2021届高考化学人教版一轮创新教学案：第9章高考热点课7高考中的新型化学电源

　高考中的新型化学电源

命题分析：以新型化学电源为命题背景考查原电池的结构和工作原理是高考的热点；涉及的新型化学电源种类繁多，如储氢电池、高铁电池、海洋电池、锂离子电池等。解答此类题，不要被新材料、新情境所吓倒，只要学会迁移运用常见化学电源工作原理，正确判断正负极，写出电极反应式就能破题。 　　　　　　　　　　　　　　　　　　

1．正、负极的判断

新型电池中

2．放电时正极、负极电极反应式的书写

(1)首先分析物质得失电子的情况。

(2)然后再考虑电极反应生成的物质是否跟电解质溶液中的离子发生反应。

(3)对于较为复杂的电极反应，可以利用“总反应式－较简单一极的电极反应式＝较复杂一极的电极反应式”的方法解决。

3．充电时阴极、阳极的判断

(1)首先应搞明白原电池放电时的正、负极。

(2)再根据电池充电时阳极接正极、阴极接负极的原理进行分析。

(3)电极反应式：放电时的负极与充电时的阴极、放电时的正极与充电时的阳极分别互逆。

4．可充电电池的分析

(1)“正正负负”——原电池的正极充电时要与外接电源的正极相连，原电池的负极充电时要与外接电源的负极相连。

(2)“颠颠倒倒”——原电池的正极反应倒过来，就是充电时电解池的阳极反应式。原电池的负极反应倒过来，就是充电时电解池的阴极反应式。

[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。

[答案]　B

　(2019·广东汕头高三期末)我国科学家开发设计一种天然气脱硫装置，利用如图装置可实现：H2S＋O2―→H2O2＋S。

已知甲池中有如下的转化：

下列说法错误的是(　　)

A．该装置可将光能转化为电能和化学能

B．该装置工作时，溶液中的H＋从甲池经过全氟磺酸膜进入乙池

C．甲池碳棒上发生电极反应：AQ＋2H＋＋2e－===H2AQ

D．乙池①处发生反应：H2S＋I===3I－＋S↓＋2H＋

答案　B

解析　该装置是原电池装置，根据图中信息知是将光能转化为电能和化学能的装置，A正确；原电池中阳离子移向正极，由图可知电子由乙池流出经外电路流向甲池，甲池中碳棒是正极，所以氢离子从乙池移向甲池，B错误；甲池中碳棒是正极，该电极上发生得电子的还原反应，即AQ＋2H＋＋2e－===H2AQ，C正确；在乙池中，硫化氢失电子生成硫单质，I得电子生成I－，发生的反应为H2S＋I===3I－＋S↓＋2H＋，D正确。

　(2019·天津高考)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(　　)

[解析]　根据题图，左侧a极电极反应为I2Br－＋2e－===2I－＋Br－，右侧b极电极反应为Zn－2e－===Zn2＋，可以得出总反应为I2Br－＋Zn===Zn2＋＋Br－＋2I－，故b为原电池负极，a为原电池正极。放电时，a极反应为I2Br－＋2e－===2I－＋Br－，A正确；放电时，由总反应可知离子数目增大，B正确；充电时，b极每增重0.65 g，被还原的Zn的物质的量为0.01 mol，则消耗0.02 mol I－，C正确；充电时，a极发生氧化反应，作阳极，接电源正极，D错误。

[答案]　D

　(2019·湖南名校高三大联考)某新型可充电电池构造如图所示，工作时(需先引发铁和氯酸钾的反应，从而使LiCl－KCl共晶盐熔化)某电极(记为X)的反应式之一为xLi＋＋xe－＋LiV3O8===Li1＋xV3O8。下列说法正确的是(　　)

A．放电时，正极上的电极反应式为Li－e－===Li＋

B．放电时，总反应式为xLi＋LiV3O8===Li1＋xV3O8

C．充电时，X电极与电源负极相连

D．充电时，X电极的质量增加

答案　B

解析　由题干所给电极反应式可知X电极发生得电子的还原反应，故X电极是正极，结合题图知，X电极是LiV3O8，则Li－Si合金是负极，负极的电极反应式为Li－e－===Li＋，结合X电极的电极反应式可知放电时总反应式为xLi＋LiV3O8===Li1＋xV3O8，A错误，B正确；充电时，X电极应与电源正极相连，C错误；充电时，X电极的电极反应与放电时X电极的电极反应互为逆反应，则充电时X电极的质量减轻，D错误。

　　建议用时：40分钟　　　满分：100分　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　

一、选择题

1．我国预计在2020年前后建成自己的载人空间站。为了实现空间的零排放，循环利用人体呼出的CO2并提供O2，我国科学家设计了一种装置(如下图)，实现了“太阳能→电能→化学能”转化，总反应方程式为2CO2===2CO＋O2。关于该装置的下列说法正确的是(　　)

A．图中N型半导体为正极，P型半导体为负极

B．图中离子交换膜为阳离子交换膜

C．反应完毕，该装置中电解质溶液的碱性增强

D．人体呼出的气体参与X电极的反应：CO2＋2e－＋H2O===CO＋2OH－

答案　D

解析　在原电池中，阳离子向正极移动，阴离子向负极移动，故N型半导体为负极，P型半导体为正极，A错误；由图示可知，图中的离子交换膜为阴离子交换膜，B错误；由总反应方程式可知，在整个反应过程中没有OH－、H＋生成与损耗，故电解质溶液的碱性不变，C错误；X为电解池的阴极，电极反应式为CO2＋2e－＋H2O===CO＋2OH－，D正确。

2．如图是一种正投入生产的大型蓄电系统。放电前，被膜隔开的电解质为Na2S2和NaBr3，放电后分别变为Na2S4和NaBr。下列叙述正确的是(　　)

A．放电时，负极反应为3NaBr－2e－===NaBr3＋2Na＋

B．充电时，阳极反应为2Na2S2－2e－===Na2S4＋2Na＋

C．放电时，Na＋经过离子交换膜，由b池移向a池

D．用该电池电解饱和食盐水，产生2.24 L H2时，b池生成17.40 g Na2S4

答案　C

解析　根据放电后Na2S2转化为Na2S4，S元素化合价升高，知Na2S2被氧化，故负极反应为：2Na2S2－2e－===Na2S4＋2Na＋，A错误；充电时阳极上发生氧化反应，NaBr转化为NaBr3，电极反应为：3NaBr－2e－===NaBr3＋2Na＋，B错误；放电时，阳离子向正极移动，故Na＋经过离子交换膜，由b池移向a池，C正确；没有说明H2所处的状态，D错误。

3．(2019·广州高三调研测试)一种钌(Ru)基配合物光敏染料敏化太阳能电池的工作原理示意图如下，电池工作时发生的反应为：

RuⅡRuⅡ*(激发态)

RuⅡ*―→RuⅢ＋e－

I＋2e－―→3I－

2RuⅢ＋3I－―→2RuⅡ＋I

下列关于该电池的叙述错误的是(　　)

A．电池中镀Pt导电玻璃为正极

B．电池工作时，I－在镀Pt导电玻璃上放电

C．电池工作时，电解质中I－和I浓度不会减少

D．电池工作时，是将太阳能转化为电能

答案　B

解析　根据电池工作时电子从透明导电玻璃流入镀Pt导电玻璃，则透明导电玻璃为负极，镀Pt导电玻璃为正极，A正确；电池工作时，镀Pt导电玻璃为正极，电极反应为I＋2e－===3I－，正极上为I放电，B错误；根据电池工作时发生的反应可知，I在正极上得电子被还原为I－，后I－又被RuⅢ氧化为I，I和I－相互转化，电解质中I－和I浓度不会减少，C正确；电池工作时，是将太阳能转化为电能，D正确。

4．(2019·辽宁五校协作体高三联考)中科院深圳先进技术研究院成功研发了一种高效、低成本储能电池——“铝－石墨”双离子电池，电池总反应为Al＋xC＋Li＋＋PFAlLi＋CxPF6。下列有关该电池的说法正确的是(　　)

A．放电时，PF向正极移动

B．放电时，负极反应为Al－3e－===Al3＋

C．充电时，两个电极增加的质量相等

D．充电时，阳极反应为xC＋PF－e－===CxPF6

答案　D

解析　结合总反应可知，放电时负极AlLi失去电子发生氧化反应，电极反应为AlLi－e－===Al＋Li＋，B项错误；充电时阳极反应为xC＋PF－e－===CxPF6，D项正确；充电时阴极反应为Al＋Li＋＋e－===AlLi，两极转移电子的物质的量虽然相等，但增加的质量不相等，阳极增加的是PF的质量，阴极增加的是Li＋的质量，C项错误。

5．优质的锂碘电池可用于心脏起搏器来延续患者的生命，它的正极材料是聚2­乙烯吡啶(简写为P2VP)和I2的复合物，电解质是固态薄膜状的碘化锂，电池的总反应为2Li＋P2VP·nI2===P2VP·(n－1)I2＋2LiI，则下列说法正确的是(　　)

A．该电池所产生的电压低，使用寿命比较短

B．电池工作时，碘离子移向P2VP一极

C．聚2­乙烯吡啶的复合物与有机物性质相似，因此聚2­乙烯吡啶的复合物不会导电

D．放电时，正极的反应为P2VP·nI2＋2Li＋＋2e－===P2VP·(n－1)I2＋2LiI

答案　D

解析　该电池的电势低，放电缓慢，使用寿命比较长，A错误；原电池中阴离子向负极移动，所以电池工作时，碘离子移向Li电极，B错误；聚2­乙烯吡啶的复合物作正极，所以聚2­乙烯吡啶的复合物能导电，C错误；正极上I2得电子发生还原反应，其电极反应式为：P2VP·nI2＋2Li＋＋2e－===P2VP·(n－1)I2＋2LiI，D正确。

6．一种突破传统电池设计理念的Mg­Sb液态金属储能电池，其工作原理如下图所示。该电池所用液体密度不同，在重力作用下分为三层，工作时中间层熔融盐的组成及浓度不变。该电池工作一段时间后，可由太阳能电池充电。下列说法不正确的是(　　)

A．放电时，Mg(液)层的质量减小

B．放电时，正极反应式为：Mg2＋＋2e－===Mg

C．充电时，Mg­Sb(液)层发生还原反应

D．充电时，Cl－向中层和下层分界面处移动

答案　C

解析　由电流方向可知，Mg(液)层为负极，放电时的电极反应式为Mg－2e－===Mg2＋，质量会减少，A正确；阳离子放电顺序K＋<Na＋<Mg2＋，故放电时正极反应式为Mg2＋＋2e－===Mg，B正确；充电时为电解池，Mg­Sb(液)层为阳极，发生氧化反应，C错误；阴离子移向阳极，即Cl－向中层和下层分界面处移动，D正确。

7.

(2019·潍坊一模)一种新型可逆电池的工作原理如图所示。放电时总反应为Al＋3Cn(AlCl4)＋4AlCl4Al2Cl＋3Cn(Cn表示石墨)。下列说法正确的是(　　)

A．放电时负极电极反应为2Al－6e－＋7Cl－===Al2Cl

B．放电时AlCl移向正极

C．充电时阳极反应AlCl－e－＋Cn===Cn(AlCl4)

D．电路中每转移3 mol电子，最多有1 mol Cn(AlCl4)被还原

答案　C

解析　A项，放电时铝作负极，失去电子被氧化为Al2Cl，电极反应为Al－3e－＋7AlCl===4Al2Cl，错误；C项，充电时阳极反应为Cn＋AlCl－e－===Cn(AlCl4)，正确；D项，由总反应可知每1 mol Cn(AlCl4)被还原仅得到1 mol电子，错误。

8．(2019·成都七中高三期末)某微生物燃料电池的工作原理如图所示，下列说法正确的是(　　)

A．b极发生氧化反应

B．高温下该电池效率更高

C．若有机物为甲烷，则该电池整个过程的总反应式为：CH4＋2O2===CO2＋2H2O

D．硫氧化菌参加的反应为：HS－＋8e－＋4H2O===SO＋9H＋

答案　C

解析　b是电池的正极，发生还原反应，A错误；在高温下硫酸盐还原菌、硫氧化菌会失去生理活性，因而在高温下微生物被杀死，效率更低，B错误；根据图示可知硫酸盐还原菌将SO还原为HS－，a电极有机物发生氧化反应转化为CO2，若有机物为CH4，反应式为：CH4－8e－＋2H2O===CO2＋8H＋，硫氧化菌又将HS－转化为SO，b电极发生还原反应，电极反应为：O2＋4e－＋4H＋===2H2O，总反应方程式为CH4＋2O2===CO2＋2H2O，C正确；负极上HS－在硫氧化菌作用下转化为SO，失电子，发生氧化反应，电极反应式是HS－＋4H2O－8e－===SO＋9H＋，D错误。

9．(2019·河南汝州实验中学高三期末)下图甲是一种利用微生物将废水中的尿素[CO(NH2)2]的化学能直接转化为电能，并生成对环境友好物质的装置，同时利用此装置的电能在铁上镀铜，下列说法中正确的是(　　)

A．铜电极应与X相连接

B．H＋透过质子交换膜由右向左移动

C．当N电极消耗0.25 mol气体时，则铁电极增重16 g

D．M电极反应式：H2NCONH2＋H2O－6e－===CO2↑＋N2↑＋6H＋

答案　D

解析　根据甲图，N电极通入氧气，因此N极为正极，M电极为负极，电镀时，待镀金属作阴极，镀层金属作阳极，即铁连接X，Cu连接Y，A错误；根据选项A的分析，以及原电池的工作原理，H＋从负极流向正极，即从M极流向N极，透过质子交换膜由左向右移动，B错误；N极反应式为O2＋4H＋＋4e－===2H2O，铁极反应式为Cu2＋＋2e－===Cu，得失电子数目守恒，因此有O2～4e－～2Cu，当N电极消耗0.25 mol气体时，铁电极质量增重0.25×2×64 g＝32 g，C错误；M极为负极，因此电极反应式为CO(NH2)2＋H2O－6e－===CO2↑＋N2↑＋6H＋，D正确。

10．下图是用于航天飞行器中的一种全天候太阳能电化学电池在光照时的工作原理。下列说法正确的是(　　)

A．该电池与硅太阳能电池供电原理相同

B．光照时，H＋由a极室通过质子膜进入b极室

C．光照时，b极反应式为VO2＋＋2OH－－e－===VO＋H2O

D．夜间无光照时，a电极流出电子

答案　D

解析　由题图可知，有太阳光照时，a极得电子发生还原反应，是正极，b极失电子发生氧化反应，为负极，由于这是一种全天候电池，所以夜晚情况刚好相反。硅太阳能电池是用半导体原理将光能转化为电能，是物理变化，而该电池是化学能转化为电能，两者原理不同，A项错误；原电池中氢离子向正极移动，所以氢离子由b极室通过质子膜进入a极室，B项错误；光照时，b极是负极，发生氧化反应，电极反应式为VO2＋＋H2O－e－===VO＋2H＋，C项错误；夜间无光照时，相当于蓄电池放电，a极的电极反应式为V2＋－e－===V3＋，发生氧化反应，是负极，是电子流出的一极，D项正确。

11．最近浙江大学成功研制出具有较高能量密度的新型铝－石墨烯(Cn)电池(如图)。该电池分别以铝、石墨烯为电极，放电时，电池中导电离子的种类不变。已知能量密度＝电池容量(J)÷负极质量(g)。下列分析正确的是(　　)

A．放电时，Cn(石墨烯)为负极

B．放电时，Al2Cl在负极转化为AlCl

C．充电时，阳极反应为4Al2Cl＋3e－===Al＋7AlCl

D．以轻金属为负极有利于提高电池的能量密度

答案　D

解析　铝是活泼的金属，放电时，铝是负极，Cn(石墨烯)为正极，A错误；放电时，铝发生氧化反应生成铝离子，铝离子与AlCl结合生成Al2Cl，B错误；充电时，Al2Cl在阴极得电子发生还原反应，即阴极反应为4Al2Cl＋3e－===Al＋7AlCl，C错误；以轻金属为负极有利于提高电池的能量密度，D正确。

二、非选择题

12．(1)下图是某甲醇燃料电池工作的示意图。

质子交换膜(只有质子能够通过)左、右两侧的溶液均为1 L 2 mol·L－1 H2SO4溶液。电极a上发生的电极反应式为__________________，当电池中有1 mol e－发生转移时左、右两侧溶液的质量之差为________g(假设反应物耗尽，忽略气体的溶解)。

(2)科学家还研究了其他转化温室气体的方法，利用如图所示装置可以将CO2转化为气体燃料CO。该装置工作时的总反应的化学方程式为

_______________________________________________。

答案　(1)CH3OH－6e－＋H2O===CO2↑＋6H＋　12　(2)2CO22CO＋O2

解析　(1)根据图示分析，通入甲醇的a电极为原电池的负极，通入O2的b电极为原电池的正极，a电极上发生的电极反应式为：CH3OH－6e－＋H2O===CO2↑＋6H＋，根据原电池原理，阳离子移向正极，故每转移1 mol e－时，有1 mol H＋由左侧溶液进入右侧溶液，则电子转移的量与左侧溶液质量减少量的关系式可以看成6e－～H2O，转移1 mol e－时，左侧溶液质量减少 g＝3 g；b电极上发生的电极反应式为：O2＋4H＋＋4e－===2H2O，则电子转移的量与右侧溶液质量增加量的关系式可以看成4e－～2H2O，转移1 mol e－时，右侧溶液质量增加 g＝9 g，则左、右两侧溶液的质量差为3 g＋9 g＝12 g。

(2)根据图示，M极为负极，负极上H2O转化为O2，电极反应为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，N极为正极，正极上CO2转化为CO，电极反应为CO2＋2e－＋2H＋===CO＋H2O，根据得失电子守恒，可得总反应的化学方程式为2CO2O2＋2CO。