专题09-新型化学电源(湖南专用)(解析版)

专题09新型化学电源【母题来源】2021年高考湖南卷第10题【母题题文】锌溴液流电池是一种先进的水溶液电解质电池，广泛应用于再生能源储能和智能电网的备用电源等。三单体串联锌溴液流电池工作原理如图所：

下列说法错误的是A．放电时，N极为正极B．放电时，左侧贮液器中的浓度不断减小C．充电时，M极的电极反应式为D．隔膜允许阳离子通过，也允许阴离子通过【答案】B【试题解析】由图可知，放电时，N电极为电池的正极，溴在正极上得到电子发生还原反应生成溴离子，电极反应式为Br2+2e—=2Br—，M电极为负极，锌失去电子发生氧化反应生成锌离子，电极反应式为Zn—2e—=Zn2+，正极放电生成的溴离子通过离子交换膜进入左侧，同时锌离子通过交换膜进入右侧，维持两侧溴化锌溶液的浓度保持不变；充电时，M电极与直流电源的负极相连，做电解池的阴极，N电极与直流电源的正极相连，做阳极。A．由分析可知，放电时，N电极为电池的正极，故A正确；B．由分析可知，放电或充电时，左侧储液器和右侧储液器中溴化锌的浓度维持不变，故B错误；C．由分析可知，充电时，M电极与直流电源的负极相连，做电解池的阴极，锌离子在阴极上得到电子发生还原反应生成锌，电极反应式为Zn2++2e—=Zn，故C正确；D．由分析可知，放电或充电时，交换膜允许锌离子和溴离子通过，维持两侧溴化锌溶液的浓度保持不变，故D正确；故选B。【命题意图】考查电化学原理的应用，考查新情境下电解池和原电池的工作原理及应用，很好的落实了宏观辨识与微观探析、证据推理与模型认知、科学精神与社会责任等学科素养。明确电解池过程、原电池过程、图示中的物质转化是解题的关键。【命题方向】电化学是历年高考的重要考点之一，考查的内容为：提供电极材料和电解质溶液判断能否形成原电池，原电池电极名称判断及电极反应式的书写，提供反应方程式设计原电池、电解池（包括电镀池、精炼池），根据电解时电极质量或溶液pH的变化判断电极材料或电解质种类，电解产物的判断和计算，结合图像考查电极质量或电解质溶液质量分数的变化。展望2022年高考化学试题呈现仍然会以我国化学领域最近取得的重大创新科研成果为载体考查考生的必备知识和关键能力，考查社会主义核心价值观个人层面的爱国精神，落实了立德树人的教育根本任务。【得分要点】一、必备知识(一)原电池的工作原理(如锌−铜原电池可用简图表示)总反应离子方程式为Zn+2H+=Zn2++H2↑1．电极(1)负极：失去电子，发生氧化反应；(2)正极：得到电子，发生还原反应。2．电子定向移动方向和电流方向(1)电子从负极流出经外电路流入正极；(2)电流从正极流出经外电路流入负极；故电子定向移动方向与电流方向正好相反。3．离子移动方向阴离子向负极移动(如SOeq\o\al(2－,4))，阳离子向正极移动(如Zn2+和H+，溶液中H+在正极上得电子形成氢气在铜片上冒出)。[提醒]①电解质溶液中阴、阳离子的定向移动，与导线中电子的定向移动共同组成了一个完整的闭合回路。②无论在原电池中还是在电解池中，电子均不能通过电解质溶液。(二)单液原电池(无盐桥)和双液原电池(有盐桥)名称单液原电池双液原电池装置相同点正、负极电极反应，总反应式，电极现象不同点还原剂Zn与氧化剂Cu2+直接接触，既有化学能转化为电能，又有化学能转化为热能，造成能量损耗Zn与氧化剂Cu2+不直接接触，仅有化学能转化为电能，避免了能量损耗，故电流稳定，持续时间长[提醒]盐桥的作用：使整个装置构成通路，代替两溶液直接接触；平衡电荷；提高电池效率。(三)电极反应式的书写1．八种新型电池的电极反应式锌银电池总反应：Ag2O+Zn+H2O2Ag+Zn(OH)2正极Ag2O+H2O+2e−=2Ag+2OH−负极Zn+2OH−−2e−=Zn(OH)2锌空气电池总反应：2Zn+O2+4OH−+2H2O=2Zn(OH)eq\o\al(2－,4)正极O2+4e−+2H2O=4OH−负极eq\a\vs4\al(Zn＋4OH－－2e－=ZnOH\o\al(2－,4))镍铁电池总反应：NiO2+Fe+2H2OFe(OH)2+Ni(OH)2正极NiO2+2e−+2H2O=Ni(OH)2+2OH−负极Fe−2e−+2OH−=Fe(OH)2高铁电池总反应：3Zn+2FeOeq\o\al(2－,4)+8H2O3Zn(OH)2+2Fe(OH)3+4OH−正极FeOeq\o\al(2－,4)+3e−+4H2O=Fe(OH)3+5OH−负极Zn−2e−+2OH−=Zn(OH)2镍镉电池总反应：Cd+2NiOOH+2H2OCd(OH)2+2Ni(OH)2正极NiOOH+H2O+e−=Ni(OH)2+OH−负极Cd−2e−+2OH−=Cd(OH)2Mg­H2O2电池总反应：H2O2+2H++Mg=Mg2++2H2O正极H2O2+2H++2e−=2H2O负极Mg−2e−=Mg2+Mg­AgCl电池总反应：Mg+2AgCl=2Ag+Mg2++2Cl−正极2AgCl+2e−=2Ag+2Cl−负极Mg−2e−=Mg2+钠硫蓄电池总反应：2Na2S2+NaBr3Na2S4+3NaBr正极NaBr3+2e−+2Na+=3NaBr负极2Na2S2−2e−=Na2S4+2Na+2．新型化学电源中电极反应式的书写三步骤(四)电解池装置分析1．电解池的工作原理(阳极为惰性电极)2．电解池中阴、阳极判断的五种方法3．电解池的电极反应及其放电顺序(1)阳离子在阴极上的放电顺序：Ag+＞Hg2+＞Fe3+＞Cu2+＞H+(酸)＞Pb2+＞Fe2+＞Zn2+＞H+(水)。(2)阴离子在阳极上的放电顺序：S2−＞I−＞Br−＞Cl−＞OH−。4．惰性电极电解电解质溶液的类型电解类型电解质实例溶液复原物质电解水NaOH、H2SO4或Na2SO4水电解电解质HCl或CuCl2原电解质放氢生碱型NaClHCl气体放氧生酸型CuSO4或AgNO3CuO或Ag2O5.析氢腐蚀和吸氧腐蚀的比较类型析氢腐蚀吸氧腐蚀条件水膜呈酸性水膜呈弱酸性或中性正极反应2H++2e−=H2↑O2+2H2O+4e−=4OH−负极反应Fe−2e−=Fe2+其他反应Fe2++2OH−=Fe(OH)2↓4Fe(OH)2+O2+2H2O=4Fe(OH)3Fe(OH)3失去部分水转化为铁锈6.金属腐蚀快慢的判断方法(1)金属腐蚀类型的差异电解原理引起的腐蚀＞原电池原理引起的腐蚀＞化学腐蚀＞有防护腐蚀措施的腐蚀。(2)电解质溶液的影响①对同一金属来说，腐蚀的快慢(浓度相同)：强电解质溶液＞弱电解质溶液＞非电解质溶液。②对同一种电解质溶液来说，电解质浓度越大，腐蚀越快。(3)活泼性不同的两金属活泼性差别越大，腐蚀越快。7．金属电化学保护的“两种方法”二、解题技巧1.原电池中正极、负极判断的5种方法2.不同介质下对电极反应式书写的影响不同介质下电池电极反应式的书写，对大多数考生来说是个难点。下面以CH3OH燃料电池为例，分析电极反应式的书写。酸性介质CH3OH在负极上失去电子生成CO2气体，电极反应为CH3OH−6e−+H2O=CO2+6H+，O2在正极上得到电子，在酸性介质中生成H2O，电极反应为O2+4H++4e−=2H2O碱性介质CH3OH在负极上失去电子，在碱性条件下生成COeq\o\al(2－,3)：CH3OH−6e−+8OH−=COeq\o\al(2－,3)+6H2O；O2在正极上得到电子生成OH−：O2+2H2O+4e−=4OH−熔融碳酸盐介质在电池工作时，COeq\o\al(2－,3)移向负极，CH3OH在负极上失去电子，在COeq\o\al(2－,3)的作用下生成CO2气体：CH3OH+3COeq\o\al(2－,3)−6e−=4CO2+2H2O；O2在正极上得到电子，在CO2的作用下生成COeq\o\al(2－,3)：O2+2CO2+4e−=2COeq\o\al(2－,3)掺杂Y2O3的ZrO2固体作电解质在高温下能传导O2−，根据O2−移向负极，在负极上CH3OH失电子生成CO2气体：CH3OH+3O2−−6e−=CO2+2H2O；而O2在正极上得电子生成O2−：O2+4e−=2O2−3.以“本”为本破解陌生电化学装置(1)燃料电池的迁移应用教材装置eq\o(→,\s\up7(迁移))高考装置图示原理负极H2−2e−=2H+(氧化反应)H2+CO+2COeq\o\al(2－,3)−4e−=3CO2+H2O(氧化反应)正极eq\f(1,2)O2+2H++2e−=H2O(还原反应)2CO2+O2+4e−=2COeq\o\al(2－,3)(还原反应)总反应H2+eq\f(1,2)O2=H2OH2+CO+O2=CO2+H2O(2)二次电池的迁移应用教材装置eq\o(→,\s\up7(迁移))高考装置图示原理放电负极：Pb(s)+SOeq\o\al(2－,4)(aq)−2e−=PbSO4(s)(氧化反应)负极：Zn(s)+2OH−(aq)−2e−=ZnO(s)+H2O(l)(氧化反应)正极：PbO2(s)+4H+(aq)+SOeq\o\al(2－,4)(aq)+2e−=PbSO4(s)+2H2O(l)(还原反应)正极：NiOOH(s)+H2O(l)+e−=Ni(OH)2(s)+OH−(aq)(还原反应)充电阴极：PbSO4(s)+2e−=Pb(s)+SOeq\o\al(2－,4)(aq)(还原反应)阴极：ZnO(s)+H2O(l)+2e−=Zn(s)+2OH−(aq)(还原反应)阳极：PbSO4(s)+2H2O(l)−2e−=PbO2(s)+4H+(aq)+SOeq\o\al(2－,4)(aq)(氧化反应)阳极：Ni(OH)2(s)+OH−(aq)−e−=NiOOH(s)+H2O(l)(氧化反应)总反应Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4(aq)2PbSO4(s)+2H2O(l)Zn(s)+2NiOOH(s)+H2O(l)ZnO(s)+2Ni(OH)2(s)(3)电解装置的迁移应用教材装置eq\o(→,\s\up7(迁移))高考装置图示原理阴极Cu2++2e−=Cu(还原反应)2H2O+2e−=2OH−+H2↑(还原反应)阳极2Cl−−2e−=Cl2↑(氧化反应)I−+6OH−−6e−=IOeq\o\al(－,3)+3H2O(氧化反应)总反应Cu2++2Cl−eq\o(=,\s\up7(电解))Cu+Cl2↑I−+3H2O=IOeq\o\al(－,3)+3H2↑(4)电化学防护的迁移应用教材装置eq\o(→,\s\up7(迁移))高考装置图示1．（2021·湖南高三其他模拟）镁货源储量丰富价格低廉：可充放电有机电解液镁电池模型如图，它具有较高的离子电导率、可充放电、对环境友好的优点，原电池反应为4Mg+2MnO2=MgMn2O4，已知电量Q与电流强度I和通电时间t之间满足关系：Q=It。下列表述错误的是A．放电时，r—MnO2参与正极反应B．放电时，Mg2+向正极移动，电子从Mg电极经导线流向MnO2电极C．充电时，阳极反应式为MgMn2O4-2e-=2MnO2+Mg2+D．电池在电流强度为0.5A时工作5min，理论消耗Mg0.14g(F=96500C•mol-1)【答案】D【分析】原电池反应为4Mg+2MnO2=MgMn2O4，Mg在负极失电子，在正极反应中得电子，充电时，阳极反应式为，阴极：。【详解】A．放电时为原电池根据题所给原电池反应可知，在反应中得电子，参与正极反应，A正确；B．原电池中阳离子移向正极，电流方向与电子移动方向相反，电子从负极经过导线流向正极，B正确；C．充电时，阳极发生氧化反应，结合原电池反应可知，阳极反应式为，C正确；D．电流强度，工作时间为，，，转移电子的物质的量为，则消耗Mg的质量为，D错误。故选D。2．（2021·湖南邵阳市·高三其他模拟）一种新型电池的工作原理如图所示。该电池工作时，下列说法错误的是A．Pt/C电极为负极，质子通过交换膜从负极区移向正极区B．正极发生还原反应，电极反应为：NO＋4H＋＋3e－＝NO↑＋2H2OC．反应池中发生总反应4NO＋3O2＋2H2O＝4HNO3，实现HNO3再生D．理论上，当消耗22.4L(标准状况下)H2时，会消耗1molO2【答案】D【分析】新型电池工作时H2被氧化，通入H2的Pt/C电极为负极，电极反应为H2-2e-=2H+，HNO3被还原，碳毡电极应为原电池的正极，电极反应式为NO+4H++3e-═NO↑+2H2O，原电池工作时，H+通过质子交换膜移向正极，反应池中NO、O2反应生成HNO3，反应池中总反应4NO+3O2+2H2O═4HNO3，从而实现了HNO3再生。【详解】A．通入H2的Pt/C电极上H2失去电子生成H+，则通入H2的Pt/C电极为负极，碳毡电极应为原电池的正极，质子通过交换膜从负极区移向正极区，故A正确；B．碳毡电极应为原电池的正极，HNO3被还原，正极发生还原反应，电极反应为：NO＋4H＋＋3e－＝NO↑＋2H2O，故B正确；C．反应池中NO、O2反应生成HNO3，反应池中发生总反应4NO＋3O2＋2H2O＝4HNO3，生成的HNO3循环使用，实现HNO3再生，故C正确；D．该电池中，负极反应为H2-2e-=2H+，正极反应式NO+4H++3e-═NO↑+2H2O，所以消耗22.4L（标准状况下）H2时，转移电子2mol，生成molNO，反应池中总反应4NO+3O2+2H2O═4HNO3，则消耗O2的物质的量×=0.5mol，故D错误；故选D。3．（2021·湖南高三二模）十九大报告中提出要“打赢蓝天保卫战”意味着对大气污染防治比过去要求更高。硫化氢—空气质子交换膜燃料电池实现了发电、环保的有效结合，已知：。下列说法正确的是

A．电极b上发生的电极反应为B．电极a发生还原反应C．每11.2LH2S参与反应，有1molH+经固体电解质膜进入正极区D．当电极a的质量增加64g时电池内部释放632kJ的热能【答案】A【详解】A.该电池是质子固体做电解质，所以电极反应式为，选项A正确；B.电极a为负极，发生氧化反应，选项B错误；C.未指明标准状况下，无法计算H2S的物质的量，选项C错误；D.反应由化学能转化为电能，电池内部释放的热能小于632kJ，选项D错误。答案选A。4．（2021·湖南高三其他模拟）COOH燃料电池的装置如下图，两电极间用允许K+和H+通过的半透膜隔开。下列说法错误的是

A．电池工作时，电子由a电极经外电路流向b电极B．负极的电极反应式为HCOO-+2OH-_2e-=HCO+H2OC．理论上每消耗标准状况下22.4LO2，有2molK+通过半透膜D．通入O2发生的反应为4Fe2++4H++O2=4Fe3++2H2O【答案】C【分析】左侧是HCOO-转化为，C元素化合价升高，失去电子，发生氧化反应，a是负极；右侧是Fe3+转化为Fe2+，化合价降低，得到电子，发生还原反应，b是正极。【详解】A．池工作时，电子由a电极（负极）电极经外电路流向b电极（正极），A项正确；B．负极是HCOO-转化为，电极反应式为：HCOO-+2OH-_2e-=HCO+H2O，B项正确；C．，每消耗标准状况下22.4LO2，O2的物质的量为1mol，转移电子4mol，应有4molK+通过半透膜，C项错误；D．通入O2发生的反应为4Fe2++4H++O2=4Fe3++2H2O，D项正确；答案选C。5．（2021·江西抚州市·临川一中高三其他模拟）浓度差电池是指电池内物质变化仅是由一物质由高浓度变成低浓度且过程伴随着吉布斯自由能转变成电能的一类电池。如图所示的浓度差电池示意图，下列有关说法正确的是A．a极为原电池的负极B．c为Cu2+交换膜C．电流计为0时，两极的CuSO4浓度相等D．转移1mol电子时，右池增重48g【答案】C【分析】左侧硫酸铜溶液浓度大，所以左侧发生Cu2++2e-=Cu，发生还原反应为正极，右侧硫酸铜溶液浓度小，所以右侧发生Cu-2e-=Cu2+，发生氧化反应为负极。【详解】A．根据分析可知a极为原电池正极，A错误；B．左侧消耗Cu2+，右侧生成Cu2+，为了平衡电荷，左侧的SO需迁移到右侧，所以c为阴离子交换膜，B错误；C．根据浓度差电池的定义可知当两室硫酸铜溶液浓度相等时，将不再产生电流，C正确；D．转移1mol电子时，右池生成0.5molCu2+，左侧迁移到右侧0.5molSO，所以右池增重即0.5molCuSO4的质量，为0.5mol×160g/mol=80g，D错误；综上所述答案为C。6．（2021·安徽）某科研小组设计了一种新型双微生物燃料电池装置，如图所示。在a极将生活污水中的有机物(以C6H12O6为例)转化为CO2，b极将酸性工业废水中的硝酸盐转化为N2。下列说法不正确的是A．a电极反应式为：C6H12O6-24e-+6H2O=6CO2↑+24H+B．若b极产生了4.48L(已换算为标准状况)的气体，则穿过质子交换膜进入左室的H+数目为2NAC．电池工作时，电流由b极经负载流向a极，再经两电解质溶液回到b极D．若用该电池对铅蓄电池进行充电，b极接PbO2极【答案】B【分析】a电极上C6H12O6被氧化为CO2，发生氧化反应，所以为负极；b电极上NO被还原为N2，发生还原反应，所以为正极。【详解】A．a电极上C6H12O6被氧化为CO2，电解质溶液显酸性，所以电极反应为C6H12O6-24e-+6H2O=6CO2↑+24H+，A正确；B．标况下4.48L氮气为0.2mol，b电极反应为2NO+10e-+12H+=N2↑+6H2O，所以转移2mol电子，有2NA个H+向正极区移动，即向右侧移动，B错误；C．电池工作时，电流由正极经负载流向负极，再经两电解质溶液回到b极，C正确；D．铅蓄电池放电时PbO2被还原为正极，则充电时为阳极，需与外接电源的正极相连，所以b极接PbO2极，D正确；综上所述答案为B。7．（2021·黑龙江哈尔滨市·哈尔滨三中高三其他模拟）中国科学院大连化物所的研究团队创新性提出锌碘单液流电池的概念，实现锌碘单液流中电解液的利用率近100%，其原理如图所示。下列说法正确的是A．放电时A电极反应式为：Zn2++2e-=ZnB．放电时电解质储罐中离子总浓度减小C．M为阴离子交换膜，N为阳离子交换膜D．充电时A极增重65g，C区增加离子数为2NA【答案】C【详解】A．放电时A电极是负极，A极反应式为：Zn-2e-=Zn2+，故A错误；B．放电时，A区发生反应Zn-2e-=Zn2+，C区Cl-进入A区，所以电解质储罐中离子总浓度增大，故B错误；C．放电时，C区Cl-进入A区、K+进入B区，所以M为阴离子交换膜，N为阳离子交换膜，故C正确；D．充电时A极增重65g，A区发生反应Zn2++2e-=Zn，电路中转移2mol电子，根据电荷守恒，2molCl-自A区进入C区，2molK+自B区进入C区，C区增加离子数为4NA，故D错误；选C。8．（2021·广东佛山市·石门中学高三其他模拟）研究HCOOH燃料电池性能的装置如图所示，两电极区间用允许K+、H+通过的离子交换膜隔开，下列说法错误的是A．该燃料电池的总反应方程式为：HCOOH+Fe3+=CO2↑+H2OB．放电过程中，K+向右移动C．放电过程中需要补充的物质A为H2SO4D．电池负极电极反应式为：HCOO-+2OH--2e-=+H2O【答案】A【详解】A．该装置是燃料电池，因此总方程式为2HCOOH+O2+2OH-=2+2H2O，选项A错误；B．根据图示，该燃料电池加入HCOOH的一端为负极，通入O2的一端为正极，因此放电时K+向正极移动，即向右移动，选项B正确；C．在正极一端发生的反应为O2+4Fe2++4H+=4Fe3++2H2O，需要消耗H+，且排出K2SO4，可推出需要补充的物质A为H2SO4，选项C正确；D．根据图示，负极的电极反应式为：HCOO-+2OH--2e-=+H2O，选项D正确。答案选A。9．（2021·天津高三一模）近日，南开大学陈军院士团队以KSn合金为负极，以含羧基多壁碳纳米管(MWCNTs—COOH)为正极催化剂构建了可充电K—CO2电池(如图所示)，电池反应为4KSn+3CO22K2CO3+C+4Sn，其中生成的K2CO3附着在正极上。该成果对改善环境和缓解能源问题具有巨大潜力。下列说法正确的是

A．放电时，电子由KSn合金经酯基电解质流向MWCNTs—COOHB．电池每吸收22.4LCO2，电路中转移4mole-C．充电时，阳极电极反应式为：C-4e-+2K2CO3=3CO2↑+4K+D．为了更好的吸收温室气体CO2，可用适当浓度的KOH溶液代替酯基电解质【答案】C【详解】A．放电时，KSn合金作负极，MWCNTs-COOH作正极，在内电路中电流由负极流向正极，选项A错误；B．气体未指明状况，无法根据体积确定其物质的量，选项B错误；C．充电时，阳极发生氧化反应，电极反应为C-4e-+2K2CO3=3CO2↑+4K+，选项C正确；D．若用KOH溶液代替酯基电解质，则KOH会与正极上的MWCNTs-COOH发生反应，因此不能使用KOH溶液代替酯基电解质，选项D错误；答案选C。10．（2021·天津高三一模）锌电池具有价格便宜、比能量大、可充电等优点。一种新型锌电池的工作原理如图所示(凝胶中允许离子生成或迁移)。下列说法正确的是A．放电过程中，向a极迁移B．充电过程中，b电极反应为：Zn2++2e-=ZnC．充电时，a电极与电源正极相连D．放电过程中，转移0.4mole-时，a电极消耗0.4molH+【答案】C【详解】A．放电过程中，a为正极，b极为负极，溶液中阳离子移向正极，阴离子移向负极，所以放电过程中，向b极迁移，A项错误；B．充电过程中b电极得到电子发生还原反应，由于在碱性环境中Zn以形式存在，则充电过程中,b电极应为:+2e-=Zn+4OH-，B项错误；C．由图示可知，充电时，a电极失电子发生氧化反应，即a电极与电源正极相连，C项正确；D．放电过程中b电极为负极，其电极反应式为Zn+4OH--2e-=，a极为正极，则其电极反应式为,MnO2+4H++2e-=Mn2++2H2O，所以放电过程中，转移0.4mole-时，a电极消耗0.8molH+，D项错误；答案选C。11．（2021·四川德阳市·高三二模）锌铈液流二次电池，放电工作原理如图所示。下列说法正确的是

A．充电时，b极发生还原反应B．放电时，溶液中离子由b极向a电极方向移动C．放电时，电池的总离子反应方程式为Zn+2Ce4+=Zn2++2Ce3+D．充电时，当a极增重3.25g时，通过交换膜的离子为0.05mol【答案】C【分析】根据图示，充电时a极得电子，发生还原反应，b极失电子，发生氧化反应；放电时，a极为负极，失电子，发生氧化反应，b极为正极，得电子，发生还原反应；【详解】A．充电时，b极失电子，为阳极，发生氧化反应，A错误；B．放电时，a极失电子，b极得电子，为平衡电荷，氢离子由质子交换膜从a到b，故溶液中离子由a电极向b电极方向移动，B错误；C．根据分析可知a电极Zn被氧化成Zn2+，为负极，b电极Ce4+被还原成Ce3+，为正极，故电池的总离子反应方程式为Zn+2Ce4+=Zn2++2Ce3+，C正确；D．充电时，a电极发生反应Zn2++2e-=Zn，增重3.25g，即生成0.05molZn，转移电子为0.1mol，交换膜为质子交换膜，只允许氢离子通过，所以有0.1molH+通过交换膜以平衡电荷，D错误；答案选C。12．（2021·四川巴中市·高三一模）近年来钾离子电池的研发受到广泛重视。一种“摇椅式”钾离子电池原理如图所示。电池反应为：K(1-x)FePO4+KxC8KFePO4+8C，下列叙述错误的是A．放电时，a极是正极B．充电时，若x=1/3，则a极材料中n(Fe2+)：n(Fe3+)=1：2C．充电时，b极反应式：xK++xe-+8C=KxC8D．放、充电时，图中箭头所示为K+的移动方向，形同“摇椅”【答案】B【分析】根据总反应，放电过程为原电池反应，总反应为：K1-xFePO4+KxC8KFePO4+8C，阳离子K+移向正极，则a极为正极，b极为负极，负极电极反应为：KxC8-xe-=xK++8C，正极电极反应为：K1-xFePO4+xK++xe-=KFePO4；充电过程为电解池，根据总反应KFePO4+8CK1-xFePO4+KxC8，a极为阳极，电极反应：KFePO4-xe-=K1-xFePO4+xK+，b极为阴极，电极反应：xK++xe-+8C=KxC8，据此分析解题。【详解】A．放电时为原电池反应，阳离子K+脱离负极表面进入电解质溶液中，移向正极，则a极为正极，A正确；

B．充电时为电解池，若x=，根据化合价的代数和为0，设Fe2+的物质的量为a，Fe3+的物质的量为b个，则a+b=1，根据化合价的代数和为0，正化合价之和为(1-)+2a+3a，PO43-的负化合价为-3价，即(1-)+2a+3a+(-3)=0，解得a=，b=，所以K1-xFePO4中的n(Fe2+)：n(Fe3+)=2：1，B错误；

C．由分析得出充电时，b极反应式为：xK++xe-+8C=KxC8，C正确；

D．放电过程为原电池反应，阳离子K+移向正极，充电过程为电解池，阳离子K+移向阴极，则图中箭头所示为K+的移动方向，形同“摇椅”，D正确。13．（2021·云南昆明市·高三三模）某兴趣小组利用电化学原理降解酸性废水中的NO，装置如图所示。下列说法正确的是

A．Pt电极可用Cu电极代替B．负极反应式为：2NO+10e-+12H+=N2+6H2OC．溶液中电子通过质子交换膜由Ag电极向Pt电极移动D．若外电路转移lmol电子，则膜两侧电解液质量共减少38.3g【答案】D【分析】由装置示意图中可知Pt电极上NO转化为N2，发生还原反应，故Pt电极为正极，则Ag电极为负极，发生的电极反应为：Cl-+Ag-e-=AgCl↓，据此分析解题。【详解】A.由于Cu比Ag活泼，故Pt电极不可用Cu电极代替，否则Cu直接与酸性条件下的NO反应，不构成原电池，A错误；B.根据原电池中负极发生氧化反应，正极发生还原反应，故负极反应式为：Cl-+Ag-e-=AgCl↓，而2NO+10e-+12H+=N2+6H2O是正极反应式，B错误；C.由分析可知，Pt电极是正极，Ag为负极，故溶液中H+通过质子交换膜由Ag电极向Pt电极移动，电子只能在导线上定向移动而不能通过溶液，C错误；D.根据电池的总反应可知，10Ag+10Cl-+12H++2NO=10AgCl↓+N2+6H2O，转移10mol电子两极质量减少：（10×35.5+28）g，故若外电路转移lmol电子，则膜两侧电解液质量共减少38.3g，D正确；故答案为：D。14．（2021·四川凉山彝族自治州·高三三模）Al-H2O2电池是一种新型电池，已知H2O2是一种弱酸，在强碱性溶液中以HO形式存在。现以Al-H2O2为电源(如甲池所示，电池总反应为2Al+3HO=2AlO+OH-+H2O)，电解处理有机质废水(如乙池所示)。下列说法正确的是A．电池工作时，甲池、乙池用导线连接的顺序为a连c，b连dB．电池工作一段时间后甲池中pH值减小C．乙池工作时，质子将从B电极室移向A电极室D．若B电极上转化1.5molCO2，则甲池中溶解4molAl【答案】D【详解】A．根据电池总反应2Al+3HO=2AlO+OH-+H2O，Al发生氧化反应，a是负极、b是正极。根据乙池中B电极CO2→CH4，C元素化合价降低发生还原反应，B是阴极、A是阳极；所以电池工作时，甲池、乙池用导线连接的顺序为a连d，b连c，故A错误；B．电池正反应是2Al+3HO=2AlO+OH-+H2O，反应生成OH-，工作一段时间后甲池中pH值增大，故B错误；C．乙池中B电极CO2→CH4，C元素化合价降低发生还原反应，B是阴极、A是阳极；乙池工作时，阳离子移向阴极，质子将从A电极室移向B电极室，故C错误；D．B电极CO2→CH4，C元素化合价由+4降低为-4，若B电极上转化1.5molCO2，电路中转移12mol电子，根据电子守恒，甲池中溶解4molAl，故D正确；选D。15．（2021·福建省福州第一中学高三其他模拟）科学家预言，被称为“黑金”的“新材料之王石墨烯”将“彻底改变21世纪”。我国关于石墨烯的专利总数世界排名第一。如图是我国研发的某种石墨烯电池有关原理示意图，左边装置工作时的电极反应为Li1-xC6+xLi++xe-=LiC6，Li[GS/Si]O2-xe-=Li1-x[GS/Si]O2+xLi+。下列说法错误的是A．a与d电极上发生的反应类型相同B．左右两个装置中的离子交换膜均为阳离子交换膜C．电池放电时，正极反应为Li1-x[GS/Si]O2+xLi++xe-=Li[GS/Si]O2D．若装置工作前c与d电极质量相等，则转移0.1mol电子后两个电极质量相差0.7g【答案】D【详解】A．由装置图可推出a为阴极，b为阳极，c为负极，d为正极，a与d电极.上均发生还原反应，故A正确；B．从装置图中可以看出，为保持溶液呈电中性，离子交换膜允许Li+通过，应该使用阳离子交换膜，故B错误；C．d电极为正极，其电极反应相当于充电时阳极反应的逆过程，根据题千中信息可知，正极(d电极)反应为：Li1-x[GS/Si]O2+xLi++xe-=Li[GS/Si]O2，故C错误；D．若装置工作前c与d电极质量相等，则根据电极反应，转移0.1mol电子时，c极减少0.1molLi+，质量减少0.7g,d极增加0.1molLi+，质量增大0.7g，两个电极质量相差1.4g，故D错误；故答案为D。16．（2021·广东汕头市·金山中学高三三模）如图为某二次电池充电时的工作原理示意图，该过程可实现盐溶液的淡化。下列说法错误的是A．放电时，负极反应式为：Bi-3e-+H2O+Cl-=BiOCl+2H+B．放电时，每生成1molBi消耗1.5molNa3Ti2(PO4)3C．充电时，a极为电源正极D．充电时，电解质溶液的pH变小【答案】A【详解】A．由图可知：充电时，Bi电极上，Bi失电子生成BiOCl，该反应式为Bi+Cl-+H2O-3e-=BiOCl+2H+，选项所给为充电的阳极反应，故A错误；B．放电时，Bi为正极，BiOCl得电子发生还原反应，每生成1molBi转移3mol电子，而负极上Na3Ti2(PO4)3转化为Ti2(PO4)3失去2mol电子，由电子守恒可知每生成1molB，消耗1.5molNa3Ti2(PO4)3，故B正确；

C．由图可知：充电时，Bi电极上，Bi失电子生成BiOCl，该反应式为Bi+Cl-+H2O-3e-=BiOCl+2H+，则Bi为阳极，所以a为电源正极，故C错误；D．由图可知：阳极反应为Bi+Cl-+H2O-3e-=BiOCl+2H+，电解时有H+生成，故电解质溶液pH减小，故D正确；故答案：A。17．（2021·济南市·山东师范大学附中高三其他模拟）一种可充电锂-空气电池如图所示。当电池放电时，O2与Li+在多孔碳材料电极处生成Li2O2-x(x=0或1)。下列说法正确的是A．多孔碳材料能增大与氧气的接触面积，有利于氧气发生氧化反应B．放电时，电子的移动方向为：锂电极—外电路—多孔碳材料电极—电解质—锂电极C．充电时，电池总反应为Li2O2-x=2Li+(1-)O2D．可使用含Li+的电解质水溶液【答案】C【分析】由题意知，锂电极为负极，多孔碳材料电极为正极，放电时负极反应为Li-e-=Li+，正极反应为(2-x)O2+4Li+=2Li2O2-x(x=0或1)，电池总反应为2Li+(1-)O2=Li2O2-x，据此分析解答。【详解】A．根据图示和上述分析，放电时电池的正极O2与Li+得电子转化为Li2O2-x，发生的是还原反应，故A错误；B．多孔碳材料电极为正极，电子应该由锂电极通过外电路流向多孔碳材料电极(由负极流向正极)，电解质中离子作定向移动，故B错误；C．根据图示和上述分析，放电时电池总反应为2Li+(1-)O2=Li2O2-x，充电的反应与放电的反应相反，所以为Li2O2-x=2Li+(1-)O2，故C正确；D．Li能与水反应，故不能用水溶液作电解质溶液，故D错误；答案选C。18．（2021·西藏拉萨市·高三二模）镁-锑液态金属电池是新型二次电池，白天利用太阳能给电池充电，夜晚电池可以给外电路供电。该电池利用液体密度不同，在重力作用下分为三层，工作时中间层熔融盐的组成及浓度不变，工作原理如图所示。下列有关说法错误的是A．放电时，Cl-向上层方向移动B．放电时，Mg(液)层的质量减小。C．充电时，Mg-Sb(液)层作阴极D．充电时，阴极的电极反应式为Mg2++2e-=Mg【答案】C【分析】根据电流方向可知放电时Mg作负极、Mg-Sb作正极，则充电时Mg为阴极，Mg-Sb为阳极。【详解】A．放电时为原电池，阴离子向负极移动，Cl-向上层方向移动，A正确；B．放电时Mg(液)层为负极，电极反应Mg-2e-=Mg2+，产生的Mg2+移向中间层，质量减小，B正确；C．放电时Mg-Sb作正极发生还原反应，则充电时发生氧化反应，为阳极，C错误；D．放电时Mg作负极，发生反应电极反应Mg-2e-=Mg2+，则充电时为阴极，电极反应式为Mg2++2e-=Mg，D正确；综上所述答案为C。19．（2021·江西抚州市·临川一中高三其他模拟）羟基自由基(•OH)是自然界中氧化性仅次于氟的氧化剂。我国科学家设计了一种能将苯酚氧化为CO2、H2O的原电池—电解池组合装置(如图)，该装置能实现发电、环保二位一体。下列说法错误的是A．电池工作时，b电极附近pH减小B．a极每有1molCr2O参与反应，通过质子交换膜的H+数理论上有6NAC．d极区苯酚被氧化的化学方程式为C6H5OH+28•OH=6CO2↑+17H2OD．右侧装置中，每转移0.7mole-，c、d两极共产生气体11.2L【答案】D【分析】a电极上Cr2O被还原为Cr(OH)3，所以a电极为原电池的正极，则d电极为电解池阳极，b为原电池的负极，c为电解池的阴极。【详解】A．电池工作时，b为负极，苯酚失电子被氧化为CO2，电极反应式为C6H5OH-28e-+11H2O=6CO2↑+28H+，生成氢离子，所以pH减小，A正确；B．a电极上Cr2O被还原为Cr(OH)3，所以有1molCr2O参与反应时转移6mol电子，根据电荷守恒可知通过质子交换膜的H+数理论上有6NA，B正确；C．羟基自由基对有机物有极强的氧化能力，苯酚被氧化为CO2、H2O，根据电子守恒和元素守恒可得化学方程式为C6H5OH+28•OH=6CO2↑+17H2O，C正确；D．未注明温度和压强，无法确定气体体积，D错误；综上所述答案为D。20．（2021·天津高三二模）一种“全氢电池”的工作原理如图所示。下列说法正确的是A．电流方向是从吸附层M通过导线到吸附层NB．放电时，吸附层M发生的电极反应：C．从右边穿过离子交换膜向左边移动D．“全氢电池”放电时的总反应式为：【答案】B【分析】由工作原理图可知，左边吸附层M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，电极反应是H2-2e-+2OH-═2H2O，右边吸附层N为正极，发生了还原反应，电极反应是2e-+2H+═H2，结合原电池中阳离子移向正极，阴离子移向负极解答该题。【详解】A．由工作原理图可知，左边吸附层M为负极，右边吸附层N为正极，则电流方向为从吸附层N通过导线到吸附层M，故A错误；B．左边吸附层M为负极极，发生了氧化反应，电极反应是H2-2e-+2OH-=2H2O，故B正确；C．原电池中阳离子移向正极，阴离子移向负极，所以电解质溶液中Na+向右正极移动，故C错误；D．负极电极反应是H2-2e-+2OH-═2H2O，正极电极反应是2e-+2H+═H2，电池的总反应无氧气参加，故D错误；故选：B。21．（2021·湖南衡阳市·高三二模）一种新型水介质电池示意图如下，电极材料为金属锌和选择性催化材料。放电时，温室气体被转化为储氢物质甲酸等，为解决“碳中和”和能源问题提供了一种新途径。下列说法正确的是A．充电时，Zn电极连电源负极B．充电时，阳极区pH升高C．放电时，Zn在正极失去电子D．放电时，完全转化为HCOOH时有转移【答案】AD【分析】根据电池示意图，电池放电时，右侧CO2得到电子发生还原反应生成HCOOH，作正极，负极Zn失去电子，电极反应式为，电池充电时，为电解池，阳极H2O失去电子，电极反应式为，阴极得到电子被还原为Zn。【详解】A．充电时，转化为Zn，化合价降低，发生还原反应，作阴极，连接电源负极，A项正确；B．充电时，阳极H2O失去电子，电极反应式为，生成，溶液pH减小，B项错误；C．放电时，转化为，Zn失去电子，Zn作负极，C项错误；D．电池放电时，右侧CO2得到电子发生还原反应生成HCOOH，C的化合价由+4价降低至+2价，则完全转化为HCOOH时有转移，D项正确；答案选AD。22．（2021·湖南高三其他模拟）伏打电堆由几组锌和的圆板堆积而成，所有的圆板之间夹放着几张盐水泡过的布。如图所示为最初的伏打电堆模型，由八组锌和银串联组成的圆板堆积而成。下列说法正确的是A．当电路中转移0.3mol电子时，消耗锌板的总质量为78gB．电池长时间工作后，中间的布上会有白色固体颗粒生成，该固体颗粒为AgOHC．该伏打电堆工作时，在锌板附近会有Cl2放出D．该电池发生的反应为吸氧腐蚀【答案】AD【分析】根据电极材料和电解质成分可知，该电池的总反应为空气中的氧气氧化Zn，放电时锌为负极，电极反应为Zn-2e-=Zn2+，银作正极，氧气得电子发生还原反应，