（新高考）2022届小题必练10 新型化学电源 教师版高三化学

（新高考）小题必练10：新型化学电源高考中的新型电源有“高铁电池”“海洋电池”“燃料电池”“锂离子电池”等。这些电池一般具有高能环保、经久耐用、电压稳定、比能量高等特点。取材与这些知识点的试题，由于题材广、信息新、陌生度大，所以大多数考生对这类试题感到难，实际上这些题目主要考查学生对原电池的工作原理的迁移应用能力。1．【2020年山东卷】微生物脱盐电池是一种高效、经济的能源装置，利用微生物处理有机废水获得电能，同时可实现海水淡化。现以NaCl溶液模拟海水，采用惰性电极，用下图装置处理有机废水(以含CH3COO−的溶液为例)。下列说法错误的是（）A．负极反应为CH3COOˉ+2H2O-8eˉ=2CO2↑+7H+B．隔膜1为阳离子交换膜，隔膜2为阴离子交换膜C．当电路中转移1mol电子时，模拟海水理论上除盐58.5gD．电池工作一段时间后，正、负极产生气体的物质的量之比为2∶1【答案】B【解析】据图可知a极上CH3COOˉ转化为CO2和H+，C元素被氧化，所以a极为该原电池的负极，则b极为正极。A．a极为负极，CH3COOˉ失电子被氧化成CO2和H+，结合电荷守恒可得电极反应式为CH3COOˉ+2H2O-8eˉ=2CO2↑+7H+，故A正确；B．为了实现海水的淡化，模拟海水中的氯离子需要移向负极，即a极，则隔膜1为阴离子交换膜，钠离子需要移向正极，即b极，则隔膜2为阳离子交换膜，故B错误；C．当电路中转移1mol电子时，根据电荷守恒可知，海水中会有1molClˉ移向负极，同时有1molNa+ 移向正极，即除去1molNaCl，质量为58.5g，故C正确；D．b极为正极，水溶液为酸性，所以氢离子得电子产生氢气，电极反应式为2H++2eˉ=H2↑，所以当转移8mol电子时，正极产生4mol气体，根据负极反应式可知负极产生2mol气体，物质的量之比为4∶2=2∶1，故D正确；故选B。【点睛】涉及到相关的计算时，注意整个电池中正极和负极转移的电子数守恒。2．【2020年天津卷】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2Na+xSNa2Sx，(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C．Na和Na2Sx分别为电池的负极和正极D．该电池是以为隔膜的二次电池【答案】C【解析】根据电池反应：2Na+xSNa2Sx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。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：，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，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。【点睛】信息型原电池，根据给出的总反应方程式，结合原电池的正负极发生的反应，判断出正负极材料和反应物。3．【2020年全国卷3】一种高性能的碱性硼化钒(VB2)—空气电池如下图所示，其中在VB2 电极发生反应：该电池工作时，下列说法错误的是（）A．负载通过0.04mol电子时，有0.224L(标准状况)O2参与反应B．正极区溶液的pH降低、负极区溶液的pH升高C．电池总反应为D．电流由复合碳电极经负载、VB2电极、KOH溶液回到复合碳电极【答案】B【解析】根据图示的电池结构，左侧VB2发生失电子的反应生成和，反应的电极方程式如题干所示，右侧空气中的氧气发生得电子的反应生成OH−，反应的电极方程式为O2+4e−+2H2O=4OH−，电池的总反应方程式为4VB2+11O2+20OH−+6H2O=8+4。A．当负极通过0.04mol电子时，正极也通过0.04mol电子，根据正极的电极方程式，通过0.04mol电子消耗0.01mol氧气，在标况下为0.224L，A正确；B．反应过程中正极生成大量的OH−使正极区pH升高，负极消耗OH−使负极区OH-浓度减小pH降低，B错误；C．根据分析，电池的总反应为4VB2+11O2+20OH−+6H2O=8+4，C正确；D．电池中，电子由VB2电极经负载流向复合碳电极，电流流向与电子流向相反，则电流流向为复合碳电极→负载→VB2电极→KOH溶液→复合碳电极，D正确；故选B。【点睛】本题在解答时应注意正极的电极方程式的书写，电解质溶液为碱性，则空气中的氧气得电子生成氢氧根；在判断电池中电流流向时，电流流向与电子流向相反。1．微生物燃料电池在净化废水的同时能获得能源或得到有价值的化学产品，下图为其工作原理及废水中离子浓度与去除率的关系。下列说法不正确的是（） A．有机物被氧化，M为电源负极B．电池工作时，N极附近溶液pH增大C．Cr2O离子浓度较大时，可能会造成还原菌失活D．处理0.1molCr2O时有0.6molH+从交换膜右侧向左侧迁移【答案】D【解析】由图知，电子流入电极N，则N电极为正极，发生还原反应，Cr2O72-得电子生成Cr3+，M极失电子发生氧化反应，有机物被氧化生成CO2，为原电池的负极。A．由分析可知，M电极有机物失电子发生氧化反应，M为负极，故A正确；B．根据图示，正极反应为Cr2O+6e−+14H+=2Cr3++7H2O，消耗氢离子，N极附近溶液pH增大，故B正确；C．Cr2O具有强氧化性，能使蛋白质变性，浓度较大时，可能会造成还原菌失活，故C正确；D．Cr元素由+6价变为+3价，处理0.lmolCr2O时转移0.6mol电子，根据电荷守恒，处理0.1molCr2O时有0.6molH+从交换膜左侧向右侧迁移，故D错误；答案选D。2．（双选）以石墨为电极材料，熔融硝酸钠为电解质，NO2-O2燃料电池的工作原理如图所示。下列关于该燃料电池的说法不正确的是（）A．石墨I电极的电势高于石墨Ⅱ电极的电势B．石墨Ⅱ电极上消耗的NO2的体积与生成的N2O5的体积之比为2∶1C．该电池工作时，熔融NaNO3中Na+向石墨Ⅱ电极移动 D．该电池的总反应方程式为4NO2+O2=2N2O5【答案】BC【解析】由图知：石墨I电极电子流入是正极，石墨Ⅱ电子流出是负极；A．由分析可知，石墨I电极的电势高于石墨Ⅱ电极的电势，A正确；B．石墨Ⅱ电极上发生的电极反应为NO2+NO3-e−=N2O5，电极上消耗的NO2的体积与生成的N2O5的体积之比为1:1，B错误；C.原电池中阳离子向正极移动，该电池工作时，熔融NaNO3中Na+向石墨I电极移动，C错误；D．在熔融硝酸钠环境中，NO2在负极失电子被氧化到+5价，O2在正极得到电子被还原到-2价，该电池的总反应方程式为4NO2+O2=2N2O5，D正确；答案选BC。3．Li-SOCl2电池是迄今具有最高能量比的电池。该电池的电极材料分别为锂和碳，电解液是LiAlC14-SOCl2（熔点-110℃、沸点78.8℃）。电池的总反应可表示为：4Li+2SOCl2=4LiCl+S+SO2。下列说法错误的是（）A．该电池不能在寒冷的地区正常工作B．该电池工作时，正极反应为：2SOCl2+4e−=4Cl−+S+SO2C．SOCl2分子的空间构型是三角锥形D．该电池组装时，必须在无水无氧条件下进行【答案】A【解析】根据电池的总反应可知，失电子的是Li，在负极发生反应，得电子的是SOCl2，在正极发生反应；电解液的熔点为-110℃、沸点为78.8℃，电池可以在-110℃~78.8℃温度范围内正常工作。A．电解液(熔点-110℃、沸点78.8℃)，所以在寒冷的地区，电解液也是液态，所以能在寒冷的地区正常工作，故A错误；B．SOCl2为氧化剂，在正极发生还原反应，电极方程式为：2SOCl2+4e−=4Cl−+S+SO2，故B正确；C．SOCl2分子中的中心原子S原子价层电子对数=3+=4，采取sp3杂化，且有一对孤电子对，为三角锥形，故C正确；D．因为构成电池的材料Li能和水反应，且SOCl2也与水反应，所以必须在无水无氧条件下进行，故D正确；答案选A。4．下图中装置Ⅰ是原电池，电池总反应为：N2H4+O2=N2+2H2O，离子交换膜只允许H+通过。装置Ⅱ为电解池，闭合开关K时，b极附近先变红色。下列说法正确的是（） A．原电池负极发生的电极反应式为N2H4+4OH−-4e−=N2+4H2OB．电解池中，b电极为阳极C．当有0.01molH+通过离子交换膜时，a电极上析出气体112mLD．闭合K后，电流方向为AabBA【答案】D【解析】因为闭合开关K时，b极附近先变红色，据此推断b极是阴极，B是负极，A是正极，a是阳极。A．由于原电池中离子交换膜只允许H+通过，所以负极发生的电极反应式为N2H4-4e−=N2+4H+，A说法错误；B．电解池中，b电极为阴极，B说法错误；C．当有0.01molH+通过离子交换膜时，气体的条件若为标准状况下，a电极上析出气体为112mL，C说法错误；D．闭合K后，依据正电荷移动的方向是电流的方向，所以电流方向为AabBA，D说法正确。答案为D。5．用锂－氟化碳（氟气与碳生成的夹层化合物）电池电解含有尿素[CO(NH2)2]的碱性溶液，用于废水处理和煤液化供氢，其装置如图所示（装置中c、d均为惰性电极，隔膜仅阻止气体通过），下列说法错误的是（）A．电极a为锂－氟化碳电池的负极B．电极b的电极反应为（CFx）n+nxe−=nC+nxF−C．装置中电子流动方向：电极a→电极d→隔膜→电极c→电极bD．c电极区和d电极区产生的气体在相同条件下的体积比为1∶3【答案】C【解析】A．锂－氟化碳（氟气与碳生成的夹层化合物）电池中Li+ 定向移动到b极，根据原电池中阳离子定向移动到正极可推出b极为正极，则a极为负极，选项A正确；B．电极b为原电池的正极，正极上氟气与碳生成的夹层化合物（CFx）n得电子产生C和F−，故电极反应为（CFx）n+nxe−=nC+nxF−，选项B正确；C．根据装置可知电极a为负极，b为正极，c为阳极，d为阴极，故装置中电子流动方向：电极a→电极d，电极c→电极b，电子不在隔膜中流动，选项C错误；D．根据得失电子守恒，电解含有尿素[CO(NH2)2]的碱性溶液，c电极区和d电极区产生的气体N2和H2在相同条件下的体积比为1∶3，选项D正确；答案选C。6．（双选）我国科研人员研制出一种室温“可呼吸”Na－CO2电池。放电时该电池“吸入”CO2，充电时“呼出”CO2。吸入CO2时，其工作原理如图所示。吸收的CO2中，部分转化为Na2CO3固体沉积在多壁碳纳米管(MWCNT)电极表面。下列说法正确的是（）A．“吸入”CO2时，钠箔为负极B．“吸入”CO2时的正极反应：4Na++3CO2+4e−=2Na2CO3+CC．“呼出”CO2时，Na+向多壁碳纳米管电极移动D．标准状况下，每“呼出”22.4LCO2，转移电子数为0.75mol【答案】AB【解析】根据题意，结合图示，放电时为原电池，钠箔作原电池负极，电极反应为Na-e−=Na+，多壁碳纳米管(MWCNT)电极作原电池正极，“吸入”CO2，部分转化为Na2CO3固体沉积在多壁碳纳米管(MWCNT)电极表面，电极反应为4Na++3CO2+4e−=2Na2CO3+C；“呼出”CO2时为电解池。A．根据分析，“吸入”CO2时为原电池，钠箔为负极，故A正确；B．根据分析，“吸入”CO2时为原电池，多壁碳纳米管(MWCNT)电极作原电池正极，正极反应为4Na++3CO2+4e−=2Na2CO3+C，故B正确；C．根据分析，“呼出”CO2时为电解池，多壁碳纳米管(MWCNT)电极阳极，钠箔为阴极，电解池中阳离子向阴极移动，则Na+向钠箔电极移动，故C错误；D．“呼出”CO2时为电解池，阳极的电极反应为2Na2CO3+C-4e−=4Na++3CO2，产生3molCO2转移4mol电子，则标准状况下，每“呼出”22.4L CO2，即产生1molCO2时，转移电子数为mol，故D错误；答案选AB。7．一种非水相可充电电池可承受较大的充放电电流，电极为镁电极和碳电极，其示意图如下所示。下列说法错误的是（）A．充电时，b连接直流电源的正极B．放电时，电池内部Mg2+向C电极移动C．充电时，C极区Br－浓度增大D．电池总反应为Mg+BrMg2++3Br－【答案】C【解析】由图可知，电极为镁电极和碳电极，电池充放电过程中均是Mg2+在两极之间移动，电池放电过程中Mg电极上只能是Mg放电生成Mg2+，因此放电过程中负极电极反应式为Mg-2e−=Mg2+，C电极发生还原反应，其电极反应式为Br+2e−=3Br−，充电过程中，电池负极连接电源负极发生还原反应，电池正极连接电源正极发生氧化反应。由上述分析可知，放电时，Mg为电池负极，C为电池正极，A．放电时，C电极为电池为正极，充电时，b连接直流电源的正极，故A项说法正确；B．放电时，Mg2+移向还原电极，即移向C电极，故B项说法正确；C．充电时，C极上的电极反应式为3Br−-2e−=Br，Br−浓度将减小，故C项说法错误；D．由电池负极与正极电极反应式相加并将电子抵消即可得到电池总反应，因此电池总反应为Mg+BrMg2++3Br−，故D项说法正确；故答案为C。8．（双选）2019年诺贝尔化学奖颁给了三位为锂离子电池发展作出重要贡献的科学家。磷酸铁锂锂离子电池充电时阳极反应式为：LiFePO4–xLi+-xe−→xFePO4+(1-x)LiFePO4。放电工作示意图如图。下列叙述正确的是（） A．放电时，Li+通过隔膜移向正极B．充电时，电子从电源经铜箔流入正极材料C．放电时正极反应为：FePO4+xLi++xe−=xLiFePO4+(1-x)FePO4D．磷酸铁锂锂离子电池充放电过程通过Li+迁移实现，C、Fe、P元素化合价均不发生变化【答案】AC【解析】放电时为原电池，原电池中阳离子流向正极，根据锂离子的流向可知铜箔为正极，发生还原反应，铝箔为负极，发生氧化反应，充电时为电解池，铜箔上发生氧化反应为阳极，铝箔发生还原反应为阴极，即充电时铜箔上的反应为LiFePO4–xLi+-xe−→xFePO4+(1-x)LiFePO4。A．放电时为原电池，原电池中阳离子流向正极，故A正极；B．充电时，正极材料上发生失电子的氧化反应，电子流出，故B错误；C．放电时的正极反应和充电时的阳极反应相反，为FePO4+xLi++xe−→xLiFePO4+(1-x)FePO4，故C正确；D．根据阳极的反应式可知充放电的过程中Fe元素的化合价发生变化，故D错误；综上所述答案为AC。9．用下列方法制备银锌碱性电池的正极活性物质Ag2O2：向KOH溶液中加入适量AgNO3溶液，保持反应温度为80℃，边搅拌边将一定量K2S2O8(过二硫酸钾，其中部分O为-1价)溶液缓慢加到上述混合物中，反应完全后，过滤、洗涤、真空干燥得到固体样品。反应总方程式为2AgNO3+4KOH+K2S2O8Ag2O2↓+2KNO3+2K2SO4+2H2O。下列说法不正确的是（）A．银锌碱性电池放电时正极的Ag2O2转化为Ag，被还原B．该电池充电时阴极的电极反应为：[Zn(OH)4]2−+2e−＝Zn+4OH−C．银锌碱性电池反应方程式可写为：Ag2O2+2Zn+4KOH+2H2O＝2K2Zn(OH)4+2AgD．上述反应中，1molK2S2O8(过二硫酸钾)得2mole− (除氧之外，其余元素的化合价都没有变)【答案】D【解析】银锌碱性电池中由锌电极和Ag2O2电极组成，电解质溶液通常是KOH溶液，故电池放电时正极的Ag2O2转化为Ag，负极的Zn转化为K2Zn(OH)4，正极电极反应式为Ag2O2+4e−+2H2O=2Ag+4OH−，负极电极反应式为2Zn-4e−+8OH−=2[Zn(OH)4]2−，反应还应有KOH参加，反应的总方程式为：Ag2O2+2Zn+4KOH+2H2O=2K2Zn(OH)4+2Ag。A．由分析可知，银锌碱性电池放电时正极的Ag2O2转化为Ag，被还原，A正确；B．二次电池充电时发生放电的逆过程，该电池充电时阴极发生的电极反应为充电时负极电极反应的逆过程，故电极反应为：[Zn(OH)4]2−+2e−＝Zn+4OH−，B正确；C．由分析可知，银锌碱性电池反应方程式可写为：Ag2O2+2Zn+4KOH+2H2O＝2K2Zn(OH)4+2Ag，C正确；D．根据信息可知，上述反应2AgNO3+4KOH+K2S2O8Ag2O2↓+2KNO3+2K2SO4+2H2O是非氧化还原反应，故不存在电子的得失和化合价的改变，D不正确；故答案为：D。10．一种高性能的直接硼氢燃料电池如图所示，其总反应为BH+2O2=BO+2H2O。该电池工作时，下列说法正确的是（）A．电子由Pt电极经外电路、石墨电极、NaOH溶液回到Pt电极B．负极反应式为BH-8e−+8OH−=BO+6H2OC．OH−透过阴离子交换膜向石墨电极迁移D．外电路通过0.4mol电子时，有2.24LO2在石墨电极上参与反应【答案】B【解析】A．在外电路中，电子由负极Pt电极经导线流向正极石墨电极，而在内电路中离子定向移动，电子不能进入到电解质溶液中，A错误；B．依据装置图可知Pt电极为负极，负极上BH失去电子被氧化变为BO，由于电解质溶液显碱性，含有大量的OH−，故负极的电极反应式为：BH-8e−+8OH−=BO+6H2O，B正确；C．溶液中的阴离子OH−应该向正电荷较多的负极(Pt)迁移，C错误；D．没有指明反应条件是否是“标准状况”，因此不能进行有关计算，D错误；故答案为B。 11．用氟硼酸(HBF4，属于强酸）溶液代替硫酸溶液作铅蓄电池的电解质溶液，可使铅蓄电池在低温下工作时的性能更优良，反应方程式为Pb+PbO2+4HBF42Pb(BF4)2+2H2O。Pb(BF4)2为可溶于水的强电解质，下列说法正确的是（）A．放电时，负极反应为PbO2+4HBF4-2e−=Pb(BF4)2+2BF+2H2OB．充电时，当阳极质量增加23.9g时转移0.2mol电子C．放电时，PbO2电极附近溶液的pH减小D．充电时，Pb电极的电极反应为PbO2+4H++2e−=Pb2++2H2O【答案】B【解析】A．放电时，负极反应为：Pb-2e−=Pb2+，故A错误；B．充电时，Pb2+-2e−+2H2O=PbO2+4H+，当正极质量增加23.9g时转移0.2mol电子，故B正确；C．放电时，PbO2+4H++2e−=Pb2++2H2O，PbO2电极附近溶液的pH增大，故C错误；D．充电时，Pb电极的电极反应式为Pb2++2e−=Pb，故D错误；故选B。12．一种新型燃料电池以二氧化硫和空气为原料，工作原理如图所示，下列说法不正确的是（）A．电路中每通过1mol电子，有1molH+从a电极迁移到b电极B．该电池实现了制备硫酸、发电、环保三位一体的结合C．该电池工作时，b极附近pH逐渐降低D．相同条件下，放电过程中消耗的SO2和O2的体积比为2∶1【答案】C【解析】通入SO2为电池负极，即ａ为负极，发生氧化反应生成硫酸，反应式为：SO2+2H2O-2e−=SO+4H+，通入空气的为正极，即ｂ为正极，反应式为：O2+4H++4e−=2H2O，装置的总反应为：2SO2+2H2O+O2=2SO+4H+。A．ａ为负极，ｂ为正极，由正极反应式O2+4H++4e−=2H2O可判断，电路中每通过1mol电子，有1molH+从a电极迁移到b电极，故A正确；B．SO2是污染性气体，电池负极的SO2 气体发生氧化反应生成硫酸，既减少了环境污染，又将其转换为电能、充分利用，故B正确；C．ｂ为正极，反应式为：O2+4H++4e−=2H2O，b极附近pH逐渐升高，故C错误；D．由总反应式：2SO2+2H2O+O2=2SO+4H+可知，相同条件下，放电过程中消耗的SO2和O2的体积比为2∶1，故D正确。答案选C。【点睛】本题考查了原电池原理的应用，明确电解质溶液酸碱性、电极的判断以及电极方程式的书写方法是解本题关键。13．（双选）某种新型热激活电池的结构与工作原理如图所示。下列说法正确的是（）A．电池加热时，电子由电极b经过导线流向电极aB．电池加热时，电极a的电势比电极b的高C．可加入适量NaOH溶液使电解质溶液的导电性增大D．为了保证电池持久工作，理论上应不断地向电解质中补充Fe2+【答案】AB【解析】A．由图示可知：电池加热时，b电极失去电子，发生氧化反应，所以b为负极，a为正极，电子由负极b经过导线流向正极a，A正确；B．根据选项A分析可知：电池加热时，b电极为负极，a电极为正极，正极的电势比负极的电势高，故电极a的电势比电极b的高，B正确；C．若加入NaOH，会与溶液中的Fe3+、Fe2+反应形成沉淀，使溶液中自由移动的离子浓度降低，导致电解质溶液的导电性减弱，C错误；D．a电极为正极，发生的电极反应为Fe3++e-=Fe2+，电池冷却时Fe2+在b电极表面与PANIO反应可使电池再生，则冷却时发生的方程式为：2Fe2++PANIO+2H+=2Fe3++PANI，故电池工作时，不需要补充Fe2+，D错误；故合理选项是AB。14．（双选）某锂碘电池以LiI-Al2O3固体为电解质传递离子，其基本结构示意图如下，电池总反应可表示为：2Li+PbI2=2LiI+Pb。下列说法正确的是（）A．电子由a极经用电器流向b极B．放电时I−由a极通过固体电解质传递到b极 C．b极上的电极反应式为：PbI2+2e−=Pb+2I−D．放电时电池将电能转化为化学能【答案】AC【解析】由电池总反应可表示为：2Li+PbI2=2LiI+Pb，可知锂为电池的负极，发生氧化反应，PbI2为电池的正极，发生还原反应，PbI2+2e−=Pb+2I−电池工作时，电子通过外电路从负极流向正极，即从a极流向b极，电解质溶液中阴离子向负极移动，即由b极通过固体酸电解质传递到a极。A．由电池反应可知，Li失去电子，则锂为电池的负极，PbI2为电池的正极，电子应该是通过外电路由a极流向b，A说法正确；B．电解质溶液中阴离子向负极移动，即由b极通过固体酸电解质传递到a极，B说法错误；C．PbI2为电池的正极，发生还原反应，PbI2+2e−=Pb+2I−，C说法正确；D．放电时为原电池装置，电池将化学能转化为电能，D说法错误；答案为AC。