【新人教版高中化学】必修一 热点专攻18 新型化学电源及分析

18新型化学电源及分析浓差电池电解质浓差电池(电解质溶液浓度不同)注意：为将两溶液分开，通常用离子交换膜或盐桥隔开，常见的离子交换膜如表。解题关键：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。阳离子交换膜只允许阳离子(包括H＋)通过阴离子交换膜只允许阴离子通过质子交换膜只允许H＋通过1．浓差电池中的电动势是由于电池中存在浓度差而产生的。某浓差电池的原理如图所示，该电池从浓缩海水中提取LiCl的同时又获得了电能。下列有关该电池的说法错误的是(

)A．电池工作时，Li＋通过离子导体移向X极区B．电流由Y极通过外电路流向X极C．正极发生的反应为2H＋＋2e－===H2↑D．Y极每生成1molCl2，X极区得到2molLiCl√解析加入稀盐酸，X极上生成氢气，H＋发生还原反应：2H＋＋2e－===H2↑，X极为正极，Y极上Cl－发生氧化反应：2Cl－－2e－===Cl2↑，Y极是负极，电池工作时，Li＋向X极区移动，A、C两项正确；外电路中电流由正极X流向负极Y，B项错误；Y极每生成1molCl2，转移2mol电子，有2molLi＋向正极移动，则X极区得到2molLiCl，D项正确。2．相同金属在其不同浓度盐溶液中可形成浓差电池。如图所示装置是利用浓差电池电解Na2SO4溶液(a、b电极均为石墨电极)，可以制得O2、H2、H2SO4和NaOH。下列说法不正确的是(

)A．a电极的电极反应式为4H2O＋4e－===2H2↑＋4OH－B．c、d离子交换膜分别为阳离子交换膜和阴离子交换膜C．电池放电过程中，Cu(1)电极上的电极反应式为Cu2＋＋2e－===CuD．电池从开始工作到停止放电，电解池理论上可制得320gNaOH√解析a为电解池的阴极，H2O中的H＋得到电子发生还原反应生成H2，电极反应式为4H2O＋4e－===2H2↑＋4OH－，A项正确；因溶液为电中性，a电极附近产生了阴离子，必须让阳离子发生移动，c为阳离子交换膜，b电极附近阴离子减少，必须让阴离子发生移动，d为阴离子交换膜，B项正确；Cu(1)作正极，得到电子，电极反应式为Cu2＋＋2e－===Cu，C项正确；电池从开始工作到停止放电，正极区硫酸铜溶液浓度由2.5mol·L－1降到1.5mol·L－1，负极区硫酸铜溶液由0.5mol·L－1升到1.5mol·L－1，正极反应可还原Cu2＋的物质的量为2L×(2.5－1.5)mol·L－1＝2mol，电路中转移4mol电子，电解池的阴极生成4molOH－，即阴极区可得4mol氢氧化钠，其质量为160g，D项错误。锂电池与锂离子电池1．锂电池锂电池是一类由金属锂或锂合金为负极材料，使用非水电解质溶液的电池。工作时金属锂失去电子被氧化为Li＋，负极反应均为Li－e－===Li＋，负极生成的Li＋经过电解质定向移动到正极。2．锂离子二次电池(1)锂离子电池基于电化学“嵌入/脱嵌”反应原理，替代了传统的“氧化—还原”原理；在两极形成的电势差的驱动下，Li＋可以从电极材料提供的“空间”中“嵌入”或“脱嵌”。(2)锂离子电池充电时阴极反应式一般为C6＋xLi＋＋xe－===LixC6；放电时负极反应是充电时阴极反应的逆过程：LixC6－xe－===C6＋xLi＋。(3)锂离子电池的正极材料一般为含Li＋的化合物，目前已商业化的正极材料有LiFePO4、LiCoO2、LiMn2O4等。3．(2026·湖南岳阳联考)全固态锂电池能量密度大，安全性高，拓宽了电池工作温度范围和应用领域。一种全固态锂－空气电池设计如图,电池总反应为O2＋2Li===Li2O2。下列说法正确的是(

)(注：复合电极包含石墨、催化剂及放电时生成的Li2O2)A．放电时，外电路电流的方向是由Li电极流向复合电极B．充电时，Li电极应与电源的正极相连C．充电时，阳极的电极反应式为Li2O2－2e－===O2↑＋2Li＋D．放电时，如果电路中转移1mol电子，理论上复合电极净增重7g√解析原电池中电流从正极沿外电路流向负极，Li电极为负极，复合电极为正极，则电流由复合电极流向Li电极，A项错误；充电时，Li电极应与电源的负极相连，B项错误；充电时，阳极的电极反应式为Li2O2－2e－===O2↑＋2Li＋，C项正确；放电时，如果电路中转移1mol电子，理论上复合电极有0.5molLi2O2生成，即净增重23g，D项错误。√解析据题意分析可知，A极为负极，B极为正极，该隔膜只允许Li＋通过，放电时Li＋向正极移动，即从左边流向右边，A项正确；无论放电还是充电，Li元素化合价都是＋1价，化合价不变，B项正确；充电时，B电极是阳极，其电极反应与放电时正极反应相反，故电极反应式为LiCoO2－xe－===Li1－xCoO2＋xLi＋，C项正确；根据电池反应知，充电时锂离子进入石墨中，D项错误。双极膜电池原电池双极膜是一种特殊的电池隔膜，它位于电池的正负极之间，起到分离正负极、防止短路的作用，同时还能提高电池的性能和寿命。该膜的特点是在直流电场的作用下，阴、阳膜复合层间的H2O解离成OH－和H＋并分别通过阴膜和阳膜，作为H＋和OH－离子源。5．某研究团队首次构建了一种可逆水性Zn－CO2电池，实现了CO2和HCOOH之间的高效可逆转换，其反应原理如图所示：已知双极膜可将水解离为H＋和OH－，并实现其定向通过。下列说法错误的是(

)A．放电时，负极电极反应式为Zn＋4OH－－2e－===[Zn(OH)4]2－B．CO2转化为HCOOH过程中，Zn电极的电势低于多孔Pd电极C．充电过程中，甲酸在多孔Pd电极表面转化为CO2D．当外电路通过2mol电子时，双极膜中离解水的物质的量为1mol√解析据图可知，Zn发生失去电子的反应，电极反应式为Zn＋4OH－－2e－===[Zn(OH)4]2－，A项正确；多孔Pd电极为正极，负极电势较低，B项正确；充电过程中，HCOOH转化为CO2，C项正确；根据溶液呈电中性可知，外电路通过2mol电子时，双极膜中离解水的物质的量为2mol，D项错误。√常考常新的化学电源——二次电池1．二次电池充电时的电极连接

即正极接正极，负极接负极。2．二次电池原理分析的思维模型7．(2025·安徽)研究人员开发出一种锂－氢可充电电池(如图所示)，使用前需先充电，其固体电解质仅允许Li＋通过。下列说法正确的是(

)A．放电时电解质溶液质量减小B．放电时电池总反应为H2＋2Li===2LiHC．充电时Li＋移向惰性电极D．充电时每转移1mol电子，c(H＋)降低1mol·L－1√由放电时正极发生的反应知，每2mol(14g)Li＋进入电解质溶液，有1mol(2g)H2扩散到储氢容器，故电解质溶液质量增加，A项错误；由正、负极发生的反应知，放电时电池总反应为2Li＋2H3PO4===H2↑＋2LiH2PO4，B项错误；电解池中阳离子移向阴极，故充电时Li＋移向惰性电极，C项正确；电解质溶液体积未知，且H3PO4是中强酸，故c(H＋)不能判断，D项错误。√物质转化循环型电池1．题型背景循环电池是电化学储能领域的一个研究热点，它通过电池内部物质的循环使用来增加储能容量，增长使用寿命。2．题型分析根据物质转化，注意电极反应与电极区反应，元素化合价的变化或离子的移动(阳离子移向正极区域，阴离子移向负极区域)判断电池的正、负极，是分析该电池的关键。9．(2024·新课标卷)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：2C6H12O6＋O2===2C6H12O7B．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√解析

由分析知，该电池的总反应为2C6H12O6＋O2===2C6H12O7，A项正确；由题图可知，b电极上发生转化：CuO→Cu2O→CuO，反应前后CuO的性质和数目不变，故b电极上CuO通过Cu(Ⅱ)和Cu(Ⅰ)相互转变起催化作用，B项正确；根据负极的电极反应式可知当消耗18mg(0.1mmol)葡萄糖时，转移0.2mmol电子，故理论上a电极有0.2mmol电子流入，C项错误；原电池中，阳离子向正极迁移，由分析知，b电极为负极，a电极为正极，故两电极间血液中的Na＋在电场驱动下的迁移方向为b→a，D项正确。10．(2025·广东)某理论研究认为：燃料电池(图b)的电极Ⅰ和Ⅱ上所发生反应的催化机理示意图分别如图a和图c，其中O2获得第一个电子的过程最慢。由此可知，理论上(

)A．负极反应的催化剂是ⅰB．图a中，ⅰ到ⅱ过程的活化能一定最低C．电池工作过程中，负极室的溶液质量保持不变D．相同时间内，电极Ⅰ和电极Ⅱ上的催化循环完成次数相同√解析由图a知，电极Ⅰ发生的反应为O2＋4H＋＋4e－===2H2O，故电极Ⅰ作正极，由图c知，电极Ⅱ发生的反应为H2－2e－===2H＋，故电极Ⅱ作负极。结合上述分析知，正极反应的催化剂是ⅰ，A项错误；由O2获得第一个电子的过程最慢知，ⅰ到ⅱ过程的活化能最大，B项错误；H2进入负极失电子生成H＋，为保持溶液呈电中性，H＋通过质子交换膜向正极迁移，故负极室的溶液质量保持不变，C项正确；根据正、负极的电极反应式及得失电子守恒知，相同时间内电极Ⅱ上催化循环完成次数为电极Ⅰ上的2倍，D项错误。微生物电池厌氧微生物催化氧化有机物葡萄糖，同时处理含Cu2＋废水的工作原理如图：

总结特点：利用微生物将有机物中化学能转化为电能，条件温和，无污染或污染小，燃料来源多样。解题关键：根据描述或图示判断正负极，其他按照原电池原理处理即可。11．沉积物微生物燃料电池可处理含硫废水，其工作原理如图所示。下列说法错误的是(

)A．碳棒b为该微生物电池的正极B．碳棒a上有反应：FeSx－2xe－===Fe2＋＋xS(x≥2)C．电流方向：碳棒b→电阻→碳棒a→含水沉积物→碳棒bD．氧气的含量、光照强度会影响电池的功率√解析O2在碳棒b上得电子生成水，说明碳棒b为该微生物电池的正极，A项正确；电极反应式FeSx－2xe－===Fe2＋＋xS(x≥2)不满足电荷守恒，B项错误；碳棒a失电子，是负极，碳棒b得电子，是正极，电流方向是从碳棒b→电阻→碳棒a→含水沉积物→碳棒b，C项正确；由图可知，CO2在光照和光合菌的作用下反应生成氧气，氧气在正极得电子生成水，光照强度越强，光合作用越强