隨著全球能源逐漸枯竭，研發(fā)、推廣新型能源迫在眉睫，因此，應(yīng)用廣泛的新型電源，成為科學(xué)家研究的重點(diǎn)方向之一，也成了高考的高頻考點(diǎn)。
高考中的新型化學(xué)電源，一般具有高能環(huán)保、經(jīng)久耐用、電壓穩(wěn)定、比能量(單位質(zhì)量釋放的能量)高等特點(diǎn)。由于該類(lèi)試題題材廣、信息新、陌生度大，因此許多考生感覺(jué)難度大。但應(yīng)用的解題原理仍然還是原電池的基礎(chǔ)知識(shí)，只要細(xì)心分析，實(shí)際上得分相對(duì)比較容易。
一、新型電源中的“交換膜”
[例1] 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－===2H2O
C.電路中每流過(guò)4 ml電子，在正極消耗44.8 L H2S
D．每17 g H2S參與反應(yīng)，有1 ml H＋經(jīng)質(zhì)子膜進(jìn)入正極區(qū)
[練1] 我國(guó)科學(xué)家研制了一種新型的高比能量鋅－碘溴液流電池，其工作原理示意圖如下。圖中貯液器可儲(chǔ)存電解質(zhì)溶液，提高電池的容量。
下列敘述不正確的是( )
A．放電時(shí)，a電極反應(yīng)為I2Br－＋2e－===2I－＋Br－
B．放電時(shí)，溶液中離子的數(shù)目增大
C．充電時(shí)，b電極每增重0.65 g，溶液中有0.02 ml I－被氧化
D．充電時(shí)，a電極接外電源負(fù)極
[練2] 我國(guó)科技工作者首次提出一種新型的Li＋電池，該電池正極為含有I－、Li＋的水溶液，負(fù)極為固態(tài)有機(jī)聚合物，電解質(zhì)溶液為L(zhǎng)iNO3溶液，聚合物離子交換膜作為隔膜將液態(tài)正極和固態(tài)負(fù)極隔開(kāi)，其工作原理如圖所示。下列有關(guān)判斷正確的是( )
A．甲是原電池工作原理圖，乙是電池充電原理圖
B．放電時(shí)，液態(tài)電解質(zhì)溶液的顏色加深
C．充電時(shí)，Li＋穿過(guò)隔膜從右側(cè)移向左側(cè)
D．放電時(shí)，負(fù)極反應(yīng)式為
二、“微生物”燃料電池
[例2] 一種三室微生物燃料電池可用于污水凈化、海水淡化，其工作原理如圖所示，圖中有機(jī)廢水中有機(jī)物可用C6H10O5表示。下列有關(guān)說(shuō)法不正確的是( )
A．Cl－由中間室移向左室
B．X氣體為CO2
C．處理后的含NO3-廢水的pH降低
D．電路中每通過(guò)4 ml電子，產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)狀況下X氣體的體積為22.4 L
[練3] 關(guān)于如圖微生物燃料電池結(jié)構(gòu)示意圖的說(shuō)法：①微生物促進(jìn)了電子的轉(zhuǎn)移 ②微生物所在電極區(qū)放電時(shí)發(fā)生還原反應(yīng) ③放電過(guò)程中，H＋從正極區(qū)移向負(fù)極區(qū) ④正極反應(yīng)式為：MnO2＋4H＋＋2e－===Mn2＋＋2H2O，正確的是( )
A. ④ B．①③
C．①④ D．②③
三、“復(fù)雜原電池裝置圖”的審讀
[例3] 環(huán)保、安全的鋁—空氣電池的工作原理如圖所示，下列有關(guān)敘述錯(cuò)誤的是( )
A．NaCl的作用是增強(qiáng)溶液的導(dǎo)電性
B．正極的電極反應(yīng)式為：O2＋4e－＋2H2O===4OH－
C．電池工作過(guò)程中，電解質(zhì)溶液的pH不斷增大
D．用該電池做電源電解KI溶液制取1 ml KIO3，消耗鋁電極的質(zhì)量為54 g
[練4] 鋅溴液流電池是一種新型電化學(xué)儲(chǔ)能裝置(如圖所示)，電解液為溴化鋅水溶液，其在電解質(zhì)儲(chǔ)罐和電池間不斷循環(huán)。下列說(shuō)法不正確的是( )
A．放電時(shí)負(fù)極的電極反應(yīng)式為Zn－2e－===Zn2＋
B．充電時(shí)電極a連接電源的負(fù)極
C．陽(yáng)離子交換膜可阻止Br2與Zn直接發(fā)生反應(yīng)
D．放電時(shí)左側(cè)電解質(zhì)儲(chǔ)罐中的離子總濃度增大
微專(zhuān)題·大素養(yǎng)?
[例1] 解析：電極a上H2S轉(zhuǎn)化為S2，發(fā)生氧化反應(yīng)，則電極a為電池的負(fù)極，A項(xiàng)正確；電極b上O2轉(zhuǎn)化為H2O，電極反應(yīng)式為O2＋4H＋＋4e－===2H2O，B項(xiàng)正確；負(fù)極反應(yīng)式為2H2S－4e－===S2＋4H＋，電路中每流過(guò)4 ml電子，在負(fù)極消耗2 ml H2S，而不是正極，且題中未指明H2S所處的狀態(tài)，C項(xiàng)錯(cuò)誤；根據(jù)2H2S－4e－===S2＋4H＋知，17 g（0.5 ml）H2S參與反應(yīng)，生成1 ml H＋經(jīng)質(zhì)子膜進(jìn)入正極區(qū)，D項(xiàng)正確。
答案：C
[練1] 解析：由工作原理示意圖中Zn2＋遷移的方向可判斷放電時(shí)a為正極，b為負(fù)極。放電時(shí)，a極得到電子，發(fā)生還原反應(yīng)，使溶液中離子數(shù)目增大，A、B項(xiàng)正確；充電時(shí)，a極接外接電源的正極，D項(xiàng)錯(cuò)誤；充電時(shí)，b極為陰極，電極反應(yīng)式為Zn2＋＋2e－===Zn，每增重0.65 g，轉(zhuǎn)移0.02 ml電子，a極為陽(yáng)極，電極反應(yīng)式為2I－＋Br－－2e－===I2Br－，轉(zhuǎn)移0.02 ml電子，有0.02 ml I－被氧化，C項(xiàng)正確。
答案：D
[練2] 解析：“負(fù)極為固態(tài)有機(jī)聚合物”，即固態(tài)有機(jī)聚合物在負(fù)極失電子，電極反應(yīng)式為，故乙是原電池工作原理圖，A錯(cuò)誤、D正確；放電時(shí)，正極電極反應(yīng)式為I3-＋2e－===3I－，I3-被還原為I－，液態(tài)電解質(zhì)溶液顏色變淺，B錯(cuò)誤；充電過(guò)程為電解過(guò)程，陽(yáng)離子從陽(yáng)極移向陰極，即甲中Li＋從左側(cè)移向右側(cè)，C錯(cuò)誤。
答案：D
[例2] 解析：該電池中，NO3-得電子發(fā)生還原反應(yīng)，則裝置中右邊電極是正極，電極反應(yīng)為2NO3-＋10e－＋12H＋===N2↑＋6H2O，裝置左邊電極是負(fù)極，負(fù)極上有機(jī)物失電子發(fā)生氧化反應(yīng)生成X，有機(jī)物在厭氧菌作用下生成二氧化碳。放電時(shí)，電解質(zhì)溶液中陰離子Cl－移向負(fù)極室（左室），A項(xiàng)正確；有機(jī)物在厭氧菌作用下生成二氧化碳，所以X氣體為CO2，B項(xiàng)正確；正極反應(yīng)為2NO3-＋10e－＋12H＋===N2↑＋6H2O，H＋參加反應(yīng)導(dǎo)致溶液的pH增大，C項(xiàng)錯(cuò)誤；根據(jù)負(fù)極上有機(jī)物失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，有機(jī)物在厭氧菌作用下生成二氧化碳，電極反應(yīng)為C6H10O5－24e－＋7H2O===6CO2↑＋24H＋知，電路中每通過(guò)4 ml電子，產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)狀況下X氣體的體積為424×6×22.4＝22.4（L），D項(xiàng)正確。
答案：C
[練3] 解析：①在微生物作用下Cm（H2O）n轉(zhuǎn)化為CO2促進(jìn)電子的轉(zhuǎn)移，正確；②微生物在右側(cè)，右側(cè)電極為電源的負(fù)極，所以微生物所在電極區(qū)放電時(shí)發(fā)生氧化反應(yīng)，錯(cuò)誤；③根據(jù)電流的方向，放電過(guò)程中，H＋從負(fù)極區(qū)移向正極區(qū)，錯(cuò)誤；④電池左側(cè)為電池的正極區(qū)，MnO2在H＋條件下發(fā)生得電子反應(yīng)，所以正極反應(yīng)式為：MnO2＋4H＋＋2e－===Mn2＋＋2H2O，④正確。
答案：C
[例3] 解析：由圖示可知Al電極為負(fù)極，電極反應(yīng)式為：Al－3e－＋3OH－===Al（OH）3，O2在正極反應(yīng)：O2＋4e－＋2H2O===4OH－，總反應(yīng)方程式為：4Al＋3O2＋6H2O===4Al（OH）3↓，pH基本不變，A、B正確，C項(xiàng)錯(cuò)誤；D項(xiàng)，1 ml KI制得1 ml KIO3轉(zhuǎn)移6 ml電子，消耗2 ml Al，即54 g鋁，正確。
答案：C
[練4] 解析：由題知電解液為溴化鋅水溶液，結(jié)合電解裝置圖分析可知充電時(shí)左側(cè)電極上發(fā)生氧化反應(yīng)：2Br－－2e－===Br2，則左側(cè)電極為陽(yáng)極，充電時(shí)電極a連接電源的正極；充電時(shí)右側(cè)電極上發(fā)生還原反應(yīng)：Zn2＋＋2e－===Zn，則右側(cè)電極為陰極，充電時(shí)電極b連接電源的負(fù)極，B選項(xiàng)錯(cuò)誤。該電池放電時(shí)負(fù)極反應(yīng)為充電時(shí)陰極反應(yīng)的逆反應(yīng)，即Zn－2e－===Zn2＋，A選項(xiàng)正確。陽(yáng)離子交換膜只允許陽(yáng)離子通過(guò)，可阻止Br2與Zn直接發(fā)生反應(yīng)，C選項(xiàng)正確。該電池放電時(shí)正極反應(yīng)為充電時(shí)陽(yáng)極反應(yīng)的逆反應(yīng)，即為Br2＋2e－===2Br－，放電時(shí)作原電池，原電池陽(yáng)離子向正極移動(dòng)，陰離子向負(fù)極移動(dòng)，且該裝置使用了陽(yáng)離子交換膜，其只允許陽(yáng)離子通過(guò)，即左側(cè)電極上生成了Br－，同時(shí)Zn2＋不斷移向左側(cè)電極區(qū)，所以放電時(shí)左側(cè)電解質(zhì)儲(chǔ)罐中的離子總濃度增大，D選項(xiàng)正確。
答案：B

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