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第一、二節提升課
第1課時　新型化學電源工作原理的分析
[核心素養發展目標]　1.掌握二次電池充放電過程的分析思路。2.了解常見新型化學電源的種類。
一、二次電池的充放電原理
1．(2023·遼寧，11)某低成本儲能電池原理如下圖所示。下列說法正確的是(　　)
A．放電時負極質量減小
B．儲能過程中電能轉變為化學能
C．放電時右側H＋通過質子交換膜移向左側
D．充電總反應：Pb＋SO＋2Fe3＋===PbSO4＋2Fe2＋
答案　B
解析　放電時，負極上Pb失電子結合硫酸根離子生成PbSO4附著在負極上，負極質量增大，A錯誤；儲能過程中，該裝置為電解池，將電能轉化為化學能，B正確；放電時，右側為正極，電解質溶液中的陽離子向正極移動，左側的H＋通過質子交換膜移向右側，C錯誤；充電時，總反應為PbSO4＋2Fe2＋===Pb＋SO＋2Fe3＋，D錯誤。
2．(2021·浙江6月選考，22)某全固態薄膜鋰離子電池截面結構如圖所示，電極A為非晶硅薄膜，充電時Li＋得電子成為Li嵌入該薄膜材料中；電極B為LiCoO2薄膜；集流體起導電作用。下列說法不正確的是(　　)
A．充電時，集流體A與外接電源的負極相連
B．放電時，外電路通過a mol電子時，LiPON薄膜電解質損失a mol Li＋
C．放電時，電極B為正極，反應可表示為Li1－xCoO2＋xLi＋＋xe－===LiCoO2
D．電池總反應可表示為LixSi＋Li1－xCoO2Si＋LiCoO2
答案　B
解析　由圖可知，集流體A與電極A相連，充電時電極A作陰極，故充電時集流體A與外接電源的負極相連，A說法正確；放電時，外電路通過a mol電子時，內電路中有a mol Li＋通過LiPON薄膜電解質從負極遷移到正極，但是LiPON薄膜電解質沒有損失Li＋，B說法不正確；放電時，電極B為正極，發生還原反應，反應式為Li1－xCoO2＋xLi＋＋xe－===LiCoO2，C說法正確；電池放電時，嵌入在非晶硅薄膜中的鋰失去電子轉化為Li＋，正極上Li1－xCoO2得到電子和Li＋轉化為LiCoO2，故電池總反應可表示為LixSi＋Li1－xCoO2Si＋LiCoO2，D說法正確。
二次電池題目的解答思路
二、?？夹滦突瘜W電源
類型一　濃差電池
1．(2022·浙江1月選考，21)pH計是一種采用原電池原理測量溶液pH的儀器。如圖所示，以玻璃電極(在特制玻璃薄膜球內放置已知濃度的HCl溶液，并插入Ag-AgCl電極)和另一Ag-AgCl電極插入待測溶液中組成電池，pH與電池的電動勢E存在關系：pH＝。下列說法正確的是(　　)
A．如果玻璃薄膜球內電極的電勢低，則該電極反應式為：AgCl(s)＋e－===Ag(s)＋Cl－(0.1 mol·L－1)
B．玻璃膜內外氫離子濃度的差異不會引起電動勢的變化
C．分別測定含已知pH的標準溶液和未知溶液的電池的電動勢，可得出未知溶液的pH
D．pH計工作時，電能轉化為化學能
答案　C
解析　如果玻璃薄膜球內電極的電勢低，則該電極為負極，負極發生氧化反應而不是還原反應，A錯誤；pH與電池的電動勢E存在關系：pH＝，則玻璃膜內外氫離子濃度的差異會引起電動勢的變化，B錯誤；pH與電池的電動勢E存在關系：pH＝，則分別測定含已知pH的標準溶液和未知溶液的電池的電動勢，可得出未知溶液的pH，C正確；pH計工作時，利用原電池原理，則化學能轉化為電能，D錯誤。
2．某化學興趣小組將兩個完全相同的銅片分別放入體積相同、濃度不同的CuSO4溶液中形成濃差電池(如圖所示)，當兩極附近電解質溶液濃度相等時停止放電。下列說法正確的是(　　)
A．Cu(2)極發生還原反應
B．Cu(1)極附近Cu2＋通過膜1向右遷移
C．放電過程中，兩膜之間的c(CuSO4)理論上保持不變
D．當Cu(2)極附近c(CuSO4)變為1 mol·L－1時，該電池停止放電
答案　C
解析　Cu(1)極附近硫酸銅溶液濃度大于Cu(2)極，故Cu(1)極的電解質溶液濃度降低，即Cu(1)極為正極，Cu(2)極為負極，發生氧化反應，電極反應為Cu－2e－===Cu2＋，A項錯誤；Cu(1)極的電極反應式為Cu2＋＋2e－===Cu，為了維持電荷平衡，SO通過膜1向右遷移，B項錯誤； 理論上兩膜之間的硫酸銅溶液濃度保持不變，C項正確；理論上正、負兩極硫酸銅溶液濃度均為0.55 mol·L－1時，該電池停止放電，D項錯誤。
類型二　電催化劑(電子傳遞體)電池
3．(2019·全國卷Ⅰ，12)利用生物燃料電池原理研究室溫下氨的合成，電池工作時MV2＋/MV＋在電極與酶之間傳遞電子，示意圖如圖所示。下列說法錯誤的是(　　)
A．相比現有工業合成氨，該方法條件溫和，同時還可提供電能
B．陰極區，在氫化酶作用下發生反應H2＋2MV2＋===2H＋＋2MV＋
C．正極區，固氮酶為催化劑，N2發生還原反應生成NH3
D．電池工作時質子通過交換膜由負極區向正極區移動
答案　B
解析　由題圖和題意知，電池總反應是3H2＋N2===2NH3。該合成氨反應在常溫下進行，并形成原電池產生電能，反應不需要高溫、高壓，A項正確；觀察題圖知，左邊電極發生氧化反應MV＋－e－===MV2＋，為負極，不是陰極，B項錯誤；正極區N2在固氮酶作用下發生還原反應生成NH3，C項正確；電池工作時，H＋通過交換膜，由左側(負極區)向右側(正極區)遷移，D項正確。
4.近年來AIST報告正在研制一種“高容量、低成本”鋰-銅空氣燃料電池，該電池通過一種復雜的銅腐蝕“現象”產生電力，其中放電過程為2Li＋Cu2O＋H2O===2Cu＋2Li＋＋2OH－，如圖所示。下列說法不正確的是(　　)
A．放電時，Li＋透過固體電解質向Cu極移動
B．放電時，負極的電極反應式為Cu2O＋H2O＋2e－===2Cu＋2OH－
C．通空氣時，銅被腐蝕，表面產生Cu2O
D．整個反應過程中，銅相當于催化劑
答案　B
解析　由題中裝置圖和放電時總反應可知，放電時Li為負極，Cu為正極，陽離子向正極移動，A項正確；放電時，負極Li失電子轉化成Li＋，B項錯誤；結合題中裝置圖可知，通入空氣時，銅被腐蝕，生成Cu2O，C項正確；銅被腐蝕生成Cu2O，放電時Cu2O又被還原成Cu，所以整個反應過程中Cu相當于催化劑，D項正確。
類型三　太陽能轉化電池
5．(2022·全國乙卷，12)Li-O2電池比能量高，在汽車、航天等領域具有良好的應用前景。近年來，科學家研究了一種光照充電Li-O2電池(如圖所示)。光照時，光催化電極產生電子(e－)和空穴(h＋)，驅動陰極反應(Li＋＋e－===Li)和陽極反應(Li2O2＋2h＋===2Li＋＋O2)對電池進行充電。下列敘述錯誤的是(　　)
A．充電時，電池的總反應為Li2O2===2Li＋O2
B．充電效率與光照產生的電子和空穴量有關
C．放電時，Li＋從正極穿過離子交換膜向負極遷移
D．放電時，正極發生反應：O2＋2Li＋＋2e－===Li2O2
答案　C
解析　充電時為電解池，由題目信息知，光照時，光催化電極產生電子和空穴，驅動陰極反應(Li＋＋e－===Li)和陽極反應(Li2O2＋2h＋===2Li＋＋O2)，則充電時，電池的總反應為Li2O2===2Li＋O2，因此，充電效率與光照產生的電子和空穴量有關，A、B正確；放電時，金屬Li電極為負極，光催化電極為正極，Li＋從負極穿過離子交換膜向正極遷移，C錯誤；放電時，電池總反應為2Li＋O2===Li2O2，則正極反應為O2＋2Li＋＋2e－===Li2O2，D正確。
6．(2018·全國卷Ⅰ，13)最近我國科學家設計了一種CO2＋H2S協同轉化裝置，實現對天然氣中CO2和H2S的高效去除。示意圖如下所示，其中電極分別為ZnO@石墨烯(石墨烯包裹的ZnO)和石墨烯，石墨烯電極區發生反應為：
①EDTA-Fe2＋－e－===EDTA-Fe3＋
②2EDTA-Fe3＋＋H2S===2H＋＋S＋2EDTA-Fe2＋
該裝置工作時，下列敘述錯誤的是(　　)
A．陰極的電極反應：CO2＋2H＋＋2e－===CO＋H2O
B．協同轉化總反應：CO2＋H2S===CO＋H2O＋S
C．石墨烯上的電勢比ZnO@石墨烯上的低
D．若采用Fe3＋/Fe2＋取代EDTA-Fe3＋/EDTA-Fe2＋，溶液需為酸性
答案　C
解析　由題中信息可知，石墨烯電極發生氧化反應，為電解池的陽極，則ZnO@石墨烯電極為陰極。陽極接電源正極，電勢高，陰極接電源負極，電勢低，故石墨烯上的電勢比ZnO@石墨烯上的高，C項錯誤；由題圖可知，電解時陰極反應式為CO2＋2H＋＋2e－===CO＋H2O，A項正確；將陰、陽兩極反應式合并可得總反應式為CO2＋H2S===CO＋H2O＋S，B項正確；Fe3＋、Fe2＋只能存在于酸性溶液中，D項正確。
類型四　液流儲能電池
7．(2022·遼寧，14)某儲能電池原理如圖。下列說法正確的是(　　)
A．放電時負極反應：Na3Ti2(PO4)3－2e－===NaTi2(PO4)3＋2Na＋
B．放電時Cl－透過多孔活性炭電極向CCl4中遷移
C．放電時每轉移1 mol電子，理論上CCl4吸收0.5 mol Cl2
D．充電過程中，NaCl溶液濃度增大
答案　A
解析　放電時負極失電子，發生氧化反應，電極反應：Na3Ti2(PO4)3－2e－===NaTi2(PO4)3＋2Na＋，故A正確；放電時，陰離子移向負極，則放電時Cl－透過多孔活性炭電極向NaCl中遷移，故B錯誤；正極電極反應：Cl2＋2e－===2Cl－，放電時每轉移1 mol電子，理論上CCl4釋放0.5 mol Cl2，故C錯誤；充電過程中，陽極電極反應：2Cl－－2e－===Cl2↑，消耗氯離子，NaCl溶液濃度減小，故D錯誤。
類型五　金屬二次電池
8．鎳鎘電池是一種新型的封閉式體積小的可充電電池。其工作原理如圖所示，下列說法錯誤的是(　　)
A．放電時b極為正極
B．放電時a極的反應：Cd＋2e－＋2OH－===Cd(OH)2
C．充電時電流的方向：外電源正極→b極→電解質溶液→a極→外電源負極
D．用該電池提供的電能電解飽和食鹽水，當電路中通過0.2 mol e－，陰極生成0.2 g H2
答案　B
解析　根據圖中信息及電子從a極轉移到b極，因此放電時a極為負極， b極為正極，故A正確；根據圖中負極Cd變為Cd(OH)2，則放電時a極的反應：Cd－2e－＋2OH－===Cd(OH)2，故B錯誤；充電時電流的方向：外電源正極→陽極(b極)→電解質溶液→陰極(a極)→外電源負極，故C正確；用該電池提供的電能電解飽和食鹽水，陰極反應式為2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，電路中通過0.2 mol e－，則陰極生成氫氣物質的量為0.1 mol，質量為0.2 g，故D正確。
原電池工作原理的新認識
(1)相同的金屬插入相同的電解質溶液中，由于電解質濃度不同，導致兩極上氧化反應或還原反應的程度不同，可形成原電池，如濃差電池。
(2)惰性電極材料也可能是原電池的正、負極，只要在電極表面能發生電子的交換就能構成原電池，能向外輸出電子的電極為負極，能從電極上獲取電子的為正極反應物，該電極為正極。
(3)能源物質(燃料)不一定將電子直接傳給負極，可能與電催化劑(電子傳遞體)進行電子交換，因而要特別關注催化循環中物質的變化、電子的轉移方向及反應類型。
(4)儲能(充電)過程，不一定是電能轉化為化學能，也可能是光能直接轉化為化學能。
(選擇題1～6題，每小題3分，7～14題，每小題4分，共50分)
1．新型LiFePO4可充電鋰離子動力電池以其獨特的優勢成為綠色能源的新寵。已知該電池放電時的電極反應式為正極：FePO4＋ Li＋＋ e－===LiFePO4，負極：Li－e－===Li＋。下列說法正確的是(　　)
A．充電時陽極電極反應為FePO4＋Li＋＋e－===LiFePO4
B．放電時電池內部Li＋向負極移動
C．充電時動力電池的陽極應與外接電源的正極相連
D．放電時，在正極上Li＋得電子被還原
答案　C
解析　根據原電池的正極反應：FePO4＋ Li＋＋e－===LiFePO4可判斷放電時電池內部Li＋向正極移動，Li元素的化合價未變，鐵元素得到電子被還原，化合價發生變化，B、D錯誤。
2.鹽水小汽車是一款神奇的玩具，只要在小汽車尾部動力部位加幾滴NaCl溶液，小汽車就可以跑動起來，其電池結構如圖。下列關于該電池的說法不正確的是(　　)
A．該電池工作時，化學能轉化為電能
B．鋅為電池的負極，石墨為電池的正極
C．正極的電極反應為O2＋4e－＋2H2O===4OH－
D．電解質溶液中Na＋向鋅片方向移動
答案　D
解析　該電池工作時，構成原電池，將化學能轉化為電能，A正確；鋅失去電子發生氧化反應，為電池的負極，則石墨為電池的正極，B正確；空氣中氧氣在正極得到電子發生還原反應，電極反應為O2＋4e－＋2H2O===4OH－，C正確；原電池中陽離子向正極移動，故電解質溶液中Na＋向石墨片方向移動，D錯誤。
3．我國科學家在太陽能光電催化—化學耦合分解H2S研究中獲得新進展，相關裝置如圖所示。下列說法不正確的是(　　)
A．該裝置的總反應為H2SH2＋S
B．能量轉化方式主要為“光能→電能→化學能”
C．a極上發生的電極反應為Fe2＋－e－===Fe3＋
D．a極區需不斷補充含Fe3＋和Fe2＋的溶液
答案　D
解析　該裝置發生的有關反應為H2S＋2Fe3＋===2H＋＋S＋2Fe2＋(a極區)、Fe2＋－e－===Fe3＋(a極)、2H＋＋2e－===H2(b極)，結合反應條件得到總反應H2SH2＋S，A正確；該過程中光能轉化為電能，最終轉化為化學能，B正確；a極區涉及兩步反應，第一步利用氧化性強的Fe3＋高效捕獲H2S得到硫和還原性的Fe2＋，第二步是還原性的Fe2＋在a極表面失去電子生成氧化性強的Fe3＋，這兩步反應循環進行，所以a極區無需補充含Fe3＋和Fe2＋的溶液，D錯誤。
4．溶質由高濃度向低濃度擴散而引發的一類電池稱為濃差電池。如圖是由Ag電極和硝酸銀溶液組成的電池(c1A．此處應該用陽離子交換膜
B．B極為正極，發生氧化反應
C．若外電路通過0.1 mol電子，則右側溶液質量減輕10.8 g
D．原電池的總反應不是氧化還原反應
答案　D
解析　由題意知，A電極質量不斷減輕，故發生反應：Ag－e－===Ag＋，則A極為負極，B極為正極，負極區Ag＋濃度增大，正極區Ag＋得電子生成Ag，電極反應為Ag＋＋e－===Ag，正極區Ag＋濃度減小，濃差電池中溶質由高濃度向低濃度擴散，故正極區NO經過離子交換膜移向負極，此處離子交換膜為陰離子交換膜，A、B錯誤；正極發生反應：Ag＋＋e－===Ag，當轉移0.1 mol電子時，溶液中減少0.1 mol Ag＋，同時正極有0.1 mol NO移向負極區，故右側溶液減少的質量為0.1 mol×108 g·mol－1＋0.1 mol×62 g·mol－1＝17 g，C錯誤；負極的電極反應式為Ag－e－===Ag＋，正極的電極反應式為Ag＋＋e－===Ag，總反應屬于非氧化還原反應，D正確。
5．鉀離子電池由于其低成本、電解液中離子傳導性快以及工作電壓高等優點，近年來引起了科研工作者極大的關注。某課題組基于鉀離子電池特性，設計并合成了一種VN-NPs/N-CNFs復合材料，并將其應用于鉀離子電池的電極，放電時該電極反應為VN＋3K＋＋3e－===V＋K3N，下列有關說法錯誤的是(　　)
A．放電時，在Al電極區發生的是氧化反應
B．該電池的溶劑不能為水溶液
C．放電時，電解質中的K＋向Cu電極區移動
D．放電時，每轉移1 mol e－，Cu電極區質量減少39 g
答案　D
解析　鉀離子電池放電時銅電極反應為VN＋3K＋＋3e－===V＋K3N，故放電時Cu電極為正極，電極區質量增加，Al電極為負極，在Al電極區發生的是氧化反應，A正確，D錯誤；電池中含有鉀，鉀能與水反應，電池的溶劑不能為水溶液，B正確；放電時，Al電極為負極，鉀離子向正極移動，即放電時，電解質中的K＋向Cu電極區移動，C正確。
6．(2024·安徽1月適應性測試)我國學者研制了一種鋅基電極，與涂覆氫氧化鎳的鎳基電極組成可充電電池，其示意圖如圖。放電時，Zn轉化為2ZnCO3·3Zn(OH)2。下列說法錯誤的是(　　)
A．放電時，正極反應為：Ni(OH)2＋2e－===Ni＋2OH－
B．放電時，若外電路有0.2 mol電子轉移，則有0.1 mol Zn2＋向正極遷移
C．充電時，a為外接電源負極
D．充電時，陰極反應為：2ZnCO3·3Zn(OH)2＋10e－===5Zn＋2CO＋6OH－
答案　B
解析　放電時，鋅基電極為負極，Zn轉化為2ZnCO3·3Zn(OH)2，電極反應式為5Zn＋2CO＋6OH－－10e－===2ZnCO3·3Zn(OH)2，鎳基電極為正極，電極反應式為Ni(OH)2＋2e－===Ni＋2OH－，充電時，a接電源負極，鋅基電極為陰極，電極反應式為2ZnCO3·3Zn(OH)2＋10e－===5Zn＋2CO＋6OH－，b接電源正極，鎳基電極為陽極，電極反應式為Ni＋2OH－－2e－===Ni(OH)2。
7．(2020·全國卷Ⅲ，12)一種高性能的堿性硼化釩(VB2)-空氣電池如圖所示，其中在VB2電極發生反應：VB2＋16OH－－11e－===VO＋2B(OH)＋4H2O。該電池工作時，下列說法錯誤的是(　　)
A．負載通過0.04 mol電子時，有0.224 L(標準狀況)O2參與反應
B．正極區溶液的pH降低、負極區溶液的pH升高
C．電池總反應為4VB2＋11O2＋20OH－＋6H2O===8B(OH)＋4VO
D．電流由復合碳電極經負載、VB2電極、KOH溶液回到復合碳電極
答案　B
解析　根據VB2電極發生的反應：VB2＋16OH－－11e－===VO＋2B(OH)＋4H2O，判斷得出VB2電極為負極，復合碳電極為正極，電極反應式為O2＋4e－＋2H2O===4OH－，所以電池總反應為4VB2＋11O2＋20OH－＋6H2O===8B(OH)＋4VO，C正確；負載通過0.04 mol電子時，有0.01 mol氧氣參與反應，即標準狀況下有0.224 L氧氣參與反應，A正確；負極區消耗OH－，溶液的pH降低，正極區生成OH－，溶液的pH升高，B錯誤。
8．科學家報道了一種新型可充電Na/Fe二次電池，其工作原理如圖所示，下列有關說法正確的是(　　)
A．放電時，電子由X極經有機電解液流向Y極
B．充電時，Y極的電極反應式為CaFeO2.5＋Na2O－e－===CaFeO3＋Na＋
C．充電時，可用乙醇代替有機電解液
D．電極材料的比能量：Na>Li
答案　B
解析　根據原電池工作原理圖可知，負極X上Na發生失電子的氧化反應，負極反應式為Na－e－===Na＋，正極Y上發生得電子的還原反應，正極反應式為CaFeO3＋Na＋＋e－===CaFeO2.5＋Na2O，充電時為電解池，陰、陽極的電極反應和放電時的負、正極反應相反，據此分析解答。充電時，Y極作陽極，電極反應式為CaFeO2.5＋Na2O－e－===CaFeO3＋Na＋，B正確；Na能與乙醇反應，不能用乙醇代替有機電解液，C錯誤；若Na和Li都失去1 mol電子，則電極材料中消耗Na的質量為23 g、Li的質量為7 g，單位質量金屬放出的電能：Li＞Na，D錯誤。
9．鎂-銻液態金屬電池是新型二次電池，白天利用太陽能給電池充電，夜晚電池可以給外電路供電。該電池利用液體密度不同，在重力作用下分為三層，工作時中間層熔融鹽的組成及濃度不變，工作原理如圖所示。下列有關說法錯誤的是(　　)
A．放電時，Mg2＋通過中間層向下層移動
B．放電時，Mg(液)層的質量減小
C．充電時，Mg-Sb(液)層作陰極
D．充電時，陰極的電極反應式為Mg2＋＋2e－===Mg
答案　C
解析　根據電流方向可知，放電時Mg(液)作負極、Mg-Sb(液)作正極，則充電時Mg(液)為陰極，Mg-Sb(液)為陽極。放電時Mg(液)層為負極，電極反應：Mg－2e－===Mg2＋，產生的Mg2＋通過中間層向下層移動，質量減小，A、B正確；放電時Mg(液)作負極，發生電極反應：Mg－2e－===Mg2＋，則充電時為陰極，電極反應式為Mg2＋＋2e－===Mg，D正確。
10.(2023·杭州調研)水系鋅離子電池是一種新型二次電池，工作原理如圖。該電池以粉末多孔鋅電極(鋅粉、活性炭及黏結劑等)和V2O5為電極，三氟甲磺酸鋅[Zn(CF3SO3)2]為電解液，總反應為xZn＋V2O5===ZnxV2O5(s)。下列敘述錯誤的是(　　)
A．充電時，粉末多孔鋅電極連接電源的負極
B．放電時，V2O5電極上發生的反應為V2O5＋2e－＋xZn2＋===ZnxV2O5
C．充電時，Zn2＋通過陽膜由右池移向左池
D．理論上，充放電過程中電解質溶液的質量均未改變
答案　B
解析　由放電時的總反應：xZn＋V2O5===ZnxV2O5(s)可知，Zn失電子，作負極，V2O5發生還原反應，作正極。充電時，粉末多孔鋅電極為陰極，發生還原反應，連接電源的負極，A正確；放電時，V2O5電極上發生的反應為V2O5＋2xe－＋xZn2＋===ZnxV2O5，B錯誤；充電時，陽離子向陰極移動，所以Zn2＋通過陽膜由右池移向左池，C正確；由放電總反應：xZn＋V2O5===ZnxV2O5(s)可知，電解質溶液中的成分沒有參加總反應，故充放電過程中電解質溶液的質量均未改變，D正確。
11．我國科學家研制了一種新型的高比能量鋅-碘溴液流二次電池，該電池在使用前要先進行充電，如圖為充電原理示意圖，溴離子與碘離子結合成為碘溴離子(I2Br－)，可以增加電池容量。下列敘述不正確的是(　　)
A．充電時，a接外電源的正極，作陽極
B．充電時，b電極每增重0.65 g，溶液中有0.02 mol I－被氧化
C．放電時，a電極反應為I2Br－＋2e－===2I－＋Br－
D．放電時，貯液器d內c(Zn2＋)持續增大
答案　D
解析　由充電原理示意圖，鋅極鋅離子得到電子發生還原反應，為電解池的陰極，則a極為電解池的陽極，A正確；充電時，b電極每增重0.65 g，轉移電子的物質的量為×2＝0.02 mol，根據電子守恒可知，溶液中有0.02 mol I－被氧化，B正確；放電時，a電極為正極，發生還原反應，反應為I2Br－＋2e－===2I－＋Br－，C正確；放電時，b極反應為Zn－2e－===Zn2＋，負極生成鋅離子，鋅離子通過陽離子交換膜進入正極區，貯液器d內c(Zn2＋)不會持續增大，D錯誤。
12．某污水處理廠利用微生物電池將鍍鉻廢水中的Cr2O催化還原，其工作原理如圖所示。下列說法不正確的是(　　)
A．電池工作過程中電子由b極流向a極
B．b極反應式：Cr2O＋6e－＋14H＋===2Cr3＋＋7H2O
C．電池工作過程中a極區附近溶液的pH減小
D．每處理1 mol Cr2O，可生成33.6 L(標況下)CO2
答案　A
解析　由圖分析可知，a極上CH3COOH在微生物催化作用下失電子轉化為CO2和H＋，發生氧化反應，因此a電極為負極，b電極為正極，電池工作過程中電子由a極流向b極，A項錯誤；b極上Cr2O和H＋在微生物催化作用下轉化為Cr3＋，發生還原反應，電極反應式為Cr2O＋6e－＋14H＋===2Cr3＋＋7H2O，B項正確；a極的電極反應式為CH3COOH－8e－＋2H2O===2CO2↑＋8H＋，因此a極區附近溶液中c(H＋)增大，pH減小，C項正確；1 mol Cr2O轉化為Cr3＋時得6 mol e－，CH3COOH每生成1 mol CO2失4 mol e－，故每處理1 mol Cr2O生成CO2的物質的量為 mol，標準狀況下其體積為33.6 L，D項正確。
13.近日，電催化固氮領域取得重要進展，利用雙功能催化劑可實現室溫條件下電催化氮氣還原制備氨氣、氧化制備硝酸，裝置如圖所示。下列說法錯誤的是(　　)
A．工作時，電子流入a極
B．陽極區的電極反應為N2＋6H2O－10e－===2NO＋12H＋
C．陽極區和陰極區消耗的N2的質量之比為3∶5
D．該離子交換膜應使用陰離子交換膜
答案　D
解析　由圖可知，a極上N2轉化成NH3，發生還原反應，該電極為陰極，電子由電源負極流入陰極，A項正確；陽極上是N2失電子生成HNO3，電極反應為N2＋6H2O－10e－===2NO＋12H＋，B項正確；由圖可知，陰極(a極)：N2→2NH3時得到6e－，陽極(b極)：N2→2NO時失去10e－，根據電子守恒可知陽極區和陰極區消耗的 N2 的質量之比為 3∶5，C項正確；陽極反應生成的H＋通過離子交換膜進入陰極室參與陰極反應，電極反應式為N2＋6e－＋6H＋===2NH3，因此該離子交換膜應使用質子交換膜，D項錯誤。
14．我國科學家在天然氣脫硫研究方面取得了新進展，利用如圖裝置可發生反應：H2S＋O2===H2O2＋S↓，已知甲池中發生的反應為
下列說法不正確的是(　　)
A．甲池中碳棒上發生的電極反應為AQ＋2H＋＋2e－===H2AQ
B．乙池溶液中發生的反應為H2S＋I===3I－＋S↓＋2H＋
C．該裝置將電能轉化為光能
D．H＋從乙池移向甲池
答案　C
解析　根據題圖中的電子流向可判斷出甲池中碳棒是正極，該電極上發生得電子的還原反應，即AQ＋2H＋＋2e－===H2AQ，A項正確；在乙池中，H2S失電子生成S，I得電子生成I－，發生的反應為H2S＋I===3I－＋S↓＋2H＋，B項正確；根據題圖中信息可知該裝置將光能轉化為電能和化學能，C項錯誤；該裝置是光化學電池裝置，電池工作時陽離子移向正極，甲池中碳棒是正極，所以H＋從乙池移向甲池，D項正確。第一、二節提升課
第1課時　新型化學電源工作原理的分析
[核心素養發展目標]　1.掌握二次電池充放電過程的分析思路。2.了解常見新型化學電源的種類。
一、二次電池的充放電原理
1．(2023·遼寧，11)某低成本儲能電池原理如下圖所示。下列說法正確的是(　　)
A．放電時負極質量減小
B．儲能過程中電能轉變為化學能
C．放電時右側H＋通過質子交換膜移向左側
D．充電總反應：Pb＋SO＋2Fe3＋===PbSO4＋2Fe2＋
2．(2021·浙江6月選考，22)某全固態薄膜鋰離子電池截面結構如圖所示，電極A為非晶硅薄膜，充電時Li＋得電子成為Li嵌入該薄膜材料中；電極B為LiCoO2薄膜；集流體起導電作用。下列說法不正確的是(　　)
A．充電時，集流體A與外接電源的負極相連
B．放電時，外電路通過a mol電子時，LiPON薄膜電解質損失a mol Li＋
C．放電時，電極B為正極，反應可表示為Li1－xCoO2＋xLi＋＋xe－===LiCoO2
D．電池總反應可表示為LixSi＋Li1－xCoO2Si＋LiCoO2
二次電池題目的解答思路
二、?？夹滦突瘜W電源
類型一　濃差電池
1．(2022·浙江1月選考，21)pH計是一種采用原電池原理測量溶液pH的儀器。如圖所示，以玻璃電極(在特制玻璃薄膜球內放置已知濃度的HCl溶液，并插入Ag AgCl電極)和另一Ag AgCl電極插入待測溶液中組成電池，pH與電池的電動勢E存在關系：pH＝。下列說法正確的是(　　)
A．如果玻璃薄膜球內電極的電勢低，則該電極反應式為：AgCl(s)＋e－===Ag(s)＋Cl－(0.1 mol·L－1)
B．玻璃膜內外氫離子濃度的差異不會引起電動勢的變化
C．分別測定含已知pH的標準溶液和未知溶液的電池的電動勢，可得出未知溶液的pH
D．pH計工作時，電能轉化為化學能
2．某化學興趣小組將兩個完全相同的銅片分別放入體積相同、濃度不同的CuSO4溶液中形成濃差電池(如圖所示)，當兩極附近電解質溶液濃度相等時停止放電。下列說法正確的是(　　)
A．Cu(2)極發生還原反應
B．Cu(1)極附近Cu2＋通過膜1向右遷移
C．放電過程中，兩膜之間的c(CuSO4)理論上保持不變
D．當Cu(2)極附近c(CuSO4)變為1 mol·L－1時，該電池停止放電
類型二　電催化劑(電子傳遞體)電池
3．(2019·全國卷Ⅰ，12)利用生物燃料電池原理研究室溫下氨的合成，電池工作時MV2＋/MV＋在電極與酶之間傳遞電子，示意圖如圖所示。下列說法錯誤的是(　　)
A．相比現有工業合成氨，該方法條件溫和，同時還可提供電能
B．陰極區，在氫化酶作用下發生反應H2＋2MV2＋===2H＋＋2MV＋
C．正極區，固氮酶為催化劑，N2發生還原反應生成NH3
D．電池工作時質子通過交換膜由負極區向正極區移動
4. 近年來AIST報告正在研制一種“高容量、低成本”鋰 銅空氣燃料電池，該電池通過一種復雜的銅腐蝕“現象”產生電力，其中放電過程為2Li＋Cu2O＋H2O===2Cu＋2Li＋＋2OH－，如圖所示。下列說法不正確的是(　　)
A．放電時，Li＋透過固體電解質向Cu極移動
B．放電時，負極的電極反應式為Cu2O＋H2O＋2e－===2Cu＋2OH－
C．通空氣時，銅被腐蝕，表面產生Cu2O
D．整個反應過程中，銅相當于催化劑
類型三　太陽能轉化電池
5．(2022·全國乙卷，12)Li O2電池比能量高，在汽車、航天等領域具有良好的應用前景。近年來，科學家研究了一種光照充電Li O2電池(如圖所示)。光照時，光催化電極產生電子(e－)和空穴(h＋)，驅動陰極反應(Li＋＋e－===Li)和陽極反應(Li2O2＋2h＋===2Li＋＋O2)對電池進行充電。下列敘述錯誤的是(　　)
A．充電時，電池的總反應為Li2O2===2Li＋O2
B．充電效率與光照產生的電子和空穴量有關
C．放電時，Li＋從正極穿過離子交換膜向負極遷移
D．放電時，正極發生反應：O2＋2Li＋＋2e－===Li2O2
6．(2018·全國卷Ⅰ，13)最近我國科學家設計了一種CO2＋H2S協同轉化裝置，實現對天然氣中CO2和H2S的高效去除。示意圖如下所示，其中電極分別為ZnO@石墨烯(石墨烯包裹的ZnO)和石墨烯，石墨烯電極區發生反應為：
①EDTA Fe2＋－e－===EDTA Fe3＋
②2EDTA Fe3＋＋H2S===2H＋＋S＋2EDTA Fe2＋
該裝置工作時，下列敘述錯誤的是(　　)
A．陰極的電極反應：CO2＋2H＋＋2e－===CO＋H2O
B．協同轉化總反應：CO2＋H2S===CO＋H2O＋S
C．石墨烯上的電勢比ZnO@石墨烯上的低
D．若采用Fe3＋/Fe2＋取代EDTA Fe3＋/EDTA Fe2＋，溶液需為酸性
類型四　液流儲能電池
7．(2022·遼寧，14)某儲能電池原理如圖。下列說法正確的是(　　)
A．放電時負極反應：Na3Ti2(PO4)3－2e－===NaTi2(PO4)3＋2Na＋
B．放電時Cl－透過多孔活性炭電極向CCl4中遷移
C．放電時每轉移1 mol電子，理論上CCl4吸收0.5 mol Cl2
D．充電過程中，NaCl溶液濃度增大
類型五　金屬二次電池
8．鎳鎘電池是一種新型的封閉式體積小的可充電電池。其工作原理如圖所示，下列說法錯誤的是(　　)
A．放電時b極為正極
B．放電時a極的反應：Cd＋2e－＋2OH－===Cd(OH)2
C．充電時電流的方向：外電源正極→b極→電解質溶液→a極→外電源負極
D．用該電池提供的電能電解飽和食鹽水，當電路中通過0.2 mol e－，陰極生成0.2 g H2
原電池工作原理的新認識
(1)相同的金屬插入相同的電解質溶液中，由于電解質濃度不同，導致兩極上氧化反應或還原反應的程度不同，可形成原電池，如濃差電池。
(2)惰性電極材料也可能是原電池的正、負極，只要在電極表面能發生電子的交換就能構成原電池，能向外輸出電子的電極為負極，能從電極上獲取電子的為正極反應物，該電極為正極。
(3)能源物質(燃料)不一定將電子直接傳給負極，可能與電催化劑(電子傳遞體)進行電子交換，因而要特別關注催化循環中物質的變化、電子的轉移方向及反應類型。
(4)儲能(充電)過程，不一定是電能轉化為化學能，也可能是光能直接轉化為化學能。(共72張PPT)
第四章　第一、二節提升課
第1課時　新型化學電源工作原
　　　　 理的分析
1.掌握二次電池充放電過程的分析思路。
2.了解常見新型化學電源的種類。
核心素養
發展目標
一、二次電池的充放電原理
二、?？夹滦突瘜W電源
課時對點練
內容索引
二次電池的充放電原理
一
1.(2023·遼寧，11)某低成本儲能電池原理如下圖所示。下列說法正確的是
A.放電時負極質量減小
B.儲能過程中電能轉變為化學能
C.放電時右側H＋通過質子交換膜移向左側
D.充電總反應：Pb＋ ＋2Fe3＋===PbSO4＋2Fe2＋
√
放電時，負極上Pb失電子結合硫酸
根離子生成PbSO4附著在負極上，
負極質量增大，A錯誤；
儲能過程中，該裝置為電解池，將電能轉化為化學能，B正確；
放電時，右側為正極，電解質溶液中的陽離子向正極移動，左側的H＋通過質子交換膜移向右側，C錯誤；
充電時，總反應為PbSO4＋2Fe2＋===Pb＋ ＋2Fe3＋，D錯誤。
2.(2021·浙江6月選考，22)某全固態薄膜鋰離子電池截面結構如圖所示，電極A為非晶硅薄膜，充電時Li＋得電子成為Li嵌入該薄膜材料中；電極B為LiCoO2薄膜；集流體起導電作用。下列說法不正確的是
A.充電時，集流體A與外接電源的負
極相連
B.放電時，外電路通過a mol電子時，LiPON薄膜電解質損失a mol Li＋
C.放電時，電極B為正極，反應可表示為Li1－xCoO2＋xLi＋＋xe－===
LiCoO2
D.電池總反應可表示為LixSi＋Li1－xCoO2 Si＋LiCoO2
√
由圖可知，集流體A與電極A相連，充電時電極A作陰極，故充電時集流體A與外接電源的負極相連，A說法正確；
放電時，外電路通過a mol電子時，內電路中有a mol Li＋通過LiPON薄膜電解質從負極遷移到正極，但是LiPON薄膜電解質沒有損失Li＋，B說法不正確；
放電時，電極B為正極，發生還原反應，反應式為Li1－xCoO2＋xLi＋＋xe－===LiCoO2，C說法正確；
電池放電時，嵌入在非晶硅薄膜中的鋰失去電子轉化為Li＋，正極上Li1－xCoO2得到電子和Li＋轉化為LiCoO2，故電池
總反應可表示為LixSi＋Li1－xCoO2 Si＋LiCoO2，D說法正確。
二次電池題目的解答思路
歸納總結
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常考新型化學電源
二
類型一　濃差電池
1.(2022·浙江1月選考，21)pH計是一種采用原電池原理測量溶液pH的儀器。如圖所示，以玻璃電極(在特制玻璃薄膜球內放置已知濃度的HCl溶液，并插入Ag-AgCl電極)和另一Ag-AgCl電極插入待測溶液中組成電池，pH與電池的電動勢E存在關系：pH＝ 。下列說法正確的是
A.如果玻璃薄膜球內電極的電勢低，
則該電極反應式為：AgCl(s)＋e－
===Ag(s)＋Cl－(0.1 mol·L－1)
B.玻璃膜內外氫離子濃度的差異不
會引起電動勢的變化
C.分別測定含已知pH的標準溶液和未知溶液的電池的電動勢，可得出
未知溶液的pH
D.pH計工作時，電能轉化為化學能
√
如果玻璃薄膜球內電極的電勢低，則該電極為負極，負極發生氧化反應而不是還原反應，A錯誤；
pH計工作時，利用原電池原理，則化學能轉化為電能，D錯誤。
2.某化學興趣小組將兩個完全相同的銅片分別放入體積相同、濃度不同的CuSO4溶液中形成濃差電池(如圖所示)，當兩極附近電解質溶液濃度相等時停止放電。下列說法正確的是
A.Cu(2)極發生還原反應
B.Cu(1)極附近Cu2＋通過膜1向右遷移
C.放電過程中，兩膜之間的c(CuSO4)
理論上保持不變
D.當Cu(2)極附近c(CuSO4)變為1 mol·L－1時，該電池停止放電
√
Cu(1)極附近硫酸銅溶液濃度大于Cu(2)極，故Cu(1)極的電解質溶液濃度降低，即Cu(1)極為正極，Cu(2)極為負極，發生氧化反應，電極反應為Cu－2e－===Cu2＋，A項錯誤；
Cu(1)極的電極反應式為Cu2＋＋2e－===Cu，為了維持電荷平衡，SO通過膜1向右遷移，B項錯誤；
理論上兩膜之間的硫酸銅溶液濃度保持不變，C項正確；
理論上正、負兩極硫酸銅溶液濃度均為0.55 mol·L－1時，該電池停止放電，D項錯誤。
類型二　電催化劑(電子傳遞體)電池
3.(2019·全國卷Ⅰ，12)利用生物燃料電池原理研究室溫下氨的合成，電池工作時MV2＋/MV＋在電極與酶之間傳遞電子，示意圖如圖所示。下列說法錯誤的是
A.相比現有工業合成氨，該方法條件溫
和，同時還可提供電能
B.陰極區，在氫化酶作用下發生反應H2＋2MV2＋===2H＋＋2MV＋
C.正極區，固氮酶為催化劑，N2發生還原反應生成NH3
D.電池工作時質子通過交換膜由負極區向正極區移動
√
由題圖和題意知，電池總反應是3H2＋N2===2NH3。該合成氨反應在常溫下進行，并形成原電池產生電能，反應不需要高溫、高壓，A項正確；
觀察題圖知，左邊電極發生氧化反應MV＋－e－===MV2＋，為負極，不是陰極，B項錯誤；
正極區N2在固氮酶作用下發生還原反應生成NH3，C項正確；
電池工作時，H＋通過交換膜，由左側(負極區)向右側(正極區)遷移，D項正確。
4.近年來AIST報告正在研制一種“高容量、低成本”鋰-銅空氣燃料電池，該電池通過一種復雜的銅腐蝕“現象”產生電力，其中放電過程為2Li＋Cu2O＋H2O===2Cu＋2Li＋＋2OH－，如圖所示。下列說法不正確的是
A.放電時，Li＋透過固體電解質向Cu極移動
B.放電時，負極的電極反應式為Cu2O＋H2O
＋2e－===2Cu＋2OH－
C.通空氣時，銅被腐蝕，表面產生Cu2O
D.整個反應過程中，銅相當于催化劑
√
由題中裝置圖和放電時總反應可知，放電時Li為負極，Cu為正極，陽離子向正極移動，A項正確；
放電時，負極Li失電子轉化成Li＋，B項錯誤；
結合題中裝置圖可知，通入空氣時，銅被腐蝕，
生成Cu2O，C項正確；
銅被腐蝕生成Cu2O，放電時Cu2O又被還原成Cu，所以整個反應過程中Cu相當于催化劑，D項正確。
類型三　太陽能轉化電池
5.(2022·全國乙卷，12)Li-O2電池比能量高，在汽車、航天等領域具有良好的應用前景。近年來，科學家研究了一種光照充電Li-O2電池(如圖所示)。光照時，光催化電極產生電子(e－)和空穴(h＋)，驅動陰極反應(Li＋＋e－===Li)和陽極反應(Li2O2＋2h＋===2Li＋＋O2)對電池進行充電。下列敘述錯誤的是
A.充電時，電池的總反應為Li2O2===2Li＋O2
B.充電效率與光照產生的電子和空穴量有關
C.放電時，Li＋從正極穿過離子交換膜向負極遷移
D.放電時，正極發生反應：O2＋2Li＋＋2e－===Li2O2
√
充電時為電解池，由題目信息知，光照時，光催化電極產生電子和空穴，驅動陰極反應(Li＋＋e－===Li)和陽極反應(Li2O2＋2h＋===2Li＋＋O2)，則充電時，電池的總反應
為Li2O2===2Li＋O2，因此，充電效率與光照產生的電子和空穴量有關，A、B正確；
放電時，金屬Li電極為負極，光催化電極為正極，Li＋從負極穿過離子交換膜向正極遷移，C錯誤；
放電時，電池總反應為2Li＋O2===Li2O2，則正極反應為O2＋2Li＋＋2e－===Li2O2，D正確。
6.(2018·全國卷Ⅰ，13)最近我國科學家設計了一種CO2＋H2S協同轉化裝置，實現對天然氣中CO2和H2S的高效去除。示意圖如下所示，其中電極分別為ZnO@石墨烯(石墨烯包裹的ZnO)和石墨烯，石墨烯電極區發生反應為：
①EDTA-Fe2＋－e－===EDTA-Fe3＋
②2EDTA-Fe3＋＋H2S===2H＋＋S
＋2EDTA-Fe2＋
該裝置工作時，下列敘述錯誤的是
A.陰極的電極反應：CO2＋2H＋＋2e－
===CO＋H2O
B.協同轉化總反應：CO2＋H2S===CO＋
H2O＋S
C.石墨烯上的電勢比ZnO@石墨烯上的低
D.若采用Fe3＋/Fe2＋取代EDTA-Fe3＋/EDTA-
Fe2＋，溶液需為酸性
√
由題中信息可知，石墨烯電極發生氧化反應，為電解池的陽極，則ZnO@石墨烯電極為陰極。陽極接電源正極，電勢高，陰極接電源負極，電勢低，故石墨烯上的電勢比ZnO@石墨烯上的高，C項錯誤；
由題圖可知，電解時陰極反應式為CO2＋2H＋＋2e－===CO＋H2O，A項正確；
將陰、陽兩極反應式合并可得總反應式為CO2＋H2S===CO＋H2O＋S，B項正確；
Fe3＋、Fe2＋只能存在于酸性溶液中，D項正確。
類型四　液流儲能電池
7.(2022·遼寧，14)某儲能電池原理如圖。下列說法正確的是
A.放電時負極反應：Na3Ti2(PO4)3－2e－===NaTi2(PO4)3＋2Na＋
B.放電時Cl－透過多孔活性炭電
極向CCl4中遷移
C.放電時每轉移1 mol電子，理
論上CCl4吸收0.5 mol Cl2
D.充電過程中，NaCl溶液濃度增大
√
放電時負極失電子，發生氧化反應，電極反應：Na3Ti2(PO4)3－2e－===NaTi2(PO4)3＋2Na＋，故A正確；
放電時，陰離子移向負極，則放電時Cl－透過多孔活性炭電極向NaCl中遷移，故B錯誤；
正極電極反應：Cl2＋2e－===2Cl－，放電時每轉移1 mol電子，理論上CCl4釋放0.5 mol Cl2，故C錯誤；
充電過程中，陽極電極反應：2Cl－－2e－===Cl2↑，消耗氯離子，NaCl溶液濃度減小，故D錯誤。
類型五　金屬二次電池
8.鎳鎘電池是一種新型的封閉式體積小的可充電電池。其工作原理如圖所示，下列說法錯誤的是
A.放電時b極為正極
B.放電時a極的反應：Cd＋2e－＋2OH－
===Cd(OH)2
C.充電時電流的方向：外電源正極→b極→電解質溶液→a極→外電源
負極
D.用該電池提供的電能電解飽和食鹽水，當電路中通過0.2 mol e－，
陰極生成0.2 g H2
√
根據圖中信息及電子從a極轉移到b極，因此放電時a極為負極，b極為正極，故A正確；
根據圖中負極Cd變為Cd(OH)2，則放電
時a極的反應：Cd－2e－＋2OH－===Cd(OH)2，故B錯誤；
充電時電流的方向：外電源正極→陽極(b極)→電解質溶液→陰極(a極)→外電源負極，故C正確；
用該電池提供的電能電解飽和食鹽水，陰極反應式為2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，電路中通過0.2 mol e－，則陰極生成氫氣物質的量為0.1 mol，質量為0.2 g，故D正確。
原電池工作原理的新認識
(1)相同的金屬插入相同的電解質溶液中，由于電解質濃度不同，導致兩極上氧化反應或還原反應的程度不同，可形成原電池，如濃差電池。
(2)惰性電極材料也可能是原電池的正、負極，只要在電極表面能發生電子的交換就能構成原電池，能向外輸出電子的電極為負極，能從電極上獲取電子的為正極反應物，該電極為正極。
歸納總結
(3)能源物質(燃料)不一定將電子直接傳給負極，可能與電催化劑(電子傳遞體)進行電子交換，因而要特別關注催化循環中物質的變化、電子的轉移方向及反應類型。
(4)儲能(充電)過程，不一定是電能轉化為化學能，也可能是光能直接轉化為化學能。
歸納總結
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1.新型LiFePO4可充電鋰離子動力電池以其獨特的優勢成為綠色能源的新寵。已知該電池放電時的電極反應式為正極：FePO4＋Li＋＋e－===LiFePO4，負極：Li－e－===Li＋。下列說法正確的是
A.充電時陽極電極反應為FePO4＋Li＋＋e－===LiFePO4
B.放電時電池內部Li＋向負極移動
C.充電時動力電池的陽極應與外接電源的正極相連
D.放電時，在正極上Li＋得電子被還原
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根據原電池的正極反應：FePO4＋ Li＋＋e－===LiFePO4可判斷放電時電池內部Li＋向正極移動，Li元素的化合價未變，鐵元素得到電子被還原，化合價發生變化，B、D錯誤。
課時對點練
2.鹽水小汽車是一款神奇的玩具，只要在小汽車尾部動力部位加幾滴NaCl溶液，小汽車就可以跑動起來，其電池結構如圖。下列關于該電池的說法不正確的是
A.該電池工作時，化學能轉化為電能
B.鋅為電池的負極，石墨為電池的正極
C.正極的電極反應為O2＋4e－＋2H2O===4OH－
D.電解質溶液中Na＋向鋅片方向移動
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該電池工作時，構成原電池，將化學能轉化為電能，A正確；
鋅失去電子發生氧化反應，為電池的負極，則石墨為電池的正極，B正確；
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空氣中氧氣在正極得到電子發生還原反應，電極反應為O2＋4e－＋2H2O===4OH－，C正確；
原電池中陽離子向正極移動，故電解質溶液中Na＋向石墨片方向移動，D錯誤。
3.我國科學家在太陽能光電催化—化學耦合分解H2S研究中獲得新進展，相關裝置如圖所示。下列說法不正確的是
A.該裝置的總反應為H2S H2＋S
B.能量轉化方式主要為“光能→電能→化學能”
C.a極上發生的電極反應為Fe2＋－e－===Fe3＋
D.a極區需不斷補充含Fe3＋和Fe2＋的溶液
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該裝置發生的有關反應為H2S＋2Fe3＋===2H＋＋S＋2Fe2＋(a極區)、Fe2＋－e－===Fe3＋(a極)、2H＋＋2e－===H2(b極)，結合反應條件得到總反應H2S H2＋S，A正確；
該過程中光能轉化為電能，最終轉化為化學能，B正確；
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課時對點練
a極區涉及兩步反應，第一步利用氧化性強的Fe3＋高效捕獲H2S得到硫和還原性的Fe2＋，第二步是還原性的Fe2＋在a極表面失去電子生成氧化性強的Fe3＋，這兩步反應循環進行，所以a極區無需補充含Fe3＋和Fe2＋的溶液，D錯誤。
4.溶質由高濃度向低濃度擴散而引發的一類電池稱為濃差電池。如圖是由Ag電極和硝酸銀溶液組成的電池(c1A.此處應該用陽離子交換膜
B.B極為正極，發生氧化反應
C.若外電路通過0.1 mol電子，則右側溶液質量減輕10.8 g
D.原電池的總反應不是氧化還原反應
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由題意知，A電極質量不斷減輕，故發生反應：Ag－e－===Ag＋，則A極為負極，B極為正極，負極區Ag＋濃
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度增大，正極區Ag＋得電子生成Ag，電極反應為Ag＋＋e－===Ag，正極區Ag＋濃度減小，濃差電池中溶質由高濃度向低濃度擴散，故正極區 經過離子交換膜移向負極，此處離子交換膜為陰離子交換膜，A、B錯誤；
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正極發生反應：Ag＋＋e－===Ag，當轉移0.1 mol電子時，溶液中減少0.1 mol Ag＋，同時正極有0.1 mol
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移向負極區，故右側溶液減少的質量為0.1 mol×108 g·mol－1＋0.1 mol×62 g·mol－1＝17 g，C錯誤；
負極的電極反應式為Ag－e－===Ag＋，正極的電極反應式為Ag＋＋e－===Ag，總反應屬于非氧化還原反應，D正確。
5.鉀離子電池由于其低成本、電解液中離子傳導性快以及工作電壓高等優點，近年來引起了科研工作者極大的關注。某課題組基于鉀離子電池特性，設計并合成了一種VN-NPs/N-CNFs復合材料，并將其應用于鉀離子電池的電極，放電時該電極反應為VN＋3K＋＋3e－===V＋K3N，下列有關說法錯誤的是
A.放電時，在Al電極區發生的是氧化反應
B.該電池的溶劑不能為水溶液
C.放電時，電解質中的K＋向Cu電極區移動
D.放電時，每轉移1 mol e－，Cu電極區質量
減少39 g
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鉀離子電池放電時銅電極反應為VN＋3K＋＋3e－===V＋K3N，故放電時Cu電極為正極，電極區質量增加，Al電極為負極，在Al電極區發生的是氧化反應，A正確，D錯誤；
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電池中含有鉀，鉀能與水反應，電池的溶劑不能為水溶液，B正確；
放電時，Al電極為負極，鉀離子向正極移動，即放電時，電解質中的K＋向Cu電極區移動，C正確。
6.(2024·安徽1月適應性測試)我國學者研制了一種鋅基電極，與涂覆氫氧化鎳的鎳基電極組成可充電電池，其示意圖如圖。放電時，Zn轉化為2ZnCO3·3Zn(OH)2。下列說法錯誤的是
A.放電時，正極反應為：Ni(OH)2＋2e－
===Ni＋2OH－
B.放電時，若外電路有0.2 mol電子轉移，
則有0.1 mol Zn2＋向正極遷移
C.充電時，a為外接電源負極
D.充電時，陰極反應為：2ZnCO3·3Zn(OH)2＋10e－===5Zn＋ ＋6OH－
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放電時，鋅基電極為負極，Zn轉化為2ZnCO3·3Zn(OH)2，電極反應式為5Zn＋
＋6OH－－10e－===2ZnCO3·3Zn(OH)2，鎳基電極為正極，電極反應式為Ni(OH)2＋2e－
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===Ni＋2OH－，充電時，a接電源負極，鋅基電極為陰極，電極反應式為2ZnCO3·3Zn(OH)2＋10e－===5Zn＋ ＋6OH－，b接電源正極，鎳基電極為陽極，電極反應式為Ni＋2OH－－2e－===Ni(OH)2。
A.負載通過0.04 mol電子時，有0.224 L(標準狀
況)O2參與反應
B.正極區溶液的pH降低、負極區溶液的pH升高
C.電池總反應為4VB2＋11O2＋20OH－＋6H2O===
D.電流由復合碳電極經負載、VB2電極、KOH溶液回到復合碳電極
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負載通過0.04 mol電子時，有0.01 mol氧氣參與反應，即標準狀況下有0.224 L氧氣參與反應，A正確；
負極區消耗OH－，溶液的pH降低，正極區生成OH－，溶液的pH升高，B錯誤。
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8.科學家報道了一種新型可充電Na/Fe二次電池，其工作原理如圖所示，下列有關說法正確的是
A.放電時，電子由X極經有機電解液流
向Y極
B.充電時，Y極的電極反應式為CaFeO2.5
＋ Na2O－e－===CaFeO3＋Na＋
C.充電時，可用乙醇代替有機電解液
D.電極材料的比能量：Na>Li
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根據原電池工作原理圖可知，負極X上Na發生失電子的氧化反應，負極反應式為Na－e－===Na＋，正極Y上發生得電子的還原反應，正極反應式為
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CaFeO3＋Na＋＋e－===CaFeO2.5＋ Na2O，充電時為電解池，陰、陽極的電極反應和放電時的負、正極反應相反，據此分析解答。充電時，Y極作陽極，電極反應式為CaFeO2.5＋ Na2O－e－===CaFeO3＋Na＋，B正確；
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Na能與乙醇反應，不能用乙醇代替有機電解液，C錯誤；
若Na和Li都失去1 mol電子，則電極材料中消耗Na的質量為23 g、Li的質量為7 g，單位質量金屬放出的電能：Li＞Na，D錯誤。
課時對點練
9.鎂-銻液態金屬電池是新型二次電池，白天利用太陽能給電池充電，夜晚電池可以給外電路供電。該電池利用液體密度不同，在重力作用下分為三層，工作時中間層熔融鹽的組成及濃度不變，工作原理如圖所示。下列有關說法錯誤的是
A.放電時，Mg2＋通過中間層向下層移動
B.放電時，Mg(液)層的質量減小
C.充電時，Mg-Sb(液)層作陰極
D.充電時，陰極的電極反應式為Mg2＋＋2e－===Mg
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根據電流方向可知，放電時Mg(液)作負極、Mg-Sb(液)作正極，則充電時Mg(液)為陰極，Mg-Sb(液)為陽極。
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放電時Mg(液)層為負極，電極反應：Mg－2e－===Mg2＋，產生的Mg2＋通過中間層向下層移動，質量減小，A、B正確；
放電時Mg(液)作負極，發生電極反應：Mg－2e－===Mg2＋，則充電時為陰極，電極反應式為Mg2＋＋2e－===Mg，D正確。
10.(2023·杭州調研)水系鋅離子電池是一種新型二次電池，工作原理如圖。該電池以粉末多孔鋅電極(鋅粉、活性炭及黏結劑等)和V2O5為電極，三氟甲磺酸鋅[Zn(CF3SO3)2]為電解液，總反應為xZn＋V2O5===ZnxV2O5(s)。下列敘述錯誤的是
A.充電時，粉末多孔鋅電極連接電源的負極
B.放電時，V2O5電極上發生的反應為V2O5＋
2e－＋xZn2＋===ZnxV2O5
C.充電時，Zn2＋通過陽膜由右池移向左池
D.理論上，充放電過程中電解質溶液的質量均未改變
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由放電時的總反應：xZn＋V2O5===ZnxV2O5(s)可知，Zn失電子，作負極，V2O5發生還原反應，作正極。充電時，粉末多孔鋅電極為陰極，發生
還原反應，連接電源的負極，A正確；
放電時，V2O5電極上發生的反應為V2O5＋2xe－＋xZn2＋===ZnxV2O5，B錯誤；
充電時，陽離子向陰極移動，所以Zn2＋通過陽膜由右池移向左池，C正確；
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由放電總反應：xZn＋V2O5===ZnxV2O5(s)可知，電解質溶液中的成分沒有參加總反應，故充放電過程中電解質溶液的質量均未改變，D正確。
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11.我國科學家研制了一種新型的高比能量鋅-碘溴液流二次電池，該電池在使用前要先進行充電，如圖為充電原理示意圖，溴離子與碘離子結合成為碘溴離子(I2Br－)，可以增加電池容量。下列敘述不正確的是
A.充電時，a接外電源的正極，作陽極
B.充電時，b電極每增重0.65 g，溶液中
有0.02 mol I－被氧化
C.放電時，a電極反應為I2Br－＋2e－===
2I－＋Br－
D.放電時，貯液器d內c(Zn2＋)持續增大
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由充電原理示意圖，鋅極鋅離子得到電子發生還原反應，為電解池的陰極，則a極為電解池的陽極，A正確；
充電時，b電極每增重0.65 g，轉移電子的物質的量為 ×2＝0.02 mol，
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根據電子守恒可知，溶液中有0.02 mol I－被氧化，B正確；
放電時，a電極為正極，發生還原反應，反應為I2Br－＋2e－===2I－＋Br－，C正確；
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放電時，b極反應為Zn－2e－===Zn2＋，負極生成鋅離子，鋅離子通過陽離子交換膜進入正極區，貯液器d內c(Zn2＋)不會持續增大，D錯誤。
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12.某污水處理廠利用微生物電池將鍍鉻廢水中的 催化還原，其工作原理如圖所示。下列說法不正確的是
A.電池工作過程中電子由b極流向a極
B.b極反應式： ＋6e－＋14H＋===
2Cr3＋＋7H2O
C.電池工作過程中a極區附近溶液的pH減小
D.每處理1 mol ，可生成33.6 L(標況下)CO2
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由圖分析可知，a極上CH3COOH在微生物催化作用下失電子轉化為CO2和H＋，發生氧化反應，因此a電極為負極，b電極為正極，電池工作過程中電子由a極流向b極，A項錯誤；
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a極的電極反應式為CH3COOH－8e－＋2H2O===2CO2↑＋8H＋，因此a極區附近溶液中c(H＋)增大，pH減小，C項正確；
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13.近日，電催化固氮領域取得重要進展，利用雙功能催化劑可實現室溫條件下電催化氮氣還原制備氨氣、氧化制備硝酸，裝置如圖所示。下列說法錯誤的是
A.工作時，電子流入a極
B.陽極區的電極反應為N2＋6H2O－10e－===
＋12H＋
C.陽極區和陰極區消耗的N2的質量之比為3∶5
D.該離子交換膜應使用陰離子交換膜
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由圖可知，a極上N2轉化成NH3，發生還原反應，該電極為陰極，電子由電源負極流入陰極，A項正確；
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陽極反應生成的H＋通過離子交換膜進入陰極室參與陰極反應，電極反應式為N2＋6e－＋6H＋===2NH3，因此該離子交換膜應使用質子交換膜，D項錯誤。
14.我國科學家在天然氣脫硫研究方面取得了新進展，利用如圖裝置可發生反應：H2S＋O2===H2O2＋S↓，已知甲池中發生的反應為
下列說法不正確的是
A.甲池中碳棒上發生的電極反應為AQ＋
2H＋＋2e－===H2AQ
B.乙池溶液中發生的反應為H2S＋ ===
3I－＋S↓＋2H＋
C.該裝置將電能轉化為光能
D.H＋從乙池移向甲池
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根據題圖中的電子流向可判斷出甲池中碳棒是正極，該電極上發生得電子的還原反應，即AQ＋2H＋＋2e－===H2AQ，A項正確；
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根據題圖中信息可知該裝置將光能轉化為電能和化學能，C項錯誤；
該裝置是光化學電池裝置，電池工作時陽離子移向正極，甲池中碳棒是正極，所以H＋從乙池移向甲池，D項正確。
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