专题3 选择题专攻 2.金属(或金属离子)电池 浓差电池 （课件）-【步步高】2024年高考化学大二轮专题复习与增分策略（新高考，浙江专用）

2.金属(或金属离子)电池　浓差电池 选择题专攻 核心精讲 01 1.Li-CO2电池 (1)电池装置 3 (2)电池反应 4Li＋3CO2　　　2Li2CO3＋C(隔膜只允许锂离子通过，向 极移动)。 (3)电极反应 放电时 负极： 。 正极： 。 正 Li－e－===Li＋ 3CO2＋4Li＋＋4e－===2Li2CO3＋C (1)电池装置 2.LiFePO4-C电池 (2)电池反应 Li1－xFePO4＋LixC6　　　LiFePO4＋6C(隔膜只允许锂离子通过，向 极移动)。 (3)电极反应 放电时 负极： 。 正极： 。 充电时 阴极： 。 阳极： 。 正 LixC6－xe－===6C＋xLi＋ Li1－xFePO4＋xLi＋＋xe－===LiFePO4 xLi＋＋6C＋xe－===LixC6 LiFePO4－xe－===xLi＋＋Li1－xFePO4 (1)电池装置 3.全固态锂硫电池 (2)电池反应 16Li＋xS8 8Li2Sx(2≤x≤8)(Li＋移向正极a)。 电极a掺有石墨烯的目的是增强电极导电性。 (3)电极反应 放电时，电极b为负极，电极反应式：Li－e－===Li＋。 电极a是正极，发生还原反应： 4.“浓差电池”的分析方法 浓差电池是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，离子均是由“高浓度”移向“低浓度”，阴离子移向负极区域，阳离子移向正极区域。 9 真题演练 02 1.(2021·浙江1月选考，22)镍镉电池是二次电池，其工作原理示意图如下(L为小灯泡，K1、K2为开关，a、b为直流电源的两极)。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A为阴极，发生 　还原反应 C.电极B发生氧化反应过程中，溶液中KOH浓度不变 D.镍镉二次电池的总反应式：Cd＋2NiOOH＋2H2O　　　Cd(OH)2＋ 　2Ni(OH)2 1 2 3 4 5 6 7 √ 1 2 3 4 5 断开K2、合上K1时，是放电过程，化学能转化为电能，A正确； 断开K1、合上K2时，是充电过程，电极A与电源负极相连，是阴极，发生还原反应，B正确； 6 7 断开K1、合上K2时，电极B与电源正极相连，是阳极，电极反应为2Ni(OH)2＋2OH－－2e－===2NiOOH＋2H2O，KOH浓度会减小，C错误； 1 2 3 4 5 6 7 充电时的电极反应分别为阳极：2Ni(OH)2＋2OH－－2e－===2NiOOH＋2H2O，阴极：Cd(OH)2＋2e－=== Cd＋2OH－，可知镍镉二次电池的总反应式为Cd＋2NiOOH＋2H2O Cd(OH)2＋2Ni(OH)2，D正确。 1 2 3 4 5 2.(2021·浙江6月选考，22)某全固态薄膜锂离子电池截面结构如图所示，电极A为非晶硅薄膜，充电时Li＋得电子成为Li嵌入该薄膜材料中；电极B为LiCoO2薄膜；集流体起导电作用。下列说法不正确的是 A.充电时，集流体A与外接电源的负极相连 B.放电时，外电路通过a mol电子时， 　LiPON薄膜电解质损失a mol Li＋ C.放电时，电极B为正极，反应可表示 　为Li1－xCoO2＋xLi＋＋xe－===LiCoO2 D.电池总反应可表示为LixSi＋Li1－xCoO2　　　Si＋LiCoO2 6 7 √ 1 2 3 4 5 由图可知，集流体A与电极A相连，充电时电极A作阴极，故充电时集流体A与外接电源的负极相连，A说法正确； 6 7 放电时，外电路通过a mol电子时，内电路中有a mol Li＋通过LiPON薄膜电解质从负极迁移到正极，但是LiPON薄膜电解质没有损失Li＋，B说法不正确； 放电时，电极B为正极，发生还原反应，反应可表示为Li1－xCoO2＋xLi＋＋xe－===LiCoO2，C说法正确； 1 2 3 4 5 电池放电时，嵌入在非晶硅薄膜中的锂失去电子转化为Li＋，正极上Li1－xCoO2得到电子和Li＋转化为LiCoO2，故电池总反应可表示为LixSi＋Li1－xCoO2　　　Si＋LiCoO2，D说法正确。 6 7 1 2 3 4 5 3.(2022·浙江1月选考，21)pH计是一种采用原电池原理测量溶液pH的仪器。如图所示，以玻璃电极(在特制玻璃薄膜球内放置已知浓度的HCl溶液，并插入Ag-AgCl电极)和另一Ag-AgCl电极插入待测溶液中组成电池， pH与电池的电动势E存在关系：pH＝　　　　。下列说法正确的是 6 7 1 2 3 4 5 A.如果玻璃薄膜球内电极的电势低，则该电极反应式为：AgCl(s)＋e－ 　===Ag(s)＋Cl－(0.1 mol·L－1) B.玻璃膜内外氢离子浓度的差异不会 　引起电动势的变化 C.分别测定含已知pH的标准溶液和未 　知溶液的电池的电动势，可得出未知溶液的pH D.pH计工作时，电能转化为化学能 6 7 √ 如果玻璃薄膜球内电极的电势低，则该电极为负极，负极发生氧化反应而不是还原反应，A错误； 1 2 3 4 5 6 7 pH计工作时，利用原电池原理，则化学能转化为电能，D错误。 1 2 3 4 5 6 7 1 2 3 4 5 4.(2023·全国乙卷，12)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 6 7 1 2 3 4 5 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 6 7 √ D.炭化纤维素纸的作用是增强硫电极导电性能 1 2 3 4 5 充电时为电解池装置，阳离子移向阴极，Na＋由硫电极迁移至钠电极，A错误； 6 7 放电时Na在a电极失去电子，失去的电子经外电路流向b电极，即电子在外电路的流向为a→b，B正确； 1 2 3 4 5 6 7 炭化纤维素纸中含有大量的炭，炭具有良好的导电性，可以增强硫电极的导电性能，D正确。 1 2 3 4 5 5.(2023·新课标卷，10)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 √ 6 7 1 2 3 4 5 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； 6 7 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不正确； 1 2 3 4 5 充电时阳极上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。 6 7 1 2 3 4 5 6.(2023·辽宁，11)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＋　　＋2Fe3＋===PbSO4＋2Fe2＋ √ 6 7 1 2 3 4 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； 5 6 7 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＋　　＋2Fe3＋，D错误。 1 2 3 4 7.(2023·山东，11改编)利用热再生氨电池可实现CuSO4电镀废液的浓缩再生。电池装置如图所示，甲、乙两室均预加相同的CuSO4电镀废液，向甲室加入足量氨水后电池开始工作。下列说法正确的是 A.甲室Cu电极为正极 B.隔膜为阳离子膜 C.电池总反应：Cu2＋＋4NH3===[Cu(NH3)4]2＋ D.NH3扩散到乙室将对电池电动势不会产生影响 √ 5 6 7 1 2 3 4 向甲室加入足量氨水后电池开始工作，则甲室Cu电极溶解，变为铜离子与氨气形成[Cu(NH3)4]2＋，因此甲室Cu电极为负极，故A错误； 5 6 7 原电池内电路中阳离子向正极移动，若隔膜为阳离子膜，电极溶解生成的铜离子要向右侧移动，通入氨气要消耗铜离子，显然左侧阳离子不断减小，明显不利于电池反应正向进行，故B错误； 1 2 3 4 负极反应是Cu－2e－＋4NH3===[Cu(NH3)4]2＋，正极反应是Cu2＋＋2e－===Cu，则电池总反应为Cu2＋＋4NH3===[Cu(NH3)4]2＋，故C正确； 5 6 7 NH3扩散到乙室会与铜离子反应生成[Cu(NH3)4]2＋，铜离子浓度降低，铜离子得电子能力减弱，因此将对电池电动势产生影响，故D错误。 考向预测 03 1 2 3 4 5 6 7 1.(2023·金华市十校高三下学期模拟)一种在300 ℃下工作的新型锂-二硫化亚铁热电池的截面结构如图所示，LLZTO导体管只允许Li＋通过。当用1.8 V电压充电后，电池正极材料中S、Fe的原子个数比为1.02(不计Li2S，下同)；2.3 V电压充电后，S、Fe的原子个数比为2.01。下列说法不正确的是 A.Al2O3绝缘体隔离正负极，使化学能有效的转化为电能 B.电池工作时，负极发生反应：2Li＋S2－－2e－===Li2S C.电池正极材料的变化为FeS2　　FeS　　Fe D.电池总反应可表示为2xLi＋FeS2　　　xLi2S＋FeS2－x 8 9 10 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 为使化学能有效的转化为电能，需要用Al2O3绝缘体隔离正负极，故A正确； 根据LLZTO导体管只允许Li＋通过，因此电池工作时，负极发生反应：Li－e－===Li＋，故B错误； 根据用1.8 V电压充电后，电池正极材料中S、Fe的原子个数比为1.02(不计Li2S，下同)；2.3 V电压充电后，S、Fe的原子个数比为2.01，说明电池正极材料的变化为FeS2　　FeS　　Fe，故C正确。 1 2 3 4 5 6 7 2.(2023·台州市高三下学期第二次教学质量评估)某全固态锂电池充电时电解质表面易积聚过多的金属锂，造成电池变形，改良后电极充电过程如图，MIEC材料可同时传导离子和电子，ELI材料两者均不能传导，两种材料均不与锂及其化合物反应，锂离子通过金属锂纳米颗粒的蠕动扩散至MIEC表面，下列说法不正确的是 8 9 10 1 2 3 4 5 6 7 A.当电池处于放电状态时，图示电极发生 　氧化反应 B.充电时Li＋沿MIEC向惰性金属导体迁移， 　避免局部积聚 C.另一极的电极材料为FeF3/LiFeF3，则放 　电时的电极反应为LiFeF3－e－===FeF3＋Li＋ D.当MIEC上有1 mol电荷发生迁移时，电极中的金属锂质量变化为7 g √ 8 9 10 1 2 3 4 5 6 7 由题意可知，放电时图示电极为原电池的负极，锂在负极失去电子发生氧化反应生成锂离子，FeF3电极为正极，锂离子作用下FeF3得到电子发生还原反应生成LiFeF3，充电时，图示电极与直流电源负 8 9 10 极相连做电解池的阴极，FeF3电极为阳极。由分析可知，当电池处于放电状态时，图示电极为原电池的负极，锂在负极失去电子发生氧化反应生成锂离子，故A正确； 1 2 3 4 5 6 7 由题给信息可知，充电时锂离子沿MIEC向惰性金属导体迁移，避免局部积聚过多的金属锂，造成电池变形，故B正确； 8 9 10 由分析可知，当电池处于放电状态时，FeF3电极为正极，锂离子作用下FeF3得到电子发生还原反应生成LiFeF3，电极反应式为FeF3＋Li＋＋e－=== LiFeF3，故C错误； 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 由分析可知，当电池处于放电状态时，图示电极为原电池的负极，锂在负极失去电子发生氧化反应生成锂离子，则当MIEC上有1 mol电荷发生迁移时，电极中的金属锂质量变化为7 g，故D正确。 1 2 3 4 5 6 7 3.(2023·浙江省稽阳联谊学校高三下学期联考)镁锂双盐电池是结合镁离子电池和锂离子电池而设计的新型二次离子电池。其工作原理如图所示，已知放电时，b极转化关系为VS2→LixVS2，下列说法不正确的是 A.充电或放电时，a极电势均高于b极 B.放电过程中电子经导线由a极向b极移动 C.充电时阳极的电极反应式为LixVS2－xe－ 　===VS2＋xLi＋ D.该电池工作时，若通过电路转移电子的 　物质的量为0.2 mol，则负极质量变化2.4 g √ 8 9 10 1 2 3 4 5 6 7 由题可知，放电时b极为正极，充电时b极为阳极，充电或放电时，b极电势均高于a极，A项错误； 放电时，b极为正极，则电子经导线由a极向b极移动，B项正确； 8 9 10 已知放电时，b极转化关系为VS2→LixVS2，则充电时b极为阳极，转化关系为LixVS2→VS2，电极反应式为LixVS2－xe－===VS2＋xLi＋，C项正确； 1 2 3 4 5 6 7 放电时，负极反应为Mg－2e－=== Mg2＋，则转移0.2 mol电子时，负极质量变化2.4 g，D项正确。 8 9 10 1 2 3 4 5 6 7 4.一种新型Na-CaFeO3可充电电池，其工作原理如图所示。下列说法正确的是 A.放电时，电极N是负极 B.充电时，Na＋通过钠离子交换膜向 　M极移动 C.放电时，N极电极反应为2CaFeO2.5 　＋O2－－2e－===2CaFeO3 D.充电时，每生成1 mol Na，有机电解质的整体质量减小23 g √ 8 9 10 1 2 3 4 5 6 7 从图示装置可看出，Na-CaFeO3可充电电池放电时，Na失电子生成Na＋，所以Na电极为负极，发生氧化反应，生成的Na＋通过钠离子交换膜移向右侧，右侧CaFeO3电极作正极，A错误； 充电时，Na＋通过钠离子交换膜向阴极(M极)移动，B正确； 8 9 10 放电时，N极CaFeO3转化为CaFeO2.5， 发生还原反应，其电极反应为2CaFeO3＋2e－===2CaFeO2.5＋O2－， C错误； 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 充电时，每生成1 mol Na，同时也会有0.5 mol O2－消耗，所以有机电解质的整体质量减小23 g＋0.5 mol ×16 g·mol－1＝31 g，D错误。 1 2 3 4 5 6 7 5.基于硫化学的金属硫电池有望替代当前锂离子电池技术，满足人类社会快速增长的能源需求，该电池的结构及原理如图所示。下列有关叙述正确的是 A.该电池可采用含有K＋的水溶液或有机物 　为电解质溶液 B.放电时，电子的移动方向：电极b→隔膜 　→电极a C.充电时，阴极区可能发生的反应有xK2S3－(2x－6)e－===　　＋2xK＋ D.充电时，电路中转移2 mol电子时，阴极质量减少78 g 8 9 10 √ 1 2 3 4 5 6 7 充电时，阴极反应式为K＋＋e－===K，电路中转移2 mol电子时，生成2 mol K，负极质量增加2 mol×39 g·mol－1＝78 g，D错误。 8 9 10 1 2 3 4 5 6 7 6.由于存在离子浓度差而产生电动势的电池称为离子浓差电池，当两极室离子浓度相等时放电完成。某离子浓差电池的工作原理如图所示，下列说法正确的是 A.铜电极Ⅰ上发生氧化反应 B.Cu2＋从左极室透过隔膜移向右极室 C.电池工作一段时间后，右极室CuSO4 　浓度增大 D.该电池工作时，电能转化为化学能 √ 8 9 10 1 2 3 4 5 6 7 根据题意可知，铜电极Ⅰ附近CuSO4浓度高，发生的反应是Cu2＋＋2e－===Cu，是还原反应，A错误； 当两极室离子浓度相等时放电完成， 8 9 10 说明左侧硫酸铜浓度要降低，右侧硫酸铜浓度要升高，直至左右两侧硫酸铜浓度相等，则隔膜应为阴离子交换膜，硫酸根离子从左侧移向右侧，B错误； 1 2 3 4 5 6 7 铜电极Ⅱ附近CuSO4浓度低，发生的反应是Cu－2e－===Cu2＋，硫酸根离子从左侧移向右侧，导致右极室CuSO4浓度增大，C正确； 8 9 10 该电池工作时，化学能转化为电能，D错误。 1 2 3 4 5 6 7 7.物质有从浓度大的区域向浓度小的区域扩散的趋势，利用该趋势可设计浓差电池。如图所示装置可测定氧气的含量，参比侧通入纯氧，测量侧气压调节到与参比侧相同，接通电路，通过电势差大小可测出测量侧气体的含氧量。下列说法不正确的是 A.参比侧为正极 B.负极的电极反应式为2O2－－4e－===O2 C.测量侧处于封闭环境时，初期的读数比较准确 D.相同压强下，电势差越大，测量侧气体中含氧 　量越高 √ 8 9 10 1 2 3 4 5 6 7 由题给信息可知，参比侧的铂电极为浓差电池的正极，氧气在正极得到电子发生还原反应生成O2－，电极反应式为O2＋4e－===2O2－，测量侧的铂电极为负极，氧离子在负极失去电子发生氧化反应生成氧气，电极反应式为 8 9 10 2O2－－4e－===O2，相同压强下，测量侧气体中氧气含量越低，浓差电池的电势差越大。由分析可知，参比侧的铂电极为浓差电池的正极，故A正确； 1 2 3 4 5 6 7 由分析可知，测量侧的铂电极为负极，氧离子在负极失去电子发生氧化反应生成氧气，电极反应式为2O2－－4e－===O2，故B正确； 测量侧生成氧气，测量侧处于封闭环境时，初期的读数与测量侧气体中含氧量有关，后 8 9 10 期因为氧气的生成导致读数与测量侧气体中含氧量相差很大，所以初期的读数比较准确，故C正确； 相同压强下，测量侧气体中氧气含量越低，浓差电池的电势差越大，故D错误。 1 2 3 4 5 6 7 8.浓差电池是由于电池中存在浓度差而产生的。锂离子浓差电池的原理如图所示，该电池从浓缩海水中提取LiCl的同时又获得了电能。下列说法不正确的是 A.若Y电极材料为铁，也能实现如图 　转化 B.浓缩海水中锂离子浓度大于左侧 　LiCl溶液中的锂离子浓度 C.X电极的反应为2H＋＋2e－===H2↑ D.右侧生成1 mol Cl2时，左侧Li＋增加2 mol √ 8 9 10 1 2 3 4 5 6 Y电极是该电池的负极，若材料为铁，铁比Cl－更易失去电子，故不能实现图示转化，A不正确； 浓缩海水中锂离子通过离子导电体进入左槽，左槽加入的是稀盐酸， 7 8 9 10 故浓缩海水中锂离子浓度大于左侧LiCl溶液中的锂离子浓度，B正确； X电极为该电池正极，反应式为2H＋＋2e－===H2↑，C正确； 1 2 3 4 5 6 右侧生成1 mol Cl2时，转移2 mol电子，有2 mol Li＋通过离子导电体，故左侧Li＋增加2 mol，D正确。 7 8 9 10 1 2 3 4 5 6 9.某化学兴趣小组将两个完全相同的铜片分别放入体积相同、浓度不同的CuSO4溶液中形成浓差电池(如图所示)，当两极附近电解质溶液浓度相等时停止放电。下列说法正确的是 A.Cu(2)极发生还原反应 B.Cu(1)极附近Cu2＋通过膜1向右迁移 C.放电过程中，两膜之间的c(CuSO4) 　理论上保持不变 D.当Cu(2)极附近c(CuSO4)变为1 mol·L－1时，该电池停止放电 7 8 9 10 √ 1 2 3 4 5 6 铜(1)极附近硫酸铜溶液浓度大于铜(2)极，故铜(1)极的电解质浓度降低[即铜(1)极为正极]，铜(2)极为负极，发生氧化反应，电极反应为Cu－2e－===Cu2＋，A项错误； 7 8 9 10 铜(1)极的电极反应式为Cu2＋＋2e－===Cu，为了维持电荷平衡， 通过膜1向右迁移，B项错误； 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 理论上两膜之间的硫酸铜浓度基本保持不变，C项正确； 理论上正、负两极硫酸铜溶液浓度均为0.55 mol·L－1时，该电池停止放电，D项错误。 1 2 3 4 5 6 10.一种浓差电池如图所示，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错误的是 A.a电极为电池的正极，电极反应 　为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－ B.A为阴离子交换膜，C为阳离子 　交换膜 C.阳极(负极)隔室的电中性溶液通过阳极表面的氧化作用维持 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 7 8 9 10 √ 1 2 3 4 5 6 b电极电子流出，b为电池的负极，a电极为电池的正极，电极反应为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，A项正确； 钠离子向a电极方向移动，氯离子 7 8 9 10 向b电极方向移动，所以A为阴离子交换膜，C为阳离子交换膜，B项正确； 1 2 3 4 5 6 阳极(负极)隔室中氯离子发生氧化反应，保持溶液中的电荷守恒，C项正确； 电极产物是化工产品，有较高经济价值，D项错误。 7 8 9 10 S8＋2e－===S(2Li＋＋S===Li2S8)、2Li＋＋3Li2S8＋2e－===4Li2S6、2Li＋＋2Li2S6＋2e－===3Li2S4、2Li＋＋Li2S4＋2e－===2Li2S2。 pH与电池的电动势E存在关系： pH＝，则玻璃膜内外氢离子浓度的差异会引起电动势的变化，B错误； pH与电池的电动势E存在关系： pH＝，则分别测定含已知 pH的标准溶液和未知溶液的电池 的电动势，可得出未知溶液的pH，C正确； 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 C.放电时正极反应为2Na＋＋S8＋2e－―→Na2Sx 将题给硫电极发生的反应依次编号为①②③，由×①＋×②＋③可得正极的反应式为2Na＋＋S8＋2e－―→Na2Sx，C正确； SO SO 3S SO $$