專題十三 原電池備考方向?qū)Ш?/span>考點(diǎn)1　原電池 [2020山東,10,2分]微生物脫鹽電池是一種高效、經(jīng)濟(jì)的能源裝置,利用微生物處理有機(jī)廢水獲得電能,同時(shí)可實(shí)現(xiàn)海水淡化?，F(xiàn)以NaCl溶液模擬海水,采用惰性電極,用如圖所示裝置處理有機(jī)廢水(以含CH3COO-的溶液為例)。下列說法錯(cuò)誤的是????????????? (　　)A.負(fù)極反應(yīng)為CH3COO-+2H2O-8e-2CO2↑+7H+B.隔膜1為陽(yáng)離子交換膜,隔膜2為陰離子交換膜C.當(dāng)電路中轉(zhuǎn)移1 mol電子時(shí),模擬海水理論上除鹽58.5 gD.電池工作一段時(shí)間后,正、負(fù)極產(chǎn)生氣體的物質(zhì)的量之比為2∶1 [2019全國(guó)卷Ⅰ,12,6分]利用生物燃料電池原理研究室溫下氨的合成,電池工作時(shí)MV2+/MV+在電極與酶之間傳遞電子,示意圖如圖所示。下列說法錯(cuò)誤的是????????????? (　　)A.相比現(xiàn)有工業(yè)合成氨,該方法條件溫和,同時(shí)還可提供電能B.陰極區(qū),在氫化酶作用下發(fā)生反應(yīng)H2+2MV2+2H++2MV+C.正極區(qū),固氮酶為催化劑,N2發(fā)生還原反應(yīng)生成NH3D.電池工作時(shí)質(zhì)子通過交換膜由負(fù)極區(qū)向正極區(qū)移動(dòng)3.[2018全國(guó)卷Ⅰ,13,6分]最近我國(guó)科學(xué)家設(shè)計(jì)了一種CO2+H2S協(xié)同轉(zhuǎn)化裝置,實(shí)現(xiàn)對(duì)天然氣中CO2和H2S的高效去除。示意圖如圖所示,其中電極分別為ZnO@石墨烯(石墨烯包裹的ZnO)和石墨烯,石墨烯電極區(qū)發(fā)生反應(yīng):①EDTA-Fe2+-e-EDTA-Fe3+②2EDTA-Fe3++H2S2H++S+2EDTA-Fe2+該裝置工作時(shí),下列敘述錯(cuò)誤的是 (　　)A.陰極的電極反應(yīng):CO2+2H++2e-CO+H2OB.協(xié)同轉(zhuǎn)化總反應(yīng):CO2+H2SCO+H2O+SC.石墨烯上的電勢(shì)比ZnO@石墨烯上的低D.若采用Fe3+/Fe2+取代EDTA-Fe3+/EDTA-Fe2+,溶液需為酸性考點(diǎn)2　常見的化學(xué)電源 [2020全國(guó)卷Ⅰ,12,6分] 科學(xué)家近年發(fā)明了一種新型Zn-CO2水介質(zhì)電池。電池示意圖如圖所示,電極為金屬鋅和選擇性催化材料。放電時(shí),溫室氣體CO2被轉(zhuǎn)化為儲(chǔ)氫物質(zhì)甲酸等,為解決環(huán)境和能源問題提供了一種新途徑。下列說法錯(cuò)誤的是(　　)A.放電時(shí),負(fù)極反應(yīng)為Zn-2e-+4OH-Zn(OHB.放電時(shí),1 mol CO2轉(zhuǎn)化為HCOOH,轉(zhuǎn)移的電子數(shù)為2 molC.充電時(shí),電池總反應(yīng)為2Zn(OH2Zn+O2↑+4OH-+2H2OD.充電時(shí),正極溶液中OH-濃度升高5.[2020全國(guó)卷Ⅲ,12,6分]一種高性能的堿性硼化釩(VB2)-空氣電池如圖所示,其中在VB2電極發(fā)生反應(yīng):VB2+16OH--11e-V+2B(OH+4H2O該電池工作時(shí),下列說法錯(cuò)誤的是????????????? (　　)A.負(fù)載通過0.04 mol電子時(shí),有0.224 L(標(biāo)準(zhǔn)狀況)O2參與反應(yīng)B.正極區(qū)溶液的pH降低、負(fù)極區(qū)溶液的pH升高C.電池總反應(yīng)為4VB2+11O2+20OH-+6H2O8B(OH+4VD.電流由復(fù)合碳電極經(jīng)負(fù)載、VB2電極、KOH溶液回到復(fù)合碳電極6.[2019全國(guó)卷Ⅲ,13,6分]為提升電池循環(huán)效率和穩(wěn)定性,科學(xué)家近期利用三維多孔海綿狀Zn(3D-Zn)可以高效沉積ZnO的特點(diǎn),設(shè)計(jì)了采用強(qiáng)堿性電解質(zhì)的3D-Zn—NiOOH二次電池,結(jié)構(gòu)如圖所示。電池反應(yīng)為Zn(s)+2NiOOH(s)+H2O(l)ZnO(s)+2Ni(OH)2(s)。下列說法錯(cuò)誤的是 (　　)A.三維多孔海綿狀Zn具有較高的表面積,所沉積的ZnO分散度高B.充電時(shí)陽(yáng)極反應(yīng)為Ni(OH)2(s)+OH-(aq)-e-NiOOH(s)+H2O(l)C.放電時(shí)負(fù)極反應(yīng)為Zn(s)+2OH-(aq)-2e-ZnO(s)+H2O(l)D.放電過程中OH-通過隔膜從負(fù)極區(qū)移向正極區(qū) [2018全國(guó)卷Ⅱ,12,6分]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。下列說法錯(cuò)誤的是????????????? (　　)A.放電時(shí),Cl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-2C+CD.充電時(shí),正極反應(yīng)為Na++e-Na拓展變式1.根據(jù)原理圖判斷下列電池的電極名稱,并指出離子移動(dòng)方向。編號(hào)(1)利用原電池原理處理氮氧化合物(2)鋅- 碘溴液流電池(3)微生物電池除去廢水中的有害有機(jī)物原理圖電極名稱①左側(cè)為　　　(填“正”或“負(fù)”)極室 ①b極為　　　　(填“正”或“負(fù)”)極 ①A極為　　　　(填“陰”或“陽(yáng)”)極,B極為　　　(填“正”或“負(fù)”)極 離子移動(dòng)方向②電池工作時(shí)H+由　　　　(填“左”或“右”,下同)側(cè)移向　　　　側(cè) ②電池工作時(shí)Zn2+由　　　(填“陰”或“陽(yáng)”,下同)極室移向　　　　極室 ②電池工作時(shí)H+由　　　　(填“正”或“負(fù)”,下同)極移向　　　　極 正極反應(yīng)③　　　　 ③　　　　 ③　　　　 2.運(yùn)用“加減法”書寫下列四種常見燃料電池的電極反應(yīng)式。電池種類導(dǎo)電離子總反應(yīng)方程式正極反應(yīng)式負(fù)極反應(yīng)式(1)酸性甲醇燃料電池H+2CH3OH+3O22CO2+4H2O　　　 　　　 (2)丁烷固體氧化物燃料電池O2-2C4H10+13O28CO2+10H2O　　　 　　　 (3)CO熔融碳酸鹽燃料電池C2CO+O22CO2　　　 　　　 (4)甲醇?jí)A性燃料電池OH-2CH3OH+3O2+4OH-2C+6H2O　　　 　　　  3.[2020四川成都七中三診]鋅-空氣燃料電池(如圖)有比能量高、高功率、使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn),可用作電動(dòng)車動(dòng)力電源,電池的電解質(zhì)溶液為 KOH 溶液,放電時(shí)發(fā)生反應(yīng):2Zn+O2+4OH-+2H2O2Zn(OH。下列說法正確的是(　　)A.放電時(shí),負(fù)極反應(yīng)為 Zn-2e-Zn2+B.該隔膜為陽(yáng)離子交換膜,允許K+通過C.充電時(shí),當(dāng) 0.1 mol O2 生成時(shí),流經(jīng)電解質(zhì)溶液的電子個(gè)數(shù)約為 1.204×1022D.充電時(shí),電解質(zhì)溶液中c(OH-)逐漸增大4.[2020四川成都樹德中學(xué)三診]已知某種二次鋰離子電池工作時(shí)反應(yīng)為L(zhǎng)ixCn + Li1-xCoO2LiCoO2+nC,原理如圖所示,下列說法錯(cuò)誤的是????????????? (　　)A.放電時(shí),碳材料極失去電子,發(fā)生氧化反應(yīng),電子經(jīng)外電路、Li+經(jīng)內(nèi)電路同時(shí)移向正極B.放電時(shí)正極反應(yīng)為 Li1-xCoO2 +xLi++xe-LiCoO2C.充電時(shí), Li+從負(fù)極脫出,又嵌入正極D.鋰離子電池的比能量(單位質(zhì)量的電極材料釋放的能量)較高答案專題十三　原電池備考方向?qū)Ш?/span>1.B　根據(jù)題圖可知放電時(shí),a極上發(fā)生的反應(yīng)為CH3COO-+2H2O-8e-2CO2↑+7H+,a極為負(fù)極,A項(xiàng)正確;該電池工作時(shí),可實(shí)現(xiàn)海水的淡化,原電池中陰離子向負(fù)極遷移,陽(yáng)離子向正極遷移,則Cl-應(yīng)向a極移動(dòng),Na+應(yīng)向b極移動(dòng),即隔膜1為陰離子交換膜,隔膜2為陽(yáng)離子交換膜,B項(xiàng)錯(cuò)誤;當(dāng)電路中轉(zhuǎn)移1 mol電子時(shí),向a極和b極分別移動(dòng)1 mol Cl-和1 mol Na+,則模擬海水理論上可除鹽58.5 g,C項(xiàng)正確;電池工作時(shí),正極反應(yīng)式為2H++2e-H2↑,正極產(chǎn)生H2,負(fù)極產(chǎn)生CO2,結(jié)合正、負(fù)極的電極反應(yīng)知,一段時(shí)間后,正、負(fù)極產(chǎn)生氣體的物質(zhì)的量之比為2∶1,D項(xiàng)正確。2.B　由題意知,電池總反應(yīng)為3H2+N22NH3。該合成氨反應(yīng)在常溫下進(jìn)行,并形成原電池產(chǎn)生電能,反應(yīng)不需要高溫、高壓和催化劑,A項(xiàng)正確。觀察題圖知,左邊電極發(fā)生氧化反應(yīng)MV+-e-MV2+,為負(fù)極(陽(yáng)極),B項(xiàng)錯(cuò)誤。正極區(qū)N2在固氮酶作用下發(fā)生還原反應(yīng)生成NH3,C項(xiàng)正確。電池工作時(shí),H+通過交換膜,由左側(cè)(負(fù)極區(qū))向右側(cè)(正極區(qū))遷移,D項(xiàng)正確。3.C　陰極發(fā)生還原反應(yīng),氫離子由質(zhì)子交換膜右側(cè)向左側(cè)遷移,陰極的電極反應(yīng)式為CO2+2H++2e-CO+H2O,A項(xiàng)正確。結(jié)合陽(yáng)極區(qū)發(fā)生的反應(yīng),可知協(xié)同轉(zhuǎn)化總反應(yīng)為CO2+H2SS+CO+H2O,B項(xiàng)正確。石墨烯作陽(yáng)極,其電勢(shì)高于ZnO@石墨烯的,C項(xiàng)錯(cuò)誤。F、Fe2+在堿性或中性介質(zhì)中會(huì)生成沉淀,它們只穩(wěn)定存在于酸性較強(qiáng)的介質(zhì)中,D項(xiàng)正確。4.D　由題圖知,放電時(shí),Zn失去電子被氧化為Zn(OH,負(fù)極反應(yīng)為Zn-2e-+4OH-Zn(OH,A正確;放電時(shí),CO2在正極得到電子被還原為HCOOH(C可看作+2價(jià)),故1 mol CO2轉(zhuǎn)化為HCOOH時(shí)轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量為2 mol,B正確;充電時(shí)負(fù)極反應(yīng)為2Zn(OH+4e-2Zn+8OH-,正極反應(yīng)為2H2O-4e-O2↑+4H+,則電池總反應(yīng)為2Zn(OH2Zn+O2↑+4OH-+2H2O,C正確;充電時(shí),正極產(chǎn)生H+,H+濃度升高,OH-濃度降低,D錯(cuò)誤。5.B　由題給信息知VB2電極上發(fā)生失電子的氧化反應(yīng),則VB2電極為負(fù)極,復(fù)合碳電極為正極,正極發(fā)生還原反應(yīng),電極反應(yīng)式為O2+4e-+2H2O4OH-,則電路中通過0.04 mol電子時(shí),正極有0.01 mol O2參加反應(yīng),其在標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積為0.224 L,A項(xiàng)正確;由正、負(fù)極的電極反應(yīng)式可知,該電池工作時(shí),負(fù)極區(qū)溶液的pH降低,正極區(qū)溶液的pH升高,B項(xiàng)錯(cuò)誤;由正、負(fù)極反應(yīng)式知該電池總反應(yīng)為4VB2+11O2+20OH-+6H2O8B(OH+4V,C項(xiàng)正確;電流與電子的流動(dòng)方向相反,電流從正極出發(fā),沿負(fù)載流向負(fù)極,再經(jīng)過電解質(zhì)溶液最終回到正極,D項(xiàng)正確。6.D　該電池采用的三維多孔海綿狀Zn具有較大的表面積,可以高效沉積ZnO,且所沉積的ZnO分散度高,A正確。根據(jù)題干中總反應(yīng)可知該電池充電時(shí),Ni(OH)2在陽(yáng)極發(fā)生氧化反應(yīng)生成NiOOH,其電極反應(yīng)式為Ni(OH)2(s)+OH-(aq)-e-NiOOH(s)+H2O(l),B正確。放電時(shí)Zn在負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)生成ZnO,電極反應(yīng)式為Zn(s)+2OH-(aq)-2e-ZnO(s)+H2O(l),C正確。電池放電過程中,OH-等陰離子通過隔膜從正極區(qū)移向負(fù)極區(qū),D錯(cuò)誤。7.D　電池放電時(shí)陰離子移向負(fù)極,A項(xiàng)正確。由電池總反應(yīng)和題圖知,放電時(shí)吸收CO2,充電時(shí)釋放CO2,B項(xiàng)正確。放電時(shí),正極上CO2得電子被還原為單質(zhì)C,電極反應(yīng)式為3CO2+4e-2C+C,C項(xiàng)正確。充電時(shí),陽(yáng)(正)極上C被氧化為CO2,電極反應(yīng)式為C+2C-4e-3CO2,陰(負(fù))極上Na+被還原為Na,電極反應(yīng)式為Na++e-Na,D項(xiàng)錯(cuò)誤。1.(1)①正?、谟摇∽蟆、?NO+4e-+4H+N2+2H2O　(2)①負(fù)?、陉?yáng)　陰?、?I2Br-+2e-2I-+Br-　(3)①陰　負(fù)②負(fù)　正?、?/span>+2e-+H++Cl-【解析】　(3)右側(cè)CH3COO-失去電子被氧化為HC,B極是負(fù)極(陽(yáng)極),A極是正極(陰極)。2.(1)3O2+12H++12e-6H2O　2CH3OH-12e-+2H2O2CO2↑+12H+　(2)13O2+52e-26O2-　2C4H10+26O2--52e-8CO2+10H2O　(3)O2+4e-+2CO22C　2CO-4e-+2C4CO2　(4)3O2+12e-+6H2O12OH-　2CH3OH-12e-+16OH-2C+12H2O3.D　由題圖可知,電子由金屬鋅流出,則金屬鋅為負(fù)極,結(jié)合題給總反應(yīng)可知,負(fù)極反應(yīng)為Zn+4OH--2e-Zn(OH,A項(xiàng)錯(cuò)誤。正極發(fā)生反應(yīng)O2+4e-+2H2O4OH-,正極生成OH-,負(fù)極消耗OH-,可知該隔膜為陰離子交換膜,允許OH-通過,B項(xiàng)錯(cuò)誤。不論放電還是充電,電子都不會(huì)流經(jīng)電解質(zhì)溶液,電解質(zhì)溶液通過離子的遷移導(dǎo)電,C項(xiàng)錯(cuò)誤。充電時(shí)發(fā)生反應(yīng)2Zn(OH2Zn+O2↑+4OH-+2H2O,產(chǎn)生OH-,D項(xiàng)正確。4.C　由題圖可知,放電時(shí),碳材料極失去電子,為負(fù)極,發(fā)生氧化反應(yīng),電子經(jīng)外電路、Li+經(jīng)內(nèi)電路同時(shí)移向正極,A項(xiàng)正確。放電時(shí),正極發(fā)生得電子的還原反應(yīng),反應(yīng)式為L(zhǎng)i1-xCoO2+xLi++xe-LiCoO2,B項(xiàng)正確。充電時(shí),陽(yáng)離子由陽(yáng)極(正極)向陰極(負(fù)極)遷移,則Li+從正極脫出,又嵌入負(fù)極,C項(xiàng)錯(cuò)誤。Li的摩爾質(zhì)量小,鋰離子電池的比能量較高,D項(xiàng)正確。

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