专题5 选择题突破9 考点1 原电池　新型化学电源(Word教参)-【优化指导】2025年高考化学二轮复习高中总复习·第2轮（单选版）

选择题突破九　化学反应与电能 考点1　原电池　新型化学电源 [对应学生用书P111] 1．①原电池的工作原理及应用 (1)基于铜锌原电池模型，掌握原电池的构成及工作原理 (2)判断原电池中正极和负极的方法 (3)原电池中电极和电池反应的书写方法 2．②新型燃料电池 (1)氢氧燃料电池 负极反应式 正极反应式 酸性介质 2H2－4e－===4H＋ O2＋4e－＋4H＋===2H2O 碱性介质 2H2－4e－＋4OH－===4H2O O2＋4e－＋2H2O===4OH－ (2)分析燃料电池装置及原理的思维模型 3．③金属(或金属离子)电池 (1)锂离子电池模型 放电 负极 LixCy－xe－===xLi＋＋Cy 正极 Li1－xCoO2＋xLi＋＋xe－===LiCoO2 总反应 LixCy＋Li1－xCoO2===LiCoO2＋Cy ①放电时，Li＋由石墨中脱嵌移向正极，嵌入钴酸锂晶体中； ②充电时，Li＋从钴酸锂晶体中脱嵌，由正极回到负极，嵌入石墨中。 (2)二次电池中充电和放电的变化 4．④液流电池和浓差电池 (1)液流电池 ①构成条件：由电堆单元、电解液、电解液存储供给单元以及管理控制单元等部分构成，是利用正负极电解液分开，各自循环的一种高性能蓄电池，具有容量高、使用领域(环境)广、循环使用寿命长的特点。 ②分析方法：判断放电时电池的正极和负极：依据物质转化中元素化合价的变化，或离子的移动方向(电流的流向)等。根据充电、放电时电极反应的互逆性，推测充电时电极反应及变化等。 (2)浓差电池 ①电池原理：利用物质的浓度差产生电势的一种装置，两侧半电池中的特定物质有浓度差，由于浓度差导致半电池上发生的氧化还原反应程度不同，从而产生不同的电势。 ②分析方法：判断电池的正、负极，两侧半电池中的特定物质存在浓度差，离子是由“高浓度”区移向“低浓度”区，阴离子移向负极，阳离子移向正极。结合原电池的工作原理，确定正极、负极的反应式，判断电极区(或电解质溶液)的pH变化等。 教考衔接 ① (1)(2023·广东卷)负载有Pt和Ag的活性炭，可选择性去除Cl－实现废酸的纯化，其工作原理如图。下列说法正确的是(　　) A．Ag作原电池正极 B．电子由Ag经活性炭流向Pt C．Pt表面发生的电极反应：O2＋2H2O＋4e－===4OH－ D．每消耗标准状况下11.2 L的O2，最多去除1 mol Cl－ (2)(2022·湖南卷)海水电池在海洋能源领域备受关注，一种锂-海水电池构造示意图如下。下列说法错误的是(　　) A．海水起电解质溶液作用 B．N极仅发生的电极反应：2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑ C．玻璃陶瓷具有传导离子和防水的功能 D．该锂-海水电池属于一次电池 教考衔接 ② (2021·山东卷)以KOH溶液为离子导体，分别组成CH3OH-O2、N2H4-O2、(CH3)2NNH2-O2清洁燃料电池，下列说法正确的是(　　) A．放电过程中，K＋均向负极移动 B．放电过程中，KOH物质的量均减小 C．消耗等质量燃料，(CH3)2NNH2-O2燃料电池的理论放电量最大 D．消耗1 mol O2时，理论上N2H4-O2燃料电池气体产物的体积在标准状况下为11.2 L 教考衔接 ③ (2023·全国新课标卷)一种以V2O5和Zn为电极、Zn(CF3SO3)2水溶液为电解质的电池，其示意图如下所示。放电时，Zn2＋可插入V2O5层间形成ZnxV2O5·nH2O。下列说法错误的是(　　) A．放电时V2O5为正极 B．放电时Zn2＋由负极向正极迁移 C．充电总反应：xZn＋V2O5＋nH2O===ZnxV2O5·nH2O D．充电阳极反应：ZnxV2O5·nH2O－2xe－===xZn2＋＋V2O5＋nH2O 教考衔接 ④ (1)(2023·辽宁卷)某低成本储能电池原理如下图所示。下列说法正确的是(　　) A．放电时负极质量减小 B．储能过程中电能转变为化学能 C．放电时右侧H＋通过质子交换膜移向左侧 D．充电总反应：Pb＋SO＋2Fe3＋===PbSO4＋2Fe2＋ (2)(2023·福建卷)一种可在较高温下安全快充的铝-硫电池的工作原理如图，电解质为熔融氯铝酸盐(由NaCl、KCl和AlCl3形成熔点为93 ℃的共熔物)，其中氯铝酸根[AlnCl(n≥1)]起到结合或释放Al3＋的作用。电池总反应：2Al＋3xSAl2(Sx)3。下列说法错误的是(　　) A．AlnCl含4n个Al—Cl B．AlnCl中同时连接2个Al原子的Cl原子有(n－1)个 C．充电时，再生1 mol Al单质至少转移3 mol电子 D．放电时间越长，负极附近熔融盐中n值小的AlnCl浓度越高 备课札记：　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 教考衔接　参考答案 教考衔接① 　(1)B　解析：O2在Pt得电子发生还原反应，Pt为正极，Ag失去电子，与溶液中的Cl－反应，Ag为负极。Ag失去电子，与溶液中的Cl－反应生成AgCl，Ag为负极，A错误；电子由负极Ag经活性炭流向正极Pt，B正确；电解质溶液呈酸性，故Pt表面发生的电极反应为O2＋4H＋＋4e－===2H2O，C错误；消耗标准状况下11.2 L的O2，转移电子2 mol，而2 mol Ag失去2 mol电子生成2 mol Ag＋，故最多去除2 mol Cl－，D错误。 (2)B　解析：M极上Li失去电子发生氧化反应，则M极为负极，电极反应为Li－e－===Li＋，N极为正极，发生还原反应。海水中含有丰富的电解质，如氯化钠、氯化镁等，可作电解质溶液，A正确；海水呈弱碱性，有溶解氧，发生的电极反应可能为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，B错误；Li是活泼金属，易与水反应，玻璃陶瓷可防止水和Li接触，且玻璃陶瓷也可传导Li＋，使M极产生的Li＋向正极移动，形成闭合回路，C正确；该电池不可充电，属于一次电池，D正确。 教考衔接② 　C　解析：以KOH溶液为离子导体，CH3OH-O2燃料电池总反应为2CH3OH＋3O2＋4KOH===2K2CO3＋6H2O；N2H4-O2燃料电池总反应为N2H4＋O2===N2＋2H2O；(CH3)2NNH2-O2燃料电池总反应为(CH3)2NNH2＋4O2＋4KOH===2K2CO3＋N2＋6H2O。放电过程为原电池，阳离子向正极移动，故K＋均向正极移动，A错误；N2H4-O2燃料电池的产物为氮气和水，未消耗KOH，n(KOH)保持不变，其他两种燃料电池均消耗KOH，n(KOH)减小，B错误；理论放电量与燃料的物质的量和转移电子数有关，设消耗燃料的质量均为m g，则甲醇、N2H4和(CH3)2NNH2放电量分别为×6、×4、×16，通过比较可知(CH3)2NNH2理论放电量最大，C正确；正极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，消耗1 mol O2时电路中通过4 mol 电子，N2H4―→N2～4e－，则负极消耗1 mol N2H4，在标准状况下为22.4 L，D错误。 教考衔接③ 　C　解析：由题信息可知，放电时，Zn2＋可插入V2O5层间形成ZnxV2O5·nH2O，V2O5发生了还原反应，则放电时V2O5为正极，A正确；Zn为负极，放电时Zn失去电子变为Zn2＋，阳离子向正极迁移，则放电时Zn2＋由负极向正极迁移，B正确；电池在放电时的总反应为xZn＋V2O5＋nH2O===ZnxV2O5·nH2O，则其在充电时的总反应为ZnxV2O5·nH2O===xZn＋V2O5＋nH2O，C错误；充电阳极上ZnxV2O5·nH2O被氧化为V2O5，则阳极的电极反应为ZnxV2O5·nH2O－2xe－===xZn2＋＋V2O5＋nH2O，D正确。 教考衔接④ 　(1)B　解析：放电时负极上Pb失电子结合硫酸根离子生成PbSO4附着在负极上，负极质量增大，A错误；储能过程中，该装置为电解池，将电能转化为化学能，B正确；放电时，右侧为正极，电解质溶液中的阳离子向正极移动，左侧的H＋通过质子交换膜移向右侧，C错误；充电时，总反应为PbSO4＋2Fe2＋===Pb＋SO＋2Fe3＋，D错误。 (2)D　解析：放电时铝失去电子生成铝离子作负极，硫单质得到电子作正极，充电时铝离子得到电子生成铝发生在阴极，硫离子失去电子生成硫单质发生在阳极。AlnCl的结构为，故含4n个Al—Cl，A正确；由AlnCl的结构可知同时连接2个Al原子的Cl原子有(n－1)个，B正确；充电时，再生1 mol Al单质需由铝离子得到电子生成，所以至少转移3 mol电子，C正确；放电时间越长，负极铝失去电子生成的铝离子越多，故n值大的AlnCl浓度越高，D错误。 [对应学生用书P113] 命题角度1　一次电池及其分析 [例1] (2023·海南卷)利用金属Al、海水及其中的溶解氧可组成电池，如图所示。下列说法正确的是(　　) A．b电极为电池正极 B．电池工作时，海水中的Na＋向a电极移动 C．电池工作时，紧邻a电极区域的海水呈强碱性 D．每消耗1 kg Al，电池最多向外提供37 mol电子的电量 A　解析：铝为活泼金属，发生氧化反应为负极，则石墨为正极，b电极为电池正极，A正确；电池工作时，阳离子向正极移动，故海水中的Na＋向b电极移动，B错误；电池工作时，a电极反应为铝失去电子生成Al3＋：Al－3e－===Al3＋，Al3＋水解显酸性，C错误；每消耗1 kg Al(物质的量为 mol)，电池最多向外提供 mol×3＝ mol电子的电量，D错误。 练1 (2024·全国新课标卷)一种可植入体内的微型电池工作原理如图所示，通过CuO催化消耗血糖发电，从而控制血糖浓度。当传感器检测到血糖浓度高于标准，电池启动。血糖浓度下降至标准，电池停止工作。(血糖浓度以葡萄糖浓度计) 电池工作时，下列叙述错误的是(　　) A.电池总反应为2C6H12O6＋O2===2C6H12O7 B．b电极上CuO通过Cu(Ⅱ)和Cu(Ⅰ)相互转变起催化作用 C．消耗18 mg葡萄糖，理论上a电极有0.4 mmol电子流入 D．两电极间血液中的Na＋在电场驱动下的迁移方向为b→a C　解析： 由分析知，该电池的总反应为2C6H12O6＋O2===2C6H12O7，A正确；由题图可知，b电极上发生转化：CuO→Cu2O→CuO，反应前后CuO的性质和数目不变，故b电极上CuO通过Cu(Ⅱ)和Cu(Ⅰ)相互转变起催化作用，B正确；根据负极的电极反应式可知当消耗18 mg(0.1 mmol)葡萄糖时，转移0.2 mmol电子，故理论上a电极有0.2 mmol电子流入，C错误；原电池中，阳离子向正极迁移，由分析知，b电极为负极，a电极为正极，故两电极间血液中的Na＋在电场驱动下的迁移方向为b→a，D正确。 命题角度2　二次电池及其分析 [例2] (2024·全国甲卷)科学家使用δ-MnO2研制了一种MnO2-Zn可充电电池(如图所示)。电池工作一段时间后，MnO2电极上检测到MnOOH和少量ZnMn2O4。下列叙述正确的是(　　) A．充电时，Zn2＋向阳极方向迁移 B．充电时，会发生反应Zn＋2MnO2===ZnMn2O4 C．放电时，正极反应有MnO2＋H2O＋e－===MnOOH＋OH－ D．放电时，Zn电极质量减少0.65 g，MnO2电极生成了0.020 mol MnOOH C　解析：充电时Zn2＋向阴极移动，A错误；由题意知，放电时，MnO2转化为MnOOH和ZnMn2O4，B错误；放电时，MnO2电极为正极，发生的反应有MnO2＋H2O＋e－===MnOOH＋OH－，C正确；根据放电时Zn电极的电极反应式为Zn－2e－===Zn2＋可知，Zn电极质量减少0.65 g(0.01 mol)时，电路中通过0.02 mol电子，故 MnO2电极有0.02 mol MnO2发生反应，但MnO2转化为MnOOH和少量ZnMn2O4，故生成的MnOOH的量小于0.020 mol，D错误。 “四步法”突破新型二次电池及分析类题 练2 (2023·全国乙卷)室温钠-硫电池被认为是一种成本低、比能量高的能源存储系统。一种室温钠-硫电池的结构如图所示。将钠箔置于聚苯并咪唑膜上作为一个电极，表面喷涂有硫黄粉末的炭化纤维素纸作为另一电极。工作时，在硫电极发生反应： S8＋e－―→S，S＋e－―→S，2Na＋＋S＋2(1－)e－―→Na2Sx。 下列叙述错误的是(　　) A．充电时Na＋从钠电极向硫电极迁移 B．放电时外电路电子流动的方向是a→b C.放电时正极反应为2Na＋＋S8＋2e－===Na2Sx D．炭化纤维素纸的作用是增强硫电极导电性能 A　解析：钠-硫电池负极为Na，正极为S。充电时钠电极为阴极，电极反应为Na＋＋e－===Na，Na＋应由硫电极向钠电极迁移，A错误；放电时，外电路中电子由负极移向正极(a→b)，B正确；放电时正极为硫放电，电极反应为2Na＋＋S8＋2e－===Na2Sx，C正确；利用炭化纤维素纸易导电的性质，可增强电极的导电性能，D正确。 命题角度3　液流电池和浓差电池 [例3] (2022·广东卷)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(如图所示)。充电时，电极a的反应为NaTi2(PO4)3＋2Na＋＋2e－===Na3Ti2(PO4)3。下列说法正确的是(　　) A．充电时电极b是阴极 B．放电时NaCl溶液的pH减小 C．放电时NaCl溶液的浓度增大 D．每生成1 mol Cl2，电极a质量理论上增加23 g C　解析： 据题中已知信息可知，充电时电极b的反应为2Cl－－2e－===Cl2，则充电时电极b为阳极，A错误；充电、放电过程溶液的pH没有发生变化，B错误；由充电时的电极反应可知，放电时的总反应式为Na3Ti2(PO4)3＋Cl2===2Cl－＋2Na＋＋NaTi2(PO4)3，显然NaCl溶液的浓度增大，C正确；每生成1 mol Cl2，转移2 mol电子，电极a有1 mol NaTi2(PO4)3转化为1 mol Na3Ti2(PO4)3，故电极a理论上增加的质量为2 mol×23 g/mol＝46 g，D错误。 [对应学生用书P114] 1．(2024·广东广州黄埔区二模)我国首创的铝-空气-海水电池可为海上航标灯供电，是一种无污染、长效、稳定可靠的电源。下列说法正确的是(　　) A．Al作原电池正极 B．电池工作时，海水中的Na＋向负极移动 C．正极反应为O2＋2H2O＋4e－===4OH－ D.每消耗1 kg Al，电池最多向外提供37 mol电子的电量 C　解析：铝-空气-海水电池中，Al为活泼金属，失电子作负极，A错误；原电池中阳离子向正极移动，则Na＋向正极移动，B错误；氧气在正极得电子，电极反应为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，C正确；1 mol Al失3 mol电子，则消耗1 kg Al，转移电子物质的量为×3≈111 mol，D错误。 2．(2024·广西柳州三模)利用微生物处理有机废水可获得电能，同时可实现海水淡化。现以NaCl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CH3COO－的溶液为例)。下列说法错误的是(　　) A．正极反应为2H＋＋2e－===H2↑ B．该电池不能在高温环境下工作 C．电池工作时，Cl－向a极移动，Na＋向b极移动 D．当a电极产生44 g气体时，理论上转移2 mol电子 D　解析：该装置为原电池，有机废水中的CH3COO－在a极上发生失电子的氧化反应生成CO2，则a极为负极，电极反应为CH3COO－＋2H2O－8e－===2CO2↑＋7H＋，b极为正极，酸性条件下，H＋得电子生成H2，正极反应为2H＋＋2e－===H2↑，A正确；高温使蛋白质变性，该电池不能在高温环境下工作，B正确；电池工作时，模拟海水NaCl溶液中的Na＋通过离子交换膜2移向b极、Cl－通过离子交换膜1移向a极，C正确；电池工作时a极为负极，电极反应为CH3COO－＋2H2O－8e－===2CO2↑＋7H＋，当电路上通过8 mol电子时，负极上产生2 mol CO2，当a电极产生44 g气体时，即产生1 mol CO2，理论上转移4 mol电子，D错误。 3．(2024·河南濮阳一模)镁-锂双盐电池是新型二次离子电池，其放电时的工作原理如图所示。 下列说法错误的是(　　) A．充电时，Mg2＋和Li＋均向Q极区移动 B．充电时，阴极的电极反应为LixVS2－xe－===VS2＋xLi＋ C．放电时，Q电极Mg失去电子，电子经导线流向R电极 D．电池工作时，若外电路中转移电子的物质的量为0.1 mol，则两极的质量变化值相差0.5 g B　解析：Q极为负极，R极为正极，充电时，Q极为阴极，阳离子Mg2＋和Li＋均向Q极区移动，A正确；充电时，阳极的反应为LixVS2－xe－===VS2＋xLi＋，B错误；放电时，Q极Mg失电子，电子经导线流向R极，C正确；放电时，Q极的电极反应为Mg－2e－===Mg2＋，则转移电子为0.1 mol时，质量变化1.2 g，R极的电极反应式为VS2＋xLi＋＋xe－===LixVS2，质量变化0.7 g，二者质量变化值相差为1.2 g－0.7 g＝0.5 g，D正确。 4．(2023·河北卷)我国科学家发明了一种以和MnO2为电极材料的新型电池，其内部结构如下图所示，其中①区、②区、③区电解质溶液的酸碱性不同。放电时，电极材料转化为。下列说法错误的是(　　) A．充电时，b电极上发生还原反应 B．充电时，外电源的正极连接b电极 C．放电时，①区溶液中的SO向②区迁移 D．放电时，a电极的电极反应为MnO2＋4H＋＋2e－===Mn2＋＋2H2O B　解析：放电时，电极材料转化为，电极反应为－2ne－===＋2nK＋，是原电池的负极，阳离子增多需要通过阳离子交换膜进入②区；二氧化锰得到电子变成锰离子，是原电池的正极，电极反应：MnO2＋4H＋＋2e－===Mn2＋＋2H2O，阳离子减少，多余的阴离子需要通过阴离子交换膜进入②区，故③区为碱性溶液是电极，①区为酸性溶液，是二氧化锰电极。充电时，b电极上得到电子，发生还原反应，A正确；充电时，外电源的正极连接a电极，电极失去电子，电极反应为Mn2＋＋2H2O－2e－===MnO2＋4H＋，B错误；放电时，①区溶液中多余的SO向②区迁移，C正确；放电时，a电极的电极反应式为MnO2＋4H＋＋2e－===Mn2＋＋2H2O，D正确。 5．(2024·安徽卷)我国学者研发出一种新型水系锌电池，其示意图如下。该电池分别以Zn-TCPP(局部结构如标注框内所示)形成的稳定超分子材料和Zn为电极，以ZnSO4和KI混合液为电解质溶液。下列说法错误的是(　　) A.标注框内所示结构中存在共价键和配位键 B．电池总反应为I＋ZnZn2＋＋3I－ C．充电时，阴极被还原的Zn2＋主要来自Zn-TCPP D．放电时，消耗0.65 g Zn，理论上转移0.02 mol电子 C　解析：标注框内Zn和N之间存在配位键，N和C、C和C、C和H之间存在共价键，A正确；放电时Zn为负极，电极反应式为Zn－2e－===Zn2＋，Zn-TCPP为正极，电极反应式为I＋2e－===3I－，则电池总反应为Zn＋IZn2＋＋3I－，B正确；充电时Zn为阴极，阴极反应式为Zn2＋＋2e－===Zn，Zn2＋来自电解质溶液，C错误；根据放电时负极反应式：Zn－2e－===Zn2＋知，消耗0.65 g Zn，即0.01 mol Zn，理论上转移0.02 mol电子，D正确。 学科网（北京）股份有限公司 $$