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（苏教版）

优化探究 大单元四　化学反应原理 专题10　化学反应与能量 第39讲　新型化学电源分类突破　 1 [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　液流储能电池 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 5 (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 6 2.LiFePO4－C电池 (1)电池装置 7 (2)电池反应 LFePO4＋LixC6 LiFePO4＋6C(隔膜只允许锂离子通过，向________极移动)。 正 8 (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。 9 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。 10 (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。 11 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。 12 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 13 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 14 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。 15 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 16 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。 17 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 18 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。 19 4.(2025·江苏南通模拟)一款锂离子电池如图所示，放电时的总反应式为Li1－xCoO2＋LixC6====LiCoO2＋6C。下列说法正确的是(　　) A.电池放电时，钴氧层为负极 B.电池放电时，Li＋通过隔膜向石墨层移动 C.电池充电时，钴氧层的电极反应式为 LiCoO2＋xe－====Li1－xCoO2＋xLi＋ D.电池充电时，外电路中流过0.02 mol电 子，石墨层增重0.14 g D 20 解析：放电时的总反应式为Li1－xCoO2＋ LixC6====LiCoO2＋6C，正极反应式为 Li1－xCoO2＋xLi＋＋xe－====LiCoO2，负 极反应式为LixC6－xe－====xLi＋＋ 6C。 电池放电时，钴元素价态降低，被还原， 钴氧层是正极，故A错误；电池放电时， 钴氧层是正极，石墨层是负极，阳离子 移向正极，则Li＋通过隔膜向钴氧层移 动，故B错误；放电时正极反应式为 Li1－xCoO2＋xLi＋＋xe－====LiCoO2，电池充电时为电解池，与电源正极相连的为阳极，钴氧层为阳极，电极反应式为LiCoO2－xe－==== Li1－xCoO2＋xLi＋，故C错误；电池充电时，石墨层的电极反应式为xLi＋＋6C＋xe－====LixC6，外电路中流过0.02 mol电子，石墨层增重 0.02 mol Li＋，质量为0.02 mol×7 g·mol－1=0.14 g，故D正确。 21 考点二　微生物燃料电池 22 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 23 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(　　) 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存在电极反应式：S－6e－ ＋4H2O====S＋8H＋ D.升高温度一定能提高电池的能量 转化效率 提升 关键能力 C 24 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。 25 2.(2025·江苏徐州模拟)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 26 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。 27 考点三　液流储能电池 28 液流储能电池是正、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 29 1.(2025·江苏盐城模拟)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(　　) 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) 提升 关键能力 C 30 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。 31 2.(2025·江苏南通模拟)如图1所示是一 种CO2捕获系统，初始状态下，左侧电 解质储罐中装入DSPZ与KCl的混合溶液， 右侧电解质储罐中装入K3Fe(CN)6－ K4Fe(CN)6的混合溶液，中央为电解装 置，电解装置的左右两侧为电极、中间 为离子选择性膜，在电解过程中可允许 K＋通过。通过不断调换正、负极可实现 CO2的吸收和释放。已知DSPZ的结构简 式如图2所示。当左侧电极连接电源负极 时，反应过程中DSPZ转化为H2DSPZ。 32 下列说法错误的是(　　)  A.电池工作时，K＋的迁移方向：右→左 B.电池工作时，该电池正在进行CO2的 吸收 C.左侧电极上的电极反应式为DSPZ＋ 2H2O＋2e－====H2DSPZ＋2OH－ D.每转移1 mol e－时，该电池固定常温 下22.4 L CO2 D 33 解析：当左侧电极连接电源负极时，该电极是阴极，发生得到电子的还原反应，反应过程中DSPZ转化为H2DSPZ，电极反应式为DSPZ＋2H2O＋2e－==== H2DSPZ＋2OH－，生成的氢氧根离子可以吸收二氧化碳，因此左侧电极是阴极，右侧电极是阳极，据此解答。电解池中阳离子移向阴极，因此电池工作时，K＋的迁移方向：右→ 左，A正确；根据以上分析可知电池工作时，该电池正在进行CO2的吸收，B正确；根据以上分析可知左侧电极上的电极反应式为DSPZ＋2H2O＋2e－====H2DSPZ＋2OH－，C正确；常温下气体的摩尔体积不是22.4 L·mol－1，无法计算二氧化碳的体积，D错误。 34 考点四　浓差电池 35 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 36 1.(2025·河北衡水模拟)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(　　) 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 提升 关键能力 D 37 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 38 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。 39 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 40 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。 41 练真题 明考向 42 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 43 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。 44 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 45 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＋ 46 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。 47 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 48 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 49 ＋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。 50 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 51 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。 52 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 53 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。 54 6.(2022·河北卷，改编)科学家研制了一种能在较低电压下获得氧气和氢气的电化学装置，工作原理示意图如图。 下列说法正确的是(　　) A.电极b为阳极 B.隔膜为阳离子交换膜 C.生成气体M与N的物质的量之 比为2∶1 D.反应器Ⅰ中反应的离子方程式为 4[Fe(CN)6]3－＋4OH 4[Fe(CN)6]4－＋O2↑＋2H2O D 55 解析：由图可知，电极a为阳极， 碱性条件下[Fe(CN)6在阳极 失去电子发生氧化反应生成 [Fe(CN)6，在催化剂作用下， [Fe(CN)6与OH－反应生成 [Fe(CN)6、氧气和水，电极b为阴极，在水分子作用下DHPS在阴极得到电子发生还原反应，生成DHPS－2H和OH－，在催化剂作用下，DHPS－2H与水反应生成DHPS和氢气，OH－通过阴离子交换膜由阴极室向阳极室移动，则M为氧气、N为氢气，据此解答。由分析可知，电 56 极b为电解池的阴极，故A错误； 由分析可知，OH－通过阴离子交 换膜由阴极室向阳极室移动，则 隔膜为阴离子交换膜，故B错误； 由分析可知，M为氧气、N为氢 气，由得失电子守恒可知，氧气和氢气的物质的量之比为1∶2，故C错 误；由分析可知，反应器Ⅰ中发生的反应为在催化剂作用下，[Fe(CN)6]3－ 与OH－反应生成[Fe(CN)6]4－、氧气和水，反应的离子方程式为 4[Fe(CN)6]3－＋4OH－4[Fe(CN)6]4－＋O2↑＋2H2O，故D正确。 57 课时作业39　新型化学电源分类突破 58 选择题(每小题3分) 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(　　) 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 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 C 59 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 60 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 61 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； 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 62 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 63 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 64 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－ 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 65 ＋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 66 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(　　) 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 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 C 67 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 68 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(　　) 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 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 D 69 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 70 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(　　) 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 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 C 71 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 72 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(　　) 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 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 B 73 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 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 74 得到电子发生还原反应生成Al2S3、 AlCl3Br－、AlC，故A错误； 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 75 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(　　) 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－==== 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 C 76 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 77 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。 78 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 79 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 80 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。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 81 下列说法正确的是(　　) 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 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 C 82 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 83 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(　　) 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 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 C 84 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 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 85 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 86 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(　　) 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＋ 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 C 87 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＋ 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 88 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 89 $$