专题10原电池化学电源（知识串讲专题检测）-2023-2024学年高二化学上学期期中期末核心考点大通关（人教版2019选择性必修1）（原卷版）

专题10原电池化学电源一、原电池原理考查方向一般以新型化学电源、微生物电池、燃料电池等为素材，考查原电池原理及应用等知识。考查的知识点主要有如下几点：1．电池正、负极的判断。2．溶液中离子移动的方向、浓度大小的判断。3．电子转移的方向和数目。4．电流移动方向的判断。5．电池电极反应式的书写及正误判断。二、原电池正、负极的判断方法三、化学电源的电极反应式的书写分析一个化学电源的关键是能够正确地写出其正、负两极的电极反应式，通过分析两极反应式才能够分析出两极的产物、现象及变化，溶(熔融)液中离子的移动方向、溶(熔融)液中成分的变化以及电路中产生的电量与两极变化量、溶液变化量的关系等。1．可充电电池电极反应式的书写在书写可充电电池电极反应式时，要明确可充电电池放电时为原电池，充电时为电解池。(1)原电池的负极与电解池的阳极均发生氧化反应，对应元素化合价升高。(2)原电池的正极与电解池的阴极均发生还原反应，对应元素化合价降低。2．燃料电池电极反应式的书写(1)燃料电池的正、负极均为惰性电极，均不参与反应。(2)正极反应式的书写正极发生还原反应，通入的气体一般是氧气，氧气得到电子首先变为氧离子即O2＋4e－=2O2－，根据电解质的不同，正极反应式的书写分以下几种情况：①在酸性溶液中，生成的氧离子与氢离子结合生成水，电极反应为O2＋4e－＋4H＋=2H2O。②在碱性溶液中，氧离子与氢氧根离子不能结合，只能与水结合生成氢氧根离子，电极反应为O2＋4e－＋2H2O=4OH－。③在熔融碳酸盐中，氧离子能与二氧化碳结合生成碳酸根离子，电极反应为O2＋2CO2＋4e－=2COeq\o\al(2－,3)。(3)负极反应式的书写若负极通入的气体为含碳化合物CO、CH4、CH3OH等，碳元素均转化为正四价的碳，在酸性溶液中生成二氧化碳气体，在碱性溶液中生成碳酸根离子，在熔融碳酸盐中生成二氧化碳，含有氢元素的化合物的电极反应最终都有水生成。燃料电池的总反应－正极反应＝负极反应，注意将两个反应相减时，要约去正极反应物O2。以甲烷燃料电池为例：①酸性条件总反应：CH4＋2O2=CO2＋2H2OⅠ正极反应：O2＋4H＋＋4e－=2H2OⅡⅠ－Ⅱ×2，得负极反应：CH4－8e－＋2H2O=CO2＋8H＋②碱性条件总反应：CH4＋2O2＋2OH－=COeq\o\al(2－,3)＋3H2OⅠ正极反应：O2＋2H2O＋4e－=4OH－ⅡⅠ－Ⅱ×2，得负极反应：CH4＋10OH－－8e－=COeq\o\al(2－,3)＋7H2O③固体电解质(高温下能传导O2－)总反应：CH4＋2O2=CO2＋2H2OⅠ正极反应：O2＋4e－=2O2－ⅡⅠ－Ⅱ×2，得负极反应：CH4＋4O2－－8e－=CO2＋2H2O④熔融碳酸盐(如熔融K2CO3)总反应：CH4＋2O2=CO2＋2H2OⅠ正极反应：O2＋2CO2＋4e－=2COeq\o\al(2－,3)ⅡⅠ－Ⅱ×2，得负极反应：CH4＋4COeq\o\al(2－,3)－8e－=5CO2＋2H2O一、单选题1．微生物燃料电池(MFC)耦合人工湿地(CW)系统可用于生产生活废水处理并提供电能，系统内产电微生物由根沉积物和废水提供，其原理如图所示，下列有关MFCCW系统叙述正确的是A．A极发生氧化反应B．电子由A极经外电路流向B极C．当转移0.4NA电子时，消耗2.24LD．B极反应式为2．一种熔融碳酸盐燃料电池原理如图所示。下列说法正确的是A．电子从电极A经熔融碳酸盐转移到电极BB．熔融碳酸盐中向电极A移动C．CH4在电极A放电生成CO2D．反应过程熔融盐中的物质的量增加3．我国科学家发明了一种二次电池，装置如图，X､Z区域电解质溶液不同，分别为溶液和溶液中的一种。下列说法错误的是A．Z区域电解质溶液为溶液B．充电时区域溶液浓度减小，为阴离子膜C．放电时，电极反应式为：D．放电时，Z区域降低4．研究发现，在酸性乙醇燃料电池中加入硝酸，可使电池持续大电流放电，其工作原理如下图所示。下列说法不正确的是A．电池工作时正极区溶液的pH升高B．加入降低了正极反应的活化能C．负极反应为D．当有被还原时，通过质子交换膜转移的物质的量为0.4mol5．LiO2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LiO2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A．充电时，Li+从阴极穿过离子交换膜向阳极迁移B．放电时，正极发生反应：O2+2Li++2e=Li2O2C．左槽和右槽只能使用非水电解质溶液D．该蓄电池可实现如下能量转化：光能→电能→化学能→电能6．直接碳燃料电池(DCFC)是一种清洁高效利用碳资源的发电装置，工作原理如图所示，该电池放电时生成的分子会扩散到碳颗粒表面，发生逆向Boudouard反应产生更多的CO，并扩散到电极再次发生反应。下列说法正确的是A．N极为正极，发生还原反应B．导线中箭头所指方向是电流方向C．该电池工作一段时间后，碳颗粒质量不变D．M极的电极反应式为7．中科院科学家设计出一套利用和太阳能综合制氢方案，其基本工作原理如下图所示，下列说法错误的是A．该电化学装置中，电极作正极B．电极上的反应为C．电子流向：电极外电路电极D．电极的电势高于电极的电势8．通过传感器可以监测空气中甲醛的含量。一种燃料电池型甲醛气体传感器的原理如图所示，下列说法错误的是A．a为电池的正极，发生还原反应B．b极的电极反应为HCHO＋H2O－4e−=CO2＋4H+C．传感器工作过程中，电解质溶液中H+向a极移动D．外电路中的电流方向为由b到a9．氟离子电池是一种前景广阔的新型电池，其能量密度是目前锂电池的十倍以上且不会因为过热而造成安全风险。如图是氟离子电池工作示意图，其中充电时从乙电极流向甲电极，下列说法正确的是A．放电时，甲电极上的反应为：B．放电时，电子的流向：乙→电解质溶液→甲C．充电时，导线上每通过，甲电极质量减少D．充电时，外加电源的正极与甲电极相连10．氧化铅―铜电池是一种电解质可循环流动的新型电池(如图所示)，下列有关该电池的说法正确的是A．电池工作时，电子由Cu电极经电解质溶液流向电极B．电池工作过程中，电解质溶液的质量逐渐减小C．正极反应式：D．放电后，循环液中与的物质的量之比不变11．一种大型贮液蓄电电站的工作原理示意图如下，下列叙述正确的是A．放电时，负极区失去电子，正极区阴离子数量减少B．当从左向右透过交换膜时，电能转化为化学能C．充电时，阳极反应为D．随着充电时间延长，Na2S4的量逐渐增大12．电池可用于治疗某些心律失常所致的心脏起搏器的驱动。该电池的工作原理示意图如图所示：下列说法错误的是A．负极材料为，发生氧化反应B．正极反应式为C．有助于电池内部的导电D．电池工作时向电极移动13．“打赢蓝天保卫战”，意味着对大气污染防治比过去要求更高。二氧化硫——空气质子交换膜燃料电池实现了制硫酸、发电、环保三位一体的结合，原理如图所示。下列说法正确的是A．该电池放电时质子从电极b移向电极aB．相同条件下，放电过程中消耗的，和的体积比为2∶1C．电极a附近发生的电极反应为D．电极b附近发生的电极反应为二、填空题14．（1）铅蓄电池是典型的可充型电池，请回答下列问题(不考虑氢、氧的氧化还原)：放电时，正极的电极反应式是；电解液中H2SO4的浓度将（填变小、变大或不变）；当外电路通过0.5mol电子时，理论上负极板的质量增加g。（2）用甲醇燃料电池电解AgNO3溶液，如图所示，回答下列问题：①甲池是装置；通入CH3OH的电极名称是，②写出通入O2的电极的电极反应式是。③A电极的电极反应式为。④当乙池中A(Fe)极的质量增加2.70g时，甲池中理论上消耗O2mL(标准状况下)15．2022年12月4日神舟十四号载人飞船成功返回地面，圆满完成飞行任务。载人航天工程对科学研究及太空资源开发具有重要意义。(1)氢氧燃料电池(如图所示)反应生成的水可作为航天员的饮用水，由图示的电子转移方向判断Y气体是，向(填“正”或“负”)极作定向移动，负极的电极反应式为。(2)我国“神舟”飞船的电源系统有太阳能电池帆板、镉镍蓄电池和应急电池等。①飞船在光照区运行时，太阳能电池帆板的能量转化形式是：