高考化学二轮复习考点剖析考点44 非水电池（解析版）

考点44非水电池1．（2015江苏）一种熔融碳酸盐燃料电池原理示意如图。下列有关该电池的说法正确的是（）A．反应CH4＋H2O3H2＋CO,每消耗1molCH4转移12mol电子B．电极A上H2参与的电极反应为：H2＋2OH－－2e－=2H2OC．电池工作时，CO32－向电极B移动D．电极B上发生的电极反应为：O2＋2CO2＋4e－=2CO32－【答案】D【解析】A、1molCH4→CO，化合价由-4价→+2上升6价，1molCH4参加反应共转移6mol电子，故错误；B、环境不是碱性，否则不会产生CO2，其电极反应式：CO＋H2＋2CO32－－4e－=3CO2＋H2O，故B错误；C、根据原电池工作原理，电极A是负极，电极B是正极，阴离子向负极移动，故C错误；D、根据电池原理，O2、CO2共同参加反应，其电极反应式：O2＋2CO2＋4e－=2CO32－，故D正确。不同类型的燃料电池可有不同种类的电解质，其电解质通常有水剂体系（酸性、中性或碱性）电解质、熔融盐电解质、固体（氧化物或质子交换膜）电解质等。在不同的电解质中，燃料电池的电极反应式就有不同的表示方法。因此，在书写燃料电池电极反应式时要特别注意电解质的种类。1、电解质为熔融的碳酸盐（如Li2CO3和Na2CO3熔融盐混和物）在熔融的碳酸盐环境中，O2-离子也不能单独存在，O2-离子可结合CO2生成CO32-离子，则其正极反应式为O2＋2CO2+4e-=2CO32-。2、电解质为固体电解质（如固体氧化锆—氧化钇）该固体电解质在高温下可允许O2-离子在其间通过，故其正极反应式应为O2＋4e-=2O2-。综上所述，燃料电池正极反应式本质都是O2＋4e-=2O2-，在不同电解质环境中，其正极反应式的书写形式有所不同。因此在书写正极反应式时，要特别注意所给电解质的状态。1、固态金属氧化物电池典例1（2018广东省揭阳市高三高考第一次模拟考试）在固态金属氧化物燃料电池中，以H2—CO混合气体为燃料，基本原理如右图所示。下列说法不正确的是A．Y极是原电池的正极，发生还原反应B．负极的电极反应式是：H2－2eˉ＋O2ˉ＝H2OCO－2eˉ＋O2ˉ＝CO2C．总反应可表示为：H2＋CO＋O2＝H2O＋CO2D．同温同压下两极消耗的气体的体积之比是1︰1【答案】D【解析】根据图示知：与X相连的电极通入H2、CO，所以X是负极，Y是正极，负极上发生氧化反应，电极反应式为：H2+O2--2e-=H2O、CO+O2--2e-=CO2，正极上发生还原反应，电极反应式为：O2+4e-=O2-，总反应为：H2+CO+O2=H2O+CO2。A．根据图示知：与X相连的电极通入H2、CO，所以X是负极，Y是正极，A正确；B．负极上发生氧化反应，电极反应式为：H2+O2--2e-=H2O、CO+O2--2e-=CO2，B正确；C、根据正负极的电极反应式可知，总反应式可以为：H2+CO+O2=H2O+CO2，C正确；D、总反应式可表示为：H2+CO+O2=H2O+CO2，同温同压下两极消耗的气体体积之比是2：1，D错误。2、熔融碳酸盐电池典例2（2018届河南省濮阳市高三第二次模拟考试）氢氧熔融碳酸盐燃料电池是一种高温电池(600~700℃)，具有效率高、噪音低、无污染、燃料多样、余热利用价值高等优点。氢氧熔融碳酸盐燃料电池的工作原理如图所示。下列有关该电池的说法正确的是A．电池工作时，熔融碳酸盐只起到导电的作用B．负极反应式为H2-2e-+CO32-==CO2+H2OC．该电池可利用工厂中排出的CO2，减少温室气体的排放D．电池工作时，外电路中流过0.2mol电子，消耗3.2gO2【答案】B【解析】根据图示，在氢氧熔融碳酸盐燃料电池中，通入氢气的电极为负极，负极发生氧化反应，电极反应式为H2-2e-+CO32-==CO2+H2O，通入氧气的电极为正极，正极发生还原反应，电极反应式为O2+2CO2+4e-=2CO32-，总反应为：2H2＋O2=2H2O。A.根据上述分析，电池工作时，熔融碳酸盐参与了电极反应，A错误；B.负极发生氧化反应，电极反应式为H2-2e-+CO32-==CO2+H2O，故B正确；C.根据总反应，该电池工作时没有消耗二氧化碳，不能减少温室气体的排放，C错误；D.电池工作时，外电路中流过0.2mol电子，消耗0.5mol氧气，质量为16gO2，D错误。3、质子膜电池典例3（2018届甘肃省兰州市高三第一次诊断性考试）科学家设计出质子膜H2S燃料电池，实现了利用H2S废气资源回收能量并得到单质硫。质子膜H2S燃料电池的结构示意图如下图所示。下列说法不正确的是A．电极a为电池的负极B．电极b上发生的电极反应为：O2+4H++4e﹣===2H2OC．电路中每流过4mol电子，在正极消耗44.8LH2SD．每17gH2S参与反应，有1molH+经质子膜进入正极区【答案】C【解析】A，根据图示，电极a上H2S失去电子被氧化成S2，电极a为负极，A项正确；B，电极b上O2发生得电子的还原反应，电极反应式为O2+4H++4e-=2H2O，B项正确；C，H2S在负极被消耗，负极电极反应式为2H2S-4e-=S2+4H+，电路中流过4mol电子，负极消耗2molH2S，H2S所处温度和压强未知，无法计算消耗H2S的体积，C项错误；D，n（H2S）=17g34g/mol4、固体氧化物电池典例4如图所示是一种以液态肼(N2H4)为燃料，氧气为氧化剂，某固体氧化物为电解质的新型燃料电池。该固体氧化物电解质的工作温度高达700-900℃时，O2-可在该固体氧化物电解质中自由移动，反应生成物均为无毒无害的物质。下列说法正确的是A．电极甲发生还原反应B．电池内的O2-由电极乙移向电极甲C．电池总反应为N2H4+2O2=2NO+2H2OD．当甲电极上有lmolN2H4消耗时，乙电极上有22.4LO2参与反应【答案】B【解析】A、通氧气一极为正极，通N2H4的一极为负极，即电极甲为负极，依据原电池的工作原理，电极甲上发生氧化反应，A错误；B、根据原电池的工作原理，O2－从正极移向负极，B正确；C、因为反应生成无毒无害物质，即N2H4转化成N2和H2O，C错误；D、题目中没有说明条件是否为标准状况下，因此无法计算气体的体积，D错误。5、新材料电池典例5（2018届广东省佛山市普通高中教学质量检测二）新型液态金属Li-Sb电池具有优良的动力传输特性，工作原理如图所示，该电池的两极及电解液被分成3层(熔融Li和Sb可互溶)。下列说法正确的是A．电池放电时Li为正极B．将Li换成Na会提高该电池的比能量C．该电池充电时阳极金属的总质量不变D．在Sb电极中常掺入Pb，目的是降低该电池工作温度【答案】D【解析】电池放电时Li为负极，A项错误；比能量是指参与电极反应的单位质量的电极材料放出电能的大小，将Li换成Na会降低该电池的比能量，B项错误；当电池放电时，上层的锂金属失去电子，成为锂离子，移到中层的盐层，而盐层中的锂离子，则会吸收电子，渐渐跑到铅锑混合物所在的最下层，若开始充电，最底层的锂金属会往上熔回盐层的过程中，熔融Li和Sb可互溶，故该电池充电时阳极金属的总质量发生改变，C项错误；将正极金属Sb和低熔点金属进行合金化来降低熔点，从而降低电池的工作温度，D项正确。1．（江西省重点中学盟校2019届高三第一次联考）如图所示是一种以液态肼(N2H4)为燃料，氧气为氧化剂，某固体氧化物为电解质的新型燃料电池。该固体氧化物电解质的工作温度高达700～900℃时，O2-可在该固体氧化物电解质中自由移动，反应生成物均为无毒无害的物质。下列说法正确的是A．电池总反应为：N2H4+2O2=2NO+2H2OB．电池内的O2-由电极乙移向电极甲C．当甲电极上有lmolN2H4消耗时，乙电极上有22.4LO2参与反应D．电池正极方程式为：O2+4e-+2H2O=4OH-【答案】B【解析】A.反应生成物均为无毒无害的物质，负极上反应生成N2，则电池总反应为：N2H4+O2=N2↑+2H2O，A错误；B.放电时，阴离子向负极移动，即O2-由电极乙移向电极甲，B正确；C.由电池总反应为：N2H4+O2=N2↑+2H2O可知，当甲电极上有1molN2H4消耗时，乙电极上有1molO2被还原，由于反应条件未知，所以O2的体积不一定是22.4L，C错误；D.正极上氧气得电子发生还原反应，电极反应式为：O2+4e-=2O2-，D错误。2．（衡水金卷2018-2019年度高三第三次联合质量测评）一种以肼(N2H4)为燃料的新型环保电池的工作原理如图所示。下列说法正确的是A．电极A的电势比电极B的低B．电极A的电极反应式为N2H4－4e－+4OH－===N2+4H2OC．电极B发生氧化反应D．每消耗11.2L的O2，转移的电子数为2NA【答案】A【解析】A.电极A为负极，故A的电势比电极B的低，故A正确；B.由图示可知，固体电解质中存在阳离子而不是氢氧根，电极A的电极反应式为：N2H4－4e－+2O2-===N2+2H2O，故B错误；C.电极B为正极，氧气得电子生成阳离子，发生还原反应，故C错误；D.没有说明是否在标准状况下，所以11.2L的O2，转移的电子数不能确定，故D错误。3．（安徽省芜湖市第一中学2020届高三上学期基础检测）如图所示是一种以液态肼(N2H4)为燃料氧气为氧化剂，某固体氧化物为电解质的新型燃料电池。该固体氧化物电解质的工作温度高达700—900℃时，O2—可在该固体氧化物电解质中自由移动，反应生成物均为无毒无害的物质。下列说法正确的是（）A.电池内的O2—由电极甲移向电极乙B.电池总反应为N2H4+2O2＝2NO+2H2OC.当甲电极上有1molN2H4消耗时，标况下乙电极上有22.4LO2参与反应D.电池外电路的电子由电极乙移向电极甲【答案】C【解析】A.放电时，阴离子向负极移动，即O2−由电极乙移向电极甲，A项错误；B.反应生成物均为无毒无害的物质，负极上反应生成氮气，则电池总反应为N2H4+O2=N2↑+2H2O，B项错误；C.由电池总反应为N2H4+O2=N2↑+2H2O可知，当甲电极上有1molN2H4消耗时，乙电极上有1molO2被还原，所以标况下乙电极上有22.4LO2参与反应，C项正确；D.电池外电路的电子从电源的负极流向正极，即由电极甲移向电极乙，D项错误。4．（天津市新华中学2019届高三下学期第10次统练）某小组设计如图装置，利用氢镍电池为钠硫电池(总反应为：)充电。已知氢镍电池放电时的总反应式为SKIPIF1<0，其中M为储氢合金，下列说法正确的是A．a极为氢镍电池的正极B．充电时，SKIPIF1<0通过固体SKIPIF1<0陶瓷向M极移动C．氢镍电池的负极反应式为SKIPIF1<0D．充电时，外电路中每通过2mol电子，N极上生成1molS单质【答案】B【解析】A.根据以上分析，与a极相连的是钠硫电池的负极，所以a极为氢镍电池的负极，故A错误；B.电解时阳离子向阴极移动，所以充电时，SKIPIF1<0通过固体Al2O3陶瓷向M极移动，故B正确；C.氢镍电池的负极发生氧化反应，反应式为MH+OH--e-=M+H2O，故C错误；D.充电时，N电极为阳极，反应式为Sx2--2e-=xS，根据电子守恒，外电路中每通过2mol电子，N极上生成xmolS单质，故D错误。5．（浙江省临安市昌化中学2019届高三上学期期末）钠-CO2电池的工作原理如图所示，吸收的CO2转化为Na2CO3固体和碳，沉积在多壁碳纳米管(MWCNT)电极表面，下列说法不正确的是()A.负极反应式为Na－e-=Na+B.多壁碳纳米管(MWCNT)作电池的正极C.可以用乙醇代替四甘醇二甲醚作有机溶剂D.电池总反应式为4Na+3CO2=2Na2CO3+C【答案】C【解析】A．负极反应为钠失电子发生的氧化反应，电极反应为：Na-e-═Na+，故A正确；B．根据分析可知，多壁碳纳米管(MWCNT)做电池的正极，故B正确；C．钠和乙醇发生反应生成氢气，不可以用乙醇代替四甘醇二甲醚做有机溶剂，故C错误；D．根据分析，放电时电池总反应即钠与二氧化碳反应生成碳酸钠和碳，总反应是4Na+3CO2=2Na2CO3+C，故D正确。6．（天津部分区联考2019届高三上学期一模考试）在混合导体透氧膜反应器中一步同时制备氨合成气(N2、H2)和液体燃料合成气(CO、H2)，其工作原理如图所示，下列说法错误的是A．膜I侧反应为：H2O+2e-=H2+O2-O2+4e-=2O2-B．膜II侧相当于原电池的负极C．膜II侧发生的反应为：CH4+O2--2e-=2H2+COD．膜II侧每消耗1molCH4，膜I侧一定生成1molH2【答案】D【解析】A.膜I侧，H2O和O2在正极均发生还原反应，结合题图可写出其电极反应式为：H2O+2e-=H2+O2-、O2+4e-=2O2-，故A正确；B.原电池中阴离子从正极向负极移动结合题图O2-的移动方向可知，膜I侧相当于原电池的正极，膜II侧相当于原电池的负极，故B正确；C.膜II侧CH4发生氧化反应，其电极反应式为CH4+O2--2e-=2H2+CO，故C正确；D.膜I侧发生的反应为：H2O+2e-=H2+O2-、O2+4e-=2O2-，膜II侧发生的反应为：CH4+O2--2e-=2H2+CO，膜II侧每消耗1molCH4，膜I侧生成小于1molH2，故D错误。7．（河南省新乡市2019届高三第三次模拟测试）热激活电池可用作火箭、导弹的工作电源。一种热激活电池的基本结构如图所示，其中作为电解质的无水LiCl－KCl混合物受热熔融后，电池即可瞬间输出电能，此时硫酸铅电极处生成Pb。下列有关说法正确的是A．输出电能时，外电路中的电子由硫酸铅电极流向钙电极B．放电时电解质LiCl－KCl中的Li＋向钙电极区迁移C．电池总反应为Ca＋PbSO4＋2LiClPb＋Li2SO4＋CaCl2D．每转移0.2mol电子，理论上消耗42.5gLiCl【答案】C【解析】A.输出电能时，电子由负极经过外电路流向正极，即从钙电极经外电路流向硫酸铅电极，A项错误；B.Li+带正电，放电时向正极移动，即向硫酸铅电极迁移，B项错误；C.负极反应方程式为Ca+2Cl−−2e−=CaCl2，正极电极反应方程式为：PbSO4+2e−+2Li+=Pb+Li2SO4，则总反应方程式为：PbSO4+Ca+2LiCl=Pb+CaCl2+Li2SO4，C项正确；D.钙电极为负极，电极反应方程式为Ca+2Cl−−2e−=CaCl2，根据正负极电极反应方程式可知2e−∼2LiCl，每转移0.2mol电子，消耗0.2molLiCl，即消耗85g的LiCl，D项错误。8．（辽宁省大连市2019届高三第二次模拟考试）以柏林绿Fe[Fe(CN)6]为代表的新型可充电钠离子电池，其放电工作原理如图所示。下列说法正确的是A．放电时，Mo箔上的电势比Mg箔上的低B．充电时，Mo箔接电源的负极C．放电时，正极反应为Fe[Fe(CN)6]+2Na++2e-=Na2Fe[Fe(CN)6]D．充电时，外电路中通过0.2mol电子时，阴极质量增加3.55g【答案】C【解析】A.放电时，Mg作负极，Mo作正极，所以Mo箔上的电势比Mg箔上的高，故A错误；B.充电时，电池的负极接电源的负极，电池的正极接电源的正极，即Mo箔接电源的正极，故B错误；C.根据原电池工作原理，放电时Mg作负极，Mo作正极，正极反应式为Fe[Fe(CN)6]+2Na++2e-=Na2Fe[Fe(CN)6],故C正确;D.放电时负极上应是2Mg-4e-+2C1-=[Mg2Cl2]2+,通过0.2mol电子时，消耗0.1molMg,质量减少2.4g，则充电时质量增加2.4g，故D错误。答案：C。9．（河南省中原名校2019届高三下学期第一次联考）发展新能源汽车是国家战略，经过近10年的发展，目前我国新能源汽车产销量均达到80万辆，LiFePO4电池是新能源汽车关键部件之一，其工作原理如图所示。下列说法错误的是（）

A．充电时，电极a与电源的负极连接，电极b与电源正极连接B．电池驱动汽车前进时，正极的电极反应为：Li1-xFePO4+xLi++xe－=LiFePO4C．电池驱动汽车后退时，负极材料减重1.4g，转移0.4mol电子D．电池进水将会大大降低其使用寿命【答案】C【解析】A.放电时Li+向电极b移动,则电极b为正极，电极a为负极,充电时，电极a与电源的负极连接，电极b与电源正极连接，故A正确；B.电池工作时,Li+向正极移动，正极上Li1-xFePO4,发生还原反应:Li1-xFePO4+xLi++xe-==LiFePO4,故B正确;C.电池工作时，负极反应为LixC6–xe-=xLi++C6,负极减重1.4g，说明消耗锂的物质的量为0.2mol,则外电路中流过0.2mol电子,故C错误。D.因为Li的金属性很强，容易与水发生反应，所以电池进水将会大大降低其使用寿命，故D正确；答案：C。10．（陕西省渭南市2019年高三教学质量检测二）最近我国科学家在液流电池研究方面取得新进展。一种硫/碘体系(KI/K2S2)的液流电池工作原理如图所示。下列说法正确的是（）A．放电时电池右侧为负极，发生氧化反应B．放电时电池左侧的电极反应为S22－+2e－==2S2－C．充电时电解质溶液中K经交换膜向右侧移动D．充电时电池的总反应为3I－+S22－=I3－+2S2－【答案】D【解析】A项、放电时，右室电极为液流电池的正极，I3－在正极上放电发生还原反应生成I－，故A错误；B项、放电时，左室电极为液流电池的负极，S2－在负极放电发生氧化反应生成S22－，电极反应式为2S2－—2e－=S22－，故B错误；C项、充电时，阳离子向阴极移动，则电解质溶液中K经交换膜向左侧移动，故C错误；D项、放电时，电池的总反应为I3－+2S2－=3I－+S22－，则充电时，电池的总反应为3I－+S22－=I3－+2S2－，故D正确。11．（四川省成都七中2019届高三理科理综4月12日考试）—种新型可逆电池的工作原理如图所示，放电时总反应为Al+3Cn(AlCl4)+4AlCl4-Al2Cl7-+3Cn-(Cn代表石墨),下列说法正确的是A．充电时，石墨电极作阴极B．充电时，熔融盐中的A1C14-向右移动C．放电时，负极反应为:2A1-6e-+7C1-=A12C17-D．放电时，若电路中转移3mol电子，则有1molCn(A1C14)被还原【答案】B【解析】A.金属铝做原电池的负极，充电时做电解池的阴极，石墨做阳极，故错误；B.充电时，阴离子向阳极移动，即向右移动，故正确；C.放电时，负极反应为：A1-3e-+7AlCl4-=4A12C17-，故错误；D.放电时，若电路中转移3mol电子，则有3molCn(A1C14)被还原，故错误。12．（云南省玉溪一中2019届高三下学期第五次调研考试）一种新型燃料电池，一极通入空气，另一极通入丁烷气体；电解质是掺杂氧化钇(Y2O3)的氧化锆(ZrO2)晶体，在熔融状态下能传导O2－。下列说法不正确的是A．通入丁烷的一极是负极，电极反应为：C4H10＋26e－＋13O2－===4CO2↑＋5H2OB．在熔融电解质中，O2－向负极定向移动C．电池的总反应是：2C4H10＋13O2===8CO2＋10H2OD．通入空气的一极是正极，电极反应为：O2＋4e－===2O2－【答案】A【解析】A．燃料电池中通入燃料的电极是负极，负极反应式为C4H10+13O2－-26e-=4CO2↑+5H2O，选项A不正确；B．在放电时，熔融电解质中O2-向负极定向移动、阳离子向正极移动，选项B正确；C．电池总反应式和燃料燃烧方程式相同，为2C4H10+13O2=8CO2+10H2O，选项C正确；D．燃料电池中通入氧化剂的电极是正极，所以通入空气的电极是正极，电极反应式为：O2+4e-═2O2-，选项D正确。13．（山东省聊城市2019届高三3月份一模考试）以柏林绿Fe[Fe(CN)6]为代表的新型可充电钠离子电池，其放电工作原理如图所示。下列说法错误的是A．放电时，Na+由右室移向左室B．放电时，Mg箔为负极，该电极发生氧化反应C．充电时，阳极反应式为Na2Fe[Fe(CN)6]－2e-=====Fe[Fe(CN)6]+2Na+D．用铅蓄电池为该电池充电时，当有0.2mol电子转移时，Pb电极质量减少20.7g【答案】D【解析】A.由图可知,右室发生氧化反应，Mg箔为负极,则Mo箔为正极，所以放电时，Na+由右室移向左室，故A正确；B.放电时，Mg箔为负极，该电极发生氧化反应，故B正确；C.充电时，Mo(钼)箔接电源的正极,是电解池的阳极，阳极反应式为Na2Fe[Fe(CN)6]－2e-==Fe[Fe(CN)6]+2Na+，故C正确；D.外电路中通过0.2mol电子的电量时,Pb电极发生的反应为：Pb-2e-+SO42-=PbSO4,质量增加了9.6g，故D错误。14．（安徽蚌埠市2019届高三第二次教学质量检查考试）大阳能路灯蓄电池是磷酸铁锂电池，其工作原理如图。M电极材料是金属锂和碳的复合材料(碳作为金属锂的载体)，电解质为一种能传导Li+的高分子材料，隔膜只允许Li+通过，电池反应式为LixC6+Li1－xFePO4LiFePO4+6C。下列说法正确的是A．放电时Li+从左边移向右边，PO43－从右边移向左边B．放电时，正极反应式为：Li1－xFePO4+xLi++xe－=LiFePO4C．充电时M极连接电源的负极，电极反应为6C+xe－=C6x－D．充电时电路中通过2.0mol电子，产生7.0gLi【答案】B【解析】A．M电极材料是金属锂和碳的复合材料(碳作为金属锂的载体)，含有Li单质。M电极为负极，放电时，阳离子向正极移动，Li＋从左向右移动，隔膜只允许Li＋通过，PO43－不能通过，A项错误；B．放电时，正极得到电子，Li1－xFe