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文檔簡介
專題七突破新型化學電池(建議用時:45分鐘)1.(2021·福建廈門一中高二月考)科學家報道了一種新型可充電鈉電池,其工作原理如圖所示,下列說法錯誤的是()A.放電時,X極為負極B.充電時,Na+向Y極遷移C.電極材料中,單位質量金屬放出的電能:Na<LiD.放電時,Y極反應式為CaFeO3+Na++e-=CaFeO2.5+0.5Na2O【答案】B【解析】根據(jù)放電工作原理圖可知,放電時,X極上Na失電子發(fā)生氧化反應為負極,A正確;充電時,原電池的負極X電極連接電源的負極作陰極,則Na+向X極遷移,B錯誤;Na和Li都失1個電子,則電極材料中,單位質量金屬放出的電能:Na<Li,C正確;放電時,正極Y電極上發(fā)生還原反應:CaFeO3+Na++e-=CaFeO2.5+0.5Na2O,D正確。2.(2021·江蘇如皋校級月考)我國科學家研發(fā)了一種水系可逆Zn-CO2電池,將兩組陰離子、陽離子復合膜反向放置分隔兩室電解液,充電、放電時,復合膜層間的H2O解離成H+和OH-,工作原理如圖所示。下列說法正確的是()A.a(chǎn)膜是陰離子交換膜,b膜是陽離子交換膜B.放電時負極的電極反應式為Zn+4OH--2e-=Zn(OH)eq\o\al(2-,4)C.充電時多孔Pd納米片附近pH升高D.充電時Zn與外接直流電源正極相連,將電能轉化為化學能【答案】B【解析】復合膜中H2O解離成H+和OH-,根據(jù)圖中復合膜中H+通過a膜、OH-通過b膜可知,a膜是陽離子膜,b膜是陰離子膜,A錯誤;原電池放電時,Zn為負極、多孔Pd納米片為正極,負極上Zn失去電子生成Zn(OH)eq\o\al(2-,4),負極電極反應式為Zn+4OH--2e-=Zn(OH)eq\o\al(2-,4),B正確;原電池中Zn為負極、多孔Pd納米片為正極,充電時Zn為陰極、多孔Pd納米片為陽極,陽極上HCOOH發(fā)生失去電子的氧化反應生成CO2,電極反應式為HCOOH+2OH--2e-=CO2+2H2O,消耗OH-、多孔Pd納米片附近pH減小,C錯誤;原電池充電時為電解池,原電池的正極與外加電源正極相接,負極與外加電源負極相接,即充電時Zn與外接直流電源負極相連,D錯誤。3.(2021·安徽淮南市·高三二模)全固態(tài)鋰電池能量密度大,安全性能高引起大量研究者的興趣。一種以硫化物固體電解質的鋰-硫電池的工作示意圖如下。下列說法錯誤的是
A.Li和Li2S分別為電池的負極和正極B.電流由電極a經(jīng)導線、鋰電極,Li2S-P2S5固態(tài)電解質回到電極aC.電極a的反應為:S8+16e-+16Li+=8Li2SD.硫化物固體電解質在空氣中易發(fā)生反應,是實現(xiàn)電池實際應用的挑戰(zhàn)【答案】A【解析】A.根據(jù)電池結構可知,放電時Li失電子發(fā)生氧化反應,則Li是負極,電極a中的S8得電子生成Li2S,為正極,故A錯誤;B.由A可知,Li為負極,電極a為正極,電流由電極a經(jīng)導線、鋰電極,Li2S-P2S5固態(tài)電解質回到電極a,故B正確;C.電極a為正極,S8得電子生成Li2S,電極方程式為:S8+16e-+16Li+=8Li2S,故C正確;D.硫化物固體在空氣中易與氧氣反應生成二氧化硫,是實現(xiàn)電池實際應用的挑戰(zhàn),故D正確;故選A。4.(2021·廣東潮州市·高三二模)已知:電流效率=電路中通過的電子數(shù)與消耗負極失去電子總數(shù)之比?,F(xiàn)有兩個電池Ⅰ、Ⅱ,裝置如圖所示。下列說法正確的是()A.Ⅰ和Ⅱ的電池反應不同 B.Ⅰ和Ⅱ的能量轉化形式不同C.Ⅰ的電流效率低于Ⅱ的電流效率 D.放電一段時間后,Ⅰ、Ⅱ中都只含1種溶質【答案】C【解析】在電池Ⅰ中,金屬銅發(fā)生氧化反應而被腐蝕,負極反應式:Cu-2e-=Cu2+,正極上是Fe3++e-=Fe2+,電池Ⅱ的工作原理和電池Ⅰ相同,都是將化學能轉化為電能的裝置,采用了離子交換膜,可以減少能量損失。A.Ⅰ和Ⅱ的電池反應相同,故A錯誤;B.根據(jù)分析,Ⅰ和Ⅱ都為原電池,都是將化學能轉化為電能的裝置,故B錯誤;C.電池Ⅱ的工作原理和電池Ⅰ相同,都是將化學能轉化為電能的裝置,采用了離子交換膜,金屬銅和鐵離子之間不接觸,減少能量損失,Ⅰ的電流效率低于Ⅱ的電流效率,故C正確;D.根據(jù)分析,Ⅰ和Ⅱ的電池反應相同,根據(jù)電極反應,負極反應式:Cu?2e?=Cu2+,正極上是Fe3++e?=Fe2+,總反應為:2Fe3++Cu=Cu2++2Fe2+,放電一段時間后,Ⅰ、Ⅱ中都含2種溶質:氯化銅和氯化亞鐵,故D錯誤;答案選C。5.(2020·陜西榆林市·高三三模)2019年諾貝爾化學獎授予了鋰離子電池開發(fā)的三位科學家,一種高能LiFePO4電池多應用于公共交通,結構如圖所示。電池中間是聚合物的隔膜,其主要作用是在反應過程中只讓Li+通過,原理如下:(1-x)LiFePO4+xFePO4+LixCnLiFePO4+nC。下列說法錯誤的是A.放電時,Li+向正極移動B.放電時,電子由負極→用電器→正極C.充電時,陰極反應為xLi++nC+xe-=LixCnD.充電時,當溶液中通過1mole-時,陽極質量減小7g【答案】D【解析】A.放電時,該裝置為原電池,在原電池中,陽離子向正極移動,即Li+向正極移動,A正確;B.放電時,該裝置為原電池,在原電池中,電子由負極→用電器→正極,B正確;C.充電時,該裝置為電解池,左邊為陽極,右邊為陰極,陰極得電子,電極反應為xLi++nC+xe-=LixCn,C正確;D.充電時,該裝置為電解池,電子只在導線上傳遞,不會在溶液中傳遞,D錯誤;故選D。6.(2020·四川成都市·高三三模)有機一無機活性材料的液流電池具有能量密度大、環(huán)境友好等特點。其負極反應為Zn-2e-+4NH3·H2O=Zn(NH3)42++4H2O,以LiPF6為電解質,工作示意圖如圖。電池放電過程中,下列說法錯誤的是A.電子從負極經(jīng)外電路流向正極B.已知正極發(fā)生反應:+e-→,此過程為還原反應C.負極附近溶液pH會降低D.電解質溶液中的Li+自左向右移動【答案】D【解析】A.原電池中,還原劑在負極發(fā)生氧化反應,正極發(fā)生還原反應,電子經(jīng)外電路從負極流向正極,故A正確;B.原電池中,氧化劑在正極得電子發(fā)生還原反應,由題中信息可知,B正確;C.負極反應為Zn-2e-+4NH3·H2O=Zn(NH3)42++4H2O,消耗了一水合氨,電極附近堿性減弱,pH降低,故C正確;D.電解質中的陽離子由向正極遷移,即自右向左移動,故D錯誤;故答案為D。7.(2020·四川廣元市·廣元中學高三月考)如圖是一種新型燃料電池,O2-可在高溫條件下在固體氧化物電解質中自由移動,電極上產(chǎn)生的均為無毒無害的物質。下列說法正確的是A.電極甲為正極,發(fā)生氧化反應B.電池內(nèi)的O2-由電極甲移向電極乙C.電池總反應為N2H4+O2=N2+2H2OD.當甲電極上有32gN2H4消耗時,乙電極上有22.4LO2參與反應【答案】C【解析】A.反應生成物均為無毒無害的物質,負極上反應生成氮氣,則電池總反應為:N2H4+O2=N2+2H2O,電極甲發(fā)生氧化反應,是負極,故A錯誤;B.放電時,陰離子向負極移動,即O2-由電極乙移向電極甲,故B錯誤;C.反應生成物均為無毒無害的物質,負極上反應生成氮氣,則電池總反應為:N2H4+O2=N2+2H2O,故C正確;D.由電池總反應為:N2H4+O2=N2+2H2O可知,當甲電極上有1molN2H4消耗時,乙電極上有1molO2被還原,狀況不知,所以體積不一定是22.4LO2,故D錯誤;故選:C。8.(2021·平城區(qū)校級期中)國內(nèi)某科技研究小組首次提出一種新型的Li+電池體系,該體系正極采用含有I-、Li+的水溶液,負極采用固體有機聚合物,電解質溶液為LiNO3溶液,聚合物離子交換膜作為隔膜將液態(tài)正極和固態(tài)負極分隔開(原理示意圖如圖所示)。已知Ieq\o\al(-,3)在水溶液中為黃色,則下列有關判斷不正確的是()甲乙A.圖甲是電池充電工作原理圖,圖乙是原電池原理圖B.放電時,Li+從右向左通過聚合物離子交換膜C.放電時,負極的電極反應式為D.充電時,陽極液態(tài)電解質溶液的顏色變深【答案】C【解析】“電池的正極采用含有I-、Li+的水溶液,負極采用固體有機聚合物”,并且正極發(fā)生得電子的還原反應,負極發(fā)生失電子的氧化反應,則圖乙是原電池,甲是電池充電工作原理圖,A正確;放電時,電解質溶液中的陽離子由負極移向正極,即Li+從右向左通過聚合物離子交換膜,B正確;放電時,原電池負極發(fā)生失電子的氧化反應,不是得電子,C錯誤;充電時,陽極反應是原電池正極反應的逆反應,即陽極反應式為3I--2e-=Ieq\o\al(-,3),Ieq\o\al(-,3)在水溶液中為黃色,則充電時陽極液態(tài)電解質溶液的顏色變深,D正確。9.(2021·廣西南寧月考)以完全非碳的Pd包覆納米多孔金(NPG@Pd)為一體化催化劑的可再充Al-CO2電池示意圖如圖所示,其正極采用純CO2作為活性材料,放電時生成碳酸鋁和碳。下列說法錯誤的是()A.放電時,鋁箔失去電子生成Al3+,Al3+移向正極B.放電時,電流由正極經(jīng)負載、鋁箱、電解質,回到NPG@Pd電極C.充電時,陽極反應式為2Al2(CO3)3+3C-12e-=4Al3++9CO2↑D.電池放電和充電時的總反應式為2Al+6CO2Al(C2O4)3【答案】D【解析】該電池中Al電極為負極,納米多孔金電極為正極,負極反應式為Al-3e-=Al3+,放電時,陽離子移向正極,即鋁失去電子生成Al3+,Al3+移向正極,A正確;放電時Al電極為負極,納米多孔金電極為正極,電流由正極→負載→負極鋁箱→電解質→回到NPG@Pd電極,B正確;原電池放電時正極反應式為4Al3++9CO2+12e-=2Al2(CO3)3+3C,充電時為電解池,發(fā)生的反應為原電池的逆反應,即陽極反應式為2Al2(CO3)3+3C-12e-=4Al3++9CO2↑,C正確;Al-CO2電池放電時生成碳酸鋁和碳,不是生成草酸鋁,充電時碳酸鋁和碳反應生成鋁和二氧化碳,D錯誤。10.(2021·浙江寧波市·高三二模)可充電水系電池用鋅和催化劑材料作兩極,電池工作示意圖如下圖所示,其中雙極膜是由陽膜和陰膜制成的復合膜,在直流電場的作用下,雙極膜復合層間的電離出的和可以分別通過膜移向兩極。下列說法不正確的是A.放電時,電極a為負極,發(fā)生氧化反應B.放電時,b極的電極反應為:C.充電時,若電路中通過,則有轉化為D.充電時,水電離出的氫離子在陰極放電,陰極區(qū)溶液增大【答案】D【解析】A.放電時a作負極,故充電時應接電源的負極,發(fā)生氧化反應,故A正確;B.放電時,b極為正極,由圖中可知,二氧化碳在酸性條件下生成甲酸,電極反應為:,故B正確;C.充電時,,若電路中通過,則有轉化為,故C正確;D.充電時,水電離出的氫離子在陰極放電,多余的氫氧根離子會進入雙極膜復合層間,陰極區(qū)溶液不變,故D錯誤;故選D。11.(2020·全國卷Ⅲ)一種高性能的堿性硼化釩(VB2)-空氣電池如圖所示,其中在VB2電極發(fā)生反應:VB2+16OH--11e-=VOeq\o\al(3-,4)+2B(OH)eq\o\al(-,4)+4H2O。該電池工作時,下列說法錯誤的是()A.負載通過0.04mol電子時,有0.224L(標準狀況)O2參與反應B.正極區(qū)溶液的pH降低,負極區(qū)溶液的pH升高C.電池總反應為4VB2+11O2+20OH-+6H2O=8B(OH)eq\o\al(-,4)+4VOeq\o\al(3-,4)D.電流由復合碳電極經(jīng)負載、VB2電極、KOH溶液回到復合碳電極【答案】B【解析】由題給信息知VB2電極上發(fā)生失電子的氧化反應,則VB2電極為負極,復合碳電極為正極,正極發(fā)生還原反應,電極反應式為O2+4e-+2H2O=4OH-,電池總反應方程式為4VB2+11O2+20OH-+6H2O=8[B(OH)4]-+4VOeq\o\al(3-,4)。由上述分析知,正極的電極反應式為O2+4e-+2H2O=4OH-,則電路中通過0.04mole-時,正極有0.01molO2參加反應,其在標準狀況下的體積為0.224L,A項正確;由正、負極的電極反應式可知,該電池工作時,負極區(qū)溶液的pH降低,正極區(qū)溶液的pH升高,B項錯誤;由上述分析知,該電池的總反應方程式為4VB2+11O2+20OH-+6H2O=8[B(OH)4]-+4VOeq\o\al(3-,4),C項正確;電流與電子的流動方向相反,電流從正極出發(fā),沿負載流向負極,再經(jīng)過溶液最終回到正極,D項正確。12.(2020·山東等級考)微生物脫鹽電池是一種高效、經(jīng)濟的能源裝置,利用微生物處理有機廢水獲得電能,同時可實現(xiàn)海水淡化?,F(xiàn)以NaCl溶液模擬海水,采用惰性電極,用下圖裝置處理有機廢水(以含CH3COO-的溶液為例)。下列說法錯誤的是()A.負極反應為CH3COO-+2H2O-8e-=2CO2↑+7H+B.隔膜1為陽離子交換膜,隔膜2為陰離子交換膜C.當電路中轉移1mol電子時,模擬海水理論上除鹽58.5gD.電池工作一段時間后,正、負極產(chǎn)生氣體的物質的量之比為2∶1【答案】B【解析】根據(jù)題意,可得放電時的電極反應,負極(a極):CH3COO-+2H2O-8e-=2CO2↑+7H+,正極(b極):2H++2e-=H2↑,A項正確;該電池工作時,Cl-向a極移動,Na+向b極移動,即隔膜1為陰離子交換膜,隔膜2為陽離子交換膜,B項錯誤;電路中轉移1mol電子時,向a極和b極分別移動1molCl-和1molNa+,則模擬海水理論上可除鹽58.5g,C項正確;電池工作時負極產(chǎn)生CO2,正極產(chǎn)生H2,結合正、負極的電極反應知,一段時間后,正極和負極產(chǎn)生氣體的物質的量之比為2∶1,D項正確。13.近年科學家提出“綠色自由”構想??茖W家研究了其它轉化溫室氣體的方法,利用下圖所示裝置可以將轉化為氣體燃料CO,該裝置工作時,N電極的電極反應式為______;若反應開始前交換膜兩側溶液質量相同,反應產(chǎn)生lmol氧氣時,膜兩側溶液質量差為______g?!敬鸢浮?2【解析】該裝置中,根據(jù)電子流向知,M是負極,發(fā)生,N是正極,正極上發(fā)生得電子的還原反應,電極反應式為;反應產(chǎn)生lmol氧氣時,轉移4mol電子,且由M極經(jīng)質子交換膜流向N極,則轉移,即M極消耗,質量減少36g,N極生成2mol水,質量增大36g,膜兩側溶液質量差為72g,故答案為:;72。14.(2021·江西南昌高三摸底)為驗證反應Fe3++AgFe2++Ag+,利用如圖電池裝置進行實驗。(1)由Fe2(SO4)3固體配制500mL0.1mol·L-1Fe2(SO4)3溶液,需要的儀器有膠頭滴管、量筒、燒杯、玻璃棒、500mL容量瓶、(填寫名稱);在燒杯中溶解固體時,先加入一定體積的稀溶液,攪拌后再加入一定體積的水。(2)電流表顯示電流由銀電極流向石墨電極。可知,鹽橋中的陽離子進入電極溶液中。(3)根據(jù)(2)實驗結果,可知石墨電極的電極反應式為_____________________,銀電極的電極反應式
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