第一部分 题型15 新型化学电源 -2024年高考化学二轮复习

题型15新型化学电源

对应学生用书P166

1.一种全氢电池的工作原理如图所示。下列说法正确的是(B)

阳离子交换膜

A.X极为全氢电池的正极

B.该电池将化学能转化成电能

C,电极Y的电极反应式为2HClO4-2e===H2t+2C1OJ

D.反应一段时间后左室c(NaCKh)增大

解析由工作原理图可知，X电极上氢气失电子与氢氧根离子结合生成

水，发生了氧化反应，为负极，电极反应是H2-2e+2OH==2H2O,Y电

极为正极，发生了还原反应，电极反应是2H++2e—==H2,原电池工作时，阳

离子移向正极，阴离子移向负极，电子由负极经过导线进入正极，据此解答该

题。由上述分析可知，A、C错误；该装置为原电池，将化学能转化成电能，

B正确；该电池工作时，左室中的Na+通过阳离子交换膜迁移到右室，一段时

间后，右室c(NaCK>4)增大，D错误。

2.(2022•全国甲卷)一种水性电解液Zn-MnO2离子选择双隔膜电池如图所

示［KOH溶液中，ZM+以Zn(OH)/存在］。电池放电时，下列叙述错误的是(A)

MM上电极离子选择隔膜Zn电极

in

A.n区的K+通过隔膜向m区迁移

B.I区的sor通过隔膜向n区迁移

+2+

C.MnCh电极反应：MnO2+4H+2e===Mn+2H2O

+2+

D.电池总反应：Zn+4OH+MnO2+4H==Zn(OH)r+Mn+2H2O

解析MnCh电极为正极，Zn电极为负极，电池放电时，电解质溶液中阴

离子向负极移动，阳离子向正极移动，A项错误；I区中的SOr通过隔膜向

+

II区迁移，B项正确；MnCh电极为正极，电极反应式为MnO2+2e+4H

===Mn2++2H2O,C项正确；根据正、负两极的电极反应式可得电池总反应

为Zn+4OH+MnO2+4H+==Zn(OH)F+Mn2++2H2O,D项正确。

3.(2023•湖南衡阳联考二模)钠离子电池的工作原理与锂离子电池相似，

与锂离子电池相比较，成本低、充电时间短。一种钠•空气电池的装置如图所

示。该电池利用“多孔”石墨电极形成空气通道，放电时生成的NaQ-填充在

“空位”中，当“空位”填满后，放电终止。下列说法正确的是(D)

A.放电时，M为阴极

B.放电时，N电极发生的电极反应为xO2+2xe一==20二

C,充电时，每转移1mole，N电极减轻23g

D.该电池的比能量比锂离子电池低

解析放电时，Na失电子，M为负极，A错误；放电时，N电极发生的

电极反应为2Na++xO2+2e—===2Na(X,B错误；充电时，N电极的电极反应

为2NaOx—2e-===2Na++xO2,每转移1mole，失重(23+16x)g,C错误；

比能量指的是单位质量输出电能的多少，mgLi转移早mol电子，mgNa转

mol电子，因此相同质量的锂离子电池比钠离子电池比能量高，D正确。

4.（2023•辽宁辽阳一模）染料敏化电池展现出广阔的应用前景，某染料敏

化电池如图所示（已知：1个光子理论上可以转化为1个电子）。下列说法错误

的是（C）

A.Pt电极为该电池的正极

B.该电池实现了太阳能转化为电能

C.该电池工作一段时间后需补充口

D.若用该电池电解水，当光电转化效率为5%时，每分钟该电池接收0.01

mol光子，电解效率为80%,则10分钟后消耗的水的质量为0.036g

解析由图中信息可知，电子由TiO2光敏电极经导线流入Pt电极，Pt

电极作正极，故A正确；该电池实现了光子转化为电子，将太阳能转化为电能,

故B正确；6在Pt电极上发生反应：I3+2e—===3「，「在Ti（h光敏电极上发

生反应：3I-2e===E,因此不需要补充6,故C错误；该电池每分钟接受

O.Olmol光子，实际转化成的电子的物质的量为0.0005mol,结合电解效率可

知参与电解过程的电子的物质的量为0.0005X80%=0.0004mol,则10分钟

转移电子0.004mol,每电解1mol水消耗2mol电子，则转移0.004mol电子

消耗水的物质的量为0.002mol,水的质量为0.002molX18g,mo「i=0.036g,

故D正确。

5.随着中国双碳决策部署的有序推进，绿电发电规模逐年提升，为适应

未来绿电长时储能需求，我国企业开始于2022年利用“全帆液流电池”布局

大型储能基地。电池的充、放电总反应式为VO2++V3++H2OVO3+

V2++2H+,下图为全帆液流电池工作原理示意图。下列说法错误的是（C）

A.放电时，电极A的电势比B的高

B.放电时，正极的电极反应式为VO3+e—+2H+===VO2++H2O

C.在220V电压下，用恒定的1A电流充电1小时，电池中增加的化学

能为7.92X105J

D.充电时，H+由A极室通过质子交换膜向B极室迁移

解析电池的充、放电总反应式为VO2++V3++H2O工2VO3+V2+

+2H+,由题图可知，放电时A极室VO］转化为VO2+,得到电子，则A电极

为正极，B极室V2+转化为V3+,失去电子，则B电极为负极，故充电时A电

极为阳极，B电极为阴极。由以上分析可知，放电时电极A为正极，电极B

为负极，则电极A的电势比B的高，A正确；根据总反应式可知，放电时正

极的电极反应式为VO3+e-+2H+===VO2++H2O,B正确；充电过程中，电

能不会完全转化为化学能，则无法计算，C错误；充电时电极A为阳极，电极

B为阴极，则H+由A极室通过质子交换膜向B极室迁移，D正确。

6.（2023•湖南长沙联考二模）某同学利用如图所示装置探究金属的腐蚀与

防护，下列说法不正确的是（B）

/।.I,I\/।.I,I

?\]FeFe\]卜e

浸有饱和食盐水的滤纸没有饱和食盐水的滤纸

A.③区电极电势Cu高于Fe

B.①区Fe电极和③区Fe电极的电极反应均为Fe-2e~=Fe2+

C.②区Zn电极和④区Cu电极的电极反应均为2H2O+2e===H2f+

2OH"

D.②区Fe电极和④区Fe电极附近滴加K3[Fe（CN）6]M,均会出现蓝

色沉淀

解析由题图可知，①区和③区为原电池，②区和④区构成电解池，①区

中锌为负极、铁为正极，③区中铁为负极、铜为正极，②区中与直流电源正极

相连的铁为电解池的阳极、锌为阴极，④区中与直流电源正极相连的铁为电解

池的阳极、铜为阴极。由分析可知，③区中铁为负极、铜为正极，则③区电极

电势正极铜高于负极铁，故A正确；①区中铁为正极，氧气在正极得到电子发

生还原反应生成氢氧根离子，电极反应式为O2+4e+2H2O===4OH",故B

错误；②区锌电极和④区铜电极均为电解池的阴极，电极反应式均为2H20+

2e===H21+2OH,故C正确；②区铁电极和④区铁电极均为电解池的阳极,

电极反应式均为Fe-2e===Fe2+,放电生成的亚铁离子均能与铁氧化钾溶液

反应生成蓝色沉淀，故D正确。

7.某液流电池工作原理如图。充电过程中，阳极会发生如下副反应：2Mli3

+2++2+

+2H2O===Mn+MnO21+4H,加入少量Br一可将MnOz还原为Mn,

提高电池的能量密度和稳定性。下列说法正确的是(C)

♦♦

GM石

2+

充

充

墨

n放

电

电

电

电

电

极

产

M极

++

质子交换膜

A.放电时，Cd电极为负极，发生还原反应

B.放电时，Cd2+通过质子交换膜，向石墨电极移动

C.加入少量Br一后，经多次充放电，正极可能会发生3个以上不同的还

原反应

D.加入少量Br一后，充电时，阳极生成M/+和阴极生成Cd的物质的量

之比为2:1

解析放电时，Cd失电子作负极，化合价升高，发生氧化反应，A错误;

质子交换膜只允许氢离子通过，Cd?*不能通过质子交换膜，B错误；加入溟离

子后经多次充放电，正极可能发生M/+在正极放电、自身歧化的还原反应，

可能发生澳离子还原二氧化镒的反应，生成的溟单质也可能发生还原反应，C

正确；由得失电子守恒可知，若无其他反应的干扰，充电时二者物质的量之比

为2：1,但是由于澳离子等的干扰，则二者物质的量之比不一定为2：1,D

错误。

8.(2023•天津河西一模)目前发展势头强劲的绿色环保储能电池——帆电

池的工作原理如图所示，放电时电子由B极沿导线向A极移动，电解质溶液

含硫酸。下列说法正确的是(B)

泵泵

A.基态原子帆的价层电子排布式为4s2

B.放电时H+由B极经离子交换膜向A极移动

C.充电时电池V2+被氧化为V3+

D.充电时A极反应为VO3+e'==VO2+

解析由题干信息可知，放电时电子由B极沿导线向A极移动，故B极

为负极，A极为正极，电极反应式为VOl+e-+2H+==VO2++H2O；充电时,

B极为阴极，发生还原反应，V3+转化为V2+,A极为阳极，电极反应式为VO?

+-+

+H2O-e===VOj+2H,据此作答。V为23号元素，其电子排布式为

[Ar]3d34s2,其价电子排布式为3d34s2,A项错误;原电池（放电时）中，离子的

移动方向：带正电的离子移向正极，带负电的离子移向负极，所以H+由B极

经离子交换膜移向A极，B项正确；由上述分析可知，C、D项错误。

9.（2022•湖南卷）海水电池在海洋能源领域备受关注，一种锂•海水电池构

造示意图如下，下列说法错误的是（B）

A.海水起电解质溶液作用

B.N极仅发生的电极反应：2H2O+2e===2OH+H2t

C.玻璃陶瓷具有传导离子和防水的功能

D.该锂.海水电池属于一次电池

解析电池分析：

用电器

二

二」正极

负极：Li-二

二港电

e-^=Li+<-

二水极

二

个*电解质

隔膜玻璃陶瓷

海水中含有大量的电解质，A项正确；Li是活泼金属，作负极，则N极

是正极，正极上海水中溶解的02、CO2等均能放电，B项错误；由于Li易与

水反应，故玻璃陶瓷应具有良好的防水功能，同时为形成闭合回路，也应具有

传导离子的功能，C项正确；该电池属于一次电池，D项正确。

10.（2023,江苏南京统考一模）如图为某微生物燃料电池净化水的原理。下

列说法正确的是（C）

~|用电器|―

MN

有机物n

微

交u

n生Cr—>Cr(OH)

换3

物

n膜

n

■

co,H♦f、Cr。-

A.N极为负极，发生氧化反应

B.电池工作时，N极附近溶液pH减小

C.M极发生的电极反应为©国005）〃-24碇一+7〃%0==6〃（：021+

24〃H+

D.处理0.1molCrzO歹时，有1.4molH卡从交换膜左侧向右侧迁移

解析由题图可知，有机物失去电子发生氧化反应生成二氧化碳，则M

为负极；重锯酸根离子得到电子发生还原反应，则N为正极。由分析可知，M

极为负极，发生氧化反应，N为正极，A错误；电池工作时，重辂酸根离子得

到电子发生还原反应生成Cr3+,电极反应为CrzOr+6e-+14H+==2Cr3++

7H2O,N极附近消耗氢离子，溶液pH变大，B错误；有机物失去电子发生氧

化反应生成二氧化碳，M极发生的电极反应为(C6H10O5),,—24优一十

7nH2O===6nCO2t+24nH+,C正确；根据得失电子守恒可知，4〃Cr2O彳一〜

24碇一〜(CGHIOO),〜24〃H+,则处理0.1molO2O歹时，有0.6molH卡从交换

膜左侧向右侧迁移，D错误。

11.一种稳定且具有低成本、高效益的碱性混合多硫化物空气氧化还原液

流电池结构如图所示。下列说法正确的是(B)

A.膜a为阴离子膜，膜b为阳离子膜

B.充电时的总反应为4OFT+2s/===4S/+O2t+2H2O

C.放电时，左侧贮液室中含SM的多硫电解质减少

D.放电时，外电路通过2moi电子，理论上II室及右侧贮液器中的NaOH

共减少2mol

解析放电过程中I室发生氧化反应，钠离子通过膜a交换到II室，膜a

为阳离子膜，膜b为阴离子膜，故A错误。充电时，氢氧根离子被氧化得到

氧气，S-被还原为SR,总反应为4OH~+2SF===4Sr+O21+2H2O,故B

正确。放电时，必一转化为所以含%一的多硫电解质增加，故C错误。放

电时，氧气和水反应产生氢氧根离子，所以NaOH增加，故D错误。

12.一种新型电池既可以实现海水淡化，又可以处理含CH3COCT的废水,

装置如图(模拟海水由NaCl溶液替代)。下列说法正确的是(D)

A.b极为负极，发生氧化反应

B.隔膜I为阳离子交换膜

-+

C.a极电极反应为CH3COO+8e+2H2O===2CO2f+7H

D.理论上除去模拟海水中的NaCl351g,可得L5moicO2

解析由题图可知，CH3COO一在a极附近转化成CO2,其中碳元素化合

价升高，发生氧化反应，所以a极为负极，则b极为正极。b极为正极，发生

还原反应，A项错误；原电池中，阴离子移向负极，所以C「通过隔膜I进入

左室，隔膜I为阴离子交换膜，B项错误；负极附近CH3COO-失电子被氧化

+

生成CO2和H,正确的电极反应式为CH3COO-8e+2H2O===2CO21+

7H+,C项错误；当电路中转移1mol电子时，根据电荷守恒可知，海水中有

1molC「移向负极，同时有lmolNa+移向正极，即除去ImolNaCL根据负

极反应式可知，每消耗1molCH3COCT时转移8moi电子，生成2moi二氧化

碳，理论上除去模拟海水中的NaCl351g,即〃（NaCl）=需舒=毫扁

=6mol,转移6moi电子，可得小X2mol=l.5molCCh,D项正确。

13.（2023•四川巴中一模）锂离子电池应用广泛，某课题组使用纳米Si-C

复合颗粒直接与锂接触，形成LhSi,将锂盐溶于三乙二醇二甲醛作为电解液,

与Oi/C电极匹配组成如图所示原电池c该电池的总反应为xO2+

2LLSi鬟£xLi2O2+2Si,下列说法错误的是（B）

A.该电池放电时，a为负极

B.放电时，当负极质量减少14g时，电解液中转移1molLi+

C.充电和放电过程，电解液中Li+浓度都不会改变

D.电池充电时，阳极的电极反应为Li2O2—2b===O2t+2Li+

解析该电池放电时Li£i在负极失电子，电极反应为LixSi—疑一===xLi

++Si,正极反应为O2+2e-+2Li+==Li2（）2,充电时LizCh在阳极失电子，电

++

极反应为LizOz—2e===2Li+O2t,阴极反应为Si+xe-+xLi===LLSio该

电池放电时，阳离子向正极移动，Li+向b电极移动，则b为正极，a为负极,

A正确；放电时LixSi在负极失电子，电极反应为LixSi-xe-===xLi++Si,负

极质量减少14g时，电解液中转移2moiLi+,B错误；充电和放电过程中，

Li+从一个电极转移到另一个电极，电解液中Li+的浓度不变，C正确；电池充

电时Li2()2在阳极失电子，电极反应为Li2(h—2e-===2Li++O2t,D正确。

14.(2023•广东深圳一模)一种可充电锌一空气电池放电时的工作原理如图

所示。已知：I室溶液中，锌主要以[Zn(H2O)6p+的形式存在，并存在

2+++

[Zn(H2O)6][Zn(H2O)5(OH)]+Ho下列说法正确的是(B)

阴

阳

离

离

子

子

交

Zn交Pt/C

换

电极换电极

膜

ZnCl,和NaCl膜

混介溶液NaCl溶液NaCl溶液

【室I【室in室

A.放电时，I室溶液pH增大

B.放电时，该装置n室可实现海水淡化

C.充电时，Zn电极反应为Zn+6H2O—2e===[Zn(H2O)6]2+

D.充电时，每生成1molCh,III室溶液质量理论上减少32g

解析原电池中通入02的一极是正极，则Pt/C电极是正极，电极反应式

为O2+4e-+2H2O===4OH—,Zn电极为负极，已知I室溶液中，锌主要以

2+

[Zn(H2O)6p+的形式存在，电极反应式为Zn+6H2O-2e-===[Zn(H2O)6],

以此解答。由分析可知，Zn电极为负极，电极反应式为Zn+6H2O-2e-

222+

===[Zn(H2O)6]+,[Zn(H2O)6]+浓度增大，平衡[Zn(H2O)6]

[Zn(H2O)5(OH)]++H+正向移动，H+