能力课时落实(七)　突破新型化学电池

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1．碳呼吸电池的原理如图所示，已知草酸铝[Al2(C2O4)3]难溶于水，则下列说法正确的是(　　)

A．该装置将电能转变为化学能

B．正极的电极反应式为C2O－2e－ ===2CO2↑

C．每生成 1 molAl2(C2O4)3，有 6 mol 电子流过负载

D．随着反应的进行草酸盐浓度不断减小

C　[该装置属于燃料电池，将化学能转变为电能，A错误；原电池正极上发生得电子的还原反应，正极的电极反应为2CO2＋2e－ ===C2O，B错误；每生成 1 molAl2(C2O4)3，负极就有2 mol铝失电子，共失去6 mol 电子，所以有6 mol 电子流过负载，C正确；根据原电池正、负极反应可知，该电池总反应式：2Al＋6CO2===Al2(C2O4)3，从图示可知，随着反应的进行草酸盐浓度保持不变，D错误。]

2．一种光化学电池的结构如图所示，电池总反应式为AgCl(s)＋Cu＋(aq)===Ag(s)＋Cu2＋(aq)＋Cl－(aq)，下列关于该电池在工作时的说法中不正确的是(　　)

A．电子的运动方向：Pt→外电路→Ag→内电路→Pt

B．生成108 g银，转移的电子为1 mol

C．Cu＋在负极发生氧化反应

D．Cl－由正极迁移到负极

A　[原电池工作时，电子从负极Pt经导线移向正极Ag，不能进入溶液中，A错误；原电池中银作正极，电极反应式为AgCl(s)＋e－===Ag(s)＋Cl－(aq)，则生成1 molAg即108 g时，转移的电子为1 mol,B正确；铂作负极，负极上Cu＋失电子生成Cu2＋，则Cu＋在负极发生氧化反应，C正确；原电池工作时，电解质溶液中阴离子向负极移动，即Cl－由正极迁移到负极，D正确。]

3．(2021·福建厦门一中高二月考)科学家报道了一种新型可充电钠电池，其工作原理如图所示，下列说法错误的是(　　)

A．放电时，X极为负极

B．充电时，Na＋向Y极迁移

C．电极材料中，单位质量金属放出的电能：Na＜Li

D．放电时，Y极反应式为CaFeO3＋Na＋＋e－===CaFeO2.5＋0.5Na2O

B　[根据放电工作原理图可知，放电时，X极上Na失电子发生氧化反应为负极，A正确；充电时，原电池的负极X电极连接电源的负极作阴极，则Na＋向X极迁移，B错误； Na和Li都失1个电子，则电极材料中，单位质量金属放出的电能：Na＜Li,C正确；放电时，正极Y电极上发生还原反应：CaFeO3＋Na＋＋e－===CaFeO2.5＋0.5Na2O,D正确。]

4．水泥在固化过程中自由水分子减少并形成碱性溶液。根据这一物理化学特点，科学家发明了电动势法测水泥的初凝时间。此法的原理如图所示，反应的总方程式为2Cu＋Ag2O===Cu2O＋2Ag。下列说法正确的是(　　)

A．负极材料是银

B．负极的电极反应式为

2Cu＋2OH－－2e－===Cu2O＋H2O

C．测量原理示意图中，电流从Cu经过导线流向Ag2O

D．电池工作时，溶液中OH－向正极移动

B　[在该氧化还原反应中还原剂是铜，铜作负极，A错误；铜为负极、Ag2O为正极，负极的电极反应式为2Cu＋2OH－－2e－===Cu2O＋H2O，电流从Ag2O经过导线流向铜，B正确，C错误；电池工作时，阳离子向正极移动，阴离子向负极移动，D错误。]

5．热激活电池可用作火箭、导弹的工作电源。一种热激活电池的基本结构如图所示，其中作为电解质的无水LiCl­KCl混合物受热熔融后，电池即可瞬间输出电能。该电池总反应式为PbSO4＋2LiCl＋Ca===CaCl2＋Li2SO4＋Pb。下列有关说法正确的是(　　)

A．正极反应式：Ca＋2Cl－－2e－===CaCl2

B．放电过程中，Li＋向负极移动

C．每转移0.1 mol电子，理论上生成20.7 g Pb

D．常温下，在正、负极间接上电流表，指针不偏转

D　[正极发生还原反应，故为PbSO4＋2e－===Pb＋SO，A项错误；放电过程为原电池，故阳离子向正极移动，B项错误；每转移0.1 mol电子，生成0.05 mol Pb为10.35 g，C项错误；常温下，电解质不能熔化，不能形成原电池，故指针不偏转，D项正确。]

6．(2021·江苏如皋校级月考)我国科学家研发了一种水系可逆Zn­CO2电池，将两组阴离子、阳离子复合膜反向放置分隔两室电解液，充电、放电时，复合膜层间的H2O解离成H＋和OH－，工作原理如图所示。下列说法正确的是(　　)

A．a膜是阴离子交换膜，b膜是阳离子交换膜

B．放电时负极的电极反应式为Zn＋4OH－－2e－===Zn(OH)

C．充电时多孔Pd纳米片附近pH升高

D．充电时Zn与外接直流电源正极相连，将电能转化为化学能

B　[复合膜中H2O解离成H＋和OH－，根据图中复合膜中H＋通过a膜、OH－通过b膜可知，a膜是阳离子膜，b膜是阴离子膜，A错误；原电池放电时，Zn为负极、多孔Pd纳米片为正极，负极上Zn失去电子生成Zn(OH)，负极电极反应式为Zn＋4OH－－2e－===Zn(OH)，B正确；原电池中Zn为负极、多孔Pd纳米片为正极，充电时Zn为阴极、多孔Pd纳米片为阳极，阳极上HCOOH发生失去电子的氧化反应生成CO2，电极反应式为HCOOH＋2OH－－2e－===CO2＋2H2O，消耗OH－、多孔Pd纳米片附近pH减小，C错误；原电池充电时为电解池，原电池的正极与外加电源正极相接，负极与外加电源负极相接，即充电时Zn与外接直流电源负极相连，D错误。]

7．利用太阳能电池，将CO2 转化成燃料气体(CO)，用可传导 H＋的固体作电解质，装置如图所示。下列推断不正确的是(　　)

A．a为阳极

B．b的电极反应式为CO2＋2e－＋2H＋===CO＋H2O

C．产生 11.2 L O2，导线中转移2 mol电子

D．H＋由质子交换膜的左侧向右侧迁移

C　[太阳能电池将CO2转化成燃料气体(CO)，发生还原反应，通入CO2气体的b电极为电解池的阴极，电极反应式为CO2＋2e－＋2H＋===CO＋H2O；水生成氧气的电极a为电解池的阳极，发生失去电子的氧化反应，电极反应式为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋。水发生失去电子的氧化反应生成氧气，所以电极a为电解池的阳极，A正确；由装置图可知，b电极上得电子生成CO，结合电子守恒、电荷守恒得到电极反应式为CO2＋2e－＋2H＋===CO＋H2O,B正确；阳极a电极反应式为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，每生成1 mol O2，导线中转移4 mol电子，若导线中转移2 mol电子则生成0.5 mol O2，标准状况下的体积为11.2 L，但该选项没有指明状态，所以0.5 mol O2的体积不一定为11.2 L,C错误；左侧阳极电极反应式为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，生成了H＋，右侧阴极电极反应式为CO2＋2e－＋2H＋===CO＋H2O，消耗了H＋，所以电解池工作时H＋由质子交换膜的左侧向右侧迁移，D正确。]

8．(2021·平城区校级期中)国内某科技研究小组首次提出一种新型的Li＋电池体系，该体系正极采用含有I－、Li＋的水溶液，负极采用固体有机聚合物，电解质溶液为LiNO3溶液，聚合物离子交换膜作为隔膜将液态正极和固态负极分隔开(原理示意图如图所示)。已知I在水溶液中为黄色，则下列有关判断不正确的是(　　)

甲

乙

A．图甲是电池充电工作原理图，图乙是原电池原理图

B．放电时，Li＋从右向左通过聚合物离子交换膜

C．放电时，负极的电极反应式为

D．充电时，阳极液态电解质溶液的颜色变深

C　[“电池的正极采用含有I－、Li＋的水溶液，负极采用固体有机聚合物”，并且正极发生得电子的还原反应，负极发生失电子的氧化反应，则图乙是原电池，甲是电池充电工作原理图，A正确；放电时，电解质溶液中的阳离子由负极移向正极，即Li＋从右向左通过聚合物离子交换膜，B正确；放电时，原电池负极发生失电子的氧化反应，不是得电子，C错误；充电时，阳极反应是原电池正极反应的逆反应，即阳极反应式为3I－－2e－===I，I在水溶液中为黄色，则充电时阳极液态电解质溶液的颜色变深，D正确。]

9．(2021·广西南宁月考)以完全非碳的Pd包覆纳米多孔金(NPG@Pd)为一体化催化剂的可再充Al­CO2电池示意图如图所示，其正极采用纯CO2作为活性材料，放电时生成碳酸铝和碳。下列说法错误的是(　　)

A．放电时，铝箔失去电子生成Al3＋，Al3＋移向正极

B．放电时，电流由正极经负载、铝箱、电解质，回到NPG@Pd电极

C．充电时，阳极反应式为2Al2(CO3)3＋3C－12e－===4Al3＋＋9CO2↑

D．电池放电和充电时的总反应式为2Al＋6CO2Al(C2O4)3

D　[该电池中Al电极为负极，纳米多孔金电极为正极，负极反应式为Al－3e－===Al3＋，放电时，阳离子移向正极，即铝失去电子生成Al3＋，Al3＋移向正极，A正确；放电时Al电极为负极，纳米多孔金电极为正极，电流由正极→负载→负极铝箱→电解质→回到NPG@Pd电极，B正确；原电池放电时正极反应式为4Al3＋＋9CO2＋12e－===2Al2(CO3)3＋3C，充电时为电解池，发生的反应为原电池的逆反应，即阳极反应式为2Al2(CO3)3＋3C－12e－===4Al3＋＋9CO2↑，C正确；Al­CO2电池放电时生成碳酸铝和碳，不是生成草酸铝，充电时碳酸铝和碳反应生成铝和二氧化碳，D错误。]

10．(2020·全国卷Ⅰ)科学家近年发明了一种新型Zn­CO2水介质电池。电池示意图如下，电极为金属锌和选择性催化材料。放电时，温室气体CO2被转化为储氢物质甲酸等，为解决环境和能源问题提供了一种新途径。

下列说法错误的是(　　)

A．放电时，负极反应为Zn－2e－＋4OH－===Zn(OH)

B．放电时，1 molCO2转化为HCOOH，转移的电子数为2 mol

C．充电时，电池总反应为2Zn(OH)===2Zn＋O2↑＋4OH－＋2H2O

D．充电时，正极溶液中OH－浓度升高

D　[由题给装置图可知，放电时负极锌失去电子后结合OH－生成Zn(OH)，负极反应为Zn－2e－＋4OH－===Zn(OH)，A项正确；放电时，正极上CO2得电子生成HCOOH，CO2中C的化合价为＋4，HCOOH中C的化合价为＋2,1 molCO2转化为1 mol HCOOH，转移2 mol电子，B项正确；充电时阴极上Zn(OH)参与反应得到锌，阳极上H2O参与反应得到氧气，电池总反应为2Zn(OH)===2Zn＋O2↑＋4OH－＋2H2O，C项正确；充电时，阳极上发生失电子的氧化反应：2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，氢氧根离子浓度降低，D项错误。]

11．(2020·全国卷Ⅲ)一种高性能的碱性硼化钒(VB2)－空气电池如图所示，其中在VB2电极发生反应：VB2＋16OH－－11e－===VO＋2B(OH)＋4H2O。该电池工作时，下列说法错误的是(　　)

A．负载通过0.04 mol电子时，有0.224 L(标准状况)O2参与反应

B．正极区溶液的pH降低，负极区溶液的pH升高

C．电池总反应为4VB2＋11O2＋20OH－＋6H2O===8B(OH)＋4VO

D．电流由复合碳电极经负载、VB2电极、KOH溶液回到复合碳电极

B　[由题给信息知VB2电极上发生失电子的氧化反应，则VB2电极为负极，复合碳电极为正极，正极发生还原反应，电极反应式为O2＋4e－＋2H2O===4OH－，电池总反应方程式为4VB2＋11O2＋20OH－＋6H2O===8[B(OH)4]－＋4VO。由上述分析知，正极的电极反应式为O2＋4e－＋2H2O===4OH－，则电路中通过0.04 mol e－时，正极有0.01 mol O2参加反应，其在标准状况下的体积为0.224 L，A项正确；由正、负极的电极反应式可知，该电池工作时，负极区溶液的pH降低，正极区溶液的pH升高，B项错误；由上述分析知，该电池的总反应方程式为4VB2＋11O2＋20OH－＋6H2O===8[B(OH)4]－＋4VO，C项正确；电流与电子的流动方向相反，电流从正极出发，沿负载流向负极，再经过溶液最终回到正极，D项正确。]

12．(2020·山东等级考)微生物脱盐电池是一种高效、经济的能源装置，利用微生物处理有机废水获得电能，同时可实现海水淡化。现以NaCl溶液模拟海水，采用惰性电极，用下图装置处理有机废水(以含CH3COO－的溶液为例)。下列说法错误的是(　　)

A．负极反应为CH3COO－＋2H2O－8e－===2CO2↑＋7H＋

B．隔膜1为阳离子交换膜，隔膜2为阴离子交换膜

C．当电路中转移1 mol电子时，模拟海水理论上除盐58.5 g

D．电池工作一段时间后，正、负极产生气体的物质的量之比为2∶1

B　[根据题意，可得放电时的电极反应，负极(a极)：CH3COO－＋2H2O－8e－===2CO2↑＋7H＋，正极(b极)：2H＋＋2e－===H2↑，A项正确；该电池工作时，Cl－向a极移动，Na＋向b极移动，即隔膜1为阴离子交换膜，隔膜2为阳离子交换膜，B项错误；电路中转移1 mol电子时，向a极和b极分别移动1 molCl－和1 mol Na＋，则模拟海水理论上可除盐58.5 g，C项正确；电池工作时负极产生CO2，正极产生H2，结合正、负极的电极反应知，一段时间后，正极和负极产生气体的物质的量之比为2∶1，D项正确。]