鲁科版高考化学一轮总复习第5章第2节素养提升11新型化学电源试题的解答突破课时学案

新型燃料电池

[知识对接]

[应用体验]

1．一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＋12H＋＋10e－===N2↑＋6H2O

D．电池工作时，电流由a电极沿导线流向b电极

C　解析：b电极上N元素的化合价降低，所以b电极是正极，发生还原反应，故A错误；原电池中阳离子从负极移向正极，即H＋由左室通过质子交换膜进入右室，故B错误；b电极上发生还原反应，电极反应式为2NO＋12H＋＋10e－===N2↑＋6H2O，故C正确；原电池中电流从正极流向负极，即电流由b电极沿导线流向a电极，故D错误。

2．(2020·全国卷Ⅲ)一种高性能的碱性硼化钒(VB2)—空气电池如下图所示，其中在VB2电极发生反应：VB2＋16OH－－11e－===VO＋2B(OH)＋4H2O。该电池工作时，下列说法错误的是(　　)

A．负载通过0.04 mol电子时，有0.224 L(标准状况)O2参与反应

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4VB2＋11O2＋20OH－＋6H2O===8B(OH)＋4VO

D．电流由复合碳电极经负载、VB2电极、KOH溶液回到复合碳电极

B　解析：根据总反应式知VB2失电子的反应生成VO和B(OH)是负极，通空气的一极是正极，电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，当负极通过0.04 mol电子时，正极也通过0.04 mol电子，在标准状况下消耗0.224 L O2，A正确；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；根据分析，电池的总反应为4VB2＋11O2＋20OH－＋6H2O===8B(OH)＋4VO，C正确；电池中，电子由VB2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→VB2电极→KOH溶液→复合碳电极，D正确。

可充电电池

[知识对接]

[应用体验]

3．(2020·天津高考)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＋xSNa2Sx(x＝5～3，难溶于熔融硫)，下列说法错误的是(　　)

A．Na2S4的电子式为

B．放电时正极反应为xS＋2Na＋＋2e－===Na2Sx

C．Na和Na2Sx分别为电池的负极和正极

D．该电池是以Na－β­Al2O3为隔膜的二次电池

C　解析：根据电池反应：2Na＋xSNa2Sx可知，放电时，钠做负极，发生氧化反应，电极反应为Na－e－===Na＋，硫做正极，发生还原反应，电极反应为xS＋2Na＋＋2e－===Na2Sx，据此分析。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；放电时发生的是原电池反应，正极发生还原反应，电极反应为xS＋2Na＋＋2e－===Na2Sx，故B正确；放电时，Na为电池的负极，正极为硫单质，故C错误；放电时，该电池是以钠做负极，硫做正极的原电池，充电时，是电解池，Na－β­Al2O3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。

4．(2020·烟台模拟)以柏林绿Fe[Fe(CN)6]为代表的新型可充电钠离子电池，其放电工作原理如图所示。下列说法错误的是(　　)

A．放电时，Na＋由右室移向左室

B．放电时，Mg箔为负极，该电极发生氧化反应

C．充电时，阳极反应式为Na2Fe[Fe(CN)6]－2e－===Fe[Fe(CN)6]＋2Na＋

D．用铅蓄电池为该电池充电时，当有0.2 mol电子转移时，Pb电极质量减少20.7 g

D　解析：由图可知，右室镁失电子发生氧化反应，Mg箔为负极，则Mo箔为正极，所以放电时，Na＋由右室移向左室，A、B正确；充电时，Mo(钼)箔接电源的正极，是电解池的阳极，阳极反应式为Na2Fe[Fe(CN)6]－2e－===Fe[Fe(CN)6]＋2Na＋，C正确；外电路中通过0.2 mol电子的电量时，Pb电极发生的反应为SO＋Pb－2e－===PbSO4，质量增加了96 g，D错误。

其他高效、环保型电池

[知识对接]

此类题目主要考查考生阅读相关材料、结合图示等综合分析的能力、知识的迁移应用能力，做题时注意提炼化合价变化、电极材料、电解质等关键信息。

[应用体验]

5．(双选)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(熔点－110 ℃、沸点78.8 ℃)是LiAlCl4－SOCl2，电池的总反应可表示为4Li＋2SOCl2===4LiCl＋S＋SO2。下列说法正确的是(　　)

A．该电池不能在寒冷地区正常工作

B．SOCl2分子的空间结构是平面三角形

C．该电池工作时，正极反应为2SOCl2＋4e－===4Cl－＋S＋SO2

D．该电池组装时，必须在无水无氧条件下进行

CD　解析：该电池可以在－110 ℃～78.8 ℃环境下正常工作，所以在寒冷地区可正常工作，故A错误；SOCl2分子的中心原子为S，其价层电子对数＝3＋(6－1×2－2×1)＝4，VSEPR模型为四面体形，中心原子上的孤电子对数＝(6－1×2－2×1)＝1，则SOCl2分子的空间结构为三角锥形，故B错误；根据电池的总反应4Li＋2SOCl2===4LiCl＋S＋SO2可知，Li在负极失去电子，SOCl2在正极得到电子，则正极反应为2SOCl2＋4e－===4Cl－＋S＋SO2，故C正确；Li是活泼金属，易与O2反应，也能与水反应，SOCl2遇水会发生反应：SOCl2＋H2O===SO2＋2HCl，因此该电池组装时，必须在无水无氧条件下进行，故D正确。

6．(2020·山东高考)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CH3COO－＋2H2O－8e－===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1 mol电子时，模拟海水理论上除盐58.5 g

D．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

B　解析：a极为负极，CH3COO－失电子被氧化成CO2和H＋，结合电荷守恒可得电极反应式为CH3COO－＋2H2O－8eˉ===2CO2↑＋7H＋，故A正确；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；当电路中转移1 mol电子时，根据电荷守恒可知，海水中会有1 mol Cl－移向负极，同时有1 mol Na＋移向正极，即除去1 mol NaCl，质量为58.5 g，故C正确；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8 mol电子时，正极产生4 mol气体，根据负极反应式可知负极产生2 mol气体，物质的量之比为4 mol∶2 mol＝2∶1，故D正确。

1．(2020·北京模拟)锌锰碱性干电池是依据原电池原理制成的化学电源。电池中负极与电解质溶液接触直接反应会降低电池的能量转化效率，称为自放电现象。

下列关于原电池和干电池的说法不正确的是(　　)

A．两者正极材料不同

B．MnO2的放电产物可能是KMnO4

C．两者负极反应式均为Zn失电子

D．原电池中Zn与稀硫酸存在自放电现象

B　解析：题中左图为干电池，干电池的正极材料是碳棒，题中右图为原电池，正极材料是铜单质，两者正极材料不同，A正确；干电池中MnO2应为氧化剂，Mn的化合价降低，B错误；所给装置中Zn为负极，Zn失去电子，C正确；根据自放电现象的定义，Zn与稀硫酸能够发生反应，即原电池中Zn与稀硫酸存在自放电现象，D正确。

2．(2021·保定模拟)(双选)新华网报道，我国固体氧化物燃料电池技术研发取得新突破。科学家利用该科技实现了H2S废气资源回收能量，并得到单质硫的原理如图所示。下列说法正确的是(　　)

A．电极a为电池负极

B．电路中每流过4 mol电子，正极消耗1 mol O2

C．电极b上的电极反应：O2＋4e－＋4H＋===2H2O

D．电极a上的电极反应：2H2S＋2O2－－2e－===S2＋2H2O

AB　解析：电极a是硫元素化合价升高，发生氧化反应，为电池负极，故A正确；电路中每流过4 mol电子，正极消耗1 mol O2，故B正确；电极b上的电极反应：O2＋4e－===2O2－，故C错误；电极a上的电极反应：2H2S＋2O2－－4e－===S2＋2H2O，故D错误。

3．(2020·全国卷Ⅰ)科学家近年发明了一种新型 Zn－CO2 水介质电池。电池示意图如图，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＋4OH－－2e－===Zn(OH)

B．放电时，1 mol CO2转化为HCOOH，转移的电子数为2 mol

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

D　解析：由题可知，放电时，CO2转化为HCOOH，即CO2发生还原反应，故放电时右侧电极为正极，左侧电极为负极，Zn发生氧化反应生成Zn(OH)；充电时，右侧为阳极，H2O发生氧化反应生成O2，左侧为阴极，Zn(OH)发生还原反应生成Zn。放电时，负极上Zn发生氧化反应，电极反应式为Zn－2e－＋4OH－===Zn(OH)，故A正确；放电时，CO2转化为HCOOH，C元素化合价由＋4价降低到＋2价，则1 mol CO2转化为HCOOH时，转移电子数为2 mol，故B正确，充电时，阳极上H2O转化为O2，负极上Zn(OH)转化为Zn，电池总反应为2Zn(OH)===2Zn＋O2↑＋4OH－＋2H2O，故C正确；充电时，正极即为阳极，电极反应式为2H2O－4e－===4H＋＋O2↑，溶液中H＋浓度增大，溶液中c(H＋)·c(OH－)＝KW，温度不变时，KW不变，因此溶液中OH－浓度降低，故D错误。