专题四 电化学 选择题专攻 2.金属(或金属离子)电池　浓差电池（含解析）-2024年江苏高考化学大二轮复习讲义

这是一份专题四 电化学 选择题专攻 2.金属(或金属离子)电池　浓差电池（含解析）-2024年江苏高考化学大二轮复习讲义，共15页。试卷主要包含了Li-CO2电池，LiFePO4-C电池，全固态锂硫电池，“浓差电池”的分析方法等内容，欢迎下载使用。
1．Li-CO2电池
(1)电池装置
(2)电池反应
4Li＋3CO2eq \(,\s\up7(放电),\s\d5(充电))2Li2CO3＋C(隔膜只允许锂离子通过，向____极移动)。
(3)电极反应
放电时
负极：________________________________________________________________________。
正极：________________________________________________________________________。
2．LiFePO4-C电池
(1)电池装置
(2)电池反应
Li1－xFePO4＋LixC6eq \(,\s\up7(放电),\s\d5(充电))LiFePO4＋6C(隔膜只允许锂离子通过，向____极移动)。
(3)电极反应
放电时
负极：________________________________________________________________________。
正极：________________________________________________________________________。
充电时
阴极：________________________________________________________________________。
阳极：________________________________________________________________________。
3．全固态锂硫电池
(1)电池装置
(2)电池反应
16Li＋xS8eq \(,\s\up7(放电),\s\d5(充电))8Li2Sx(2≤x≤8)(Li＋移向正极a)。
电极a掺有石墨烯的目的是增强电极导电性。
(3)电极反应
放电时，电极b为负极，电极反应式：Li－e－===Li＋。
电极a是正极，发生还原反应：
S8＋2e－===Seq \\al(2－,8)(2Li＋＋Seq \\al(2－,8)===Li2S8)、
2Li＋＋3Li2S8＋2e－===4Li2S6、
2Li＋＋2Li2S6＋2e－===3Li2S4、
2Li＋＋Li2S4＋2e－===2Li2S2。
4．“浓差电池”的分析方法
浓差电池是利用物质的浓度差产生电势的一种装置。两侧半电池中的特定物质有浓度差，离子均是由“高浓度”移向“低浓度”，阴离子移向负极区域，阳离子移向正极区域。
1．(2023·全国乙卷，12)室温钠-硫电池被认为是一种成本低、比能量高的能源存储系统。一种室温钠-硫电池的结构如图所示。将钠箔置于聚苯并咪唑膜上作为一个电极，表面喷涂有硫黄粉末的炭化纤维素纸作为另一电极。工作时，在硫电极发生反应：eq \f(1,2)S8＋e－―→eq \f(1,2)Seq \\al(2－,8)，eq \f(1,2)Seq \\al(2－,8)＋e－―→Seq \\al(2－,4)，2Na＋＋eq \f(x,4)Seq \\al(2－,4)＋2(1－eq \f(x,4))e－―→Na2Sx
下列叙述错误的是( )
A．充电时Na＋从钠电极向硫电极迁移
B．放电时外电路电子流动的方向是a→b
C．放电时正极反应为2Na＋＋eq \f(x,8)S8＋2e－―→Na2Sx
D．炭化纤维素纸的作用是增强硫电极导电性能
2．(2023·新课标卷，10)一种以V2O5和Zn为电极、Zn(CF3SO3)2水溶液为电解质的电池，其示意图如下所示。放电时，Zn2＋可插入V2O5层间形成ZnxV2O5·nH2O。下列说法错误的是( )
A．放电时V2O5为正极
B．放电时Zn2＋由负极向正极迁移
C．充电总反应：xZn＋V2O5＋nH2O===ZnxV2O5·nH2O
D．充电阳极反应：ZnxV2O5·nH2O－2xe－===xZn2＋＋V2O5＋nH2O
3．(2023·辽宁，11)某低成本储能电池原理如下图所示。下列说法正确的是( )
A．放电时负极质量减小
B．储能过程中电能转变为化学能
C．放电时右侧H＋通过质子交换膜移向左侧
D．充电总反应：Pb＋SOeq \\al(2－,4)＋2Fe3＋===PbSO4＋2Fe2＋
4．(2022·广东，16)科学家基于Cl2易溶于CCl4的性质，发展了一种无需离子交换膜的新型氯流电池，可作储能设备(如图)。充电时电极a的反应为NaTi2(PO4)3＋2Na＋＋2e－===Na3Ti2(PO4)3。下列说法正确的是( )
A．充电时电极b是阴极
B．放电时NaCl溶液的pH减小
C．放电时NaCl溶液的浓度增大
D．每生成1 ml Cl2，电极a质量理论上增加23 g
5．(2022·全国乙卷，12)Li-O2电池比能量高，在汽车、航天等领域具有良好的应用前景。近年来，科学家研究了一种光照充电Li-O2电池(如图所示)。光照时，光催化电极产生电子(e－)和空穴(h＋)，驱动阴极反应(Li＋＋e－===Li)和阳极反应(Li2O2＋2h＋===2Li＋＋O2)对电池进行充电。下列叙述错误的是( )
A．充电时，电池的总反应为Li2O2===2Li＋O2
B．充电效率与光照产生的电子和空穴量有关
C．放电时，Li＋从正极穿过离子交换膜向负极迁移
D．放电时，正极发生反应：O2＋2Li＋＋2e－===Li2O2
6．(2022·湖南，8)海水电池在海洋能源领域备受关注，一种锂-海水电池构造示意图如图。下列说法错误的是( )
A．海水起电解质溶液作用
B．N极仅发生的电极反应：2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑
C．玻璃陶瓷具有传导离子和防水的功能
D．该锂-海水电池属于一次电池
7．(2023·山东，11改编)利用热再生氨电池可实现CuSO4电镀废液的浓缩再生。电池装置如图所示，甲、乙两室均预加相同的CuSO4电镀废液，向甲室加入足量氨水后电池开始工作。下列说法正确的是( )
A．甲室Cu电极为正极
B．隔膜为阳离子膜
C．电池总反应：Cu2＋＋4NH3===[Cu(NH3)4]2＋
D．NH3扩散到乙室将对电池电动势不会产生影响
8．(2022·浙江1月选考，21)pH计是一种采用原电池原理测量溶液pH的仪器。如图所示，以玻璃电极(在特制玻璃薄膜球内放置已知浓度的HCl溶液，并插入Ag-AgCl电极)和另一Ag-AgCl电极插入待测溶液中组成电池，pH与电池的电动势E存在关系：pH＝eq \f(E－常数,0.059)。下列说法正确的是( )
A．如果玻璃薄膜球内电极的电势低，则该电极反应式为：AgCl(s)＋e－===Ag(s)＋Cl－(0.1 ml·L－1)
B．玻璃膜内外氢离子浓度的差异不会引起电动势的变化
C．分别测定含已知pH的标准溶液和未知溶液的电池的电动势，可得出未知溶液的pH
D．pH计工作时，电能转化为化学能
1．钠离子电池易获取，正负极材料均采用铝箔(可减少铜箔用量)，因此钠离子电池理论成本低于锂离子电池。现有一种正极材料为KFe2(CN)6，固体电解质为Na3PS4，负极材料为Na2Ti3O7的钠离子电池。下列有关叙述错误的是( )
A．正极KFe2(CN)6中Fe的化合价为＋2、＋3
B．放电时，正极可能发生Fe2(CN)eq \\al(－,6)＋e－===Fe2(CN)eq \\al(2－,6)
C．放电时，电子从负极流经固体电解质到达正极
D．充电时，阴极发生还原反应，并且Na＋增多
2．一种新型Na-CaFeO3可充电电池，其工作原理如图所示。下列说法正确的是( )
A．放电时，电极N是负极
B．充电时，Na＋通过钠离子交换膜向M极移动
C．放电时，N极电极反应为2CaFeO2.5＋O2－－2e－===2CaFeO3
D．充电时，每生成1 ml Na，有机电解质的整体质量减小23 g
3．科学家发明了一种Mg-PbO2电池，电解质为Na2SO4、H2SO4、NaOH，通过M和N两种离子交换膜将电解质溶液隔开，形成A、B、C三个电解质溶液区域(已知：a>b)，装置如图，下列说法不正确的是( )
A．Na＋通过M膜移向B区，离子交换膜N为阴离子交换膜
B．B区的电解质浓度逐渐减小
C．放电时，Mg电极反应为Mg＋2OH－－2e－===Mg(OH)2
D．消耗2.4 g Mg时，C区电解质溶液减少16.0 g
4．基于硫化学的金属硫电池有望替代当前锂离子电池技术，满足人类社会快速增长的能源需求，该电池的结构及原理如图所示。下列有关叙述正确的是( )
A．该电池可采用含有K＋的水溶液或有机物为电解质溶液
B．放电时，电子的移动方向：电极b→隔膜→电极a
C．充电时，阴极区可能发生的反应有xK2S3－(2x－6)e－===3Seq \\al(2－,x)＋2xK＋
D．充电时，电路中转移2 ml电子时，阴极质量减少78 g
5．我国某公司开发的“刀片电池”外观上类似普通干电池，但内部结构看上去像一堆排列整齐的裁纸刀，每一个刀片里又被分成很多个容纳腔，每个容纳腔里都包含一个电芯，整个刀片是由多个极芯串联而成的模组。该电池本质上还是磷酸铁锂电池，电池的总反应方程式为LiM1－xFexPO4＋6Ceq \(,\s\up7(充电),\s\d5(放电))M1－xFexPO4＋LiC6，其装置工作原理如图所示。下列说法错误的是( )
A．该电池工作时，负极的电极反应式为LiM1－x FexPO4－e－===M1－xFexPO4＋Li＋
B．该电池中的聚合物隔膜是阳离子交换膜，在充电时，阳离子由左向右移动
C．该电池充电时阴极的电极反应式为Li＋＋6C＋e－===LiC6
D．刀片电池可以搭载在新能源汽车上，作为动力来源
6．由于存在离子浓度差而产生电动势的电池称为离子浓差电池，当两极室离子浓度相等时放电完成。某离子浓差电池的工作原理如图所示，下列说法正确的是( )
A．铜电极Ⅰ上发生氧化反应
B．Cu2＋从左极室透过隔膜移向右极室
C．电池工作一段时间后，右极室CuSO4浓度增大
D．该电池工作时，电能转化为化学能
7．物质有从浓度大的区域向浓度小的区域扩散的趋势，利用该趋势可设计浓差电池。如图所示装置可测定氧气的含量，参比侧通入纯氧，测量侧气压调节到与参比侧相同，接通电路，通过电势差大小可测出测量侧气体的含氧量。下列说法不正确的是( )
A．参比侧为正极
B．负极的电极反应式为2O2－－4e－===O2
C．测量侧处于封闭环境时，初期的读数比较准确
D．相同压强下，电势差越大，测量侧气体中含氧量越高
8．浓差电池是由于电池中存在浓度差而产生的。锂离子浓差电池的原理如图所示，该电池从浓缩海水中提取LiCl的同时又获得了电能。下列说法不正确的是( )
A．若Y电极材料为铁，也能实现如图转化
B．浓缩海水中锂离子浓度大于左侧LiCl溶液中的锂离子浓度
C．X电极的反应为2H＋＋2e－===H2↑
D．右侧生成1 ml Cl2时，左侧Li＋增加2 ml
9．某化学兴趣小组将两个完全相同的铜片分别放入体积相同、浓度不同的CuSO4溶液中形成浓差电池(如图所示)，当两极附近电解质溶液浓度相等时停止放电。下列说法正确的是( )
A．Cu(2)极发生还原反应
B．Cu(1)极附近Cu2＋通过膜1向右迁移
C．放电过程中，两膜之间的c(CuSO4)理论上保持不变
D．当Cu(2)极附近c(CuSO4)变为1 ml·L－1时，该电池停止放电
10．一种浓差电池如图所示，阴、阳离子交换膜交替放置，中间的间隔交替充以河水和海水，选择性透过Cl－和Na＋，在两电极板形成电势差，进而在外部产生电流。下列关于该电池的说法错误的是( )
A．a电极为电池的正极，电极反应为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－
B．A为阴离子交换膜，C为阳离子交换膜
C．阳极(负极)隔室的电中性溶液通过阳极表面的氧化作用维持
D．该电池的缺点是离子交换膜价格昂贵，电极产物也没有经济价值
选择题专攻2 金属(或金属离子)电池 浓差电池
核心精讲
1．(2)正 (3)Li－e－===Li＋ 3CO2＋4Li＋＋4e－===2Li2CO3＋C
2．(2)正 (3)LixC6－xe－===6C＋xLi＋ Li1－xFePO4＋xLi＋＋xe－===LiFePO4 xLi＋＋6C＋xe－===LixC6 LiFePO4－xe－===xLi＋＋Li1－xFePO4
真题演练
1．A [充电时为电解池装置，阳离子移向阴极，Na＋由硫电极迁移至钠电极，A错误；放电时Na在a电极失去电子，失去的电子经外电路流向b电极，即电子在外电路的流向为a→b，B正确；将题给硫电极发生的反应依次编号为①②③，由eq \f(x,4)×①＋eq \f(x,4)×②＋③可得正极的反应式为2Na＋＋eq \f(x,8)S8＋2e－―→Na2Sx，C正确；炭化纤维素纸中含有大量的炭，炭具有良好的导电性，可以增强硫电极的导电性能，D正确。]
2．C [放电时，Zn2＋可插入V2O5层间形成ZnxV2O5·nH2O，V2O5发生了还原反应，则放电时V2O5为正极，A正确；Zn为负极，放电时Zn失去电子变为Zn2＋，阳离子向正极迁移，则放电时Zn2＋由负极向正极迁移，B正确；电池在放电时的总反应为xZn＋V2O5＋nH2O===ZnxV2O5·nH2O，则其在充电时的总反应为ZnxV2O5·nH2O===xZn＋V2O5＋nH2O，C不正确；充电时阳极上ZnxV2O5·nH2O被氧化为V2O5，则阳极的电极反应为ZnxV2O5·nH2O－2xe－===xZn2＋＋V2O5＋nH2O，D正确。]
3．B [放电时，负极上Pb失电子结合硫酸根离子生成PbSO4附着在负极上，负极质量增大，A错误；储能过程中，该装置为电解池，将电能转化为化学能，B正确；放电时，右侧为正极，电解质溶液中的阳离子向正极移动，左侧的H＋通过质子交换膜移向右侧，C错误；充电时，总反应为PbSO4＋2Fe2＋===Pb＋SOeq \\al(2－,4)＋2Fe3＋，D错误。]
4．C [由充电时电极a的反应可知，充电时电极a发生还原反应，所以电极a是阴极，则电极b是阳极，故A错误；放电时负极反应为Na3Ti2(PO4)3－2e－===NaTi2(PO4)3＋2Na＋，正极反应为Cl2＋2e－===2Cl－，反应后Na＋和Cl－浓度都增大，则放电时NaCl溶液的浓度增大，pH不变，故B错误，C正确；充电时阳极反应为2Cl－－2e－===Cl2↑，阴极反应为NaTi2(PO4)3＋2Na＋＋2e－===Na3Ti2(PO4)3，由得失电子守恒可知，每生成1 ml Cl2，电极a质量理论上增加23 g·ml－1×2 ml＝46 g，故D错误。]
5．C [充电时为电解池，由题目信息知，光照时，光催化电极产生电子和空穴，驱动阴极反应(Li＋＋e－===Li)和阳极反应(Li2O2＋2h＋===2Li＋＋O2)，则充电时，电池的总反应为Li2O2===2Li＋O2，因此，充电效率与光照产生的电子和空穴量有关，A、B正确；放电时，金属Li电极为负极，光催化电极为正极，Li＋从负极穿过离子交换膜向正极迁移，C错误；放电时，电池总反应为2Li＋O2===Li2O2，则正极反应为O2＋2Li＋＋2e－===Li2O2，D正确。]
6．B [海水中含有丰富的电解质，如氯化钠、氯化镁等，可作为电解质溶液，故A正确；N为正极，电极反应主要为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，故B错误；Li为活泼金属，易与水反应，玻璃陶瓷的作用是防止水和Li反应，并能传导离子，故C正确；该电池不可充电，属于一次电池，故D正确。]
7．C [向甲室加入足量氨水后电池开始工作，则甲室Cu电极溶解，变为铜离子与氨气形成[Cu(NH3)4]2＋，因此甲室Cu电极为负极，故A错误；原电池内电路中阳离子向正极移动，若隔膜为阳离子膜，电极溶解生成的铜离子要向右侧移动，通入氨气要消耗铜离子，显然左侧阳离子不断减小，明显不利于电池反应正向进行，故B错误；负极反应是Cu－2e－＋4NH3===[Cu(NH3)4]2＋，正极反应是Cu2＋＋2e－===Cu，则电池总反应为Cu2＋＋4NH3===[Cu(NH3)4]2＋，故C正确；NH3扩散到乙室会与铜离子反应生成[Cu(NH3)4]2＋，铜离子浓度降低，铜离子得电子能力减弱，因此将对电池电动势产生影响，故D错误。]
8．C [如果玻璃薄膜球内电极的电势低，则该电极为负极，负极发生氧化反应而不是还原反应，A错误；pH与电池的电动势E存在关系：pH＝eq \f(E－常数,0.059)，则玻璃膜内外氢离子浓度的差异会引起电动势的变化，B错误；pH与电池的电动势E存在关系：pH＝eq \f(E－常数,0.059)，则分别测定含已知pH的标准溶液和未知溶液的电池的电动势，可得出未知溶液的pH，C正确；pH计工作时，利用原电池原理，则化学能转化为电能，D错误。]
考向预测
1．C [钾离子呈＋1价、CN－为－1价，化合物中元素的正负化合价代数和为0，则正极KFe2(CN)6中Fe的化合价为＋2、＋3，A正确；放电时，正极发生还原反应，可能发生Fe2(CN)eq \\al(－,6)＋e－===Fe2(CN)eq \\al(2－,6)，B正确；放电时，电子从负极流经外电路到达正极，电子不流经固体电解质，C不正确；充电时，阴极发生还原反应，阳离子向阴极移动，则Na＋增多，D正确。]
2．B [从图示装置可看出，Na­CaFeO3可充电电池放电时，Na失电子生成Na＋，所以Na电极为负极，发生氧化反应，生成的Na＋通过钠离子交换膜移向右侧，右侧CaFeO3电极作正极，A错误；充电时，Na＋通过钠离子交换膜向阴极(M极)移动，B正确；放电时，N极CaFeO3转化为CaFeO2.5，发生还原反应，其电极反应为2CaFeO3＋2e－===2CaFeO2.5＋O2－，C错误；充电时，每生成1 ml Na，同时也会有0.5 ml O2－消耗，所以有机电解质的整体质量减小23 g＋0.5 ml×16 g·ml－1＝31 g，D错误。]
3．B [由题图可知，镁电极为原电池的负极，碱性条件下镁失去电子生成氢氧化镁，电极反应式为Mg＋2OH－－2e－===Mg(OH)2，A区溶液中氢氧根离子浓度减小，A区钠离子通过阳离子交换膜M进入B区，二氧化铅电极为正极，酸性条件下二氧化铅在正极得到电子发生还原反应生成硫酸铅，电极反应式为PbO2＋4H＋＋SOeq \\al(2－,4)＋2e－===PbSO4＋2H2O，C区溶液中消耗氢离子和硫酸根离子的物质的量之比为4∶1，C区溶液中硫酸根离子通过阴离子交换膜N进入B区，则B区中硫酸钠溶液的浓度增大，故A、C正确，B错误；原电池工作时，消耗2.4 g镁时，转移电子eq \f(2.4 g,24 g·ml－1)×2＝0.2 ml，C区消耗0.4 ml氢离子、0.1 ml硫酸根离子，同时有0.1 ml硫酸根离子移向B区，相当于溶液中减少0.2 ml硫酸，同时生成0.2 ml水，则C区实际减少质量为0.2 ml×98 g·ml－1－0.2 ml×18 g·ml－1＝16.0 g，故D正确。]
4．C [充电时，阴极反应式为K＋＋e－===K，电路中转移2 ml电子时，生成2 ml K，负极质量增加2 ml×39 g·ml－1＝78 g，D错误。]
5．A [根据电池装置图知，该电池工作时，石墨为负极，电极反应式为LiC6－e－===Li＋＋6C，磷酸铁锂为正极，电极反应式为M1－xFexPO4＋e－＋Li＋===LiM1－xFexPO4，A错误；充电时，石墨电极与电源负极相连，作阴极，电极反应为Li＋＋6C＋e－===LiC6，需结合Li＋，阳极电极反应为LiM1－xFexPO4 －e－===M1－xFexPO4＋Li＋，释放出Li＋，该电池中的聚合物隔膜是阳离子交换膜，在充电时，阳离子由阳极移向阴极即由左向右移动，B、C正确；由题干信息可知，刀片电池是一种新型的可充电电池，故可以搭载在新能源汽车上，作为动力来源，D正确。]
6．C [根据题意可知，铜电极Ⅰ附近CuSO4浓度高，发生的反应是Cu2＋＋2e－===Cu，是还原反应，A错误；当两极室离子浓度相等时放电完成，说明左侧硫酸铜浓度要降低，右侧硫酸铜浓度要升高，直至左右两侧硫酸铜浓度相等，则隔膜应为阴离子交换膜，硫酸根离子从左侧移向右侧，B错误；铜电极Ⅱ附近CuSO4浓度低，发生的反应是Cu－2e－===Cu2＋，硫酸根离子从左侧移向右侧，导致右极室CuSO4浓度增大，C正确；该电池工作时，化学能转化为电能，D错误。]
7．D [由题给信息可知，参比侧的铂电极为浓差电池的正极，氧气在正极得到电子发生还原反应生成O2－，电极反应式为O2＋4e－===2O2－，测量侧的铂电极为负极，氧离子在负极失去电子发生氧化反应生成氧气，电极反应式为2O2－－4e－===O2，相同压强下，测量侧气体中氧气含量越低，浓差电池的电势差越大。由分析可知，参比侧的铂电极为浓差电池的正极，故A正确；由分析可知，测量侧的铂电极为负极，氧离子在负极失去电子发生氧化反应生成氧气，电极反应式为2O2－－4e－===O2，故B正确；测量侧生成氧气，测量侧处于封闭环境时，初期的读数与测量侧气体中含氧量有关，后期因为氧气的生成导致读数与测量侧气体中含氧量相差很大，所以初期的读数比较准确，故C正确；相同压强下，测量侧气体中氧气含量越低，浓差电池的电势差越大，故D错误。]
8．A [Y电极是该电池的负极，若材料为铁，铁比Cl－更易失去电子，故不能实现图示转化，A不正确；浓缩海水中锂离子通过离子导电体进入左槽，左槽加入的是稀盐酸，故浓缩海水中锂离子浓度大于左侧LiCl溶液中的锂离子浓度，B正确；X电极为该电池正极，反应式为2H＋＋2e－===H2↑，C正确；右侧生成1 ml Cl2时，转移2 ml电子，有2 ml Li＋通过离子导电体，故左侧Li＋增加2 ml，D正确。]
9．C [铜(1)极附近硫酸铜溶液浓度大于铜(2)极，故铜(1)极的电解质浓度降低[即铜(1)极为正极]，铜(2)极为负极，发生氧化反应，电极反应为Cu－2e－===Cu2＋，A项错误；铜(1)极的电极反应式为Cu2＋＋2e－===Cu，为了维持电荷平衡，SOeq \\al(2－,4)通过膜1向右迁移，B项错误；理论上两膜之间的硫酸铜浓度基本保持不变，C项正确；理论上正、负两极硫酸铜溶液浓度均为0.55 ml·L－1时，该电池停止放电，D项错误。]
10．D [b电极电子流出，b为电池的负极，a电极为电池的正极，电极反应为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，A项正确；钠离子向a电极方向移动，氯离子向b电极方向移动，所以A为阴离子交换膜，C为阳离子交换膜，B项正确；阳极(负极)隔室中氯离子发生氧化反应，保持溶液中的电荷守恒，C项正确；电极产物是化工产品，有较高经济价值，D项错误。]