2023届新高考化学一轮复习化学能与电能的相互转化学案

化学能与电能的相互转化

【学科素养】

1.变化观念与平衡思想：能多角度、动态地分析电池中发生的反应，并运用原理解决实际问题。

2.证据推理与模型认知：能分析电池中发生的反应，运用原理从定性和定量角度推出合理结论。

考点考题

2021全国甲卷笫9题

2021全国乙卷第11题

2020山东等级考第12题

考点一:原电池2020全国I卷第11题

2018全国I卷第13题

2018全国I卷第27题⑶

2017全国甲卷第11题

2021湖南选择考第12题

考点二：化学电源2020山东等级考第13题

2019全国I卷第12题

2021全国乙卷第12题

2020全国n卷第11题

2020山东等级考第14题

考点三：电解池2020全国I卷第11题

2019全国DI卷第13题

2018全国TT卷第12题

2018全国W卷第11题

考点一：原电池（基础性考点）

-----必备知识•夯实•一

（一）微观层面认识原电池

1.原电池的概念和反应本质

（1概念：是把化学能转化为电能的装置。

（2冰质：能自发进行的氧化还原反应。

2.构成原电池的三个条件

一看反应看能发生型进行的氧化还原反应

二看电极一般是活泼性—丕同—的两电极（金属或石墨）

形成闭合回路需三个条件：①电解质溶液；②两电极与电

三看是否形成闭合回路

解质溶液相接触；③两电极之间直接或间接接触。

，辨易错

⑴中和反应放热，可以设计成原电池。（x）

提示：中和反应中没有电子的转移。

(2)原电池装置中，溶液中的阻离子移向正极，阳离子移向负极。(X)

提示：原电池阴离子移向负极，E日离子移向正极。

(3)原电池中的两电极一定是活泼性不同的金属材料。(X)

提示：氢氧燃料电池的正负极都是碳电极。

3.原电池的工作原理

(D图解原电池工作原理

(2)以锌铜原电池为例，分析原电池工:作原:理

L1

CuSCh溶液力永止

:1----:

■———■

■———I4瞿桥曙

ZnSOs溶液CuSO)容液

III

电极名称负极正极

电极材料ZnCu

电极反应Zn-2e=Zn2*Cu2++2e=Cu

反应类型氧化反应还原反应

电子流向负极到正极

盐桥中

阴离子向负极迁移，阳离子向正极迁移

离子移向

＞深思考

(1)11中盐桥的作用是什么？

提示：①形成闭合回路；②平衡电荷。

(2迎装置比I装置有哪些优点？

提示：防止氧化剂和还原剂直接反应，提高能量转化率。

(3)原电池中的三个方向

①电子方向：负极-导线-正极。

②电流方向：正极一导线一负极。

③离子的迁移方向：电解质溶液中，阴离子向负极迁移，阳离子向正极迁移。

助理解以铜锌原电池为例构建原电池的认知模型

原理

宏

观

现

象锌片电流表指针偏转有红色

微

观溶解电子移动方向物质生成

过

程阴离子移向一

电

极

产

物阳离子移向

氧化产物还原产物

频

极］失电子I得电子

小

激还原剂氧化剂

:装置

失e•场所电子离子得e.场所

（负极材料）导体导体（正极材料）

（二）宏观层面应用原电池

I.比较金属的活动性强弱

负极：活动性较强的金属；正极：活动性较弱的金属。（一般规律）

2.加快化学反应速率

一个自发进行的氧化还原反应，形成原电池时会使反应速率加快。

如Zn与稀硫酸反应时加入少量CuSO4溶液构成原电池，反应速率加快。

3.四步法设计制作化学电源

怖分反应卜（将K化还原反应分成两个半反应

选择电极'将还原剂（一般为比较活泼金屈）作」^

材料活泼性比负极明的金属或非金以导体作

3

如果两个半反应分别在两个容器中进行（中

构成闭合

间连接盐桥）,则两个容器中的电解质溶液

回路

应含有与电极材料相同的金园的阳曲子

画出装结合要求及反应特点.画出原电池装置图.

置图标出电极材料名称、IE负极、电解质溶液等

4.用于金属的防护

使需要保护的金属制品作原电池正极而受到保护。

＞补短板原电池加快反应速率的理解

在理解形成原电池可加快反应速率时，要注意对产物量的理解,Zn与稀硫酸反应时加入少量CuSQi溶液,

锌足量时，不影响产生比的物质的量，但稀硫酸足量时，产生H2的物质的量要减少。

----关键能力•进阶-----

V能力点：原电池正、负极的判断及电极反应式的书写

1.原电池电极反应式的书写

（1用写步骤

列物质负极发生氧化反应）_参加反应的微粒

标得失一I正极发生还原反应）一和得失电子数

在电解质溶液的环境中要生成稳定的电极

看环境

产物，即H，（）H、乩（）等是否参加反应

配守恒

遵守电荷守恒、质量守恒、电子守恒

两式加

-两电极反应式相加，与总反应式对照验证

验总式

（2用写方法

①方法一：拆分法

32+2+

a.第一步：写出原电池的总反应，如：2Fe++Cu=2Fe+Cuo

b.第二步：把总反应按氧化反应和还原反应拆分为两个半反应,如：

正极：2Fe5++2e-=2Fe2+

负极：Cu-2e-=Cu2+

②方法二：加减法

a.第一步：写出总反应，如：Li+LiMn2O4=Li2Mn2O4o

b.第二步：写出其中容易写出的一个半反应（正极或负极），如：Li・e-==Li+（负极）。

+

c.第三步：利用总反应式与上述的一极反应式相减，即得另一个电极的反应式,即LiMn2O4+Li+e-

=52乂1]2。4证极）。

2.原电池原理与正、负极判断的“五维角度”

较活泼

、小七丁较不活泼金属.金属.

①CN构,度方面一[或导;靛金屈|辄化:

②电极反应一（还原反应｝反应

③电子流向一（电子流入卜

极流出

④反应现象慑望不断

溶解

阳离子移向阴离子

移向J

＞典例精研

【典例】（2020.全国m卷）一种高性能的碱性①硼化钢（VB2）.空气②电池如图所示，其中在VB2电极发

生反应：VB2+I6OH--He-=VO：-+2B（OH）；+4%O③。该电池工作时，下列说法错误的是（）

负或

A.5i载通过0.04mol电了时，有0.224L(标准状况)0?参与反应

B.正极区溶液的pH降低，负极区溶液的pH升高

C.电池总反应为4VB2+1102+20OH-+6H2O=8B(OH)；+4V0：

D.电流由复合碳电极经负载、VB?电极、KOH溶液回到复合碳电极

I解题思维I解答本题的思维流程如下：

提取①碱性；②硼化钢(VB2)-空气；

信息③VB?电极反应式

①碱性电池溶液中不可能生成H+；②硼化钢(VB»-空气电池，空气中有氧气，

信息

则空气一极通常作正极，则硼化钢一极作正极；③根据电极反应式可判断出

转化

电子转移情况及硼化钢电极的生成物。

反应一段时间后，电池中左池溶液的pH是升高还是降低？为什么？

质疑提示：降低，因为消耗了0H,

【解析】选B。该电池中02在正吸发生的反应为02+2H2。+4e-=40H-,所以负载通过0.04mol电子

时，有0.224L(标准状况)02参与反应，A正确；根据正负极电极反应式可知使用过程中负极区溶液的pH

降低、正极区溶液的pH升高，B错误；根据两极电极反应式可知电池总反应为4VB2+1102+200H-+

6Hg==8B(OH)j+4VO；,C正确；VB＞电极和复合碳电极分别为电池的负极、正极，根据物理学知

识可知电流由复合碳电极经负载、VB2电极、KOH溶液回到复合碳电极,D正确。

＞原因分析•理论解释

(1)分析判断装置中的离子交换膜是阳离子交换膜还是阴离子交换膜？

是阴离子交换膜,原因：VB?在负极失电子结合0H-生成B(OH)r_0

(2府同学认为：本电池工作时电子从VB2电极出发沿导线到达复合碳电极，再经KOH溶液回到VB?电极，

从而构成闭合回路的。此同学的认识是否正确?不正确,原因是电子不能通过溶液，电解质溶液中转移的

是离子。

迁移应用

・命题角度一：原电池装置及电极的判断

I.分析下图所示的四个原电池装置，其中结论正确的是()

A.①②中Mg作负极,③④中Fe作负极

B.②中Mg作正极，电极反应式为6H2O+6e'=60H'+3H2T

C.③中Fe作负极，电极反应式为Fe-2e-=Fe2+

D.④中Cu作正极，电极反应式为2H++2e-=H2T

【解析】选Bo②中Mg不与NaOH溶液反应，而AI能和NaOH溶液反应失去电子,故AI是负极；②中

电池总期为2A1+2NaOH+6H2O=2Na[AI（OH）4l+3H,负极反应式为2AI+8OH--6e-=2[A1（OH）41

一,二者相减得到正极反应式为6H2。+6c-=6OH-+3H2f,B项正确；③中Fc在浓硝酸中钝化，Cu和

浓HNO3反应失去电子作负极，A、C两项错误；④中Cu是正极，电极反应式为02+2H2。+4e-=40H

-,D项错误。

2.（2022.汕头模拟）一种电池装置如图所示，它能溶解辉铜矿石（主要成分是CRS）制得硫酸铜。下列说法正

确的是（）

N

细菌

-—碳传

辉铜矿石

CuSO」溶液FeKSOJ溶液

X交换膜

A.M极为正极

B.X交换膜为阳离子交换膜

2++

C.M极上的电极反应式为Cu2S-10e-+4H2O=2CU+8H+SOr

D.外电路上每通过2mol电子，左室溶液增重32g

【解析】选Q电池工作时，M极：Cu2s转化为CuSO4,失电子为负极，则N极为正极，A项错误；M

22

极上的电极反应式为Cu2S-10e-+4H2O=2CU++8H++SO；-，因为M极产生的Cu+与SO：的物

质的量比为2:1,故右室中SO；*需通过X交换膜进入左室，则X交换膜是阴离子交换膜，B项错误，C

项正确；因为外电路上每通过2mol电子,左室溶液中除了有0.2molCu2s溶解,还有右室中的SO?通

过X交换膜进入左室，故增重超过32g,D项错误。

・命题角度二：原电池的工作原理

3.（2022.深圳模拟）锌空气电池（原理如图）适宜用作城市电动车的动力电源，该电池放电时Zn转化为

Zn0o该电池工作时下列说法不正确的是（）

A.多孔板的目的是增大与空气的接触面积

B.该电池的正极反应为O2+4e-+2H2O=4OH-

C.该电池放电时K+向石墨电极移动

D.外电路电子由Zn电极流向石墨电极再通过电解质溶液流回Zn电极

【解析】选Do石墨电极作为正极，多孔板可以增大与空气的接触面积，A正确；正极上氧气被还原，电

解质显碱性，所以正极电极反应式为O2+4e-+2H2O=4OH-，B正确；石墨电极为正极，原电池中阳离

子移向正极，即K+向石墨电极移动，C正确；电子不能在电解质溶液中流动，D错误。

4.(2022•青岛模拟)利用人工模拟光合作用合成甲烷的原理为CO2+2H2O=CH4+20,,装置如图所示,

下列说法错误的是()

A.该装置将太阳能转化为电能和化学能

B.电子从氮化钱电极经负载流向铜电极

C.铜电极上电极反应式：CO2+8H+-8e-=CH4+2H2O

D向装置中加入少量稀硫酸可提高合成工作效率

【解析】选Ce由图可知，碳元素价态降低得电子，Cu电极为正极，电极反应式为C02+8H++8e-=CH4

+

+2H2O,GaN为负极，电极反应式为2H2。-4c=O2T+4H,据此作答。A.由图可知，该装置工作时，

有电流产生，同时合成甲烷，故太阳能转化为电能和化学能，故A正确旧原电池工作时，电子由负极(GaN)

经外电路流向正极(Cu),故B正确；C.Cu电极为正极，电极反应式为CO2+8H*+8e=CH-+2H2O,故

C错误；D.向装置中加入少量稀硫酸，可提高溶液中离子浓度，增强导电性，提高合成工作效率，故D正

确.

【加固训练】

I.根据下图，下列判断中正确的是()

A.浇杯a中的溶液pH降低

B.烧杯b中发生氧化反应

C.烧杯a中发生的反应为2H++2e-=H2T

D.烧杯b中发生的反应为2C1--2e-=Cl2f

【解析】选B。由题给原电池装置可知，电子经过导线,由Zn电极流向Fe电极,则在Fc电极发生还

原反应：02+2H2。+4e-=4OH-，烧杯a中c(OH-)增大，溶液的pH升高；烧杯b中，Zn发生氧化反

应：Zn-2c--Zn2+。

2.将镉(Cd)浸在氯化钻(CoCL)溶液中，发生反应的离子方程式为Co2+(aq)+Cd(s)=Co(s)+Cd2+(aq),如

将亥反应设计为如图的原电池，则下列说法一定错误的是()

——@——

I-4-1

%其葭

甲乙

A.Cd作负极，Co作正极

B.原电池工作时，电子从负极沿导线流向正极

C.根据阴阳相吸原理，盐桥中的阳离子向负极(甲池)移动

D.甲池中盛放的是CdCh溶液，乙池中盛放的是CoCL溶液

【解析】选C。将该反应设计为原电池时，Cd作负极，电极反应为Cd-2e-=Cd2+；Co作正极，电极

反应为Co2++2e-=Co,盐桥中的阳离子向正极(乙池)移动。

・命题角度三：原电池原理的应用

5一定量的稀盐酸跟过量锌粉反应时，为了加快反应速率又不影响生成H2的总量，可采取的措施是()

A.加入少量稀NaOII溶液

B.加入少量NaNCh固体

C.加入少量NaHSO』固体

D.加入少量CuSO4溶液

【解析】选D。A.加入少量稀NaOH溶液,NaOH和稀盐酸反应生成氯化钠和水，稀盐酸浓度降低，所以

反应速率降低且生成氢气的总量减少，故A错误；B.加入硝酸钠，硝酸根离子具有强氧化性，生成NO,

不生成氨气，故B错误；C.加入少量NaHSO4,NaHSO4完全电离生成氢离子，相当于增大氢离子浓度，

反应速率加快，但增大生成氢气总量，故C错误；D.加入少量硫酸铜溶液，锌和铜离子反应生成Cu,Zn、

Cu和稀盐酸构成原电池加快反应速率，且生成氢气总量不变，故D正确。

6.有A、B、C、D四种金属，做如下实验：①将A与B用导线连接起来，浸入电解质溶液中，B不易腐

蚀；②将A、D分别投入等物质的量浓度的盐酸中，D比A反应剧烈；③将铜浸入B的盐溶液里，无明显

变化，如果把铜浸入C的盐溶液里，有金属C析出。据此判断它们的活动性由强到弱的顺序是()

A.A>B>C>DB.C>D>A>B

C.D>A>B>CD.A>B>D>C

【解析】选C两种活动性不同的金属和电解质溶液构成原电池，较活泼的金属作负极，负极上金属失电

子发生氧化反应被腐蚀，较不活泼的金属作正极。①将A与B用导线连接起来浸入电解质溶液中，B不易

腐无，所以A的活动性大于B。②金属和相同的酸反应时，活动性强的金属反应剧烈，将A、D分别投入

等浓度盐酸溶液中，D比A反应剧烈，所以D的活动性大于A；③金属的置换反应中，较活泼金属能置换

出较不活泼的金属，将铜浸入B的盐溶液中，无明显变化,说明B的活动性大于铜。如果把铜浸入C的

盐溶液中，有金属C析出，说明铜的活动性大于C。所以金属的活动性顺序为D>A>B>C。

7.设计原电池装置证明Fc3+的氧化性比CM+强。

(1)负极反应式：

(2)正极反应式：

(3周池总反应方程式：

(4)从不含盐桥、含盐桥两个角度画出装置图，指出电极材料和电解质溶液：

答案：(l)Cu-2e-=Cu2+

(2)2Fe3++2e-=2Fe2+

(3)2Fe3++Cu=2Fe2++Cu2+

(4)

①不含盐桥②含盐桥

——@-

CuC

也.用

FeCb溶液CuC；2溶液Fe&3溶液

点睛笔

原电池工作原理示意图

辄化还

原反应还原剂+氧化剂二氧化产物

(失电子)(得电子)+还原产物

形成I

收化反应、

合

闭

还原反应、

路

网离子导体

分开进行

负极(电解质

负反应物溶液)

极负极

原电池

材料

电子导体

考点二：化学电源(应用性考点)

—必备知识•夯实—

1.一次电池

放电后不可再充电的电池。

(1)普通锌镒干电池

总反应：Zn+2MnO2+2NH4Cl=ZnCl2+Mn2O3+2NH3+H2O

负极：Zn-2e-=Zn2+。

正极：2MnO2+2NH；+?.e-=7.NH2+MmCh+H2O

(2碱性锌锚电池

总反应：Zn+2MnO2+H2O=2Mn()OH+ZnO

负极：Zn-2e-+20H-=ZnO+H?0；

正吸：2MnO?+2H2O+2e-=2MnOOH+20H-0

2.二次电池

又称可充电电池或蓄电池，是一类放电后可以再充电而反复使用的电池。例如铅蓄电池总反应：Pb+PbO2

放电

+2H2SO4充电2Pbs04+2H2。

(1)放电时——原电池

①负极反应：Pb+S生-2e-=PbS0〉；

②正极反应：PbO?+4H++SO卜+2e-=PbSO4+2H2。0

(2)充电时——电解池

①阴极反应：PbSQ4+2e-=Pb+SO1；

②阳极反应：PbSCU+2H9・2e-=PbO」+4H++SO卜.

3.燃料电池

将熟料燃烧的化学能直接转化为电能的装置。

（1凰氧燃料电池

总反应：2H2+02=2比0；

①酸性介质

负极：H2=2e-=2H+—；

正极：Ch+4e-+4H+=2H2。。

②碱性介质

负极：H2-2e.+2OH-=2H2O；

正极：O」I4c-+2Hq=4OH-.

③溶融的金属氧化物作介质

负极：H2-2e.+0'=凡0；

正极：Ch+4e-^202-。

④族酸盐作介质

负极：&・2e-+C*=氏0+C02；

正极：Ch+4e-+2co2=2C咛（正极要涌入C0?）。

⑵甲烷-氧气燃料电池（正极反应式与氢氧燃料电池正极反应式相同，下面只需写出负极反应式即可）

①田-8e-+10OH--8上+7H2。（碱性介质）

②<2出-8c-+2Hq=C02+8H+（酸性介质）

③CFh-8e-+4CO>=5CCh+2壮。碳酸盐作介质）

⑷CH4-8e-+40?--CO2+2H。（熔融的金属氧化物作介质,高温下能传导O2'）

，辨易错

（1）二次电池充电时，充电器的正极接二次电池的正极。（4）

提示：充电时的连接方法是••正正负负二

（2）铅蓄电池放电时的负极和充电时的阳极均发生氧化反应。（4）

提示：原电池中负极发生氧化反应，电解池中阳极发生氧化反应。

（3）Zn具有还原性和导电性，可用作锌镒干电池的负极材料。（4）

提示：易失去电子的还原剂可以作原电池的负极。

（4碘可用作锂碘电池的材料，该电池反应为2Li（s）+I2（s）=2LiI（s）,则碘电极作该电池的负极。（x）

提示：锂是该电池的负极。

・关键能力•进阶，一

v能力点一：一次电池

1.Li—FcS?电池是目前电池中综合性能最好的一种电池，其结构如图所示。已知电池放电时的反应为4Li

+FCS2=FC+2Li2S0下列说法正确的是（）

~HI-

JFeS：

，熔.LiCF3so金

A.Li为电池的正极

B.电池工作时，Li+向负极移动

2

C.正极的电极反应式为FeS2+4e-=Fe+2S-

D.将熔融的LiCF3sCh改为LiCl的水溶液，电池性能更好

【解析】选C。根据电池反应式知,放电时Li失电子发生氧化反应，则Li是负极，电极反应式为Li-e-

2

=Li+,FeSz为正极，正极反应式为FeS2+4e-=Fe+2S-o通过以上分析知，Li为电池负极，发生氧

化反应，故A错误、C正确；放电时，阳离子Li+向正极移动，故B错误；将熔融的LiCF3sO.，改为LiCl

的水溶液，Li和水发生氧化还原反应生成氢气，所以不能将熔融的LiCF3s03改为LiCl的水溶液，故D错

误.

2+

2.普通锌镒干电池的简图如图所示，该电池工作时的总反应为Zn+2NH；+2MnO2=[Zn(NH3)2]+

Mn2O3+H2OO下列关丁锌镒干电池的说法中正确的是()

一锌筒

多孔纸

NMC1溶液

干电池示意图

A.当该电池电压逐渐下降后，利用电解原理能重新充电复原

B.电池负极反应式为2MnO2+2NH；+2e-=Mn2O3+2NH?+H2O

C.原电池工作时，电子从负极道过外电路流向正极

D.外电路中每通过0.1mol电子，锌的质量理论上减小6.5g

【解析】选Ce普通锌镒干电池是一次电池,不能充电复原,A项错误；根据原电池工作原理，负极失电

子，B项错误；由负极的电极反应式可知，每通过0.1mol电子，消耗锌的质量是65gmol•x里詈=

3.25g,D项错误。

【技法积累】请总结一下解答一次电池的一般思维过程。

提示：解答一次电池的一般思维过程为：

“能力点二：二次电池

I.二次电池电极反应式的书写方法

(1标：先标出原电池总反应式电子转移的方向和数目，找出参与负极和正极反应的物质。

(2万：写出一个比较容易书写的电极反应式(书写时一定要注意电极产物是否与电解质溶液共存)

(3)减：在电子守恒的基础上，总反应式减去写出的电极反应式即得另一电极反应式。

注意：充电时的电极反应与放电时的电极反应过程相反，即：

充电时的阳极反应与放电时的正极反应相反；充电时的阴极反应与放电时的负极反应相反。

2.二次电池充电时的电极连接

负极：领化反应一还原反应：阴极

'正极:还原反应一依化反应：阳极

连接

典例精研

【典例】(2020.全国I卷)科学家近年发明了一种新型Zn-CO?水介质电池。电池示意图如图，电极为金属

锌和选择性催化材料。放电时，温室气体CO?被转化为储氢物质甲酸等，为解决环境和能源问题提供了一

种新途径。下列说法错误的是()

电解质〈溶液2

-*充电

HCOOH

双极隔膜

A.放电时，负极反应为Zn-2e-+4OH-=Zn(OH)^-

B.放电时，1mol82转化为HCOOH,转移的电子数为2mol

C.充电时,电池总反应为2Zn(0H)；■=2Zn+02T+40H-+2H2O

D.充电时，正极溶液中OH-浓度升高

［解题思维］解答本题的思维流程如下：

提取①电解质溶液1；②电解质溶液2；

信息③H20To2；

①Zn失电子生成Zn(OH)：-,为电池负极反应,故电解质溶液1显碱性；②

信息

电解质溶液2与电解质溶液1不同，应显酸性；③放电和充电时的电极反应

转化

式不同，充电时,H2O失去电子生成。2

联想充电时，外接电源的负极接右侧电极还是左侧电极？为什么？

质疑提示：左侧电极。因为左侧要发生还原反应，作阴极。

【解析】选D。放电时，负极上Zn发生氧化反应，电极反应式为Zn-2e-+4OH-=Zn(OH)］，故A

正诵；放电时,COz转化为HCOOH,C元素化合价降低2,则1molCO?转化为HCOOH时，转移电子数

为2mol故B正确充电时阳极上H2O转化为02，负极上Zn(OH)t转化为Zn用池总反应为2Zn(0H)t

=2Zn+02f+4OH-+2H2O,故C正确；充电时，正极即为阳极，电极反应式为2H2O-4c-=4H++

02f,溶液中H+浓度增大，溶液中c(H+)・c(OH-)=Kw,温度不变时，K\v不变，因此溶液中OM浓度降

低，故D错误。

【技法积累】请以思维导图的形式画出解答二次电池的基本思路。

提示：二次电池的解题思路

原电池原理］

V正极。得电子发生还原反应

一

解邈耳负极e阴离子向负极移水

题

度_,正极（阳极）。失电子发生子化反应

路充电口

〕皆屈负极（阴极）。得电了•发生还原反应

|电解池原理）

，迁移应用

（2022.茂名模拟）2（）19年诺贝尔化学奖颁给了在锂离子电池发展方面作出突出贡献的三位科学家.下面是

最近研发的CaLiFePCh可充电电池的工作示意图，锂离子导体膜只允许Li+通过，电池反应为xCa2++

放电

2LiFeP（L先电Va+2Li|-.vFePO4+2ALi+。下列说法错误的是（）

钙电极

1/

LiPF-LiAsF

66锂离子导体膜Li2sO」溶液

电解质

+

A.放电时，负极反应为LiFePO4-xe-=Li)-rFePO4+xLi

B.充电时，Li—FcPCVLiFcPCh电极发生Li+脱嵌，放电时发生“嵌入

C.充电时,当转移0.2mol电子时,理论上左室中电解质的质量减轻2.6g

D.LiPF6LiAsF6为非水电解质,其与Li2so4溶液的主要作用都是传递离子

【解析】选A。由总反应式可知，放电时为原电池反应，Ca化合价升高被氧化为负极，电极反应式为Ca

+

-2e-=Ca?+,Li-FePCh被还原，为原电池正极反应，电极反应式为Li1-.vFePO4+xLi+e-=LiFePO4,

充电是电能转化为化学能的过程，阳极反应和原电池正极相反，阴极反应和原电池负极相反。放电时，负

2+

极反应为Ca-2e-=Ca,使左室中正电荷数目增多，锂离子导体膜只允许Li+通过，使LiPF6LiAsF6

+

电解质中的Li+通过锂离子导体馍移入右室，正极反应为Li.-vFeP04+.vLi+xe-=LiFePO4,电极发生

+

Li+嵌入，A错误；充电时，阳极发生：LiFePO4-.re-=rLi+Lii.vFePO4,电极发生Li+脱嵌”月极发

生：Ca2++2e•=Ca,转移0.2mol电子时，有0.2molLi+从右室通过锂离子导体膜移入左室，左室电解

质中有0.1molCa?+得电子生成Ca沉积在钙电极上故左室中电解质的质量减轻40x0.1g-7x0.2g=2.6g,

B、C正确；钙与水能够剧烈反应，所以，左室中的LiPF6LiAsF6电解质一定为非水电解质，Li2sOA溶液

为右室中的电解质溶液，它们的主要作用都是传递离子,形成可流，构成闭合回路，D正确。

【加固训练】

1.某研究院实验室宣布其在锂离子电池领域实现重大研究突破：推出业界首个高温长寿命石墨烯基锂离

放电

子电池。石墨烯电池反应式为口£6+口一、（2。02先市。+口（2002,其工作原理如图所示。下列关于该电池

的说法不正确的是（）

A.该电池若用隔膜可选用质子交换膜

B.石墨烯电池的优点是提高电池的储锂容量进而提高能量密度

+

C.充电时，LiCoO2极发生的电极反应为：LiCoO,-xe-=Lii-,CoO2+xLi

D.废旧的该电池进行“放电处理让Li+从石墨烯中脱出而有利于回收

【解析】选A。A项，由电池反应，则需要锂离子由负极移向正极，所以该电池不可选用质子交换膜，选

项A不正确；B项，石墨烯超强电池，该材料具有极佳的电化学储能特性，从而提高能量密度，选项B正

确；C项,充电时,LiCoCh极是阳极，发生的电极反应为：LiCoO2-xe-=Li「KoCh+xLi+,选项C正

确；D项，根据电池反应式知，放电时锂离子加入正极，从石墨烯中脱出，选项D正确。

2.(2019.全国卷O)为提升电池循环效率和稳定性，科学家近期利用三维多孔海绵状Zn(3D-Zn)可以高效沉

积ZnO的特点，设计了采用强碱性电解质的3D-Zn-NiOOH二次电池，结构如下图所示。电池反应为Zn⑸

放电

+2NiOOH(s)+H2O(I)充电ZnO[s)+2Ni(OH)2(s)o

下列说法错误的是()

尼龙保护层

导电缆圈

NiOOH

隔膜

亘3叩一3D-Zn

A.三维多孔海绵状Zn具有较高的表面积，所沉积的ZnO分散度高

B.充电时阳极反应为Ni(OH)2(s)+OH-(aq)-e-=NiOOH(s)+H2O(1)

C.放电时负极反应为Zn(s)+2OH-(aq)-2c-=ZnO(s)+H2O(1)

D.放电过程中OH通过隔膜从负极区移向正极区

【解析】选D。Zn作负极被氧化生成ZnO,三维多孔海绵状Zn具有较高的表面积，沉积的ZnO分散度高,

A正确。充电时阳极发生氧化反应，根据电池反应的充电过程可知,阳极反应为Ni(OII)2(s)IOH-(aq)-c

•=NiOOH(s)+H2O(l),B正确。放电时负极发生氧化反应，根据电池反应的放电过程可知，负极反应为

Zn⑸+2OH-(aq)-2e-=ZnO(s)+H2O(I),C正确。放电时，电池内部阳离子由负极移向正极，阴离子由

正极移向负极，D错误。

v能力点三：燃料电池

书写燃料电池电极反应式的三大步骤：

(1)第1步：先写出燃料电池总反应式

一般是可燃物在氧气中的燃烧反应方程式。

注意：燃烧产物可能与电解质溶液反应，此时需要写总反应方程式。

（2）第2步：写出燃料电池正极的电极反应式

基础反应：O2+4e-^=202'。

①电解质为固体时：+4e-=202-。

②电解质为熔融的碳酸盐时：02+2cCh+4e-=2C0；一。

③电解质为中性或碱性环境时：Ch+4e-+2H2O=4OH，

④电解质为酸性环境时：+4e-+4H+=2+0。

（3）第3步：写出燃料电池负极的电极反应式

燃料电池负极的电极反应式;燃料电池总反应式-燃料电池正极的电极反应式。

迁移应用

1.（2022清远模拟）一种微生物燃料电池如图所示，下列关于该电池说法正确的是（）

A.a电极是该电池的正极

B.电池工作时，电流由a电极沿导线流向b电极

C.b电极发生还原反应

D.H+由右室通过质子交换膜进入左室

【解析】选C。a电极上，苯酚转化为C02,C元素的化合价升高，发生氧化反应，故a电极是该电池的

负极，A项错误；a电极为负极，b电极为正极，则电池工作时，电流由b电极沿导线流向a电极，B项错

误；b电极上,NO,-转化为N2,N元素化合价降低，发生还原反应，C项正确；阳离子向电池正极移动，

b电极为正极，故H+由左室通过质子交换膜进入右室，D项错误。

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