1、专项提能特训10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 A.a电极的电极反应为H2NCH2CH2NH216e4H2O=2CO2N2 16H B.电池工作时质子通过交换膜由 负极区向正极区移动 C.a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 12345 6789 101112 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H2NCH2CH2NH216e4H2
2、O=2CO2 N216H，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； 123456789 101112 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O2 4e4H=2H2O，H浓度减小，故b电极附近溶液的pH增大，D选项 错误。 123456789 101112 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
3、色，V3呈绿色)。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 2He= VO2H2O B.放电时的正极反应为V3e=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 12345 6789 101112 解析A项，充电时阴极反应式为V3e=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 e2H=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 m
4、ol e，由 e2H= VO2H2O可知消耗0.2 mol H，错误。 123456789 101112 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 123456789 其电池结构如图1所示，图2是有机高聚物的结构片段。 101112 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MnO2eH=MnOOH C.充电时，Zn2移向锌膜 D.合成有机高聚物的单体是 123456789 101112 解析A项，该电池以碳纳米管作电极材料，可知碳纳米管具有导电性， 正确； B项，原电池正
5、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MnO2eH2O= 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。 123456789 101112 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：2Li2S6 2Li2e=3Li2S4 B.电池工
6、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 12345 6789 101112 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S8Li2S8Li2S6 Li2S4Li2S2的还原反应，正确； B项，电池工作时负极电极反应式为Li e=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 g，正确； C项，石墨烯具有良好的导电性
7、，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8Li 2Sx 16Li xS8(2x8)，故Li2S2的量会越来越少直至充满电，错误。 123456789 101112 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I2Br2e =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 12345 6789 101112 解析根
8、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I2Br2e=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Zn22e=Zn，b电极 增重0.65 g时，转移0.02 mol e，a电极发生反 应2IBr2e=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。 123456789 101112 6.(2020苏州联考)科学家设计出质子膜H2S燃料电池，实现了利用H2S废 气资
9、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 12345 6789 101112 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 =S22H2O，电路中每通过4 mol电子，正 极应该消
10、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O24H4e=2H2O，可知有1 mol H经质子膜进入正极 区，故D正确。 123456789 101112 7.某污水处理厂利用微生物电池将镀铬废水中的 催化还原，其工 作原理如图所示。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 B.b极反应式： 6e14H =2Cr37H2O C.电池工作过程中a极区附近溶液 的pH增大 D.
11、每处理1 mol ，可生成33.6 L(标况下)CO2 12345 6789 101112 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 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 6e 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 转化为Cr3得6 mol e，CH3COOH转化为CO2每生成 1 mol CO2失4 mol e，故每处理1 mol 生成CO2的物质的量为 mol (标况下33.6 L)，正确。 123456789 101
12、112 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 A.a极为正极 B.随着反应不断进行，负极区的pH不断增大 C.b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 12345 6789 101112 解析由图示知，a极上C6H12O6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
13、的电极反应式为C6H12O62e =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 MnO24H2e=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。 123456789 101112 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工作 B.X、Y依次为阴离子、阳离子交换膜 C.负极反应式为CH3COO2H2O 8e=2CO27H D.该装置工作时，电能转化为化学能 123456789
14、 101112 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CH3COO2H2O8e=2CO2 7H，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。 123456789 101112 10.(2020湖北省宜昌模拟)由相同金属电极及其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
15、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 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 123456789 101112 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 浓度较大的一极，则X是负极、Y是正极， 右池中的 通过离子交换膜移向左池，故B正确； 充电时，当外电路通过
16、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。 123456789 101112 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_。 123456789 正 CO22e2H=HCOOH 101112 解析从图示可以看出，左侧H2O转变成O2，O元素被氧化，
17、电极a为负 极，电极反应式为2H2O4e=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CO22e2H=HCOOH。 123456789 101112 解析根据装置可知生成H2的电极为正极，生成Cl2的电极为负极。 (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。 123456789 正 2Cl2e=Cl2 2X 101112 解析
18、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。 (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”)。 123456789 从A到B 101112 解析有水生成，pH增大。 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)。 123456789 增大 101112 解析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：CH3OHH2O
19、6e=6HCO2。 A电极附近甲醇发生的电极反应为_。 123456789 CH3OHH2O6e=6HCO2 101112 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_。 123456789 正极 101112 123456789 101112 (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.左边电极上的电势高于右边
20、电极上的 电势 c.负极的电极反应式是H22e2OH =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 123456789 ce 101112 123456789 解析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H2 2e2OH=2H2O，故c正确； 101112 由图可知，
21、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。 123456789 101112 (3)LiFePO4电池稳定性高、安全、对环境友好，该电池的总反应式是Li1x FePO4LixC6 LiFePO4C6，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 _。 123456789 阴极 Li1xFePO4xLixe=LiFePO4 101112 解析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Li1xFePO4xLixe=LiFePO4。 123456789 101112
