备考2024届高考化学一轮复习分层练习第六章化学反应与能量变化第4讲新型电源

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1.[新型全固态电池][2021广东]火星大气中含有大量CO2，一种有CO2参加反应的新型全固态电池有望为火星探测器供电。该电池以金属钠为负极，碳纳米管为正极，放电时（ B ）
A.负极上发生还原反应B.CO2在正极上得电子
C.阳离子由正极移向负极D.将电能转化为化学能
解析 根据题中信息可知该Na－CO2电池中Na为负极，碳纳米管为正极，负极上金属钠失去电子发生氧化反应，A项错误；CO2在正极碳纳米管上得电子发生还原反应生成单质碳，B项正确；原电池工作时，阳离子从负极向正极移动，C项错误；该电池将化学能转化为电能，D项错误。
2.[熔融钠－硫电池][天津高考]熔融钠－硫电池性能优良，是具有应用前景的储能电池。下图中的电池反应为2Na＋xS放电充电Na2Sx（x＝5～3，难溶于熔融硫）。下列说法错误的是（ C ）
A.Na2S4的电子式为Na＋[∶S····∶S····∶S····∶S····∶]2－Na＋
B.放电时正极反应为xS＋2Na＋＋2e－Na2Sx
C.Na和Na2Sx分别为电池的负极和正极
D.该电池是以Na－β－Al2O3为隔膜的二次电池
解析 Na2S4的S42－中硫原子间以非极性键结合，每个硫原子最外层均达到8电子稳定结构，A项正确；放电时正极上S发生还原反应，正极反应为xS＋2Na＋＋2e－Na2Sx，B项正确；熔融钠为负极，熔融硫（含碳粉）为正极，C项错误；由题图可知，D项正确。
3.[光催化钠离子二次电池][2024陕西安康名校联考]天津大学在光催化钠离子二次电池的应用研究中取得重大进展。该电池工作原理如图所示，光催化电极能在太阳光下实现对设备进行充电。下列说法错误的是（ A ）
A.充电时，电子从石墨电极流出通过导线流向光催化电极
B.放电时，石墨电极的电极反应式为4S2－－6e－S42－
C.离子交换膜为阳离子交换膜
D.放电时，当外电路转移1 ml电子时，离子交换膜左室电解质溶液质量减少23 g
解析 由题干信息结合图给信息，充电时，石墨电极得到电子，电子从光催化电极流出，A项错误；放电时，石墨电极的电极反应式为4S2－－6e－S42－，B项正确；放电时，石墨电极为负极，光催化电极为正极，为维持电荷守恒，左室Na＋透过离子交换膜移向右室，则离子交换膜为阳离子交换膜，放电时当外电路转移1 ml电子时，1 ml Na＋从左室迁移到右室，离子交换膜左室电解质溶液质量减少23 g，C、D项正确。
4.[新型Li－Mg双离子可充电电池][2023广州测试]新型Li－Mg双离子可充电电池是一种高效、低成本的储能电池，其工作原理如图所示。放电时电极a的反应为Li1－xFePO4＋xLi＋＋xe－LiFePO4。下列说法不正确的是（ C ）
A.充电时，Mg电极为阴极
B.放电时，Li＋从Ⅰ室向Ⅱ室迁移
C.放电时，Ⅱ室Li2SO4溶液的浓度增大
D.放电时，每消耗1 ml Mg，电极a质量理论上增加14 g
解析 根据放电时电极a发生还原反应知，电极a为正极，Mg电极为负极。
由上述分析知，充电时Mg电极为阴极，A项正确；放电时Li＋向正极（电极a）移动，则Li＋从Ⅰ室向Ⅱ室迁移，B项正确；放电时，Li＋从Ⅰ室向Ⅱ室迁移，SO42－不参与电极反应，Ⅱ室Li2SO4溶液的浓度不变，C项错误；每消耗1 ml Mg，电路中通过2 ml电子，根据放电时电极a的反应，知电极a增加的质量为2 ml Li＋的质量，即增重14 g，D项正确。
5. [海底燃料电池][2024湖北黄石二中测试改编]一种由石墨电极制成的海底燃料电池的装置如图所示。下列说法正确的是（ C ）
A.向a极迁移的是OH－
B.大块沉积物中的铁元素均显＋2价
C.b极上FeS2转化为S的电极反应式为FeS2－2e－Fe2＋＋2S
D.微生物作用下S循环生成的SO42－和HS－的物质的量之比为1∶5
解析 A项，由题图知，a极上O2得到电子发生还原反应，故a极为海底燃料电池的正极，电极反应式为O2＋4e－＋4H＋2H2O，向正极（a极）迁移的是H＋而不是OH－，错误。B项，大块沉积物中的FeOOH中的铁元素显＋3价，错误。C项，b极上FeS2中－1价S元素失去电子被氧化为S单质的电极反应式为FeS2－2e－Fe2＋＋2S，正确。D项，由题图可知S循环的反应为4S＋4H2O微生物SO42－＋3HS－＋5H＋，n（SO42－）∶n（HS－）＝1∶3，错误。
6.[2024江西九校联考]我国科研人员将单独脱除SO2的反应与H2O2的制备反应相结合，实现协同转化。
①单独制备H2O2：2H2O＋O22H2O2 ΔH＞0。
②单独脱除SO2：4OH－＋2SO2＋O22SO42－＋2H2O，能自发进行。
协同转化装置如图（在电场作用下，双极膜中间层的H2O解离为OH－和H＋，并向两极迁移）。下列分析不正确的是（ D ）
A.反应②释放的能量可以用于反应①
B.产生H2O2的电极反应：O2＋2e－＋2H＋H2O2
C.反应过程中不需补加稀H2SO4
D.协同转化总反应：SO2＋O2＋2H2OH2O2＋H2SO4
解析 单独脱除SO2的反应是熵减反应，能自发进行，则该反应的ΔH＜0，该装置中反应②释放的能量可以用于反应①，A项正确；产生H2O2的电极室中电解液呈酸性，故电极反应为O2＋2e－＋2H＋H2O2，B项正确；反应过程中，双极膜中H2O不断解离产生H＋移向正极，故反应过程中不需补加稀H2SO4，C项正确；在负极室电解质溶液为NaOH溶液，不可能大量存在H＋，故协同转化总反应是SO2＋O2＋2OH－SO42－＋H2O2，D项错误。
7.[铝胺电池][2023湖南师大附中考试]一种铝胺电池的工作原理如图所示。已知Ph3N代表三苯基胺，下列说法正确的是（ B ）
A.放电时，正极的电极反应式为Ph3N－e－Ph3N＋
B.充电时，阴极的电极反应式为4Al2Cl7－＋3e－Al＋7AlCl4－
C.充电时，AlCl4－向铝电极移动
D.理论上每生成1 ml Ph3N，铝电极增重18 g
解析
充电时为电解池，阴离子向阳极移动，AlCl4－向Ph3N极移动，C项错误；由电极反应式知，每生成1 ml Ph3N转移1 ml e－，负极消耗13 ml Al，即铝电极减少9 g，D项错误。
8. [新型氯流电池][2024枣庄三中考试]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（如图所示）。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（ D ）
A.充电时，电极b是阴极
B.放电时，NaCl溶液的pH减小
C.充电时，每生成1 ml Cl2，电极a质量理论上增加64 g
D.放电时，NaCl溶液的浓度增大
解析 由题意可知，充电时电极a发生得电子的还原反应，则电极a是阴极，电极b是阳极，A错误。放电时，电极a是负极，发生氧化反应Na3Ti2（PO4）3－2e－NaTi2（PO4）3＋2Na＋，生成Na＋，电极b是正极，发生还原反应Cl2＋2e－2Cl－，生成Cl－，则放电时NaCl溶液的浓度增大，但溶液一直为中性，故放电时NaCl溶液的pH不变，B错误，D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×2 ml＝46 g，C错误。
9.[水激活“纸基”电池][2024河南省重点高中阶段性测试]一种环保的水激活“纸基”电池（如图所示）主要由1个平方厘米的电池单元组成，还包含3种印在长方形纸带上的油墨，纸带上分布着NaCl固体。已知：上述3种油墨分别为含石墨薄片的油墨、含锌粉的油墨、含石墨薄片和炭黑的油墨（作导体）。下列说法错误的是（ B ）
A.印有含石墨薄片的油墨的一面为正极
B.滴水激活“纸基”电池一段时间后，该电池的质量会减小
C.当有3.25×10－3 g锌粉溶解时，理论上转移的电子数为1×10－4NA
D.该电池能够减少低功率废弃电子器件带来的环境影响
解析 由题干信息可知，含有石墨薄片的油墨为正极，发生的电极反应为O2＋4e－＋2H2O4OH－，含锌粉的油墨为负极，电极反应为Zn－2e－＋4OH－Zn（OH）42－，A项正确；“纸基”电池工作时，总反应式为2Zn＋O2＋2H2O＋4OH－2Zn（OH）42－，氧气参与电池反应，该电池的质量会增大，B项错误；3.25×10－3 g锌粉的物质的量n＝mM＝3.25×10－3g65g/ml＝5×10－5 ml，理论上转移的电子数为5×10－5 ml×2NA ml－1＝1×10－4NA，C项正确；该电池有质量小、柔韧性好的优点，不产生污染性的废料，能够减少低功率废弃电子器件带来的环境影响，D项正确。
10.[双阴极微生物燃料电池][2024重庆质检]工业上用双阴极微生物燃料电池处理含NH4＋和CH3COO－的废水。废水在电池中的运行模式如图1所示，电池的工作原理如图2所示。已知Ⅲ室中O2除了在电极上发生反应，还在溶液中参与了一个氧化还原反应。下列说法不正确的是（ D ）
图1
图2
A.离子交换膜为阳离子交换膜
B.电子从Ⅱ室电极经导线流向Ⅰ室电极和Ⅲ室电极
C.Ⅰ室电极的电极反应式为2NO3－＋10e－＋12H＋N2↑＋6H2O
D.若双阴极通过的电流相等，当Ⅰ室产生2 ml N2时Ⅱ室消耗5 ml O2
解析 Ⅱ室中C的化合价升高，被氧化，Ⅱ室电极为负极，电极反应式为CH3COO－－8e－＋2H2O2CO2↑＋7H＋，Ⅰ室和Ⅲ室中电极均为正极。电子由负极经导线流向正极，B项正确。Ⅲ室电极的电极反应式为O2＋4e－＋4H＋2H2O，Ⅱ室产生的H＋经离子交换膜移向Ⅲ室，故离子交换膜为阳离子交换膜，A项正确。根据题图1废水的走向，Ⅰ室中的NO3－应是NH4＋在Ⅲ室中反应产生的，结合Ⅲ室中O2还在溶液中参与一个氧化还原反应，可知Ⅲ室溶液中发生了NH4＋＋2O2NO3－＋2H＋＋H2O，NO3－流到Ⅰ室放电，Ⅰ室电极的电极反应式为2NO3－＋10e－＋12H＋N2↑＋6H2O，C项正确。若双阴极通过的电流相等，即Ⅰ室和Ⅲ室电极上得失电子守恒，当Ⅰ室产生2 ml N2时，转移电子20 ml，结合Ⅲ室电极的电极反应式知，转移20 ml电子时消耗5 ml O2，因Ⅲ室发生NH4＋＋2O2NO3－＋2H＋＋H2O还要消耗O2，故O2总消耗量大于5 ml，D项错误。电极
电极反应
放电
（原电池）
负极（Mg电极）
Mg－2e－Mg2＋
正极（电极a）
Li1－xFePO4＋xLi＋＋xe－LiFePO4
充电
（电解池）
阴极（Mg电极）
Mg2＋＋2e－Mg
阳极（电极a）
LiFePO4－xe－Li1－xFePO4＋xLi＋