第37练　新型化学电源分类突破 同步练习（含答案）-2025年高考化学一轮复习

1．(2019·全国卷Ⅲ，13)为提升电池循环效率和稳定性，科学家近期利用三维多孔海绵状Zn(3D－Zn)可以高效沉积ZnO的特点，设计了采用强碱性电解质的3D－Zn－NiOOH二次电池，结构如图所示。电池反应为Zn(s)＋2NiOOH(s)＋H2O(l)ZnO(s)＋2Ni(OH)2(s)。
下列说法错误的是(　　)
A．三维多孔海绵状Zn具有较高的表面积，所沉积的ZnO分散度高
B．充电时阳极反应为Ni(OH)2(s)＋OH－(aq)－e－===NiOOH(s)＋H2O(l)
C．放电时负极反应为Zn(s)＋2OH－(aq)－2e－===ZnO(s)＋H2O(l)
D．放电过程中OH－通过隔膜从负极区移向正极区
2．(2023·南通模拟)一种可用于吸收CO2的电池，其工作时的原理如图所示。下列说法正确的是(　　)
A．电极a上发生的电极反应为H2－2e－===2H＋
B．Ⅰ室出口处溶液的pH大于入口处
C．如果将Ⅰ室、Ⅱ室间改为阳离子交换膜，则电池工作时Ⅰ室可能有CaCO3沉淀生成
D．该装置可以制取CaCl2和NaHCO3
3．(2023·扬州中学模拟)一种新型AC/LiMn2O4电池体系，在快速启动、电动车等领域具有广阔应用前景。其采用尖晶石结构的LiMn2O4作正极(可由Li2CO3和MnO2按物质的量比1∶2反应合成)，高比表面积活性炭AC(石墨颗粒组成)作负极。充电、放电的过程如图所示：
下列说法正确的是(　　)
A．合成LiMn2O4的过程中可能有H2产生
B．放电时正极的电极反应式为LiMn2O4＋xe－===Li(1－x)Mn2O4＋xLi＋
C．充电时AC极应与电源负极相连
D．可以用Li2SO4水溶液做电解液
4．(2020·全国卷Ⅲ，12)一种高性能的碱性硼化钒(VB2)—空气电池如图所示，其中在VB2电极发生反应：VB2＋16OH－－11e－===VO＋2B(OH)＋4H2O。
该电池工作时，下列说法错误的是(　　)
A．负载通过0.04 mol电子时，有0.224 L(标准状况)O2参与反应
B．正极区溶液的pH降低、负极区溶液的pH升高
C．电池总反应为4VB2＋11O2＋20OH－＋6H2O===8B(OH)＋4VO
D．电流由复合碳电极经负载、VB2电极、KOH溶液回到复合碳电极
5．以金属镍分别浸泡在不同浓度的Ni(NO3)2溶液的浓差电池，盐桥中电解质为KNO3，其工作示意图如图所示。
下列说法错误的是(　　)
A．电极的电势：a极B．b极的电极反应式为Ni2＋＋2e－===Ni
C．Ni2＋从右池经盐桥流向左池导致两池最终c(Ni2＋)相等
D．当电路中转移0.2 mol电子时，负极区溶液质量增加Δm＞5.9 g
6．(2022·全国乙卷，12)Li-O2电池比能量高，在汽车、航天等领域具有良好的应用前景。近年来，科学家研究了一种光照充电Li-O2电池(如图所示)。光照时，光催化电极产生电子(e－)和空穴(h＋)，驱动阴极反应(Li＋＋e－===Li)和阳极反应(Li2O2＋2h＋===2Li＋＋O2)对电池进行充电。下列叙述错误的是(　　)
A．充电时，电池的总反应为Li2O2===2Li＋O2
B．充电效率与光照产生的电子和空穴量有关
C．放电时，Li＋从正极穿过离子交换膜向负极迁移
D．放电时，正极发生反应：O2＋2Li＋＋2e－===Li2O2
7．如图是利用微生物将废水中的乙二胺[H2N(CH2)2NH2]氧化为环境友好物质而制作的化学电源，可给二次电池充电。下列说法正确的是(　　)
A．M极电极反应式：H2N(CH2)2NH2＋4H2O－16e－===2CO2＋N2＋16H＋
B．充电时二次电池的正极应与M极相连
C．H＋通过质子交换膜由N极向M极移动
D．若N极消耗了标准状况下2.24 L O2，则有0.4 mol电子从N极流向M极
8．(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
9.如图是常温钠离子全固态浓差电池工作示意图。正极材料为层状含钠过渡金属氧化物，负极为钠锡合金(Na15Sn4)。下列说法合理的是(　　)
A．该电池工作时不发生氧化还原反应
B．放电时，负极的反应为Na15Sn4－15e－===15Na＋＋4Sn
C．充电时，Na＋会被吸附进入过渡金属氧化物层
D．充电时，b极接电源的正极，a极接电源的负极
10．一种钾离子电池的电池反应为K0.5MnO2＋8xCK0.5－xMnO2＋xKC8，其装置如图所示。下列说法正确的是(　　)
A．充电时，化学能转变为电能
B．放电时，K＋向负极区迁移
C．放电时，负极的电极反应为Al－3e－===Al3＋
D．充电时，阳极的电极反应为K0.5MnO2－xe－===K0.5－xMnO2＋xK＋
11．复旦大学的王永刚教授研究团队在柔性电池研究方面取得了新突破，发展了一种基于有机物电极材料的柔性水系锌电池。充、放电过程中实现了芘四酮(PTO)与PTO-Zn的相互转化，原理如图所示。下列说法不正确的是(　　)
A．放电时，Zn电极发生氧化反应
B．放电时，Y电极反应可表示为PTO＋Zn2＋＋2e－===PTO-Zn
C．充电时，Zn2＋向Y电极移动
D．充电时，X电极与电源的负极相连
12．(2024·徐州模拟)锌溴液流电池用溴化锌溶液作电解质溶液，并在电池间不断循环。下列有关说法正确的是(　　)
A．充电时n接电源的负极，Zn2＋通过阳离子交换膜由左侧流向右侧
B．放电时每转移1 mol电子，负极区溶液质量减少65 g
C．充电时阴极的电极反应式为Br2＋2e－===2Br－
D．若将阳离子交换膜换成阴离子交换膜，放电时正、负极也随之改变
13．双阴极微生物燃料电池处理含NH的废水的工作原理如图(a)所示，双阴极通过的电流相等，废水在电池中的运行模式如图(b)所示。
(1)Y离子交换膜为________(填“阳”或“阴”)离子交换膜。
(2)Ⅲ室中除了O2→H2O，主要发生的反应还有__________________________________(用离子方程式表示)。
(3)生成3.5 g N2，理论上需要消耗________ g O2。
14．减弱温室效应的方法之一是将CO2回收利用。科学家利用如图所示装置可以将CO2转化为气体燃料CO(电解质溶液为稀硫酸)，该装置工作时，导线中通过2 mol电子后，假定溶液体积不变，M极电解质溶液的pH________(填“增大”“减小”或“不变”)，N极电解质溶液变化的质量Δm＝________ g。
第37练　新型化学电源分类突破
1．D　[该电池采用的三维多孔海绵状Zn具有较大的表面积，可以高效沉积ZnO，且所沉积的ZnO分散度高，A正确；根据题干中总反应可知该电池充电时，Ni(OH)2在阳极发生氧化反应生成NiOOH，其电极反应式为Ni(OH)2(s)＋OH－(aq)－e－===NiOOH(s)＋H2O(l)，B正确；放电时Zn在负极发生氧化反应生成ZnO，电极反应式为Zn(s)＋2OH－(aq)－2e－===ZnO(s)＋H2O(l)，C正确；电池放电过程中，OH－等阴离子通过隔膜从正极区移向负极区，D错误。]
2．D　[由图可知a极为负极，氢气在电极a上失电子，结合Ⅰ室中的氢氧根离子生成水，电极反应为H2－2e－＋2OH－===2H2O，A错误；Ⅰ室中氢氧根离子逐渐被消耗，溶液pH逐渐减小，则出口处pH小于入口处，故B错误；如果将Ⅰ室、Ⅱ室间改为阳离子交换膜，则Ⅰ室中的钙离子通过交换膜向Ⅱ室移动，在Ⅱ室中结合CO可能生成CaCO3沉淀，故C错误；该装置Ⅰ室中有钙离子、从Ⅱ室迁移来的氯离子，故Ⅰ室可以制取氯化钙；Ⅱ室中含钠离子和反应生成的碳酸氢根离子，可得到碳酸氢钠，故D正确。]
3．C　[Li2CO3和MnO2按物质的量比1∶2反应合成LiMn2O4，Mn元素化合价降低，根据得失电子守恒，氧元素化合价升高，可能有O2产生，故A错误；放电时，锂离子向正极移动，正极的Li(1－x)Mn2O4得到电子发生还原反应，电极反应式为Li(1－x)Mn2O4＋xLi＋＋xe－===LiMn2O4，故B错误；放电时AC作负极，则充电时AC极应与电源负极相连，故C正确；锂会和水反应，该电池体系应该采用有机溶剂，故D错误。]
4．B　[根据VB2电极发生的反应VB2＋16OH－－11e－===VO＋2B(OH)＋4H2O，判断得出VB2电极为负极，复合碳电极为正极，电极反应式为O2＋4e－＋2H2O===4OH－，所以电池总反应为4VB2＋11O2＋20OH－＋6H2O===8B(OH)＋4VO，C正确；负载通过0.04 mol电子时，有0.01 mol氧气参与反应，即标准状况下有0.224 L氧气参与反应，A正确；负极区消耗OH－，溶液的pH降低，正极区生成OH－，溶液的pH升高，B错误。]
5．C　[a极为负极，b极为正极，电极的电势：a极6．C　[充电时为电解池，由题目信息知，光照时，光催化电极产生电子和空穴，驱动阴极反应(Li＋＋e－===Li)和阳极反应(Li2O2＋2h＋===2Li＋＋O2)，则充电时，电池的总反应为Li2O2===2Li＋O2，因此，充电效率与光照产生的电子和空穴量有关，A、B正确；放电时，金属Li电极为负极，光催化电极为正极，Li＋从负极穿过离子交换膜向正极迁移，C错误；放电时，电池总反应为2Li＋O2===Li2O2，则正极反应为O2＋2Li＋＋2e－===Li2O2，D正确。]
7．A　[由题图知，M极为负极，N极为正极，H2N(CH2)2NH2 在负极上失电子发生氧化反应，电极反应式为H2N(CH2)2NH2＋4H2O－16e－===2CO2＋N2＋16H＋，A正确；充电时二次电池的正极应与外接电源的正极相连，即与N极相连，B错误；H＋通过质子交换膜由M极移向N极，C错误；当N电极消耗标况下2.24 L O2时，则转移× 4＝0.4 mol电子，所以有0.4 mol电子从M极流向N极，D错误。]
8．A　[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；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；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；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。]
9．B　[该电池放电时，是原电池工作原理，充电时，是电解池工作原理，无论是放电还是充电均发生了氧化还原反应，故A错误；放电时，负极上钠锡合金(Na15Sn4)失电子发生氧化反应生成钠离子和锡，故B正确；充电时，是电解池工作原理，Na＋会向阴极移动，会脱离过渡金属氧化物层，故C错误；充电时，b极接电源的负极，a极接电源的正极，故D错误。]
10．D　[充电时，应是电能转化为化学能，A项错误；放电时，K＋应向正极区迁移，B项错误；由已知得，放电时，负极失去电子，故负极的电极反应为xKC8－xe－===8xC＋xK＋，C项错误。]
11．C　[Zn是活泼金属，放电时，Zn为原电池的负极，发生氧化反应，A项正确；放电时，Y电极是正极，发生还原反应，电极反应为PTO＋Zn2＋＋2e－===PTO-Zn，B项正确；充电时，该装置为电解池，X电极与外加电源的负极相连，则Zn2＋向X电极移动，C项错误，D项正确。]
12．A　[充电时n接电源的负极，作电解池的阴极，Zn2＋通过阳离子交换膜向阴极定向迁移，故由左侧流向右侧，A正确；放电时，负极Zn溶解生成Zn2＋，Zn2＋通过阳离子交换膜向正极定向迁移，故负极区溶液质量不变，B错误；充电时阴极的电极反应式为Zn2＋＋2e－===Zn，C错误；若将阳离子交换膜换成阴离子交换膜，放电时正、负极不会改变，D错误。]
13．(1)阳　(2)NH＋2O2===NO＋H2O＋2H＋　(3)26
14．不变　18
解析　由题图可知，电子由M极流向N极，说明M极为负极，电极反应式为2H2O－4e－===O2＋4H＋；N极为正极，电极反应式为CO2＋2H＋＋2e－===CO＋H2O。导线中通过2 mol电子后，则负极产生2 mol H＋，此时有2 mol H＋通过质子交换膜移向N极，即M极电解质溶液中H＋的量不变，电解质溶液的pH不变；由正极的电极反应式可知，每转移2 mol电子，N极电解质溶液中增加1 mol H2O，则Δm＝18 g。