【创新设计】2021高考化学总复习(江西版)作业本：热点回头专练6-新型化学电源专项突破

热点回头专练6新型化学电源专项突破1．世博会中国馆、主题馆等建筑使用光伏并网发电，总功率达4MW，是历届世博会之最。通过并网，上海市使用半导体照明(LED)。已知发出白光的LED是由氮化镓(GaN)芯片与钇铝石榴石(YAG，化学式：Y3Al5O12)芯片封装在一起做成的。下列有关叙述正确的是 ()。A．光伏电池实现了太阳能和电能的相互转化B．图中N型半导体为正极，P型半导体为负极C．电流从a流向bD．LED中的Ga和Y都显＋3价解析A项，光伏电池将光能(太阳能)直接转变为电能，而电能未转化为太阳能；B项，电池内部，正电荷向正极移动，负电荷向负极移动，故N型半导体为负极，P型半导体为正极；C项，a为负极，b为正极，电流从b流向a；D项，GaN中N显－3价，则Ga显＋3价，Y3Al5O12中Al、O分别显＋3、－2价，则Y显＋3价。答案D2．全钒液流电池是一种新型的绿色环保储能电池，工作原理如图所示，a、b均为惰性电极，放电时左槽溶液颜色由黄色变为蓝色。下列叙述正确的是()。A．充电时右槽溶液颜色由紫色变为绿色B．放电时，b极发生还原反应C．充电过程中，a极的反应式为：VO2＋＋2H＋＋e－=VO2＋＋H2OD．电池的总反应可表示为：VO2＋＋V2＋＋2H＋eq\o(,\s\up10(放电),\s\do10(充电))VO2＋＋V3＋＋H2O解析该电池为可充电电池，放电时为原电池，充电时为电解池。依据颜色变化，推断放电时的电极反应，进而推断正、负极。左槽(a)颜色由黄色变蓝色，说明发生反应VO2＋→VO2＋，＋5价的V得电子生成＋4价V，即VO2＋＋e－=VO2＋，发生还原反应，a电极为正极。则b电极为负极，发生氧化反应，即V2＋－e－=V3＋。A项，充电时右槽反应即放电时右槽反应的逆反应，即V3＋＋e－=V2＋，颜色由绿色变为紫色，错误；B项，由上分析，放电时，b极为负极，发生氧化反应，错误；C项，充电时a极反应，即放电时的逆反应，即VO2＋＋H2O－e－=VO2＋＋2H＋，错误。答案D3．磷酸燃料电池是目前较为成熟的燃料电池，其基本组成和反应原理如下：下列说法不正确的是 ()。A．在改质器中主要发生的反应为CxHy＋xH2Oeq\o(→,\s\up10(800℃))xCO＋(x＋eq\f(y,2))H2B．移位反应器中CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)ΔH＞0，温度越高，CO转化速率越大C．负极排出的气体主要是CO2D．该电池正极的电极反应为O2＋4H＋＋4e－=2H2O解析由题图可知，CxHy和H2O通过改质器后，生成CO和H2，A正确；触媒在合适温度下活性最强，高于或低于合适温度，催化活性都会降低或消逝，B错误；由图看出C、D两项正确。答案B4．某新型电池，以NaBH4(B的化合价为＋3价)和H2O2作原料，该电池可用作深水勘探等无空气环境电源，其工作原理如图所示。下列说法正确的是()。A．电池工作时Na＋从b极区移向a极区B．每消耗3molH2O2，转移3mole－C．b极上的电极反应式为：H2O2＋2e－＋2H＋=2H2OD．a极上的电极反应式为：BH4－＋8OH－－8e－=BO2－＋6H2O解析该电池工作时，a电极反应式为BH4－＋8OH－－8e－=BO2－＋6H2O；b电极反应式为4H2O2＋8e－=8OH－；随着不断放电，a极负电荷削减，b极负电荷增多，故Na＋从a极区移向b极区；每消耗3molH2O2转移6mole－，故A、B、C错误，D正确。答案D5．一种基于酸性燃料电池原理设计的酒精检测仪，负极上的反应为：CH3CH2OH－4e－＋H2O=CH3COOH＋4H＋。下列有关说法正确的是 ()。A．检测时，电解质溶液中的H＋向负极移动B．若有0.4mol电子转移，则在标准状况下消耗4.48L氧气C．电池反应的化学方程式为：CH3CH2OH＋O2=CH3COOH＋H2OD．正极上发生的反应为：O2＋4e－＋2H2O=4OH－解析原电池内阳离子向正极移动，A项错误；酸性溶液中，正极电极反应式为O2＋4e－＋4H＋=2H2O，D项错误，转移0.4mol电子时，消耗O20.1mol，即标准状况下为2.24L，B项错误；正极反应式与负极反应式相加可得电池反应为CH3CH2OH＋O2=CH3COOH＋H2O，C正确。答案C6．镁燃料电池作为一种高能化学电源，具有良好的应用前景。如图是镁－空气燃料电池工作原理示意图。下列有关该电池的说法正确的是 ()。A．该电池Mg做负极，发生还原反应B．该电池的正极反应式为O2＋2H2O＋4e－=4OH－C．电池工作时，电子通过导线由碳电极流向Mg电极D．当电路中通过0.2mol电子时，消耗的O2体积为1.12L解析该电池Mg做负极，工作时发生氧化反应，A项错；在电池正极上O2得电子被还原为OH－，B项正确；电池工作时，外电路中电子由负极流向碳电极(正极)，C项错；D项，没有给出氧气所处状态，无法确定其体积。答案B7．一种新型乙醇电池用磺酸类质子做溶剂，比甲醇电池效率高出32倍。电池示意图如图所示：电池总反应为C2H5OH＋3O2=2CO2＋3H2O。下列对该电池的说法正确的是 ()。A．b极为电池的负极B．电池工作时电子由b极沿导线经灯泡再到a极C．当1mol乙醇被氧化转移6NA个电子D．电池正极的电极反应为4H＋＋O2＋4e－=2H2O解析本题考查燃料电池，考查考生对燃料电池的把握状况。难度中等。A项，b极通入氧气，发生还原反应，为燃料电池正极；B项，b极为正极，故电子流向由a极沿导线经灯泡再到b极；C项，1mol乙醇被氧化转移12NA个电子；D项，正极O2得电子生成H2O，故正极反应式为4H＋＋O2＋4e－=2H2O。答案D8．(2021·皖南八校三次联考)如图为一种固体离子导体电池与潮湿KI试纸AB连接，Ag＋可以在RbAg4I5晶体中迁移，空气中氧气透过聚四氟乙烯膜与AlI3反应生成I2，Ag与I2作用形成电池。下列说法中正确的是 ()。A．试纸A端发生还原反应B．Ag＋从银电极移向石墨，K＋移向A端C．试纸B端消灭棕色D．石墨电极上电极反应式：I2＋2e－=2I－解析由题意得知银被氧化，则银为原电池负极，石墨为正极；A为电解池阳极，B为阴极。A项错误，试纸A端应发生氧化反应；B项错误，K＋向B端移动；C项错误，由于I－在试纸A端放电生成I2，消灭棕色；D项正确，石墨电极(正极)是单质碘发生还原反应。答案D9．“神舟九号”飞船的电源系统共有3种，分别是太阳能电池帆板、镉镍蓄电池和应急电池。(1)飞船在光照区运行时，太阳能电池帆板将________能转化为________能，除供应飞船使用外，多余部分用镉镍蓄电池储存起来。其工作原理为Cd＋2NiOOH＋2H2Oeq\o(,\s\up10(放电),\s\do10(充电))Cd(OH)2＋2Ni(OH)2充电时，阳极的电极反应式为______________________；当飞船运行到地影区时，镉镍蓄电池开头为飞船供电，此时负极四周溶液的碱性________(填“增大”“减小”或“不变”)。(2)紧急状况下，应急电池会自动启动，工作原理为Zn＋Ag2O＋H2Oeq\o(,\s\up10(放电),\s\do10(充电))2Ag＋Zn(OH)2，其负极的电极反应式为________________________。(3)若用上述应急电池电解200mL含有0.1mol·L－1NaCl和0.1mol·L－1CuSO4的混合溶液(电极均为惰性电极)，当消耗1.3g锌时，阳极产生的气体为________(填化学式)，溶液的pH＝________(假设电解前后溶液的体积不变)。解析(1)阳极是失电子发生氧化反应的一极，Ni(OH)2为阳极；放电时负极反应为Cd－2e－＋2OH－=Cd(OH)2，故溶液碱性减小。(3)阳极上阴离子放电：2Cl－－2e－=Cl2↑，4OH－－4e－=O2↑＋2H2O；1.3gZn转移电子：eq\f(1.3g,65g·mol－1)×2＝0.04mol，阴极只有Cu2＋放电，故消耗n(OH－)＝0.04mol－0.2L×0.1mol·L－1＝0.02mol，即产生n(H＋)＝0.02mol，c(H＋)＝eq\f(0.02,0.2)mol·L－1＝0.1mol·L－1，即pH为1。答案(1)太阳电Ni(OH)2－e－＋OH－=NiOOH＋H2O减小(2)Zn－2e－＋2OH－=Zn(OH)2(3)Cl2、O2(少答不行)110．中国科学院长春应用化学争辩所在甲醇燃料电池技术方面获得新突破，组装出了自呼吸电池及主动式电池。甲醇燃料电池的工作原理如图所示。(1)该电池工作时，c口通入的物质为________；该电池负极的电极反应式为________________。(2)工作一段时间后，当6.4g甲醇完全反应生成CO2时，有________NA个电子转移。(3)若该电池通入O2的量为1L(标准状况)，且反应完全，则用此电池来电解NaCl溶液(惰性电极)，最多能产生Cl2的体积为________L(标准状况)。答案(1)O2CH3OH＋H2O－6e－=CO2＋6H＋(2)1.2(3)211．(2022·海南化学，16)新型高效的甲烷燃料电池接受铂为电极材料，两电极上分别通入CH4和O2，电解质为KOH溶液。某争辩小组将两个甲烷燃料电池串联后作为电源，进行饱和氯化钠溶液电解试验，如图所示。回答下列问题：(1)甲烷燃料电池正极、负极的电极反应分别为________、________。(2)闭合K开关后，a、b电极上均有气体产生，其中b电极上得到的是________，电解氯化钠溶液的总反应方程式为___________________________________。(3)若每个电池甲烷通入量为1L(标准状况)，且反应完全，则理论上通过电解池的电量为________(法拉第常数F＝9.65×104C·mol－1，列式计算)，最多能产生的氯气体积为________L(标准状况)。解析(1)甲烷燃料电池的总反应方程式为：CH4＋2O2＋2OH－=CO32－＋3H2O，正极反应式为2O2＋4H2O＋8e－=8OH－，负极反应式由总反应式减去正极反应式即可得到；(2)由图示可知，甲烷燃料电池中通入CH4的一极为负极，因而与之相连的b电极为阴极，产生的气体为氢气；(3)1mol甲烷被氧化失去电子8mol，电量为8×9.65×104C，题中虽有两个燃料电池，但电子的转移只能用一个电池的甲烷量计算，可依据CH4～8e－～4Cl2计算出标准状况下产生氯气的体积为4L。答案(1)2O2＋4H2O＋8e－=8OH－CH4＋10OH－－8e－=CO32－＋7H2O(2)H22NaCl＋2H2Oeq\o(=,\s\up10(电解))2NaOH＋H2↑＋Cl2↑(3)eq\f(1L,22.4L·mol－1)×8×9.65×104C·mol－1＝3.45×104C412．(1)碳酸盐燃料电池，以肯定比例Li2CO3和Na2CO3低熔混合物为电解质，操作温度为650℃，在此温度下以镍为催化剂，以煤气(CO、H2的体积比为1∶1)直接做燃料，其工作原理如图所示。①电池总反应为_________________________________________________。②以此电源电解足量的硝酸银溶液，若阴极产物的质量为21.6g，则阳极产生气体标准状况下体积为________L。电解后溶液体积为2L，溶液的pH约为________。(2)某争辩小组利用下列装置用N2O4生产新型硝化剂N2O5。①现以H2、O2、熔融盐Na2CO3组成燃料电池，接受电解法制备N2O5，装置如图所示，其中Y为CO2。在该电极上同时还引入CO2的目的是___________________________________________________________________________________________________________________________________。②电解过程中，生成N2O5的电极反应方程式为__________________________________________________________________________________________。解析本题考查电化学学问，考查考生对电化学学问的把握状况及原电池、电解池学问的综合分析力量。难度较大。(1)一氧化碳和氢气按物质的量1∶1混合，再与氧气反应生成二氧化碳和水。电解硝酸银溶液阴极反应为Ag＋＋e－=Ag，阳极反应为4OH－－4e－=2H2O＋O2↑，生成21.6g银时转移0.2mol电子，依据电子守恒可知，阳极生成氧气0.05mol，其在标准状况下的体积为1.12L。生成氢离子0.2mol，氢