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2025年高考化学精品教案第六章化学反应与能量变化第4讲新型电源
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这是一份2025年高考化学精品教案第六章化学反应与能量变化第4讲新型电源，共16页。
考点 新型电源
1.Li、Na、K、Mg、Al、Zn电池
2.锂离子电池
3.燃料电池
注意 燃料电池负极反应式书写的难点是有机物化合价的分析，可以用“化合物中元素化合价代数和为零”法，来分析碳元素的化合价，且只需要分析发生化合价变化的碳原子。如CH3CH3中碳元素的化合价为－3，CH3OCH3中碳元素的化合价为－2。
1.手机、电脑的锂电池是一次电池还是二次电池？
二次电池
2.相同质量的物质失去电子数越多，其能量密度越大，则Li、Na、Mg、Al的能量密度由大到小的顺序为 Li＞Al＞Mg＞Na 。
3.已知锂电池的正极反应物和产物，写出其正极反应。
（1）正极反应物为Bi，产物为Li3Bi，则正极反应为 Bi＋3e－＋3Li＋ Li3Bi 。
（2）正极反应物为FeS，产物为Fe、Li2S，则正极反应为 FeS＋2e－＋2Li＋ Fe＋Li2S 。
4.O2作为原电池的正极反应物时，其电极反应在不同的介质中有不同的写法。
（1）强酸作介质： O2＋4e－＋4H＋ 2H2O 。
（2）强碱作介质： O2＋4e－＋2H2O 4OH－ 。
（3）导O2－固体作介质： O2＋4e－ 2O2－ 。
（4）熔融碳酸盐作介质，同时通入O2与CO2： O2＋4e－＋2CO2 2CO32－ 。
（5）熔融硝酸盐作介质，同时通入O2与N2O5： O2＋4e－＋2N2O5 4NO3－ 。
（6）除此之外还可能生成O22－（过氧根离子）、O2－（超氧根离子），其电极反应分别为 O2＋2e－ O22－、O2＋e－ O2－ 。
5.银器皿长期放置表面变黑（Ag2S），可将其放置于盛有饱和食盐水的铝制盆中，一段时间后银器变银白色，其负极反应式为 Al－3e－＋3H2O Al（OH）3＋3H＋ ，正极反应式为 Ag2S＋2e－＋2H＋ 2Ag＋H2S↑（或其他合理答案） 。
命题点1 锂电池的工作原理及应用
1.[2021辽宁]如图，某液态金属储能电池放电时产生金属间化合物Li3Bi。下列说法正确的是（ B ）
A.放电时，M电极反应为Ni－2e－ Ni2＋
B.放电时，Li＋由M电极向N电极移动
C.充电时，M电极的质量减小
D.充电时，N电极反应为Li3Bi＋3e－ 3Li＋＋Bi
解析 结合该电池放电时产生金属间化合物Li3Bi，可知M极为负极，N极为正极。
结合上述分析可知，A项错误；原电池中阳离子从负极向正极方向移动，即Li＋由M电极向N电极移动，B项正确；充电时M电极为阴极，电极反应为Li＋＋e－ Li，电极质量增加，C项错误；充电时N电极为阳极，电极反应为Li3Bi－3e－ 3Li＋＋Bi，D项错误。
技巧点拨
锂电池的放电、充电电极反应及离子移动情况
命题点2 金属－空气电池
2.[2021河北]K－O2电池结构如图，a和b为两个电极，其中之一为单质钾片。关于该电池，下列说法错误的是（ D ）
A.隔膜允许K＋通过，不允许O2通过
B.放电时，电流由b电极沿导线流向a电极；充电时，b电极为阳极
C.产生1 Ah电量时，生成KO2的质量与消耗O2的质量比值约为2.22
D.用此电池为铅酸蓄电池充电，消耗3.9 g钾时，铅酸蓄电池消耗0.9 g水
解析
由上述分析知，A、B项正确；由氧原子守恒可知，生成的KO2和消耗的O2的质量比为71∶32≈2.22，C项正确；铅酸蓄电池充电时的总反应为2PbSO4＋2H2O Pb＋PbO2＋2H2SO4，消耗1 ml水，转移1 ml电子，而K－O2电池中，消耗0.1 ml（3.9 g）K，转移0.1 ml电子，由转移电子数相等可知，铅酸蓄电池消耗的水为 0.1 ml，即消耗1.8 g水，D项错误。
命题点3 锂离子电池的工作原理
3.[2021浙江]某全固态薄膜锂离子电池截面结构如图所示，电极A为非晶硅薄膜，充电时Li＋得电子成为Li嵌入该薄膜材料中；电极B为LiCO2薄膜；集流体起导电作用。下列说法不正确的是（ B ）
A.充电时，集流体A与外接电源的负极相连
B.放电时，外电路通过a ml电子时，LiPON薄膜电解质损失a ml Li＋
C.放电时，电极B为正极，反应可表示为Li1－xCO2＋xLi＋＋xe－ LiCO2
D.电池总反应可表示为LixSi＋Li1－xCO2放电 充电 Si＋LiCO2
解析 由充电时Li＋得电子成为Li嵌入电极A的薄膜材料中可知，充电时电极A为阴极，则该电池放电时，电极A为负极，电极B为正极，电极反应为
充电时电极A为阴极，则集流体A应和外接电源负极相连，A项正确；放电时，外电路中通过a ml电子时，负极（电极A）生成的a ml Li＋通过LiPON薄膜电解质转移至电极B，LiPON薄膜电解质并未损失Li＋，B项错误；由上述分析知，C项正确；结合正极和负极反应式可写出电池总反应为LixSi＋Li1－xCO2放电 充电 Si＋LiCO2，D项正确。
命题点4 原电池与海水淡化
4.[山东高考]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CH3COO－的溶液为例）。下列说法错误的是（ B ）
A.负极反应为CH3COO－＋2H2O－8e－ 2CO2↑＋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1 ml电子时，模拟海水理论上除盐58.5 g
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：
根据上述分析可知，A项正确；为实现海水淡化，该电池工作时，Cl－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1 ml电子时，向a极和b极分别移动1 ml Cl－和1 ml Na＋，则模拟海水理论上可除盐58.5 g，C项正确；电池工作时负极产生CO2，正极产生H2，根据得失电子守恒可知，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。
素养9 科学探究思想——揭秘航天器电源技术
命题特点：液流电池、锂离子电池、蓄电池等，情境、装置常考常新。电极名称→电极反应式（同一电极有多个电极反应）→双极膜、交换膜→总反应式→电能利用率等。
1.人类航天活动中应用过的电源主要包括一次化学电源、太阳能电池、化学蓄电池、燃料电池、核能热电系统等，这些电源占世界航天电源应用综合的比例分别为太阳能电池阵蓄电池组电源系统90％；化学电池5％；燃料电池3％；核能发电则占2％。
2.神舟飞船中的电池
神舟飞船返回舱→银锌蓄电池组轨道舱推进舱太阳能电池阵－镍镉蓄电池组系统附加段
1.[镍镉蓄电池]神舟飞船中的轨道舱和推进舱使用的电源系统为太阳能电池阵－镍镉蓄电池组系统，镍镉蓄电池工作原理如下：Cd＋2NiOOH＋2H2O放电 充电 Cd（OH）2＋2Ni（OH）2，通过充、放电过程，满足飞船在光照区和阴影区交替飞行时对能量储存和供给的需要。下列说法错误的是（ B ）
A.飞船进入光照区，还原反应为Cd（OH）2＋2e－ Cd＋2OH－
B.太阳能电池阵经过“太阳能—化学能—电能”为蓄电池充电
C.镍镉蓄电池宜采用阴离子交换膜，电池放电时，阴离子向负极移动
D.飞船进入阴影区，镍镉蓄电池放电，放电时正极附近溶液pH升高
解析 镍镉电池放电时，Cd发生失电子的氧化反应生成Cd（OH）2，作负极，负极反应为Cd－2e－＋2OH－ Cd（OH）2，NiOOH发生得电子的还原反应生成Ni（OH）2，作正极，正极反应为NiOOH＋e－＋H2O Ni（OH）2＋OH－，放电时溶液中阴离子向负极移动；充电时为电解池，阳极反应为Ni（OH）2＋OH－－e－ NiOOH＋H2O，阴极反应为Cd（OH）2＋2e－ Cd＋2OH－。飞船进入光照区为蓄电池充电，充电时为电解池，阴极发生的还原反应为Cd（OH）2＋2e－ Cd＋2OH－，A项正确；当飞船进入光照区时，太阳能电池将太阳能转化为电能，电能又转化为化学能，为镍镉蓄电池充电，B项错误；由正、负极反应知，放电时，OH－向负极移动参与负极反应，故镍镉蓄电池宜采用阴离子交换膜，C项正确；飞船进入阴影区，镍镉蓄电池放电，正极反应为NiOOH＋e－＋H2O Ni（OH）2＋OH－，故放电时正极附近溶液pH升高，D项正确。
2.[银锌电池] [海南高考改编]微型银－锌电池可用作电子仪器的电源，其电极分别是Ag/Ag2O和Zn，电解液为KOH溶液。电池总反应为Ag2O＋Zn＋H2O 2Ag＋Zn（OH）2，下列说法正确的是（ C ）
A.电池工作过程中，KOH溶液浓度降低
B.电池工作过程中，电解液中OH－向正极迁移
C.负极发生反应Zn＋2OH－－2e－ Zn（OH）2
D.正极发生反应Ag2O＋2H＋＋2e－ 2Ag＋H2O
解析 根据电池总反应：Ag2O＋Zn＋H2O 2Ag＋Zn（OH）2，可知电池工作过程中，水不断被消耗，则氢氧化钾溶液的浓度升高，A项错误；原电池中阴离子向负极迁移，即OH－向负极移动，B项错误；根据总反应可知Zn生成Zn（OH）2，结合电解液为KOH溶液可判断C项正确；电解液为KOH溶液，电极反应式中不能出现H＋，正极反应式应为Ag2O＋H2O＋2e－ 2Ag＋2OH－，D项错误。
3.[微生物燃料电池]某微生物燃料电池在废水处理和新能源开发领域具有广阔的应用前景，其工作原理如图所示。下列说法正确的是（ B ）
A.电极电势a＜b，电极b上发生氧化反应
B. HS－在硫氧化菌作用下发生反应：HS－＋4H2O－8e－ SO42－＋9H＋
C.若该电池外电路有0.4 ml电子通过，则有0.45 ml H＋迁移到b极
D.该燃料电池在高温下进行效率更高
解析 O2在电极b上发生得电子的还原反应，A项错误；由题图知，HS－在负极上失去电子转化为SO42－，B项正确；电路中通过的电子与通过质子交换膜的H＋量相等，C项错误；高温会导致两种菌失活，反应变慢，D项错误。
1.[室温钠－硫电池][2023全国乙]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唑膜上作为一个电极， 表面喷涂有硫黄粉末的炭化纤维素纸作为另一电极。 工作时，在硫电极发生反应：
12S8＋e－ 12S82－，12S82－＋e－ S42－，2Na＋＋x4S42－＋2（1－x4）e－ Na2Sx
下列叙述错误的是（ A ）
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
C.放电时正极反应为2Na＋＋x8S8＋2e－ Na2Sx
D.炭化纤维素纸的作用是增强硫电极导电性能
解析
充电时，阳离子Na＋应向阴极钠电极迁移，A错误；放电时，Na失去的电子经外电路流向正极，即电子流向是a→b，B正确；将题给硫电极发生的反应依次标号为①②③，由x4×①＋x4×②＋③可得正极总反应，C正确；炭化纤维素纸具有良好的导电性，D正确。
2.[新型“可呼吸式”镍锌电池][2023山东潍坊模拟改编]中国科学家试验成功了一种新型的“可呼吸式”镍锌电池（Ni－ZnAB），充电时产生氧气，放电时吸收氧气，显著提高镍锌电池的能量效率和稳定性，电池工作原理如图。下列说法正确的是（ C ）
A.该电池为非水系电解质溶液
B.放电时，正极存在一个电极反应
C.充电时，阴极反应式：[Zn（OH）4]2－＋2e－ Zn＋4OH－
D.放电时，负极质量减少65 g，则正极消耗氧气11.2 L（标准状况）
解析 由题图和题意知，该电池放电时负极上Zn转化为[Zn（OH）4]2－，正极上O2转化为OH－、NiOOH转化为Ni（OH）2，有OH－参与反应，为水系电解质溶液，A项错误；放电时正极上O2转化为OH－、NiOOH转化为Ni（OH）2，存在两个电极反应，B项错误；充电时的阴极反应为放电时负极反应的逆反应，则阴极反应为[Zn（OH）4]2－＋2e－ Zn＋4OH－，C项正确；放电时，负极质量减少65 g，即消耗1 ml Zn，则转移2 ml电子，由于正极上存在两个电极反应，故正极消耗的氧气少于11.2 L（标准状况），D项错误。
1.[新型全固态电池][2021广东]火星大气中含有大量CO2，一种有CO2参加反应的新型全固态电池有望为火星探测器供电。该电池以金属钠为负极，碳纳米管为正极，放电时（ B ）
A.负极上发生还原反应B.CO2在正极上得电子
C.阳离子由正极移向负极D.将电能转化为化学能
解析 根据题中信息可知该Na－CO2电池中Na为负极，碳纳米管为正极，负极上金属钠失去电子发生氧化反应，A项错误；CO2在正极碳纳米管上得电子发生还原反应生成单质碳，B项正确；原电池工作时，阳离子从负极向正极移动，C项错误；该电池将化学能转化为电能，D项错误。
2.[熔融钠－硫电池][天津高考]熔融钠－硫电池性能优良，是具有应用前景的储能电池。下图中的电池反应为2Na＋xS放电 充电 Na2Sx（x＝5～3，难溶于熔融硫）。下列说法错误的是（ C ）
A.Na2S4的电子式为Na＋[∶S····∶S····∶S····∶S····∶]2－Na＋
B.放电时正极反应为xS＋2Na＋＋2e－ Na2Sx
C.Na和Na2Sx分别为电池的负极和正极
D.该电池是以Na－β－Al2O3为隔膜的二次电池
解析 Na2S4的S42－中硫原子间以非极性键结合，每个硫原子最外层均达到8电子稳定结构，A项正确；放电时正极上S发生还原反应，正极反应为xS＋2Na＋＋2e－ Na2Sx，B项正确；熔融钠为负极，熔融硫（含碳粉）为正极，C项错误；由题图可知，D项正确。
3.[光催化钠离子二次电池][2024陕西安康名校联考]天津大学在光催化钠离子二次电池的应用研究中取得重大进展。该电池工作原理如图所示，光催化电极能在太阳光下实现对设备进行充电。下列说法错误的是（ A ）
A.充电时，电子从石墨电极流出通过导线流向光催化电极
B.放电时，石墨电极的电极反应式为4S2－－6e－ S42－
C.离子交换膜为阳离子交换膜
D.放电时，当外电路转移1 ml电子时，离子交换膜左室电解质溶液质量减少23 g
解析 由题干信息结合图给信息，充电时，石墨电极得到电子，电子从光催化电极流出，A项错误；放电时，石墨电极的电极反应式为4S2－－6e－ S42－，B项正确；放电时，石墨电极为负极，光催化电极为正极，为维持电荷守恒，左室Na＋透过离子交换膜移向右室，则离子交换膜为阳离子交换膜，放电时当外电路转移1 ml电子时，1 ml Na＋从左室迁移到右室，离子交换膜左室电解质溶液质量减少23 g，C、D项正确。
4.[新型Li－Mg双离子可充电电池][2023广州测试]新型Li－Mg双离子可充电电池是一种高效、低成本的储能电池，其工作原理如图所示。放电时电极a的反应为Li1－xFePO4＋xLi＋＋xe－ LiFePO4。下列说法不正确的是（ C ）
A.充电时，Mg电极为阴极
B.放电时，Li＋从Ⅰ室向Ⅱ室迁移
C.放电时，Ⅱ室Li2SO4溶液的浓度增大
D.放电时，每消耗1 ml Mg，电极a质量理论上增加14 g
解析 根据放电时电极a发生还原反应知，电极a为正极，Mg电极为负极。
由上述分析知，充电时Mg电极为阴极，A项正确；放电时Li＋向正极（电极a）移动，则Li＋从Ⅰ室向Ⅱ室迁移，B项正确；放电时，Li＋从Ⅰ室向Ⅱ室迁移，SO42－不参与电极反应，Ⅱ室Li2SO4溶液的浓度不变，C项错误；每消耗1 ml Mg，电路中通过2 ml电子，根据放电时电极a的反应，知电极a增加的质量为2 ml Li＋的质量，即增重14 g，D项正确。
5. [海底燃料电池][2024湖北黄石二中测试改编]一种由石墨电极制成的海底燃料电池的装置如图所示。下列说法正确的是（ C ）
A.向a极迁移的是OH－
B.大块沉积物中的铁元素均显＋2价
C.b极上FeS2转化为S的电极反应式为FeS2－2e－ Fe2＋＋2S
D.微生物作用下S循环生成的SO42－和HS－的物质的量之比为1∶5
解析 A项，由题图知，a极上O2得到电子发生还原反应，故a极为海底燃料电池的正极，电极反应式为O2＋4e－＋4H＋ 2H2O，向正极（a极）迁移的是H＋而不是OH－，错误。B项，大块沉积物中的FeOOH中的铁元素显＋3价，错误。C项，b极上FeS2中－1价S元素失去电子被氧化为S单质的电极反应式为FeS2－2e－ Fe2＋＋2S，正确。D项，由题图可知S循环的反应为4S＋4H2O 微生物 SO42－＋3HS－＋5H＋，n（SO42－）∶n（HS－）＝1∶3，错误。
6.[2024江西九校联考]我国科研人员将单独脱除SO2的反应与H2O2的制备反应相结合，实现协同转化。
①单独制备H2O2：2H2O＋O2 2H2O2 ΔH＞0。
②单独脱除SO2：4OH－＋2SO2＋O2 2SO42－＋2H2O，能自发进行。
协同转化装置如图（在电场作用下，双极膜中间层的H2O解离为OH－和H＋，并向两极迁移）。下列分析不正确的是（ D ）
A.反应②释放的能量可以用于反应①
B.产生H2O2的电极反应：O2＋2e－＋2H＋ H2O2
C.反应过程中不需补加稀H2SO4
D.协同转化总反应：SO2＋O2＋2H2O H2O2＋H2SO4
解析 单独脱除SO2的反应是熵减反应，能自发进行，则该反应的ΔH＜0，该装置中反应②释放的能量可以用于反应①，A项正确；产生H2O2的电极室中电解液呈酸性，故电极反应为O2＋2e－＋2H＋ H2O2，B项正确；反应过程中，双极膜中H2O不断解离产生H＋移向正极，故反应过程中不需补加稀H2SO4，C项正确；在负极室电解质溶液为NaOH溶液，不可能大量存在H＋，故协同转化总反应是SO2＋O2＋2OH－ SO42－＋H2O2，D项错误。
7.[铝胺电池][2023湖南师大附中考试]一种铝胺电池的工作原理如图所示。已知Ph3N代表三苯基胺，下列说法正确的是（ B ）
A.放电时，正极的电极反应式为Ph3N－e－ Ph3N＋
B.充电时，阴极的电极反应式为4Al2Cl7－＋3e－ Al＋7AlCl4－
C.充电时，AlCl4－向铝电极移动
D.理论上每生成1 ml Ph3N，铝电极增重18 g
解析
充电时为电解池，阴离子向阳极移动，AlCl4－向Ph3N极移动，C项错误；由电极反应式知，每生成1 ml Ph3N转移1 ml e－，负极消耗13 ml Al，即铝电极减少9 g，D项错误。
8. [新型氯流电池][2024枣庄三中考试]科学家基于Cl2易溶于CCl4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（如图所示）。充电时电极a的反应为NaTi2（PO4）3＋2Na＋＋2e－ Na3Ti2（PO4）3。下列说法正确的是（ D ）
A.充电时，电极b是阴极
B.放电时，NaCl溶液的pH减小
C.充电时，每生成1 ml Cl2，电极a质量理论上增加64 g
D.放电时，NaCl溶液的浓度增大
解析 由题意可知，充电时电极a发生得电子的还原反应，则电极a是阴极，电极b是阳极，A错误。放电时，电极a是负极，发生氧化反应Na3Ti2（PO4）3－2e－ NaTi2（PO4）3＋2Na＋，生成Na＋，电极b是正极，发生还原反应Cl2＋2e－ 2Cl－，生成Cl－，则放电时NaCl溶液的浓度增大，但溶液一直为中性，故放电时NaCl溶液的pH不变，B错误，D正确。充电时阳极反应为2Cl－－2e－ Cl2↑，阴极反应为NaTi2（PO4）3＋2Na＋＋2e－ Na3Ti2（PO4）3，由得失电子守恒可知，每生成1 ml Cl2，电极a质量理论上增加23 g/ml×2 ml＝46 g，C错误。
9.[水激活“纸基”电池][2024河南省重点高中阶段性测试]一种环保的水激活“纸基”电池（如图所示）主要由1个平方厘米的电池单元组成，还包含3种印在长方形纸带上的油墨，纸带上分布着NaCl固体。已知：上述3种油墨分别为含石墨薄片的油墨、含锌粉的油墨、含石墨薄片和炭黑的油墨（作导体）。下列说法错误的是（ B ）
A.印有含石墨薄片的油墨的一面为正极
B.滴水激活“纸基”电池一段时间后，该电池的质量会减小
C.当有3.25×10－3 g锌粉溶解时，理论上转移的电子数为1×10－4NA
D.该电池能够减少低功率废弃电子器件带来的环境影响
解析 由题干信息可知，含有石墨薄片的油墨为正极，发生的电极反应为O2＋4e－＋2H2O 4OH－，含锌粉的油墨为负极，电极反应为Zn－2e－＋4OH－ Zn（OH）42－，A项正确；“纸基”电池工作时，总反应式为2Zn＋O2＋2H2O＋4OH－ 2Zn（OH）42－，氧气参与电池反应，该电池的质量会增大，B项错误；3.25×10－3 g锌粉的物质的量n＝mM＝3.25×10－3g65 g/ml＝5×10－5 ml，理论上转移的电子数为5×10－5 ml×2NA ml－1＝1×10－4NA，C项正确；该电池有质量小、柔韧性好的优点，不产生污染性的废料，能够减少低功率废弃电子器件带来的环境影响，D项正确。
10.[双阴极微生物燃料电池][2024重庆质检]工业上用双阴极微生物燃料电池处理含NH4＋和CH3COO－的废水。废水在电池中的运行模式如图1所示，电池的工作原理如图2所示。已知Ⅲ室中O2除了在电极上发生反应，还在溶液中参与了一个氧化还原反应。下列说法不正确的是（ D ）
图1
图2
A.离子交换膜为阳离子交换膜
B.电子从Ⅱ室电极经导线流向Ⅰ室电极和Ⅲ室电极
C.Ⅰ室电极的电极反应式为2NO3－＋10e－＋12H＋ N2↑＋6H2O
D.若双阴极通过的电流相等，当Ⅰ室产生2 ml N2时Ⅱ室消耗5 ml O2
解析 Ⅱ室中C的化合价升高，被氧化，Ⅱ室电极为负极，电极反应式为CH3COO－－8e－＋2H2O 2CO2↑＋7H＋，Ⅰ室和Ⅲ室中电极均为正极。电子由负极经导线流向正极，B项正确。Ⅲ室电极的电极反应式为O2＋4e－＋4H＋ 2H2O，Ⅱ室产生的H＋经离子交换膜移向Ⅲ室，故离子交换膜为阳离子交换膜，A项正确。根据题图1废水的走向，Ⅰ室中的NO3－应是NH4＋在Ⅲ室中反应产生的，结合Ⅲ室中O2还在溶液中参与一个氧化还原反应，可知Ⅲ室溶液中发生了NH4＋＋2O2 NO3－＋2H＋＋H2O，NO3－流到Ⅰ室放电，Ⅰ室电极的电极反应式为2NO3－＋10e－＋12H＋ N2↑＋6H2O，C项正确。若双阴极通过的电流相等，即Ⅰ室和Ⅲ室电极上得失电子守恒，当Ⅰ室产生2 ml N2时，转移电子20 ml，结合Ⅲ室电极的电极反应式知，转移20 ml电子时消耗5 ml O2，因Ⅲ室发生NH4＋＋2O2 NO3－＋2H＋＋H2O还要消耗O2，故O2总消耗量大于5 ml，D项错误。课标要求
核心考点
五年考情
核心素养对接
1.认识化学能与电能相互转化的实际意义及其重要应用。
2.能分析、解释原电池的工作原理，能设计简单的原电池。
3.能列举常见的化学电源，并能利用相关信息分析化学电源的工作原理。
4.学生必做实验：制作简单的燃料电池
新型电源
2023全国乙，T12；2022广东，T16；2022湖南，T8；2022全国甲，T10；2022全国乙，T12；2021河北，T9、T16；2021年6月浙江，T22；2021湖南，T10；2021辽宁，T10；2021福建，T9；2020天津，T11；2020上海，T2；2020全国Ⅰ，T12；2019天津，T6；2019全国Ⅰ，T12
证据推理与模型认知：能分析识别复杂的实际电池；能利用电化学原理创造性地解决实际问题
命题分析预测
1.近年高考常结合电池科技前沿，如能量密度高的液流电池、安全性能高的石墨烯锂电池、燃料电池（微生物燃料电池、有机物燃料电池等）、金属－空气电池等考查原电池的工作原理及其应用、二次电池的充放电过程及相关计算等。
2.2025年高考要关注：（1）新型有机物燃料电池。有机物与电化学结合既体现模块知识的综合性，又考查考生灵活运用所学知识解决实际问题的能力。（2）航空航天领域、电动车领域的新型电池
名称
装置图
工作原理
锂电池
负极反应：[1] Li－e－ Li＋
①正极反应物为S8，产物为Li2S4、Li2S2，正极反应：[2] S8＋4e－＋4Li＋ 2Li2S4、S8＋8e－＋8Li＋ 4Li2S2 ；
②正极反应物为CO2，产物为C＋Li2CO3，正极反应：[3] 3CO2＋4e－＋4Li＋ 2Li2CO3＋C ；
③正极反应物为O2，产物为Li2O、Li2O2，正极反应：[4] O2＋4e－＋4Li＋ 2Li2O、O2＋2e－＋2Li＋ Li2O2
钠电池
负极反应：[5] Na－e－ Na＋
正极反应物为Sx，产物为Na2Sx，正极反应：[6] Sx＋2e－＋2Na＋ Na2Sx
钾电池
负极反应：[7] K－e－ K＋
正极反应物为O2，产物为KO2，正极反应：[8] O2＋e－＋K＋ KO2
镁电池
负极反应：[9] Mg－2e－＋2OH－ Mg（OH）2
正极反应：[10] 2CO2＋2e－ C2O42－
铝电池
负极反应：[11] Al－3e－＋4OH－ [Al（OH）4]－（或Al－3e－ Al3＋）
离子导体为盐溶液（中性），正极反应物为S，产物为H2S，正极反应：[12] 3S＋6e－＋2Al3＋＋6H2O 3H2S↑＋2Al（OH）3
锌电池
负极反应：[13] Zn－2e－＋4OH－ [Zn（OH）4]2－
正极反应物为CO2，产物为CH3COOH，正极反应：[14] 2CO2＋8e－＋8H＋ CH3COOH＋2H2O
名称
装置图
工作原理
锂离子电池
负极反应：[15] LixC6－xe－ xLi＋＋6C、LiC6－e－ Li＋＋6C
正极反应：[16] Li1－xCO2＋xe－＋xLi＋ LiCO2、Li1－xNiO2＋xe－＋xLi＋ LiNiO2、Li1－xMnO2＋xe－＋xLi＋ LiMnO2、Li1－xFePO4＋xe－＋xLi＋ LiFePO4、Li1－xMn2O4＋xe－＋xLi＋ LiMn2O4
名称
装置图
工作原理
燃料
电池
负极反应：[17] CO－2e－＋4OH－ CO32－＋2H2O、CH4－8e－＋10OH－ CO32－＋7H2O、CH3OH－6e－＋8OH－ CO32－＋6H2O、CH3OCH3－12e－＋16OH－ 2CO32－＋11H2O、C6H12O6－24e－＋36OH－ 6CO32－＋24H2O、NH2NH2－4e－＋4OH－ N2↑＋4H2O
正极反应：[18] O2＋4e－＋2H2O 4OH－
微生物电池
负极反应：[19] CH3COOH－8e－＋2H2O 2CO2↑＋8H＋、C6H12O6－24e－＋6H2O 6CO2↑＋24H＋
正极反应：[20] O2＋4e－＋4H＋ 2H2O
电极
电极反应
负极（电极A）
LixSi－xe－ xLi＋＋Si
正极（电极B）
Li1－xCO2＋xLi＋＋xe－ LiCO2
电极名称
电极反应
负极（a极）
CH3COO－＋2H2O－8e－ 2CO2↑＋7H＋
正极（b极）
2H＋＋2e－ H2↑
电极
电极反应
放电
（原电池）
负极（Mg电极）
Mg－2e－ Mg2＋
正极（电极a）
Li1－xFePO4＋xLi＋＋xe－ LiFePO4
充电
（电解池）
阴极（Mg电极）
Mg2＋＋2e－ Mg
阳极（电极a）
LiFePO4－xe－ Li1－xFePO4＋xLi＋
考点 新型电源
1.Li、Na、K、Mg、Al、Zn电池
2.锂离子电池
3.燃料电池
注意 燃料电池负极反应式书写的难点是有机物化合价的分析，可以用“化合物中元素化合价代数和为零”法，来分析碳元素的化合价，且只需要分析发生化合价变化的碳原子。如CH3CH3中碳元素的化合价为－3，CH3OCH3中碳元素的化合价为－2。
1.手机、电脑的锂电池是一次电池还是二次电池？
二次电池
2.相同质量的物质失去电子数越多，其能量密度越大，则Li、Na、Mg、Al的能量密度由大到小的顺序为 Li＞Al＞Mg＞Na 。
3.已知锂电池的正极反应物和产物，写出其正极反应。
（1）正极反应物为Bi，产物为Li3Bi，则正极反应为 Bi＋3e－＋3Li＋ Li3Bi 。
（2）正极反应物为FeS，产物为Fe、Li2S，则正极反应为 FeS＋2e－＋2Li＋ Fe＋Li2S 。
4.O2作为原电池的正极反应物时，其电极反应在不同的介质中有不同的写法。
（1）强酸作介质： O2＋4e－＋4H＋ 2H2O 。
（2）强碱作介质： O2＋4e－＋2H2O 4OH－ 。
（3）导O2－固体作介质： O2＋4e－ 2O2－ 。
（4）熔融碳酸盐作介质，同时通入O2与CO2： O2＋4e－＋2CO2 2CO32－ 。
（5）熔融硝酸盐作介质，同时通入O2与N2O5： O2＋4e－＋2N2O5 4NO3－ 。
（6）除此之外还可能生成O22－（过氧根离子）、O2－（超氧根离子），其电极反应分别为 O2＋2e－ O22－、O2＋e－ O2－ 。
5.银器皿长期放置表面变黑（Ag2S），可将其放置于盛有饱和食盐水的铝制盆中，一段时间后银器变银白色，其负极反应式为 Al－3e－＋3H2O Al（OH）3＋3H＋ ，正极反应式为 Ag2S＋2e－＋2H＋ 2Ag＋H2S↑（或其他合理答案） 。
命题点1 锂电池的工作原理及应用
1.[2021辽宁]如图，某液态金属储能电池放电时产生金属间化合物Li3Bi。下列说法正确的是（ B ）
A.放电时，M电极反应为Ni－2e－ Ni2＋
B.放电时，Li＋由M电极向N电极移动
C.充电时，M电极的质量减小
D.充电时，N电极反应为Li3Bi＋3e－ 3Li＋＋Bi
解析 结合该电池放电时产生金属间化合物Li3Bi，可知M极为负极，N极为正极。
结合上述分析可知，A项错误；原电池中阳离子从负极向正极方向移动，即Li＋由M电极向N电极移动，B项正确；充电时M电极为阴极，电极反应为Li＋＋e－ Li，电极质量增加，C项错误；充电时N电极为阳极，电极反应为Li3Bi－3e－ 3Li＋＋Bi，D项错误。
技巧点拨
锂电池的放电、充电电极反应及离子移动情况
命题点2 金属－空气电池
2.[2021河北]K－O2电池结构如图，a和b为两个电极，其中之一为单质钾片。关于该电池，下列说法错误的是（ D ）
A.隔膜允许K＋通过，不允许O2通过
B.放电时，电流由b电极沿导线流向a电极；充电时，b电极为阳极
C.产生1 Ah电量时，生成KO2的质量与消耗O2的质量比值约为2.22
D.用此电池为铅酸蓄电池充电，消耗3.9 g钾时，铅酸蓄电池消耗0.9 g水
解析
由上述分析知，A、B项正确；由氧原子守恒可知，生成的KO2和消耗的O2的质量比为71∶32≈2.22，C项正确；铅酸蓄电池充电时的总反应为2PbSO4＋2H2O Pb＋PbO2＋2H2SO4，消耗1 ml水，转移1 ml电子，而K－O2电池中，消耗0.1 ml（3.9 g）K，转移0.1 ml电子，由转移电子数相等可知，铅酸蓄电池消耗的水为 0.1 ml，即消耗1.8 g水，D项错误。
命题点3 锂离子电池的工作原理
3.[2021浙江]某全固态薄膜锂离子电池截面结构如图所示，电极A为非晶硅薄膜，充电时Li＋得电子成为Li嵌入该薄膜材料中；电极B为LiCO2薄膜；集流体起导电作用。下列说法不正确的是（ B ）
A.充电时，集流体A与外接电源的负极相连
B.放电时，外电路通过a ml电子时，LiPON薄膜电解质损失a ml Li＋
C.放电时，电极B为正极，反应可表示为Li1－xCO2＋xLi＋＋xe－ LiCO2
D.电池总反应可表示为LixSi＋Li1－xCO2放电 充电 Si＋LiCO2
解析 由充电时Li＋得电子成为Li嵌入电极A的薄膜材料中可知，充电时电极A为阴极，则该电池放电时，电极A为负极，电极B为正极，电极反应为
充电时电极A为阴极，则集流体A应和外接电源负极相连，A项正确；放电时，外电路中通过a ml电子时，负极（电极A）生成的a ml Li＋通过LiPON薄膜电解质转移至电极B，LiPON薄膜电解质并未损失Li＋，B项错误；由上述分析知，C项正确；结合正极和负极反应式可写出电池总反应为LixSi＋Li1－xCO2放电 充电 Si＋LiCO2，D项正确。
命题点4 原电池与海水淡化
4.[山东高考]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CH3COO－的溶液为例）。下列说法错误的是（ B ）
A.负极反应为CH3COO－＋2H2O－8e－ 2CO2↑＋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1 ml电子时，模拟海水理论上除盐58.5 g
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：
根据上述分析可知，A项正确；为实现海水淡化，该电池工作时，Cl－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1 ml电子时，向a极和b极分别移动1 ml Cl－和1 ml Na＋，则模拟海水理论上可除盐58.5 g，C项正确；电池工作时负极产生CO2，正极产生H2，根据得失电子守恒可知，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。
素养9 科学探究思想——揭秘航天器电源技术
命题特点：液流电池、锂离子电池、蓄电池等，情境、装置常考常新。电极名称→电极反应式（同一电极有多个电极反应）→双极膜、交换膜→总反应式→电能利用率等。
1.人类航天活动中应用过的电源主要包括一次化学电源、太阳能电池、化学蓄电池、燃料电池、核能热电系统等，这些电源占世界航天电源应用综合的比例分别为太阳能电池阵蓄电池组电源系统90％；化学电池5％；燃料电池3％；核能发电则占2％。
2.神舟飞船中的电池
神舟飞船返回舱→银锌蓄电池组轨道舱推进舱太阳能电池阵－镍镉蓄电池组系统附加段
1.[镍镉蓄电池]神舟飞船中的轨道舱和推进舱使用的电源系统为太阳能电池阵－镍镉蓄电池组系统，镍镉蓄电池工作原理如下：Cd＋2NiOOH＋2H2O放电 充电 Cd（OH）2＋2Ni（OH）2，通过充、放电过程，满足飞船在光照区和阴影区交替飞行时对能量储存和供给的需要。下列说法错误的是（ B ）
A.飞船进入光照区，还原反应为Cd（OH）2＋2e－ Cd＋2OH－
B.太阳能电池阵经过“太阳能—化学能—电能”为蓄电池充电
C.镍镉蓄电池宜采用阴离子交换膜，电池放电时，阴离子向负极移动
D.飞船进入阴影区，镍镉蓄电池放电，放电时正极附近溶液pH升高
解析 镍镉电池放电时，Cd发生失电子的氧化反应生成Cd（OH）2，作负极，负极反应为Cd－2e－＋2OH－ Cd（OH）2，NiOOH发生得电子的还原反应生成Ni（OH）2，作正极，正极反应为NiOOH＋e－＋H2O Ni（OH）2＋OH－，放电时溶液中阴离子向负极移动；充电时为电解池，阳极反应为Ni（OH）2＋OH－－e－ NiOOH＋H2O，阴极反应为Cd（OH）2＋2e－ Cd＋2OH－。飞船进入光照区为蓄电池充电，充电时为电解池，阴极发生的还原反应为Cd（OH）2＋2e－ Cd＋2OH－，A项正确；当飞船进入光照区时，太阳能电池将太阳能转化为电能，电能又转化为化学能，为镍镉蓄电池充电，B项错误；由正、负极反应知，放电时，OH－向负极移动参与负极反应，故镍镉蓄电池宜采用阴离子交换膜，C项正确；飞船进入阴影区，镍镉蓄电池放电，正极反应为NiOOH＋e－＋H2O Ni（OH）2＋OH－，故放电时正极附近溶液pH升高，D项正确。
2.[银锌电池] [海南高考改编]微型银－锌电池可用作电子仪器的电源，其电极分别是Ag/Ag2O和Zn，电解液为KOH溶液。电池总反应为Ag2O＋Zn＋H2O 2Ag＋Zn（OH）2，下列说法正确的是（ C ）
A.电池工作过程中，KOH溶液浓度降低
B.电池工作过程中，电解液中OH－向正极迁移
C.负极发生反应Zn＋2OH－－2e－ Zn（OH）2
D.正极发生反应Ag2O＋2H＋＋2e－ 2Ag＋H2O
解析 根据电池总反应：Ag2O＋Zn＋H2O 2Ag＋Zn（OH）2，可知电池工作过程中，水不断被消耗，则氢氧化钾溶液的浓度升高，A项错误；原电池中阴离子向负极迁移，即OH－向负极移动，B项错误；根据总反应可知Zn生成Zn（OH）2，结合电解液为KOH溶液可判断C项正确；电解液为KOH溶液，电极反应式中不能出现H＋，正极反应式应为Ag2O＋H2O＋2e－ 2Ag＋2OH－，D项错误。
3.[微生物燃料电池]某微生物燃料电池在废水处理和新能源开发领域具有广阔的应用前景，其工作原理如图所示。下列说法正确的是（ B ）
A.电极电势a＜b，电极b上发生氧化反应
B. HS－在硫氧化菌作用下发生反应：HS－＋4H2O－8e－ SO42－＋9H＋
C.若该电池外电路有0.4 ml电子通过，则有0.45 ml H＋迁移到b极
D.该燃料电池在高温下进行效率更高
解析 O2在电极b上发生得电子的还原反应，A项错误；由题图知，HS－在负极上失去电子转化为SO42－，B项正确；电路中通过的电子与通过质子交换膜的H＋量相等，C项错误；高温会导致两种菌失活，反应变慢，D项错误。
1.[室温钠－硫电池][2023全国乙]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唑膜上作为一个电极， 表面喷涂有硫黄粉末的炭化纤维素纸作为另一电极。 工作时，在硫电极发生反应：
12S8＋e－ 12S82－，12S82－＋e－ S42－，2Na＋＋x4S42－＋2（1－x4）e－ Na2Sx
下列叙述错误的是（ A ）
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
C.放电时正极反应为2Na＋＋x8S8＋2e－ Na2Sx
D.炭化纤维素纸的作用是增强硫电极导电性能
解析
充电时，阳离子Na＋应向阴极钠电极迁移，A错误；放电时，Na失去的电子经外电路流向正极，即电子流向是a→b，B正确；将题给硫电极发生的反应依次标号为①②③，由x4×①＋x4×②＋③可得正极总反应，C正确；炭化纤维素纸具有良好的导电性，D正确。
2.[新型“可呼吸式”镍锌电池][2023山东潍坊模拟改编]中国科学家试验成功了一种新型的“可呼吸式”镍锌电池（Ni－ZnAB），充电时产生氧气，放电时吸收氧气，显著提高镍锌电池的能量效率和稳定性，电池工作原理如图。下列说法正确的是（ C ）
A.该电池为非水系电解质溶液
B.放电时，正极存在一个电极反应
C.充电时，阴极反应式：[Zn（OH）4]2－＋2e－ Zn＋4OH－
D.放电时，负极质量减少65 g，则正极消耗氧气11.2 L（标准状况）
解析 由题图和题意知，该电池放电时负极上Zn转化为[Zn（OH）4]2－，正极上O2转化为OH－、NiOOH转化为Ni（OH）2，有OH－参与反应，为水系电解质溶液，A项错误；放电时正极上O2转化为OH－、NiOOH转化为Ni（OH）2，存在两个电极反应，B项错误；充电时的阴极反应为放电时负极反应的逆反应，则阴极反应为[Zn（OH）4]2－＋2e－ Zn＋4OH－，C项正确；放电时，负极质量减少65 g，即消耗1 ml Zn，则转移2 ml电子，由于正极上存在两个电极反应，故正极消耗的氧气少于11.2 L（标准状况），D项错误。
1.[新型全固态电池][2021广东]火星大气中含有大量CO2，一种有CO2参加反应的新型全固态电池有望为火星探测器供电。该电池以金属钠为负极，碳纳米管为正极，放电时（ B ）
A.负极上发生还原反应B.CO2在正极上得电子
C.阳离子由正极移向负极D.将电能转化为化学能
解析 根据题中信息可知该Na－CO2电池中Na为负极，碳纳米管为正极，负极上金属钠失去电子发生氧化反应，A项错误；CO2在正极碳纳米管上得电子发生还原反应生成单质碳，B项正确；原电池工作时，阳离子从负极向正极移动，C项错误；该电池将化学能转化为电能，D项错误。
2.[熔融钠－硫电池][天津高考]熔融钠－硫电池性能优良，是具有应用前景的储能电池。下图中的电池反应为2Na＋xS放电 充电 Na2Sx（x＝5～3，难溶于熔融硫）。下列说法错误的是（ C ）
A.Na2S4的电子式为Na＋[∶S····∶S····∶S····∶S····∶]2－Na＋
B.放电时正极反应为xS＋2Na＋＋2e－ Na2Sx
C.Na和Na2Sx分别为电池的负极和正极
D.该电池是以Na－β－Al2O3为隔膜的二次电池
解析 Na2S4的S42－中硫原子间以非极性键结合，每个硫原子最外层均达到8电子稳定结构，A项正确；放电时正极上S发生还原反应，正极反应为xS＋2Na＋＋2e－ Na2Sx，B项正确；熔融钠为负极，熔融硫（含碳粉）为正极，C项错误；由题图可知，D项正确。
3.[光催化钠离子二次电池][2024陕西安康名校联考]天津大学在光催化钠离子二次电池的应用研究中取得重大进展。该电池工作原理如图所示，光催化电极能在太阳光下实现对设备进行充电。下列说法错误的是（ A ）
A.充电时，电子从石墨电极流出通过导线流向光催化电极
B.放电时，石墨电极的电极反应式为4S2－－6e－ S42－
C.离子交换膜为阳离子交换膜
D.放电时，当外电路转移1 ml电子时，离子交换膜左室电解质溶液质量减少23 g
解析 由题干信息结合图给信息，充电时，石墨电极得到电子，电子从光催化电极流出，A项错误；放电时，石墨电极的电极反应式为4S2－－6e－ S42－，B项正确；放电时，石墨电极为负极，光催化电极为正极，为维持电荷守恒，左室Na＋透过离子交换膜移向右室，则离子交换膜为阳离子交换膜，放电时当外电路转移1 ml电子时，1 ml Na＋从左室迁移到右室，离子交换膜左室电解质溶液质量减少23 g，C、D项正确。
4.[新型Li－Mg双离子可充电电池][2023广州测试]新型Li－Mg双离子可充电电池是一种高效、低成本的储能电池，其工作原理如图所示。放电时电极a的反应为Li1－xFePO4＋xLi＋＋xe－ LiFePO4。下列说法不正确的是（ C ）
A.充电时，Mg电极为阴极
B.放电时，Li＋从Ⅰ室向Ⅱ室迁移
C.放电时，Ⅱ室Li2SO4溶液的浓度增大
D.放电时，每消耗1 ml Mg，电极a质量理论上增加14 g
解析 根据放电时电极a发生还原反应知，电极a为正极，Mg电极为负极。
由上述分析知，充电时Mg电极为阴极，A项正确；放电时Li＋向正极（电极a）移动，则Li＋从Ⅰ室向Ⅱ室迁移，B项正确；放电时，Li＋从Ⅰ室向Ⅱ室迁移，SO42－不参与电极反应，Ⅱ室Li2SO4溶液的浓度不变，C项错误；每消耗1 ml Mg，电路中通过2 ml电子，根据放电时电极a的反应，知电极a增加的质量为2 ml Li＋的质量，即增重14 g，D项正确。
5. [海底燃料电池][2024湖北黄石二中测试改编]一种由石墨电极制成的海底燃料电池的装置如图所示。下列说法正确的是（ C ）
A.向a极迁移的是OH－
B.大块沉积物中的铁元素均显＋2价
C.b极上FeS2转化为S的电极反应式为FeS2－2e－ Fe2＋＋2S
D.微生物作用下S循环生成的SO42－和HS－的物质的量之比为1∶5
解析 A项，由题图知，a极上O2得到电子发生还原反应，故a极为海底燃料电池的正极，电极反应式为O2＋4e－＋4H＋ 2H2O，向正极（a极）迁移的是H＋而不是OH－，错误。B项，大块沉积物中的FeOOH中的铁元素显＋3价，错误。C项，b极上FeS2中－1价S元素失去电子被氧化为S单质的电极反应式为FeS2－2e－ Fe2＋＋2S，正确。D项，由题图可知S循环的反应为4S＋4H2O 微生物 SO42－＋3HS－＋5H＋，n（SO42－）∶n（HS－）＝1∶3，错误。
6.[2024江西九校联考]我国科研人员将单独脱除SO2的反应与H2O2的制备反应相结合，实现协同转化。
①单独制备H2O2：2H2O＋O2 2H2O2 ΔH＞0。
②单独脱除SO2：4OH－＋2SO2＋O2 2SO42－＋2H2O，能自发进行。
协同转化装置如图（在电场作用下，双极膜中间层的H2O解离为OH－和H＋，并向两极迁移）。下列分析不正确的是（ D ）
A.反应②释放的能量可以用于反应①
B.产生H2O2的电极反应：O2＋2e－＋2H＋ H2O2
C.反应过程中不需补加稀H2SO4
D.协同转化总反应：SO2＋O2＋2H2O H2O2＋H2SO4
解析 单独脱除SO2的反应是熵减反应，能自发进行，则该反应的ΔH＜0，该装置中反应②释放的能量可以用于反应①，A项正确；产生H2O2的电极室中电解液呈酸性，故电极反应为O2＋2e－＋2H＋ H2O2，B项正确；反应过程中，双极膜中H2O不断解离产生H＋移向正极，故反应过程中不需补加稀H2SO4，C项正确；在负极室电解质溶液为NaOH溶液，不可能大量存在H＋，故协同转化总反应是SO2＋O2＋2OH－ SO42－＋H2O2，D项错误。
7.[铝胺电池][2023湖南师大附中考试]一种铝胺电池的工作原理如图所示。已知Ph3N代表三苯基胺，下列说法正确的是（ B ）
A.放电时，正极的电极反应式为Ph3N－e－ Ph3N＋
B.充电时，阴极的电极反应式为4Al2Cl7－＋3e－ Al＋7AlCl4－
C.充电时，AlCl4－向铝电极移动
D.理论上每生成1 ml Ph3N，铝电极增重18 g
解析
充电时为电解池，阴离子向阳极移动，AlCl4－向Ph3N极移动，C项错误；由电极反应式知，每生成1 ml Ph3N转移1 ml e－，负极消耗13 ml Al，即铝电极减少9 g，D项错误。
8. [新型氯流电池][2024枣庄三中考试]科学家基于Cl2易溶于CCl4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（如图所示）。充电时电极a的反应为NaTi2（PO4）3＋2Na＋＋2e－ Na3Ti2（PO4）3。下列说法正确的是（ D ）
A.充电时，电极b是阴极
B.放电时，NaCl溶液的pH减小
C.充电时，每生成1 ml Cl2，电极a质量理论上增加64 g
D.放电时，NaCl溶液的浓度增大
解析 由题意可知，充电时电极a发生得电子的还原反应，则电极a是阴极，电极b是阳极，A错误。放电时，电极a是负极，发生氧化反应Na3Ti2（PO4）3－2e－ NaTi2（PO4）3＋2Na＋，生成Na＋，电极b是正极，发生还原反应Cl2＋2e－ 2Cl－，生成Cl－，则放电时NaCl溶液的浓度增大，但溶液一直为中性，故放电时NaCl溶液的pH不变，B错误，D正确。充电时阳极反应为2Cl－－2e－ Cl2↑，阴极反应为NaTi2（PO4）3＋2Na＋＋2e－ Na3Ti2（PO4）3，由得失电子守恒可知，每生成1 ml Cl2，电极a质量理论上增加23 g/ml×2 ml＝46 g，C错误。
9.[水激活“纸基”电池][2024河南省重点高中阶段性测试]一种环保的水激活“纸基”电池（如图所示）主要由1个平方厘米的电池单元组成，还包含3种印在长方形纸带上的油墨，纸带上分布着NaCl固体。已知：上述3种油墨分别为含石墨薄片的油墨、含锌粉的油墨、含石墨薄片和炭黑的油墨（作导体）。下列说法错误的是（ B ）
A.印有含石墨薄片的油墨的一面为正极
B.滴水激活“纸基”电池一段时间后，该电池的质量会减小
C.当有3.25×10－3 g锌粉溶解时，理论上转移的电子数为1×10－4NA
D.该电池能够减少低功率废弃电子器件带来的环境影响
解析 由题干信息可知，含有石墨薄片的油墨为正极，发生的电极反应为O2＋4e－＋2H2O 4OH－，含锌粉的油墨为负极，电极反应为Zn－2e－＋4OH－ Zn（OH）42－，A项正确；“纸基”电池工作时，总反应式为2Zn＋O2＋2H2O＋4OH－ 2Zn（OH）42－，氧气参与电池反应，该电池的质量会增大，B项错误；3.25×10－3 g锌粉的物质的量n＝mM＝3.25×10－3g65 g/ml＝5×10－5 ml，理论上转移的电子数为5×10－5 ml×2NA ml－1＝1×10－4NA，C项正确；该电池有质量小、柔韧性好的优点，不产生污染性的废料，能够减少低功率废弃电子器件带来的环境影响，D项正确。
10.[双阴极微生物燃料电池][2024重庆质检]工业上用双阴极微生物燃料电池处理含NH4＋和CH3COO－的废水。废水在电池中的运行模式如图1所示，电池的工作原理如图2所示。已知Ⅲ室中O2除了在电极上发生反应，还在溶液中参与了一个氧化还原反应。下列说法不正确的是（ D ）
图1
图2
A.离子交换膜为阳离子交换膜
B.电子从Ⅱ室电极经导线流向Ⅰ室电极和Ⅲ室电极
C.Ⅰ室电极的电极反应式为2NO3－＋10e－＋12H＋ N2↑＋6H2O
D.若双阴极通过的电流相等，当Ⅰ室产生2 ml N2时Ⅱ室消耗5 ml O2
解析 Ⅱ室中C的化合价升高，被氧化，Ⅱ室电极为负极，电极反应式为CH3COO－－8e－＋2H2O 2CO2↑＋7H＋，Ⅰ室和Ⅲ室中电极均为正极。电子由负极经导线流向正极，B项正确。Ⅲ室电极的电极反应式为O2＋4e－＋4H＋ 2H2O，Ⅱ室产生的H＋经离子交换膜移向Ⅲ室，故离子交换膜为阳离子交换膜，A项正确。根据题图1废水的走向，Ⅰ室中的NO3－应是NH4＋在Ⅲ室中反应产生的，结合Ⅲ室中O2还在溶液中参与一个氧化还原反应，可知Ⅲ室溶液中发生了NH4＋＋2O2 NO3－＋2H＋＋H2O，NO3－流到Ⅰ室放电，Ⅰ室电极的电极反应式为2NO3－＋10e－＋12H＋ N2↑＋6H2O，C项正确。若双阴极通过的电流相等，即Ⅰ室和Ⅲ室电极上得失电子守恒，当Ⅰ室产生2 ml N2时，转移电子20 ml，结合Ⅲ室电极的电极反应式知，转移20 ml电子时消耗5 ml O2，因Ⅲ室发生NH4＋＋2O2 NO3－＋2H＋＋H2O还要消耗O2，故O2总消耗量大于5 ml，D项错误。课标要求
核心考点
五年考情
核心素养对接
1.认识化学能与电能相互转化的实际意义及其重要应用。
2.能分析、解释原电池的工作原理，能设计简单的原电池。
3.能列举常见的化学电源，并能利用相关信息分析化学电源的工作原理。
4.学生必做实验：制作简单的燃料电池
新型电源
2023全国乙，T12；2022广东，T16；2022湖南，T8；2022全国甲，T10；2022全国乙，T12；2021河北，T9、T16；2021年6月浙江，T22；2021湖南，T10；2021辽宁，T10；2021福建，T9；2020天津，T11；2020上海，T2；2020全国Ⅰ，T12；2019天津，T6；2019全国Ⅰ，T12
证据推理与模型认知：能分析识别复杂的实际电池；能利用电化学原理创造性地解决实际问题
命题分析预测
1.近年高考常结合电池科技前沿，如能量密度高的液流电池、安全性能高的石墨烯锂电池、燃料电池（微生物燃料电池、有机物燃料电池等）、金属－空气电池等考查原电池的工作原理及其应用、二次电池的充放电过程及相关计算等。
2.2025年高考要关注：（1）新型有机物燃料电池。有机物与电化学结合既体现模块知识的综合性，又考查考生灵活运用所学知识解决实际问题的能力。（2）航空航天领域、电动车领域的新型电池
名称
装置图
工作原理
锂电池
负极反应：[1] Li－e－ Li＋
①正极反应物为S8，产物为Li2S4、Li2S2，正极反应：[2] S8＋4e－＋4Li＋ 2Li2S4、S8＋8e－＋8Li＋ 4Li2S2 ；
②正极反应物为CO2，产物为C＋Li2CO3，正极反应：[3] 3CO2＋4e－＋4Li＋ 2Li2CO3＋C ；
③正极反应物为O2，产物为Li2O、Li2O2，正极反应：[4] O2＋4e－＋4Li＋ 2Li2O、O2＋2e－＋2Li＋ Li2O2
钠电池
负极反应：[5] Na－e－ Na＋
正极反应物为Sx，产物为Na2Sx，正极反应：[6] Sx＋2e－＋2Na＋ Na2Sx
钾电池
负极反应：[7] K－e－ K＋
正极反应物为O2，产物为KO2，正极反应：[8] O2＋e－＋K＋ KO2
镁电池
负极反应：[9] Mg－2e－＋2OH－ Mg（OH）2
正极反应：[10] 2CO2＋2e－ C2O42－
铝电池
负极反应：[11] Al－3e－＋4OH－ [Al（OH）4]－（或Al－3e－ Al3＋）
离子导体为盐溶液（中性），正极反应物为S，产物为H2S，正极反应：[12] 3S＋6e－＋2Al3＋＋6H2O 3H2S↑＋2Al（OH）3
锌电池
负极反应：[13] Zn－2e－＋4OH－ [Zn（OH）4]2－
正极反应物为CO2，产物为CH3COOH，正极反应：[14] 2CO2＋8e－＋8H＋ CH3COOH＋2H2O
名称
装置图
工作原理
锂离子电池
负极反应：[15] LixC6－xe－ xLi＋＋6C、LiC6－e－ Li＋＋6C
正极反应：[16] Li1－xCO2＋xe－＋xLi＋ LiCO2、Li1－xNiO2＋xe－＋xLi＋ LiNiO2、Li1－xMnO2＋xe－＋xLi＋ LiMnO2、Li1－xFePO4＋xe－＋xLi＋ LiFePO4、Li1－xMn2O4＋xe－＋xLi＋ LiMn2O4
名称
装置图
工作原理
燃料
电池
负极反应：[17] CO－2e－＋4OH－ CO32－＋2H2O、CH4－8e－＋10OH－ CO32－＋7H2O、CH3OH－6e－＋8OH－ CO32－＋6H2O、CH3OCH3－12e－＋16OH－ 2CO32－＋11H2O、C6H12O6－24e－＋36OH－ 6CO32－＋24H2O、NH2NH2－4e－＋4OH－ N2↑＋4H2O
正极反应：[18] O2＋4e－＋2H2O 4OH－
微生物电池
负极反应：[19] CH3COOH－8e－＋2H2O 2CO2↑＋8H＋、C6H12O6－24e－＋6H2O 6CO2↑＋24H＋
正极反应：[20] O2＋4e－＋4H＋ 2H2O
电极
电极反应
负极（电极A）
LixSi－xe－ xLi＋＋Si
正极（电极B）
Li1－xCO2＋xLi＋＋xe－ LiCO2
电极名称
电极反应
负极（a极）
CH3COO－＋2H2O－8e－ 2CO2↑＋7H＋
正极（b极）
2H＋＋2e－ H2↑
电极
电极反应
放电
（原电池）
负极（Mg电极）
Mg－2e－ Mg2＋
正极（电极a）
Li1－xFePO4＋xLi＋＋xe－ LiFePO4
充电
（电解池）
阴极（Mg电极）
Mg2＋＋2e－ Mg
阳极（电极a）
LiFePO4－xe－ Li1－xFePO4＋xLi＋
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