2022屆新高考化學一輪復習新型化學電源學案

新型化學電源

導讀：隨著全球能源逐漸枯竭，以及廢舊電池的污染日趨嚴重,新型化

學電源成為科學家研究的重點方向之一,也成了高考的高頻考點。高

考中的新型化學電源一般具有高能環(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。由于該類試題題材廣、信息

新、陌生度大，因此許多考生感覺難度大,其實應用的解題原理仍然

是原電池的基礎(chǔ)知識,起點高,落點低，只要細心分析,得分也比較容

易。通過對此類題目的分析,能很好地培養(yǎng)學生的模型認知和社會責

任學科素養(yǎng)。

題型一?？疾凰サ摹靶滦腿剂想姵亍?/p>

E典例導航L-?TW?S

匚典例1]（2019?全國I卷）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(xiàn)有工業(yè)合成氨,該方法條件溫和，同時還可提供電能

2++

B.陰極區(qū)，在氫化酶作用下發(fā)生反應H2+2MV-2H^+2MV

C.正極區(qū)，固氮酶為催化劑,凡發(fā)生還原反應生成NH3

交換膜由負極區(qū)向正極區(qū)移動

考查情境:本題是以生物燃料電池為載體,在復雜、陌生的研究對象

及問題情境下,體現(xiàn)對電化學知識的基礎(chǔ)性、綜合性、創(chuàng)新性和應用

性的考查。

必備知識:考查的必備知識包括四個方面:一是能夠根據(jù)圖示分析微

粒的變化過程;二是能夠根據(jù)圖示判斷電池工作時的正、負極;三是

能夠根據(jù)圖示判斷正、負極上發(fā)生的反應及相關(guān)反應式的正誤；四是

能夠判斷電池工作時內(nèi)電路中微粒的移動方向。

關(guān)鍵能力：本題考查的關(guān)鍵能力側(cè)重于分析與推測、歸納與論證能

力：一是通過對圖形、圖表的閱讀,獲取有關(guān)感性知識和印象,并進行

初步加工、吸收、有序存儲的能力；二是從提供的新信息中，準確地

提取實質(zhì)性內(nèi)容,并與已有知識整合、重組為新知識塊的能力;三是

將實際問題分解,通過運用相關(guān)知識,采用分析、綜合的方法,解決簡

單化學問題的能力。本題要求能從提供的生物燃料電池的示意圖中

提取有效信息,根據(jù)原電池的工作原理,采用分析、綜合的方法,解決

實際問題。

解析:該反應中，可產(chǎn)生電流,反應條件比較溫和,沒有高溫、高壓條

件,A正確;該生物燃料電池中，左端電極反應式為MV'-e=MV2f,則左

端電極是負極,應為負極區(qū),在氫化酶作用下,發(fā)生反應?+2MV2=

2H++2MV1,B錯誤;右端電極反應式為MV2+e=MV1,右端電極是正極，

在正極區(qū),M得到電子生成NH3,發(fā)生還原反應,C正確;原電池中，內(nèi)電

路中H'通過交換膜由負極區(qū)向正極區(qū)移動,D正確。

答案:B

⑤思維建模

解

題氧氣I_T正手I反應∣~>Γ?7i?人I

陰離子陽離子

模??^∣~T?;反應H電子癡r∣

板

審⑴要注意介質(zhì)是什么：是電解質(zhì)溶液還是熔融鹽或氧化物等

題（2）通入負極的物質(zhì)為燃料,通入正極的物質(zhì)為氧氣

關(guān)⑶通過介質(zhì)中離子的移動方向，可判斷電池的正、負極，同時

鍵考慮該離子參與靠近一極的電極反應

專練

M考向一燃氣一氧氣（空氣）燃料電池

1.（2020?全國m卷）一種高性能的堿性硼化電凡（VB2）-空氣電池如圖

所示,其中在VB2電極發(fā)生反應:VB2+160H-lle—

V0r+2B（0H）；+4H20o該電池工作時，下列說法錯誤的是（B）

負載

VB,電極I~匚二］~!復合碳電極

KoH溶液離子選拌性膜

A.負載通過0.04mol電子時,有0.224L（標準狀況）。2參與反應

B.正極區(qū)溶液的PH降低、負極區(qū)溶液的PH升高

2+1102+200H+6H20——8B(OH)；+4V0f

D.電流由復合碳電極經(jīng)負載、VB2電極、KoH溶液回到復合碳電極

解析：由題給信息知VBz電極上發(fā)生失電子的氧化反應，則VBz電極為

負極,復合碳電極為正極,正極發(fā)生還原反應，電極反應式為02+4e-

+2H20—40H,電池總反應方程式為4VB2+1102+200H+6H20=

8B（0H）4+4V0ΓO由上述分析知，正極的電極反應式為02+4葭+2氏0-

40H,則電路中通過0.04mole時,正極有0.01molO2參加反應,其

在標準狀況下的體積為0?224L,A項正確；由正、負極的電極反應式

可知,該電池工作時，負極區(qū)溶液的PH降低,正極區(qū)溶液的pH升高,B

項錯誤；由上述分析知,該電池的總反應方程式為4VB2+1102+200H

+6H20=8B（OH）4+4VOΓ,C項正確；電流與電子的流動方向相反，電流

從正極出發(fā),沿負載流向負極,再經(jīng)過溶液最終回到正極,D項正確。

2.（2020-河北衡水中學期中）由NO2、和熔融NaNO3組成的燃料電

池如圖所示在該電池工作過程中石墨I電極產(chǎn)生一種氣態(tài)氧化物

Yo下列說法正確的是（D）

B.電流由石墨I流向負載

C.石墨I上發(fā)生還原反應

D.石墨∏上的電極反應:02+2N2（）5+4e—4NC>3

解析：由題意分析可知,Y為N2O5,A錯誤;在原電池中，電流由正極流

向負極，因此電流由石墨II流向負載,B錯誤；由題意分析可知,石墨

I為負極,發(fā)生氧化反應,C錯誤；由題意分析可知,石墨II上的電極

反應式為2N205+02+4e=4Nθ3,D正確。

■O考向二微生物燃料電池

3.（2020?山東等級考）微生物脫鹽電池是一種高效、經(jīng)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(xiàn)海水淡化?，F(xiàn)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

OhCOO的溶液為例）。下列說法錯誤的是（B）

廢水海水水溶液

+

3C00+2H20-8e—2C02↑+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(zhuǎn)移1mol電子時,模擬海水理論上除鹽58.5g

D.電池工作一段時間后,正、負極產(chǎn)生氣體的物質(zhì)的量之比為2：1

解析:結(jié)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+2H20-8e—2C02↑+7H

正極（b極）2W+2e—H2t

根據(jù)上述分析可知,A項正確；該電池工作時,CF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(zhuǎn)移1mol電子時，向a極和b極分別移動1molCr和1

molNa；則模擬海水理論上可除鹽58.5g,C項正確；電池工作時負

極產(chǎn)生CO2,正極產(chǎn)生H2,結(jié)合正、負極的電極反應知,一段時間后,正

極和負極產(chǎn)生氣體的物質(zhì)的量之比為2：1,D項正確。

4.（2020?山東濟南一模）“綠水青山就是金山銀山”很好地詮釋了

我國當前對環(huán)境保護的認識。某微生物燃料電池可很好地解決當前

河流中的有機廢水問題。某污染的河水中含有大量的葡萄糖,通過如

圖所示的微生物電池進行處理可達到凈水的初級目標。下列有關(guān)說

法錯誤的是（C）

CO2

J

低濃度有J低濃度硝

機廢水r∣酸根廢水

高濃度有_1高濃度硝

酸根廢水

厭氣菌反硝化菌

極是負極

極的電極反應式為2N03+6H20+10e—N2t+120H

C.右室溶液中的氫氧根可以進入左室,使左室溶液的pH增大

D,電池工作時,外電路中流過2.4mol電子時一,產(chǎn)生標準狀況下

13.44LCO2

解析：a極周圍有機物發(fā)生氧化反應生成C02氣體,則a極為負極,故A

正確;b極周圍NOg發(fā)生還原反應生成M電極反應式為

2NO3+6H2O+lOe=N2↑+120H,故B正確；陽離子交換膜只能允許陽離

子通過,則右室OH不可能透過陽離子交換膜進入左室，故C錯誤;原

電池工作時,a極區(qū)葡萄糖氧化為CO2,碳元素從0價升高為+4價,則

外電路中流過2.4mol電子時,生成CO2的物質(zhì)的量為衛(wèi)㈣=0.6

4

mol,在標準狀況下為O.6molX22.4L∕mol=13.44LC02,?DIE

確。

題型二起點高、落點低的壓軸選擇題“可逆電池”

LmTWf值-----------------------

[典例2]（2018?全國∏卷）我國科學家研發(fā)了一種室溫下“可呼

吸”的Na-COz二次電池。將NaClol溶于有機溶劑作為電解液,鈉和

負載碳納米管的銀網(wǎng)分別作為電極材料，電池的總反應為3C02+4Na

^2Na2C03+Co下列說法錯誤的是（）

A.放電時,CIO4向負極移動

2,放電時吸收C02

C.放電時，正極反應為:3C02+4e—2COF+C

D.充電時，正極反應為:Na'+』—Na

考查情境:在情境設置上,采用了南開大學化學學院陳軍院士課題組

利用廉價碳酸鈉和碳納米管制備出的無鈉預填裝“可呼吸"Na-CO2

電池,與其他二次電池相比,這類電池原料豐富、制備方便,還可資源

化利用二氧化碳氣體,實現(xiàn)綠色可持續(xù)發(fā)展,為解決能源問題提供有

力支持。

必備知識:本題主要考查的是二次電池,涉及的知識點有電化學中微

粒的移動方向、充電電池中四個電極的關(guān)系、電極反應式的書寫。

關(guān)鍵能力:本題考查的關(guān)鍵能力有歸納與論證和探究與創(chuàng)新能力。能

夠通過對給定的電化學裝置的觀察、分析,結(jié)合二次電池的特點，準

確地提取實質(zhì)性內(nèi)容,獲取有關(guān)的感性知識和印象,并能與已有知識

塊整合,采用分析、綜合的方法,對電極反應式的書寫做出正確解

解析：電池放電時,CloZ向負極移動,A項正確;結(jié)合總反應可知放電

時需吸收CO2,而充電時釋放出C02,B項正確;放電時一，正極CO?得電子

被還原生成單質(zhì)C,即電極反應式為3C02+4e=2C0f+C,C項正確;充

電時，陽極發(fā)生氧化反應，即C被氧化生成C02,D項錯誤。

答案:D

⑤思維建模

解

外接電源負極同一電極

題III

還原反應：陰極??—I充電可充電放電L負極:氧化反應

氧化反應:陽極"~~'」正極:還原反應

模II_______________________I

外接電源正極同一電極

板

巧--------------------------------------------

負接負后作陰極,正接正后作陽極

記--------------------------------------------

電

若已知電池放電時的總反應式,可先寫出較易書寫的一極的電

極

極反應式,然后在得失電子守恒的基礎(chǔ)上，由總反應式減去較

反

易寫出的一極的電極反應式，即得到較難寫出的另一極的電極

應

反應式

式

書

寫

2考向?qū)Ｃ?/p>

e考向一“高能”鋰電池

1.（2020?黑龍江哈爾濱二模）某Garnet型可充電鋰電池放電時工作

原理如圖所示,反應方程式為LiC+Li^LaZrTaO≡LiLaZrTaO+6C

X61x允電o

下列說法不正確的是（D）

LiLaZrTao與

LiI^LaZrTaO

LiLaZrTao固態(tài)電解質(zhì)

A.放電時,a極為負極,發(fā)生氧化反應

固態(tài)電解質(zhì)起到傳導Li'的作用

+

C.充電時，b極反應為LiLaZrTaO-Xe—xLi+Li,-xLaZrTaO

D.充電時,每轉(zhuǎn)移Xmol電子,a極增重7g

解析:結(jié)合圖示裝置,根據(jù)電子移動方向或電池中LV遷移方向，均可

判斷放電時a極為負極,b極為正極,a極失去電子發(fā)生氧化反應,A

正確;Ll在LiLaZrTaO固態(tài)電解質(zhì)中定向移動，即固態(tài)電解質(zhì)起到傳

導Li*的作用,B正確；充電時,a極為陰極,b極為陽極,LiLaZrTaO在

b極發(fā)生氧化反應釋放Li',其電極反應式為LiLaZrTaOre-

+

xLi+Liι-xLaZrTaO,C正確；充電時,a極反應為xLi'+xe+6C—LixC6,每

轉(zhuǎn)移Xmol電子,增加XmolLi'的質(zhì)量，即增重為7xg,D不正確。

u

2.（2020?山東青島期末）雜志JoUle中題為Li-CO2

ElectrochemistryiANewStrategyforCO2FixationandEnergy

Storage"的文章闡述了關(guān)于電化學技術(shù)固定CO2新的反應途徑。如

圖是采用新能源儲能器件將CO2轉(zhuǎn)化為固體產(chǎn)物,實現(xiàn)CO?的固定和

儲能靈活應用的裝置。儲能器件使用的LiYOz電池組成為釘電極

/CO?-飽和LiClo廠DMSo電解液/鋰片。下列說法錯誤的是（B）

儲能系統(tǒng)（可逆過程）''：支。2固定策略?不可

一過程I則/

CO3O2

2Li1COl≈4Li*?2COt*4θ1↑44β

過程IULr+3COx+4e-=2LijCOM,'?∣?LiaCO,?C|

+

A.釘電極為負極,其電極反應式為2Li2C03+C-4e-3C02↑+4Li

-CO2電池電解液由LiClO1-DMSO溶于水得到

2的排放,還可將C02作為可再生能源載體

2的固定中，每生成1.5mol氣體,可轉(zhuǎn)移2mole

解析：由圖可知,釘電極上的電極反應式為2Li2CO3+CYe_4L1+3C02

t,故A正確；由題意可知,Li-CO2電池有活潑金屬Li,Li與水反應，

所以電解液不能由LiClO-DMSO溶于水得至％故B錯誤；由圖可知,CO2

通過儲能系統(tǒng)和CO2固定策略轉(zhuǎn)化為固體產(chǎn)物C,則這種電化學轉(zhuǎn)化

方式不僅能減少CO2的排放,還可將CO?作為可再生能源載體,故C正

確；由圖可知,CO?的固定中的電極反應式為2LizC0廠4e_2C02↑+O2

t+4Li+,每生成1.5mol氣體可轉(zhuǎn)移2mole,故D正確。

0考向二其他二次電池

3.（2021?吉林長春月考）鎂及其化合物一般無毒（或低毒）、無污染,

且鎂原電池放電時電壓高而平穩(wěn),使鎂原電池越來越成為人們研制綠

放電

色原電池的關(guān)注焦點。其中一種鎂原電池的反應為xMg+Mo3S1??

MgM）3S,。在鎂原電池放電時,，下列說法錯誤的是（C）

"向正極遷移

x-

3S1+2xe—Mo3Sj

3S,發(fā)生氧化反應

—xMg2

解析:原電池工作時一，陽離子向正極移動，即Mg"向正極遷移,A正確；

X

由總反應式和化合價變化可知正極反應為Mo3S4+2xe-MO3S^^,B正

確;結(jié)合正極反應式可知,Mθ3S∣得電子,發(fā)生還原反應,C錯誤；由總反

應式可知，負極反應為xMg-2xe._xMg21,D正確。

4.（2020?江西南昌一模）我國科學家研發(fā)出一種新型的鋅碘單液流

電池,其原理如圖所示。下列說法不正確的是（C）

l-ab」

MN

多

孔

硼

電解質(zhì)

亶

極

離子金換膜

板

環(huán)泵

2+2e-_21

C.M為陽離子交換膜,N為陰離子交換膜

D.充電時,A極增重65g時,C區(qū)增加離子數(shù)為4NA

解析:放電時,B電極為正極,L得電子生成I,電極反應式為b+2e-

一2「,故A正確;放電時,左側(cè)A電極即負極，電極反應式為Zn-2e

-Zn2',所以儲罐中的離子總濃度增大,故B正確;離子交換膜是為防

止正極k與負極Zn接觸發(fā)生反應,負極區(qū)生成Zn2?正電荷增加,正

極區(qū)生成I、負電荷增加,所以CI通過M膜進入負極,K通過N膜進

入正極,所以M為陰離子交換膜,N為陽離子交換膜,故C不正確;充

電時,A極反應式=Z∏2'+2e-.—Zn,A極增重65g轉(zhuǎn)移2mol電子,所以

C區(qū)增加2molK?2molCl,增加離子總數(shù)為4NΛ,故D正確。

題型三新型、高效、環(huán)保電池

5時由1口

[典例3]（2020?四川成都一診）熱激活電池可用作火箭、導彈的工

作電源。一種熱激活電池的基本結(jié)構(gòu)如圖所示,其中作為電解質(zhì)的無

水LiCl-KCl混合物受熱熔融后，電池即可瞬間輸出電能。該電池總

反應為PbS0,1+2LiCl+Ca=CaCl2+Li2S04+Pbo下列有關(guān)說法不正確的

是（）

硫酸鉛電極

,無水Iia-Ka

?鈣電極

,電池殼

A.負極反應式:Ca+2Cl-2e「一CaCl2

B.放電過程中,LV向負極移動

C.每轉(zhuǎn)移0.2mol電子,理論上生成20.7gPb

D.常溫時,在正、負極間接上電流表或檢流計,指針不偏轉(zhuǎn)

考查情境:隨著我國導彈的不斷改進及新型導彈的開發(fā)，國防力量大

幅提高,熱激活電池是一種可用作火箭、導彈的工作電源，當其固體

電解質(zhì)受熱熔融后,可瞬間輸出電能的高新電池,在給定總反應的基

礎(chǔ)上,對電化學的綜合性、創(chuàng)新性進行了考查。

必備知識:本題考查的必備知識有根據(jù)總反應以及圖示的理解對電極

反應方程式正誤做出正確判斷，電池工作時，電解質(zhì)中離子移動方向，

電路中的電子轉(zhuǎn)移數(shù)目。

關(guān)鍵能力：本題主要考查了歸納與論證以及分析與推測能力，根據(jù)原

電池特點,抓住題干給出的裝置圖特點,獲取有關(guān)的感性知識,并進行

初步加工、吸收,并能夠?qū)嶋H問題分解、對接,通過運用相關(guān)知識，

采用分析、綜合的方法,解決化學實際問題。

解析：Ca為原電池的負極,反應的電極方程式為Ca+2CΓ-2e-CaCl2,

故A正確；原電池中陽離子向正極移動,所以放電過程中,Li一向正極

移動，故B不正確；根據(jù)電極方程式:PbS04+2e_+2Li_Li2SC)4+Pb,可知

每轉(zhuǎn)移0.2mol電子,理論上生成0.1molPb,質(zhì)量為20.7g,故C

正確;常溫下，電解質(zhì)不是熔融態(tài),離子不能移動,不能產(chǎn)生電流,因此

連接電流表或檢流計,指針不偏轉(zhuǎn)，故D正確。

答案:B

(S)S維建模

利用總反應式書寫電極反應式的步驟

........步驟一.........

寫出電池總反應式,標出電找出正、負極,失電了?的電極

子轉(zhuǎn)移的方向和數(shù)目3-)為負極;確定電解質(zhì)的酸堿性

寫電極反應式：

負極反應:還原劑-S-==氧化產(chǎn)物

正極反應:氧化劑+砒-^=還原產(chǎn)物

0考向一濃差電池

1.(2020?四川闔中期中)某種濃差電池的裝置如圖所示,堿液室中加

入電石渣漿液［主要成分為Ca(OH)21，酸液室通入C(λ(以NaCl為支持

電解質(zhì)），產(chǎn)生電能的同時可生產(chǎn)純堿等物質(zhì)。下列敘述錯誤的是

(C)

陽離子陰離子質(zhì)子

交換膜交換膜交換膜

7Ca(OH)2CO?J--

電極MNacI電極N

極經(jīng)外電路流向N極

*+2e——H2t

堿液室可以生成NaHeO3、Na2CO3

D.放電一段時間后,酸液室溶液PH增大

解析：電極M為電池的負極，電子由M極經(jīng)外電路流向N極,故A項正

確;酸液室中的氫離子透過質(zhì)子交換膜,在電極N表面得到電子生成

氫氣,N電極區(qū)的電極反應式為2H1+2e=?"故B項正確;酸液室與

堿液室之間為陰離子交換膜,鈉離子不能進入堿液室,應在酸液室得

到NaHeO3、N