《直通名校》特色题型专项练二、模型构建应变新型化学电源（教师版）-高考化学大二轮专题复习

二、模型构建应变新型化学电源
1.甲酸燃料电池装置如图所示。下列说法错误的是（　　）
A.物质A是H2SO4
B.半透膜是阳离子交换膜
C.a极电极反应式为HCOO－＋2e－＋2H＋HC＋H2O
D.Fe3＋可以看作是该反应的催化剂，可以循环利用
解析：C　由题图可知，a电极上HCOO－被氧化为HC，a电极作负极，则b电极作正极，发生还原反应。铁的两种离子存在环境为酸性，且生成物为K2SO4，故物质A为H2SO4，A正确；装置中K＋由负极流向正极，则半透膜是阳离子交换膜，B正确；a电极上HCOO－被氧化为HC，其电极反应式为HCOO－－2e－＋2OH－HC＋H2O，C错误；Fe3＋先被还原为Fe2＋，Fe2＋又被O2氧化生成Fe3＋，Fe3＋可以循环使用，可看作是该反应的催化剂，D正确。
2.如图是一种能将有机物通过电化学转化为电能的微生物燃料电池，可以大大提高能量转化效率，以下说法不正确的是（　　）
A.理论上，每消耗1 mol O2，就有4 mol H＋通过质子交换膜
B.两种微生物的存在保证了S元素循环的作用
C.负极电极反应式为HS－＋4H2O－8e－9H＋＋S
D.升高温度，可以有效提高该电池的放电效率
解析：D　由H＋的移动方向可知，a极是负极，HS－在硫氧化菌作用下转化为S，发生氧化反应，电极反应式为HS－＋4H2O－8e－9H＋＋S；b极是正极，氧气发生还原反应，电极反应式为O2＋4e－＋4H＋2H2O。正极的电极反应式为O2＋4e－＋4H＋2H2O，1 mol O2参加反应时，有4 mol电子转移，故有4 mol H＋通过质子交换膜，A正确；硫氧化菌将HS－氧化为S，硫酸盐还原菌将S还原为HS－，恰好完成了S元素的循环，B正确；a电极为负极，负极反应式为HS－＋4H2O－8e－9H＋＋S，C正确；升高温度会把微生物杀死，导致该电池失活，D不正确。
3.科学家开发了一种可植入体内的燃料电池，血糖（葡萄糖）过高时会激活电池，产生电能进而刺激人造胰岛细胞分泌胰岛素，降低血糖水平。电池工作时的原理如图所示（G-CHO代表葡萄糖）。
下列说法不正确的是（　　）
A.该燃料电池是否工作与血糖的高低有关，血糖正常时电池不工作
B.工作时，电极Ⅰ附近pH下降
C.工作时，电子流向：电极Ⅱ→传感器→电极Ⅰ
D.工作时，电极Ⅱ电极反应式为G-CHO＋H2O－2e－G-COOH＋2H＋
解析：B　燃料电池通入氧化剂的电极Ⅰ为正极，氧气发生还原反应生成水，电极Ⅱ为负极，G-CHO被氧化为G-COOH，电极反应式：G-CHO＋H2O－2e－G-COOH＋2H＋。根据题干信息，血糖（葡萄糖）过高时会激活电池，产生电能进而刺激人造胰岛细胞分泌胰岛素，降低血糖水平，说明该燃料电池是否工作与血糖的高低有关，血糖正常时电池不工作，A正确；工作时，电极Ⅰ为正极，电极反应式：O2＋4e－＋4H＋2H2O，生成H2O导致电极Ⅰ附近pH升高，B错误；电池中电子从负极流入正极，故外电路中电子流向：电极Ⅱ→传感器→电极Ⅰ，C正确；工作时，电极Ⅱ电极反应式为G-CHO＋H2O－2e－G-COOH＋2H＋，D正确。
4.一种基于固体电解质NASICON的可充电熔融钠电池具有安全、电流密度高、使用条件宽泛等优点，其工作原理如图所示。已知电池放电时d区不断有NaI生成。下列说法错误的是（　　）
A.放电时a电极为负极
B.转移1 mol e－时，c区和d区的质量差改变23 g
C.固体电解质只允许阳离子通过
D.充电时阳极反应式：3I－－2e－
解析：B　根据电池放电时d区不断有NaI生成，知b电极的电极反应式为＋2e－3I－，同时Na＋通过固体电解质进入d区，则b电极为正极，a电极为负极，A项正确；放电时a电极的电极反应式为Na－e－Na＋，转移1 mol电子时，c区有1 mol Na＋进入d区，c区质量减少23 g，d区质量增加23 g，质量差改变46 g，B项错误；该固体电解质只允许Na＋通过，C项正确；根据放电时正极反应为＋2e－3I－，知充电时阳极反应为3I－－2e－，D项正确。
5.南开大学陈军团队成功研发出一种以两性羟基乙酸铝[AlAc（OH）2（H2O）3]为电解质的二次电池。两性羟基乙酸铝具有H＋和OH－双极电离能力，该电池充电时的原理如图所示，下列说法错误的是（　　）
A.放电时，N极发生还原反应
B.放电时，负极的电极反应式为H2AQ－2e－AQ＋2H＋
C.充电时，电极M连接电源负极
D.充电时，当两性羟基乙酸铝电离出2 mol H＋时，阳极板质量增加2 g
解析：D　由题图可知，充电时，与直流电源负极相连的电极M为阴极，电极M上AQ在阴极发生还原反应生成H2AQ，电极M为阴极，电极N为阳极，碱性条件下氢氧化镍在阳极发生氧化反应生成碱式氧化镍和水，则放电时，电极M为电池的负极，H2AQ在负极失去电子发生氧化反应生成AQ和氢离子，电极N为正极，碱式氧化镍在正极得到电子发生还原反应生成氢氧化镍和氢氧根离子。放电时，电极N为正极，NiO（OH）在正极发生还原反应生成Ni（OH）2和OH－，A正确；放电时，电极M为原电池的负极，H2AQ在负极发生氧化反应生成AQ和氢离子，电极反应式为H2AQ－2e－AQ＋2H＋，B正确；充电时，电极M连接电源负极，C正确；充电时，电极N为阳极，碱性条件下氢氧化镍在阳极失去电子发生氧化反应生成碱式氧化镍和水，电极反应式为Ni（OH）2－e－＋OH－NiO（OH）＋H2O，则当两性羟基乙酸铝电离出2 mol氢离子时，阳极板质量减少2 g，D错误。
6.2023年我国首个兆瓦级铁铬液流电池储能项目在内蒙古成功运行。电池利用溶解在盐酸中的铁、铬离子价态差异进行充、放电，工作原理如图所示。下列有关叙述正确的是（　　）
A.接输电网时，电极a为负极
B.阳极在充电过程中可能会产生H2
C.充电时，阳极的电极反应为Cr2＋－e－Cr3＋
D.放电时，每1 mol Cr2＋被氧化，电池中有1 mol Cl－通过交换膜向b极转移
解析：D　由题图可知，充电时，左侧Fe2＋发生氧化反应生成Fe3＋，电极a为阳极，右侧Cr3＋发生还原反应生成Cr2＋，电极b为阴极。接输电网时，该装置为电源，电极a为正极，电极b为负极，A错误；阴极在充电过程中，H＋可能发生还原反应生成H2，B错误；充电时，阳极的电极反应为Fe2＋－e－Fe3＋，C错误；放电时，负极上每1 mol Cr2＋被氧化生成1 mol Cr3＋，转移1 mol电子，则电池中有1 mol Cl－通过阴离子交换膜向b（负）极转移，D正确。
7.我国科学家设计一种以ZnI2水溶液作为锌离子电池介质的Zn-BiOI电池，通过Bi/Bi3＋与I－/转化反应之间的协同作用实现优异的电化学性能，原理如图所示。碘离子作为氧化还原媒介体，可以加快动力学转化过程，促进更快的电荷转移。下列说法错误的是（　　）
A.充电时，主要发生的电池反应为2Bi＋2Bi2O3＋3ZnI26BiOI＋3Zn
B.放电时，部分I－在Zn电极转化为I
C.充电时，每生成1 mol BiOI，转移3 mol电子
D.电池工作时，I－与之间转化反应能够提供额外的电化学容量
解析：C　该电池为二次电池，放电时锌作负极，BiOI作正极，放电时电池的总反应为6BiOI＋3Zn2Bi＋2Bi2O3＋3ZnI2，充电时电池的总反应为2Bi＋2Bi2O3＋3ZnI26BiOI＋3Zn，A正确；放电时，部分I－在Zn电极失去电子转化为I，B正确；由总反应可知，每生成6 mol BiOI时有2 mol Bi参与反应，转移6 mol电子，即生成1 mol BiOI，转移1 mol e－，C错误；由B项分析可知，电池工作时，I－与I之间转化反应能够提供额外的电化学容量，D正确。
8.LiPON薄膜锂离子电池是目前研究最广泛的全固态薄膜锂离子电池。如图为其工作示意图，LiPON薄膜只允许Li＋通过，电池反应为LixSi＋Li1－xCoO2Si＋LiCoO2。下列有关说法正确的是（　　）
A.导电介质c为含Li＋的盐溶液
B.放电时，当电路通过0.3 mol电子时，b极薄膜质量增加2.1 g
C.充电时，阳极发生反应为xLi＋＋xe－＋SiLixSi
D.LiPON薄膜在充、放电过程中参与了电极反应，质量发生变化
解析：B　由电池总反应LixSi＋Li1－xCoO2Si＋LiCoO2知，电极a为非晶硅薄膜，充电时Li＋被还原成为Li嵌入该薄膜材料中，则a极为阴极，电极反应式为xLi＋＋xe－＋SiLixSi，b极为阳极，电极反应式为LiCoO2－xe－Li1－xCoO2＋xLi＋，放电时a极为负极，电极反应式为LixSi－xe－Si＋xLi＋，b极为正极，电极反应式为Li1－xCoO2＋xLi＋＋xe－LiCoO2。锂为活泼金属，会和溶液中水反应，故导电介质c不能用含Li＋的盐溶液，A错误；放电时，b极为正极，电极反应式为Li1－xCoO2＋xLi＋＋xe－LiCoO2，当电路通过0.3 mol电子时，b极薄膜质量增加0.3 mol×7 g·mol－1＝2.1 g，B正确；充电时，b极为阳极，电极反应式为LiCoO2－xe－Li1－xCoO2＋xLi＋，C错误；LiPON薄膜在充、放电过程中仅仅起到盐桥的作用，并未参与电极反应，故其质量不发生变化，D错误。
9.全固态锂金属电池具有更高比能和更高安全性。我国科研团队设计了基于LLZ-TO@Ag复合层负极改性的硫化物全固态锂电池，结构如图，放电时电池反应：Li1－aNixCoyMnzO2＋aLiLiNixCoyMnzO2。下列说法不正确的是（　　）
A.充电时，电流流向为电源→b极→固态电解质→a极
B.放电时，Li＋流向为a极→复合层→固态电解质→b极
C.充电时，b极的电极反应为LiNixCoyMnzO2－ae－Li1－aNixCoyMnzO2＋aLi＋
D.放电前两电极质量相等，放电过程中，当两电极质量差值为1.4 g时，电路中转移0.2 mol e－
解析：D　放电时，a极为负极，电极反应为Li－e－Li＋，b极为正极，电极反应为Li1－aNixCoyMnzO2＋aLi＋＋ae－LiNixCoyMnzO2，充电时，a极为阴极，b极为阳极。充电时，电流流向为电源→阳极→固态电解质→阴极，A正确；放电时阳离子经电解质流向正极b，B正确；充电时b极为阳极，电极反应为LiNixCoyMnzO2－ae－Li1－aNixCoyMnzO2＋aLi＋，C正确；放电时a极为负极，电极反应为Li－e－Li＋，b极为正极，电极反应为Li1－aNixCoyMnzO2＋aLi＋＋ae－LiNixCoyMnzO2，当两电极质量差值为1.4 g时，即负极质量减小0.7 g，正极质量增加0.7 g，电路中转移0.1 mol电子，D错误。
10.我国科学家研制出一种可充电Na-Zn双离子电池体系，其工作原理如图所示。下列说法错误的是（　　）
A.充电时，阴极区溶液的pH增大
B.放电时，每转移0.2 mol电子，负极区电解质溶液质量增加1.9 g
C.放电时，正极反应式为Na0.6－xMnO2＋xe－＋xNa＋Na0.6MnO2
D.充电时，若a极质量减少6.5 g，则有0.2 mol Na＋通过阳离子交换膜
解析：D　由题图知，放电时，Zn作负极，电极反应式为Zn－2e－＋4OH－[Zn（OH）4]2－，b极为正极，电极反应式为Na0.6－xMnO2＋xe－＋xNa＋Na0.6MnO2，充电时，Zn作阴极，电极反应式为[Zn（OH）4]2－＋2e－Zn＋4OH－，b极为阳极。充电时，Zn作阴极，电极反应式为[Zn（OH）4]2－＋2e－Zn＋4OH－，生成OH－，阴极区溶液的pH增大，A正确；放电时，Zn作负极，电极反应式为Zn－2e－＋4OH－[Zn（OH）4]2－，每转移0.2 mol电子，负极区电解质溶液质量增加×65 g·mol－1＝6.5 g，同时有0.2 mol Na＋迁移到右侧，质量减小0.2 mol×23 g·mol－1＝4.6 g，故负极区电解质溶液质量实际增加6.5 g－4.6 g＝1.9 g，B正确；放电时，Zn作负极，b极为正极，电极反应式为Na0.6－xMnO2＋xe－＋xNa＋Na0.6MnO2，C正确；充电时，Zn作阴极，电极反应式为[Zn（OH）4]2－＋2e－Zn＋4OH－，a极质量增加6.5 g，则有0.2 mol Na＋通过阳离子交换膜，D错误。
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