新型高能化學(xué)電源 -2024-2025學(xué)年浙江高考化學(xué)專項復(fù)習(xí)（原卷版）

第34講颼1熊脩鸚1

01考情分析02真題精研03規(guī)律?方法?技巧04經(jīng)典變式練

05核心知識精煉06基礎(chǔ)測評07能力提升

考情分析

新型高能化學(xué)電源主要包括新型可充電電池和新型燃料電池。近幾年高考中的新型可充電電池的各類

較多，如“儲氫電池”、“鋰一空氣電池”、“高鐵電池”、“鋰硫電池”等?？偟膩碚f，可充電電池是既能將

化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能（放電），又能將電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能（充電）的可多次利用的一類電池。新型燃料電池是

利用氫氣、甲烷、甲醇、硼氫化物等為燃料與氧氣或空氣進行反應(yīng)，將化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化電能的一類原電池。

其特點一是有兩個相同的多孔電極，同時兩個電極不參與電極反應(yīng)；二是不需要將還原劑和氧化劑全部儲

存在電池內(nèi)；三是能量的轉(zhuǎn)化率高，燃料電池具有高能環(huán)保、電壓穩(wěn)定、經(jīng)久耐用等優(yōu)點。

真題精研

1.（2024?全國?高考真題）科學(xué)家使用B-MnO?研制了一種MnC）2-Zn可充電電池（如圖所示）。電池工作一段

時間后，MnO2電極上檢測到MnOOH和少量ZnMnQ,。下列敘述正確的是

A.充電時，Zn"向陽極方向遷移

B.充電時，會發(fā)生反應(yīng)Zn+2MnO2=ZnMn2C>4

C.放電時，正極反應(yīng)有MnO2+H2O+e-=MnOOH+OH-

D.放電時，Zn電極質(zhì)量減少0.65g,MnO2電極生成了0.020molMnOOH

規(guī)律?方法-技巧

1.電極反應(yīng)式書寫的一般步驟（類似氧化還原反應(yīng)方程式的書寫）

列物質(zhì)_［負極發(fā)生氧化反應(yīng);_參加反應(yīng)的微粒

標得失I正極發(fā)生還原反應(yīng)J和得失電子數(shù)

■在電解質(zhì)溶液的環(huán)境中要生成穩(wěn)定的電極

看箍|—,產(chǎn)物，即H+、OH-、氏。等是否參加反應(yīng)

上尸〔遵守電荷守恒、質(zhì)量守恒、電子守恒

—兩電極反應(yīng)式相加，與總反應(yīng)式對照驗證

包卮、工I

2.突破二次電池的四個角度

裝置類脅一放電——原電池

、的判斷，口充電——電解池

電極名布放電時的正極為充電時的陽極

、的判蚯/"［放電時的負極為充電時的陰極

放電時的正極反應(yīng)顛倒過來為充電時的陽極反應(yīng)

書寫放電時的負極反應(yīng)顛倒過來為充電時的陰極反應(yīng)

由生成的一極移向消耗的一極。區(qū)域pH變化：

禽子移動

生成0H-或消耗H+的區(qū)域，pH增大；消耗

0H-或生成H+的區(qū)域，pH減小

經(jīng)典變式練

I.（2024?安徽?高考真題）［我國學(xué)者研發(fā)出一種新型水系鋅電池，其示意圖如下。該電池分別以Zn-TCPP（局

部結(jié)構(gòu)如標注框內(nèi)所示）形成的穩(wěn)定超分子材料和Zn為電極，以ZnSO4和KI混合液為電解質(zhì)溶液。下列說

法錯誤的是

A.標注框內(nèi)所示結(jié)構(gòu)中存在共價鍵和配位鍵

B.電池總反應(yīng)為：I；+ZnT^Zn2++3「

J允電

C.充電時，陰極被還原的Zi?+主要來自Zn-TCPP

D.放電時，消耗0.65gZn,理論上轉(zhuǎn)移0.02mol電子

核心知識精煉

1.新型可充電電池

(1)可充電電池有充電和放電兩個過程，放電時是原電池反應(yīng)，充電時是電解池反應(yīng)。

(2)放電時的負極反應(yīng)和充電時的陰極反應(yīng)互為逆反應(yīng)，放電時的正極反應(yīng)和充電時的陽極反應(yīng)互為逆反應(yīng)。

將負(正)極反應(yīng)式變換方向并將電子移項即可得出陰(陽)極反應(yīng)式。

(3)充、放電時電解質(zhì)溶液中離子移動方向的判斷

分析電池工作過程中電解質(zhì)溶液的變化時，要結(jié)合電池總反應(yīng)進行分析。

①首先應(yīng)分清電池是放電還是充電。

②再判斷出正、負極或陰、陽極。

放電：陽離子一正極，陰離子一負極；

充電：陽離子一陰極，陰離子一陽極；

總之：陽離子一發(fā)生還原反應(yīng)的電極；陰離子一發(fā)生氧化反應(yīng)的電極。

2.燃料電池中電極反應(yīng)式的書寫

第一步：寫出電池總反應(yīng)式

燃料電池的總反應(yīng)與燃料的燃燒反應(yīng)一致，若產(chǎn)物能和電解質(zhì)反應(yīng)則總反應(yīng)為加和后的反應(yīng)。

如甲烷燃料電池(電解質(zhì)為NaOH溶液)的反應(yīng)式為

CH4+2O2=CO2+2H2O①

CO2+2NaOH=Na2CO3+H2O②

①式+②式得燃料電池總反應(yīng)式為CH4+202+2NaOH=Na2CO3+3H20?

第二步：寫出電池的正極反應(yīng)式

根據(jù)燃料電池的特點，一般在正極上發(fā)生還原反應(yīng)的物質(zhì)是。2,隨著電解質(zhì)溶液的不同，其電極反應(yīng)式有

所不同，大致有以下四種情況：

(1)酸性電解質(zhì)溶液環(huán)境下電極反應(yīng)式：

+-

O2+4H+4e^=2H2O。

(2)堿性電解質(zhì)溶液環(huán)境下電極反應(yīng)式：

02+2H2O+4e-=4OH?

(3)固體電解質(zhì)(高溫下能傳導(dǎo)CP-)環(huán)境下電極反應(yīng)式：

-2-

O2+4e^=2Oo

(4)熔融碳酸鹽(如熔融K2co3)環(huán)境下電極反應(yīng)式：

O2+2CO2+4e-=2COr?

第三步：根據(jù)電池總反應(yīng)式和正極反應(yīng)式寫出負極反應(yīng)式

電池反應(yīng)的總反應(yīng)式一電池正極反應(yīng)式=電池負極反應(yīng)式。因為02不是負極反應(yīng)物，因此兩個反應(yīng)式相減

時要徹底消除02。

3.氫氧燃料電池在四種常見介質(zhì)中的電極反應(yīng)總結(jié)

H2—2e-=2H+口酸作介質(zhì)口

'壓一2e-+2OIT-2H2。口堿作介質(zhì)口

負極H2—2e「+。2-一壓0。熔融金屬皂化物作介質(zhì)口

,H2-2e-+COF=H2O+CO2口熔融碳酸鹽

作介質(zhì)口

-+

O2+4e+4H=2H2O口酸作介質(zhì)口

-

Trte（02+4e+2H20=40H-口堿作介質(zhì)口

止被O2+4e-=2C）2-口熔融金屬氧化物作介質(zhì)口

|o2+4e^+2CO2=2C0F口熔融碳酸鹽作介質(zhì)口

基礎(chǔ)測評

1.（2024?廣西賀州?一模）電致變色材料在飛機的舷窗和智能太陽鏡等方面具有廣泛應(yīng)用。一種新一代集電

致變色功能和儲能功能于一體的電子器件的工作原理如圖所示，放電時該器件的透光率逐漸增強。下列說

法正確的是

A.放電時，Li+移向b極

B.充電時，b極接外電源的正極

+

C.充電時，b極的電極反應(yīng)：Li4Ti5O12+3Li+3e=Li7Ti5O12

D.放電時，電路中轉(zhuǎn)移Imol電子時，a極質(zhì)量減少7g

2.（2024?河南?模擬預(yù)測）全乳液流電池是一種新型的綠色環(huán)保儲能系統(tǒng)，工作原理如圖。當(dāng)完成儲能時,

右端儲液罐溶液為紫色。下列說法錯誤的是

儲液罐

儲液罐32+

VOj/VO2+V^V

(pH<l)

(pH<l)

離子種類VO；vo2+v3+v2+

顏色黃色藍色綠色紫色

A.放電時，正極顏色由黃色-藍色

B.放電時，ft由電極A-電極B

C.充電時，總反應(yīng)為V3++VC）2++H2O=VO;+V2++2H+

D.充電時，陽極反應(yīng)為VCP++H2O-e-=V0；+2H+

3.（2023?廣西?模擬預(yù)測）鐵一銘液流電池是近年新投產(chǎn)、較好利用儲（放）能技術(shù)的新型電池。該電池總

3+2+2+3+

Fe+Cr允用Fe+Cr。下列有關(guān)說法錯誤的是

交流/直流變換器

泵泵

A.放電時正極電解質(zhì)溶液酸性增強

B.儲能時原正極上的電極反應(yīng)為Fe2+-e「=Fe3+

C.負極區(qū)電解質(zhì)溶液中存在Cd+與CF+的相互轉(zhuǎn)化

D.在相同條件下，離子的氧化性：Cr3+>Fe3+

4.（2024?河南許昌?一模）悔-石墨雙離子電池采用廉價且易得的石墨替代傳統(tǒng)鋰電池中的正極材料，全面

提升了電池的能量密度。圖甲和圖乙表示該電池的充電或者放電時工作原理。X、Y表示可能為用電器或電

源。已知充電時正極發(fā)生陰離子插層反應(yīng)生成Cn（PF6）,下列有關(guān)分析正確的是

A.圖甲表示電池充電過程，電極a與電源的正極相連

B.圖甲中電極b電極反應(yīng)式為：Cn(PF6)-e-=PF；+nC

C.圖乙中電極c電勢高于電極d

D.圖乙中當(dāng)電路轉(zhuǎn)移電子數(shù)為2moi時，理論上電極c質(zhì)量減少14g

5.(2024?山東淄博?三模)一種新型雙功能催化劑電池的工作原理及催化路徑如圖所示。*R表示R基團在

催化劑表面的吸附態(tài)。下列說法錯誤的是

z3

L3

螂

器

。3

片

袋

。7

-L1

7

-Z

陰離子交換膜

A.放電時，b極電勢高于a極

B.放電時，與起始相比右室n(OH-)減少

C.充電時，決速步反應(yīng)為*+OH--e一=*OH

D.充電時，a極電極反應(yīng)式［Zn(OH)4r+2e-=Zn+4OIT

放電

6.(2024?重慶?模擬預(yù)測)一種碳酸鉛電池示意圖如圖所示，電池總反應(yīng)為：3PbC)2+3Pb+4H2O+4CO/U

充電

2Pb3c2O7+8OH一,其中Pb3c2。7可表示為PbO?2Pbec>3，下列說法正確的是

A.充電時，陽極上有Pb3c2。7產(chǎn)生

B.放電時，導(dǎo)線中電子遷移方向為PbO2―'Pb

C.充電時，理論上轉(zhuǎn)移O.lmol電子，陰極的質(zhì)量增加20.7g

D.放電時，正極反應(yīng)為3PbC）2+2CO；+5H2O+6e—=Pb3c2O7+IOOH—

7.（2024?河北衡水?模擬預(yù)測）科研團隊研發(fā)出一種可快充、成本低、更安全的動力電池（如下圖），這種電

池正極是硫?qū)僭?，比如硫碳?fù)合物，負極是鋁，電解質(zhì)由NaCl-KCl-AlCh組成，該熔融鹽電解質(zhì)中含有

鏈狀A(yù)1“C1；”+1如A1C1；、A1?C1；等。下列說法正確的是

用電器

硫

碳

復(fù)

合

物

A.電解質(zhì)中加入NaCl和KC1主要作用是提圖熔融態(tài)AICI3中A1"和C1的導(dǎo)電能力

B.A1“C13”+I中同時連接2個A1原子的C1原子有（n-1）個

C.放電時，負極發(fā)生的反應(yīng)可能為Al+3e-+5AlC14=2A13Cl；。

D.充電時，A1電極接外電源負極，發(fā)生氧化反應(yīng)

8.（2024?北京海淀三模）一種新型Zn-CC）2水介質(zhì)電池，為解決環(huán)境和能源問題提供了一種新途徑，其工

B.放電時，CO2被轉(zhuǎn)化為儲氫物質(zhì)HCOOH

C.充電時，電池總反應(yīng)為：2Zn（0H）t=2Zn+02T+40H-+2H2O

D.充電時，雙極隔膜產(chǎn)生的H+向右室移動

9.（23-24高三下?安徽?階段練習(xí)）某沉積物-微生物燃料電池可以把含硫廢渣（硫元素的主要存在形式為

FeS?）回收處理并利用，工作原理如圖所示。下列說法錯誤的是

A.電子的移動方向：碳棒b->用電器-碳棒a

+

B.碳棒b上S生成SO：的電極反應(yīng)式：S-6e+4H2O=SO；+8H

C.每生成ImolSOj，理論上消耗33.6LC>2（標準狀況下）

D.工作一段時間后溶液酸性增強，氧硫化菌失去活性，電池效率降低

10.（2024?河南?模擬預(yù)測）|我國科學(xué)家通過鋁負載的氫氧化保催化劑，實現(xiàn)了將充電過程中產(chǎn)生的副產(chǎn)物

氧氣在放電過程中重新利用，工作原理如下圖所示。下列說法錯誤的是

A.放電時，OH-移向Zn電極

B.放電時，氫氧化銀所在電極為正極

C.充電時，Zn電極的電極反應(yīng)式為［Zn（OH）J-+2e-=Zn+4OJT

D.充電時，電路中每通過Imol電子，陽極會產(chǎn)生ImolNiOOH

11.（2024?安徽?模擬預(yù)測*有機溶劑-水自分層電池，借助液-液界面屏障，可以實現(xiàn)電池在無隔膜下平穩(wěn)運

行。中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所提出了一種鋅、澳自分層電池，該電池采用ZnBr2的水溶液作為負極電

解液，而正極電解液為含Br2的CCl,有機溶液。其裝置如圖所示，下列說法錯誤的是

A.放電時，電子從負極流出進入正極，再經(jīng)電解液回到負極

B.放電時，溶于CC1,中的Br?被還原為B「，重新回到水溶液中

C.充電時，陰極電極反應(yīng)式為Zn"+2e-=Zn

D.該電池可有效防止Br2的交叉混合，因此無需隔膜

12.（2024?寧夏銀川?模擬預(yù)測）吉林大學(xué)杜菲教授等人通過正極結(jié)構(gòu)優(yōu)化與單離子選擇性隔膜的開發(fā)，構(gòu)

筑了高比能水系Zn-S解耦電池，如圖所示。下列敘述正確的是

電極1電極2

ZnS

-tf翻-ff-tf

超陽超陽

2CuS

[Zn(OH)4]-2

NaOH+ZnO,CuSO4

鈉離子選擇性隔膜

A.充電時，Cu2s發(fā)生還原反應(yīng)

B.放電時，電極1的電勢高于電極2

C.充電時，電極2凈減64g時轉(zhuǎn)移1mol電子

D.放電時，電極1的電極反應(yīng)式為Zn-2e-+4OIT=[Zn（OH）J

能力提升

1.（2024?湖南?高考真題）近年來，我國新能源產(chǎn)業(yè)得到了蓬勃發(fā)展，下列說法錯誤的是

A.理想的新能源應(yīng)具有資源豐富、可再生、對環(huán)境無污染等特點

B.氫氧燃料電池具有能量轉(zhuǎn)化率高、清潔等優(yōu)點

C.鋰離子電池放電時鋰離子從負極脫嵌，充電時鋰離子從正極脫嵌

D.太陽能電池是一種將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置

(2024?河北?高考真題)我國科技工作者設(shè)計了如圖所示的可充電Mg-CO?電池，以Mg(TFSD,為電解質(zhì)，

電解液中加入1，3-丙二胺(PDA)以捕獲CO2,使放電時CO?還原產(chǎn)物為岫JQ。該設(shè)計克服了MgCC)3導(dǎo)

電性差和釋放CO?能力差的障礙，同時改善了Mg2+的溶劑化環(huán)境，提高了電池充放電循環(huán)性能。

co2^多孔

碳

納

Mg(TFSI)隔Mg(TFSI)

米

22管

膜

電

PDAPDA極

MgC2O/

回答下列問題。

2.下列說法錯誤的是

A.放電時，電池總反應(yīng)為2cO2+Mg=MgCQ4

B.充電時，多孔碳納米管電極與電源正極連接

C.充電時，電子由Mg電極流向陽極，Mg?*向陰極遷移

D.放電時，每轉(zhuǎn)移Imol電子，理論上可轉(zhuǎn)化ImolCOz

3.對上述電池放電時CO2的捕獲和轉(zhuǎn)化過程開展了進一步研究，電極上CO：轉(zhuǎn)化的三種可能反應(yīng)路徑及相

對能量變化如圖(*表示吸附態(tài))。

反應(yīng)進程

下列說法錯誤的是

A.PDA捕獲CO?的反應(yīng)為…

+CQ*OH

2H

B.路徑2是優(yōu)先路徑，速控步驟反應(yīng)式為

；/X/X

*C0-+OH+e-七0：+H2NNH2

22H

C.路徑1、3經(jīng)歷不同的反應(yīng)步驟但產(chǎn)物相同；路徑2、3起始物相同但產(chǎn)物不同

D.三個路徑速控步驟均涉及*CO；轉(zhuǎn)化，路徑2、3的速控步驟均伴有PDA再生

4.（2023?遼寧?高考真題）某低成本儲能電池原理如下圖所示。下列說法正確的是

質(zhì)子交換膜

A.放電時負極質(zhì)量減小

B.儲能過程中電能轉(zhuǎn)變?yōu)榛瘜W(xué)能

C.放電時右側(cè)H+通過質(zhì)子交換膜移向左側(cè)

3+2+

D.充電總反應(yīng)：Pb+SO;-+2Fe=PbSO4+2Fe

5.（2023?全國?高考真題）|室溫鈉-硫電池被認為是一種成本低、比能量高的能源存儲系統(tǒng)。一種室溫鈉-硫

電池的結(jié)構(gòu)如圖所示。將鈉箔置于聚苯并咪嗖膜上作為一個電極，表面噴涂有硫黃粉末的炭化纖維素紙作

111VV

為另一電極。工作時，在硫電極發(fā)生反應(yīng)：5sg+e-fS：,—Sg+e-—S；,2Na++—S4+2（l-1）e--Na2sx

鈉電極

電解質(zhì)

下列敘述錯誤的是

A.充電時Na+從鈉電極向硫電極遷移

B.放電時外電路電子流動的方向是a—b

一X

C.放電時正極反應(yīng)為：2Na++石S8+2e-Na2Sx

O

D.炭化纖維素紙的作用是增強硫電極導(dǎo)電性能

6.（2023?全國?高考真題）一種以V2O5和Zn為電極、Zn（CF3so3｝水溶液為電解質(zhì)的電池，其示意圖如下

所示。放電時，Zn?+可插入V2O5層間形成Zn^VzC^nH?。。下列說法錯誤的是

令*W1電.臧礪9

V2O5ZnxV2O5?H2O

Zn電極V2O5電極

Zn(CF3so3)2水溶液

A.放電時V2O5為正極

B.放電時Zn"由負極向正極遷移

C.充電總反應(yīng)：xZn+V2O5+nH2O=ZnxV2O5-nH2O

-2+

D.充電陽極反應(yīng)：ZnxV2O5-nH2O-2xe=xZn+V2O5+nH2O

7.（2022?湖南?高考真題）悔水電池在海洋能源領(lǐng)域備受關(guān)注，一種鋰-海水電池構(gòu)造示意圖如下。下列說

法錯誤的是

A.海水起電解質(zhì)溶液作用

B.N極僅發(fā)生的電極反應(yīng)：2H2O+2e=2OH+H2T

C.玻璃陶瓷具有傳導(dǎo)離子和防水的功能

D.該鋰-海水電池屬于一次電池

8.（2022?廣東?高考真題）科學(xué)家基于CL易溶于CC1”的性質(zhì)，發(fā)展了一種無需離子交換膜的新型氯流電池,

+

可作儲能設(shè)備（如圖）。充電時電極a的反應(yīng)為：NaTi2（PO4）3+2Na+2e-=Na3Ti2（PO4）3o下列說法正確

的是

°-輸電網(wǎng)1

A.充電時電極b是陰極

B.放電時NaCl溶液的pH減小

C.放電時NaCl溶液的濃度增大

D.每生成ImolCl2,電極a質(zhì)量理論上增加23g

9.（2024?山東?模擬預(yù)測）鋰離子電池的能量密度高，在生產(chǎn)生活中具有廣泛的應(yīng)用?？茖W(xué)家研發(fā)的一種鋰

離子電池的工作原理如圖所示。下列說法正確的是

放電

充電

O鋰o氧o鉆口石墨

A.