高三化学化学反应原理专题练-54新型电池综合题

2022届高三化学大一轮复习化学反应原理专题练_54新型电池综合题一、单选题（本大题共14小题，共42分）氮化镓(GaN)与Cu可组成如图所示的人工光合系统，该装置能以CO2和H2O为原料合成CH4A.Cu电极上发生氧化反应

B.溶液中H+向GaN电极移动

C.该系统的功能是将化学能转化为电能

D.相同条件下，理论上产生的O2和CH近期，中科院上海硅酸盐研究所刘宇科研团队运用酸碱隔离力电解液和双溶解/沉积型电极反应构造一类新型水系电池。装置示意图如下，下列有关说法中正确的是(    )A.电解质溶液1和2可分别为NaOH溶液和浓盐酸

B.放电时双极隔膜中阴、阳离子分别向左、右移动

C.放电时正极反应为：MnO2-2e-纽扣电池可作计算器、电子表等的电源。有一种纽扣电池，其电极分别为Zn和Ag2O，用KOH溶液作电解质溶液，电池的总反应为Zn+Ag2O=2Ag+ZnOA.正极的电极反应为Ag2O+2e-+H2O=2Ag+2OH-

B.Zn极发生氧化反应，Ag2O极发生还原反应

C.DBFC燃料电池的结构如图，该电池的总反应为NaBH4+4A.X极为正极，电流经X流向外电路

B.Y极发生的还原反应为H2O2+2e-=2OH-

C.X极区溶液的pH逐渐减小锌空气燃料电池广泛用于铁路、航海灯标以及助听器中，其装置示意图如下图，下列说法错误的是(    )A.放电时，负极的电极反应式为2Zn+2OH--2e-=ZnO+H2O

B.放电时，K+向活性炭电极方向移动

C.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)。下列说法错误的是(A.放电时，负极的电极反应式为Li-e-=Li+

B.放电时，电子通过电解质从Li流向Fe2O3

据文献报道，一种新型的微生物脱盐电池的装置如图所示，关于该电池装置说法正确的是(

)A.该装置可以在高温下工作

B.X、Y依次为阳离子、阴离子选择性交换膜

C.该装置工作时，电能转化为化学能

D.负极反应为CH一种新型的锂-空气电池的工作原理如图所示，正确的是(    )A.电池总反应为4Li+O2+2H2O=4LiOH

B.可将有机电解液改为水溶液

C.金属锂作正极，发生氧化反应

D.氟离子电池是新型电池中的一匹黑马，其理论比能量高于锂电池。一种氟离子电池的工作原理如图所示。下列说法正确的是A.放电时，b是电源的正极

B.放电时，a极的电极反应为：LaSrMn

C.充电时，电极a接外电源的负极

D.可将含F-某甲烷燃料电池构造示意图如图，关于该电池的说法不正确的是(    )A.电解质溶液中Na+向b极移动

B.b极的电极反应是：O2+2H2O+4e-=4OH-化学家提出了一种新型的无负极锂硫电池，该电池分别用铜和含Li2S的碳纳米管(CNT)作为两极材料，其结构如图所示。相比传统锂硫电池，无负极锂硫电池具有装配简单、成本低、安全等优点，该电池要先充电使两极沉积Li和SA.未使用过的无负极锂硫电池不会产生自放电情况

B.放电时铜电极发生反应：Cu-2e-=Cu2+

C.充电时CNT电极发生反应：Li铜-空气燃料电池是一种“高容量、低成本”的新型电池。该电池通过一种复杂的铜腐蚀现象产生电力，其中放电过程的总反应式为2Li+Cu2O+H2O=2Cu+2Li++2OHA.通入空气时，铜表面腐蚀产生Cu2O

B.放电时，Li+通过固体电解质向Cu极移动

C.放电时，负极的电极反应式为科学家研发了一种绿色环保可充电“全氢电池”，其放电时工作原理如图所示，下列说法正确的是(    )A.“全氢电池”放电时，吸附层a发生的电极反应：H2-2e-=2H+

B.“全氢电池”放电时的总反应式为：2H2硼氢化物NaBH4(B元素的化合价为+3价)燃料电池(DBFC)，由于具有效率高、产物清洁无污染和燃料易于储存和运输等优点，被认为是一种很有发展潜力的燃料电池。其工作原理如图所示，下列说法正确的是A.电池的负极反应为BH4-+2H2O-8e-=BO2-+8H+

B.放电时，每转移2mol电子，理论上需要消耗9.5gNaBH4

二、简答题（本大题共9小题，共58分）据报道，摩托罗拉公司开发了一种以甲醇为原料，以KOH为电解质的用于的可充电的高效燃料电池，充一次电可连续使用一个月。某兴趣小组用如图模拟该电池工作原理。已知甲池的总反应式为：。请填空：

(1)充电时：①原电池的负极与电源______极相连。

②阳极的电极反应式为______。

(2)放电时：负极的电极反应式为______。

(3)某兴趣小组的同学用如图装置进行如下实验：在此过程中若完全反应，乙池中A极的质量升高648g，则甲池中理论上消耗O2的体积为______L。(标准状况下)

(4)已知常温时CuS的Ksp=1.3×10-36，向100mL 2×10-18mol⋅L-1的K2S直接甲醇燃料电池(DMFC)结构如图1所示。

(1)写出该电池放电时正极的电极反应式：______；放电时，H+向______极移动。(填“a”或“b”)

(2)当有1mol CH3OH完全氧化时转移电子数目为______；实际上由于甲醇的氧化过程可能不完全，往往有中间产物如HCOOH等化合物生成，写出生成HCOOH时的电极反应式：______。

(3)甲醇可以通过电解甲烷制备，装置如图2，电解液为含有NaCl、X的乙醇溶液。

已知：当电解发生时，阳极区发生如下过程：Cl-→Cl⋅→CH3Cl→CH3OH，电解池中阳极的材料是______(填“石墨”或“铁皮”)(1)已知1mol葡萄糖完全燃烧放热2800kJ。写出葡萄糖燃烧的化学反应方程式：______。现有72g葡萄糖(C6H12O6)与足量的氧气充分反应，共放热______kJ。

(2)以葡萄糖为燃料的微生物燃料电池结构示意图如图所示(电解质溶液为酸性)，试写出该电池的两极反应式：化学能在一定条件下可转化为电能。

(1)图A所示装置中，锌片是______。(填“正极”或“负极”)

(2)图A所示装置可将______(写化学方程式)释放的能量直接转化为电能，证明化学能转化为电能的实验现象是：铜片上有气泡产生、______。

(3)燃料电池已经开始应用于新能源汽车等领域，某氢氧燃料电池的原理如图B所示。下列说法正确的是______。(填序号)

①氧气是正极反应物

②总反应为2H2+O2=2H2O(1)CO2回收利用是科学研究的热点课题。已知几种物质的相对能量如下表。物质CCO(g)HH相对能量/kJ/mol---0计算反应CO2(g)+H2(g)⇌CO(g)+H2O(g)生成2mol CO时______(填“吸收”或“放出”)的热量是______kJ。

(2)中国科学院长春应用化学研究所在甲醇燃料电池技术方面获得新突破，组装出了自呼吸电池及主动式电堆，甲醇燃料电池的工作原理如图所示(电池总反应为：2CH3OH+3O2=2CO2+4H2O)

①该电池工作时，b口通入的物质为______，c口通入的物质为______人们应用原电池原理制作了多种电池以满足不同的需要。电池发挥着越来越重要的作用，如在宇宙飞船、人造卫星、电脑、照相机等，都离不开各式各样的电池，同时废弃的电池随便丢弃也会对环境造成污染。请根据题中提供的信息，回答下列问题：(1)研究人员最近发明了一种“水”电池，这种电池能利用淡水与海水之间含盐量的差别进行发电，在海水中电池反应可表示为：5Mn①该电池的负极反应式是______________________________；②在电池中，Na+不断移动到“水”电池的_______极(填“正”或“负”③外电路每通过4 mol电子时，生成Na2M(2)中国科学院应用化学研究所在甲醇(CH3OH②

该电池工作时，b口通入的物质为_______；②该电池负极的电极反应式__________________________________；③工作一段时间后，当6.4g甲醇完全反应生成CO2时，有_____燃料电池作为安全性能较好的一类化学电源得到了广泛的应用。可作燃料的物质有甲烷、肼(H2N-NH2)等，燃料电池结构如图所示。

(1)在常温下，甲烷的燃烧热△H为-890.31kJ/mol，写出甲烷燃烧的热化学方程式：______。

(2)若X溶液为NaOH溶液，Y发生氧化反应，则Y为______(填“甲烷”或“氧气”)，a电极的电极反应式为______。

(3)若用肼作燃料，负极的电极反应式为N2H4-4e-+4OH-=4H2O+N2↑。

①N2的电子式是______。

②根据上述肼的电极反应式，(1)为摆脱对石油的过度依赖，科研人员将煤液化制备汽油，并设计了汽油燃料电池，电池工作原理如图所示。一个电极通入氧气，另一电极通入汽油蒸气，电解质是掺杂了Y2O3的ZrO2晶体，它在高温下能传导O以辛烷(C8H(2)熔融盐燃料电池具有较高的发电效率，因而受到重视。某燃料电池以熔融的K2CO3(其中不含O①该燃料电池的总反应式为_______________________；②正极电极反应式为________________________________；③为了使该燃料电池长时间稳定运行，电池的电解质组成应保持稳定。为此，必须在通入的空气中加入一种物质，加入的物质是________，它来自________。化学相关的知识在生活中具有广泛的应用。

(1)磷酸铁锂动力电池(LiFePO4电池)的内部结构如图所示。中间是聚合物的隔膜，它把正极与负极隔离开，其中锂离子可以通过而电子则不能通过。已知该电池的总反应化学方程式为：

L①磷酸铁锂电池放电时，负极反应式为_________________________________________。

②若用该电池电解精炼铜，阴极质量增重19.2g时，则此时电池中通过聚合物隔膜的Li+数目为________________________(2)催化硝化法和电化学降解法可用于治理水中硝酸盐的污染。①催化硝化法中，用H2将NO3-还原为②电化学降解NO3-的原理如图所示；若该电池总反应为4NO3-答案和解析1.【答案】D

【解析】【分析】

本题主要考查新型原电池，注意结合工作示意图从价态变化分析，左侧发生了氧化反应，是原电池的负极，右侧发生了还原反应，是原电池的正极。

【解答】

A.铜电极上通入了CO2，生成了CH4，发生了还原反应，A项错误；

B.H+为阳离子，移向正极(Cu电极)，B项错误；

C.该系统将太阳能转化为化学能，最终转化为电能，C项错误；

D.从得失电子守恒的角度看，4H2O2.【答案】B

【解析】【分析】

本题考查电化学方面的知识，涉及原电池电极反应式及总反应式、原电池中电子、电流、离子的移动方向等知识点，题目难度不大，注意知识点的积累和灵活运用。

【解答】

A.放电时Zn为负极，发生的反应为：Zn-2e-+4OH-=Zn(OH)42-，所以电解质溶液1可选择NaOH溶液；MnO2为正极，电极反应为MnO2+2e-+4H+=Mn2++2H2O，所以应该选择酸，但由于盐酸有可能与MnO2反应，且在充电时MnO2为阳极，3.【答案】D

【解析】【分析】

本题考查化学电源新型电池，正确判断正负极是解本题关键，难点是电极反应式的书写，题目难度不大。

【解答】

A.Ag2O被还原，Ag2O为正极，正极反应式为Ag2O+H2O+2e-=2Ag+2OH-，故A正确；

B.Zn作负极失电子发生氧化反应，Ag2O作正极得电子发生还原反应，故B正确；

C.Zn失电子作负极，Ag2O作正极，电子从负极流向正极，即电子由Zn4.【答案】A

【解析】【分析】

本题主要考查的是燃料电池，意在考查学生的分析能力和知识应用能力，解题时根据钠离子的移动方向判断电极的正负，根据电池总反应判断电极反应。

【解答】

A.原电池中，阳离子向正极移动，则由装置图中钠离子的移动方向可知，X为负极，Y为正极，电流经Y流向外电路，故A错误；

B.Y电极是电池的正极，过氧化氢在正极放电，得到电子转化为氢氧根离子，发生还原反应，电极反应为H2O2+2e-=2OH-，故B正确；

C.X极为电池的负极，电极反应为BH4-+8OH--8e-=BO2-+6H5.【答案】C

【解析】【试题解析】【分析】

本题考查新型燃料电池、电极方程式的书写、阴阳极的判断、电解的相关计算等，题目难度中等，熟练掌握充电电池的工作原理是解题的关键。

【解答】

根据锌-空气碱性燃料电池工作原理图可知：Zn发生失去电子的氧化反应生成ZnO、Zn/ZnO电极为负极，电极反应式为Zn+2OH--2e-=ZnO+H2O，则通入O2的活性炭电极为正极，正极上O2发生得电子的还原反应生成OH-，电池工作时，电子由负极Zn经过导线流向正极石墨，阳离子移向正极活性炭；充电时，为电解池，原电池的正极与外加电源正极相接，活性炭电极作阳极，负极与外加电源负极相接，Zn/ZnO电极作阴极，阴极反应式为ZnO+H2O+2e-=Zn+2OH-。

A.由装置图知，放电时活性炭为正极、Zn/ZnO负极，则放电时，负极由Zn失电子结合OH-转化为ZnO，电极反应式为Zn+2OH--2e-=ZnO+H2O，故A正确；

B.放电时，阳离子K+向正极(活性炭电极)6.【答案】B

【解析】【分析】

本题考查化学电源新型电池，为高频考点，侧重考查学生的分析能力，明确各个电极上发生的反应是解本题关键，知道正负极与阴阳极电极反应式之间的关系，难点是电极反应式的书写。

【解答】

由图可知该电池充放电时的反应为：6Li+Fe2O33Li2O+2Fe，则放电时负极反应式为：Li-e-=Li+，正极反应式为：Fe2O3+6Li++6e-=3Li2O+2Fe。

A.放电时，负极的电极反应式为Li-e-7.【答案】D

【解析】【分析】

本题考查了原电池原理，为高频考点，侧重于学生的分析能力的考查，明确原电池正负极上得失电子情况、溶液中离子移动方向是解题的关键。

【解答】

A.高温能使微生物蛋白质变性，导致电池失效，所以该装置不能在高温下工作，故A错误；

B.原电池内电路中：阳离子移向正极、阴离子移向负极，从而达到脱盐目的，所以Y为阳离子交换膜、X为阴离子交换膜，故B错误；

C.该装置工作时为原电池，是将化学能转化为电能的装置，故C错误；

D.由图可知，负极为CH3COO-失电子发生氧化反应生成二氧化碳，电极反应为8.【答案】A

【解析】【分析】

本题考查电化学基础知识，涉及电极判断、电极方程式书写、电子、离子流动、电子得失守恒等相关知识，题目难度一般。

【解答】

在锂空气电池中，锂作负极，以空气中的氧气作为正极反应物，水性电解液，氧气得电子生成氢氧根离子，据此解答。

A.在锂空气电池中，锂作负极，电极反应式为Li-e-=Li+，又因为该电池为水性电解液，故正极反应为O2+2H2O+4e-=4OH-，总反应为4Li+O2+2H2O=4LiOH，故9.【答案】B

【解析】【分析】

本题考查新型原电池工作原理和电解池原理，为高频考点，把握原电池的工作原理即可解答，注意判断原电池的正负极和电极反应式的书写是难点和易错点，本题难度中等。

【解答】

A.由于Mg是活泼金属、Mg2+氧化性弱，所以原电池放电时，Mg失去电子、作负极，即b为负极，则a为正极，故A错误；

B.放电时，a极为正极，发生还原反应，电极反应为：LaSrMnO4F2+2e-= LaSrMnO4+2F-，故B正确；

10.【答案】D

【解析】解：A、阳离子向正极移动，所以电解质溶液中Na+向b极移动，故A正确；

B、在碱性电解质环境下，正极的电极反应式是：O2+2H2O+4e-=4OH-，故B正确；

C、燃料电池中，燃料甲烷做负极，即a是负极发生氧化反应，故C正确；

D、电流通过外电路从b电极流向a电极，故D错误。11.【答案】B

【解析】【分析】

本题考查原电池的工作原理，为高考的常考题型，涉及原电池中电子、电流、离子的移动方向、原电池电极反应式及总反应式等知识点，题目难度不大，注意相关知识点的积累和运用。

【解答】

A.未使用过的无负极锂硫电池不会产生自放电情况，故A正确；

B.放电时铜电极发生的反应为：S+2e-=S2-，故B错误；

C.充电时CNT电极发生氧化反应，电极反应式为：Li2S-2e-=2Li++S，故12.【答案】C

【解析】【分析】

本题考查了原电池原理，明确原电池电极上得失电子及电极反应式是解本题关键，题目难度中等，注意把握Cu在整个过程中的作用。

【解答】

A.正极反应为Cu2O+H2O+2e-=2Cu+2OH-，因此通入空气的目的是让氧气与铜反应生成Cu2O，故A正确；

B.铜极为正极，原电池中阳离子向正极移动，所以放电时，Li+透过固体电解质向Cu13.【答案】D

【解析】【分析】

本题主要考查新型电池，掌握原电池的工作原理是解题的关键，注意结合电池工作示意图进行分析解答，难度一般。

【解答】

A.根据图示可知“全氢电池”放电时，吸附层a发生的电极反应：H2-2e-+2OH-=2H2O，故A错误；

B.根据图示可知“全氢电池”放电时，负极消耗的H2在正极放出，电池的总反应式为：H++OH-=H2O，，故B错误；

14.【答案】B

【解析】解：A.电解质溶液呈碱性，负极发生氧化反应生成BO2-，电极反应式为BH4-+8OH--8e-=BO2-+6H2O，故A错误；

B.负极发生氧化反应生成BO2-，电极反应式为BH4-+8OH--8e-=BO2-+6H2O，每转移2mol电子，理论上需要消耗0.25mol即9.5gNaBH4，故B正确；

C.原电池工作时，阳离子向正极移动，阴离子向负极移动，则Na+从a极区移向15.【答案】负

4OH--4e-=2H2【解析】解：(1)①充电时，原电池负极与电源负极相连，

故答案为：负；

②乙池为电镀池，A电极为阴极、B电极为阳极，阳极上氢氧根离子失电子发生氧化反应，电极反应式为：4OH--4e-=2H2O+O2↑，

故答案为：4OH--4e-=2H2O+O2↑；

(2)放电时，甲醇失电子和氢氧根离子反应生成碳酸根离子和水，所以电极反应式为CH3OH-6e-+8OH-=CO32-+6H2O，

故答案为：CH3OH-6e-+8OH-=CO32-+6H2O；

(3)乙池中16.【答案】O2+4e-+4H+=2H2O

b【解析】解：(1)从甲醇燃料电池结构图可以看出，a极的反应物是甲醇和水，生成了CO2，所以a极为负极，b极为正极，正极上是氧气得电子的还原反应O2+4e-+4H+=2H2O，H+是阳离子，向正极移动，b是正极，所以H+向b极移动，

故答案为：O2+4e-+4H+=2H2O；b；

(2)负极的电极反应式：CH3OH-6e-+H2O=CO2+6H+，1molCH3OH完全氧化转移电子数为6NA，甲醇的氧化生成HCOOH的电极反应式为：CH3OH-4e-+H2O=HCOOH+4H+，

故答案为：6N17.【答案】C6H12O6(s)+6O2(g)=6CO【解析】解：(1)1mol葡萄糖完全燃烧放热2800kJ，即C6H12O6(s)+6O2(g)=6CO2(g)+6H2O(l)△H=-2800kJ⋅mol-1，72g葡萄糖(C6H12O6)物质的量为：72g180g/mol=0.4mol，1mol葡萄糖完全燃烧放热2800kJ，则0.4mol葡萄糖完全燃烧放热2800kJ×0.4=1120kJ，

故答案为：C618.【答案】负极

Zn+H2SO4【解析】解：(1)锌比铜活泼，锌作负极，铜作正极，

故答案为：负极；

(2)锌作负极，与溶液中的硫酸反应，方程式为Zn+H2SO4=ZnSO4+H2↑，铜作正极，氢离子在铜表面得电子生成氢气，电极反应式为2H++2e-=H2↑，电路中有电流通过，电流表指针发生偏转，

故答案为：Zn+H2SO4=ZnSO4+H2↑；电流表指针偏转；

(3)①氢氧燃料电池中，氧气做正极，氢气作负极，故①正确；

②氢氧燃料电池以氢气的燃烧反应为基础设计，总反应为氢气的燃烧反应2H19.【答案】吸收

82

CH3OH

O2

【解析】解：(1)焓变等于生成物总能量减去反应物总能量，则该反应的焓变=[-110.5+(-242)-(-393.5)-0]kJ/mol=+41kJ/mol，若是生成2mol CO时会吸收82kJ的热量，

故答案为：吸收；82；

(2)①氢离子向右侧电极移动，则右侧电极是正极，该电极上是氧气得电子的还原反应，左侧电极是负极，该电极上是甲醇发生失去电子的氧化反应，所以该电池工作时，b口通入的物质为CH3OH，c口通入的物质为O2，

故答案为：CH3OH；O2；

②负极甲醇失去电子生成二氧化碳，电极反应式为：CH3OH+H2O-6e-=CO2+6H+，

故答案为：CH3OH+H2O-6e-=CO2+6H+；

③甲醇中碳原子化合价从-2价升高到20.【答案】(1)①Ag-e-+Cl-=AgCl(2)①CH3OH；

②C【解析】【分析】本题考查原电池的电极反应和离子的定向移动以及电化学的简单计算，试题难度一般，做题时要注意总电池反应式的判断利用，运用两极上的反应特点做题，分析Mn元素的化合价变化是该题的难点。【解答】(1)①根据电池总反应：5MnO2+2Ag+2NaCl=Na2Mn5③根据方程式中5MnO2生成1Na2Mn5O10，化合价共降低了2价，所以每生成1molN(2)