2022高考化学一轮复习专练30新型电池的开发和利用含解析

专练30　新型电池的开发和利用

一、单项选择题

1．[2021·广东卷]火星大气中含有大量CO2，一种有CO2参加反应的新型全固态电池有望为火星探测器供电。该电池以金属钠为负极，碳纳米管为正极，放电时(　　)

A．负极上发生还原反应  B.CO2在正极上得电子

C．阳离子由正极移向负极 D.将电能转化为化学能

2．[2021·全国乙卷]沿海电厂采用海水为冷却水，但在排水管中生物的附着和滋生会阻碍冷却水排放并降低冷却效率。为解决这一问题，通常在管道口设置一对惰性电极(如图所示)，通入一定的电流。

下列叙述错误的是(　　)

A．阳极发生将海水中的Cl－氧化生成Cl2的反应

B．管道中可以生成氧化灭杀附着生物的NaClO

C．阴极生成的H2应及时通风稀释安全地排入大气

D．阳极表面形成的Mg(OH)2等积垢需要定期清理

3．[2021·湖北沙市中学双周练试题]一种新型燃料电池，它以多孔镍板为电极插入KOH中，然后分别向两极通入乙烷和氧气，其总反应式为：2C2H6＋7O2＋8KOH===4K2CO3＋10H2O，有关此电池的推断正确的是(　　)

A．负极反应为14H2O＋7O2＋28e－===28OH－

B．每消耗1molC2H6，则电路上转移的电子为14mol

C．放电过程中KOH的物质的量浓度不变

D．放电一段时间后，负极周围的pH升高

4．[2020·全国卷Ⅰ]科学家近年发明了一种新型Zn－CO2水介质电池。电池示意图如下，电极为金属锌和选择性催化材料。放电时，温室气体CO2被转化为储氢物质甲酸等，为解决环境和能源问题提供了一种新途径。

下列说法错误的是(　　)

A．放电时，负极反应为Zn－2e－＋4OH－===Zn(OH)

B．放电时，1molCO2转化为HCOOH，转移的电子数为2mol

C．充电时，电池总反应为2Zn(OH)===2Zn＋O2↑＋4OH－＋2H2O

D．充电时，正极溶液中OH－浓度升高

5．[2021·河北卷]K－O2电池结构如图，a和b为两个电极，其中之一为单质钾片。关于该电池，下列说法错误的是(　　)

A．隔膜允许K＋通过，不允许O2通过

B．放电时，电流由b电极沿导线流向a电极；充电时，b电极为阳极

C．产生1Ah电量时，生成KO2的质量与消耗O2的质量比值约为2.22

D．用此电池为铅酸蓄电池充电，消耗3.9g钾时，铅酸蓄电池消耗0.9g水

6．MCFC型燃料电池可同时供应电和水蒸气，其工作温度为600～700℃，所用燃料为H2，电解质为熔融的K2CO3。已知该电池的总反应为2H2＋O2===2H2O，下列有关该电池的说法正确的是(　　)

A．该电池的正极反应式为4OH－＋4e－===O2↑＋2H2O

B．该电池的负极反应式为H2－2e－===2H＋

C．放电时OH－向负极移动

D．当生成1molH2O时，转移2mol电子

7．我国“蛟龙”号载人潜水器的动力电源采用Al—Ag2O电池，其工作原理如图所示。下列说法正确的是(　　)

A．Al电极是该电池的正极

B．Ag2O在Ag2O/Ag电极上发生氧化反应

C．该电池的负极反应为Al－3e－＋4OH－===AlO＋2H2O

D．该电池工作时，正极区溶液的pH减小

8．我国科学家研制了一种新型的高比能量锌－碘溴液流电池，其工作原理示意图如下。图中贮液器可储存电解质溶液，提高电池的容量。

下列叙述不正确的是(　　)

A．放电时，a电极反应为I2Br－＋2e－===2I－＋Br－

B．放电时，溶液中离子的数目增大

C．充电时，b电极每增重0.65g，溶液中有0.02molI－被氧化

D．充电时，a电极接外电源负极

二、不定项选择题

9．一种新型太阳光电化学电池贮能时电解质溶液中离子在两极发生如下图所示的转化。

下列说法正确的是(　　)

A．贮能时，光能转变为化学能

B．贮能和放电时，电子在导线中流向相同

C．贮能时，氢离子由a极区迁移至b极区

D．放电时，b极发生：VO＋2H＋＋e－===VO2＋＋H2O

10．[2021·昆明市高三摸底调研]一种太阳能储能电池的工作原理如图所示，已知锂离子电池的总反应为：Li1－xNiO2＋xLiC6LiNiO2＋xC6。下列说法错误的是(　　)

A．该锂离子电池为二次电池

B．该锂离子电池充电时，n型半导体作为电源正极

C．该锂离子电池放电时，Li＋从b极移向a极

D．该锂离子电池放电时，b极上发生还原反应，电极反应式为：Li1－xNiO2＋xe－＋xLi＋===LiNiO2

11．全固态锂硫电池能量密度高、成本低，其工作原理如图所示，其中电极a常用掺有石墨烯的S8材料，电池反应为16Li＋xS8===8Li2Sx(2≤x≤8)。下列说法错误的是(　　)

A．电池工作时，正极可发生反应：2Li2S6＋2Li＋＋2e－===3Li2S4

B．电池工作时，外电路中流过0.02mol电子，负极材料减重0.14g

C．石墨烯的作用主要是提高电极a的导电性

D．电池充电时间越长，电池中Li2S2的量越多

12．[2021·广东省中山一中第二次统测]最近科学家利用下列装置图成功地实现了CO2和H2O合成CH4。下列叙述错误的是(　　)

A．电池工作时，实现了将太阳能转化为电能

B．铜电极为正极，电极反应式为CO2－8e－＋8H＋===CH4＋2H2O

C．电池内H＋透过质子交换膜从左向右移动

D．为提高该人工光合系统的工作效率，可向装置中加入少量稀硫酸

三、非选择题

13．锂锰电池的体积小、性能优良，是常用的一次电池。该电池反应原理如图所示，其中电解质LiClO4溶于混合有机溶剂中，Li＋通过电解质迁移至MnO2晶格中，生成LiMnO2。请回答下列有关问题：

(1)外电路的电流方向是由________(填“a”或“b”，下同)极流向________极。

(2)电池的正极反应式为_____________________________________________________。

(3)是否可用水代替电池中的混合有机溶剂________(填“是”或“否”)，原因是________________________________________________________________________。

(4)MnO2可与KOH和KClO3在高温下反应生成K2MnO4，化学方程式为________________________________________________________________________。

K2MnO4在酸性溶液中发生歧化反应，生成KMnO4和MnO2的物质的量之比为________。

14．(1)某研究性学习小组为探究Fe3＋与Ag反应，进行如下实验。按下图连接装置并加入药品(盐桥中的物质不参与反应)。

①K闭合时，指针向左偏转，石墨作________(填“正极”或“负极”)。

②当指针归零后，向左侧U型管中滴加几滴FeCl2浓溶液，发现指针向右偏转，写出此时银电极的反应式

________________________________________________________________________。

③结合上述实验分析，写出Fe3＋和Ag反应的离子方程式________________________________________________________________________。

④丙同学进一步验证其结论：当指针归零后，向右侧U型管中滴加数滴饱和NaCl溶液，可观察到的现象是______________________________________________________。

(2)含硫化合物在生产生活中应用广泛，科学使用对人体健康及环境保护意义重大。微生物燃料电池是指在微生物的作用下将化学能转化为电能的装置。某微生物燃料电池的工作原理如图所示：

①HS－在硫氧化菌作用下转化为SO的反应式是

________________________________________________________________________。

②若维持该微生物电池中两种细菌的存在，则电池可以持续供电，原因是________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

(3)PbSO4热激活电池可用作火箭、导弹的工作电源。一种热激活电池的基本结构如图所示，其中作为电解质的无水LiCl—KCl混合物受热熔融后，电池即可瞬间输出电能。该电池总反应为：

PbSO4＋2LiCl＋Ca===CaCl2＋Li2SO4＋Pb。

①放电过程中Li＋向________(填“负极”或“正极”)移动。

②负极反应式______________________________________________________________。

③电路中每转移0.2mol电子，理论上生成________gPb。

(4)氨氧燃料电池具有很大的发展潜力。氨氧燃料电池工作原理如图所示，

①a电极的电极反应式是____________________________________________________。

②一段时间后，需向装置中补充KOH，请依据反应原理解释原因是________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

专练30　新型电池的开发和利用

1．B　金属钠为负极，负极上发生失电子的氧化反应，A错误；碳纳米管为正极，CO2在正极上得电子，发生还原反应，B正确；放电时，阳离子由负极移向正极，C错误；原电池是将化学能转化为电能的装置，D错误。

2．D　海水中含有较大浓度的Cl－，通电后Cl－能在阳极上发生失电子的氧化反应生成Cl2，A项正确；电解过程中阴极区有NaOH生成，阳极上生成的Cl2与阴极区生成的NaOH反应可得到NaClO，B项正确；H2具有可燃性，故应及时排入大气，以免出现意外，C项正确；阴极的电极反应式为2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑，生成的OH－与海水中的Mg2＋结合形成Mg(OH)2，故Mg(OH)2主要在阴极上形成，D项错误。

3．B　在燃料电池中，负极上是燃料发生失电子的氧化反应，在碱性电解质下为C2H6＋18OH－－14e－===2CO＋12H2O，故A错误；根据电极反应式：C2H6＋18OH－－14e－===2CO＋12H2O，可知每消耗1molC2H6，则电路上转移的电子为14mol，B正确；根据总反应为：2C2H6＋7O2＋8KOH===4K2CO3＋10H2O，可以知道放电过程中，消耗了氢氧化钾，KOH的物质的量浓度会减小，故C错误；根据负极反应：C2H6＋18OH－－14e－===2CO＋12H2O，放电一段时间后，该极上消耗氢氧根离子，所以负极周围的pH降低，故D错误。

4．D　A项，放电时Zn极为负极，负极反应式为Zn－2e－＋4OH－===Zn(OH)，正确；B项，放电时，正极反应为CO2＋2e－＋2H＋===HCOOH，每转化1molCO2，转移2mol电子，正确；C项，充电时，阳极反应式为2H2O－4e－===4H＋＋O2↑，阴极反应式为2Zn(OH)＋4e－===2Zn＋8OH－，将两极电极反应式相加得总反应，正确；D项，充电时，正极溶液中OH－浓度降低，错误。

5．D　由题图可知，b极上O2转化为KO2，则b极为电池正极，a极为电池负极，K＋通过隔膜由a极向b极迁移，为避免O2氧化K电极，O2不能通过隔膜，A说法正确；放电时，电流由正极经导线流向负极，即由b极经导线流向a极，充电时，b极接外接电源的正极，b电极为阳极，B说法正确；产生1Ah电量时，生成KO2与消耗O2的质量比为71:32≈2.22，C说法正确；消耗3.9g钾时，转移0.1mole－，铅酸蓄电池消耗0.1molH2O，其质量为1.8g，D说法错误。

6．D　该燃料电池的燃料为H2，电解质为熔融的K2CO3，总反应为2H2＋O2===2H2O，负极反应式为2H2＋2CO－4e－===2H2O＋2CO2，正极反应式为O2＋2CO2＋4e－===2CO，故A、B均错误；电解质中移动的阴离子为CO，不是OH－，故C错误；根据负极反应式知，生成1molH2O时转移2mol电子，故D正确。

7．C　该装置为原电池，活泼金属铝作负极，发生失电子氧化反应，电极反应为：Al－3e－＋4OH－===AlO＋2H2O，故A错误、C正确；Ag2O为正极，发生还原反应，电极反应式为：Ag2O＋2e－＋H2O===2Ag＋2OH－，故B错误；放电时负极区消耗OH－，pH减小，正极生成OH－，pH增大，故D错误。

8．D　本题涉及原电池正负极的判断、电极反应式的书写等知识，通过工作原理示意图的分析，考查学生接受、吸收、整合化学信息的能力。新型高能电池的原理应用体现了科学探究与创新意识的学科核心素养。

由工作原理示意图中Zn2＋迁移的方向可判断放电时a为正极，b为负极。放电时，a极得到电子，发生还原反应，使溶液中离子数目增大，A、B项正确；充电时，a极接外接电源的正极，D项错误；充电时，b极为阴极，电极反应式为Zn2＋＋2e－===Zn，每增重0.65g，转移0.02mol电子，a极为阳极，电极反应式为2I－＋Br－－2e－===I2Br－，转移0.02mol电子，有0.02molI－被氧化，C项正确。

9．AD　光照时贮能，VO2＋失电子转化为VO，b为阳极，a为阴极，放电时b为正极，a为负极。贮能时，光能转变为化学能，A正确；贮能时，电子由b极流出，放电时，电子由a极流出，在导线中流向不相同，B错误；贮能时，氢离子由阳极b区迁移至阴极A区，C错误；放电时，b极为正极，发生的电极反应为：VO＋2H＋＋e－===VO2＋＋H2O，D正确。

10．BC　题图所示锂离子电池能实现充电和放电，为二次电池，A正确；该锂离子电池充电时a为阴极，所以n型半导体作为电源负极，B错误；该锂离子电池放电时，Li＋从负极向正极移动，即Li＋从a极移向b极，C错误；该锂离子电池放电时，b极为正极，发生还原反应，电极反应式为：Li1－xNiO2＋xe－＋xLi＋===LiNiO2，D正确。

11．D　原电池工作时，Li＋向正极移动，则a为正极，正极上发生还原反应，随着放电的进行可能发生多种反应，其中可能发生反应2Li2S6＋2Li＋＋2e－===3Li2S4，故A项正确；原电池工作时，每转移0.02mol电子，被氧化的Li的物质的量为0.02mol，质量为0.14g，故B项正确；石墨烯能导电，S8不能导电，利用掺有石墨烯的S8材料作电极，可提高电极a的导电性，故C项正确；电池充电时间越长，转移的电子数越多，生成的Li和S8越多，则电池中Li2S2的量越少，故D项错误。

12．B　根据图示可以知道，该装置是将太阳能转化为化学能的过程，故A正确；Cu是正极，正极上二氧化碳得电子和氢离子反应生成甲烷，电极反应式为：CO2＋8e－＋8H＋===CH4＋2H2O，B错误；放电时，电解质溶液中阳离子向正极移动，所以装置中的H＋由左向右移动，C正确；向装置中加入少量稀硫酸可以增强导电能力，提高该人工光合系统的工作效率，D正确。

13．(1)b　a　(2)MnO2＋e－＋Li＋===LiMnO2

(3)否　Li是活泼金属，能与水反应

(4)3MnO2＋KClO3＋6KOH3K2MnO4＋KCl＋3H2O　2:1

解析：(1)结合所给装置图以及原电池反应原理可知，Li作负极，MnO2作正极，所以电子流向是a→b，电流方向是b→a。

(2)根据题给信息“电解质LiClO4溶于混合有机溶剂中，Li＋通过电解质迁移至MnO2晶格中，生成LiMnO2”可知，正极反应式为MnO2＋e－＋Li＋===LiMnO2。

(3)因为负极的电极材料Li是活泼金属，能与水发生反应，故不能用水代替电池中的混合有机溶剂。

(4)根据电子转移守恒和原子守恒配平方程式为3MnO2＋KClO3＋6KOH3K2MnO4＋KCl＋3H2O；K2MnO4在酸性溶液中发生歧化反应，生成KMnO4和MnO2，根据得失电子守恒可知，生成的KMnO4和MnO2的物质的量之比为2:1。

14．(1)①正极　②Ag＋＋e－===Ag　③Ag＋Fe3＋Fe2＋＋Ag＋

④出现白色沉淀，电流表指针向左偏转

(2)①HS－－8e－＋4H2O===SO＋9H＋

②两种细菌存在时，在硫氧化菌的作用下将HS－转化为SO，在硫酸盐还原菌作用下再将SO转化为HS－，如此循环，所以电池得以持续供电

(3)①正极　②Ca＋2Cl－－2e－===CaCl2　③20.7

(4)①2NH3－6e－＋6OH－===N2＋6H2O

②该燃料电池总反应为：4NH3＋3O2===2N2＋6H2O　反应中有水生成，使得KOH溶液逐渐变稀，所以一段时间后，需向装置中补充KOH

解析：(1)在Fe3＋与Ag反应构成的原电池中，银发生氧化反应作负极，则Fe3＋在石墨上发生还原反应，石墨作正极，总反应为：Ag＋Fe3＋Fe2＋＋Ag＋；当指针归零后，向左侧U型管中滴加几滴FeCl2浓溶液，指针向右偏转，则左侧电极为负极，银电极为正极，发生还原反应，电极反应式：Ag＋＋e－===Ag；当指针归零后，向右侧U型管中滴加数滴饱和NaCI溶液，生成氯化银白色沉淀，溶液中银离子浓度下降，银单质可继续被氧化，银作负极，可观察到指针向左偏转。

(2)①HS－失去电子发生氧化反应生成SO：HS－－8e－＋4H2O===SO＋9H＋

②由图可知SO被硫酸盐还原菌还原为HS－，HS－又被硫氧化菌氧化为SO，持续有电子、离子的定向移动，电池得以持续供电。

(3)①放电过程中阳离子向正极PbSO4电极移动；②Ca为原电池的负极，被氧化生成CaCl2，电极反应式为Ca＋2Cl－－2e－===CaCl2；③根据电极反应式PbSO4＋2e－＋2Li＋===Li2SO4＋Pb，可知每转移0.2mol电子，理论上生成0.1molPb，质量为20.7g。

(4)①a电极为负极，发生氧化反应：2NH3－6e－＋6OH－===N2＋6H2O

②该燃料电池总反应为：4NH3＋3O2===2N2＋6H2O，反应中有水生成，使得KOH溶液逐渐变稀，所以要补充KOH。