高考化学一轮复习讲义 大单元四　第九章　热点强化8　新型化学电源分类突破

热点强化8新型化学电源分类突破一、锂(钠)电池和锂(钠)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.钠离子电池是一种二次电池，主要依靠钠离子在电极之间移动来工作。一种钠离子电池的工作原理如图所示，放电时，电池反应可表示为Na1-xFePO4+NaxC=NaFePO4+C。下列说法正确的是()A.电池放电时，X极发生氧化反应B.电池放电时，Na+通过阳离子交换膜向右侧区域移动C.电池充电时，X极的电极反应式为NaFePO4+xe-=Na1-xFePO4+xNa+D.电池充电时，每转移1mole-，Y极质量增加23g答案D解析根据放电时电池反应Na1-xFePO4+NaxC=NaFePO4+C可知，放电时NaxC失电子，Y是负极；Na1-xFePO4得电子发生还原反应，X是正极，故A错误；放电时，阳离子移向正极，Na+从右侧区域通过阳离子交换膜移向左侧区域，故B错误；充电时，X极为阳极，电极反应式为NaFePO4-xe-=xNa++Na1-xFePO4，故C错误；电池充电时，Y电极为阴极，发生反应：xNa++xe-+C=NaxC，则每转移1mole-，Y极质量增加23g，故D正确。二、打破思维定式的浓差电池3.浓差电池是利用两极半电池中的特定物质的浓度差产生电势的一种电化学装置。天津大学科研团队用[Co(phen)3](PF6)2(phen为邻菲罗啉，结构如图1，为配体)为活性物质制作的浓差电池装置如图2所示(电极a、b均为惰性电极)A.电极b为正极B.放电时，化学能转化为电能C.离子交换膜为阴离子交换膜D.负极反应为[Co(phen)3]3+答案D解析浓差电池：高浓度一侧为负极，低浓度一侧为正极，则a是负极，b是正极，A正确；该装置为原电池，将化学能转化为电能，B正确；为保证两极区域阳离子浓度不同，应使用阴离子交换膜，C正确；该装置为原电池，负极的电极反应为[Co(phen)3]2+-e-(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。三、微生物燃料电池4.(2025·苏锡常镇一模)微生物电池除去废水中CH3COO-的装置如图所示。下列说法正确的是()A.高温可以提高CH3COO-的去除速率B.不锈钢表面发生了氧化反应C.石墨电极表面发生的电极反应为CH3COO--8e-+2H2O=2CO2+7H+D.电池工作时，每消耗0.1molCH3COO-，有0.7molH+从质子交换膜左侧向右侧迁移答案C解析由装置图可知，石墨电极上CH3COO-转化生成CO2，C元素化合价由0价升高为+4价，失电子发生氧化反应，则石墨电极为负极，发生电极反应：CH3COO--8e-+2H2O=2CO2+7H+；不锈钢电极为正极，得到电子发生还原反应，电极反应：[Fe(CN)6]3-+e-=[Fe(CN)6]4-。D项，结合分析，电池工作时，每消耗0.1molCH3COO-，会有0.8mol电子转移，有0.8molH+从质子交换膜左侧向右侧迁移，错误。5.(2025·无锡期中)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，用如图所示装置处理有机废水(以含CH3COO-的溶液为例)。下列说法正确的是()A.a极发生还原反应B.为了实现海水的淡化，隔膜1为阳离子交换膜C.电池工作一段时间后，正、负极产生气体的物质的量之比约为2∶1D.该装置内工作温度越高，海水淡化效果越好答案C解析据图可知，a极上CH3COO-转化为CO2和H+，C元素被氧化，所以a极为原电池的负极，发生氧化反应，电极反应式为CH3COO-+2H2O-8e-=2CO2+7H+，则b极为正极，发生还原反应，电极反应式为2H++2e-=H2。C项，当转移8mol电子时，正极产生4molH2，根据负极反应式可知，负极产生2molCO2，正、负极产生气体的物质的量之比为4∶2=2∶1，正确；D项，工作温度过高，微生物的催化效果反而会降低，海水淡化效果不一定越好，错误。四、太阳能转化电池6.Li-O2电池比能量高，在汽车、航天等领域具有良好的应用前景。近年来，科学家研究了一种光照充电Li-O2电池(如图所示)。光照时，光催化电极产生电子(e-)和空穴(h+)，驱动阴极反应(Li++e-=Li)和阳极反应(Li2O2+2h+=2Li++O2)对电池进行充电。下列叙述错误的是()A.充电时，电池的总反应为Li2O2=2Li+O2B.充电效率与光照产生的电子和空穴量有关C.放电时，Li+从正极穿过离子交换膜向负极迁移D.放电时，正极发生反应：O2+2Li++2e-=Li2O2答案C解析充电时为电解池，由题目信息知，光照时，光催化电极产生电子和空穴，驱动阴极反应(Li++e-=Li)和阳极反应(Li2O2+2h+=2Li++O2)，则充电时，电池的总反应为Li2O2=2Li+O2，因此，充电效率与光照产生的电子和空穴量有关，A、B正确；放电时，金属Li电极为负极，光催化电极为正极，Li+从负极穿过离子交换膜向正极迁移，C错误；放电时，正极反应为O2+2Li++2e-=Li2O2，D正确。7.太阳能电池在日常生活中已广泛应用，一种替代硅光电池的全天候太阳能电池已投入商用，其工作原理如图。下列说法不正确的是()A.硅太阳能电池工作原理与该电池不相同B.夜间时，该电池相当于蓄电池放电，a极发生氧化反应C.光照时，b极的电极反应式为VO2+-e-+H2O=VO2+D.光照时，每转移1mol电子，有2molH+由b极区经质子交换膜向a极区迁移答案D解析有光照时对全天候太阳能电池充电，相当于电解池，阳极发生氧化反应，失去电子，因此b为阳极，电极反应式为VO2++H2O-e-=VO2++2H+，a为阴极，电极反应式为V3++e-=V2+；夜间无光照时，相当于蓄电池放电，为原电池，结合原电池和电解池原理分析解答。硅太阳能电池是用半导体原理将光能转化为电能，是物理变化，而该电池是化学能转化为电能，两者原理不同，故A正确；光照时，为电解池，电解池中氢离子向阴极移动，所以氢离子由b极室通过质子交换膜进入a极室，每转移1mol电子，有1mol氢离子由b极区经质子膜向a极区迁移，故光催化电极电池的工作原理主要基于光催化反应与电化学反应的协同作用，通过光能激发催化剂产生载流子，驱动电池能量转换。具体过程如下：(1)光能激发载流子生成当光照射到半导体光电极(如TiO2)表面时，光子能量大于禁带宽度，价带电子被激发到导带，同时价带产生空穴，形成电子⁃空穴对。这一过程在极短时间内完成(如10-9秒)，但电子和空穴易在材料内部复合，需通过表面处理(如热处理、机械研磨)增加表面活性位点。(2)载流子分离与迁移经过表面处理后，电子和空穴在电场作用下分别向正、负极迁移。电子在正极参与还原反应(如光分解水制氢)，空穴在负极参与氧化反应(如有机污染物降解)。(3)电化学反应驱动能量输出电解质中的离子在电场作用下迁移，形成电流。这一过程实现了光能向化学能的转换，驱动外部负载工作(如发电或驱动化学反应)。五、液流储能电池8.(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。9.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