專題09-新型化學電源(湖南專用)(解析版)

專題09新型化學電源【母題來源】2021年高考湖南卷第10題【母題題文】鋅溴液流電池是一種先進的水溶液電解質(zhì)電池，廣泛應(yīng)用于再生能源儲能和智能電網(wǎng)的備用電源等。三單體串聯(lián)鋅溴液流電池工作原理如圖所：

下列說法錯誤的是A．放電時，N極為正極B．放電時，左側(cè)貯液器中的濃度不斷減小C．充電時，M極的電極反應(yīng)式為D．隔膜允許陽離子通過，也允許陰離子通過【答案】B【試題解析】由圖可知，放電時，N電極為電池的正極，溴在正極上得到電子發(fā)生還原反應(yīng)生成溴離子，電極反應(yīng)式為Br2+2e—=2Br—，M電極為負極，鋅失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)生成鋅離子，電極反應(yīng)式為Zn—2e—=Zn2+，正極放電生成的溴離子通過離子交換膜進入左側(cè)，同時鋅離子通過交換膜進入右側(cè)，維持兩側(cè)溴化鋅溶液的濃度保持不變；充電時，M電極與直流電源的負極相連，做電解池的陰極，N電極與直流電源的正極相連，做陽極。A．由分析可知，放電時，N電極為電池的正極，故A正確；B．由分析可知，放電或充電時，左側(cè)儲液器和右側(cè)儲液器中溴化鋅的濃度維持不變，故B錯誤；C．由分析可知，充電時，M電極與直流電源的負極相連，做電解池的陰極，鋅離子在陰極上得到電子發(fā)生還原反應(yīng)生成鋅，電極反應(yīng)式為Zn2++2e—=Zn，故C正確；D．由分析可知，放電或充電時，交換膜允許鋅離子和溴離子通過，維持兩側(cè)溴化鋅溶液的濃度保持不變，故D正確；故選B。【命題意圖】考查電化學原理的應(yīng)用，考查新情境下電解池和原電池的工作原理及應(yīng)用，很好的落實了宏觀辨識與微觀探析、證據(jù)推理與模型認知、科學精神與社會責任等學科素養(yǎng)。明確電解池過程、原電池過程、圖示中的物質(zhì)轉(zhuǎn)化是解題的關(guān)鍵。【命題方向】電化學是歷年高考的重要考點之一，考查的內(nèi)容為：提供電極材料和電解質(zhì)溶液判斷能否形成原電池，原電池電極名稱判斷及電極反應(yīng)式的書寫，提供反應(yīng)方程式設(shè)計原電池、電解池（包括電鍍池、精煉池），根據(jù)電解時電極質(zhì)量或溶液pH的變化判斷電極材料或電解質(zhì)種類，電解產(chǎn)物的判斷和計算，結(jié)合圖像考查電極質(zhì)量或電解質(zhì)溶液質(zhì)量分數(shù)的變化。展望2022年高考化學試題呈現(xiàn)仍然會以我國化學領(lǐng)域最近取得的重大創(chuàng)新科研成果為載體考查考生的必備知識和關(guān)鍵能力，考查社會主義核心價值觀個人層面的愛國精神，落實了立德樹人的教育根本任務(wù)?！镜梅忠c】一、必備知識(一)原電池的工作原理(如鋅?銅原電池可用簡圖表示)總反應(yīng)離子方程式為Zn+2H+=Zn2++H2↑1．電極(1)負極：失去電子，發(fā)生氧化反應(yīng)；(2)正極：得到電子，發(fā)生還原反應(yīng)。2．電子定向移動方向和電流方向(1)電子從負極流出經(jīng)外電路流入正極；(2)電流從正極流出經(jīng)外電路流入負極；故電子定向移動方向與電流方向正好相反。3．離子移動方向陰離子向負極移動(如SOeq\o\al(2－,4))，陽離子向正極移動(如Zn2+和H+，溶液中H+在正極上得電子形成氫氣在銅片上冒出)。[提醒]①電解質(zhì)溶液中陰、陽離子的定向移動，與導線中電子的定向移動共同組成了一個完整的閉合回路。②無論在原電池中還是在電解池中，電子均不能通過電解質(zhì)溶液。(二)單液原電池(無鹽橋)和雙液原電池(有鹽橋)名稱單液原電池雙液原電池裝置相同點正、負極電極反應(yīng)，總反應(yīng)式，電極現(xiàn)象不同點還原劑Zn與氧化劑Cu2+直接接觸，既有化學能轉(zhuǎn)化為電能，又有化學能轉(zhuǎn)化為熱能，造成能量損耗Zn與氧化劑Cu2+不直接接觸，僅有化學能轉(zhuǎn)化為電能，避免了能量損耗，故電流穩(wěn)定，持續(xù)時間長[提醒]鹽橋的作用：使整個裝置構(gòu)成通路，代替兩溶液直接接觸；平衡電荷；提高電池效率。(三)電極反應(yīng)式的書寫1．八種新型電池的電極反應(yīng)式鋅銀電池總反應(yīng)：Ag2O+Zn+H2O2Ag+Zn(OH)2正極Ag2O+H2O+2e?=2Ag+2OH?負極Zn+2OH??2e?=Zn(OH)2鋅空氣電池總反應(yīng)：2Zn+O2+4OH?+2H2O=2Zn(OH)eq\o\al(2－,4)正極O2+4e?+2H2O=4OH?負極eq\a\vs4\al(Zn＋4OH－－2e－=ZnOH\o\al(2－,4))鎳鐵電池總反應(yīng)：NiO2+Fe+2H2OFe(OH)2+Ni(OH)2正極NiO2+2e?+2H2O=Ni(OH)2+2OH?負極Fe?2e?+2OH?=Fe(OH)2高鐵電池總反應(yīng)：3Zn+2FeOeq\o\al(2－,4)+8H2O3Zn(OH)2+2Fe(OH)3+4OH?正極FeOeq\o\al(2－,4)+3e?+4H2O=Fe(OH)3+5OH?負極Zn?2e?+2OH?=Zn(OH)2鎳鎘電池總反應(yīng)：Cd+2NiOOH+2H2OCd(OH)2+2Ni(OH)2正極NiOOH+H2O+e?=Ni(OH)2+OH?負極Cd?2e?+2OH?=Cd(OH)2Mg-H2O2電池總反應(yīng)：H2O2+2H++Mg=Mg2++2H2O正極H2O2+2H++2e?=2H2O負極Mg?2e?=Mg2+Mg-AgCl電池總反應(yīng)：Mg+2AgCl=2Ag+Mg2++2Cl?正極2AgCl+2e?=2Ag+2Cl?負極Mg?2e?=Mg2+鈉硫蓄電池總反應(yīng)：2Na2S2+NaBr3Na2S4+3NaBr正極NaBr3+2e?+2Na+=3NaBr負極2Na2S2?2e?=Na2S4+2Na+2．新型化學電源中電極反應(yīng)式的書寫三步驟(四)電解池裝置分析1．電解池的工作原理(陽極為惰性電極)2．電解池中陰、陽極判斷的五種方法3．電解池的電極反應(yīng)及其放電順序(1)陽離子在陰極上的放電順序：Ag+＞Hg2+＞Fe3+＞Cu2+＞H+(酸)＞Pb2+＞Fe2+＞Zn2+＞H+(水)。(2)陰離子在陽極上的放電順序：S2?＞I?＞Br?＞Cl?＞OH?。4．惰性電極電解電解質(zhì)溶液的類型電解類型電解質(zhì)實例溶液復(fù)原物質(zhì)電解水NaOH、H2SO4或Na2SO4水電解電解質(zhì)HCl或CuCl2原電解質(zhì)放氫生堿型NaClHCl氣體放氧生酸型CuSO4或AgNO3CuO或Ag2O5.析氫腐蝕和吸氧腐蝕的比較類型析氫腐蝕吸氧腐蝕條件水膜呈酸性水膜呈弱酸性或中性正極反應(yīng)2H++2e?=H2↑O2+2H2O+4e?=4OH?負極反應(yīng)Fe?2e?=Fe2+其他反應(yīng)Fe2++2OH?=Fe(OH)2↓4Fe(OH)2+O2+2H2O=4Fe(OH)3Fe(OH)3失去部分水轉(zhuǎn)化為鐵銹6.金屬腐蝕快慢的判斷方法(1)金屬腐蝕類型的差異電解原理引起的腐蝕＞原電池原理引起的腐蝕＞化學腐蝕＞有防護腐蝕措施的腐蝕。(2)電解質(zhì)溶液的影響①對同一金屬來說，腐蝕的快慢(濃度相同)：強電解質(zhì)溶液＞弱電解質(zhì)溶液＞非電解質(zhì)溶液。②對同一種電解質(zhì)溶液來說，電解質(zhì)濃度越大，腐蝕越快。(3)活潑性不同的兩金屬活潑性差別越大，腐蝕越快。7．金屬電化學保護的“兩種方法”二、解題技巧1.原電池中正極、負極判斷的5種方法2.不同介質(zhì)下對電極反應(yīng)式書寫的影響不同介質(zhì)下電池電極反應(yīng)式的書寫，對大多數(shù)考生來說是個難點。下面以CH3OH燃料電池為例，分析電極反應(yīng)式的書寫。酸性介質(zhì)CH3OH在負極上失去電子生成CO2氣體，電極反應(yīng)為CH3OH?6e?+H2O=CO2+6H+，O2在正極上得到電子，在酸性介質(zhì)中生成H2O，電極反應(yīng)為O2+4H++4e?=2H2O堿性介質(zhì)CH3OH在負極上失去電子，在堿性條件下生成COeq\o\al(2－,3)：CH3OH?6e?+8OH?=COeq\o\al(2－,3)+6H2O；O2在正極上得到電子生成OH?：O2+2H2O+4e?=4OH?熔融碳酸鹽介質(zhì)在電池工作時，COeq\o\al(2－,3)移向負極，CH3OH在負極上失去電子，在COeq\o\al(2－,3)的作用下生成CO2氣體：CH3OH+3COeq\o\al(2－,3)?6e?=4CO2+2H2O；O2在正極上得到電子，在CO2的作用下生成COeq\o\al(2－,3)：O2+2CO2+4e?=2COeq\o\al(2－,3)摻雜Y2O3的ZrO2固體作電解質(zhì)在高溫下能傳導O2?，根據(jù)O2?移向負極，在負極上CH3OH失電子生成CO2氣體：CH3OH+3O2??6e?=CO2+2H2O；而O2在正極上得電子生成O2?：O2+4e?=2O2?3.以“本”為本破解陌生電化學裝置(1)燃料電池的遷移應(yīng)用教材裝置eq\o(→,\s\up7(遷移))高考裝置圖示原理負極H2?2e?=2H+(氧化反應(yīng))H2+CO+2COeq\o\al(2－,3)?4e?=3CO2+H2O(氧化反應(yīng))正極eq\f(1,2)O2+2H++2e?=H2O(還原反應(yīng))2CO2+O2+4e?=2COeq\o\al(2－,3)(還原反應(yīng))總反應(yīng)H2+eq\f(1,2)O2=H2OH2+CO+O2=CO2+H2O(2)二次電池的遷移應(yīng)用教材裝置eq\o(→,\s\up7(遷移))高考裝置圖示原理放電負極：Pb(s)+SOeq\o\al(2－,4)(aq)?2e?=PbSO4(s)(氧化反應(yīng))負極：Zn(s)+2OH?(aq)?2e?=ZnO(s)+H2O(l)(氧化反應(yīng))正極：PbO2(s)+4H+(aq)+SOeq\o\al(2－,4)(aq)+2e?=PbSO4(s)+2H2O(l)(還原反應(yīng))正極：NiOOH(s)+H2O(l)+e?=Ni(OH)2(s)+OH?(aq)(還原反應(yīng))充電陰極：PbSO4(s)+2e?=Pb(s)+SOeq\o\al(2－,4)(aq)(還原反應(yīng))陰極：ZnO(s)+H2O(l)+2e?=Zn(s)+2OH?(aq)(還原反應(yīng))陽極：PbSO4(s)+2H2O(l)?2e?=PbO2(s)+4H+(aq)+SOeq\o\al(2－,4)(aq)(氧化反應(yīng))陽極：Ni(OH)2(s)+OH?(aq)?e?=NiOOH(s)+H2O(l)(氧化反應(yīng))總反應(yīng)Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4(aq)2PbSO4(s)+2H2O(l)Zn(s)+2NiOOH(s)+H2O(l)ZnO(s)+2Ni(OH)2(s)(3)電解裝置的遷移應(yīng)用教材裝置eq\o(→,\s\up7(遷移))高考裝置圖示原理陰極Cu2++2e?=Cu(還原反應(yīng))2H2O+2e?=2OH?+H2↑(還原反應(yīng))陽極2Cl??2e?=Cl2↑(氧化反應(yīng))I?+6OH??6e?=IOeq\o\al(－,3)+3H2O(氧化反應(yīng))總反應(yīng)Cu2++2Cl?eq\o(=,\s\up7(電解))Cu+Cl2↑I?+3H2O=IOeq\o\al(－,3)+3H2↑(4)電化學防護的遷移應(yīng)用教材裝置eq\o(→,\s\up7(遷移))高考裝置圖示1．（2021·湖南高三其他模擬）鎂貨源儲量豐富價格低廉：可充放電有機電解液鎂電池模型如圖，它具有較高的離子電導率、可充放電、對環(huán)境友好的優(yōu)點，原電池反應(yīng)為4Mg+2MnO2=MgMn2O4，已知電量Q與電流強度I和通電時間t之間滿足關(guān)系：Q=It。下列表述錯誤的是A．放電時，r—MnO2參與正極反應(yīng)B．放電時，Mg2+向正極移動，電子從Mg電極經(jīng)導線流向MnO2電極C．充電時，陽極反應(yīng)式為MgMn2O4-2e-=2MnO2+Mg2+D．電池在電流強度為0.5A時工作5min，理論消耗Mg0.14g(F=96500C?mol-1)【答案】D【分析】原電池反應(yīng)為4Mg+2MnO2=MgMn2O4，Mg在負極失電子，在正極反應(yīng)中得電子，充電時，陽極反應(yīng)式為，陰極：?！驹斀狻緼．放電時為原電池根據(jù)題所給原電池反應(yīng)可知，在反應(yīng)中得電子，參與正極反應(yīng)，A正確；B．原電池中陽離子移向正極，電流方向與電子移動方向相反，電子從負極經(jīng)過導線流向正極，B正確；C．充電時，陽極發(fā)生氧化反應(yīng)，結(jié)合原電池反應(yīng)可知，陽極反應(yīng)式為，C正確；D．電流強度，工作時間為，，，轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量為，則消耗Mg的質(zhì)量為，D錯誤。故選D。2．（2021·湖南邵陽市·高三其他模擬）一種新型電池的工作原理如圖所示。該電池工作時，下列說法錯誤的是A．Pt/C電極為負極，質(zhì)子通過交換膜從負極區(qū)移向正極區(qū)B．正極發(fā)生還原反應(yīng)，電極反應(yīng)為：NO＋4H＋＋3e－＝NO↑＋2H2OC．反應(yīng)池中發(fā)生總反應(yīng)4NO＋3O2＋2H2O＝4HNO3，實現(xiàn)HNO3再生D．理論上，當消耗22.4L(標準狀況下)H2時，會消耗1molO2【答案】D【分析】新型電池工作時H2被氧化，通入H2的Pt/C電極為負極，電極反應(yīng)為H2-2e-=2H+，HNO3被還原，碳氈電極應(yīng)為原電池的正極，電極反應(yīng)式為NO+4H++3e-═NO↑+2H2O，原電池工作時，H+通過質(zhì)子交換膜移向正極，反應(yīng)池中NO、O2反應(yīng)生成HNO3，反應(yīng)池中總反應(yīng)4NO+3O2+2H2O═4HNO3，從而實現(xiàn)了HNO3再生?！驹斀狻緼．通入H2的Pt/C電極上H2失去電子生成H+，則通入H2的Pt/C電極為負極，碳氈電極應(yīng)為原電池的正極，質(zhì)子通過交換膜從負極區(qū)移向正極區(qū)，故A正確；B．碳氈電極應(yīng)為原電池的正極，HNO3被還原，正極發(fā)生還原反應(yīng)，電極反應(yīng)為：NO＋4H＋＋3e－＝NO↑＋2H2O，故B正確；C．反應(yīng)池中NO、O2反應(yīng)生成HNO3，反應(yīng)池中發(fā)生總反應(yīng)4NO＋3O2＋2H2O＝4HNO3，生成的HNO3循環(huán)使用，實現(xiàn)HNO3再生，故C正確；D．該電池中，負極反應(yīng)為H2-2e-=2H+，正極反應(yīng)式NO+4H++3e-═NO↑+2H2O，所以消耗22.4L（標準狀況下）H2時，轉(zhuǎn)移電子2mol，生成molNO，反應(yīng)池中總反應(yīng)4NO+3O2+2H2O═4HNO3，則消耗O2的物質(zhì)的量×=0.5mol，故D錯誤；故選D。3．（2021·湖南高三二模）十九大報告中提出要“打贏藍天保衛(wèi)戰(zhàn)”意味著對大氣污染防治比過去要求更高。硫化氫—空氣質(zhì)子交換膜燃料電池實現(xiàn)了發(fā)電、環(huán)保的有效結(jié)合，已知：。下列說法正確的是

A．電極b上發(fā)生的電極反應(yīng)為B．電極a發(fā)生還原反應(yīng)C．每11.2LH2S參與反應(yīng)，有1molH+經(jīng)固體電解質(zhì)膜進入正極區(qū)D．當電極a的質(zhì)量增加64g時電池內(nèi)部釋放632kJ的熱能【答案】A【詳解】A.該電池是質(zhì)子固體做電解質(zhì)，所以電極反應(yīng)式為，選項A正確；B.電極a為負極，發(fā)生氧化反應(yīng)，選項B錯誤；C.未指明標準狀況下，無法計算H2S的物質(zhì)的量，選項C錯誤；D.反應(yīng)由化學能轉(zhuǎn)化為電能，電池內(nèi)部釋放的熱能小于632kJ，選項D錯誤。答案選A。4．（2021·湖南高三其他模擬）COOH燃料電池的裝置如下圖，兩電極間用允許K+和H+通過的半透膜隔開。下列說法錯誤的是

A．電池工作時，電子由a電極經(jīng)外電路流向b電極B．負極的電極反應(yīng)式為HCOO-+2OH-_2e-=HCO+H2OC．理論上每消耗標準狀況下22.4LO2，有2molK+通過半透膜D．通入O2發(fā)生的反應(yīng)為4Fe2++4H++O2=4Fe3++2H2O【答案】C【分析】左側(cè)是HCOO-轉(zhuǎn)化為，C元素化合價升高，失去電子，發(fā)生氧化反應(yīng)，a是負極；右側(cè)是Fe3+轉(zhuǎn)化為Fe2+，化合價降低，得到電子，發(fā)生還原反應(yīng)，b是正極?！驹斀狻緼．池工作時，電子由a電極（負極）電極經(jīng)外電路流向b電極（正極），A項正確；B．負極是HCOO-轉(zhuǎn)化為，電極反應(yīng)式為：HCOO-+2OH-_2e-=HCO+H2O，B項正確；C．，每消耗標準狀況下22.4LO2，O2的物質(zhì)的量為1mol，轉(zhuǎn)移電子4mol，應(yīng)有4molK+通過半透膜，C項錯誤；D．通入O2發(fā)生的反應(yīng)為4Fe2++4H++O2=4Fe3++2H2O，D項正確；答案選C。5．（2021·江西撫州市·臨川一中高三其他模擬）濃度差電池是指電池內(nèi)物質(zhì)變化僅是由一物質(zhì)由高濃度變成低濃度且過程伴隨著吉布斯自由能轉(zhuǎn)變成電能的一類電池。如圖所示的濃度差電池示意圖，下列有關(guān)說法正確的是A．a(chǎn)極為原電池的負極B．c為Cu2+交換膜C．電流計為0時，兩極的CuSO4濃度相等D．轉(zhuǎn)移1mol電子時，右池增重48g【答案】C【分析】左側(cè)硫酸銅溶液濃度大，所以左側(cè)發(fā)生Cu2++2e-=Cu，發(fā)生還原反應(yīng)為正極，右側(cè)硫酸銅溶液濃度小，所以右側(cè)發(fā)生Cu-2e-=Cu2+，發(fā)生氧化反應(yīng)為負極?！驹斀狻緼．根據(jù)分析可知a極為原電池正極，A錯誤；B．左側(cè)消耗Cu2+，右側(cè)生成Cu2+，為了平衡電荷，左側(cè)的SO需遷移到右側(cè)，所以c為陰離子交換膜，B錯誤；C．根據(jù)濃度差電池的定義可知當兩室硫酸銅溶液濃度相等時，將不再產(chǎn)生電流，C正確；D．轉(zhuǎn)移1mol電子時，右池生成0.5molCu2+，左側(cè)遷移到右側(cè)0.5molSO，所以右池增重即0.5molCuSO4的質(zhì)量，為0.5mol×160g/mol=80g，D錯誤；綜上所述答案為C。6．（2021·安徽）某科研小組設(shè)計了一種新型雙微生物燃料電池裝置，如圖所示。在a極將生活污水中的有機物(以C6H12O6為例)轉(zhuǎn)化為CO2，b極將酸性工業(yè)廢水中的硝酸鹽轉(zhuǎn)化為N2。下列說法不正確的是A．a(chǎn)電極反應(yīng)式為：C6H12O6-24e-+6H2O=6CO2↑+24H+B．若b極產(chǎn)生了4.48L(已換算為標準狀況)的氣體，則穿過質(zhì)子交換膜進入左室的H+數(shù)目為2NAC．電池工作時，電流由b極經(jīng)負載流向a極，再經(jīng)兩電解質(zhì)溶液回到b極D．若用該電池對鉛蓄電池進行充電，b極接PbO2極【答案】B【分析】a電極上C6H12O6被氧化為CO2，發(fā)生氧化反應(yīng)，所以為負極；b電極上NO被還原為N2，發(fā)生還原反應(yīng)，所以為正極?！驹斀狻緼．a(chǎn)電極上C6H12O6被氧化為CO2，電解質(zhì)溶液顯酸性，所以電極反應(yīng)為C6H12O6-24e-+6H2O=6CO2↑+24H+，A正確；B．標況下4.48L氮氣為0.2mol，b電極反應(yīng)為2NO+10e-+12H+=N2↑+6H2O，所以轉(zhuǎn)移2mol電子，有2NA個H+向正極區(qū)移動，即向右側(cè)移動，B錯誤；C．電池工作時，電流由正極經(jīng)負載流向負極，再經(jīng)兩電解質(zhì)溶液回到b極，C正確；D．鉛蓄電池放電時PbO2被還原為正極，則充電時為陽極，需與外接電源的正極相連，所以b極接PbO2極，D正確；綜上所述答案為B。7．（2021·黑龍江哈爾濱市·哈爾濱三中高三其他模擬）中國科學院大連化物所的研究團隊創(chuàng)新性提出鋅碘單液流電池的概念，實現(xiàn)鋅碘單液流中電解液的利用率近100%，其原理如圖所示。下列說法正確的是A．放電時A電極反應(yīng)式為：Zn2++2e-=ZnB．放電時電解質(zhì)儲罐中離子總濃度減小C．M為陰離子交換膜，N為陽離子交換膜D．充電時A極增重65g，C區(qū)增加離子數(shù)為2NA【答案】C【詳解】A．放電時A電極是負極，A極反應(yīng)式為：Zn-2e-=Zn2+，故A錯誤；B．放電時，A區(qū)發(fā)生反應(yīng)Zn-2e-=Zn2+，C區(qū)Cl-進入A區(qū)，所以電解質(zhì)儲罐中離子總濃度增大，故B錯誤；C．放電時，C區(qū)Cl-進入A區(qū)、K+進入B區(qū)，所以M為陰離子交換膜，N為陽離子交換膜，故C正確；D．充電時A極增重65g，A區(qū)發(fā)生反應(yīng)Zn2++2e-=Zn，電路中轉(zhuǎn)移2mol電子，根據(jù)電荷守恒，2molCl-自A區(qū)進入C區(qū)，2molK+自B區(qū)進入C區(qū)，C區(qū)增加離子數(shù)為4NA，故D錯誤；選C。8．（2021·廣東佛山市·石門中學高三其他模擬）研究HCOOH燃料電池性能的裝置如圖所示，兩電極區(qū)間用允許K+、H+通過的離子交換膜隔開，下列說法錯誤的是A．該燃料電池的總反應(yīng)方程式為：HCOOH+Fe3+=CO2↑+H2OB．放電過程中，K+向右移動C．放電過程中需要補充的物質(zhì)A為H2SO4D．電池負極電極反應(yīng)式為：HCOO-+2OH--2e-=+H2O【答案】A【詳解】A．該裝置是燃料電池，因此總方程式為2HCOOH+O2+2OH-=2+2H2O，選項A錯誤；B．根據(jù)圖示，該燃料電池加入HCOOH的一端為負極，通入O2的一端為正極，因此放電時K+向正極移動，即向右移動，選項B正確；C．在正極一端發(fā)生的反應(yīng)為O2+4Fe2++4H+=4Fe3++2H2O，需要消耗H+，且排出K2SO4，可推出需要補充的物質(zhì)A為H2SO4，選項C正確；D．根據(jù)圖示，負極的電極反應(yīng)式為：HCOO-+2OH--2e-=+H2O，選項D正確。答案選A。9．（2021·天津高三一模）近日，南開大學陳軍院士團隊以KSn合金為負極，以含羧基多壁碳納米管(MWCNTs—COOH)為正極催化劑構(gòu)建了可充電K—CO2電池(如圖所示)，電池反應(yīng)為4KSn+3CO22K2CO3+C+4Sn，其中生成的K2CO3附著在正極上。該成果對改善環(huán)境和緩解能源問題具有巨大潛力。下列說法正確的是

A．放電時，電子由KSn合金經(jīng)酯基電解質(zhì)流向MWCNTs—COOHB．電池每吸收22.4LCO2，電路中轉(zhuǎn)移4mole-C．充電時，陽極電極反應(yīng)式為：C-4e-+2K2CO3=3CO2↑+4K+D．為了更好的吸收溫室氣體CO2，可用適當濃度的KOH溶液代替酯基電解質(zhì)【答案】C【詳解】A．放電時，KSn合金作負極，MWCNTs-COOH作正極，在內(nèi)電路中電流由負極流向正極，選項A錯誤；B．氣體未指明狀況，無法根據(jù)體積確定其物質(zhì)的量，選項B錯誤；C．充電時，陽極發(fā)生氧化反應(yīng)，電極反應(yīng)為C-4e-+2K2CO3=3CO2↑+4K+，選項C正確；D．若用KOH溶液代替酯基電解質(zhì)，則KOH會與正極上的MWCNTs-COOH發(fā)生反應(yīng)，因此不能使用KOH溶液代替酯基電解質(zhì)，選項D錯誤；答案選C。10．（2021·天津高三一模）鋅電池具有價格便宜、比能量大、可充電等優(yōu)點。一種新型鋅電池的工作原理如圖所示(凝膠中允許離子生成或遷移)。下列說法正確的是A．放電過程中，向a極遷移B．充電過程中，b電極反應(yīng)為：Zn2++2e-=ZnC．充電時，a電極與電源正極相連D．放電過程中，轉(zhuǎn)移0.4mole-時，a電極消耗0.4molH+【答案】C【詳解】A．放電過程中，a為正極，b極為負極，溶液中陽離子移向正極，陰離子移向負極，所以放電過程中，向b極遷移，A項錯誤；B．充電過程中b電極得到電子發(fā)生還原反應(yīng)，由于在堿性環(huán)境中Zn以形式存在，則充電過程中,b電極應(yīng)為:+2e-=Zn+4OH-，B項錯誤；C．由圖示可知，充電時，a電極失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，即a電極與電源正極相連，C項正確；D．放電過程中b電極為負極，其電極反應(yīng)式為Zn+4OH--2e-=，a極為正極，則其電極反應(yīng)式為,MnO2+4H++2e-=Mn2++2H2O，所以放電過程中，轉(zhuǎn)移0.4mole-時，a電極消耗0.8molH+，D項錯誤；答案選C。11．（2021·四川德陽市·高三二模）鋅鈰液流二次電池，放電工作原理如圖所示。下列說法正確的是

A．充電時，b極發(fā)生還原反應(yīng)B．放電時，溶液中離子由b極向a電極方向移動C．放電時，電池的總離子反應(yīng)方程式為Zn+2Ce4+=Zn2++2Ce3+D．充電時，當a極增重3.25g時，通過交換膜的離子為0.05mol【答案】C【分析】根據(jù)圖示，充電時a極得電子，發(fā)生還原反應(yīng)，b極失電子，發(fā)生氧化反應(yīng)；放電時，a極為負極，失電子，發(fā)生氧化反應(yīng)，b極為正極，得電子，發(fā)生還原反應(yīng)；【詳解】A．充電時，b極失電子，為陽極，發(fā)生氧化反應(yīng)，A錯誤；B．放電時，a極失電子，b極得電子，為平衡電荷，氫離子由質(zhì)子交換膜從a到b，故溶液中離子由a電極向b電極方向移動，B錯誤；C．根據(jù)分析可知a電極Zn被氧化成Zn2+，為負極，b電極Ce4+被還原成Ce3+，為正極，故電池的總離子反應(yīng)方程式為Zn+2Ce4+=Zn2++2Ce3+，C正確；D．充電時，a電極發(fā)生反應(yīng)Zn2++2e-=Zn，增重3.25g，即生成0.05molZn，轉(zhuǎn)移電子為0.1mol，交換膜為質(zhì)子交換膜，只允許氫離子通過，所以有0.1molH+通過交換膜以平衡電荷，D錯誤；答案選C。12．（2021·四川巴中市·高三一模）近年來鉀離子電池的研發(fā)受到廣泛重視。一種“搖椅式”鉀離子電池原理如圖所示。電池反應(yīng)為：K(1-x)FePO4+KxC8KFePO4+8C，下列敘述錯誤的是A．放電時，a極是正極B．充電時，若x=1/3，則a極材料中n(Fe2+)：n(Fe3+)=1：2C．充電時，b極反應(yīng)式：xK++xe-+8C=KxC8D．放、充電時，圖中箭頭所示為K+的移動方向，形同“搖椅”【答案】B【分析】根據(jù)總反應(yīng)，放電過程為原電池反應(yīng)，總反應(yīng)為：K1-xFePO4+KxC8KFePO4+8C，陽離子K+移向正極，則a極為正極，b極為負極，負極電極反應(yīng)為：KxC8-xe-=xK++8C，正極電極反應(yīng)為：K1-xFePO4+xK++xe-=KFePO4；充電過程為電解池，根據(jù)總反應(yīng)KFePO4+8CK1-xFePO4+KxC8，a極為陽極，電極反應(yīng)：KFePO4-xe-=K1-xFePO4+xK+，b極為陰極，電極反應(yīng)：xK++xe-+8C=KxC8，據(jù)此分析解題?！驹斀狻緼．放電時為原電池反應(yīng)，陽離子K+脫離負極表面進入電解質(zhì)溶液中，移向正極，則a極為正極，A正確；

B．充電時為電解池，若x=，根據(jù)化合價的代數(shù)和為0，設(shè)Fe2+的物質(zhì)的量為a，F(xiàn)e3+的物質(zhì)的量為b個，則a+b=1，根據(jù)化合價的代數(shù)和為0，正化合價之和為(1-)+2a+3a，PO43-的負化合價為-3價，即(1-)+2a+3a+(-3)=0，解得a=，b=，所以K1-xFePO4中的n(Fe2+)：n(Fe3+)=2：1，B錯誤；

C．由分析得出充電時，b極反應(yīng)式為：xK++xe-+8C=KxC8，C正確；

D．放電過程為原電池反應(yīng)，陽離子K+移向正極，充電過程為電解池，陽離子K+移向陰極，則圖中箭頭所示為K+的移動方向，形同“搖椅”，D正確。13．（2021·云南昆明市·高三三模）某興趣小組利用電化學原理降解酸性廢水中的NO，裝置如圖所示。下列說法正確的是

A．Pt電極可用Cu電極代替B．負極反應(yīng)式為：2NO+10e-+12H+=N2+6H2OC．溶液中電子通過質(zhì)子交換膜由Ag電極向Pt電極移動D．若外電路轉(zhuǎn)移lmol電子，則膜兩側(cè)電解液質(zhì)量共減少38.3g【答案】D【分析】由裝置示意圖中可知Pt電極上NO轉(zhuǎn)化為N2，發(fā)生還原反應(yīng)，故Pt電極為正極，則Ag電極為負極，發(fā)生的電極反應(yīng)為：Cl-+Ag-e-=AgCl↓，據(jù)此分析解題。【詳解】A.由于Cu比Ag活潑，故Pt電極不可用Cu電極代替，否則Cu直接與酸性條件下的NO反應(yīng)，不構(gòu)成原電池，A錯誤；B.根據(jù)原電池中負極發(fā)生氧化反應(yīng)，正極發(fā)生還原反應(yīng)，故負極反應(yīng)式為：Cl-+Ag-e-=AgCl↓，而2NO+10e-+12H+=N2+6H2O是正極反應(yīng)式，B錯誤；C.由分析可知，Pt電極是正極，Ag為負極，故溶液中H+通過質(zhì)子交換膜由Ag電極向Pt電極移動，電子只能在導線上定向移動而不能通過溶液，C錯誤；D.根據(jù)電池的總反應(yīng)可知，10Ag+10Cl-+12H++2NO=10AgCl↓+N2+6H2O，轉(zhuǎn)移10mol電子兩極質(zhì)量減少：（10×35.5+28）g，故若外電路轉(zhuǎn)移lmol電子，則膜兩側(cè)電解液質(zhì)量共減少38.3g，D正確；故答案為：D。14．（2021·四川涼山彝族自治州·高三三模）Al-H2O2電池是一種新型電池，已知H2O2是一種弱酸，在強堿性溶液中以HO形式存在?，F(xiàn)以Al-H2O2為電源(如甲池所示，電池總反應(yīng)為2Al+3HO=2AlO+OH-+H2O)，電解處理有機質(zhì)廢水(如乙池所示)。下列說法正確的是A．電池工作時，甲池、乙池用導線連接的順序為a連c，b連dB．電池工作一段時間后甲池中pH值減小C．乙池工作時，質(zhì)子將從B電極室移向A電極室D．若B電極上轉(zhuǎn)化1.5molCO2，則甲池中溶解4molAl【答案】D【詳解】A．根據(jù)電池總反應(yīng)2Al+3HO=2AlO+OH-+H2O，Al發(fā)生氧化反應(yīng)，a是負極、b是正極。根據(jù)乙池中B電極CO2→CH4，C元素化合價降低發(fā)生還原反應(yīng)，B是陰極、A是陽極；所以電池工作時，甲池、乙池用導線連接的順序為a連d，b連c，故A錯誤；B．電池正反應(yīng)是2Al+3HO=2AlO+OH-+H2O，反應(yīng)生成OH-，工作一段時間后甲池中pH值增大，故B錯誤；C．乙池中B電極CO2→CH4，C元素化合價降低發(fā)生還原反應(yīng)，B是陰極、A是陽極；乙池工作時，陽離子移向陰極，質(zhì)子將從A電極室移向B電極室，故C錯誤；D．B電極CO2→CH4，C元素化合價由+4降低為-4，若B電極上轉(zhuǎn)化1.5molCO2，電路中轉(zhuǎn)移12mol電子，根據(jù)電子守恒，甲池中溶解4molAl，故D正確；選D。15．（2021·福建省福州第一中學高三其他模擬）科學家預(yù)言，被稱為“黑金”的“新材料之王石墨烯”將“徹底改變21世紀”。我國關(guān)于石墨烯的專利總數(shù)世界排名第一。如圖是我國研發(fā)的某種石墨烯電池有關(guān)原理示意圖，左邊裝置工作時的電極反應(yīng)為Li1-xC6+xLi++xe-=LiC6，Li[GS/Si]O2-xe-=Li1-x[GS/Si]O2+xLi+。下列說法錯誤的是A．a(chǎn)與d電極上發(fā)生的反應(yīng)類型相同B．左右兩個裝置中的離子交換膜均為陽離子交換膜C．電池放電時，正極反應(yīng)為Li1-x[GS/Si]O2+xLi++xe-=Li[GS/Si]O2D．若裝置工作前c與d電極質(zhì)量相等，則轉(zhuǎn)移0.1mol電子后兩個電極質(zhì)量相差0.7g【答案】D【詳解】A．由裝置圖可推出a為陰極，b為陽極，c為負極，d為正極，a與d電極.上均發(fā)生還原反應(yīng)，故A正確；B．從裝置圖中可以看出，為保持溶液呈電中性，離子交換膜允許Li+通過，應(yīng)該使用陽離子交換膜，故B錯誤；C．d電極為正極，其電極反應(yīng)相當于充電時陽極反應(yīng)的逆過程，根據(jù)題千中信息可知，正極(d電極)反應(yīng)為：Li1-x[GS/Si]O2+xLi++xe-=Li[GS/Si]O2，故C錯誤；D．若裝置工作前c與d電極質(zhì)量相等，則根據(jù)電極反應(yīng)，轉(zhuǎn)移0.1mol電子時，c極減少0.1molLi+，質(zhì)量減少0.7g,d極增加0.1molLi+，質(zhì)量增大0.7g，兩個電極質(zhì)量相差1.4g，故D錯誤；故答案為D。16．（2021·廣東汕頭市·金山中學高三三模）如圖為某二次電池充電時的工作原理示意圖，該過程可實現(xiàn)鹽溶液的淡化。下列說法錯誤的是A．放電時，負極反應(yīng)式為：Bi-3e-+H2O+Cl-=BiOCl+2H+B．放電時，每生成1molBi消耗1.5molNa3Ti2(PO4)3C．充電時，a極為電源正極D．充電時，電解質(zhì)溶液的pH變小【答案】A【詳解】A．由圖可知：充電時，Bi電極上，Bi失電子生成BiOCl，該反應(yīng)式為Bi+Cl-+H2O-3e-=BiOCl+2H+，選項所給為充電的陽極反應(yīng)，故A錯誤；B．放電時，Bi為正極，BiOCl得電子發(fā)生還原反應(yīng)，每生成1molBi轉(zhuǎn)移3mol電子，而負極上Na3Ti2(PO4)3轉(zhuǎn)化為Ti2(PO4)3失去2mol電子，由電子守恒可知每生成1molB，消耗1.5molNa3Ti2(PO4)3，故B正確；

C．由圖可知：充電時，Bi電極上，Bi失電子生成BiOCl，該反應(yīng)式為Bi+Cl-+H2O-3e-=BiOCl+2H+，則Bi為陽極，所以a為電源正極，故C錯誤；D．由圖可知：陽極反應(yīng)為Bi+Cl-+H2O-3e-=BiOCl+2H+，電解時有H+生成，故電解質(zhì)溶液pH減小，故D正確；故答案：A。17．（2021·濟南市·山東師范大學附中高三其他模擬）一種可充電鋰-空氣電池如圖所示。當電池放電時，O2與Li+在多孔碳材料電極處生成Li2O2-x(x=0或1)。下列說法正確的是A．多孔碳材料能增大與氧氣的接觸面積，有利于氧氣發(fā)生氧化反應(yīng)B．放電時，電子的移動方向為：鋰電極—外電路—多孔碳材料電極—電解質(zhì)—鋰電極C．充電時，電池總反應(yīng)為Li2O2-x=2Li+(1-)O2D．可使用含Li+的電解質(zhì)水溶液【答案】C【分析】由題意知，鋰電極為負極，多孔碳材料電極為正極，放電時負極反應(yīng)為Li-e-=Li+，正極反應(yīng)為(2-x)O2+4Li+=2Li2O2-x(x=0或1)，電池總反應(yīng)為2Li+(1-)O2=Li2O2-x，據(jù)此分析解答。【詳解】A．根據(jù)圖示和上述分析，放電時電池的正極O2與Li+得電子轉(zhuǎn)化為Li2O2-x，發(fā)生的是還原反應(yīng)，故A錯誤；B．多孔碳材料電極為正極，電子應(yīng)該由鋰電極通過外電路流向多孔碳材料電極(由負極流向正極)，電解質(zhì)中離子作定向移動，故B錯誤；C．根據(jù)圖示和上述分析，放電時電池總反應(yīng)為2Li+(1-)O2=Li2O2-x，充電的反應(yīng)與放電的反應(yīng)相反，所以為Li2O2-x=2Li+(1-)O2，故C正確；D．Li能與水反應(yīng)，故不能用水溶液作電解質(zhì)溶液，故D錯誤；答案選C。18．（2021·西藏拉薩市·高三二模）鎂-銻液態(tài)金屬電池是新型二次電池，白天利用太陽能給電池充電，夜晚電池可以給外電路供電。該電池利用液體密度不同，在重力作用下分為三層，工作時中間層熔融鹽的組成及濃度不變，工作原理如圖所示。下列有關(guān)說法錯誤的是A．放電時，Cl-向上層方向移動B．放電時，Mg(液)層的質(zhì)量減小。C．充電時，Mg-Sb(液)層作陰極D．充電時，陰極的電極反應(yīng)式為Mg2++2e-=Mg【答案】C【分析】根據(jù)電流方向可知放電時Mg作負極、Mg-Sb作正極，則充電時Mg為陰極，Mg-Sb為陽極?！驹斀狻緼．放電時為原電池，陰離子向負極移動，Cl-向上層方向移動，A正確；B．放電時Mg(液)層為負極，電極反應(yīng)Mg-2e-=Mg2+，產(chǎn)生的Mg2+移向中間層，質(zhì)量減小，B正確；C．放電時Mg-Sb作正極發(fā)生還原反應(yīng)，則充電時發(fā)生氧化反應(yīng)，為陽極，C錯誤；D．放電時Mg作負極，發(fā)生反應(yīng)電極反應(yīng)Mg-2e-=Mg2+，則充電時為陰極，電極反應(yīng)式為Mg2++2e-=Mg，D正確；綜上所述答案為C。19．（2021·江西撫州市·臨川一中高三其他模擬）羥基自由基(?OH)是自然界中氧化性僅次于氟的氧化劑。我國科學家設(shè)計了一種能將苯酚氧化為CO2、H2O的原電池—電解池組合裝置(如圖)，該裝置能實現(xiàn)發(fā)電、環(huán)保二位一體。下列說法錯誤的是A．電池工作時，b電極附近pH減小B．a(chǎn)極每有1molCr2O參與反應(yīng)，通過質(zhì)子交換膜的H+數(shù)理論上有6NAC．d極區(qū)苯酚被氧化的化學方程式為C6H5OH+28?OH=6CO2↑+17H2OD．右側(cè)裝置中，每轉(zhuǎn)移0.7mole-，c、d兩極共產(chǎn)生氣體11.2L【答案】D【分析】a電極上Cr2O被還原為Cr(OH)3，所以a電極為原電池的正極，則d電極為電解池陽極，b為原電池的負極，c為電解池的陰極?！驹斀狻緼．電池工作時，b為負極，苯酚失電子被氧化為CO2，電極反應(yīng)式為C6H5OH-28e-+11H2O=6CO2↑+28H+，生成氫離子，所以pH減小，A正確；B．a(chǎn)電極上Cr2O被還原為Cr(OH)3，所以有1molCr2O參與反應(yīng)時轉(zhuǎn)移6mol電子，根據(jù)電荷守恒可知通過質(zhì)子交換膜的H+數(shù)理論上有6NA，B正確；C．羥基自由基對有機物有極強的氧化能力，苯酚被氧化為CO2、H2O，根據(jù)電子守恒和元素守恒可得化學方程式為C6H5OH+28?OH=6CO2↑+17H2O，C正確；D．未注明溫度和壓強，無法確定氣體體積，D錯誤；綜上所述答案為D。20．（2021·天津高三二模）一種“全氫電池”的工作原理如圖所示。下列說法正確的是A．電流方向是從吸附層M通過導線到吸附層NB．放電時，吸附層M發(fā)生的電極反應(yīng)：C．從右邊穿過離子交換膜向左邊移動D．“全氫電池”放電時的總反應(yīng)式為：【答案】B【分析】由工作原理圖可知，左邊吸附層M上氫氣失電子與氫氧根結(jié)合生成水，發(fā)生了氧化反應(yīng)為負極，電極反應(yīng)是H2-2e-+2OH-═2H2O，右邊吸附層N為正極，發(fā)生了還原反應(yīng)，電極反應(yīng)是2e-+2H+═H2，結(jié)合原電池中陽離子移向正極，陰離子移向負極解答該題。【詳解】A．由工作原理圖可知，左邊吸附層M為負極，右邊吸附層N為正極，則電流方向為從吸附層N通過導線到吸附層M，故A錯誤；B．左邊吸附層M為負極極，發(fā)生了氧化反應(yīng)，電極反應(yīng)是H2-2e-+2OH-=2H2O，故B正確；C．原電池中陽離子移向正極，陰離子移向負極，所以電解質(zhì)溶液中Na+向右正極移動，故C錯誤；D．負極電極反應(yīng)是H2-2e-+2OH-═2H2O，正極電極反應(yīng)是2e-+2H+═H2，電池的總反應(yīng)無氧氣參加，故D錯誤；故選：B。21．（2021·湖南衡陽市·高三二模）一種新型水介質(zhì)電池示意圖如下，電極材料為金屬鋅和選擇性催化材料。放電時，溫室氣體被轉(zhuǎn)化為儲氫物質(zhì)甲酸等，為解決“碳中和”和能源問題提供了一種新途徑。下列說法正確的是A．充電時，Zn電極連電源負極B．充電時，陽極區(qū)pH升高C．放電時，Zn在正極失去電子D．放電時，完全轉(zhuǎn)化為HCOOH時有轉(zhuǎn)移【答案】AD【分析】根據(jù)電池示意圖，電池放電時，右側(cè)CO2得到電子發(fā)生還原反應(yīng)生成HCOOH，作正極，負極Zn失去電子，電極反應(yīng)式為，電池充電時，為電解池，陽極H2O失去電子，電極反應(yīng)式為，陰極得到電子被還原為Zn。【詳解】A．充電時，轉(zhuǎn)化為Zn，化合價降低，發(fā)生還原反應(yīng)，作陰極，連接電源負極，A項正確；B．充電時，陽極H2O失去電子，電極反應(yīng)式為，生成，溶液pH減小，B項錯誤；C．放電時，轉(zhuǎn)化為，Zn失去電子，Zn作負極，C項錯誤；D．電池放電時，右側(cè)CO2得到電子發(fā)生還原反應(yīng)生成HCOOH，C的化合價由+4價降低至+2價，則完全轉(zhuǎn)化為HCOOH時有轉(zhuǎn)移，D項正確；答案選AD。22．（2021·湖南高三其他模擬）伏打電堆由幾組鋅和的圓板堆積而成，所有的圓板之間夾放著幾張鹽水泡過的布。如圖所示為最初的伏打電堆模型，由八組鋅和銀串聯(lián)組成的圓板堆積而成。下列說法正確的是A．當電路中轉(zhuǎn)移0.3mol電子時，消耗鋅板的總質(zhì)量為78gB．電池長時間工作后，中間的布上會有白色固體顆粒生成，該固體顆粒為AgOHC．該伏打電堆工作時，在鋅板附近會有Cl2放出D．該電池發(fā)生的反應(yīng)為吸氧腐蝕【答案】AD【分析】根據(jù)電極材料和電解質(zhì)成分可知，該電池的總反應(yīng)為空氣中的氧氣氧化Zn，放電時鋅為負極，電極反應(yīng)為Zn-2e-=Zn2+，銀作正極，氧氣得電子發(fā)生還原反應(yīng)，