新高考2025屆高考化學小題必練10新型化學電源

Page13（新高考）小題必練10：（新高考）小題必練10：新型化學電源高考中的新型電源有“高鐵電池”“海洋電池”“燃料電池”“鋰離子電池”等。這些電池一般具有高能環(huán)保、經(jīng)久耐用、電壓穩(wěn)定、比能量高等特點。取材與這些學問點的試題，由于題材廣、信息新、生疏度大，所以大多數(shù)考生對這類試題感到難，事實上這些題目主要考查學生對原電池的工作原理的遷移應用實力。1．【2024年山東卷】微生物脫鹽電池是一種高效、經(jīng)濟的能源裝置，利用微生物處理有機廢水獲得電能，同時可實現(xiàn)海水淡化?，F(xiàn)以NaCl溶液模擬海水，采納惰性電極，用下圖裝置處理有機廢水(以含CH3COO?的溶液為例)。下列說法錯誤的是（）A．負極反應為CH3COOˉ+2H2O-8eˉ=2CO2↑+7H+B．隔膜1為陽離子交換膜，隔膜2為陰離子交換膜C．當電路中轉(zhuǎn)移1mol電子時，模擬海水理論上除鹽58.5gD．電池工作一段時間后，正、負極產(chǎn)生氣體的物質(zhì)的量之比為2∶1【答案】B【解析】據(jù)圖可知a極上CH3COOˉ轉(zhuǎn)化為CO2和H+，C元素被氧化，所以a極為該原電池的負極，則b極為正極。A．a(chǎn)極為負極，CH3COOˉ失電子被氧化成CO2和H+，結合電荷守恒可得電極反應式為CH3COOˉ+2H2O-8eˉ=2CO2↑+7H+，故A正確；B．為了實現(xiàn)海水的淡化，模擬海水中的氯離子須要移向負極，即a極，則隔膜1為陰離子交換膜，鈉離子須要移向正極，即b極，則隔膜2為陽離子交換膜，故B錯誤；C．當電路中轉(zhuǎn)移1mol電子時，依據(jù)電荷守恒可知，海水中會有1molClˉ移向負極，同時有1molNa+移向正極，即除去1molNaCl，質(zhì)量為58.5g，故C正確；D．b極為正極，水溶液為酸性，所以氫離子得電子產(chǎn)生氫氣，電極反應式為2H++2eˉ=H2↑，所以當轉(zhuǎn)移8mol電子時，正極產(chǎn)生4mol氣體，依據(jù)負極反應式可知負極產(chǎn)生2mol氣體，物質(zhì)的量之比為4∶2=2∶1，故D正確；故選B?！军c睛】涉及到相關的計算時，留意整個電池中正極和負極轉(zhuǎn)移的電子數(shù)守恒。2．【2024年天津卷】熔融鈉-硫電池性能優(yōu)良，是具有應用前景的儲能電池。下圖中的電池反應為2Na+xSNa2Sx，(x=5~3，難溶于熔融硫)，下列說法錯誤的是（）A．Na2S4的電子式為B．放電時正極反應為C．Na和Na2Sx分別為電池的負極和正極D．該電池是以為隔膜的二次電池【答案】C【解析】依據(jù)電池反應：2Na+xSNa2Sx可知，放電時，鈉作負極，發(fā)生氧化反應，電極反應為：Na-e?=Na+，硫作正極，發(fā)生還原反應，電極反應為。A．Na2S4屬于離子化合物，4個硫原子間形成三對共用電子對，電子式為，故A正確；B．放電時發(fā)生的是原電池反應，正極發(fā)生還原反應，電極反應為：，故B正確；C．放電時，Na為電池的負極，正極為硫單質(zhì)，故C錯誤；D．放電時，該電池是以鈉作負極，硫作正極的原電池，充電時，是電解池，為隔膜，起到電解質(zhì)溶液的作用，該電池為二次電池，故D正確；答案選C?！军c睛】信息型原電池，依據(jù)給出的總反應方程式，結合原電池的正負極發(fā)生的反應，推斷出正負極材料和反應物。3．【2024年全國卷3】一種高性能的堿性硼化釩(VB2)—空氣電池如下圖所示，其中在VB2電極發(fā)生反應：該電池工作時，下列說法錯誤的是（）A．負載通過0.04mol電子時，有0.224L(標準狀況)O2參與反應B．正極區(qū)溶液的pH降低、負極區(qū)溶液的pH上升C．電池總反應為D．電流由復合碳電極經(jīng)負載、VB2電極、KOH溶液回到復合碳電極【答案】B【解析】依據(jù)圖示的電池結構，左側VB2發(fā)生失電子的反應生成和，反應的電極方程式如題干所示，右側空氣中的氧氣發(fā)生得電子的反應生成OH?，反應的電極方程式為O2+4e?+2H2O=4OH?，電池的總反應方程式為4VB2+11O2+20OH?+6H2O=8+4。A．當負極通過0.04mol電子時，正極也通過0.04mol電子，依據(jù)正極的電極方程式，通過0.04mol電子消耗0.01mol氧氣，在標況下為0.224L，A正確；B．反應過程中正極生成大量的OH?使正極區(qū)pH上升，負極消耗OH?使負極區(qū)OH-濃度減小pH降低，B錯誤；C．依據(jù)分析，電池的總反應為4VB2+11O2+20OH?+6H2O=8+4，C正確；D．電池中，電子由VB2電極經(jīng)負載流向復合碳電極，電流流向與電子流向相反，則電流流向為復合碳電極→負載→VB2電極→KOH溶液→復合碳電極，D正確；故選B?！军c睛】本題在解答時應留意正極的電極方程式的書寫，電解質(zhì)溶液為堿性，則空氣中的氧氣得電子生成氫氧根；在推斷電池中電流流向時，電流流向與電子流向相反。1．微生物燃料電池在凈化廢水的同時能獲得能源或得到有價值的化學產(chǎn)品，下圖為其工作原理及廢水中離子濃度與去除率的關系。下列說法不正確的是（）A．有機物被氧化，M為電源負極B．電池工作時，N極旁邊溶液pH增大C．Cr2Oeq\o\al(2?,7)離子濃度較大時，可能會造成還原菌失活D．處理0.1molCr2Oeq\o\al(2?,7)時有0.6molH+從交換膜右側向左側遷移【答案】D【解析】由圖知，電子流入電極N，則N電極為正極，發(fā)生還原反應，Cr2O72-得電子生成Cr3+，M極失電子發(fā)生氧化反應，有機物被氧化生成CO2，為原電池的負極。A．由分析可知，M電極有機物失電子發(fā)生氧化反應，M為負極，故A正確；B．依據(jù)圖示，正極反應為Cr2Oeq\o\al(2?,7)+6e?+14H+=2Cr3++7H2O，消耗氫離子，N極旁邊溶液pH增大，故B正確；C．Cr2Oeq\o\al(2?,7)具有強氧化性，能使蛋白質(zhì)變性，濃度較大時，可能會造成還原菌失活，故C正確；D．Cr元素由+6價變?yōu)?3價，處理0.lmolCr2Oeq\o\al(2?,7)時轉(zhuǎn)移0.6mol電子，依據(jù)電荷守恒，處理0.1molCr2Oeq\o\al(2?,7)時有0.6molH+從交換膜左側向右側遷移，故D錯誤；答案選D。2．（雙選）以石墨為電極材料，熔融硝酸鈉為電解質(zhì)，NO2-O2燃料電池的工作原理如圖所示。下列關于該燃料電池的說法不正確的是（）A．石墨I電極的電勢高于石墨Ⅱ電極的電勢B．石墨Ⅱ電極上消耗的NO2的體積與生成的N2O5的體積之比為2∶1C．該電池工作時，熔融NaNO3中Na+向石墨Ⅱ電極移動D．該電池的總反應方程式為4NO2+O2=2N2O5【答案】BC【解析】由圖知：石墨I電極電子流入是正極，石墨Ⅱ電子流出是負極；A．由分析可知，石墨I電極的電勢高于石墨Ⅱ電極的電勢，A正確；B．石墨Ⅱ電極上發(fā)生的電極反應為NO2+NO3-e?=N2O5，電極上消耗的NO2的體積與生成的N2O5的體積之比為1:1，B錯誤；C.原電池中陽離子向正極移動，該電池工作時，熔融NaNO3中Na+向石墨I電極移動，C錯誤；D．在熔融硝酸鈉環(huán)境中，NO2在負極失電子被氧化到+5價，O2在正極得到電子被還原到-2價，該電池的總反應方程式為4NO2+O2=2N2O5，D正確；答案選BC。Li-SOCl2電池是迄今具有最高能量比的電池。該電池的電極材料分別為鋰和碳，電解液是LiAlC14-SOCl2（熔點-110℃、沸點78.8℃）。電池的總反應可表示為：4Li+2SOCl2=4LiCl+S+SO2。下列說法錯誤的是（）A．該電池不能在寒冷的地區(qū)正常工作B．該電池工作時，正極反應為：2SOCl2+4e?=4Cl?+S+SO2C．SOCl2分子的空間構型是三角錐形D．該電池組裝時，必需在無水無氧條件下進行【答案】A【解析】依據(jù)電池的總反應可知，失電子的是Li，在負極發(fā)生反應，得電子的是SOCl2，在正極發(fā)生反應；電解液的熔點為-110℃、沸點為78.8℃，電池可以在-110℃~78.8℃溫度范圍內(nèi)正常工作。A．電解液(熔點-110℃、沸點78.8℃)，所以在寒冷的地區(qū)，電解液也是液態(tài)，所以能在寒冷的地區(qū)正常工作，故A錯誤；B．SOCl2為氧化劑，在正極發(fā)生還原反應，電極方程式為：2SOCl2+4e?=4Cl?+S+SO2，故B正確；C．SOCl2分子中的中心原子S原子價層電子對數(shù)=3+=4，實行sp3雜化，且有一對孤電子對，為三角錐形，故C正確；D．因為構成電池的材料Li能和水反應，且SOCl2也與水反應，所以必需在無水無氧條件下進行，故D正確；答案選A。4．下圖中裝置Ⅰ是原電池，電池總反應為：N2H4+O2=N2+2H2O，離子交換膜只允許H+通過。裝置Ⅱ為電解池，閉合開關K時，b極旁邊先變紅色。下列說法正確的是（）A．原電池負極發(fā)生的電極反應式為N2H4+4OH?-4e?=N2+4H2OB．電解池中，b電極為陽極C．當有0.01molH+通過離子交換膜時，a電極上析出氣體112mLD．閉合K后，電流方向為Aeq\o(→,\s\up7())aeq\o(→,\s\up7())beq\o(→,\s\up7())Beq\o(→,\s\up7())A【答案】D【解析】因為閉合開關K時，b極旁邊先變紅色，據(jù)此推斷b極是陰極，B是負極，A是正極，a是陽極。A．由于原電池中離子交換膜只允許H+通過，所以負極發(fā)生的電極反應式為N2H4-4e?=N2+4H+，A說法錯誤；B．電解池中，b電極為陰極，B說法錯誤；C．當有0.01molH+通過離子交換膜時，氣體的條件若為標準狀況下，a電極上析出氣體為112mL，C說法錯誤；D．閉合K后，依據(jù)正電荷移動的方向是電流的方向，所以電流方向為Aeq\o(→,\s\up7())aeq\o(→,\s\up7())beq\o(→,\s\up7())Beq\o(→,\s\up7())A，D說法正確。答案為D。5．用鋰－氟化碳（氟氣與碳生成的夾層化合物）電池電解含有尿素[CO(NH2)2]的堿性溶液，用于廢水處理和煤液化供氫，其裝置如圖所示（裝置中c、d均為惰性電極，隔膜僅阻擋氣體通過），下列說法錯誤的是（）A．電極a為鋰－氟化碳電池的負極B．電極b的電極反應為（CFx）n+nxe?=nC+nxF?C．裝置中電子流淌方向：電極a→電極d→隔膜→電極c→電極bD．c電極區(qū)和d電極區(qū)產(chǎn)生的氣體在相同條件下的體積比為1∶3【答案】C【解析】A．鋰－氟化碳（氟氣與碳生成的夾層化合物）電池中Li+定向移動到b極，依據(jù)原電池中陽離子定向移動到正極可推出b極為正極，則a極為負極，選項A正確；B．電極b為原電池的正極，正極上氟氣與碳生成的夾層化合物（CFx）n得電子產(chǎn)生C和F?，故電極反應為（CFx）n+nxe?=nC+nxF?，選項B正確；C．依據(jù)裝置可知電極a為負極，b為正極，c為陽極，d為陰極，故裝置中電子流淌方向：電極a→電極d，電極c→電極b，電子不在隔膜中流淌，選項C錯誤；D．依據(jù)得失電子守恒，電解含有尿素[CO(NH2)2]的堿性溶液，c電極區(qū)和d電極區(qū)產(chǎn)生的氣體N2和H2在相同條件下的體積比為1∶3，選項D正確；答案選C。6．（雙選）我國科研人員研制出一種室溫“可呼吸”Na－CO2電池。放電時該電池“吸入”CO2，充電時“呼出”CO2。吸入CO2時，其工作原理如圖所示。汲取的CO2中，部分轉(zhuǎn)化為Na2CO3固體沉積在多壁碳納米管(MWCNT)電極表面。下列說法正確的是（）A．“吸入”CO2時，鈉箔為負極B．“吸入”CO2時的正極反應：4Na++3CO2+4e?=2Na2CO3+CC．“呼出”CO2時，Na+向多壁碳納米管電極移動D．標準狀況下，每“呼出”22.4LCO2，轉(zhuǎn)移電子數(shù)為0.75mol【答案】AB【解析】依據(jù)題意，結合圖示，放電時為原電池，鈉箔作原電池負極，電極反應為Na-e?=Na+，多壁碳納米管(MWCNT)電極作原電池正極，“吸入”CO2，部分轉(zhuǎn)化為Na2CO3固體沉積在多壁碳納米管(MWCNT)電極表面，電極反應為4Na++3CO2+4e?=2Na2CO3+C；“呼出”CO2時為電解池。A．依據(jù)分析，“吸入”CO2時為原電池，鈉箔為負極，故A正確；B．依據(jù)分析，“吸入”CO2時為原電池，多壁碳納米管(MWCNT)電極作原電池正極，正極反應為4Na++3CO2+4e?=2Na2CO3+C，故B正確；C．依據(jù)分析，“呼出”CO2時為電解池，多壁碳納米管(MWCNT)電極陽極，鈉箔為陰極，電解池中陽離子向陰極移動，則Na+向鈉箔電極移動，故C錯誤；D．“呼出”CO2時為電解池，陽極的電極反應為2Na2CO3+C-4e?=4Na++3CO2，產(chǎn)生3molCO2轉(zhuǎn)移4mol電子，則標準狀況下，每“呼出”22.4LCO2，即產(chǎn)生1molCO2時，轉(zhuǎn)移電子數(shù)為mol，故D錯誤；答案選AB。7．一種非水相可充電電池可承受較大的充放電電流，電極為鎂電極和碳電極，其示意圖如下所示。下列說法錯誤的是（）A．充電時，b連接直流電源的正極B．放電時，電池內(nèi)部Mg2+向C電極移動C．充電時，C極區(qū)Br－濃度增大D．電池總反應為Mg+Breq\o\al(?,3)Mg2++3Br－【答案】C【解析】由圖可知，電極為鎂電極和碳電極，電池充放電過程中均是Mg2+在兩極之間移動，電池放電過程中Mg電極上只能是Mg放電生成Mg2+，因此放電過程中負極電極反應式為Mg-2e?=Mg2+，C電極發(fā)生還原反應，其電極反應式為Breq\o\al(?,3)+2e?=3Br?，充電過程中，電池負極連接電源負極發(fā)生還原反應，電池正極連接電源正極發(fā)生氧化反應。由上述分析可知，放電時，Mg為電池負極，C為電池正極，A．放電時，C電極為電池為正極，充電時，b連接直流電源的正極，故A項說法正確；B．放電時，Mg2+移向還原電極，即移向C電極，故B項說法正確；C．充電時，C極上的電極反應式為3Br?-2e?=Breq\o\al(?,3)，Br?濃度將減小，故C項說法錯誤；D．由電池負極與正極電極反應式相加并將電子抵消即可得到電池總反應，因此電池總反應為Mg+Breq\o\al(?,3)Mg2++3Br?，故D項說法正確；故答案為C。8．（雙選）2024年諾貝爾化學獎頒給了三位為鋰離子電池發(fā)展作出重要貢獻的科學家。磷酸鐵鋰鋰離子電池充電時陽極反應式為：LiFePO4–xLi+-xe?→xFePO4+(1-x)LiFePO4。放電工作示意圖如圖。下列敘述正確的是（）A．放電時，Li+通過隔膜移向正極B．充電時，電子從電源經(jīng)銅箔流入正極材料C．放電時正極反應為：FePO4+xLi++xe?=xLiFePO4+(1-x)FePO4D．磷酸鐵鋰鋰離子電池充放電過程通過Li+遷移實現(xiàn)，C、Fe、P元素化合價均不發(fā)生變更【答案】AC【解析】放電時為原電池，原電池中陽離子流向正極，依據(jù)鋰離子的流向可知銅箔為正極，發(fā)生還原反應，鋁箔為負極，發(fā)生氧化反應，充電時為電解池，銅箔上發(fā)生氧化反應為陽極，鋁箔發(fā)生還原反應為陰極，即充電時銅箔上的反應為LiFePO4–xLi+-xe?→xFePO4+(1-x)LiFePO4。A．放電時為原電池，原電池中陽離子流向正極，故A正極；B．充電時，正極材料上發(fā)生失電子的氧化反應，電子流出，故B錯誤；C．放電時的正極反應和充電時的陽極反應相反，為FePO4+xLi++xe?→xLiFePO4+(1-x)FePO4，故C正確；D．依據(jù)陽極的反應式可知充放電的過程中Fe元素的化合價發(fā)生變更，故D錯誤；綜上所述答案為AC。9．用下列方法制備銀鋅堿性電池的正極活性物質(zhì)Ag2O2：向KOH溶液中加入適量AgNO3溶液，保持反應溫度為80℃，邊攪拌邊將肯定量K2S2O8(過二硫酸鉀，其中部分O為-1價)溶液緩慢加到上述混合物中，反應完全后，過濾、洗滌、真空干燥得到固體樣品。反應總方程式為2AgNO3+4KOH+K2S2O8eq\o(,\s\up7(△))Ag2O2↓+2KNO3+2K2SO4+2H2O。下列說法不正確的是（）A．銀鋅堿性電池放電時正極的Ag2O2轉(zhuǎn)化為Ag，被還原B．該電池充電時陰極的電極反應為：[Zn(OH)4]2?+2e?＝Zn+4OH?C．銀鋅堿性電池反應方程式可寫為：Ag2O2+2Zn+4KOH+2H2O＝2K2Zn(OH)4+2AgD．上述反應中，1molK2S2O8(過二硫酸鉀)得2mole?(除氧之外，其余元素的化合價都沒有變)【答案】D【解析】銀鋅堿性電池中由鋅電極和Ag2O2電極組成，電解質(zhì)溶液通常是KOH溶液，故電池放電時正極的Ag2O2轉(zhuǎn)化為Ag，負極的Zn轉(zhuǎn)化為K2Zn(OH)4，正極電極反應式為Ag2O2+4e?+2H2O=2Ag+4OH?，負極電極反應式為2Zn-4e?+8OH?=2[Zn(OH)4]2?，反應還應有KOH參與，反應的總方程式為：Ag2O2+2Zn+4KOH+2H2O=2K2Zn(OH)4+2Ag。A．由分析可知，銀鋅堿性電池放電時正極的Ag2O2轉(zhuǎn)化為Ag，被還原，A正確；B．二次電池充電時發(fā)生放電的逆過程，該電池充電時陰極發(fā)生的電極反應為充電時負極電極反應的逆過程，故電極反應為：[Zn(OH)4]2?+2e?＝Zn+4OH?，B正確；C．由分析可知，銀鋅堿性電池反應方程式可寫為：Ag2O2+2Zn+4KOH+2H2O＝2K2Zn(OH)4+2Ag，C正確；D．依據(jù)信息可知，上述反應2AgNO3+4KOH+K2S2O8eq\o(,\s\up7(△))Ag2O2↓+2KNO3+2K2SO4+2H2O是非氧化還原反應，故不存在電子的得失和化合價的變更，D不正確；故答案為：D。10．一種高性能的干脆硼氫燃料電池如圖所示，其總反應為BHeq\o\al(?,4)+2O2=BOeq\o\al(?,2)+2H2O。該電池工作時，下列說法正確的是（）A．電子由Pt電極經(jīng)外電路、石墨電極、NaOH溶液回到Pt電極B．負極反應式為BHeq\o\al(?,4)-8e?+8OH?=BOeq\o\al(?,2)+6H2OC．OH?透過陰離子交換膜向石墨電極遷移D．外電路通過0.4mol電子時，有2.24LO2在石墨電極上參與反應【答案】B【解析】A．在外電路中，電子由負極Pt電極經(jīng)導線流向正極石墨電極，而在內(nèi)電路中離子定向移動，電子不能進入到電解質(zhì)溶液中，A錯誤；B．依據(jù)裝置圖可知Pt電極為負極，負極上BHeq\o\al(?,4)失去電子被氧化變?yōu)锽Oeq\o\al(?,2)，由于電解質(zhì)溶液顯堿性，含有大量的OH?，故負極的電極反應式為：BHeq\o\al(?,4)-8e?+8OH?=BOeq\o\al(?,2)+6H2O，B正確；C．溶液中的陰離子OH?應當向正電荷較多的負極(Pt)遷移，C錯誤；D．沒有指明反應條件是否是“標準狀況”，因此不能進行有關計算，D錯誤；故答案為B。11．用氟硼酸(HBF4，屬于強酸）溶液代替硫酸溶液作鉛蓄電池的電解質(zhì)溶液，可使鉛蓄電池在低溫下工作時的性能更優(yōu)良，反應方程式為Pb+PbO2+4HBF42Pb(BF4)2+2H2O。Pb(BF4)2為可溶于水的強電解質(zhì)，下列說法正確的是（）A．放電時，負極反應為PbO2+4HBF4-2e?=Pb(BF4)2+2BFeq\o\al(?,4)+2H2OB．充電時，當陽極質(zhì)量增加23.9g時轉(zhuǎn)移0.2mol電子C．放電時，PbO2電極旁邊溶液的pH減小D．充電時，Pb電極的電極反應為PbO2+4H++2e?=Pb2++2H2O【答案】B【解析】A．放電時，負極反應為：Pb-2e?=Pb2+，故A錯誤；B．充電時，Pb2+-2e?+2H2O=PbO2+4H+，當正極質(zhì)量增加23.9g時轉(zhuǎn)移0.2mol電子，故B正確；C．放電時，PbO2+4H++2e?=Pb2++2H2O，PbO2電極旁邊溶液的pH增大，故C錯誤；D．充電時，Pb電極的電極反應式為Pb2++2e?=Pb，故D錯誤；故選B。12．一種新型燃料電池以二氧化硫和空氣為原料，工作原理如圖所示，下列說法不正確的是（）A．電路中每通過1mol電子，有1molH+從a電極遷移到b電極B．該電池實現(xiàn)了制備硫酸、發(fā)電、環(huán)保三位一體的結合C．該電池工作時，b極旁邊pH漸漸降低D．相同條件下，放電過程中消耗的SO2和O2的體積比為2∶1【答案】C【解析】通入SO2為電池負極，即ａ為負極，發(fā)生氧化反應生成硫酸，反應式為：SO2+2H2O-2e?=SOeq\o\al(2?,4)+4H+，通入空氣的為正極，即ｂ為正極，反應式為：O2+4H++4e?=2H2O，裝置的總反應為：2SO2+2H2O+O2=2SOeq\o\al(2?,4)+4H+。A．ａ為負極，ｂ為正極，由正極反應式O2+4H++4e?=2H2O可推斷，電路中每通過1mol電子，有1molH+從a電極遷移到b電極，故A正確；B．SO2是污染性氣體，電池負極的SO2氣體發(fā)生氧化反應生成硫酸，既削減了環(huán)境污染，又將其轉(zhuǎn)換為電能、充分利用，故B正確；C．ｂ為正極，反應式為：O2+4H++4e?=2H2O，b極旁邊pH漸漸上升，故C錯誤；D．由總反應式：2SO2+2H2O+O2=2SOeq\o\al(2?,4)+4H+可知，相同條件下，放電過程中消耗的SO2和O2的體積比為2∶1，故D正確。答案選C?！军c睛】本題考查了原電池原理的應用，明確電解質(zhì)溶液酸堿性、電極的推