第二单元解题能力提升
第1课时 新型化学电源工作原理的分析
[核心素养发展目标] 1.掌握二次电池充放电过程的分析思路。2.了解常见新型化学电源的种类。
一、二次电池的充放电原理
1．(2023·辽宁，11)某低成本储能电池原理如下图所示。下列说法正确的是( )
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
D．充电总反应：Pb＋SO＋2Fe3＋===PbSO4＋2Fe2＋
2．(2021·浙江6月选考，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LiCoO2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 mol电子时，LiPON薄膜电解质损失a mol Li＋
C．放电时，电极B为正极，反应可表示为Li1－xCoO2＋xLi＋＋xe－===LiCoO2
D．电池总反应可表示为LixSi＋Li1－xCoO2Si＋LiCoO2
二次电池题目的解答思路
二、常考新型化学电源
类型一 浓差电池
1．(2022·浙江1月选考，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＝。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 mol·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
类型二 电催化电子传递电池
2．(2019·全国卷Ⅰ，12)利用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NH3
D．电池工作时质子通过交换膜由负极区向正极区移动
类型三 太阳能转化电池
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＋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
类型四 液流储能电池
4．(2022·辽宁，14)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 mol电子，理论上CCl4吸收0.5 mol Cl2
D．充电过程中，NaCl溶液浓度增大
类型五 废物利用
5．某种利用垃圾渗透液实现发电、环保二位一体结合的装置示意图如下，当该装置工作时，下列说法正确的是( )
A．盐桥中Cl－向Y极移动
B．电路中流过7.5 mol电子时，共产生标准状况下N2的体积为16.8 L
C．电流由X极沿导线流向Y极
D．Y极发生的反应为2NO＋10e－＋6H2O===N2＋12OH－，周围溶液的pH增大
原电池工作原理的新认识
(1)相同的金属插入相同的电解质溶液中，由于电解质浓度不同，导致两极上氧化反应或还原反应的程度不同，可形成原电池，如浓差电池。
(2)惰性电极材料也可能是原电池的正、负极，只要在电极表面能发生电子的交换就能构成原电池，能向外输出电子的电极为负极，能从电极上获取电子的为正极反应物，该电极为正极。
(3)能源物质(燃料)不一定将电子直接传给负极，可能与电催化剂(电子传递体)进行电子交换，因而要特别关注催化循环中物质的变化、电子的转移方向及反应类型。
(4)储能(充电)过程，不一定是电能转化为化学能，也可能是光能直接转化为化学能。
第1课时 新型化学电源工作原理的分析
一、
1．B
2．B [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 mol电子时，内电路中有a mol 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，反应式为Li1－xCoO2＋xLi＋＋xe－===LiCoO2，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转化为Li＋，正极上Li1－xCoO2得到电子和Li＋转化为LiCoO2，故电池总反应可表示为LixSi＋Li1－xCoO2Si＋LiCoO2，D说法正确。]
二、
1．C
2．B [由题图和题意知，电池总反应是3H2＋N2===2NH3。该合成氨反应在常温下进行，并形成原电池产生电能，反应不需要高温、高压，A项正确；观察题图知，左边电极发生氧化反应MV＋－e－===MV2＋，为负极，不是阴极，B项错误；正极区N2在固氮酶作用下发生还原反应生成NH3，C项正确；电池工作时，H＋通过交换膜，由左侧(负极区)向右侧(正极区)迁移，D项正确。]
3．C [充电时为电解池，由题目信息知，光照时，光催化电极产生电子和空穴，驱动阴极反应(Li＋＋e－===Li)和阳极反应(Li2O2＋2h＋===2Li＋＋O2)，则充电时，电池的总反应为Li2O2===2Li＋O2，因此，充电效率与光照产生的电子和空穴量有关，A、B正确；放电时，金属Li电极为负极，光催化电极为正极，Li＋从负极穿过离子交换膜向正极迁移，C错误；放电时，电池总反应为2Li＋O2===Li2O2，则正极反应为O2＋2Li＋＋2e－===Li2O2，D正确。]
4．A [放电时负极失电子，发生氧化反应，电极反应：Na3Ti2(PO4)3－2e－===NaTi2(PO4)3＋2Na＋，故A正确；放电时，阴离子移向负极，则放电时Cl－透过多孔活性炭电极向NaCl中迁移，故B错误；正极电极反应：Cl2＋2e－===2Cl－，放电时每转移1 mol电子，理论上CCl4释放0.5 mol Cl2，故C错误；充电过程中，阳极电极反应：2Cl－－2e－===Cl2↑，消耗氯离子，NaCl溶液浓度减小，故D错误。]
5．D [处理垃圾渗透液的装置属于原电池装置，溶液中的阴离子移向负极，即氯离子向X 极移动， A错误；电池总反应为5NH3＋3NO===4N2＋6H2O＋3OH－，该反应转移15个电子时生成4个氮气，故电路中流过7.5 mol电子时，产生2 mol 氮气，即标准状况下的体积为44.8 L，B错误；电流由正极流向负极，即由Y极沿导线流向X 极，C错误；Y是正极，发生得电子的还原反应：2NO＋10e－＋6H2O===N2＋12OH－，周围溶液的pH 增大，D正确。](共64张PPT)
新型化学电源工作原理的分析
第1课时
专题1 第二单元解题能力提升
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核心素养
发展目标
1.掌握二次电池充放电过程的分析思路。
2.了解常见新型化学电源的种类。
内容索引
一、二次电池的充放电原理
二、常考新型化学电源
课时对点练
二次电池的充放电原理
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一
1.(2023·辽宁，11)某低成本储能电池原理如下图所示。下列说法正确的是
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
一
二次电池的充放电原理
√
放电时，负极上Pb失电子结合硫酸根
离子生成PbSO4附着在负极上，负极
质量增大，A错误；
储能过程中，该装置为电解池，将电能转化为化学能，B正确；
放电时，右侧为正极，电解质溶液中的阳离子向正极移动，左侧的H＋通过质子交换膜移向右侧，C错误；
2.(2021·浙江6月选考，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LiCoO2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 mol电子时，LiPON
薄膜电解质损失a mol Li＋
C.放电时，电极B为正极，反应可表示为Li1－xCoO2＋xLi＋＋xe－===LiCoO2
D.电池总反应可表示为LixSi＋Li1－xCoO2 Si＋LiCoO2
√
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 mol电子时，内电路中有a mol 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
应式为Li1－xCoO2＋xLi＋＋xe－===LiCoO2，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转化为Li＋，正极上Li1－xCoO2得到电子和Li＋转化为LiCoO2，故电池总反应可表示为LixSi＋Li1－xCoO2 Si＋LiCoO2，D说法正确。
归纳总结
二次电池题目的解答思路
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常考新型化学电源
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二
1.(2022·浙江1月选考，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＝ 。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 mol·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
类型一 浓差电池
√
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；
pH计工作时，利用原电池原理，则化学能转化为电能，D错误。
2.(2019·全国卷Ⅰ，12)利用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NH3
D.电池工作时质子通过交换膜由负极区向正极区移动
类型二 电催化电子传递电池
√
由题图和题意知，电池总反应是3H2＋N2===
2NH3。该合成氨反应在常温下进行，并形成
原电池产生电能，反应不需要高温、高压，A
项正确；
观察题图知，左边电极发生氧化反应MV＋－e－===MV2＋，为负极，不是阴极，B项错误；
正极区N2在固氮酶作用下发生还原反应生成NH3，C项正确；
电池工作时，H＋通过交换膜，由左侧(负极区)向右侧(正极区)迁移，D项正确。
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＋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
类型三 太阳能转化电池
√
充电时为电解池，由题目信息知，光照时，光
催化电极产生电子和空穴，驱动阴极反应(Li＋
＋e－===Li)和阳极反应(Li2O2＋2h＋===2Li＋＋
O2)，则充电时，电池的总反应为Li2O2===2Li
＋O2，因此，充电效率与光照产生的电子和空穴量有关，A、B正确；
放电时，金属Li电极为负极，光催化电极为正极，Li＋从负极穿过离子交换膜向正极迁移，C错误；
放电时，电池总反应为2Li＋O2===Li2O2，则正极反应为O2＋2Li＋＋2e－===Li2O2，D正确。
4.(2022·辽宁，14)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 mol电子，理论上CCl4吸收0.5 mol Cl2
D.充电过程中，NaCl溶液浓度增大
类型四 液流储能电池
√
放电时负极失电子，发生氧化反应，
电极反应：Na3Ti2(PO4)3－2e－===
NaTi2(PO4)3＋2Na＋，故A正确；
放电时，阴离子移向负极，则放电时
Cl－透过多孔活性炭电极向NaCl中迁移，故B错误；
正极电极反应：Cl2＋2e－===2Cl－，放电时每转移1 mol电子，理论上CCl4释放0.5 mol Cl2，故C错误；
充电过程中，阳极电极反应：2Cl－－2e－===Cl2↑，消耗氯离子，NaCl溶液浓度减小，故D错误。
5.某种利用垃圾渗透液实现发电、环保二位一体结合的装置示意图如下，当该装置工作时，下列说法正确的是
A.盐桥中Cl－向Y极移动
B.电路中流过7.5 mol电子时，共产生
标准状况下N2的体积为16.8 L
C.电流由X极沿导线流向Y极
D.Y极发生的反应为 ＋10e－＋6H2O===N2＋12OH－，周围溶液的
pH增大
类型五 废物利用
√
处理垃圾渗透液的装置属于原电池
装置，溶液中的阴离子移向负极，
即氯离子向X 极移动， A错误；
电池总反应为5NH3＋ ===
4N2＋6H2O＋3OH－，该反应转移15个电子时生成4个氮气，故电路中流过7.5 mol电子时，产生2 mol 氮气，即标准状况下的体积为44.8 L，B错误；
电流由正极流向负极，即由Y极
沿导线流向X 极，C错误；
Y是正极，发生得电子的还原反
应： ＋10e－＋6H2O===N2＋
12OH－，周围溶液的pH 增大，D正确。
归纳总结
原电池工作原理的新认识
(1)相同的金属插入相同的电解质溶液中，由于电解质浓度不同，导致两极上氧化反应或还原反应的程度不同，可形成原电池，如浓差电池。
(2)惰性电极材料也可能是原电池的正、负极，只要在电极表面能发生电子的交换就能构成原电池，能向外输出电子的电极为负极，能从电极上获取电子的为正极反应物，该电极为正极。
归纳总结
(3)能源物质(燃料)不一定将电子直接传给负极，可能与电催化剂(电子传递体)进行电子交换，因而要特别关注催化循环中物质的变化、电子的转移方向及反应类型。
(4)储能(充电)过程，不一定是电能转化为化学能，也可能是光能直接转化为化学能。
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1.新型LiFePO4可充电锂离子动力电池以其独特的优势成为绿色能源的新宠。已知该电池放电时的电极反应式为正极：FePO4＋Li＋＋e－===
LiFePO4，负极：Li－e－===Li＋。下列说法正确的是
A.充电时阳极电极反应为FePO4＋Li＋＋e－===LiFePO4
B.放电时电池内部Li＋向负极移动
C.充电时动力电池的阳极应与外接电源的正极相连
D.放电时，在正极上Li＋得电子被还原
√
根据原电池的正极反应：FePO4＋Li＋＋e－===LiFePO4可判断放电时电池内部Li＋向正极移动，Li元素的化合价未变，铁元素得到电子被还原，化合价发生变化，B、D错误。
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2.盐水小汽车是一款神奇的玩具，只要在小汽车尾部动力部位加几滴NaCl溶液，小汽车就可以跑动起来，其电池结构如图。下列关于该电池的说法不正确的是
A.该电池工作时，化学能转化为电能
B.锌为电池的负极，石墨为电池的正极
C.正极的电极反应为O2＋4e－＋2H2O===4OH－
D.电解质溶液中Na＋向锌片方向移动
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该电池工作时，构成原电池，将化学能转化
为电能，A正确；
锌失去电子发生氧化反应，为电池的负极，
则石墨为电池的正极，B正确；
空气中氧气在正极得到电子发生还原反应，电极反应为O2＋4e－＋2H2O===4OH－，C正确；
原电池中阳离子向正极移动，故电解质溶液中Na＋向石墨片方向移动，D错误。
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3.(2023·福建三明高二月考)我国科学家在太阳能光电催化—化学耦合分解H2S研究中获得新进展，相关装置如图所示。下列说法不正确的是
A.该装置的总反应为H2S H2＋S
B.能量转化方式主要为光能→电能→化学能
C.a极上发生的电极反应为Fe2＋－e－===Fe3＋
D.a极区需不断补充含Fe3＋和Fe2＋的溶液
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该装置发生的有关反应为H2S＋2Fe3＋===2H＋＋S＋2Fe2＋(a极区)、Fe2＋－e－===Fe3＋(a极)、2H＋＋2e－===H2(b极)，结合反应条件
得到总反应H2S H2＋S，A正确；
该过程中光能转化为电能，最终转化为化学能，B正确；
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a极区涉及两步反应，第一步利用氧化性强
的Fe3＋高效捕获H2S得到硫和还原性的Fe2＋，
第二步是还原性的Fe2＋在a极表面失去电子
生成氧化性强的Fe3＋，这两步反应循环进
行，所以a极区无需补充含Fe3＋和Fe2＋的溶液，D错误。
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4.溶质由高浓度向低浓度扩散而引发的一类电池称为浓差电池。如图是由Ag电极和硝酸银溶液组成的电池(c1A.此处应该用阳离子交换膜
B.B极为正极，发生氧化反应
C.若外电路通过0.1 mol电子，则右侧
溶液质量减轻10.8 g
D.原电池的总反应不是氧化还原反应
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由题意知，A电极质量不断减轻，故
发生反应：Ag－e－===Ag＋，则A极
为负极，B极为正极，负极区Ag＋浓
度增大，正极区Ag＋得电子生成Ag，电极反应为Ag＋＋e－===Ag，正极区Ag＋浓度减小，浓差电池中溶质由高浓度向低浓度扩散，故正极区 经过离子交换膜移向负极，此处离子交换膜为阴离子交换膜，A、B错误；
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正极发生反应：Ag＋＋e－===Ag，当转
移0.1 mol电子时，溶液中减少0.1 mol
Ag＋，同时正极有0.1 mol 移向负
极区，故右侧溶液减少的质量为0.1 mol×108 g·mol－1＋0.1 mol×62 g·
mol－1＝17 g，C错误；
负极的电极反应式为Ag－e－===Ag＋，正极的电极反应式为Ag＋＋e－===Ag，总反应属于非氧化还原反应，D正确。
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5.电催化固氮领域取得重要进展，利用双功能催化剂可实现室温条件下电催化氮气还原制备氨气、氧化制备硝酸，装置如图所示。下列说法错误的是
A.工作时，电子流入a极
B.阳极区的电极反应为N2＋6H2O－10e－=== ＋
12H＋
C.阳极区和阴极区消耗的N2的质量之比为3∶5
D.该离子交换膜应使用阴离子交换膜
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由图可知，a极上N2转化成NH3，发生还原反应，
该电极为阴极，电子由电源负极流入阴极，A项
正确；
阳极上是N2失电子生成HNO3，电极反应为N2＋
6H2O－10e－=== ＋12H＋，B项正确；
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由图可知，阴极(a极)：N2→2NH3时得到6e－，阳
极(b极)：N2→ 时失去10e－，根据电子守恒
可知阳极区和阴极区消耗的 N2 的质量之比为 3∶5，
C项正确；
阳极反应生成的H＋通过离子交换膜进入阴极室参与阴极反应，电极反应式为N2＋6e－＋6H＋===2NH3，因此该离子交换膜应使用质子交换膜，D项错误。
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6.钾离子电池由于其低成本、电解液中离子传导性快以及工作电压高等优点，近年来引起了科研工作者极大的关注。某课题组基于钾离子电池特性，设计并合成了一种VN-NPs/N-CNFs复合材料，并将其应用于钾离子电池的电极，放电时该电极反应为VN＋3K＋＋3e－===V＋K3N，下列有关说法错误的是
A.放电时，在Al电极区发生的是氧化反应
B.该电池的溶剂不能为水溶液
C.放电时，电解质中的K＋向Cu电极区移动
D.放电时，每转移1 mol e－，Cu电极区质量减少39 g
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钾离子电池放电时铜电极反应为VN＋3K＋＋
3e－===V＋K3N，故放电时Cu电极为正极，
电极区质量增加，Al电极为负极，在Al电极
区发生的是氧化反应，A正确，D错误；
电池中含有钾，钾能与水反应，电池的溶剂不能为水溶液，B正确；
放电时，Al电极为负极，钾离子向正极移动，即放电时，电解质中的K＋向Cu电极区移动，C正确。
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7.(2024·安徽1月适应性测试)我国学者研制了一种锌基电极，与涂覆氢氧化镍的镍基电极组成可充电电池，其示意图如图。放电时，Zn转化为2ZnCO3·3Zn(OH)2。下列说法错误的是
A.放电时，正极反应为Ni(OH)2＋2e－===Ni＋
2OH－
B.放电时，若外电路有0.2 mol电子转移，则有
0.1 mol Zn2＋向正极迁移
C.充电时，a为外接电源负极
D.充电时，阴极反应为2ZnCO3·3Zn(OH)2＋10e－===5Zn＋ ＋6OH－
√
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8.(2020·全国卷Ⅲ，12)一种高性能的碱性硼化钒(VB2)-空气电池如图所示，其中在VB2电极发生反应：VB2＋16OH－－11e－===
＋4H2O。该电池工作时，下列说法错误的是
A.负载通过0.04 mol电子时，有0.224 L(标准状况)
O2参与反应
B.正极区溶液的pH降低、负极区溶液的pH升高
C.电池总反应为4VB2＋11O2＋20OH－＋6H2O===
D.电流由复合碳电极经负载、VB2电极、KOH溶液回到复合碳电极
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负载通过0.04 mol电子时，有0.01 mol氧气参与反应，即标准状况下有0.224 L氧气参与反应，A正确；
负极区消耗OH－，溶液的pH降低，正极区生成OH－，溶液的pH升高，B错误。
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9.科学家报道了一种新型可充电Na/Fe二次电池，其工作原理如图所示，下列有关说法正确的是
A.放电时，电子由X极经有机电解液流
向Y极
B.充电时，Y极的电极反应式为CaFeO2.5
＋ Na2O－e－===CaFeO3＋Na＋
C.充电时，可用乙醇代替有机电解液
D.电极材料的比能量：Na>Li
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Na能与乙醇反应，不能用乙醇代替有机电解液，C错误；
若Na和Li都失去1 mol电子，则电极材料中消耗Na的质量为23 g、Li的质量为7 g，单位质量金属放出的电能：Li＞Na，D错误。
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10.镁-锑液态金属电池是新型二次电池，白天利用太阳能给电池充电，夜晚电池可以给外电路供电。该电池利用液体密度不同，在重力作用下分为三层，工作时中间层熔融盐的组成及浓度不变，工作原理如图所示。下列有关说法错误的是
A.放电时，Mg2＋通过中间层向下层移动
B.放电时，Mg(液)层的质量减小
C.充电时，Mg-Sb(液)层作阴极
D.充电时，阴极的电极反应式为Mg2＋＋2e－===Mg
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根据电流方向可知，放电时Mg(液)作
负极、Mg-Sb(液)作正极，则充电时
Mg(液)为阴极，Mg-Sb(液)为阳极。
放电时Mg(液)层为负极，电极反应：Mg－2e－===Mg2＋，产生的Mg2＋通过中间层向下层移动，质量减小，A、B正确；
放电时Mg(液)作负极，发生电极反应：Mg－2e－===Mg2＋，则充电时为阴极，电极反应式为Mg2＋＋2e－===Mg，D正确。
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11.(2023·河北保定高二调研)水系锌离子电池是一种新型二次电池，工作原理如图。该电池以粉末多孔锌电极(锌粉、活性炭及黏结剂等)和V2O5为电极，三氟甲磺酸锌[Zn(CF3SO3)2]为电解液，总反应为xZn＋V2O5===ZnxV2O5(s)。下列叙述错误的是
A.充电时，粉末多孔锌电极连接电源的负极
B.放电时，V2O5电极上发生的反应为V2O5＋2e－＋
xZn2＋===ZnxV2O5
C.充电时，Zn2＋通过阳膜由右池移向左池
D.理论上，充放电过程中电解质溶液的质量均未改变
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由放电时的总反应：xZn＋V2O5===ZnxV2O5(s)可
知，Zn失电子，作负极，V2O5发生还原反应，作
正极。充电时，粉末多孔锌电极为阴极，发生还
原反应，连接电源的负极，A正确；
放电时，V2O5电极上发生的反应为V2O5＋2xe－＋xZn2＋===ZnxV2O5，B错误；
充电时，阳离子向阴极移动，所以Zn2＋通过阳膜由右池移向左池，C正确；
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由放电总反应：xZn＋V2O5===ZnxV2O5(s)可知，电解质溶液中的成分没有参加总反应，故充放电过程中电解质溶液的质量均未改变，D正确。
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12.我国科学家研制了一种新型的高比能量锌-碘溴液流二次电池，该电池在使用前要先进行充电，如图为充电原理示意图，溴离子与碘离子结合成为碘溴离子(I2Br－)，可以增加电池容量。下列叙述不正确的是
A.充电时，a接外电源的正极，作阳极
B.充电时，b电极每增重0.65 g，溶液
中有0.02 mol I－被氧化
C.放电时，a电极反应为I2Br－＋2e－
===2I－＋Br－
D.放电时，贮液器d内c(Zn2＋)持续增大
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由充电原理示意图，锌极锌离子得到电子发生还原反应，为电解池的阴极，则a极为电解池的阳极，A正确；
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放电时，a电极为正极，发生还原
反应，反应为I2Br－＋2e－===2I－＋
Br－，C正确；
放电时，b极反应为Zn－2e－===
Zn2＋，负极生成锌离子，锌离子通
过阳离子交换膜进入正极区，贮液
器d内c(Zn2＋)不会持续增大，D错误。
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13.某污水处理厂利用微生物电池将镀铬废水中的 催化还原，其工作原理如图所示。下列说法不正确的是
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由图分析可知，a极上CH3COOH在微生物催化作用下失电子转化为CO2和H＋，发生氧化反应，因此a电极为负极，b电极为正极，电池工作过程中电子由a极流向b极，A项错误；
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a极的电极反应式为CH3COOH－8e－＋2H2O===2CO2↑＋8H＋，因此a极区附近溶液中c(H＋)增大，pH减小，C项正确；
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14.我国科学家在天然气脱硫研究方面取得了新进展，利用如图装置可发生反应：H2S＋O2===H2O2＋S↓，已知甲池中发生的反应为
下列说法不正确的是
A.甲池中碳棒上发生的电极反应为AQ＋2H＋＋2e－
===H2AQ
B.乙池溶液中发生的反应为H2S＋ ===
3I－＋S↓＋2H＋
C.该装置将电能转化为光能
D.H＋从乙池移向甲池
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根据题图中的电子流向可判断出甲池中碳棒是
正极，该电极上发生得电子的还原反应，即AQ
＋2H＋＋2e－===H2AQ，A项正确；
根据题图中信息可知该装置将光能转化
为电能和化学能，C项错误；
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该装置是光化学电池装置，电池工作时阳离子移向正极，甲池中碳棒是正极，所以H＋从乙池移向甲池，D项正确。
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14作业10 新型化学电源工作原理的分析
(选择题1～6题，每小题3分，7～14题，每小题4分，共50分)
1．新型LiFePO4可充电锂离子动力电池以其独特的优势成为绿色能源的新宠。已知该电池放电时的电极反应式为正极：FePO4＋Li＋＋e－===LiFePO4，负极：Li－e－===Li＋。下列说法正确的是( )
A．充电时阳极电极反应为FePO4＋Li＋＋e－===LiFePO4
B．放电时电池内部Li＋向负极移动
C．充电时动力电池的阳极应与外接电源的正极相连
D．放电时，在正极上Li＋得电子被还原
2.盐水小汽车是一款神奇的玩具，只要在小汽车尾部动力部位加几滴NaCl溶液，小汽车就可以跑动起来，其电池结构如图。下列关于该电池的说法不正确的是( )
A．该电池工作时，化学能转化为电能
B．锌为电池的负极，石墨为电池的正极
C．正极的电极反应为O2＋4e－＋2H2O===4OH－
D．电解质溶液中Na＋向锌片方向移动
3．(2023·福建三明高二月考)我国科学家在太阳能光电催化—化学耦合分解H2S研究中获得新进展，相关装置如图所示。下列说法不正确的是( )
A．该装置的总反应为H2SH2＋S
B．能量转化方式主要为光能→电能→化学能
C．a极上发生的电极反应为Fe2＋－e－===Fe3＋
D．a极区需不断补充含Fe3＋和Fe2＋的溶液
4．溶质由高浓度向低浓度扩散而引发的一类电池称为浓差电池。如图是由Ag电极和硝酸银溶液组成的电池(c1A．此处应该用阳离子交换膜
B．B极为正极，发生氧化反应
C．若外电路通过0.1 mol电子，则右侧溶液质量减轻10.8 g
D．原电池的总反应不是氧化还原反应
5.电催化固氮领域取得重要进展，利用双功能催化剂可实现室温条件下电催化氮气还原制备氨气、氧化制备硝酸，装置如图所示。下列说法错误的是( )
A．工作时，电子流入a极
B．阳极区的电极反应为N2＋6H2O－10e－===2NO＋12H＋
C．阳极区和阴极区消耗的N2的质量之比为3∶5
D．该离子交换膜应使用阴离子交换膜
6．钾离子电池由于其低成本、电解液中离子传导性快以及工作电压高等优点，近年来引起了科研工作者极大的关注。某课题组基于钾离子电池特性，设计并合成了一种VN-NPs/N-CNFs复合材料，并将其应用于钾离子电池的电极，放电时该电极反应为VN＋3K＋＋3e－===V＋K3N，下列有关说法错误的是( )
A．放电时，在Al电极区发生的是氧化反应
B．该电池的溶剂不能为水溶液
C．放电时，电解质中的K＋向Cu电极区移动
D．放电时，每转移1 mol e－，Cu电极区质量减少39 g
7．(2024·安徽1月适应性测试)我国学者研制了一种锌基电极，与涂覆氢氧化镍的镍基电极组成可充电电池，其示意图如图。放电时，Zn转化为2ZnCO3·3Zn(OH)2。下列说法错误的是( )
A．放电时，正极反应为Ni(OH)2＋2e－===Ni＋2OH－
B．放电时，若外电路有0.2 mol电子转移，则有0.1 mol Zn2＋向正极迁移
C．充电时，a为外接电源负极
D．充电时，阴极反应为2ZnCO3·3Zn(OH)2＋10e－===5Zn＋2CO＋6OH－
8．(2020·全国卷Ⅲ，12)一种高性能的碱性硼化钒(VB2)-空气电池如图所示，其中在VB2电极发生反应：VB2＋16OH－－11e－===VO＋2B(OH)＋4H2O。该电池工作时，下列说法错误的是( )
A．负载通过0.04 mol电子时，有0.224 L(标准状况)O2参与反应
B．正极区溶液的pH降低、负极区溶液的pH升高
C．电池总反应为4VB2＋11O2＋20OH－＋6H2O===8B(OH)＋4VO
D．电流由复合碳电极经负载、VB2电极、KOH溶液回到复合碳电极
9．科学家报道了一种新型可充电Na/Fe二次电池，其工作原理如图所示，下列有关说法正确的是( )
A．放电时，电子由X极经有机电解液流向Y极
B．充电时，Y极的电极反应式为CaFeO2.5＋Na2O－e－===CaFeO3＋Na＋
C．充电时，可用乙醇代替有机电解液
D．电极材料的比能量：Na>Li
10．镁-锑液态金属电池是新型二次电池，白天利用太阳能给电池充电，夜晚电池可以给外电路供电。该电池利用液体密度不同，在重力作用下分为三层，工作时中间层熔融盐的组成及浓度不变，工作原理如图所示。下列有关说法错误的是( )
A．放电时，Mg2＋通过中间层向下层移动
B．放电时，Mg(液)层的质量减小
C．充电时，Mg-Sb(液)层作阴极
D．充电时，阴极的电极反应式为Mg2＋＋2e－===Mg
11.(2023·河北保定高二调研)水系锌离子电池是一种新型二次电池，工作原理如图。该电池以粉末多孔锌电极(锌粉、活性炭及黏结剂等)和V2O5为电极，三氟甲磺酸锌[Zn(CF3SO3)2]为电解液，总反应为xZn＋V2O5===ZnxV2O5(s)。下列叙述错误的是( )
A．充电时，粉末多孔锌电极连接电源的负极
B．放电时，V2O5电极上发生的反应为V2O5＋2e－＋xZn2＋===ZnxV2O5
C．充电时，Zn2＋通过阳膜由右池移向左池
D．理论上，充放电过程中电解质溶液的质量均未改变
12．我国科学家研制了一种新型的高比能量锌-碘溴液流二次电池，该电池在使用前要先进行充电，如图为充电原理示意图，溴离子与碘离子结合成为碘溴离子(I2Br－)，可以增加电池容量。下列叙述不正确的是( )
A．充电时，a接外电源的正极，作阳极
B．充电时，b电极每增重0.65 g，溶液中有0.02 mol I－被氧化
C．放电时，a电极反应为I2Br－＋2e－===2I－＋Br－
D．放电时，贮液器d内c(Zn2＋)持续增大
13．某污水处理厂利用微生物电池将镀铬废水中的Cr2O催化还原，其工作原理如图所示。下列说法不正确的是( )
A．电池工作过程中电子由b极流向a极
B．b极反应式：Cr2O＋6e－＋14H＋===2Cr3＋＋7H2O
C．电池工作过程中a极区附近溶液的pH减小
D．每处理1 mol Cr2O，可生成33.6 L(标况下)CO2
14．我国科学家在天然气脱硫研究方面取得了新进展，利用如图装置可发生反应：H2S＋O2===H2O2＋S↓，已知甲池中发生的反应为
下列说法不正确的是( )
A．甲池中碳棒上发生的电极反应为AQ＋2H＋＋2e－===H2AQ
B．乙池溶液中发生的反应为H2S＋I===3I－＋S↓＋2H＋
C．该装置将电能转化为光能
D．H＋从乙池移向甲池
作业10 新型化学电源工作原理的分析
1．C 2.D
3．D [该装置发生的有关反应为H2S＋2Fe3＋===2H＋＋S＋2Fe2＋(a极区)、Fe2＋－e－===Fe3＋(a极)、2H＋＋2e－===H2(b极)，结合反应条件得到总反应H2SH2＋S，A正确；该过程中光能转化为电能，最终转化为化学能，B正确；a极区涉及两步反应，第一步利用氧化性强的Fe3＋高效捕获H2S得到硫和还原性的Fe2＋，第二步是还原性的Fe2＋在a极表面失去电子生成氧化性强的Fe3＋，这两步反应循环进行，所以a极区无需补充含Fe3＋和Fe2＋的溶液，D错误。]
4．D [由题意知，A电极质量不断减轻，故发生反应：Ag－e－===Ag＋，则A极为负极，B极为正极，负极区Ag＋浓度增大，正极区Ag＋得电子生成Ag，电极反应为Ag＋＋e－===Ag，正极区Ag＋浓度减小，浓差电池中溶质由高浓度向低浓度扩散，故正极区NO经过离子交换膜移向负极，此处离子交换膜为阴离子交换膜，A、B错误；正极发生反应：Ag＋＋e－===Ag，当转移0.1 mol电子时，溶液中减少0.1 mol Ag＋，同时正极有0.1 mol NO移向负极区，故右侧溶液减少的质量为0.1 mol×108 g·mol－1＋0.1 mol×62 g·mol－1＝17 g，C错误；负极的电极反应式为Ag－e－===Ag＋，正极的电极反应式为Ag＋＋e－===Ag，总反应属于非氧化还原反应，D正确。]
5．D [由图可知，a极上N2转化成NH3，发生还原反应，该电极为阴极，电子由电源负极流入阴极，A项正确；阳极上是N2失电子生成HNO3，电极反应为N2＋6H2O－10e－===2NO＋12H＋，B项正确；由图可知，阴极(a极)：N2→2NH3时得到6e－，阳极(b极)：N2→2NO时失去10e－，根据电子守恒可知阳极区和阴极区消耗的 N2 的质量之比为 3∶5，C项正确；阳极反应生成的H＋通过离子交换膜进入阴极室参与阴极反应，电极反应式为N2＋6e－＋6H＋===2NH3，因此该离子交换膜应使用质子交换膜，D项错误。]
6．D 7.B
8．B [根据VB2电极发生的反应：VB2＋16OH－－11e－===VO＋2B(OH)＋4H2O，判断得出VB2电极为负极，复合碳电极为正极，电极反应式为O2＋4e－＋2H2O===4OH－，所以电池总反应为4VB2＋11O2＋20OH－＋6H2O===8B(OH)＋4VO，C正确；负载通过0.04 mol电子时，有0.01 mol氧气参与反应，即标准状况下有0.224 L氧气参与反应，A正确；负极区消耗OH－，溶液的pH降低，正极区生成OH－，溶液的pH升高，B错误。]
9．B [根据原电池工作原理图可知，负极X上Na发生失电子的氧化反应，负极反应式为Na－e－===Na＋，正极Y上发生得电子的还原反应，正极反应式为CaFeO3＋Na＋＋e－===CaFeO2.5＋Na2O，充电时为电解池，阴、阳极的电极反应和放电时的负、正极反应相反，据此分析解答。充电时，Y极作阳极，电极反应式为CaFeO2.5＋Na2O－e－===CaFeO3＋Na＋，B正确；Na能与乙醇反应，不能用乙醇代替有机电解液，C错误；若Na和Li都失去1 mol电子，则电极材料中消耗Na的质量为23 g、Li的质量为7 g，单位质量金属放出的电能：Li＞Na，D错误。]
10．C [根据电流方向可知，放电时Mg(液)作负极、Mg-Sb(液)作正极，则充电时Mg(液)为阴极，Mg-Sb(液)为阳极。放电时Mg(液)层为负极，电极反应：Mg－2e－===Mg2＋，产生的Mg2＋通过中间层向下层移动，质量减小，A、B正确；放电时Mg(液)作负极，发生电极反应：Mg－2e－===Mg2＋，则充电时为阴极，电极反应式为Mg2＋＋2e－===Mg，D正确。]
11．B [由放电时的总反应：xZn＋V2O5===ZnxV2O5(s)可知，Zn失电子，作负极，V2O5发生还原反应，作正极。充电时，粉末多孔锌电极为阴极，发生还原反应，连接电源的负极，A正确；放电时，V2O5电极上发生的反应为V2O5＋2xe－＋xZn2＋===ZnxV2O5，B错误；充电时，阳离子向阴极移动，所以Zn2＋通过阳膜由右池移向左池，C正确；由放电总反应：xZn＋V2O5===ZnxV2O5(s)可知，电解质溶液中的成分没有参加总反应，故充放电过程中电解质溶液的质量均未改变，D正确。]
12．D
13．A [由图分析可知，a极上CH3COOH在微生物催化作用下失电子转化为CO2和H＋，发生氧化反应，因此a电极为负极，b电极为正极，电池工作过程中电子由a极流向b极，A项错误；b极上Cr2O和H＋在微生物催化作用下转化为Cr3＋，发生还原反应，电极反应式为Cr2O＋6e－＋14H＋===2Cr3＋＋7H2O，B项正确；a极的电极反应式为CH3COOH－8e－＋2H2O===2CO2↑＋8H＋，因此a极区附近溶液中c(H＋)增大，pH减小，C项正确；1 mol Cr2O转化为Cr3＋时得6 mol e－，CH3COOH每生成1 mol CO2失去4 mol e－，故每处理1 mol Cr2O生成CO2的物质的量为 mol，标准状况下其体积为33.6 L，D项正确。]
14．C [根据题图中的电子流向可判断出甲池中碳棒是正极，该电极上发生得电子的还原反应，即AQ＋2H＋＋2e－===H2AQ，A项正确；在乙池中，H2S失电子生成S，I得电子生成I－，发生的反应为H2S＋I===3I－＋S↓＋2H＋，B项正确；根据题图中信息可知该装置将光能转化为电能和化学能，C项错误；该装置是光化学电池装置，电池工作时阳离子移向正极，甲池中碳棒是正极，所以H＋从乙池移向甲池，D项正确。]
