近幾年高考中的新型電池種類繁多,“新型二次電池”“濃差電池”“液流電池”“鋰離子電池”等這些新型電池常以選擇題的形式呈現(xiàn)。解析這類考題,首先要理解常見(jiàn)的化學(xué)電源種類及原電池的工作原理,其次會(huì)判斷正、負(fù)電極或陰、陽(yáng)極,以及會(huì)書(shū)寫電極反應(yīng)式等。
題型2 新型濃差電池及分析3.(2022·浙江1月選考卷)pH計(jì)是一種采用原電池原理測(cè)量溶液pH的儀器。如圖所示,以玻璃電極(在特制玻璃薄膜球內(nèi)放置已知濃度的HCl溶液,并插入Ag-AgCl電極)和另一Ag-AgCl電極插入待測(cè)溶液中組成電池,pH與電池的電動(dòng)勢(shì)E存在關(guān)系:pH=(E-常數(shù))/0.059。下列說(shuō)法正確的是(　　)
A.如果玻璃薄膜球內(nèi)電極的電勢(shì)低,則該電極反應(yīng)式為AgCl(s)+e-═Ag(s)+Cl-(0.1 ml·L-1)B.玻璃膜內(nèi)外氫離子濃度的差異不會(huì)引起電動(dòng)勢(shì)的變化C.分別測(cè)定含已知pH的標(biāo)準(zhǔn)溶液和未知溶液的電池的電動(dòng)勢(shì),可得出未知溶液的pHD.pH計(jì)工作時(shí),電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能
解析 如果玻璃薄膜球內(nèi)電極的電勢(shì)低,則該電極為負(fù)極,發(fā)生氧化反應(yīng),A錯(cuò)誤;pH與電池的電動(dòng)勢(shì)E存在關(guān)系:pH=(E-常數(shù))/0.059,則玻璃膜內(nèi)外氫離子濃度的差異會(huì)引起電動(dòng)勢(shì)的變化,B錯(cuò)誤;結(jié)合pH=(E-常數(shù))/0.059,則分別測(cè)定含已知pH的標(biāo)準(zhǔn)溶液和未知溶液的電池的電動(dòng)勢(shì),可得出未知溶液的pH,C正確;pH計(jì)工作時(shí),利用原電池原理,則化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能,D錯(cuò)誤。
4.濃差電池中的電動(dòng)勢(shì)是由于電池中存在濃度差而產(chǎn)生的。某濃差電池的原理如圖所示,該電池從濃縮海水中提取LiCl的同時(shí)又獲得了電能。下列有關(guān)該電池的說(shuō)法錯(cuò)誤的是(　　)
A.電池工作時(shí),Li+通過(guò)離子導(dǎo)體移向Y極區(qū)B.電流由X極通過(guò)外電路流向Y極C.正極發(fā)生的反應(yīng)為2H++2e-═H2↑D.Y極每生成1 ml Cl2,X極區(qū)得到2 ml LiCl
解析 加入鹽酸,X極上生成氫氣,H+發(fā)生還原反應(yīng):2H++2e- ═ H2↑,X極為正極,Y極上Cl-發(fā)生氧化反應(yīng):2Cl--2e-═Cl2↑,Y極是負(fù)極,電池工作時(shí),Li+向X極區(qū)移動(dòng),A項(xiàng)錯(cuò)誤、C項(xiàng)正確;在外電路中電流由正極流向負(fù)極,B項(xiàng)正確;Y極每生成1 ml Cl2,轉(zhuǎn)移2 ml電子,有2 ml Li+向正極移動(dòng),則X極區(qū)得到2 ml LiCl,D項(xiàng)正確。
思維建模濃差電池是利用物質(zhì)的濃度差產(chǎn)生電勢(shì)的一種裝置, 為了限制某些離子的移動(dòng),常使用離子交換膜。分析 思路如下: (1)結(jié)合目的及離子的定性移動(dòng)判斷離子交換膜的種 類,確定是陽(yáng)離子交換膜、陰離子交換膜還是質(zhì)子交 換膜等。 (2)判斷電池的正、負(fù)極:兩側(cè)半電池中的特定物質(zhì)存 在濃度差,離子是由“高濃度”區(qū)移向“低濃度”區(qū),陰 離子移向負(fù)極,陽(yáng)離子移向正極。 (3)結(jié)合原電池的工作原理,確定正極、負(fù)極的反應(yīng) 式,判斷電極區(qū)(或電解質(zhì)溶液)的pH 變化等。
題型3 液流電池5.(2022·廣東卷)科學(xué)家基于Cl2易溶于CCl4的性質(zhì),發(fā)展了一種無(wú)需離子交換膜的新型氯流電池,可作儲(chǔ)能設(shè)備(如圖)。充電時(shí)電極a的反應(yīng)為NaTi2(PO4)3+2Na++2e-═Na3Ti2(PO4)3。下列說(shuō)法正確的是(　　)
A.充電時(shí)電極b是陰極B.放電時(shí)NaCl溶液的pH減小C.放電時(shí)NaCl溶液的濃度增大D.每生成1 ml Cl2,電極a質(zhì)量理論上增加23 g
解析 由充電時(shí)電極a的反應(yīng)可知,充電時(shí)電極a為陰極,則電極b是陽(yáng)極,A錯(cuò)誤;同一電極上放電時(shí)電極反應(yīng)和充電時(shí)相反,則由放電時(shí)電極a的反應(yīng)為Na3Ti2(PO4)3-2e-═NaTi2(PO4)3+2Na+可知,NaCl溶液的pH不變,B錯(cuò)誤;放電時(shí),負(fù)極反應(yīng)為Na3Ti2(PO4)3-2e-═NaTi2(PO4)3+2Na+,正極反應(yīng)為Cl2+2e-═2Cl-,反應(yīng)后Na+和Cl-濃度都增大,則放電時(shí)NaCl溶液的濃度增大,C正確;充電時(shí)陽(yáng)極反應(yīng)為2Cl--2e-═Cl2↑,陰極反應(yīng)為NaTi2(PO4)3+2Na++2e-═Na3Ti2(PO4)3,由得失電子守恒可知,每生成1 ml Cl2,電極a質(zhì)量理論上增加23 g·ml-1×2 ml=46 g,D錯(cuò)誤。
6.全釩液流儲(chǔ)能電池是一種新型的綠色環(huán)保儲(chǔ)能系統(tǒng)(工作原理如圖,電解液含硫酸)。該電池負(fù)載工作時(shí),左罐顏色由黃色變?yōu)樗{(lán)色。
題型4 鋰電池與鋰離子電池7.鋰-液態(tài)多硫電池具有能量密度高、儲(chǔ)能成本低等優(yōu)點(diǎn),以熔融金屬鋰、熔融硫和多硫化鋰[Li2Sx(2≤x≤8)]分別作兩個(gè)電極的反應(yīng)物,固體Al2O3陶瓷(可傳導(dǎo)Li+)為電解質(zhì),其反應(yīng)原理如圖所示。下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是(　　)
A.該電池比鈉-液態(tài)多硫電池的比能量高B.放電時(shí),內(nèi)電路中Li+的移動(dòng)方向?yàn)閺碾姌Oa到電極bC.Al2O3的作用是導(dǎo)電、隔離電極反應(yīng)物D.充電時(shí),外電路中通過(guò)0.2 ml電子,陽(yáng)極區(qū)單質(zhì)硫的質(zhì)量增加3.2 g
解析 由圖分析知電極a為負(fù)極,電極b為正極,放電時(shí),內(nèi)電路中Li+從電極a移向電極b,B正確;Al2O3為固體電解質(zhì),能導(dǎo)電,同時(shí)將兩極反應(yīng)物隔開(kāi),C正確;當(dāng)外電路中通過(guò)0.2 ml e-時(shí),陽(yáng)極區(qū)生成0.1x ml硫,故陽(yáng)極區(qū)生成硫的質(zhì)量為3.2x g,D錯(cuò)誤。
A.隔膜只允許Li+通過(guò),放電時(shí)Li+從左邊流向右邊B.放電時(shí),正極鋰的化合價(jià)未發(fā)生改變C.充電時(shí)B作陽(yáng)極,電極反應(yīng)式為L(zhǎng)iCO2-xe-═Li1-xCO2+xLi+D.廢舊鈷酸鋰(LiCO2)電池進(jìn)行“放電處理”讓Li+進(jìn)入石墨中而有利于回收

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