高考化学一轮复习基础知识讲义专题一考点三 常见化学电源及工作原理（2份打包，原卷版+解析版）

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【必备知识】
1．分类
一次电池：一次电池就是放电之后不可再充电的电池。常见的一次电池有锌锰干电池、锌银电池。
二次电池：二次电池又称可充电电池或蓄电池。充电电池中能量的转化关系是：化学能电能，常见的二次电池有铅蓄电池、镉镍电池、锂离子电池等蓄电池等。
2．工作原理
【微点拨】
①可逆电池的充、放电不是可逆反应。
②负接负后作阴极，正接正后作阳极。
【易错辨析】
1．太阳能电池不属于原电池( )
2．可充电电池中的放电反应和充电反应互为可逆反应( )
3．铅酸蓄电池工作时，当电路中转移0.1 ml电子时，负极增重4.8 g( )（SO42-:96）
【答案】 1.√ 2.× 3.√
【题型突破】
1、(2019·浙江4月选考，12)化学电源在日常生活和高科技领域中都有广泛应用。

下列说法不正确的是( )
A．甲：Zn2＋向Cu电极方向移动，Cu电极附近溶液中H＋浓度增加
B．乙：正极的电极反应式为Ag2O＋2e－＋H2O===2Ag＋2OH－
C．丙：锌筒作负极，发生氧化反应，锌筒会变薄
D．丁：使用一段时间后，电解质溶液的酸性减弱，导电能力下降
【答案】 A
【解析】 Zn较Cu活泼，作负极，Zn失电子变Zn2＋，Zn2＋和H＋迁移至铜电极，H＋得电子变为H2，因而c(H＋)减小，A项错误。
2、(2019·全国3)为提升电池循环效率和稳定性,科学家近期利用三维多孔海绵状Zn(3D-Zn)可以高效沉积ZnO的特点,设计了采用强碱性电解质的3D-Zn-NiOOH二次电池,结构如下图所示。电池反应为Zn(s)+2NiOOH(s)+H2O(l)ZnO(s)+2Ni(OH)2(s)。下列说法错误的是( )
A.三维多孔海绵状Zn具有较高的表面积,所沉积的ZnO分散度高
B.充电时阳极反应为Ni(OH)2(s)+OH-(aq)-e-NiOOH(s)+H2O(l)
C.放电时负极反应为Zn(s)+2OH-(aq)-2e-ZnO(s)+H2O(l)
D.放电过程中OH-通过隔膜从负极区移向正极区
【答案】D
【详解】三维多孔海绵状Zn类似于活性炭,故表面积较大,可高效沉积ZnO,所沉积的ZnO分散度也高,A项说法正确;根据总反应式Zn(s)+2NiOOH(s)+H2OZnO(s)+2Ni(OH)2(s)可知,充电时Ni(OH)2(s)在阳极上发生氧化反应Ni(OH)2(s)+OH-(aq)-e-NiOOH(s)+H2O(l),B项说法正确;放电时Zn在负极上发生氧化反应Zn(s)+2OH- -2e-ZnO(s)+H2O(l),C项说法正确;在放电过程中,阴离子应向负极移动,D项说法错误。
3、(双选)(2019·海南)微型银-锌电池可用作电子仪器的电源,其电极分别是Ag/Ag2O和Zn，电解质溶液为KOH溶液。电池总反应为Ag2O+Zn+H2O2Ag+Zn(OH)2。下列说法正确的是( )
A.电池工作过程中,KOH溶液的浓度降低 B.电池工作过程中,电解质溶液中OH-向负极迁移
C.负极发生反应Zn+2OH--2e-Zn(OH)2 D.正极发生反应Ag2O+2H++2e-Ag+H2O
【答案】BC
【详解】由电池总反应可知,KOH未被消耗,H2O被消耗,KOH溶液的浓度增大,A项错误;负极发生反应Zn+2OH--2e-Zn(OH)2,OH-向负极迁移,B、C两项正确;电解质溶液为KOH溶液,发生的正极反应为Ag2O+2e-+H2O2Ag+2OH-,D项错误。
4、(2021·广东，9)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( )
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
【答案】 B
【解析】 根据题干信息可知，放电时总反应为4Na＋3CO2===2Na2CO3＋C。放电时负极上Na失去电子发生氧化反应生成Na＋，故A错误；放电时正极上CO2得到电子生成C，故B正确；放电时阳离子移向正极，故C错误；放电时该装置为原电池，将化学能转化为电能，故D错误。
5、(2021·山东，10)以KOH溶液为离子导体，分别组成CH3OH—O2、N2H4—O2、(CH3)2NNH2—O2清洁燃料电池，下列说法正确的是( )
A．放电过程中，K＋均向负极移动 B．放电过程中，KOH物质的量均减小
C．消耗等质量燃料，(CH3)2NNH2—O2燃料电池的理论放电量最大
D．消耗1 ml O2时，理论上N2H4—O2燃料电池气体产物的体积在标准状况下为11.2 L
【答案】 C
【解析】 放电过程为原电池工作原理，所以钾离子均向正极移动，A错误；碱性环境下，N2H4—O2清洁燃料电池总反应为N2H4＋O2===N2＋2H2O，未消耗KOH，所以KOH的物质的量不变，其他两种燃料电池根据总反应可知，KOH的物质的量均减小，B错误；理论放电量与燃料的物质的量和转移电子数有关，设消耗燃料的质量均为m g，则甲醇、N2H4和(CH3)2NNH2的放电量分别是eq \f(m g,32 g·ml－1)×6、eq \f(m g,32 g·ml－1)×4、eq \f(m g,60 g·ml－1)×16，通过比较可知(CH3)2NNH2理论放电量最大，C正确；根据转移电子数守恒和总反应式可知，消耗1 ml O2生成氮气的物质的量为1 ml，在标准状况下为22.4 L，D错误。
6、(2020·天津，11)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＋xSNa2Sx(x＝5～3，难溶于熔融硫)，下列说法错误的是( )
A．Na2S4的电子式为 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Na­β­Al2O3为隔膜的二次电池
【答案】 C
【解析】 C错，电池正极是含碳粉的熔融硫；D对，因为该电池可以充电，所以为二次电池，其中Na­β­Al2O3是隔膜，防止熔融钠与熔融硫直接反应。
7、（2023·辽宁卷）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．放电时右侧通过质子交换膜移向左侧 D．充电总反应：
【答案】B
【详解】该储能电池放电时，Pb为负极，失电子结合硫酸根离子生成PbSO4，则多孔碳电极为正极，正极上Fe3+得电子转化为Fe2+，充电时，多孔碳电极为阳极，Fe2+失电子生成Fe3+，PbSO4电极为阴极，PbSO4得电子生成Pb和硫酸。
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+SO42-+2Fe3+，D错误。
8、(2020·海南,11)（双选）某燃料电池主要构成要素如图所示,下列说法正确的是( )
A.电池可用于乙醛的制备 B.b电极为正极
C.电池工作时,a电极附近pH降低 D.a电极的反应式为O2+4e-+4H+2H2O
【答案】AD
【解析】燃料电池中,通入O2的一极为正极,通入燃料的一极为负极,即a电极为正极,b电极为负极,故B不符合题意;该电池将乙烯和水转化成乙醛,可用于乙醛的制备,故A符合题意;电池工作时,阳离子氢离子移向正极,a电极的反应式为O2+4e-+4H+2H2O,a电极附近pH升高,故C不符合题意;正极发生还原反应,a电极的反应式为O2+4e-+4H+2H2O,故D符合题意。
9、(2016·浙江)金属(M)-空气电池(如图)具有原料易得、能量密度高等优点,有望成为新能源汽车和移动设备的电源。该类电池放电的总反应方程式为:4M+nO2+2nH2O4M(OH)n。
已知:电池的“理论比能量”指单位质量的电极材料理论上能释放出的最大电能。下列说法不正确的是( )
A.采用多孔电极的目的是提高电极与电解质溶液的接触面积,并有利于氧气扩散至电极表面
B.比较Mg、Al、Zn三种金属-空气电池,Al-空气电池的理论比能量最高
C.M-空气电池放电过程的正极反应式:4Mn++nO2+2nH2O+4ne-4M(OH)n
D.在Mg-空气电池中,为防止负极区沉积Mg(OH)2,宜采用中性电解质及阳离子交换膜
【答案】C
【解析】多孔电极的表面积大,电极与电解质溶液的接触面积大并利于氧气扩散,A项说法正确;根据信息提示,质量均为m g的Mg、Al、Zn完全反应,转移的电子的物质的量分别为m/12 ml、m/9 ml、m/32.5 ml,由此知Al转移电子数最多,B项说法正确;正极为O2放电,电极反应式为O2+2H2O+4e-4OH-,C项说法错误;采用中性电解质可防止负极产生的Mg2+与OH-反应生成Mg(OH)2沉淀,采用阳离子交换膜可阻止OH-向负极移动,与Mg2+反应生成氢氧化镁沉淀,D项说法正确。电池
电极反应
装置图
碱性锌锰电池
总反应：Zn＋2MnO2＋2H2O===2MnO(OH)＋Zn(OH)2；
负极：Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2；
正极：2MnO2＋2H2O＋2e－===2MnO(OH)＋2OH－
银锌电池
总反应：Zn＋Ag2O＋H2O===Zn(OH)2＋2Ag
负极反应：Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2
正极反应：Ag2O＋H2O＋2e－===2Ag＋2OH－
锂电池
Li－SOCl2电池可用于心脏起搏器，该电池的电极材料分别为锂和碳，电解液是LiAlCl4－SOCl2
总反应：4Li＋2SOCl2===4LiCl＋SO2↑＋S
负极反应：4Li－4e－===4Li＋
正极反应：2SOCl2＋4e－===SO2↑＋S＋4Cl－
铅酸蓄电池
总反应：Pb＋PbO2＋2H2SO42PbSO4＋2H2O；
负极：Pb＋SOeq \\al(2－,4)－2e－===PbSO4；
正极：PbO2＋4H＋＋SOeq \\al(2－,4)＋2e－===PbSO4＋2H2O