH不變，B錯誤；放電時負極反應(yīng)為Na3Ti2(PO4)3－2e－===NaTi2(PO4)3＋2Na＋，正極反應(yīng)為Cl2＋2e－===2Cl－，反應(yīng)后Na＋和Cl－濃度都增大，則放電時NaCl溶液的濃度增大，C正確；充電時陽極反應(yīng)為2Cl－－2e－===Cl2↑，陰極反應(yīng)為NaTi2(PO4)3＋2Na＋＋2e－===Na3Ti2(PO4)3，由得失電子守恒可知，每生成1 mol Cl2，電極a質(zhì)量理論上增加
23 g·mol-1×2 mol＝46 g，D錯誤。
角度 4 濃差電池
【典例4】(熱點情境題)利用電解質(zhì)溶液的濃度對電極電勢的
影響，可設(shè)計濃差電池。某熱再生濃差電池工作原理如圖所示，
通入 NH3 時電池開始工作，左側(cè)電極質(zhì)量
減少，右側(cè)電極質(zhì)量增加，中間 A 為陰離
子交換膜，放電后可利用廢熱進行充電再
下列說法不正確的是(
)
解析：通入 NH3 時電池開始工作，左側(cè)電極質(zhì)量減少，則左
答案：B
[解題指導(dǎo)]“濃差電池”的分析方法
濃差電池是利用物質(zhì)的濃度差產(chǎn)生電勢的一種裝置。兩側(cè)半
電池中的特定物質(zhì)有濃度差，離子均是由“高濃度”移向“低濃
度”，依據(jù)陰離子移向負極區(qū)域，陽離子移向正極區(qū)域判斷電池
的正、負極，這是解題的關(guān)鍵。
[變式訓(xùn)練 4](2023 年山東師大附中模擬)濃差電池是利用物質(zhì)
的濃度差產(chǎn)生電勢的一種裝置。將兩個完全相同的電極浸入兩個
溶質(zhì)相同但濃度不同的電解質(zhì)溶液中構(gòu)成的濃差電池，稱為雙液
濃差電池。模擬工業(yè)上電滲析法實現(xiàn)海水(用氯化鈉溶液代替)淡化
的裝置如圖所示。下列說法錯誤的是(
)
D.C(2)極反應(yīng)：2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑
B.C(2)極發(fā)生還原反應(yīng)
C.膜 1 為陽離子交換膜
解析：為使交換膜兩側(cè)硫酸銅溶液的濃度相等，即陰離子交
答案：C
換膜左側(cè)溶液c(CuSO4)增大，右側(cè)c(CuSO4)減小，又因為只允許陰離子遷移，故交換膜左側(cè)銅電極溶解，c(Cu2+)增大；交換膜右側(cè)銅電極上析出銅，c(Cu2+)減小，即Cu(1)極為負極，發(fā)生氧化反應(yīng)Cu－2e－===Cu2+；Cu(2)極為正極，發(fā)生還原反應(yīng)Cu2+＋2e－===Cu，SO　由陰離子交換膜右側(cè)向左側(cè)遷移，由分析可知，Cu(2)極為正極，則Cu(1)極為陽極，電極反應(yīng)為2Cl－－2e－===Cl2↑，故NaCl溶液中的Cl－通過膜1進入陽極室，故膜1為陰離子交換膜，C錯誤。

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