新型高能化学电源 -2024-2025学年浙江高考化学专项复习（原卷版）

第34讲飕1熊脩鹦1

01考情分析02真题精研03规律•方法•技巧04经典变式练

05核心知识精炼06基础测评07能力提升

考情分析

新型高能化学电源主要包括新型可充电电池和新型燃料电池。近几年高考中的新型可充电电池的各类

较多，如“储氢电池”、“锂一空气电池”、“高铁电池”、“锂硫电池”等。总的来说，可充电电池是既能将

化学能转化为电能（放电），又能将电能转化为化学能（充电）的可多次利用的一类电池。新型燃料电池是

利用氢气、甲烷、甲醇、硼氢化物等为燃料与氧气或空气进行反应，将化学能直接转化电能的一类原电池。

其特点一是有两个相同的多孔电极，同时两个电极不参与电极反应；二是不需要将还原剂和氧化剂全部储

存在电池内；三是能量的转化率高，燃料电池具有高能环保、电压稳定、经久耐用等优点。

真题精研

1.（2024•全国•高考真题）科学家使用B-MnO?研制了一种MnC）2-Zn可充电电池（如图所示）。电池工作一段

时间后，MnO2电极上检测到MnOOH和少量ZnMnQ,。下列叙述正确的是

A.充电时，Zn"向阳极方向迁移

B.充电时，会发生反应Zn+2MnO2=ZnMn2C>4

C.放电时，正极反应有MnO2+H2O+e-=MnOOH+OH-

D.放电时，Zn电极质量减少0.65g,MnO2电极生成了0.020molMnOOH

规律•方法-技巧

1.电极反应式书写的一般步骤（类似氧化还原反应方程式的书写）

列物质_［负极发生氧化反应;_参加反应的微粒

标得失I正极发生还原反应J和得失电子数

■在电解质溶液的环境中要生成稳定的电极

看箍|—,产物，即H+、OH-、氏。等是否参加反应

上尸〔遵守电荷守恒、质量守恒、电子守恒

—两电极反应式相加，与总反应式对照验证

包卮、工I

2.突破二次电池的四个角度

装置类胁一放电——原电池

、的判断，口充电——电解池

电极名布放电时的正极为充电时的阳极

、的判蚯/"［放电时的负极为充电时的阴极

放电时的正极反应颠倒过来为充电时的阳极反应

书写放电时的负极反应颠倒过来为充电时的阴极反应

由生成的一极移向消耗的一极。区域pH变化：

禽子移动

生成0H-或消耗H+的区域，pH增大；消耗

0H-或生成H+的区域，pH减小

经典变式练

I.（2024・安徽・高考真题）［我国学者研发出一种新型水系锌电池，其示意图如下。该电池分别以Zn-TCPP（局

部结构如标注框内所示）形成的稳定超分子材料和Zn为电极，以ZnSO4和KI混合液为电解质溶液。下列说

法错误的是

A.标注框内所示结构中存在共价键和配位键

B.电池总反应为：I；+ZnT^Zn2++3「

J允电

C.充电时，阴极被还原的Zi?+主要来自Zn-TCPP

D.放电时，消耗0.65gZn,理论上转移0.02mol电子

核心知识精炼

1.新型可充电电池

(1)可充电电池有充电和放电两个过程，放电时是原电池反应，充电时是电解池反应。

(2)放电时的负极反应和充电时的阴极反应互为逆反应，放电时的正极反应和充电时的阳极反应互为逆反应。

将负(正)极反应式变换方向并将电子移项即可得出阴(阳)极反应式。

(3)充、放电时电解质溶液中离子移动方向的判断

分析电池工作过程中电解质溶液的变化时，要结合电池总反应进行分析。

①首先应分清电池是放电还是充电。

②再判断出正、负极或阴、阳极。

放电：阳离子一正极，阴离子一负极；

充电：阳离子一阴极，阴离子一阳极；

总之：阳离子一发生还原反应的电极；阴离子一发生氧化反应的电极。

2.燃料电池中电极反应式的书写

第一步：写出电池总反应式

燃料电池的总反应与燃料的燃烧反应一致，若产物能和电解质反应则总反应为加和后的反应。

如甲烷燃料电池(电解质为NaOH溶液)的反应式为

CH4+2O2=CO2+2H2O①

CO2+2NaOH=Na2CO3+H2O②

①式+②式得燃料电池总反应式为CH4+202+2NaOH=Na2CO3+3H20»

第二步：写出电池的正极反应式

根据燃料电池的特点，一般在正极上发生还原反应的物质是。2,随着电解质溶液的不同，其电极反应式有

所不同，大致有以下四种情况：

(1)酸性电解质溶液环境下电极反应式：

+-

O2+4H+4e^=2H2O。

(2)碱性电解质溶液环境下电极反应式：

02+2H2O+4e-=4OH„

(3)固体电解质(高温下能传导CP-)环境下电极反应式：

-2-

O2+4e^=2Oo

(4)熔融碳酸盐(如熔融K2co3)环境下电极反应式：

O2+2CO2+4e-=2COr»

第三步：根据电池总反应式和正极反应式写出负极反应式

电池反应的总反应式一电池正极反应式=电池负极反应式。因为02不是负极反应物，因此两个反应式相减

时要彻底消除02。

3.氢氧燃料电池在四种常见介质中的电极反应总结

H2—2e-=2H+口酸作介质口

'压一2e-+2OIT-2H2。口碱作介质口

负极H2—2e「+。2-一压0。熔融金属皂化物作介质口

,H2-2e-+COF=H2O+CO2口熔融碳酸盐

作介质口

-+

O2+4e+4H=2H2O口酸作介质口

-

Trte（02+4e+2H20=40H-口碱作介质口

止被O2+4e-=2C）2-口熔融金属氧化物作介质口

|o2+4e^+2CO2=2C0F口熔融碳酸盐作介质口

基础测评

1.（2024•广西贺州•一模）电致变色材料在飞机的舷窗和智能太阳镜等方面具有广泛应用。一种新一代集电

致变色功能和储能功能于一体的电子器件的工作原理如图所示，放电时该器件的透光率逐渐增强。下列说

法正确的是

A.放电时，Li+移向b极

B.充电时，b极接外电源的正极

+

C.充电时，b极的电极反应：Li4Ti5O12+3Li+3e=Li7Ti5O12

D.放电时，电路中转移Imol电子时，a极质量减少7g

2.（2024・河南•模拟预测）全乳液流电池是一种新型的绿色环保储能系统，工作原理如图。当完成储能时,

右端储液罐溶液为紫色。下列说法错误的是

储液罐

储液罐32+

VOj/VO2+V^V

(pH<l)

(pH<l)

离子种类VO；vo2+v3+v2+

颜色黄色蓝色绿色紫色

A.放电时，正极颜色由黄色-蓝色

B.放电时，ft由电极A-电极B

C.充电时，总反应为V3++VC）2++H2O=VO;+V2++2H+

D.充电时，阳极反应为VCP++H2O-e-=V0；+2H+

3.（2023•广西•模拟预测）铁一铭液流电池是近年新投产、较好利用储（放）能技术的新型电池。该电池总

3+2+2+3+

Fe+Cr允用Fe+Cr。下列有关说法错误的是

交流/直流变换器

泵泵

A.放电时正极电解质溶液酸性增强

B.储能时原正极上的电极反应为Fe2+-e「=Fe3+

C.负极区电解质溶液中存在Cd+与CF+的相互转化

D.在相同条件下，离子的氧化性：Cr3+>Fe3+

4.（2024・河南许昌•一模）悔-石墨双离子电池采用廉价且易得的石墨替代传统锂电池中的正极材料，全面

提升了电池的能量密度。图甲和图乙表示该电池的充电或者放电时工作原理。X、Y表示可能为用电器或电

源。已知充电时正极发生阴离子插层反应生成Cn（PF6）,下列有关分析正确的是

A.图甲表示电池充电过程，电极a与电源的正极相连

B.图甲中电极b电极反应式为：Cn(PF6)-e-=PF；+nC

C.图乙中电极c电势高于电极d

D.图乙中当电路转移电子数为2moi时，理论上电极c质量减少14g

5.(2024•山东淄博・三模)一种新型双功能催化剂电池的工作原理及催化路径如图所示。*R表示R基团在

催化剂表面的吸附态。下列说法错误的是

z3

L3

螂

器

。3

片

袋

。7

-L1

7

-Z

阴离子交换膜

A.放电时，b极电势高于a极

B.放电时，与起始相比右室n(OH-)减少

C.充电时，决速步反应为*+OH--e一=*OH

D.充电时，a极电极反应式［Zn(OH)4r+2e-=Zn+4OIT

放电

6.(2024・重庆•模拟预测)一种碳酸铅电池示意图如图所示，电池总反应为：3PbC)2+3Pb+4H2O+4CO/U

充电

2Pb3c2O7+8OH一,其中Pb3c2。7可表示为PbO•2Pbec>3，下列说法正确的是

A.充电时，阳极上有Pb3c2。7产生

B.放电时，导线中电子迁移方向为PbO2―'Pb

C.充电时，理论上转移O.lmol电子，阴极的质量增加20.7g

D.放电时，正极反应为3PbC）2+2CO；+5H2O+6e—=Pb3c2O7+IOOH—

7.（2024•河北衡水•模拟预测）科研团队研发出一种可快充、成本低、更安全的动力电池（如下图），这种电

池正极是硫属元素，比如硫碳复合物，负极是铝，电解质由NaCl-KCl-AlCh组成，该熔融盐电解质中含有

链状A1“C1；”+1如A1C1；、A1?C1；等。下列说法正确的是

用电器

硫

碳

复

合

物

A.电解质中加入NaCl和KC1主要作用是提图熔融态AICI3中A1"和C1的导电能力

B.A1“C13”+I中同时连接2个A1原子的C1原子有（n-1）个

C.放电时，负极发生的反应可能为Al+3e-+5AlC14=2A13Cl；。

D.充电时，A1电极接外电源负极，发生氧化反应

8.（2024•北京海淀三模）一种新型Zn-CC）2水介质电池，为解决环境和能源问题提供了一种新途径，其工

B.放电时，CO2被转化为储氢物质HCOOH

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

D.充电时，双极隔膜产生的H+向右室移动

9.（23-24高三下•安徽•阶段练习）某沉积物-微生物燃料电池可以把含硫废渣（硫元素的主要存在形式为

FeS?）回收处理并利用，工作原理如图所示。下列说法错误的是

A.电子的移动方向：碳棒b->用电器-碳棒a

+

B.碳棒b上S生成SO：的电极反应式：S-6e+4H2O=SO；+8H

C.每生成ImolSOj，理论上消耗33.6LC>2（标准状况下）

D.工作一段时间后溶液酸性增强，氧硫化菌失去活性，电池效率降低

10.（2024•河南・模拟预测）|我国科学家通过铝负载的氢氧化保催化剂，实现了将充电过程中产生的副产物

氧气在放电过程中重新利用，工作原理如下图所示。下列说法错误的是

A.放电时，OH-移向Zn电极

B.放电时，氢氧化银所在电极为正极

C.充电时，Zn电极的电极反应式为［Zn（OH）J-+2e-=Zn+4OJT

D.充电时，电路中每通过Imol电子，阳极会产生ImolNiOOH

11.（2024•安徽・模拟预测*有机溶剂-水自分层电池，借助液-液界面屏障，可以实现电池在无隔膜下平稳运

行。中国科学院大连化学物理研究所提出了一种锌、澳自分层电池，该电池采用ZnBr2的水溶液作为负极电

解液，而正极电解液为含Br2的CCl,有机溶液。其装置如图所示，下列说法错误的是

A.放电时，电子从负极流出进入正极，再经电解液回到负极

B.放电时，溶于CC1,中的Br?被还原为B「，重新回到水溶液中

C.充电时，阴极电极反应式为Zn"+2e-=Zn

D.该电池可有效防止Br2的交叉混合，因此无需隔膜

12.（2024•宁夏银川•模拟预测）吉林大学杜菲教授等人通过正极结构优化与单离子选择性隔膜的开发，构

筑了高比能水系Zn-S解耦电池，如图所示。下列叙述正确的是

电极1电极2

ZnS

-tf翻-ff-tf

超阳超阳

2CuS

[Zn(OH)4]-2

NaOH+ZnO,CuSO4

钠离子选择性隔膜

A.充电时，Cu2s发生还原反应

B.放电时，电极1的电势高于电极2

C.充电时，电极2净减64g时转移1mol电子

D.放电时，电极1的电极反应式为Zn-2e-+4OIT=[Zn（OH）J

能力提升

1.（2024・湖南•高考真题）近年来，我国新能源产业得到了蓬勃发展，下列说法错误的是

A.理想的新能源应具有资源丰富、可再生、对环境无污染等特点

B.氢氧燃料电池具有能量转化率高、清洁等优点

C.锂离子电池放电时锂离子从负极脱嵌，充电时锂离子从正极脱嵌

D.太阳能电池是一种将化学能转化为电能的装置

(2024•河北•高考真题)我国科技工作者设计了如图所示的可充电Mg-CO?电池，以Mg(TFSD,为电解质，

电解液中加入1，3-丙二胺(PDA)以捕获CO2,使放电时CO?还原产物为岫JQ。该设计克服了MgCC)3导

电性差和释放CO?能力差的障碍，同时改善了Mg2+的溶剂化环境，提高了电池充放电循环性能。

co2^多孔

碳

纳

Mg(TFSI)隔Mg(TFSI)

米

22管

膜

电

PDAPDA极

MgC2O/

回答下列问题。

2.下列说法错误的是

A.放电时，电池总反应为2cO2+Mg=MgCQ4

B.充电时，多孔碳纳米管电极与电源正极连接

C.充电时，电子由Mg电极流向阳极，Mg?*向阴极迁移

D.放电时，每转移Imol电子，理论上可转化ImolCOz

3.对上述电池放电时CO2的捕获和转化过程开展了进一步研究，电极上CO：转化的三种可能反应路径及相

对能量变化如图(*表示吸附态)。

反应进程

下列说法错误的是

A.PDA捕获CO?的反应为…

+CQ*OH

2H

B.路径2是优先路径，速控步骤反应式为

；/X/X

*C0-+OH+e-七0：+H2NNH2

22H

C.路径1、3经历不同的反应步骤但产物相同；路径2、3起始物相同但产物不同

D.三个路径速控步骤均涉及*CO；转化，路径2、3的速控步骤均伴有PDA再生

4.（2023•辽宁•高考真题）某低成本储能电池原理如下图所示。下列说法正确的是

质子交换膜

A.放电时负极质量减小

B.储能过程中电能转变为化学能

C.放电时右侧H+通过质子交换膜移向左侧

3+2+

D.充电总反应：Pb+SO;-+2Fe=PbSO4+2Fe

5.（2023•全国•高考真题）|室温钠-硫电池被认为是一种成本低、比能量高的能源存储系统。一种室温钠-硫

电池的结构如图所示。将钠箔置于聚苯并咪嗖膜上作为一个电极，表面喷涂有硫黄粉末的炭化纤维素纸作

111VV

为另一电极。工作时，在硫电极发生反应：5sg+e-fS：,—Sg+e-—S；,2Na++—S4+2（l-1）e--Na2sx

钠电极

电解质

下列叙述错误的是

A.充电时Na+从钠电极向硫电极迁移

B.放电时外电路电子流动的方向是a—b

一X

C.放电时正极反应为：2Na++石S8+2e-Na2Sx

O

D.炭化纤维素纸的作用是增强硫电极导电性能

6.（2023•全国•高考真题）一种以V2O5和Zn为电极、Zn（CF3so3｝水溶液为电解质的电池，其示意图如下

所示。放电时，Zn?+可插入V2O5层间形成Zn^VzC^nH?。。下列说法错误的是

令*W1电.臧砺9

V2O5ZnxV2O5«H2O

Zn电极V2O5电极

Zn(CF3so3)2水溶液

A.放电时V2O5为正极

B.放电时Zn"由负极向正极迁移

C.充电总反应：xZn+V2O5+nH2O=ZnxV2O5-nH2O

-2+

D.充电阳极反应：ZnxV2O5-nH2O-2xe=xZn+V2O5+nH2O

7.（2022•湖南•高考真题）悔水电池在海洋能源领域备受关注，一种锂-海水电池构造示意图如下。下列说

法错误的是

A.海水起电解质溶液作用

B.N极仅发生的电极反应：2H2O+2e=2OH+H2T

C.玻璃陶瓷具有传导离子和防水的功能

D.该锂-海水电池属于一次电池

8.（2022・广东・高考真题）科学家基于CL易溶于CC1”的性质，发展了一种无需离子交换膜的新型氯流电池,

+

可作储能设备（如图）。充电时电极a的反应为：NaTi2（PO4）3+2Na+2e-=Na3Ti2（PO4）3o下列说法正确

的是

°-输电网1

A.充电时电极b是阴极

B.放电时NaCl溶液的pH减小

C.放电时NaCl溶液的浓度增大

D.每生成ImolCl2,电极a质量理论上增加23g

9.（2024・山东•模拟预测）锂离子电池的能量密度高，在生产生活中具有广泛的应用。科学家研发的一种锂

离子电池的工作原理如图所示。下列说法正确的是

放电

充电

O锂o氧o钻口石墨

A.