1、专项提能特训专项提能特训 12 新型电源工作原理新型电源工作原理 1(2018 全国卷，11)一种可充电锂空气电池如图所示。当电池放电时，O2与 Li 在多孔 碳材料电极处生成 Li2O2x(x0 或 1)。下列说法正确的是( ) A放电时，多孔碳材料电极为负极 B放电时，外电路电子由多孔碳材料电极流向锂电极 C充电时，电解质溶液中 Li 向多孔碳材料区迁移 D充电时，电池总反应为 Li2O2x=2Li(1x 2)O2 答案 D 解析 由题意知，放电时负极反应为 Lie =Li，正极反应为(2x)O 24Li 4e =2Li2O2x(x0 或 1)， 电池总反应为(1x 2)O22Li=Li2
2、O2x。 充电时的电池总反应与放电 时的电池总反应互为逆反应，故充电时电池总反应为 Li2O2x=2Li(1x 2)O2，D 项正确； 该电池放电时，金属锂为负极，多孔碳材料为正极，A 项错误；该电池放电时，外电路电子 由锂电极流向多孔碳材料电极，B 项错误；该电池放电时，电解质溶液中 Li 向多孔碳材料 区迁移，充电时电解质溶液中的 Li 向锂材料区迁移，C 项错误。 2(2017 全国卷，11)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
3、生反应： 2Li2S62Li 2e=3Li 2S4 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 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 mo
4、l，其质 量为 0.14 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。 3 (2019 烟台诊断测试)二氧化硫空气质子交换膜燃料电池将化学能转变成电能的同时， 实 现了制硫酸、发电、环保三位一体的结合，其原理如图所示。下列说法错误的是( ) A负极的电极反应式为 SO22H2O2e =SO2 44H B总反应式为 2SO2O22H2O=2H2SO4 C质子的移动方向为从电极 B 到电极 A DSO2气流速率的大小可能
5、影响电池的电动势 答案 C 解析 该电池的总反应原理：2SO2O22H2O=2H2SO4，B 项正确；SO2在负极上发生氧 化反应，A 项正确；放电时，H 向正极移动，即从电极 A 到电极 B，C 项错误；SO 2通入速 率可能会影响电池电动势，D 项正确。 4(2019 青岛调研)科学美国人评出的 2016 年十大创新技术之一是碳呼吸电池，电池原 理如图所示，则下列有关说法正确的是( ) A该装置将电能转变为化学能 B正极的电极反应为 C2O2 42e =2CO 2 C每生成 1 mol Al2(C2O4)3，有 6 mol 电子流过负载 D随着反应进行，草酸盐浓度不断变小 答案 C 解析
6、A 项，该装置属于原电池，将化学能转化为电能，错误；B 项，原电池正极上发生得 电子的还原反应，结合电池原理图可得正极反应式为：2CO22e =C 2O 2 4，错误；C 项， 每生成 1 mol Al2(C2O4)3，负极有 2 mol Al 失去电子，共失去 6 mol 电子，所以有 6 mol 电子 流过负载，正确；D 项，根据正负极反应情况可得电池总反应为 2Al6CO2=Al2(C2O4)3， 所以反应过程中不消耗草酸盐，错误。 5 关于如图微生物燃料电池结构示意图的说法： 微生物促进了电子的转移 微生物所在 电极区放电时发生还原反应 放电过程中，H 从正极区移向负极区 正极反应式为
7、： MnO24H 2e=Mn22H 2O，正确的是( ) A B C D 答案 C 解析 在微生物作用下 Cm(H2O)n转化为 CO2促进电子的转移， 正确； 微生物在右侧， 右 侧电极为电源的负极，所以微生物所在电极区放电时发生氧化反应，错误；根据电流的方 向，放电过程中，H 从负极区移向正极区，错误；电池左侧为电池的正极区，MnO 2在 H 条件下发生得电子反应，所以正极反应式为：MnO24H 2e=Mn22H 2O，正确。 6 (2020 贵阳一模)一种新型可逆电池的工作原理如图所示。 放电时总反应为： Al3Cn(AlCl4) 4AlCl 4 4Al2Cl 73Cn(Cn表示石墨)。
8、 下列说法中正确的是( ) A放电时负极反应为 2Al6e 7Cl=Al 2Cl 7 B放电时 AlCl 4移向正极 C充电时阳极反应为 AlCl 4e C n=Cn(AlCl4) D电路中每转移 3 mol 电子，最多有 1 mol Cn(AlCl4)被还原 答案 C 解析 熔融盐中 Cl 是以 AlCl 4形式存在， 放电时负极反应式为 Al3e 7AlCl 4=4Al2Cl 7， A 项错误；放电时，AlCl 4向负极移动，B 项错误；充电时石墨电极与电源的正极相连，石墨 电极为阳极发生氧化反应生成 Cn(AlCl4)：AlCl 4Cne =C n(AlCl4)，C 项正确；放电时， 石
9、墨电极为正极，发生反应 Cn(AlCl4)e =AlCl 4Cn，则电路中通过 3 mol 电子，最多有 3 mol Cn(AlCl4)被还原，D 项错误。 7(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 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
10、化为 Br和 I，电极反应为 I2Br 2e=2IBr，A 项正确；放电时正极区 I 2Br 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=I 2Br ，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。 8 (2019 山东潍坊一模)石墨烯电池是利用锂离子在石墨烯表面和电极之间快速大量穿梭运动 的特性而研发的新型
11、可充放电电池，其反应式为 LixC6Li1xCoO2 放电 充电 C6LiCoO2，其 工作原理如下图所示。下列关于该电池的说法正确的是( ) A充电时，Li 嵌入 LiCoO 2中 B放电时，LiCoO2极发生的电极反应为 LiCoO2xe =Li 1xCoO2xLi C放电时负极反应为 Lie =Li D充电时，若转移 1 mol e ，石墨烯电极增重 7 g 答案 D 解析 根据电池反应式知，负极反应式为 LixC6xe =C 6xLi ，正极反应式为 Li 1xCoO2 xLi xe=LiCoO 2，B、C 错误；充电时，阴极、阳极反应式与负极、正极反应式正好 相反，石墨烯为阴极，C6
12、发生还原反应生成 LixC6，则 Li 向石墨烯移动，故 A 项错误；充电 时，石墨烯电极的电极反应式为：C6xLi xe =Li xC6，根据关系式 xe C 6LixC6电 极增重的实际质量为锂元素的质量，所以若转移 1 mol e ，电极增重为 1 mol7 g mol1 7 g，故 D 项正确。 9(1)微生物燃料电池是指在微生物的作用下将化学能转化为电能的装置。某微生物燃料电 池的工作原理如下图所示： HS 在硫氧化菌作用下转化为 SO2 4的电极反应式是 。 若维持该微生物电池中两种细菌的存在，则电池可以持续供电，原因是 。 (2)PbSO4热激活电池可用作火箭、导弹的工作电源。基
13、本结构如图所示，其中作为电解质的 无水 LiCl-KCl 混合物受热熔融后，电池即可瞬间输出电能。该电池总反应为 PbSO42LiCl Ca=CaCl2Li2SO4Pb。 放电过程中，Li 向 (填“负极”或“正极”)移动。 负极反应式为 。 电路中每转移 0.2 mol 电子，理论上生成 g Pb。 (3)氨氧燃料电池具有很大的发展潜力。氨氧燃料电池工作原理如下图所示。 a 电极的电极反应式是 ； 一段时间后，需向装置中补充 KOH，请依据反应原理解释原因是 。 答案 (1)HS 4H 2O8e =SO2 49H HS 、SO2 4浓度不会发生变化，只要有两种细菌存在，就会循环把有机物氧化成
14、 CO2放出 电子 (2)正极 Ca2Cl 2e=CaCl 2 20.7 (3)2NH36e 6OH=N 26H2O 发生反应 4NH33O2=2N26H2O，有水生成，使得溶液逐渐变稀，所以要补充 KOH 解析 (1)酸性环境中反应物为 HS ，产物为 SO2 4，利用质量守恒和电荷守恒进行配平， 电极反应式：HS 4H 2O8e =SO2 49H ；从质量守恒角度来说，HS、SO2 4浓度不 会发生变化，只要有两种细菌存在，就会循环把有机物氧化成 CO2放出电子。 (2)根据方程式，电路中每转移 0.2 mol 电子，生成 0.1 mol Pb，即 20.7 g。 (3)a 电极是通入 NH3的电极，失去电子，发生氧化反应，所以该电极作负极，电极反应式 是 2NH36e 6OH=N 26H2O；一段时间后，需向装置中补充 KOH，原因是发生反 应 4NH33O2=2N26H2O，有水生成，使得溶液逐渐变稀，为了维持碱的浓度不变，所以 要补充 KOH。
