（全国通用）高考化学二轮热点题型归纳与变式演练 专题28 新型化学电源（解析+原卷）学案

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【题型一】 二次电池……………………………………………………………………………………1
【题型二】 燃料电池……………………………………………………………………………………6
二、最新模考题组练……………………………………………………………………………………………10
【题型一】 二次电池
【典例分析】
1．某种钠离子的二次电池，其放电工作原理如图所示。
下列说法正确的是
A．放电时，石墨上的电势比MnPO4上的高
B．充电时，石墨接直流电源的正极
C．充电时，Na+由右侧经过离子交换膜迁移到左侧
D．放电时，正极反应为NaMnPO4+e-=MnPO4+Na+
【答案】C
【分析】
该装置为钠离子的二次电池，根据放电工作原理的装置以及原电池工作原理，左端电极为负极，电极反应式为Na－e－=Na＋，右端电极为正极，电极反应式为MnPO4＋Na＋＋e－=NaMnPO4，据此分析；
【解析】
A．根据上述分析，石墨为负极，MnPO4为正极，正极电势高于负极电势，即MnPO4电势高于石墨，故A错误；
B．二次电池充电时，电池正极接电源的正极，电池负极接电源的负极，石墨为负极，充电时，应接电源的负极，故B错误；
C．充电时，石墨电极反应式为Na＋＋e－=Na，MnPO4电极反应式为NaMnPO4－e－=Na＋＋MnPO4，Na＋从右侧经过离子交换膜迁移到左侧，故C正确；
D．根据上述分析，放电时正极反应式为MnPO4＋Na＋＋e－=NaMnPO4，故D错误；
答案为C。
【提分秘籍】
二次电池
也称可充电池(以铅蓄电池为例)：放电后能充电复原继续使用
1．放电时的反应：(原电池)
①负极反应：__Pb(s)＋SOeq \\al(2－,4)(aq)－2e－===PbSO4(s)__
②正极反应：__PbO2(s)＋4H＋(aq)＋SOeq \\al(2－,4)(aq)＋2e－===PbSO4(s)＋2H2O(l)__
③总反应：Pb(s)＋PbO2(s)＋2H2SO4(aq)===2PbSO4(s)＋2H2O(l)
2．充电时的反应：(电解池)
①阴极反应：__PbSO4(s)＋2e－===Pb(s)＋SOeq \\al(2－,4)(aq)__
②阳极反应：__PbSO4(s)＋2H2O(l)－2e－===PbO2(s)＋4H＋(aq)＋SOeq \\al(2－,4)(aq)__
③总反应：2PbSO4(s)＋2H2O(l)eq \(=====,\s\up7(通电))Pb(s)＋PbO2(s)＋2H2SO4(aq)
放电时原电池的负极作充电时电解池的__阴__极。
3．二次电池的解题思路
4．二次电池电极反应式的书写方法
①先标出原电池总反应式电子转移的方向和数目，指出参与负极和正极反应的物质。
②写出一个比较容易书写的电极反应式(书写时一定要注意电极产物是否与电解质溶液共存)
③在电子守恒的基础上，总反应式减去写出的电极反应式即得另一电极反应式。
④充电的电极反应与放电的电极反应过程相反。
【易错提醒】
(1)可充电电池的充、放电不能理解为可逆反应。
(2)燃料电池的电极不参与反应，有很强的催化活性，起导电作用。
(3)可充电电池在充电时，其负极连接外接电源的负极，正极连接外接电源的正极
【变式演练】
1．银锌电池广泛用作各种电子仪器的电源，它的充电和放电过程可以表示为：。下列说法不正确的是
A．该电池属于二次电池和碱性电池
B．电极是电池的负极，发生氧化反应
C．电池工作过程中，电解质溶液的浓度保持不变
D．充电时，电池的正极应与电源的正极相连
【答案】C
【解析】
A． 该电池有充电和放电两个过程，属于二次电池，放电过程的产物有氢氧化锌是碱性电池，故A正确；
B．放电时锌从0价升高到+2价，失电子发生氧化反应，电极是电池的负极， 故B正确；
C．根据电极反应式可知，电池工作过程中生成水，电解质溶液的浓度减小，故C错误；
D．根据原电池与电解池的关系，充电时，电池的正极发生氧化反应，应与电源的正极相连，故D正确；
故答案为：C
2．磷酸铁锂电池是以磷酸铁锂为正极材料的一种锂离子二次电池，电池总反应为M1-xFexPO4+LiC6LiM1-xFexPO4+6C，其原理如图所示，下列说法正确的是
A．放电时，石墨电极的电势更高
B．充电时，Li+移向磷酸铁锂电极
C．充电时，磷酸铁锂电极应与电源正极相连
D．放电时，正极反应式为M1-xFexPO4+e-+Li+=LiFexPO4+(1-x)M
【答案】C
【分析】
从电池总反应式可以分析出，放电时LiC6变为Li+和6C，Li元素化合价升高被氧化，所以石墨电极是负极，另一侧磷酸铁锂电极为正极，放电过程电解质中Li+向磷酸铁锂电极方向移动；
【解析】
A．根据分析，石墨电极为负极，故电势更低，描述错误，不符题意；
B．根据分析，放电时Li+移向磷酸铁锂电极，而充电时离子移动方向相反，向石墨电极移动，描述错误，不符题意；
C．放电时，磷酸铁锂电极是正极，电子流入，充电时，该极需输出电子，故要和电源正极相连，描述正确，符合题意；
D．根据电池模型，可以看到，放电时正极电极反应式应是M1-xFexPO4+e-+Li+=LiM1-xFexPO4，描述错误，不符题意；
综上，本题选C。
【题型二】 燃料电池
【典例分析】
1．以葡萄糖为燃料的微生物燃料电池的结构如图所示。下列关于该电池的叙述正确的是
A．该装置属于电解池
B．放电过程中，H+从正极区向负极区迁移
C．电池负极的电极反应式为
D．在电池反应中，每消耗氧气，理论上能生成(标准状况)CO2
【答案】C
【解析】
A．该装置是微生物燃料电池，属于原电池，A不正确；
B．原电池在放电过程中，阳离子向正极移动，则H+从负极区向正极区迁移，B不正确；
C．在电池负极，C6H12O6失电子产物与H2O反应，生成CO2气体和H+，电极反应式为，C正确；
D．在电池反应中，每消耗氧气，得到4mle-，依据电极反应式，理论上能生成22.4L (标准状况)CO2，D不正确；
故选C。
【提分秘籍】
燃料电池
1．氢氧燃料电池是将燃料和氧化剂的化学能直接转化为电能的装置，目前最成熟的燃料电池，可分为酸性和碱性两种。
2．燃料电池的电极本身不参与反应，燃料和氧化剂连续地由__外部__供给。对于燃料电池要注意燃料在负极反应，O2在正极反应，要注意电解质溶液或传导介质的影响，如碱性条件下，CO2以COeq \\al(2－,3)形式存在。
【易错提醒】
(1)熔融的金属氧化物作介质传导O2－
负极：H2－2e－＋O2－===H2O；
正极：O2＋4e－===2O2－。
(2)碳酸盐作介质
负极：H2－2e－＋COeq \\al(2－,3)===H2O＋CO2；
正极：O2＋4e－＋2CO2===2COeq \\al(2－,3)。
(3)复杂电极反应式的书写
总体思路：eq \x(\a\al(复杂电极,反应式))＝eq \x(总反应式)－eq \x(\a\al(较简单一极,电极反应式))
遵循原理，信息优先，用守恒直接书写。
3．燃料电池的解题模板

4．书写燃料电池电极反应式的三大步骤
①先写出燃料电池总反应式
一般都是可燃物在氧气中的燃烧反应方程式。但由于燃烧产物还可能与电解质溶液反应，燃烧产物与电解质溶液反应的方程式与其相加得总反应方程式。
②再写出燃料电池正极的电极反应式
由于燃料电池正极一般都是O2得到电子发生还原反应，基础反应式为O2＋4e－===2O2－。
A．电解质为固体时，O2－可自由通过，正极的电极反应式为O2＋4e－===2O2－。
B．电解质为熔融的碳酸盐时，正极的电极反应式为O2＋2CO2＋4e－===2COeq \\al(2－,3)。
C．当电解质为中性或碱性环境时，正极的电极反应式为：O2＋4e－＋2H2O===4OH－。
D．当电解质为酸性环境时，正极的电极反应式为：O2＋4e－＋4H＋===2H2O。
③最后写出燃料电池负极的电极反应式
燃料电池负极的电极反应式＝燃料电池总反应式－燃料电池正极的电极反应式。在利用此法时一要注意消去反应中的O2，二要注意两极反应式和总反应式电子转移相同。
【变式演练】
1．一种新型燃料电池，是将两根金属铂作电极插入KOH溶液中，然后向两极分别通入N2H4和O2，下列说法不正确的是
A．通入N2H4的电极为负极
B．随着放电的进行，负极附近溶液pH上升
C．每消耗1mlN2H4可以向外电路提供4mle-
D．通入氧气的一极的电极反应为2H2O + O2 + 4e- = 4OH-
【答案】B
【解析】
A．在燃料电池中，通入燃料N2H4的电极为负极，A正确；
B．负极反应式为，由于负极不断消耗OH-离子，所以负极附近pH降低；B错误；
C．负极反应式为，可看出每消耗1mlN2H4可以向外电路提供4mle-，即可以向外电路提供4ml e－，C正确；
D．通入O2的一极为正极，正极上发生还原反应，正极反应为2H2O + O2 + 4e- = 4OH-，D正确；
答案选B。
2．NH3−O2燃料电池装置如图所示，下列说法错误的是
A．燃料电池能量之间的转化是由化学能转化为电能
B．电池工作时，溶液中的Na+向电极b迁移
C．电池工作时，O2得到电子，发生还原反应
D．电极b上的电极反应式为2NH3+6OH－−6e－=N2+6H2O
【答案】B
【解析】
A．燃料电池能量之间的转化主要是化学能转化为电能，故A正确；
B．电池工作时，根据图中信息氨气化合价升高变为氮气，作负极，根据阳离子向正极移动规律，溶液中的Na+向电极a迁移，故B错误；
C．电池工作时，O2化合价降低，得到电子，发生还原反应，故C正确；
D．电极b为负极，氨气化合价升高变为氮气，电极上的电极反应式为2NH3+6OH－−6e－=N2+6H2O，故D正确。
综上所述，答案为B。
1．我国科学家研发了-种室温下可呼吸”的Na-CO2二次电池。该电池使用钠和负载碳纳米管的镍网分别作为电极材料，电池的总反应为： 2Na2CO3+C3CO2+4Na。下列说法正确的是
A．该电池使用Na2CO3水溶液作为电解质溶液
B．放电时，该电池正极反应为：3CO2+4e-2CO+C
C．充电时，CO向Na电极移动
D．使用铅酸蓄电池为其充电时，Ni电极与Pb电极相连
【答案】B
【解析】
A．钠能与水反应，该电池不能使用水溶液作为电解质溶液，故A错误；
B．根据电池总反应，放电时，二氧化碳在正极得电子生成单质碳和碳酸根离子，正极反应为3CO2+4e-2CO+C，故B正确；
C．充电时，Na电极是阴极，Ni电极是阳极，阴离子向阳极移动，CO向Ni电极移动，故C错误；
D．充电时，Na电极是阴极，Ni电极是阳极，使用铅酸蓄电池为其充电时，Na电极与Pb电极相连、Ni电极与PbO2电极相连，故D错误；
选B。
2．天津大学制备的一种新型水系可充电锌锰电池的构造简图如下，放电时，电极反应为：，电极上电极反应为：。下列说法错误的是
A．放电时，若电路转移2ml电子，则有2ml向右通过离子交换膜a
B．交换膜a为阳离子交换膜，交换膜b为阴离子交换膜
C．充电时，电池中溶液的导电性基本不变
D．充电时，电极X的质量增大
【答案】C
【分析】
使用什么膜，这是该电池的最大特点。如果为阴膜，为阳膜，则电池在不使用时，左边的进入中间区，与从右边进入中间区的发生中和反应，所以，左边必须为阳膜，右边为阴膜。
【解析】
A．放电时，若电路转移电子，则有向右通过离子交换膜，A正确；
B．据分析交换膜为阳离子交换膜，交换膜为阴离子交换膜，B正确；
C．充电时，电池中溶液的离子浓度增大，导电性不是不变而是增强，C错误；
D．充电时，电极上反应为、不断析出，电极的质量增大，D正确；
答案选C。
3．液流电池是电化学储能领域的一个研究热点，其优点是储能容量大、使用寿命长。下图为一种中性/液流电池的结构及工作原理图。下列有关说法错误的是
A．充电时A电极连电源负极
B．放电时正极电极反应为：
C．放电时负极区离子浓度增大，正极区离子浓度减小
D．充电时阴极电极反应：
【答案】C
【分析】
由图可知，放电时，电极A为液流电池的负极，锌在溴离子作用下失去电子发生氧化反应生成四溴合锌离子，电极反应式为，电极B为正极，六氰合铁酸根离子在正极得到电子发生还原反应生成六氰合亚铁酸根离子，电极反应式为；充电时，A电极连电源负极，做电解池的阴极，四溴合锌离子在阴极得到电子发生还原反应生成锌和溴离子，电极反应式为，电极B与正极相连，做电解池阳极，六氰合亚铁酸根离子在阳极失去电子发生氧化反应生成六氰合铁酸根离子，电极反应式为。
【解析】
A．由分析可知，充电时，A电极连电源负极，做电解池的阴极，故A正确；
B．由分析可知，放电时，电极B为正极，六氰合铁酸根离子在正极得到电子发生还原反应生成六氰合亚铁酸根离子，电极反应式为，故B正确；
C．由分析可知，放电时，电极A为液流电池的负极，锌在溴离子作用下失去电子发生氧化反应生成四溴合锌离子，电极反应式为，由电极反应式可知，放电时负极区离子浓度减小，故C错误；
D．由分析可知，充电时，A电极连电源负极，做电解池的阴极，四溴合锌离子在阴极得到电子发生还原反应生成锌和溴离子，电极反应式为，故D正确；
故选C。
4．某二次电池的充放电反应为：，下列推断错误的是
A．放电时，为负极
B．充电时，为阳极
C．放电时，每转移电子，正极上有被氧化
D．充电时，阴极反应式为
【答案】C
【解析】
A．放电时相当于是原电池，发生失去电子的氧化反应，铁为负极，A正确；
B．充电时相当于是电解池，发生失去电子的氧化反应，为阳极，B正确；
C．放电时，每转移电子，正极上有被还原，铁被氧化，C错误；
D．充电时，阴极上发生得到电子的还原反应，反应式为，D正确；
答案选C。
5．铅蓄电池是应用广泛的二次电池，其工作原理可表示为Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4(aq)2PbSO4(s)+2H2O(l)。下列说法错误的是
A．Pb是电池的负极材料
B．放电时，SO移向Pb电极
C．充电时，PbO2电极接外电源负极
D．放电时，PbO2电极增重64g时，外电路理论上通过2NA个电子
【答案】C
【分析】
由总反应Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4(aq)2PbSO4(s)+2H2O(l)可得，Pb失电子生成PbSO4，作负极；PbO2得电子作正极。
【解析】
A．Pb失电子，故作负极，故A正确；
B．放电时，阴离子移向负极，故SO移向Pb电极，故B正确；
C．充电时，原电池的正极外接电源的正极，故PbO2电极接外电源正极，故C错误；
D．放电时，正极发生反应PbO2(s)+2e-+4H++SO=PbSO4(s)+2H2O，每1mlPbO2(s)生成1mlPbSO4(s)，转移2ml电子，增重64g，故D正确；
故选C。
6．化剂TAPP-Mn的应用，使Li-CO2电池的研究取得了新的进展。Li-CO2电池结构和该催化剂作用下正极反应可能的历程如下图所示。
下列说法正确的是
A．Li-CO2电池可使用水溶液作电解液
B．充电时，Li+由I极向II极迁移
C．放电时，正极反应为
D．*LiCO2、*CO、*LiC2O3和C都是正极反应的中间产物
【答案】C
【分析】
由图示转化流程知，Li电极在反应中失去电子作负极，即电极I为负极，则电极Ⅱ为正极，CO2在正极得电子结合Li+最终转化为Li2CO3和C，对应电极反应为：3CO2+4Li++4e-=2Li2CO3+C。
【解析】
A．Li是活泼金属能与水发生反应，因此不能采用水溶液作为电解质，A错误；
B．由分析知，电极I为负极，充电时连接电源负极作阴极，电极Ⅱ为正极，充电时作阳极，Li+由阳极（电极Ⅱ）移向阴极（电极I），B错误；
C．由分析知C正确；
D．由正极的反应历程图示可知，C为最终的产物，不是中间产物，D错误；
故答案选C。
7．世界首款石墨烯锂离子电池产品已发布，可在-30℃-80℃环境下工作，电池循环寿命高达3500次左右，充电效率是普通充电产品的24倍。它是利用锂离子能在石墨烯表面和电极之间快速大量穿梭运动的特性制作的一种新型二次电池。其工作原理如图所示，
电池反应式为。
下列关于该电池的说法不正确的是
A．充电时，移向石墨烯
B．充电时，转移电子理论上阴极材料质量增加3.5g
C．放电时，极发生的电极反应为
D．对废旧的该电池进行“放电处理”，让从石墨烯中脱出有利于回收
【答案】C
【解析】
A．根据得到放电时石墨烯为负极，则充电时，石墨烯为阴极，移向阴极(石墨烯)，故A正确；
B．充电时，移向阴极(石墨烯)，电极反应式为，转移电子理论上阴极材料质量增加0.5ml×7 g∙ml−1＝3.5g，故B正确；
C．放电时，正极(极)发生的电极反应为，故C错误；
D．对废旧的该电池进行“放电处理”，让从石墨烯中脱出有利于回收，故D正确；
综上所述，答案为C。
8．氢氧燃料电池已用于航天飞机。以30%KOH溶液为电解质溶液的这种电池在使用时负极反应如下：2H2+4OH–-4e-=4H2O，则下列说法中错误的是
A．产物为无污染的水，属于环境友好电池
B．在使用过程中，电解质溶液浓度会降低
C．正极反应为：O2+2H2O+4e-=4OH-
D．电池使用过程中，负极材料的活性一定比正极材料大
【答案】D
【解析】
A．氢氧燃料电池的电池总反应为2H2+O2═2H2O，产物是水，对环境无污染，且能量转化率高，属于环境友好电池，故A正确；
B．氢氧燃料电池的电池总反应为2H2+O2═2H2O，产物是水，所以工作一段时间后电解质溶液的浓度会降低；故B正确；
C．氢氧燃料电池是将化学能转变为电能的装置，工作时，通入氢气的一极为电池的负极，发生氧化反应，通入氧气的一极为电池的正极，发生还原反应，30%KOH溶液为电解质溶液，所以O2在正极得电子发生还原反应，其电极反应式为O2+2H2O+4e-=4OH-，故C正确；
D．氢氧燃料电池的两极材料可以选择石墨电极，即正极和负极均可选择石墨电极，所以负极材料的活性不一定比正极材料大，故D错误；
答案为D。
9．某种熔融碳酸盐燃料电池以Li2CO3、K2CO3为电解质、以CH4为燃料时，该电池工作原理如图。下列说法正确的是
A．a为CH4，b为CO2
B．CO向正极迁移
C．此电池在常温下也能工作
D．正极的电极反应式为O2+2CO2+4e-=2CO
【答案】D
【分析】
从电子在电路中的流向可以确定左边电极是负极，所以a处通入的就是燃料甲烷，则右边电极是正极。
【解析】
A．a处通入的就是燃料甲烷，则右边电极是正极，b处充入的是氧化剂氧气，不是二氧化碳，故A错误；
B．原电池中阳离子向正极移动，阴离子向负极移动，所以CO向负极移动，故B错误；
C．此电池是用熔融碳酸盐作电解质，只能是在高温下进行工作，故C错误；
D．正极反应式为O2＋2CO2＋4e－===2CO，故D正确。
正确答案：D。
10．雾霾主要由二氧化硫、氮氧化物和可吸入颗粒物这三项组成，它们与雾气结合在一起，让天空瞬间变得阴沉灰暗，若选择乙醇(H2SO4)燃料电池将雾霾中的NO、SO2转化为硫酸铵，从而实现废气的回收再利用，其回收利用装置如图所示。下列有关说法正确的是
A．b电极发生的反应式为：
B．通入NO的电极为阴极，发生氧化反应
C．该装置实际工作过程中不通入也能达到相同的效果
D．当消耗46g乙醇时(不计算电解过程中的能量损耗)，则通入的的物质的量为
【答案】D
【分析】
c极二氧化硫被氧化，是阳极，a极是正极，d极NO得电子被还原，是阴极，b极是负极。
【解析】
A． b电极发生的反应式为： ,故A错误；
B．通入NO的电极为阴极，发生还原反应，故B错误；
C．电池的总反应为,产生硫酸铵需要通入，故C错误；
D．由C 得，又因为，由电子守恒可得，所以当消耗46g乙醇时，则通入的的物质的量为，故D正确；
故答案为：D
11．熔融碳酸盐燃料电池是一种高温电池，具有效率高、燃料多样化、余热利用价值高等诸多优点。图示熔融碳酸盐燃料电池以、为电解质，以为燃料。下列说法正确的是
A．a为，b为B．向正极移动
C．此电池在常温下也能工作D．正极的电极反应式为
【答案】D
【解析】
电极反应式：负极：CH4-8e-＋4CO=5CO2＋2H2O
正极：2O2＋8e-＋4CO2=4CO。根据图示中电子的移向，可以判断a处通入甲烷，b处通入空气。
A．a为 CH4 ，b为 空气，A错误；
B．应移向负极，B错误；
C．电解质是熔融盐，因此此电池在常温下不能工作，C错误；
D．正极的电极反应式为 O2+2CO2+4e-=2，D正确；
故选D。
12．以KOH溶液为电解质溶液，分别组成、、清洁燃料电池，下列说法正确的是
A．放电过程中，OH-均向正极移动
B．放电过程中，KOH物质的量均减小
C．消耗等质量氧气时，燃料电池的理论放电量最大
D．消耗等物质的量燃料时，燃料电池的理论放电量最大
【答案】D
【解析】
A．放电过程为原电池工作原理，所以氢氧根离子均向负极移动，故A错误；
B．、、的总反应分别为：，，，其中、清洁燃料电池总反应中未消耗KOH，所以此时KOH的物质的量不变，故B错误；
C．理论放电量与转移电子数有关，根据总反应，当消耗的氧气一样多时，放电量一样，故C错误；
D．根据总反应，等物质的量的燃料时，CH3OH消耗的氧气是最多的，所以放电量最大，故D正确；
故选D。
13．燃料电池以熔融的金属氧化物为电解质、CH4为燃料，装置如图所示。下列说法不正确的是
A．b极加入的物质为空气(O2)，发生还原反应
B．O2—向a极移动
C．正极电极反应式为：O2+4H++4e—=2H2O
D．标准状况下，每消耗11.2L甲烷，导线中转移的电子数为4NA
【答案】C
【分析】
由图中电子的移动方向可知， a极为燃料电池的负极，甲烷在氧离子作用下失去电子发生氧化反应生成二氧化碳和水，电极反应式为CH4+ 4O2——8e—=CO2+2H2O，b极为正极，空气中的氧气在正极得到电子发生还原反应生成氧离子，电极反应式为O2+4e—=2 O2—。
【解析】
A．由分析可知，b极加入的物质为空气，空气中的氧气在正极得到电子发生还原反应生成氧离子，故A正确；
B．由分析可知，a极为燃料电池的负极，b极为正极，燃料电池工作时，阴离子O2—向负极a极移动，故B正确；
C．由分析可知，b极为正极，空气中的氧气在正极得到电子发生还原反应生成氧离子，电极反应式为O2+4e—=2 O2—，故C错误；
D．由分析可知，a极为燃料电池的负极，甲烷在氧离子作用下失去电子发生氧化反应生成二氧化碳和水，电极反应式为CH4+ 4O2——8e—=CO2+2H2O，则标准状况下，每消耗11.2L甲烷，导线中转移的电子数为×8×NAml—1=4NA，故D正确；
故选C。
酸性
碱性
负极反应式
__2H2－4e－===4H＋__
__2H2－4e－＋4OH－===4H2O__
正极反应式
__O2＋4e－＋4H＋===2H2O__
__O2＋4e－＋2H2O===4OH－__
总反应式
2H2＋O2===2H2O