2024届高考化学一轮复习课件 第六章 化学反应与能量 热点强化练6 新型化学电源

热点强化练6　新型化学电源

1.(2022·上海闵行区一模)某杂志报道了一种固体铁—空气电池(采用铁—石墨电极),是大规模应用于牵引力最有可能的电化学动力源之一。下列有关该电池工作时说法不正确的是(　B　)

A.电子由铁电极流向石墨电极

B.石墨电极本身发生还原反应

C.电池的负极反应为Fe-2e-Fe2+

D.该电池工作时化学能转化为电能

解析:铁—空气电池(采用铁—石墨电极),铁失电子,作负极;空气中氧气得电子,在正极发生反应,石墨作正极。电子由负极流向正极,故A正确;石墨作正极,正极上氧气发生得电子的还原反应,故B错误;负极上铁失电子,故负极反应式为Fe-2e-Fe2+,故C正确;原电池是将化学能转化为电能的装置,故D正确。

2.(2022·四川德阳二模)如图所示的锂—二氧化锰电池是以高氯酸锂或三氟甲基磺酸锂为电解质,其正极反应是一种典型的嵌入式反应,电池总反应为Li+MnO2LiMnO2。下列说法错误的是(　D　)

A.锂片作负极,发生氧化反应

B.放电时,正极反应为MnO2+Li++e-LiMnO2

C.高氯酸锂或三氟甲基磺酸锂应溶解在非水有机溶剂中

D.放电时,电子流向为电极盖1→用电器→电极盖2→内电路→电极盖1

解析:由电池总反应Li+MnO2LiMnO2可知Li失电子,作负极,发生氧化反应,A正确;放电时,MnO2在正极得电子,正极反应为MnO2+Li++e-LiMnO2,B正确;负极Li是活泼金属,能与水反应,故高氯酸锂或三氟甲基磺酸锂应溶解在非水有机溶剂中,C正确;放电时属于原电池装置,电子从负极经用电器流向正极,不在电解质中移动,D错误。

3.某科研团队以KSn合金为负极,以含羧基多壁碳纳米管(MWCNTs—COOH)为正极催化剂构建了可充电K-CO2电池(如图所示),电池反应为4KSn+3CO22K2CO3+C+4Sn,其中生成的K2CO3附着在正极上。该成果对改善环境和缓解能源问题存在巨大潜力。下列说法正确的是(　C　)

A.放电时,电子由KSn合金经酯基电解质流向MWCNTs—COOH

B.电池每吸收22.4 L CO2,电路中转移4 mol e-

C.充电时,阳极反应式为C-4e-+2K2CO33CO2↑+4K+

D.为了更好地吸收温室气体CO2,可用适当浓度的KOH溶液代替酯基电解质

解析:电子不在电解质中移动,A错误;未指明气体状况,无法根据体积确定其物质的量,B错误;若用KOH溶液代替酯基电解质,则KOH会与正极上的MWCNTs—COOH发生反应,因此不能使用KOH溶液代替酯基电解质,D错误。

4.(不定项)(2022·山东聊城一中开学考试)如图是一种新型的光化学电源,当光照射N型半导体时,通入O2和H2S即产生稳定的电流并获得H2O2(H2AQ和AQ是两种有机物)。下列说法正确的是(　AD　)

A.甲池中的石墨电极是电池的正极

B.H+通过全氟磺酸膜从甲池进入乙池

C.甲池中石墨电极上发生的电极反应为AQ+2H+-2e-H2AQ

D.总反应为H2S+O2H2O2+S↓

解析:由电子流向可知石墨电极为正极,A正确;H+向正极移动,应通过全氟磺酸膜从乙池进入甲池,B错误;甲池中石墨电极为正极,得电子发生还原反应,C错误;通入硫化氢和氧气,分别生成硫和过氧化氢,则总反应为H2S+O2H2O2+S↓,D正确。

5.(不定项)(2022·山东省实验中学一诊)某科研小组设计了一种新型双微生物燃料电池装置,如图所示。在a极将生活污水中的有机物(以C6H12O6为例)转化为CO2,b极将酸性工业废水中的硝酸盐转化为N2。下列说法不正确的是(　B　)

A.a极反应式为C6H12O6-24e-+6H2O6CO2↑+24H+

B.若b极产生了4.48 L(已换算为标准状况)的气体,则穿过质子交换膜进入左室的H+数目为2NA

C.电池工作时,电流由b极经负载流向a极,再经两电解质溶液回到b极

D.若用该电池对铅酸蓄电池进行充电,b极接PbO2极

解析:a极上C6H12O6被氧化为CO2,电解质溶液显酸性,所以电极反应式为C6H12O6-24e-+6H2O6CO2↑+24H+,A正确;原电池中,阳离子由负极向正极移动,即向右室移动,B错误;铅酸蓄电池放电时PbO2被还原,为正极,则充电时为阳极,需与外接电源的正极相连,所以b极接PbO2极,D正确。

6.(不定项)某科研团队研制了一种基于阳离子型活性分子的中性水系有机液流电池,以[Pyr-TEMPO]和[Pyr-PV]Cl4作中性水系有机液流电池的电极材料,已知放电时[Pyr-PV]2+先转化为[Pyr-PV]3+,后转化为[Pyr-PV]4+,电池工作原理如图所示。下列说法正确的是(　B　)

A.放电的过程中,氯离子由b电极向a电极移动

B.放电时,负极的电极反应之一为[Pyr-PV]3+-e-[Pyr-PV]4+

C.a电极的电势比b电极的低

D.充电时,b电极为阳极,发生氧化反应

解析:由放电时[Pyr-PV]2+先转化为[Pyr-PV]3+,后转化为[Pyr-PV]4+,可知b电极失电子,发生氧化反应,为电源负极,则a电极为正极,氯离子由a电极向b电极移动,A错误;放电时,a电极为正极,b电极为负极,则充电时,a电极为阳极,b电极为阴极,故无论放电或充电,a电极的电势均比b电极的高,C、D错误。

7.(不定项)近年来钾离子电池的研发受到广泛重视。一种“摇椅式”钾离子电池原理如图所示,电池反应为K1-xFePO4+KxC8KFePO4+8C。下列叙述错误的是(　B　) 

A.放电时,a极是正极

B.充电时,若x=,则a极材料中n(Fe2+)∶n(Fe3+)=1∶2

C.充电时,b极反应式:xK++xe-+8CKxC8

D.放、充电时,图中箭头所示为K+的移动方向,形同“摇椅”

解析:放电时为原电池,阳离子K+脱离负极表面进入电解质溶液中,移向正极,则a极为正极,A正确;充电时为电解池,若x=,根据化合价的代数和为0,设Fe2+的物质的量为a mol,Fe3+的物质的量为b mol,则a+b=1,根据化合价的代数和为0,正化合价之和为(1-)+2a+3b,P的负化合价为 -3价,即(1-)+2a+3b+(-3)=0,解得a=,b=,所以K1-xFePO4中n(Fe2+)∶n(Fe3+)=2∶1,B错误;充电时,b极为阴极,电极反应式为xK++xe-+8CKxC8,C正确;放电时为原电池,阳离子K+移向正极,充电时为电解池,阳离子K+移向阴极,则图中箭头所示为K+的移动方向,形同“摇椅”,D正确。

8.(不定项)(2022·山东烟台一模)一种全有机质子二次电池放电原理如图所示,电极材料中的P、PO、PR均为有机高分子化合物。下列说法正确的是(　C　)

A.放电时,电极M发生氧化反应

B.放电时,H+移向电极N

C.充电一段时间后,电解液的pH未变

D.充电时,阳极反应式为P-2e-PO+2H+

解析:由图示可知,放电时,电极M上PO得电子结合氢离子生成P,为正极,电极反应式为PO+2ne-+2nH+P(PO是有机物的简写,其中的O不代表氧元素),发生还原反应,A错误;由图示可知,放电时,电极M得电子,为正极,H+移向电极M,B错误;由图示可知,放电时正极反应式为PO+2ne-+2nH+P,负极反应式为PR-2ne-2nH++P(PR是有机物的简写,其中的R不代表某一元素),则电池总反应为PO+PR2P,可知充电一段时间后,电解液的pH未变,C正确;充电时,阳极反应式为P-2ne-PO+2nH+,D错误。

9.如图是使用固体电解质的燃料电池,装置中以稀土金属材料作惰性电极,在两极上分别通入CH4和空气,其中固体电解质是掺杂了Y2O3的ZrO2固体,它在高温下能传导正极生成的O2-(O2+4e-2O2-)。

(1)c电极为　　　　(填“正”或“负”)极。 

(2)d电极上的电极反应式为                      　。 

(3)如果消耗160 g甲烷,假设化学能完全转化为电能,则转移电子的数目为　　　　(设NA为阿伏加德罗常数的值),需要消耗标准状况下氧气的体积为　　　　L。 

解析:(1)根据图中电流方向可知,c电极是正极。(3)160 g CH4的物质的量为10 mol,根据电极反应式可知,反应中转移80 mol电子,则正极消耗O2应为20 mol,在标准状况下的体积为20 mol×22.4 L·mol-1=448 L。

答案:(1)正　(2)CH4+4O2--8e-CO2+2H2O　(3)80NA　448

10.(1)PbSO4热激活电池可用作火箭、导弹的工作电源,基本结构如图所示,其中作为电解质的无水LiCl-KCl混合物受热熔融后,电池即可瞬间输出电能。该电池总反应为PbSO4+2LiCl+CaCaCl2+Li2SO4+Pb。

①放电过程中,Li+向　　　　(填“负极”或“正极”)移动。 

②负极反应式为　                 。 

③电路中每转移0.2 mol电子,理论上生成　　　g Pb。 

(2)氨氧燃料电池具有很大的发展潜力,其工作原理示意图如图所示。

①a电极的电极反应式是　                 。 

②一段时间后,需向装置中补充KOH,请依据反应原理解释原因:          　。 

解析:(1)①放电过程中,Li+向正极移动。②原电池的钙电极为负极,负极反应式为Ca+2Cl--2e-CaCl2。③根据方程式知,电路中每转移 0.2 mol 电子,生成0.1 mol Pb,即20.7 g Pb。(2)①a电极是通入NH3的电极,失去电子,发生氧化反应,所以该电极作负极,电极反应式是2NH3-6e-+6OH-N2+6H2O。

答案:(1)①正极　②Ca+2Cl--2e-CaCl2　③20.7　(2)①2NH3-6e-+6OH-N2+6H2O　②发生反应4NH3+3O22N2+6H2O,有水生成,使得溶液逐渐变稀,为了维持碱的浓度不变,所以要补充KOH