2025届高考化学一轮总复习课时跟踪练35新型化学电源

这是一份2025届高考化学一轮总复习课时跟踪练35新型化学电源，共9页。

1.(2024·梅州模拟)热电池是高温熔融盐一次电池，在航空航天领域有广泛应用。该电池若采用 Li(Al)、Li(Si)等合金为电极，比纯锂安全性更好。某热电池的结构示意图如下，放电时，1 ml FeS2完全反应时得到4 ml电子。下列说法错误的是( )
A．电子流向：Li(Al)极→用电器→FeS2极
B．若1 ml Li0.9(Al)转化为Li0.08(Al)，则消耗FeS2的质量为98.4 g
C．正极的电极反应式为FeS2＋4Li＋＋4e－===Fe＋2Li2S
D．如果用Li(Si)替代Li(Al)，电极反应和电池反应都不变化
解析：选B。由题图可知，Li(Al)极为负极，FeS2极为正极，负极锂比铝活泼，放电时锂优先失电子生成锂离子，负极反应式为Li－e－===Li＋，正极反应式为FeS2＋4Li＋＋4e－===Fe＋2Li2S。电池放电时，电子由负极经外电路流向正极，即电子流向：Li(Al)极→用电器→FeS2极，A项正确；放电时，1 ml Li0.9(Al)转化为Li0.08(Al)的反应式为Li0.9(Al)－0.82e－===Li0.08(Al)＋0.82Li＋，正极反应式为FeS2＋4Li＋＋4e－===Fe＋2Li2S，当转移0.82 ml电子时，消耗0.205 ml FeS2，质量为 0.205 ml×120 g·ml－1＝24.6 g，B项错误；由分析可知，正极的电极反应式为FeS2＋4Li＋＋4e－===Fe＋2Li2S，C项正确；Li(Si)为负极，仍然是锂发生氧化反应，电极反应和电池反应都不变化，D项正确。
2.(2024·汕头阶段测试)科学家设计微生物原电池，用于处理废水(酸性)中的有机化合物及脱除硝态氮，工作原理示意图如下。下列有关该微生物电池的说法正确的是( )
A．电子由电极m转移到电极n
B．每生成1 ml CO2转移8 ml e－
C．电极m的电极反应式为2NO eq \\al(\s\up1(－),\s\d1(3)) ＋6H2O＋10e－===N2↑＋12OH－
D．H＋通过质子交换膜移向左侧极室
解析：选D。A．电极m上NO eq \\al(\s\up1(－),\s\d1(3)) 得电子生成N2，发生还原反应，电极m是正极，电极n是负极，电子由电极n经导线转移到电极m，故A错误；B．电极n上C6H12O6失电子生成CO2，碳元素化合价由0价升高到＋4价，每生成1 ml CO2转移4 ml e－，故B错误；C．质子交换膜只允许氢离子通过，电极m上NO eq \\al(\s\up1(－),\s\d1(3)) 得电子生成N2，电极反应式为2NO eq \\al(\s\up1(－),\s\d1(3)) ＋12H＋＋10e－===N2↑＋6H2O，故C错误；D．原电池中，阳离子移向正极，H＋通过质子交换膜移向左侧极室，故D正确。
3.一种新型AC/LiMn2O4电池体系，在快速启动、电动车等领域具有广阔应用前景。该电池采用尖晶石结构的LiMn2O4(可由Li2CO3和MnO2按物质的量之比1∶2反应合成)为正极，高比表面积活性炭AC(石墨颗粒组成)为负极，充、放电过程如下图所示。下列说法正确的是( )
A．合成LiMn2O4的过程中可能有H2产生
B．放电时，正极的电极反应为LiMn2O4＋xe－===Li1－xMn2O4＋xLi＋
C．充电时，AC极应与电源的负极相连
D．可以用Li2SO4水溶液作为电解质溶液
解析：选C。A．Li2CO3和MnO2按物质的量之比1∶2反应合成LiMn2O4，Mn元素化合价降低，根据得失电子守恒，氧元素化合价升高，可能有O2产生，故A错误；B．放电时，LiMn2O4为正极，AC极为负极，锂离子向正极移动，正极上Li1－xMn2O4得到电子发生还原反应，电极反应为Li1－xMn2O4＋xLi＋＋xe－===LiMn2O4，故B错误；C．放电时AC为负极，故充电时AC极应与电源的负极相连，故C正确；D．锂会和水反应，该电池体系应该采用有机溶剂作为电解质溶液，故D错误。
4.物质由高浓度向低浓度扩散而引发的一类电池称为浓差电池。如图是由Ag电极和硝酸银溶液组成的电池(c1A．Ag＋由交换膜右侧向左侧迁移
B．B电极为正极，发生氧化反应
C．若外电路通过0.1 ml电子，则右侧溶液减轻6.2 g
D．原电池的总反应是非氧化还原反应
解析：选D。工作时，A电极的质量不断减轻，故A电极为负极，发生氧化反应，B电极为正极，发生还原反应；由于装置中所用的隔膜为阴离子交换膜，所以NO eq \\al(\s\up1(－),\s\d1(3)) 由交换膜右侧向左侧迁移，故A、B错。若外电路通过0.1 ml电子，则右侧溶液中有0.1 ml NO eq \\al(\s\up1(－),\s\d1(3)) 向左侧迁移，0.1 ml Ag＋得到电子生成Ag，所以由
AgNO3 ～ e－
170 g 1 ml
17.0 g 0.1 ml
可知，若外电路通过0.1 ml电子，则右侧溶液减轻17.0 g，故C错。负极的电极反应式为Ag－e－===Ag＋，正极的电极反应式为Ag＋＋e－===Ag，总反应为非氧化还原反应，故D对。
5.微生物燃料电池能将污水中的乙二胺(H2NCH2CH2NH2)氧化成环境友好的物质，其工作原理示意图如下，a、b均为石墨电极。下列说法错误的是( )
A．a电极的电极反应为H2NCH2CH2NH2－16e－＋4H2O===2CO2↑＋N2↑＋16H＋
B．电池工作时质子通过质子交换膜由负极区向正极区移动
C．a电极上的电势比b电极上的电势低
D．电池工作时b电极附近溶液的pH保持不变
解析：选D。H2NCH2CH2NH2在a电极上失电子发生氧化反应，电极反应为H2NCH2CH2NH2－16e－＋4H2O===2CO2↑＋N2↑＋16H＋，A正确；原电池中，阳离子向正极移动，阴离子向负极移动，故电池工作时质子(H＋)通过质子交换膜由负极区向正极区移动，B正确；a电极为负极，b电极为正极，故a电极上的电势比b电极上的电势低，C正确；电池工作时，氧气在正极b上得电子发生还原反应，电极反应式为O2＋4e－＋4H＋===2H2O，H＋浓度减小，故b电极附近溶液的pH增大，D错误。
6.(2024·揭阳模拟)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( )
A．放电时，a电极的反应为I2Br－＋2e－===2I－＋Br－
B．放电时，溶液中离子的数目减少
C．充电时，b电极每增重0.65 g，溶液中有0.02 ml I－被氧化
D．充电时，a电极接外电源正极
解析：选B。根据题图可知，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多，B项错误；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 ml e－，根据各电极上转移电子数相同可知，溶液中有0.02 ml 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项正确。
7.微生物燃料电池是一种通过微生物降解污染物同步回收电能的处理系统，具有绿色、安全、碳排放量低的特点，其工作原理示意图如下。下列说法错误的是( )
A．石墨纤维电极为电池负极
B．电池工作时，Pt电极比石墨纤维电极电势低
C．正极反应：O2＋4e－＋4H＋===2H2O
D．放电过程中H＋从石墨纤维电极区通过质子交换膜移向Pt电极区
解析：选B。石墨纤维电极上有机化合物转化为CO2发生氧化反应，为负极，而Pt电极上O2转化为H2O发生还原反应，为正极。A．由分析可知，石墨纤维电极为负极，A项正确；B．电池工作时，正极电势(Pt)高于负极(石墨纤维)电势，B项错误；C．Pt电极为正极，电极反应为O2＋4e－＋4H＋===2H2O，C项正确；D．放电时，阳离子移向正极，所以H＋从石墨纤维电极区通过质子交换膜移向Pt电极区，D项正确。
8.双盐Mg-CS2电池由Li＋替代了Mg2＋在正极材料中的嵌入，解决了Mg2＋扩散缓慢、锂离子电池锂枝晶生长等问题，其充、放电过程如下图所示。下列说法错误的是( )
A．放电时，CS2电极的电势高于Mg电极的电势
B．放电时，每转移2 ml e－，正极质量减少14 g
C．充电时，若充电电压为2.0 V，可能造成电池性能衰减
D．充电时，充电电压为2.75 V时，阳极反应为C＋2Li2S－4e－===CS2＋4Li＋
解析：选B。由题图可知，放电时，Mg电极为负极，电极反应为Mg－2e－===Mg2＋，CS2电极为正极，电极反应为CS2＋4Li＋＋4e－===C＋2Li2S；充电时，Mg电极为阴极，CS2电极为阳极。A．放电时，Mg电极为负极，CS2电极为正极，正极的电势高于负极的电势，故CS2电极的电势高于Mg电极的电势，A正确；B．放电时，CS2电极为正极，电极反应为CS2＋4Li＋＋4e－===C＋2Li2S，每转移2 ml e－，正极质量增加2 ml×7 g/ml＝14 g，B错误；C．由题图可知，若充电电压为2.0 V，充电过程中C会转化为C3S4，放电时C3S4不能参与反应，故会造成电池性能衰减，C正确；D．由题图可知，充电电压为2.75 V，CS2电极为阳极，电极反应式为C＋2Li2S－4e－===CS2＋4Li＋，D正确。
[素养提升]
9.(2022·新高考辽宁卷)某储能电池的工作原理示意图如下。下列说法正确的是( )
A．放电时负极反应为Na3Ti2(PO4)3－2e－===NaTi2(PO4)3＋2Na＋
B．放电时Cl－透过多孔活性炭电极向CCl4中迁移
C．放电时每转移1 ml电子，理论上CCl4吸收 0.5 ml Cl2
D．充电过程中，NaCl溶液浓度增大
解析：选A。放电时负极反应为Na3Ti2(PO4)3－2e－===NaTi2(PO4)3＋2Na＋，正极反应为Cl2＋2e－===2Cl－；充电时阳极反应：2Cl－－2e－===Cl2↑，阴极反应为NaTi2(PO4)3＋2Na＋＋2e－===Na3Ti2(PO4)3。A．由上述分析可知，A正确；B．放电时，阴离子移向负极，即Cl－透过多孔活性炭电极向NaCl中迁移，B错误；C．由放电时正极反应可知，放电时每转移1 ml电子，理论上CCl4释放0.5 ml Cl2，C错误；D．充电过程中，阳极消耗氯离子，阴极消耗钠离子，NaCl溶液浓度减小，D错误。
10.(2024·广东六校联考)中性Zn/Fe液流电池由于安全、稳定、电解液成本低、容量高、使用领域广、循环使用寿命长等优点成为电化学储能热点技术之一。该电池的结构及工作原理如下图所示。下列说法正确的是( )
A．放电时，负极区离子数目增多
B．充电时，电极Y连接电源负极
C．放电时，当电极X减少6.5 g时，溶液中有0.2 ml K＋从电极X区通过离子交换膜进入电极Y区
D．充电时，阳极的电极反应式为[Fe(CN)6]3－－e－===[Fe(CN)6]4－
解析：选C。放电时Zn失去电子变为锌离子，结合Br－生成[ZnBr4]2－，电极X为负极，电极反应式为Zn－2e－＋4Br－===[ZnBr4]2－；电极Y为正极，电极反应式为[Fe(CN)6]3－＋e－===[Fe(CN)6]4－；充电时，电极Y连接电源正极，电极X连接电源负极。A．由分析可知，放电时负极的电极反应式为Zn－2e－＋4Br－===[ZnBr4]2－，故负极区溶液中离子数目减少，A错误；B．由分析可知，充电时，电极Y应该连接电源正极，B错误；C．由分析可知，放电时，当电极X减少 6.5 g 时，消耗1 ml Zn，转移0.2 ml电子，根据电解质溶液呈电中性，故溶液中有0.2 ml K＋从电极X区通过离子交换膜进入电极Y区，C正确；D．充电时，阳极的电极反应式为[Fe(CN)6]4－－e－===[Fe(CN)6]3－，D错误。
11.利用电解质溶液的浓度对电极电势的影响，可设计浓差电池。某热再生浓差电池的工作原理示意图如下，通入NH3时电池开始工作，左侧电极质量减小，右侧电极质量增大，中间A为阴离子交换膜，放电后可利用废热进行充电再生。已知：Cu2＋＋4NH3⇌[Cu(NH3)4]2＋。下列说法不正确的是( )
A．放电时，左侧电极发生氧化反应：Cu＋4NH3－2e－===[Cu(NH3)4]2＋
B．放电时，电池的总反应为Cu2＋＋4NH3===[Cu(NH3)4]2＋ ΔH＞0
C．放电时，NO eq \\al(\s\up1(－),\s\d1(3)) 经离子交换膜由右侧向左侧迁移
D．上述原电池的形成说明相同条件下，[Cu(NH3)4]2＋的氧化性比Cu2＋的弱
解析：选B。通入NH3时电池开始工作，左侧电极质量减小，故左侧电极为负极，电极反应为Cu＋4NH3－2e－===[Cu(NH3)4]2＋，右侧电极质量增加，故右侧电极为正极，电极反应为Cu2＋＋2e－===Cu，放电时电池的总反应为Cu2＋＋4NH3⇌[Cu(NH3)4]2＋，放电后可利用废热进行充电再生，故该反应为放热反应，ΔH＜0，A项正确、B项错误；A为阴离子交换膜，放电时NO eq \\al(\s\up1(－),\s\d1(3)) 经离子交换膜由右侧向左侧迁移，C项正确；负极电极反应中，Cu为还原剂，失电子，生成氧化产物[Cu(NH3)4]2＋，正极电极反应中，Cu2＋为氧化剂，相同条件下，氧化剂的氧化性强于氧化产物的氧化性，故氧化性：Cu2＋>[Cu(NH3)4]2＋，D项正确。
12.天津大学在光催化应用研究领域取得重大进展，下图是光催化微生物燃料电池的工作原理示意图：
已知：电极a在光激发条件下会产生电子(e－)、空穴(h＋)。下列说法错误的是( )
A．电极电势：电极a＞电极b
B．光激发时，光生电子会与O2结合，光生空穴会与电极b产生的电子结合
C．电极b的电极反应：(C6H10O5)n－24e－＋7nH2O===6nCO2↑＋24nH＋
D．电池工作一段时间后，右侧溶液pH保持不变(不考虑CO2的溶解)
解析：选C。A．(C6H10O5)n在电极b上失电子，转化为CO2和H＋，故电极b为负极，电极a为正极，正极的电极电势高于负极的电极电势，故电极电势：电极a>电极b，故A正确；B．根据已知信息可知，电极a在光激发条件下会产生电子(e－)、空穴(h＋)，光生电子会与O2结合生成H2O，光生空穴会与电极b产生的电子结合，故B正确；C．(C6H10O5)n在电极b上失电子生成CO2和H＋，根据得失电子守恒、电荷守恒，电极b的电极反应为(C6H10O5)n－24ne－＋7nH2O===6nCO2↑＋24nH＋，故C错误；D．根据电极反应，每转移24n ml电子，右侧溶液中生成24n ml H＋，同时会有24n ml H＋通过阳离子交换膜移向左侧溶液，故右侧溶液的pH保持不变，故D正确。
13.(2024·广州高三适应性测试)某新型可连续工作的锂液流电池的工作原理示意图如下。下列说法不正确的是( )
A．放电时，左侧Li＋浓度基本不变
B．充电时，电极B发生反应：2I eq \\al(\s\up1(－),\s\d1(3)) －2e－===3I2
C．当外电路电流为0时，再向储液罐中注入FeCl3/HCl，电池可快速充电，重新工作
D．充电时，电极A质量增加a g时，右侧共有 eq \f(a,7) ml K＋转移至左侧
解析：选D。由题图可知，放电时，电极A为原电池的负极，锂失去电子发生氧化反应生成锂离子，电极反应式为Li－e－===Li＋，电极B为正极，碘在正极得到电子发生还原反应生成I eq \\al(\s\up1(－),\s\d1(3)) ，电极反应式为3I2＋2e－===2I eq \\al(\s\up1(－),\s\d1(3)) ，正极室中阴离子电荷数增多，负极室生成的锂离子通过锂超离子导电隔膜由左向右移动，维持两边溶液电荷守恒；充电时，电极A与直流电源的负极相连，为阴极，电极B与直流电源的正极相连，为阳极。A项，由分析可知，放电时，左侧锂离子浓度基本保持不变，故A正确；B项，充电时，电极B为电解池的阳极，电极反应式为2I eq \\al(\s\up1(－),\s\d1(3)) －2e－===3I2，故B正确；C项，当外电路电流为0时，说明碘完全反应转化为I eq \\al(\s\up1(－),\s\d1(3)) ，再向储液罐中注入FeCl3/HCl，Fe3＋能将I eq \\al(\s\up1(－),\s\d1(3)) 氧化为单质碘，使碘在正极上放电，起到快速充电的作用，使电池重新工作，故C正确；D项，锂超离子导电隔膜只允许锂离子通过，不允许钾离子通过，故D错误。
14.(2024·惠州高三调研)全钒液流电池的工作原理示意图如下。下列说法不正确的是( )
A．放电时，负极反应为V2＋－e－===V3＋
B．充电时，阳极区pH降低
C．放电时，正极每消耗 2 ml H＋，负极区便有2 ml H＋通过质子交换膜移向正极区
D．电池总反应为VO eq \\al(\s\up1(＋),\s\d1(2)) ＋V2＋＋2H＋ eq \(,\s\up7(放电),\s\d8(充电)) VO2＋＋V3＋＋H2O
解析：选C。由题图可知，放电时，V2＋被氧化，N电极为负极，电极反应为V2＋－e－===V3＋，VO eq \\al(\s\up1(＋),\s\d1(2)) 被还原，M电极为正极，电极反应为 VO eq \\al(\s\up1(＋),\s\d1(2)) ＋e－＋2H＋===VO2＋＋H2O；充电时，N电极为阴极，电极反应为V3＋＋e－===V2＋，M电极为阳极，电极反应为VO2＋＋H2O－e－===VO eq \\al(\s\up1(＋),\s\d1(2)) ＋2H＋，电池总反应为VO eq \\al(\s\up1(＋),\s\d1(2)) ＋V2＋＋2H＋ eq \(,\s\up7(放电),\s\d8(充电)) VO2＋＋V3＋＋H2O。A．放电时，负极反应为V2＋－e－===V3＋，A正确；B．充电时，阳极反应为VO2＋－e－＋H2O=== VO eq \\al(\s\up1(＋),\s\d1(2)) ＋2H＋，氢离子浓度增大，pH降低，B正确；C．放电时，若转移1 ml电子，正极会消耗2ml H＋，但负极区有1 ml H＋通过质子交换膜移向正极区，C错误；D．电池总反应为VO eq \\al(\s\up1(＋),\s\d1(2)) ＋V2＋＋2H＋ eq \(,\s\up7(放电),\s\d8(充电)) VO2＋＋V3＋＋H2O，D正确。
15.三元锂离子电池因其具有更高的电压，更大的比容量而受到汽车行业青睐。一种三元锂离子电池(NCM)放电的原理如图所示，电池的总反应为LiNi1/3C1/3Mn1/3O2＋6C eq \(,\s\up7(充电),\s\d8(放电)) Li1－xNi1/3C1/3Mn1/3O2＋LixC6。下列说法正确的是( )
A．放电时，电极M为正极，发生还原反应
B．放电时，正极的电极反应为LixC6－e－===Li＋6C
C．充电时，阳极的电极反应为LiNi1/3C1/3Mn1/3O2－xe－===Li1－xNi1/3C1/3Mn1/3O2＋xLi＋
D．充电时，Li＋向电极N移动
解析：选C。根据电池的总反应LiNi1/3C1/3Mn1/3O2＋6C eq \(,\s\up7(充电),\s\d8(放电)) Li1－xNi1/3C1/3Mn1/3O2＋LixC6可知，放电时，负极反应为LixC6－xe－===xLi＋＋6C，正极反应为Li1－xNi1/3C1/3Mn1/3O2＋xLi＋＋xe－===LiNi1/3C1/3Mn1/3O2；充电时，阴极、阳极反应式与负极、正极反应式正好相反。A．放电时，电极M上发生的电极反应为LixC6－xe－===xLi＋＋6C，为原电池的负极，发生氧化反应，选项A错误；B．由上述分析可知，选项B错误；C．充电时，阳极的电极反应为LiNi1/3C1/3Mn1/3O2－xe－===Li1－xNi1/3C1/3Mn1/3O2＋xLi＋，选项C正确；D．充电时，Li＋向电解池的阴极即原电池的负极(电极M)移动，选项D错误。