高考化学 小题必练10 新型化学电源（教师版）

（新高考）小题必练10：新型化学电源

考国说明

高考中的新型电源有“高铁电池”“海洋电池”“燃料电池”“锂离子电池”等。这些电池一般具

有高能环保、经久耐用、电压稳定、比能量高等特点。取材与这些知识点的试题，由于题材

广、信息新、陌生度大，所以大多数考生对这类试题感到难，实际上这些题目主要考查学生

对原电池的工作原理的迁移应用能力。

考星透就

1.【2020年山东卷】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NaQ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（）

生物膜方机模拟酸性

废水海水水溶液

_+

A.负极反应为CH3COO+2H2O-8e-=2CO2t+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Imol电子时，模拟海水理论上除曲58.5g

D.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】据图可知a极上CH38O-转化为CO?和H）C元素被氧化，所以a极为该原

电池的负极，则b极为正极。A.a极为负极，CH3c（XT失电子被氧化成CO2和H+,结合

电荷守恒可得电极反应式为CH3coCF+2H2O-8e-=2CO2T+7H+,故A正确；B.为了实现海

水的淡化，模拟海水中的氮离子需要移向负极，即a极，则隔膜1为阴离子交换膜，钠离子

需要移向正极，即b极，则隔膜2为阳离子交换膜，故B错误；C.当电路中转移Iniol电

子时，根据电荷守恒可知：海水中会的ImolC「移向负极，同时有ImolNa十移向正极，即除

去ImolNaCL质量为58.5g,故C正确；D.b极为正极，水溶液为酸性，所以氢高子得电

+_

子产生氢气，电极反应式为2H4-2e=H2t»所以当转移8moi电子时，正极产生4mol气体，

根据负极反应式可知负极产生2moi气体，物质的量之比为4：2=2：1,故D正确；故选B。

【点睛】涉及到相关的计算时，注意整个电池中正极和负极转移的电子数守恒。

2.【2020年天津卷】熔融钠-硫电池性能优良，是具有应用前景的储能电池。下图中的电

池反应为2Na+xS驾Na2ss（尸5〜3,难溶于熔融硫），下列说法错误的是（）

充电

A.Na2s4的电子式为NaiS:S:S:S:]2-Na+

B.放电时正极反应为xS+2Na'+2e=Na2sx

C.Na和Na2sx分别为电池的负极和正极

D.该电池是以Na-p-AlQa为隔膜的二次电池

【答案】C

【解析】根据电池反应：2Na+xS婆Na2sx可知，放电时，钠作负极，发生氧化反应，

充电

电极反应为：Na-c-=Na\硫作正极，发生还原反应，电极反应为xS+2Na'+2e-=Na2S、。

A.Na2s4属于离子化合物，4个硫原子间形成三对共用电子对，电子式为

SSS.]?Ha,»故A正确：B.放电时发生的是原电池反应，正极发生还原反应，

+

电极反应为：xS+2Na+2e=Na,Sx,故B正确；C.放电时，Na为电池的负极，正极为

硫单质，故C错误；D.放电时，该电池是以钠作负极，硫作正极的原电池，充电时，是电

解池，Na-B-AhO,为隔腴，起到电解质溶液的作用，该电池为二次电池，故D正确；答案

选C。

【点睛】信息型原电池，根据给出的总反应方程式，结合原电池的正负极发生的反应，

判断出正负极材料和反应物。

3.（2020年全国卷3】一种高性能的碱性硼化砥VB?）—空气电池如卜.图所示，其中在VB2

电极发生反应：VB#16OHFle=VO：+2B(OH)；+4H2。该电池工作时，下列说法错误

的是()

KOH溶液离了选择性膜

A.负载通过0.04mol电子时，有0.224L(标准状况)。2参与反应

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+1102+20OFT+6HQ=8B(0H)；+4V0：

D.电流由复合碳电极经负载、VB?电极、KOH溶酒回到复合碳电极

【答案】B

【解析】根据图示的电池结构，左侧VB2发生失电子的反应生成V0：和B(OH)；,反应

的电极方程式如题干所示，右侧空气中的氧气发生得电子的反应生成0H,反应的电极方

程式为O2+4e-+2H2O=4OH-,电池的总反应方程式为4VB2+1102+200H+6H20=8B(OH)4+4

VO：。A.当负极通过O.C4moi电子时，正极也通过0.04mol电子，根据正极的电极方程式,

通过().04mol电子消耗O.Olmol氧气，在标况下为0.224L,A正确；B.反应过程中正极生

成大量的OH-使正极区pH升高，负极消耗0H-使负极区0H-浓度减小pH降低，B错误；

C.根据分析，电池的总反应为4VB2+UO2+2OOH-+6H2O=8B(OH)；+4VO：,C正确：D.电

池中，电子由VB2甩极经负载流向复合碳电极，电流流向与电子流向相反，则电流流向为

复合碳电极T负载—VB2电极-KOH溶液-复合碳电极，D正确；故选B。

【点睛】本题在解答时应注意正极的电极方程式的书写，电解质溶液为碱性，则空气中

的氧气得电子生成氢氧根；在判断电池中电流流向时，电流流向与电子流向相反。

考星族破

1.微生物燃料电池在净化废水的同时能获得能源或得到有价值的化学产品，下图为其工作

原理及废水中C＞。有离子浓度与去除率的关系。下列说法不正确的是()

(

承l(x)

)80

*60

疑40

出20

012345

―---------------------------------Cr/K2-离子浓度（mg•［尸）

质子交挺聪

A.有机物被氧化，M为电源负极

B.电池工作时，N极附近溶液pH增大

C.CnCH-离子浓度较大时，可能会造成还原菌失活

D.处理0.1molCr2O十时有0.6molH+从交换膜右侧向左侧迁移

【答案】D

【解析】由图知.电子流入电极N,则N电极为正极,发牛还原反应，CrzO?2-得电子牛

成CN+,M极失电子发生氧化反应，有机物被氧化生成CO?,为原电池的负极。A.由分析

可知，M电极有机物失电子发生氧化反应，M为负极，故A正确；B.根据图示，正极反

应为CnO3-+6e-+l4H+=2。3++7比0,消耗氢离子,N极附近溶液pH增大,故B正确；

c.Cno▼具有强氧化性，能使蛋白质变性，浓度较大时，可•能会造成还原菌失活，故c正

确；D.Cr元素由+6价变为+3价，处理O.lmoICnO干时转移（）.6mol电子，根据电荷守恒,

处理O.lmolCr2O/时有0.6molH，从交换膜左侧向右侧迁移，故D错误；答案选D。

2.（双选）以石墨为电极材料，熔融硝酸钠为电解质，NO2-O2燃料电池的工作原理如图所

小。

卜列关于该燃料电池的说法不正确的是（）

A.石墨1电极的电势高于石墨II电极的电势

B.石墨II电极上消耗的NO?的体积与生成的N2O5的体积之比为2：1

C.该电池工作时，熔融NaNCh中Na-向石墨II电极移动

D.该电池的总反应方程式为4NO2+O2=2N2OS

【答案】BC

【解析】由图知：石墨1电极电子流入是正极，石墨II电子流出是负极：A.由分析可知，

石墨1电极的电势高于石墨n电极的电势，A正确；B.石墨II电极上发生的电极反应为

NO2+NO3-e-=N2O5,电极上消耗的NO?的体积与生成的N2O5的体积之比为1“，B错误；

C.原电池中阳离子向正极移动，该电池工作时，熔融Na\K）3中Na-向石墨I电极移动，C错

误；D.在熔融硝酸钠环境中，NO?在负极失电子被氧化到+5价，Ch在正极得到电子被还

原到-2价，该电池的总反应方程式为4NO2+O2=2N2OS，D正确；答案选BC。

3.Li-SOCk电池是迄今具有最高能量比的电池。该电池的电极材料分别为锂和碳，电解液

是LiAlClySOCb（熔点-110。（2、沸点78.8%：）。电池的总反应可表示为：4Li+2SOCI2=

4LiCl+S+SO2o下列说法错误的是（）

A.该电池不能在寒冷的地区正常工作

B.该电池工作时，正极反应为：2SO02+4e-=4C「+S+SO2

C.SOCb分子的空间沟型是三角锥形

D.该电池组装时，必须在无水无氧条件下进行

【答案】A

【解析】根据电池的总反应可知，失电子的是Li,在负极发生反应，得电子的是SOCk，

在正极发生反应；电解液的熔点为-110。＜2、沸点为788C,电池可以在-110。078£。（2温度

范围内正常工作。A.电解液（熔点-1MFC、沸点78.8。。，所以在寒冷的地区，电解液也是

液态，所以能在寒冷的地区正常工作，故A错误；B.SOCb为氧化剂，在正极发生还原反

应，电极方程式为：2soeb+4e-=4CT+S+SO2，故B正面；C.SOCb分子中的中心原子S

原子价层电子对数=3+处#J=4,采取sp3杂化，且有一对孤电子对，为三角锥形，故

C正确；D.因为构成电池的材料Li能和水反应，且SOCb也与水反应，所以必须在无水无

氧条件下进行，故D正确；答案选A。

4.下图中装置I是原电池，电池总反应为：N2H4+O2=N2^H2O,离子交换膜只允许H+通过。

装置II为电解池，闭合开关K时，b极附近先变红色，卜列说法正确的是（）

电极A离子卡换膜△，极B

1-

a'b

倒樟

」NaCI溶液浸

湿的闸取试纸I

A.原电池负极发生的电极反应式为N2H4+4OH-4e-=N2+4H2O

B.电解池中，b电极为阳极

C.当有0.01molH+通过离子交换膜时，a电极上析出气体112mL

D.闭合KB,电流方向为A_,a_,b_＞B_/A

【答案】D

【解析】因为闭合开关K时，b极附近先变红色，据此推断b极是阴极，B是负极，A

是正极,a是阳极.A.由干原电池中离子交换膜只允许H*通过，所以负极发牛的电极反应

式为N2H-4e-=N2+4H+,A说法错误；B.电解池中，b也极为阴极，B说法错误；C.当有

0.01mol"通过离子交换膜时，气体的条件若为标准状况下，a电极上析出气体为112mL,C

说法错误；D.闭合KB，依据正电荷移动的方向是电流的方向，所以电流方向为

A_,a_,b__.A,D说法正确。答案为D。

5.用锂一氟化碳（氨气与碳生成的夹层化合物）电池电解含有尿素［COIN%*的碱性溶液,

用于废水处理和煤液化供氢，其装置如图所示（装置中c、d均为情性电极，隔膜仅阻止

气体通过），下列说法错误的是（）

隔腹

A.电极a为锂一氟化碳电池的负极

B.电极b的电极反应为（CFx）n+nxe-=nC+nxF-

C.装置中甩子流动方向：电极a-电极d—＞隔膜-电极c—＞电极b

D.c电极区和d电极区产生的气体在相同条件下的体积比为1:3

【答案】C

【解析】A.锂一氟化碳（氟气与碳生成的夹层化合物）电池中Li一定向移动到b极，根

据原电池中阳离子定向移动到正极可推出b极为正极，则a极为负极，选项A正确：B.电

极b为原电池的正极，正极上氟气与碳生成的夹层化合物（CF、）n得电子产生C和「，故

-

电极反应为（CF、）n+nxe=nC+nxF,选项B正确；C.根据装置可知电极a为负极，b为

正极，c为阳极，d为阴极，故装置中电子流动方向：电极a-电极d,电极c—电极b,电

子不在隔膜中流动，选项C错误；D.根据得失电子守恒，电解含有尿素［CO（NH2）2］的碱性

溶液，c电极区和d电极区产生的气体N?和H2在相同条件下的体积比为1：3,选项D正

确；答案选C。

6.（双选）我国科研人员研制出一种室温“可呼吸"Na-CO?电池。放电时该电池“吸

入”C02，充电时“呼出”CO2。吸入CO2时，其工作原理如图所示。吸收的C02中，部分

转化为Na2c03固体沉积在多壁碳纳米管（MWCNT）电极表面。卜.列说法正确的是（）

（NaCQ「四甘辞二甲屣）

A.“吸入"CO?时，钠箔为负极

+

B.“吸入"CO2时的正极反应：4Na+3CO2+4e-=2Na2CO3+C

C.“呼出"CO?时，Na+向多壁碳纳米管电极移动

D.标准状况下，每“呼出”22.4LCO2,转移电子数为0.75mol

【答案】AB

【解析】根据题意，结合图示，放电时为原电池，钠箔作原电池负极，电极反应为

Na-e-=Na+,多壁碳纳米管（MWCNT）电极作原电池正极，“吸入”CO?,部分转化为Na2cO3

+

固体沉积在多壁碳纳米管［MWCNT）电极表面，电极反应为4Na4-3CO2+4e-=2Na2CO3+C；“呼

出“CO2时为电解池。A.根据分析，“吸入"CO2时为原电池，钠箔为负极，故A正确；

B.根据分析，“吸入"CO2时为原电池，多壁碳纳米管（MWCNT）电极作原电池正极，正极反

应为4Na++3co2+4e-=2Na2cO3+C,故B正确;C.根据分析，“呼出"CO2时为电解池，多

壁碳纳米管（MWCNT）电极阳极，钠箔为阴极，电解池中阳离子向阴极移动，则Na，向钠箔

电极移动，故C错误；D.“呼出"C02时为电解池，阳极的电极反应为

2Na2cO3+C-4e-=4Na，+3CO2,产生3moicO2转移4moi电子，则标准状况下，每“呼出”22.4L

4

C02,即产生ImolCOz时，转移电子数为一mol，故D错误；答案选AB。

3

7.一种非水相可充电电池可承受较大的充放电电流，电极为镁电极和碳电极，其示意图如

下所示。下列说法错误的是（）

A.充电时，b连接直流电源的正极B.放电时，电池内部Mg2+向C电极移动

C.充电时，C极区由-浓度增大D.电池总反应为Mg+Brj楚Mg2-+3B「

充电

【答案】C

【解析】由图“J知，电极为镁电极和碳电极，电池充放电过程中均是Mg?+在两极之间移

动，电池放电过程中Mg电极上只能是Mg放电生成Mg2+,因此放电过程中负极电极反应

式为Mg-2e-=Mg2+,C电极发生还原反应，其电极反应式为Br5+2e-=3B「充电过程中，电

池负极连接电源负极发生还原反应，电池正极连接电源正极发生氧化反应。由上述分析可知，

放电时，Mg为电池负极，C为电池正极，A.放电时，C电极为电池为正极，充电时，b连

接直流电源的正极，故A项说法正确：B.放电时，Mg2+移向还原电极，即移向C电极，

故B项说法正确：C.充目时，C极上的电极反应式为3B「2e-=Brj,浓度将减小，故C

项说法错误：D.由电池负极与正极电极反应式相加并将电子抵消即可得到电池总反应，因

此电池总反应为Mg+B■楚Mg2++3B。故D项说法正确；故答案为C。

8.（双选）2019年诺贝尔化学奖颁给了三位为锂离子电池发展作出重要贡献的科学家。磷

+

酸铁锂锂离子电池充电时阳极反应式为：LiFcPO4-xLi-xc->XFCPO4+（1-x）LiFcPO4<,放

电工作示意图如图。下列叙述正确的是（）

A.放电时，Li+通过隔膜移向正极

B.充电时，电子从电源经铜箔流入正极材料

+

C.放电时正极反应为：FcPO4+xLi+xe=xLiFePO4+(1-x)FePO4

D.磷酸铁锂锂离子电池充放电过程通过Li，迁移实现，C、Fe、P元素化合价均不发生

变化

【答案】AC

【解析】放电时为原电池，原电池中阳离子流向正极，根据锂离子的流向可知铜箔为正

极，发生还原反应，铝箔为负极，发生氧化反应，充电时为电解池，铜箔上发生氧化反应为

阳极，铝箔发生还原反应为阴极，即充电时铜箔上的反应为

+

LiFePO4-xLi-xe->xFePO4+(1-x)LiFePO4oA.放电时为原电池，原电池中阳离子流向正极，

故A正极；B.充电时，正极材料上发生失电子的氧化反应，电子流出，故B错误；C.放

电时的正极反应和充电时的阳极反应相反，为FePO4+xLi++xe-TxLiFePO4+(l-x)FePO4,故C

正确；D.根据阳极的反应式可知充放电的过程中Fe元素的化合价发生变化，故D错误：

综上所述答案为AC。

9.用下列方法制备银锌碱性电池的正极活性物质Ag2O2：向KOH溶液中加入适量AgNO,

溶液，保持反应温度为8()。。边搅拌边将一定量K2s2。8(过二硫酸钾，其中部分o为-1

价)溶液缓慢加到上述混合物中，反应完全后，过滤、洗涤、真空干燥得到固体样品。反

应总方程式为2AgNOj+4KOH+K2S2O8^=Ag2O21+2KNO3+2K2SO4+2H2Oo下列说法不

正确的是()

A.银锌碱性电池放电时正极的AgzCh转化为Ag,被还原

B.该电池充电时阴极的电极反应为：[Zn(OH)4]2-+2L=Zn+4OH-

C.银锌碱性电池反应方程式可写为：Ag2O2+2Zn+4KOH+2H2O=2K2Zn(OH)4+2Ag

D.上述反应中，ImolK2s2O式过二硫酸钾)得2moie(除氧之外，其余元素的化合价都没

有变)

【答案】D

【解析】银锌碱性电池中由锌电极和AgzCh电极组成，电解质溶液通常是KOH溶液，

故电池放电时正极的Ag2()2转化为Ag,负极的Zn转化为K2Zn(OH)4，正极电极反应式为

2

Ag2O2+4e-+2H2O=2Ag+4OH-,负极电极反应式为2Zn-4e+80H=2[Zn(OH)4]-,反应还应有

KOH参加，反应的总方程式为：Ag2O2+2Zn+4KOH+2H2O=2K2Zn(OH)4+2AgoA.由分析可

知，银锌碱性电池放电时正极的AgzOz转化为Ag,被还原，A正确：B.二次电池充电时

发生放电的逆过程，该电池充电时阴极发生的电极反应为充电时负极电极反应的逆过程，故

电极反应为：[Zn(OH)j2-+2e-=Zn+4OH，B正确；C.由分析可知，银锌碱性电池反应方

程式可写为：Ag2O2+2Zn+4KOH4-2H2O=2K2Zn(OH)4+2Ag,C正确：D.根据信息可知，上

述反应2AgNO3+4KOH+K2s2Ox=Jg2O21+2KNO3+2K2SO4+2H2O是非氧化还原反应,故不

存在电子的得失和化合价的改变,D不正确：故答案为：D。

10.一种高性能的直接硼氢燃料电池如图所示，其总反应为BHa+2C>2=BO计2H2。。该电池

工作时，下列说法正确的是()

A.电子由Pt电极经外电路、石墨电极、NaOH溶液回到Pt电极

B.负极反应式为BH4-8e-+8OH-=BO2+6H2O

C.OH-透过阴离子交换膜向石墨电极迁移

D.外电路通过0.4m。!电子时，有2.24LO2在石墨电极上参与反应

【答案】B

【解析】A.在外电路中，电子由负极Pt电极经导线流向正极石墨电极，而在内电路中

离子定向移动，电子不能进入到电解质溶液中，A错误；B.依据装置图可知Pt电极为负极,

负极上BH1失去电子被氧化变为BO》由于电解质溶液显碱性，含有大量的OH-,故负极

的电极反应式为:BH4-8e-+8OH-=BO2+6H2O,B正确;C.溶液中的阴离子OH■应该向正

电荷较多的负极(Pt)迁移，C错误；D.没有指明反应条件是否是“标准状况”，因此不能进行

有关计算，D错误：故答案为B。

11.用氟硼酸(HBF4,属于强酸)溶液代替硫酸溶液作铅蓄电池的电解质溶液，可使铅蓄电

池在低温下工作时的性能更优良，反应方程式为

放电

Pb+PbO,+4HBF4-^2Pb(BFD2+2H2O。Pb(BF4)2为可溶于水的强电解质，下列说法正

充电

确的是()

A.放电时，负极反应为PbO2+4HBFr2e-=Pb(BF4)2+2BF*+2H2O

B.充电时，当阳极质量增加23.9g时转移0.2mol电子

C.放电时，PM%电极附近溶液的pH减小

D.充电时，Pb电极的电极反应为PbO2+4HH2e-=Pb2++2H2。

【答案】B

【解析】A.放电时,负极反应为：Pb-2e-=Pb2+,故A错误;B.充电时，Pb?+-2e、2H?0=

PbO24-4ir,当正极质量增加23.9g时转移0.2mol电子，故B正确；C.放电时，

+

PbO2+4H+2e-=Pb^+2H2O,PbO2电极附近溶液的pH增大，故C错误；D.充电时，Pb电

极的电极反应式为Pb2』2「Pb,故D错误；故选B。

12.一种新型燃料电池以二氧化硫和空气为原料，工作原理如图所示，下列说法不正确的是

A.电路中每通过Imol电子，有ImolIT从a电极迁移到b电极

B.该电池实现了制备硫酸、发电、环保三位一体的结合

C.该电池工作时，b极附近pH逐渐降低

D.相同条件下，放电过程中消耗的SO?和。2的体积比为2；1

【答案】C

【解析】通入SO2为电池负极，即a为负极，发生氧化反应生成硫酸，反应式为：

+

SO2+2H2O-2e-=SO^+4H,通入空气的为正极，即b为正极，反应式为：

++

O2+4H+4e=2H2O,装置的总反应为：2SO2+2H2O+O2=2SOr+4HoA.a为负极，b为正

极，由正极反应式O2+4H^+4e~=2H2O可判断，电路中每通过Imol电子，有ImolFT从a电

极迁移到b电极，故A正确：B.S5是污染性气体，屯池负极的SO2气体发生氧化反应生

成硫酸，既减少了环境污染，又将其转换为电能、充分利用，故B正确；C.b为正极，反

应式为：O2+4H，+4e-=2H2O,b极附近pH逐渐升高，故C错误：D.由总反应式：

2so2+2H2O+O2=2SO仁+4FT可知，相同条件下，放电过程中消耗的SO2和的体积比为

2：1,故D正确。答案选C。

【点睛】本题考查了原电池原理的应用，明确电解质溶液酸碱性、电极的判断以及电极

方程式的书写方法是解本题关键。

13.（双选）某种新型热激活电池的结构与工作原理如图所示。下列说法正确的是（）

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