高考化学一轮复习 讲义大单元四　第十章　热点强化9　新型化学电源分类突破（广东版）

热点强化9新型化学电源分类突破一、锂电池和锂离子二次电池1.(2025·广州模拟)一种兼具合成功能的新型锂电池工作原理如图。电解质溶液为含Li+的有机溶液，放电过程中Ni⁃Pt电极首先发生反应：6Li++N2+6e-=2Li3N，后产生(CF3SO2)2NLi，充电过程中电解LiCl产生Cl2。下列说法不正确的是()A.充电时，阳极产生Cl2B.放电时，Li+从Li电极向Ni⁃Pt电极迁移C.放电时，每消耗6molLi，正极室质量增加28gD.放电时总反应：6Li+N2+4CF3SO2Cl=2(CF3SO2)2NLi+4LiCl答案C解析由图可知，放电过程中氮气得到电子发生还原反应生成Li3N，Li3N又转化为(CF3SO2)2NLi和LiCl，则左侧电极为正极，右侧电极为负极。充电时为电解池装置，在阳极氯离子失去电子被氧化产生Cl2，A正确；放电时阳离子向正极迁移，则Li+从Li电极向Ni⁃Pt电极迁移，B正确；放电时，每消耗6molLi，则转移6mol电子，正极室吸收1molN2，且有6molLi+由右侧迁移至左侧，则正极室质量增加1mol×28g·mol-1+6mol×7g·mol-1=70g，C错误。2.(2025·清远模拟)目前新能源汽车多采用三元锂电池，某三元锂电池的工作原理如图所示，下列说法错误的是()A.充电时，Li+从隔膜右侧移向左侧B.放电时，A极发生的反应为xLi++6C+xe-=LixC6C.外电路每通过1mol电子，电极A、B的质量变化之和为14gD.失去活性锂元素的三元正极材料可采用化学方法再生，实现循环利用答案B解析充电时K1与K2接触，作为电解池，Li+由阳极脱嵌再嵌入阴极，B极作阳极发生反应：LiNiaCobMncO2-xe-=Li1-xNiaCobMncO2+xLi+，A极作阴极发生反应：xLi++6C+xe-=LixC6；放电时K2与K3接触，作为原电池，B极作正极发生反应：Li1-xNiaCobMncO2+xLi++xe-=LiNiaCobMncO2，A极作负极发生反应：LixC6-xe-=xLi++6C。外电路通过1mol电子时，A极(负极)失去1molLi+(质量减少7g)，B极(正极)得到1molLi+(质量增加7g)，两极质量变化之和为7g-(-7g)=14g，C正确；失去活性锂元素的三元正极材料可通过化学补锂等方法再生，实现循环利用，D正确。二、钠电池和钠离子电池3.(2025·广州模拟预测)以柏林绿Fe[Fe(CN)6]为代表的新型可充电钠离子电池的放电工作原理如图所示，下列说法不正确的是()A.充电时，Na+通过交换膜从左室移向右室B.充电时，Mo箔接外接电源的正极C.放电时，外电路中通过0.2mol电子时，负极区电解质质量增加了2.4gD.放电时，Mo箔上发生的反应为FeFe(CN)6+2e-+2Na+=Na2答案C解析由图可知，放电时，Mg箔为原电池负极，电极反应式为2Mg-4e-+2Cl-=[Mg2Cl2]2+，Mo箔为原电池的正极，电极反应式为FeFe(CN)6+2e-+2Na+=Na2FeFe(CN)6。充电时该装置为电解池，左侧为阳极，右侧为阴极，则Na+通过交换膜从左室移向右室，A正确；放电时，外电路中通过0.2mol电子时，由负极的反应式可知，会消耗0.1molMg进入电解质溶液，质量增加2.4g，同时会有0.2molNa+通过离子交换膜向正极移动，质量减少4.6g，故负极区电解质质量减少2.24.钠硫电池装置示意图如图所示。其中熔融Na为a的电极反应物，熔融S和Na2Sx为b的电极反应物，固体电解质Al2O3可传导Na+。下列说法不正确的是()A.放电时，b作正极B.放电时，Na+从a极室向b极室移动C.充电时，阴极的电极反应式是Na++e-=NaD.每产生或消耗1molS，转移2mol电子答案D解析由图可知，放电时，Na失电子发生氧化反应，所以a作负极、b作正极，负极反应为Na-e-=Na+，正极反应为xS+2e-+2Na+=Na2Sx，充电时a为阴极、b为阳极，阴极、阳极电极反应为负极、正极的逆反应。放电时，该装置为原电池，阳离子向正极移动，所以Na+从a极室向b极室移动，B选项正确；放电时b极的电极反应式为xS+2e-+2Na+=Na2Sx，每消耗xmolS，转移2mol电子，所以每消耗1molS，转移2xmol电子，D三、打破思维定式的浓差电池5.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，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。6.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。四、微生物燃料电池7.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，用如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解析由题图可知，a极为负极，b极为正极，则隔膜1为阴离子交换膜，隔膜2为阳离子交换膜，才能使模拟海水中的氯离子移向负极，钠离子移向正极，达到海水淡化的目的，B项错误；电路中有1mol电子通过时，电解质溶液中有1mol钠离子移向正极，1mol氯离子移向负极，C项正确；负极反应：CH3COO-+2H2O-8e-=2CO2↑+7H+，正极反应：2H++2e-=H2↑，根据电荷守恒，正、负极产生气体的物质的量之比为2∶1，A、D项正确。8.(2025·湛江调研)微生物电池是一种借助微生物实现化学能转化为电能的装置，某微生物电池的原理如图所示。下列说法不正确的是()A.电极Ⅱ的电极反应式为O2+4H++4e-=2H2OB.电路中转移4mole-时，理论上电极Ⅱ室溶液质量增加36gC.电极Ⅰ室的H+通过质子交换膜移向电极Ⅱ室D.温度越高速率越快，电池工作效率越高答案D解析根据质子交换膜可推测电解液呈酸性，电极Ⅱ为正极，电极反应式为O2+4H++4e-=2H2O，A正确；电路中转移4mole-时，理论上电极Ⅱ室有1molO2(32g)进入溶液，同时有4molH+通过质子交换膜进入电极Ⅱ室，溶液质量共增加36g，B、C正确；温度过高微生物会失活，电池工作效率不一定越高，D错误。五、太阳能转化电池9.(2024·深圳模拟预测)2024年，吉林大学科学团队采用等离子体Au纳米粒子(可吸收可见光，产生电子)修饰的缺陷氮化碳(Au⁃Nv⁃C3N4)光电正极，建立了一种新型双功能辅助Li⁃N2电池系统，总反应为6Li+N2=2Li3N，结构示意图和光电正极的工作原理如图所示，下列说法正确的是()A.Nv可以捕获光生电子用于氧化N2B.放电时，电流由a电极沿导线流向b电极C.产生1A·h电荷量时，生成Li3N的质量与消耗N2的质量比为5∶2D.用此电池为铅酸蓄电池充电，消耗0.7gLi时，铅酸蓄电池消耗0.9g水答案C解析由电子移动方向可知，a电极为原电池的负极，b电极为正极，锂离子作用下氮气在催化剂表面得到电子发生还原反应生成氮化锂，故A错误；放电时，电流由b电极沿导线流向a电极，故B错误；由正极的电极反应式：N2+6e-+6Li+=2Li3N可知，生成氮化锂和消耗氮气的质量比为70∶28=5∶2，故C正确；铅酸蓄电池充电时的总反应为2PbSO4+2H2OPb+PbO2+2H2SO4，反应消耗2mol水时，转移2mol电子，则由得失电子守恒可知，充电消耗0.7g锂时，铅酸蓄电池消耗水的质量为0.7g7g·mol-1×1×18g·mol-1=1.811.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)。六、液流储能电池12.(2025·广东期末)铁铬液流电池是一种酸性介质中，正、负极活性物质均为液体的电化学电池，放电时电池的总反应为Cr2++Fe3+=Cr3++Fe2+，电池结构原理如图所示，下列说法不正确的是()A.电池充电时，b极的电极反应式为Cr3++e-=Cr2+B.电池充电时，a极与外接电源的正极相连C.电池放电时，H+由左侧电极室通过质子交换膜移向右侧D.电池放电时，电路中每通过0.1mol电子，Fe3+物质的量减少0.1mol答案C解析由反应式可知，放电时，a极为原电池的正极，Fe3+在正极得到电子发生还原反应生成Fe2+，b极为负极，Cr2+在负极失去电子发生氧化反应生成Cr3+；充电时，b极为阴极，电极反应式为Cr3++e-=Cr2+，故A正确；放电时，氢离子由右侧电极室经质子交换膜移向左侧，故C错误。13.(2025·广州阶段练习)全钒液流电池具有响应速度快、操作安全、使用寿命长等优点，被广泛应用于各领域，原理如图所示。下列有关说法正确的是()A.放电时，A极为负极，发生还原反应B.放电时，B极反应式为VO2++2H++e-=VO2+C.充电时，电流移动方向为A极→隔膜→B极D.充电时，A极反应式为V2+-e-=V3+答案B解析由图可知，放电时，氢离子向B极移动，故B极为正极，电极反应式为VO2++2H++e-=VO2++H2O，A极为负极，电极反应式为V2+-e-=V3+，充电时，B极为阳极，电极反应式为VO2++H2O-e-=VO2++2H+，A极为阴极，电极反应式为V3++e-=V2+，据此作答。由分析可知，放电时，A极为负极，发生氧化反应，A错误；充电时，A为阴极，B为阳极，故电流移动方向为B极→14.(2025·广州模拟)一种基于硝酸盐还原和氨氧化的储能电池示意图如图，电极为金属Zn和选择性催化材料，放电时，含NO