2020年高考化学一轮复习新型化学电源及其应用

2020年高考化学一轮复习新型化学电源及其应用

高考热考题型攻关(九)新型化学电源及其应用 以新型化学电源为载体，考查原电池、电解池的工作原理以及电极反应式的书写，是新课标全国卷的必考热点之一，命题设计主要是选择题，偶有非选择题出现。该类试题常与工业生产，污水处理，能源开发相联系，题材广，信息新，陌生度大，主要考查考生阅读相关材料、提炼关键信息或结合图示等综合分析的能力、知识的迁移应用能力。‎ ‎1．(2018·全国卷Ⅱ)我国科学家研发了一种室温下“可呼吸”的NaCO2二次电池。将NaClO4溶于有机溶剂作为电解液，钠和负载碳纳米管的镍网分别作为电极材料，电池的总反应为3CO2＋4Na2Na2CO3＋C。下列说法错误的是(　　)‎ A．放电时，ClO向负极移动 B．充电时释放CO2，放电时吸收CO2‎ C．放电时，正极反应为3CO2＋4e－===2CO＋C D．充电时，正极反应为Na＋＋e－===Na 解析：根据电池的总反应知，放电时负极反应：4Na－4e－===4Na＋；正极反应：3CO2＋4e－===2CO＋C。充电时，阴(负)极：4Na＋＋4e－===4Na；阳(正)极：2CO＋C－4e－===3CO2↑。放电时，ClO 向负极移动。根据充电和放电时的电极反应式知，充电时释放CO2，放电时吸收CO2。‎ 答案：D ‎2．(2017·全国卷Ⅲ)全固态锂硫电池能量密度高、成本低，其工作原理如图所示，其中电极a常用掺有石墨烯的S8材料，电池反应为16Li＋xS8===8Li2Sx(2≤x≤8)。下列说法错误的是(　　)‎ A．电池工作时，正极可发生反应：2Li2S6＋2Li＋＋2e－===3Li2S4‎ B．电池工作时，外电路中流过0.02 mol电子，负极材料减重0.14 g C．石墨烯的作用主要是提高电极a的导电性 D．电池充电时间越长，电池中Li2S2的量越多 解析：原电池工作时，正极发生一系列得电子的还原反应，即：Li2S8→Li2S6→Li2S4→Li2S2，其中可能有2Li2S6＋2Li＋＋2e－===3Li2S4，A项正确；该电池工作时，每转移0.02 mol电子，负极有0.02 mol Li(质量为0.14 g)被氧化为Li＋，则负极质量减少0.14 g，B项正确；石墨烯能导电，用石墨烯作电极，可提高电极a的导电性，C项正确；充电过程中，Li2S2的量逐渐减少，当电池充满电时，相当于达到平衡状态，电池中Li2S2的量趋于不变，故不是电池充电时间越长，电池中Li2S2的量越多，D项错误。‎ 答案：D ‎1.解答新型化学电源题的步骤 ‎(1)‎ 根据总反应方程式分析元素化合价的变化，确定正、负极反应物。‎ ‎(2)注意溶液酸碱性环境，书写正、负极反应式。‎ ‎(3)依据原电池原理或正、负极反应式分析判断电子、离子的移向，电解质溶液的酸碱性变化。‎ ‎(4)灵活应用守恒法、关系式法进行计算。‎ ‎2．注意可充电电池的三事项 ‎(1)放电时是原电池反应，充电时是电解池反应。‎ ‎(2)充电时，可充电电池的正极连接外接电源的正极，可充电电池的负极连接外接电源的负极。‎ ‎(3)充、放电时电解质溶液中离子移动方向的判断：分析电池工作过程中电解质溶液的变化时，要结合电池总反应进行分析。‎ ‎①首先应分清电池是放电还是充电。‎ ‎②再判断出正、负极或阴、阳极。‎ 放电：阳离子→正极，阴离子→负极；‎ 充电：阳离子→阴极，阴离子→阳极；‎ 总之：阳离子→发生还原反应的电极；阴离子→发生氧化反应的电极。‎ ‎1．(2019·南平质检)有人设想以N2和H2为反应物，以溶有X的稀盐酸为电解质溶液，制造出新型燃料电池，装置如图所示。下列说法正确的是(　　)‎ A．放电时H＋向左移动，生成的物质X是NH4Cl B．通入H2的一极为正极 C．通入N2的电极反应为：N2＋6H＋－6e－===2NH3‎ D．放电过程右边区域溶液pH逐渐增大 解析：以N2、H2为原料，以溶有X的稀盐酸为电解质溶液构成新型燃料电池，正极发生还原反应，即氮气被还原生成NH，电极反应式为N2＋6e－＋8H＋===2NH；负极是氢气失电子生成氢离子，电极方程式为H2－2e－===2H＋，总反应为：N2＋3H2＋2HCl===2NH4Cl。A项，放电时H＋向正极移动，即向左移动，生成的物质X是NH4Cl，正确；B项，通入H2的一极为负极，错误；C项，通入N2的电极为正极，发生还原反应，N2＋6e－＋8H＋===2NH，错误；D项，放电过程右边区域为负极区，H2－2e－===2H＋，溶液pH逐渐减小，错误；故选A。‎ 答案：A ‎2．(2019·嘉兴模拟)镁—空气电池的工作原理如图所示，电池反应方程式为：2Mg＋O2＋2H2O===2Mg(OH)2。有关该电池的说法不正确的是(　　)‎ A．通入氧气的电极为正极 B．放电时，溶液中的OH－由正极移向负极 C．负极的电极反应为Mg－2e－＋2OH－===Mg(OH)2‎ D．当电路中转移0.04 mol电子时，参加反应的O2为 0.02 mol 解析：A项，镁—空气电池中，镁为负极，氧气为正极，正确；B项，原电池中阳离子移向正极，阴离子移向负极，所以溶液中的OH ‎－由正极移向负极，正确；C项，镁为负极，负极的电极反应为Mg－2e－＋2OH－===Mg(OH)2，正确；D项，氧气为正极，电极反应为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，根据电极反应可知：当电路中转移0.04 mol电子时，参加反应的O2为0.01 mol，错误。‎ 答案：D ‎3．科学家设计出质子膜H2S燃料电池，实现了利用H2S废气资源回收能量并得到单质硫。质子膜H2S燃料电池的结构示意图如下图所示。下列说法不正确的是(　　)‎ A．电极a为电池的负极 B．电极b上发生的电极反应为O2＋4H＋＋4e－===2H2O C．电路中每流过4 mol电子，在正极消耗44.8 L H2S D．每17 g H2S参与反应，有1 mol H＋经质子膜进入正极区 解析：根据图示，电极a上H2S失去电子被氧化成S2，电极a为负极，A项正确；电极b上O2发生得电子的还原反应，电极反应式为O2＋4H＋＋4e－===2H2O，B项正确；H2S在负极被消耗，负极电极反应式为2H2S－4e－===S2＋4H＋，电路中流过4 mol电子，负极消耗2 mol H2S，H2S所处温度和压强未知，无法计算消耗H2S的体积，C项错误；n(H2S)＝＝0.5 mol，根据正极和负极电极反应式，每17 g H2S参与反应有1 mol H＋经质子膜进入正极区，D项正确；答案选C。‎ 答案：C ‎4．(2019·乐山调研)据报道，用甲酸提供氢气的燃料电池由瑞士科技工作者开发成功。燃料电池包括两个部分：甲(HYFORM)中使用钌(Ru)基催化剂从甲酸中产生氢气；乙(PEMFC)是以NaOH为电解质的氢氧燃料电池。装置的原理示意图如图。下列有关说法错误的是(　　)‎ A．该燃料电池使用的甲酸比氢气更易储存和运输 B．Y室的电极反应式：O2＋4H＋＋4e－===2H2O C．X室为负极室，Y室为正极室 D．甲中消耗1 mol甲酸，乙中转移2 mol电子 解析：甲酸为液态，氢气为气态，且易在空气中燃烧发生爆炸，因此该燃料电池使用的甲酸比氢气更易储存和运输，A正确；Y室为原电池的正极，发生还原反应，电极反应式O2＋4e－＋2H2O===4OH－，B错误；通过装置图看出，X室为负极室，Y室为正极室，C正确；甲酸分解产生二氧化碳和氢气，HCOOH===CO2↑＋H2↑；反应转移2 mol 电子，因此甲中消耗1 mol甲酸，乙中转移2 mol 电子，D正确。‎ 答案：B ‎5．(2019·宜宾诊断)某锂离子电池工作原理如下图所示，电池反应为：Li1－xCoO2＋LixCLiCoO2＋C。下列说法不正确的是(　　)‎ A．放电时，电子从b极经用电器流向a极 B．放电时，若转移1 mol e－，碳材料将增重7 g C．充电时，锂离子通过隔膜进入右室 D．充电时，a极反应：LiCoO2－xe－===Li1－xCoO2＋xLi＋‎ 解析：电池反应为：Li1－xCoO2＋LixCLiCoO2＋C。放电时，a极反应：Li1－xCoO2＋xLi＋＋xe－===LiCoO2，故为原电池的正极，b极为负极，电极反应：LixC－xe－===xLi＋＋C，A项，放电时，电子从负极b极经用电器流向正极a极，正确；B项，根据电极反应：LixC－xe－===xLi＋＋C，放电时，若转移1 mol e－，碳材料将增重g，不正确；C项，充电时，锂离子通过隔膜向阴极室进入右室，正确；D项，充电时，a极为阳极，电极反应：LiCoO2－xe－===Li1－xCoO2＋xLi＋，正确。‎ 答案：B ‎6．(2019·天津和平区模拟)氢氧熔融碳酸盐燃料电池是一种高温电池(600～700 ℃)，具有效率高、噪音低、无污染、燃料多样、余热利用价值高等优点。氢氧熔融碳酸盐燃料电池的工作原理如图所示。下列有关该电池的说法正确的是(　　)‎ A．电池工作时，熔融碳酸盐只起到导电的作用 B．负极反应式为H2－2e－＋CO===CO2＋H2O C．该电池可利用工厂中排出的CO2，减少温室气体的排放 D．电池工作时，外电路中流过0.2 mol电子，消耗3.2 g O2‎ 解析：根据图示，在氢氧熔融碳酸盐燃料电池中，通入氢气的电极为负极，负极发生氧化反应，电极反应式为H2－2e－＋CO===CO2＋H2O，通入氧气的电极为正极，正极发生还原反应，电极反应式为O2＋2CO2＋4e－===2CO，总反应为2H2＋O2===2H2O。根据上述分析，电池工作时，熔融碳酸盐参与了电极反应，故A错误；负极发生氧化反应，电极反应式为H2－2e－＋CO===CO2＋H2O，故B正确；根据总反应，该电池工作时没有消耗二氧化碳，不能减少温室气体的排放，故C错误；电池工作时，外电路中流过0.2 mol电子，消耗0.5 mol氧气，质量为16 g O2，故D错误。‎ 答案：B ‎7．某化学小组拟设计微生物燃料电池将污水中的乙二胺[H2N(CH2)2NH2]氧化成环境友好的物质，工作原理如图所示(a、b均为石墨电极)。下列分析正确的是(　　)‎ A．电子流动方向为a→导线→b B．H＋经质子交换膜由右向左移动 C．放电一段时间b极附近pH不变 D．a电极发生反应：H2N(CH2)2NH2＋16e－＋4H2O===2CO2↑＋N2↑＋16H＋‎ 解析：H2N(CH2)2NH2在a电极上失电子发生氧化反应，生成氮气、二氧化碳和水，则a为负极，电极反应式为H2N(CH2)2NH2＋4H2O－16e－＋4H＋===2CO2↑＋N2↑＋16H＋，氧气在正极b上得电子发生还原反应，电子反应式为O2＋4e＋＋4H＋===2H2O，电子由负极经导线流向正极，阳离子向正极移动。A项，由上述分析可知，a是负极，b是正极，所以电子流动方向为a→导线→b，正确；B项，a是负极，b是正极，H＋经质子交换膜由左向右移动，错误；C项，b的电极反应式为O2＋4e－＋4H＋===2H2O，所以b极附近溶液的pH增大，错误；D项，H2N(CH2)2NH2在负极a上失电子发生氧化反应，生成氮气、二氧化碳和水，电极反应式为H2N(CH2)2NH2＋4H2O－16e－===2CO2↑＋N2↑＋16H＋，错误。‎ 答案：A