第39讲 新型化学电源分类突破-【优化探究】2026高考化学一轮复习高考总复习配套课件（人教版）

第十章　化学反应与能量 第39讲　新型化学电源分类突破 优化探究 大单元四　化学反应原理 [导航·复习目标]　1.了解常考新型化学电源的类型，会分析新型化学电源的工作原理。2.能根据原电池原理正确书写新型化学电源的电极反应式。 2 考点一　金属(或金属离子)电池 考点二　微生物燃料电池 练真题 明考向 考点三　液流循环电池 课时作业39　新型化学电源分类突破 考点四　浓差电池 3 考点一　金属(或金属离子)电池 4 1.Li-CO2电池 (1)电池装置 梳理 必备知识 (2)电池反应 4Li＋3CO2 2Li2CO3＋C(隔膜只允许锂离子 通过，向_________极移动)。 (3)电极反应 放电时 负极：Li-e－====Li＋。 正极：3CO2＋4Li＋＋4e－====2Li2CO3＋C。 正 5 2.LiFePO4-C电池 (1)电池装置 (2)电池反应 LFePO4＋LixC6 LiFePO4＋6C(隔膜只 允许锂离子通过，向_________极移动)。 正 6 (3)电极反应 放电时 负极：LixC6－xe－====6C＋xLi＋。 正极：LFePO4＋xLi＋＋xe－====LiFePO4。 充电时 阴极：xLi＋＋6C＋xe－====LixC6。 阳极：LiFePO4－xe－====xLi＋＋LFePO4。 7 3.全固态锂硫电池 (1)电池装置 (2)电池反应 16Li＋xS8 8Li2Sx(2≤x≤8)(Li＋移向正极a)。 电极a掺有石墨烯的目的是增强电极导电性。 8 (3)电极反应 放电时，电极b为负极，电极反应式：Li－e－====Li＋。 电极a是正极，发生还原反应： S8＋2e－====(2Li＋＋====Li2S8)、 2Li＋＋3Li2S8＋2e－====4Li2S6、 2Li＋＋2Li2S6＋2e－====3Li2S4、 2Li＋＋Li2S4＋2e－====2Li2S2。 9 4.钠离子-石墨电池 放电时，电极b电极反应式为Na－e－====Na＋，电极a电极反应式为 Na1－xFePO4＋xNa＋＋xe－====NaFePO4。 10 1.(2023·全国乙卷)室温钠－硫电池被认为是一种成本低、比能量高的能源存储系统。一种室温钠－硫电池的结构如图所示。将钠箔置于聚苯并咪唑膜上作为一个电极，表面喷涂有硫黄粉末的炭化纤维素纸作为另一电极。工作时，在硫电极发生反应：S8＋e－＋e－，2Na＋＋＋2e－Na2Sx 提升 关键能力 11 下列叙述错误的是(　　) A.充电时Na＋从钠电极向硫电极迁移 B.放电时外电路电子流动的方向是a→b C.放电时正极反应为2Na＋＋S8＋2e－Na2Sx D.炭化纤维素纸的作用是增强硫电极导电性能 A 12 解析：充电时为电解池装置，阳离子移向阴极，Na＋由硫电极迁移至钠电极，A错误；放电时Na在a电极失去电子，失去的电子经外电路流向b电极，即电子在外电路的流向为a→b，B正确；将题给硫电极发生的反应依次编号为①②③，由×①＋×②＋③可得正极的反应式为2Na＋＋S8＋2e－Na2Sx，C正确；炭化纤维素纸中含有大量的炭，炭具有良好的导电性，可以增强硫电极的导电性能，D正确。 13 2.(2023·新课标卷)一种以V2O5和Zn为电极、水溶液为电解液的电池，其示意图如图所示。放电时，Zn2＋可插入V2O5层间形成 ZnxV2O5·nH2O。下列说法错误的是(　　) A.放电时V2O5为正极 B.放电时Zn2＋由负极向正极迁移 C.充电总反应：xZn＋V2O5＋ nH2O====ZnxV2O5·nH2O D.充电阳极反应：ZnxV2O5· nH2O－2xe－====xZn2＋＋V2O5＋nH2O C 14 解析：放电时，Zn2＋可插入V2O5层间形成ZnxV2O5·nH2O，V2O5发生了还原反应，则放电时V2O5为正极，A正确；Zn为负极，放电时Zn失去电子变为Zn2＋，阳离子向正极迁移，则放电时Zn2＋由负极向正极迁移，B正确；电池在放电时的总反应为xZn＋V2O5＋nH2O====ZnxV2O5 ·nH2O，则其在充电时的总反应为ZnxV2O5·nH2O====xZn＋V2O5＋nH2O，C不正确；充电时阳极上ZnxV2O5·nH2O被氧化为V2O5，则阳极的电极反应为ZnxV2O5·nH2O－2xe－====xZn2＋＋V2O5＋nH2O，D正确。 15 3.(2022·全国乙卷)Li-O2电池比能量高，在汽车、航天等领域具有良好的应用前景。近年来，科学家研究了一种光照充电Li-O2电池(如图所 示)。光照时，光催化电极产生电子(e－)和空穴(h＋)，驱动阴极反应 (Li＋＋e－====Li)和阳极反应(Li2O2＋2h＋====2Li＋＋O2)对电池进行充 电。下列叙述错误的是(　　) A.充电时，电池的总反应Li2O2====2Li＋O2 B.充电效率与光照产生的电子和空穴量有关 C.放电时，Li＋从正极穿过离子交换膜向负极迁移 D.放电时，正极发生反应O2＋2Li＋＋2e－====Li2O2 C 16 解析：充电时为电解池，由题目信息知，光照时，光催化电极产生电子和空穴，驱动阴极反应(Li＋＋e－====Li)和阳极反应(Li2O2＋2h＋==== 2Li＋＋O2)，则充电时，电池的总反应为Li2O2====2Li＋O2，因此，充电效率与光照产生的电子和空穴量有关，A、B正确；放电时，金属Li电极为负极，光催化电极为正极，Li＋从负极穿过离子交换膜向正极迁移，C错误；放电时，电池总反应为2Li＋O2====Li2O2，则正极反应为O2＋2Li＋＋2e－====Li2O2，D正确。 4.(2025·湖北宜昌高三期末检测)LiPON薄膜锂离子电池是研究很广泛的全固态薄膜锂离子电池，其工作原理示意图如图。LiPON薄膜只允许 Li＋通过，电池总反应为LixSi＋LCoO2 Si＋LiCoO2。下列有关 说法正确的是(　　) A.LiPON薄膜在充放电过程中质量发生变化 B.导电介质c可为Li2SO4溶液 C.放电时b极为正极，电极反应为L CoO2＋xLi＋＋xe－====LiCoO2 D.充电时，当外电路通过0.2 mol电子时，非晶硅薄膜上质量减少1.4 g C 解析：由题干信息中电池总反应LixSi＋LCoO2 Si＋LiCoO2可知，充电时Li＋得电子变为Li嵌入非晶硅薄膜(a极)中，故a极为阴极，电极反应为xLi＋＋xe－＋Si====LixSi，b极为阳极，电极反应为LiCoO2－ xe－====Li1－xCoO2＋xLi＋，放电时a极为负极，电极反应为LixSi－xe－====Si＋xLi＋，b极为正极，电极反应为Li1－xCoO2＋xLi＋＋xe－==== LiCoO2。A项，LiPON薄膜在充放电过程中起类似“盐桥”的作用，并未参与电极反应，故其质量不发生变化，A错误；B项，由于2Li＋2H2O ====2LiOH＋H2↑，故导电介质c中不能有水，不能为Li2SO4溶液，B错误；C项，放电时b极为正极，电极反应为Li1－xCoO2＋xLi＋＋xe－==== LiCoO2，C正确；D项，充电时，a极为阴极，电极反应为xLi＋＋xe－＋Si====LixSi，当外电路通过0.2 mol电子时，非晶硅薄膜上质量增加 0.2 mol×7 g·mol－1＝1.4 g，D错误。 考点二　微生物燃料电池 20 微生物燃料电池是一种利用微生物将有机化合物中的化学能直接转化成电能的装置。其基本工作原理是在负极室厌氧环境下，有机化合物在微生物作用下分解并释放出电子和质子，电子依靠合适的电子传递介体在生物组分和负极之间进行有效传递，并通过外电路传递到正极形成电流，而质子通过质子交换膜传递到正极，氧化剂(一般为氧气)在正极得到电子被还原与质子结合成水。 梳理 必备知识 21 1.(2025·江西南昌模拟)沉积物微生物燃料电池(SMFC)可以将沉积物中的化学能直接转化为电能，同时加速沉积物中污染物的去除，用SMFC 处理含硫废水的工作原理如图所示。下列说法正确的是(　　) 提升 关键能力 A.外电路的电流方向是从碳棒b 到碳棒a B.碳棒a附近酸性增强 C.碳棒b存在电极反应：S－6e－＋ 4H2O====S＋8H＋ D.升高温度一定能提高电池的能 量转化效率 C 22 解析：在光合菌作用下产生的O2得电子结合H＋生成H2O，故碳棒a为正极，FeSx在硫氧化菌的作用下被氧化为S，S在硫氧化菌的作用下又被氧化为硫酸根离子，故碳棒b为负极。A.根据分析可知，碳棒b为负极，碳棒a为正极，正极的电势高于负极的电势，外电路的电流方向是从碳棒a到碳棒b，A项错误；B.碳棒a为正极，电极反应为O2＋4e－＋4H＋==== 2H2O，碳棒a附近酸性减弱，B项错误；C.根据题图可知，碳棒b存在电极反应：S－6e－＋4H2O====S＋8H＋，C项正确；D.升高温度可能使光合菌、硫氧化菌失去生理活性，降低电池的能量转化效率，D项错误。 23 2.用微生物燃料电池处理含氨氮的废水，是一项重要的研究课题。某科研小组利用如图所示的装置模拟含氨氮废水的处理。下列说法错误的是 (　　) A.附着微生物的石墨为负极 B.处理废水时，不宜在高温下进行 C.石墨电极的电极反应式为2N＋ 10e－＋12H＋====N2↑＋6H2O D.左右两侧电极附近溶液的pH均升高 D 24 解析：A.由题图可知，处理废水过程中，附着微生物的石墨电极上反应物为CH4，生成物为CO2，C元素化合价从－4价升高为＋4价，失去电子，为负极，A项正确；B.微生物在高温下会死亡，所以处理废水时，不宜在高温下进行，B项正确；C.在石墨电极上N得到电子被还原为N2，电极反应式为2N＋10e－＋12H＋====N2↑＋6H2O，C项正确；D.在附着微生物的石墨电极上CH4被氧化为CO2气体，电极反应式为CH4－8e－＋2H2O ====CO2＋8H＋，溶液pH减小，D项错误。 25 考点三　液流循环电池 26 液流循环电池是正、负极电解质溶液分开、各自循环的一种高性能蓄电池，具有容量高、使用领域(环境)广、循环使用寿命长的特点。它通过正、负极电解质溶液活性物质发生可逆氧化还原反应(即价态的可逆变化)实现电能和化学能的相互转化。充电时，阳极(正极)发生氧化反应使活性物质价态升高，阴极(负极)发生还原反应使活性物质价态降低，放电过程与之相反。与一般固态电池不同的是，液流电池的正极和(或)负极电解质溶液储存于电池外部的储罐中，通过泵和管路输送到电池内部进行反应。 梳理 必备知识 27 1.(2025·广西玉林模拟)一种成本低、稳定性好的全碱性多硫化物－空 气液流二次电池工作时，原理如图所示。下列说法正确的是(　　) 提升 关键能力 A.连接负载时，电极A为正极 B.膜a为阴离子交换膜，膜b为阳离子交 换膜 C.连接负载时，负极的电极反应式为 2－2e－==== D.连接电源时，电路中每通过2NA个电子， 生成NaOH的质量为80 g(NA表示阿伏加德罗常数的值) C 28 解析：根据题图可知，连接负载时，电极A发生反应2－2e－====，电极A发生氧化反应，为负极，故A错误，C正确；根据题图可知，电池工作时，膜a、膜b之间生成NaOH，膜a为阳离子交换膜，膜b为阴离子交换膜，故B错误；连接电源时，阳极反应式为4OH－－4e－====O2↑＋2H2O，电路中通过2 mol电子，消耗2 mol NaOH，所以消耗NaOH的质量为80 g，故D错误。 29 2.2023年我国首个兆瓦级铁铬液流电池储能项目在内蒙古成功运行。电池利用溶解在盐酸溶液中的铁、铬离子价态差异进行充、放电，工作原 理如图所示。下列有关叙述正确的是(　　) A.接输电网时，电极a为负极 B.阳极在充电过程中可能会产生H2 C.充电时，阳极的电极反应为Cr2＋－ e－====Cr3＋ D.放电时，每1 mol Cr2＋被氧化， 电池中有1 mol Cl－通过交换膜向b极转移 D 30 解析：A.由图可知，充电时，左侧Fe2＋失去电子发生氧化反应生成Fe3＋，a为阳极；右侧Cr3＋得到电子发生还原反应生成Cr2＋，b为阴极。接输电网时，该装置为原电池，a为正极，b为负极，A错误；B.阴极在充电过程中，H＋可能得到电子发生还原生成H2，B错误；C.充电时，左侧为阳极、右侧为阴极，则左侧Fe2＋失电子生成Fe3＋，阳极的电极反应为Fe2＋－e－====Fe3＋，C错误；D.放电时，负极上每1 mol Cr2＋被氧化生成1 mol Cr3＋，则转移1 mol电子，则电池中有1 mol Cl－通过交换膜向b(负)极转移，D正确。 31 考点四　浓差电池 32 浓差电池是利用物质的浓度差产生电势的一种装置。两侧半电池中的特定物质有浓度差，离子均是由“高浓度”移向“低浓度”，依据阴离子移向负极区域，阳离子移向正极区域判断电池的正、负极，这是解题的关键。 梳理 必备知识 33 1.(2025·辽宁葫芦岛模拟)如图是“海水－河水”浓差电池装置示意图(不考虑溶解氧的影响)，其中a、b均为Ag/AgCl复合电极，下列说法不 正确的是(　　) 提升 关键能力 A.b的电极反应式为AgCl＋e－====Ag＋Cl－ B.内电路中，Na＋由a极区向b极区迁移 C.工作一段时间后，两极NaCl溶液的浓度差 减小 D.电路中转移1 mol e－时，理论上a极区模拟海水的质量减少23 g D 34 解析：由电子移动方向可知，a电极为原电池的负极，模拟海水中的氯离子在负极失去电子发生氧化反应生成氯气，电极反应式为2Cl－—2e－====Cl2↑，b电极为正极，氯化银在正极得到电子发生还原反应生成银和氯离子，电极反应式为AgCl＋e－====Ag＋Cl－，钠离子透过阳离子交换膜进入河水中。A.由分析可知，b电极为正极，氯化银在正极得到电子发生还原反应生成银和氯离子，电极反应式为AgCl＋e－====Ag＋Cl－，故A正确；B.由分析可知，内电路中，钠离子透过阳离子交换膜进入模拟河水中，故B正确；C.由分析可知，a电极为原电池的负极，模拟海水中的氯离子在负极失去电子发生氧化反应生成氯气，b电极为正 35 极，氯化银在正极得到电子发生还原反应生成银和氯离子，钠离子透过阳离子交换膜进入模拟河水中，则电池工作一段时间后，模拟海水区氯化钠溶液浓度减小，模拟河水区氯化钠溶液浓度增大，两极氯化钠溶液的浓度差减小，故C正确；D.由分析可知，a电极为原电池的负极，模拟海水中的氯离子在负极失去电子发生氧化反应生成氯气，电极反应式为2Cl－－2e－====Cl2↑，钠离子透过阳离子交换膜进入模拟河水中，则电路中转移1 mol 电子时，理论上a极区模拟海水的质量减少58.5 g，故D错误。 36 2.由于存在离子浓度差而产生电动势的电池称为离子浓差电池，当两极室离子浓度相等时放电完成。某离子浓差电池的工作原理如图所示，下 列说法正确的是(　　) A.铜电极Ⅰ上发生氧化反应 B.Cu2＋从左极室透过隔膜移向 右极室 C.电池工作一段时间后，右极 室CuSO4溶液浓度增大 D.该电池工作时，电能转化为化学能 C 37 解析：根据题意可知，铜电极Ⅰ附近CuSO4溶液浓度高，发生的反应是Cu2＋＋2e－====Cu，是还原反应，A错误；当两极室离子浓度相等时放电完成，说明左侧硫酸铜溶液浓度要降低，右侧硫酸铜溶液浓度要升高，直至左右两侧硫酸铜溶液浓度相等，则隔膜应为阴离子交换膜，硫酸根离子从左侧移向右侧，B错误；铜电极Ⅱ附近CuSO4溶液浓度低，发生的反应是Cu－2e－====Cu2＋，硫酸根离子从左侧移向右侧，导致右极室CuSO4溶液浓度增大，C正确；该电池工作时，化学能转化为电能，D错误。 38 练真题 明考向 1.(2024·贵州卷)钠基海水电池是一种能量密度高、环境友好的储能电池(示意图如图)，电极材料为钠基材料和选择性催化材料(能抑制海水中Cl－的吸附和氧化)，固体电解质只允许Na＋透过。下列说法正确的是(　　) A.放电时，a电极发生还原反应 B.放电时，b电极的电势低于a电极 C.充电时，b电极的电极反应式为2Cl－－2e－ ====Cl2↑ D.充电时，每转移2 mol电子，理论上有 2 mol Na＋由b电极迁移到a电极 D 解析：钠为活泼金属，失去电子发生氧化反应，a为负极，则b为正极。A.放电时，a电极为负极，钠失去电子发生氧化反应，故A错误；B.放电时，a为负极，b为正极，正极的电势高于负极的电势，b电极的电势高于a电极，故B错误；C.放电时，a为负极，b为正极，充电时，b电极为阳极，由于选择性催化材料能抑制海水中Cl－的吸附和氧化，故电极上不是氯离子放电，故C错误；D.充电时，a为阴极，b为阳极，阳离子向阴极移动，故每转移2 mol电子，理论上有2 mol Na＋由b电极迁移到a电极，故D正确。 2.(2024·江西卷)水系Zn-CO2电池在碳循环方面具有广阔的应用前景。该电池的示意图如图，其中双极膜在工作时催化H2O解离为H＋和OH－， 并在直流电场的作用下分别向两极迁移。下列说法正确的是(　　) A.放电时，Zn电极为负极，发生还原反应 B.充电时，OH－从Zn电极通过双极膜到达 催化电极发生反应 C.放电时，催化电极上的反应为CO2＋2H＋ ＋2e－====CO＋H2O D.充电时，Zn电极上的反应为Zn2＋＋2e－====Zn C 解析：由图知，该电池在放电时，Zn作负 极失去电子，发生氧化反应，电极反应式 为Zn－2e－＋4OH－====[Zn(OH)4]2－，催 化电极作为正极得电子，发生还原反应， 电极反应式为CO2＋2H＋＋2e－====CO＋ H2O，充电时，Zn作为阴极，双极膜在工作时催化H2O解离为H＋和 OH－，氢离子移向阴极，电极反应式为[Zn(OH)4]2－＋4H＋＋2e－==== Zn＋4H2O，催化电极为阳极，双极膜在工作时催化H2O解离为H＋和 OH－，氢氧根离子移向阴极，电极反应式为CO＋2OH－－2e－====CO2 ＋H2O，据此回答。A.由分析知，放电时，Zn电极为负极，发生氧化反应，A错误；B.由分析知，充电时，OH－从双极膜向催化电极移动，并发生反应，B错误；C.由分析知，放电时，催化电极上的反应为CO2＋2H＋＋2e－====CO＋H2O，C正确；D.充电时，Zn电极上的反应为[Zn(OH)4]2－＋4H＋＋2e－====Zn＋4H2O，D错误。 3.(2024·安徽卷) 我国学者研制了一种锌基电极，与涂覆氢氧化镍的镍基电极组成可充电电池，其示意图如图。放电时，Zn转化为2ZnCO3· 3Zn(OH)2。下列说法错误的是(　　) A.放电时，正极反应式为Ni(OH)2＋2e－ ====Ni＋2OH－ B.放电时，若外电路有0.2 mol电子转移， 则有0.1 mol Zn2＋向正极迁移 C.充电时，a为外接电源负极 D.充电时，阴极反应式为2ZnCO3·3Zn(OH)2＋10e－====5Zn＋2C＋ 6OH－ B 解析：放电时，锌基电极为负极，Zn转化为2ZnCO3·3Zn(OH)2，电极反应式为5Zn＋2C＋6OH－－10e－====2ZnCO3·3Zn(OH)2，镍基电极为正极，电极反应式为Ni(OH)2＋2e－====Ni＋2OH－，充电时，a为电源负极，锌基电极为阴极，电极反应式为2ZnCO3·3Zn(OH)2＋10e－====5Zn＋2C＋6OH－，b为电源正极，镍基电极为阳极，电极反应式为Ni＋2OH－－2e－====Ni(OH)2。放电时，镍基电极为正极，电极反应式为Ni(OH)2＋2e－====Ni＋2OH－，A正确；放电时，锌基电极为负极，Zn转化为2ZnCO3·3Zn(OH)2，电极反应式为5Zn＋2C＋6OH－－10e－====2ZnCO3·3Zn(OH)2，混合电解液中没有Zn2＋，B错误；充电时，a为外接电源负极，锌基电极为阴极，C正确；充电时，锌基电极为阴极，电极反应式为2ZnCO3·3Zn(OH)2＋10e－====5Zn＋2C＋6OH－，D正确。 4.(2024·河南卷)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、使用条件宽泛等优点，其工作示意图如图所 示，已知电池放电时不断有NaI生成。下列说法错误的是(　　) A.放电时a电极为负极　　　　　 B.固体电解质NASICON含钠离子 C.充电时阳极反应式：3I－－2e－==== D.转移1 mol e－时，c区和d区的质量差改变23 g D 解析：电池放电时不断有NaI生成，可知放电时a为负极，电极反应式为Na－e－====Na＋，固体电解质NASICON只允许阳离子通过，固体电解质NASICON含钠离子，通过Na＋转移保持两侧电荷守恒，放电时b为正极，电极反应式为＋2e－====3I－；充电时a为阴极，b为阳极，b极反应式为3I－－2e－====，据此分析。A.根据分析，放电时a电极为负极，A正确；B.根据分析，固体电解质NASICON含钠离子，通过Na＋转移保持两侧电荷守恒，B正确；C.充电时b为阳极，b极反应式为3I－－2e－====，C正确；D.放电转移1 mol e－时，1 mol Na＋从c区移出，d区移入1 mol Na＋，两区质量差改变46 g，D错误。 5.(2024·甘肃卷)我国科学家设计了一种新型Zn－S可充电电池，该电池放电时硫电极发生两步反应，分别为S＋2Cu2＋＋4e－====Cu2S、5Cu2＋ ＋O2＋10e－====Cu＋2Cu2O，下列说法错误的是(　　) A.放电时锌电极发生的反应为Zn－2e－====Zn2＋ B.该电池充电时Cu2＋的浓度增大 C.该电池放电时电子从锌电极流出 D.每生成1 mol铜，外电路中通过10 mol电子 D 解析：根据题意，S得到电子，化合价降低， 被还原，作正极，则Zn为负极，发生氧化反应， 电极反应式为Zn－2e－====Zn2＋。A.由分析可 知，放电时锌失去电子发生氧化反应，发生的 反应为Zn－2e－====Zn2＋，A正确；B.放电时， 铜离子转化为Cu2S、Cu2O、Cu，则充电时 Cu2S、Cu2O、Cu转化为铜离子，Cu2＋的浓度 增大，B正确；C.该电池放电时电子从负极锌电极流出，C正确；D.由反应5Cu2＋＋O2＋10e－====Cu＋2Cu2O可知，每生成1 mol铜，需要 10 mol电子，由于该电池放电时硫电极发生两步反应，则反应S＋2Cu2＋＋4e－====Cu2S也消耗一部分电子，故外电路中通过电子多于10 mol，D错误。 6.(2023·山东卷，改编)利用热再生氨电池可实现CuSO4电镀废液的浓缩再生。电池装置如图所示，甲、乙两室均预加相同的CuSO4电镀废 液，向甲室加入足量氨水后电池开始工作。下列说法正确的是(　　) A.甲室Cu电极为正极 B.隔膜为阳离子膜 C.电池总反应：Cu2＋＋4NH3====[Cu(NH3)4]2＋ D.NH3扩散到乙室不会对电池电动势产生影响 C 解析：向甲室加入足量氨水后电池开始工作，则甲室Cu电极溶解，变为铜离子与氨气形成[Cu(NH3)4]2＋，因此甲室Cu电极为负极，故A错误；原电池内电路中阳离子向正极移动，若隔膜为阳离子膜，电极溶解生成的铜离子要向右侧移动，通入氨气要消耗铜离子，显然左侧阳离子不断减少，明显不利于电池反应正向进行，故B错误；负极反应是Cu－2e－＋4NH3====[Cu(NH3)4]2＋，正极反应是Cu2＋＋2e－====Cu，则电池总反应为Cu2＋＋4NH3====[Cu(NH3)4]2＋，故C正确；NH3扩散到乙室会与铜离子反应生成[Cu(NH3)4]2＋，铜离子浓度降低，铜离子得电子能力减弱，因此将对电池电动势产生影响，故D错误。 课时作业39　新型化学电源分类突破 53 选择题 1.(2025·八省联考云南卷)低空经济为新能源电池拓宽了应用场景。一种新型光伏电池工作原理如图所示，其中KI-KI3为电解质溶液。太阳光照下，敏化后的TiO2产生电子(e－)和空穴(h＋)，驱动电流 产生和离子移动。下列说法错误的是(　　) 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 A.电池工作时，涉及光能转化为电能 B.敏化TiO2电极是负极 C.Pt电极反应为3I－－2e－==== D.光敏化剂结构中，中心离子Ru2＋的配位数是6 C 54 解析：太阳光照射TiO2电极时，敏化后的TiO2失去电子为原电池的负极，Pt电极为正极。该装置是光伏电池，太阳光照下，敏化后的TiO2产生电子(e－)和空穴(h＋)，驱动电流产生和离子移动，所以电池工作时，涉及光能转化为电能，A正确；太阳光照下，敏化后的TiO2产生电子(e－)和空穴(h＋)，即敏化TiO2电极失电子为负极，B正确；Pt电极为正极，发生得电子的还原反应，Pt电极反应为＋2e－====3I－，C错误；由图可知，光敏化剂结构中，中心离子Ru2＋与6个N原子成键，配位数是6，D正确。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 55 2.(2025·江苏南通开学考试)微生物电 池具有高效、清洁、环保等优点。某 微生物电池工作原理如图所示，下列说 法正确的是(　　) A.电极 a为该电池的正极 B.放电过程中a极附近溶液pH增大 C.电极b的电极反应式为－e－==== D.每消耗23 g CH3CH2OH，理论上会有6 mol H＋通过质子交换膜移向b极 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 D 56 解析：电极b发生的反应为 ＋e－====，因此b为正极， 电极a发生的反应为CH3CH2OH－12e－ ＋3H2O====2CO2↑＋12H＋，因此a为负 极，据此作答。A.该电池中CH3CH2OH 作还原剂，所以电极a为该电池的负极， A项错误；B.放电过程中a极的电极反应 式为CH3CH2OH－12e－＋3H2O==== 2CO2↑＋12H＋，所以其附近溶液pH减小，B项错误；C.电极b的电极反应式为＋e－====，C项错误；D.每消耗23 g CH3CH2OH即消耗0.5 mol CH3CH2OH，根据a极的电极反应式：CH3CH2OH－12e－＋3H2O====2CO2↑＋12H＋可知产生6 mol H＋，6 mol H＋通过质子交换膜移向b极即移向正极，D项正确。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 57 3.(2025·湖南长沙模拟)如图是一 种能将有机物通过电化学转化为电 能的微生物燃料电池，可以大大提 高能量转化效率，以下说法不正确 的是(　　) A.理论上，每消耗1 mol O2，就有4 mol H＋通过质子交换膜 B.两种微生物的存在保证了S元素循环 C.负极电极反应式为HS－＋4H2O－8e－====9H＋＋S D.升高温度，可以有效提高该电池的放电效率 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 D 58 解析：由题图可知，硫酸盐在硫酸 盐还原菌作用下可以将有机物氧化 成CO2，自身还原成HS－，由H＋的 移动方向可知，a是负极，HS－在硫 氧化菌作用下转化为S，失电子 发生氧化反应，电极反应式为HS－ ＋4H2O－8e－====9H＋＋S；b是正极，氧气得电子发生还原反应，电极反应式为O2＋4e－＋4H＋====2H2O，两种细菌存在，循环作用把有机物氧化成CO2，放出电子。A.正极的电极反应式为O2＋4e－＋4H＋==== 2H2O，1 mol氧气参加反应时，有4 mol电子转移，故有4 mol H＋通过质子交换膜，故A正确；B.硫氧化菌将HS－氧化为S，硫酸盐还原菌将S还原为HS－，恰好完成了S元素的循环，故B正确；C.由分析可知，a电极为负极，负极反应式为HS－＋4H2O－8e－====9H＋＋S，故C正确；D.升高温度会把微生物杀死，导致该电池失活，故D不正确。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 4.(2025·广东化州模拟)Li/CO2电池在新能源汽车、航空航天、电子电气、轨道交通等领域应用前景非常广阔。一种Li/CO2电池模拟装置如图 所示。下列说法正确的是(　　) 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 A.离子交换膜M为阴离子交换膜 B.放电时，b极的还原产物为Li2CO3 C.充电时，电池的总反应为2Li2CO3 ＋C====3CO2↑＋4Li D.电解质溶液中溶剂可以是水、醇、羧酸等 C 60 解析：A.该离子交换膜需要锂离子通过，因此为阳离子交换膜，A错 误；B.放电时b电极为正极，CO2得电子生成的C为还原产物，Li2CO3不是还原产物，B错误；C.充电时，阳极上电极反应为2Li2CO3＋C－4e－====4Li＋＋3CO2↑，阴极上电极反应为Li＋＋e－====Li，总反应为2Li2CO3＋C====3CO2↑＋4Li，C正确；D.Li能与水、醇、羧酸反应，因此电解质溶液中的溶剂不能是水、醇和羧酸，D错误。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 5.钠离子电池的充放电过程是钠离子在电池正极材料和负极材料之间来回脱嵌的过程，因此钠离子电池被称为“摇椅电池”，其工作原理如图 所示，电池总反应式为Na1－xMnO2＋NaxCn NaMnO2＋nC。下列说 法错误的是(　　) 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 A.放电时，电流从a极经过用电器流向b极 B.放电时，负极的电极反应式为NaxCn－xe－==== nC＋xNa＋ C.充电时，每转移0.1 mol电子，a极的质量减少2.3 g D.充电时，a极连接电源的负极 D 62 解析：由总反应式中放电方向NaxCn到C的变化 可知，C元素化合价升高，故b极是负极，负极 的电极反应式为NaxCn－xe－====nC＋xNa＋，充 电时a极为阳极，电极反应式为NaMnO2－xe－ ====Na1－xMnO2＋xNa＋。A.由总反应式中放电 方向NaxCn到C的变化可知，C元素化合价升高， 故b极是负极，电流从a极经过用电器流向b极， A项正确；B.放电时，负极NaxCn失电子生成C，电极反应式为NaxCn－ xe－====nC＋xNa＋，B项正确；C.充电时a极的电极反应式为NaMnO2－xe－====Na1－xMnO2＋xNa＋，每转移0.1 mol 电子，a极减少的n(Na＋)＝0.1 mol，质量减少2.3 g，C项正确；D.充电时，a极作阳极，连接电源正极，D项错误。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 6.一种新型高效低成本储能电池，采用石墨(CxPF6)、铝锂合金作为电极材料，以常规锂盐和碳酸酯溶剂为电解液。放电过程如图所示，下列说 法正确的是(　　) 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 A.放电时B为负极，铝失电子 B.放电时A电极反应式为CxPF6－e－====Cx ＋P C.可使用易传导离子的固态硫化物类电解质， 安全性会更高 D.充电时B接电源正极，电极反应式为LiPF6＋ Liy－1＋Al－e－====LiyAl＋P C 64 解析：A.根据离子移动方向知，A为正极、B为负极，放电时，锂失电子，而不是铝失电子，A错误；B.放电时A电极为正极，得电子，不是失电子，电极反应式应为CxPF6＋e－====Cx＋P，B错误；C.因为锂能和水剧烈反应，锂电池的电解质不能使用水性电解质，使用的都是有机聚合物，加热充电，易燃，因此电解液有由液态向固态方向转化的趋势，提高安全性，C正确；D.充电时B接电源的负极为阴极，得电子，电极反应式错误，D错误。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 7.(2025·北京石景山模拟)一种铝硫电池放电过程示意图如图，下列说 法正确的是(　　) 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 A.硫电极是正极，发生得电子的氧化反应 B.负极反应为2Al＋8AlCl3Br－＋6AlC－ 6e－====8Al2Cl6Br－ C.正极反应为3S＋6Al2Cl6Br－＋6e－==== Al2S3＋6AlCl3Br－＋6AlC D.AlC和AlCl3Br－中心原子的杂化轨道类型相同，均为正四面体结构 B 66 解析：由图可知，硫电极是原电池的正 极，Al2Cl6Br－作用下硫在正极得到电子 发生还原反应生成Al2S3、AlCl3Br－、 AlC，电极反应为3S＋8Al2Cl6Br－＋6e－ ====Al2S3＋8AlCl3Br－＋6AlC，铝电极 为负极，AlCl3Br－、AlC作用下铝失去电子发生氧化反应生成 Al2Cl6Br－，电极反应为2Al＋8AlCl3Br－＋6AlC－ 6e－ ==== 8Al2Cl6Br－。A.由分析可知，硫电极是原电池的正极，Al2Cl6Br－作用下硫在正极得到电子发生还原反应生成Al2S3、AlCl3Br－、AlC，故A错 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 误；B.由分析可知，铝电极为负极，AlCl3Br－、AlC作用下铝失去电子发生氧化反应生成Al2Cl6Br－，电极反应为2Al＋8AlCl3Br－＋6AlC－ 6e－==== 8Al2Cl6Br－，故B正确；C.由分析可知，硫电极是原电池的正极，Al2Cl6Br－作用下硫在正极得到电子发生还原反应生成Al2S3、AlCl3Br－、AlC，电极反应为3S＋8Al2Cl6Br－＋6e－====Al2S3＋8AlCl3Br－＋6AlC，故C错误；D.AlCl3Br－中氯离子和溴离子的离子半径不同，所以AlCl3Br－的空间结构不是正四面体形，故D错误。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 8.(2025·北京房山模拟)一种太阳能电池工作原理示意图如图所示，其中电解质溶液为K3和K4的混合溶液，下列说法不正 确的是(　　) 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 A.K3中，中心离子为Fe3＋ B.电极a为负极 C.电子由电极b经导线流向电极a D.正极上发生的电极反应为＋e－==== C 69 解析：A.K3中Fe3＋有空轨道，中心离子为Fe3＋，A正确；B.由图可知，电极a上铁的化合价升高，失去电子，电极b上铁的化合价降低，得到电子，故电极a为负极，电极b为正极，B正确；C.由图可知，[Fe(CN)6]4－－e－====[Fe(CN)6]3－，电子由电极a经导线流向电极b，C错误；D.正极上[Fe(CN)6]3－得到电子生成，电极反应为＋e－====，D正确。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 9.(2025·辽宁名校联盟模拟)一种SnBr2－Br2双膜二次电池的结构及放电时的工作原理如图所示。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 已知：①M、N均为多孔石墨烯电极； ②起始时Ⅰ室(含储液罐)中只含SnBr2； ③盐的水解忽略不计。 71 下列说法正确的是(　　) A.充电时，Ⅱ室中Br－向Ⅰ室迁移 B.充电时，N极电极反应式为Br2＋2e－====2Br－ C.X膜为阴离子交换膜，Y膜为阳离子交换膜 D.放电时，Ⅲ室中电路上转移a mol电子，此时Ⅰ室中c∶c(Sn2＋)＝1∶4，则起始时Ⅰ室中含有2.5a mol SnBr2 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 D 解析：由图可知，放电时Sn2＋在M极失去电子生成Sn4＋，即SnBr2转化为SnBr4，M极是负极；为了维持电荷守恒，NaBr溶液中的溴离子要通过X膜进入Ⅰ室，X膜为阴离子交换膜；Ⅲ室中Br2在N极得到电子生成溴离子并转移到Ⅱ室，则N极为正极，Y膜为阴离子交换膜。A.充电时，N极为阳极，M极为阴极，阴离子向阳极迁移，A项错误；B.充电时，N极电极反应式为2Br－－2e－====Br2，B项错误；C.X膜、Y膜均为阴离子交换膜，C项错误；D.设起始时Ⅰ室n(SnBr2)＝x mol，，x＝2.5a，D项正确。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 10.(2025·广东湛江模拟)低品质能源利用是指对热值较低、含杂物较多等特点的一类能源的利用。如图所示装置，可同时利用低温废热和含铜废液，并达到对含铜废液富集和产生电能的目的。起始时电极均为泡沫铜且质量相等，含铜废液的浓度为0.1 mol·L－1，以2.5 mol·L－1 (NH4)2SO4溶液作为电解质溶液，向M极区液体中加入2 mol·L－1氨水 开始反应。下列说法正确的是(　　) 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 A.向M极区液体中加入氨水可 使M极电势高于N极电势 B.含铜废液Ⅰ、Ⅲ中的c(Cu2＋) 均高于含铜废液Ⅱ中的c(Cu2＋) C.电子由M极经导线移向N极 D.电极质量差为6.4 g时，电路中 通过0.2 mol电子 C 74 解析：A.向M极区液体中加入氨水用于产生电势差，使两侧铜离子浓度不同，M极是负极，Cu失去电子生成Cu2＋，Cu2＋与NH3形成，N极是正极，Cu2＋得到电子生成Cu，正极电势高于负极电势，即N极电势高于M极电势，A错误；B.由图可知c(Cu2＋)：含铜废液Ⅰ＞含铜废液Ⅱ＞含铜废液Ⅲ，B错误；C.电子由M极(负极)经导线移向N极(正极)，C正确；D.电极质量差为6.4 g时，M极质量减少3.2 g(即0.05 mol)，N极质量增加3.2 g，根据关系式Cu~2e－可知，电路中通过0.1 mol电子，D错误。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 11.(2025·广东广州模拟)一种具有双极膜的酸－碱液流电池如图所示，工作时，H2O在双极膜界面处被催化解离成H＋和OH－，有利于电解反应顺利进行。充电时电极a的反应为DSAQ＋2H＋＋2e－====H2DSAQ， 下列说法不正确的是(　　) 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 A.充电时电极b是阳极 B.充电时KOH溶液中KOH的物质 的量增大 C.放电一段时间后，负极区溶液的pH减小 D.每消耗1 mol DSAQ，双极膜处有2 mol的H2O解离 C 76 解析：由信息“充电时电极a的反应为DSAQ＋2H＋＋2e－====H2DSAQ”，则a为阴极，b为阳极，b电极反应式为2Br－－2e－====Br2；放电时a为负 极，b为正极，据此作答。A.根据分析，充电时电极b是阳极，A正确；B.根据分析，充电时，双极膜处产生的H＋移向左边阴极区，OH－移向KOH溶液，K＋从阳极区经过阳离子交换膜移向KOH溶液，所以KOH的物质的量增大，B正确；C.放电时，负极发生的电极反应为H2DSAQ－2e－==== DSAQ＋2H＋，负极电极反应产生H＋的同时，负极区等量的H＋和KOH溶液中等量的OH－透过双极膜移动至双极膜中间，H＋与OH－结合生成水，负极区溶液中H＋浓度不变，pH不变，C错误；D.根据电极反应式DSAQ＋2H＋＋2e－====H2DSAQ，每消耗1 mol DSAQ，电路中转移2 mol电子，双极膜处有2 mol的H2O解离，D正确。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 12.(2025·广东广州模拟)一种简单钒液流电池的结构及工作原理如图所 示，下列说法不正确的是(　　) 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 A.放电时，H＋从N极区向M极区移动 B.充电时，电极M是阳极 C.每消耗1 mol V，有2 mol H＋ 通过质子交换膜 D.充电时的总反应为VO2＋＋H2O＋ V3＋====V＋2H＋＋V2＋ C 78 解析：由图知，M极V转化为VO2＋，V元素化合价由＋5变为＋4，化合价降低，得电子，故为正极，则N为负极，V2＋失电子，那么充电时，M接外电源正极，M为阳极，另外结合质子交换膜可以知道电解液为酸 性。A.放电时，M为正极，电极反应式为V＋e－＋2H＋====VO2＋＋H2O，正极反应消耗H＋，H＋从N极区向M极区移动，A正确；B.充电时，VO2＋转化为V，失电子，M为阳极，B正确；C.根据A中电极反应式，每消耗1 mol V，得到1 mol e－，虽然消耗2 mol H＋，但内外电路通过的电量相等，因此只有1 mol H＋通过质子交换膜，C不正确；D.充电时，M极VO2＋转化为V，总反应为VO2＋＋H2O＋V3＋====V＋2H＋＋ V2＋，D正确。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 $$