2024年高考化学二轮复习第一部分新高考选择题突破专题6化学反应与能量新高考选择题突破(九)新型化学电源

新高考选择题突破(九)新型化学电源1.(2023·湖北武汉二模)某液流电池工作原理如图。充电过程中，阳极会发生如下副反应：2Mn3＋＋2H2O=Mn2＋＋MnO2↓＋4H＋，加入少量Br－可将MnO2还原为Mn2＋，提高电池的能量密度和稳定性。下列说法正确的是(C)A．放电时，Cd电极为负极，发生还原反应B．放电时，Cd2＋通过质子交换膜，向石墨电极移动C．加入少量Br－后，经多次充放电，正极可能会发生3个以上不同的还原反应D．加入少量Br－后，充电时，阳极生成Mn3＋和阴极生成Cd的物质的量之比为2∶1【解析】放电时，Cd失电子做负极，化合价升高发生氧化反应，A错误；质子交换膜只允许氢离子通过，Cd2＋不能通过质子交换膜，B错误；加入溴离子后经多次充放电，正极可能发生Mn3＋正极放电、自身歧化的还原反应，可能发生溴离子还原二氧化锰的反应，生成的溴单质也可能发生还原反应，C正确；由转移电子守恒可知，若无其他反应的干扰，充电时二者比例为2∶1，但是由于溴离子等的干扰，则二者比例不一定为2∶1，D错误；故选C。2.(2023·湖南岳阳二模)科学家研发了一种绿色环保“全氢电池”，某化学兴趣小组将其用于铜片上镀银作为奖牌奖给优秀学生，工作原理如图所示。下列说法错误的是(D)A．负极的电极反应式：H2－2e－＋2OH－=2H2OB．当吸附层a通入2.24L(标准状况)氢气时，溶液中有0.2mol离子透过交换膜C．离子交换膜既可以是阳离子交换膜也可以是阴离子交换膜D．电池工作时，m电极质量逐渐增重【解析】由图可知，左边吸附层a为负极，发生氧化反应，电极反应式为H2－2e－＋2OH－=2H2O，故A正确；吸附层a的电极反应式为H2－2e－＋2OH－=2H2O，标况下2.24L氢气的物质的量为n＝eq\f(V,Vm)＝eq\f(2.24L,22.4L/mol)＝0.1mol，转移0.2mol电子，则有0.2mol离子透过交换膜，故B正确；若为阳离子交换膜，则Na＋移向正极，若为阴离子交换膜，则ClOeq\o\al(－,4)移向负极，均可以平衡电荷，故C正确；吸附层b为正极，则m为阳极，为了在铜片上镀银，则m电极材料为银，阳极发生氧化反应，Ag失电子生成Ag＋，m电极质量逐渐减小，故D错误；故选D。3.(2023·河北衡水中学一调)研究微生物燃料电池不仅可以获得高效能源，还能对工业污水等进行处理。利用微生物燃料电池处理含硫废水并电解制备KIO3的原理如图所示，下列说法正确的是(C)A．光照强度大小不影响KIO3的制备速率B．右侧电池中K＋通过阳离子交换膜从P极移向Q极C．电极N处发生电极反应：S－6e－＋4H2O=SOeq\o\al(2－,4)＋8H＋D．不考虑损耗，电路中每消耗1molO2，理论上Q极可制得342.4gKIO3【解析】石墨电极M处，CO2在光合菌、光照条件下转化为O2，O2在M极放电生成H2O，发生还原反应，M为正极，正极电极反应式为O2＋4e－＋4H＋=2H2O，N极为负极，硫氧化菌将FeSx氧化为S，硫再放电生成SOeq\o\al(2－,4)，负极电极反应式为S－6e－＋4H2O=SOeq\o\al(2－,4)＋8H＋，光照强度大小影响单位时间内生成氧气的量，即影响电流强度，会影响KIO3的制备速率，故A错误；铂电极P为阴极，铂电极Q为阳极，阴极生成氢氧根离子，而阳极生成的IOeq\o\al(－,3)比消耗的OH－少，溶液中K＋通过阳离子交换膜从Q极移向P极，故B错误；N极为负极，硫氧化菌将FeSx氧化为S，硫再放电生成SOeq\o\al(2－,4)，负极电极反应式为S－6e－＋4H2O=SOeq\o\al(2－,4)＋8H＋，故C正确；不考虑损耗，电路中每消耗1molO2，转移电子为4mol，阳极反应式为I2＋12OH－－10e－=2IOeq\o\al(－,3)＋6H2O，可知生成KIO3为4mol×eq\f(1,5)＝0.8mol，理论上Q极可制得KIO3的质量为0.8mol×214g/mol＝171.2g，故D错误；故选C。4.(2023·广东佛山统考一模)一种全氢电池的工作原理如图所示。下列说法正确的是(B)A．X极为全氢电池的正极B．该电池将化学能转化成电能C．电极Y的电极反应式为2HClO4－2e－=H2↑＋2ClOeq\o\al(－,4)D．反应一段时间后左室c(NaClO4)增大【解析】由工作原理图可知，左边X电极上氢气失电子与氢氧根结合生成水，发生了氧化反应、为负极，电极反应式为H2－2e－＋2OH－=2H2O，右边Y电极为正极，发生了还原反应，电极反应式为2e－＋2H＋=H2，原电池工作时，阳离子移向正极，阴离子移向负极，电子由负极经过导线进入正极，据此解答该题。由分析可知，X极为全氢电池的负极，A错误；由题干信息可知，该装置为原电池，原电池将化学能转化成电能，B正确；由于HClO4是强酸，结合分析可知电极Y的电极反应式为2H＋＋2e－=H2↑，C错误；由分析可知，左侧X极为负极，右侧Y极为正极，故Na＋由负极即左侧移向正极右侧，故反应一段时间后右室c(NaClO)增大，D错误；故选B。5.(2023·天津河西统考一模)目前发展势头强劲的绿色环保储能电池——钒电池的工作原理如下图所示，放电时电子由B极沿导线向A极移动，电解质溶液含硫酸，下列说法正确的是(B)A．基态原子钒的价层电子排布式为4s2B．放电时H＋由B极经离子交换膜向A极移动C．充电时电池V2＋被氧化为V3＋D．充电时A极反应为VOeq\o\al(＋,2)＋e－=VO2＋【解析】放电时电子由B极沿导线移向A极，则放电时B极为原电池的负极，该极发生氧化反应为V2＋－e－=V3＋；放电时，A为正极，该极发生还原反应为VOeq\o\al(＋,2)＋e－＋2H＋=VO2＋＋H2O。V为23号元素，其电子排布为[Ar]3d34s2，其价电子排布式为3d34s2，A项错误；原电池(放电时)中，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，所以H＋移向A极，B正确；放电时为V2＋－e－=V3＋，充电为其逆过程，V3＋被还原为V2＋，C项错误；放电时A极反应为VOeq\o\al(＋,2)＋e－＋2H＋=VO2＋＋H2O，充电时为其逆过程，VO2＋－e－＋H2O=VOeq\o\al(＋,2)＋2H＋，D项错误；故选B。6.(2023·湖南常德一模)目前科学家发明了一种利用微生物进行脱硫、脱氮的原电池装置，其基本原理如图所示(图中隔膜为质子交换膜)。下列有关说法正确的是(D)A．a极的电极反应式为5S2－＋40e－＋20H2O=5SOeq\o\al(2－,4)＋40H＋B．H＋从B室向A室迁移C．电池工作时，线路中通过1mol电子，则在b极析出2.24LN2D．若用该电池给铅蓄电池充电，应将b极连在正极上【解析】从图中可以看出，在a电极，S2－转化为SOeq\o\al(2－,4)，S元素化合价升高，则a极为负极；b极NOeq\o\al(－,3)转化为N2，N元素化合价降低，则b极为正极。由分析可知，a极为负极，S2－失电子产物与电解质反应生成SOeq\o\al(2－,4)，电极反应式为S2－－8e－＋4H2O=SOeq\o\al(2－,4)＋8H＋，A不正确；原电池工作时，阳离子向正极移动，则H＋从A室向B室迁移，B不正确；电池工作时，b极发生反应2NOeq\o\al(－,3)＋10e－＋12H＋=N2＋6H2O，线路中通过1mol电子，则在b极析出0.1molN2，由于温度、压强未知，所以气体的体积不一定是2.24L，C不正确；b极为正极，若用该电池给铅蓄电池充电，应将b极连在铅蓄电池的正极上，D正确；故选D。7.(2023·辽宁联考二模)微生物燃料电池是一种利用微生物将有机物中的化学能直接转化成电能的装置，以葡萄糖为燃料的微生物燃料电池结构示意图如图I所示，并利用此电能模拟氯碱工业电解饱和食盐水，如图Ⅱ所示，下列说法正确的是(D)A．电池工作时，电子由A极经外电路流向B极B．电解池Ⅱ中每生成2mol氯气，理论上原电池Ⅰ生成二氧化碳的体积是22.4LC．若a为碳电极、b为铁电极，b应与A相连D．该微生物燃料电池应在常温下进行，不宜在高温下进行【解析】如图Ⅰ微生物燃料电池中微生物生成二氧化碳，发生氧化反应，为负极，氧气得电子，发生还原反应，为正极。由于通氧气的一极是原电池的正极，微生物一端为原电池的负极，电池工作时外电路电子由负极流向正极，故由B极流向A极，A选项错误；无标准状况无法计算体积，B选项错误；若a为碳电极、b为铁电极，b应与B相连，C选项错误；微生物在高温下会死亡，所以不宜在高温下运行，D选项正确；故选D。8.(2023·湖南衡阳联考二模)钠离子电池的工作原理与锂离子电池相似，与锂离子电池相比较，成本低，充电时间短。一种钠—空气电池的装置如图所示。该电池利用“多孔”石墨电极形成空气通道，放电时生成的NaOx填充在“空位”中，当“空位”填满后，放电终止。下列说法正确的是(D)A．放电时，M为阴极B．放电时，N电极发生的电极反应为xO2＋2xe－=2Oeq\o\al(－,x)C．充电时，每转移1mole－，N电极减轻23gD．该电池的比能量比锂离子电池低【解析】放电时，Na失电子，M为负极，A错误；放电时，N电极发生的电极反应为2Na＋＋xO2＋2e－=2NaOx，原选项中电荷也没配平，B错误；充电时，N电极的反应为2NaOx－2e－=2Na＋＋xO2，每转移1mole－，失重(23＋16x)g，C错误；比能量指的是单位质量输出电能的多少，mgLi转移eq\f(m,7)mol电子，mgNa转移eq\f(m,23)mol电子，因此相同质量的锂离子电池比能量比钠离子电池高，D正确；故选D。9.(2023·广东深圳一模)一种可充电锌—空气电池放电时的工作原理如下图所示。已知：Ⅰ室溶液中，锌主要以[Zn(H2O)6]2＋的形式存在，并存在[Zn(H2O)6]2＋[Zn(H2O)5(OH)]＋＋H＋。下列说法正确的是(B)A．放电时，Ⅰ室溶液pH增大B．放电时，该装置Ⅱ室可实现海水淡化C．充电时，Zn电极反应为Zn＋6H2O－2e－=[Zn(H2O)6]2＋D．充电时，每生成1molO2，Ⅲ室溶液质量理论上减少32g【解析】原电池中通入O2的一极是正极，则Pt/C电极是正极，电极方程式为O2＋4e－＋2H2O=4OH－，Zn电极为负极，已知：Ⅰ室溶液中，锌主要以[Zn(H2O)6]2＋的形式存在，电极方程式为：Zn＋6H2O－2e－=[Zn(H2O)6]2＋，以此解答。由分析可知，Zn电极为负极，电极方程式为Zn＋6H2O－2e－=[Zn(H2O)6]2＋，[Zn(H2O)6]2＋浓度增大，平衡[Zn(H2O)6]2＋[Zn(H2O)5(OH)]＋＋H＋正向移动，H＋浓度增大，Ⅰ室溶液pH减小，故A错误；放电时，该装置Ⅱ室中Na＋通过阳离子交换膜进入Ⅲ室，Cl－通过阴离子交换膜进入Ⅰ室，可实现海水淡化，故B正确；放电时，Zn电极反应为Zn＋6H2O－2e－=[Zn(H2O)6]2＋，则充电时，Zn电极反应为[Zn(H2O)6]2＋＋2e－=Zn＋6H2O，故C错误；充电时，Ⅲ室为阳极，电极方程式为4OH－－4e－=O2↑＋2H2O，每生成1molO2转移4mol电子，同时有4molNa＋通过阳离子交换膜进入Ⅱ室，Ⅲ室溶液质量理论上减少32g＋4mol×23g/mol＝124g，故D错误；故选B。10.(2023·广东广州二模)科学家研发了一种以Al和Pd@石墨烯为电极的Al—N2电池，电池以AlCleq\o\al(－,4)－Al2Cleq\o\al(－,7)离子液体作电解质，放电时在提供能量的同时实现了人工固氮，示意图如下。下列说法不正确的是(B)A．充电时Al电极是阴极B．放电时AlCleq\o\al(－,4)离子浓度增大，Al2Cleq\o\al(－,7)离子浓度减少C．放电时正极反应为N2＋8Al2Cleq\o\al(－,7)＋6e－=2AlN＋14AlCleq\o\al(－,4)D．放电时电路中每通过6mole－，电池总质量理论上增加28g【解析】充电时，Al电极发生反应为8Al2Cleq\o\al(－,7)＋6e－=2Al＋14AlCleq\o\al(－,4)，发生还原反应，故作为阴极，A正确；放电时，Al作为负极，发生氧化反应，电极反应式为2Al＋14AlCleq\o\al(－,4)－6e－=8Al2Cleq\o\al(－,7)。正极发生反应为N2＋8Al2Cleq\o\al(－,7)＋6e－=2AlN＋14AlCleq\o\al(－,4)，总反应为2Al＋N2=2AlN，AlCleq\o\al(－,4)、Al2Cleq\o\al(－,7)浓度均不变，B错误；放电时，正极发生反应为N2＋8Al2Cleq\o\al(－,7)＋6e－=2AlN＋14AlCleq\o\al(－,4)，C正确；由以上电极反应可知，放电时电池总质量增加相当于是增加了N2，每通过6mol电子，参加反应N2是1mol，增加质量是28g/mol×1mol＝28g，D正确；故选B。11.(2023·湖南张家界二模)铁碳微电池法在弱酸性条件下处理含氮废水技术的研究获得突破性进展，其工作原理如图所示。下列说法错误的是(C)A．工作时H＋透过质子交换膜由乙室向甲室移动B．碳电极上的电极反应式为2NOeq\o\al(－,3)＋12H＋＋10e－=N2↑＋6H2OC．处理废水过程中两侧溶液的pH基本不变D．处理含NOeq\o\al(－,3)的废水，若处理6.2gNOeq\o\al(－,3)，则有0.5molH＋透过质子交换膜【解析】在原电池反应中负极失去电子发生氧化反应，正极上得到电子发生还原反应，根据电极微粒变化及元素化合价判断电极正负极、离子移动方向，并书写相应的电极反应式。由图可知电池工作时，碳电极是正极，H＋会由负极移向正极，即H＋由乙室通过质子交换膜向甲室移动，A正确；碳电极为正极，在甲室中NOeq\o\al(－,3)转化为N2，所以电极反应式为2NOeq\o\al(－,3)＋12H＋＋10e－=N2↑＋6H2O，B正确；当转移10mole－时甲室溶液中消耗12molH＋，但通过质子交换膜的H＋只有10mol，