2024年高考化學(xué)二輪復(fù)習(xí)第一部分新高考選擇題突破專題6化學(xué)反應(yīng)與能量新高考選擇題突破(九)新型化學(xué)電源

新高考選擇題突破(九)新型化學(xué)電源1.(2023·湖北武漢二模)某液流電池工作原理如圖。充電過程中，陽極會(huì)發(fā)生如下副反應(yīng)：2Mn3＋＋2H2O=Mn2＋＋MnO2↓＋4H＋，加入少量Br－可將MnO2還原為Mn2＋，提高電池的能量密度和穩(wěn)定性。下列說法正確的是(C)A．放電時(shí)，Cd電極為負(fù)極，發(fā)生還原反應(yīng)B．放電時(shí)，Cd2＋通過質(zhì)子交換膜，向石墨電極移動(dòng)C．加入少量Br－后，經(jīng)多次充放電，正極可能會(huì)發(fā)生3個(gè)以上不同的還原反應(yīng)D．加入少量Br－后，充電時(shí)，陽極生成Mn3＋和陰極生成Cd的物質(zhì)的量之比為2∶1【解析】放電時(shí)，Cd失電子做負(fù)極，化合價(jià)升高發(fā)生氧化反應(yīng)，A錯(cuò)誤；質(zhì)子交換膜只允許氫離子通過，Cd2＋不能通過質(zhì)子交換膜，B錯(cuò)誤；加入溴離子后經(jīng)多次充放電，正極可能發(fā)生Mn3＋正極放電、自身歧化的還原反應(yīng)，可能發(fā)生溴離子還原二氧化錳的反應(yīng)，生成的溴單質(zhì)也可能發(fā)生還原反應(yīng)，C正確；由轉(zhuǎn)移電子守恒可知，若無其他反應(yīng)的干擾，充電時(shí)二者比例為2∶1，但是由于溴離子等的干擾，則二者比例不一定為2∶1，D錯(cuò)誤；故選C。2.(2023·湖南岳陽二模)科學(xué)家研發(fā)了一種綠色環(huán)保“全氫電池”，某化學(xué)興趣小組將其用于銅片上鍍銀作為獎(jiǎng)牌獎(jiǎng)給優(yōu)秀學(xué)生，工作原理如圖所示。下列說法錯(cuò)誤的是(D)A．負(fù)極的電極反應(yīng)式：H2－2e－＋2OH－=2H2OB．當(dāng)吸附層a通入2.24L(標(biāo)準(zhǔn)狀況)氫氣時(shí)，溶液中有0.2mol離子透過交換膜C．離子交換膜既可以是陽離子交換膜也可以是陰離子交換膜D．電池工作時(shí)，m電極質(zhì)量逐漸增重【解析】由圖可知，左邊吸附層a為負(fù)極，發(fā)生氧化反應(yīng)，電極反應(yīng)式為H2－2e－＋2OH－=2H2O，故A正確；吸附層a的電極反應(yīng)式為H2－2e－＋2OH－=2H2O，標(biāo)況下2.24L氫氣的物質(zhì)的量為n＝eq\f(V,Vm)＝eq\f(2.24L,22.4L/mol)＝0.1mol，轉(zhuǎn)移0.2mol電子，則有0.2mol離子透過交換膜，故B正確；若為陽離子交換膜，則Na＋移向正極，若為陰離子交換膜，則ClOeq\o\al(－,4)移向負(fù)極，均可以平衡電荷，故C正確；吸附層b為正極，則m為陽極，為了在銅片上鍍銀，則m電極材料為銀，陽極發(fā)生氧化反應(yīng)，Ag失電子生成Ag＋，m電極質(zhì)量逐漸減小，故D錯(cuò)誤；故選D。3.(2023·河北衡水中學(xué)一調(diào))研究微生物燃料電池不僅可以獲得高效能源，還能對工業(yè)污水等進(jìn)行處理。利用微生物燃料電池處理含硫廢水并電解制備KIO3的原理如圖所示，下列說法正確的是(C)A．光照強(qiáng)度大小不影響KIO3的制備速率B．右側(cè)電池中K＋通過陽離子交換膜從P極移向Q極C．電極N處發(fā)生電極反應(yīng)：S－6e－＋4H2O=SOeq\o\al(2－,4)＋8H＋D．不考慮損耗，電路中每消耗1molO2，理論上Q極可制得342.4gKIO3【解析】石墨電極M處，CO2在光合菌、光照條件下轉(zhuǎn)化為O2，O2在M極放電生成H2O，發(fā)生還原反應(yīng)，M為正極，正極電極反應(yīng)式為O2＋4e－＋4H＋=2H2O，N極為負(fù)極，硫氧化菌將FeSx氧化為S，硫再放電生成SOeq\o\al(2－,4)，負(fù)極電極反應(yīng)式為S－6e－＋4H2O=SOeq\o\al(2－,4)＋8H＋，光照強(qiáng)度大小影響單位時(shí)間內(nèi)生成氧氣的量，即影響電流強(qiáng)度，會(huì)影響KIO3的制備速率，故A錯(cuò)誤；鉑電極P為陰極，鉑電極Q為陽極，陰極生成氫氧根離子，而陽極生成的IOeq\o\al(－,3)比消耗的OH－少，溶液中K＋通過陽離子交換膜從Q極移向P極，故B錯(cuò)誤；N極為負(fù)極，硫氧化菌將FeSx氧化為S，硫再放電生成SOeq\o\al(2－,4)，負(fù)極電極反應(yīng)式為S－6e－＋4H2O=SOeq\o\al(2－,4)＋8H＋，故C正確；不考慮損耗，電路中每消耗1molO2，轉(zhuǎn)移電子為4mol，陽極反應(yīng)式為I2＋12OH－－10e－=2IOeq\o\al(－,3)＋6H2O，可知生成KIO3為4mol×eq\f(1,5)＝0.8mol，理論上Q極可制得KIO3的質(zhì)量為0.8mol×214g/mol＝171.2g，故D錯(cuò)誤；故選C。4.(2023·廣東佛山統(tǒng)考一模)一種全氫電池的工作原理如圖所示。下列說法正確的是(B)A．X極為全氫電池的正極B．該電池將化學(xué)能轉(zhuǎn)化成電能C．電極Y的電極反應(yīng)式為2HClO4－2e－=H2↑＋2ClOeq\o\al(－,4)D．反應(yīng)一段時(shí)間后左室c(NaClO4)增大【解析】由工作原理圖可知，左邊X電極上氫氣失電子與氫氧根結(jié)合生成水，發(fā)生了氧化反應(yīng)、為負(fù)極，電極反應(yīng)式為H2－2e－＋2OH－=2H2O，右邊Y電極為正極，發(fā)生了還原反應(yīng)，電極反應(yīng)式為2e－＋2H＋=H2，原電池工作時(shí)，陽離子移向正極，陰離子移向負(fù)極，電子由負(fù)極經(jīng)過導(dǎo)線進(jìn)入正極，據(jù)此解答該題。由分析可知，X極為全氫電池的負(fù)極，A錯(cuò)誤；由題干信息可知，該裝置為原電池，原電池將化學(xué)能轉(zhuǎn)化成電能，B正確；由于HClO4是強(qiáng)酸，結(jié)合分析可知電極Y的電極反應(yīng)式為2H＋＋2e－=H2↑，C錯(cuò)誤；由分析可知，左側(cè)X極為負(fù)極，右側(cè)Y極為正極，故Na＋由負(fù)極即左側(cè)移向正極右側(cè)，故反應(yīng)一段時(shí)間后右室c(NaClO)增大，D錯(cuò)誤；故選B。5.(2023·天津河西統(tǒng)考一模)目前發(fā)展勢頭強(qiáng)勁的綠色環(huán)保儲(chǔ)能電池——釩電池的工作原理如下圖所示，放電時(shí)電子由B極沿導(dǎo)線向A極移動(dòng)，電解質(zhì)溶液含硫酸，下列說法正確的是(B)A．基態(tài)原子釩的價(jià)層電子排布式為4s2B．放電時(shí)H＋由B極經(jīng)離子交換膜向A極移動(dòng)C．充電時(shí)電池V2＋被氧化為V3＋D．充電時(shí)A極反應(yīng)為VOeq\o\al(＋,2)＋e－=VO2＋【解析】放電時(shí)電子由B極沿導(dǎo)線移向A極，則放電時(shí)B極為原電池的負(fù)極，該極發(fā)生氧化反應(yīng)為V2＋－e－=V3＋；放電時(shí)，A為正極，該極發(fā)生還原反應(yīng)為VOeq\o\al(＋,2)＋e－＋2H＋=VO2＋＋H2O。V為23號元素，其電子排布為[Ar]3d34s2，其價(jià)電子排布式為3d34s2，A項(xiàng)錯(cuò)誤；原電池(放電時(shí))中，離子的移動(dòng)方向：帶正電的離子移向正極，帶負(fù)電的離子移向負(fù)極，所以H＋移向A極，B正確；放電時(shí)為V2＋－e－=V3＋，充電為其逆過程，V3＋被還原為V2＋，C項(xiàng)錯(cuò)誤；放電時(shí)A極反應(yīng)為VOeq\o\al(＋,2)＋e－＋2H＋=VO2＋＋H2O，充電時(shí)為其逆過程，VO2＋－e－＋H2O=VOeq\o\al(＋,2)＋2H＋，D項(xiàng)錯(cuò)誤；故選B。6.(2023·湖南常德一模)目前科學(xué)家發(fā)明了一種利用微生物進(jìn)行脫硫、脫氮的原電池裝置，其基本原理如圖所示(圖中隔膜為質(zhì)子交換膜)。下列有關(guān)說法正確的是(D)A．a(chǎn)極的電極反應(yīng)式為5S2－＋40e－＋20H2O=5SOeq\o\al(2－,4)＋40H＋B．H＋從B室向A室遷移C．電池工作時(shí)，線路中通過1mol電子，則在b極析出2.24LN2D．若用該電池給鉛蓄電池充電，應(yīng)將b極連在正極上【解析】從圖中可以看出，在a電極，S2－轉(zhuǎn)化為SOeq\o\al(2－,4)，S元素化合價(jià)升高，則a極為負(fù)極；b極NOeq\o\al(－,3)轉(zhuǎn)化為N2，N元素化合價(jià)降低，則b極為正極。由分析可知，a極為負(fù)極，S2－失電子產(chǎn)物與電解質(zhì)反應(yīng)生成SOeq\o\al(2－,4)，電極反應(yīng)式為S2－－8e－＋4H2O=SOeq\o\al(2－,4)＋8H＋，A不正確；原電池工作時(shí)，陽離子向正極移動(dòng)，則H＋從A室向B室遷移，B不正確；電池工作時(shí)，b極發(fā)生反應(yīng)2NOeq\o\al(－,3)＋10e－＋12H＋=N2＋6H2O，線路中通過1mol電子，則在b極析出0.1molN2，由于溫度、壓強(qiáng)未知，所以氣體的體積不一定是2.24L，C不正確；b極為正極，若用該電池給鉛蓄電池充電，應(yīng)將b極連在鉛蓄電池的正極上，D正確；故選D。7.(2023·遼寧聯(lián)考二模)微生物燃料電池是一種利用微生物將有機(jī)物中的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化成電能的裝置，以葡萄糖為燃料的微生物燃料電池結(jié)構(gòu)示意圖如圖I所示，并利用此電能模擬氯堿工業(yè)電解飽和食鹽水，如圖Ⅱ所示，下列說法正確的是(D)A．電池工作時(shí)，電子由A極經(jīng)外電路流向B極B．電解池Ⅱ中每生成2mol氯氣，理論上原電池Ⅰ生成二氧化碳的體積是22.4LC．若a為碳電極、b為鐵電極，b應(yīng)與A相連D．該微生物燃料電池應(yīng)在常溫下進(jìn)行，不宜在高溫下進(jìn)行【解析】如圖Ⅰ微生物燃料電池中微生物生成二氧化碳，發(fā)生氧化反應(yīng)，為負(fù)極，氧氣得電子，發(fā)生還原反應(yīng)，為正極。由于通氧氣的一極是原電池的正極，微生物一端為原電池的負(fù)極，電池工作時(shí)外電路電子由負(fù)極流向正極，故由B極流向A極，A選項(xiàng)錯(cuò)誤；無標(biāo)準(zhǔn)狀況無法計(jì)算體積，B選項(xiàng)錯(cuò)誤；若a為碳電極、b為鐵電極，b應(yīng)與B相連，C選項(xiàng)錯(cuò)誤；微生物在高溫下會(huì)死亡，所以不宜在高溫下運(yùn)行，D選項(xiàng)正確；故選D。8.(2023·湖南衡陽聯(lián)考二模)鈉離子電池的工作原理與鋰離子電池相似，與鋰離子電池相比較，成本低，充電時(shí)間短。一種鈉—空氣電池的裝置如圖所示。該電池利用“多孔”石墨電極形成空氣通道，放電時(shí)生成的NaOx填充在“空位”中，當(dāng)“空位”填滿后，放電終止。下列說法正確的是(D)A．放電時(shí)，M為陰極B．放電時(shí)，N電極發(fā)生的電極反應(yīng)為xO2＋2xe－=2Oeq\o\al(－,x)C．充電時(shí)，每轉(zhuǎn)移1mole－，N電極減輕23gD．該電池的比能量比鋰離子電池低【解析】放電時(shí)，Na失電子，M為負(fù)極，A錯(cuò)誤；放電時(shí)，N電極發(fā)生的電極反應(yīng)為2Na＋＋xO2＋2e－=2NaOx，原選項(xiàng)中電荷也沒配平，B錯(cuò)誤；充電時(shí)，N電極的反應(yīng)為2NaOx－2e－=2Na＋＋xO2，每轉(zhuǎn)移1mole－，失重(23＋16x)g，C錯(cuò)誤；比能量指的是單位質(zhì)量輸出電能的多少，mgLi轉(zhuǎn)移eq\f(m,7)mol電子，mgNa轉(zhuǎn)移eq\f(m,23)mol電子，因此相同質(zhì)量的鋰離子電池比能量比鈉離子電池高，D正確；故選D。9.(2023·廣東深圳一模)一種可充電鋅—空氣電池放電時(shí)的工作原理如下圖所示。已知：Ⅰ室溶液中，鋅主要以[Zn(H2O)6]2＋的形式存在，并存在[Zn(H2O)6]2＋[Zn(H2O)5(OH)]＋＋H＋。下列說法正確的是(B)A．放電時(shí)，Ⅰ室溶液pH增大B．放電時(shí)，該裝置Ⅱ室可實(shí)現(xiàn)海水淡化C．充電時(shí)，Zn電極反應(yīng)為Zn＋6H2O－2e－=[Zn(H2O)6]2＋D．充電時(shí)，每生成1molO2，Ⅲ室溶液質(zhì)量理論上減少32g【解析】原電池中通入O2的一極是正極，則Pt/C電極是正極，電極方程式為O2＋4e－＋2H2O=4OH－，Zn電極為負(fù)極，已知：Ⅰ室溶液中，鋅主要以[Zn(H2O)6]2＋的形式存在，電極方程式為：Zn＋6H2O－2e－=[Zn(H2O)6]2＋，以此解答。由分析可知，Zn電極為負(fù)極，電極方程式為Zn＋6H2O－2e－=[Zn(H2O)6]2＋，[Zn(H2O)6]2＋濃度增大，平衡[Zn(H2O)6]2＋[Zn(H2O)5(OH)]＋＋H＋正向移動(dòng)，H＋濃度增大，Ⅰ室溶液pH減小，故A錯(cuò)誤；放電時(shí)，該裝置Ⅱ室中Na＋通過陽離子交換膜進(jìn)入Ⅲ室，Cl－通過陰離子交換膜進(jìn)入Ⅰ室，可實(shí)現(xiàn)海水淡化，故B正確；放電時(shí)，Zn電極反應(yīng)為Zn＋6H2O－2e－=[Zn(H2O)6]2＋，則充電時(shí)，Zn電極反應(yīng)為[Zn(H2O)6]2＋＋2e－=Zn＋6H2O，故C錯(cuò)誤；充電時(shí)，Ⅲ室為陽極，電極方程式為4OH－－4e－=O2↑＋2H2O，每生成1molO2轉(zhuǎn)移4mol電子，同時(shí)有4molNa＋通過陽離子交換膜進(jìn)入Ⅱ室，Ⅲ室溶液質(zhì)量理論上減少32g＋4mol×23g/mol＝124g，故D錯(cuò)誤；故選B。10.(2023·廣東廣州二模)科學(xué)家研發(fā)了一種以Al和Pd@石墨烯為電極的Al—N2電池，電池以AlCleq\o\al(－,4)－Al2Cleq\o\al(－,7)離子液體作電解質(zhì)，放電時(shí)在提供能量的同時(shí)實(shí)現(xiàn)了人工固氮，示意圖如下。下列說法不正確的是(B)A．充電時(shí)Al電極是陰極B．放電時(shí)AlCleq\o\al(－,4)離子濃度增大，Al2Cleq\o\al(－,7)離子濃度減少C．放電時(shí)正極反應(yīng)為N2＋8Al2Cleq\o\al(－,7)＋6e－=2AlN＋14AlCleq\o\al(－,4)D．放電時(shí)電路中每通過6mole－，電池總質(zhì)量理論上增加28g【解析】充電時(shí)，Al電極發(fā)生反應(yīng)為8Al2Cleq\o\al(－,7)＋6e－=2Al＋14AlCleq\o\al(－,4)，發(fā)生還原反應(yīng)，故作為陰極，A正確；放電時(shí)，Al作為負(fù)極，發(fā)生氧化反應(yīng)，電極反應(yīng)式為2Al＋14AlCleq\o\al(－,4)－6e－=8Al2Cleq\o\al(－,7)。正極發(fā)生反應(yīng)為N2＋8Al2Cleq\o\al(－,7)＋6e－=2AlN＋14AlCleq\o\al(－,4)，總反應(yīng)為2Al＋N2=2AlN，AlCleq\o\al(－,4)、Al2Cleq\o\al(－,7)濃度均不變，B錯(cuò)誤；放電時(shí)，正極發(fā)生反應(yīng)為N2＋8Al2Cleq\o\al(－,7)＋6e－=2AlN＋14AlCleq\o\al(－,4)，C正確；由以上電極反應(yīng)可知，放電時(shí)電池總質(zhì)量增加相當(dāng)于是增加了N2，每通過6mol電子，參加反應(yīng)N2是1mol，增加質(zhì)量是28g/mol×1mol＝28g，D正確；故選B。11.(2023·湖南張家界二模)鐵碳微電池法在弱酸性條件下處理含氮廢水技術(shù)的研究獲得突破性進(jìn)展，其工作原理如圖所示。下列說法錯(cuò)誤的是(C)A．工作時(shí)H＋透過質(zhì)子交換膜由乙室向甲室移動(dòng)B．碳電極上的電極反應(yīng)式為2NOeq\o\al(－,3)＋12H＋＋10e－=N2↑＋6H2OC．處理廢水過程中兩側(cè)溶液的pH基本不變D．處理含NOeq\o\al(－,3)的廢水，若處理6.2gNOeq\o\al(－,3)，則有0.5molH＋透過質(zhì)子交換膜【解析】在原電池反應(yīng)中負(fù)極失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)，正極上得到電子發(fā)生還原反應(yīng)，根據(jù)電極微粒變化及元素化合價(jià)判斷電極正負(fù)極、離子移動(dòng)方向，并書寫相應(yīng)的電極反應(yīng)式。由圖可知電池工作時(shí)，碳電極是正極，H＋會(huì)由負(fù)極移向正極，即H＋由乙室通過質(zhì)子交換膜向甲室移動(dòng)，A正確；碳電極為正極，在甲室中NOeq\o\al(－,3)轉(zhuǎn)化為N2，所以電極反應(yīng)式為2NOeq\o\al(－,3)＋12H＋＋10e－=N2↑＋6H2O，B正確；當(dāng)轉(zhuǎn)移10mole－時(shí)甲室溶液中消耗12molH＋，但通過質(zhì)子交換膜的H＋只有10mol，