2024届高三新高考化学大一轮专题练习：化学电源

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2024届高三新高考化学大一轮专题练习：化学电源
一、单选题
1．（2022秋·重庆北碚·高三西南大学附中校考开学考试）全固态锂硫电池能量密度高、成本低，其工作原理如图所示。其中电极a常用掺有石墨烯的S8材料，电池反应为：16Li+xS8=8Li2Sx(2≤x≤8)。下列说法错误的是

A．石墨烯的作用主要是提高电极a的导电性
B．电池工作时，外电路中流过0.02mol电子，负极材料减重0.14g
C．电池工作时，正极可发生反应：2Li2S6+2Li++2e-=3Li2S4
D．电池充电时间越长，电池中Li2S8的量越少
2．（2022秋·重庆北碚·高三西南大学附中校考开学考试）镍镉电池是二次电池，其工作原理示意图如下：

下列说法不正确的是
A．断开K2、合上K1，镍镉电池能量转化形式：化学能→电能
B．断开K1、合上K2，电极B为阳极，发生氧化反应
C．电极B发生氧化反应过程中，溶液中KOH浓度增大
D．镍镉二次电池的总反应：
3．（2022·广东广州·高三统考专题练习）Al-Te电池是一种二次电池，电解质为与有机离子液体()，该电池放电时在正极生成，放电过程的示意图如下所示，下列说法不正确的是

A．充电时，b电极应与外接电源正极相连
B．放电时，图中X表示
C．充电时，a电极的质量将增加
D．放电时，a、b两电极消耗单质的物质的量之比为3：2
4．（2023秋·山西大同·高三大同一中校考期末）利用电池可将雾霾中的、转化为硫酸铵，其回收利用装置如图所示，电池工作时的总反应为，充放电时，在正极材料上嵌入或脱嵌，随之在石墨中发生了的生成与解离，下列有关说法正确的是

A．电池工作时，负极电极反应式为：LixC6 + xe— = 6C + xLi+
B．转化为硫酸铵时，M与b相接，N与a相接
C．该装置实际工作过程中需要在C处通入适量或者补充适量
D．理论上当消耗2.24L(标准状况)时，电池中两池质量差改变1.4g
5．（2023·高三课时练习）科学家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，结构如图所示，隔膜只允许通过。电池反应为。下列说法不正确的是

A．3D-Zn具有较高的表面积，有利于沉积ZnO
B．放电时每沉积，有通过隔膜
C．充电时3D-Zn电极应与外接直流电源的负极相连
D．充电时阳极反应为
6．（2022秋·吉林长春·高三校考阶段练习）催化剂Ag@AgBr/mp-TiO2可以光降解2-萘酚，将其处理成无害物，装置如图。下列说法正确的是

A．b极电势高于a极
B．该装置将化学能转化为电能
C．工作时，O2-从负极迁移到正极
D．工作时的负极发生反应：-46e-+23O2-=10CO2↑+4H2O
7．（2023·全国·模拟预测）如图是采用新能源储能器件将转化为固体产物，实现的固定和储能灵活应用的装置。储能器件使用的Li–电池组成为钌电极/饱和DMSO电解液/锂片。下列说法错误的是

A．钌电极为负极，其电极反应式为
B．Li–电池电解液由DMSO溶于水得到
C．这种电化学转化方式不仅减少的排放，还可将作为可再生能源载体
D．的固定中，每生成1.5 mol气体，可转移2 mol
8．（2023秋·北京顺义·高三统考期末）我国科学家发明了一种新型短路膜电池，利用清除。这种短路膜承担了电子迁移和离子迁移的双重功能，装置及反应原理示意图如下。下列说法不正确的是

A．电池工作时，在电极上发生的反应为：
B．消耗标准状况下时，理论上需要转移电子
C．电池工作时，电子由负极经短路膜移向正极
D．无的空气在正极获得
9．（2023·全国·高三专题练习）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，可获得电能，同时实现海水淡化。现以溶液模拟海水，采用惰性电极，用下图装置处理有机废水(以含的溶液为例)。下列说法不正确的是

A．a极电极反应为
B．b极为正极
C．隔膜1为阴离子交换膜，隔膜2为阳离子交换膜
D．当电路中转移电子时，模拟海水理论上除盐
10．（2023春·广西柳州·高三柳州市第三中学校考期中）有一种新型电池既可以实现海水淡化，又可以进行废水处理，还能获得电能。下列装置处理含的废水。下列说法正确的是

A．a极为负极，发生还原反应
B．通过隔膜II进入右室
C．负极反应为
D．若处理含有29.5g的废水，模拟海水理论上可除NaCl 234g
11．（2022秋·河北·高三专题练习）锂离子电池具有能量密度大、工作寿命长的特点，其原理如图所示。下列说法正确的是

A．充电时A极发生反应
B．充电时B极与电源正极相连
C．每生成1molT时，转移2n mole-
D．充放电过程中，O元素化合价发生变化
12．（2022秋·陕西商洛·高三校联考阶段练习）某种熔融碳酸盐燃料电池(以为电解质，该熔融盐不能传导)，一极通入甲烷，另一极通入和的混合气体，该电池工作原理如图。下列说法错误的是

A．电极电势：
B．该电池在常温下不能正常工作
C．负极上的电极反应式为
D．该电池排出的尾气依次经燃烧、除水处理后剩余的气体可通入b极循环使用

二、多选题
13．（2022秋·湖南株洲·高三校考期末）下列有关四个常用电化学装置的叙述中，正确的是




①铅蓄电池
②铜锌原电池
③银锌纽扣电池
④氢氧燃料电池

A．图①所示电池放电过程中，负极的质量不断增大
B．图②所示电池放电过程中，电解质溶液的质量不断减小
C．图③所示电池工作过程中，电子由极流向极
D．图④所示电池的正极反应式一定是
14．（2021春·山东德州·高三校考阶段练习）下图是某碱性氢氧燃料电池的工作原理示意图，下列说法错误的是

A．气体1是氧气
B．C1极为电源负极
C．负极上的电极反应式为H2-2e-=2H＋
D．装置中能量转化形式有化学能→电能、电能→光能

三、非选择题
15．（2021秋·安徽合肥·高三统考期末）一种甲烷燃料电池的工作原理如图所示。

(1)X电极为_______(填“正极”或“负极”)，该电极的电极反应式为_______。
(2)放电过程中，向_______(填“X极”或“Y极”)移动。
(3)若用该燃料电池进行粗铜精炼，则M极连接的是_______(填“粗铜”或“精铜”)，N极的电极反应式为_______。
(4)若用该燃料电池进行电镀铜，则N极连接的是_______(填“镀件”或“精铜”)，理论上每消耗0.5mol甲烷时，M极变化(增加或减少)的质量为_______g。
16．（2023春·河南洛阳·高三宜阳县第一高级中学校考阶段练习）人们常常利用化学反应将化学能转化为热能、电能等其他形式的能量，用于生产、生活和科研。请回答下列问题：
(1)下图表示氢气燃烧生成水蒸气的物质及能量变化。已知1mol氢气完全燃烧生成水蒸气时放出热量245kJ。

则图中x为_______。
(2)为实现低碳环保的目标，北京冬奥会各赛区推广使用氢氧燃料电池汽车。某种氢氧燃料电池的内部结构示意图如下。

①a处通入_______，右侧的电极反应式为_______。
②若电路中通过3mol电子，则负极消耗物质的质量为_______g。
17．（2023春·高三单元测试）常见的化学电源
(1)锌锰干电池
①结构：锌锰干电池是以锌筒作_______极，石墨棒作_______极，在石墨棒周围填充糊状的MnO2和NH4Cl作_______。
②原理：锌锰干电池属于_______电池，放电之后_______充电(内部的氧化还原反应无法逆向进行)。负极发生的电极反应为_______，正极发生的电极反应为2MnO2＋2NH＋2e-=Mn2O3＋2NH3↑＋H2O。
(2)充电电池
①充电电池属于_______电池。有些充电电池在放电时所进行的_______反应，在充电时可以_______进行，生成物重新转化为反应物，使充电、放电可在一定时间内循环进行。
②常见充电电池：铅酸蓄电池、_______、锂离子电池等。
(3)发展中的燃料电池
燃料电池是一种将燃料(如甲烷，_______)和氧化剂(如氧气)的_______能直接转化为_______能的电化学装置，具有_______ 的优点。
18．（2022秋·上海长宁·高三上海市延安中学校考期末）化学电源在生产生活中有广泛用途。
(1)用图所示装置研究原电池原理。下列叙述错误的是_______。

A．Cu棒和Zn棒用导线连接时，铜棒上有气泡逸出
B．Cu棒和Zn棒不连接时，锌棒上有气泡逸出
C．无论Cu棒和Zn棒是否用导线连接，装置中所涉及的总反应都相同
D．无论Cu棒和Zn棒是否用导线连接，装置都是把化学能转化为电能
(2)已知甲醇的化学式为，甲醇的燃烧热，在直接以甲醇为燃料的电池中，电解质溶液为酸性，正极的电极反应式为_______。
(3)理想状态下，该燃料电池消耗1 mol甲醇所能产生的最大电能为702.1 kJ，则该燃料电池的理论效率为_______(用小数表示，保留3位小数。燃料电池的理论效率是指电池所产生的最大电能与燃料电池反应所能释放的全部能量之比)。
(4)氢能是一种既高效又干净的新能源，发展前景良好，用氢作能源的燃料电池汽车倍受青睐。我国拥有完全自主知识产权的氢燃料电池轿车“超越三号”，已达到世界先进水平，并加快向产业化的目标迈进。氢能具有的优点包括_______。
①原料来源广  ②易燃烧、热值高  ③储存方便  ④制备工艺廉价易行
A．①② B．①③ C．③④ D．②④
(5)关于铅蓄电池的说法正确的是_______。
A．在放电时，正极发生的反应是
B．在放电时，该电池的负极材料是铅板
C．在充电时，电池中硫酸的浓度不断变小
D．在充电时，阳极发生的反应是
(6)关于锂电池的叙述正确的是_______。
A．电能转化为化学能 B．电容量大，质量轻
C．不可循环充电使用 D．废旧锂电池是干垃圾

参考答案：
1．D
【分析】图示中Li+移动方向可知，电极a为正极，正极发生还原反应，由总反应和图示可知，正极依次发生S8→Li2S8→Li2S6→Li2S4→Li2S2的还原反应，电极b为负极，电极方程式为Li-e-=Li+；
【详解】A．石墨烯具有良好的导电性，故可以提高电极a的导电能力，选项A正确；
B．电池工作时负极电极方程式为Li-e-=Li+，当外电路中流过0.02mol电子时，负极消耗的Li的物质的量为0.02mol，其质量为0.14g，选项B正确；
C．由分析可知，电极a为正极，正极发生还原反应，由总反应和图示可知，正极依次发生S8→Li2S8→Li2S6→Li2S4→Li2S2的还原反应，存在反应：2Li2S6+2Li++2e-=3Li2S4，选项C正确；
D．电池充电时为电解池，此时电解总反应为8Li2Sx16Li+xS8(2≤x≤8)，故Li2S8的量会越来越多，选项D错误；
答案选D。
2．C
【分析】由图可知，与直流电源负极相连的电极A为充电时的阴极、放电时的负极，电极B充电时为阳极、放电时为正极，放电时，Cd在负极上失电子发生氧化反应生成Cd(OH)2，电极反应式为Cd—2e—+2OH—=Cd(OH)2，NiOOH在正极上得电子发生还原反应生成Ni(OH)2，电极反应式为2NiOOH+2e—+2H2O=2Ni(OH)2+2OH—，二次电池的总反应为。
【详解】A．由图可知，断开K2、合上K1，该装置为化学能转化为电能的原电池，故A正确；
B．断开K1、合上K2，该装置为电解池，电极B为电解池的阳极，Ni(OH)2在阳极上失电子发生氧化反应生成NiOOH，故B正确；
C．电极B发生氧化反应时，该装置为电解池，电解的总反应为Cd(OH)2+2Ni(OH)2Cd+2NiOOH+2H2O，反应生成水使氢氧化钾溶液的浓度减小，故C错误；
D．由分析可知，二次电池的总反应为，故D正确；
故选C。
3．D
【分析】根据放电过程的示意图可知，放电时Al为负极，被氧化为，负极反应为：，其逆过程就是充电时的阴极反应：；正极反应为，其逆过程就是充电时的阳极反应，据此分析来解题。
【详解】A．据分析，放电时a为负极、b为正极，则充电时，b电极为阳极、应与外接电源正极相连，A正确；
B． 放电时，正极反应为，图中X表示，B正确；
C． 充电时，a电极为阴极，反应为：，a电极质量将增加，C正确；
D． 放电时，a电极消耗Al、b电极消耗Te，按电极方程式及得失电子数守恒，a、b两电极消耗单质的物质的量之比为2:3，D不正确；
答案选D。
4．B
【分析】由图可知，左边装置为原电池，LixC6电极为负极，Li1-xFePO4电极为正极，右边装置为电解池，转化为硫酸铵时，通入SO2的a极为阳极，通入NO的b极为阴极。
【详解】A．电池工作时，LixC6电极为负极，LixC6在负极失去电子发生氧化反应生成碳和锂离子，电极反应式为LixC6—xe—= 6C + xLi+，故A错误；
B．由分析可知，右边装置为电解池，转化为硫酸铵时，通入SO2的a极为阳极，与原电池的N极相连，通入NO的b极为阴极，与M极相连，故B正确；
C．由得失电子数目守恒可知，电解池的总反应为5SO2+2NO+8H2O(NH4)2SO4+4H2SO4，则实际工作中需要在C处通入适量的氨气，故C错误；
D．理论上消耗标准状况下2.24LSO2时，转移电子物质的量为0.2mol，电池工作时，负极反应式为LixC6—xe—=6C+xLi+，正极反应式为Li1-xFePO4+xLi++xe—=LiFePO4，负极质量减少0.2mol×7g/mol=1.4g，正极质量增大1.4g，则电池中两池质量差改变2.8g，故D错误；
故选B。
5．B
【分析】根据电池中元素化合价变化可知，放电时Zn为负极，NiOOH为正极，电解质溶液呈碱性，负极反应为，正极反应为，充电时阳极反应为，阴极反应为，据此回答。
【详解】A．三维多孔海绵状Zn(3D-Zn)为多孔结构，具有较高的表面积，有利于沉积ZnO，故A正确；
B．放电时由负极反应，可知每沉积，有通过隔膜，故B不正确；
C．充电时3D-Zn电极做阴极，应与外接直流电源的负极相连，故C正确；
D．由分析知 充电时阳极反应为，故D正确；
故答案为：B。
6．D
【分析】根据装置图，氧气转化成O2-，氧元素化合价降低，通氧气一极为正极，即a为正极，b为负极，据此分析；
【详解】A．根据上述分析，a为正极，b为负极，a极电势高于b极，故A错误；
B．根据装置图可知，该装置是光能转化成化学能，故B错误；
C．根据原电池工作原理，O2-从正极移向负极，故C错误；
D．根据装置图可知，2-苯酚转化成CO2和H2O，其电极反应式为-46e-+23O2-=10CO2↑+4H2O，故D正确；
答案为D。
7．B
【详解】A．由题图可知，钌电极上的电极反应式为，选项A正确；
B．由题意可知，Li–电池中有活泼金属Li，所以电解液不能由 DMSO溶于水得到，选项B错误；
C．由题图可知，通过储能系统和固定策略转化为固体产物C，则这种电化学转化方式不仅减少的排放，还可将作为可再生能源载体，选项C正确；
D．由题图可知，的固定中的电极反应式为，每生成1.5 mol气体，可转移2 mol，选项D正确；
答案选B。
8．A
【分析】由图可知，通入空气的一极作正极，正极电极反应式为O2+CO2+4e-=2；通入氢气的一极作负极，负极电极反应式为H2+2HCO-2e-=2H2O+2CO2。
【详解】A．由分析可知，通入氢气的一极作负极，负极电极反应式为：H2+2HCO-2e-=2H2O+2CO2，A错误；
B．标准状况下22.4LO2的物质的量为1mol，根据氧元素化合价变化结合电子守恒可知，O2∼4e-，则理论上需要转移4mol电子，B正确；
C．根据题给信息知，短路膜具有电子迁移和离子迁移的双重功能，则电池工作时，电子由负极经短路膜移向正极，C正确；
D．根据分析，通入空气的一极作正极，正极电极反应式为O2+CO2+4e-=2，则无的空气在正极获得，D正确；
故选A。
9．D
【分析】据图可知a极上CH3COOˉ转化为CO2和H+，C元素被氧化，所以a极为该原电池的负极，则b极为正极。
【详解】A．a极为负极，CH3COOˉ失电子被氧化成CO2和H+，结合电荷守恒可得电极反应式为CH3COOˉ+2H2O-8eˉ=2CO2↑+7H+，故A正确；
B．由以上分析可知b极为正极，故B正确；
C．为了实现海水的淡化，模拟海水中的氯离子需要移向负极，即a极，则隔膜1为阴离子交换膜，钠离子需要移向正极，即b极，则隔膜2为阳离子交换膜，故C正确；
D．当电路中转移1mol电子时，根据电荷守恒可知，海水中会有1molClˉ移向负极，同时有1molNa+移向正极，即除去1molNaCl，质量为58.5g，则转移电子时，模拟海水理论上除盐，故D错误；
故选：D。
10．D
【详解】A．由图中物质变化可知，在a极发生氧化反应，生成CO2，因此a极为负极，A错误；
B．a极为负极，应该透过隔膜I进入左室，B错误；
C．负极反应为，C错误；
D．每消耗1mol时，转移电子物质的量为8mol，消耗8mol NaCl；若处理含有29.5g即0.5mol的废水时，模拟海水理论上可除4mol NaCl，即234g，D正确。
因此，本题选D。
11．C
【分析】由图可知，放电时B极S→T，S失去电子，发生氧化反应，则放电时B极为负极，A极为正极，充电时，B极为阴极，A极为阳极。
【详解】A．充电时A极为阳极，发生氧化反应，则A极发生反应为，故A错误；
B．充电时，B极为阴极， B极与电源负极相连，故B错误；
C．S和T为聚合物，聚合度为n，充电时，阴极反应式为T+2ne-+2nLi+=S，则每生成1molT时，转移2n mole-，故C正确；
D．充放电过程中，C元素和I元素的化合价发生变化，O元素化合价不发生变化，故D错误；
故选C。
12．A
【详解】A．该电池是燃料电池，根据装置图信息出、等的a极通入的是甲烷，做负极，另一极b通入和的混合气体的为正极，原电池电势：正极>负极，所以电极电势：，故A错误；
B．该电池需要熔融碳酸盐做电解质，所以在常温下不能正常工作，故B正确；
C．负极通入的是甲烷，电极反应式为，故C正确；
D．该电池排出的尾气依次经燃烧、除水处理后剩余的气体主要是，可与通入b极循环使用，故D正确；
故选A。
13．AC
【详解】A．铅蓄电池放电过程中的反应为，负极产生不溶于水的故放电过程中负极的质量不断增大，项正确；
B．该铜锌原电池中，电解质溶液是稀硫酸，电池反应为，故放电过程中，电解质溶液的质量不断增大，项错误；
C．银锌纽扣电池中，作负极，作正极，电池工作过程中电子由极流向极，项正确；
D．若电解质为酸性，则氢氧燃料电池的正极反应式是，若电解质为碱性，则氢氧燃料电池的正极反应式为项错误。
故选AC
14．AC
【分析】根据电子的移动方向可知，C1极为电源负极，C2极为电源正极。
【详解】A．根据分析，C2极为电源正极，气体2发生还原反应，元素化合价降低，因此气体2是氧气，故A错误；
B．根据分析，C1极为电源负极，故B正确；
C．电解质溶液为KOH溶液，不能生成氢离子，负极上的电极反应式为H2-2e-＋2OH-=2H2O，故C错误；
D．根据图示，装置中能量转化形式有化学能→电能、电能→光能，故D正确；
故选AC。
15．(1) 负极
(2)Y极
(3) 粗铜
(4) 镀件 128

【分析】如图，左侧装置为甲烷燃料电池，有氧气参与的一极为正极，即Y极为正极，酸性电解质，电极反应式为，则X极为负极，电极反应式为，右边装置为电解池，电极M与原电池正极相连做阳极；N极为阴极；
【详解】（1）综上所述，X极为负极，电极反应式为；
故答案为：负极；；
（2）在原电池中，阴阳离子移动方向为：阳离子向正极移动，阴离子向负极移动；所以放电过程中，向Y极移动；
故答案为：Y极；
（3）粗铜精炼时，粗铜连接电源正极，做阳极，精铜作阴极，若用该燃料电池进行粗铜精炼，M极与电池正极相连，做阳极，则M极连接的是粗铜，N极为阴极，电极反应式为；
故答案为：粗铜；；
（4）电镀时，镀件作阴极，镀层金属作阳极，如图所示的装置中，N极为阴极，连接镀件，M极为阳极，连接精铜，失电子，质量减少，电极反应式为，根据电极反应式、，可的关系式，理论上每消耗0.5mol甲烷时，M极减少的质量为128g；
故答案为：镀件；128。
16．(1)930
(2) 3

【详解】（1）断键吸热、成键放热，1mol氢气完全燃烧生成水蒸气时放出热量245kJ，则断裂1mol氢气和0.5mol氧气中的化学键吸收的能量比生成1mol水中的化学键放出的能量小245 kJ，则x=436+249+245=930 kJ。
（2）①由图示可知，电子由a经导线向b移动，a是负极，发生氧化反应，a处通入H2，右侧为正极，正极氧气得电子生成水，电极反应式为O2+4e-+4H+=2H2O。
②负极发生反应H2-2e-=H+，若电路中通过3mol电子，则负极消耗1.5mol氢气，质量为3g。
17．(1) 负 正 电解质溶液 一次 不能 Zn-2e-=Zn2+
(2) 二次 氧化还原 逆向 镍氢电池
(3) 氢气 化学 电 清洁、安全、高效

【详解】（1）①锌锰干电池是以锌筒作负极，石墨棒作正极，在石墨棒周围填充糊状的MnO2和NH4Cl作电解质溶液。
②锌锰干电池属于一次电池，放电之后不能充电。负极发生的电极反应为Zn-2e-=Zn2+。
（2）①充电电池属于二次电池。有些充电电池在放电时所进行的氧化还原反应，在充电时可以逆向进行，生成物重新转化为反应物，使充电、放电可在一定时间内循环进行。
②常见充电电池：铅酸蓄电池、镍氢电池、锂离子电池等。
（3）发展中的燃料电池
燃料电池是一种将燃料(如甲烷，氢气)和氧化剂(如氧气)的化学能直接转化为电能的电化学装置，具有清洁、安全、高效的优点。
18．(1)D
(2)
(3)0.966
(4)A
(5)B
(6)B

【详解】（1）A．连接时，构成原电池，Zn棒作负极，Cu棒作正极，正极电极反应为，故铜棒上有气泡逸出，A正确；
B．不连接时，Zn棒直接与稀硫酸反应置换出H2，因此锌棒上气泡逸出，B正确；
C．无论是否连接，装置中的反应都是Zn与稀硫酸之间的置换反应，方程式如下，C正确；
D．连接时构成原电池，能把化学能转化为电能；不连接时，不构成原电池，不能把化学能转化为电能，D错误；
故选D；
（2）在以甲醇为燃料的电池中，正极反应物是O2，在电解质溶液为酸性时，正极的电极反应式为。
（3）该电池中1mol甲醇反应时释放的全部能量是726.5kJ，产生的最大电能为702.1kJ，其理论效率为。
（4）工业上生产氢的方式很多，常见的有水电解制氢、煤炭气化制氢、重油及天然气水蒸气催化转化制氢等，但这些反应消耗的能量都大于其产生的能量。由于氢易气化、着火、爆炸，如何妥善解决氢能的贮存和运输问题也就成为开发氢能的关键。因此氢能具有原料来源广，易燃烧、热值高的优点，也有制备成本高、储存难度大的缺点。故说法①②正确，选A。
（5）A．铅蓄电池放电时，正极发生的反应是，A错误；
B．放电时，铅蓄电池的负极材料是铅板，B正确；
C．充电时，电池总反应是，电池中硫酸的浓度增大，C错误；
D．充电时，阳极接电源的正极，发生的反应为：，D错误；
故选B。
（6）A．电池是一种能将化学能转化为电能的装置，A错误；
B．锂是最轻的金属，因此锂电池具有电容量大，质量轻的优点，B正确；
C．很多手机都是用锂电池，可充电循环使用，C错误；
D．锂电池内部含有非水电解质溶液，因此废旧锂电池不是干垃圾，D错误；
故选B。