1、专项提能特训专项提能特训 10新型电源工作原理新型电源工作原理 1 (2020安徽省皖南八校高三模拟)微生物燃料电池能将污水中的乙二胺(H2NCH2CH2NH2)氧化成环境 友好的物质，示意图如图所示，a、b 均为石墨电极。下列说法错误的是() Aa 电极的电极反应为 H2NCH2CH2NH216e 4H2O=2CO2N216H B电池工作时质子通过交换膜由负极区向正极区移动 Ca 电极上的电势比 b 电极上的电势高 D电池工作时 b 电极附近溶液的 pH 保持不变 答案CD 解析H2N(CH2)2NH2在负极 a 上失电子发生氧化反应，生成氮气、二氧化碳和 H ，电极反应式为 H2NCH2C
2、H2NH216e 4H2O=2CO2N216H，A 选项正确；原电池中，阳离子向正极移动，阴 离子向负极移动，因此，电池工作时质子(H )通过质子交换膜由负极区向正极区移动，B 选项正确；a 电 极为负极，b 电极为正极，故 a 电极上的电势比 b 电极上的电势低，C 选项错误；电池工作时，氧气在正 极 b 上得电子发生还原反应，电极反应式为 O24e 4H=2H2O，H浓度减小，故 b 电极附近溶液的 pH 增大，D 选项错误。 2全钒液流储能电池一次性充电后，续航能力可达 1 000 km，而充电时间只需 35 min，被誉为“完 美电池”，其原理如图所示(已知 V2 呈紫色，V3呈绿色)
3、。电池放电时，左槽溶液质量增加。下列说法正 确的是() A充电时的阴极反应为 VO 22H e=VO2H2O B放电时的正极反应为 V3 e=V2 C放电过程中，右槽溶液由紫色变为绿色 D若负载为用石墨电极电解食盐水的装置，生成 4 g NaOH 时该电池中消耗 0.1 mol H 答案C 解析A 项，充电时阴极反应式为 V3 e=V2，错误；B 项，放电时左槽溶液质量增加，可推知 H 移向左槽，则正极反应式为 VO 2e 2H=VO2H2O，错误；C 项，放电过程中右槽 V2转变为 V3 ，故溶液颜色由紫色变为绿色，正确；D 项，电解食盐水生成 4 g NaOH 时，电路中转移 0.1 mo
4、l e， 由 VO 2e 2H=VO2H2O 可知消耗 0.2 mol H，错误。 3某柔性屏手机的柔性电池以碳纳米管作电极材料，以吸收 ZnSO4溶液的有机高聚物作固态电解质， 其电池总反应为 MnO21 2Zn(1 x 6)H 2O1 6ZnSO 4 放电 充电 MnOOH1 6ZnSO 4Zn(OH)23xH2O 其电池结构如图 1 所示，图 2 是有机高聚物的结构片段。 下列说法中，不正确的是() A碳纳米管具有导电性，可用作电极材料 B放电时，电池的正极反应式为 MnO2e H=MnOOH C充电时，Zn2 移向锌膜 D合成有机高聚物的单体是 答案B 解析A 项，该电池以碳纳米管作电
5、极材料，可知碳纳米管具有导电性，正确；B 项，原电池正极发 生还原反应， 根据放电时的总反应式， 放电时 MnO2得电子发生还原反应， 所以电池的正极反应式为 MnO2 e H2O=MnOOHOH，错误；C 项，充电时该装置为电解池，阳离子移向阴极，充电时锌膜充当 阴极，所以 Zn2 移向锌膜，正确；D 项，根据高聚物的结构单元，该高聚物为加聚产物，合成有机高聚物 的单体是，正确。 4全固态锂硫电池能量密度高、成本低，其工作原理如图所示，其中电极 a 常用掺有石墨烯的 S8材 料，电池反应为 16LixS8=8Li2Sx(2x8)。下列说法错误的是() A电池工作时，正极可发生反应：2Li2S
6、62Li 2e=3Li2S4 B电池工作时，外电路中流过 0.02 mol 电子，负极材料减重 0.14 g C石墨烯的作用主要是提高电极 a 的导电性 D电池充电时间越长，电池中 Li2S2的量越多 答案D 解析A 项，原电池电解质中阳离子移向正极，根据全固态锂硫电池工作原理图示中 Li 移动方向可 知，电极 a 为正极，正极发生还原反应，由总反应可知正极依次发生 S8Li2S8Li2S6Li2S4Li2S2的还 原反应，正确；B 项，电池工作时负极电极反应式为 Lie =Li，当外电路中流过 0.02 mol 电子时，负 极消耗的 Li 的物质的量为 0.02 mol，其质量为 0.14
7、g，正确；C 项，石墨烯具有良好的导电性，故可以提 高电极 a 的导电能力， 正确； D 项， 电池充电时为电解池， 此时电解总反应为 8Li2Sx= 电解 16LixS8(2x8)， 故 Li2S2的量会越来越少直至充满电，错误。 5(2019天津，6)我国科学家研制了一种新型的高比能量锌碘溴液流电池，其工作原理示意图如图。 图中贮液器可储存电解质溶液，提高电池的容量。下列叙述不正确的是() A放电时，a 电极反应为 I2Br 2e=2IBr B放电时，溶液中离子的数目增大 C充电时，b 电极每增重 0.65 g，溶液中有 0.02 mol I 被氧化 D充电时，a 电极接外电源负极 答案D
8、 解析根据电池的工作原理示意图可知，放电时 a 电极上 I2Br 转化为 Br和 I，电极反应为 I2Br 2e =2IBr，A 项正确；放电时正极区 I2Br转化为 Br和 I，负极区 Zn 转化为 Zn2，溶液中离子的 数目增大，B 项正确；充电时 b 电极发生反应 Zn2 2e=Zn，b 电极增重 0.65 g 时，转移 0.02 mol e， a 电极发生反应 2I Br2e=I2Br，根据各电极上转移电子数相同，则有 0.02 mol I被氧化，C 项正 确；放电时 a 电极为正极，充电时，a 电极为阳极，接外电源正极，D 项错误。 6(2020苏州联考)科学家设计出质子膜 H2S
9、燃料电池，实现了利用 H2S 废气资源回收能量并得到单 质硫。质子膜 H2S 燃料电池的结构示意图如下图所示。下列说法错误的是() A电极 a 为电池的正极 B电极 b 上发生的电极反应：O24H 4e=2H2O C电路中每通过 4 mol 电子，在正极消耗 44.8 L H2S D每 17 g H2S 参与反应，有 1 mol H 经质子膜进入正极区 答案AC 解析根据题目可知，该电池为燃料电池，根据燃料电池的特点，通氧气的一极为正极，故电极 b 为 正极，电极 a 为负极，A 项错误；电极 b 为正极，氧气得电子生成水，B 项正确；从装置图可以看出，电 池总反应为 2H2SO2=S22H2
10、O，电路中每通过 4 mol 电子，正极应该消耗 1 mol O2，负极应该有 2 mol H2S 反应， 但是题目中没有给出气体所处的状况， 所以不一定是 44.8 L， 故 C 错误； 17 g H2S 即 0.5 mol H2S， 每 0.5 mol H2S 参与反应会消耗 0.25 mol O2，根据正极反应式 O24H 4e=2H2O，可知有 1 mol H经质子膜进入正极区，故 D 正 确。 7某污水处理厂利用微生物电池将镀铬废水中的 Cr2O 2 7催化还原，其工作原理如下图所示。下列说 法不正确的是() A电池工作过程中电子由 a 极流向 b 极 Bb 极反应式：Cr2O2 7
11、6e 14H=2Cr37H2O C电池工作过程中 a 极区附近溶液的 pH 增大 D每处理 1 mol Cr2O2 7，可生成 33.6 L(标况下)CO2 答案C 解析由图分析知 a 极 CH3COOH 转化为 CO2和 H ，发生氧化反应，为负极，b 极 Cr2O2 7和 H 转化 为 Cr3 ，发生还原反应，为正极。A 项，电子由负极流向正极，正确；B 项，b 极反应式为 Cr2O2 76e 14H =2Cr37H2O， 正确； C 项， 由 a 极反应式知生成 H，故 c(H)增大，pH 减小，错误；D 项，1 mol Cr2O 2 7转化为 Cr3 得 6 mol e，CH3COOH
12、 转化为 CO2每生成 1 mol CO2失 4 mol e， 故每处理 1 mol Cr2O2 7 生成 CO2的物质的量为6 4 mol(标况下 33.6 L)，正确。 8(2020成都质检)中科院董绍俊课题组将二氧化锰和生物质置于一个由滤纸制成的折纸通道内形成 电池，如图所示，该电池可将可乐(pH2.5)中的葡萄糖作为燃料获得能量。下列说法正确的是() Aa 极为正极 B随着反应不断进行，负极区的 pH 不断增大 Cb 极的电极反应式为 MnO22H2O2e =Mn24OH D若消耗 0.01 mol 葡萄糖，电路中转移 0.02 mol 电子 答案D 解析由图示知，a 极上 C6H12
13、O6转化成 C6H10O6，碳元素化合价升高，发生氧化反应，b 极上二氧化 锰发生还原反应生成2 价锰， a 极为负极， b 极为正极， A 项错误； 依题意知， 负极的电极反应式为 C6H12O6 2e =C6H10O62H，负极区的 pH 不断减小，B 项错误；由于该电池为酸性环境，b 极的电极反应式 为 MnO24H 2e=Mn22H2O，C 项错误；由负极反应式知，每消耗 0.01 mol 葡萄糖，电路中转移 0.02 mol 电子，D 项正确。 9(2020盐城市高三模拟)Zulema Borjas 等设计的一种微生物脱盐池的装置如图所示，下列说法正确 的是() A该装置可以在高温下
14、工作 BX、Y 依次为阴离子、阳离子交换膜 C负极反应式为 CH3COO 2H2O8e=2CO27H D该装置工作时，电能转化为化学能 答案BC 解析高温能使微生物蛋白质凝固变性，导致电池工作失效，所以该装置不能在高温下工作，A 错误； 原电池内电路中：阳离子移向正极、阴离子移向负极，从而达到脱盐的目的，所以 Y 为阳离子交换膜、X 为阴离子交换膜，B 正确；由图可知，负极上有机废水 CH3COO 失电子发生氧化反应，电极反应式为 CH3COO 2H2O8e=2CO27H，C 正确；该装置工作时为原电池，是将化学能转化为电能的装 置，D 错误。 10(2020湖北省宜昌模拟)由相同金属电极及其
15、不同浓度的盐溶液组成的电池，称浓差电池，电子由 溶液浓度较小的一极经外电路流向浓度较大的一极。如图所示装置中，X 电极与 Y 电极初始质量相等。进 行实验时，先闭合 K2，断开 K1，一段时间后，再断开 K2，闭合 K1，即可形成浓差电池，电流表指针偏转。 下列不正确的是() A充电前，该电池两电极存在电势差 B放电时，右池中的 NO 3通过离子交换膜移向左池 C充电时，当外电路通过 0.1 mol 电子时，两电极的质量差为 21.6 g D放电时，电极 Y 为电池的正极 答案A 解析充电前，左右两池浓度相同，该电池两电极不存在电势差，故 A 错误；放电时，电子由溶液浓 度较小的一极流向浓度较
16、大的一极，则 X 是负极、Y 是正极，右池中的 NO 3通过离子交换膜移向左池， 故 B 正确；充电时，当外电路通过 0.1 mol 电子时，X 电极生成 0.1 mol Ag，Y 电极消耗 0.1 mol Ag，所以 两电极的质量差为 21.6 g，故 C 正确；电子由溶液浓度较小的一极经外电路流向浓度较大的一极，充电后 左池浓度小于右池，所以放电时，电极 Y 为电池的正极，故 D 正确。 11(1)将燃煤产生的二氧化碳回收利用，可达到低碳排放的目的。下图是通过人工光合作用，以 CO2 和 H2O 为原料制备 HCOOH 和 O2的原理示意图。电极 b 作_极，表面发生的电极反应为 _。 (
17、2)浓差电池中的电动势是由于电池中存在浓度差而产生的。某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。 X 为_极，Y 极反应式为_。 Y 极生成 1 mol Cl2时，_mol Li 移向_(填“X”或“Y”)极。 (3)微生物燃料电池是一种利用微生物将化学能直接转化成电能的装置。 已知某种甲醇微生物燃料电池 中，电解质溶液为酸性，示意图如下： 该电池中外电路电子的流动方向为_(填“从 A 到 B”或“从 B 到 A”)。 工作结束后，B 电极室溶液的 pH 与工作前相比将_(填“增大”“减小”或“不变”，溶液 体积变化忽略不计)。 A 电极附近甲醇发生的电
18、极反应为_。 答案(1)正CO22e 2H=HCOOH (2)正2Cl 2e=Cl2 2X (3)从 A 到 B增大CH3OHH2O6e =6HCO2 解析(1)从图示可以看出，左侧 H2O 转变成 O2，O 元素被氧化，电极 a 为负极，电极反应式为 2H2O 4e =4HO2，H通过质子交换膜进入右侧发生反应，右侧通入的 CO2转变成 HCOOH，C 元素被 还原，电极 b 为正极，电极反应式为 CO22e 2H=HCOOH。(2)根据装置可知生成 H2的电极为正极， 生成 Cl2的电极为负极。(3)甲醇失去电子，作为电池的负极，所以该电池外电路电子的流动方向为从 A 到 B。有水生成，p
19、H 增大。CH3OH 失电子，生成 CO2和 H ，根据化合价变化和元素守恒配平方程式 即可得电极反应式：CH3OHH2O6e =6HCO2。 12(1)直接硼氢燃料电池(DBFC)是以 NaBH4溶液为负极燃料的一种高比能电池，其工作原理如图所 示 ， 则 通 入 空 气 的 一 极 是 _( 填 “ 正 极 ” 或 “ 负 极 ”) ， 此 电 池 负 极 的 电 极 反 应 式 为 _。 (2)科学家研发的“全氢电池”的工作原理如图所示，该电池工作一段时间后，右池溶液的导电能力几 乎不变。下列有关该电池的说法正确的是_(填字母)。 a电池的总反应是 2H2O2=2H2O b左边电极上的电
20、势高于右边电极上的电势 c负极的电极反应式是 H22e 2OH=2H2O d装置中所用的是阴离子交换膜 e产生能源的源泉是酸和碱的中和能 (3)LiFePO4电池稳定性高、 安全、 对环境友好， 该电池的总反应式是 Li1xFePO4LixC6 放电 充电 LiFePO4 C6，其放电时的工作原理如图所示。则充电时，电极 a 的电极名称为_；放电时，电极 b 的电极 反应式为_。 答案(1)正极BH 48e 8OH=BO 26H2O (2)ce(3)阴极Li1xFePO4xLi xe=LiFePO4 解析(1)由原电池的工作原理，阳离子移向正极可知通入氧气的一极为正极，由总反应可知 BH 4变
21、 为 BO 2，再结合负极失电子被氧化可得电极反应式为 BH 48e 8OH=BO 26H2O。(2)由图中的电子 流向可知，电子由左边电极流出，说明左边电极为负极，右边电极为正极。电池的正极是氢离子得到电子， 电池的反应中没有氧气参与反应，所以总反应方程式不存在氧气，故 a 错误；由于电子由左边电极流向右 边电极，则右边电极上的电势高于左边电极上的电势，故 b 错误；氢气为负极反应物，发生氧化反应，在 碱性条件下，则其负极的电极反应式是 H22e 2OH=2H2O，故 c 正确；由图可知，左电极的氢气失 电子后生成 H ，H通过交换膜后移向正极再得到电子生成氢气，说明 H能穿过交换膜，则该离子交换膜 应为阳离子交换膜，故 d 错误；由于反应前后氢气不发生改变，产生能源的源泉是酸和碱的中和能，故 e 正确。(3)原电池中阳离子向正极移动，锂离子向电极 b 移动，则电极 b 为正极，充电时电极 b 为阳极，则 电极 a 为阴极；放电时电极 b 上 Li1xFePO4得到电子生成 LiFePO4，电极反应式为 Li1xFePO4xLi xe =LiFePO4。
