高考化学（新高考版）一轮复习教师用书 四原电池

专题十四原电池

考点1原电池

1.［2019全国卷1,12,6分］利用生物燃料电池原理研究室温下氨的合成,电池工作时乂丫2+/|\^/+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

2t

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

本题突出了原电池原理的实际创新应用，考查考生对原理图的理解能力。试题素材新颖，难度适中，解题时需要

注意题中“正极区”“阴极区”的说法。分析装置图时，弄清离子的移动方向与物质间的转化等。

解题模型:链接考法4命题角度1___________________________________________________________

2.［2018全国卷1,13,6分］最近我国科学家设计了一种CO2+H2S协同转化装置，实现对天然气中CO2和H2s的

高效去除。示意图如图所示，其中电极分别为ZnO@石墨烯(石墨烯包裏的ZnO)和石墨烯,石墨烯电极区发生反

应：

©EDTAFe2te-EDTAFe3+

3+2t

@2EDTAFe+H2S===2H*+S+2EDTAFe

该装置工作时，下列叙述错误的是()

A.阴极的电极反应:CC)2+2H*+2e-CO+H2O

B.协同转化总反应:COz+H2s—CO+H2O+S

C.石墨烯上的电势比ZnO@石墨烯上的低

D.若采用Fe3+/Fe2+取代EDTAFe3*/EDTAFe2*,溶液需为酸性

中学化学教材在原电池相关内容中没有明确说明电势的概念，而本题选项C在该知识点设题，需结合物理学科

中”电池中正极的电势高于负极”的相关知识解题，提醒考生关注跨学科的知识。

解题模型:链接考法1命题角度3___________________________________________________________

3.［2019甘肃天水第一中学第五次联考］垃圾渗滤液会污染地下水，因此科研人员设计了一种处理垃圾渗滤液并

利用其进行发电的装置，该装置的工作原理如图所示。下列说法正确的是()

A.电池工作时，盐桥中的K*和CI不发生移动

B.电池工作时,电子由Y极经导线流向X极

C.电池工作时,X极和Y极周围溶液的pH均降低

D.电池工作时,电池总反应为3NO-+5NH3+3H*—4N2+9H2O

体现“变废为宝”的化学思想，试题选材的价值取向好，考查考生获取信息和运用信息解决实际问题的能力。

解题模型:链接考法1命题角度3___________________________________________________________

考点2常见的化学电源

4J2019全国卷川,13,6分］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(3DZn)可以高效

沉积ZnO的特点，

设计了采用强碱性电解质的3DZn—NiOOH二次电池，结构如图所示。电池反应为

放电

ZWs)+2NiOOH(s)+H2O(l)親ZnO⑸+2Ni(OH)2⑸。

下列说法错误的是()

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(l)

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

D.放电过程中OH通过隔膜从负极区移向正极区

解题时，结合题意和题图可知,放电时相当于原电池，充电时相当于电解池,结合反应前后Zn、Ni的化合价变化可

写出充、放电时的电极反应式。

解题模型:链接考法1命题角度3_______________________________________________________________

5J2018全国卷II,12,6分］我国科学家研发了一种室温下“可呼吸”的NaCO2二次电池。将NaCIO,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3CO2+4Na-2Na2CO3+Co下

列说法错误的是()

A.放电时,CIO”向负极移动

B.充电时释放CO2,放电时吸收CO2

C.放电时，正极反应为3co2+4e—2CQ2-+C

D.充电时，正极反应为Na*+e===Na

以我国科学家的科研成果为素材设计高考试题，起点很高,但考查的内容并不难，落脚于电化学基本理论,主要考

查二次电池充、放电的电极反应及离子移动方向等，注重对基础知识的考查。

解题模型:链接考点2_________________________________________________________________________

6.［2017全国卷川,11,6分］全固态锂硫电池能量密度高、成本低，其工作原理如图所示，其中电极a常用掺有石

墨烯的S&材料电池反应为16用溶8i-8Li2sA(2V/8)。下列说法错误的是()

A.电池工作时，正极可发生反应:2Li2s6+2Li++2ei~3Li2S4

B.电池工作时,外电路中流过0.02mol电子,负极材料减重0.14g

C.石墨烯的作用主要是提高电极a的导电性

D.电池充电时间越长,电池中Li2s2的量越多

通过原理图呈现全固态锂硫电池的反应原理，考查考生观察理解能力以及书写陌生电极反应式的能力。

解题模型:链接考法4命题角度3_______________________________________________________________

7.［2019江苏南京、盐城第一次模拟］MgLiFePO,电池的电池反应为

充电

Wg2*+2LiFePC)4猊Wg+2LiiFePC)4+2ALr,其装置示意图如图所示。

下列说法正确的是()

A.放电时,Li,被还原

B.充电时，化学能转变为电能

C.放电时，电路中每流过2mol电子，就有1molMg?+迁移至正极区

D.充电时，阳极上发生的电极反应为LiFePO^e—Li萧ePOa+Atr

2019年诺贝尔化学奖授予在锂电池发展上作出杰出贡献的三名科学家。可充电的锂电池已被广泛用于~~7

笔记本电脑、电动汽车等领域。不同锂电池的原理及其发展，值得中学师生持续重视。

解题模型:链接考法4命题角度3_______________________________________________________________

IIH考点1原电池II1

考法1原电池正、负极的判断及电极反应式的书写

命题角度1原电池正、负极的判断

蘭］1［2017浙江4月选考,17,2分］银锌电池是一种常见化学电源，其反应原

理:Zn+AgzO+HzO—Zn(OH)2+2Ago其工作示意图如图所示。下列说法不正确的是

电极是负极

20电极发生还原反应

电极的电极反应式:Zn2e+20H—Zn(OH)2

D.放电前后电解质溶液的pH保持不变

解析〉本题考查原电池原理。根据电池总反应:Zn+AgzO+dO-Zn（OH）2+2Ag可知,Zn电极为负极，发生氧化

:

反应,电极反应式为Zn2e+2OH----Zn（OH）2,A项正确,C项正确。Ag2O电极为正极，发生还原反应,B项正确。

由于放电过程中不断消耗水，故放电后电解质溶液的pH增大,D项错误。

答案〉D

s拓展变式根据原理图判断下列电池的电极名称，并指出离子移动方向。

电池

硫/碘体系的液流电池氨硼烷（NH3EH3）电池三室微生物燃料电池

种类

原

低譲及低米及含獨戲

理甯机废水根』子废水

H.O.W

高浓度Ji：：育浓度含硝酸

图有机废水7_二根育子及水

质子交换膜CT交换膜会良水、/变换膜

（5）a极为（填“阴”或“阳乐同）

电极（1）左侧室的电极为（3）右侧室的电极为（填“正”或

名称"负”）极“负”）极极,b极为极

离子

（2）电池工作时,K*由（4）电池工作时,H+由_（填“左”（6）电池工作时,Na.移向._（填七’

移动

或“右”,下同）侧移向侧或“右"，下同）侧移向侧或“b”,下同）极,CI移向—.极

方向

命题角度2原电池的工作原理

SI2［2019湖北武汉部分市级示范高中联考］某化学小组拟设计微生物燃料电池将污水中的乙二胺

［HzMCH^NHR氧化成对环境友好的物质，工作原理如图所示（a、b电极均为石墨电极）。下列分析正确的是

电极发生反应:H2N（CHZ）2NH2+16e+4H2O=~=2CO21+N21+16H*

+透过质子交换膜由右室向左室移动

C.该电池在微生物作用下将化学能转化为电能

D.开始放电时b电极附近溶液的pH不变

解析〉该微生物燃料电池可将污水中的乙二胺［HzN（CH2）2NH2］氧化成对环境友好的物质，则产物为CO2WN2,

根据氧化还原反应原理可知,a电极发生氧化反应，为负极,b电极发生还原反应,为正极。由分析可知负极的电极

反应式为H2N（CH2）2NH2+4H2O16e=~2c。21+冲1+161<4项错误。原电池中阳离子向正极移动，所以H,透

过质子交换膜由左室向右室移动,B项错误。该装置是原电池,所以将化学能转化为电能,C项正确。b电极发生

反应Oz+4e+4H+—2H2。,所以开始放电时,b电极附近溶液的pH变大,D项错误。

答案〉C

g考点扫描

1.［2019浙江4月选考,12改编］铜锌原电池（电解质溶液为H2s。4溶液）中,ZM*向Cu电极方向移动,Cu电极附

近溶液中H+浓度增加（）

2.［2016全国卷11,11改编］MgAgCI电池是一种以海水为电解质溶液的水激活电池。负极反应式

为，正极反应式为，电池放电时。由极向极迁移，负极会

发生副反应:«

3.［2015天津,4改编］锌铜原电池装置如图1所示,其中阳离子交换膜只允许阳离子和水分子通过。电池工作一

段时间后,甲池的as。。减小，乙池溶液的总质量增加（）

图1图2

4.［2015北京,12改编］在通风橱中进行如图2所示实验,Fe、Cu接触后，其表面均产生红棕色气泡，则在Fe、Cu

之间连接电流计,可判断Fe是否被氧化（）

1S

提示：1.X==Mg2*AgCI+e=Ag+CI正负Mg+2H2O-----Mg（OH）2+H2t3.X4W

命题角度3新型电池的电极反应式的书写

示例?［2019北京海淀区期中］全钢电池以惰性材料作电极，电解质溶液显酸性，电池总反应为V0黄黄

色）+V2+（紫色）+2^^―VC>2+（蓝色）+“0+丫3+（绿色）。

下列说法错误的是

2+

A.正极反应为V0；+2H++e-VO+H2O

B.负极附近的溶液由紫色逐渐变为绿色

C.每生成1molH2O时转移电子的物质的量为0.5mol

D.放电过程中溶液的pH逐渐增大

思维导引〉运用“公式法”书写全钢电池的电极反应式：

解析唯题图和电池总反应VO：+V2++2H+—VO2++H2(D+V3+可知，正极反应为V0；+2H++e-VOZ,+H2。,负

极反应为V2*e—V3+,所以负极附近溶液的颜色由紫色逐渐变为绿色,A、B项正确。由电极反应

VO：+2H*+e-VO2++H2。可知，反应每生成ImolHzO时转移电子的物质的量为1mol,C项错误。由电池总反

应可知，放电过程中H*不断被消耗，所以溶液的pH逐渐增大,D项正确。

答案〉C

1旦拓展变式2运用“加减法”书写下列三种常见燃料电池的电极反应式。

导电离正极反负极反

电池种类总反应方程式

子应式应式

2CHOH+3O-2CO+4H

(1)酸性甲醇燃料电池FT3222

0——

(2)丁烷固体氧化物燃料2c4Hlo+13O~8CO+10H

O222

电池2O——

(3)CO熔融碳酸盐燃料电

co；2CO+O_2CO

池22——

考法2原电池原理的应用

命题角度1比较不同金属活动性强弱

显即M、N、P、E四种金属，已知:①M+N2+—N+M2*;②M、P用导线连接放入硫酸氢钠溶液中,M表面有

大量气泡逸出;③N、E用导线连接放入E的硫酸盐溶液中，电极反应为E2++2e—E,N2e—N2\则这四种

金属的还原性由强到弱的顺序是

A.P>M>N>E

B.E>N>M>P

C.P>N>M>E

D.E>P>M>N

解析〉由①知，金属活动性强弱顺序为M>N;M.P用导线连接放入硫酸氢钠溶液中,M表面有大量气泡逸出，说

明M作原电池的正极，故金属活动性强弱顺序为P>M;N,E构成的原电池中,N作负极，故金属活动性强弱顺序

为N>EO综合可知,A正确。

答案0A

命题角度2原电池的设计(新角度)

區則5禾!I用反应ZFeCb+Cu:-----ZFeCb+CuCb,设计一个原电池装置。

(1)画出简易装置图，标明电极材料和电解质溶液。

(2)简易装通的效率不高，电流在短时间内就会衰减。为解决上述问题，常将原电池设计成带盐桥的装置，画出该

原电池带盐桥的装置，标明电极材料和电解质溶液。

(3)写出两个电极的电极反应。

负极:，正极:O

思维导弓I〉首先确定两电极，分析原电池的电极反应，然后根据电极反应确定电解质溶液。

解析〉首先将已知的反应拆成两个半反应:Cu2e-Ci?-2Fe3++2ei~2Fe2",然后结合原电池的电极反应特

点分析可知，

该原电池的负极材料为Cu,正极材料选用比铜活动性差且能导电的材料即可。

答案卜⑴FeJ溶液(合理即可)⑵CuCl2溶液FeCL溶液(合理即可)

(3)Cu2e-Cu2t2Fe3++2e-2Fe2t

原电池设计类试题的解题思路为(1)利用氧化还原反应知识判断题给总反应中的氧化反应、还原反应;(2)选择合

适的电极材料和电解质溶液;(3)画出原电池装置图。画图时应注意:电极材料和导线的粗细差异;电解质溶液也

要画出;简易装置图和带有盐桥的装置图的区别。

且拓展变式匕.已知JO?在酸性溶液中被氧化为I,离子反应方程式为

+

IO3+5I+6H—3I2+3H2OO研究NazSO?溶液和KIO3溶液反应的过程，装置如图所示。实验:开关K闭合后，

(2)0-/,s时,取少量a极区溶液于试管中,滴加淀粉溶液，溶液变蓝;直接向a极区滴加淀粉溶液,溶液未变蓝。则

1。3在a极放电的产物是<>

(3)结合反应解释t2~t3s时指针回到“0”处的原因:o

考点2常见的化学电源

考法3常见电池

命题角度1结合实验图表创设新情境考查锌锦电池材料的回收利用

房映［2015新课标全国卷II,26改编］酸性锌钛干电池是一种一次性电池，外壳为金属锌，中间是碳棒，其周围

是由炭粉、MnO2,ZnCb和NH4cl等组成的糊状填充物。该电池放电过程产生MnOOH。回收处理该废电池

可得到多种化工原料。有关数据如下表所示：

溶解度/(g/100g水)

温度

/℃020406080100

化合物

NH4CI

ZnCI2343395452488541614

化合物

Zn(OH)2Fe(OH)2Fe(OH)3

(p近似值101710171039

回答下列问题：

(1)该电池的正极反应式为，电池反应的离子方程式为。

⑵维持电流为0.5A,电池工作5分钟,理论上消耗锌g„(已知戶=96500Cmo卩)

(3)废电池糊状填充物加水处理后，过滤，滤液中主要有ZnCl2和NH4CI,二者可通过分离回收;滤渣的主要

成分是MnOz、和，欲从中得到较纯的MnOz，最简便的方法为，其原理

是O

(4)用废电池的锌皮制备ZnSO4-7H2O的过程中，需除去锌皮中的少量杂质铁,其方法是加稀H2SO4和H?。?溶

解,铁变为，加碱调节至pH为时，铁刚好沉淀完全(离子浓度小于mol-L1时，即可认为该

离子沉淀完全);继续加碱至pH为时,ZY+开始沉淀(假定Zd+浓度为0.1moH?)。若上述过程不加H2O2

后果是,原因是O

解析》(1)酸性锌镒干电池是一种一次性电池，外壳为金属锌，是负极,电解质显酸性，则负极反应式为

2+

Zn2e=Zno中间是碳棒，碳棒是正极，其中二氧化钛得到电子转化为MnOOH,则正极反应式为

++2+

MnO2+e+H—MnOOH,总反应式为Zn+2MnO2+2H-Zn+2MnOOHo(2)维持电流为，电池工作5分钟,

则通过的电荷量Q=/*0.5x5x60C=150C,因此转移电子的物质的量是赤燃m=,1molZn在反应中失去2moi

电子，则理论消耗Zn的质量是幽产h65gmol/。(3)根据表中数据可知氯化锌的溶解度受温度影响较大,

因此二者可以通过加热浓缩、冷却结晶进行分离。二氧化镒、炭粉和MnOOH均难溶于水，因此滤渣的主要成

分是二氧化锦、炭粉和MnOOH。由于炭粉燃烧生成CO2,MnOOH能被氧化为二氧化犠，所以欲从中得到较纯

的二氧化镒，最简便的方法是在空气中加热。(4)叱。2具有强氧化性，能把铁氧化为铁离子，因此加入稀硫酸和

电。2,铁变为硫酸铁。根据氢氧化铁的溶度积常数可知,当铁离子刚好完全沉淀时溶液中铁离子的浓度为

105moHJ,则溶液中々OH尸糯農moHJ=5*10i2moHj,所以氢离子的浓度是2x1()3moHj,pH=,因此加碱调节

pH为时,Fe3+刚好完全沉淀。Zn?+的浓度为丄,,根据氢氧化锌的溶度积常数可知Zn?+开始沉淀时的0H浓度为

杵;molU=108moHj,氢离子浓度是1()6moHj,pH=6,即继续加碱调节pH为6时Zn?+开始沉淀。如果不加

«。2,则铁与稀硫酸反应生成硫酸亚铁，由于氢氧化亚铁和氢氧化锌的小p相近，因此在沉淀锌离子的同时亚铁

2+

离子也沉淀，导致生成的氢氧化锌不纯，无法分离开ZM+和FeO

++

答案〉(1)MnO2+H+e-MnOOH2MnO2+Zn+2H——ZMnOOH+Z/I注:式中Zn?+可写为Zn(NH3)f、

ZWNHRCb等,H+可写为NH：］(2)(3)加热浓缩、冷却结晶炭粉MnOOH在空气中加热炭粉转变为

3+

CO2,MnOOH氧化为MnO2(4)Fe6Zn?*和Fe?*分离不开Fe(OH)2和Zn(OH)2的勺,相近

普考法点稿•学习理解

电池材料的回收利用对环境保护意义重大，是近几年考查的热点之一，从常见的锌镒干电池到复杂的锂离子电

池，其材料的回收利用均已考查过。一般电池材料成分复杂，其分离提纯工艺复杂,易利用实验图表或化工流程

图创设情境。本题的电化学部分主要考查原电池原理的应用，涉及电极反应式的书写和电解计算等。书写电极

反应式时，除了要分析清楚电子得失及元素化合价的升降，还应特别注意体系环境及各反应物、生成物的形态，

避免把ZM+写成ZnCb或Zn(0H)2。计算时把握住已知数据与所求量的关系，找准比例并用好比例。

命题角度2铅蓄电池

瓜胁［2019成都毕业班摸底考试］铅蓄电池是汽车常用的蓄电池，其构造如图所示。下列说法不正确的是

A.电池放电时,负极质量减轻

B.电池放电时,c(H*)减小

C.电池充电时总反应为2PbSO4+2H2O-Pb+PbO2+2H2SO4

D.铅蓄电池的缺点是笨重、比能量低

解析哦电时负极Pb失去电子转化为PbS04,负极质量增加A项错误。放电过程中消耗H2s溶液中々H*)

减小,B项正确。电池充电时总反应为2PbSC)4+2H2。-Pb+PbC)2+2H2so4,C项正确。铅蓄电池的缺点是笨

重、比能量低，废弃电池污染环境,D项正确。

答案〉A

命题角度3储氢电池

示例3［2014大纲卷,9,6分］如图是在航天用高压氢银电池基础上发展起来的一种金属氢化物银电池(MHNi

电池)。下列有关说法不正确的是

A.放电时正极反应为NiOOH+HjO+e—*Ni(OH)2+OH

B.电池的电解液可为KOH溶液

C.充电时负极反应为MH+OH--H2O+M+e

是一类储氢材料，其氢密度越大,电池的能量密度越高

解析射电池放电时，正极发生得电子的还原反应,A项正确。由电池示意图及放电时正极的电极反应知，该电池的

电解液呈碱性，可为KOH溶液,B项正确。充电时的负极实质上为阴极，发生还原反应,C项错误。MH的氢密度

越大，表明单位体积的MH所能储存的电子越多，能量密度越大,D项正确。

答案〉C

银氢电池的电极反应式

放电时充电时

负

极:MH+OH^===M+H2O+

e;阴极:M+HzO+e----MH+OH;

KOH

正阳极:Ni(OH)2+OHe-NiOOH+HO

作电2

解液极NOOH+HzO+e-Ni

(OH)2+OH

充电

总反应为M+Ni(OH)2號函MH+NiOOH

,員拓展变式”[2014浙江,11,6分]银氢电池(NiMH)目前已经成为混合动力汽车的一种主要电池类型。NiMH

中的M表示储氢金属或合金。该电池在充电过程中的总反应方程式是Ni(OH)2+M-NiOOH+MHo

B»:6NiOOH+NH3+H2O+OH-6Ni(OH)2+N021>

下列说法正确的是()

电池放电过程中，正极的电极反应式NOOH+HzO+e-Ni(OH)2+OH

B.充电过程中OH离子从阳极向阴极迁移

C.充电过程中阴极的电极反应式:HzO+M+e----MH+OH,H2O中的H被M还原

电池中可以用KOH溶液、氨水等作为电解质溶液

考法4新型电池

命题角度1燃料电池

燃料电池是一种高效、对环境友好的发电装置,是一种将燃料与氧化剂的化学能直接转化为电能的化学电池。

1.一般解题思维流程

2.不同环境中的正极反应式书写

Sb[2015江苏,10,2分]一种熔融碳酸盐燃料电池原理示意如图。下列有关该电池的说法

正确的是

催化剂

A.反应CH4+H2O-△―3H2+CO,每消耗1molCH”转移12mol电子

!

B.电极A上”参与的电极反应为H2+2OH2e~2H2O

C.电池工作时,CO/向电极B移动

D.电极B上发生的电极反应为C>2+2CO2+4e-2c0；

思维导引〉运用“加减法”书写熔融碳酸盐燃料电池的电极反应式：

解析〉CH4中的C为4价,反应后生成的CO中C为+2价,每消耗ImolCF%转移6mole,A项错误;从装置图看,

电池工作过程中没有OH参与,B项错误;该燃料电池中，电极B为正极，电极A为负极，电池工作时,CO；移向负

极,C项错误;在电极B上。2得到电子与CO?反应转化为CO^-.D项正确。

答案〉D

甲烷燃料电池在四种常见介质中的负极电极反应总结

品加。［2015新课标全国卷1,11,6分］微生物电池是指在微生物的作用下将化学能转化为电能的装置，其工

作原理如图所示。下列有关微生物电池的说法错误的是

A.正极反应中有CO2生成

B.微生物促进了反应中电子的转移

C.质子通过交换膜从负极区移向正极区

D.电池总反应为C6H12O6+6O2-6CO2+6H2O

解析》负极发生氧化反应，生成CO2气体,A项错误;微生物电池中的化学反应速率较快，即微生物促进了反应中

电子的转移,B项正确;原电池中阳离子向正极移动，阴离子向负极移动,C项正确;电池总反应是C6Hl2。6与。2

反应生成CC>2和H2(D,D项正确。

答案〉A

本题还可以从以下角度设置问题:

(i)io(rc时该电池的反应速率是不是比常温下的反应速率快？

提示:不是。因为这是一个微生物电池,温度为100℃时会导致微生物死亡，所以反应速率不会加快。

(2)写出该电池正、负极的电极反应式。

提示:负极反应式为C6H12O6+6H2O24e_6co2T+24印,正极反应式为6O2+24H*+24e=~=12H20o

命题角度2金属空气电池(热点角度)

金属空气电池模型

电解质为中性或碱性水溶液时，此类金属空气电池的正极反应式一般为O2+2H2O+4e'==4OH

负极为金属镁，电解质溶液为中性的NaCI溶液,放电时负极反应式为Mg2e—Mg?'总反应式为

镁空气中性电池

2Mg+O2+2H2O-2Mg(OH)?。由于镁是活泼金属,所以负极易发生副反

应:Mg+2H2。-Mg(OH)2+H21

海洋电池(铝空气海水电铝板为负极，柏网为正极，海水为电解质溶液，放电时负极反应式为AI3e~AF+,总反应式为

池)

4AI+3O2+6H2O_4AI(OH)3

锌为负极,电解质溶液为KOH溶液,放电时负极反应式为Zn2e+4OH_Zn(OH)f,总反应式为

锌空气碱性电池

2Zn+O2+4OH+2H2O-2Zn(OH)：

Bill［2016浙江,11,6分］金属(M)空气电池(如图)具有原料易得、能量密度高等优点,有望成为新能源汽车

和移动设备的电源。该类电池放电的总反应方程式为4M+/7O2+2nH2Oi~4M(0H)nO

已知:电池的“理论比能量”指单位质量的电极材料理论上能释放出的最大电能。下列说法不正确的是

A.采用多孔电极的目的是提高电极与电解质溶液的接触面积，并有利于氧气扩散至电极表面

B.比较Mg、AkZn三种金属空气电池,Al空气电池的理论比能量最高

空气电池放电过程的正极反应式《Ivr+nOz+Z4HzO+dnei~4M(OH)n

D.在Mg空气电池中，为防止负极区沉积Mg(OHb宜采用中性电解质及阳离子交换膜

解析〉A项，采用多孔电极可以增大电极与电解质溶液的接触面积，目有利于氧气扩散至电极表面,正确;B项，

根据“已知”信息知铝的比能量比Mg、Zn的高,正确;C项空气电池放电过程中，正极为氧气得到电子生成0H,

错误;D项,为了避免正极生成的0H移至负极，应选用阳离子交换膜,正确。

答案〉C

;且拓展变式」5.［2018海南,8,4分］［双选］一种镁氧电池如图所示，电极材料为金属镁和吸附氧气的活性炭，电

解液为KOH浓溶液。下列说法错误的是（）

A.电池总反应式为2Mg+O2+2H2O=~=2Mg（OH）2

B.正极反应式为Mg2e-----Mg2*

C.活性炭可以加快。2在负极上的反应速率

D.电子的移动方向由a经外电路到b

命题角度3锂电池（热点角度）

锂电池分为锂金属电池和锂离子电池。锂金属电池的负极材料是金属锂或锂合金，工作时金属锂失去电子被氧

化为Li:负极反应均为Lie-Li：负极生成的Li♦经过电解质定向移动到正极。由于单质锂是活泼金属,易与空

气中的H2。、。2反应，所以必须在无水、无氧的条件下组装锂金属电池。锂离子电池充电时阴极反应式一般为

6C+xLi++Ae-UG；放电时负极反应是充电时阴极反应的逆过程:口心6把-6C+ALI+O

1.常见的锂金属电池

锂镒电池

（全称为锂正极活性物质是MnOz,电解质是髙氯酸锂（LiCIOJ溶于混合有机溶剂中，正极反应式为

二氧化铳MnO2+Li++e^=LiMnO2,总反应为Li+MnOz^^iMnOz

电池）

该电池的电解液是无水四氯铝酸锂（LiAICIJ的亚硫酰氯（SOCb）溶液,正极反应式为

锂亚硫酰2SOCI2+4e_4CI+S+SO21，电池的总反应式为4Li+2SOCI2_4LiCI+S+SO2to由于锂是活泼金属,易与

氯电池H2O.02反应,SO。b也可与水反应（SOCb+HzO^~SO21+2HCIt），所以组装该电池时必须在无水、无氧的条

件下进行

电池反应为16Li+xS8-8Li2sx（2S/8）。原理如图所示。

全固态锂

硫电池

放电时正极a的变化过程为S.-LizSe-Li2s6-Li2s,-Li2s2,正极发生的反应依次为S.+2Li*+2e—Li2s“

3Li2S8+2Li*+2e-4Li2s2Li2se+2Li*+2e-3Li2s.Li2S4+2Li*+2e-2Li2S2

2.常见的锂离子电池

锂离子电池充电、放电时不同正极材料上的电极反应、电池总反应如表所示。

正极材料充电时阳极反应放电时正极反应电池总反应

+

LiFePO-*e==ALi+LilAFePO充电

4+==

LiFePOLi1xFePO4+xLi+Ae=LiFePO

44LiFeRO4+6c¥¥LilAFePO4+LixC6

4

.电

LiCoOLiCoOAB===ALi++LiCoOLiCoO+ALi++Ae===LiCoO

221x21x22LiCoO2+6c¥^Li1xCoO2+LiAC6

.电

==++==

LiMnOLiMnOAe=ALi+Li1xMn2O4LiMnO+ALi+xeLiMnO

2424lA2424LiMn2O4+6c¥^Li1xMn2O4+LixC6

示例［2016四川,5,6分］某电动汽车配载一种可充放电的锂离子电池，放电时电池总反应为

LilACoO2+LixC6—LiCoO2+C6（A<1）o下列关于该电池的说法不正确的是

A.放电时,Li+在电解质中由负极向正极迁移

B.放电时，负极的电极反应式为口心心―ALi++Ce

C.充电时，若转移1mole,石墨（C6）电极将增重7xg

+

D.充电时，阳极的电极反应式为LiCoO2Ae=™-Li1xCoO2+ALi

解析射电池放电时，阳离子由负极移向正极,A项正确油放电时的总反应看出,LiQe在负极发生失电子的氧化反

应,B项正确;充电时，阴极发生得电子的还原反应:Ce+Ae+MT一口16,当转移1mol电子时，阴极（C6电极）析出

+

ImolLi,增重7g,C项错误;充电时阳极发生失电子的氧化反应:口8。2mLi1xCoO2+ALi,D项正确。

答案〉C

“2018全国卷III,11D改编]一种可充电锂空气电池当电池放电时,。2与Li+在多孔碳材料电极处生成

“。24产0或1)o充电时，电池总反应为Li2O2x_2Li+(1^)O2()

2.[2018浙江4月选考,17D改编]Li空气电池的工作原理如图所示，电池总反应式为

4Li+O2+2H2O~=4LiOH()

放电

3.[2014天津,6改编]锂离子电池的总反应为LixC+Li1xCoO2¥^C+LiCoO2o锂硫电池的总反应为

放电

2Li+S^Li2So锂离子电池放电时,Li+向正极迁移;锂硫电池充电时，锂电极发生还原反应()

提不2.V3.V

且拓展变式七我国新能源电动汽车使用三元电池已经成为趋势，银钻镒三元材料通常可以表示为

LiNi；1coWin/)2,且户片？1。充电时电池总反应为LiNi^CoJVIn^+eCi~UaNiCoWInqz+LiaCe淇电池工作

原理如图所示，两极之间有一个允许特定的常子X通过的隔膜,石墨锂(Li£6)为锂离子嵌入石墨中形成的负极

材料。下列说法不正确的是()

A.允许离子X通过的隔膜为阳离子交换膜

B.充电时,LiaCe电极为阴极,Li*被还原

C.放电时，正极反应式为Li]aNi*CoWlnq2+aLi*+ae=—LiNi^CoJVIn^

D.可从无法充电的废旧石墨电极中回收金属锂

1.B由题意知,电池总反应为3H2+冲一2NH3O该合成氨反应在常温下进行，并形成原电池产生电能,反应不

需要高温、高压和催化剂,A项正确。观察题图知，左边电极发生氧化反应MV*e—MV?二为负极，不是阴极,B

项错误。正极区N2在固氮酶作用下发生还原反应生成NH3C项正确。电池工作时,H,通过交换膜,由左侧(负

极区)向右侧(正极区)迁移,D项正确。

+

2.C阴极发生还原反应，氢离子由交换膜右侧向左侧迁移，阴极的电极反应式为CO2+2H+2e=CO+H2O,A

项正确。结合阳极区发生的反应，可知协同转化总反应为CO2+H2S—S+CO+H2<D,B项正确。石墨烯作阳极,

其电势高于ZnO@石墨烯的,C项错误。Fe3+>Fe?+在碱性或中性介质中会生成沉淀，它们只稳定存在于酸性较

强的介质中,D项正确。

【图像分析】根据题图中物质的转化关系分析电极反应类型，如EDTAFe?+生成EDTAFe3;发生了氧化反

应,EDTAFe?,将H2s氧化成S,本身被还原成EDTAFe2*,EDTAFe3+和EDTAFe?*可循环使用，故石墨烯电极为

阳极，阳极与光伏电池的正极连接。CO2发生还原反应生成CO,故ZnO@石墨烯电极为阴极。

【知识储备】在电解池中，阳极为惰性电极时，电极本身不参与反应，而阴极本身一定不参与反应。电势是大

学物理化学中的概念，引入高考题中有一定难度。在自发反应中，失去电子能力越强的电极，其电势越低，所以,

原电池的负极电势低于正极电势;但电解池的阳极电势高于阴极电势。例如，镁、铝电极的电势分别为、。解答

本题时可采用排除法，从而回避电势的概念。____________________________________________________________

3.D电池工作时，盐桥中的CI向X极移动,K向丫极移动,A错误。电池工作时,X极为电池的负极，则电子由X

极沿导线流向丫极,B错误。电池工作时,X极的电极反应式为2NH36e-冲+6叶冰极周围溶液的pH减小，丫

极的电极反应式为2N03+10e+12H+==N?t+6H2。,丫极周围溶液的pH增大,C错误。根据得失电子守恒将X

极和丫极的电极反应式相加，可得电池总反应为3NO3+5NH3+3H+-4N2+9H2O,D正确。

4.D该电池采用的三维多孔海绵状Zn具有较大的表面积,可以高效沉积ZnO,且所沉积的Zn。分散度高,A正

确。根据题干中总反应可知该电池充电时,Ni(OH)2在阳极发生氧化反应生成NiOOH,其电极反应式为

Ni(OH)2(s)+OH(aq)e-NiOOH(s)+H2O(l),B正确。放电时Zn在负极发生氧化反应生成ZnO,电极反应式为

Zr^+ZOMaq惮e^~=ZnO(s)+H2O(l),C正确。电池放电过程中,OH等阴离子通过隔膜从正极区移向负极区,D

错误。

5.D电池放电时阴离子移向负极,A项正确。由电池总反应和题图知，放电时吸收CO?,充电时释放COzB项正

确。放电时，正极上CO2得电子被还原为单质C,电极反应式为3coz+4e=2C0；+C,C项正确。充电时，阳极

上C被氧化为CC>2,电极反应式为c+2co科e—3c。2,阴极上Na*被还原为Na,电极反应式为Na++e—Na,D

项错误。

6.D原理图中金属锂失去电子被氧化为Li*,故电极b作电池负极，电极a作电池正极。放电时电极a的变化过

+

程依次为S8TLi2s8fLi2s6fLi2s4fLi2s2,正极可发生的反应依次有S8+2Li+2e-Li2s&、

+

3Li2s8+2Li*+2e-4Li2s6、2Li2S6+2Li+2e=_3Li2S4»Li2s4+2Li*+2e=2Li2s?,A正确。负极反应为

Lie-Li*,“外电路中流过0.02mol电子”表明有0.02molLi被氧化，负极材料减重7g/molx0.02mol=0.14g,B

正确。石墨烯具有良好的导电性,单质硫(Sg)不导电，掺石墨烯能提高电极a的导电性,C正确。充电反应是放电

反应的逆过程，由电池反应“16口+与8―