2025届高中化学全程复习学案全套36新型化学电源

这是一份2025届高中化学全程复习学案全套36新型化学电源，共11页。学案主要包含了教考衔接，对点演练等内容，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及电池反应方程式。
考点一 锂电池和锂离子电池
1.锂电池
锂电池是一类由金属锂或锂合金为负极材料、使用非水电解质溶液的电池。工作时金属锂失去电子被氧化为Li＋，负极反应均为Li－e－===Li＋，负极生成的Li＋经过电解质定向移动到正极。
2．锂离子二次电池
(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”。
(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。
【教考衔接】
典例1 [2022·全国乙卷，12]Li­O2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Li­O2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＋O2
B．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
听课笔记

典例2 [2021·浙江6月，22]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( )
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 Si＋LiCO2
听课笔记

【对点演练】
1．[2024·山东青州校际联考]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b
C．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
2．[2024·湖北荆州模拟]锂电池在航空航天领域应用广泛，Li­CO2电池供电的反应机理如图所示，下列说法正确的是( )
A.X方向为电流方向
B．交换膜M为阴离子交换膜
C．正极的电极反应式：4Li＋ ＋4e－＋3CO2===2Li2CO3＋C
D．可采用LiNO3水溶液作为电解质溶液
3．[2024·浙江乐清联考]某课题组以纳米Fe2O3作为电极材料制备锂离子电池(另一极为金属锂和石墨的复合材料)，通过在室温条件下对锂离子电池进行循环充放电，成功地实现了对磁性的可逆调控(如图所示)。下列说法正确的是( )
A．该电池可以用LiCl溶液做电解质溶液
B．放电时，Fe2O3做负极
C．放电时，负极的电极反应式为
2Li－2e－＋O2－===Li2O
D．选择合适条件反应，该电池能量转化效率可达100%
考点二 微生物燃料电池
微生物燃料电池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。其基本工作原理是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。
【教考衔接】
典例[2020·山东卷，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( )
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
听课笔记



【对点演练】
1．[2024·辽宁沈阳模拟]微生物燃料电池是指在微生物的作用下将化学能转化为电能的装置。某微生物燃料电池的工作原理如图所示，下列说法正确的是( )
A．该电池在高温条件下效率更高
B．电子从b流出，经外电路流向a
C．HS－在硫氧化菌作用下转化为SO42-的反应是HS-+4H2O-8e-===SO42-＋9H＋
D.该电池正极的电极反应式为：
O2＋4e－＋2H2O===4OH－
2．[2024·山西朔州摸底]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－===mCO2↑＋(n－2m)H2O＋4mH＋
C．H＋由左向右移动
D．有1 ml CO2生成时，消耗1 ml MnO2
考点三 物质循环转化型电池
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，是分析该电池的关键。
【教考衔接】
典例[2022·辽宁卷，12]某储能电池原理如图。下列说法正确的是( )
A．放电时负极反应：Na3Ti2(PO4)3－2e－===NaTi2(PO4)3＋2Na＋
B．放电时Cl－透过多孔活性炭电极向CCl4中迁移
C．放电时每转移1 ml电子，理论上CCl4吸收0.5 ml Cl2
D．充电过程中，NaCl溶液浓度增大
听课笔记

【对点演练】
1．[2024·江西吉安校际联考]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( )
A．反应CH4＋H2O催化剂,△3H2＋CO消耗1 ml CH4转移4 ml电子
B．电极A上H2参与的电极反应为：H2＋2OH－－2e－===2H2O
C．电池工作时，CO32-向电极B移动
D．电极B上发生的电极反应为：
O2+2CO2+4e-JP===2CO32-
2．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( )
A.充电时电极A连电源负极
B．放电时正极电极反应为
FeCN63-+e-===FeCN64-
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－
考点四 浓差电池
1.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)常见的离子交换膜
(2)离子交换膜的作用
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。
(3)离子交换膜的选择依据：离子的定向移动。
2．“浓差电池”的分析方法
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”，依据阴离子移向负极区域，阳离子移向正极区域判断电池的正、负极，这是解题的关键。
【教考衔接】
典例[2022·浙江1月，21]pH计是一种采用原电池原理测量溶液pH的仪器。如图所示，以玻璃电极(在特制玻璃薄膜球内放置已知浓度的HCl溶液，并插入Ag—AgCl电极)和另一Ag—AgCl电极插入待测溶液中组成电池，pH与电池的电动势E存在关系：pH＝(E－常数)/0.059。下列说法正确的是( )
A．如果玻璃薄膜球内电极的电势低，则该电极反应式为：AgCl(s)＋e－===Ag(s)＋Cl－(0.1 ml·L－1)
B．玻璃膜内外氢离子浓度的差异不会引起电动势的变化
C．分别测定含已知pH的标准溶液和未知溶液的电池的电动势，可得出未知溶液的pH
D．pH计工作时，电能转化为化学能
听课笔记

【对点演练】
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
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===CuNH342+。
A．放电时，左侧电极发生氧化反应：
Cu+4NH3-2e-===CuNH342+
B．放电时，电池的总反应为Cu2++4NH3===CuNH342+ ΔH>0
C．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，CuNH342+的氧化性比Cu2＋的弱
温馨提示：请完成课时作业36
第36讲 新型化学电源
考点一
突破·关键能力
教考衔接
典例1 解析：根据题给电池装置图并结合阴、阳极电极反应可知，充电时，电池的总反应为Li2O2===2Li＋O2，A项正确；由题干中光照时阴、阳极反应可知，充电效率与光照产生的电子和空穴量有关，B项正确；放电时题给装置为原电池，阳离子（Li＋）向正极迁移，C项错误；根据题给装置图可知，放电时正极上O2得电子并与Li＋结合生成Li2O2，即O2＋2Li＋＋2e－===Li2O2，D项正确。
答案：C
典例2 解析：由图可知，集流体A与电极A相连，充电时电极A作阴极，故充电时集流体A与外接电源的负极相连，A说法正确；放电时，外电路通过a ml电子时，内电路中有a ml Li＋通过LiPON薄膜电解质从负极迁移到正极，但是LiPON薄膜电解质没有损失Li＋，B说法不正确；放电时，电极B为正极，发生还原反应，反应可表示为Li1－xCO2＋xLi＋＋xe－===LiCO2，C说法正确；电池放电时，嵌入在非晶硅薄膜中的锂失去电子变成Li＋，正极上Li1－xCO2得到电子和Li＋变为LiCO2，故电池总反应可表示为LixSi＋Li1－xCO2 eq \(,\s\up7(充电),\s\d5(放电)) Si＋LiCO2，D说法正确。
答案：B
对点演练
1．解析：由图分析知电极a为负极，电极b为正极，放电时，内电路中Li＋从电极a移向电极b，B正确；Al2O3为固体电解质，能导电，同时将两极反应物隔开，C正确；当外电路中通过0.2 ml e－时，阳极区生成0.1x ml硫，故阳极区生成硫的质量为3.2x g，D错误。
答案：D
2．解析：Li为原电池的负极，电子从Li电极经导线流向CO2电极，所以X方向为电子方向，A错误；离子交换膜需要Li＋通过，所以M为阳离子交换膜，B错误；正极为CO2生成C单质，电极反应式：4Li＋＋4e－＋3CO2===2Li2CO3＋C，C正确；Li为活泼金属，能与水反应，所以该电池不能用水性电解质，D错误。
答案：C
3．解析：Li为活泼金属单质，电池放电时Li为负极，据图可知被氧化为Li2O，Fe2O3为正极，被还原为Fe单质，从而被磁铁吸引。单质锂可以与水反应（类似金属钠），电解质溶液不能是水溶液，A错误；放电时Fe2O3做正极，B错误；放电时Li为负极被氧化为Li2O，电极反应为：2Li－2e－＋O2－===Li2O，C正确；电池能量转化效率不可能达到100%，D错误。
答案：C
考点二
突破·关键能力
教考衔接
典例 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；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，结合正、负极的电极反应知，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。
答案：B
对点演练
1．解析：由图可知，硫酸盐还原菌可将有机物氧化为CO2，而硫氧化菌可将HS－氧化为SO42-，所以两种菌类的存在，循环把有机物氧化成CO2并放出电子，负极a上HS－在硫氧化菌作用下转化为SO42-，失电子发生氧化反应，负极反应式是HS－＋4H2O－8e－===SO42-＋9H＋，正极b上O2得电子发生还原反应，正极反应式为4H＋＋O2＋4e－===2H2O，原电池工作时，溶液中的阳离子移向正极、阴离子移向负极，电子由负极经过导线流向正极。高温条件下微生物会变性而死亡，该电池不能正常工作，故A错误；在原电池中，阳离子移向正极，阴离子移向负极，因此可判断，a为负极，b为正极，电子从a极流出，经外电路移向b极，故B错误；负极a上HS－在硫氧化菌作用下转化为SO42-，失电子发生氧化反应，负极反应式是HS－＋4H2O－8e－===SO42-＋9H＋，故C正确；正极b上O2得电子发生还原反应，正极反应式为4H＋＋O2＋4e－===2H2O，故D错误。
答案：C
2．解析：根据装置图，X电极上MnO2转化成Mn2＋，化合价降低，发生还原反应，X作正极，A错误；Y电极为负极，Cm（H2O）n中C的平均化合价由0价升高为＋4价，电极反应式为Cm（H2O）n－4me－===mCO2↑＋（n－2m）H2O＋4mH＋，B正确；根据原电池工作原理，阳离子由负极向正极移动，即H＋由右向左移动，C错误；正极反应式为MnO2＋2e－＋4H＋===Mn2＋＋2H2O，建立关系式为2mMnO2～4me－～mCO2，有1 ml CO2生成时，消耗2 ml MnO2，D错误。
答案：B
考点三
突破·关键能力
教考衔接
典例 解析：放电时负极反应：Na3Ti2（PO4）3－2e－===NaTi2（PO4）3＋2Na＋，正极反应：Cl2＋2e－===2Cl－，消耗氯气，放电时，阴离子移向负极，充电时阳极：2Cl－－2e－===Cl2，A正确；放电时，阴离子移向负极，放电时Cl－透过多孔活性炭电极向NaCl中迁移，B错误；放电时每转移1 ml电子，正极：Cl2＋2e－===2Cl－，理论上CCl4释放0.5 ml Cl2，C错误；充电过程中，阳极：2Cl－－2e－===Cl2，消耗氯离子，NaCl溶液浓度减小，D错误。
答案：A
对点演练
1．解析：熔融碳酸盐燃料电池以可燃物的燃烧反应为基础设计，电极A通入CO和H2，作负极失电子发生氧化反应，电极B为正极，电极反应式为O2＋4e－＋CO2===2CO32-。反应CH4＋H2O eq \(=====,\s\up7(催化剂),\s\d5(△)) 3H2＋CO，C元素化合价由－4价升高到＋2价，H元素化合价由＋1价降低到0价，每消耗1 ml CH4转移6 ml电子，A错误；电解质没有OH－，负极电极A反应为H2＋CO＋2CO32-＋4e－===H2O＋3CO2，B错误；电池工作时，CO32-向负极移动，即向电极A移动，C错误；B为正极，正极为氧气得电子生成CO32-，反应为O2＋2CO2＋4e－===2CO32-，D正确。
答案：D
2．解析：由图可知，放电时，电极A为负极，电极反应式为Zn＋4Br－－2e－===ZnBr42-，放电时负极区离子浓度减小，C错误；电极B为正极，电极反应式为Fe(CN)63-＋e－===Fe(CN)64-
，故B正确；充电时，电极A连电源负极，作电解池的阴极，电极反应式为ZnBr42-＋2e－===Zn＋4Br－，故A、D正确。
答案：C
考点四
突破·关键能力
教考衔接
典例 解析：如果玻璃薄膜球内电极的电势低，则该电极为负极、负极发生氧化反应而不是还原反应，A错误；已知：pH与电池的电动势E存在关系：pH＝（E－常数）/0.059，则玻璃膜内外氢离子浓度的差异会引起电动势的变化，B错误；pH与电池的电动势E存在关系：pH＝（E－常数）/0.059，则分别测定含已知pH的标准溶液和未知溶液的电池的电动势，可得出未知溶液的pH，C正确；pH计工作时，利用原电池原理，则化学能转化为电能，D错误。
答案：C
对点演练
1．解析：加入盐酸，X极上生成氢气，H＋发生还原反应：2H＋＋2e－===H2↑，X极为正极，Y极上Cl－发生氧化反应：2Cl－－2e－===Cl2↑，Y极是负极，电池工作时，Li＋向X极区移动，A项错误、C项正确；在外电路中电流由正极流向负极，B项正确；Y极每生成1 ml Cl2，转移2 ml电子，有2 ml Li＋向正极移动，则X极区得到2 ml LiCl，D项正确。
答案：A
2．解析：通入NH3时电池开始工作，左侧电极质量减少，则左侧电极作负极，电极反应为Cu＋4NH3－2e－===Cu(NH3)42+；右侧电极质量增加，则右侧电极作正极，电极反应为Cu2＋＋2e－===Cu，则放电时电池的总反应为Cu2＋＋4NH3===Cu(NH3)42+，结合题给信息可知，ΔH＜0，A项正确、B项错误；A为阴离子交换膜，则放电时，NO3-经离子交换膜由右侧向左侧迁移，C项正确；负极反应中，Cu作还原剂，失电子生成氧化产物Cu(NH3)42+，正极反应中Cu2＋作氧化剂，相同条件下，氧化剂的氧化性大于氧化产物的氧化性，则氧化性：Cu2＋>Cu(NH3)42+，D项正确。
答案：B
阳离子交换膜
只允许阳离子(包括H＋)通过
阴离子交换膜
只允许阴离子通过
质子交换膜
只允许H＋通过
电极名称
电极反应
负极（a极）
CH3COO－＋2H2O－8e－===2CO2↑＋7H＋
正极（b极）
2H＋＋2e－===H2↑