第一部分 題型15 新型化學(xué)電源 -2024年高考化學(xué)二輪復(fù)習(xí)VIP

題型15新型化學(xué)電源

對(duì)應(yīng)學(xué)生用書P166

1.一種全氫電池的工作原理如圖所示。下列說法正確的是(B)

陽(yáng)離子交換膜

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===H2t+2C1OJ

D.反應(yīng)一段時(shí)間后左室c(NaCKh)增大

解析由工作原理圖可知，X電極上氫氣失電子與氫氧根離子結(jié)合生成

水，發(fā)生了氧化反應(yīng)，為負(fù)極，電極反應(yīng)是H2-2e+2OH==2H2O,Y電

極為正極，發(fā)生了還原反應(yīng)，電極反應(yīng)是2H++2e—==H2,原電池工作時(shí)，陽(yáng)

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。由上述分析可知，A、C錯(cuò)誤；該裝置為原電池，將化學(xué)能轉(zhuǎn)化成電能，

B正確；該電池工作時(shí)，左室中的Na+通過陽(yáng)離子交換膜遷移到右室，一段時(shí)

間后，右室c(NaCK>4)增大，D錯(cuò)誤。

2.(2022?全國(guó)甲卷)一種水性電解液Zn-MnO2離子選擇雙隔膜電池如圖所

示［KOH溶液中，ZM+以Zn(OH)/存在］。電池放電時(shí)，下列敘述錯(cuò)誤的是(A)

MM上電極離子選擇隔膜Zn電極

in

A.n區(qū)的K+通過隔膜向m區(qū)遷移

B.I區(qū)的sor通過隔膜向n區(qū)遷移

+2+

C.MnCh電極反應(yīng)：MnO2+4H+2e===Mn+2H2O

+2+

D.電池總反應(yīng)：Zn+4OH+MnO2+4H==Zn(OH)r+Mn+2H2O

解析MnCh電極為正極，Zn電極為負(fù)極，電池放電時(shí)，電解質(zhì)溶液中陰

離子向負(fù)極移動(dòng)，陽(yáng)離子向正極移動(dòng)，A項(xiàng)錯(cuò)誤；I區(qū)中的SOr通過隔膜向

+

II區(qū)遷移，B項(xiàng)正確；MnCh電極為正極，電極反應(yīng)式為MnO2+2e+4H

===Mn2++2H2O,C項(xiàng)正確；根據(jù)正、負(fù)兩極的電極反應(yīng)式可得電池總反應(yīng)

為Zn+4OH+MnO2+4H+==Zn(OH)F+Mn2++2H2O,D項(xiàng)正確。

3.(2023?湖南衡陽(yáng)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NaQ-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一==20二

C,充電時(shí)，每轉(zhuǎn)移1mole，N電極減輕23g

D.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—===2Na(X,B錯(cuò)誤；充電時(shí)，N電極的電極反應(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)移早mol電子，mgNa轉(zhuǎn)

mol電子，因此相同質(zhì)量的鋰離子電池比鈉離子電池比能量高，D正確。

4.（2023?遼寧遼陽(yáng)一模）染料敏化電池展現(xiàn)出廣闊的應(yīng)用前景，某染料敏

化電池如圖所示（已知：1個(gè)光子理論上可以轉(zhuǎn)化為1個(gè)電子）。下列說法錯(cuò)誤

的是（C）

A.Pt電極為該電池的正極

B.該電池實(shí)現(xiàn)了太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能

C.該電池工作一段時(shí)間后需補(bǔ)充口

D.若用該電池電解水，當(dāng)光電轉(zhuǎn)化效率為5%時(shí)，每分鐘該電池接收0.01

mol光子，電解效率為80%,則10分鐘后消耗的水的質(zhì)量為0.036g

解析由圖中信息可知，電子由TiO2光敏電極經(jīng)導(dǎo)線流入Pt電極，Pt

電極作正極，故A正確；該電池實(shí)現(xiàn)了光子轉(zhuǎn)化為電子，將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能,

故B正確；6在Pt電極上發(fā)生反應(yīng)：I3+2e—===3「，「在Ti（h光敏電極上發(fā)

生反應(yīng)：3I-2e===E,因此不需要補(bǔ)充6,故C錯(cuò)誤；該電池每分鐘接受

O.Olmol光子，實(shí)際轉(zhuǎn)化成的電子的物質(zhì)的量為0.0005mol,結(jié)合電解效率可

知參與電解過程的電子的物質(zhì)的量為0.0005X80%=0.0004mol,則10分鐘

轉(zhuǎn)移電子0.004mol,每電解1mol水消耗2mol電子，則轉(zhuǎn)移0.004mol電子

消耗水的物質(zhì)的量為0.002mol,水的質(zhì)量為0.002molX18g,mo「i=0.036g,

故D正確。

5.隨著中國(guó)雙碳決策部署的有序推進(jìn)，綠電發(fā)電規(guī)模逐年提升，為適應(yīng)

未來綠電長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能需求，我國(guó)企業(yè)開始于2022年利用“全帆液流電池”布局

大型儲(chǔ)能基地。電池的充、放電總反應(yīng)式為VO2++V3++H2OVO3+

V2++2H+,下圖為全帆液流電池工作原理示意圖。下列說法錯(cuò)誤的是（C）

A.放電時(shí)，電極A的電勢(shì)比B的高

B.放電時(shí)，正極的電極反應(yīng)式為VO3+e—+2H+===VO2++H2O

C.在220V電壓下，用恒定的1A電流充電1小時(shí)，電池中增加的化學(xué)

能為7.92X105J

D.充電時(shí)，H+由A極室通過質(zhì)子交換膜向B極室遷移

解析電池的充、放電總反應(yīng)式為VO2++V3++H2O工2VO3+V2+

+2H+,由題圖可知，放電時(shí)A極室VO］轉(zhuǎn)化為VO2+,得到電子，則A電極

為正極，B極室V2+轉(zhuǎn)化為V3+,失去電子，則B電極為負(fù)極，故充電時(shí)A電

極為陽(yáng)極，B電極為陰極。由以上分析可知，放電時(shí)電極A為正極，電極B

為負(fù)極，則電極A的電勢(shì)比B的高，A正確；根據(jù)總反應(yīng)式可知，放電時(shí)正

極的電極反應(yīng)式為VO3+e-+2H+===VO2++H2O,B正確；充電過程中，電

能不會(huì)完全轉(zhuǎn)化為化學(xué)能，則無法計(jì)算，C錯(cuò)誤；充電時(shí)電極A為陽(yáng)極，電極

B為陰極，則H+由A極室通過質(zhì)子交換膜向B極室遷移，D正確。

6.（2023?湖南長(zhǎng)沙聯(lián)考二模）某同學(xué)利用如圖所示裝置探究金屬的腐蝕與

防護(hù)，下列說法不正確的是（B）

/?.I,I\/?.I,I

?\]FeFe\]卜e

浸有飽和食鹽水的濾紙沒有飽和食鹽水的濾紙

A.③區(qū)電極電勢(shì)Cu高于Fe

B.①區(qū)Fe電極和③區(qū)Fe電極的電極反應(yīng)均為Fe-2e~=Fe2+

C.②區(qū)Zn電極和④區(qū)Cu電極的電極反應(yīng)均為2H2O+2e===H2f+

2OH"

D.②區(qū)Fe電極和④區(qū)Fe電極附近滴加K3[Fe（CN）6]M,均會(huì)出現(xiàn)藍(lán)

色沉淀

解析由題圖可知，①區(qū)和③區(qū)為原電池，②區(qū)和④區(qū)構(gòu)成電解池，①區(qū)

中鋅為負(fù)極、鐵為正極，③區(qū)中鐵為負(fù)極、銅為正極，②區(qū)中與直流電源正極

相連的鐵為電解池的陽(yáng)極、鋅為陰極，④區(qū)中與直流電源正極相連的鐵為電解

池的陽(yáng)極、銅為陰極。由分析可知，③區(qū)中鐵為負(fù)極、銅為正極，則③區(qū)電極

電勢(shì)正極銅高于負(fù)極鐵，故A正確；①區(qū)中鐵為正極，氧氣在正極得到電子發(fā)

生還原反應(yīng)生成氫氧根離子，電極反應(yīng)式為O2+4e+2H2O===4OH",故B

錯(cuò)誤；②區(qū)鋅電極和④區(qū)銅電極均為電解池的陰極，電極反應(yīng)式均為2H20+

2e===H21+2OH,故C正確；②區(qū)鐵電極和④區(qū)鐵電極均為電解池的陽(yáng)極,

電極反應(yīng)式均為Fe-2e===Fe2+,放電生成的亞鐵離子均能與鐵氧化鉀溶液

反應(yīng)生成藍(lán)色沉淀，故D正確。

7.某液流電池工作原理如圖。充電過程中，陽(yáng)極會(huì)發(fā)生如下副反應(yīng)：2Mli3

+2++2+

+2H2O===Mn+MnO21+4H,加入少量Br一可將MnOz還原為Mn,

提高電池的能量密度和穩(wěn)定性。下列說法正確的是(C)

??

GM石

2+

充

充

墨

n放

電

電

電

電

電

極

產(chǎn)

M極

++

質(zhì)子交換膜

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一后，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一后，充電時(shí)，陽(yáng)極生成M/+和陰極生成Cd的物質(zhì)的量

之比為2:1

解析放電時(shí)，Cd失電子作負(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，Cd?*不能通過質(zhì)子交換膜，B錯(cuò)誤；加入溟離

子后經(jīng)多次充放電，正極可能發(fā)生M/+在正極放電、自身歧化的還原反應(yīng)，

可能發(fā)生澳離子還原二氧化鎰的反應(yīng)，生成的溟單質(zhì)也可能發(fā)生還原反應(yīng)，C

正確；由得失電子守恒可知，若無其他反應(yīng)的干擾，充電時(shí)二者物質(zhì)的量之比

為2：1,但是由于澳離子等的干擾，則二者物質(zhì)的量之比不一定為2：1,D

錯(cuò)誤。

8.(2023?天津河西一模)目前發(fā)展勢(shì)頭強(qiáng)勁的綠色環(huán)保儲(chǔ)能電池——帆電

池的工作原理如圖所示，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)

泵泵

A.基態(tài)原子帆的價(jià)層電子排布式為4s2

B.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VO3+e'==VO2+

解析由題干信息可知，放電時(shí)電子由B極沿導(dǎo)線向A極移動(dòng)，故B極

為負(fù)極，A極為正極，電極反應(yīng)式為VOl+e-+2H+==VO2++H2O；充電時(shí),

B極為陰極，發(fā)生還原反應(yīng)，V3+轉(zhuǎn)化為V2+,A極為陽(yáng)極，電極反應(yīng)式為VO?

+-+

+H2O-e===VOj+2H,據(jù)此作答。V為23號(hào)元素，其電子排布式為

[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+由B極

經(jīng)離子交換膜移向A極，B項(xiàng)正確；由上述分析可知，C、D項(xiàng)錯(cuò)誤。

9.（2022?湖南卷）海水電池在海洋能源領(lǐng)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(cuò)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(yīng)：2H2O+2e===2OH+H2t

C.玻璃陶瓷具有傳導(dǎo)離子和防水的功能

D.該鋰.海水電池屬于一次電池

解析電池分析：

用電器

二

二」正極

負(fù)極：Li-二

二港電

e-^=Li+<-

二水極

二

個(gè)*電解質(zhì)

隔膜玻璃陶瓷

海水中含有大量的電解質(zhì)，A項(xiàng)正確；Li是活潑金屬，作負(fù)極，則N極

是正極，正極上海水中溶解的02、CO2等均能放電，B項(xiàng)錯(cuò)誤；由于Li易與

水反應(yīng)，故玻璃陶瓷應(yīng)具有良好的防水功能，同時(shí)為形成閉合回路，也應(yīng)具有

傳導(dǎo)離子的功能，C項(xiàng)正確；該電池屬于一次電池，D項(xiàng)正確。

10.（2023,江蘇南京統(tǒng)考一模）如圖為某微生物燃料電池凈化水的原理。下

列說法正確的是（C）

~|用電器|―

MN

有機(jī)物n

微

交u

n生Cr—>Cr(OH)

換3

物

n膜

n

■

co,H?f、Cr。-

A.N極為負(fù)極，發(fā)生氧化反應(yīng)

B.電池工作時(shí)，N極附近溶液pH減小

C.M極發(fā)生的電極反應(yīng)為?國(guó)005）〃-24碇一+7〃%0==6〃（：021+

24〃H+

D.處理0.1molCrzO歹時(shí)，有1.4molH卡從交換膜左側(cè)向右側(cè)遷移

解析由題圖可知，有機(jī)物失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)生成二氧化碳，則M

為負(fù)極；重鋸酸根離子得到電子發(fā)生還原反應(yīng)，則N為正極。由分析可知，M

極為負(fù)極，發(fā)生氧化反應(yīng)，N為正極，A錯(cuò)誤；電池工作時(shí)，重輅酸根離子得

到電子發(fā)生還原反應(yīng)生成Cr3+,電極反應(yīng)為CrzOr+6e-+14H+==2Cr3++

7H2O,N極附近消耗氫離子，溶液pH變大，B錯(cuò)誤；有機(jī)物失去電子發(fā)生氧

化反應(yīng)生成二氧化碳，M極發(fā)生的電極反應(yīng)為(C6H10O5),,—24優(yōu)一十

7nH2O===6nCO2t+24nH+,C正確；根據(jù)得失電子守恒可知，4〃Cr2O彳一?

24碇一?(CGHIOO),?24〃H+,則處理0.1molO2O歹時(shí)，有0.6molH卡從交換

膜左側(cè)向右側(cè)遷移，D錯(cuò)誤。

11.一種穩(wěn)定且具有低成本、高效益的堿性混合多硫化物空氣氧化還原液

流電池結(jié)構(gòu)如圖所示。下列說法正確的是(B)

A.膜a為陰離子膜，膜b為陽(yáng)離子膜

B.充電時(shí)的總反應(yīng)為4OFT+2s/===4S/+O2t+2H2O

C.放電時(shí)，左側(cè)貯液室中含SM的多硫電解質(zhì)減少

D.放電時(shí)，外電路通過2moi電子，理論上II室及右側(cè)貯液器中的NaOH

共減少2mol

解析放電過程中I室發(fā)生氧化反應(yīng)，鈉離子通過膜a交換到II室，膜a

為陽(yáng)離子膜，膜b為陰離子膜，故A錯(cuò)誤。充電時(shí)，氫氧根離子被氧化得到

氧氣，S-被還原為SR,總反應(yīng)為4OH~+2SF===4Sr+O21+2H2O,故B

正確。放電時(shí)，必一轉(zhuǎn)化為所以含%一的多硫電解質(zhì)增加，故C錯(cuò)誤。放

電時(shí)，氧氣和水反應(yīng)產(chǎn)生氫氧根離子，所以NaOH增加，故D錯(cuò)誤。

12.一種新型電池既可以實(shí)現(xiàn)海水淡化，又可以處理含CH3COCT的廢水,

裝置如圖(模擬海水由NaCl溶液替代)。下列說法正確的是(D)

A.b極為負(fù)極，發(fā)生氧化反應(yīng)

B.隔膜I為陽(yáng)離子交換膜

-+

C.a極電極反應(yīng)為CH3COO+8e+2H2O===2CO2f+7H

D.理論上除去模擬海水中的NaCl351g,可得L5moicO2

解析由題圖可知，CH3COO一在a極附近轉(zhuǎn)化成CO2,其中碳元素化合

價(jià)升高，發(fā)生氧化反應(yīng)，所以a極為負(fù)極，則b極為正極。b極為正極，發(fā)生

還原反應(yīng)，A項(xiàng)錯(cuò)誤；原電池中，陰離子移向負(fù)極，所以C「通過隔膜I進(jìn)入

左室，隔膜I為陰離子交換膜，B項(xiàng)錯(cuò)誤；負(fù)極附近CH3COO-失電子被氧化

+

生成CO2和H,正確的電極反應(yīng)式為CH3COO-8e+2H2O===2CO21+

7H+,C項(xiàng)錯(cuò)誤；當(dāng)電路中轉(zhuǎn)移1mol電子時(shí)，根據(jù)電荷守恒可知，海水中有

1molC「移向負(fù)極，同時(shí)有l(wèi)molNa+移向正極，即除去ImolNaCL根據(jù)負(fù)

極反應(yīng)式可知，每消耗1molCH3COCT時(shí)轉(zhuǎn)移8moi電子，生成2moi二氧化

碳，理論上除去模擬海水中的NaCl351g,即〃（NaCl）=需舒=毫扁

=6mol,轉(zhuǎn)移6moi電子，可得小X2mol=l.5molCCh,D項(xiàng)正確。

13.（2023?四川巴中一模）鋰離子電池應(yīng)用廣泛，某課題組使用納米Si-C

復(fù)合顆粒直接與鋰接觸，形成LhSi,將鋰鹽溶于三乙二醇二甲醛作為電解液,

與Oi/C電極匹配組成如圖所示原電池c該電池的總反應(yīng)為xO2+

2LLSi鬟￡xLi2O2+2Si,下列說法錯(cuò)誤的是（B）

A.該電池放電時(shí)，a為負(fù)極

B.放電時(shí)，當(dāng)負(fù)極質(zhì)量減少14g時(shí)，電解液中轉(zhuǎn)移1molLi+

C.充電和放電過程，電解液中Li+濃度都不會(huì)改變

D.電池充電時(shí)，陽(yáng)極的電極反應(yīng)為L(zhǎng)i2O2—2b===O2t+2Li+

解析該電池放電時(shí)Li￡i在負(fù)極失電子，電極反應(yīng)為L(zhǎng)ixSi—疑一===xLi

++Si,正極反應(yīng)為O2+2e-+2Li+==Li2（）2,充電時(shí)LizCh在陽(yáng)極失電子，電

++

極反應(yīng)為L(zhǎng)izOz—2e===2Li+O2t,陰極反應(yīng)為Si+xe-+xLi===LLSio該

電池放電時(shí)，陽(yáng)離子向正極移動(dòng)，Li+向b電極移動(dòng)，則b為正極，a為負(fù)極,

A正確；放電時(shí)LixSi在負(fù)極失電子，電極反應(yīng)為L(zhǎng)ixSi-xe-===xLi++Si,負(fù)

極質(zhì)量減少14g時(shí)，電解液中轉(zhuǎn)移2moiLi+,B錯(cuò)誤；充電和放電過程中，

Li+從一個(gè)電極轉(zhuǎn)移到另一個(gè)電極，電解液中Li+的濃度不變，C正確；電池充

電時(shí)Li2()2在陽(yáng)極失電子，電極反應(yīng)為L(zhǎng)i2(h—2e-===2Li++O2t,D正確。

14.(2023?廣東深圳一模)一種可充電鋅一空氣電池放電時(shí)的工作原理如圖

所示。已知：I室溶液中，鋅主要以[Zn(H2O)6p+的形式存在，并存在

2+++

[Zn(H2O)6][Zn(H2O)5(OH)]+Ho下列說法正確的是(B)

陰

陽(yáng)

離

離

子

子

交

Zn交Pt/C

換

電極換電極

膜

ZnCl,和NaCl膜

混介溶液NaCl溶液NaCl溶液

【室I【室in室

A.放電時(shí)，I室溶液pH增大

B.放電時(shí)，該裝置n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1molCh,III室溶液質(zhì)量理論上減少32g

解析原電池中通入02的一極是正極，則Pt/C電極是正極，電極反應(yīng)式

為O2+4e-+2H2O===4OH—,Zn電極為負(fù)極，已知I室溶液中，鋅主要以

2+

[Zn(H2O)6p+的形式存在，電極反應(yīng)式為Zn+6H2O-2e-===[Zn(H2O)6],

以此解答。由分析可知，Zn電極為負(fù)極，電極反應(yīng)式為Zn+6H2O-2e-

222+

===[Zn(H2O)6]+,[Zn(H2O)6]+濃度增大，平衡[Zn(H2O)6]

[Zn(H2O)5(OH)]++H+正向移動(dòng)，H+