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2022年高考化學(xué) 備考百?gòu)?qiáng)校小題精練系列 專題28 可充電電池 燃料電池

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1、2022年高考化學(xué) 備考百?gòu)?qiáng)校小題精練系列 專題28 可充電電池 燃料電池 1.一種微生物電池可進(jìn)行多種污水凈化和海水淡化的綜合處理,該電池裝置的示意圖如圖所示,其中污水中的有機(jī)物用C6H10O5表示,海水用食鹽水代替。下列說法正確的是 A. b膜為陰離子交換膜 B. 處理后的含NO3-污水的pH降低 C. 負(fù)極反應(yīng)式為C6H10O5+7H2O+24e-==6CO2↑+24H+ D. 導(dǎo)線中流過lmol電子,理論上有1molCl-通過a膜 【答案】D 【解析】 點(diǎn)睛:該原電池中,硝酸根離子得電子發(fā)生還原反應(yīng),則右邊裝置中電極是正極,電極反應(yīng)式為2NO3-+12H++10

2、e-=N2↑+6H2O,左邊裝置電極是負(fù)極,負(fù)極上有機(jī)物失電子發(fā)生氧化反應(yīng),有機(jī)物在厭氧菌作用下生成二氧化碳,陽(yáng)離子移向正極,陰離子移向負(fù)極,據(jù)此分析解答. 2.太陽(yáng)能光電池具有可靠穩(wěn)定、壽命長(zhǎng)、安裝維護(hù)簡(jiǎn)便等優(yōu)點(diǎn),現(xiàn)已得到廣泛應(yīng)用。氮化鎵(GaN)光電池的結(jié)構(gòu)如圖所示。下列說法中正確的是( ) A. 該裝置系統(tǒng)中只存在光能與電能之間的轉(zhuǎn)化 B. Cu電極:CO2+8H+-8e-=CH4+2H2O C. 工作時(shí),產(chǎn)生的O2、CH4體積比為1∶1(同溫同壓) D. 離子交換膜為質(zhì)子交換膜,H+從左池移向右池 【答案】D 【解析】 點(diǎn)睛:本題考查了原電池原理,難點(diǎn)是電極

3、反應(yīng)式的書寫,要結(jié)合電解質(zhì)溶液書寫。本題的易錯(cuò)點(diǎn)為C,負(fù)極氫氧根失電子發(fā)生氧化反應(yīng)生成氧氣,2H2O—4e- = O2↑+ 4H+,正極反應(yīng)式為CO2+8e-+8H+═CH4+2H2O。 3.鈉電池由于其快速充放電的特性受到科研工作者的重視,某鈉離子鈦基電池電池結(jié)構(gòu)如圖所示,電解質(zhì)為含鈉離子的高聚物,已知電池的反應(yīng)方程式為2NaxCn+xNaTi2(PO4)32nC+ xNa3Ti2(PO4)3。?下列關(guān)于該電池說法正確的是 A. 放電時(shí)電池正極為NaxCn B. 放電時(shí)Na+向電極Ⅱ移動(dòng) C. 充電時(shí)陽(yáng)極反應(yīng):NaxCn-xe-=nC+xNa+ D. 充電時(shí)電極Ⅰ與

4、外電源正極相連 【答案】D 【解析】 點(diǎn)睛:本題考查了原電池和電解池中電極反應(yīng)式的書寫和相關(guān)判斷。根據(jù)電子移動(dòng)的方向正確判斷原電池的正負(fù)極是解題的關(guān)鍵。本題的易錯(cuò)點(diǎn)為C,需要明確放電是原電池原理,充電是電解原理,充電方式是“正對(duì)正、負(fù)對(duì)負(fù)”即電池正極連接電源正極,電池負(fù)極連接電源負(fù)極,電極反應(yīng)可以看出為逆反應(yīng)。 4.中國(guó)科學(xué)院成功開發(fā)出一種新型鋁?石墨雙離子電池,大幅提升了電池的能量密度。該電池放電時(shí)的總反應(yīng)為: AlLi+CxPF6Al+xC+Li++PF6?,有關(guān)該電池說法正確的是 A. 充電時(shí),PF6?向陽(yáng)極移動(dòng) B. 充電時(shí),鋁電極質(zhì)量減少 C. 放電時(shí),正極反應(yīng)式為

5、:Al+Li++e?AlLi D. 放電時(shí),電子由石墨沿導(dǎo)線流向鋁 【答案】A 【解析】 電池充電時(shí)的總反應(yīng)化學(xué)方程式為Al+xC+Li++PF6-═AlLi+CxPF6,則放電時(shí)的總反應(yīng)為AlLi+CxPF6=Al+xC+Li++PF6-,放電時(shí)AlLi被氧化,為原電池的負(fù)極,電極反應(yīng)式為AlLi-e-=Al+Li+,正極CxPF6得電子被還原,電極反應(yīng)式為CxPF6+e-=xC+PF6-,充電時(shí),電極反應(yīng)與放電時(shí)的反應(yīng)相反。A、充電時(shí),屬于電解池的工作原理,PF6-向陽(yáng)極移動(dòng),故A正確;B、充電時(shí),屬于電解池的工作原理,電解池的陰極發(fā)生得電子的還原反應(yīng),即Al+Li++e-=AlL

6、i,所以鋁電極質(zhì)量增加,故B錯(cuò)誤;C、放電時(shí),屬于原電池的工作原理,正極CxPF6得電子被還原,電極反應(yīng)式為CxPF6+e-=xC+PF6-,故C錯(cuò)誤; D、放電時(shí),屬于原電池的工作原理,電子由負(fù)極沿導(dǎo)線流向正極,即由鋁沿導(dǎo)線流向石墨,故D錯(cuò)誤;故選A。 5.2016年7月報(bào)道,南開大學(xué)科研團(tuán)隊(duì)在“可充室溫鈉-二氧化碳電池”的研究中取得突破進(jìn)展,該電池放電時(shí)工作情況如圖所示。下列說法錯(cuò)誤的是 A. 金屬Na為電池的負(fù)極 B. 放電時(shí),電解液中Na+向碳電極移動(dòng) C. 充電時(shí),碳電極發(fā)生的反應(yīng)為:4Na++4e-+3CO2== 2Na2CO3+C D. 放電時(shí),每轉(zhuǎn)移2 mol電子

7、,消耗標(biāo)準(zhǔn)狀況下的CO2 33.6 L 【答案】C 【解析】 點(diǎn)睛:本題考查可充電電池的工作原理,根據(jù)放電時(shí)電子的流向確定放電時(shí)的正負(fù)極是解題的關(guān)鍵。注意:放電時(shí)的負(fù)極充電時(shí)為陰極,放電時(shí)的正極充電時(shí)為陽(yáng)極,充電時(shí)陽(yáng)極反應(yīng)式為放電時(shí)正極反應(yīng)式的逆過程,充電時(shí)陰極反應(yīng)式為放電時(shí)負(fù)極反應(yīng)式的逆過程。 6.鉛蓄電池是目前常見的二次電池,其放電時(shí)總反應(yīng)為Pb + PbO2 + 2H2SO4 =2PbSO4 + 2H2O。下列說法中正確的是 A. 放電時(shí),Pb作為電池的負(fù)極發(fā)生還原反應(yīng) B. 放電時(shí),內(nèi)電路中的H+ 向Pb電極移動(dòng) C. 充電時(shí),外接電源的負(fù)極需要與Pb電極相連

8、D. 充電時(shí),陽(yáng)極區(qū)附近溶液酸性減弱 【答案】C 【解析】 【分析】 由總方程式可知,為原電池時(shí),Pb為負(fù)極,發(fā)生氧化反應(yīng),電極方程式為Pb+SO42--2e-=PbSO4,PbO2為正極,發(fā)生還原反應(yīng),電極方程式為PbO2+4H++SO42--2e-=2H2O+PbSO4,在充電時(shí),陰極發(fā)生的反應(yīng)是PbSO4+2e-=Pb+SO42-,陽(yáng)極反應(yīng)為PbSO4-2e-+2H2O=PbO2+SO42-+4H+,放電時(shí),陰離子向負(fù)極移動(dòng),陽(yáng)離子向正極移動(dòng),以此解答該題。 【詳解】 【點(diǎn)睛】 本題考查原電池和電解池知識(shí),側(cè)重于學(xué)生的分析能力和電化學(xué)知識(shí)的綜合考查,為高考常見題型和高頻

9、考點(diǎn),注意把握電解方程式的書寫。在原電池中,負(fù)極失去電子,元素化合價(jià)升高,發(fā)生氧化反應(yīng),被氧化;正極得到電子,元素化合價(jià)降低,發(fā)生還原反應(yīng),電解質(zhì)溶液中,陰離子向負(fù)極移動(dòng),陽(yáng)離子向正極移動(dòng)。在電解池中,陰極得到電子,發(fā)生還原反應(yīng),陽(yáng)極失去電子,發(fā)生氧化反應(yīng)。 7.微生物燃料電池是指在微生物的作用下將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置。某微生物燃料電池的工作原理如圖所示,下列說法正確的是( ) A. HS-在硫氧化菌作用下轉(zhuǎn)化為SO42-?的反應(yīng)為:HS-+4H2O-8e-== SO42-+9H+ B. 電子從b流出,經(jīng)外電路流向a C. 如果將反應(yīng)物直接燃燒,能量的利用率不會(huì)變化 D.

10、 若該電池電路中有0.4mol?電子發(fā)生轉(zhuǎn)移,則有0.45molH+通過質(zhì)子交換膜 【答案】A 【解析】 【分析】 由圖可以知道硫酸鹽還原菌可以將有機(jī)物氧化成二氧化碳,而硫氧化菌可以將硫氫根離子氧化成硫酸根離子,所以兩種細(xì)菌存在,就會(huì)循環(huán)把有機(jī)物氧化成CO2放出電子,負(fù)極上HS-在硫氧化菌作用下轉(zhuǎn)化為SO42-,失電子發(fā)生氧化反應(yīng),電極反應(yīng)式是HS-+4H2O-8e-= SO42-+9H+;正極上是氧氣得電子的還原反應(yīng)4H++O2+4e-=2H2O,根據(jù)原電池的構(gòu)成和工作原理知識(shí)來回答。 【詳解】 8.一種釕(Ru)基配合物光敏染料敏化太陽(yáng)能電池的工作原理及電池中發(fā)生的主要

11、反應(yīng)如圖所示。下列說法錯(cuò)誤的是 A. 電池工作時(shí),光能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?,X?為電池的負(fù)極 B. 鍍鉑導(dǎo)電玻璃上發(fā)生氧化反應(yīng)生成I- C. 電解質(zhì)溶液中發(fā)生反應(yīng):2Ru3++3I-2Ru2++I3- D. 電池工作時(shí),電解質(zhì)溶液中I-和I3-的濃度基本不變 【答案】B 【解析】 9.現(xiàn)如今太陽(yáng)能電池已經(jīng)廣泛地應(yīng)用于生產(chǎn)生活中,現(xiàn)代四大發(fā)明之一的共享單車也用上了太陽(yáng)能電池。哈羅單車前面載物籃的底座就是太陽(yáng)能電池,電極材料是Li/LiCoO2,太陽(yáng)能電池的原理如圖所示:下列說法不正確的是 ( ) A. 陽(yáng)光照射該電池時(shí),能量轉(zhuǎn)化過程:太陽(yáng)能→電能→化學(xué)能 B.

12、 光照時(shí)負(fù)極的質(zhì)量減少 C. 太陽(yáng)能電池板材料是Si D. 開鎖時(shí),正極xLi++xe-+Li(1-x)CoO2=LiCoO2 【答案】B 【解析】 【詳解】 10.將氫氣、甲烷、乙醇等物質(zhì)在氧氣中燃燒時(shí)的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能的裝置叫燃料電池。燃料電池的基本組成為電極、電解質(zhì)、燃料和氧化劑。此種電池能量利用率可高達(dá)80%(一般柴油發(fā)電機(jī)只有40%左右),產(chǎn)物污染也少。下列有關(guān)燃料電池的說法錯(cuò)誤的是( ) A. 上述燃料電池的負(fù)極反應(yīng)材料是氫氣、甲烷、乙醇等物質(zhì) B. 氫氧燃料電池常用于航天飛行器,原因之一是該電池的產(chǎn)物為水,經(jīng)過處理之后可供宇航員使用 C. 乙醇燃料

13、電池的電解質(zhì)常用KOH,該電池的負(fù)極反應(yīng)為C2H5OH-12e-=2CO2↑+3H2O D. 以KOH溶液作為電解質(zhì)溶液,甲烷燃料電池的正極反應(yīng)為O2+2H2O+4e-=4OH- 【答案】C 【解析】 A.燃料電池中,燃料做負(fù)極,負(fù)極反應(yīng)物可以是氫氣、甲烷、乙醇等物質(zhì),故A正確;B.航天飛行器中氫氧燃料電池的產(chǎn)物是水,經(jīng)過處理之后可供宇航員使用,故B正確;C.乙醇燃料電池的電解質(zhì)用KOH時(shí),生成的二氧化碳會(huì)和其反應(yīng)生成碳酸鹽,負(fù)極反應(yīng)為:C2H5OH-12 e-+16OH-=2CO32-+11H2O,故C錯(cuò)誤;D.燃料電池中正極上氧氣得電子,在堿性環(huán)境下,正極電極反應(yīng)式為:O2+2H2

14、O+4 e-=4OH-,故D正確;答案選C。 11.一種釕(Ru)基配合物光敏染料敏化太陽(yáng)能電池的原理及電池中發(fā)生的主要反應(yīng)如下圖所示,下列說法不正確的是 A. X極為電池的負(fù)極 B. 電池工作時(shí),光能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔? C. 電池工作時(shí),Y極上發(fā)生還原反應(yīng) D. 電池的電解質(zhì)溶液中I-和I3-的濃度不斷減少 【答案】D 【解析】 【分析】 由圖,從電子的移動(dòng)方向可知,電極X為原電池的負(fù)極,Y電極為原電池的正極,電解質(zhì)為I3-和I-的混合物,I3-在正極上得電子被還原,正極反應(yīng)為I3-+2e-=3I-. 【詳解】 【點(diǎn)睛】 本題是一道知識(shí)遷移題目,考查學(xué)生分析

15、和解決問題的能力,解題關(guān)鍵:電子的移動(dòng)方向確定電極,再根據(jù)原電池、電解池知識(shí)作答。 12.2017年5月18日,我國(guó)海域天然氣水合物試采成功,下列分析儀工作原理類似燃料電池的工作原理,其裝置如下圖所示,其中的固體電解質(zhì)是 Y2O3-Na2O,O2-可以在其中自由移動(dòng)。下列有關(guān)敘述正確的是 ( ) A. 該分析儀工作時(shí),電極a為正極 B. 電極a的反應(yīng)式為:CH4 + 10OH--8e-=CO32-+7H2O C. 當(dāng)固體電解質(zhì)中有1 mol O2-通過時(shí),電子轉(zhuǎn)移4mol D. 該分析儀可用于分析空氣中的天然氣的含量 【答案】D 【解析】 【詳解】 13.鎂

16、燃料電池具有比能量高、使用安全方便、原材料來源豐富、成本低、燃料易于貯運(yùn)及污染小等特點(diǎn)。如圖為鎂——次氯酸鹽燃料電池的工作原理圖,下列有關(guān)說法不正確的是( ) A. 該燃料電池中鎂為負(fù)極,發(fā)生氧化反應(yīng) B. 正極反應(yīng)式為ClO―+H2O+2e―= Cl―+2OH― C. 放電過程中OH―移向正極移動(dòng). D. 電池總反應(yīng)式為Mg+ClO―+H2O=Mg(OH)2↓+Cl― 【答案】C 【解析】 【分析】 該燃料電池中,鎂易失電子作負(fù)極、次氯酸根離子得電子發(fā)生還原反應(yīng),負(fù)極電極反應(yīng)式為Mg-2e-=Mg?2+,正極電極反應(yīng)式為:ClO-+H2O+2e-=Cl-+2OH-,放

17、電時(shí),電解質(zhì)溶液中陰離子向負(fù)極移動(dòng)。 【詳解】 14.一種用于驅(qū)動(dòng)潛艇的液氨-液氧燃料電池原理示意如圖,下列有關(guān)該電池說法正確的是 A. 該電池工作時(shí),每消耗22.4L NH3轉(zhuǎn)移3mol電子 B. 電子由電極A經(jīng)外電路流向電極B C. 電池工作時(shí),OH-向電極B移動(dòng) D. 電極B上發(fā)生的電極反應(yīng)為:O2+ 4H++ 4e-=2H2O 【答案】B 【解析】 A、溫度、壓強(qiáng)未知,無法計(jì)算22.4L NH3的物質(zhì)的量,A錯(cuò)誤;B、該電池中氧氣得到電子所在電極B為正極,電極A為負(fù)極,電子由電極A經(jīng)外電路流向電極B,B正確;C、電池工作時(shí),OH-向負(fù)極移動(dòng),C錯(cuò)誤;D、該電池電解質(zhì)為堿性,電極B上發(fā)生的電極反應(yīng)為:O2+ 2H2O+ 4e-=4OH-,D錯(cuò)誤。答案選B。 【考點(diǎn)定位】本題主要是考查電化學(xué)原理的應(yīng)用 【名師點(diǎn)晴】該題為高頻考點(diǎn),明確原電池和電解池的工作原理、各個(gè)電極上發(fā)生的反應(yīng)是解答本題的關(guān)鍵,難點(diǎn)是電極反應(yīng)式的書寫,注意電解質(zhì)溶液的性質(zhì),以及電解質(zhì)溶液中陰陽(yáng)離子移動(dòng)方向,為易錯(cuò)點(diǎn)。

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