1. 知道常考新型化學電源的類型及考查方式。2．會分析新型化學電源的工作原理，能正確書寫新型化學電源的電極反應式及電池反應方程式。
考點一　鋰電池和鋰離子電池1.鋰電池鋰電池是一類由金屬鋰或鋰合金為負極材料、使用非水電解質(zhì)溶液的電池。工作時金屬鋰失去電子被氧化為Li＋，負極反應均為Li－e－===Li＋，負極生成的Li＋經(jīng)過電解質(zhì)定向移動到正極。
【教考銜接】典例1 [2022·全國乙卷，12]Li-O2電池比能量高，在汽車、航天等領域具有良好的應用前景。近年來，科學家研究了一種光照充電Li-O2電池(如圖所示)。光照時，光催化電極產(chǎn)生電子(e－)和空穴(h＋)，驅(qū)動陰極反應(Li＋＋e－===Li)和陽極反應(Li2O2＋2h＋===2Li＋＋O2)對電池進行充電。下列敘述錯誤的是 (　　)A．充電時，電池的總反應為Li2O2===2Li＋O2B．充電效率與光照產(chǎn)生的電子和空穴量有關C．放電時，Li＋從正極穿過離子交換膜向負極遷移D．放電時，正極發(fā)生反應O2＋2Li＋＋2e－===Li2O2
解析：根據(jù)題給電池裝置圖并結合陰、陽極電極反應可知，充電時，電池的總反應為Li2O2===2Li＋O2，A項正確；由題干中光照時陰、陽極反應可知，充電效率與光照產(chǎn)生的電子和空穴量有關，B項正確；放電時題給裝置為原電池，陽離子（Li＋）向正極遷移，C項錯誤；根據(jù)題給裝置圖可知，放電時正極上O2得電子并與Li＋結合生成Li2O2，即O2＋2Li＋＋2e－===Li2O2，D項正確。
典例2 [2021·浙江6月，22]某全固態(tài)薄膜鋰離子電池截面結構如圖所示，電極A為非晶硅薄膜，充電時Li＋得電子成為Li嵌入該薄膜材料中；電極B為LiCO2薄膜；集流體起導電作用。下列說法不正確的是(　　)A．充電時，集流體A與外接電源的負極相連B．放電時，外電路通過a ml電子時，LiPON薄膜電解質(zhì)損失 a ml Li＋C．放電時，電極B為正極，反應可表示為Li1－xCO2＋xLi＋＋xe－===LiCO2D．電池總反應可表示為LixSi＋Li1－xCO2 Si＋LiCO2
【對點演練】1．[2024·山東青州校際聯(lián)考]鋰－液態(tài)多硫電池具有能量密度高、儲能成本低等優(yōu)點，以熔融金屬鋰、熔融硫和多硫化鋰[Li2Sx(2≤x≤8)]分別作兩個電極的反應物，固體Al2O3陶瓷(可傳導Li＋)為電解質(zhì)，其反應原理如圖所示。
下列說法錯誤的是(　　)A.該電池比鈉－液態(tài)多硫電池的比能量高B．放電時，內(nèi)電路中Li＋的移動方向為從電極a到電極bC．Al2O3的作用是導電、隔離電極反應物D．充電時，外電路中通過0.2 ml電子，陽極區(qū)單質(zhì)硫的質(zhì)量增加3.2 g
解析：由圖分析知電極a為負極，電極b為正極，放電時，內(nèi)電路中Li＋從電極a移向電極b，B正確；Al2O3為固體電解質(zhì)，能導電，同時將兩極反應物隔開，C正確；當外電路中通過0.2 ml e－時，陽極區(qū)生成0.1x ml硫，故陽極區(qū)生成硫的質(zhì)量為3.2x g，D錯誤。
2．[2024·湖北荊州模擬]鋰電池在航空航天領域應用廣泛，Li-CO2電池供電的反應機理如圖所示，下列說法正確的是(　　)A. X方向為電流方向B．交換膜M為陰離子交換膜C．正極的電極反應式：4Li＋ ＋4e－＋3CO2===2Li2CO3＋CD．可采用LiNO3水溶液作為電解質(zhì)溶液
解析：Li為原電池的負極，電子從Li電極經(jīng)導線流向CO2電極，所以X方向為電子方向，A錯誤；離子交換膜需要Li＋通過，所以M為陽離子交換膜，B錯誤；正極為CO2生成C單質(zhì)，電極反應式：4Li＋＋4e－＋3CO2===2Li2CO3＋C，C正確；Li為活潑金屬，能與水反應，所以該電池不能用水性電解質(zhì)，D錯誤。
3．[2024·浙江樂清聯(lián)考]某課題組以納米Fe2O3作為電極材料制備鋰離子電池(另一極為金屬鋰和石墨的復合材料)，通過在室溫條件下對鋰離子電池進行循環(huán)充放電，成功地實現(xiàn)了對磁性的可逆調(diào)控(如圖所示)。下列說法正確的是(　　)A．該電池可以用LiCl溶液做電解質(zhì)溶液B．放電時，F(xiàn)e2O3做負極C．放電時，負極的電極反應式為2Li－2e－＋O2－===Li2OD．選擇合適條件反應，該電池能量轉(zhuǎn)化效率可達100%
解析：Li為活潑金屬單質(zhì)，電池放電時Li為負極，據(jù)圖可知被氧化為Li2O，F(xiàn)e2O3為正極，被還原為Fe單質(zhì)，從而被磁鐵吸引。單質(zhì)鋰可以與水反應（類似金屬鈉），電解質(zhì)溶液不能是水溶液，A錯誤；放電時Fe2O3做正極，B錯誤；放電時Li為負極被氧化為Li2O，電極反應為：2Li－2e－＋O2－===Li2O，C正確；電池能量轉(zhuǎn)化效率不可能達到100%，D錯誤。
考點二　微生物燃料電池微生物燃料電池是一種利用微生物將有機物中的化學能直接轉(zhuǎn)化成電能的裝置。其基本工作原理是在負極室厭氧環(huán)境下，有機物在微生物作用下分解并釋放出電子和質(zhì)子，電子依靠合適的電子傳遞介體在生物組分和負極之間進行有效傳遞，并通過外電路傳遞到正極形成電流，而質(zhì)子通過質(zhì)子交換膜傳遞到正極，氧化劑(如氧氣)在正極得到電子被還原。
【教考銜接】典例[2020·山東卷，10]微生物脫鹽電池是一種高效、經(jīng)濟的能源裝置，利用微生物處理有機廢水獲得電能，同時可實現(xiàn)海水淡化。現(xiàn)以NaCl溶液模擬海水，采用惰性電極，用下圖裝置處理有機廢水(以含CH3COO－的溶液為例)。下列說法錯誤的是(　　)A.負極反應為CH3COO－＋2H2O－8e－===2CO2↑＋7H＋B．隔膜1為陽離子交換膜，隔膜2為陰離子交換膜C．當電路中轉(zhuǎn)移1 ml電子時，模擬海水理論上除鹽58.5 gD．電池工作一段時間后，正、負極產(chǎn)生氣體的物質(zhì)的量之比為2∶1
解析：結合圖示可知放電時的電極反應如下：根據(jù)上述分析可知，A項正確；該電池工作時，Cl－向a極移動，Na＋向b極移動，即隔膜1為陰離子交換膜，隔膜2為陽離子交換膜，B項錯誤；電路中轉(zhuǎn)移1 ml電子時，向a極和b極分別移動1 ml Cl－和1 ml Na＋，則模擬海水理論上可除鹽58.5 g，C項正確；電池工作時負極產(chǎn)生CO2，正極產(chǎn)生H2，結合正、負極的電極反應知，一段時間后，正極和負極產(chǎn)生氣體的物質(zhì)的量之比為2∶1，D項正確。
2．[2024·山西朔州摸底]利用某新型微生物電池可消除水中碳水化合物的污染，其工作原理如圖所示，下列有關說法正確的是(　　)A．X電極是負極B．Y電極上的反應式：Cm(H2O)n－4me－===mCO2↑＋(n－2m)H2O＋4mH＋C．H＋由左向右移動D．有1 ml CO2生成時，消耗1 ml MnO2
解析：根據(jù)裝置圖，X電極上MnO2轉(zhuǎn)化成Mn2＋，化合價降低，發(fā)生還原反應，X作正極，A錯誤；Y電極為負極，Cm（H2O）n中C的平均化合價由0價升高為＋4價，電極反應式為Cm（H2O）n－4me－===mCO2↑＋（n－2m）H2O＋4mH＋，B正確；根據(jù)原電池工作原理，陽離子由負極向正極移動，即H＋由右向左移動，C錯誤；正極反應式為MnO2＋2e－＋4H＋===Mn2＋＋2H2O，建立關系式為2mMnO2～4me－～mCO2，有1 ml CO2生成時，消耗2 ml MnO2，D錯誤。
考點三　物質(zhì)循環(huán)轉(zhuǎn)化型電池根據(jù)物質(zhì)轉(zhuǎn)化中，元素化合價的變化或離子的移動(陽離子移向正極區(qū)域，陰離子移向負極區(qū)域)判斷電池的正、負極，是分析該電池的關鍵。
【教考銜接】典例[2022·遼寧卷，12]某儲能電池原理如圖。下列說法正確的是(　　)A．放電時負極反應：Na3Ti2(PO4)3－2e－===NaTi2(PO4)3＋2Na＋B．放電時Cl－透過多孔活性炭電極向CCl4中遷移C．放電時每轉(zhuǎn)移1 ml電子，理論上CCl4吸收0.5 ml Cl2D．充電過程中，NaCl溶液濃度增大
解析：放電時負極反應：Na3Ti2（PO4）3－2e－===NaTi2（PO4）3＋2Na＋，正極反應：Cl2＋2e－===2Cl－，消耗氯氣，放電時，陰離子移向負極，充電時陽極：2Cl－－2e－===Cl2，A正確；放電時，陰離子移向負極，放電時Cl－透過多孔活性炭電極向NaCl中遷移，B錯誤；放電時每轉(zhuǎn)移1 ml電子，正極：Cl2＋2e－===2Cl－，理論上CCl4釋放0.5 ml Cl2，C錯誤；充電過程中，陽極：2Cl－－2e－===Cl2，消耗氯離子，NaCl溶液濃度減小，D錯誤。
考點四　濃差電池1.在濃差電池中，為了限定某些離子的移動，常涉及到“離子交換膜”。(1)常見的離子交換膜(2)離子交換膜的作用①能將兩極區(qū)隔離，阻止兩極物質(zhì)發(fā)生化學反應。②能選擇性地允許離子通過，起到平衡電荷、形成閉合回路的作用。(3)離子交換膜的選擇依據(jù)：離子的定向移動。
2．“濃差電池”的分析方法濃差電池是利用物質(zhì)的濃度差產(chǎn)生電勢的一種裝置。兩側(cè)半電池中的特定物質(zhì)有濃度差，離子均是由“高濃度”移向“低濃度”，依據(jù)陰離子移向負極區(qū)域，陽離子移向正極區(qū)域判斷電池的正、負極，這是解題的關鍵。
【教考銜接】典例[2022·浙江1月，21]pH計是一種采用原電池原理測量溶液pH的儀器。如圖所示，以玻璃電極(在特制玻璃薄膜球內(nèi)放置已知濃度的HCl溶液，并插入Ag—AgCl電極)和另一Ag—AgCl電極插入待測溶液中組成電池，pH與電池的電動勢E存在關系：pH＝(E－常數(shù))/0.059。
下列說法正確的是(　　)A．如果玻璃薄膜球內(nèi)電極的電勢低，則該電極反應式為：AgCl(s)＋e－===Ag(s)＋Cl－(0.1 ml·L－1)B．玻璃膜內(nèi)外氫離子濃度的差異不會引起電動勢的變化C．分別測定含已知pH的標準溶液和未知溶液的電池的電動勢，可得出未知溶液的pHD．pH計工作時，電能轉(zhuǎn)化為化學能
解析：如果玻璃薄膜球內(nèi)電極的電勢低，則該電極為負極、負極發(fā)生氧化反應而不是還原反應，A錯誤；已知：pH與電池的電動勢E存在關系：pH＝（E－常數(shù)）/0.059，則玻璃膜內(nèi)外氫離子濃度的差異會引起電動勢的變化，B錯誤；pH與電池的電動勢E存在關系：pH＝（E－常數(shù)）/0.059，則分別測定含已知pH的標準溶液和未知溶液的電池的電動勢，可得出未知溶液的pH，C正確；pH計工作時，利用原電池原理，則化學能轉(zhuǎn)化為電能，D錯誤。
【對點演練】1．濃差電池中的電動勢是由于電池中存在濃度差而產(chǎn)生的。某濃差電池的原理如圖所示，該電池從濃縮海水中提取LiCl的同時又獲得了電能。下列有關該電池的說法錯誤的是(　　)A．電池工作時，Li＋通過離子導體移向Y極區(qū)B．電流由X極通過外電路流向Y極C．正極發(fā)生的反應為2H＋＋2e－===H2↑D．Y極每生成1 ml Cl2，X極區(qū)得到2 ml LiCl
解析：加入鹽酸，X極上生成氫氣，H＋發(fā)生還原反應：2H＋＋2e－===H2↑，X極為正極，Y極上Cl－發(fā)生氧化反應：2Cl－－2e－===Cl2↑，Y極是負極，電池工作時，Li＋向X極區(qū)移動，A項錯誤、C項正確；在外電路中電流由正極流向負極，B項正確；Y極每生成1 ml Cl2，轉(zhuǎn)移2 ml電子，有2 ml Li＋向正極移動，則X極區(qū)得到2 ml LiCl，D項正確。
2.利用電解質(zhì)溶液的濃度對電極電勢的影響，可設計濃差電池。某熱再生濃差電池工作原理如圖所示，通入NH3時電池開始工作，左側(cè)電極質(zhì)量減少，右側(cè)電極質(zhì)量增加，中間A為陰離子交換膜，放電后可利用廢熱進行充電再生。

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