小题18 可充电电池装置 ——备战2021年高考化学经典小题考前必刷（全国通用）（解析版）

小题 18 可充电电池装置 1．把握可充电电池题目的解答思路 一定 装置类型 ─ 放电—原电池；充电—电解池 ↓ 二判 电极名称 ─ 放电时的正极为充电时的阳极， 放电时的负极为充电时的阴极 ↓ 三写 电极反应式 ─ 放电时的正极反应颠倒过来为充电时 的阳极反应；放电时的负极反应颠倒 过来为充电时的阴极反应 ↓ 四看 离子移动 ─ 由生成一极向消耗一极移动；区域 pH 变化：OH－生成区，H＋消耗区，pH 增大； OH－消耗区，H＋生成区，pH 减小 2．充放电电池电极反应的书写(2 题为例) (1)分析总反应方程式化合价变化，首先书写较简单电极反应式。 负极：Zn－2e－＋2OH－===ZnO＋H2O 正极：总反应－负极： NiOOH＋H2O＋e－===Ni(OH)2＋OH－ 则阳极：Ni(OH)2＋OH－－e－===NiOOH＋H2O(与电源正极反应相反) 阴极：ZnO＋H2O＋2e－===Zn＋2OH－(与电源负极反应相反) (2)充放电操作：在充电时，外接电源的正极接电池的正极，即正接正、负接负。 刷试题 难度：★★★☆☆ 建议用时： 20 分钟 正确率 ： /15 1．熔融钠-硫电池性能优良，是具有应用前景的储能电池。下图中的电池反应为 2 x2Na+xS Na S 充电 放电 (x=5~3， 难溶于熔融硫)，下列说法错误．．的是 A．Na2S4 的电子式为 B．放电时正极反应为 + - 2 xxS+2Na +2e =Na S C．Na 和 Na2Sx 分别为电池的负极和正极 D．该电池是以 2 3Na-β-Al O 为隔膜的二次电池 【答案】C 【分析】 根据电池反应： 2 x2Na+xS Na S 充电 放电 可知，放电时，钠作负极，发生氧化反应，电极反应为：Na-e-= Na+， 硫作正极，发生还原反应，电极反应为 + - 2 xxS+2Na +2e =Na S ，据此分析。 【详解】 A．Na2S4 属于离子化合物，4 个硫原子间形成三对共用电子对，电子式为 ，故 A 正确； B．放电时发生的是原电池反应，正极发生还原反应，电极反应为： + - 2 xxS+2Na +2e =Na S ，故 B 正确； C．放电时，Na 为电池的负极，正极为硫单质，故 C 错误； D．放电时，该电池是以钠作负极，硫作正极的原电池，充电时，是电解池， 2 3Na-β-Al O 为隔膜，起到电 解质溶液的作用，该电池为二次电池，故 D 正确； 答案选 C。 2．科学家近年发明了一种新型 Zn−CO2 水介质电池。电池示意图如图，电极为金属锌和选择性催化材料， 放电时，温室气体 CO2 被转化为储氢物质甲酸等，为解决环境和能源问题提供了一种新途径。 下列说法错误的是 A．放电时，负极反应为 2 4Zn 2e 4OH Zn(OH)     B．放电时，1 mol CO2 转化为 HCOOH，转移的电子数为 2 mol C．充电时，电池总反应为 2 4 2 22Zn OH) 2Zn O 4OH O( 2H      D．充电时，正极溶液中 OH−浓度升高 【答案】D 【分析】 由题可知，放电时，CO2 转化为 HCOOH，即 CO2 发生还原反应，故放电时右侧电极为正极，左侧电极为负 极，Zn 发生氧化反应生成 2- 4Zn(OH) ；充电时，右侧为阳极，H2O 发生氧化反应生成 O2，左侧为阴极， 2- 4Zn(OH) 发生还原反应生成 Zn，以此分析解答。 【详解】 A．放电时，负极上 Zn 发生氧化反应，电极反应式为： - - 2- 4Zn-2e +4OH =Zn(OH) ，故 A 正确，不选； B．放电时，CO2 转化为 HCOOH，C 元素化合价降低 2，则 1molCO2 转化为 HCOOH 时，转移电子数为 2mol， 故 B 正确，不选； C．充电时，阳极上 H2O 转化为 O2，负极上 2- 4Zn(OH) 转化为 Zn，电池总反应为： 2- - 4 2 22Zn(OH) =2Zn+O +4OH +2H O ，故 C 正确，不选； D．充电时，正极即为阳极，电极反应式为： - + 2 22H O-4e =4H +O  ，溶液中 H+浓度增大，溶液中 c(H+)•c(OH-)=KW，温度不变时，KW 不变，因此溶液中 OH-浓度降低，故 D 错误，符合题意； 答案选 D。 3．我国科学家研制了一种新型的高比能量锌-碘溴液流电池，其工作原理示意图如下。图中贮液器可储存电 解质溶液，提高电池的容量。下列叙述不正确的是 A．放电时，a 电极反应为 2I Br 2e 2I Br     B．放电时，溶液中离子的数目增大 C．充电时，b 电极每增重 0.65g ，溶液中有 0.02mol I 被氧化 D．充电时，a 电极接外电源负极 【答案】D 【分析】 放电时，Zn 是负极，负极反应式为 Zn-2e－═Zn2＋，正极反应式为 I2Br－+2e－=2I－+Br－，充电时，阳极反应式 为 Br－+2I－-2e－=I2Br－、阴极反应式为 Zn2＋+2e－=Zn，只有阳离子能穿过交换膜，阴离子不能穿过交换膜， 据此分析解答。 【详解】 A、放电时，a 电极为正极，碘得电子变成碘离子，正极反应式为 I2Br－+2e－=2I－+Br－，故 A 正确； B、放电时，正极反应式为 I2Br－+2e－=2I－+Br－，溶液中离子数目增大，故 B 正确； C、充电时，b 电极反应式为 Zn2＋+2e－=Zn，每增加 0.65g，转移 0.02mol 电子，阳极反应式为 Br－+2I－-2e－ =I2Br－，有 0.02molI－失电子被氧化，故 C 正确； D、充电时，a 是阳极，应与外电源的正极相连，故 D 错误； 故选 D。 4．镍镉（Ni—Cd）可充电电池在现代生活中有广泛应用。已知某镍镉电池的电解质溶液为 KOH 溶液，其 充、放电按下式进行：Cd + 2NiOOH + 2H2O Cd(OH)2 + 2Ni(OH)2。有关该电池的说法正确的是 A．充电时阳极反应：Ni(OH)2－e— + OH- =" NiOOH" + H2O B．充电过程是化学能转化为电能的过程 C．放电时负极附近溶液的碱性不变 D．放电时电解质溶液中的 OH-向正极移动 【答案】A 【详解】 A 项，充电时，镍元素失电子，化合价升高，Ni(OH)2 作阳极，阳极反应式为：Ni(OH)2－e-+ OH- =NiO(OH) + H2O，故 A 项正确； B 项，充电过程实质是电解反应，电能转化为化学能，故 B 项错误； C 项，放电时负极 Cd 失去电子生成 Cd(OH)2，消耗 OH- 使负极附近溶液 pH 减小，故 C 项错误； D 项，放电时 Cd 在负极消耗 OH- ，OH- 向负极移动，故 D 项错误。 综上所述，本题正确答案为 A。 5．中国科学院研发了一种新型钾电池，有望成为锂电池的替代品。该电池的电解质为 CF3SO3K 溶液，其简 要组成如图所示。电池放电时的总反应为 2 KC14H10+ x MnFe(CN)6 = 2 K1-xC14H10 + x K2MnFe(CN)6，则下列 说法中，正确的是( ) A．放电时，电子从电极 A 经过 CF3SO3K 溶液流向电极 B B．充电时，电极 A 质量增加，电极 B 质量减少 C．放电时，CF3SO3K 溶液的浓度变大 D．充电时，阳极反应为 K2MnFe(CN)6－2e－= 2K+ + MnFe(CN)6 【答案】D 【详解】 A．放电时，该装置为电池装置，即放电时电子不可能经过电解质溶液，故 A 错误； B．放电时，负极(电极 B)反应式为 KC14H10-xe-=K1-xC14H10+xK+，正极(电极 A)反应式为 MnFe(CN)6+2e-+2K+=K2MnFe(CN)6，充电时应将放电反应倒过来看，显然电极 A 的质量是减少的，电极 B 的质量是增加的，故 B 错误； C．根据 B 分析，放电时， CF3SO3K 溶液的浓度不发生变化的，故 C 错误； D．充电时，电池的正极接电源的正极，充电时的电极反应式应是放电时电极反应逆过程，即阳极反应式为 K2MnFe(CN)6－2e－= 2K+ + MnFe(CN)6，故 D 正确； 答案为 D。 6．锌-空气燃料电池(ZAFC)具有携带方便、成本低及安全无污染等优点，在离网电源及汽车电源的应用上 具有广阔的前景。我国研制的新型锌-空气燃料电池工作原理如图所示，下列说法错误的是 A．放电时，负极反应为 Zn+4OH- -2e-=[Zn(OH)4]2- B．充电时，电解质溶液中 c(OH)-逐渐增大 C．放电时，当负极减少 6. 5 g，通过隔膜的电子个数约为 1.204×1023 D．多孔炭可增大电极与电解质溶液的接触面积，也有利于 O2 扩散至电极表面 【答案】C 【分析】 根据图示，Zn 失去电子生成[Zn(OH)4]2-，Zn 为负极，电极反应式为 Zn+4OH--2e-═[Zn(OH)4]2-，通入 O2 的 电极为原电池的正极，电极反应式为 O2+4e-+2H2O=4OH-；电池充电与放电时电极反应相反，据此分析解答。 【详解】 A．放电时，Zn 失电子生成[Zn(OH)4]2-，电极反应式为 Zn+4OH--2e-═[Zn(OH)4]2-，故 A 正确； B．充电时，电池反应为[Zn(OH)4]2-=2Zn+O2+4OH-+2H2O，电解质溶液中 c(OH-)逐渐增大，故 B 正确； C．放电时，电子由负极经过导线流向正极，不能通过隔膜进入电解质溶液中，故 C 错误； D．采用多孔炭可提高电极与电解质溶液的接触面积、有利于氧气扩散至电极表面，使原电池工作持续、稳 定，故 D 正确； 故选 C。 7．研究发现钾离子可在有机与无机材料层间脱嵌实现电池的充放电过程。如图所示是一种钾离子的二次电 池模型。下列说法正确的是( ) A．放电时，a 为负极，碳元素化合价不变 B．放电时，转移 0.2NA 电子，正极增重 7.8g C．充电时，b 极反应为 K2C6O6-e-+K+=K3C6O6 D．电池总反应为 K4C6O6+K2C6O6 充电 放电 2K3C6O6 【答案】B 【详解】 A．放电时，钾离子向 b 电极移动，b 电极是正极，a 为负极，碳元素失去电子，化合价升高，A 错误； B．放电时正极反应是为 K2C6O6+e－+K＋＝K3C6O6，因此转移 0.2NA 电子，正极增重 0.2mol×39g/mol＝7.8g， B 正确； C．充电时，b 极反应为 K3C6O6-e-＝K2C6O6+K+，C 错误； D．根据以上分析可知电池总反应为 K4C6O6+K2C6O6  充电 放电 2K3C6O6，D 错误； 答案选 B 。 8．2020 年，中国科学院在钠离子电池的研究上取得新突破，其应用领域广、安全性能好，在未来有巨大 市场前景。某水系钠离子二次电池总反应为：2NaFePO4F+ Na3Ti2(PO4)3  放电 充电 2Na2FePO4F+ NaTi2(PO4)3，下列 说法正确的是 A．放电时，溶液中的 Na+移向 a 极 B．放电时，    - + 3 2 4 2 43 3Na Ti PO -2e =NaTi PO +2Na C．充电时，Na2FePO4F 发生还原反应 D．充电时，电路中通过 1mol e-时，b 极增重 46g 【答案】B 【分析】 由电池总反应知，放电时，NaFePO4F 转化为 Na2FePO4F，Fe 元素化合价由+3 价降低到+2 价，发生还原反 应，故 b 极为正极，Na3Ti2(PO4)3 转化为 NaTi2(PO4)3，Ti 元素化合价由+3 价升高到+4 价，发生氧化反应， 故 a 极为负极。 【详解】 A．由分析知，a 极为负极，b 为正极，放电时，Na+移向正极，即 b 极，A 错误； B．由分析知，放电时，Na3Ti2(PO4)3 转化为 NaTi2(PO4)3，对应电极反应为：Na3Ti2(PO4)3-2e-=NaTi2(PO4)3+2Na+， B 正确； C．充电时，Na2FePO4F 转化为 NaFePO4F，Fe 元素由+2 价升高到+3，发生氧化反应，C 错误； D．充电时，b 极发生反应 Na2FePO4F 转化为 NaFePO4F，对应电极反应为：Na2FePO4F-e- =NaFePO4F+Na+， 1 mol 电子转移时，b 电极失去 1 mol Na+，故电极质量减小 23 g，D 错误； 故答案选 B。 9．一种新型水锂充电电池采用复合膜包裹的金属锂和锰酸锂( 2 4LiMn O )作电极材料，以 2 4Li SO 水溶液作 电解质，工作时电池的总反应为 2 4 2 2 4LiMn O +Li=Li Mn O 。下列有关该电池的说法错误．．的是( ) A．该电池放电时，溶液中的 2 4SO  向电极 a 移动 B．该电池的负极反应式为 - +Li-e =Li C．电池充电时，阳极的锂元素质量分数减小 D．去掉包裹金属锂的复合膜能使金属锂的利用率更高 【答案】D 【分析】 结合总反应可知电极 a 为负极，电极 b 为正极。 【详解】 A． 电极 a 为负极，放电时，阴离子移动向负极，则溶液中的 2 4SO  向电极 a 移动，A 正确； B． 电极 a 为负极，锂失去电子生成锂离子，负极反应式为 - +Li-e =Li ，B 正确； C． 电极 b 为正极，充电时，电极 b 为阳极，电极反应式为 - + 2 2 4 2 4Li Mn O -e =Li +LiMn O ，则阳极的锂元 素质量分数减小，C 正确； D． 去掉包裹金属锂的复合膜，由于锂化学性质活泼，易与水或氧气反应，使金属锂的利用率降低，D 错 误；故选 D。 10．某锂铜二次电池工作质理如图所示。在该电池中，水系电解液和非水系电解液被锂离子固体电解质陶 瓷片(LISICON) 隔开。下列有关说法错误的是 A．放电时，N 极电极反应式为 Cu2++2e -=Cu B．Li+可以通过陶瓷片，水分子不能 C．充电时，接线柱 B 应与电源的负极相连 D．充电时，M 电极发生还原反应 【答案】C 【分析】 锂铜可充电电池，工作原理：放电时，金属锂是负极，发生失电子的氧化反应，在充电时，电源的正极连 接原电池的正极，发生失电子的氧化反应，非水系电解液和水系电解液被锂离子固体电解质陶瓷片 （LISICON）隔开，则陶瓷片允许 Li+通过，不允许水分子通过，据此回答。 【详解】 A．放电时，N 极是原电池的正极，电极反应式为 Cu2++2e-=Cu，故 A 正确； B．非水系电解液和水系电解液被锂离子固体电解质陶瓷片（LISICON）隔开，则陶瓷片允许 Li+通过，不 允许水分子通过，故 B 正确； C．放电时，N 极是原电池的正极，充电时，接线柱 B 应与电源的正极相连，故 C 错误； D．充电时，M 极是阴极，因此 M 电极发生还原反应，故 D 正确； 故选 C。 11．有机物液流电池因其电化学性能可调控等优点而备受关注。南京大学研究团队设计了一种水系分散的 聚合物微粒“泥浆”电池(图 1)。该电池在充电过程中，聚对苯二酚(图 2)被氧化，下列说法错误的是( ) A．放电时，电流由 a 电极经外电路流向 b 电极 B．充电时，a 电极附近的 pH 减小 C．充电时，b 电极的电极反应方程式为 +4ne-+4nH+= D．电池中间的隔膜为特殊尺寸半透膜，放电时 H+从 a 极区经过半透膜向 b 极区迁移 【答案】D 【分析】 该电池在充电过程中，聚对苯二酚被氧化，可知 a 为原电池的正极，b 为原电池的负极 【详解】 A．放电为原电池，电流由正极流向负极，即由 a 极流向 b 极，A 项不符合题意； B．充电时，聚对苯二酚在 a 电极被氧化，释放出 H+，酸性增强，pH 减小，B 项不符合题意； C．充电 b 电极为阴极，发生还原反应，根据得失电子守恒和环境知该电极反应式正确，C 项不符合题意； D．放电为原电池，阳离子从负极项正极迁移，即由 b 极向 a 极迁移，D 项符合题意； 故正确选项为 D 12．某课题组以纳米 Fe2O3 作为电极材料制备锂离子电池(另一极为金属锂和石墨的复合材料)，通过在室温 条件下对锂离子电池进行循环充放电，成功地实现了对磁性的可逆调控(如图所示)。以下说法中正确的是 ( ) A．放电时，正极的电极反应式为 Fe2O3+6Li++6e-=2Fe+3Li2O B．该电池可以用水溶液作电解质溶液 C．放电时，Fe 作电池的负极，Fe2O3 作电池的正极 D．充电时，Fe 作阴极，电池被磁铁吸引 【答案】A 【分析】 由电池的示意图可知，电池放电的反应物为氧化铁和单质锂，生成物为单质铁和氧化锂，所以放电的总反 应为 Fe2O3+6Li=2Fe+3Li2O，据此分析解答。 【详解】 A．电池的负极为单质锂，所以负极反应为 6Li-6e-=6Li+，总反应减去负极反应得到正极反应： Fe2O3+6Li++6e-=2Fe+3Li2O，故 A 正确； B．因为单质锂可以与水反应(类似金属钠)，所以电解质溶液不能是水溶液，故 B 错误； C．放电时，Li 作电池的负极，Fe2O3 作电池的正极，故 C 错误； D．由题图可知，充电时电池会远离磁铁，实际上是因为充电时电池中的单质铁转化为氧化铁，不能被磁铁 吸引，故 D 错误； 答案选 A。 13．某柔性屏手机的柔性电池以碳纳米管做电极材料，以 ZnSO4 溶液的有机高聚物为固态电解质，其电池 总反应为：MnO2+ 1 2 Zn+(1+ x 6 )H2O+ 1 6 ZnSO4  放电 充电 MnOOH+ 1 6 ZnSO4·3Zn(OH)2·xH2O，其电池结构如图所示， 下列说法正确的是( ) A．放电时，锌膜发生还原反应 B．放电时，电池的正极反应为：MnO2+e-+H+=MnOOH C．充电时，Zn2+移向 MnO2 膜 D．充电时，含有锌膜的碳纳米管纤维一端连接电源负极 【答案】D 【详解】 A．锌膜为原电池的负极，放电时锌极发生氧化反应，而不是还原反应，A 错误； B．放电过程正极上是二氧化锰得到电子生成 MnOOH，电极反应为 MnO2+e-+H2O=MnOOH+OH-，B 错误； C．放电过程中含有锌膜的碳纳米管纤维为负极，充电过程中，含有锌膜的碳纳米管纤维作阴极，阳离子移 向阴极， 即 Zn2+移向 Zn 膜，C 错误； D．充电时，含有锌膜的碳纳米管纤维一 端中锌离子要还原成单质锌，所以应作阴极，应连电源的负极， D 正确； 故选 D。 14．（双选）2019 年诺贝尔化学奖颁给了为锂离子电池发展作出突出贡献的三位科学家，他们创造了一个 可充电的世界。 Garnet 型固态电解质被认为是锂电池最佳性能固态电解质。某 Garnet 型可充电锂电池 放电时工作原理如图所示，下列说法正确的是( ) (电池总反应为： 放 电 x 6 1-x 充 电 Li C +Li LaZrTaO LaZrTaO+6C      ) A．放电时，b 极为负极 B．充电时，固态电解质中 Li 移向 a 极 C．放电时，a 极反应 1 xLiLaZrTaO- e Li Li LaZrTaOx x    D．充电时，若转移 0.01mol 电子，b 极质量减少 0.07g 【答案】BD 【分析】 电池放电时，阳离子向正极移动，根据放电时 Li 的移动方向可知，b 极为正极，则 a 极为负极，据此解答。 【详解】 A．电池放电时，阳离子向正极移动，根据放电时 Li 的移动方向可知，b 极为正极，A 错误； B．充电时，a 为阴极，b 为阳极， Li 移向阴极，B 正确： C．放电时 a 极为负极，a 电极上发生反应 x 6Li C xe xLi 6C    ，C 错误； D．充电时，b 为阳极，b 极反应， 1 xLiLaZrTaO xe xLi Li LaZrTaO     ，若转移 0.01mol 电子，则 有 0.01molLi 从 b 电极中脱去，电极减重 0.01mol 7g / mol 0.07g  ，D 正确。 答案选 BD。 15．（双选）下图是一种正投入生产的大型蓄电系统。放电前，被膜隔开的电解质为 2 2Na S 和 3NaBr ，放 电后分别变为 2 4Na S 和 NaBr 。下列叙述正确的是( ) A．放电时，负极反应为 2 2 2 42S 2e =S   B．充电时，阳极反应为 2 2 2 4=2Na S 2e Na S 2Na   C．放电时， Na  经过离子交换膜，由 b 池移向 a 池 D．用该电池电解饱和食盐水，产生 22.24L H 时， b 池生成 2 417.40g Na S 【答案】AC 【分析】 放电前，被膜隔开的电解质为 2 2Na S (右罐)和 3NaBr (左罐)，则 2 2Na S 在负极失电子， 3NaBr 在正极得电子； 充电时，阴极为负极的逆反应，阳极为正极的逆反应，据此分析解答。 【详解】 A．负极 Na2S2 失电子，放电时，负极反应为 2 2 2 42S 2e =S   ，故 A 正确； B．充电时，阳极上 Br 失电子转化为 3Br ，则阳极的电极反应式为： 33Br 2e =Br   ，故 B 错误； C．电池放电时， 2 2Na S 和 3NaBr 反应，用电池的总反应方程式为： 2 2 3 2 42Na S NaBr Na S 3NaBr   ， Na  经过离子交换膜，由 b 池移向 a 池，故 C 正确； D．用该电池电解饱和食盐水，产生 22.24L H 时，此气体不是标准状况下的体积，无法进行换算，则 b 池 生成 2 4Na S 的质量不一定是17.40g ，故 D 错误；答案选 AC。