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第41讲 常考新型化学电源-【精梳精讲】2024年高考化学大一轮精品复习课件（新教材）
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这是一份第41讲 常考新型化学电源-【精梳精讲】2024年高考化学大一轮精品复习课件（新教材），共41页。PPT课件主要包含了复习目标，内容索引，专项突破，归纳整合，“浓差电池”等内容，欢迎下载使用。
1.知道常考新型化学电源的类型及考查方式。2.会分析新型化学电源的工作原理，能正确书写新型化学电源的电极反应式。
类型一 锂电池与锂离子电池
类型二 微生物燃料电池
类型三 物质循环转化型电池
类 型 一 锂电池与锂离子电池
→负极生成的Li＋经过电解质定向移动到正极。
→负极反应均为Li－e－=Li＋
先介绍一下比较公认的摇椅理论
锂离子电池的充放电过程，就是Li＋的嵌入和脱嵌过程。
简单说，锂离子电池就是依靠Li＋在正极和负极之间移动来实现充、放电的二次电池。
→放电时,负极Li＋浓度大，Li＋从负极脱嵌，经电解质向正极扩散并嵌入正极。负极的e－同时释放通过外电路，经过用电器到达正极与Li＋复合。 Li＋和e－寄居在在电极材料的空隙中。回正极的Li＋越多，流经外电路的电子越多(放电越多)。
以锂离子电池反应为例：CO2 + LiC6 LiCO2 + C6
负极：LiC6 － e－－Li＋ = C6 正极：CO2 + Li＋ + e－ = LiCO2
→充电时，在电场的驱动下Li＋从正极材料中脱嵌，经过电解质，嵌入到负极材料石墨的微孔中，负极处于富锂态，正极处于贫锂态。同时电子的补偿电荷从外电路供给到碳负极，保证两极的电荷平衡，嵌入的Li＋越多，补偿的电子越多(充电越多)。
锂离子电池实际上是一种锂离子浓差电池。
阴极：C6 + e－+ Li＋ =LiC6阳极：LiCO2 - e－ =CO2 + Li＋
可见，锂离子电池工作原理是通过Li＋的定向移动(同时伴随补偿电荷的定向移动)实现的，并没有发生氧化还原反应
这种充放电时Li＋往返的嵌入和脱嵌过程好像摇椅一样摇来摇去，故锂离子电池又称为“摇椅电池”。
①目前关于锂离子电池工作机理的研究还不成熟，较公认的上面的“摇椅理论”，但 “摇椅理论”在解释锂离子电池的某些问题时十分棘手。②根据摇椅理论，锂离子电池工作原理不是通过传统氧化还原反应来实现电子转移，或者认为并没有发生氧化还原反应，而是通过Li＋的定向移动(同时伴随补偿电荷的定向移动)实现的。放电时，负极失Li＋同时失电子，正极得Li＋同时得电子。
(一)寄人篱下：篱指电极材料。
1.电极材料：由可以嵌入与脱嵌Li＋的物质组成，当成Li＋载体。
①负极:主要使用能嵌入与脱嵌Li＋的碳素材料，如石墨
石墨是层状结构，它有很多微孔，锂离子可以嵌入到碳层的微孔中，写作LiC6或LixC6。
②正极:使用能嵌入与脱嵌Li＋的过渡金属氧化物，如CO2、MnO2。
2. Li＋和e－寄居在在电极材料的空隙中，寄人篱下
Li＋和e－虽然都寄居在电极材料的空隙中，但e－并没有被Li＋捕获
即没有发生Li＋＋e－= Li过程
如果发生将生成固体锂，流动性很差
那么，Li＋和e－都填充在哪里？
Li＋填充在碳层之间没问题，那么e－呢？
→我们知道，石墨是层状结构，每个碳原子3个电子采用sp2杂化，每个碳原子还有一个与碳环平面垂直的未参与杂化的2p轨道，形成一个大π键，未杂化的单e－可自由移动，以自由电子的形态在大π键中移动，类似于电子气。
当充电时，随着Li＋嵌入石墨中，补偿的e－加入到大π键轨道的电子气中。
(三)分道扬镳 殊途同归
当锂离子电池开始工作时，负极Li＋浓度大，Li＋从负极脱嵌，经电解质(内电路)向正极扩散并嵌入正极。负极的电子同时释放通过外电路嵌入正极，殊途同归
嵌入的Li＋和e－的也并未发生Li＋＋e－= Li过程，依旧貌合神离！
摇椅理论只是静态的把两极材料看成Li＋的载体或看作盛放Li＋的笼子
Li＋化合价并没有发生变化，不参与电极反应，这只是对锂离子电池工作原理简单化或形象化的处理，实则不然。
真正的氧化还原反应发生在正、负极材料之间
Li+只是通过定向的移动来传递电荷。
①当充电时，随着Li+嵌入石墨中，补偿的电子加入电子气中，相当于石墨得电子，可以理解为碳的化合价发生变化，是碳元素发生还原反应
→Li+只是为了平衡电荷参与电极反应。
电池放电、充电时， LixC6中的C6的实现
②正极材料是由可嵌入与脱嵌Li+的过渡金属氧化物构成，其晶格中含有空穴，可嵌入Li+和e－ ，以CO2为例，放电时，一个Li+与一个e－同时嵌入CO2 晶格形成LiCO2,造成C由+4价变为+3价，而Li+价态不变,仍然以Li+态存在于晶格中。电池放电、充电时， LiCO2中的C的实现
→分别发生氧化反应和还原反应。
分别发生氧化反应和还原反应。
因此，两极材料不仅是Li＋的载体，而是参与电极反应，化合价发生变化。
(1)锂离子电池基于电化学“嵌入/脱嵌”反应原理，替代了传统的“氧化—还原”原理；在两极形成的电压降的驱动下，Li＋可以从电极材料提供的“空间”中“嵌入”或“脱嵌”。
归纳整理——锂离子二次电池
(2)锂离子电池充电时阴极反应式一般为C6＋xLi＋＋xe－=LixC6； 放电时负极反应是充电时阴极反应的逆过程：LixC6－xe－=C6＋xLi＋。
(3)锂离子电池的正极材料一般为含Li＋的化合物，目前已商业化的正极材料有LiFePO4、LiCO2、LiMn2O4等。
对于电化学反应，肯定存在氧化还原反应，负极发生氧化反应、正极发生还原反应肯定没问题，但对于真正意义上的锂离子电池，命题者一般会回避正、负电极上发生氧化、还原反应的物质，很多试题把正负极的材料当成载体就可以得到正确答案，简化处理即可。
1.锂-液态多硫电池具有能量密度高、储能成本低等优点，以熔融金属锂、熔融硫和多硫化锂[Li2Sx(2≤x≤8)]分别作两个电极的反应物，固体Al2O3陶瓷(可传导Li+)为电解质，其反应原理如图所示。下列说法错误的是
A.该电池比钠-液态多硫电池的比能量高B.放电时，内电路中Li+的移动方向为 从电极a到电极bC.Al2O3的作用是导电、隔离电极反应物D.充电时，外电路中通过0.2 ml电子， 阳极区单质硫的质量增加3.2 g
生成硫的质量为3.2x g
2、随着各地“限牌”政策的推出，电动汽车成为汽车族的“新宠”。某电动汽车使用的是钴酸锂(LiCO2)电池，其工作原理如图所示，且电解质为一种能传导Li＋的高分子材料，隔膜只允许Li＋通过，电池反应式为：LixC6＋Li1－xCO2 C6＋LiCO2。下列说法不正确的是( )
A.放电时，正极锂的化合价未发生改变B.充电时Li＋移动方向：右室→左室C.放电时负极的电极反应式：LixC6－xe－=C6＋xLi＋D.充电时阳极的电极反应式：Li1－xCO2＋xLi＋＋xe－=LiCO2
LiCO2 - xe－= Li1－xCO2＋xLi＋
E.废旧钴酸锂(LiCO2)电池进行“放电处理”让Li+进入石墨中而有利于回收
充电时Li+进入石墨中
3.我国科学工作者正在研发中的最具诱人前景的锂离子电池——镍锰酸锂/钛酸锂电池具有充电时间短、续航时间长、输出电压高等优点。该电池的正极材料为，负极材料为Li4Ti5O12，充、放电时的总反应为+Li4Ti5O12
Li1-+Li4+xTi5O12
(已知充、放电过程中Mn元素保持稳定的+4价不变；Ni有两种价态：+2、+4；Ti有两种价态：+3、+4)。
据以上信息判断下列说法错误的是 ( )
A.电池的隔膜为阳离子交换膜 B.充电时阳极材料中的Ni元素发生氧化反应，Li+从阳极脱嵌出来 C.放电时负极的电极反应可表示为Li4Ti5O12－xe-= Li4+xTi5O12－xLi+ D.1 ml负极材料嵌入0.3 ml Li+时，有0.3 ml的Ti元素被还原
解析：根据充电时的总反应及相关信息可知：充电时阳极的电极反应式为+xLi+；阴极的电极反应式为：Li4Ti5O12+xe-+xLi+=Li4+xTi5O12。则该电池的隔膜为阳离子交换膜，Li+自由通过，A、B项正确。放电时负极的电极反应为Li4+xTi5O12－xe-=Li4Ti5O12+xLi+，C项错误。根据充电时阴、阳极上的反应及得失电子守恒可知D项正确。
类 型 二 微生物燃料电池
→在负极室厌氧环境下，有机物在微生物作用下分解并释放出电子和质子，电子依靠合适的电子传递介体在生物组分和负极之间进行有效传递，并通过外电路传递到正极形成电流，而质子通过质子交换膜传递到正极，氧化剂(如氧气)在正极得到电子被还原。
是一种利用微生物将有机物中的化学能直接转化成电能的装置。
某微生物燃料电池的工作原理如图所示。
(1)该微生物燃料电池，负极为___(填“a”或“b”)，当电路中有0.5 ml电子发生转移，则有____ ml的H＋通过质子交换膜(2)该电池正极反应式为：_________________________负极反应式为：_____________________________
O2＋4e－＋4H＋=2H2O
HS－＋4H2O－8e－=SO42－＋9H＋
1.利用某新型微生物电池可消除水中碳水化合物的污染，其工作原理如图所示，下列有关说法正确的是A.X电极是负极B.Y电极上的反应式：Cm(H2O)n－4me－ = m CO2↑＋(n－2m)H2O＋4m H＋C.H+由左向右移动D.有1 ml CO2生成时，消耗1 ml MnO2
C的平均化合价由0价升高为＋4价
正极：MnO2＋2e－＋4H+=Mn2+＋2H2O
关系式：2mMnO2～4me－～mCO2，
2.如图是利用微生物将废水中的乙二胺[H2N(CH2)2NH2]氧化为环境友好物质而制作的化学电源，可给二次电池充电。下列说法正确的是A.M极电极反应式：H2N(CH2)2NH2＋4H2O－16e－=2CO2＋N2＋16H＋B.充电时二次电池的正极应与M极相连C.H＋通过质子交换膜由N极向M极移动D.若N极消耗了标准状况下2.24 L O2，则有0.4 ml电子从N极流向M极
O2+4e-＋4H+=2H2O
类 型 三 物质循环转化型电池
A.充电时电极A连电源负极B.放电时正极电极反应为 Fe(CN)63-＋e－=Fe(CN)64-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： ZnBr42-＋2e－=Zn＋4Br－
1.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Zn/Fe液流电池的结构及工作原理图。下列有关说法错误的是
负极:Zn＋4Br--2e- = ZnBr42-
正极:Fe(CN)63-＋e- = Fe(CN)64-
2.利用微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B.阴极区，在氢化酶作用下发生反应：H2＋2MV2＋=2H＋＋2MV＋C.正极区，固氮酶为催化剂，N2发生还原反应生成NH3D.电池工作时质子通过交换膜由负极区向正极区移动
MV+－e- = MV2+
MV2+ + e- = MV+
电池总反应是3H2＋N2=2NH3
根据物质转化中，元素化合价的变化或离子的移动(阳离子移向正极区域，阴离子移向负极区域)→判断电池的正、负极，是分析物质循环转化型电池的关键。
类 型 四 浓 差 电 池
1.概念：浓差电池是利用物质的浓度差产生电势的一种装置。
→两侧半电池中的特定物质有浓度差
→离子均是由“高浓度”移向“低浓度”
依据阳离子移向正极区域，阴离子移向负极区域→判断电池的正、负极
1.浓差电池中的电动势是由于电池中存在浓度差而产生的。某浓差电池的原理如图所示，该电池从浓缩海水中提取LiCl的同时又获得了电能。下列有关该电池的说法错误的是
A.电池工作时，Li+通过离子导体移向Y极区B.电流由X极通过外电路流向Y极C.正极发生的反应为2H+＋2e-=H2↑D.Y极每生成1 ml Cl2，X极区得到2 ml LiCl
X极:2H+＋2e- =H2↑
Y极:2Cl-－2e- =Cl2↑
Y极每生成1ml Cl2，转移2ml电子,有2ml Li+向正极移动，则X极区得到2 ml LiCl
A.放电时，左侧电极发生氧化反应： Cu＋4NH3-2e-=Cu(NH3)42+B.放电时,电池的总反应为Cu2++4NH3=Cu(NH3)42+ΔH＞0C.放电时，NO3-经离子交换膜由右侧向左侧迁移D.上述原电池的形成说明相同条件下， Cu(NH3)42+的氧化性比Cu2+的弱
2.利用电解质溶液的浓度对电极电势的影响，可设计浓差电池。某热再生浓差电池工作原理如图所示，通入NH3时电池开始工作，左侧电极质量减少，右侧电极质量增加，中间A为阴离子交换膜，放电后可利用废热进行充电再生。下列说法不正确的是
已知：Cu2++4NH3 Cu(NH3)42+
Cu+4NH3-2e- =Cu(NH3)42+
右侧:Cu2++2e- = Cu
总反应:Cu2++4NH3=Cu(NH3)42+
氧化剂的氧化性大于氧化产物的氧化性
在浓差电池中，为了限定某些离子的移动，常涉及到“离子交换膜”。
①能将两极区隔离，阻止两极物质发生化学反应。②能选择性地允许离子通过，起到平衡电荷、形成闭合回路的作用。
(1)常见的离子交换膜
(2)离子交换膜的作用
(3)离子交换膜的选择依据：离子的定向移动。
1.(2020·山东，10)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，用如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
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 gD.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
正极：2H+＋2e- =H2↑
负极：CH3COO-+2H2O-8e-=2CO2↑+7H+
2.(2021·湖南，10)锌/溴液流电池是一种先进的水溶液电解质电池，广泛应用于再生能源储能和智能电网的备用电源等。三单体串联锌/溴液流电池工作原理如图所示,下列说法错误的是
A.放电时，N极为正极B.放电时，左侧贮液器中ZnBr2的浓度不断减小C.充电时，M极的电极反应式为Zn2++2e-=ZnD.隔膜允许阳离子通过，也允许阴离子通过
负极:Zn-2e-=Zn2+
正极:Br2+2e-=2Br-
放电时，Zn电极产生Zn2+，Br2活性电极产生Br-，均进入溶液形成循环回路，阴、阳离子均能通过隔膜。
3.(2022·全国乙卷，12)Li-O2电池比能量高，在汽车、航天等领域具有良好的应用前景。近年来科学家研究了一种光照充电Li-O2电池(如图所示)。光照时，光催化电极产生电子(e-)和空穴(h+)，驱动阴极反应(Li++e-=Li)和阳极反应(Li2O2+2h+=2Li++O2)对电池进行充电。下列叙述错误的是
A.充电时,电池的总反应为Li2O2=2Li+O2B.充电效率与光照产生的电子和空穴量有关C.放电时,Li+从正极穿过离子交换膜向负极迁移D.放电时,正极发生反应：O2+2Li++2e-=Li2O2
1.知道常考新型化学电源的类型及考查方式。2.会分析新型化学电源的工作原理，能正确书写新型化学电源的电极反应式。
类型一 锂电池与锂离子电池
类型二 微生物燃料电池
类型三 物质循环转化型电池
类 型 一 锂电池与锂离子电池
→负极生成的Li＋经过电解质定向移动到正极。
→负极反应均为Li－e－=Li＋
先介绍一下比较公认的摇椅理论
锂离子电池的充放电过程，就是Li＋的嵌入和脱嵌过程。
简单说，锂离子电池就是依靠Li＋在正极和负极之间移动来实现充、放电的二次电池。
→放电时,负极Li＋浓度大，Li＋从负极脱嵌，经电解质向正极扩散并嵌入正极。负极的e－同时释放通过外电路，经过用电器到达正极与Li＋复合。 Li＋和e－寄居在在电极材料的空隙中。回正极的Li＋越多，流经外电路的电子越多(放电越多)。
以锂离子电池反应为例：CO2 + LiC6 LiCO2 + C6
负极：LiC6 － e－－Li＋ = C6 正极：CO2 + Li＋ + e－ = LiCO2
→充电时，在电场的驱动下Li＋从正极材料中脱嵌，经过电解质，嵌入到负极材料石墨的微孔中，负极处于富锂态，正极处于贫锂态。同时电子的补偿电荷从外电路供给到碳负极，保证两极的电荷平衡，嵌入的Li＋越多，补偿的电子越多(充电越多)。
锂离子电池实际上是一种锂离子浓差电池。
阴极：C6 + e－+ Li＋ =LiC6阳极：LiCO2 - e－ =CO2 + Li＋
可见，锂离子电池工作原理是通过Li＋的定向移动(同时伴随补偿电荷的定向移动)实现的，并没有发生氧化还原反应
这种充放电时Li＋往返的嵌入和脱嵌过程好像摇椅一样摇来摇去，故锂离子电池又称为“摇椅电池”。
①目前关于锂离子电池工作机理的研究还不成熟，较公认的上面的“摇椅理论”，但 “摇椅理论”在解释锂离子电池的某些问题时十分棘手。②根据摇椅理论，锂离子电池工作原理不是通过传统氧化还原反应来实现电子转移，或者认为并没有发生氧化还原反应，而是通过Li＋的定向移动(同时伴随补偿电荷的定向移动)实现的。放电时，负极失Li＋同时失电子，正极得Li＋同时得电子。
(一)寄人篱下：篱指电极材料。
1.电极材料：由可以嵌入与脱嵌Li＋的物质组成，当成Li＋载体。
①负极:主要使用能嵌入与脱嵌Li＋的碳素材料，如石墨
石墨是层状结构，它有很多微孔，锂离子可以嵌入到碳层的微孔中，写作LiC6或LixC6。
②正极:使用能嵌入与脱嵌Li＋的过渡金属氧化物，如CO2、MnO2。
2. Li＋和e－寄居在在电极材料的空隙中，寄人篱下
Li＋和e－虽然都寄居在电极材料的空隙中，但e－并没有被Li＋捕获
即没有发生Li＋＋e－= Li过程
如果发生将生成固体锂，流动性很差
那么，Li＋和e－都填充在哪里？
Li＋填充在碳层之间没问题，那么e－呢？
→我们知道，石墨是层状结构，每个碳原子3个电子采用sp2杂化，每个碳原子还有一个与碳环平面垂直的未参与杂化的2p轨道，形成一个大π键，未杂化的单e－可自由移动，以自由电子的形态在大π键中移动，类似于电子气。
当充电时，随着Li＋嵌入石墨中，补偿的e－加入到大π键轨道的电子气中。
(三)分道扬镳 殊途同归
当锂离子电池开始工作时，负极Li＋浓度大，Li＋从负极脱嵌，经电解质(内电路)向正极扩散并嵌入正极。负极的电子同时释放通过外电路嵌入正极，殊途同归
嵌入的Li＋和e－的也并未发生Li＋＋e－= Li过程，依旧貌合神离！
摇椅理论只是静态的把两极材料看成Li＋的载体或看作盛放Li＋的笼子
Li＋化合价并没有发生变化，不参与电极反应，这只是对锂离子电池工作原理简单化或形象化的处理，实则不然。
真正的氧化还原反应发生在正、负极材料之间
Li+只是通过定向的移动来传递电荷。
①当充电时，随着Li+嵌入石墨中，补偿的电子加入电子气中，相当于石墨得电子，可以理解为碳的化合价发生变化，是碳元素发生还原反应
→Li+只是为了平衡电荷参与电极反应。
电池放电、充电时， LixC6中的C6的实现
②正极材料是由可嵌入与脱嵌Li+的过渡金属氧化物构成，其晶格中含有空穴，可嵌入Li+和e－ ，以CO2为例，放电时，一个Li+与一个e－同时嵌入CO2 晶格形成LiCO2,造成C由+4价变为+3价，而Li+价态不变,仍然以Li+态存在于晶格中。电池放电、充电时， LiCO2中的C的实现
→分别发生氧化反应和还原反应。
分别发生氧化反应和还原反应。
因此，两极材料不仅是Li＋的载体，而是参与电极反应，化合价发生变化。
(1)锂离子电池基于电化学“嵌入/脱嵌”反应原理，替代了传统的“氧化—还原”原理；在两极形成的电压降的驱动下，Li＋可以从电极材料提供的“空间”中“嵌入”或“脱嵌”。
归纳整理——锂离子二次电池
(2)锂离子电池充电时阴极反应式一般为C6＋xLi＋＋xe－=LixC6； 放电时负极反应是充电时阴极反应的逆过程：LixC6－xe－=C6＋xLi＋。
(3)锂离子电池的正极材料一般为含Li＋的化合物，目前已商业化的正极材料有LiFePO4、LiCO2、LiMn2O4等。
对于电化学反应，肯定存在氧化还原反应，负极发生氧化反应、正极发生还原反应肯定没问题，但对于真正意义上的锂离子电池，命题者一般会回避正、负电极上发生氧化、还原反应的物质，很多试题把正负极的材料当成载体就可以得到正确答案，简化处理即可。
1.锂-液态多硫电池具有能量密度高、储能成本低等优点，以熔融金属锂、熔融硫和多硫化锂[Li2Sx(2≤x≤8)]分别作两个电极的反应物，固体Al2O3陶瓷(可传导Li+)为电解质，其反应原理如图所示。下列说法错误的是
A.该电池比钠-液态多硫电池的比能量高B.放电时，内电路中Li+的移动方向为 从电极a到电极bC.Al2O3的作用是导电、隔离电极反应物D.充电时，外电路中通过0.2 ml电子， 阳极区单质硫的质量增加3.2 g
生成硫的质量为3.2x g
2、随着各地“限牌”政策的推出，电动汽车成为汽车族的“新宠”。某电动汽车使用的是钴酸锂(LiCO2)电池，其工作原理如图所示，且电解质为一种能传导Li＋的高分子材料，隔膜只允许Li＋通过，电池反应式为：LixC6＋Li1－xCO2 C6＋LiCO2。下列说法不正确的是( )
A.放电时，正极锂的化合价未发生改变B.充电时Li＋移动方向：右室→左室C.放电时负极的电极反应式：LixC6－xe－=C6＋xLi＋D.充电时阳极的电极反应式：Li1－xCO2＋xLi＋＋xe－=LiCO2
LiCO2 - xe－= Li1－xCO2＋xLi＋
E.废旧钴酸锂(LiCO2)电池进行“放电处理”让Li+进入石墨中而有利于回收
充电时Li+进入石墨中
3.我国科学工作者正在研发中的最具诱人前景的锂离子电池——镍锰酸锂/钛酸锂电池具有充电时间短、续航时间长、输出电压高等优点。该电池的正极材料为，负极材料为Li4Ti5O12，充、放电时的总反应为+Li4Ti5O12
Li1-+Li4+xTi5O12
(已知充、放电过程中Mn元素保持稳定的+4价不变；Ni有两种价态：+2、+4；Ti有两种价态：+3、+4)。
据以上信息判断下列说法错误的是 ( )
A.电池的隔膜为阳离子交换膜 B.充电时阳极材料中的Ni元素发生氧化反应，Li+从阳极脱嵌出来 C.放电时负极的电极反应可表示为Li4Ti5O12－xe-= Li4+xTi5O12－xLi+ D.1 ml负极材料嵌入0.3 ml Li+时，有0.3 ml的Ti元素被还原
解析：根据充电时的总反应及相关信息可知：充电时阳极的电极反应式为+xLi+；阴极的电极反应式为：Li4Ti5O12+xe-+xLi+=Li4+xTi5O12。则该电池的隔膜为阳离子交换膜，Li+自由通过，A、B项正确。放电时负极的电极反应为Li4+xTi5O12－xe-=Li4Ti5O12+xLi+，C项错误。根据充电时阴、阳极上的反应及得失电子守恒可知D项正确。
类 型 二 微生物燃料电池
→在负极室厌氧环境下，有机物在微生物作用下分解并释放出电子和质子，电子依靠合适的电子传递介体在生物组分和负极之间进行有效传递，并通过外电路传递到正极形成电流，而质子通过质子交换膜传递到正极，氧化剂(如氧气)在正极得到电子被还原。
是一种利用微生物将有机物中的化学能直接转化成电能的装置。
某微生物燃料电池的工作原理如图所示。
(1)该微生物燃料电池，负极为___(填“a”或“b”)，当电路中有0.5 ml电子发生转移，则有____ ml的H＋通过质子交换膜(2)该电池正极反应式为：_________________________负极反应式为：_____________________________
O2＋4e－＋4H＋=2H2O
HS－＋4H2O－8e－=SO42－＋9H＋
1.利用某新型微生物电池可消除水中碳水化合物的污染，其工作原理如图所示，下列有关说法正确的是A.X电极是负极B.Y电极上的反应式：Cm(H2O)n－4me－ = m CO2↑＋(n－2m)H2O＋4m H＋C.H+由左向右移动D.有1 ml CO2生成时，消耗1 ml MnO2
C的平均化合价由0价升高为＋4价
正极：MnO2＋2e－＋4H+=Mn2+＋2H2O
关系式：2mMnO2～4me－～mCO2，
2.如图是利用微生物将废水中的乙二胺[H2N(CH2)2NH2]氧化为环境友好物质而制作的化学电源，可给二次电池充电。下列说法正确的是A.M极电极反应式：H2N(CH2)2NH2＋4H2O－16e－=2CO2＋N2＋16H＋B.充电时二次电池的正极应与M极相连C.H＋通过质子交换膜由N极向M极移动D.若N极消耗了标准状况下2.24 L O2，则有0.4 ml电子从N极流向M极
O2+4e-＋4H+=2H2O
类 型 三 物质循环转化型电池
A.充电时电极A连电源负极B.放电时正极电极反应为 Fe(CN)63-＋e－=Fe(CN)64-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： ZnBr42-＋2e－=Zn＋4Br－
1.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Zn/Fe液流电池的结构及工作原理图。下列有关说法错误的是
负极:Zn＋4Br--2e- = ZnBr42-
正极:Fe(CN)63-＋e- = Fe(CN)64-
2.利用微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B.阴极区，在氢化酶作用下发生反应：H2＋2MV2＋=2H＋＋2MV＋C.正极区，固氮酶为催化剂，N2发生还原反应生成NH3D.电池工作时质子通过交换膜由负极区向正极区移动
MV+－e- = MV2+
MV2+ + e- = MV+
电池总反应是3H2＋N2=2NH3
根据物质转化中，元素化合价的变化或离子的移动(阳离子移向正极区域，阴离子移向负极区域)→判断电池的正、负极，是分析物质循环转化型电池的关键。
类 型 四 浓 差 电 池
1.概念：浓差电池是利用物质的浓度差产生电势的一种装置。
→两侧半电池中的特定物质有浓度差
→离子均是由“高浓度”移向“低浓度”
依据阳离子移向正极区域，阴离子移向负极区域→判断电池的正、负极
1.浓差电池中的电动势是由于电池中存在浓度差而产生的。某浓差电池的原理如图所示，该电池从浓缩海水中提取LiCl的同时又获得了电能。下列有关该电池的说法错误的是
A.电池工作时，Li+通过离子导体移向Y极区B.电流由X极通过外电路流向Y极C.正极发生的反应为2H+＋2e-=H2↑D.Y极每生成1 ml Cl2，X极区得到2 ml LiCl
X极:2H+＋2e- =H2↑
Y极:2Cl-－2e- =Cl2↑
Y极每生成1ml Cl2，转移2ml电子,有2ml Li+向正极移动，则X极区得到2 ml LiCl
A.放电时，左侧电极发生氧化反应： Cu＋4NH3-2e-=Cu(NH3)42+B.放电时,电池的总反应为Cu2++4NH3=Cu(NH3)42+ΔH＞0C.放电时，NO3-经离子交换膜由右侧向左侧迁移D.上述原电池的形成说明相同条件下， Cu(NH3)42+的氧化性比Cu2+的弱
2.利用电解质溶液的浓度对电极电势的影响，可设计浓差电池。某热再生浓差电池工作原理如图所示，通入NH3时电池开始工作，左侧电极质量减少，右侧电极质量增加，中间A为阴离子交换膜，放电后可利用废热进行充电再生。下列说法不正确的是
已知：Cu2++4NH3 Cu(NH3)42+
Cu+4NH3-2e- =Cu(NH3)42+
右侧:Cu2++2e- = Cu
总反应:Cu2++4NH3=Cu(NH3)42+
氧化剂的氧化性大于氧化产物的氧化性
在浓差电池中，为了限定某些离子的移动，常涉及到“离子交换膜”。
①能将两极区隔离，阻止两极物质发生化学反应。②能选择性地允许离子通过，起到平衡电荷、形成闭合回路的作用。
(1)常见的离子交换膜
(2)离子交换膜的作用
(3)离子交换膜的选择依据：离子的定向移动。
1.(2020·山东，10)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，用如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
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 gD.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
正极：2H+＋2e- =H2↑
负极：CH3COO-+2H2O-8e-=2CO2↑+7H+
2.(2021·湖南，10)锌/溴液流电池是一种先进的水溶液电解质电池，广泛应用于再生能源储能和智能电网的备用电源等。三单体串联锌/溴液流电池工作原理如图所示,下列说法错误的是
A.放电时，N极为正极B.放电时，左侧贮液器中ZnBr2的浓度不断减小C.充电时，M极的电极反应式为Zn2++2e-=ZnD.隔膜允许阳离子通过，也允许阴离子通过
负极:Zn-2e-=Zn2+
正极:Br2+2e-=2Br-
放电时，Zn电极产生Zn2+，Br2活性电极产生Br-，均进入溶液形成循环回路，阴、阳离子均能通过隔膜。
3.(2022·全国乙卷，12)Li-O2电池比能量高，在汽车、航天等领域具有良好的应用前景。近年来科学家研究了一种光照充电Li-O2电池(如图所示)。光照时，光催化电极产生电子(e-)和空穴(h+)，驱动阴极反应(Li++e-=Li)和阳极反应(Li2O2+2h+=2Li++O2)对电池进行充电。下列叙述错误的是
A.充电时,电池的总反应为Li2O2=2Li+O2B.充电效率与光照产生的电子和空穴量有关C.放电时,Li+从正极穿过离子交换膜向负极迁移D.放电时,正极发生反应：O2+2Li++2e-=Li2O2
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