大单元四　第十章　热点强化7　新型化学电源分类突破

热点强化7新型化学电源分类突破一、锂电池和锂离子二次电池1.(2025·安徽，13)研究人员开发出一种锂⁃氢可充电电池(如图所示)，使用前需先充电，其固体电解质仅允许Li+通过。下列说法正确的是()A.放电时电解质溶液质量减小B.放电时电池总反应为H2+2Li=2LiHC.充电时Li+移向惰性电极D.充电时每转移1mol电子，c(H+)降低1mol·L-1答案C解析结合锂⁃氢可充电电池装置，再结合题中信息“使用前需先充电”可知，先充电的目的是将惰性电极附近的有机电解质中的Li+转化为Li，故充电时，惰性电极为阴极，其电极反应式为Li++e-=Li；气体扩散电极为阳极，其电极反应式为H2-2e-+2H2PO4-=2H3PO4。放电时，惰性电极为负极，其电极反应式为Li-e-=Li+；气体扩散电极为正极，其电极反应式为2H3PO4+2e-=H2↑+2H2PO4-。由放电时正极发生的反应知，每2mol(14g)Li+进入电解质溶液，有1mol(2g)H2扩散到储氢容器，故电解质溶液质量增加，A错误；由正、负极发生的反应知，放电时电池总反应为2Li+2H3PO4=H2↑+2Li++2H2PO4-，B错误；电解池中阳离子移向阴极，故充电时Li+移向惰性电极，C正确；电解质溶液体积未知，且H3PO4是弱酸，故c(2.(2025·温州二模)某新型锂离子电池是以嵌锂非晶硅薄膜(LixSi)和钴酸锂(LiCoO2)薄膜为电极的二次电池，充电时，Li+嵌入非晶硅薄膜，放电时发生脱嵌，工作原理如图所示。A.充电时，b极接电源的负极B.充电时，a极的电极反应式为xLi++xe-=xLiC.放电时，外电路通过1mole-，b极质量增加7gD.放电时，Li+穿过Li+交换膜向a极移动答案C解析充电时，电解质的阳离子移向阴极，该电池充电时，Li+嵌入非晶硅薄膜，因此充电时a极为阴极，放电时为负极。根据分析知，充电时，b极为阳极，接电源的正极，A错误；充电时，a极的电极反应式为xLi++xe-+Si=LixSi，B错误；放电时，外电路通过1mole-，b极将嵌入1molLi+，因此b极质量增加7g，C正确；放电时，阳离子向正极移动，因此a极区的Li+穿过Li+交换膜向b极移动，D错误。3.锂离子电池的能量密度高，在生产生活中具有广泛的应用。科学家研发的一种锂离子电池的工作原理如图所示。下列说法正确的是()A.该电池充电或放电时，高电势端均发生氧化反应B.该电池充电时，石墨端与外电源的正极相连，电能转化为化学能C.该电池放电时，正极反应为Li1-xCoO2+xLi++xe-=LiCoO2D.该电池放电时，电路中每通过1mol电子，负极质量减少7xg答案C解析锂离子电池属于二次电池，放电时，石墨端为负极，Li1-xCoO2端为正极；充电时，石墨端为阴极，Li1-xCoO2端为阳极，据此分析解答。充电时，高电势端为阳极，发生氧化反应，放电时，高电势端为正极，发生还原反应，A项错误；该电池充电时，石墨端为阴极，与外电源的负极相连，电能转化为化学能，B项错误；该电池放电时，Li1-xCoO2端为正极，Li+向正极移动结合Li1-xCoO2生成LiCoO2，正极反应为Li1-xCoO2+xLi++xe-=LiCoO2，C项正确；该电池放电时，负极反应为LixC6-xe-=xLi++C6，电路中每通过1mol电子，负极减少1molLi+，即质量减少7g，D项错误。二、钠电池和钠离子电池4.(2024·浙江模拟预测)钠硫电池是室温低成本、高比能量能源存储系统的重要部件，其放电时的工作原理如图。下列说法不正确的是()A.充电时，电极A连接电源的负极，Na+得到电子，发生还原反应B.充电时，电极B的电极反应为Na2Sx-2e-=xS+2Na+C.放电时，当熔融多硫化钠中转移1mol电子时，电极A中液态钠减轻23gD.放电时，增大两电极之间的距离可以增大电池的放电电压答案D解析根据放电时Na+的移动方向可知，电极A是负极，B是电池的正极，负极上Na失电子生成Na+，负极反应式为Na-e-=Na+，正极反应式为2Na++xS+2e-=Na2Sx，电池总反应为2Na+xS=Na2Sx；充电时为电解池，原电池的正、负极分别接电源的正、负极，阴极反应为Na++e-=Na，阳极反应为Na2Sx-2e-=2Na++xS，据此分析解答。由分析可知，充电时，电极A连接电源的负极，Na+得到电子，发生还原反应，电极反应为Na++e-=Na，A正确；由分析可知，充电时，电极B与电源正极相连，为阳极，发生氧化反应，电极反应为Na2Sx-2e-=xS+2Na+，B正确；放电时，电极A是负极，负极反应式为Na-e-=Na+，当熔融多硫化钠中转移1mol电子时，则有1molNa+流向正极，即电极A中液态钠减轻1mol×23g·mol-1=23g，C正确；放电时，增大两电极之间的距离将增大内电阻和内电动势，将导致电池的放电电压减小，D错误。5.(2025·绍兴模拟预测)钠离子电池使用的电极材料主要是钠盐，相较于锂盐而言储量更丰富、价格更低廉。某钠离子电池结构如图所示，电极A为含钠过渡金属氧化物(NaTMO2)，电极B为硬碳，充电时Na+嵌入硬碳中。下列说法正确的是()A.放电时，A是原电池的负极B.放电时，外电路通过amol电子时，A电极电解质损失amolNa+C.充电时，电极A为阳极，反应可表示为NaTMO2-xe-=Na1-xTMO2+xNa+D.单位质量的负极材料钠离子电池比锂离子电池可以提供更多的电量答案C解析充电时Na+嵌入硬碳中，则硬碳电极为电解池的阴极，则放电时，电极B为电池的负极，A为电池的正极，A错误；放电时，A电极(正极)电极反应式为Na1-xTMO2+xNa++xe-=NaTMO2，Na+从负极向A电极迁移，然后参与电极反应，故A电极电解质中不损失Na+，B错误；充电时A为阳极，电极反应式为NaTMO2-xe-=Na1-xTMO2+xNa+，C正确；Li的相对原子质量小于Na，故单位质量的负极材料锂离子电池比钠离子电池可以提供更多的电量，D错误。三、打破思维定式的浓差电池6.(2023·山东，11改编)利用热再生氨电池可实现CuSO4电镀废液的浓缩再生。电池装置如图所示，甲、乙两室均预加相同的CuSO4电镀废液，向甲室加入足量氨水后电池开始工作。下列说法错误的是()A.甲室Cu电极为负极B.隔膜为阳离子膜C.电池总反应：Cu2++4NH3=[Cu(NH3)4]2+D.NH3扩散到乙室将对电池电动势产生影响答案B解析甲、乙两室加入相同的CuSO4电镀废液，向甲室加入足量氨水，甲室中的Cu2+转化为[Cu(NH3)4]2+，c(Cu2+)下降，故甲室Cu电极溶解，因此甲室Cu电极为负极，故A正确；原电池内电路中阳离子向正极移动，若隔膜为阳离子膜，电极溶解生成的铜离子要向右侧移动，通入氨气要消耗铜离子，显然左侧阳离子不断减小，明显不利于电池反应正向进行，故B错误；负极反应是Cu-2e-+4NH3=[Cu(NH3)4]2+，正极反应是Cu2++2e-=Cu，则电池总反应为Cu2++4NH3=[Cu(NH3)4]2+，故C正确；NH3扩散到乙室会与铜离子反应生成[Cu(NH3)4]2+，铜离子浓度降低，铜离子得电子能力减弱，因此将对电池电动势产生影响，故D正确。7.(2022·浙江1月选考，21)pH计是一种采用原电池原理测量溶液pH的仪器。如图所示，以玻璃电极(在特制玻璃薄膜球内放置已知浓度的HCl溶液，并插入Ag⁃AgCl电极)和另一Ag⁃AgCl电极插入待测溶液中组成电池，pH与电池的电动势E存在关系：pH=E-常数0.059。下列说法正确的是A.如果玻璃薄膜球内电极的电势低，则该电极反应式为：AgCl(s)+e-=Ag(s)+Cl-(0.1mol·L-1)B.玻璃膜内外氢离子浓度的差异不会引起电动势的变化C.分别测定含已知pH的标准溶液和未知溶液的电池的电动势，可得出未知溶液的pHD.pH计工作时，电能转化为化学能答案C解析如果玻璃薄膜球内电极的电势低，则该电极为负极，负极发生氧化反应而不是还原反应，A错误；pH与电池的电动势E存在关系：pH=E-常数0.059，则玻璃膜内外氢离子浓度的差异会引起电动势的变化，B错误；pH与电池的电动势E存在关系：pH=E-常数0.059，则分别测定含已知pH的标准溶液和未知溶液的电池的电动势，可得出未知溶液的pH，(1)浓差电池是仅由一种物质由高浓度向低浓度扩散而引发的一类电池。电池内部，当某种电解质离子或分子浓度越大时，其氧化性或还原性越强。(2)“浓差电池”的分析方法浓差电池是利用物质的浓度差产生电势的一种装置。两侧半电池中的特定物质有浓度差，离子均是由“高浓度”移向“低浓度”，依据阳离子移向正极区域、阴离子移向负极区域判断电池的正、负极，这是解题的关键。四、微生物燃料电池8.(2024·金华模拟)微生物脱盐池是在微生物燃料电池的基础上发展而来的新兴生物电化学系统，示意图如图所示。下列说法正确的是()A.该装置能同时实现海水淡化、化学能转化为电能B.当消耗标准状况下氧气11.2L时，通过X膜、Y膜的离子总数是2NA个C.负极反应为CH3COO-+7OH--8e-=2CO2+5H2OD.Y为阴离子交换膜答案A解析燃料电池通入O2的电极为正极，因此b为正极，则a为负极；原电池内电路中：阳离子通过阳离子交换膜移向正极，阴离子通过阴离子交换膜移向负极，从而使海水中Na+、Cl-含量减少形成淡水，该装置工作时为原电池，是将化学能转化为电能的装置，能提供电能，A正确；由分析知，电极b为正极，氧气得电子发生还原反应，消耗标准状况下氧气11.2L即(0.5mol)，得到0.5mol×4=2mol电子，因此通过Y阳离子交换膜的离子数为2NA，同时X阴离子交换膜也通过2NA个离子，所以通过X膜、Y膜的离子总数是4NA个，B错误；由图可知，负极CH3COO-失电子发生氧化反应，溶液为酸性，电极反应为CH3COO-+2H2O-8e-=2CO2+7H+，C错误；原电池中阳离子移向正极、阴离子移向负极，从而达到脱盐和平衡电荷的目的，所以Y为阳离子交换膜、X为阴离子交换膜，D错误。9.双阴极微生物燃料电池可进行硝化和反硝化脱氮，装置如图。下列说法错误的是()A.H+的迁移方向：厌氧阳极→缺氧阴极，厌氧阳极→好氧阴极B.装置工作时，“缺氧阴极”电极附近的溶液pH增大C.“好氧阴极”电极反应式为O2+4H++4e-=2H2OD.放电过程中若有1molNH4+完全转化为NO3-，“好氧阴极”答案D解析如图，“厌氧阳极”上，C6H12O6失去电子生成CO2和H+，电极反应式为C6H12O6+6H2O-24e-=6CO2+24H+；“缺氧阴极”上，NO3-得到电子生成NO2，NO2再转化为N2，电极反应式分别为NO3-+2H++e-=NO2+H2O、2NO2+8H++8e-=N2+4H2O；“好氧阴极”上，O2得到电子生成H2O，电极反应式为O2+4H++4e-=2H2O，同时O2还能氧化NH4+生成NO2-，NO2-还可以被O2氧化为NO3-，离子方程式分别为2NH4++3O2=2NO2-+4H++2H2O、2NO2-+O2=2NO3-，据此回答。在原电池中，阳离子向正极移动，该电池中厌氧阳极是负极，缺氧阴极和好氧阴极是正极，所以H+的迁移方向是厌氧阳极→缺氧阴极，厌氧阳极→好氧阴极，A正确；电池工作时，“缺氧阴极”上消耗的H+多于从“厌氧阳极”迁移过来的H+，且反应生成水，其附近的溶液pH增大，B正确；“好氧阴极”上发生的电极反应为O2+4H++4e-=2H2O，C正确；1molNH4+完全转化为NO3-，N元素的化合价从-3升高到+5，失去8mol电子，需要消耗的O2为2mol，又根据“好氧阴极”的电极反应式O2+4H++4e-=2H五、太阳能转化电池10.(2024·宁波高三月考)我国科学家在太阳能光电催化—化学耦合分解H2S研究中获得新进展，相关装置如图所示。下列说法不正确的是()A.该装置的总反应为H2SH2+SB.能量转化方式主要为“光能→电能→化学能”C.a极上发生的电极反应为Fe2+-e-=Fe3+D.a极区需不断补充含Fe3+和Fe2+的溶液答案D解析该装置发生的有关反应为H2S+2Fe3+=2H++S+2Fe2+(a极区)、Fe2+-e-=Fe3+(a极)、2H++2e-=H2(b极)，结合反应条件得到总反应：H2SH2+S，A、C正确；该制氢工艺中光能转化为电能，最终转化为化学能，B正确；a极区涉及两步反应，第一步利用氧化性强的Fe3+高效捕获H2S得到硫和还原性的Fe2+，第二步是还原性的Fe2+在a极表面失去电子生成氧化性强的Fe3+，这两步反应反复循环进行，所以a极区无需补充含Fe3+和Fe2+的溶液，D错误。11.低空经济为新能源电池拓宽了应用场景。一种新型光伏电池的工作原理如图所示，其中KI⁃KI3为电解质溶液。太阳光照下，敏化后的TiO2产生电子(e-)和空穴(h+)，驱动电流产生和离子移动。下列说法错误的是()A.电池工作时，涉及光能转化为电能B.敏化TiO2电极是负极C.Pt电极反应为3I--2e-=ID.光敏化剂结构中，中心离子Ru2+的配位数是6答案C解析该装置是光伏电池，太阳光照下，敏化后的TiO2产生电子(e-)和空穴(h+)，驱动电流产生和离子移动，所以电池工作时，涉及光能转化为电能，A正确；敏化TiO2电极失电子为负极，B正确；Pt电极为正极，得电子发生还原反应，电极反应为I3-+2e-=3I-，C错误；由图可知，光敏化剂结构中，中心离子Ru2+与6个N原子成键，Ru2+的配位数是6，六、液流储能电池12.(2025·山东，12改编)全铁液流电池工作原理如图所示，两电极分别为石墨电极和负载铁的石墨电极。下列说法正确的是()A.隔膜为阳离子交换膜B.放电时，a极为正极C.充电时，隔膜两侧溶液Fe2+浓度均减小D.理论上，Fe3+每减少1mol，Fe2+总量相应增加2mol答案C解析根据电池中所含物质知，能形成的自发氧化还原反应只有Fe+2Fe3+=3Fe2+，因此氧化剂Fe3+所在电极区的b电极为正极，电极材料为石墨，则a电极为负极，电极材料为负载Fe的石墨。隔膜需防止右侧的Fe3+进入左侧，应使用阴离子交换膜，A、B错误；充电时的总反应为3Fe2+Fe+2Fe3+，消耗Fe2+，故隔膜两侧溶液Fe2+浓度均减小，C正确；根据放电的总反应知，Fe3+每减少1mol，Fe2+总量相应增加1.5mol，D错误。13.某储能电池原理如图。下列说法正确的是()A.放电时负极反应：Na3Ti2(PO4)3-2e-=NaTiB.放电时Cl-透过多孔活性炭电极向CCl4中迁移C.放电时每转移1mol电子，理论上CCl4吸收0.5molCl2D.充电过程中，NaCl溶液浓度增大答案A解析放电时负极失电子，发生氧化反应，电极反应：Na3Ti2(PO4)3-2e-=NaTi2(PO4)3+2Na+，故A正确；放电时，阴离子移向负极，则放电时Cl-透过多孔活性炭电极向NaCl中迁移，故B错误；正极电极反应：Cl2+2e-=2Cl-，放电时每转移1mol电子，理论上CCl4释放0.5molCl2，故C错误；充电过程中，阳极电极反应：2Cl--2e复杂载体电极反应分析的一般思路在二次电池中，复杂的电极反应物和产物多为难溶物质，附着在导电的惰性材料上用作电极。分析电极组成时，常把惰性物质元素的化合价看成0价，仅起导电作用，不参与电极反应。例如：充电过程中阴极的电极反应式：H2O+M+e-===MH+OH-。MH看成是M吸附H，其中M看成0价，反应H(+1)得到电子还原成(0价)H，而不是MH+1-1以简化问题。由于石墨烯具有稳定、导电性好和比表面积大的优点，常用作气体吸附或离子电池的载体电极。用载体电极分析的事例比较常见，例如某锂离子电池的总反应为LixC+Li1-xCoO2C+LiCoO2，LixC中的C也可以看成载体电极，反应前后元素化合价都为0价。用载体电极的思想分析反应，常可以使问题简单化，如：3LiFePO4+Li4Ti5O12Li7Ti5O12+3FePO4，把FePO4、Li4Ti5O12分别看成一个整体A、B分析：3LiA+BLi3B+3A。七、复杂有机物参与的电池14.(2025·杭州模拟预测)高电压水系锌⁃有机混合液流电池的装置如图所示。下列说法错误的是()A.放电时Zn作负极，电极反应式为Zn+4OH--2e-=[Zn(OH)4]2-，负极区溶液pH减小B.放电时正极反应式为FQ+2e-+2H2O=FQH2+2OH-C.充电时电路中每转移2mol电子，理论上阴极增重65gD.充电时中性电解质NaCl的浓