新教材適用2024版高考化學(xué)二輪總復(fù)習(xí)第1部分新高考選擇題突破專題6化學(xué)反應(yīng)與能量微專題2原電池新型化學(xué)電源教師用書

微專題2原電池新型化學(xué)電源命題角度1新型化學(xué)電源1.(2022·湖南選考)海水電池在海洋能源領(lǐng)域備受關(guān)注，一種鋰—海水電池構(gòu)造示意圖如下。下列說法錯(cuò)誤的是(B)A．海水起電解質(zhì)溶液作用B．N極僅發(fā)生的電極反應(yīng)：2H2O＋2e－=2OH－＋H2↑C．玻璃陶瓷具有傳導(dǎo)離子和防水的功能D．該鋰—海水電池屬于一次電池【解析】鋰—海水電池的總反應(yīng)為2Li＋2H2O=2LiOH＋H2↑，M極上Li失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)，則M電極為負(fù)極，電極反應(yīng)為Li－e－=Li＋，N極為正極，電極反應(yīng)為2H2O＋2e－=2OH－＋H2↑，同時(shí)氧氣也可以在N極得電子，電極反應(yīng)為O2＋4e－＋2H2O=4OH－。海水中含有豐富的電解質(zhì)，如氯化鈉、氯化鎂等，可作為電解質(zhì)溶液，故A正確；由上述分析可知，N為正極，電極反應(yīng)為2H2O＋2e－=2OH－＋H2↑，和反應(yīng)O2＋4e－＋2H2O=4OH－，故B錯(cuò)誤；Li為活潑金屬，易與水反應(yīng)，玻璃陶瓷的作用是防止水和Li反應(yīng)，并能傳導(dǎo)離子，故C正確；該電池不可充電，屬于一次電池，故D正確；故選B。2.(2021·重慶選考)CO2電化學(xué)傳感器是將環(huán)境中CO2濃度轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)的裝置，工作原理如圖所示，其中YSZ是固體電解質(zhì)。當(dāng)傳感器在一定溫度下工作時(shí)，在熔融Li2CO3和YSZ之間的界面X會(huì)生成固體Li2O。下列說法錯(cuò)誤的是(B)A．COeq\o\al(2－,3)遷移方向?yàn)榻缑鎄→電極bB．電極a上消耗的O2和電極b上產(chǎn)生的CO2的物質(zhì)的量之比為1∶1C．電極b為負(fù)極，發(fā)生的電極反應(yīng)為2COeq\o\al(2－,3)－4e－=O2↑＋2CO2↑D．電池總反應(yīng)為Li2CO3=Li2O＋CO2↑【解析】本題考查原電池的工作原理。原電池中，陰離子向負(fù)極移動(dòng)，則COeq\o\al(2－,3)由界面X向電極b移動(dòng)，A項(xiàng)正確；由思路分析可知，轉(zhuǎn)移4mol電子時(shí)，電極a消耗1molO2，電極b生成2molCO2，物質(zhì)的量之比為1∶2，B項(xiàng)錯(cuò)誤；由思路分析可知，C、D兩項(xiàng)正確；故選B。命題角度2二次電池3.(2022·廣東選考)科學(xué)家基于Cl2易溶于CCl4的性質(zhì)，發(fā)展了一種無需離子交換膜的新型氯流電池，可作儲(chǔ)能設(shè)備(如圖)。充電時(shí)電極a的反應(yīng)為NaTi2(PO4)3＋2Na＋＋2e－=Na3Ti2(PO4)3。下列說法正確的是(C)A．充電時(shí)電極b是陰極B．放電時(shí)NaCl溶液的pH減小C．放電時(shí)NaCl溶液的濃度增大D．每生成1molCl2，電極a質(zhì)量理論上增加23g【解析】由充電時(shí)電極a的反應(yīng)可知，充電時(shí)電極a發(fā)生還原反應(yīng)，所以電極a是陰極，則電極b是陽極，故A錯(cuò)誤；放電時(shí)電極反應(yīng)和充電時(shí)相反，則由放電時(shí)電極a的反應(yīng)為Na3Ti2(PO4)3－2e－=NaTi2(PO4)3＋2Na＋可知，NaCl溶液的pH不變，故B錯(cuò)誤；放電時(shí)負(fù)極反應(yīng)為Na3Ti2(PO4)3－2e－=NaTi2(PO4)3＋2Na＋，正極反應(yīng)為Cl2＋2e－=2Cl－，反應(yīng)后Na＋和Cl－濃度都增大，則放電時(shí)NaCl溶液的濃度增大，故C正確；充電時(shí)陽極反應(yīng)為2Cl－－2e－=Cl2↑，陰極反應(yīng)為NaTi2(PO4)3＋2Na＋＋2e－=Na3Ti2(PO4)3，由得失電子守恒可知，每生成1molCl2，電極a質(zhì)量理論上增加23g·mol－1×2mol＝46g，故D錯(cuò)誤；故選C。4.(2021·河北選卷)K—O2電池結(jié)構(gòu)如圖，a和b為兩個(gè)電極，其中之一為單質(zhì)鉀片。關(guān)于該電池，下列說法錯(cuò)誤的是(D)A．隔膜允許K＋通過，不允許O2通過B．放電時(shí)，電流由b電極沿導(dǎo)線流向a電極；充電時(shí)，b電極為陽極C．產(chǎn)生1Ah電量時(shí)，生成KO2的質(zhì)量與消耗O2的質(zhì)量比值約為2.22D．用此電池為鉛酸蓄電池充電，消耗3.9g鉀時(shí)，鉛酸蓄電池消耗0.9g水【解析】由圖可知，a電極為原電池的負(fù)極，單質(zhì)鉀片失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)生成鉀離子，電極反應(yīng)式為K－e－=K＋，b電極為正極，在鉀離子作用下，氧氣在正極得到電子發(fā)生還原反應(yīng)生成超氧化鉀；據(jù)以上分析解答。金屬性強(qiáng)的金屬鉀易與氧氣反應(yīng)，為防止鉀與氧氣反應(yīng)，電池所選擇隔膜應(yīng)允許K＋通過，不允許O2通過，故A正確；放電時(shí)，a為負(fù)極，b為正極，電流由b電極沿導(dǎo)線流向a電極，充電時(shí)，b電極應(yīng)與直流電源的正極相連，做電解池的陽極，故B正確；生成1mol超氧化鉀時(shí)，消耗1mol氧氣，兩者的質(zhì)量比值為1mol×71g·mol－1∶1mol×32g·mol－1≈2.22∶1，故C正確；鉛酸蓄電池充電時(shí)的總反應(yīng)方程式為2PbSO4＋2H2O=PbO2＋Pb＋2H2SO4，反應(yīng)消耗2mol水，轉(zhuǎn)移2mol電子，由得失電子數(shù)目守恒可知，消耗3.9g鉀時(shí)，鉛酸蓄電池消耗水的質(zhì)量為eq\f(3.9g,39g·mol－1)×18g·mol－1＝1.8g，故D錯(cuò)誤；故選D。5.(2022·遼寧省選擇性考試)某儲(chǔ)能電池原理如圖。下列說法正確的是(A)A．放電時(shí)負(fù)極反應(yīng)：Na3Ti2(PO4)3－2e－=NaTi2(PO4)3＋2Na＋B．放電時(shí)Cl－透過多孔活性炭電極向CCl4中遷移C．放電時(shí)每轉(zhuǎn)移1mol電子，理論上CCl4吸收0.5molCl2D．充電過程中，NaCl溶液濃度增大【解析】放電時(shí)負(fù)極反應(yīng)：Na3Ti2(PO4)3－2e－=NaTi2(PO4)3＋2Na＋，正極反應(yīng)：Cl2＋2e－=2Cl－，消耗氯氣，放電時(shí)，陰離子移向負(fù)極，充電時(shí)陽極：2Cl－－2e－=Cl2，由此解析。放電時(shí)負(fù)極失電子，發(fā)生氧化反應(yīng)，電極反應(yīng)：Na3Ti2(PO4)3－2e－=NaTi2(PO4)3＋2Na＋，故A正確；放電時(shí)，陰離子移向負(fù)極，放電時(shí)Cl－透過多孔活性炭電極向NaCl中遷移，故B錯(cuò)誤；放電時(shí)每轉(zhuǎn)移1mol電子，正極：Cl2＋2e－=2Cl－，理論上CCl4釋放0.5molCl2，故C錯(cuò)誤；充電過程中，陽極：2Cl－－2e－=Cl2，消耗氯離子，NaCl溶液濃度減小，故D錯(cuò)誤；故選A。命題角度3燃料電池6.(2022·全國乙卷)Li—O2電池比能量高，在汽車、航天等領(lǐng)域具有良好的應(yīng)用前景。近年來科學(xué)家研究了一種光照充電Li—O2燃料電池(如圖所示)。光照時(shí)，光催化電極產(chǎn)生電子(e－)和空穴(h＋)，驅(qū)動(dòng)陰極反應(yīng)(Li＋＋e－=Li)和陽極反應(yīng)(Li2O2＋2h＋=2Li＋＋O2)對(duì)電池進(jìn)行充電。下列敘述錯(cuò)誤的是(C)A．充電時(shí)，電池的總反應(yīng)Li2O2=2Li＋O2B．充電效率與光照產(chǎn)生的電子和空穴量有關(guān)C．放電時(shí)，Li＋從正極穿過離子交換膜向負(fù)極遷移D．放電時(shí)，正極發(fā)生反應(yīng)O2＋2Li＋＋2e－=Li2O2【解析】充電時(shí)光照光催化電極產(chǎn)生電子和空穴，驅(qū)動(dòng)陰極反應(yīng)(Li＋＋e－=Li)和陽極反應(yīng)(Li2O2＋2h＋=2Li＋＋O2)，則充電時(shí)總反應(yīng)為Li2O2=2Li＋O2，結(jié)合圖示，充電時(shí)金屬Li電極為陰極，光催化電極為陽極；則放電時(shí)金屬Li電極為負(fù)極，光催化電極為正極；據(jù)以上分析作答。光照時(shí)，光催化電極產(chǎn)生電子和空穴，驅(qū)動(dòng)陰極反應(yīng)和陽極反應(yīng)對(duì)電池進(jìn)行充電，結(jié)合陰極反應(yīng)和陽極反應(yīng)，充電時(shí)電池的總反應(yīng)為Li2O2=2Li＋O2，A正確；充電時(shí)，光照光催化電極產(chǎn)生電子和空穴，陰極反應(yīng)與電子有關(guān)，陽極反應(yīng)與空穴有關(guān)，故充電效率與光照產(chǎn)生的電子和空穴量有關(guān)，B正確；放電時(shí)，金屬Li電極為負(fù)極，光催化電極為正極，Li＋從負(fù)極穿過離子交換膜向正極遷移，C錯(cuò)誤；放電時(shí)總反應(yīng)為2Li＋O2=Li2O2，正極反應(yīng)為O2＋2Li＋＋2e－=Li2O2，D正確；故選C。7.(2021·山東卷)以KOH溶液為離子導(dǎo)體，分別組成CH3OH—O2、N2H4—O2、(CH3)2NNH2—O2清潔燃料電池，下列說法正確的是(C)A．放電過程中，K＋均向負(fù)極移動(dòng)B．放電過程中，KOH物質(zhì)的量均減小C．消耗等質(zhì)量燃料，(CH3)2NNH2—O2燃料電池的理論放電量最大D．消耗1molO2時(shí)，理論上N2H4—O2燃料電池氣體產(chǎn)物的體積在標(biāo)準(zhǔn)狀況下為11.2L【解析】堿性環(huán)境下，甲醇燃料電池總反應(yīng)為2CH3OH＋3O2＋4KOH=2K2CO3＋6H2O；N2H4—O2清潔燃料電池總反應(yīng)為N2H4＋O2=N2＋2H2O；(CH3)2NNH2中C和N的化合價(jià)均為－2價(jià)，H元素化合價(jià)為＋1價(jià)，所以根據(jù)氧化還原反應(yīng)原理可推知其燃料電池的總反應(yīng)為(CH3)2NNH2＋4O2＋4KOH=2K2CO3＋N2＋6H2O。放電過程為原電池工作原理，所以鉀離子均向正極移動(dòng)，A錯(cuò)誤；N2H4—O2清潔燃料電池的產(chǎn)物為氮?dú)夂退?，其總反?yīng)中未消耗KOH，所以KOH的物質(zhì)的量不變，其他兩種燃料電池根據(jù)總反應(yīng)可知，KOH的物質(zhì)的量減小，B錯(cuò)誤；理論放電量與燃料的物質(zhì)的量和轉(zhuǎn)移電子數(shù)有關(guān)，設(shè)消耗燃料的質(zhì)量均為mg，則甲醇、N2H4和(CH3)2NNH2放電量(物質(zhì)的量表達(dá)式)分別是：eq\f(mg,32g·mol－1)×6、eq\f(mg,32g·mol－1)×4、eq\f(mg,60g·mol－1)×16，通過比較可知(CH3)2NNH2理論放電量最大，C正確；根據(jù)轉(zhuǎn)移電子數(shù)守恒和總反應(yīng)式可知，消耗1molO2生成的氮?dú)獾奈镔|(zhì)的量為1mol，在標(biāo)準(zhǔn)狀況下為22.4L，D錯(cuò)誤；故選C?！菜季S建模〕1．原電池基礎(chǔ)模型2．二次電池解題模型3．電極反應(yīng)式的書寫方法(1)書寫步驟(2)不同介質(zhì)在電極反應(yīng)式中的“去留”中性溶液反應(yīng)物若是H＋得電子或OH－失電子，則H＋或OH－均來自水的電離酸性溶液反應(yīng)物或生成物中均沒有OH－堿性溶液反應(yīng)物或生成物中均沒有H＋水溶液不能出現(xiàn)O2－知能對(duì)點(diǎn)1原電池的原理1.原電池模型和原理2.確定正、負(fù)極的依據(jù)依據(jù)正極負(fù)極反應(yīng)類型還原反應(yīng)氧化反應(yīng)電極變化質(zhì)量增加，逸出氣體溶解、質(zhì)量變輕電流方向流出流入電子流向流入流出離子移動(dòng)方向陽離子移動(dòng)方向陰離子移動(dòng)方向電極材料較不活潑金屬或石墨較活潑金屬注意：根據(jù)電極材料確定正、負(fù)極通常情況適用，但根本依據(jù)為自發(fā)的氧化還原反應(yīng)。如Mg—Al、NaOH溶液形成的原電池中，鋁作負(fù)極，因?yàn)橹挥袖X與NaOH溶液發(fā)生氧化還原反應(yīng)。知能對(duì)點(diǎn)2新型化學(xué)電池1.單液電池2.雙液電池3.間接電池媒質(zhì)也稱為“電對(duì)”或“介對(duì)”，其首先在電極表面失去(或得到)電子，形成氧化態(tài)(或還原態(tài))在電解質(zhì)溶液中進(jìn)一步氧化(或還原)反應(yīng)基質(zhì)，最終生成目的產(chǎn)物。其原理如下圖所示：命題角度1新型化學(xué)電源1.(2023·河北邯鄲二模)利用電化學(xué)原理消除污染，還可獲得電能，下面是一種處理垃圾滲透液的裝置工作原理圖。下列說法錯(cuò)誤的是(A)A．X極的電極反應(yīng)式為2NHeq\o\al(＋,4)－6e－＋6OH－=N2＋6H2OB．Y是正極，NOeq\o\al(－,3)發(fā)生還原反應(yīng)C．當(dāng)電路中通過5mol電子，正極區(qū)有14g氣體放出D．鹽橋內(nèi)Cl－移向X電極【解析】X電極為NHeq\o\al(＋,4)轉(zhuǎn)變?yōu)镹2發(fā)生了氧化反應(yīng)為負(fù)極，而Y極NOeq\o\al(－,3)轉(zhuǎn)變?yōu)镹2發(fā)生了還原反應(yīng)為正極。溶液介質(zhì)為中性，電極反應(yīng)為2NHeq\o\al(＋,4)－6e－=N2↑＋8H＋，A項(xiàng)錯(cuò)誤；Y極NOeq\o\al(－,3)轉(zhuǎn)變?yōu)镹2化合價(jià)降低發(fā)生了還原反應(yīng)為正極，B項(xiàng)正確；正極的關(guān)系式為N2～10e－即每產(chǎn)生1molN2會(huì)轉(zhuǎn)移10mol電子，當(dāng)電路中通過5mol電子時(shí)正極區(qū)產(chǎn)生0.5molN2，質(zhì)量為m＝M×n＝14g，C項(xiàng)正確；離子的移動(dòng)方向：帶正電的離子移向正極，帶負(fù)電的離子移向負(fù)極，即Cl－移向X極，D項(xiàng)正確；故選A。命題角度2二次電池2.(2023·河北張家口二模)我國新能源汽車有望推廣使用鈉離子電池，一種鈉離子電池工作示意圖如下，充電時(shí)Na＋經(jīng)電解液嵌入石墨(C6)，下列說法錯(cuò)誤的是(B)A．放電時(shí)，電勢：電極a>電極bB．放電時(shí)，電子從電極b經(jīng)外電路流向電極a，再經(jīng)電解液流回電極bC．放電過程中，導(dǎo)線上每通過1mole－，負(fù)極質(zhì)量減少23gD．充電時(shí)，電極a上發(fā)生反應(yīng)的電極反應(yīng)式為NaFePO4－xe－=Na1－xFePO4＋xNa＋【解析】放電時(shí)，電極b為負(fù)極，電極反應(yīng)式為Na－e－=Na＋，電極a為正極，電極反應(yīng)式為Na1－xFePO4＋xNa＋＋xe－=NaFePO4；根據(jù)電池工作示意圖分析可知，放電時(shí)，電極a為正極，電極b為負(fù)極，正極的電勢高于負(fù)極，則電勢：電極a>電極b，A項(xiàng)正確；放電時(shí)，電子從電極b經(jīng)外電路流向電極a，電子不能通過電解液，B項(xiàng)錯(cuò)誤；放電過程中，導(dǎo)線上每通過1mole－，負(fù)極上Na失e－生成Na＋進(jìn)入電解液，質(zhì)量減少23g，C項(xiàng)正確；充電時(shí)，電極a為陽極，發(fā)生反應(yīng)的電極反應(yīng)式為NaFePO4－xe－=Na1－xFePO4＋xNa＋，D項(xiàng)正確；故選B。3.(2023·山東棗莊二模)以柏林綠Fe[Fe(CN)6]新型可充電鈉離子電池為電源，采用電解法在N-羥基鄰苯二甲酰亞胺介質(zhì)中用乙醇制乙醛。下列說法正確的是(D)A．制備乙醛時(shí)a極連接d極B．電池工作時(shí)溶液中Na＋移向b極C．當(dāng)有2molFe[Fe(CN)6]轉(zhuǎn)化成Na2－xFe[Fe(CN)6]時(shí)，生成(4－2x)molCH3CHOD．電源充分充電時(shí)，a極反應(yīng)式為Na2Fe[Fe(CN)6]－2e－=Fe[Fe(CN)6]＋2Na＋【解析】根據(jù)放電工作原理圖，在正極上發(fā)生還原反應(yīng)：Fe[Fe(CN)6]＋2Na＋＋2e－=Na2Fe[Fe(CN)6]，a為電源正極，負(fù)極上是失電子的氧化反應(yīng)：2Mg＋2Cl－－4e－=[Mg2Cl2]2＋，b為電源負(fù)極，充電時(shí)，原電池的負(fù)極連接電源的負(fù)極，電極反應(yīng)和放電時(shí)的相反，據(jù)此回答即可。由題圖可知，制備乙醛時(shí)，c極Ni2＋轉(zhuǎn)化為Ni3＋，發(fā)生氧化反應(yīng)，則c極為陽極，則a極連接c極，故A錯(cuò)誤；由分析可知，a為電源正極，b為電源負(fù)極，電池工作時(shí)溶液中Na＋移向正極，故B錯(cuò)誤；C2H5OH發(fā)生氧化反應(yīng)生成CH3CHO的過程中轉(zhuǎn)移2個(gè)電子，由分析可知，在正極上發(fā)生還原反應(yīng)：Fe[Fe(CN)6]＋2Na＋＋2e－=Na2Fe[Fe(CN)6]，當(dāng)有2molFe[Fe(CN)6]轉(zhuǎn)化成Na2－xFe[Fe(CN)6]時(shí)，失去(4－2x)mol電子，則在電極裝置中生成(2－x)molCH3CHO，故C錯(cuò)誤；由分析可知，在正極上發(fā)生還原反應(yīng)：Fe[Fe(CN)6]＋2Na＋＋2e－=Na2Fe[Fe(CN)6]，則電源充分充電時(shí)，a極反應(yīng)式為Na2Fe[Fe(CN)6]－2e－=Fe[Fe(CN)6]＋2Na＋，故D正確；故選D。命題角度3燃料電池4.(2023·河北省衡水中學(xué)模擬)研究微生物燃料電池不僅可以獲得高效能源，同時(shí)還可對(duì)污水、餐廳廢棄物等進(jìn)行科學(xué)處理。利用微生物燃料電池原理處理含乙酸的廢水的示意圖如圖所示。下列說法正確的是(C)A．工作時(shí)，H＋由b極區(qū)移向a極區(qū)B．負(fù)極反應(yīng)為[Fe(CN)6]3－＋e－=[Fe(CN)6]4－C．消耗0.1molCH3COOH，a極區(qū)質(zhì)量減小9.6gD．放電過程中，b極附近溶液的pH變大【解析】該原電池中，還原劑CH3COOH在負(fù)極失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)轉(zhuǎn)化為CO2，電子從負(fù)極流出，電子沿著導(dǎo)線流向正極，正