第四章 专题突破（九）新型化学电源-【金版新学案】2024-2025学年新教材高二化学选择性必修1同步课堂高效讲义教师用书word（人教版2019，单选版）

一、正、负极的判断 1.根据装置图判断 (1)电子流向或电流流向； (2)电解质溶液中离子流向； (3)加入或生成物质的化合价变化。 2.根据总方程式判断：根据化合价变化，化合价升高的为负极，化合价降低的为正极。 针对练1.新型NaBH4/H2O2燃料电池(DBFC)的装置如图所示，相关叙述正确的是(　　) A.b极为正极，发生氧化反应 B.电池应选用阴离子交换膜 C.电子移动方向：电极a→离子交换膜→电极b D.a极的电极反应式为BH＋8OH－－8e－===BO＋6H2O 答案：D 解析：根据题图可知，在b极上，H2O2转化为OH－，O元素化合价降低，发生还原反应，故b极为正极，A错误；放电时，阳离子向正极移动，阴离子向负极移动，又由题给信息和示意图可知，原料为NaBH4和H2O2，Na＋在a极通入，而在b极生成NaOH，故Na＋从负极区向正极区迁移，电池应选用阳离子交换膜，B错误；电子只能在导体、导线和电极中移动，不能在电解质溶液和离子交换膜中移动，则电子移动方向：电极a→负载→电极b，C错误；根据元素化合价变化可知，负极上BH失电子发生氧化反应，故a极的电极反应式为BH＋8OH－－8e－===BO＋6H2O，D正确。 针对练2.研究发现，在酸性乙醇燃料电池中加入硝酸，可使电池持续大电流放电，其工作原理如图所示。下列说法正确的是(　　) A.离子交换膜X为质子交换膜，质子从石墨电极移向Pt电极 B.C2H5OH在Pt电极发生还原反应 C.正极区反应为4NO＋12e－＋16H＋===4NO↑＋8H2O、4NO＋3O2＋2H2O===4HNO3 D.若Pt电极生成2.24LCO2，电路中转移电子数为0.6NA 答案：C 解析：根据原电池原理，Pt电极为负极，发生氧化反应，电极反应为C2H5OH－12e－＋3H2O===2CO2↑＋12H＋，石墨电极为正极，发生还原反应，电极反应为4NO＋12e－＋16H＋===4NO↑＋8H2O，4NO＋3O2＋2H2O===4HNO3，据此分析来解题。根据分析，负极区生成的H＋将迁移到正极区参与反应，所以离子交换膜X为质子交换膜，质子从Pt电极移向石墨电极，故A项错误；Pt电极为负极，C2H5OH发生氧化反应，故B项错误；根据分析石墨电极为正极，发生还原反应，电极反应为4NO＋12e－＋16H＋===4NO↑＋8H2O，4NO＋3O2＋2H2O===4HNO3，故C项正确；没有告知在标准状态下，无法通过气体体积来计算转移的电子数，故D项错误；答案选C。 学生用书↓第119页 二、电极反应式的书写 1.放电时电极反应式的书写 首先确定物质得失电子情形，然后结合电解质溶液来确定反应的生成物，最后结合守恒定律书写电极反应式。 2.充电时的电极反应式，利用放电时电极反应的逆方向书写。 针对练3.CO2电化学传感器是将环境中CO2转变为电信号的装置，工作原理如图所示，其中YSZ是固体电解质，当传感器在一定温度下工作时，在熔融Li2CO3和YSZ之间的界面X会生成固体Li2O。下列说法错误的是(　　) A.CO迁移方向为界面X →电极b B.电极a上消耗的O2和电极b上产生的CO2的物质的量之比为1∶1 C.电极b为负极，发生的电极反应为2CO－4e－===O2↑＋2CO2↑ D.电池总反应为Li2CO3===Li2O＋CO2↑ 答案：B 解析：根据题图可知：电极a上O2得到电子变为O2－，所以电极a为正极，在电极b上熔融Li2CO3失去电子变为CO2、O2，所以金属电极b为负极。CO会向正电荷较多的负极区移动，故CO迁移方向为界面X→电极b，A正确；在电极a上发生反应：O2＋4e－===2O2－，在电极b上发生反应：2CO－4e－===O2↑＋2CO2↑，在同一闭合回路中电子转移数目相等，可知电极a上消耗的O2和电极b上产生的CO2的物质的量之比为1∶2，B错误；电极b为负极，失去电子发生氧化反应，则负极的电极反应为2CO－4e－===O2↑＋2CO2↑，C正确；负极上熔融的Li2CO3失去电子被氧化产生O2、CO2气体，反应式为Li2CO3(熔融)===2Li＋＋CO，2CO－4e－===O2↑＋2CO2↑，正极上发生反应：O2＋4e－===2O2－，根据在同一闭合回路中电子转移数目相等，将正、负极电极式叠加，可得总反应方程式为Li2CO3===Li2O＋CO2↑，D正确。 针对练4.利用垃圾假单胞菌株分解有机物的电化学原理如图所示。下列说法错误的是(　　) A.电流方向：B电极→用电器→A电极 B.B电极反应式为O2＋4H＋＋4e－===2H2O C.A电极反应式为－4e－―→＋4H＋ D.若有机物为葡萄糖C6H12O6，处理0.25mol时，会有6molH＋透过质子交换膜迁移 答案：C 解析：由题图分析可知：A电极为负极，B电极为正极，故电流由B电极→用电器→A电极，A项正确；由题图知，B极反应物为氧气，电极反应式为O2＋4e－＋4H＋===2H2O，B项正确；由A选项分析知，A是负极，结合题图，电极反应式为－2e－===＋2H＋，C项错误；由反应C6H12O6＋6O2―→6CO2↑＋6H2O可知1mol葡萄糖反应，转移24mol电子，电极反应也要转移24mol电子，处理0.25molC6H12O6时，电解质溶液中转移6molH＋，D项正确；答案选C。 三、判断电子移向和离子移向 分析时需要把握电池的充放电过程，利用相应的原理加以判断。以放电过程为例，电子移动方向为：负极→外电路→正极；离子移动方向为：阳离子→正极，阴离子→负极。对于涉及离子交换膜的装置，阳离子将透过阳离子交换膜，阴离子将透过阴离子交换膜。 针对练5.据科学网报道，中国科学家开发出的新型电解质能使LiFePO4-Li电池在90℃稳定工作，模拟装置如图所示。 已知该电池的总反应为Li＋FePO4===LiFePO4，当该电池放电时，下列说法错误的是(　　) A.a极发生还原反应 B.Li＋向b极附近迁移 C.b极的电极反应式为Li－e－===Li＋ D.a极的质量净增14g时转移2mol电子 答案：B 解析：该电池放电时，锂失去电子，作负极，发生氧化反应，则a极为正极，发生还原反应，A正确；该电池放电时，锂离子向正极迁移，即向a极迁移，B错误；负极上锂失去电子生成锂离子，b极的电极反应式为Li－e－===Li＋，C正确；a极的电极反应式为FePO4＋e－＋Li＋===LiFePO4，净增质量为锂离子质量，1molLi＋为7g，a极净增14g时转移2mol电子，D正确。 学生用书↓第120页 针对练6.世界首款石墨烯锂离子电池产品已发布，可在－30℃～80℃环境下工作，电池循环寿命高达3500次左右，充电效率是普通充电产品的24倍。它是利用锂离子能在石墨烯表面和电极之间快速大量穿梭运动的特性制作的一种新型二次电池。其工作原理如图所示，电池反应式为LixC6＋Li1－xCoO2C6＋LiCoO2。 下列关于该电池的说法不正确的是(　　) A.充电时，Li＋移向石墨烯 B.充电时，转移0.5mol电子理论上阴极材料质量增加3.5g C.放电时，LiCoO2极发生的电极反应为LiCoO2－xe－===Li1－xCoO2＋xLi＋ D.对废旧的该电池进行“放电处理”，让Li＋从石墨烯中脱出有利于回收 答案：C 解析：根据LixC6＋Li1－xCoO2C6＋LiCoO2得到放电时石墨烯为负极，则充电时，石墨烯为阴极，Li＋移向阴极(石墨烯)，故A正确；充电时，Li＋移向阴极(石墨烯)，电极反应式为C6＋xe－＋xLi＋===LixC6，转移0.5mol电子理论上阴极材料质量增加0.5mol×7g·mol－1＝3.5g，故B正确；放电时，正极(LiCoO2极)发生的电极反应为Li1－xCoO2＋xe－＋xLi＋===LiCoO2，故C错误；对废旧的该电池进行“放电处理”，让Li＋从石墨烯中脱出有利于回收，故D正确；综上所述，答案为C。 四、解析电池工作时的物质变化 要深入分析电极质量变化和溶液的pH变化。电池在充放电过程中，电极上会发生氧化还原反应，可能存在物质聚集或缺失，分析时需要结合相应的守恒定理来加以计算。对于电解质溶液的pH变化，则需要关注电极反应时溶液中OH－和H＋的浓度变化。 针对练7.K-O2电池结构如图，a和b为两个电极，其中之一为单质钾片。关于该电池，下列说法错误的是(　　) A.隔膜允许K＋通过，不允许O2通过 B.放电时，电流由b电极沿导线流向a电极；充电时，b电极为阳极 C.产生1Ah电量时，生成KO2的质量与消耗O2的质量比值约为2.22 D.用此电池为铅酸蓄电池充电，消耗3.9g钾时，铅酸蓄电池消耗0.9g水 答案：D 解析：由题图可知，b极上O2转化为KO2，则b极为电池正极，a极为电池负极，K＋通过隔膜由a极向b极迁移，为避免O2氧化K电极，O2不能通过隔膜，A说法正确；放电时，电流由正极经导线流向负极，即由b极经导线流向a极，充电时，b极接外接电源的正极，b电极为阳极，B说法正确；产生1Ah电量时，生成KO2与消耗O2的物质的量之比为1∶1，故二者质量比为71∶32≈2.22，C说法正确；消耗3.9g钾时，转移0.1mole－，铅酸蓄电池消耗0.1molH2O，其质量为1.8g，D说法错误。 针对练8.我国科学家研制了一种新型的高比能量锌－碘溴液流电池，其工作原理示意图如下。图中贮液器可储存电解质溶液，提高电池的容量。下列叙述不正确的是(　　) A.放电时，a电极反应为I2Br－＋2e－===2I－＋Br－ B.放电时，溶液中离子的数目增大 C.充电时，b电极每增重0.65g，溶液中有0.02molI－被氧化 D.充电时，a电极接外电源负极 答案：D 解析：放电时，a电极为正极，碘得电子变成碘离子，正极反应式为I2Br－＋2e－===2I－＋Br－，A正确；放电时，正极反应式为I2Br－＋2e－===2I－＋Br－，溶液中离子数目增大，B正确；充电时，b电极反应式为Zn2＋＋2e－===Zn，b电极每增重0.65g，转移0.02mol电子，阳极反应式为Br－＋2I－－2e－===I2Br－，有0.02molI－失电子被氧化，C正确；充电时，a是阳极，应与外接电源的正极相连，D错误。 课时测评32　新型化学电源 (时间：45分钟　满分：100分) (本栏目内容，在学生用书中以独立形式分册装订！) (选择题1－7题，每题8分，第8－11题，每题11分，共100分) 1.(8分)溶质由高浓度向低浓度扩散而引发的一类电池称为浓差电池。如图是由Ag电极和硝酸银溶液组成的电池(c1<c2)，工作时，A电极的质量不断减轻，下列说法正确的是(　　) A.此处应该用阳离子交换膜 B.B极为正极，发生氧化反应 C.若外电路通过0.1mol电子，则右侧溶液质量减轻10.8g D.原电池的总反应不一定是氧化还原反应 答案：D 解析：由题意知，A电极质量不断减轻，故发生反应：Ag－e－===Ag＋，则A极为负极，B极为正极，负极区Ag＋浓度增大，正极区Ag＋得电子生成Ag，电极反应为Ag＋＋e－===Ag，正极区Ag＋浓度减小，浓差电池中溶质由高浓度向低浓度扩散，故正极区NO经过离子交换膜移向负极，此处离子交换膜为阴离子交换膜，A、B错误；正极发生反应：Ag＋＋e－===Ag，当转移0.1mol电子时，溶液中减少0.1molAg＋，同时正极有0.1molNO移向负极区，故右侧溶液减少质量为0.1mol×108g·mol－1＋0.1mol×62g·mol－1＝17g，C错误；负极的电极反应式为Ag－e－===Ag＋，正极的电极反应式为Ag＋＋e－===Ag，总反应属于非氧化还原反应，D正确。 2.(8分)钠离子电池具有资源丰富、成本低、安全性好、转换效率高等特点，有望成为锂离子电池之后的新型首选电池，如图是一种钠离子电池工作示意图： 下列说法中错误的是(　　) A.放电时，Na＋通过交换膜向N极移动 B.充电时，光照可促进电子的转移 C.充电时，TiO2光电极上发生的电极反应为3I－＋2e－===I D.放电时，若负极室有2mol阴离子发生反应，则电路中转移3mol电子 答案：C 解析：放电时，为原电池，电极M上发生反应4S2－－6e－===S，所以电极M为原电池的负极，电极N上反生反应I＋2e－===3I－，所以电极N为原电池的正极。充电时为电解池，据此分析。放电时，为原电池，Na＋是阳离子，向正极N移动，故A说法正确；充电时，光照可促进I－在TiO2光电极上转移电子，故B说法正确；充电时，由题图可知在TiO2光电极上发生的电极反应为3I－－2e－===I，故C说法错误；放电时，负极发生的反应为4S2－－6e－===S，所以当负极室有2mol阴离子发生反应时，电路中转移3mol电子，故D说法正确；本题选C。 3.(8分)如图装置是一种微生物脱盐电池的装置，它可以通过处理有机废水(以含CH3COO－的溶液为例)获得电能，同时还可实现海水淡化。已知a、b电极为惰性电极，X、Y均为离子交换膜，下列说法错误的是(　　) A.X、Y依次为阴离子、阳离子选择性交换膜 B.a极反应为CH3COO－＋2H2O－8e－===2CO2↑＋7H＋，产生的H＋向b极移动 C.b极为正极 D.当电路中转移1mol电子时，在b极室可以生成40gNaOH 答案：B 解析：根据图示可知，在a极上CH3COO－失去电子被氧化生成CO2和H＋，碳元素化合价升高，被氧化，所以a极为该原电池的负极，则b极为正极。为了实现海水的淡化，海水中的氯离子需要移向负极，即a极，则隔膜X为阴离子交换膜，钠离子需要移向正极，即b极，则隔膜Y为阳离子交换膜，A正确；a极为负极，C失去电子被氧化生成CO2，同时产生H＋，则结合电荷守恒可得电极反应式为CH3COO－＋2H2O－8e－===2CO2↑＋7H＋，由于隔膜X是阴离子交换膜，所以阻碍生成的H＋向正极移动，B错误；当电路中转移1mol电子时，会有1molNa＋进入b极室形成1molNaOH，其质量是40g，D正确。 4.(8分)我国科学家研发了一种K-CO2二次电池，电池总反应为4KSn＋3CO22K2CO3＋C＋4Sn。下列说法错误的是(　　) A.充电时，a电极为阴极 B.充电时，电路中每转移1mole－，b电极质量减少12g C.放电时，电子由a极经过外电路流向b极 D.放电时，a电极发生的电极反应为KSn－e－===K＋＋Sn 答案：B 解析：根据电池总反应可知放电时K被氧化，CO2被还原，所以放电时K为负极，反应式为KSn－e－===K＋＋Sn，由题图可知，放电时K＋由a极向b极移动，说明a极为负极，b极为正极，b为正极吸收CO2，反应式为3CO2＋4e－===2CO＋C；充电时a为阴极，b为阳极释放CO2，据此分析解答。充电时，K＋移向a极，则a电极为阴极，故A正确；充电时，b为阳极，电极反应式为C＋2CO－4e－===3CO2↑，每转移4mole－，b电极消耗12gC，则转移1mole－，b电极质量减少3g，故B错误；放电时，a为负极，b为正极，电子由负极流向正极，则电子由a极经过外电路流向b极，故C正确；放电时K被氧化，a为负极，电极发生的电极反应为KSn－e－===K＋＋Sn，故D正确；故选B。 5.(8分)锌—空气二次电池在柔性能源方面应用较多，是各类新能源电池中备受关注的储能设备之一。一种强碱性锌—空气电池工作示意图如下，下列说法正确的是(　　) A.电流从Zn电极流出 B.OH－向气体扩散电极移动 C.隔膜应为氢离子选择性膜 D.负极区的反应为Zn－2e－＋4OH－===Zn(OH)，Zn(OH)===ZnO＋2OH－＋H2O 答案：D 解析：该装置为原电池装置，右边电极中Zn元素的化合价升高，为负极，气体扩散电极为正极，电流从气体扩散电极流出，A错误；根据原电池工作原理，OH－向负极移动，即向Zn电极移动，B错误；负极反应式为Zn－2e－＋4OH－===Zn(OH)，正极反应式为O2＋4e－＋2H2O===4OH－，隔膜应为氢氧根离子选择性膜，C错误；负极反应式：Zn－2e－＋4OH－===Zn(OH)，Zn(OH)再分解成ZnO，离子方程式为Zn(OH)===ZnO＋2OH－＋H2O，D正确。 6.(8分)全钒液流电池的放电原理为VO＋V2＋＋2H＋===VO2＋＋V3＋＋H2O，该电池续航能力强，充电时间短。用太阳能电池给全钒液流电池充电的装置示意图如图所示。下列说法错误的是(　　) A.太阳能电池放电时，化学能转化为电能 B.电极M上的电势低于电极N上的电势 C.交换膜可选用质子交换膜 D.全钒液流电池放电时，正极的电极反应式为VO＋2H＋＋e－===VO2＋＋H2O 答案：A 解析：太阳能电池放电时存在光能转化为电能，故A错误；由图知，M为阴极，N为阳极，则电极M上的电势低于电极N上的电势，故B正确；由放电总反应知，阳极反应式为VO2＋＋H2O－e－===VO＋2H＋，阴极反应式为V3＋＋e－===V2＋，则交换膜适合选择质子交换膜，故C正确；全钒液流电池放电时，正极得电子，反应式为VO＋2H＋＋e－===VO2＋＋H2O, 故D正确；故选A。 7.(8分)热激活电池是一种需要达到启动温度才开始工作的电池。一种热激活电池的结构如图1所示，其放电后的产物为Li7Si3和LiMn2O4。已知：LiCl和KCl混合物的熔点与KCl的物质的量分数的关系如图2所示。 下列说法不正确的是(　　) A.放电时，Li＋向b极区移动 B.放电时，a极的电极反应是3Li13Si4－11e－===4Li7Si3＋11Li＋ C.该电池中火药燃烧产生的热能转化为电能 D.调节混合物中KCl的物质的量分数可以改变电池的启动温度 答案：C 解析：由图知，放电时为原电池，Li＋向正极移动，即向b极区移动，A正确；放电时，a极的Li13Si4失电子发生氧化反应，电极反应是3Li13Si4－11e－===4Li7Si3＋11Li＋，B正确；由图2可知，调节混合物中KCl的物质的量分数不同，混合物熔点就会变化，电池的启动温度会改变，D正确。 8.(11分)我国科学家正在研究一种可充电Na-Zn双离子电池体系(如图)。下列说法不正确的是(　　) A.打开K1，闭合K2，a为电源负极 B.打开K1，闭合K2，Zn极附近溶液的碱性减弱 C.打开K2，闭合K1，OH－向Zn极移动 D.打开K2，闭合K1，正极反应式为Na0.6－xMnO2＋xNa＋＋xe－===Na0.6MnO2 答案：B 解析：打开K1，闭合K2，是充电过程，充电时，Zn(OH)得电子生成锌单质，发生还原反应为阴极，所以a电极是负极，A正确；打开K1，闭合K2，是充电过程，充电时，Zn(OH)得电子生成锌单质，发生的电极反应为Zn(OH)＋2e－===Zn＋4OH－，所以Zn极附近溶液的碱性增强，B错误；打开K2，闭合K1，为原电池，锌为负极，OH－向Zn极移动，C正确；打开K2，闭合K1，为原电池，Na0.6－xMnO2为正极，正极的电极反应式为Na0.6－xMnO2＋xNa＋＋xe－===Na0.6MnO2，D正确。 9.(11分)某浓差电池的原理示意图如图所示，可用该电池从浓缩海水中提取LiCl溶液。下列有关该电池的说法不正确的是(　　) A.该装置可在提取LiCl溶液的同时获得电能 B.电子由Y极通过外电路移向X极 C.正极发生的反应为2H＋＋2e－===H2↑ D.Y极每生成22.4LCl2，有2molLi＋从b区移至a区 答案：D 解析：由题意及题图知，X电极为正极，电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑，Y电极为负极，电极反应式为2Cl－－2e－===Cl2↑。该装置为原电池，可获得电能，产物有LiCl，故A正确；X为正极，Y为负极，电子由Y极通过外电路移向X极，故B正确；正极发生的反应为2H＋＋2e－===H2↑，故C正确；Y极每生成标准状况下22.4LCl2，转移2mol电子，有2molLi＋从b区移至a区，没有说明是标准状况，故D错误。 10.(11分)如图是一种浓差电池，阴、阳离子交换膜交替放置，中间的间隔交替充以河水和海水，选择性透过Cl－和Na＋，在两电极板形成电势差，进而在外部产生电流。下列关于该电池的说法正确的是(　　) A.a电极为电池的正极，电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑ B.C为阴离子交换膜，A为阳离子交换膜 C.负极隔室的电中性溶液通过负极表面的还原作用维持 D.该电池的缺点是离子交换膜价格昂贵，电极产物也没有经济价值 答案：A 解析：依据电子的移动方向判断b电极为负极，a电极为正极，氢离子得到电子在正极放电，电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑，故A正确；由图可知，负极上是氯离子透过A膜在负极放电，电极反应式为2Cl－－2e－===Cl2↑，故A为阴离子交换膜，C为阳离子交换膜，故B错误；负极隔室中Na＋透过C(阳离子交换膜)移入河水，维持负极隔室溶液的电中性，故C错误；离子交换膜价格昂贵，但两极产物氢气、氯气是工业制盐酸等的原料，故D错误。 11.(11分)流动电池是一种新型电池。其主要特点是可以通过电解质溶液的循环流动，在电池外部调节电解质溶液，以保持电池内部电极周围溶液浓度的稳定。北京化工大学新开发的一种流动电池如图所示，电池总反应为Cu＋PbO2＋2H2SO4===CuSO4＋PbSO4＋2H2O。下列说法不正确的是(　　) A.a为负极，b为正极 B.该电池工作时PbO2电极附近溶液的pH增大 C.a极的电极反应为Cu－2e－===Cu2＋ D.调节电解质溶液的方法是补充CuSO4 答案：D 解析：电池总反应为Cu＋PbO2＋2H2SO4===CuSO4＋PbSO4＋2H2O，则铜失电子发生氧化反应为负极，PbO2得电子发生还原反应为正极，所以a为负极，b为正极，故A正确；PbO2电极反应式为PbO2＋4H＋＋SO＋2e－===PbSO4＋2H2O，所以PbO2电极附近溶液的pH增大，故B正确；铜失电子发生氧化反应，电极反应式：Cu－2e－===Cu2＋，故C正确；由电池总反应：Cu＋PbO2＋2H2SO4===CuSO4＋PbSO4＋2H2O可知，调节电解质溶液的方法是补充H2SO4，故D错误。 学生用书↓第121页 学科网（北京）股份有限公司 $$