高考化學(xué)二輪復(fù)習(xí)高考熱考題型攻關(guān)09新型化學(xué)電源及其應(yīng)用（含詳解）-試卷下載-教習(xí)網(wǎng)

新型化學(xué)電源及其應(yīng)用以新型化學(xué)電源為載體，考查原電池、電解池的工作原理以及電極反應(yīng)式的書(shū)寫，是新課標(biāo)全國(guó)卷的必考熱點(diǎn)之一，命題設(shè)計(jì)主要是選擇題，偶有非選擇題出現(xiàn)。該類試題常與工業(yè)生產(chǎn)，污水處理，能源開(kāi)發(fā)相聯(lián)系，題材廣，信息新，陌生度大，主要考查考生閱讀相關(guān)材料、提煉關(guān)鍵信息或結(jié)合圖示等綜合分析的能力、知識(shí)的遷移應(yīng)用能力。1．(全國(guó)卷Ⅱ)我國(guó)科學(xué)家研發(fā)了一種室溫下“可呼吸”的Na-CO2二次電池。將NaClO4溶于有機(jī)溶劑作為電解液，鈉和負(fù)載碳納米管的鎳網(wǎng)分別作為電極材料，電池的總反應(yīng)為3CO2＋4Na2Na2CO3＋C。下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是(　　)A．放電時(shí)，ClO向負(fù)極移動(dòng)B．充電時(shí)釋放CO2，放電時(shí)吸收CO2C．放電時(shí)，正極反應(yīng)為3CO2＋4e－===2CO＋CD．充電時(shí)，正極反應(yīng)為Na＋＋e－===Na解析：根據(jù)電池的總反應(yīng)知，放電時(shí)負(fù)極反應(yīng)：4Na－4e－===4Na＋；正極反應(yīng)：3CO2＋4e－===2CO＋C。充電時(shí)，陰(負(fù))極：4Na＋＋4e－===4Na；陽(yáng)(正)極：2CO＋C－4e－===3CO2↑。放電時(shí)，ClO向負(fù)極移動(dòng)。根據(jù)充電和放電時(shí)的電極反應(yīng)式知，充電時(shí)釋放CO2，放電時(shí)吸收CO2。答案：D2．(全國(guó)卷Ⅲ)全固態(tài)鋰硫電池能量密度高、成本低，其工作原理如圖所示，其中電極a常用摻有石墨烯的S8材料，電池反應(yīng)為16Li＋xS8===8Li2Sx(2≤x≤8)。下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是(　　)A．電池工作時(shí)，正極可發(fā)生反應(yīng)：2Li2S6＋2Li＋＋2e－===3Li2S4B．電池工作時(shí)，外電路中流過(guò)0.02 mol電子，負(fù)極材料減重0.14 gC．石墨烯的作用主要是提高電極a的導(dǎo)電性D．電池充電時(shí)間越長(zhǎng)，電池中Li2S2的量越多解析：原電池工作時(shí)，正極發(fā)生一系列得電子的還原反應(yīng)，即：Li2S8→Li2S6→Li2S4→Li2S2，其中可能有2Li2S6＋2Li＋＋2e－===3Li2S4，A項(xiàng)正確；該電池工作時(shí)，每轉(zhuǎn)移0.02 mol電子，負(fù)極有0.02 mol Li(質(zhì)量為0.14 g)被氧化為Li＋，則負(fù)極質(zhì)量減少0.14 g，B項(xiàng)正確；石墨烯能導(dǎo)電，用石墨烯作電極，可提高電極a的導(dǎo)電性，C項(xiàng)正確；充電過(guò)程中，Li2S2的量逐漸減少，當(dāng)電池充滿電時(shí)，相當(dāng)于達(dá)到平衡狀態(tài)，電池中Li2S2的量趨于不變，故不是電池充電時(shí)間越長(zhǎng)，電池中Li2S2的量越多，D項(xiàng)錯(cuò)誤。答案：D1.解答新型化學(xué)電源題的步驟(1)根據(jù)總反應(yīng)方程式分析元素化合價(jià)的變化，確定正、負(fù)極反應(yīng)物。(2)注意溶液酸堿性環(huán)境，書(shū)寫正、負(fù)極反應(yīng)式。(3)依據(jù)原電池原理或正、負(fù)極反應(yīng)式分析判斷電子、離子的移向，電解質(zhì)溶液的酸堿性變化。(4)靈活應(yīng)用守恒法、關(guān)系式法進(jìn)行計(jì)算。2．注意可充電電池的三事項(xiàng)(1)放電時(shí)是原電池反應(yīng)，充電時(shí)是電解池反應(yīng)。(2)充電時(shí)，可充電電池的正極連接外接電源的正極，可充電電池的負(fù)極連接外接電源的負(fù)極。(3)充、放電時(shí)電解質(zhì)溶液中離子移動(dòng)方向的判斷：分析電池工作過(guò)程中電解質(zhì)溶液的變化時(shí)，要結(jié)合電池總反應(yīng)進(jìn)行分析。①首先應(yīng)分清電池是放電還是充電。②再判斷出正、負(fù)極或陰、陽(yáng)極。放電：陽(yáng)離子→正極，陰離子→負(fù)極；充電：陽(yáng)離子→陰極，陰離子→陽(yáng)極；總之：陽(yáng)離子→發(fā)生還原反應(yīng)的電極；陰離子→發(fā)生氧化反應(yīng)的電極。1．(2019·南平質(zhì)檢)有人設(shè)想以N2和H2為反應(yīng)物，以溶有X的稀鹽酸為電解質(zhì)溶液，制造出新型燃料電池，裝置如圖所示。下列說(shuō)法正確的是(　　)A．放電時(shí)H＋向左移動(dòng)，生成的物質(zhì)X是NH4ClB．通入H2的一極為正極C．通入N2的電極反應(yīng)為：N2＋6H＋－6e－===2NH3D．放電過(guò)程右邊區(qū)域溶液pH逐漸增大解析：以N2、H2為原料，以溶有X的稀鹽酸為電解質(zhì)溶液構(gòu)成新型燃料電池，正極發(fā)生還原反應(yīng)，即氮?dú)獗贿€原生成NH，電極反應(yīng)式為N2＋6e－＋8H＋===2NH；負(fù)極是氫氣失電子生成氫離子，電極方程式為H2－2e－===2H＋，總反應(yīng)為：N2＋3H2＋2HCl===2NH4Cl。A項(xiàng)，放電時(shí)H＋向正極移動(dòng)，即向左移動(dòng)，生成的物質(zhì)X是NH4Cl，正確；B項(xiàng)，通入H2的一極為負(fù)極，錯(cuò)誤；C項(xiàng)，通入N2的電極為正極，發(fā)生還原反應(yīng)，N2＋6e－＋8H＋===2NH，錯(cuò)誤；D項(xiàng)，放電過(guò)程右邊區(qū)域?yàn)樨?fù)極區(qū)，H2－2e－===2H＋，溶液pH逐漸減小，錯(cuò)誤；故選A。答案：A2．(2019·嘉興模擬)鎂—空氣電池的工作原理如圖所示，電池反應(yīng)方程式為：2Mg＋O2＋2H2O===2Mg(OH)2。有關(guān)該電池的說(shuō)法不正確的是(　　)A．通入氧氣的電極為正極B．放電時(shí)，溶液中的OH－由正極移向負(fù)極C．負(fù)極的電極反應(yīng)為Mg－2e－＋2OH－===Mg(OH)2D．當(dāng)電路中轉(zhuǎn)移0.04 mol電子時(shí)，參加反應(yīng)的O2為 0.02 mol解析：A項(xiàng)，鎂—空氣電池中，鎂為負(fù)極，氧氣為正極，正確；B項(xiàng)，原電池中陽(yáng)離子移向正極，陰離子移向負(fù)極，所以溶液中的OH－由正極移向負(fù)極，正確；C項(xiàng)，鎂為負(fù)極，負(fù)極的電極反應(yīng)為Mg－2e－＋2OH－===Mg(OH)2，正確；D項(xiàng)，氧氣為正極，電極反應(yīng)為O2＋2H2O＋4e－===4OH－，根據(jù)電極反應(yīng)可知：當(dāng)電路中轉(zhuǎn)移0.04 mol電子時(shí)，參加反應(yīng)的O2為0.01 mol，錯(cuò)誤。答案：D3．科學(xué)家設(shè)計(jì)出質(zhì)子膜H2S燃料電池，實(shí)現(xiàn)了利用H2S廢氣資源回收能量并得到單質(zhì)硫。質(zhì)子膜H2S燃料電池的結(jié)構(gòu)示意圖如下圖所示。下列說(shuō)法不正確的是(　　)A．電極a為電池的負(fù)極B．電極b上發(fā)生的電極反應(yīng)為O2＋4H＋＋4e－===2H2OC．電路中每流過(guò)4 mol電子，在正極消耗44.8 L H2SD．每17 g H2S參與反應(yīng)，有1 mol H＋經(jīng)質(zhì)子膜進(jìn)入正極區(qū)解析：根據(jù)圖示，電極a上H2S失去電子被氧化成S2，電極a為負(fù)極，A項(xiàng)正確；電極b上O2發(fā)生得電子的還原反應(yīng)，電極反應(yīng)式為O2＋4H＋＋4e－===2H2O，B項(xiàng)正確；H2S在負(fù)極被消耗，負(fù)極電極反應(yīng)式為2H2S－4e－===S2＋4H＋，電路中流過(guò)4 mol電子，負(fù)極消耗2 mol H2S，H2S所處溫度和壓強(qiáng)未知，無(wú)法計(jì)算消耗H2S的體積，C項(xiàng)錯(cuò)誤；n(H2S)＝＝0.5 mol，根據(jù)正極和負(fù)極電極反應(yīng)式，每17 g H2S參與反應(yīng)有1 mol H＋經(jīng)質(zhì)子膜進(jìn)入正極區(qū)，D項(xiàng)正確；答案選C。答案：C4．(2019·樂(lè)山調(diào)研)據(jù)報(bào)道，用甲酸提供氫氣的燃料電池由瑞士科技工作者開(kāi)發(fā)成功。燃料電池包括兩個(gè)部分：甲(HYFORM)中使用釕(Ru)基催化劑從甲酸中產(chǎn)生氫氣；乙(PEMFC)是以NaOH為電解質(zhì)的氫氧燃料電池。裝置的原理示意圖如圖。下列有關(guān)說(shuō)法錯(cuò)誤的是(　　)A．該燃料電池使用的甲酸比氫氣更易儲(chǔ)存和運(yùn)輸B．Y室的電極反應(yīng)式：O2＋4H＋＋4e－===2H2OC．X室為負(fù)極室，Y室為正極室D．甲中消耗1 mol甲酸，乙中轉(zhuǎn)移2 mol電子解析：甲酸為液態(tài)，氫氣為氣態(tài)，且易在空氣中燃燒發(fā)生爆炸，因此該燃料電池使用的甲酸比氫氣更易儲(chǔ)存和運(yùn)輸，A正確；Y室為原電池的正極，發(fā)生還原反應(yīng)，電極反應(yīng)式O2＋4e－＋2H2O===4OH－，B錯(cuò)誤；通過(guò)裝置圖看出，X室為負(fù)極室，Y室為正極室，C正確；甲酸分解產(chǎn)生二氧化碳和氫氣，HCOOH===CO2↑＋H2↑；反應(yīng)轉(zhuǎn)移2 mol 電子，因此甲中消耗1 mol甲酸，乙中轉(zhuǎn)移2 mol 電子，D正確。答案：B5．(2019·宜賓診斷)某鋰離子電池工作原理如下圖所示，電池反應(yīng)為：Li1－xCoO2＋LixCLiCoO2＋C。下列說(shuō)法不正確的是(　　)A．放電時(shí)，電子從b極經(jīng)用電器流向a極B．放電時(shí)，若轉(zhuǎn)移1 mol e－，碳材料將增重7 gC．充電時(shí)，鋰離子通過(guò)隔膜進(jìn)入右室D．充電時(shí)，a極反應(yīng)：LiCoO2－xe－===Li1－xCoO2＋xLi＋解析：電池反應(yīng)為：Li1－xCoO2＋LixCLiCoO2＋C。放電時(shí)，a極反應(yīng)：Li1－xCoO2＋xLi＋＋xe－===LiCoO2，故為原電池的正極，b極為負(fù)極，電極反應(yīng)：LixC－xe－===xLi＋＋C，A項(xiàng)，放電時(shí)，電子從負(fù)極b極經(jīng)用電器流向正極a極，正確；B項(xiàng)，根據(jù)電極反應(yīng)：LixC－xe－===xLi＋＋C，放電時(shí)，若轉(zhuǎn)移1 mol e－，碳材料將增重g，不正確；C項(xiàng)，充電時(shí)，鋰離子通過(guò)隔膜向陰極室進(jìn)入右室，正確；D項(xiàng)，充電時(shí)，a極為陽(yáng)極，電極反應(yīng)：LiCoO2－xe－===Li1－xCoO2＋xLi＋，正確。答案：B6．(2019·天津和平區(qū)模擬)氫氧熔融碳酸鹽燃料電池是一種高溫電池(600～700 ℃)，具有效率高、噪音低、無(wú)污染、燃料多樣、余熱利用價(jià)值高等優(yōu)點(diǎn)。氫氧熔融碳酸鹽燃料電池的工作原理如圖所示。下列有關(guān)該電池的說(shuō)法正確的是(　　)A．電池工作時(shí)，熔融碳酸鹽只起到導(dǎo)電的作用B．負(fù)極反應(yīng)式為H2－2e－＋CO===CO2＋H2OC．該電池可利用工廠中排出的CO2，減少溫室氣體的排放D．電池工作時(shí)，外電路中流過(guò)0.2 mol電子，消耗3.2 g O2解析：根據(jù)圖示，在氫氧熔融碳酸鹽燃料電池中，通入氫氣的電極為負(fù)極，負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，電極反應(yīng)式為H2－2e－＋CO===CO2＋H2O，通入氧氣的電極為正極，正極發(fā)生還原反應(yīng)，電極反應(yīng)式為O2＋2CO2＋4e－===2CO，總反應(yīng)為2H2＋O2===2H2O。根據(jù)上述分析，電池工作時(shí)，熔融碳酸鹽參與了電極反應(yīng)，故A錯(cuò)誤；負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，電極反應(yīng)式為H2－2e－＋CO===CO2＋H2O，故B正確；根據(jù)總反應(yīng)，該電池工作時(shí)沒(méi)有消耗二氧化碳，不能減少溫室氣體的排放，故C錯(cuò)誤；電池工作時(shí)，外電路中流過(guò)0.2 mol電子，消耗0.5 mol氧氣，質(zhì)量為16 g O2，故D錯(cuò)誤。答案：B7．某化學(xué)小組擬設(shè)計(jì)微生物燃料電池將污水中的乙二胺[H2N(CH2)2NH2]氧化成環(huán)境友好的物質(zhì)，工作原理如圖所示(a、b均為石墨電極)。下列分析正確的是(　　)A．電子流動(dòng)方向?yàn)?/span>a→導(dǎo)線→bB．H＋經(jīng)質(zhì)子交換膜由右向左移動(dòng)C．放電一段時(shí)間b極附近pH不變D．a電極發(fā)生反應(yīng)：H2N(CH2)2NH2＋16e－＋4H2O===2CO2↑＋N2↑＋16H＋解析：H2N(CH2)2NH2在a電極上失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，生成氮?dú)?、二氧化碳和水，則a為負(fù)極，電極反應(yīng)式為H2N(CH2)2NH2＋4H2O－16e－＋4H＋===2CO2↑＋N2↑＋16H＋，氧氣在正極b上得電子發(fā)生還原反應(yīng)，電子反應(yīng)式為O2＋4e＋＋4H＋===2H2O，電子由負(fù)極經(jīng)導(dǎo)線流向正極，陽(yáng)離子向正極移動(dòng)。A項(xiàng)，由上述分析可知，a是負(fù)極，b是正極，所以電子流動(dòng)方向?yàn)?/span>a→導(dǎo)線→b，正確；B項(xiàng)，a是負(fù)極，b是正極，H＋經(jīng)質(zhì)子交換膜由左向右移動(dòng)，錯(cuò)誤；C項(xiàng)，b的電極反應(yīng)式為O2＋4e－＋4H＋===2H2O，所以b極附近溶液的pH增大，錯(cuò)誤；D項(xiàng)，H2N(CH2)2NH2在負(fù)極a上失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，生成氮?dú)?、二氧化碳和水，電極反應(yīng)式為H2N(CH2)2NH2＋4H2O－16e－===2CO2↑＋N2↑＋16H＋，錯(cuò)誤。答案：A

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