2022年高考化学二轮复习核心素养提升20 新型高效化学电源 (含解析)

素养说明：高考中的新型化学电源，一般具有高能环保、经久耐用、电压稳定、比能量（单位质量释放的能量）高等特点。由于该类试题题材广、信息新、陌生度大，因此许多考生感觉难度大。但应用的解题原理仍然还是原电池的基础知识，只要细心分析，实际上得分相对比较容易。

1.新型燃料电池（Fuel Cell）

燃料电池是利用氢气、碳、甲醇、硼氢化物、天然气等为燃料与氧气或空气进行反应，将化学能直接转化成电能的一类原电池。其特点是：（1）有两个相同的多孔电极，同时电极不参与反应（掺杂适当的催化剂）。（2）不需要将还原剂和氧化剂全部储藏在电池内。（3）能量转换率较高，超过80%（普通燃烧能量转换率30%多）。

【解题模板】

2.可充电电池

对于一般的电池而言，充电电池具有一定的可逆性，在放电时，它是原电池装置；在充电时，它是电解过程，是一种经济、环保、电量足、适合大功率、长时间使用的电器。

【模型示例】　镁及其化合物一般无毒（或低毒）、无污染，镁电池放电时电压高且平稳，因此成为人们研制绿色电池所关注的重点。有一种镁二次电池的反应为xMg＋Mo3S4MgxMo3S4。下列说法错误的是（　　）

A.放电时Mg2＋向正极移动

B.放电时正极的电极反应式为Mo3S4＋2xe－===Mo3S

C.放电时Mo3S4发生氧化反应

D.充电时阴极的电极反应为xMg2＋＋2xe－===xMg

【解题模板】

答案　C

[题型专练]

1.（2016·课标全国Ⅲ，11）锌—空气燃料电池可用作电动车动力电源，电池的电解质溶液为KOH溶液，反应为2Zn＋O2＋4OH－＋2H2O===2Zn（OH）。下列说法正确的是（　　）

A.充电时，电解质溶液中K＋向阳极移动

B.充电时，电解质溶液中c（OH－）逐渐减小

C.放电时，负极反应为：Zn＋4OH－－2e－===Zn（OH）

D.放电时，电路中通过2 mol电子，消耗氧气22.4 L（标准状况）

解析　A项，充电时，电解质溶液中K＋向阴极移动，错误；B项，充电时，总反应方程式为2Zn（OH）2Zn＋O2↑＋4OH－＋2H2O，所以电解质溶液中c（OH－）逐渐增大，错误；C项，在碱性环境中负极Zn失电子生成的Zn2＋将与OH―结合生成Zn（OH），正确；D项，O2～4e－，故电路中通过2 mol电子，消耗氧气0.5 mol，在标准状况时体积为11.2 L，错误。

答案　C

2.（2015·江苏化学，10）一种熔融碳酸盐燃料电池原理示意如图。下列有关该电池的说法正确的是（　　）

A.反应CH4＋H2O3H2＋CO，每消耗1 mol CH4转移12 mol电子

B.电极A上H2参与的电极反应为H2＋2OH－－2e－===2H2O

C.电池工作时，CO向电极B移动

D.电极B上发生的电极反应为O2＋2CO2＋4e－===2CO

解析　A项，，则该反应中每消耗1 mol CH4转移6 mol电子，错误；该电池的传导介质为熔融的碳酸盐，所以A电极即负极上H2参与的电极反应为H2－2e－＋CO===CO2＋H2O，错误；C项，原电池工作时，阴离子移向负极，而B极是正极，错误；D项，B电极即正极上O2参与的电极反应为O2＋4e－＋2CO2===2CO，正确。

答案　D

3.（2018·课标全国Ⅲ，11）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.放电时，多孔碳材料电极为负极

B.放电时，外电路电子由多孔碳材料电极流向锂电极

C.充电时，电解质溶液中Li＋向多孔碳材料区迁移

D.充电时，电池总反应为Li2O2－x===2Li＋O2

解析　根据电池工作原理，多孔碳材料吸附O2，O2在此获得电子，所以多孔碳材料电极为电池的正极，A项错误；放电时电子从负极（锂电极）流出，通过外电路流向正极（多孔碳材料电极），B项错误；Li＋带正电荷，充电时，应该向电解池的阴极（锂电极）迁移，C项错误；充电时，电池总反应为Li2O2－x===2Li＋O2，D项正确。

答案　D

4.（2018·课标全国Ⅲ，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0.02 mol电子，负极材料减重0.14 g

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

解析　A项，原电池电解质中阳离子移向正极，根据全固态锂硫电池工作原理图示中Li＋移动方向可知，电极a为正极，正极发生还原反应，由总反应可知正极依次发生S8→Li2S8→Li2S6→Li2S4→Li2S2的还原反应，正确；B项，电池工作时负极电极方程式为：Li－e－===Li＋，当外电路中流过0.02 mol电子时，负极消耗的Li的物质的量为0.02 mol，其质量为0.14 g，正确；C项，石墨烯具有良好的导电性，故可以提高电极a的导电能力，正确；D项，电池充电时为电解池，此时电解总反应为8Li2Sx16Li＋xS8（2≤x≤8），故Li2S2的量会越来越少，错误。

答案　D

5.（2016·课标全国Ⅱ，11）Mg­AgCl电池是一种以海水为电解质溶液的水激活电池。下列说法错误的是（　　）

A.负极反应式为Mg－2e－===Mg2＋

B.正极反应式为Ag＋＋e－===Ag

C.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↑

解析　首先从题干信息“Mg－AgCl电池”所提供的电极材料判断电池类型，属于Cu－Zn型原电池，应用模型思想推断出电池电化学原理：活泼金属Mg做负极，含金属阳离子的AgCl做正极，电池反应式为：Mg＋2AgCl===MgCl2＋2Ag；其次，判断各选项正误： B错误，因为AgCl难溶于水，正极发生还原反应的Ag＋存在形式为AgCl，因而正极反应式：AgCl＋e－===Ag＋Cl－。

答案　B

6.（2016·浙江卷）金属（M）­空气电池（如图）具有原料易得、能量密度高等优点，有望成为新能源汽车和移动设备的电源。该类电池放电的总反应方程式为：4M＋nO2＋2nH2O===4M（OH）n。

已知：电池的“理论比能量”指单位质量的电极材料理论上能释放出的最大电能。下列说法不正确的是（　　）

A.采用多孔电极的目的是提高电极与电解质溶液的接触面积，并有利于氧气扩散至电极表面

B.比较Mg、Al、Zn三种金属­空气电池，Al­空气电池的理论比能量最高

C.M­空气电池放电过程的正极反应式：4Mn＋＋nO2＋2nH2O＋4ne－===

4M（OH）n

D.在Mg­空气电池中，为防止负极区沉积Mg（OH）2，宜采用中性电解质及阳离子交换膜

解析　A项，采用多孔电极可以增大电极与电解质溶液的接触面积，且有利于氧气扩散至电极的表面，正确；B项，单位质量的Mg、Al、Zn释放的电子分别为 mol、 mol、 mol，显然铝的比能量比Mg、Zn高，正确；C项，电池放电过程正极O2得电子生成OH－，但负极生成的金属阳离子不能透过阴离子交换膜移至正极，故正极不能生成M（OH）n，反应式应为：O2＋2H2O＋4e－===4OH－，错误；D项，为避免OH－移至负极而生成Mg（OH）2，可采用中性电解质及阳离子交换膜阻止OH－，正确。

答案　C