新教材適用2024版高考化學二輪總復習第1部分新高考選擇題突破專題6化學反應與能量微專題2原電池新型化學電源教師用書

微專題2原電池新型化學電源命題角度1新型化學電源1.(2022·湖南選考)海水電池在海洋能源領域備受關(guān)注，一種鋰—海水電池構(gòu)造示意圖如下。下列說法錯誤的是(B)A．海水起電解質(zhì)溶液作用B．N極僅發(fā)生的電極反應：2H2O＋2e－=2OH－＋H2↑C．玻璃陶瓷具有傳導離子和防水的功能D．該鋰—海水電池屬于一次電池【解析】鋰—海水電池的總反應為2Li＋2H2O=2LiOH＋H2↑，M極上Li失去電子發(fā)生氧化反應，則M電極為負極，電極反應為Li－e－=Li＋，N極為正極，電極反應為2H2O＋2e－=2OH－＋H2↑，同時氧氣也可以在N極得電子，電極反應為O2＋4e－＋2H2O=4OH－。海水中含有豐富的電解質(zhì)，如氯化鈉、氯化鎂等，可作為電解質(zhì)溶液，故A正確；由上述分析可知，N為正極，電極反應為2H2O＋2e－=2OH－＋H2↑，和反應O2＋4e－＋2H2O=4OH－，故B錯誤；Li為活潑金屬，易與水反應，玻璃陶瓷的作用是防止水和Li反應，并能傳導離子，故C正確；該電池不可充電，屬于一次電池，故D正確；故選B。2.(2021·重慶選考)CO2電化學傳感器是將環(huán)境中CO2濃度轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘柕难b置，工作原理如圖所示，其中YSZ是固體電解質(zhì)。當傳感器在一定溫度下工作時，在熔融Li2CO3和YSZ之間的界面X會生成固體Li2O。下列說法錯誤的是(B)A．COeq\o\al(2－,3)遷移方向為界面X→電極bB．電極a上消耗的O2和電極b上產(chǎn)生的CO2的物質(zhì)的量之比為1∶1C．電極b為負極，發(fā)生的電極反應為2COeq\o\al(2－,3)－4e－=O2↑＋2CO2↑D．電池總反應為Li2CO3=Li2O＋CO2↑【解析】本題考查原電池的工作原理。原電池中，陰離子向負極移動，則COeq\o\al(2－,3)由界面X向電極b移動，A項正確；由思路分析可知，轉(zhuǎn)移4mol電子時，電極a消耗1molO2，電極b生成2molCO2，物質(zhì)的量之比為1∶2，B項錯誤；由思路分析可知，C、D兩項正確；故選B。命題角度2二次電池3.(2022·廣東選考)科學家基于Cl2易溶于CCl4的性質(zhì)，發(fā)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1molCl2，電極a質(zhì)量理論上增加23g【解析】由充電時電極a的反應可知，充電時電極a發(fā)生還原反應，所以電極a是陰極，則電極b是陽極，故A錯誤；放電時電極反應和充電時相反，則由放電時電極a的反應為Na3Ti2(PO4)3－2e－=NaTi2(PO4)3＋2Na＋可知，NaCl溶液的pH不變，故B錯誤；放電時負極反應為Na3Ti2(PO4)3－2e－=NaTi2(PO4)3＋2Na＋，正極反應為Cl2＋2e－=2Cl－，反應后Na＋和Cl－濃度都增大，則放電時NaCl溶液的濃度增大，故C正確；充電時陽極反應為2Cl－－2e－=Cl2↑，陰極反應為NaTi2(PO4)3＋2Na＋＋2e－=Na3Ti2(PO4)3，由得失電子守恒可知，每生成1molCl2，電極a質(zhì)量理論上增加23g·mol－1×2mol＝46g，故D錯誤；故選C。4.(2021·河北選卷)K—O2電池結(jié)構(gòu)如圖，a和b為兩個電極，其中之一為單質(zhì)鉀片。關(guān)于該電池，下列說法錯誤的是(D)A．隔膜允許K＋通過，不允許O2通過B．放電時，電流由b電極沿導線流向a電極；充電時，b電極為陽極C．產(chǎn)生1Ah電量時，生成KO2的質(zhì)量與消耗O2的質(zhì)量比值約為2.22D．用此電池為鉛酸蓄電池充電，消耗3.9g鉀時，鉛酸蓄電池消耗0.9g水【解析】由圖可知，a電極為原電池的負極，單質(zhì)鉀片失去電子發(fā)生氧化反應生成鉀離子，電極反應式為K－e－=K＋，b電極為正極，在鉀離子作用下，氧氣在正極得到電子發(fā)生還原反應生成超氧化鉀；據(jù)以上分析解答。金屬性強的金屬鉀易與氧氣反應，為防止鉀與氧氣反應，電池所選擇隔膜應允許K＋通過，不允許O2通過，故A正確；放電時，a為負極，b為正極，電流由b電極沿導線流向a電極，充電時，b電極應與直流電源的正極相連，做電解池的陽極，故B正確；生成1mol超氧化鉀時，消耗1mol氧氣，兩者的質(zhì)量比值為1mol×71g·mol－1∶1mol×32g·mol－1≈2.22∶1，故C正確；鉛酸蓄電池充電時的總反應方程式為2PbSO4＋2H2O=PbO2＋Pb＋2H2SO4，反應消耗2mol水，轉(zhuǎn)移2mol電子，由得失電子數(shù)目守恒可知，消耗3.9g鉀時，鉛酸蓄電池消耗水的質(zhì)量為eq\f(3.9g,39g·mol－1)×18g·mol－1＝1.8g，故D錯誤；故選D。5.(2022·遼寧省選擇性考試)某儲能電池原理如圖。下列說法正確的是(A)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1mol電子，理論上CCl4吸收0.5molCl2D．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，由此解析。放電時負極失電子，發(fā)生氧化反應，電極反應：Na3Ti2(PO4)3－2e－=NaTi2(PO4)3＋2Na＋，故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，故B錯誤；放電時每轉(zhuǎn)移1mol電子，正極：Cl2＋2e－=2Cl－，理論上CCl4釋放0.5molCl2，故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，故D錯誤；故選A。命題角度3燃料電池6.(2022·全國乙卷)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燃料電池(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(C)A．充電時，電池的總反應Li2O2=2Li＋O2B．充電效率與光照產(chǎn)生的電子和空穴量有關(guān)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】充電時光照光催化電極產(chǎn)生電子和空穴，驅(qū)動陰極反應(Li＋＋e－=Li)和陽極反應(Li2O2＋2h＋=2Li＋＋O2)，則充電時總反應為Li2O2=2Li＋O2，結(jié)合圖示，充電時金屬Li電極為陰極，光催化電極為陽極；則放電時金屬Li電極為負極，光催化電極為正極；據(jù)以上分析作答。光照時，光催化電極產(chǎn)生電子和空穴，驅(qū)動陰極反應和陽極反應對電池進行充電，結(jié)合陰極反應和陽極反應，充電時電池的總反應為Li2O2=2Li＋O2，A正確；充電時，光照光催化電極產(chǎn)生電子和空穴，陰極反應與電子有關(guān)，陽極反應與空穴有關(guān)，故充電效率與光照產(chǎn)生的電子和空穴量有關(guān)，B正確；放電時，金屬Li電極為負極，光催化電極為正極，Li＋從負極穿過離子交換膜向正極遷移，C錯誤；放電時總反應為2Li＋O2=Li2O2，正極反應為O2＋2Li＋＋2e－=Li2O2，D正確；故選C。7.(2021·山東卷)以KOH溶液為離子導體，分別組成CH3OH—O2、N2H4—O2、(CH3)2NNH2—O2清潔燃料電池，下列說法正確的是(C)A．放電過程中，K＋均向負極移動B．放電過程中，KOH物質(zhì)的量均減小C．消耗等質(zhì)量燃料，(CH3)2NNH2—O2燃料電池的理論放電量最大D．消耗1molO2時，理論上N2H4—O2燃料電池氣體產(chǎn)物的體積在標準狀況下為11.2L【解析】堿性環(huán)境下，甲醇燃料電池總反應為2CH3OH＋3O2＋4KOH=2K2CO3＋6H2O；N2H4—O2清潔燃料電池總反應為N2H4＋O2=N2＋2H2O；(CH3)2NNH2中C和N的化合價均為－2價，H元素化合價為＋1價，所以根據(jù)氧化還原反應原理可推知其燃料電池的總反應為(CH3)2NNH2＋4O2＋4KOH=2K2CO3＋N2＋6H2O。放電過程為原電池工作原理，所以鉀離子均向正極移動，A錯誤；N2H4—O2清潔燃料電池的產(chǎn)物為氮氣和水，其總反應中未消耗KOH，所以KOH的物質(zhì)的量不變，其他兩種燃料電池根據(jù)總反應可知，KOH的物質(zhì)的量減小，B錯誤；理論放電量與燃料的物質(zhì)的量和轉(zhuǎn)移電子數(shù)有關(guān)，設消耗燃料的質(zhì)量均為mg，則甲醇、N2H4和(CH3)2NNH2放電量(物質(zhì)的量表達式)分別是：eq\f(mg,32g·mol－1)×6、eq\f(mg,32g·mol－1)×4、eq\f(mg,60g·mol－1)×16，通過比較可知(CH3)2NNH2理論放電量最大，C正確；根據(jù)轉(zhuǎn)移電子數(shù)守恒和總反應式可知，消耗1molO2生成的氮氣的物質(zhì)的量為1mol，在標準狀況下為22.4L，D錯誤；故選C。〔思維建?！?．原電池基礎模型2．二次電池解題模型3．電極反應式的書寫方法(1)書寫步驟(2)不同介質(zhì)在電極反應式中的“去留”中性溶液反應物若是H＋得電子或OH－失電子，則H＋或OH－均來自水的電離酸性溶液反應物或生成物中均沒有OH－堿性溶液反應物或生成物中均沒有H＋水溶液不能出現(xiàn)O2－知能對點1原電池的原理1.原電池模型和原理2.確定正、負極的依據(jù)依據(jù)正極負極反應類型還原反應氧化反應電極變化質(zhì)量增加，逸出氣體溶解、質(zhì)量變輕電流方向流出流入電子流向流入流出離子移動方向陽離子移動方向陰離子移動方向電極材料較不活潑金屬或石墨較活潑金屬注意：根據(jù)電極材料確定正、負極通常情況適用，但根本依據(jù)為自發(fā)的氧化還原反應。如Mg—Al、NaOH溶液形成的原電池中，鋁作負極，因為只有鋁與NaOH溶液發(fā)生氧化還原反應。知能對點2新型化學電池1.單液電池2.雙液電池3.間接電池媒質(zhì)也稱為“電對”或“介對”，其首先在電極表面失去(或得到)電子，形成氧化態(tài)(或還原態(tài))在電解質(zhì)溶液中進一步氧化(或還原)反應基質(zhì)，最終生成目的產(chǎn)物。其原理如下圖所示：命題角度1新型化學電源1.(2023·河北邯鄲二模)利用電化學原理消除污染，還可獲得電能，下面是一種處理垃圾滲透液的裝置工作原理圖。下列說法錯誤的是(A)A．X極的電極反應式為2NHeq\o\al(＋,4)－6e－＋6OH－=N2＋6H2OB．Y是正極，NOeq\o\al(－,3)發(fā)生還原反應C．當電路中通過5mol電子，正極區(qū)有14g氣體放出D．鹽橋內(nèi)Cl－移向X電極【解析】X電極為NHeq\o\al(＋,4)轉(zhuǎn)變?yōu)镹2發(fā)生了氧化反應為負極，而Y極NOeq\o\al(－,3)轉(zhuǎn)變?yōu)镹2發(fā)生了還原反應為正極。溶液介質(zhì)為中性，電極反應為2NHeq\o\al(＋,4)－6e－=N2↑＋8H＋，A項錯誤；Y極NOeq\o\al(－,3)轉(zhuǎn)變?yōu)镹2化合價降低發(fā)生了還原反應為正極，B項正確；正極的關(guān)系式為N2～10e－即每產(chǎn)生1molN2會轉(zhuǎn)移10mol電子，當電路中通過5mol電子時正極區(qū)產(chǎn)生0.5molN2，質(zhì)量為m＝M×n＝14g，C項正確；離子的移動方向：帶正電的離子移向正極，帶負電的離子移向負極，即Cl－移向X極，D項正確；故選A。命題角度2二次電池2.(2023·河北張家口二模)我國新能源汽車有望推廣使用鈉離子電池，一種鈉離子電池工作示意圖如下，充電時Na＋經(jīng)電解液嵌入石墨(C6)，下列說法錯誤的是(B)A．放電時，電勢：電極a>電極bB．放電時，電子從電極b經(jīng)外電路流向電極a，再經(jīng)電解液流回電極bC．放電過程中，導線上每通過1mole－，負極質(zhì)量減少23gD．充電時，電極a上發(fā)生反應的電極反應式為NaFePO4－xe－=Na1－xFePO4＋xNa＋【解析】放電時，電極b為負極，電極反應式為Na－e－=Na＋，電極a為正極，電極反應式為Na1－xFePO4＋xNa＋＋xe－=NaFePO4；根據(jù)電池工作示意圖分析可知，放電時，電極a為正極，電極b為負極，正極的電勢高于負極，則電勢：電極a>電極b，A項正確；放電時，電子從電極b經(jīng)外電路流向電極a，電子不能通過電解液，B項錯誤；放電過程中，導線上每通過1mole－，負極上Na失e－生成Na＋進入電解液，質(zhì)量減少23g，C項正確；充電時，電極a為陽極，發(fā)生反應的電極反應式為NaFePO4－xe－=Na1－xFePO4＋xNa＋，D項正確；故選B。3.(2023·山東棗莊二模)以柏林綠Fe[Fe(CN)6]新型可充電鈉離子電池為電源，采用電解法在N-羥基鄰苯二甲酰亞胺介質(zhì)中用乙醇制乙醛。下列說法正確的是(D)A．制備乙醛時a極連接d極B．電池工作時溶液中Na＋移向b極C．當有2molFe[Fe(CN)6]轉(zhuǎn)化成Na2－xFe[Fe(CN)6]時，生成(4－2x)molCH3CHOD．電源充分充電時，a極反應式為Na2Fe[Fe(CN)6]－2e－=Fe[Fe(CN)6]＋2Na＋【解析】根據(jù)放電工作原理圖，在正極上發(fā)生還原反應：Fe[Fe(CN)6]＋2Na＋＋2e－=Na2Fe[Fe(CN)6]，a為電源正極，負極上是失電子的氧化反應：2Mg＋2Cl－－4e－=[Mg2Cl2]2＋，b為電源負極，充電時，原電池的負極連接電源的負極，電極反應和放電時的相反，據(jù)此回答即可。由題圖可知，制備乙醛時，c極Ni2＋轉(zhuǎn)化為Ni3＋，發(fā)生氧化反應，則c極為陽極，則a極連接c極，故A錯誤；由分析可知，a為電源正極，b為電源負極，電池工作時溶液中Na＋移向正極，故B錯誤；C2H5OH發(fā)生氧化反應生成CH3CHO的過程中轉(zhuǎn)移2個電子，由分析可知，在正極上發(fā)生還原反應：Fe[Fe(CN)6]＋2Na＋＋2e－=Na2Fe[Fe(CN)6]，當有2molFe[Fe(CN)6]轉(zhuǎn)化成Na2－xFe[Fe(CN)6]時，失去(4－2x)mol電子，則在電極裝置中生成(2－x)molCH3CHO，故C錯誤；由分析可知，在正極上發(fā)生還原反應：Fe[Fe(CN)6]＋2Na＋＋2e－=Na2Fe[Fe(CN)6]，則電源充分充電時，a極反應式為Na2Fe[Fe(CN)6]－2e－=Fe[Fe(CN)6]＋2Na＋，故D正確；故選D。命題角度3燃料電池4.(2023·河北省衡水中學模擬)研究微生物燃料電池不僅可以獲得高效能源，同時還可對污水、餐廳廢棄物等進行科學處理。利用微生物燃料電池原理處理含乙酸的廢水的示意圖如圖所示。下列說法正確的是(C)A．工作時，H＋由b極區(qū)移向a極區(qū)B．負極反應為[Fe(CN)6]3－＋e－=[Fe(CN)6]4－C．消耗0.1molCH3COOH，a極區(qū)質(zhì)量減小9.6gD．放電過程中，b極附近溶液的pH變大【解析】該原電池中，還原劑CH3COOH在負極失去電子發(fā)生氧化反應轉(zhuǎn)化為CO2，電子從負極流出，電子沿著導線流向正極，正