新高考2021届高考化学小题必练10新型化学电源(含答案)
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第1页共4页选择题押题练(五)新型化学电源1.我国成功研发一种新型铝-石墨双离子电池,这种新型电池采用石墨、铝锂合金作x C 为电极材料,以常规锂盐和碳酸酯溶剂为电解液。
电池总反应为C x(PF6)+LiAl放电充电+PF-6+Li++Al。
该电池放电时的工作原理如图所示。
下列说法不正确的是()A.放电时,B极的电极反应为LiAl-e-===Li++AlB.Li2SO4溶液可作该电池的电解质溶液C.充电时A极的电极反应式为x C+PF-6-e-===C x(PF6)D.该电池放电时,若电路中通过0.01mol电子,B电极减重0.07gx C+PF-6+Li++Al,放电时锂离子解析:选B电池总反应为C x(PF6)+LiAl放电充电向A极移动,则A极为正极,B极为负极。
负极上LiAl失电子发生氧化反应,电极反应为LiAl-e-===Li++Al,故A正确;锂铝合金会与水反应生成氢氧化锂和氢气,所以该电池的电解质溶液不能使用任何水溶液,故B错误;充电时A极为阳极,电极反应式为x C +PF-6-e-===C x(PF6),故C正确;该电池放电时,若电路中通过0.01mol电子,则B极有0.01mol Li失去电子变成Li+,B电极减重0.07g,故D正确。
2.[双选]利用微生物处理有机废水并脱盐的装置如图所示,下列说法不正确的是()A.X、Y分别为阳离子交换膜、阴离子交换膜B.M极上发生的反应为O2+2H2O+4e-===4OH-C.微生物电极为负极D.处理后的废水的pH比有机废水的pH大解析:选AD HCOO-在微生物电极上发生氧化反应生成CO2,微生物电极为原电池的负极,原电池中阳离子向正极移动,阴离子向负极移动,要达到脱盐的目的,Cl-向负极(微生物电极)移动,Na+向正极(M极)移动,所以X为阴离子交换膜,Y为阳离子交换膜,。
化学反应与能量变化新型电源(含答案)课标要求核心考点五年考情核心素养对接1.认识化学能与电能相互转化的实际意义及其重要应用。
2.能分析、解释原电池的工作原理,能设计简单的原电池。
3.能列举常见的化学电源,并能利用相关信息分析化学电源的工作原理。
4.学生必做实验:制作简单的燃料电池新型电源2023全国乙,T12;2022广东,T16;2022湖南,T8;2022全国甲,T10;2022全国乙,T12;2021河北,T9、T16;2021年6月浙江,T22;2021湖南,T10;2021辽宁,T10;2021福建,T9;2020天津,T11;2020上海,T2;2020全国Ⅰ,T12;2019天津,T6;2019全国Ⅰ,T12证据推理与模型认知:能分析识别复杂的实际电池;能利用电化学原理创造性地解决实际问题命题分析预测1.近年高考常结合电池科技前沿,如能量密度高的液流电池、安全性能高的石墨烯锂电池、燃料电池(微生物燃料电池、有机物燃料电池等)、金属-空气电池等考查原电池的工作原理及其应用、二次电池的充放电过程及相关计算等。
2.2025年高考要关注:(1)新型有机物燃料电池。
有机物与电化学结合既体现模块知识的综合性,又考查考生灵活运用所学知识解决实际问题的能力。
(2)航空航天领域、电动车领域的新型电池考点新型电源1.Li 、Na 、K 、Mg 、Al 、Zn 电池 名称装置图工作原理锂电池负极反应:[1] Li -e-Li +①正极反应物为S 8,产物为Li 2S 4、Li 2S 2,正极反应:[2] S 8+4e -+4Li+2Li 2S 4、S 8+8e -+8Li+4Li 2S 2 ;②正极反应物为CO 2,产物为C +Li 2CO 3,正极反应:[3] 3CO 2+4e -+4Li+2Li 2CO 3+C ;③正极反应物为O 2,产物为Li 2O 、Li 2O 2,正极反应:[4] O 2+4e -+4Li+2Li 2O 、O 2+2e -+2Li+Li 2O 2钠电池负极反应:[5] Na -e-Na +正极反应物为S x ,产物为Na 2S x ,正极反应:[6] S x +2e -+2Na+Na 2S x钾电池负极反应:[7] K -e-K +正极反应物为O 2,产物为KO 2,正极反应:[8] O 2+e -+K+KO 2镁电池负极反应:[9] Mg -2e -+2OH -Mg (OH )2正极反应:[10] 2CO 2+2e-C 2O 42-铝电池负极反应:[11] Al -3e -+4OH -[Al (OH )4]-(或Al-3e-Al 3+)离子导体为盐溶液(中性),正极反应物为S ,产物为H 2S ,正极反应:[12] 3S +6e -+2Al 3++6H 2O3H 2S↑+2Al (OH )3锌电池 负极反应:[13] Zn -2e -+4OH-[Zn (OH )4]2-正极反应物为CO 2,产物为CH 3COOH ,正极反应:[14] 2CO 2+8e -+8H+CH 3COOH +2H 2O2.锂离子电池 名称装置图工作原理负极反应:[15] Li x C 6-x e -x Li ++6C、LiC6-e-Li++6C锂离子电池 正极反应:[16] Li 1-x CoO 2+x e -+x Li+LiCoO 2、Li 1-x NiO 2+x e-+x Li+LiNiO 2、Li 1-x MnO 2+x e -+x Li+LiMnO 2、Li 1-x FePO 4+x e -+x Li+LiFePO 4、Li 1-x Mn 2O 4+x e -+x Li +LiMn 2O 43.燃料电池 名称装置图工作原理燃料 电池负极反应:[17] CO -2e -+4OH -C O 32-+2H 2O 、CH 4-8e -+10OH-C O 32-+7H 2O 、CH 3OH -6e -+8OH-C O 32-+6H 2O 、CH 3OCH 3-12e -+16OH-2C O 32-+11H 2O 、C 6H 12O 6-24e -+36OH -6C O 32-+24H 2O 、NH 2NH 2-4e -+4OH-N 2↑+4H 2O正极反应:[18] O 2+4e -+2H 2O4OH -微生物电池负极反应:[19] CH 3COOH -8e -+2H 2O2CO 2↑+8H +、C 6H 12O 6-24e -+6H 2O6CO 2↑+24H +正极反应:[20] O 2+4e -+4H+2H 2O注意 燃料电池负极反应式书写的难点是有机物化合价的分析,可以用“化合物中元素化合价代数和为零”法,来分析碳元素的化合价,且只需要分析发生化合价变化的碳原子。
2021届高考化学原电池化学电源典型试题原电池化学电源1.Mg-AgCl电池是一种以海水为电解质溶液的水激活电池。
下列叙述错误的是()A.负极反应式为Mg-2e-===Mg2+B.正极反应式为Ag++e-===AgC.电池放电时Cl-由正极向负极迁移D.负极会发生副反应Mg+2H2O===Mg(OH)2+H2↑1:B解析:该电池中Mg作负极,失去电子发生氧化反应,生成Mg2+,A项正确;正极反应为AgCl +e-===Ag+Cl-,B项错误;电池放电时,Cl-从正极向负极移动,C项正确;在负极,Mg会发生副反应Mg+2H2O===Mg(OH)2+H2↑,D项正确。
2.下列说法正确的是()。
A.铜锌原电池中,盐桥中的K+和N O3-分别移向负极和正极B.铅蓄电池放电时,正极质量每增加96 g,转移电子数目为2×6.02×1023C.港珠澳大桥设计使用寿命120年,水下钢柱可镶铜块防腐D.氢氧燃料电池消耗标准状况下的O2 2.24 L时,转移电子的数目为0.4×6.02×10232:D解析原电池中阳离子向正极迁移,阴离子向负极迁移,所以盐桥中的K+向正极迁移,N O3-向负极迁移,A项错误;铅蓄电池放电时,正极的电极反应式为PbO2+4H++S O42-+2e-PbSO4+2H2O,每得到2 mol电子,正极质量增加64 g,所以当正极增重96 g时,转移电子数为3×6.02×1023,B项错误;因为铁比铜活泼,根据原电池原理,铁作负极被腐蚀,C项错误;标准状况下2.24 L的O2即0.1 mol,转移电子数目为0.4×6.02×1023,D项正确。
3.锌、铁、镁、铝、锂等金属都可以用在金属燃料电池中。
某金属燃料电池的基本结构如图所示,其中Y电极为石墨。
下列说法正确的是()A.该电池工作时,电子沿M→电解质溶液→Y电极流动B.若M为铝,则该电池工作时溶液的pH将不断增大C.若M为镁,则该电池反应的化学方程式为2Mg+O2===2MgOD .五种金属作电极材料时,比能量(单位质量的电极材料放出电能的大小)由高到低的顺序依次是锂、铝、镁、铁、锌3:D解析:该装置是原电池,一般活泼金属作原电池的负极,Y 电极为石墨,则Y 是正极,M 是负极,电子沿M→负载→Y 电极流动,不能进入电解质溶液,A 错误;若M 为铝,该电池总反应式为4Al +3O 2+6H 2O===4Al(OH)3,溶液的pH 不变,B 错误;若M 为镁,该电池总反应式为2Mg +O 2+2H 2O===2Mg(OH)2,C 错误;根据电池的比能量的定义,1 g 金属Li 能产生的电子数目为 1 g7 g·mol -1×N A mol -1=N A 7,同理可分析其他四种金属材料,求得五种金属的比能量大小关系为Li>Al>Mg>Fe>Zn ,D 正确。
专题10 电化学2021年化学高考题一、单选题1.(2021·山东高考真题)以KOH溶液为离子导体,分别组成CH3OH—O2、N2H4—O2、(CH3)2NNH2—O2清洁燃料电池,下列说法正确的是A.放电过程中,K+均向负极移动B.放电过程中,KOH物质的量均减小C.消耗等质量燃料,(CH3)2NNH2—O2燃料电池的理论放电量最大D.消耗1molO2时,理论上N2H4—O2燃料电池气体产物的体积在标准状况下为11.2L【KS5U答案】C【分析】碱性环境下,甲醇燃料电池总反应为:2CH3OH+3O2+4KOH=2K2CO3+6H2O;N2H4-O2清洁燃料电池总反应为:N2H4+O2=N2+2H2O;偏二甲肼[(CH3)2NNH2]中C和N的化合价均为-2价,H元素化合价为+1价,所以根据氧化还原反应原理可推知其燃料电池的总反应为:(CH3)2NNH2+4O2+4KOH=2K2CO3+N2+6H2O,据此结合原电池的工作原理分析解答。
【KS5U解析】A.放电过程为原电池工作原理,所以钾离子均向正极移动,A错误;B.根据上述分析可知,N2H4-O2清洁燃料电池的产物为氮气和水,其总反应中未消耗KOH,所以KOH的物质的量不变,其他两种燃料电池根据总反应可知,KOH的物质的量减小,B错误;C.理论放电量与燃料的物质的量和转移电子数有关,设消耗燃料的质量均为mg,则甲醇、N2H4和(CH3)2NNH2放电量(物质的量表达式)分别是:mg632g/mol ⨯、mg432g/mol⨯、mg1660g/mol⨯,通过比较可知(CH3)2NNH2理论放电量最大,C正确;D.根据转移电子数守恒和总反应式可知,消耗1molO2生成的氮气的物质的量为1mol,在标准状况下为22.4L,D错误;故选C。
2.(2021·浙江)某全固态薄膜锂离子电池截面结构如图所示,电极A为非晶硅薄膜,充电时+Li得电子成为Li嵌入该薄膜材料中;电极B为2LiCoO薄膜;集流体起导电作用。
专题10 原电池新型化学电源1.(2019·全国卷Ⅰ)利用生物燃料电池原理研究室温下氨的合成,电池工作时MV2+/MV+在电极与酶之间传递电子,示意图如下所示。
下列说法错误的是()A.相比现有工业合成氨,该方法条件温和,同时还可提供电能B.阴极区,在氢化酶作用下发生反应H2+2MV2+===2H++2MV+C.正极区,固氮酶为催化剂,N2发生还原反应生成NH3D.电池工作时质子通过交换膜由负极区向正极区移动答案B解析该反应中,可产生电流,反应条件比较温和,没有高温高压条件,A正确;该生物燃料电池中,左端电极反应式为MV+-e-===MV2+,则左端电极是负极,应为负极区,在氢化酶作用下,发生反应H2+2MV2+===2H++2MV+,B错误;右端电极反应式为MV2++e-===MV+,是正极,在正极区N2得到电子生成NH3,发生还原反应,C正确;原电池中,内电路中H+通过交换膜由负极区向正极区移动,D正确。
2.(2019·全国卷Ⅲ) 为提升电池循环效率和稳定性,科学家近期利用三维多孔海绵状Zn(3D。
Zn)可以高效沉积ZnO的特点,设计了采用强碱性电解质的3D.Zn—NiOOH二次电池,结构如图所示.电池反应为Zn(s)+2NiOOH(s)+H2O(l)错误!ZnO(s)+2Ni (OH)2(s)。
下列说法错误的是()A.三维多孔海绵状Zn具有较高的表面积,所沉积的ZnO分散度高B.充电时阳极反应为Ni(OH)2(s)+OH-(aq)-e-===NiOOH (s)+H2O(l)C.放电时负极反应为Zn(s)+2OH-(aq)-2e-===ZnO(s)+H2O(l)D.放电过程中OH-通过隔膜从负极区移向正极区答案D解析三维多孔海绵状Zn为多孔结构,具有较高的表面积,所沉积的ZnO分散度高,A正确;二次电池充电时作为电解池使用,阳极发生氧化反应,元素化合价升高,原子失去电子,阳极反应为Ni(OH)2(s)+OH-(aq)-e-===NiOOH(s)+H2O(l),B 正确;二次电池放电时作为原电池使用,负极发生氧化反应,元素化合价升高,原子失去电子,由电池总反应可知负极反应为Zn(s)+2OH-(aq)-2e-===ZnO(s)+H2O(l),C正确;二次电池放电时作为原电池使用,阴离子从正极区向负极区移动,D错误。
高考化学小题必练(新高考)小题必练10:新型化学电源高考中的新型电源有“高铁电池”“海洋电池”“燃料电池”“锂离子电池”等。
这些电池一般具有高能环保、经久耐用、电压稳定、比能量高等特点。
取材与这些知识点的试题,由于题材广、信息新、陌生度大,所以大多数考生对这类试题感到难,实际上这些题目主要考查学生对原电池的工作原理的迁移应用能力。
1.【2020年山东卷】微生物脱盐电池是一种高效、经济的能源装置,利用微生物处理有机废水获得电能,同时可实现海水淡化。
现以NaCl溶液模拟海水,采用惰性电极,用下图装置处理有机废水(以含CH3COO−的溶液为例)。
下列说法错误的是()A.负极反应为CH3COOˉ+2H2O-8eˉ=2CO2↑+7H+B.隔膜1为阳离子交换膜,隔膜2为阴离子交换膜C.当电路中转移1mol电子时,模拟海水理论上除盐58.5gD.电池工作一段时间后,正、负极产生气体的物质的量之比为2∶1【答案】B【解析】据图可知a极上CH3COOˉ转化为CO2和H+,C元素被氧化,所以a极为该原电池的负极,则b极为正极。
A.a极为负极,CH3COOˉ失电子被氧化成CO2和H+,结合电荷守恒可得电极反应式为CH3COOˉ+2H2O-8eˉ=2CO2↑+7H+,故A正确;B.为了实现海水的淡化,模拟海水中的氯离子需要移向负极,即a极,则隔膜1为阴离子交换膜,钠离子需要移向正极,即b极,则隔膜2为阳离子交换膜,故B错误;C.当电路中转移1mol电子时,根据电荷守恒可知,海水中会有1mol Clˉ移向负极,同时有1mol Na+移向正极,即除去1mol NaCl,质量为58.5g,故C正确;D.b极为正极,水溶液为酸性,所以氢离子得电子产生氢气,电极反应式为2H++2eˉ=H2↑,所以当转移8mol电子时,正极产生4mol气体,根据负极反应式可知负极产生2mol气体,物质的量之比为4∶2=2∶1,故D正确;故选B。
【点睛】涉及到相关的计算时,注意整个电池中正极和负极转移的电子数守恒。
高中化学化学电源【学习目标】1、了解常见电池的分类及优点;2、了解一次电池、二次电池、燃料电池的基本构造、反应原理及应用。
【要点梳理】知识点一、化学电池1、定义化学电池是将化学能转变成电能的装置。
【高清课堂:化学电源#化学电池的分类】2、分类3、化学电池的优点①化学电池的能量转换效率较高,供能稳定可靠。
②可以制成各种形状和大小、不同容量和电压的电池及电池组。
③使用方便,易于维护,并可在各种环境下工作。
4、判断电池优劣的主要标准①比能量:即单位质量或单位体积所能输出电能的多少,单位(W·h)/k或(W·h)/L。
②比功率:即单位质量或单位体积所能输出功率的大小,单位W/kg或W/L。
③电池的可储存时间的长短。
【高清课堂:化学电源#常见的化学电池】知识点二、常见的化学电池电池负极反应正极反应总反应式一次普通干电池(Zn、MnO2、NH4Cl、C)Zn-2e-=Zn2+2MnO2+2NH4++2e-=2NH3+Mn2O3+H2O2MnO2+2NH4++Zn=2NH3+Mn2O3+H2O+Zn2+放电2PbSO充电2NiO(OH)+H2放电充电2Ni(OH)22H2+O2=2H2O知识点三、各种化学电池的特点知识点四、化学电池电极反应式的书写1、根据装置书写电极反应式①先分析题目给定的图示装置,确定原电池正负极上的反应物质,并标出电子得失的数目。
②电极反应式的书写a.负极:活泼金属或H2失去电子生成阳离子;若电解质溶液中的阴离子与生成的阳离子不共存,则该阴离子应写入负极反应式。
如铅蓄电池,负极:Pb+SO42--2e-=PbSO4。
b.正极:阳离子得到电子生成单质或O2得到电子,若反应物是O2,则有以下规律:电解质溶液是碱性或中性:O2+2H2O+4e-=4OH-电解质溶液是酸性;O2+4H++4e-=2H2O③正负电极反应式相加得到电池反应的总反应方程式。
2、给出总反应式,写电极反应式如果题目给定的是总反应式,可分析此反应中的氧化反应或还原反应(即分析有关元素的化合价变化情况),选择一个简单的变化去写电极反应式,另一极的电极反应式可直接写或将各反应式看作数学中的代数式,用总反应式减去已写出的电极反应式,即得结果。
新型化学电源1、最近国外研究发现一种利用微生物将有机物中的化学能直接转化为电能的装置,其在废水处理和新能源开发领域具有广阔的应用前景。
如图为有机污水处理的实验装置。
下列说法正确的是( )A.为加快处理速度,装置可在高温环境中工作B.若污水中主要含有葡萄糖,则负极反应式为C6H12O6+6H2O-24e-===6CO2+24H+C.放电过程中,H+从正极室向负极室移动D.放电过程中,溶液的酸性逐渐增强解析:细菌在高温下不能存活,A错误;污水中主要含有葡萄糖时,负极发生的反应为C6H12O6+6H2O-24e-===6CO2+24H+,B正确;H+在负极产生,从负极室向正极室移动,C错误;负极产生的H+与正极产生的OH-恰好结合成水,故溶液的酸性不会增强,D错误。
]答案:B2、一种微生物燃料电池如图所示,下列关于该电池的说法正确的是( )A.a电极发生还原反应B.H+由右室通过质子交换膜进入左室C.b电极反应式为2NO-3+10e-+12H+===N2↑+6H2OD.电池工作时,电流由a电极沿导线流向b电极解析:b极的硝酸根得到电子生成氮气,发生还原反应,是正极,A错误;燃料电池中阳离子向正极迁移,即H+由左室通过质子交换膜进入右室,B错误;图中有质子交换膜,说明是酸性介质,硝酸根离子得到电子生成氮气,根据电荷守恒可知反应物中还有氢离子参与反应,C正确;电池工作时,电流从正极(b 极)流向负极(a极),D错误。
答案:C3、甲醇(CH3OH)是一种有毒物质,检测甲醇含量的测试仪工作原理示意图如下。
下列说法正确的是( )A.该装置将电能转化为化学能B.a电极发生的电极反应为CH3OH-6e-+H2O===CO2+6H+C.当电路中有1mol电子转移时,有1molH+移向a电极区D.将酸性电解质溶液改为碱性电解质溶液,该测试仪不可能产生电流解析:该装置为原电池,是将化学能转化为电能的装置,故A错误;a电极是负极,发生的电极反应为CH3OH+H2O-6e-===CO2+6H+,故B正确;当电路中有1 mol电子转移时,有1 mol H+移向正极区即b电极区,故C错误;将酸性电解质溶液改为碱性电解质溶液,该测试仪还是原电池,同样可以产生电流,故D错误。
——新型化学电源1.锂—空气电池是一种新型的二次电池,其放电时的工作原理如图所示。
下列说法正确的是( )A.电解质溶液中,Li+由多孔电极迁移向锂电极B.该电池放电时,负极发生了还原反应C.充电时,电池正极的反应式为Li2O2-2e-===2Li++O2↑D.电池中的电解质溶液可以是有机溶剂或稀盐酸等解析:选C 由题图可知,金属锂作负极,多孔电极作正极,阳离子向正极移动,则Li+由锂电极迁移向多孔电极,A错误;放电时,负极发生氧化反应,正极发生还原反应,B错误;充电时,电池的正极与电源的正极相连,作电解池的阳极,电极反应式为Li2O2-2e-===2Li++O2↑,C正确;由于锂是活泼金属,可与稀盐酸反应生成LiCl和H2,故电解质溶液不能用稀盐酸,D错误。
2.氢氧熔融碳酸盐燃料电池是一种高温电池(600~700 ℃),具有效率高、噪音低、无污染、燃料多样、余热利用价值高等优点。
氢氧熔融碳酸盐燃料电池的工作原理如图所示。
下列有关该电池的说法正确的是( )A .电池工作时,熔融碳酸盐只起到导电的作用B .负极反应式为H 2-2e -+CO 2-3===CO 2+H 2OC .该电池可利用工厂中排出的CO 2,减少温室气体的排放D .电池工作时,外电路中流过0.2 mol 电子,消耗3.2 g O 2 解析:选B 根据题图可知,在氢氧熔融碳酸盐燃料电池中,通入氢气的电极作负极,负极发生氧化反应,电极反应式为H 2-2e -+CO 2-3===CO 2+H 2O ,通入氧气的电极作正极,正极发生还原反应,电极反应式为O 2+2CO 2+4e -===2CO 2-3,总反应为2H 2+O 2=====高温2H 2O 。
A 项,根据上述分析,电池工作时,熔融碳酸盐参与了电极反应,错误;B项,负极发生氧化反应,电极反应式为H 2-2e -+CO 2-3===CO 2+H 2O ,正确;C 项,根据总反应,该电池工作时没有消耗二氧化碳,不能减少温室气体的排放,错误;D 项,电池工作时,外电路中流过0.2 mol 电子,消耗0.05 mol 氧气,质量为1.6 g ,错误。
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第二节化学电源[随堂基础巩固]1.下列有关化学电池的说法中正确的是()A.化学电池只能将化学能转化为电能B.燃料电池能将全部化学能转化为电能C.锌银电池比能量大,电压稳定,储存时间长D.一次电池包括干电池和蓄电池解析:蓄电池不但可以将化学能转化为电能(放电),也可以将电能转化为化学能(充电);燃料电池的能量转换率超过80%,但不可能100%转换。
蓄电池可重复使用,属于二次电池。
答案:C2.银锌电池广泛用作各种电子仪器的电源,它的充电和放电过程可表示为:2+()22O++H2O,在此电池放电时,负极上发生反应的物质是( )A.B.()2C.2O D.解析:电池放电时发生原电池原理,其负极发生氧化反应,元素的化合价升高,即负极材料为。
答案:D3.一种充电电池放电时的电极反应为H2+2--2e-2H2O;()+H2O+e-()2+-当为电池充电时,与外电源正极连接的电极上发生的反应是()A.H2O的还原 B.()的还原C.H2的氧化 D.()2的氧化解析:放电时为原电池反应,负极上失去电子,正极上得到电子;充电时为电解反应,与外电源正极连接的电极为阳极,由放电时的电极反应式知,阳极上发生的是()2的氧化反应,D正确。
答案:D4.判断正误(正确打“√"号,错误打“×”号)。
(1)化学电源是把电能转化为化学能的装置。
高考化学小题必练(新高考)小题必练10:新型化学电源高考中的新型电源有“高铁电池”“海洋电池”“燃料电池”“锂离子电池”等。
这些电池一般具有高能环保、经久耐用、电压稳定、比能量高等特点。
取材与这些知识点的试题,由于题材广、信息新、陌生度大,所以大多数考生对这类试题感到难,实际上这些题目主要考查学生对原电池的工作原理的迁移应用能力。
1.【2020年山东卷】微生物脱盐电池是一种高效、经济的能源装置,利用微生物处理有机废水获得电能,同时可实现海水淡化。
现以NaCl溶液模拟海水,采用惰性电极,用下图装置处理有机废水(以含CH3COO−的溶液为例)。
下列说法错误的是()A.负极反应为CH3COOˉ+2H2O-8eˉ=2CO2↑+7H+B.隔膜1为阳离子交换膜,隔膜2为阴离子交换膜C.当电路中转移1mol电子时,模拟海水理论上除盐58.5gD.电池工作一段时间后,正、负极产生气体的物质的量之比为2∶1【答案】B【解析】据图可知a极上CH3COOˉ转化为CO2和H+,C元素被氧化,所以a极为该原电池的负极,则b极为正极。
A.a极为负极,CH3COOˉ失电子被氧化成CO2和H+,结合电荷守恒可得电极反应式为CH3COOˉ+2H2O-8eˉ=2CO2↑+7H+,故A正确;B.为了实现海水的淡化,模拟海水中的氯离子需要移向负极,即a极,则隔膜1为阴离子交换膜,钠离子需要移向正极,即b极,则隔膜2为阳离子交换膜,故B错误;C.当电路中转移1mol电子时,根据电荷守恒可知,海水中会有1mol Clˉ移向负极,同时有1mol Na+移向正极,即除去1mol NaCl,质量为58.5g,故C正确;D.b极为正极,水溶液为酸性,所以氢离子得电子产生氢气,电极反应式为2H++2eˉ=H2↑,所以当转移8mol电子时,正极产生4mol气体,根据负极反应式可知负极产生2mol气体,物质的量之比为4∶2=2∶1,故D正确;故选B。
【点睛】涉及到相关的计算时,注意整个电池中正极和负极转移的电子数守恒。
2.【2020年天津卷】熔融钠-硫电池性能优良,是具有应用前景的储能电池。
下图中的电池反应为2Na+xS Na2S x,(x=5~3,难溶于熔融硫),下列说法错误..的是()A.Na 2S4的电子式为xS+2Na+2e=Na SB.放电时正极反应为+-2xC.Na和Na2S x分别为电池的负极和正极Na-β-Al O为隔膜的二次电池D.该电池是以23【答案】C【解析】根据电池反应:2Na+xS Na2S x 可知,放电时,钠作负极,发生氧化反应,xS+2Na+2e=Na S。
电极反应为:Na-e−=Na+,硫作正极,发生还原反应,电极反应为+-2x A.Na2S4属于离子化合物,4个硫原子间形成三对共用电子对,电子式为,故A正确;B.放电时发生的是原电池反应,正极发生还原反应,xS+2Na+2e=Na S,故B正确;C.放电时,Na为电池的负极,正极为硫电极反应为:+-2x单质,故C错误;D.放电时,该电池是以钠作负极,硫作正极的原电池,充电时,是电解Na-β-Al O为隔膜,起到电解质溶液的作用,该电池为二次电池,故D正确;答案选C。
池,23【点睛】信息型原电池,根据给出的总反应方程式,结合原电池的正负极发生的反应,判断出正负极材料和反应物。
3.【2020年全国卷3】一种高性能的碱性硼化钒(VB 2)—空气电池如下图所示,其中在VB 2电极发生反应:--3--2442VB +16OH -11e =VO +2B(OH)+4H O 该电池工作时,下列说法错误的是( )A .负载通过0.04mol 电子时,有0.224L(标准状况)O 2参与反应B .正极区溶液的pH 降低、负极区溶液的pH 升高C .电池总反应为3222444VB 11O 20OH 6H O 8B(OH)4VO ---+++=+D .电流由复合碳电极经负载、VB 2电极、KOH 溶液回到复合碳电极【答案】B【解析】根据图示的电池结构,左侧VB 2发生失电子的反应生成3-4VO 和-4B(OH),反应的电极方程式如题干所示,右侧空气中的氧气发生得电子的反应生成OH −,反应的电极方程式为O 2+4e −+2H 2O=4OH −,电池的总反应方程式为4VB 2+11O 2+20OH −+6H 2O=8-4B(OH)+4 3-4VO 。
A .当负极通过0.04mol 电子时,正极也通过0.04mol 电子,根据正极的电极方程式,通过0.04mol 电子消耗0.01mol 氧气,在标况下为0.224L ,A 正确;B .反应过程中正极生成大量的OH −使正极区pH 升高,负极消耗OH −使负极区OH -浓度减小pH 降低,B 错误;C .根据分析,电池的总反应为4VB 2+11O 2+20OH −+6H 2O=8-4B(OH)+43-4VO ,C 正确;D .电池中,电子由VB 2电极经负载流向复合碳电极,电流流向与电子流向相反,则电流流向为复合碳电极→负载→VB 2电极→KOH 溶液→复合碳电极,D 正确;故选B 。
【点睛】本题在解答时应注意正极的电极方程式的书写,电解质溶液为碱性,则空气中的氧气得电子生成氢氧根;在判断电池中电流流向时,电流流向与电子流向相反。
1.微生物燃料电池在净化废水的同时能获得能源或得到有价值的化学产品,下图为其工作原理及废水中2-Cr O离子浓度与去除率的关系。
下列说法不正确的是()27A.有机物被氧化,M为电源负极B.电池工作时,N极附近溶液pH增大C.Cr2O2−7离子浓度较大时,可能会造成还原菌失活D.处理0.1mol Cr2O2−7时有0.6mol H+从交换膜右侧向左侧迁移【答案】D【解析】由图知,电子流入电极N,则N电极为正极,发生还原反应,Cr2O72-得电子生成Cr3+,M极失电子发生氧化反应,有机物被氧化生成CO2,为原电池的负极。
A.由分析可知,M电极有机物失电子发生氧化反应,M为负极,故A正确;B.根据图示,正极反应为Cr2O2−7 +6e−+14H+=2Cr3++7H2O,消耗氢离子,N极附近溶液pH增大,故B正确;C.Cr2O2−7具有强氧化性,能使蛋白质变性,浓度较大时,可能会造成还原菌失活,故C正确;D.Cr元素由+6价变为+3价,处理0.lmol Cr2O2−7时转移0.6mol电子,根据电荷守恒,处理0.1mol Cr2O2−7时有0.6mol H+从交换膜左侧向右侧迁移,故D错误;答案选D。
2.(双选)以石墨为电极材料,熔融硝酸钠为电解质,NO2-O2燃料电池的工作原理如图所示。
下列关于该燃料电池的说法不正确的是()A.石墨I电极的电势高于石墨Ⅱ电极的电势B.石墨Ⅱ电极上消耗的NO2的体积与生成的N2O5的体积之比为2∶1C.该电池工作时,熔融NaNO3中Na+向石墨Ⅱ电极移动D.该电池的总反应方程式为4NO2+O2=2N2O5【答案】BC【解析】由图知:石墨I电极电子流入是正极,石墨Ⅱ电子流出是负极;A.由分析可知,石墨I电极的电势高于石墨Ⅱ电极的电势,A正确;B.石墨Ⅱ电极上发生的电极反应为NO2+NO3-e−=N2O5,电极上消耗的NO2的体积与生成的N2O5的体积之比为1:1,B错误;C.原电池中阳离子向正极移动,该电池工作时,熔融NaNO3中Na+向石墨I电极移动,C错误;D.在熔融硝酸钠环境中,NO2在负极失电子被氧化到+5价,O2在正极得到电子被还原到-2价,该电池的总反应方程式为4NO2+O2=2N2O5,D正确;答案选BC。
3.Li-SOCl2电池是迄今具有最高能量比的电池。
该电池的电极材料分别为锂和碳,电解液是LiAlC14-SOCl2(熔点-110℃、沸点78.8℃)。
电池的总反应可表示为:4Li+2SOCl2= 4LiCl+S+SO2。
下列说法错误的是()A.该电池不能在寒冷的地区正常工作B.该电池工作时,正极反应为:2SOCl2+4e−=4Cl−+S+SO2C.SOCl2分子的空间构型是三角锥形D.该电池组装时,必须在无水无氧条件下进行【答案】A【解析】根据电池的总反应可知,失电子的是Li,在负极发生反应,得电子的是SOCl2,在正极发生反应;电解液的熔点为-110℃、沸点为78.8℃,电池可以在-110℃~78.8℃温度范围内正常工作。
A.电解液(熔点-110℃、沸点78.8℃),所以在寒冷的地区,电解液也是液态,所以能在寒冷的地区正常工作,故A错误;B.SOCl2为氧化剂,在正极发生还原反应,电极方程式为:2SOCl2+4e−=4Cl−+S+SO2,故B正确;C.SOCl2分子中的中心原子S原子价层电子对数=3+6-21-212⨯⨯=4,采取sp3杂化,且有一对孤电子对,为三角锥形,故C正确;D.因为构成电池的材料Li能和水反应,且SOCl2也与水反应,所以必须在无水无氧条件下进行,故D正确;答案选A。
4.下图中装置Ⅰ是原电池,电池总反应为:N2H4+O2=N2+2H2O,离子交换膜只允许H+通过。
装置Ⅱ为电解池,闭合开关K时,b极附近先变红色。
下列说法正确的是()A.原电池负极发生的电极反应式为N2H4+4OH−-4e−=N2+4H2OB.电解池中,b电极为阳极C.当有0.01mol H+通过离子交换膜时,a电极上析出气体112mLD.闭合K后,电流方向为A―→a―→b―→B―→A【答案】D【解析】因为闭合开关K时,b极附近先变红色,据此推断b极是阴极,B是负极,A是正极,a是阳极。
A.由于原电池中离子交换膜只允许H+通过,所以负极发生的电极反应式为N2H4-4e−=N2+4H+,A说法错误;B.电解池中,b电极为阴极,B说法错误;C.当有0.01mol H+通过离子交换膜时,气体的条件若为标准状况下,a电极上析出气体为112mL,C说法错误;D.闭合K后,依据正电荷移动的方向是电流的方向,所以电流方向为A―→a―→b―→B―→A,D说法正确。
答案为D。
5.用锂-氟化碳(氟气与碳生成的夹层化合物)电池电解含有尿素[CO(NH2)2]的碱性溶液,用于废水处理和煤液化供氢,其装置如图所示(装置中c、d均为惰性电极,隔膜仅阻止气体通过),下列说法错误的是()A.电极a为锂-氟化碳电池的负极B.电极b的电极反应为(CF x)n+nx e−=n C+nx F−C.装置中电子流动方向:电极a→电极d→隔膜→电极c→电极bD.c电极区和d电极区产生的气体在相同条件下的体积比为1∶3【答案】C【解析】A.锂-氟化碳(氟气与碳生成的夹层化合物)电池中Li+定向移动到b极,根据原电池中阳离子定向移动到正极可推出b极为正极,则a极为负极,选项A正确;B.电极b为原电池的正极,正极上氟气与碳生成的夹层化合物(CF x)n得电子产生C和F−,故电极反应为(CF x)n+nx e−=n C+nx F−,选项B正确;C.根据装置可知电极a为负极,b为正极,c为阳极,d为阴极,故装置中电子流动方向:电极a→电极d,电极c→电极b,电子不在隔膜中流动,选项C错误;D.根据得失电子守恒,电解含有尿素[CO(NH2)2]的碱性溶液,c电极区和d电极区产生的气体N2和H2在相同条件下的体积比为1∶3,选项D正确;答案选C。