資源簡介

第36講　新型化學電源
1.知道常考新型化學電源的類型及考查方式。
2．會分析新型化學電源的工作原理，能正確書寫新型化學電源的電極反應式及電池反應方程式。
考點一　鋰電池和鋰離子電池
1.鋰電池
鋰電池是一類由金屬鋰或鋰合金為負極材料、使用非水電解質溶液的電池。工作時金屬鋰失去電子被氧化為Li＋，負極反應均為Li－e－===Li＋，負極生成的Li＋經過電解質定向移動到正極。
2．鋰離子二次電池
(1)鋰離子電池基于電化學“嵌入/脫嵌”反應原理，替代了傳統的“氧化—還原”原理；在兩極形成的電壓降的驅動下，Li＋可以從電極材料提供的“空間”中“嵌入”或“脫嵌”。
(2)鋰離子電池充電時陰極反應式一般為＋xe－===LixC6；放電時負極反應是充電時陰極反應的逆過程：LixC6－xe－===C6＋xLi＋。
(3)鋰離子電池的正極材料一般為含Li＋的化合物，目前已商業化的正極材料有LiFePO4、、LiMn2O4等。
【教考銜接】
典例1 [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
聽課筆記　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
典例2 [2021·浙江6月，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
聽課筆記　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
【對點演練】
1．[2024·山東青州校際聯考]鋰－液態多硫電池具有能量密度高、儲能成本低等優點，以熔融金屬鋰、熔融硫和多硫化鋰[Li2Sx(2≤x≤8)]分別作兩個電極的反應物，固體Al2O3陶瓷(可傳導Li＋)為電解質，其反應原理如圖所示。下列說法錯誤的是(　　)
A.該電池比鈉－液態多硫電池的比能量高
B．放電時，內電路中Li＋的移動方向為從電極a到電極b
C．Al2O3的作用是導電、隔離電極反應物
D．充電時，外電路中通過0.2 mol電子，陽極區單質硫的質量增加3.2 g
2．[2024·湖北荊州模擬]鋰電池在航空航天領域應用廣泛，Li CO2電池供電的反應機理如圖所示，下列說法正確的是(　　)
A.X方向為電流方向
B．交換膜M為陰離子交換膜
C．正極的電極反應式：4Li＋ ＋4e－＋3CO2===2Li2CO3＋C
D．可采用LiNO3水溶液作為電解質溶液
3．[2024·浙江樂清聯考]某課題組以納米Fe2O3作為電極材料制備鋰離子電池(另一極為金屬鋰和石墨的復合材料)，通過在室溫條件下對鋰離子電池進行循環充放電，成功地實現了對磁性的可逆調控(如圖所示)。下列說法正確的是(　　)
A．該電池可以用LiCl溶液做電解質溶液
B．放電時，Fe2O3做負極
C．放電時，負極的電極反應式為
2Li－2e－＋O2－===Li2O
D．選擇合適條件反應，該電池能量轉化效率可達100%
考點二　微生物燃料電池
微生物燃料電池是一種利用微生物將有機物中的化學能直接轉化成電能的裝置。其基本工作原理是在負極室厭氧環境下，有機物在微生物作用下分解并釋放出電子和質子，電子依靠合適的電子傳遞介體在生物組分和負極之間進行有效傳遞，并通過外電路傳遞到正極形成電流，而質子通過質子交換膜傳遞到正極，氧化劑(如氧氣)在正極得到電子被還原。
【教考銜接】
典例[2020·山東卷，10]微生物脫鹽電池是一種高效、經濟的能源裝置，利用微生物處理有機廢水獲得電能，同時可實現海水淡化。現以NaCl溶液模擬海水，采用惰性電極，用下圖裝置處理有機廢水(以含CH3COO－的溶液為例)。下列說法錯誤的是(　　)
A.負極反應為
CH3COO－＋2H2O－8e－===2CO2↑＋7H＋
B．隔膜1為陽離子交換膜，隔膜2為陰離子交換膜
C．當電路中轉移1 mol電子時，模擬海水理論上除鹽58.5 g
D．電池工作一段時間后，正、負極產生氣體的物質的量之比為2∶1
聽課筆記　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
【對點演練】
1．[2024·遼寧沈陽模擬]微生物燃料電池是指在微生物的作用下將化學能轉化為電能的裝置。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．該電池在高溫條件下效率更高
B．電子從b流出，經外電路流向a
C．HS－在硫氧化菌作用下轉化為的反應是＋9H＋
D.該電池正極的電極反應式為：
O2＋4e－＋2H2O===4OH－
2．[2024·山西朔州摸底]利用某新型微生物電池可消除水中碳水化合物的污染，其工作原理如圖所示，下列有關說法正確的是(　　)
A．X電極是負極
B．Y電極上的反應式：Cm(H2O)n－4me－===mCO2↑＋(n－2m)H2O＋4mH＋
C．H＋由左向右移動
D．有1 mol CO2生成時，消耗1 mol MnO2
考點三　物質循環轉化型電池
根據物質轉化中，元素化合價的變化或離子的移動(陽離子移向正極區域，陰離子移向負極區域)判斷電池的正、負極，是分析該電池的關鍵。
【教考銜接】
典例[2022·遼寧卷，12]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
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【對點演練】
1．[2024·江西吉安校際聯考]一種熔融碳酸鹽燃料電池原理示意如圖，下列有關該電池的說法正確的是(　　)
A．反應CH4＋H2O催化劑,△3H2＋CO消耗1 mol CH4轉移4 mol電子
B．電極A上H2參與的電極反應為：H2＋2OH－－2e－===2H2O
C．電池工作時向電極B移動
D．電極B上發生的電極反應為：
2．液流電池是電化學儲能領域的一個研究熱點，其優點是儲能容量大、使用壽命長。下圖為一種中性Zn/Fe液流電池的結構及工作原理圖。下列有關說法錯誤的是(　　)
A.充電時電極A連電源負極
B．放電時正極電極反應為
C．放電時負極區離子濃度增大，正極區離子濃度減小
D．充電時陰極電極反應：
＋2e－===Zn＋4Br－
考點四　濃差電池
1.在濃差電池中，為了限定某些離子的移動，常涉及到“離子交換膜”。
(1)常見的離子交換膜
陽離子交換膜 只允許陽離子(包括H＋)通過
陰離子交換膜 只允許陰離子通過
質子交換膜 只允許H＋通過
(2)離子交換膜的作用
①能將兩極區隔離，阻止兩極物質發生化學反應。
②能選擇性地允許離子通過，起到平衡電荷、形成閉合回路的作用。
(3)離子交換膜的選擇依據：離子的定向移動。
2．“濃差電池”的分析方法
濃差電池是利用物質的濃度差產生電勢的一種裝置。兩側半電池中的特定物質有濃度差，離子均是由“高濃度”移向“低濃度”，依據陰離子移向負極區域，陽離子移向正極區域判斷電池的正、負極，這是解題的關鍵。
【教考銜接】
典例[2022·浙江1月，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＝(E－常數)/0.059。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
聽課筆記　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
【對點演練】
1．濃差電池中的電動勢是由于電池中存在濃度差而產生的。某濃差電池的原理如圖所示，該電池從濃縮海水中提取LiCl的同時又獲得了電能。下列有關該電池的說法錯誤的是(　　)
A．電池工作時，Li＋通過離子導體移向Y極區
B．電流由X極通過外電路流向Y極
C．正極發生的反應為2H＋＋2e－===H2↑
D．Y極每生成1 mol Cl2，X極區得到2 mol LiCl
2.
利用電解質溶液的濃度對電極電勢的影響，可設計濃差電池。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，左側電極質量減少，右側電極質量增加，中間A為陰離子交換膜，放電后可利用廢熱進行充電再生。下列說法不正確的是(　　)
已知：。
A．放電時，左側電極發生氧化反應：
B．放電時，電池的總反應為　ΔH>0
C．放電時經離子交換膜由右側向左側遷移
D．上述原電池的形成說明相同條件下的氧化性比Cu2＋的弱
第36講　新型化學電源
考點一
突破·關鍵能力
教考銜接
典例1　解析：根據題給電池裝置圖并結合陰、陽極電極反應可知，充電時，電池的總反應為Li2O2===2Li＋O2，A項正確；由題干中光照時陰、陽極反應可知，充電效率與光照產生的電子和空穴量有關，B項正確；放電時題給裝置為原電池，陽離子（Li＋）向正極遷移，C項錯誤；根據題給裝置圖可知，放電時正極上O2得電子并與Li＋結合生成Li2O2，即O2＋2Li＋＋2e－===Li2O2，D項正確。
答案：C
典例2　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，反應可表示為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變成Li＋，正極上Li1－xCoO2得到電子和Li＋變為LiCoO2，故電池總反應可表示為LixSi＋Li1－xCoO2Si＋LiCoO2，D說法正確。
答案：B
對點演練
1．解析：由圖分析知電極a為負極，電極b為正極，放電時，內電路中Li＋從電極a移向電極b，B正確；Al2O3為固體電解質，能導電，同時將兩極反應物隔開，C正確；當外電路中通過0.2 mol e－時，陽極區生成0.1x mol硫，故陽極區生成硫的質量為3.2x g，D錯誤。
答案：D
2．解析：Li為原電池的負極，電子從Li電極經導線流向CO2電極，所以X方向為電子方向，A錯誤；離子交換膜需要Li＋通過，所以M為陽離子交換膜，B錯誤；正極為CO2生成C單質，電極反應式：4Li＋＋4e－＋3CO2===2Li2CO3＋C，C正確；Li為活潑金屬，能與水反應，所以該電池不能用水性電解質，D錯誤。
答案：C
3．解析：Li為活潑金屬單質，電池放電時Li為負極，據圖可知被氧化為Li2O，Fe2O3為正極，被還原為Fe單質，從而被磁鐵吸引。單質鋰可以與水反應（類似金屬鈉），電解質溶液不能是水溶液，A錯誤；放電時Fe2O3做正極，B錯誤；放電時Li為負極被氧化為Li2O，電極反應為：2Li－2e－＋O2－===Li2O，C正確；電池能量轉化效率不可能達到100%，D錯誤。
答案：C
考點二
突破·關鍵能力
教考銜接
典例　解析：結合圖示可知放電時的電極反應如下：
電極名稱 電極反應
負極（a極） CH3COO－＋2H2O－8e－===2CO2↑＋7H＋
正極（b極） 2H＋＋2e－===H2↑
根據上述分析可知，A項正確；該電池工作時，Cl－向a極移動，Na＋向b極移動，即隔膜1為陰離子交換膜，隔膜2為陽離子交換膜，B項錯誤；電路中轉移1 mol電子時，向a極和b極分別移動1 mol Cl－和1 mol Na＋，則模擬海水理論上可除鹽58.5 g，C項正確；電池工作時負極產生CO2，正極產生H2，結合正、負極的電極反應知，一段時間后，正極和負極產生氣體的物質的量之比為2∶1，D項正確。
答案：B
對點演練
1．解析：由圖可知，硫酸鹽還原菌可將有機物氧化為CO2，而硫氧化菌可將HS－氧化為，所以兩種菌類的存在，循環把有機物氧化成CO2并放出電子，負極a上HS－在硫氧化菌作用下轉化為，失電子發生氧化反應，負極反應式是HS－＋4H2O－8e－===＋9H＋，正極b上O2得電子發生還原反應，正極反應式為4H＋＋O2＋4e－===2H2O，原電池工作時，溶液中的陽離子移向正極、陰離子移向負極，電子由負極經過導線流向正極。高溫條件下微生物會變性而死亡，該電池不能正常工作，故A錯誤；在原電池中，陽離子移向正極，陰離子移向負極，因此可判斷，a為負極，b為正極，電子從a極流出，經外電路移向b極，故B錯誤；負極a上HS－在硫氧化菌作用下轉化為，失電子發生氧化反應，負極反應式是HS－＋4H2O－8e－===＋9H＋，故C正確；正極b上O2得電子發生還原反應，正極反應式為4H＋＋O2＋4e－===2H2O，故D錯誤。
答案：C
2．解析：根據裝置圖，X電極上MnO2轉化成Mn2＋，化合價降低，發生還原反應，X作正極，A錯誤；Y電極為負極，Cm（H2O）n中C的平均化合價由0價升高為＋4價，電極反應式為Cm（H2O）n－4me－===mCO2↑＋（n－2m）H2O＋4mH＋，B正確；根據原電池工作原理，陽離子由負極向正極移動，即H＋由右向左移動，C錯誤；正極反應式為MnO2＋2e－＋4H＋===Mn2＋＋2H2O，建立關系式為2mMnO2～4me－～mCO2，有1 mol CO2生成時，消耗2 mol MnO2，D錯誤。
答案：B
考點三
突破·關鍵能力
教考銜接
典例　解析：放電時負極反應：Na3Ti2（PO4）3－2e－===NaTi2（PO4）3＋2Na＋，正極反應：Cl2＋2e－===2Cl－，消耗氯氣，放電時，陰離子移向負極，充電時陽極：2Cl－－2e－===Cl2，A正確；放電時，陰離子移向負極，放電時Cl－透過多孔活性炭電極向NaCl中遷移，B錯誤；放電時每轉移1 mol電子，正極：Cl2＋2e－===2Cl－，理論上CCl4釋放0.5 mol Cl2，C錯誤；充電過程中，陽極：2Cl－－2e－===Cl2，消耗氯離子，NaCl溶液濃度減小，D錯誤。
答案：A
對點演練
1．解析：熔融碳酸鹽燃料電池以可燃物的燃燒反應為基礎設計，電極A通入CO和H2，作負極失電子發生氧化反應，電極B為正極，電極反應式為O2＋4e－＋CO2===2。反應CH4＋H2O3H2＋CO，C元素化合價由－4價升高到＋2價，H元素化合價由＋1價降低到0價，每消耗1 mol CH4轉移6 mol電子，A錯誤；電解質沒有OH－，負極電極A反應為H2＋CO＋2＋4e－===H2O＋3CO2，B錯誤；電池工作時，向負極移動，即向電極A移動，C錯誤；B為正極，正極為氧氣得電子生成，反應為O2＋2CO2＋4e－===2，D正確。
答案：D
2．解析：由圖可知，放電時，電極A為負極，電極反應式為Zn＋4Br－－2e－===，放電時負極區離子濃度減小，C錯誤；電極B為正極，電極反應式為＋e－===
，故B正確；充電時，電極A連電源負極，作電解池的陰極，電極反應式為＋2e－===Zn＋4Br－，故A、D正確。
答案：C
考點四
突破·關鍵能力
教考銜接
典例　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；已知：pH與電池的電動勢E存在關系：pH＝（E－常數）/0.059，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＝（E－常數）/0.059，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。
答案：C
對點演練
1．解析：加入鹽酸，X極上生成氫氣，H＋發生還原反應：2H＋＋2e－===H2↑，X極為正極，Y極上Cl－發生氧化反應：2Cl－－2e－===Cl2↑，Y極是負極，電池工作時，Li＋向X極區移動，A項錯誤、C項正確；在外電路中電流由正極流向負極，B項正確；Y極每生成1 mol Cl2，轉移2 mol電子，有2 mol Li＋向正極移動，則X極區得到2 mol LiCl，D項正確。
答案：A
2．解析：通入NH3時電池開始工作，左側電極質量減少，則左側電極作負極，電極反應為Cu＋4NH3－2e－===；右側電極質量增加，則右側電極作正極，電極反應為Cu2＋＋2e－===Cu，則放電時電池的總反應為Cu2＋＋4NH3===，結合題給信息可知，ΔH＜0，A項正確、B項錯誤；A為陰離子交換膜，則放電時，經離子交換膜由右側向左側遷移，C項正確；負極反應中，Cu作還原劑，失電子生成氧化產物，正極反應中Cu2＋作氧化劑，相同條件下，氧化劑的氧化性大于氧化產物的氧化性，則氧化性：Cu2＋>，D項正確。
答案：B(共44張PPT)
第36講　新型化學電源
1. 知道常考新型化學電源的類型及考查方式。
2．會分析新型化學電源的工作原理，能正確書寫新型化學電源的電極反應式及電池反應方程式。
考點一
考點二
考點三
考點四
考點一
考點一　鋰電池和鋰離子電池
1.鋰電池
鋰電池是一類由金屬鋰或鋰合金為負極材料、使用非水電解質溶液的電池。工作時金屬鋰失去電子被氧化為Li＋，負極反應均為Li－e－===Li＋，負極生成的Li＋經過電解質定向移動到正極。
2．鋰離子二次電池
(1)鋰離子電池基于電化學“嵌入/脫嵌”反應原理，替代了傳統的“氧化—還原”原理；在兩極形成的電壓降的驅動下，Li＋可以從電極材料提供的“空間”中“嵌入”或“脫嵌”。
(2)鋰離子電池充電時陰極反應式一般為＋xe－===LixC6；放電時負極反應是充電時陰極反應的逆過程：LixC6－xe－===C6＋xLi＋。
(3)鋰離子電池的正極材料一般為含Li＋的化合物，目前已商業化的正極材料有LiFePO4、、LiMn2O4等。
【教考銜接】
典例1 [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：根據題給電池裝置圖并結合陰、陽極電極反應可知，充電時，電池的總反應為Li2O2===2Li＋O2，A項正確；由題干中光照時陰、陽極反應可知，充電效率與光照產生的電子和空穴量有關，B項正確；放電時題給裝置為原電池，陽離子（Li＋）向正極遷移，C項錯誤；根據題給裝置圖可知，放電時正極上O2得電子并與Li＋結合生成Li2O2，即O2＋2Li＋＋2e－===Li2O2，D項正確。
典例2 [2021·浙江6月，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
答案：B
【對點演練】
1．[2024·山東青州校際聯考]鋰－液態多硫電池具有能量密度高、儲能成本低等優點，以熔融金屬鋰、熔融硫和多硫化鋰[Li2Sx(2≤x≤8)]分別作兩個電極的反應物，固體Al2O3陶瓷(可傳導Li＋)為電解質，其反應原理如圖所示。
下列說法錯誤的是(　　)
A.該電池比鈉－液態多硫電池的比能量高
B．放電時，內電路中Li＋的移動方向為從電極a到電極b
C．Al2O3的作用是導電、隔離電極反應物
D．充電時，外電路中通過0.2 mol電子，陽極區單質硫的質量增加3.2 g
答案：D
解析：由圖分析知電極a為負極，電極b為正極，放電時，內電路中Li＋從電極a移向電極b，B正確；Al2O3為固體電解質，能導電，同時將兩極反應物隔開，C正確；當外電路中通過0.2 mol e－時，陽極區生成0.1x mol硫，故陽極區生成硫的質量為3.2x g，D錯誤。
2．[2024·湖北荊州模擬]鋰電池在航空航天領域應用廣泛，Li CO2電池供電的反應機理如圖所示，下列說法正確的是(　　)
A. X方向為電流方向
B．交換膜M為陰離子交換膜
C．正極的電極反應式：4Li＋ ＋4e－＋3CO2===2Li2CO3＋C
D．可采用LiNO3水溶液作為電解質溶液
答案：C
解析：Li為原電池的負極，電子從Li電極經導線流向CO2電極，所以X方向為電子方向，A錯誤；離子交換膜需要Li＋通過，所以M為陽離子交換膜，B錯誤；正極為CO2生成C單質，電極反應式：4Li＋＋4e－＋3CO2===2Li2CO3＋C，C正確；Li為活潑金屬，能與水反應，所以該電池不能用水性電解質，D錯誤。
3．[2024·浙江樂清聯考]某課題組以納米Fe2O3作為電極材料制備鋰離子電池(另一極為金屬鋰和石墨的復合材料)，通過在室溫條件下對鋰離子電池進行循環充放電，成功地實現了對磁性的可逆調控(如圖所示)。
下列說法正確的是(　　)
A．該電池可以用LiCl溶液做電解質溶液
B．放電時，Fe2O3做負極
C．放電時，負極的電極反應式為
2Li－2e－＋O2－===Li2O
D．選擇合適條件反應，該電池能量轉化效率可達100%
答案：C
解析：Li為活潑金屬單質，電池放電時Li為負極，據圖可知被氧化為Li2O，Fe2O3為正極，被還原為Fe單質，從而被磁鐵吸引。單質鋰可以與水反應（類似金屬鈉），電解質溶液不能是水溶液，A錯誤；放電時Fe2O3做正極，B錯誤；放電時Li為負極被氧化為Li2O，電極反應為：2Li－2e－＋O2－===Li2O，C正確；電池能量轉化效率不可能達到100%，D錯誤。
考點二
考點二　微生物燃料電池
微生物燃料電池是一種利用微生物將有機物中的化學能直接轉化成電能的裝置。其基本工作原理是在負極室厭氧環境下，有機物在微生物作用下分解并釋放出電子和質子，電子依靠合適的電子傳遞介體在生物組分和負極之間進行有效傳遞，并通過外電路傳遞到正極形成電流，而質子通過質子交換膜傳遞到正極，氧化劑(如氧氣)在正極得到電子被還原。
【教考銜接】
典例[2020·山東卷，10]微生物脫鹽電池是一種高效、經濟的能源裝置，利用微生物處理有機廢水獲得電能，同時可實現海水淡化。現以NaCl溶液模擬海水，采用惰性電極，用下圖裝置處理有機廢水(以含CH3COO－的溶液為例)。下列說法錯誤的是(　　)
A.負極反應為CH3COO－＋2H2O－8e－===2CO2↑＋7H＋
B．隔膜1為陽離子交換膜，隔膜2為陰離子交換膜
C．當電路中轉移1 mol電子時，模擬海水理論上除鹽58.5 g
D．電池工作一段時間后，正、負極產生氣體的物質的量之比為2∶1
答案：B
解析：結合圖示可知放電時的電極反應如下：
根據上述分析可知，A項正確；該電池工作時，Cl－向a極移動，Na＋向b極移動，即隔膜1為陰離子交換膜，隔膜2為陽離子交換膜，B項錯誤；電路中轉移1 mol電子時，向a極和b極分別移動1 mol Cl－和1 mol Na＋，則模擬海水理論上可除鹽58.5 g，C項正確；電池工作時負極產生CO2，正極產生H2，結合正、負極的電極反應知，一段時間后，正極和負極產生氣體的物質的量之比為2∶1，D項正確。
電極名稱 電極反應
負極（a極） CH3COO－＋2H2O－8e－===2CO2↑＋7H＋
正極（b極） 2H＋＋2e－===H2↑
【對點演練】
1．[2024·遼寧沈陽模擬]微生物燃料電池是指在微生物的作用下將化學能轉化為電能的裝置。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．該電池在高溫條件下效率更高
B．電子從b流出，經外電路流向a
C．HS－在硫氧化菌作用下轉化為的反應是＋9H＋
D.該電池正極的電極反應式為：O2＋4e－＋2H2O===4OH－
答案：C
解析：由圖可知，硫酸鹽還原菌可將有機物氧化為CO2，而硫氧化菌可將HS－氧化為，所以兩種菌類的存在，循環把有機物氧化成CO2并放出電子，負極a上HS－在硫氧化菌作用下轉化為，失電子發生氧化反應，負極反應式是HS－＋4H2O－8e－===＋9H＋，正極b上O2得電子發生還原反應，正極反應式為4H＋＋O2＋4e－===2H2O，原電池工作時，溶液中的陽離子移向正極、陰離子移向負極，電子由負極經過導線流向正極。高溫條件下微生物會變性而死亡，該電池不能正常工作，故A錯誤；在原電池中，陽離子移向正極，陰離子移向負極，因此可判斷，a為負極，b為正極，電子從a極流出，經外電路移向b極，故B錯誤；負極a上HS－在硫氧化菌作用下轉化為，失電子發生氧化反應，負極反應式是HS－＋4H2O－8e－===＋9H＋，故C正確；正極b上O2得電子發生還原反應，正極反應式為4H＋＋O2＋4e－===2H2O，故D錯誤。
2．[2024·山西朔州摸底]利用某新型微生物電池可消除水中碳水化合物的污染，其工作原理如圖所示，下列有關說法正確的是(　　)
A．X電極是負極
B．Y電極上的反應式：Cm(H2O)n－4me－===mCO2↑＋(n－2m)H2O＋4mH＋
C．H＋由左向右移動
D．有1 mol CO2生成時，消耗1 mol MnO2
答案：B
解析：根據裝置圖，X電極上MnO2轉化成Mn2＋，化合價降低，發生還原反應，X作正極，A錯誤；Y電極為負極，Cm（H2O）n中C的平均化合價由0價升高為＋4價，電極反應式為Cm（H2O）n－4me－===mCO2↑＋（n－2m）H2O＋4mH＋，B正確；根據原電池工作原理，陽離子由負極向正極移動，即H＋由右向左移動，C錯誤；正極反應式為MnO2＋2e－＋4H＋===Mn2＋＋2H2O，建立關系式為2mMnO2～4me－～mCO2，有1 mol CO2生成時，消耗2 mol MnO2，D錯誤。
考點三
考點三　物質循環轉化型電池
根據物質轉化中，元素化合價的變化或離子的移動(陽離子移向正極區域，陰離子移向負極區域)判斷電池的正、負極，是分析該電池的關鍵。
【教考銜接】
典例[2022·遼寧卷，12]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：放電時負極反應：Na3Ti2（PO4）3－2e－===NaTi2（PO4）3＋2Na＋，正極反應：Cl2＋2e－===2Cl－，消耗氯氣，放電時，陰離子移向負極，充電時陽極：2Cl－－2e－===Cl2，A正確；放電時，陰離子移向負極，放電時Cl－透過多孔活性炭電極向NaCl中遷移，B錯誤；放電時每轉移1 mol電子，正極：Cl2＋2e－===2Cl－，理論上CCl4釋放0.5 mol Cl2，C錯誤；充電過程中，陽極：2Cl－－2e－===Cl2，消耗氯離子，NaCl溶液濃度減小，D錯誤。
【對點演練】
1．[2024·江西吉安校際聯考]一種熔融碳酸鹽燃料電池原理示意如圖，下列有關該電池的說法正確的是(　　)
A．反應CH4＋H2O催化劑,△3H2＋CO消耗1 mol CH4轉移4 mol電子
B．電極A上H2參與的電極反應為：H2＋2OH－－2e－===2H2O
C．電池工作時向電極B移動
D．電極B上發生的電極反應為：
答案：D
2．液流電池是電化學儲能領域的一個研究熱點，其優點是儲能容量大、使用壽命長。下圖為一種中性Zn/Fe液流電池的結構及工作原理圖。下列有關說法錯誤的是(　　)
A.充電時電極A連電源負極
B．放電時正極電極反應為
C．放電時負極區離子濃度增大，正極區離子濃度減小
D．充電時陰極電極反應：＋2e－===Zn＋4Br－
答案：C
解析：由圖可知，放電時，電極A為負極，電極反應式為Zn＋4Br－－2e－===，放電時負極區離子濃度減小，C錯誤；電極B為正極，電極反應式為＋e－===
，故B正確；充電時，電極A連電源負極，作電解池的陰極，電極反應式為＋2e－===Zn＋4Br－，故A、D正確。
考點四
考點四　濃差電池
1.在濃差電池中，為了限定某些離子的移動，常涉及到“離子交換膜”。
(1)常見的離子交換膜
(2)離子交換膜的作用
①能將兩極區隔離，阻止兩極物質發生化學反應。
②能選擇性地允許離子通過，起到平衡電荷、形成閉合回路的作用。
(3)離子交換膜的選擇依據：離子的定向移動。
陽離子交換膜 只允許陽離子(包括H＋)通過
陰離子交換膜 只允許陰離子通過
質子交換膜 只允許H＋通過
2．“濃差電池”的分析方法
濃差電池是利用物質的濃度差產生電勢的一種裝置。兩側半電池中的特定物質有濃度差，離子均是由“高濃度”移向“低濃度”，依據陰離子移向負極區域，陽離子移向正極區域判斷電池的正、負極，這是解題的關鍵。
【教考銜接】
典例[2022·浙江1月，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＝(E－常數)/0.059。
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；已知：pH與電池的電動勢E存在關系：pH＝（E－常數）/0.059，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＝（E－常數）/0.059，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。
【對點演練】
1．濃差電池中的電動勢是由于電池中存在濃度差而產生的。某濃差電池的原理如圖所示，該電池從濃縮海水中提取LiCl的同時又獲得了電能。下列有關該電池的說法錯誤的是(　　)
A．電池工作時，Li＋通過離子導體移向Y極區
B．電流由X極通過外電路流向Y極
C．正極發生的反應為2H＋＋2e－===H2↑
D．Y極每生成1 mol Cl2，X極區得到2 mol LiCl
答案：A
解析：加入鹽酸，X極上生成氫氣，H＋發生還原反應：2H＋＋2e－===H2↑，X極為正極，Y極上Cl－發生氧化反應：2Cl－－2e－===Cl2↑，Y極是負極，電池工作時，Li＋向X極區移動，A項錯誤、C項正確；在外電路中電流由正極流向負極，B項正確；Y極每生成1 mol Cl2，轉移2 mol電子，有2 mol Li＋向正極移動，則X極區得到2 mol LiCl，D項正確。
2.利用電解質溶液的濃度對電極電勢的影響，可設計濃差電池。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，左側電極質量減少，右側電極質量增加，中間A為陰離子交換膜，放電后可利用廢熱進行充電再生。
下列說法不正確的是(　　)
已知：。
A．放電時，左側電極發生氧化反應：
B．放電時，電池的總反應為　ΔH>0
C．放電時經離子交換膜由右側向左側遷移
D．上述原電池的形成說明相同條件下的氧化性比Cu2＋的弱
答案：B
解析：通入NH3時電池開始工作，左側電極質量減少，則左側電極作負極，電極反應為Cu＋4NH3－2e－===；右側電極質量增加，則右側電極作正極，電極反應為Cu2＋＋2e－===Cu，則放電時電池的總反應為Cu2＋＋4NH3===，結合題給信息可知，ΔH＜0，A項正確、B項錯誤；A為陰離子交換膜，則放電時，經離子交換膜由右側向左側遷移，C項正確；負極反應中，Cu作還原劑，失電子生成氧化產物，正極反應中Cu2＋作氧化劑，相同條件下，氧化劑的氧化性大于氧化產物的氧化性，則氧化性：Cu2＋>，D項正確。

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