2024版 化学新教材鲁科版（闽粤皖京豫）教师用书配套课件第6章化学反应与能量转化第6章 第37讲　常考新型化学电源

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第37 讲　常考新型化学电源
[复习目标]　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
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、LiCoO2、LiMn2O4等。
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 a到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 mol 电子，阳极区单质硫的质量增加 3.2 g
答案　D
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 mol e－时，阳极区生成 0.1x mol 硫，故阳极区生成硫的质量为 3.2x g，D错误。
2．随着各地“限牌”政策的推出，电动汽年成为汽车界的“新宠”。某品牌全电动汽车使
用的是钴酸锂(LiCoO2)电池，其工作原理如图，A极材料是金属锂和碳的复合材料(碳作为金
属锂的载体)，电解质为一种能传导 Li＋的高分子材料，隔膜只允许特定的离子通过，电池反
应为 LixC6＋Li1－xCoO2C6＋LiCoO2。下列说法不正确的是(　　)
A．隔膜只允许 Li＋通过，放电时 Li＋从左边流向右边
B．放电时，正极锂的化合价未发生改变
C．充电时 B作阳极，电极反应式为 LiCoO2－xe－===Li1－xCoO2＋xLi＋
D．废旧钴酸锂(LiCoO2)电池进行“放电处理”让 Li＋进入石墨中而有利于回收
答案　D
解析　据题意分析可知，A极为负极，B极为正极，该隔膜只允许 Li＋通过，放电时 Li＋向
正极移动，即从左边流向右边，A正确；无论放电还是充电，Li 元素化合价都是＋1价，化
合价不变，B正确；充电时，B电极是阳极，其电极反应与放电时正极反应相反，故电极反
应式为 LiCoO2－xe－===Li1－xCoO2＋xLi＋，C正确；根据电池反应知，充电时锂离子进入石
墨中，D错误。
类型二　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。
1．(2023·南京模拟)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 mol CO2生成时，消耗1 mol MnO2
答案　B
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 mol CO2生 成 时 ， 消 耗 2 mol
MnO2，D错误。
2．(2022·牡丹江一中高三模拟)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 mol 电子从 N极流向 M极
答案　A
解析　由题图知，M极为负极，N极为正极，H2N(CH2)2NH2在负极上失电子发生氧化反应，
电极反应式为 H2N(CH2)2NH2＋4H2O－16e－===2CO2＋N2＋16H＋，A正确；充电时二次电池
的正极应与外接电源的正极相连，即与 N极相连，B错误；H＋通过质子交换膜由 M极移向
N极，C错误；当 N电极消耗标况下 2.24 L O2时，则转移× 4＝0.4 mol 电子，所以有 0.4
mol 电子从 M极流向 N极，D错误。
类型三　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。
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(　　)
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)＋e－===Fe(CN)
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：ZnBr＋2e－===Zn＋4Br－
答案　C
解析　由图可知，放电时，电极 A为负极，电极反应式为 Zn＋4Br－－2e－===ZnBr，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)＋e－===Fe(CN)，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 ZnBr＋2e－===Zn＋
4Br－，故 A、D正确。
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 NH3
D．电池工作时质子通过交换膜由负极区向正极区移动
答案　B
解析　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、高压和催化剂，条件温和，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。
类型四　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
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
(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。
摘要：

第37讲　常考新型化学电源[复习目标]　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1．锂电池锂电池是一类...

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