专题七-突破新型化学电池高二化学期末专题复习(人教版2019选择性必修1)(解析版)

专题七突破新型化学电池(建议用时：45分钟)1．(2021·福建厦门一中高二月考)科学家报道了一种新型可充电钠电池，其工作原理如图所示，下列说法错误的是()A．放电时，X极为负极B．充电时，Na＋向Y极迁移C．电极材料中，单位质量金属放出的电能：Na＜LiD．放电时，Y极反应式为CaFeO3＋Na＋＋e－=CaFeO2.5＋0.5Na2O【答案】B【解析】根据放电工作原理图可知，放电时，X极上Na失电子发生氧化反应为负极，A正确；充电时，原电池的负极X电极连接电源的负极作阴极，则Na＋向X极迁移，B错误；Na和Li都失1个电子，则电极材料中，单位质量金属放出的电能：Na＜Li,C正确；放电时，正极Y电极上发生还原反应：CaFeO3＋Na＋＋e－=CaFeO2.5＋0.5Na2O,D正确。2．(2021·江苏如皋校级月考)我国科学家研发了一种水系可逆Zn­CO2电池，将两组阴离子、阳离子复合膜反向放置分隔两室电解液，充电、放电时，复合膜层间的H2O解离成H＋和OH－，工作原理如图所示。下列说法正确的是()A．a膜是阴离子交换膜，b膜是阳离子交换膜B．放电时负极的电极反应式为Zn＋4OH－－2e－=Zn(OH)eq\o\al(2－,4)C．充电时多孔Pd纳米片附近pH升高D．充电时Zn与外接直流电源正极相连，将电能转化为化学能【答案】B【解析】复合膜中H2O解离成H＋和OH－，根据图中复合膜中H＋通过a膜、OH－通过b膜可知，a膜是阳离子膜，b膜是阴离子膜，A错误；原电池放电时，Zn为负极、多孔Pd纳米片为正极，负极上Zn失去电子生成Zn(OH)eq\o\al(2－,4)，负极电极反应式为Zn＋4OH－－2e－=Zn(OH)eq\o\al(2－,4)，B正确；原电池中Zn为负极、多孔Pd纳米片为正极，充电时Zn为阴极、多孔Pd纳米片为阳极，阳极上HCOOH发生失去电子的氧化反应生成CO2，电极反应式为HCOOH＋2OH－－2e－=CO2＋2H2O，消耗OH－、多孔Pd纳米片附近pH减小，C错误；原电池充电时为电解池，原电池的正极与外加电源正极相接，负极与外加电源负极相接，即充电时Zn与外接直流电源负极相连，D错误。3．（2021·安徽淮南市·高三二模）全固态锂电池能量密度大，安全性能高引起大量研究者的兴趣。一种以硫化物固体电解质的锂-硫电池的工作示意图如下。下列说法错误的是

A．Li和Li2S分别为电池的负极和正极B．电流由电极a经导线、锂电极，Li2S-P2S5固态电解质回到电极aC．电极a的反应为：S8+16e-+16Li+=8Li2SD．硫化物固体电解质在空气中易发生反应，是实现电池实际应用的挑战【答案】A【解析】A．根据电池结构可知，放电时Li失电子发生氧化反应，则Li是负极，电极a中的S8得电子生成Li2S，为正极，故A错误；B．由A可知，Li为负极，电极a为正极，电流由电极a经导线、锂电极，Li2S-P2S5固态电解质回到电极a，故B正确；C．电极a为正极，S8得电子生成Li2S，电极方程式为：S8+16e-+16Li+=8Li2S，故C正确；D．硫化物固体在空气中易与氧气反应生成二氧化硫，是实现电池实际应用的挑战，故D正确；故选A。4．（2021·广东潮州市·高三二模）已知：电流效率＝电路中通过的电子数与消耗负极失去电子总数之比。现有两个电池Ⅰ、Ⅱ，装置如图所示。下列说法正确的是()A．Ⅰ和Ⅱ的电池反应不同 B．Ⅰ和Ⅱ的能量转化形式不同C．Ⅰ的电流效率低于Ⅱ的电流效率 D．放电一段时间后，Ⅰ、Ⅱ中都只含1种溶质【答案】C【解析】在电池Ⅰ中，金属铜发生氧化反应而被腐蚀，负极反应式：Cu-2e-=Cu2+，正极上是Fe3++e-=Fe2+，电池Ⅱ的工作原理和电池Ⅰ相同，都是将化学能转化为电能的装置，采用了离子交换膜，可以减少能量损失。A．Ⅰ和Ⅱ的电池反应相同，故A错误；B．根据分析，Ⅰ和Ⅱ都为原电池，都是将化学能转化为电能的装置，故B错误；C．电池Ⅱ的工作原理和电池Ⅰ相同，都是将化学能转化为电能的装置，采用了离子交换膜，金属铜和铁离子之间不接触，减少能量损失，Ⅰ的电流效率低于Ⅱ的电流效率，故C正确；D．根据分析，Ⅰ和Ⅱ的电池反应相同，根据电极反应，负极反应式：Cu−2e−=Cu2+，正极上是Fe3++e−=Fe2+，总反应为：2Fe3++Cu=Cu2++2Fe2+，放电一段时间后，Ⅰ、Ⅱ中都含2种溶质：氯化铜和氯化亚铁，故D错误；答案选C。5．（2020·陕西榆林市·高三三模）2019年诺贝尔化学奖授予了锂离子电池开发的三位科学家，一种高能LiFePO4电池多应用于公共交通，结构如图所示。电池中间是聚合物的隔膜，其主要作用是在反应过程中只让Li＋通过，原理如下：(1－x)LiFePO4＋xFePO4＋LixCnLiFePO4＋nC。下列说法错误的是A．放电时，Li+向正极移动B．放电时，电子由负极→用电器→正极C．充电时，阴极反应为xLi+＋nC＋xe-＝LixCnD．充电时，当溶液中通过1mole-时，阳极质量减小7g【答案】D【解析】A．放电时，该装置为原电池，在原电池中，阳离子向正极移动，即Li+向正极移动，A正确；B．放电时，该装置为原电池，在原电池中，电子由负极→用电器→正极，B正确；C．充电时，该装置为电解池，左边为阳极，右边为阴极，阴极得电子，电极反应为xLi+＋nC＋xe-＝LixCn，C正确；D．充电时，该装置为电解池，电子只在导线上传递，不会在溶液中传递，D错误；故选D。6．（2020·四川成都市·高三三模）有机一无机活性材料的液流电池具有能量密度大、环境友好等特点。其负极反应为Zn-2e-+4NH3·H2O=Zn(NH3)42++4H2O，以LiPF6为电解质，工作示意图如图。电池放电过程中，下列说法错误的是A．电子从负极经外电路流向正极B．已知正极发生反应：+e-→，此过程为还原反应C．负极附近溶液pH会降低D．电解质溶液中的Li+自左向右移动【答案】D【解析】A．原电池中，还原剂在负极发生氧化反应，正极发生还原反应，电子经外电路从负极流向正极，故A正确；B．原电池中，氧化剂在正极得电子发生还原反应，由题中信息可知，B正确；C．负极反应为Zn-2e-+4NH3·H2O=Zn(NH3)42++4H2O，消耗了一水合氨，电极附近碱性减弱，pH降低，故C正确；D．电解质中的阳离子由向正极迁移，即自右向左移动，故D错误；故答案为D。7．（2020·四川广元市·广元中学高三月考）如图是一种新型燃料电池，O2-可在高温条件下在固体氧化物电解质中自由移动，电极上产生的均为无毒无害的物质。下列说法正确的是A．电极甲为正极，发生氧化反应B．电池内的O2-由电极甲移向电极乙C．电池总反应为N2H4+O2=N2+2H2OD．当甲电极上有32gN2H4消耗时，乙电极上有22.4LO2参与反应【答案】C【解析】A.反应生成物均为无毒无害的物质，负极上反应生成氮气，则电池总反应为：N2H4+O2=N2+2H2O，电极甲发生氧化反应，是负极，故A错误；B.放电时，阴离子向负极移动，即O2-由电极乙移向电极甲，故B错误；C.反应生成物均为无毒无害的物质，负极上反应生成氮气，则电池总反应为：N2H4+O2=N2+2H2O，故C正确；D.由电池总反应为：N2H4+O2=N2+2H2O可知，当甲电极上有1molN2H4消耗时，乙电极上有1molO2被还原，状况不知，所以体积不一定是22.4LO2，故D错误；故选：C。8．(2021·平城区校级期中)国内某科技研究小组首次提出一种新型的Li＋电池体系，该体系正极采用含有I－、Li＋的水溶液，负极采用固体有机聚合物，电解质溶液为LiNO3溶液，聚合物离子交换膜作为隔膜将液态正极和固态负极分隔开(原理示意图如图所示)。已知Ieq\o\al(－,3)在水溶液中为黄色，则下列有关判断不正确的是()甲乙A．图甲是电池充电工作原理图，图乙是原电池原理图B．放电时，Li＋从右向左通过聚合物离子交换膜C．放电时，负极的电极反应式为D．充电时，阳极液态电解质溶液的颜色变深【答案】C【解析】“电池的正极采用含有I－、Li＋的水溶液，负极采用固体有机聚合物”，并且正极发生得电子的还原反应，负极发生失电子的氧化反应，则图乙是原电池，甲是电池充电工作原理图，A正确；放电时，电解质溶液中的阳离子由负极移向正极，即Li＋从右向左通过聚合物离子交换膜，B正确；放电时，原电池负极发生失电子的氧化反应，不是得电子，C错误；充电时，阳极反应是原电池正极反应的逆反应，即阳极反应式为3I－－2e－=Ieq\o\al(－,3)，Ieq\o\al(－,3)在水溶液中为黄色，则充电时阳极液态电解质溶液的颜色变深，D正确。9．(2021·广西南宁月考)以完全非碳的Pd包覆纳米多孔金(NPG@Pd)为一体化催化剂的可再充Al­CO2电池示意图如图所示，其正极采用纯CO2作为活性材料，放电时生成碳酸铝和碳。下列说法错误的是()A．放电时，铝箔失去电子生成Al3＋，Al3＋移向正极B．放电时，电流由正极经负载、铝箱、电解质，回到NPG@Pd电极C．充电时，阳极反应式为2Al2(CO3)3＋3C－12e－=4Al3＋＋9CO2↑D．电池放电和充电时的总反应式为2Al＋6CO2Al(C2O4)3【答案】D【解析】该电池中Al电极为负极，纳米多孔金电极为正极，负极反应式为Al－3e－=Al3＋，放电时，阳离子移向正极，即铝失去电子生成Al3＋，Al3＋移向正极，A正确；放电时Al电极为负极，纳米多孔金电极为正极，电流由正极→负载→负极铝箱→电解质→回到NPG@Pd电极，B正确；原电池放电时正极反应式为4Al3＋＋9CO2＋12e－=2Al2(CO3)3＋3C，充电时为电解池，发生的反应为原电池的逆反应，即阳极反应式为2Al2(CO3)3＋3C－12e－=4Al3＋＋9CO2↑，C正确；Al­CO2电池放电时生成碳酸铝和碳，不是生成草酸铝，充电时碳酸铝和碳反应生成铝和二氧化碳，D错误。10．（2021·浙江宁波市·高三二模）可充电水系电池用锌和催化剂材料作两极，电池工作示意图如下图所示，其中双极膜是由阳膜和阴膜制成的复合膜，在直流电场的作用下，双极膜复合层间的电离出的和可以分别通过膜移向两极。下列说法不正确的是A．放电时，电极a为负极，发生氧化反应B．放电时，b极的电极反应为：C．充电时，若电路中通过，则有转化为D．充电时，水电离出的氢离子在阴极放电，阴极区溶液增大【答案】D【解析】A．放电时a作负极，故充电时应接电源的负极，发生氧化反应，故A正确；B．放电时，b极为正极，由图中可知，二氧化碳在酸性条件下生成甲酸，电极反应为：，故B正确；C．充电时，，若电路中通过，则有转化为，故C正确；D．充电时，水电离出的氢离子在阴极放电，多余的氢氧根离子会进入双极膜复合层间，阴极区溶液不变，故D错误；故选D。11．(2020·全国卷Ⅲ)一种高性能的碱性硼化钒(VB2)－空气电池如图所示，其中在VB2电极发生反应：VB2＋16OH－－11e－=VOeq\o\al(3－,4)＋2B(OH)eq\o\al(－,4)＋4H2O。该电池工作时，下列说法错误的是()A．负载通过0.04mol电子时，有0.224L(标准状况)O2参与反应B．正极区溶液的pH降低，负极区溶液的pH升高C．电池总反应为4VB2＋11O2＋20OH－＋6H2O=8B(OH)eq\o\al(－,4)＋4VOeq\o\al(3－,4)D．电流由复合碳电极经负载、VB2电极、KOH溶液回到复合碳电极【答案】B【解析】由题给信息知VB2电极上发生失电子的氧化反应，则VB2电极为负极，复合碳电极为正极，正极发生还原反应，电极反应式为O2＋4e－＋2H2O=4OH－，电池总反应方程式为4VB2＋11O2＋20OH－＋6H2O=8[B(OH)4]－＋4VOeq\o\al(3－,4)。由上述分析知，正极的电极反应式为O2＋4e－＋2H2O=4OH－，则电路中通过0.04mole－时，正极有0.01molO2参加反应，其在标准状况下的体积为0.224L，A项正确；由正、负极的电极反应式可知，该电池工作时，负极区溶液的pH降低，正极区溶液的pH升高，B项错误；由上述分析知，该电池的总反应方程式为4VB2＋11O2＋20OH－＋6H2O=8[B(OH)4]－＋4VOeq\o\al(3－,4)，C项正确；电流与电子的流动方向相反，电流从正极出发，沿负载流向负极，再经过溶液最终回到正极，D项正确。12．(2020·山东等级考)微生物脱盐电池是一种高效、经济的能源装置，利用微生物处理有机废水获得电能，同时可实现海水淡化。现以NaCl溶液模拟海水，采用惰性电极，用下图装置处理有机废水(以含CH3COO－的溶液为例)。下列说法错误的是()A．负极反应为CH3COO－＋2H2O－8e－=2CO2↑＋7H＋B．隔膜1为阳离子交换膜，隔膜2为阴离子交换膜C．当电路中转移1mol电子时，模拟海水理论上除盐58.5gD．电池工作一段时间后，正、负极产生气体的物质的量之比为2∶1【答案】B【解析】根据题意，可得放电时的电极反应，负极(a极)：CH3COO－＋2H2O－8e－=2CO2↑＋7H＋，正极(b极)：2H＋＋2e－=H2↑，A项正确；该电池工作时，Cl－向a极移动，Na＋向b极移动，即隔膜1为阴离子交换膜，隔膜2为阳离子交换膜，B项错误；电路中转移1mol电子时，向a极和b极分别移动1molCl－和1molNa＋，则模拟海水理论上可除盐58.5g，C项正确；电池工作时负极产生CO2，正极产生H2，结合正、负极的电极反应知，一段时间后，正极和负极产生气体的物质的量之比为2∶1，D项正确。13．近年科学家提出“绿色自由”构想。科学家研究了其它转化温室气体的方法，利用下图所示装置可以将转化为气体燃料CO，该装置工作时，N电极的电极反应式为______；若反应开始前交换膜两侧溶液质量相同，反应产生lmol氧气时，膜两侧溶液质量差为______g。【答案】72【解析】该装置中，根据电子流向知，M是负极，发生，N是正极，正极上发生得电子的还原反应，电极反应式为；反应产生lmol氧气时，转移4mol电子，且由M极经质子交换膜流向N极，则转移，即M极消耗，质量减少36g，N极生成2mol水，质量增大36g，膜两侧溶液质量差为72g，故答案为：；72。14．(2021·江西南昌高三摸底)为验证反应Fe3＋＋AgFe2＋＋Ag＋，利用如图电池装置进行实验。(1)由Fe2(SO4)3固体配制500mL0.1mol·L－1Fe2(SO4)3溶液，需要的仪器有胶头滴管、量筒、烧杯、玻璃棒、500mL容量瓶、(填写名称)；在烧杯中溶解固体时，先加入一定体积的稀溶液，搅拌后再加入一定体积的水。(2)电流表显示电流由银电极流向石墨电极。可知，盐桥中的阳离子进入电极溶液中。(3)根据(2)实验结果，可知石墨电极的电极反应式为_____________________，银电极的电极反应式