(新高考)高考化学一轮复习课时练习第6章热点强化练10新型电源工作原理(含解析)

热点强化练10　新型电源工作原理

1．(2020·陕西榆林市高三一模)利用电解质溶液的浓度对电极电势的影响，可设计浓差电池。下图为一套浓差电池和电解质溶液再生的配套装置示意图，闭合开关K之前，两个Cu电极的质量相等。下列有关这套装置的说法中错误的是(　　)

A．循环物质E为水

B．乙池中Cu电极为阴极，发生氧化反应

C．甲池中的电极反应式为Cu2＋＋2e－===Cu

D．若外电路中通过1 mol电子，两电极的质量差为32 g

答案　D

解析　由阴离子SO的移动方向可知：右边Cu电极为负极，发生反应：Cu－2e－===Cu2＋，Cu电极失去电子，发生氧化反应，B正确；左边的电极为正极，发生反应：Cu2＋＋2e－===Cu，C正确；当电路中通过1 mol电子，左边电极增加32 g，右边电极减少32 g，两极的质量差变为64 g，D错误；电解质再生池是利用太阳能将CuSO4稀溶液蒸发，分离为CuSO4浓溶液和水后，再返回浓差电池。通过上述分析可知循环物质E为水，A正确。

2．(2020·安徽宣城高三二模)微生物燃料电池能将污水中的乙二胺(H2NCH2CH2NH2)氧化成环境友好的物质，示意图如图所示，a、b均为石墨电极。下列说法错误的是(　　)

A．a电极的电极反应为H2NCH2CH2NH2－16e－＋4H2O===2CO2↑＋N2↑＋16H＋

B．电池工作时质子通过交换膜由负极区向正极区移动

C．a电极上的电势比b电极上的电势低

D．开始放电时b电极附近溶液的pH保持不变

答案　D

解析　根据原电池装置图分析，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－===2CO2↑＋N2↑＋16H＋，氧气在正极b上得电子发生还原反应，电极反应式为：O2＋4e－＋4H＋===2H2O，A选项正确；原电池中，阳离子向正极移动，阴离子向负极移动，因此，电池工作时质子(H＋)通过质子交换膜由负极区向正极区移动，B选项正确；由上述分析可知，a电极为负极，b电极为正极，故a电极上的电势比b电极上的电势低，C选项正确；开始放电时，氧气在正极b上得电子发生还原反应，发生的电极反应式为O2＋4e－＋4H＋===2H2O，H＋浓度减小，故b电极附近溶液的pH增大，D选项错误。

3．(2020·江西上饶市高三一模)“太阳水”电池装置如图所示，该电池由三个电极组成，其中a为TiO2电极，b为Pt电极，c为WO3电极，电解质溶液为pH＝3的Li2SO4－H2SO4溶液。锂离子交换膜将电池分为A、B两个区，A区与大气相通，B区为封闭体系并有N2保护。下列关于该电池的说法错误的是(　　)

A．若用导线连接a、c，则a为负极，该电极附近pH减小

B．若用导线连接a、c，则c电极的电极反应式为HxWO3－xe－===WO3＋xH＋

C．若用导线先连接a、c，再连接b、c，可实现太阳能向电能转化

D．若用导线连接b、c, b电极的电极反应式为O2＋4H＋＋4e－===2H2O

答案　B

解析　用导线连接a、c，a极发生氧化反应，为负极，发生的电极反应为2H2O－4e－===4H＋＋O2↑，a电极周围H＋浓度增大，溶液pH减小，故A正确；用导线连接a、c，c极为正极，发生还原反应，电极反应为WO3＋xH＋＋xe－===HxWO3，故B错误；用导线先连接a、c，再连接b、c，由光电池转化为原电池，实现太阳能向电能转化，故C正确；用导线连接b、c，b电极为正极，电极表面是空气中的氧气得电子，发生还原反应，电极反应式为O2＋4H＋＋4e－===2H2O，故D正确。

4．(2020·广东福建等省高三联考)磷酸铁锂电池放电时正极的反应式为FePO4＋Li＋＋e－===LiFePO4。该电池放电时的工作原理如图所示。下列叙述正确的是(　　)

A．放电时，Li＋通过隔膜移向正极

B．放电时，电子由铜箔经溶液流向铝箔

C．放电时，负极发生的电极反应：Cu－2e－===Cu2＋

D．该电池放电过程中C、Fe、P元素化合价均发生变化

答案　A

解析　放电时为原电池，原电池中阳离子流向正极，故A正确；电子不能在溶液中迁移，故B错误；根据锂离子流向可知左侧为负极，根据图示可知放电时左侧电极有锂离子生成，所以负极反应为：LixC6－xe－===xLi＋＋6C，故C错误；放电过程中C和P的化合价没有发生变化，故D错误。

5．(2020·湖南重点中学高三期末)2019年诺贝尔化学奖花落锂离子电池，美英日三名科学家获奖，他们创造了一个可充电的世界。像高能LiFePO4电池，多应用于公共交通。电池中间是聚合物的隔膜，主要作用是在反应过程中只让Li＋通过。结构如图所示。

原理如下：(1－x)LiFePO4＋xFePO4＋LixCnLiFePO4＋nC。下列说法不正确的是(　　)

A．放电时，正极电极反应式：xFePO4＋xLi＋＋xe－===xLiFePO4

B．放电时，电子由负极经导线、用电器、导线到正极

C．充电时，阴极电极反应式：xLi＋＋xe－＋nC===LixCn

D．充电时，Li＋向左移动

答案　D

解析　放电为原电池原理，从(1－x)LiFePO4＋xFePO4＋LixCnLiFePO4＋nC可知，LixCn失电子，作负极，那么负极反应为：LixCn－xe－===xLi＋＋nC，LiFePO4作正极，正极反应为：xFePO4＋xLi＋＋xe－===xLiFePO4，充电为电解池工作原理，反应为放电的逆过程。由以上分析可知，放电正极上FePO4得到电子，发生还原反应生成LiFePO4，正极电极反应式：xFePO4＋xLi＋＋xe－===xLiFePO4，A正确；原电池中电子流向是负极－导线－用电器－导线－正极，B正确；充电时，阴极为放电时负极的逆过程，Li＋变化为LixCn，电极反应式：xLi＋＋xe－＋nC===LixCn，C正确；充电时，作为电解池，阳离子向阴极移动，Li＋向右移动，D错误。

6．(2021·湖南百校高三联考)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(　　)

A．向b极迁移的是H＋

B．大块沉积物中的铁均显＋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(歧化)生成的n(SO)和n(HS－)之比为1∶5

答案　C

解析　原电池工作时，阳离子向正极移动，a极为正极，H＋向a极迁移，A错误；大块沉积物中的FeOOH中铁显＋3价，B错误；由图可知b极上FeS2发生氧化反应转化为S和Fe2＋，电极反应式为FeS2－2e－===Fe2＋＋2S，C正确；由图可知S循环的反应为4S＋4H2OSO＋3HS－＋5H＋，n(SO)和n(HS－)之比为1∶3，D错误。

7．(2020·湖南3月线上联考)复旦大学王永刚的研究团队制得一种柔性水系锌电池，该可充电电池以锌盐溶液作为电解液，其原理如图所示。下列说法不正确的是(　　)

A．放电时，N极发生还原反应

B．充电时，Zn2＋向M极移动

C．放电时，每生成1 mol PTO－Zn2＋ ，M极溶解Zn的质量为260 g

D．充电时，N极的电极反应式为2PTO＋8e－＋4Zn2＋===PTO－Zn2＋

答案　D

解析　放电时，金属Zn发生失电子的氧化反应生成Zn2＋，即M电极为负极，则N电极为正极，电极反应式为2PTO＋8e－＋4Zn2＋===PTO－Zn2＋；充电时，外加电源的正极连接原电池的正极N，外加电源的负极连接原电池的负极。该原电池中，放电时M电极为负极，N电极为正极，正极得电子发生还原反应，故A正确；充电时，原电池的负极M连接外加电源的负极作阴极，电解质中阳离子Zn2＋移向阴极M，故B正确；放电时，正极反应式为2PTO＋8e－＋4Zn2＋===PTO－Zn2＋，负极反应式为Zn－2e－===Zn2＋，电子守恒有4Zn～PTO－Zn2＋，所以每生成1 mol PTO－Zn2＋，M极溶解Zn的质量＝65 g/mol×4 mol＝260 g，故C正确；充电时，原电池的正极N连接外加电源的正极作阳极，发生失电子的氧化反应，电极反应式为PTO－Zn2＋－8e－===2PTO＋4Zn2＋，故D错误。

8．(2020·福建南平市高三质检)中国科学院大连化物所的研究团队创新性提出锌碘单液流电池的概念， 实现锌碘单液流中电解液的利用率近100%, 其原理如图所示。

下列说法正确的是(　　)

A．放电时A电极反应式为：Zn＋2e－===Zn2＋

B．放电时电解质储罐中离子总浓度减小

C．M为阴离子交换膜，N为阳离子交换膜

D．充电时A极增重65 g，C区增加离子数为2NA

答案　C

解析　放电时，B电极为正极，I2得到电子生成I－，电极反应式为I2＋2e－===2I－，A电极是负极，电极反应式为Zn－2e－===Zn2＋，故A错误；放电时，左侧即负极，电极反应式为Zn－2e－===Zn2＋，右侧是正极，电极反应式为I2＋2e－===2I－，所以储罐中的离子总浓度增大，故B错误；离子交换膜是防止正负极I2、Zn接触发生自发电，负极区生成Zn2＋，正电荷增加，正极区生成I－，负电荷增加，所以Cl－通过M膜进入负极，K＋通过N膜进入正极，所以M为阴离子交换膜，N为阳离子交换膜，故C正确；充电时，A极反应式Zn2＋＋2e－===Zn，A极增重65 g转移2 mol电子，所以C区增加2 mol K＋、2 mol Cl－，离子总数为4NA，故D错误。

9．(2020·湖北黄冈中学高三测试)三元电池成为2019年我国电动汽车的新能源，其电极材料可表示为LiNxoynzO2，且x＋y＋z＝1。充电时电池总反应为LiNixCoyMnzO2＋6C(石墨)===Li1－aNixCoyMnzO2＋LiaC6，其电池工作原理如图所示，两极之间有一个允许特定的离子X通过的隔膜。下列说法正确的是(　　)

A．允许离子X通过的隔膜属于阴离子交换膜

B．充电时，A为阴极，Li＋被氧化

C．可从无法充电的废旧电池的石墨电极中回收金属锂

D．放电时，正极反应式为Li1－aNixCoyMnzO2＋aLi＋＋ae－===LiNixCoyMnzO2

答案　D

解析　根据LiNixCoyMnzO2＋6C(石墨)===Li1－aNixCoyMnzO2＋LiaC6可知，x是Li＋，允许Li＋通过的隔膜属于阳离子交换膜，A错误；根据充电时电池总反应LiNixCoyMnzO2＋6C(石墨)===Li1－aNixCoyMnzO2＋LiaC6可知，A为阴极A上发生还原反应，B错误；根据充电时电池总反应可知，无法充电的废旧电池的石墨电极中没有锂元素，不能回收金属锂，C错误；放电时，总反应为Li1－aNixCoyMnzO2＋LiaC6===LiNixCoyMnzO2＋6C(石墨)，正极发生还原反应，电极反应式为Li1－aNixCoyMnzO2＋aLi＋＋ae－===LiNixCoyMnzO2，D正确。

10．(2020·山东济南外国语学校测试)我国科研人员研制出一种室温下“可呼吸”的Na－CO2二次电池。放电时该电池“吸入”CO2，充电时“呼出”CO2。“吸入”CO2时，其工作原理如图所示。吸收的全部CO2中，有转化为Na2CO3固体沉积在多壁碳纳米管(MWCNTs)电极表面。下列说法正确的是(　　)

A．“吸入”CO2时，钠箔为负极

B．“吸入”CO2时的正极反应：4Na＋＋3CO2－4e－===2Na2CO3＋C

C．“呼出”CO2时，Na＋向多壁碳纳米管电极移动

D．每“呼出”22.4 L CO2，转移电子数为0.75 mol

答案　A

解析　“吸入”CO2时是原电池装置，由题图可知，活泼金属钠在反应中失去电子转化为Na＋，是电源的负极，A正确；正极发生还原反应，电极反应式为4Na＋＋3CO2＋4e－===2Na2CO3＋C，B错误；“呼出”CO2时是电解池装置，电解池中，阳离子向阴极移动，所以Na＋向钠箔电极移动，C错误；没有指明状态是否为标准状况下，则22.4 L CO2的物质的量不一定为1 mol，无法计算，D错误。

11．(2020·浙江名校一联)钠离子电池具有成本低、能量转换效率高、寿命长等优点。一种钠离子电池用碳基材料(NamCn)作负极，利用钠离子在正、负极之间嵌、脱过程实现充、放电，该钠离子电池的工作原理为Na1－mCoO2＋NamCnNaCoO2＋Cn。下列说法错误的是(　　)

A．充电时，阴极质量减小且Na＋数目增加

B．充电时，阳极的电极反应式为NaCoO2－me－===Na1－mCoO2＋mNa＋

C．放电时，Na＋向正极移动

D．放电时，负极的电极反应式为NamCn－me－===mNa＋＋Cn

答案　A

解析　充电时，阴极上发生还原反应，电极反应式为mNa＋＋Cn＋me－===NamCn，阴极质量增大，A项错误；充电时，阳极上发生氧化反应，电极反应式为NaCoO2－me－===Na1－mCoO2＋mNa＋，B项正确；放电时，阳离子向正极移动，C项正确；放电时，负极发生氧化反应，电极反应式为NamCn－me－===mNa＋＋Cn，D项正确。