新型化学电源的高考

新型化学电源的高考第一页，共六十一页，2022年，8月28日 取材于这些知识点的试题，由于题材广、信息新、陌生度大，所以，大多数考生对这类试题感到难，而难在何处又十分迷茫。实际上这些题目主要考查的是学生迁移应用的能力。具体有以下几种考查角度：

角度一新型电池“放电”时正极、负极的判断

【知识基础】在Zn-Cu原电池中，较活泼的金属材料作负极，较不活泼的金属材料或非金属材料作正极。负极：Zn-2e-Zn2+；正极：2H++2e-

H2↑。第二页，共六十一页，2022年，8月28日【解题指导】新型电池中负极材料正极材料元素化合价升高的物质发生氧化反应的物质元素化合价降低的物质发生还原反应的物质第三页，共六十一页，2022年，8月28日【典例导析1】被称之为“软电池”的纸质电池，采用一个薄层纸片作为传导体，在其一边镀锌，而在其另一边镀二氧化锰。在纸内的离子“流过”水和氧化锌组成的电解液。电池总反应为Zn+2MnO2+H2O ZnO+2MnO(OH)。下列说 法正确的是 （ ） A.该电池的正极为锌 B.该电池反应中二氧化锰起催化剂作用 C.当0.1molZn完全溶解时，流经电解液的电子个 数为1.204×1023 D.电池正极反应式为2MnO2+2e-+2H2O 2MnO(OH)+2OH-第四页，共六十一页，2022年，8月28日解析

由总反应式可知,二氧化锰为氧化剂而不是催化剂，锌为还原剂，应为原电池的负极，A、B错；电子只能经外电路流动，而不能在电解液中流动，电解液内电流的形成是由于阴、阳离子的定向移动，C错；电池负极反应式为Zn-2e-+H2OZnO+2H+,用总反应式减去负极反应式得正极反应式为2MnO2+2e-+2H2O 2MnO(OH)+2OH-。答案

D第五页，共六十一页，2022年，8月28日角度二新型电池“放电”时正极、负极上电极反应 式的书写【知识基础】铅蓄电池［Pb-PbO2(H2SO4溶液)］电极反应的书写：负极：①Pb-2e- Pb2+;②Pb2++SO PbSO4。把二者合起来，即负极反应式：Pb-2e-+SOPbSO4。正极：PbO2得电子变为Pb2+，①PbO2+2e-+4H+Pb2++2H2O；Pb2+跟SO结合生成PbSO4，②Pb2++SOPbSO4。把二者合起来，即正极反应式：PbO2+2e-+4H++SO PbSO4+2H2O。总反应式=正极反应式+负极反应式，即：PbO2+Pb+4H++2SO2PbSO4+2H2O。第六页，共六十一页，2022年，8月28日【解题指导】首先分析物质得失电子的情况，然后再考虑电极反应生成的物质是否跟电解质溶液中的离子发生反应。对于较为复杂的电极反应，可以利用总反应-较简单一极电极反应式=较复杂一极电极反应式的方法解决。第七页，共六十一页，2022年，8月28日【典例导析2】（2009·广东，14）可用于电动汽车 的铝-空气燃料电池，通常以NaCl溶液或NaOH溶液 为电解液，铝合金为负极，空气电极为正极。下列 说法正确的是 （ ） A.以NaCl溶液或NaOH溶液为电解液时，正极反应 都为：O2+2H2O+4e- 4OH- B.以NaOH溶液为电解液时，负极反应为Al+3OH- -3e- Al(OH)3↓ C.以NaOH溶液为电解液时，电池在工作过程中电 解液的pH保持不变 D.电池工作时，电子通过外电路从正极流向负极第八页，共六十一页，2022年，8月28日解析

电池工作时，正极上O2得到电子被还原，电极反应为：O2+2H2O+4e- 4OH-,A正确；电解液为NaOH溶液时，在负极上产生的是NaAlO2而不是Ａl(OH)3,B错误；电池的总反应为：4Al+3O2+4NaOH4NaAlO2+2H2O,消耗NaOH，pH减小;电池工作时，电子通过外电路由负极流向正极。答案

A第九页，共六十一页，2022年，8月28日角度三新型电池“充电”时阴极、阳极的判断【知识基础】充电的实质就是把放电时发生的变化再复原的过程。如铅蓄电池：首先应搞明白原电池放电时的正、负极，再根据电池充电时，阳极接正极，阴极接负极的原理，进行分析。【解题指导】第十页，共六十一页，2022年，8月28日【典例导析3】（2009·浙江理综，12）市场上经常 见到的标记为Li-ion的电池称为“锂离子电池”。 它的负极材料是金属锂和碳的复合材料（碳作为金 属锂的载体），电解质为一种能传导Li+的高分子 材料。这种锂离子电池的电池反应式为： Li+2Li0.35NiO2 2Li0.85NiO2 下列说法不正确的是 （ ） A.放电时，负极的电极反应式：Li-e- Li+ B.充电时，Li0.85NiO2既发生氧化反应又发生还原 反应 C.该电池不能用水溶液作为电解质 D.放电过程中Li+向负极移动第十一页，共六十一页，2022年，8月28日解析

A项，Li从零价升至正价，失去电子，作为负极，正确；B项，反应逆向进行时，反应物只有一种，故化合价既有升，又有降，所以既发生氧化反应又发生还原反应，正确；C项，由于Li可以与水反应，故应为非水材料，正确；D项，原电池中阳离子应迁移至正极失电子，故错。答案

D第十二页，共六十一页，2022年，8月28日角度四新型电池充、放电时，电解质溶液中离子移 动方向的判断【知识基础】原电池中，阳离子移向正极，阴离子移向负极，如Zn-Cu（稀H2SO4）电池中：H+移向Cu极；SO移向Zn极。电解池中，阳离子移向阴极，阴离子移向阳极，符合带电微粒在电场中的运动规律。首先应分清电池是放电还是充电；再判断出正、负极或阴、阳极，进而即可确定离子的移动方向。【解题指导】第十三页，共六十一页，2022年，8月28日【典例导析4】（2008·广东，16改编）LiFePO4电池具有稳 定性高、安全、对环境友好等优点，可用于电动汽车。 电池反应为：FePO4+LiLiFePO4,电池的正极材 料是LiFePO4，负极材料是石墨，含Li+导电固体为 电解质。下列有关LiFePO4电池说法不正确的是（） A.可加入硫酸以提高电解质的导电性 B.放电时电池内部Li+向正极移动 C.充电过程中，电池正极材料的质量减少 D.放电时电池正极反应为：FePO4+Li++e- LiFePO4第十四页，共六十一页，2022年，8月28日解析

由于Li能和稀H2SO4、H2O反应,因此电解质不能用硫酸；放电过程为原电池原理，在原电池中，阴离子向着负极移动，阳离子向着正极移动；充电过程是电解的过程,电解池的阳极失电子,即LiFePO4-e- Li++FePO4，因此阳极材料（LiFePO4）质量会减少；将电解池阳极反应倒过来就是原电池的正极反应。综合上述分析可知D正确。答案

D第十五页，共六十一页，2022年，8月28日迁移应用第十六页，共六十一页，2022年，8月28日第十七页，共六十一页，2022年，8月28日第十八页，共六十一页，2022年，8月28日第十九页，共六十一页，2022年，8月28日3.（2009·四川，29）新型锂离子电池在新能源的开发中占有重要地位，可用作节能环保电动汽车的动力电池。磷酸亚铁锂（LiFePO4）是新型锂离子电池的首选电极材料，它的制备方法如下： 方法一：将碳酸锂、乙酸亚铁［(CH3COO)2Fe］、磷酸二氢铵按一定比例混合、充分研磨后，在800℃左右、惰性气体氛围中煅烧制得晶态磷酸亚铁锂,同时生成的乙酸及其他产物均以气体逸出。方法二：将一定浓度的磷酸二氢铵、氯化锂混合溶液作为电解液，以铁棒为阳极，石墨为阴极，电解析出磷酸亚铁锂沉淀。沉淀经过滤、洗涤、干燥，在800℃左右、惰性气体氛围中煅烧制得晶态磷酸亚铁锂。第二十页，共六十一页，2022年，8月28日在锂离子的电池中，需要一种有机聚合物作为正、负极之间锂离子迁移的介质，该有机聚合物的单体之一（用M表示）的结构简式如下：请回答下列问题：（1）上述两种方法制备磷酸亚铁锂的过程都必须在惰性气体氛围中进行。其原因是

。第二十一页，共六十一页，2022年，8月28日（2）在方法一所发生的反应中，除生成磷酸亚铁锂、乙酸外，还有

、

、

（填化学式）生成。（3）在方法二中，阳极生成磷酸亚铁锂的电极反应式为

。（4）写出M与足量氢氧化钠溶液反应的化学方程式：

。（5）已知该锂离子电池在充电过程中，阳极的磷酸亚铁锂生成磷酸铁，则该电池放电时正极的电极反应式为

。第二十二页，共六十一页，2022年，8月28日解析（1）LiFePO4中有Fe2+，Fe2+容易被氧化，所以制备LiFePO4时要在无氧条件下操作。（2）根据信息给定的方法一所发生的反应中的反应物和部分生成物，再根据元素守恒，可写出该反应的化学方程式：Li2CO3+2(CH3COO)2Fe+2NH4H2PO42LiFePO4+4CH3COOH↑+2NH3↑+H2O↑+CO2↑。（3）方法二中，阳极Fe放电生成Fe2+，Fe2+再与H2PO、Li+反应生成LiFePO4。（5）该锂离子电池在充电过程中，阳极的LiFePO4生成FePO4,则该电池放电时正极的反应是FePO4生成LiFePO4,其电极反应式是FePO4+Li++e-LiFePO4。第二十三页，共六十一页，2022年，8月28日答案（1）为防止亚铁化合物被氧化（2）CO2 H2O NH3（3）Fe+H2PO+Li+-2e- LiFePO4+2H+（4）（5）FePO4+Li++e- LiFePO4第二十四页，共六十一页，2022年，8月28日 电化学原理在生产、生活中的应用非常广泛，在化学实验中的作用亦不可低估。如改变反应速率、制备通常方法难以制备的物质等很多方面，现分别列举如下：应用一加快氧化还原反应的速率 一个自发进行的氧化还原反应，设计成原电池时反应速率增大。如实验室制H2时，在Zn与稀H2SO4反应时加入少量CuSO4溶液，就能使产生H2的反应速率加快。实验突破9.电化学原理在实验中的应用第二十五页，共六十一页，2022年，8月28日应用二比较金属活动性的强弱 两种金属分别做原电池的两极时，一般作负极的金属比作正极的金属活泼。

应用三制备通常方法难以制备的物质 电解是最强有力的氧化还原手段，可以制备F2等氧化性很强的物质，也可以制备Na、Mg、Al等还原性很强的物质等。

应用四利用有关量的关系进行某些测量或测定 可以利用电子与物质间的关系测元素的相对原子质量、阿伏加德罗常数等。第二十六页，共六十一页，2022年，8月28日【典例导析1】下图Ⅰ、Ⅱ分别是甲、乙两组同学 将反应AsO+2I-+2H+AsO+I2+H2O设计成的原电池 装置，其中C1、C2均为碳棒。甲组向图Ⅰ烧杯中逐 滴加入适量浓盐酸；乙组向图ⅡB烧杯中逐滴加入 适量40%NaOH溶液。第二十七页，共六十一页，2022年，8月28日下列叙述正确的是 （ ）A.甲组操作时，微安表指针发生偏转B.甲组操作时，溶液颜色不变C.乙组操作时，C2作正极D.乙组操作时，C1上发生的电极反应式为I2+2e-

2I-第二十八页，共六十一页，2022年，8月28日解析

甲组操作时发生的反应为AsO+2I-+2H+AsO+I2+H2O，有碘单质生成，因此溶液的颜色变深，但装置构成的原电池中两极直接接触（一极是AsO/AsO，另一极是I2/I-），呈短路状态，因此微安表中无电流通过，A、B错；乙组操作时，由于向图ⅡB烧杯中逐滴加入烧碱，此时原电池发生的反应为AsO+I2+H2O AsO+2I-+2H+，此时C2棒上发生氧化反应，作负极，C1棒上发生还原反应，作正极，电极反应式为I2+2e- 2I-。答案

D第二十九页，共六十一页，2022年，8月28日第三十页，共六十一页，2022年，8月28日第三十一页，共六十一页，2022年，8月28日第三十二页，共六十一页，2022年，8月28日第三十三页，共六十一页，2022年，8月28日第三十四页，共六十一页，2022年，8月28日第三十五页，共六十一页，2022年，8月28日第三十六页，共六十一页，2022年，8月28日第三十七页，共六十一页，2022年，8月28日迁移应用1.某校化学研究性学习小组欲设计实验验证Fe、Cu的金属活动性，他们提出了以下两种方案。请你帮助他们完成有关实验项目： 方案Ⅰ:有人提出将大小相等的铁片和铜片，分别同时放入稀硫酸（或稀盐酸）中，观察产生气泡的快慢，据此确定它们的活动性。该原理的离子方程式为

。 方案Ⅱ：有人利用Fe、Cu作电极设计成原电池，以确定它们的活动性。试在下面的方框内画出原电池装置图，标出原电池的电极材料和电解质溶液，并写出电极反应式。第三十八页，共六十一页，2022年，8月28日正极反应式：

；负极反应式：

。方案Ⅲ.结合你所学的知识，帮助他们再设计一个验证Fe、Cu活动性的简单实验方案（与方案Ⅰ、Ⅱ不能雷同）：

，用离子方程式表示其反应原理：

。第三十九页，共六十一页，2022年，8月28日

解析

比较或验证金属活动性方案有很多，可以利用金属与酸反应的难易来判断或验证；也可以利用原电池原理，负极是较活泼的金属；也可以利用金属单质间的置换反应来完成。

答案

方案Ⅰ:Fe+2H+ Fe2++H2↑ 方案Ⅱ:

第四十页，共六十一页，2022年，8月28日

2H++2e- H2↑ Fe-2e- Fe2+ 方案Ⅲ:把铁片插入CuSO4溶液中，一段时间后，观察铁片表面是否生成红色物质 Fe+Cu2+ Cu+Fe2+第四十一页，共六十一页，2022年，8月28日2.（1）将锌片和银片浸入稀硫酸中组成原电池，两电极间连接一个电流计。 锌片上发生的电极反应：

； 银片上发生的电极反应：

。（2）若该电池中两电极的总质量为60g，工作一段时间后，取出锌片和银片洗净干燥后称重，总质量为47g，试计算：①产生氢气的体积（标准状况）； ②若已知电子电荷为1.60×10-19C，通过导线的电量为3.85×104C，试计算阿伏加德罗常数NA。第四十二页，共六十一页，2022年，8月28日解析（1）锌片与银片和稀硫酸构成原电池,锌片为负极，发生氧化反应：Zn-2e- Zn2+;银片为正极,发生还原反应：2H++2e-H2。（2）①锌片与银片减少的质量等于生成氢气所消耗的锌的质量，设产生的氢气体积为x。Zn+2H+Zn2++H2↑65g 22.4L60g-47g=13gxx=13g×22.4L÷65g=4.48L第四十三页，共六十一页，2022年，8月28日②反应消耗的锌为:13g÷65g/mol=0.20mol1molZn变为Zn2+时，转移2mole-，则通过的电量可表示为：0.20mol×2×NA×1.60×10-19C=3.85×104C解之得：NA=6.02×1023mol-1。答案

（1）Zn-2e- Zn2+2H++2e- H2↑（2）①4.48L②6.02×1023mol-1第四十四页，共六十一页，2022年，8月28日1.（2009·浙江理综，12）市场上经常见到的标记为Li-ion的电池称为“锂离子电池”。它的负极材料是金属锂和碳的复合材料（碳作为金属锂的载体），电解质为一种能传导Li+的高分子材料。这种锂离子电池的电池反应式为：Li+2Li0.35NiO22Li0.85NiO2下列说法不正确的是()A.放电时，负极的电极反应式：Li-e-Li+B.充电时，Li0.85NiO2既发生氧化反应又发生还原反应C.该电池不能用水溶液作为电解质D.放电过程中Li+向负极移动放电充电易错题重练第四十五页，共六十一页，2022年，8月28日解析

A项，Li从零价升至正价，失去电子，作为负极，正确；B项，反应逆向进行时，反应物只有一种，故化合价既有升，又有降，所以既发生氧化反应又发生还原反应，正确；C项，由于Li可以与水反应，故应为非水材料，正确；D项，原电池中阳离子应迁移至正极失电子，故错。答案

D第四十六页，共六十一页，2022年，8月28日2.用酸性氢氧燃料电池电解苦卤水（含Cl-、Br-、Na+、Mg2+）的装置如图所示（a、b为石墨电极）。下列说法中，正确的是（）第四十七页，共六十一页，2022年，8月28日A.电池工作时，正极反应式为：O2+2H2O+4e-

4OH-B.电解时，a电极周围首先生成Cl2C.电解时，电子流动路径是：负极→外电路→阴极→溶液→阳极→正极D.忽略能量损耗，当电池中消耗0.02gH2时，b极周围会产生0.02gH2第四十八页，共六十一页，2022年，8月28日解析

由于磷酸为电解质，电池的正极反应为：O2+4H++4e-2H2O,A错；a电极与原电池正极相连，为电解池的阳极，由于Br-还原性强于Cl-，因此Br-先放电，B错；电解时，电子流动路径是：负极→阴极，阳极→正极，电子不能从溶液中通过，C错；根据通过的电子守恒，当电池中消耗0.02gH2时，b极周围会产生0.02gH2,D对。答案

D第四十九页，共六十一页，2022年，8月28日3.某同学按如图所示的装置进行实验，A、B为常见金属，它们的硫酸盐可溶于水。当K闭合后，在交换膜处从右向左移动。下列分析不正确的是（）A.溶液中c(A2+)增大B.B的电极反应：B-2e-B2+C.y电极上有Cl2产生，发生氧化反应D.反应初期x电极周围出现白色沉淀，随后沉淀消失第五十页，共六十一页，2022年，8月28日解析

选项A，当K闭合后，在交换膜处从右向左移动，说明A为原电池的负极，该极的金属A失去电子：A-2e-A2+，c(A2+)增大；选项B，若金属B是不活泼金属，溶液中的B2+获得电子生成B。选项D，x电极为阴极，y电极为阳极，电解初期，AlCl3溶液中的H2O电离出的H+在x电极获得电子生成H2，同时生成OH-，反应方程式为：2H2O+2e-H2↑+2OH-，产生的OH-与Al3+结合生成Al(OH)3沉淀。答案

B第五十一页，共六十一页，2022年，8月28日4.日常生活中常用的普通锌-锰干电池有7种物质：NH3、Mn2O3、ZnCl2、MnO2、NH4Cl、Zn和H2O，它们分别是锌-锰电池中氧化还原反应的反应物和生成物，该干电池的结构如图所示。下列说法正确的是（）第五十二页，共六十一页，2022年，8月28日A.普通锌-锰干电池中电解质溶液为ZnCl2、MnCl2B.石墨电极发生的反应为：2MnO2+2NH+2e-

Mn2O3+2NH3+H2OC.放电时，NH向负极移动D.用该电池电解饱和AlCl3溶液，析出2.7gAl时，溶解9.75gZn第五十三页，共六十一页，2022年，8月28日解析

选项A，题目提供的7种物质中，只有NH4Cl和ZnCl2是可溶性的,分析元素价态变化可知Zn失去电子为原电池的负极：Zn-2e-Zn2+，所以电池中电解质溶液为NH4Cl；选项B，石墨为正极材料，7种物质中，MnO2在该极获得电子生成Mn2O3:2MnO2+2NH+2e-Mn2O3+2NH3+H2O；选项C，正极消耗NH，所以放电时NH向正极移动；选项D，根据离子的放电能力，电解饱和AlCl3溶液时，首先是H+在阴极放电生成H2，而不是析出Al。答案

B第五十四页，共六十一页，2022年，8月28日5.LiFePO4电池具有稳定性高、安全、对环境友好等优点，可用于电动汽车。电池反应为：FePO4+LiLiFePO4。电池的正极材料是LiFePO4，负极材料是石墨，含有导电固体为电解质。下列有关LiFePO4电池的说法不正确的是()A.可加入硫酸以提高电解质的导电性B.放电时电池内部Li+向正极移动C.充电过程中，电池正极材料的质量减少D.放电时电池正极反应为：FePO4+Li++e-

LiFePO4放电充电第五十五页，共六十一页，2022年，8月28日解析

由于Li能和稀H2SO4、H2O反应，因此电解质不能用硫酸；放电过程为原电池原理，在原电池中，阴离子向着负极移动，阳离子向着正极移动；充电过程是电解的过程，电解池的阳极失电子，即LiFePO4-e-Li++FePO4，因此阳极材料（LiFePO4）质量会减少；将电解池阳极反应倒过来就是原电池的正极反应。综合上述分析可知B、C、D正确。答案

A第五十六页，共六十一页，2022年，8月28日1.电极方程式的书写（1）铅蓄电池放电时，电流流入的极为

极，其电极方程式为：

。（2）氢氧燃料电池若用KOH作电解质溶液，其负极反应式为

。（3）氢氧燃料电池若用H2SO4作电解质溶液，其正极反应式为

。（4）依据CH4+2O2CO2+2H2O，利用KOH溶液作电解质溶液制成燃料电池，则负极反应式为