題型15新型化學電源

對應學生用書P166

1.一種全氫電池的工作原理如圖所示。下列說法正確的是(B)

陽離子交換膜

A.X極為全氫電池的正極

B.該電池將化學能轉化成電能

C,電極Y的電極反應式為2HClO4-2e===H2t+2C1OJ

D.反應一段時間后左室c(NaCKh)增大

解析由工作原理圖可知，X電極上氫氣失電子與氫氧根離子結合生成

水，發生了氧化反應，為負極，電極反應是H2-2e+2OH==2H2O,Y電

極為正極，發生了還原反應，電極反應是2H++2e—==H2,原電池工作時，陽

離子移向正極，陰離子移向負極，電子由負極經過導線進入正極，據此解答該

題。由上述分析可知，A、C錯誤；該裝置為原電池，將化學能轉化成電能，

B正確；該電池工作時，左室中的Na+通過陽離子交換膜遷移到右室，一段時

間后，右室c(NaCK>4)增大，D錯誤。

2.(2022?全國甲卷)一種水性電解液Zn-MnO2離子選擇雙隔膜電池如圖所

示［KOH溶液中，ZM+以Zn(OH)/存在］。電池放電時，下列敘述錯誤的是(A)

MM上電極離子選擇隔膜Zn電極

in

A.n區的K+通過隔膜向m區遷移

B.I區的sor通過隔膜向n區遷移

+2+

C.MnCh電極反應：MnO2+4H+2e===Mn+2H2O

+2+

D.電池總反應：Zn+4OH+MnO2+4H==Zn(OH)r+Mn+2H2O

解析MnCh電極為正極，Zn電極為負極，電池放電時，電解質溶液中陰

離子向負極移動，陽離子向正極移動，A項錯誤；I區中的SOr通過隔膜向

+

II區遷移，B項正確；MnCh電極為正極，電極反應式為MnO2+2e+4H

===Mn2++2H2O,C項正確；根據正、負兩極的電極反應式可得電池總反應

為Zn+4OH+MnO2+4H+==Zn(OH)F+Mn2++2H2O,D項正確。

3.(2023?湖南衡陽聯考二模)鈉離子電池的工作原理與鋰離子電池相似，

與鋰離子電池相比較，成本低、充電時間短。一種鈉?空氣電池的裝置如圖所

示。該電池利用“多孔”石墨電極形成空氣通道，放電時生成的NaQ-填充在

“空位”中，當“空位”填滿后，放電終止。下列說法正確的是(D)

A.放電時，M為陰極

B.放電時，N電極發生的電極反應為xO2+2xe一==20二

C,充電時，每轉移1mole，N電極減輕23g

D.該電池的比能量比鋰離子電池低

解析放電時，Na失電子，M為負極，A錯誤；放電時，N電極發生的

電極反應為2Na++xO2+2e—===2Na(X,B錯誤；充電時，N電極的電極反應

為2NaOx—2e-===2Na++xO2,每轉移1mole，失重(23+16x)g,C錯誤；

比能量指的是單位質量輸出電能的多少，mgLi轉移早mol電子，mgNa轉

mol電子，因此相同質量的鋰離子電池比鈉離子電池比能量高，D正確。

4.（2023?遼寧遼陽一模）染料敏化電池展現出廣闊的應用前景，某染料敏

化電池如圖所示（已知：1個光子理論上可以轉化為1個電子）。下列說法錯誤

的是（C）

A.Pt電極為該電池的正極

B.該電池實現了太陽能轉化為電能

C.該電池工作一段時間后需補充口

D.若用該電池電解水，當光電轉化效率為5%時，每分鐘該電池接收0.01

mol光子，電解效率為80%,則10分鐘后消耗的水的質量為0.036g

解析由圖中信息可知，電子由TiO2光敏電極經導線流入Pt電極，Pt

電極作正極，故A正確；該電池實現了光子轉化為電子，將太陽能轉化為電能,

故B正確；6在Pt電極上發生反應：I3+2e—===3「，「在Ti（h光敏電極上發

生反應：3I-2e===E,因此不需要補充6,故C錯誤；該電池每分鐘接受

O.Olmol光子，實際轉化成的電子的物質的量為0.0005mol,結合電解效率可

知參與電解過程的電子的物質的量為0.0005X80%=0.0004mol,則10分鐘

轉移電子0.004mol,每電解1mol水消耗2mol電子，則轉移0.004mol電子

消耗水的物質的量為0.002mol,水的質量為0.002molX18g,mo「i=0.036g,

故D正確。

5.隨著中國雙碳決策部署的有序推進，綠電發電規模逐年提升，為適應

未來綠電長時儲能需求，我國企業開始于2022年利用“全帆液流電池”布局

大型儲能基地。電池的充、放電總反應式為VO2++V3++H2OVO3+

V2++2H+,下圖為全帆液流電池工作原理示意圖。下列說法錯誤的是（C）

A.放電時，電極A的電勢比B的高

B.放電時，正極的電極反應式為VO3+e—+2H+===VO2++H2O

C.在220V電壓下，用恒定的1A電流充電1小時，電池中增加的化學

能為7.92X105J

D.充電時，H+由A極室通過質子交換膜向B極室遷移

解析電池的充、放電總反應式為VO2++V3++H2O工2VO3+V2+

+2H+,由題圖可知，放電時A極室VO］轉化為VO2+,得到電子，則A電極

為正極，B極室V2+轉化為V3+,失去電子，則B電極為負極，故充電時A電

極為陽極，B電極為陰極。由以上分析可知，放電時電極A為正極，電極B

為負極，則電極A的電勢比B的高，A正確；根據總反應式可知，放電時正

極的電極反應式為VO3+e-+2H+===VO2++H2O,B正確；充電過程中，電

能不會完全轉化為化學能，則無法計算，C錯誤；充電時電極A為陽極，電極

B為陰極，則H+由A極室通過質子交換膜向B極室遷移，D正確。

6.（2023?湖南長沙聯考二模）某同學利用如圖所示裝置探究金屬的腐蝕與

防護，下列說法不正確的是（B）

/?.I,I\/?.I,I

?\]FeFe\]卜e

浸有飽和食鹽水的濾紙沒有飽和食鹽水的濾紙

A.③區電極電勢Cu高于Fe

B.①區Fe電極和③區Fe電極的電極反應均為Fe-2e~=Fe2+

C.②區Zn電極和④區Cu電極的電極反應均為2H2O+2e===H2f+

2OH"

D.②區Fe電極和④區Fe電極附近滴加K3[Fe（CN）6]M,均會出現藍

色沉淀

解析由題圖可知，①區和③區為原電池，②區和④區構成電解池，①區

中鋅為負極、鐵為正極，③區中鐵為負極、銅為正極，②區中與直流電源正極

相連的鐵為電解池的陽極、鋅為陰極，④區中與直流電源正極相連的鐵為電解

池的陽極、銅為陰極。由分析可知，③區中鐵為負極、銅為正極，則③區電極

電勢正極銅高于負極鐵，故A正確；①區中鐵為正極，氧氣在正極得到電子發

生還原反應生成氫氧根離子，電極反應式為O2+4e+2H2O===4OH",故B

錯誤；②區鋅電極和④區銅電極均為電解池的陰極，電極反應式均為2H20+

2e===H21+2OH,故C正確；②區鐵電極和④區鐵電極均為電解池的陽極,

電極反應式均為Fe-2e===Fe2+,放電生成的亞鐵離子均能與鐵氧化鉀溶液

反應生成藍色沉淀，故D正確。

7.某液流電池工作原理如圖。充電過程中，陽極會發生如下副反應：2Mli3

+2++2+

+2H2O===Mn+MnO21+4H,加入少量Br一可將MnOz還原為Mn,

提高電池的能量密度和穩定性。下列說法正確的是(C)

??

GM石

2+

充

充

墨

n放

電

電

電

電

電

極

產

M極

++

質子交換膜

A.放電時，Cd電極為負極，發生還原反應

B.放電時，Cd2+通過質子交換膜，向石墨電極移動

C.加入少量Br一后，經多次充放電，正極可能會發生3個以上不同的還

原反應

D.加入少量Br一后，充電時，陽極生成M/+和陰極生成Cd的物質的量

之比為2:1

解析放電時，Cd失電子作負極，化合價升高，發生氧化反應，A錯誤;

質子交換膜只允許氫離子通過，Cd?*不能通過質子交換膜，B錯誤；加入溟離

子后經多次充放電，正極可能發生M/+在正極放電、自身歧化的還原反應，

可能發生澳離子還原二氧化鎰的反應，生成的溟單質也可能發生還原反應，C

正確；由得失電子守恒可知，若無其他反應的干擾，充電時二者物質的量之比

為2：1,但是由于澳離子等的干擾，則二者物質的量之比不一定為2：1,D

錯誤。

8.(2023?天津河西一模)目前發展勢頭強勁的綠色環保儲能電池——帆電

池的工作原理如圖所示，放電時電子由B極沿導線向A極移動，電解質溶液

含硫酸。下列說法正確的是(B)

泵泵

A.基態原子帆的價層電子排布式為4s2

B.放電時H+由B極經離子交換膜向A極移動

C.充電時電池V2+被氧化為V3+

D.充電時A極反應為VO3+e'==VO2+

解析由題干信息可知，放電時電子由B極沿導線向A極移動，故B極

為負極，A極為正極，電極反應式為VOl+e-+2H+==VO2++H2O；充電時,

B極為陰極，發生還原反應，V3+轉化為V2+,A極為陽極，電極反應式為VO?

+-+

+H2O-e===VOj+2H,據此作答。V為23號元素，其電子排布式為

[Ar]3d34s2,其價電子排布式為3d34s2,A項錯誤;原電池（放電時）中，離子的

移動方向：帶正電的離子移向正極，帶負電的離子移向負極，所以H+由B極

經離子交換膜移向A極，B項正確；由上述分析可知，C、D項錯誤。

9.（2022?湖南卷）海水電池在海洋能源領域備受關注，一種鋰?海水電池構

造示意圖如下，下列說法錯誤的是（B）

A.海水起電解質溶液作用

B.N極僅發生的電極反應：2H2O+2e===2OH+H2t

C.玻璃陶瓷具有傳導離子和防水的功能

D.該鋰.海水電池屬于一次電池

解析電池分析：

用電器

二

二」正極

負極：Li-二

二港電

e-^=Li+<-

二水極

二

個*電解質

隔膜玻璃陶瓷

海水中含有大量的電解質，A項正確；Li是活潑金屬，作負極，則N極

是正極，正極上海水中溶解的02、CO2等均能放電，B項錯誤；由于Li易與

水反應，故玻璃陶瓷應具有良好的防水功能，同時為形成閉合回路，也應具有

傳導離子的功能，C項正確；該電池屬于一次電池，D項正確。

10.（2023,江蘇南京統考一模）如圖為某微生物燃料電池凈化水的原理。下

列說法正確的是（C）

~|用電器|―

MN

有機物n

微

交u

n生Cr—>Cr(OH)

換3

物

n膜

n

■

co,H?f、Cr。-

A.N極為負極，發生氧化反應

B.電池工作時，N極附近溶液pH減小

C.M極發生的電極反應為?國005）〃-24碇一+7〃%0==6〃（：021+

24〃H+

D.處理0.1molCrzO歹時，有1.4molH卡從交換膜左側向右側遷移

解析由題圖可知，有機物失去電子發生氧化反應生成二氧化碳，則M

為負極；重鋸酸根離子得到電子發生還原反應，則N為正極。由分析可知，M

極為負極，發生氧化反應，N為正極，A錯誤；電池工作時，重輅酸根離子得

到電子發生還原反應生成Cr3+,電極反應為CrzOr+6e-+14H+==2Cr3++

7H2O,N極附近消耗氫離子，溶液pH變大，B錯誤；有機物失去電子發生氧

化反應生成二氧化碳，M極發生的電極反應為(C6H10O5),,—24優一十

7nH2O===6nCO2t+24nH+,C正確；根據得失電子守恒可知，4〃Cr2O彳一?

24碇一?(CGHIOO),?24〃H+,則處理0.1molO2O歹時，有0.6molH卡從交換

膜左側向右側遷移，D錯誤。

11.一種穩定且具有低成本、高效益的堿性混合多硫化物空氣氧化還原液

流電池結構如圖所示。下列說法正確的是(B)

A.膜a為陰離子膜，膜b為陽離子膜

B.充電時的總反應為4OFT+2s/===4S/+O2t+2H2O

C.放電時，左側貯液室中含SM的多硫電解質減少

D.放電時，外電路通過2moi電子，理論上II室及右側貯液器中的NaOH

共減少2mol

解析放電過程中I室發生氧化反應，鈉離子通過膜a交換到II室，膜a

為陽離子膜，膜b為陰離子膜，故A錯誤。充電時，氫氧根離子被氧化得到

氧氣，S-被還原為SR,總反應為4OH~+2SF===4Sr+O21+2H2O,故B

正確。放電時，必一轉化為所以含%一的多硫電解質增加，故C錯誤。放

電時，氧氣和水反應產生氫氧根離子，所以NaOH增加，故D錯誤。

12.一種新型電池既可以實現海水淡化，又可以處理含CH3COCT的廢水,

裝置如圖(模擬海水由NaCl溶液替代)。下列說法正確的是(D)

A.b極為負極，發生氧化反應

B.隔膜I為陽離子交換膜

-+

C.a極電極反應為CH3COO+8e+2H2O===2CO2f+7H

D.理論上除去模擬海水中的NaCl351g,可得L5moicO2

解析由題圖可知，CH3COO一在a極附近轉化成CO2,其中碳元素化合

價升高，發生氧化反應，所以a極為負極，則b極為正極。b極為正極，發生

還原反應，A項錯誤；原電池中，陰離子移向負極，所以C「通過隔膜I進入

左室，隔膜I為陰離子交換膜，B項錯誤；負極附近CH3COO-失電子被氧化

+

生成CO2和H,正確的電極反應式為CH3COO-8e+2H2O===2CO21+

7H+,C項錯誤；當電路中轉移1mol電子時，根據電荷守恒可知，海水中有

1molC「移向負極，同時有lmolNa+移向正極，即除去ImolNaCL根據負

極反應式可知，每消耗1molCH3COCT時轉移8moi電子，生成2moi二氧化

碳，理論上除去模擬海水中的NaCl351g,即〃（NaCl）=需舒=毫扁

=6mol,轉移6moi電子，可得小X2mol=l.5molCCh,D項正確。

13.（2023?四川巴中一模）鋰離子電池應用廣泛，某課題組使用納米Si-C

復合顆粒直接與鋰接觸，形成LhSi,將鋰鹽溶于三乙二醇二甲醛作為電解液,

與Oi/C電極匹配組成如圖所示原電池c該電池的總反應為xO2+

2LLSi鬟￡xLi2O2+2Si,下列說法錯誤的是（B）

A.該電池放電時，a為負極

B.放電時，當負極質量減少14g時，電解液中轉移1molLi+

C.充電和放電過程，電解液中Li+濃度都不會改變

D.電池充電時，陽極的電極反應為Li2O2—2b===O2t+2Li+

解析該電池放電時Li￡i在負極失電子，電極反應為LixSi—疑一===xLi

++Si,正極反應為O2+2e-+2Li+==Li2（）2,充電時LizCh在陽極失電子，電

++

極反應為LizOz—2e===2Li+O2t,陰極反應為Si+xe-+xLi===LLSio該

電池放電時，陽離子向正極移動，Li+向b電極移動，則b為正極，a為負極,

A正確；放電時LixSi在負極失電子，電極反應為LixSi-xe-===xLi++Si,負

極質量減少14g時，電解液中轉移2moiLi+,B錯誤；充電和放電過程中，

Li+從一個電極轉移到另一個電極，電解液中Li+的濃度不變，C正確；電池充

電時Li2()2在陽極失電子，電極反應為Li2(h—2e-===2Li++O2t,D正確。

14.(2023?廣東深圳一模)一種可充電鋅一空氣電池放電時的工作原理如圖

所示。已知：I室溶液中，鋅主要以[Zn(H2O)6p+的形式存在，并存在

2+++

[Zn(H2O)6][Zn(H2O)5(OH)]+Ho下列說法正確的是(B)

陰

陽

離

離

子

子

交

Zn交Pt/C

換

電極換電極

膜

ZnCl,和NaCl膜

混介溶液NaCl溶液NaCl溶液

【室I【室in室

A.放電時，I室溶液pH增大

B.放電時，該裝置n室可實現海水淡化

C.充電時，Zn電極反應為Zn+6H2O—2e===[Zn(H2O)6]2+

D.充電時，每生成1molCh,III室溶液質量理論上減少32g

解析原電池中通入02的一極是正極，則Pt/C電極是正極，電極反應式

為O2+4e-+2H2O===4OH—,Zn電極為負極，已知I室溶液中，鋅主要以

2+

[Zn(H2O)6p+的形式存在，電極反應式為Zn+6H2O-2e-===[Zn(H2O)6],

以此解答。由分析可知，Zn電極為負極，電極反應式為Zn+6H2O-2e-

222+

===[Zn(H2O)6]+,[Zn(H2O)6]+濃度增大，平衡[Zn(H2O)6]

[Zn(H2O)5(OH)]++H+正向移動，H+