2022届新高考化学一轮复习新型化学电源学案

新型化学电源

导读：随着全球能源逐渐枯竭，以及废旧电池的污染日趋严重,新型化

学电源成为科学家研究的重点方向之一,也成了高考的高频考点。高

考中的新型化学电源一般具有高能环保、经久耐用、电压稳定、比

能量（单位质量释放的能量）高等特点。由于该类试题题材广、信息

新、陌生度大，因此许多考生感觉难度大,其实应用的解题原理仍然

是原电池的基础知识,起点高,落点低，只要细心分析,得分也比较容

易。通过对此类题目的分析,能很好地培养学生的模型认知和社会责

任学科素养。

题型一常考不衰的“新型燃料电池”

E典例导航L-⅛TW∙S

匚典例1]（2019・全国I卷）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,示意图如图所

示。下列说法错误的是（）

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,凡发生还原反应生成NH3

交换膜由负极区向正极区移动

考查情境:本题是以生物燃料电池为载体,在复杂、陌生的研究对象

及问题情境下,体现对电化学知识的基础性、综合性、创新性和应用

性的考查。

必备知识:考查的必备知识包括四个方面:一是能够根据图示分析微

粒的变化过程;二是能够根据图示判断电池工作时的正、负极;三是

能够根据图示判断正、负极上发生的反应及相关反应式的正误；四是

能够判断电池工作时内电路中微粒的移动方向。

关键能力：本题考查的关键能力侧重于分析与推测、归纳与论证能

力：一是通过对图形、图表的阅读,获取有关感性知识和印象,并进行

初步加工、吸收、有序存储的能力；二是从提供的新信息中，准确地

提取实质性内容,并与已有知识整合、重组为新知识块的能力;三是

将实际问题分解,通过运用相关知识,采用分析、综合的方法,解决简

单化学问题的能力。本题要求能从提供的生物燃料电池的示意图中

提取有效信息,根据原电池的工作原理,采用分析、综合的方法,解决

实际问题。

解析:该反应中，可产生电流,反应条件比较温和,没有高温、高压条

件,A正确;该生物燃料电池中，左端电极反应式为MV'-e=MV2f,则左

端电极是负极,应为负极区,在氢化酶作用下,发生反应⅛+2MV2=

2H++2MV1,B错误;右端电极反应式为MV2+e=MV1,右端电极是正极，

在正极区,M得到电子生成NH3,发生还原反应,C正确;原电池中，内电

路中H'通过交换膜由负极区向正极区移动,D正确。

答案:B

⑤思维建模

解

题氧气I_T正手I反应∣~>Γ⅞7i⅛人I

阴离子阳离子

模⅜⅞^∣~T⅞;反应H电子痴r∣

板

审⑴要注意介质是什么：是电解质溶液还是熔融盐或氧化物等

题（2）通入负极的物质为燃料,通入正极的物质为氧气

关⑶通过介质中离子的移动方向，可判断电池的正、负极，同时

键考虑该离子参与靠近一极的电极反应

专练

M考向一燃气一氧气（空气）燃料电池

1.（2020•全国m卷）一种高性能的碱性硼化电凡（VB2）-空气电池如图

所示,其中在VB2电极发生反应:VB2+160H-lle—

V0r+2B（0H）；+4H20o该电池工作时，下列说法错误的是（B）

负载

VB,电极I~匚二］~!复合碳电极

KoH溶液离子选拌性膜

A.负载通过0.04mol电子时,有0.224L（标准状况）。2参与反应

B.正极区溶液的PH降低、负极区溶液的PH升高

2+1102+200H+6H20——8B(OH)；+4V0f

D.电流由复合碳电极经负载、VB2电极、KoH溶液回到复合碳电极

解析：由题给信息知VBz电极上发生失电子的氧化反应，则VBz电极为

负极,复合碳电极为正极,正极发生还原反应，电极反应式为02+4e-

+2H20—40H,电池总反应方程式为4VB2+1102+200H+6H20=

8B（0H）4+4V0ΓO由上述分析知，正极的电极反应式为02+4葭+2氏0-

40H,则电路中通过0.04mole时,正极有0.01molO2参加反应,其

在标准状况下的体积为0∙224L,A项正确；由正、负极的电极反应式

可知,该电池工作时，负极区溶液的PH降低,正极区溶液的pH升高,B

项错误；由上述分析知,该电池的总反应方程式为4VB2+1102+200H

+6H20=8B（OH）4+4VOΓ,C项正确；电流与电子的流动方向相反，电流

从正极出发,沿负载流向负极,再经过溶液最终回到正极,D项正确。

2.（2020-河北衡水中学期中）由NO2、和熔融NaNO3组成的燃料电

池如图所示在该电池工作过程中石墨I电极产生一种气态氧化物

Yo下列说法正确的是（D）

B.电流由石墨I流向负载

C.石墨I上发生还原反应

D.石墨∏上的电极反应:02+2N2（）5+4e—4NC>3

解析：由题意分析可知,Y为N2O5,A错误;在原电池中，电流由正极流

向负极，因此电流由石墨II流向负载,B错误；由题意分析可知,石墨

I为负极,发生氧化反应,C错误；由题意分析可知,石墨II上的电极

反应式为2N205+02+4e=4Nθ3,D正确。

■O考向二微生物燃料电池

3.（2020•山东等级考）微生物脱盐电池是一种高效、经济的能源装

置,利用微生物处理有机废水获得电能，同时可实现海水淡化。现以

NaCl溶液模拟海水,采用惰性电极,用下图装置处理有机废水（以含

OhCOO的溶液为例）。下列说法错误的是（B）

废水海水水溶液

+

3C00+2H20-8e—2C02↑+7H

B.隔膜1为阳离子交换膜,隔膜2为阴离子交换膜

C.当电路中转移1mol电子时,模拟海水理论上除盐58.5g

D.电池工作一段时间后,正、负极产生气体的物质的量之比为2：1

解析:结合图示可知放电时的电极反应如下：

电极名称电极反应

+

负极（a极）CH3COO+2H20-8e—2C02↑+7H

正极（b极）2W+2e—H2t

根据上述分析可知,A项正确；该电池工作时,CF向a极移动,Na*向b

极移动，即隔膜1为阴离子交换膜,隔膜2为阳离子交换膜,B项错

误；电路中转移1mol电子时，向a极和b极分别移动1molCr和1

molNa；则模拟海水理论上可除盐58.5g,C项正确；电池工作时负

极产生CO2,正极产生H2,结合正、负极的电极反应知,一段时间后,正

极和负极产生气体的物质的量之比为2：1,D项正确。

4.（2020・山东济南一模）“绿水青山就是金山银山”很好地诠释了

我国当前对环境保护的认识。某微生物燃料电池可很好地解决当前

河流中的有机废水问题。某污染的河水中含有大量的葡萄糖,通过如

图所示的微生物电池进行处理可达到净水的初级目标。下列有关说

法错误的是（C）

CO2

J

低浓度有J低浓度硝

机废水r∣酸根废水

高浓度有_1高浓度硝

酸根废水

厌气菌反硝化菌

极是负极

极的电极反应式为2N03+6H20+10e—N2t+120H

C.右室溶液中的氢氧根可以进入左室,使左室溶液的pH增大

D,电池工作时,外电路中流过2.4mol电子时一,产生标准状况下

13.44LCO2

解析：a极周围有机物发生氧化反应生成C02气体,则a极为负极,故A

正确;b极周围NOg发生还原反应生成M电极反应式为

2NO3+6H2O+lOe=N2↑+120H,故B正确；阳离子交换膜只能允许阳离

子通过,则右室OH不可能透过阳离子交换膜进入左室，故C错误;原

电池工作时,a极区葡萄糖氧化为CO2,碳元素从0价升高为+4价,则

外电路中流过2.4mol电子时,生成CO2的物质的量为卫㈣=0.6

4

mol,在标准状况下为O.6molX22.4L∕mol=13.44LC02,⅛DIE

确。

题型二起点高、落点低的压轴选择题“可逆电池”

LmTWf值-----------------------

[典例2]（2018・全国∏卷）我国科学家研发了一种室温下“可呼

吸”的Na-COz二次电池。将NaClol溶于有机溶剂作为电解液,钠和

负载碳纳米管的银网分别作为电极材料，电池的总反应为3C02+4Na

^2Na2C03+Co下列说法错误的是（）

A.放电时,CIO4向负极移动

2,放电时吸收C02

C.放电时，正极反应为:3C02+4e—2COF+C

D.充电时，正极反应为:Na'+』—Na

考查情境:在情境设置上,采用了南开大学化学学院陈军院士课题组

利用廉价碳酸钠和碳纳米管制备出的无钠预填装“可呼吸"Na-CO2

电池,与其他二次电池相比,这类电池原料丰富、制备方便,还可资源

化利用二氧化碳气体,实现绿色可持续发展,为解决能源问题提供有

力支持。

必备知识:本题主要考查的是二次电池,涉及的知识点有电化学中微

粒的移动方向、充电电池中四个电极的关系、电极反应式的书写。

关键能力:本题考查的关键能力有归纳与论证和探究与创新能力。能

够通过对给定的电化学装置的观察、分析,结合二次电池的特点，准

确地提取实质性内容,获取有关的感性知识和印象,并能与已有知识

块整合,采用分析、综合的方法,对电极反应式的书写做出正确解

解析：电池放电时,CloZ向负极移动,A项正确;结合总反应可知放电

时需吸收CO2,而充电时释放出C02,B项正确;放电时一，正极CO?得电子

被还原生成单质C,即电极反应式为3C02+4e=2C0f+C,C项正确;充

电时，阳极发生氧化反应，即C被氧化生成C02,D项错误。

答案:D

⑤思维建模

解

外接电源负极同一电极

题III

还原反应：阴极••—I充电可充电放电L负极:氧化反应

氧化反应:阳极"~~'」正极:还原反应

模II_______________________I

外接电源正极同一电极

板

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

负接负后作阴极,正接正后作阳极

记--------------------------------------------

电

若已知电池放电时的总反应式,可先写出较易书写的一极的电

极

极反应式,然后在得失电子守恒的基础上，由总反应式减去较

反

易写出的一极的电极反应式，即得到较难写出的另一极的电极

应

反应式

式

书

写

2考向专媒

e考向一“高能”锂电池

1.（2020・黑龙江哈尔滨二模）某Garnet型可充电锂电池放电时工作

原理如图所示,反应方程式为LiC+Li^LaZrTaO≡LiLaZrTaO+6C

X61x允电o

下列说法不正确的是（D）

LiLaZrTao与

LiI^LaZrTaO

LiLaZrTao固态电解质

A.放电时,a极为负极,发生氧化反应

固态电解质起到传导Li'的作用

+

C.充电时，b极反应为LiLaZrTaO-Xe—xLi+Li,-xLaZrTaO

D.充电时,每转移Xmol电子,a极增重7g

解析:结合图示装置,根据电子移动方向或电池中LV迁移方向，均可

判断放电时a极为负极,b极为正极,a极失去电子发生氧化反应,A

正确;Ll在LiLaZrTaO固态电解质中定向移动，即固态电解质起到传

导Li*的作用,B正确；充电时,a极为阴极,b极为阳极,LiLaZrTaO在

b极发生氧化反应释放Li',其电极反应式为LiLaZrTaOre-

+

xLi+Liι-xLaZrTaO,C正确；充电时,a极反应为xLi'+xe+6C—LixC6,每

转移Xmol电子,增加XmolLi'的质量，即增重为7xg,D不正确。

u

2.（2020・山东青岛期末）杂志JoUle中题为Li-CO2

ElectrochemistryiANewStrategyforCO2FixationandEnergy

Storage"的文章阐述了关于电化学技术固定CO2新的反应途径。如

图是采用新能源储能器件将CO2转化为固体产物,实现CO?的固定和

储能灵活应用的装置。储能器件使用的LiYOz电池组成为钉电极

/CO?-饱和LiClo厂DMSo电解液/锂片。下列说法错误的是（B）

储能系统（可逆过程）''：支。2固定策略‹不可

一过程I则/

CO3O2

2Li1COl≈4Li*⅜2COt*4θ1↑44β

过程IULr+3COx+4e-=2LijCOM,'∖∣∙LiaCO,∙C|

+

A.钉电极为负极,其电极反应式为2Li2C03+C-4e-3C02↑+4Li

-CO2电池电解液由LiClO1-DMSO溶于水得到

2的排放,还可将C02作为可再生能源载体

2的固定中，每生成1.5mol气体,可转移2mole

解析：由图可知,钉电极上的电极反应式为2Li2CO3+CYe_4L1+3C02

t,故A正确；由题意可知,Li-CO2电池有活泼金属Li,Li与水反应，

所以电解液不能由LiClO-DMSO溶于水得至％故B错误；由图可知,CO2

通过储能系统和CO2固定策略转化为固体产物C,则这种电化学转化

方式不仅能减少CO2的排放,还可将CO?作为可再生能源载体,故C正

确；由图可知,CO?的固定中的电极反应式为2LizC0厂4e_2C02↑+O2

t+4Li+,每生成1.5mol气体可转移2mole,故D正确。

0考向二其他二次电池

3.（2021•吉林长春月考）镁及其化合物一般无毒（或低毒）、无污染,

且镁原电池放电时电压高而平稳,使镁原电池越来越成为人们研制绿

放电

色原电池的关注焦点。其中一种镁原电池的反应为xMg+Mo3S1½⅛

MgM）3S,。在镁原电池放电时,，下列说法错误的是（C）

"向正极迁移

x-

3S1+2xe—Mo3Sj

3S,发生氧化反应

—xMg2

解析:原电池工作时一，阳离子向正极移动，即Mg"向正极迁移,A正确；

X

由总反应式和化合价变化可知正极反应为Mo3S4+2xe-MO3S^^,B正

确;结合正极反应式可知,Mθ3S∣得电子,发生还原反应,C错误；由总反

应式可知，负极反应为xMg-2xe._xMg21,D正确。

4.（2020・江西南昌一模）我国科学家研发出一种新型的锌碘单液流

电池,其原理如图所示。下列说法不正确的是（C）

l-ab」

MN

多

孔

硼

电解质

亶

极

离子金换膜

板

环泵

2+2e-_21

C.M为阳离子交换膜,N为阴离子交换膜

D.充电时,A极增重65g时,C区增加离子数为4NA

解析:放电时,B电极为正极,L得电子生成I,电极反应式为b+2e-

一2「,故A正确;放电时,左侧A电极即负极，电极反应式为Zn-2e

-Zn2',所以储罐中的离子总浓度增大,故B正确;离子交换膜是为防

止正极k与负极Zn接触发生反应,负极区生成Zn2∖正电荷增加,正

极区生成I、负电荷增加,所以CI通过M膜进入负极,K通过N膜进

入正极,所以M为阴离子交换膜,N为阳离子交换膜,故C不正确;充

电时,A极反应式=Z∏2'+2e-.—Zn,A极增重65g转移2mol电子,所以

C区增加2molK∖2molCl,增加离子总数为4NΛ,故D正确。

题型三新型、高效、环保电池

5时由1口

[典例3]（2020•四川成都一诊）热激活电池可用作火箭、导弹的工

作电源。一种热激活电池的基本结构如图所示,其中作为电解质的无

水LiCl-KCl混合物受热熔融后，电池即可瞬间输出电能。该电池总

反应为PbS0,1+2LiCl+Ca=CaCl2+Li2S04+Pbo下列有关说法不正确的

是（）

硫酸铅电极

,无水Iia-Ka

・钙电极

,电池壳

A.负极反应式:Ca+2Cl-2e「一CaCl2

B.放电过程中,LV向负极移动

C.每转移0.2mol电子,理论上生成20.7gPb

D.常温时,在正、负极间接上电流表或检流计,指针不偏转

考查情境:随着我国导弹的不断改进及新型导弹的开发，国防力量大

幅提高,热激活电池是一种可用作火箭、导弹的工作电源，当其固体

电解质受热熔融后,可瞬间输出电能的高新电池,在给定总反应的基

础上,对电化学的综合性、创新性进行了考查。

必备知识:本题考查的必备知识有根据总反应以及图示的理解对电极

反应方程式正误做出正确判断，电池工作时，电解质中离子移动方向，

电路中的电子转移数目。

关键能力：本题主要考查了归纳与论证以及分析与推测能力，根据原

电池特点,抓住题干给出的装置图特点,获取有关的感性知识,并进行

初步加工、吸收,并能够将实际问题分解、对接,通过运用相关知识，

采用分析、综合的方法,解决化学实际问题。

解析：Ca为原电池的负极,反应的电极方程式为Ca+2CΓ-2e-CaCl2,

故A正确；原电池中阳离子向正极移动,所以放电过程中,Li一向正极

移动，故B不正确；根据电极方程式:PbS04+2e_+2Li_Li2SC)4+Pb,可知

每转移0.2mol电子,理论上生成0.1molPb,质量为20.7g,故C

正确;常温下，电解质不是熔融态,离子不能移动,不能产生电流,因此

连接电流表或检流计,指针不偏转，故D正确。

答案:B

(S)S维建模

利用总反应式书写电极反应式的步骤

........步骤一.........

写出电池总反应式,标出电找出正、负极,失电了∙的电极

子转移的方向和数目3-)为负极;确定电解质的酸碱性

写电极反应式：

负极反应:还原剂-S-==氧化产物

正极反应:氧化剂+砒-^=还原产物

0考向一浓差电池

1.(2020•四川阖中期中)某种浓差电池的装置如图所示,碱液室中加

入电石渣浆液［主要成分为Ca(OH)21，酸液室通入C(λ(以NaCl为支持

电解质），产生电能的同时可生产纯碱等物质。下列叙述错误的是

(C)

阳离子阴离子质子

交换膜交换膜交换膜

7Ca(OH)2CO?J--

电极MNacI电极N

极经外电路流向N极

*+2e——H2t

碱液室可以生成NaHeO3、Na2CO3

D.放电一段时间后,酸液室溶液PH增大

解析：电极M为电池的负极，电子由M极经外电路流向N极,故A项正

确;酸液室中的氢离子透过质子交换膜,在电极N表面得到电子生成

氢气,N电极区的电极反应式为2H1+2e=⅛"故B项正确;酸液室与

碱液室之间为阴离子交换膜,钠离子不能进入碱液室,应在酸液室得

到NaHeO3、N