2024年河北卷选择题组13-14变式题

我国科技工作者设计了如图所示的可充电电池，以为电解质，电解液中加入1，3-丙二胺()以捕获，使放电时还原产物为。该设计克服了导电性差和释放能力差的障碍，同时改善了的溶剂化环境，提高了电池充放电循环性能。 回答下列问题。 1. 下列说法错误的是 A. 放电时，电池总反应为 B. 充电时，多孔碳纳米管电极与电源正极连接 C. 充电时，电子由电极流向阳极，向阴极迁移 D. 放电时，每转移电子，理论上可转化 2. 对上述电池放电时的捕获和转化过程开展了进一步研究，电极上转化的三种可能反应路径及相对能量变化如图(*表示吸附态)。 下列说法错误的是 A. 捕获的反应为 B. 路径2是优先路径，速控步骤反应式为 C. 路径1、3经历不同的反应步骤但产物相同；路径2、3起始物相同但产物不同 D. 三个路径速控步骤均涉及转化，路径2、3的速控步骤均伴有再生 【答案】1. C 2. D 【解析】 【分析】放电时CO2转化为MgC2O4，碳元素化合价由+4价降低为+3价，发生还原反应，所以放电时，多孔碳纳米管电极为正极、电极为负极，则充电时多孔碳纳米管电极为阳极、电极为阴极： 定位：二次电池，放电时阳离子向正极移动，充电时阳离子向阴极移动。 电极 过程 电极反应式 电极 放电 充电 多孔碳纳米管电极 放电 充电 【1题详解】A．根据以上分析，放电时正极反应式为、负极反应式为，将放电时正、负电极反应式相加，可得放电时电池总反应：，A正确； B．充电时，多孔碳纳米管电极上发生失电子的氧化反应，则多孔碳纳米管在充电时是阳极，与电源正极连接，B正确； C．充电时，电极为阴极，电子从电源负极经外电路流向电极，同时向阴极迁移，C错误； D．根据放电时的电极反应式可知，每转移电子，有参与反应，因此每转移电子，理论上可转化，D正确； 故选C。 【2题详解】 A．根据题给反应路径图可知，(1，3-丙二胺)捕获的产物为，因此捕获的反应为，A正确； B．由反应进程－相对能量图可知，路径2的最大能垒最小，因此与路径1和路径3相比，路径2是优先路径，且路径2的最大能垒为的步骤，据反应路径2的图示可知，该步骤有参与反应，因此速控步骤反应式为，B正确； C．根据反应路径图可知，路径1、3的中间产物不同，即经历了不同的反应步骤，但产物均为，而路径2、3的起始物均为，产物分别为和，C正确； D．根据反应路径与相对能量的图像可知，三个路径的速控步骤中都参与了反应，且由B项分析可知，路径2的速控步骤伴有再生，但路径3的速控步骤为得电子转化为和，没有的生成，D错误； 故选D。 3. 我国科学家设计一种以ZnI2水溶液作为锌离子电池介质的Zn-BiOI电池，通过Bi/Bi3+与I-/I转化反应之间的协同作用实现优异的电化学性能，原理如图所示。碘离子作为氧化还原媒介体，可以加快动力学转化过程，促进更快的电荷转移。下列说法错误的是 A. 充电时，主要发生的电池反应为2Bi+2Bi2O3+3ZnI2=6BiOI+3Zn B. 放电时，部分I-在Zn电极转化为I C. 充电时，每生成1molBiOI，转移电子数为3mol D. 电池工作时，I-与I之间转化反应能够提供额外的电化学容量 【答案】C 【解析】 【分析】该电池为二次电池，放电时锌作负极，BiOI作正极，放电时电池的总反应为：6BiOI+3Zn=2Bi+2Bi2O3+3ZnI2；充电时的总反应为：2Bi+2Bi2O3+3ZnI2=6BiOI+3Zn，据此分析解题。 【详解】A．由分析可知，充电时，主要发生的电池反应为2Bi+2Bi2O3+3ZnI2=6BiOI+3Zn，A正确； B．由分析可知，放电时，部分I-在Zn电极失去电子转化为I2，然后I2与I-反应转化为I，B正确； C．由总反应可知，每生成6molBiOI时有2molBi参与反应，转移6mol电子，即生成1molBiOI，转移1mole-，C错误； D．由B项分析可知，电池工作时，I-与I之间转化反应能够提供额外的电化学容量，D正确； 故答案为：C。 4. 一种新型钠离子电池如图所示。已知：充电时a极发生：。 下列叙述错误的是 A. 膜X为阳离子交换膜 B. 充电时，b极发生还原反应 C. 充电时，转移1mol电子有1mol钠离子向a极迁移 D. 放电时，正极反应为 【答案】C 【解析】 【详解】A．观察图示，交换膜X允许钠离子通过，A项正确； B．充电时，b极为阴极，阴极发生还原反应，B项正确； C．充电时a极为阳极，阳极发生氧化反应，钠离子向b极迁移，C项错误； D．放电时，a极为正极，发生还原反应，由充电时阳极反应式可知正极反应为，D项正确； 故选C。 5. 下图为最新研制的一款车载双电极镍氢电池，放电时a、c电极的反应物为吸附了氢气的稀土合金，可表示为；充电时b、d电极的反应物为吸附的，下列叙述正确的是 A. 放电时极电势比极电势高 B. 放电时极上的反应可表示为： C. 充电时a、b接电源的负极，c、接电源的正极 D. 充电时外电路每通过电子，该电池正极共增重 【答案】B 【解析】 【分析】该电池放电时相当于燃料电池，放电时，a、c电极吸附了H2，为负极，b、d电极为正极。 【详解】A．化学电池中，电极电势大者为正极，小者为负极，放电时a、c电极电势比b、d电极低，A项错误； B．放电时，c电极为负极，失去电子，结合图示，电极反应为：，B项正确； C．充电时，a、c电极接电源负极，b、d电极接电源正极，C项错误； D．充电时，电池正极反应为：，每摩尔电极材料反应时，转移1mol电子，电极质量减小1g。当外电路每通过2mol电子时，正极b、d两极共减小4g，D项错误； 故选B。 6. 光催化钠离子二次电池的应用研究取得重大进展，该电池工作原理如下图所示。下列有关说法不正确的是 A. 充电时，电子从光催化电极流出通过导线流向石墨电极 B. 放电时，每消耗1 mol ，离子交换膜左室电解质溶液质量减少46 g C. 充电时，通过离子交换膜进入右室 D. 放电时，石墨电极的电极反应式为 【答案】C 【解析】 【分析】由图可知，放电时，石墨电极为负极，S2-失去电子发生氧化反应生成在负极，电极反应式为4S2—-6e—=，光催化电极为正极，离子在正极得到电子发生还原反应生成碘离子，电极反应式为+2e—=3I—，为维持电荷守恒，左侧钠离子透过阳离子离子交换膜移向右侧；充电时，与直流电源负极相连的石墨电极为阴极，光催化电极为阳极。 【详解】A．由分析可知，充电时，与直流电源负极相连的石墨电极为阴极，光催化电极为阳极，则电子从光催化电极流出，通过导线流向石墨电极，故A正确； B．由分析可知，放电时，石墨电极为负极，光催化电极为正极，为维持电荷守恒，左侧钠离子透过离子交换膜移向右侧，每消耗1molNaI3时，2mol钠离子从左室迁移到右室，则离子交换膜左室电解质溶液质量减少46g，故B正确； C．由分析可知，放电时，为维持电荷守恒，左侧钠离子透过阳离子离子交换膜移向右侧，则充电时，钠离子透过阳离子离子交换膜移向左侧，故C错误； D．由分析可知，放电时，石墨电极为负极，S2-失去电子发生氧化反应生成在负极，电极反应式为4S2——6e—=，故D正确； 故选C。 7. 一种以钒基氧化物(V6H13)为正极材料的水系锌离子电池的工作原理如图所示。下列说法正确的是 A. 放电过程中，向极一侧移动 B. 放电时，极电势高于极电势 C. 充电时，极与外接直流电源负极相连 D. 充电时，阳极发生的电极反应可能为 【答案】D 【解析】 【分析】放电时Zn为负极，电极反应为Zn-2e-=Zn2+，钒基氧化物为正极；充电时Zn为阴极，钒基氧化物为阳极。 【详解】A．放电时，钒基氧化物(V6O13)为正极，Zn极为负极，负极Zn失去电子生成Zn2+进入溶液，放电过程中，Zn2+通过阳离子交换膜向V6O13极一侧移动，A项错误； B．放电时，正极电势高于负极电势，故放电时，V6O13极电势高于Zn极电势，B项错误； C．充电时，V6O13极作阳极，与外接直流电源正极相连，C项错误； D．充电时，阳极失电子生成V6O13和Zn2+，发生的电极反应可能为-2xe-=V6O13+xZn2+，D项正确； 答案选D。 8. 最近我国科学家研制出一种可充电双离子电池体系，其工作原理如图所示。下列说法错误的是 A. 充电时，阴极区溶液的增大 B. 放电时，每转移电子，负极区电解质溶液质量增加 C. 放电时，正极反应式为 D. 充电时，若极质量减少，则有通过阳离子交换膜 【答案】D 【解析】 【分析】由图可知，放电时，Zn作负极，电极反应式为Zn-2e-+4OH-=[Zn(OH)4]2-，右侧为正极，电极反应式为Na0.6-xMnO2+xe-+xNa+═Na0.6MnO2，充电时，Zn作阴极，电极反应式为[Zn(OH)4]2-+2e-=Zn+4OH-，右侧为阳极，据此作答。 【详解】A．充电时，Zn作阴极，电极反应式为[Zn(OH)4]2-+2e-=Zn+4OH-，生成氢氧根离子，阴极区溶液的pH增大，A正确； B．放电时，Zn作负极，电极反应式为Zn-2e-+4OH-=[Zn(OH)4]2-，每转移0.2mol电子，负极区电解质溶液质量增加×65g/mol=6.5g，同时有0.2mol钠离子迁移到右侧，质量减小0.2mol×23g/mol=4.6g，故负极区电解质溶液质量实际增加6.5g-4.6g=1.9g，B正确； C．放电时，Zn作负极，右侧为正极，电极反应式为Na0.6-xMnO2+xe-+xNa+═Na0.6MnO2，C正确； D．充电时，Zn作阴极，电极反应式为[Zn(OH)4]2-+2e-=Zn+4OH-，a极质量增加6.5g，则有0.2mol Na+通过阳离子交换膜，D错误； 故选D。 9. 高电压水系锌——有机混合液流电池的装置及其充放电原理示意图如下。 下列有关说法正确的是 A. 放电时，负极反应式： B. 放电时，1 mol FQ反应需转移4 mol C. 充电时，可通过离子交换膜Y D. 充电时，M电极接电源负极 【答案】D 【解析】 【详解】A．放电时，左侧锌变成为原电池的负极反应，故放电时，负极反应式为Zn-2e-+4OH-=，A错误； B．放电时，1分子FQ转化为1分子FQH2，消耗1分子H2，得2个电子，故1mol FQ反应需转移2mol e−，B错误； C．充电时，右侧阳极反应为FQH2-2e-= FQ+2H+，Na+不能通过离子交换膜Y，故C错误； D．放电时M为负极，故充电时，M为阴极，M电极接电源负极，D正确； 故选D。 10. 科学家基于Cl2易溶于CCl4的性质，发展了一种无需离子交换膜的新型氯流电池，可作储能设备(如图)。充电时电极 a 的反应为： 。下列说法正确的是 A. 充电时电极 b 是阳极 B. 放电时 NaCl溶液的 pH 减小 C. 放电时 NaCl溶液的浓度减小 D. 每生成1mol Cl2，电极 a 质量理论上增加 23g 【答案】A 【解析】 【详解】A．充电时电极 a 的反应为：，a极为阴极，b极为阳极，A正确； B．放电时a极电极反应为：， NaCl溶液的 pH 不变，B错误； C．放电时a极电极反应为：，b电极为：，NaCl溶液的浓度增大，C错误； D．每生成1mol Cl2 ，转移2mol电子，电极 a 发生反应：质量理论上增加2mol，质量为46g，D错误； 故选A。 11. 电池多用于电动汽车的电力来源，结构如图所示，电池中间的聚合物隔膜只允许通过。已知原理为：。下列说法不正确的是 A. 充电时，阴极反应为 B. 放电时，石墨电极发生脱嵌 C. 用铅蓄电池给其充电，消耗硫酸时电池中有向左移动 D. 放电时，正极反应为 【答案】C 【解析】 【分析】该电池的总反应式是：，在正极上得电子，其正极反应为：，负极反应为：，充电时的两极反应和放电时正好相反，据此回答。 【详解】A．充电时，阴极的反应与负极相反，所以阴极电极反应式为：，A正确； B．放电时，生成石墨，所以石墨电极发生脱嵌，B正确； C．用铅蓄电池给其充电，反应为：，消耗硫酸时转移1mol电子，根据分析可知电池中有向右移动，C错误； D．由分析可知放电时，正极反应为，D正确； 故选C。 第1页/共1页 学科网（北京）股份有限公司 $$