高考化学二轮复习高频考点提分精准突破专题05 高新电池原理及应用（2份打包，解析版+原卷版，可预览）

05 高新电池原理及应用提分精准突破

1.电化学和化学科学素养

电化学核心素养体现在“变化观念与平衡思想　证据推理与模型认知”。核心素养生成——通过两大电化学装置，体现化学反应过程中伴随着能量变化；通过电化学原理分析，做到科学论证，培养分析推理能力；通过构建新型电源和电解应用两大解题模型，形成模型认知素养；通过参与有关化学问题的社会实践，形成科学态度与社会责任素养。预测在2020高考中，以二次电池以及含有离子交换膜的电解池为背景的命题将成为热点题型，因为二次电池不仅实现电极材料循环使用，符合“低耗高效”的时代需求，而且命题角度丰富，便于同时考查原电池和电解池工作原理；含有离子交换膜的电解池设问空间大，便于考查考生的探究能力。

本专题包括七个高频微考点：

☆新型燃料电池综合考查

☆太阳能（生物、微生物）电池综合考查

☆新型可逆电池综合考查

☆其它新型电池综合考查

☆交换膜原理及应用的考查

☆电化学防腐原理及应用的考查

☆主观题陌生电化学综合考查

2. 电化学两大高频考点精准突破

☆燃料电池原理及应用综合分析

(1)燃料电池电极反应式书写四关键

①根据介质环境和共存原则，找出参与的介质粒子，确定最终产物。

②通入负极的物质为燃料，通入正极的物质为氧化性物质（常见氧气）。

③通过介质中离子的移动方向，可判断电池的正负极，同时考虑该离子参与靠近一极的电极反应。

④配平：根据电荷守恒、原子守恒配平电极反应式。

(2)燃料电池解题突破模板

☆可充电池原理及应用综合分析

解答可充电池问题的解题步骤：（以xMg＋Mo3S4MgxMo3S4。为例）

【例析】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

答案　C

【典例导引】

☆新型燃料电池综合考查

【典例1】[2019·衡水中学高三上学期期中考试]下图是采用新能源储能器件将CO2转化为固体产物，实现CO2的固定和储能灵活应用的装置。储能器件使用Li－CO2电池，组成为：钌电极/CO2饱和的LiClO4－DMSO电解液/锂片。下列说法不正确的是(　　)

A.Li－CO2电池的电解液由LiClO4和DMSO溶于水得到

B.CO2的固定中，每转移8 mol e－，生成6 mol气体

C.过程Ⅱ中化学能转化为电能

D.过程Ⅰ的钌电极的电极反应式为2Li2CO3＋C－4e－===4Li＋＋3CO2↑

☆太阳能（生物、微生物）电池综合考查

【典例2】 [2019·课标全国Ⅰ，12]利用生物燃料电池原理研究室温下氨的合成，电池工作时MV2＋/MV＋在电极与酶之间传递电子，示意图如图所示。下列说法错误的是(　　)

A.相比现有工业合成氨，该方法条件温和，同时还可提供电能

B.阴极区，在氢化酶作用下发生反应H2＋2MV2＋===2H＋＋2MV＋

C.正极区，固氮酶为催化剂，N2发生还原反应生成NH3

D.电池工作时质子通过交换膜由负极区向正极区移动

☆新型可逆电池综合考查

【典例3】 [2019·课标全国Ⅲ，13]为提升电池循环效率和稳定性，科学家近期利用三维多孔海绵状Zn(3DZn)可以高效沉积ZnO的特点，设计了采用强碱性电解质的3DZn—NiOOH二次电池，结构如图所示。电池反应为Zn(s)＋2NiOOH(s)＋H2O(l)ZnO(s)＋2Ni(OH)2(s)。

下列说法错误的是(　　)

A.三维多孔海绵状Zn具有较高的表面积，所沉积的ZnO分散度高

B.充电时阳极反应为Ni(OH)2(s)＋OH－(aq)－e－===NiOOH(s)＋H2O(l)

C.放电时负极反应为Zn(s)＋2OH－(aq)－2e－===ZnO(s)＋H2O(l)

D.放电过程中OH－通过隔膜从负极区移向正极区

☆其它新型电池综合考查

【典例4】[2019·天津理综，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

☆交换膜原理及应用的考查

【典例5】 [改编题]普通电解精炼铜的方法所制备的铜中仍含杂质，利用下面的双膜(阴离子交换膜和过滤膜)电解装置可制备高纯度的Cu。下列有关叙述中正确的是(　　)

A．电极a为粗铜，电极b为精铜

B．甲膜为过滤膜，可阻止阳极泥及漂浮物杂质进入阴极区

C．乙膜为阴离子交换膜，可阻止杂质阳离子进入阴极区

D．当电路中通过1 mol电子时，可生成32 g精铜

☆电化学防腐原理及应用的考查

【典例6】[2019·江苏化学，10]将铁粉和活性炭的混合物用NaCl溶液湿润后，置于如图所示装置中，进行铁的电化学腐蚀实验。下列有关该实验的说法正确的是(　　)

A．铁被氧化的电极反应式为Fe－3e－===Fe3＋

B．铁腐蚀过程中化学能全部转化为电能

C．活性炭的存在会加速铁的腐蚀

D．以水代替NaCl溶液，铁不能发生吸氧腐蚀

☆主观题陌生电化学综合考查

【典例7】[2019·课标全国Ⅱ，27(4)]环戊二烯可用于制备二茂铁[Fe(C5H5)2，结构简式为]，后者广泛应用于航天、化工等领域中。二茂铁的电化学制备原理如图所示，其中电解液为溶解有溴化钠(电解质)和环戊二烯的DMF溶液(DMF为惰性有机溶剂)。

⑴该电解池的阳极为________，总反应为_______________________。

⑵电解制备需要在无水条件下进行，原因为__________________。

【精准巩固】

1. [2020·山东省测试卷，13]利用小粒径零价铁（ZVI）的电化学腐蚀处理三氯乙烯，进行水体修复的过程如图所示。H+、O2、NO3_ 等共存物的存在会影响水体修复效果，定义单位时间内ZVI释放电子的物质的量为nt，其中用于有效腐蚀的电子的物质的量ne。下列说法错误的是

A．反应①②③④均在正极发生

B．单位时间内，三氯乙烯脱去a mol Cl时ne = a mol

C．④的电极反应式为NO3_ + 10H+ + 8e_ = NH4+ + 3H2O

D．增大单位体积水体中小微粒ZVI的投入量，可使nt增大

2. [2018·北京理综，12] 验证牺牲阳极的阴极保护法，实验如下(烧杯内均为经过酸化的3%NaCl溶液)。

下列说法不正确的是(　　)

A．对比②③，可以判定Zn保护了Fe

B．对比①②，K3[Fe(CN)6]可能将Fe氧化

C．验证Zn保护Fe时不能用①的方法

D．将Zn换成Cu，用①的方法可判断Fe比Cu活泼

3．[2019·课标全国Ⅲ，28(4)]在传统的电解氯化氢回收氯气技术的基础上，科学家最近采用碳基电极材料设计了一种新的工艺方案，主要包括电化学过程和化学过程，如图所示：

负极区发生的反应有_______________________            _____(写反应方程式)。电路中转移1 mol电子，需消耗氧气________L(标准状况)。

4. [2019·浙江4月选考，12]化学电源在日常生活和高科技领域中都有广泛应用。

下列说法不正确的是(　　)

A．甲：Zn2＋向Cu电极方向移动，Cu电极附近溶液中H＋浓度增加

B．乙：正极的电极反应式为Ag2O＋2e－＋H2O===2Ag＋2OH－

C．丙：锌筒作负极，发生氧化反应，锌筒会变薄

D．丁：使用一段时间后，电解质溶液的酸性减弱，导电能力下降

5. [2020·三明市上学期期末质量检测]某课题组以纳米Fe2O3作为电极材料制备锂离子电池(另一极为金属锂和石墨的复合材料)，通过在室温条件下对锂离子电池进行循环充放电，成功地实现了对磁性的可逆调控(如图)。下列说法正确的是(　　)

A.放电时，正极的电极反应式为Fe2O3＋6Li＋＋6e－===2Fe＋3Li2O

B.该电池可以用水溶液做电解质溶液

C.放电时，Fe作电池的负极，Fe2O3作电池的正极

D.充电完成后，电池被磁铁吸引

6. [2020·成都石室中学模拟，12]中国科学家用蘸墨汁书写后的纸张作为空气电极，设计并组装了轻型、柔性、能折叠的可充电锂空气电池如下左图，电池的工作原理如下右图。下列有关说法正确的是(　　)

A.放电时，纸张中的纤维素作为锂电池的负极

B.充电时，若阳极放出1 mol O2，则有4 mol e－回到电源正极

C.开关K闭合给锂电池充电，X为直流电源负极

D.放电时，Li＋由正极经过有机电解质溶液移向负极

7. [2020·湖南省九校4月联考]三元电池成为2018年我国电动汽车的新能源，其电极材料可表示为LixyzO2，且x＋y＋z＝1。充电时电池总反应式为LiNixCoyMnzO2＋6C(石墨)===Li1－aNixCoyMnzO2＋LiaC6，其电池工作原理如图所示，两极之间有一个允许特定的离子X通过的隔膜。下列说法正确的是(　　)

A．允许离子X通过的隔膜属于阴离子交换膜

B．充电时，A为阴极，Li＋被氧化

C．可从无法充电的废旧电池的石墨电极中回收金属锂

D．放电时，正极的电极反应式为Li1－aNixCoyMnzO2＋aLi＋＋ae－===LiNixCoyMnzO2

8. [2019·广东七校联合体第一次联考，13]我国科研工作者在锂硫电池的研究上取得重大突破。该电池的总反应是16Li＋S88Li2S，充放电曲线如图所示，下列说法不正确的是

A．充电时，电能转化为化学能

B．放电时，锂离子向正极移动

C．放电时，1 mol Li2S6转化为Li2S4得到2 mol e－

D．充电时，阳极总电极反应式是8S2－－16e－===S8

9. [2019·昆明市高三摸底调研，13]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a极移向b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

10. [2019·武汉市华中师范大学第一附属中学期中，7]下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

【精准提分】

1．[2019·江苏]氢气与氧气生成水的反应是氢能源应用的重要途径。下列有关说法正确的是

A．一定温度下，反应2H2(g)+O2(g) 2H2O(g)能自发进行，该反应的ΔH<0

B．氢氧燃料电池的负极反应为O2+2H2O+4e−4OH−

C．常温常压下，氢氧燃料电池放电过程中消耗11.2 L H2，转移电子的数目为6.02×1023

D．反应2H2(g)+O2(g) 2H2O(g)的ΔH可通过下式估算：

ΔH=反应中形成新共价键的键能之和−反应中断裂旧共价键的键能之和

2. [2018·课标全国Ⅱ，12]我国科学家研发了一种室温下“可呼吸”的Na－CO2二次电池。将NaClO4溶于有机溶剂作为电解液，钠和负载碳钠米管的镍网分别作为电极材料，电池的总反应为：3CO2＋4Na2Na2CO3＋C。下列说法错误的是(　　)

A.放电时，ClO向负极移动

B.充电时释放CO2，放电时吸收CO2

C.放电时，正极反应为：3CO2＋4e－===2CO＋C

D.充电时，正极反应为：Na＋＋e－===Na

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

4. [2020·厦门外国语学校上学期月考]《科学美国人》曾评出的十大创新科技之一的碳呼吸电池，电池原理如下图所示，已知草酸铝[Al2(C2O4)3]难溶于水，则下列说法正确的是(　　)

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.随着反应的进行草酸盐浓度不断减小

5. [(2020·泉州市下学期第一次质量检查] 某种浓差电池的装置如图所示，碱液室中加入电石渣浆液[主要成分为Ca(OH)2]，酸液室通入CO2(以NaCl为支持电解质)，产生电能的同时可生产纯碱等物质。下列叙述错误的是(　　)

A.电子由M极经外电路流向N极

B.N电极区的电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑

C.在碱液室可以生成NaHCO3、Na2CO3

D.放电一段时间后，酸液室溶液pH增大

6. [改编题]次磷酸(H3PO2)是一元弱酸，工业上可用如图所示装置电解NaH2PO2溶液制H3PO2(阳离子交换膜和阴离子交换膜分别只允许阳离子、阴离子通过)。下列说法正确的是(　　)

A．阳极室有H2生成

B．阴极室溶液pH减小

C．阳极室可能有H3PO4生成

D．原料室溶液pH保持不变

7. [2020·隆化县存瑞中学上学期期中考试]　某化学小组构想将汽车尾气(NO、NO2)转化为重要的化工原料HNO3，其原理如图所示，其中A、B为多孔材料，下列说法正确的是(　　)

A.电极A表面反应之一为NO2－e－＋H2O===NO＋2H＋

B.电极B附近的c(NO)增大

C.电解质溶液中电流的方向由B到A，电子的流向与之相反

D.该电池工作时，每转移4 mol电子，消耗22.4 L O2

8. [2019·北京理综，27(2)] ()氢能源是最具应用前景的能源之一，高纯氢的制备是目前的研究热点。可利用太阳能光伏电池电解水制高纯氢，工作示意图如图。通过控制开关连接K1或K2，可交替得到H2和O2。

①制H2时，连接________。产生H2的电极反应式是____________________。

②改变开关连接方式，可得O2。

③结合①和②中电极3的电极反应式，说明电极3的作用： _______________。

9. [2019·江西红色七校一联，13] 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，下列说法正确的是(　　)

A．HS－在硫氧化菌作用下转化为SO的反应为：HS－＋4H2O－8e－===SO＋9H＋

B．电子从b流出，经外电路流向a

C．如果将反应物直接燃烧，能量的利用率不会变化

D．若该电池电路中有0.4 mol电子发生转移，则有0.45 mol H＋通过质子交换膜

10. [2019·武汉市部分学校新高三调研，10] 某化学课外活动小组拟用铅蓄电池进行电絮凝净水的实验探究，设计的实验装置如图所示，下列叙述正确的是(　　)

A．Y极的电极反应：Pb－2e－===Pb2＋

B．铅蓄电池工作时SO向Y极移动

C．电解池中发生的反应仅有2Al＋6H2O2Al(OH)3＋3H2↑

D．每消耗103.5 g Pb，理论上电解池阴极上有0.5 mol H2生成