新教材适用2024版高考化学二轮总复习第1部分新高考选择题突破专题6化学反应与能量微专题2原电池新型化学电源教师用书

微专题2原电池新型化学电源命题角度1新型化学电源1.(2022·湖南选考)海水电池在海洋能源领域备受关注，一种锂—海水电池构造示意图如下。下列说法错误的是(B)A．海水起电解质溶液作用B．N极仅发生的电极反应：2H2O＋2e－=2OH－＋H2↑C．玻璃陶瓷具有传导离子和防水的功能D．该锂—海水电池属于一次电池【解析】锂—海水电池的总反应为2Li＋2H2O=2LiOH＋H2↑，M极上Li失去电子发生氧化反应，则M电极为负极，电极反应为Li－e－=Li＋，N极为正极，电极反应为2H2O＋2e－=2OH－＋H2↑，同时氧气也可以在N极得电子，电极反应为O2＋4e－＋2H2O=4OH－。海水中含有丰富的电解质，如氯化钠、氯化镁等，可作为电解质溶液，故A正确；由上述分析可知，N为正极，电极反应为2H2O＋2e－=2OH－＋H2↑，和反应O2＋4e－＋2H2O=4OH－，故B错误；Li为活泼金属，易与水反应，玻璃陶瓷的作用是防止水和Li反应，并能传导离子，故C正确；该电池不可充电，属于一次电池，故D正确；故选B。2.(2021·重庆选考)CO2电化学传感器是将环境中CO2浓度转变为电信号的装置，工作原理如图所示，其中YSZ是固体电解质。当传感器在一定温度下工作时，在熔融Li2CO3和YSZ之间的界面X会生成固体Li2O。下列说法错误的是(B)A．COeq\o\al(2－,3)迁移方向为界面X→电极bB．电极a上消耗的O2和电极b上产生的CO2的物质的量之比为1∶1C．电极b为负极，发生的电极反应为2COeq\o\al(2－,3)－4e－=O2↑＋2CO2↑D．电池总反应为Li2CO3=Li2O＋CO2↑【解析】本题考查原电池的工作原理。原电池中，阴离子向负极移动，则COeq\o\al(2－,3)由界面X向电极b移动，A项正确；由思路分析可知，转移4mol电子时，电极a消耗1molO2，电极b生成2molCO2，物质的量之比为1∶2，B项错误；由思路分析可知，C、D两项正确；故选B。命题角度2二次电池3.(2022·广东选考)科学家基于Cl2易溶于CCl4的性质，发展了一种无需离子交换膜的新型氯流电池，可作储能设备(如图)。充电时电极a的反应为NaTi2(PO4)3＋2Na＋＋2e－=Na3Ti2(PO4)3。下列说法正确的是(C)A．充电时电极b是阴极B．放电时NaCl溶液的pH减小C．放电时NaCl溶液的浓度增大D．每生成1molCl2，电极a质量理论上增加23g【解析】由充电时电极a的反应可知，充电时电极a发生还原反应，所以电极a是阴极，则电极b是阳极，故A错误；放电时电极反应和充电时相反，则由放电时电极a的反应为Na3Ti2(PO4)3－2e－=NaTi2(PO4)3＋2Na＋可知，NaCl溶液的pH不变，故B错误；放电时负极反应为Na3Ti2(PO4)3－2e－=NaTi2(PO4)3＋2Na＋，正极反应为Cl2＋2e－=2Cl－，反应后Na＋和Cl－浓度都增大，则放电时NaCl溶液的浓度增大，故C正确；充电时阳极反应为2Cl－－2e－=Cl2↑，阴极反应为NaTi2(PO4)3＋2Na＋＋2e－=Na3Ti2(PO4)3，由得失电子守恒可知，每生成1molCl2，电极a质量理论上增加23g·mol－1×2mol＝46g，故D错误；故选C。4.(2021·河北选卷)K—O2电池结构如图，a和b为两个电极，其中之一为单质钾片。关于该电池，下列说法错误的是(D)A．隔膜允许K＋通过，不允许O2通过B．放电时，电流由b电极沿导线流向a电极；充电时，b电极为阳极C．产生1Ah电量时，生成KO2的质量与消耗O2的质量比值约为2.22D．用此电池为铅酸蓄电池充电，消耗3.9g钾时，铅酸蓄电池消耗0.9g水【解析】由图可知，a电极为原电池的负极，单质钾片失去电子发生氧化反应生成钾离子，电极反应式为K－e－=K＋，b电极为正极，在钾离子作用下，氧气在正极得到电子发生还原反应生成超氧化钾；据以上分析解答。金属性强的金属钾易与氧气反应，为防止钾与氧气反应，电池所选择隔膜应允许K＋通过，不允许O2通过，故A正确；放电时，a为负极，b为正极，电流由b电极沿导线流向a电极，充电时，b电极应与直流电源的正极相连，做电解池的阳极，故B正确；生成1mol超氧化钾时，消耗1mol氧气，两者的质量比值为1mol×71g·mol－1∶1mol×32g·mol－1≈2.22∶1，故C正确；铅酸蓄电池充电时的总反应方程式为2PbSO4＋2H2O=PbO2＋Pb＋2H2SO4，反应消耗2mol水，转移2mol电子，由得失电子数目守恒可知，消耗3.9g钾时，铅酸蓄电池消耗水的质量为eq\f(3.9g,39g·mol－1)×18g·mol－1＝1.8g，故D错误；故选D。5.(2022·辽宁省选择性考试)某储能电池原理如图。下列说法正确的是(A)A．放电时负极反应：Na3Ti2(PO4)3－2e－=NaTi2(PO4)3＋2Na＋B．放电时Cl－透过多孔活性炭电极向CCl4中迁移C．放电时每转移1mol电子，理论上CCl4吸收0.5molCl2D．充电过程中，NaCl溶液浓度增大【解析】放电时负极反应：Na3Ti2(PO4)3－2e－=NaTi2(PO4)3＋2Na＋，正极反应：Cl2＋2e－=2Cl－，消耗氯气，放电时，阴离子移向负极，充电时阳极：2Cl－－2e－=Cl2，由此解析。放电时负极失电子，发生氧化反应，电极反应：Na3Ti2(PO4)3－2e－=NaTi2(PO4)3＋2Na＋，故A正确；放电时，阴离子移向负极，放电时Cl－透过多孔活性炭电极向NaCl中迁移，故B错误；放电时每转移1mol电子，正极：Cl2＋2e－=2Cl－，理论上CCl4释放0.5molCl2，故C错误；充电过程中，阳极：2Cl－－2e－=Cl2，消耗氯离子，NaCl溶液浓度减小，故D错误；故选A。命题角度3燃料电池6.(2022·全国乙卷)Li—O2电池比能量高，在汽车、航天等领域具有良好的应用前景。近年来科学家研究了一种光照充电Li—O2燃料电池(如图所示)。光照时，光催化电极产生电子(e－)和空穴(h＋)，驱动阴极反应(Li＋＋e－=Li)和阳极反应(Li2O2＋2h＋=2Li＋＋O2)对电池进行充电。下列叙述错误的是(C)A．充电时，电池的总反应Li2O2=2Li＋O2B．充电效率与光照产生的电子和空穴量有关C．放电时，Li＋从正极穿过离子交换膜向负极迁移D．放电时，正极发生反应O2＋2Li＋＋2e－=Li2O2【解析】充电时光照光催化电极产生电子和空穴，驱动阴极反应(Li＋＋e－=Li)和阳极反应(Li2O2＋2h＋=2Li＋＋O2)，则充电时总反应为Li2O2=2Li＋O2，结合图示，充电时金属Li电极为阴极，光催化电极为阳极；则放电时金属Li电极为负极，光催化电极为正极；据以上分析作答。光照时，光催化电极产生电子和空穴，驱动阴极反应和阳极反应对电池进行充电，结合阴极反应和阳极反应，充电时电池的总反应为Li2O2=2Li＋O2，A正确；充电时，光照光催化电极产生电子和空穴，阴极反应与电子有关，阳极反应与空穴有关，故充电效率与光照产生的电子和空穴量有关，B正确；放电时，金属Li电极为负极，光催化电极为正极，Li＋从负极穿过离子交换膜向正极迁移，C错误；放电时总反应为2Li＋O2=Li2O2，正极反应为O2＋2Li＋＋2e－=Li2O2，D正确；故选C。7.(2021·山东卷)以KOH溶液为离子导体，分别组成CH3OH—O2、N2H4—O2、(CH3)2NNH2—O2清洁燃料电池，下列说法正确的是(C)A．放电过程中，K＋均向负极移动B．放电过程中，KOH物质的量均减小C．消耗等质量燃料，(CH3)2NNH2—O2燃料电池的理论放电量最大D．消耗1molO2时，理论上N2H4—O2燃料电池气体产物的体积在标准状况下为11.2L【解析】碱性环境下，甲醇燃料电池总反应为2CH3OH＋3O2＋4KOH=2K2CO3＋6H2O；N2H4—O2清洁燃料电池总反应为N2H4＋O2=N2＋2H2O；(CH3)2NNH2中C和N的化合价均为－2价，H元素化合价为＋1价，所以根据氧化还原反应原理可推知其燃料电池的总反应为(CH3)2NNH2＋4O2＋4KOH=2K2CO3＋N2＋6H2O。放电过程为原电池工作原理，所以钾离子均向正极移动，A错误；N2H4—O2清洁燃料电池的产物为氮气和水，其总反应中未消耗KOH，所以KOH的物质的量不变，其他两种燃料电池根据总反应可知，KOH的物质的量减小，B错误；理论放电量与燃料的物质的量和转移电子数有关，设消耗燃料的质量均为mg，则甲醇、N2H4和(CH3)2NNH2放电量(物质的量表达式)分别是：eq\f(mg,32g·mol－1)×6、eq\f(mg,32g·mol－1)×4、eq\f(mg,60g·mol－1)×16，通过比较可知(CH3)2NNH2理论放电量最大，C正确；根据转移电子数守恒和总反应式可知，消耗1molO2生成的氮气的物质的量为1mol，在标准状况下为22.4L，D错误；故选C。〔思维建模〕1．原电池基础模型2．二次电池解题模型3．电极反应式的书写方法(1)书写步骤(2)不同介质在电极反应式中的“去留”中性溶液反应物若是H＋得电子或OH－失电子，则H＋或OH－均来自水的电离酸性溶液反应物或生成物中均没有OH－碱性溶液反应物或生成物中均没有H＋水溶液不能出现O2－知能对点1原电池的原理1.原电池模型和原理2.确定正、负极的依据依据正极负极反应类型还原反应氧化反应电极变化质量增加，逸出气体溶解、质量变轻电流方向流出流入电子流向流入流出离子移动方向阳离子移动方向阴离子移动方向电极材料较不活泼金属或石墨较活泼金属注意：根据电极材料确定正、负极通常情况适用，但根本依据为自发的氧化还原反应。如Mg—Al、NaOH溶液形成的原电池中，铝作负极，因为只有铝与NaOH溶液发生氧化还原反应。知能对点2新型化学电池1.单液电池2.双液电池3.间接电池媒质也称为“电对”或“介对”，其首先在电极表面失去(或得到)电子，形成氧化态(或还原态)在电解质溶液中进一步氧化(或还原)反应基质，最终生成目的产物。其原理如下图所示：命题角度1新型化学电源1.(2023·河北邯郸二模)利用电化学原理消除污染，还可获得电能，下面是一种处理垃圾渗透液的装置工作原理图。下列说法错误的是(A)A．X极的电极反应式为2NHeq\o\al(＋,4)－6e－＋6OH－=N2＋6H2OB．Y是正极，NOeq\o\al(－,3)发生还原反应C．当电路中通过5mol电子，正极区有14g气体放出D．盐桥内Cl－移向X电极【解析】X电极为NHeq\o\al(＋,4)转变为N2发生了氧化反应为负极，而Y极NOeq\o\al(－,3)转变为N2发生了还原反应为正极。溶液介质为中性，电极反应为2NHeq\o\al(＋,4)－6e－=N2↑＋8H＋，A项错误；Y极NOeq\o\al(－,3)转变为N2化合价降低发生了还原反应为正极，B项正确；正极的关系式为N2～10e－即每产生1molN2会转移10mol电子，当电路中通过5mol电子时正极区产生0.5molN2，质量为m＝M×n＝14g，C项正确；离子的移动方向：带正电的离子移向正极，带负电的离子移向负极，即Cl－移向X极，D项正确；故选A。命题角度2二次电池2.(2023·河北张家口二模)我国新能源汽车有望推广使用钠离子电池，一种钠离子电池工作示意图如下，充电时Na＋经电解液嵌入石墨(C6)，下列说法错误的是(B)A．放电时，电势：电极a>电极bB．放电时，电子从电极b经外电路流向电极a，再经电解液流回电极bC．放电过程中，导线上每通过1mole－，负极质量减少23gD．充电时，电极a上发生反应的电极反应式为NaFePO4－xe－=Na1－xFePO4＋xNa＋【解析】放电时，电极b为负极，电极反应式为Na－e－=Na＋，电极a为正极，电极反应式为Na1－xFePO4＋xNa＋＋xe－=NaFePO4；根据电池工作示意图分析可知，放电时，电极a为正极，电极b为负极，正极的电势高于负极，则电势：电极a>电极b，A项正确；放电时，电子从电极b经外电路流向电极a，电子不能通过电解液，B项错误；放电过程中，导线上每通过1mole－，负极上Na失e－生成Na＋进入电解液，质量减少23g，C项正确；充电时，电极a为阳极，发生反应的电极反应式为NaFePO4－xe－=Na1－xFePO4＋xNa＋，D项正确；故选B。3.(2023·山东枣庄二模)以柏林绿Fe[Fe(CN)6]新型可充电钠离子电池为电源，采用电解法在N-羟基邻苯二甲酰亚胺介质中用乙醇制乙醛。下列说法正确的是(D)A．制备乙醛时a极连接d极B．电池工作时溶液中Na＋移向b极C．当有2molFe[Fe(CN)6]转化成Na2－xFe[Fe(CN)6]时，生成(4－2x)molCH3CHOD．电源充分充电时，a极反应式为Na2Fe[Fe(CN)6]－2e－=Fe[Fe(CN)6]＋2Na＋【解析】根据放电工作原理图，在正极上发生还原反应：Fe[Fe(CN)6]＋2Na＋＋2e－=Na2Fe[Fe(CN)6]，a为电源正极，负极上是失电子的氧化反应：2Mg＋2Cl－－4e－=[Mg2Cl2]2＋，b为电源负极，充电时，原电池的负极连接电源的负极，电极反应和放电时的相反，据此回答即可。由题图可知，制备乙醛时，c极Ni2＋转化为Ni3＋，发生氧化反应，则c极为阳极，则a极连接c极，故A错误；由分析可知，a为电源正极，b为电源负极，电池工作时溶液中Na＋移向正极，故B错误；C2H5OH发生氧化反应生成CH3CHO的过程中转移2个电子，由分析可知，在正极上发生还原反应：Fe[Fe(CN)6]＋2Na＋＋2e－=Na2Fe[Fe(CN)6]，当有2molFe[Fe(CN)6]转化成Na2－xFe[Fe(CN)6]时，失去(4－2x)mol电子，则在电极装置中生成(2－x)molCH3CHO，故C错误；由分析可知，在正极上发生还原反应：Fe[Fe(CN)6]＋2Na＋＋2e－=Na2Fe[Fe(CN)6]，则电源充分充电时，a极反应式为Na2Fe[Fe(CN)6]－2e－=Fe[Fe(CN)6]＋2Na＋，故D正确；故选D。命题角度3燃料电池4.(2023·河北省衡水中学模拟)研究微生物燃料电池不仅可以获得高效能源，同时还可对污水、餐厅废弃物等进行科学处理。利用微生物燃料电池原理处理含乙酸的废水的示意图如图所示。下列说法正确的是(C)A．工作时，H＋由b极区移向a极区B．负极反应为[Fe(CN)6]3－＋e－=[Fe(CN)6]4－C．消耗0.1molCH3COOH，a极区质量减小9.6gD．放电过程中，b极附近溶液的pH变大【解析】该原电池中，还原剂CH3COOH在负极失去电子发生氧化反应转化为CO2，电子从负极流出，电子沿着导线流向正极，正