2025届高三化学二轮复习：新型化学电源

2025届高三化学二轮复习新型化学电源

核心知识梳理

1.燃料电池

以CH30H燃料电池为例，体会不同介质对电极反应的影响。

电池导电

反应式

类型介质

总反应：2cH3OH+3O2=2CO2+4H2O

酸性

正极比

燃料H+Oz+4e-+4H+=20

电池

负极CHqH-6e+HZO=CO2+6H+

总反应：2cH3OH+3O2+4OH=2cor+6H2。

碱性

燃料OH正极Oz+4e+2H2O=4OH-

电池

负极CH3OH-6e+8OH=C08+6H2O

总反应：2CH3OH+3O2=2CO2+4H2O

熔融碳

正极O2+4e+2co2=2CO厂

酸盐燃co歹

料电池

负极CH3OH-6e+3co歹=4CC)2+2H2O

总反应：2CH3OH+3O2=2CO2+4H2O

固态氧

正极O2+4e=2C)2

化物燃O2

料电池

负极CH3OH-6e+3O2=CO2+2H2O

总反应：2CH3OH+3O2=2CO2+4H2O

质子交

正极O2+4e+4H+=2H2。

换膜燃H+

料电池

负极CH3OH-6e+H2O=CO2+6H+

2.新型一次电池

电池类型反应式

+2+

总反应：H2O2+2H+Mg=Mg+2H2O

Mg-HzOz正极HzC)2+2H++2e=2H2。

电池

负极Mg-2e-=Mg2+

总反应：2Na+xS=Na2S%

钠硫电池正极xS+2e-=Sy-

负极Na-e-=Na+

总反应：xLi+LiVsOs^^Lii+xV3O8

锂铀氧化

正极xLi++LiV3O8+xe=Lii+^V3O8

物电池

负极Li-e=Li+

3.新型充电（可逆）电池

电池

反应式

类型

放电

总反应：3Zn+2K2FeO4+8H2O充电3Zn(OH)2+2Fe(OH)3+4KOH

高铁正极：FeO友一+3e+4H2O=Fe(OH)3+5OH

电池负极：Zn-2e+2OH=Zn(OH)2

阳极：Fe(OH)3+5OH-3e-=FeO4+4H20

阴极：Zn(OH)2+2e=Zn+2OH-

放吗

总反应：LiiKoCh+LiC,充电LiCoO2+C6(x<l)

锂离

正极：Lii.%CoO2+xe-+xLi+^=LiCoC)2

子电

负极：LuC6-xe-^=xLi++C6

池

pn:LICOC)2-九e---Lii-%CoC)2+九Li

阴极：%Li++xe-+C6^=Li^C6

放吗

钠钠硫

总反应：2Na2s2+NaBn充电Na2s4+3NaBr

+

电蓄电正极：NaBr3+2e+2Na=3NaBr

池池负极：2Na2s2-2u^=Na2s4+2Na+

+

阳极：3NaBr-2e-=NaBr3+2Na

阴极：Na2s4+2Na++2$=2Na2s2

放电

总反应：Nai.„,CoO2+NamC„充电NaCoCh+C,

钠离

正极：Nai.znCoO2+加e+"Na+^=NaCoC)2

子电

负极：Na型Czr"/e-^="iNa++C区

池

+

阳极：NaCoO2-me-^=Nai-mCoO2+mNa

+

阴极：mNa+Cn+me-=NamCn

放吗

总反应：VO3+2H++V2+毓V3++VO2++H2。

全钢液正极：VO抖2H++e=VO2++H2O

流电池伤极•V2+-e-——V3+

2++

F日极：VO+H2O-e—VOJ+2H

阴极：V3++e=V2+

4.浓差电池

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”，阴离子移向负极区，阳离子移向正极区。

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。

［用电器〉

CuSO4(aq)?CuSO4(aq)

铜电极I------5mobL-1<1mol'L_|----------铜电极II

隔膜

回答下列问题:

(1)铜电极I为.极，电极反应式为

⑵当放电完成时，负极区域增加g，(假设两侧溶液的体积均为100mL)。

答案⑴正Cu2++2e—Cu(2)32

解析⑵当两侧CuSCU溶液的浓度变为3mol-L-1时，放电完成，右侧CuSCU增力口2mol-L1,其质量

为2mol-L'xO.lLx160g,moF=32g0

强化训练

1.（2024•全国甲卷，12）科学家使用3-MnO2研制了一种MnCh-Zn可充电电池（如图所示）。电池工

作一段时间后，MnCh电极上检测到MnOOH和少量ZnMmCU。下列叙述正确的是（）

ZnMnO2

ZnSO水溶液

电极4电极

A.充电时，Zi?+向阳极方向迁移

B.充电时，会发生反应Zn+2MnO2^^ZnMn2O4

C.放电时，正极反应有MnO2+H2O+e—MnOOH+OH

D.放电时，Zn电极质量减少0.65g,MnCh电极生成了0.020molMnOOH

答案C

解析充电时该装置为电解池，电解池中阳离子向阴极迁移，即Z/+向阴极方向迁移，A错误；放

电时，Zn电极为负极，电极反应为Zn-2e-^Zn2+,则充电时阴极反应为Zn2++2e-^Zn,即充电时

Zn元素化合价应降低，B错误；放电时，MnCh电极为正极，正极上检测到MnOOH和少量

ZnMn2O4,则正极上主要发生的电极反应为MnO2+H2O+e=MnOOH+OH,C正确；放电时，Zn电

极质量减少0.65g（物质的量为0.010mol）,电路中转移0.020mol电子，由正极的主要反应

MnO2+H2O+e=MnOOH+OH可知，若正极上只有MnOOH生成，则生成MnOOH的物质的量为

0.020mol,但正极上还有少量ZnMmCU生成，因此，生成的MnOOH的物质的量小于0.020mol,D

错误。

2.（2023•辽宁，11）某低成本储能电池原理如下图所示。下列说法正确的是（）

《电源或负载）

Pb/PbSO.,多孔碳

H2so4（aq）Fe"/Fe"

H2so4（aq）

质子交换膜

A.放电时负极质量减小

B.储能过程中电能转变为化学能

C.放电时右侧H+通过质子交换膜移向左侧

3+2+

D.充电总反应：Pb+S0i-+2Fe=PbSO4+2Fe

答案B

解析放电时，负极上Pb失电子结合硫酸根离子生成PbS04附着在负极上，负极质量增大，A错误；

储能过程中，该装置为电解池，将电能转化为化学能，B正确；放电时，右侧为正极，电解质溶液

中的阳离子向正极移动，左侧的H+通过质子交换膜移向右侧，C错误；充电时，总反应为

2+3+

PbSO4+2Fe=Pb+S0i-+2Fe,D错误。

3.（2023・新课标卷，10）一种以V2O5和Zn为电极、Zn（CF3so3）2水溶液为电解质的电池，其示意图

如下所示。放电时，Zi?+可插入V2O5层间形成ZnxV2O5・"H2。。下列说法错误的是（）

n——我电，令n

'充电

a、

,

ZnxV2O5nH2O

V2O5电极

Zn(CF,SO3)2水溶液

A.放电时V2O5为正极

B.放电时Zi?+由负极向正极迁移

C.充电总反应：xZn+V2O5+MH2O=ZnAV2O5nH2O

：!+

D.充电阳极反应：ZnrV2O5MH2O-2xe-^^A：Zn+V2O5+«H2O

答案C

解析放电时，Zi?+可插入V2O5层间形成ZnTV2O5nH2O,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Zn?+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=Zn¥V2O5nH2O,则在充电时的

总反应为ZnAV2O5nH2O=xZn+V2O5+77H2O,C不正确；充电时阳极上Zn¥V2O5nH2O被氧化为V2O5,

则阳极的电极反应为Zn,V2O5・"H2O-2xe=xZn2++V2O5+〃H2。,D正确。

4.（2023•全国乙卷，12）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噗膜上作为一个电极，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：is8+e--|sr+e-Si",

2Na++洛一+2（1和一Na2sx

b-硫电极

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++1S8+2e-->Na2s工

8

D.炭化纤维素纸的作用是增强硫电极导电性能

答案A

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，由卜①+%②+③可得正极的反应式为2Na++券+2e-NazSx,

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。

5.（2024・新课标卷，12）一种可植入体内的微型电池工作原理如图所示，通过CuO催化消耗血糖发

电，从而控制血糖浓度。当传感器检测到血糖浓度高于标准，电池启动。血糖浓度下降至标准，

电池停止工作。（血糖浓度以葡萄糖浓度计）

电池工作时，下列叙述错误的是（）

A.电池总反应为2c6Hl2O6+O2=2C6Hl2。7

B.b电极上CuO通过Cu（II）和Cu（I）相互转变起催化作用

C.消耗18mg葡萄糖，理论上a电极有0.4mmol电子流入

D.两电极间血液中的Na+在电场驱动下的迁移方向为b-a

答案C

解析该装置为原电池，a为正极，电极反应为O2+4e+2H2O=4OH,b为负极，发生反应：Cu2O-

2e+2OH=2CUO+H2O,在负极区,葡萄糖被CuO氧化为葡萄糖酸：

C6Hl2O6+2CuO=C6Hl2O7+CU2O；电池的总反应为2c6Hl2O6+O2=2C6Hl2O7,A正确；CuO将葡萄

糖氧化为葡萄糖酸，自身被还原为Cu2O,CU2。在b电极上失电子转化成CuO,因此，CuO通过

Cu（II）和Cu（I相互转变起催化作用，B正确；由反应2c6Hl2O6+O2=2C6Hl2O7可知，1mol

C6Hl2。6参加反应时转移2mol电子，消耗18mg（0.1mmol）葡萄糖时，理论上a电极有0.2mmol电子

流入，C错误；原电池中阳离子从负极向正极迁移，故Na+迁移方向为b-a,D正确。

6.（2019•全国卷I,12）利用生物燃料电池原理研究室温下氨的合成，电池工作时MV2+/MV+在电

极与酶之间传递电子，示意图如下所示。下列说法错误的是（）

.MV-

A.相比现有工业合成氨，该方法条件温和，同时还可提供电能

2+++

B.阴极区，在氢化酶作用下发生反应H2+2MV=2H+2MV

C.正极区，固氮酶为催化剂，N2发生还原反应生成NH3

D.电池工作时质子通过交换膜由负极区向正极区移动

答案B

解析相比现有工业合成氨，该方法选用酶作催化剂，条件温和，同时利用MV+和MV2+的相互转化,

化学能转化为电能，故可提供电能，故A正确；左室为负极区，MV+在负极失电子发生氧化反应生

成MV2+,电极反应式为MV+-e=MV2+,放电生成的MV?+在氢化酶的作用下与H?反应生成H+和

2+++

MV+,反应的方程式为H2+2MV=2H+2MV,故B错误；右室为正极区，MV?+在正极得电子发

生还原反应生成MV+,电极反应式为MV2++e=MV+,放电生成的MV+与N?在固氮酶的作用下反

应生成NH3和MV2+,故C正确；电池工作时，氢离子（即质子）通过交换膜由负极向正极移动，故D

正确。

7.（2024•河北，13）我国科技工作者设计了如图所示的可充电Mg-CCh电池，以Mg（TFSI）2为电解

质，电解液中加入1,3-丙二胺（PDA）以捕获CO2，使放电时CO2还原产物为MgCzOm该设计克

服了MgCCh导电性差和释放CO2能力差的障碍，同时改善了Mg?+的溶剂化环境，提高了电池充

放电循环性能。

多孔

Mg

Mg(TFSI)Mg(TFSI)：碳纳

电2

PDAPDA米管

极

MgC2of电极

下列说法错误的是（

A.放电时，电池总反应为2cO2+Mg=MgC2（D4

B.充电时，多孔碳纳米管电极与电源正极连接

C.充电时，电子由Mg电极流向阳极，Mg2+向阴极迁移

D.放电时，每转移1mol电子，理论上可转化1molCO?

答案C

解析放电时CO2转化为MgC2O4,碳元素化合价由+4价降低为+3价，CO2发生还原反应，所以多

孔碳纳米管电极为正极，电极反应式为Mg2++2CO2+2e-=MgC2O4,Mg电极为负极，电极反应式为

2+

Mg-2e-=Mg,则放电时电池总反应为2CO2+Mg=MgC2O4,A正确；充电时，多孔碳纳米管电极

上发生氧化反应，为阳极，与电源正极连接，B正确；充电时，Mg电极为阴极，电子从电源负极经

外电路流向Mg电极，同时Mg2+向阴极移动，C错误；根据放电时的电极总反应

2cO2+Mg=MgC2C>4可知，每转移1mol电子，理论上可转化1molCO2,D正确。

8.（2024•安徽，11）我国学者研发出一种新型水系锌电池，其示意图如下。该电池分别以

Zn-TCPP（局部结构如标注框内所示）形成的稳定超分子材料和Zn为电极，以Z11SO4和KI混合液

为电解质溶液。下列说法错误的是（）

NN.

A.标注框内所示结构中存在共价键和配位键

放.

B.电池总反应为：5+Zn版Zn2++31

C.充电时，阴极被还原的Zi?+主要来自Zn-TCPP

D.放电时，消耗0.65gZn,理论上转移0.02mol电子

答案C

解析由标注框内所示结构可知，其结构中存在碳碳单键、碳碳双键等多种共价键，还有由N提供

孤电子对、Zn?+提供空轨道形成的配位键，A项正确；由图可知，该新型水系锌电池的负极是锌，正

极是超分子材料，负极的电极反应式为Zn-2e=Zn2+,则充电时，该电极为阴极，电极反应式为

2+

Zn+2e=Zn；正极电极反应式为5+2e=31,则充电时，该电极为阳极，电极反应式为3I-2e-

=11,则该电池总反应为写+Zn充电Zn2++3I-,B项正确；充电时，阳极电极反应式为Zn2++2e=Zn,

被还原的ZM+主要来自电解质溶液，C错误；放电时，负极的电极反应式为Zn-2e=Zn2+,因此消

耗0.65g(即0.01mol)Zn，理论上转移0.02mol电子，D正确。

9.(2023•山东，11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。下列说法不正

确的是()

A.甲室Cu电极为负极

B.隔膜为阳离子膜

2+2+

C.电池总反应：CU+4NH3=[CU(NH3)4]

D.NH3扩散到乙室将对电池电动势产生影响

答案B

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，变为铜离子与氨形成

2+

[CU(NH3)4],因此甲室Cu电极为负极，故A正确；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，通入氨水要消耗铜离子，显然左侧阳离子不断减

2+

小，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],正极反应

2+2+

是Cu2++2e-=Cu,则电池总反应为CU+4NH3=[CU(NH3)4],故C正确；NE扩散到乙室会与铜

离子反应生成[Cu(NH3)4p+,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正确。

Q

KO—eJ>-OK

10.(2023•河北，13)我国科学家发明了一种以和MnCh为电极材料的新型电池，其内

部结构如图所示，其中①区、②区、③区电解质溶液的酸碱性不同。放电时，电极材料

QQ

KO-/^VOK

转化为U下列说法错误的是()

!a!b：

I电i电i

极i：极：

K2SO4

溶液

①区②区③区

A.充电时，b电极上发生还原反应

B.充电时，外电源的正极连接b电极

C.放电时，①区溶液中的SO厂向②区迁移

+2+

D.放电时，a电极的电极反应式为MnO2+4H+2e-=Mn+2H2O

答案B

11.（2024•广西高考联合模拟）利用燃料电池原理可处理高浓度的氨氮废水，同时电解含有苯酚、乙晴

（CH3CN）的水溶液合成扑热息痛（o）,装置如图所示，其中a、b的电极材料为石墨。下

列说法正确的是（）

A.溶液中的H+由甲室向乙室迁移

B.工作一段时间后，甲室溶液pH下降

C.乙室每产生1molN2,a电极理论上可产生H233.6L（标准状况下）

HO^^>+CH3CN+H2O—HO

D.丙室中发生反应的总化学方程式为

答案D

12.（2024.贵州省部分学校高三联考）一种FeBn-Bn双膜二次电池的结构及放电时的工作原理如图所示。

x膜Y膜

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FeBrz。

下列说法错误的是（）

A.X膜、Y膜均为阴离子交换膜

B.充电过程中，II室中的NaBr溶液