2021年高考化学一轮复习讲义 第6章 专项提能特训12　新型电源工作原理

专项提能特训12　新型电源工作原理

1．(2018·全国卷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＋(1－)O2

答案　D

解析　由题意知，放电时负极反应为Li－e－===Li＋，正极反应为(2－x)O2＋4Li＋＋4e－===2Li2O2－x(x＝0或1)，电池总反应为(1－)O2＋2Li===Li2O2－x。充电时的电池总反应与放电时的电池总反应互为逆反应，故充电时电池总反应为Li2O2－x===2Li＋(1－)O2，D项正确；该电池放电时，金属锂为负极，多孔碳材料为正极，A项错误；该电池放电时，外电路电子由锂电极流向多孔碳材料电极，B项错误；该电池放电时，电解质溶液中Li＋向多孔碳材料区迁移，充电时电解质溶液中的Li＋向锂材料区迁移，C项错误。

2．(2017·全国卷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

答案　D

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反应式为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的量会越来越少直至充满电，错误。

3．(2019·烟台诊断测试)二氧化硫—空气质子交换膜燃料电池将化学能转变成电能的同时，实现了制硫酸、发电、环保三位一体的结合，其原理如图所示。下列说法错误的是(　　)

A．负极的电极反应式为SO2＋2H2O－2e－===SO＋4H＋

B．总反应式为2SO2＋O2＋2H2O===2H2SO4

C．质子的移动方向为从电极B到电极A

D．SO2气流速率的大小可能影响电池的电动势

答案　C

解析　该电池的总反应原理：2SO2＋O2＋2H2O===2H2SO4，B项正确；SO2在负极上发生氧化反应，A项正确；放电时，H＋向正极移动，即从电极A到电极B，C项错误；SO2通入速率可能会影响电池电动势，D项正确。

4．(2019·青岛调研)《科学美国人》评出的2016年十大创新技术之一是碳呼吸电池，电池原理如图所示，则下列有关说法正确的是(　　)

A．该装置将电能转变为化学能

B．正极的电极反应为C2O－2e－===2CO2

C．每生成1 mol Al2(C2O4)3，有6 mol电子流过负载

D．随着反应进行，草酸盐浓度不断变小

答案　C

解析　A项，该装置属于原电池，将化学能转化为电能，错误；B项，原电池正极上发生得电子的还原反应，结合电池原理图可得正极反应式为：2CO2＋2e－===C2O，错误；C项，每生成1 mol Al2(C2O4)3，负极有2 mol Al失去电子，共失去6 mol电子，所以有6 mol电子流过负载，正确；D项，根据正负极反应情况可得电池总反应为2Al＋6CO2===Al2(C2O4)3，所以反应过程中不消耗草酸盐，错误。

5．关于如图微生物燃料电池结构示意图的说法：①微生物促进了电子的转移　②微生物所在电极区放电时发生还原反应　③放电过程中，H＋从正极区移向负极区　④正极反应式为：MnO2＋4H＋＋2e－===Mn2＋＋2H2O，正确的是(　　)

A．④  B．①③  C．①④  D．②③

答案　C

解析　①在微生物作用下Cm(H2O)n转化为CO2促进电子的转移，正确；②微生物在右侧， 右侧电极为电源的负极，所以微生物所在电极区放电时发生氧化反应，错误；③根据电流的方向，放电过程中，H＋从负极区移向正极区，错误；④电池左侧为电池的正极区，MnO2在H＋条件下发生得电子反应，所以正极反应式为：MnO2＋4H＋＋2e－===Mn2＋＋2H2O，④正确。

6．(2020·贵阳一模)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)。

下列说法中正确的是(　　)

A．放电时负极反应为2Al－6e－＋7Cl－===Al2Cl

B．放电时AlCl移向正极

C．充电时阳极反应为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　熔融盐中Cl－是以AlCl形式存在，放电时负极反应式为Al－3e－＋7AlCl===4Al2Cl，A项错误；放电时，AlCl向负极移动，B项错误；充电时石墨电极与电源的正极相连，石墨电极为阳极发生氧化反应生成Cn(AlCl4)：AlCl＋Cn－e－===Cn(AlCl4)，C项正确；放电时，石墨电极为正极，发生反应Cn(AlCl4)＋e－===AlCl＋Cn，则电路中通过3 mol电子，最多有3 mol Cn(AlCl4)被还原，D项错误。

7．(2019·天津，6)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图。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0.65 g，溶液中有0.02 mol I－被氧化

D．充电时，a电极接外电源负极

答案　D

解析　根据电池的工作原理示意图，可知放电时a电极上I2Br－转化为Br－和I－，电极反应为I2Br－＋2e－===2I－＋Br－，A项正确；放电时正极区I2Br－转化为Br－和I－，负极区Zn转化为Zn2＋，溶液中离子的数目增大，B项正确；充电时b电极发生反应Zn2＋＋2e－===Zn，b电极增重0.65 g时，转移0.02 mol e－，a电极发生反应2I－＋Br－－2e－===I2Br－，根据各电极上转移电子数相同，则有0.02 mol I－被氧化，C项正确；放电时a电极为正极，充电时，a电极为阳极，接外电源正极，D项错误。

8．(2019·山东潍坊一模)石墨烯电池是利用锂离子在石墨烯表面和电极之间快速大量穿梭运动的特性而研发的新型可充放电电池，其反应式为LixC6＋Li1－xCoO2C6＋LiCoO2，其工作原理如下图所示。下列关于该电池的说法正确的是(　　)

A．充电时，Li＋嵌入LiCoO2中

B．放电时，LiCoO2极发生的电极反应为

LiCoO2－xe－===Li1－xCoO2＋xLi＋

C．放电时负极反应为Li－e－===Li＋

D．充电时，若转移1 mol e－，石墨烯电极增重7 g

答案　D

解析　根据电池反应式知，负极反应式为LixC6－xe－===C6＋xLi＋，正极反应式为Li1－xCoO2＋xLi＋＋xe－===LiCoO2，B、C错误；充电时，阴极、阳极反应式与负极、正极反应式正好相反，石墨烯为阴极，C6发生还原反应生成LixC6，则Li＋向石墨烯移动，故A项错误；充电时，石墨烯电极的电极反应式为：C6＋xLi＋＋xe－ ===LixC6，根据关系式xe－～C6～LixC6电极增重的实际质量为锂元素的质量，所以若转移1 mol e－，电极增重为 1 mol×7 g·mol－1 ＝ 7 g，故D项正确。

9．(1)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下图所示：

①HS－在硫氧化菌作用下转化为SO的电极反应式是                           。

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           。

(2)PbSO4热激活电池可用作火箭、导弹的工作电源。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负极反应式为                                                            。

③电路中每转移0.2 mol电子，理论上生成        g Pb。

(3)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下图所示。

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                    

                                                                        。

答案　(1)①HS－＋4H2O－8e－===SO＋9H＋

②HS－、SO浓度不会发生变化，只要有两种细菌存在，就会循环把有机物氧化成CO2放出电子

(2)①正极　②Ca＋2Cl－－2e－===CaCl2　③20.7

(3)①2NH3－6e－＋6OH－===N2＋6H2O

②发生反应4NH3＋3O2===2N2＋6H2O，有水生成，使得溶液逐渐变稀，所以要补充KOH

解析　(1)①酸性环境中反应物为HS－，产物为SO，利用质量守恒和电荷守恒进行配平，电极反应式：HS－＋4H2O－8e－===SO＋9H＋；②从质量守恒角度来说，HS－、SO浓度不会发生变化，只要有两种细菌存在，就会循环把有机物氧化成CO2放出电子。

(2)③根据方程式，电路中每转移0.2 mol电子，生成0.1 mol Pb，即20.7 g。

(3)①a电极是通入NH3的电极，失去电子，发生氧化反应，所以该电极作负极，电极反应式是2NH3－6e－＋6OH－===N2＋6H2O；②一段时间后，需向装置中补充KOH，原因是发生反应4NH3＋3O2===2N2＋6H2O，有水生成，使得溶液逐渐变稀，为了维持碱的浓度不变，所以要补充KOH。