資源簡介

(共41張PPT)
第12講
二次電池的充電和放電
2025：基于主題教學的高考化學專題復習系列講座
2025
2024河北卷-13題 二次電池的工作原理：根據放電時陽離子向正極移動，充電時陽離子向陰極移動，確定電極及電極反應，進行相關電化學計算。
2024安徽卷-11題 新型水系鋅電池的工作原理:由圖中可知，鋅是負極(陰極)、超分子材料是正極（陽極），確定電極及電極反應，轉移電子數計算。
2024全國甲卷-6題 MnO2-Zn可充電電池：Zn具有比較強的還原性，MnO2具有比較強的氧化性，所以MnO2電極為正極，Zn電極為負極，則充電時MnO2電極為陽極、Zn電極為陰極，確定電池總反應式、離子流向、電極產物質量計算。
2024年——二次電池的充電和放電考點統計
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模型建構
名師導學
2025
知識重構
重溫經典
模型建構
名師導學
2025
知識重構
二次電池的定義
二次電池（Rechargeable battery）又稱為充電電池或蓄電池，是指在電池放電后可通過充電的方式使活性物質激活而繼續使用的電池。
教育部考試中心2018年試題評析：電池按照工作性質可以劃分為：一次電池、多次電池（二次電池）、連續電池（各類燃料電池)
知識重構
二次電池的定義
充電是電解池，放電是原解池
正極-----陽極
負極-----陰極
負極陰極---負極
正極陽極---正極
二次電池的基本特點
二次電池的基本特點
新魯科版（2017版）21頁
二次電池的電極名稱
在教育部考試中心－2020年版高考試分析（2019年全國卷-12）中明確：
物理學中規定，以正電荷的運動方向為電流的方向，且電流總是從電勢高的正極流向電勢低的負極，這與電子的流向剛好相反。無論是電解池還是原電池在討論其中單個電極時，都可把發生氧化作用的電極稱為陽極，而把發生還原作用的電極稱為陰極。
二次電池的電極名稱
原電池-向外電路（導線）提供電子的電極為負極或陽極；從外電路（導線）傳入電子的電極為正極（陰極）；負極（陽極）發生氧化反應；正極（陰極）發生還原反應。
電解池-與外電源負極相連的電極為負極（陰極）；與外電源正極相連的電極為正極（陽極）；正極（陽極）發生氧化反應，負極（陰極）發生還原反應。
知識重構
二次電池的分類
03
鉛酸電池
04
鋰離子電池
01
鎳氫電池
02
鎳鎘電池
05
鈉硫電池
新型二次電池不斷研發
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2025
知識重構
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1.(2024·河北卷)我國科技工作者設計了如圖所示的可充電Mg-CO2 電池，以Mg(TFSI)2為電解質，電解液中加入1，3-丙二胺(PAD)以捕獲CO2，使放電時CO2還原產物為MgC2O4。該設計克服了MgCO3導電性差和釋放CO2能力差的障礙，同時改善了Mg2+的溶劑化環境，提高了電池充放電循環性能。下列說法錯誤的是（ ）
A. 放電時，電池總反應為
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,Mg2+向陰極遷移
D放電時，每轉移1mol電子，理論上可轉化1molCO2
試題情境：可充電Mg-CO2 電池的工作原理
解題支撐：放電時CO2轉化為MgC2O4，碳元素化合價由+4價降低為+3價，發生還原反應，所以放電時，多孔碳納米管電極為正極、電極為負極，則充電時多孔碳納米管電極為陽極、電極為陰極
設問：電池總反應式、正負極判斷、離子流向、轉移電子數計算
定位：二次電池，放電時陽離子向正極移動，充電時陽離子向陰極移動。
電極 過程 電極反應式
電極 放電
充電
多孔碳納米管電極 放電
充電
B
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2.(2024·安徽卷)我國學者研發出一種新型水系鋅電池，其示意圖如下。該電池分別以Zn-TCPP(局部結構如標注框內所示)形成的穩定超分子材料和Zn為電極，以ZnSO4和KI混合液為電解質溶液。下列說法錯誤的是（ ）
A. 標注框內所示結構中存在共價鍵和配位鍵
B. 電池總反應為：
C. 充電時，陰極被還原的Zn2+主要來自Zn-TCPP
D. 放電時，消耗0.65gZn，理論上轉移0.02mol電子
試題情境：一種新型水系鋅電池的工作原理
解題支撐：由圖中信息可知，該新型水系鋅電池的負極是鋅、正極是超分子材料；負極的電極反應式為Zn-2e-=Zn2+，則充電時，該電極為陰極，電極反應式為Zn2++2e-=Zn；正極上發生 I3-+2e-=3I-，則充電時，該電極為陽極，電極反應式為3I--2e-=I3-。
設問：電池總反應式及電極反應式、轉移電子數計算
C
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3.(2024·全國甲卷)科學家使用δ-MnO2研制了一種MnO2-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ZnMn2O4。下列敘述正確的是（ ）
A. 充電時，Zn2+向陽極方向遷移
B.充電時，會發生反應Zn+MnO2=ZnMn2O4
C. 放電時，正極反應有MnO2+H2O2+e-=MnOOH+OH-
D.放電時，Zn電極質量減少0.65g，MnO2電極生成了0.020mol MnOOH
試題情境：MnO2-Zn可充電電池
解題支撐：Zn具有比較強的還原性，MnO2具有比較強的氧化性，自發的氧化還原反應發生在Zn與MnO2之間，所以MnO2電極為正極，Zn電極為負極，則充電時MnO2電極為陽極、Zn電極為陰極。
設問：電池總反應式、離子流向、電極產物質量計算
C
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4.(2023·遼寧卷)某低成本儲能電池原理如下圖所示。下列說法正確的是 ( )
A. 放電時負極質量減小
B. 儲能過程中電能轉變為化學能
C. 放電時右側H+通過質子交換膜移向左側
D. 充電總反應：
試題情境：儲能電池的工作原理
解題支撐：該儲能電池放電時，Pb為負極，失電子結合硫酸根離子生成PbSO4，則多孔碳電極為正極，正極上Fe3+得電子轉化為Fe2+，充電時，多孔碳電極為陽極，Fe2+失電子生成Fe3+，PbSO4電極為陰極，PbSO4得電子生成Pb和硫酸。
設問：電極反應書寫、離子移動方向、能量轉化
放電
負極：Pb - 2e－+SO42- = PbSO4
正極：Fe3+ + e－= Fe2+
充電
陰極：PbSO4+ 2e－=Pb+SO42-
陽極： Fe2+-e－= Fe3+
B
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5.(2023·河北卷)我國科學家發明了一種以 和MnO2為電極材料的新型電池，其內部結構如下圖所示，其中①區、②區、③區電解質溶液的酸堿性不同。放電時，電極材料 轉化為 。
下列說法錯誤的是（ ）
A. 充電時，b電極上發生還原反應
B. 充電時，外電源的正極連接b電極
C. 放電時，①區溶液中的SO42-向②區遷移
D. 放電時，a電極的電極反應式為
試題情境：新型電池
解題支撐：
設問：電極反應式、電極判斷、離子移動方向
B
6.(2023·福建卷)一種可在較高溫下安全快充的鋁-硫電池的工作原理如圖，電解質為熔融氯鋁酸鹽(由NaCl、KCl和AlCl3形成熔點為93℃的共熔物)，其中氯鋁酸根[AlnCl-3n+1(n≥1)]起到結合或釋放Al3+的作用。電池總反應： 。下列說法錯誤的是( )
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試題情境：鋁-硫電池的工作原理
解題支撐：放電時鋁失去電子生成鋁離子做負極，硫單質得到電子做正極，充電時鋁離子得到電子生成鋁發生在陰極，硫離子失去電子生成硫單質發生在陽極。
的結構為
設問：氯鋁酸根結構、電極反應
D
7.(2022·全國乙)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,光催化電極產生電子(e-)和空穴(h+),驅動陰極反應(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
B.充電效率與光照產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,正極發生反應
陌生電池：太陽能轉化為化學能正在成為能源高效轉化與資源合理利用的一個重點
陌生空穴
降低難度：給出電極反應式------電極名稱的判斷
豐富解題信息支撐
設問：總反應、電池工作效率、離子移動方向、電極反應
兩個選項涉及電解池，兩個選項涉及原電池
以前沿技術為情境，考查電化學的基本原理，引導學生從基礎化學知識的角度去觀察思考新事物、新技能、新方法，體現高考評價體系中創新性的考查要求
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C　
(2022·全國乙)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,光催化電極產生電子(e-)和空穴(h+),驅動陰極反應(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
B.充電效率與光照產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,正極發生反應
放電
負極：2Li - 2e－ = 2Li+
正極：O2+ 2Li+ + 2e－= Li2O2
總：2Li + O2 = Li2O2
充電
光催化電極 = e－ + h+
陰極：2Li+ + 2e－ = 2Li
陽極：Li2O2 + 2h+ = O2 + 2Li+
( Li2O2 - 2e－= O2 + 2Li+ )
總：Li2O2 = 2Li + O2
電極判斷的方法
電子和空穴參加反應
放電時，陽離子移向正極
C
8.(2022·廣東)科學家基于Cl2易溶于CC4的性質,發展了一種無需離子交換膜的新型氯流電池,可作儲能設備(如圖)。充電時電極a的反應為
下列說法正確的是 (　　)
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1 mol Cl2,電極a質量理論上增加23 g
情境：新型電池----儲能設備，無離子交換膜
解題支撐：充電時的電極反應------得電子，a為陰極（負極），b為陽極（正極）
設問：電極判斷
電解質溶液酸堿性變化
電解質溶液濃度變化
依據電子守恒的計算
電解池原電池均有考查
放電
負極：Na3Ti2(PO4)3 - 2e－ = NaTi2(PO4)3+2Na+
正極：Cl2 + 2e－= 2Cl－
總：Na3Ti2(PO4)3 + Cl2=
NaTi2(PO4)3+2Na+ + 2Cl－
充電 Ti2化合價的變化（+5--+3）
陰極：NaTi2(PO4)3 + 2e－ + 2Na+ = Na3Ti2(PO4)3
陽極：2Cl－ - 2e－= Cl2
總：NaTi2(PO4)3+2Na+ + 2Cl－ = Na3Ti2(PO4)3 + Cl2
依據給出電極反應充分認識氧化還原電對
氯流電池是一種液流儲能電池，工作時，四氯化碳和氯化鈉水溶液在泵作用下流過多孔碳電極表面。充電時，氯離子被氧化生成氯氣，同時被四氯化碳溶解帶走儲存；放電時，四氯化碳把氯帶到電極上發生還原反應生成氯離子。其充電過程就是儲能過程，陽極室儲存Cl2，陰極室儲存Cl－。
C
試題情境：液流電池----儲能設備
該電池放電反應總方程式（解題關鍵）:Zn+Br2=ZnBr2,放電時,Br2在正極反應,ZnBr2被循環回路“回收”至左側貯液器中。
充電時,鋅極為陰極發生還原反應:Zn2++2e-=Zn。
放電時,Br2得電子產生Br-,通過隔膜遷移向負極區,形成ZnBr2回流至左側貯液器,Zn失電子產生Zn2+,通過隔膜遷移至正極區,形成ZnBr2回流至右側貯液器,充電時,Zn2+得電子生成Zn在M極放電,部分Zn2+在隔膜上生成沉積鋅,而Br-在貯液器處轉化為Br2復合物貯存,該過程中Zn2+、Br-都可以通過隔膜,D項說法正確。
9.(2021·湖南)鋅/溴液流電池是一種先進的水溶液電解質電池,廣泛應用于再生能源儲能和智能電網的備用電源等。三單體串聯鋅/溴液流電池工作原理如圖所示:
下列說法錯誤的是 (　B　)
A.放電時,N極為正極
B.放電時,左側貯液器中ZnBr2的濃度不斷減小
C.充電時,M極的電極反應式為
D.隔膜允許陽離子通過,也允許陰離子通過
正極
負極
隔膜≠選擇透過性離子交換膜
設問：電極判斷、電解液濃度、電極反應、離子移動
電解池原電池均有涉及
10.(2021·福建)催化劑TAPP-Mn(Ⅱ)的應用,使LiCO3電池的研究取得了新的進展。該電池結構在該催化劑作用下正極反應可能的歷程如下圖所示。
試題情境：鋰電池+正極反應歷程
解題支撐：正極的反應歷程圖
設問：電解液選擇、離子移動電極反應、電極產物、電解池原電池均有涉及
11.(2021·浙江)某全固態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LiCoO2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 mol電子時,LiPON薄膜電解質損失a mol Li+
C.放電時,電極B為正極,反應可表示為
D.電池總反應可表示為
試題情境：固態薄膜鋰離子新型電池截面結構
解題支撐：充電時鋰離子嵌入A電極---陰極負極
放電時Li失電子產生Li+,Li+移向LiPON薄膜,LiPON薄膜中的Li+移向電極B,LiPON導電層的Li+數保持不變
設問：充電時電極連接、簡單計算、電極反應、電池總反應、電解池原電池均有涉及
鋰離子電池的工作模型
陰極負極
B
全固態薄膜鋰離子電池
LiPON是一種部分氮化的磷酸鋰，是一種綜合性能優秀的固態電解質，LiPON膜的室溫離子電導率與其N含量有關，LiPON是通過在N2氣氛下濺射得到的薄膜，且其化學性質和電化學性質穩定，而且可以同LiCo02、LiMnO4等正極，金屬鋰、鋰合金等負極相匹配，使其成為對于薄膜鋰電池發展十分重要的一種電解質。
12.(2020·全國)科學家近年發明了一種新型Zn-CO2水介質電池。電池示意圖,電極為金屬鋅和選擇性催化材料。放電時,溫室氣體CO2被轉化為儲氫物質甲酸等,為解決環境和能源問題提供了一種新途徑。
試題情境：金屬二氧化碳新型電池
解題支撐：物質轉化
設問：電極反應、簡單計算、電池總反應、電解液酸堿性變化、電解池原電池均有涉及
雙極膜的技術原理：
1.雙極膜亦稱雙極性膜，是特種離子交換膜，它是由一張陽膜和一張陰膜復合制成的陰、陽復合膜。該膜的特點是在直流電場的作用下，陰、陽膜復合層間的H2O解離成H+和OH-并分別通過陰膜和陽膜，作為H+和OH-離子源。雙極膜按宏觀膜體結構分可分為均相雙極膜和異相雙極膜。
2.雙極膜是一種新型的離子交換復合膜，它通常由陽離子交換層(N型膜)、中間界面親水層(催化層)和陰離子交換層(P型膜)復合而成，是真正意義上的反應膜。中間界面層的厚度為納米級，在直流電場作用下，中間界面層的水發生解離，在膜兩側分別得到氫離子和氫氧根離子。利用這一特點,將雙極膜與其他陰陽離子交換膜組合成的雙極膜電滲析系統，能夠在不引入新組分的情況下將水溶液中的鹽轉化為對應的酸和堿，這種方法稱為雙極膜電滲析法。雙極膜技術改變了傳統工業分離和制備過程，雙極膜電滲析法不僅用于制備酸和堿，若將其與單極膜巧妙地組合起來，在資源回收、化工生產和污染控制等方面均有廣泛應用。
13.(2019·全國)為提升電池循環效率和穩定性,科學家近期利用三維多孔海綿狀Zn(3D-Zn)可以高效沉積ZnO的特點,設計了采用強堿性電解質的3D-Zn-NiOOH二次電池,結構如下圖所示。電池反應為Zn(s)+2NiOOH(s)+H2O(l)=ZnO(s)+2Ni(OH)2(s)。下列說法錯誤的是 (　　)
A.三維多孔海綿狀Zn具有較高的表面積,所沉積的ZnO分散度高
B.充電時陽極反應為Ni(OH)2(s)+OH-(aq)-e-=NiOOH(s)+H2O(l)
C.放電時負極反應為Zn(s)+2OH-(aq)-2e- =ZnO(s)+H2O(l)
D.放電過程中OH-通過隔膜從負極區移向正極區
命題情境3D-Zn-NiOOH二次電池，解題支撐：電池反應
設問：電極載體、電極反應、離子移動方向
D
14.(2019·天津)我國科學家研制了一種新型的高比能量鋅-碘溴液流電池,其工作原理示意圖如下。圖中貯液器可儲存電解質溶液,提高電池的容量。下列敘述不正確的是 (　　)
A.放電時,a電極反應為I2Br-+2e-=2I-+Br-
B.放電時,溶液中離子的數目增大
C.充電時,b電極每增重0.65 g, 溶液中有0.02 mol I-被氧化
D.充電時,a電極接外電源負極
命題情境鋅-碘溴液流電池，解題支撐：物質轉化
設問：電極反應、離子數目、簡單計算、充電時電極連接
D
15.(2018·全國)我國科學家研發了一種室溫下“可呼吸”的Na-CO2二次電池。將NaClO4溶于有機溶劑作為電解液,鈉和負載碳納米管的鎳網分別作為電極材料,電池的總反應為3CO2+4Na= 2Na2CO3+C,下列說法錯誤的是（ )
A.放電時,ClO4-向負極移動
B.充電時釋放CO2,放電時吸收CO2
C.放電時,正極反應為:3CO2+4e-=2CO32-+C
D.充電時,正極反應為:Na++e- =Na充電時陰極反應
試題情境：金屬二氧化碳新型電池
解題支撐：物質轉化
設問：離子移動方向、電極反應、電解池原電池均有涉及
D
16.(2018·全國)一種可充電鋰-空氣電池如圖所示。當電池放電時,O2與Li+在多孔碳材料電極處生成Li2O2-x(x=0或1)。下列說法正確的是 (　　)
A.放電時,多孔碳材料電極為負極
B.放電時,外電路電子由多孔碳材料電極流向鋰電極
C.充電時,電解質溶液中Li+向多孔碳材料區遷移
D.充電時,電池總反應為Li2O2-x =2Li++(1-x/2)O2
試題情境：鋰空氣電池
解題支撐：離子移動、物質轉化
設問：離子移動方向、電極反應、電解池原電池均有涉及
D
17.(2017·全國)全固態鋰硫電池能量密度高、成本低,其工作原理如圖所示,其中電極a常用摻有石墨烯的S8材料,電池反應為:16Li+xS8 = 8Li2Sx(2≤x≤8)。下列說法錯誤的是 (　　)
A.電池工作時,正極可發生反應:2Li2S6+2Li++2e-=3Li2S4
B.電池工作時,外電路中流過0.02 mol電子,負極材料減重0.14 g
C.石墨烯的作用主要是提高電極a的導電性
D.電池充電時間越長,電池中Li2S2的量越多
a為正極,發生的反應依次為:
S8+2Li++2e-=Li2S8
3Li2S8+2Li++2e-=4Li2S6
2Li2S6+2Li++2e-=3Li2S4
Li2S4+2Li++2e-=2Li2S2
試題情境：固態鋰硫電池
解題支撐：離子移動、物質轉化
設問：電極反應、簡單計算、電極載體的作用、充電時級變化
電解池原電池均有涉及
D
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模型方法
二次電池
二次電池電極反應式的書寫
裝置
維度
原理
維度
負極
材料
正極
材料
離子
導體
電極反應物
電極產物
微粒運動
還原劑
氧化劑
氧化產物
還原產物
失電子
得電子
電子移動方向
陽離子
陰離子
宏觀現象
二次電池認知模型
核心任務
微粒的定向運動？
微粒的變化？
得電子的場所
失電子的場所
任何一個要素都可以作為推理的起點
電化學系統分析的關鍵
二次電池的能力進階
基本電解池、原電池原型的分析
基于原型原理的裝置變式
脫離原型進行原電池與電解池的融合，運用電化學模型分析解決電化學問題
進行模型的復雜應用，以兩個要素或多個要素的關聯解決實際問題
單擊此處添加標題
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b
a
c
d
釩電池全稱為全釩氧化還原液流電池，液流電池的最大特點就是采用水系電解液，沒有燃燒和爆炸的風險。而鋰電池使用的是高度易燃的有機電解液，只能降低風險概率而無法絕對避免。鈉硫電池雖然能量密度勝于液流電池，但電池中僅用脆性陶瓷隔膜分離，一旦隔膜破損將發生爆炸。
理論上釩電池可以做到無限次充放。得益于液流電池電解液與電堆的分離，在電池運行過程中，電解質不會被損耗掉和消耗掉，從壽命的角度上來講可以做到無限次循環。從電堆和輔助系統配套設計角度，目前釩電池設計的循環壽命大于15000次，遠高于三元鋰電池的800次和磷酸鐵鋰的3000-6000次。
釩電池在資源保障方面也領先鋰電池。
相較于國內資源儲量占比僅7%的鋰資源，我國的釩資源、釩礦儲量均位于全球第一，占比分別為39%、68%。并且釩電池中釩不會被消耗掉，可進行循環使用，不會造成資源短缺瓶頸。
綜合來看，由于釩液流電池具備安全性高、儲能時間長、壽命長、無污染等優點，比磷酸鐵鋰更適合化規模化儲能。
在化石燃料日漸枯竭以及環境問題日益嚴重的今天，如何提高對風能和太陽能等可再生能源的存儲與利用成為了制約人類發展的關鍵問題。作為高效的電能/化學能轉化裝置，二次電池為上述問題提供了有效解決策略。自發明至今，二次電池已成為人類社會不可或缺的儲能和供能設備。
經過30余年的發展，鋰離子電池已趨近其理論能量密度的上限。人們正努力在鋰離子電池的基礎上發展“下一代”二次電池以滿足人類社會對二次電池在能量密度、倍率性能、循環壽命、安全性和成本等方面的要求。
A 解答電化學試題的基礎是
氧化還原電對的辨認和電極
的判斷
C
B 再前沿再新奇再復雜的
電池必然遵循原電池電解
池的基本原理
復習備考的過程中要培養氧化還原電對的辨認、電極判斷、電極反應式的書寫等技能鏈和基礎知識的應用
教學過程建議
1）將靜態的模型轉化為動態的模型，引導學生重點關注電極反應中電子的得失、電子的移動以及離子的移動
2）加強原電池模型建構與電解池模型應用之間的銜接，確保模型落地；
3）模型的建構過程應該循序漸進，切勿直接將模型直接展示，中斷學生模型建構時的思維過程
。第12講 二次電池的充電和放電 練習
1．（2024·寧夏銀川一中模擬）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。一種室溫鈉-硫電池的結構如圖所示。將鈉箔置于聚苯并咪唑膜上作為一個電極，表面噴涂有硫黃粉末的炭化纖維素紙作為另一電極。工作時，在硫電極發生反應：S8+e-→S，S+e-→S，2Na++S+2(1-)e-→Na2Sx
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
C．放電時正極反應為：2Na++S8+2e-→Na2Sx
D．炭化纖維素紙的作用是增強硫電極導電性能
2．（2024·遼寧名校聯盟高考模擬）一種雙膜二次電池的結構及放電時的工作原理如圖所示。
已知：①M、N均為多孔石墨烯電極；
②起始時Ⅰ室(含儲液罐)中只含；
③鹽的水解忽略不計。
下列說法正確的是
A．充電時，Ⅱ室中向Ⅰ室遷移
B．充電時，N極電極反應式為
C．X膜為陰離子交換膜，Y膜為陽離子交換膜
D．放電時，Ⅲ室中電路上轉移電子，此時Ⅰ室中，則起始時Ⅰ室中含有
3．（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。下列說法錯誤的是
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，決速步反應為
D．充電時，a極電極反應式
4．（2024·重慶十八中兩江實驗學校一診）一種穩定且具有低成本效益的堿性混合多硫化物-空氣氧化還原液流電池結構如圖所示。下列說法正確的是
A．膜a為陰離子膜，膜b為陽離子膜
B．充電時的總反應為：4OH-+2=4+O2+2H2O
C．放電時，左側貯液室中含的多硫電解質減少
D．放電時，外電路通過2mol電子，理論上II室及右側貯液器中的NaOH總共減少2mol
5．（2024·四川綿陽南山中學仿真演練）浙江大學高超教授團隊研究的水系雙離子電池原理如下圖所示，下列說法錯誤的是

A．放電時a極附近溶液pH增大
B．放電時b極的電極反應式為：
C．充電時b極作陰極，發生還原反應
D．充電時1 mol Cu完全轉化為Cu3(PO4)2，電池內部有6 mol Na+發生遷移
6．(2023屆·河南省洛陽市第一高級中學高三模擬)磷酸鐵鋰電池在充放電過程中表現出了良好的循環穩定性，具有較長的循環壽命，放電時的反應為：LixC6+ Li1-xFeO4=6C+LiFePO4，某磷酸鐵鋰電池的切面如圖所示。下列有關說法錯誤的是( )
A．放電時，Li+脫離石墨，經電解質嵌入正極
B．充電時的陽極反應為LiFePO4-xe-= Li1-xFeO4+xLi+
C．充電時電子從電源經鋁箔流入正極材料
D．若初始兩電極質量相等，放電過程中當轉移NA個電子時，兩電極的質量差為28g
7．(2023屆·廣東省惠州市(惠陽中山、龍門、仲愷中學)高三三校聯考)某公司推出一款鐵—空氣燃料電池，成本僅為鋰電池的，其裝置放電時的工作原理如圖所示。下列說法錯誤的是( )
A．放電時，M為正極
B．放電一段時間，KOH溶液濃度不變
C．充電時，N極的電極反應式中包括：Fe2O3+H2O+2e- = 2FeO+2OH-
D．放電時，K+從M移向N
8．(2023屆·湖北省九師聯盟高三開學考試)如圖所示是一種可實現氫氣循環利用的新型電池的放電工作原理。下列說法正確的是( )
A．放電時，M電極的電勢低于N電極
B．充電過程中Na+由右池通過交換膜向左池移動
C．放電時，N極電極反應式為H2+2OH――2e－=2H2O
D．若用鉛蓄電池作為電源充電M電極連接鉛蓄電池的鉛電極
9．(2023屆·河南省TOP二十名校高三摸底考試)劉天驃教授團隊開發出一種鋅－二茂鐵氧化還原雙極性儲能材料，應用于pH中性水系液流電池，將水系有機液流電池的性能推進到了一個新的高度。下列說法正確的是( )
A．放電時，電極A作負極
B．放電時，Zn2+穿過離子交換膜向電極電極B遷移
C．充電時，陰極的電極反應為Zn2++2e-=Zn
D．充電時，1mol Zn2+過膜時，有2mol二茂鐵被還原
10．(2023屆·湖南省部分教育聯盟高三模擬考試)我國科學家正在研究一種可充電Na－Zn雙離子電池體系(如圖)。下列說法不正確的是( )
A．閉合K1時，鋅電極為電池負極
B．閉合K2時，裝置中的電能轉化為化學能
C．放電時，每轉移0.2 mol電子，負極區電解質溶液質量增加6.5 g
D．充電時，陽極反應式為Na0.6MnO2-xe-=Na0.6-xMnO2+xNa+
11．（2023·河北·校聯考三模）單液流鋅鎳電池以其成本低、效率高、壽命長等優勢表現出較高的應用價值，電解液為ZnO溶解于堿性物質的產物Zn(OH)，總反應為Zn+2NiOOH+2H2O+2OH-Zn(OH)+2Ni(OH)2，電池的工作原理如圖所示。下列說法錯誤的是
A．充電時，鋅極發生的電極反應為Zn(OH)+2e-=Zn+4OH-
B．放電時，鎳極發生的電極反應為NiOOH+H2O+4e-=Ni(OH)2+OH-
C．充電時，陰離子從鎳極區向鋅極區移動，在鋅極上反應生成Zn(OH)
D．利用循環泵驅動電解液進行循環流動，可有效提高電池能量效率
12．(2022·廣東省六校高三第六次聯考)一種高達94.2%能效的可充電鋁胺電池工作原理如圖所示，用Ph表示苯基，三苯基胺(Ph3N)失去一個電子后形成的Ph3N +結構較為穩定。下列說法不正確的是( )
A．與鋰電池比，鋁電池比能量略低，但鋁含量豐富價格低廉
B．放電時，負極的電極反應式為Al-3e-+7AlCl4-=4Al2Cl7-
C．充電時，AlCl4-向鋁電極移動
D．理論上每生成1mol Ph3N，外電路通過1mol電子
13．(2022·湖北省部分重點中學高三第二次聯考)我國科研團隊以聚氨酯為電解液(合成路線如圖)實現了穩定高效且可逆循環的K-CO2電池。總反應為：4KSn+3CO22K2CO3+4Sn，其中生成的K2CO3附著在正極上。下列說法錯誤的是( )
A．放電時，內電路中電流由KSn合金經酯基電解質流向羧基化碳納米管
B．電池的正極反應式為4K++3CO2+4e-=2K2CO3+C
C．羧基化碳納米管中引入的羧基可促進電子的轉移
D．充電時，電路中通過1mol電子，多壁碳納米管減重36g
14．(2022·河北省石家莊市示范性高中高三調研考試)鉀離子電池由于其低成本、電解液中快的離子傳導性以及高的工作電壓等優點；近年來引起了科研工作者極大的關注。吉林大學楊春成教授課題組基于鉀離子電池特性，設計并合成了一種VN-NPs/N-CNFs復合材料，并將其應用于鉀離子電池的電極，放電時該電極反應為VN+3K++3e-→V+K3N，下列有關說法中錯誤的是( )
A．放電時，在Al電極區發生的是氧化反應
B．該電池的溶劑不能為水溶液
C．放電時，電解質中的K+向Cu電極區移動
D．放電時，每轉移1mole-，Cu電極區質量減少39g
15．(2022·河北省省級聯測高三第八次考試)水系鈉離子二次電池由于資源豐富、綠色環保、生產成本低等優勢備受關注。以無機鹽為主體結合少量氟化有機鹽為電解液，水系鈉離子電池放電時的工作原理示意圖如圖。已知初始時兩極質量相等，下列說法錯誤的是( )
A．電池總反應可表示為2Na3V2(PO4)3Na5V2(PO4)3+NaV2(PO4)3
B．充電時，陽極電極反應式為Na5V2(PO4)3-2e-=Na3V2(PO4)3+2Na+
C．充電時，電子由M極經導線流向N極；放電時，M極為負極
D．放電時，電路中通過0.005mol電子時，理論上兩極質量差為0.23g
16．(2022·河北省滄州市高三二模)火星大氣約95%是CO2，Li-CO2電池在未來的火星探測領域有著重要的應用前景。科學家設計了一系列Ru/M-CPY@ CNT(碳納米管)雜化材料(M = Co、Zn、Ni、Mn， CNTs碳納米管是一種電導率高、比表面積大、通道和孔隙率豐富的導電基底)作為電極。已知該電池放電時的反應為4Li+3CO2=2Li2CO3+C，下列說法錯誤的是( )
A．放電時，Li電極作電池負極，有電子經導線流出
B．充電時，每轉移1mol電子，兩電極的質量變化差值為7g
C．充電時，陽極的電極反應式為C-4e-+2Li2CO3 =3CO2↑+4Li+
D．雜化材料中CNTs增多了CO2的吸附位點，可使該電池表現出優異的電化學性能
17. 高電壓水系鋅—有機混合液流電池的裝置如圖所示。下列說法錯誤的是( )
A. 充電時，中性電解質NaCl的濃度增大
B. 放電時，負極反應式為Zn-2e-+4OH-=Zn(OH)
C. 充電時，1molFQH2轉化為FQ轉移2mol電子
D. 放電時，正極區溶液的pH增大
答案
1.
【答案】A
【分析】由題意可知放電時硫電極得電子，硫電極為原電池正極，鈉電極為原電池負極。
【解析】A．充電時為電解池裝置，陽離子移向陰極，即鈉電極，故充電時，Na+由硫電極遷移至鈉電極，A錯誤；
B．放電時Na在a電極失去電子，失去的電子經外電路流向b電極，硫黃粉在b電極上得電子與a電極釋放出的Na+結合得到Na2Sx，電子在外電路的流向為a→b，B正確；
C．由題給的的一系列方程式相加可以得到放電時正極的反應式為2Na++S8+2e-→Na2Sx，C正確；
D．炭化纖維素紙中含有大量的炭，炭具有良好的導電性，可以增強硫電極的導電性能，D正確；
故答案選A。
2.
【答案】D
【分析】由圖可知，放電時在M極失去電子生成，即轉化為極是負極；為了維持電荷守恒，溶液中的溴離子要通過X膜進入Ⅰ室，X膜為陰離子交換膜；Ⅲ室中在N極得到電子生成溴離子并轉移到Ⅱ室，則N極為正極，Y膜為陰離子交換膜。
【解析】A．充電時，N極為陽極，M極為陰極，陰離子向陽極遷移，A項錯誤；
B．充電時，N極電極反應式為，B項錯誤；
C．X膜、Y膜均為陰離子交換膜，C項錯誤；
D．設起始時Ⅰ室，D項正確；
故選D。
3.
【答案】B
【分析】由題干裝置圖可知，放電時，鋅失去電子，作負極即a為負極，負極反應式為：Zn-2e-+4OH-=[Zn(OH)4]2-，b為正極，電極反應式為：O2+2H2O+4e-=4OH-，據此分析解題。
【解析】A．由分析可知，放電時，a極為負極，b極為正極，則b極電勢高于a極，A正確；
B．由分析可知，放電時，b為正極，電極反應式為：O2+2H2O+4e-=4OH-，根據電荷守恒可知，每生成4molOH-電路上轉移4mol電子，則有4molOH-移向負極，故與起始相比右室n(OH-)不變，B錯誤；
C．由反應活化能越大反應速率越慢，多步反應中速率最慢的一步為決速步驟并結合題干圖示信息可知，充電時，決速步反應為，C正確；
D．由分析可知，放電時，a為負極，負極反應式為：Zn-2e-+4OH-=[Zn(OH)4]2-，則充電時，a極為陰極，其電極反應式為，D正確；
故答案為：B。
4.
【答案】B
【解析】A．膜a為陽離子膜，放電過程中1室發生氧化反應，鈉離子交換到2室；b為陰離子交換膜；故A錯誤；
B．充電時，氫氧根氧化得到氧氣，被還原為，總反應為4OH-+2=4+O2+2H2O，故B正確；
C．放電時，轉化為，所以含的多硫電解質增加，故C錯誤；
D．放電時，氧氣和水反應產生氫氧根，所以NaOH增加，故D錯誤；
故答案選B。
5.
【答案】D
【分析】由圖可知，放電時為原電池，a極上Cu3(PO4)2→Cu2O→Cu，發生得電子的還原反應，b極上→，發生失電子的氧化反應，則a極為正極、b極為負極，負極反應式為；充電時為電解池，原電池的正負極分別與電源的正負極相接，即a極為陽極、b極為陰極，陰陽極反應與負正極反應相反；
【解析】A．由圖可知，放電時a極水也會放電生成氫氧根離子，堿性增強，溶液pH增大，故A正確；
B．放電時b極為負極，負極反應式為，故B正確；
C．充電時為電解池，a極為陽極、b極為陰極，陰極發生還原反應，故C正確；
D．充電時Cu→Cu2O→Cu3(PO4)2，1 mol Cu完全轉化為Cu3(PO4)2轉移電子2mol，有2molNa+發生遷移，故D錯誤；
故選D。
6．
【答案】C
【解析】根據磷酸鐵鋰電池的切面圖和總反應LixC6+ Li1-xFeO4=6C+LiFePO4可知，銅箔為負極，負極反應式為LixC6-xe-=6C+xLi+，鋁箔為正極，正極反應式為Li1-xFeO4+xLi++xe-=LiFePO4，原電池放電時，電子從負極沿導線流向正極，內電路中陽離子移向正極，陰離子移向負極；充電時，裝置為電解池，陰極、陽極反應式與負極、正極反應式正好相反。A項，原電池放電時，電解質中陽離子移向正極，即Li+脫離石墨，經電解質嵌入正極，A正確；B項，放電時，正極反應式為Li1-xFeO4+xLi++xe-=LiFePO4，充電時，原電池的正極與外加電源正極相接，電極反應與原電池正極反應相反，即充電時電池正極上發生的反應為LiFePO4-xe-= Li1-xFeO4+xLi+， B正確；C項，充電時電子從外電源負極→陰極、陽極→電源正極，即充電時電子從電源經銅箔流入負極材料，C錯誤； D項，根據電子守恒可知，放電過程中當轉移2NA個電子時，每個電極參與反應Li+的物質的量為2mol，若初始兩電極質量相等，兩電極的質量差為2mol ×7g/mol×2=28g， D正確；故選C。
7．
【答案】D
【解析】由圖可知，放電時，N極Fe失去電子作為負極，則M極為正極，充電時，N極為陰極，M極為陽極。A項，Fe為活潑金屬，放電時被氧化，所以N為負極，O2被還原，所以M為正極，A正確；B項，放電過程中的總反應為Fe與O2反應得到Fe的氧化物，所以KOH溶液的濃度不變，B正確；C項，充電時，N極為陰極，鐵的氧化物被還原，包括Fe2O3+H2O+2e- = 2FeO+2OH-，C正確；D項，原電池中陽離子移向正極，則放電時，K+從N移向M，D錯誤；故選D。
8．
【答案】C
【解析】A項，由圖可知，放電時N極作負極，氫氣失電子，M極作負極，所以M極的電勢高于N極，A項錯誤；B項，充電時M電極為陽極，所以Na+由左池通過交換膜向右池移動，B項錯誤；C項，放電時N極作負極，氫氣失電子，堿性溶液中電極反應式為H2+2OH――2e－=2H2O，C項正確；D項，充電時，M極為陽極，與電源正極相連，即與鉛蓄電池的二氧化鉛電極相連接，D項錯誤。故選C。
9．
【答案】C
【解析】放電時，電極A上得到電子，發生還原反應，則電極A為正極，電極B為負極；充電時，電極A上失去電子，發生氧化反應，則電極A為陽極，電極B為陰極。A項，放電時，電極A發生還原反應，作原電池正極，A項錯誤；B項，放電時，陽離子移向正極，Zn2+應向電極A遷移，B項錯誤；C項，充電時，電極B作陰極，發生還原反應Zn2++2e-=Zn，C項正確；D項，1mol Zn2+過膜時，電路中轉移2mol電子，充電時有2mol二茂鐵被氧化，D項錯誤；故選C。
10．
【答案】C
【解析】A項，閉合K1時，該裝置為原電池，鋅電極為負極，A正確；B項，閉合K2時，該裝置為電解池，電解池是將電能轉化為化學能，B正確；C項，放電時，裝置為原電池，負極發生反應：Zn-2e-=Zn2+，每轉移0.2 mol電子，負極區由Zn失去電子生成0.1 mol Zn2+，0.1 mol Zn2+與0.4 mol OH-結合生成0.1 mol Na2[Zn(OH)4]，有0.2 mol Na+通過陽離子交換膜到正極，故負極區電解質溶液質量增重0.1 mol×65 g/mol-0.2 mol×23 g/mol=1.9 g，C錯誤；D項，充電時，陽極失電子，Mn的化合價升高，反應式為Na0.6MnO2-xe-=Na0.6-xMnO2+xNa+，D正確；故選C。
11.
【答案】C
【分析】由總反應可知，放電時鋅極上鋅失去電子發生氧化反應為負極，鎳極的NiOOH得到電子發生還原反應為正極；
【解析】A．充電時，鋅極為陰極，電極反應為，A正確；B．放電時，鎳極為正極，電極反應為，B正確；C．充電時，鎳極為陽極，陰離子從鋅極區向鎳極區移動，在鋅極上得電子生成金屬鋅，C錯誤；D．利用循環泵驅動電解液使其通過輸送管道在電池反應槽與儲液罐之間循環流動，可有效抑制電池內部電解液的濃度差造成的影響，從而提高電池能量效率，D正確。故選C。
12．
【答案】C
【解析】A項，鋁電池比能量略低，且含量豐富價格低廉，A項錯誤；B項，放電時，負極上Al失電子和AlCl4-反應生成Al2Cl7-，電極反應式為Al-3e-+7AlCl4-=4Al2Cl7-，B項正確；C項，充電時Ph3N失電子生成Ph3N+ ， Ph3N陽極、Al為陰極，陰離子向陽極移動，所以AlCl4-向陽極Ph3N移動，C項錯誤；D項，充電時Ph3N失電子生成Ph3N+，則生成1個Ph3N轉移1個電子，所以理論上每生成1molPh3N，外電路通過1mol電子，D項正確。故選C。
13．
【答案】D
【解析】由總反應可知放電時KSn合金為負極，羧基化碳納米管為正極；充電時KSn合金與電源負極相連，為電解池陰極，羧基化碳納米管為陽極。A項，放電時為原電池裝置，內電路中電流是由負極流向正極，即放電時，內電路中電流由KSn合金經酯基電解質流向羧基化碳納米管，A正確；B項，根據總反應式可知，負極反應式為：KSn-e-=Sn+K+，電池的正極反應式為4K++3CO2+4e-=2K2CO3+C，B正確；C項，電極材料為KSn和羧基化碳納米管，KSn與水反應，-COOH與KOH反應，可促進電子的轉移，C正確；D項，充電時陽極反應為：C-4e-+ K2CO3=3 CO2↑+4K+， 碳納米管及附著的碳酸鉀會減少，電路中通過1mol電子，多壁碳納米管減重3g，碳酸鉀減少30g，D錯誤；故選D。
14．
【答案】D
【解析】以VN-NPs/N-CNFs和K/KFe[Fe(CN)6]的鉀離子電池，放電時銅電極反應為VN+3K++3e-→V+K3N，故放電時Cu電極為正極，Al電極為負極。A項，放電時，Al電極為負極，在Al電極區發生的是氧化反應，故A正確；B項，電池中含有鉀，鉀性質活潑能與水反應，故該電池的溶劑為有機溶劑，該電池的溶劑不能為水溶液，故B正確；C項，放電時，Al電極為負極，鉀離子向正極移動，即放電時，電解質中的K+向Cu電極區移動，故C正確；D項，放電時，銅電極反應為VN+3K++3e-→V+K3N，每轉移1mole-，Cu電極區質量增加39g，故D錯誤；故選D。
15．
【答案】C
【解析】由題意知該電池屬于二次電池，示意圖為放電過程，M極Na3V2(PO4)3轉化為NaV2(PO4)3，發生失電子的氧化反應，為負極，N極Na3V2(PO4)3轉化為Na5V2(PO4)3，發生得電子的還原反應，為正極，充電時為電解池，M極為陰極，N極為陽極。A項，根據上述分析電池總反應可表示為2Na3V2(PO4)3Na5V2(PO4)3+NaV2(PO4)3，A項正確；B項，充電時，N極為陽極，陽極電極反應式為Na5V2(PO4)3-2e-=Na3V2(PO4)3+2Na+，B項正確；C項，放電時，M極為負極，但充電時，M極為陰極，是電子流入的一極，C項錯誤；D項，由電池總反應知，放電時，電路中通過0.005mol電子時，負極減少0.005molNa+的質量，正極增加0.005molNa+的質量，兩極質量差為，D項正確。故選C。
16．
【答案】B
【解析】由電池放電時的反應可知，Li化合價由0價變成+1價，故是原電池的負極，復雜材料電極是正極。A項，放電時，Li電極作電池負極，有電子經導線流出，A正確；B項，充電時，陽極C變成二氧化碳，陰極Li+變成Li，故每轉移1mol電子，消耗0.25molC質量為3g，生成1molLi質量為7g，故兩電極的質量變化差值為3g+7g=10g，B錯誤；C項，充電時，陽極上C失電子變成二氧化碳，故陽極的電極反應式為C-4e-+2Li2CO3 =3CO2↑+4Li+，C正確；D項，CNTs碳納米管是一種電導率高、比表面積大、通道和孔隙率豐富的導電基底，增加二氧化碳的吸收效率，故可使該電池表現出優異的電化學性能，D正確；故選B。
17.
【答案】A
【解析】高電壓水系鋅-有機混合液流電池工作原理為：放電時為原電池，金屬Zn發生失電子的氧化反應生成Zn2+，為負極，則FQ所在電極為正極，正極反應式為2FQ+2e-+2H+═FQH2，負極反應式為Zn-2e-+4OH-=Zn(OH)42-；充電時電解池，原電池的正負極連接電源的正負極，陰陽極的電極反應與原電池的負正極的反應式相反，電解質中陽離子移向陰極、陰離子移向陽極。A項，充電時裝置為電解池，電解質中陽離子移向陰極、陰離子移向陽極，NaCl溶液中的鈉離子和氯離子分別發生定向移動，即電解質NaCl的濃度減小，故A錯誤；B項，放電時為原電池，金屬Zn為負極，負極反應式為Zn-2e-+4OH-=Zn(OH) 42-，故B正確；C項，充電時電解池，陽極反應為FQH2-2e-=2FQ+2e-+2H+，則1molFQH2轉化為FQ時轉移2mol電子，故C正確；D項，放電時為原電池，正極反應式為2FQ+2e-+2H+═FQH2，即正極區溶液的pH增大，故D正確；故選A。（北京）股份有限公司
1第12講 二次電池的充電和放電 學案
利用化學反應的可逆性，可以組建成一個新電池，即當一個化學反應轉化為電能之后，還可以用電能使化學體系修復，然后再利用化學反應轉化為電能，所以叫二次電池，又稱為充電電池或蓄電池。充電電池的充放電循環可達數千次到上萬次，故其相對干電池而言更經濟實用。市場上主要充電電池有鎳氫電池、鎳鎘電池、鉛酸(或鉛蓄)電池、鋰離子電池、聚合物鋰離子電池等。最常見的二次電池是
鉛蓄電池由兩組柵狀極板交替排列而成，正極板上覆蓋有PbO2，負極板上覆蓋有Pb，電解質是H2SO4溶液，總反應為Pb(s)＋PbO2(s)＋2H2SO4(aq) 2PbSO4(s)＋2H2O(l)：
(2024·河北卷)我國科技工作者設計了如圖所示的可充電Mg-CO2電池，以Mg(TFSI)2為電解質，電解液中加入1，3-丙二胺(PAD)以捕獲CO2，使放電時CO2還原產物為MgC2O4。該設計克服了MgCO3導電性差和釋放CO2能力差的障礙，同時改善了Mg2+的溶劑化環境，提高了電池充放電循環性能。下列說法錯誤的是（ B ）
A. 放電時，電池總反應為
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,Mg2+向陰極遷移
D放電時，每轉移1mol電子，理論上可轉化1molCO2
解析 【分析】放電時CO2轉化為MgC2O4，碳元素化合價由+4價降低為+3價，發生還原反應，所以放電時，多孔碳納米管電極為正極、Mg電極為負極，則充電時多孔碳納米管電極為陽極、Mg電極為陰極：
定位：二次電池，放電時陽離子向正極移動，充電時陽離子向陰極移動。 電極過程電極反應式電極放電充電多孔碳納米管電極放電充電
【詳解】A．根據以上分析，放電時正極反應式為、負極反應式為，將放電時正、負電極反應式相加，可得放電時電池總反應：，故A正確；B．充電時，多孔碳納米管電極上發生失電子的氧化反應，則多孔碳納米管在充電時是陽極，與電源正極連接，故B正確；
C．充電時，電極為陰極，電子從電源負極經外電路流向電極，同時向陰極遷移，故C錯誤；
D．根據放電時的電極反應式可知，每轉移電子，有參與反應，因此每轉移電子，理論上可轉化，故D正確；
故答案為：C。
（2024·安徽卷）我國學者研發出一種新型水系鋅電池，其示意圖如下。該電池分別以Zn-TCPP(局部結構如標注框內所示)形成的穩定超分子材料和Zn為電極，以ZnSO4和KI混合液為電解質溶液。下列說法錯誤的是（ C ）
A. 標注框內所示結構中存在共價鍵和配位鍵
B. 電池總反應為：
C. 充電時，陰極被還原的Zn2+主要來自Zn-TCPP
D. 放電時，消耗0.65gZn，理論上轉移0.02mol電子
解析【分析】由圖中信息可知，該新型水系鋅電池的負極是鋅、正極是超分子材料；負極的電極反應式為，則充電時，該電極為陰極，電極反應式為；正極上發生，則充電時，該電極為陽極，電極反應式為。
【詳解】A．標注框內所示結構屬于配合物，配位體中存在碳碳單鍵、碳碳雙鍵、碳氮單鍵、碳氮雙鍵和碳氫鍵等多種共價鍵，還有由提供孤電子對、提供空軌道形成的配位鍵，A正確；
B．由以上分析可知，該電池總反應為，B正確；
C．充電時，陰極電極反應式為，被還原的Zn2+主要來自電解質溶液，C錯誤；
D．放電時，負極的電極反應式為，因此消耗0.65 g Zn（物質的量為0.01mol），理論上轉移0.02 mol電子，D正確；
綜上所述，本題選C。
3.（2024·全國甲卷）科學家使用δ-MnO2研制了一種MnO2-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ZnMn2O4。下列敘述正確的是（ C ）
A.充電時，Zn2+向陽極方向遷移
B.充電時，會發生反應Zn+MnO2=ZnMn2O4
C.放電時，正極反應有MnO2+H2O2+e-=MnOOH+OH-
D.放電時，Zn電極質量減少0.65g，MnO2電極生成了0.020 mol MnOOH
解析【分析】Zn具有比較強的還原性，具有比較強的氧化性，自發的氧化還原反應發生在Zn與MnO2之間，所以電極為正極，Zn電極為負極，則充電時電極為陽極、Zn電極為陰極。
【詳解】A．充電時該裝置為電解池，電解池中陽離子向陰極遷移，即向陰極方向遷移，A不正確；
B．放電時，負極的電極反應為，則充電時陰極反應為Zn2++2e-=Zn，即充電時Zn元素化合價應降低，而選項中Zn元素化合價升高，B不正確；
C．放電時電極為正極，正極上檢測到和少量，則正極上主要發生的電極反應是，C正確；
D．放電時，Zn電極質量減少0.65g（物質的量為0.010mol），電路中轉移0.020mol電子，由正極的主要反應可知，若正極上只有生成，則生成的物質的量為0.020mol，但是正極上還有生成，因此，的物質的量小于0.020mol，D不正確；
綜上所述，本題選C。
4.(2023·遼寧卷)某低成本儲能電池原理如下圖所示。下列說法正確的是 ( B )
A. 放電時負極質量減小
B. 儲能過程中電能轉變為化學能
C. 放電時右側H+通過質子交換膜移向左側
D. 充電總反應：
解析【分析】該儲能電池放電時，Pb為負極，失電子結合硫酸根離子生成PbSO4，則多孔碳電極為正極，正極上Fe3+得電子轉化為Fe2+，充電時，多孔碳電極為陽極，Fe2+失電子生成Fe3+，PbSO4電極為陰極，PbSO4得電子生成Pb和硫酸。
【詳解】A．放電時負極上Pb失電子結合硫酸根離子生成PbSO4附著在負極上，負極質量增大，A錯誤；
B．儲能過程中，該裝置為電解池，將電能轉化為化學能，B正確；
C．放電時，右側為正極，電解質溶液中的陽離子向正極移動，左側的H+通過質子交換膜移向右側，C錯誤；
D．充電時，總反應為PbSO4+2Fe2+=Pb++2Fe3+，D錯誤；
故答案選B。
5. 我國科學家發明了一種以和為電極材料的新型電池，其內部結構如下圖所示，其中①區、②區、③區電解質溶液的酸堿性不同。放電時，電極材料轉化為。下列說法錯誤的是( B )
A. 充電時，b電極上發生還原反應
B. 充電時，外電源的正極連接b電極
C. 放電時，①區溶液中的向②區遷移
D. 放電時，a電極的電極反應式為
解析
【分析】放電時，電極材料轉化為，電極反應 -2ne-= +2nK+，是原電池的負極，陽離子增多需要通過陽離子交換膜進入②區；二氧化錳得到電子變成錳離子，是原電池的正極，電極反應：，陽離子減少，多余的陰離子需要通過陰離子交換膜進入②區，故③為堿性溶液是電極，①為酸性溶液是二氧化錳電極。
【詳解】A．充電時，b電極上得到電子，發生還原反應，A正確；
B．充電時，外電源的正極連接a電極相連，電極失去電子，電極反應為，B錯誤；
C．放電時，①區溶液中多余的向②區遷移，C正確；
D．放電時，a電極的電極反應式為，D正確；
故選：B。
6. 一種可在較高溫下安全快充鋁-硫電池的工作原理如圖，電解質為熔融氯鋁酸鹽(由和形成熔點為的共熔物)，其中氯鋁酸根起到結合或釋放的作用。電池總反應：。下列說法錯誤的是
A. 含個鍵
B. 中同時連接2個原子的原子有個
C. 充電時，再生單質至少轉移電子
D. 放電時間越長，負極附近熔融鹽中n值小的濃度越高
【分析】放電時鋁失去電子生成鋁離子做負極，硫單質得到電子做正極，充電時鋁離子得到電子生成鋁發生在陰極，硫離子失去電子生成硫單質發生在陽極，依此解題。
解析
【詳解】A．的結構為，所以含個鍵，A正確；
B．由的結構可知同時連接2個原子的原子有個，B正確；
C．由總反應可知充電時，再生單質需由鋁離子得到電子生成，所以至少轉移電子，C正確；
D．由總反應可知放電時間越長，負極鋁失去電子生成的鋁離子越多所以n值大的濃度越高，D錯誤；
故選D。
7.(2022·全國乙,12,6分,難度★★★)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,光催化電極產生電子(e-)和空穴(h+),驅動陰極反應(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 (　C　)
A.充電時,電池的總反應Li2O22Li+O2
B.充電效率與光照產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,正極發生反應O2+2Li++2e-Li2O2
解析 本題結合光催化充電過程,考查了Li-O2充電電池的工作原理。
根據電子守恒,將陰極反應和陽極反應加和可得充電時總反應方程式:Li2O22Li+O2,A項敘述正確;根據題給信息,充電過程通過光照產生的電子和空穴實現光能轉化為電能,B項敘述正確;放電時,帶正電的Li+應向電池的正極移動,C項敘述錯誤;根據圖示,放電時正極上O2轉化為Li2O2,電極反應為2Li++2e-+O2Li2O2,D項敘述正確。
將題干信息與裝置圖中“充電、放電”過程中的微粒轉化相聯系,即可準確解答。
8.(2022·廣東)科學家基于Cl2易溶于CCl4的性質,發展了一種無需離子交換膜的新型氯流電池,可作儲能設備(如圖)。充電時電極a的反應為NaTi2(PO4)3+2Na++2e-Na3Ti2(PO4)3。
下列說法正確的是 (　C　)
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1 mol Cl2,電極a質量理論上增加23 g
解析 根據題干給的方程式知:充電時電極a上發生得電子的反應,為陰極,放電時電極a失電子,為負極,則充電時電極b為陽極,A項錯誤;放電時正極的電極反應式為Cl2+2e-2Cl-,NaCl溶液中氫離子和氫氧根離子的濃度無變化,pH不變,B項錯誤;放電時正極反應生成氯離子,負極反應生成鈉離子,放電時NaCl溶液的濃度增大,C項正確;充電時電極b的反應為2Cl--2e-Cl2↑,每生成1 mol氯氣轉移2 mol電子,電極a理論上有2 mol Na+轉化為Na3Ti2(PO4)3,增重46 g,D項錯誤。
9.(2021·湖南)鋅/溴液流電池是一種先進的水溶液電解質電池,廣泛應用于再生能源儲能和智能電網的備用電源等。三單體串聯鋅/溴液流電池工作原理如圖所示:
下列說法錯誤的是 (　B　)
A.放電時,N極為正極
B.放電時,左側貯液器中ZnBr2的濃度不斷減小
C.充電時,M極的電極反應式為Zn2++2e-Zn
D.隔膜允許陽離子通過,也允許陰離子通過
解析 本題考查新型化學電源工作原理。該電池放電反應總方程式:Zn+Br2ZnBr2,放電時,Br2在正極反應,ZnBr2被循環回路“回收”至左側貯液器中,A項說法正確、B項說法錯誤;充電時,鋅極為陰極發生還原反應:Zn2++2e-Zn,C項說法正確;放電時,Br2得電子產生Br-,通過隔膜遷移向負極區,形成ZnBr2回流至左側貯液器,Zn失電子產生Zn2+,通過隔膜遷移至正極區,形成ZnBr2回流至右側貯液器,充電時,Zn2+得電子生成Zn在M極放電,部分Zn2+在隔膜上生成沉積鋅,而Br-在貯液器處轉化為Br2復合物貯存,該過程中Zn2+、Br-都可以通過隔膜,D項說法正確。
總反應方程式在電化學中的應用
解答本題的關鍵是根據題意結合圖示寫出電池的總反應方程式:Zn+Br2ZnBr2,然后根據總反應方程式寫出正、負極電極反應式。
10.(2021·福建)催化劑TAPP-Mn(Ⅱ)的應用,使電池的研究取得了新的進展。該電池結構在該催化劑作用下正極反應可能的歷程如下圖所示。
下列說法錯誤的是 (　D　)
A.Li-CO2電池可使用有機電解液
B.充電時,Li+由正極向負極遷移
C.放電時,正極反應為3CO2+4Li++4e-2Li2CO3+C
D.*LiCO2、*CO、*LiC2O3和C都是正極反應的中間產物
解析 Li是活潑金屬,能與水發生反應,因此不能采用水溶液作為電解液,應使用有機電解液,A項說法正確;充電時是電解池原理,則Li+由正極向負極遷移,B項說法正確;由裝置圖可知,在該原電池的正極上二氧化碳得電子生成C單質,電極反應式為:3CO2+4Li++4e-2Li2CO3+C,C項說法正確;由正極的反應歷程圖示可知,C為最終產物,不是中間產物,D項說法錯誤。
11.(2021·浙江)某全固態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LiCoO2薄膜;集流體起導電作用。下列說法不正確的是 (　B　)
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 mol電子時,LiPON薄膜電解質損失a mol Li+
C.放電時,電極B為正極,反應可表示為Li1-xCoO2+xLi++xe-LiCoO2
D.電池總反應可表示為LixSi+Li1-xCoO2Si+LiCoO2
解析 本題考查新型化學電源。充電時Li+轉化為Li嵌入的電極為陰極,放電時為負極,該電池的總反應為LixSi+Li1-xCoO2Si+LiCoO2,放電時正極反應式為Li1-xCoO2+xLi++xe-LiCoO2,A、C、D項說法正確;放電時Li失電子產生Li+,Li+移向LiPON薄膜,LiPON薄膜中的Li+移向電極B,LiPON導電層的Li+數保持不變,B項說法錯誤。
12.(2020·全國)科學家近年發明了一種新型Zn-CO2水介質電池。電池示意圖,電極為金屬鋅和選擇性催化材料。放電時,溫室氣體CO2被轉化為儲氫物質甲酸等,為解決環境和能源問題提供了一種新途徑。
下列說法錯誤的是 (　D　)
A.放電時,負極反應為Zn-2e-+4OH-Zn(OH
B.放電時,1 mol CO2轉化為HCOOH,轉移的電子數為2 mol
C.充電時,電池總反應為2Zn(OH2Zn+O2↑+4OH-+2H2O
D.充電時,正極溶液中OH-濃度升高
解析 依據題給文字及圖示信息,可確定該裝置為二次電池。當放電時(即原電池),負極為Zn,電極反應式為Zn+4OH--2e-Zn(OH;正極發生還原反應,電極反應式為CO2+2H++2e-HCOOH,A、B兩項說法正確。當充電時(即電解池),陽極反應式為2H2O-4e-O2↑+4H+;陰極反應式為Zn(OH+2e-Zn+4OH-,總反應式為2Zn(OH2Zn+O2↑+4OH-+2H2O,C項說法正確,D項說法錯誤。
13.(2019·全國)為提升電池循環效率和穩定性,科學家近期利用三維多孔海綿狀Zn(3D-Zn)可以高效沉積ZnO的特點,設計了采用強堿性電解質的3D-Zn-NiOOH二次電池,結構如下圖所示。電池反應為Zn(s)+2NiOOH(s)+H2O(l)ZnO(s)+2Ni(OH)2(s)。下列說法錯誤的是 (　D　)
A.三維多孔海綿狀Zn具有較高的表面積,所沉積的ZnO分散度高
B.充電時陽極反應為Ni(OH)2(s)+OH-(aq)-e-NiOOH(s)+H2O(l)
C.放電時負極反應為Zn(s)+2OH-(aq)-2e-ZnO(s)+H2O(l)
D.放電過程中OH-通過隔膜從負極區移向正極區
解析 三維多孔海綿狀Zn類似于活性炭,故表面積較大,可高效沉積ZnO,所沉積的ZnO分散度也高,A項說法正確;根據總反應式Zn(s)+2NiOOH(s)+H2OZnO(s)+2Ni(OH)2(s)可知,充電時Ni(OH)2(s)在陽極上發生氧化反應Ni(OH)2(s)+OH-(aq)-e-NiOOH(s)+H2O(l),B項說法正確;放電時Zn在負極上發生氧化反應Zn(s)+2OH- -2e-ZnO(s)+H2O(l),C項說法正確;在放電過程中,陰離子應向負極移動,D項說法錯誤。
14.(2019·天津)我國科學家研制了一種新型的高比能量鋅-碘溴液流電池,其工作原理示意圖如下。圖中貯液器可儲存電解質溶液,提高電池的容量。下列敘述不正確的是 (　D　)
A.放電時,a電極反應為I2Br-+2e-2I-+Br-
B.放電時,溶液中離子的數目增大
C.充電時,b電極每增重0.65 g, 溶液中有0.02 mol I-被氧化
D.充電時,a電極接外電源負極
解析 根據離子和電子的移動方向可知,a電極是正極,b電極是負極。放電時,負極電極反應為Zn-2e-Zn2+,正極電極反應為I2Br-+2e-2I-+Br-,顯然A、B兩項說法正確;充電時,b電極電極反應為Zn2++2e-Zn,每增重0.65 g轉移0.02 mol e-,根據以上分析,可知溶液中有0.02 mol I-被氧化,C項說法正確;充電時,陽極接電源正極,故D項說法錯誤。
15.(2018·全國)我國科學家研發了一種室溫下“可呼吸”的Na-CO2二次電池。將NaClO4溶于有機溶劑作為電解液,鈉和負載碳納米管的鎳網分別作為電極材料,電池的總反應為3CO2+4Na2Na2CO3+C,下列說法錯誤的是 (　D　)
A.放電時,Cl向負極移動
B.充電時釋放CO2,放電時吸收CO2
C.放電時,正極反應為:3CO2+4e-2C+C
D.充電時,正極反應為:Na++e-Na
解析 根據總反應可知,放電時二氧化碳在正極得電子被吸收,充電時又被釋放出來,B項說法正確;放電時,負極上Na失電子,正極上CO2得電子,正極電極反應式為3CO2+4e-2C+C,C項說法正確;充電時陰極反應式為Na++e-Na,D項說法錯誤。
16.(2018·全國)一種可充電鋰-空氣電池如圖所示。當電池放電時,O2與Li+在多孔碳材料電極處生成Li2O2-x(x=0或1)。下列說法正確的是 (　D　)
A.放電時,多孔碳材料電極為負極
B.放電時,外電路電子由多孔碳材料電極流向鋰電極
C.充電時,電解質溶液中Li+向多孔碳材料區遷移
D.充電時,電池總反應為Li2O2-x2Li+(1-)O2
解析 充電時,鋰電極作陰極,多孔碳材料電極作陽極,電解質溶液中Li+應向鋰電極區移動,C項錯誤;充電反應與放電反應相反:Li2O2-x2Li+(1-)O2,D項正確。
17.(2017·全國)全固態鋰硫電池能量密度高、成本低,其工作原理如圖所示,其中電極a常用摻有石墨烯的S8材料,電池反應為:16Li+xS88Li2Sx(2≤x≤8)。下列說法錯誤的是 (　D　)
A.電池工作時,正極可發生反應:2Li2S6+2Li++2e-3Li2S4
B.電池工作時,外電路中流過0.02 mol電子,負極材料減重0.14 g
C.石墨烯的作用主要是提高電極a的導電性
D.電池充電時間越長,電池中Li2S2的量越多
解析 A項,在該電池中電極a為正極,發生的反應依次為:
S8+2Li++2e-Li2S8
3Li2S8+2Li++2e-4Li2S6
2Li2S6+2Li++2e-3Li2S4
Li2S4+2Li++2e-2Li2S2,故A項說法正確;B項,原電池工作時,轉移0.02 mol電子時,被氧化的Li的物質的量為0.02 mol,質量減少0.14 g,說法正確;C項,石墨烯能導電,利用石墨烯作電極,可提高電極a的導電性,說法正確;D項,電池充電時由于Li+得到電子生成Li,則電池充電時間越長,電池中Li2S2的量越少,說法錯誤。
1．二次電池的充放電規律
(1)放電時是原電池反應，充電時是電解池反應。
(2)充電時，可充電電池的正極連接外接電源的正極，可充電電池的負極連接外接電源的負極。[]
(3)充、放電時電解質溶液中離子移動方向的判斷：分析電池工作過程中電解質溶液的變化時，要結合電池總反應進行分析。
①首先應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→正極，陰離子→負極；
充電：陽離子→陰極，陰離子→陽極；
總之：陽離子→發生還原反應的電極；陰離子→發生氧化反應的電極。
2．二次電池的解題模板
3．可充電電池的思維模型
因此，充電時電極的連接可簡記為“負接負后作陰極，正接正后作陽極”。
4．可充電電池題目的解答思路

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