高考常考题型新型化学电源.docx

1、高考常考题型新型化学电源高考常考题型：新型化学电源类型(一)燃料电池燃料电池是利用氢气、甲烷、甲醇、硼氢化物等为燃料与氧气或空气进行反应，将化学能直接转化为电能的一类原电池。其特点一是有两个相同的多孔电极，同时两个电极不参与电极反应；二是不需要将还原剂和氧化剂全部储存在电池内；三是能量的转化率高，燃料电池具有高能环保、电压稳定、经久耐用等优点。因此，这类电池正成为科学研究、高考命题的重点。其主要命题角度有燃料电池正负极的判断，电池反应式的书写，电子、离子的移动及电解质溶液的组成变化情况分析等。1新型燃料电池(Fuel Cell)的特点 (1)有两个相同的多孔电极，同时电极不参与反应(掺杂适当的

2、催化剂)。 (2)不需要将还原剂和氧化剂全部储藏在电池内。 (3)能量转换率较高，超过80%(普通燃烧能量转换率30%多)。2燃料电池电极反应式的书写 第一步：写出燃料电池反应的总反应式 燃料电池的总反应与燃料的燃烧反应一致，若产物能和电解质反应则总反应为加和后的反应。 如甲烷燃料电池(电解质为NaOH溶液)的反应式为 CH42O2=CO22H2OCO22NaOH=Na2CO3H2O式式得燃料电池总反应式为CH42O22NaOH=Na2CO33H2O。 第二步：写出电池的正极反应式 根据燃料电池的特点，一般在正极上发生还原反应的物质是O2，随着电解质溶液的不同，其电极反应式有所不同，大致有以下

3、四种情况：(1)酸性电解质溶液环境下电极反应式： O24H4e=2H2O。(2)碱性电解质溶液环境下电极反应式： O22H2O4e=4OH。(3)固体电解质(高温下能传导O2)环境下电极反应式： O24e=2O2。(4)熔融碳酸盐(如熔融K2CO3)环境下电极反应式： O22CO24e=2CO。 第三步：根据电池总反应式和正极反应式，写出负极反应式 电池反应的总反应式电池正极反应式电池负极反应式。因为O2不是负极反应物，因此两个反应式相减时要彻底消除O2。典例(2019全国卷)利用生物燃料电池原理研究室温下氨的合成，电池工作时MV2/MV在电极与酶之间传递电子，示意图如图所示。下列说法错误的是

4、()A相比现有工业合成氨，该方法条件温和，同时还可提供电能B阴极区，在氢化酶作用下发生反应H22MV2=2H2MVC正极区，固氮酶为催化剂，N2发生还原反应生成NH3D电池工作时质子通过交换膜由负极区向正极区移动解析A对：该反应中，可产生电流，反应条件比较温和，没有高温高压条件。B错：该生物燃料电池中，左端电极反应式为MVe=MV2，则左端电极是负极，应为负极区，在氢化酶作用下，发生反应H22MV2=2H2MV。C对：右端电极反应式为MV2e=MV，是正极，在正极区N2得到电子生成NH3，发生还原反应。D对：原电池中，内电路中H通过交换膜由负极区向正极区移动。答案B解题方略燃料电池的思维流程过

5、关训练1为体现节能减排的理念，中国研制出了新型固态氧化物燃料电池(SOFC)，该电池的工作原理如图所示。下列说法正确的是() A电子从b极经导线流向a极 B正极的电极反应式为O24e2H2O=4OH C还可以选用NaOH固体作固态电解质 D若反应中转移1 mol电子，则生成22.4 L(标准状况)CO2 解析：选A燃料电池通入氧气的电极为正极，则a为正极，电子从b极经导线流向a极，故A正确；介质为固态熔融介质，不存在水溶液，则正极的电极反应式为O24e=2O2，故B错误；CO2能与NaOH反应生成Na2CO3，则不可选用NaOH固体作固态电解质，故C错误；若反应中转移1 mol电子，参加反应的

6、氧气为0.25 mol，生成CO2为0.5 mol，体积为11.2 L(标准状况)，故D错误。2(2020新平一中月考)可用于电动汽车的铝空气燃料电池，通常以NaCl溶液或NaOH溶液为电解质溶液，铝合金为负极，空气电极为正极。下列说法正确的是() A以NaCl溶液或NaOH溶液为电解质溶液时，正极反应都为O22H2O4e=4OH B以NaOH溶液为电解质溶液时，负极反应为Al3OH3e=Al(OH)3 C以NaOH溶液为电解质溶液时，电池在工作过程中电解质溶液的pH保持不变 D电池工作时，电子通过外电路从正极流向负极 解析：选A正极O2得电子，溶液显碱性或中性时，正极反应都为O22H2O4e

7、=4OH，A项正确；铝作负极，在碱性溶液(NaOH)中的负极反应为Al4OH3e=AlO2H2O，B项错误；在碱性电解质溶液中总的电池反应式为4Al3O24OH=4AlO2H2O，溶液pH降低，C项错误；电池工作时，电子从负极流向正极，D项错误。3(2020邹城期末)一种熔融碳酸盐燃料电池的工作原理如图所示。下列有关该电池说法正确的是() A重油是石油分馏的产品，含有的主要元素是C、H、O B电极B上发生的电极反应为O22CO24e=2CO C电极A上H2参与的电极反应为H22OH2e=2H2O D电池工作时，CO向电极B移动 解析：选B重油是原油提取汽油、柴油后剩余的重质油，主要由含碳原子数

8、较多的烃类物质组成，故含有的主要元素是C、H，A错误；电极B是正极，O2、CO2通入电极B，发生还原反应生成CO，电极反应式为O22CO24e=2CO，B正确；CO和H2通入电极A，发生氧化反应生成CO2和H2O，电极反应式为H2CO2CO4e=3CO2H2O，C错误；电极A是负极，电极B是正确，电池工作时，阴离子向负极移动，故CO向电极A移动，D错误。类型(二)可充电电池(二次电池)近几年高考中的新型可充电电池的种类较多，如“储氢电池”、“锂空气电池”、“高铁电池”、“锂硫电池”等。总的来说，可充电电池是既能将化学能转化为电能(放电)，又能将电能转化为化学能(充电)的可多次利用的一类特殊电池

9、。考题一般通过文字叙述、电池总反应或原理图提供信息，重点考查以下四点：一考“式子”，即考查原电池电极反应的书写；二考“运动”，即考查原电池工作过程中，离子、电子的移动方向；三考“量值”，即考查原电池工作过程中电子转移数目、电极上消耗或生成物质的物质的量；四考“应用”，即考查原电池原理在生产、生活、环境保护中的应用。1可充电电池特点 对于一般的电池而言，充电电池具有一定的可逆性，在放电时，它是原电池装置；在充电时，它是电解过程，是一种经济、环保、电量足、适合大功率、长时间使用的电器。2可充电电池的分析流程(1)可充电电池有充电和放电两个过程，放电时是原电池反应，充电时是电解池反应。(2)放电时的

10、负极反应和充电时的阴极反应互为逆反应，放电时的正极反应和充电时的阳极反应互为逆反应。将负(正)极反应式变换方向并将电子移项即可得出阴(阳)极反应式。(3)充、放电时电解质溶液中离子移动方向的判断 分析电池工作过程中电解质溶液的变化时，要结合电池总反应进行分析。 首先应分清电池是放电还是充电。 再判断出正、负极或阴、阳极。放电阳离子正极，阴离子负极充电阳离子阴极，阴离子阳极总之：(4)“加减法”书写新型二次电池放电的电极反应式 若已知电池放电时的总反应式，可先写出较易书写的一极的电极反应式，然后在电子守恒的基础上，由总反应式减去较易写出的一极的电极反应式，即得到较难写出的另一极的电极反应式。典例

11、镁及其化合物一般无毒(或低毒)、无污染，镁电池放电时电压高且平稳，因此成为人们研制绿色电池所关注的重点。有一种镁二次电池的反应为xMgMo3S4MgxMo3S4。下列说法错误的是()A放电时Mg2向正极移动B放电时正极的电极反应式为Mo3S42xe=Mo3SC放电时Mo3S4发生氧化反应D充电时阴极的电极反应为xMg22xe=xMg解析放电时Mo3S4中元素的化合价降低，发生还原反应，C项错误。答案C解题方略可充电电池的思维流程过关训练1(2019天津高考)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()

12、 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 解析：选D根据题图，放电时，左侧a极发生I2Br2e=2IBr时，发生的是还原反应，A对；右侧b极发生Zn2e=Zn2，可以得出总反应为I2BrZn=Zn2Br2I，故b为原电池负极，a为原电池正极，放电时，由总反应可知离子数目增大，B对；C对：充电时，b极每增重0.65 g，被还原的Zn的物质的量为0.01 mol，则消耗0.02 mol I。D错：充电时，a极发生氧化反应，做阳极，接电源正极。2(2020马鞍山

13、二中月考)我国科学家成功研制出新型铝石墨烯(Cn)可充电电池，电解质为阳离子(EMIM)与阴离子(AlCl)组成的离子液体，该电池放电过程如图所示。下列说法错误的是() A放电时，负极的反应式为Al7AlCl3e=4Al2Cl B放电时，正极的反应式为CnAlCl4e=CnAlClC充电时，石墨烯与电源的负极相连 D充电时，电池的总反应式为3Cn4Al2ClAl4AlCl3CnAlCl4 解析：选C放电时，负极上Al失电子生成Al3，并与AlCl结合生成Al2Cl，则负极反应式为Al7AlCl3e=4Al2Cl，A正确；正极上CnAlCl4被还原生成Cn和AlCl，电极反应式为CnAlCl4e

14、=CnAlCl，B正确；放电时石墨烯是正极，则充电时，石墨烯与电源的正极相连，C错误；充电时，阳极反应式为3Cn3AlCl3e=3CnAlCl4，阴极反应式为4Al2Cl3e=Al7AlCl，结合阴、阳极反应可得，电池总反应式为3Cn4Al2ClAl4AlCl3CnAlCl4，D正确。3(2019全国卷)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(3DZn)可以高效沉积ZnO的特点，设计了采用强碱性电解质的3DZnNiOOH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

15、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 解析：选DA对：三维多孔海绵状Zn为多孔结构，具有较高的表面积，所沉积的ZnO分散度高。B对：二次电池充电时作为电解池使用，阳极发生氧化反应，元素化合价升高，原子失去电子，阳极反应为Ni(OH)2(s)OH(aq)e=NiOOH(s)H2O(l)。C对：二次电池放电时作为原电池使用，负极发生氧化反应，元素化合价升高，原子失去电子，由电池总反应可知负极反应

16、为Zn(s)2OH(aq)2e=ZnO(s)H2O(l)。D错：二次电池放电时作为原电池使用，阴离子从正极区向负极区移动。课时跟踪检测 1(2020山西大学附属中学诊断)新华网报道，我国固体氧化物燃料电池技术研发取得新突破。科学家利用该技术实现了H2S废气资源回收能量，并得到单质硫的原理如图所示。 下列说法正确的是() A电极b为电池负极B电路中每流过4 mol电子，正极消耗44.8 L H2SC电极b上的电极反应为O24e4H=2H2O D电极a上的电极反应为2H2S2O24e=S22H2O 解析：选D由图中信息可知，该燃料电池的总反应为2H2SO2=S22H2O，该反应中硫化氢是还原剂、氧

17、气是氧化剂。硫化氢通入到电极a，所以a电极是负极，发生的电极反应为2H2S2O24e=S22H2O；氧气通入到电极b，所以b电极是正极。该反应中电子转移数为4个电子，所以电路中每流过4 mol电子，正极消耗1 mol O2，发生的电极反应为O24e=2O2。2一种高寿命可循环的Zn/V2O5水性混合离子电池的结构示意图如下，放电时正极发生反应xLixeV2O5=LixV2O5。下列说法正确的是() A放电时，Li在正极被还原 B充电时，溶液中Li浓度不断减小 C放电时，电极A每减少6.5 g，有0.1 mol Li嵌入电极B D充电时，电极B上的电势比电极A的高 解析：选D放电时，正极发生反应

18、xLixeV2O5=LixV2O5，锂元素化合价未发生改变，没有被还原，故A错误；充电时，阳极发生反应LixV2O5xe= xLiV2O5，溶液中Li浓度不断增大，故B错误；放电时，A电极反应式为Zn2e=Zn2，每减少6.5 g Zn，则转移0.2 mol电子，根据电荷守恒，有0.2 mol Li嵌入电极B，故C错误；充电时，电极B接电源正极，作阳极，电极A接电源负极，作阴极，所以电极B上的电势高于电极A，故D正确。3(2020成都石室中学一诊) 中国科学家用蘸墨汁书写后的纸张作为空气电极，设计并组装了轻型、柔性、能折叠的可充电锂空气电池如下左图，电池的工作原理如下右图。下列有关说法正确的是

19、() A放电时，纸张中的纤维素作为锂电池的负极 B充电时，若阳极放出1 mol O2，则有4 mol e回到电源正极 C开关K闭合给锂电池充电，X为直流电源负极 D放电时，Li由正极经过有机电解质溶液移向负极 解析：选C由题图可知，放电(原电池)中，金属锂作负极，A项错误；充电时，阳极的电极反应为Li2O2 2e=O22Li，每生成1 mol O2失去2 mol e，B项错误；充电时，原本原电池的负极接外电源的负极，C项正确；失电子发生氧化生成Li，阳离子Li向电池正极移动，即负极产生的Li由负极经过有机电解质溶液向正极迁移，D项错误。4. (2020嘉兴市月考)一种新型的电池，总反应为3Zn

20、2FeO8H2O=2Fe(OH)33Zn(OH)24OH，其工作原理如图所示。下列说法不正确的是() AZn极是负极，发生氧化反应 B随着反应的进行，溶液的pH增大 C电子由Zn极流出到石墨电极，再经过溶液回到Zn极，形成回路 D石墨电极上发生的反应为FeO3e4H2O=Fe(OH)35OH 解析：选C根据电池总反应，Zn的化合价升高，根据原电池的工作原理，即锌作负极，发生氧化反应，故A说法正确；根据电池总反应方程式，生成OH，溶液的pH增大，故B说法正确；根据原电池的工作原理，电子从Zn电极流出经外电路流向石墨，电解质溶液应是阴阳离子定向移动，没有电子通过，故C说法错误；负极电极反应式为Zn

21、2OH2e=Zn(OH)2，正极反应式为FeO4H2O3e=Fe(OH)35OH，故D说法正确。5(2020湖北八市联考)LED系列产品是一类新型节能产品。图甲是NaBH4/H2O2燃料电池，图乙是LED发光二极管的装置示意图。下列叙述错误的是() A电池总反应为BH4H2O2=BO6H2O B电池放电过程中，Na从B极区向A极区移动 C电池放电过程中，B极区pH减小，A极区pH增大 D要使LED发光二极管正常发光，图乙中的导线a应与图甲中的A极相连 解析：选D根据图知，负极反应式为BH8OH8e=BO6H2O，正极电极反应式为H2O22e=2OH，电池总反应为BH4H2O2=BO6H2O，故

22、A正确；电池放电过程中，阳离子移向正极，Na从负极区向正极区移动，故B正确；B电极为负极，A电极为正极，所以B极区pH减小，A极区pH增大，故C正确；由LED发光二极管的电路中的电子流动方向可以判断，图乙中的导线a应与图甲中的B极负极相连，故D错误。6(2020福建省师范大学附属中学期中)RFC是一种将水电解技术与氢氧燃料电池技术相结合的可充电电池。如图为RFC工作原理示意图，下列有关说法正确的是() A图甲把化学能转化为电能，图乙把电能转化为化学能，水得到了循环使用 B当有0.1 mol电子转移时，a极产生0.56 L O2(标准状况下) Cc极上发生的电极反应为O24H4e=2H2O D图

23、乙中电子从c极流向d极，提供电能 解析：选C图甲有外接电源，所以该装置是将电能转化为化学能的装置，属于电解池，图乙能自发进行氧化还原反应，是将化学能转化为电能的装置，为原电池，选项A错误；a电极作电解池阴极，阴极上氢离子放电生成氢气，选项B错误；c电极上氧气得电子和氢离子反应生成水，电极反应式为O24H4e=2H2O，选项C正确；图乙中c是正极，d是负极，电子从负极d流向正极c，选项D错误。7一种三室微生物燃料电池可用于污水净化、海水淡化，其工作原理如图所示，图中有机废水中有机物可用C6H10O5表示。下列有关说法不正确的是() ACl由中间室移向左室 BX气体为CO2 C处理后的含NO废水的

24、pH降低 D电路中每通过4 mol电子，产生X气体的体积在标准状况下为22.4 L 解析：选C该原电池中，NO得电子发生还原反应，则装置中右边电极是正极，电极反应为2NO10e12H=N26H2O，装置左边电极是负极，负极上有机物失电子发生氧化反应生成X，有机物在厌氧菌作用下生成二氧化碳。放电时，电解质溶液中阴离子Cl移向负极室(左室)，A、B项正确；根据正极反应式可知H参加反应导致溶液酸性减小，溶液的pH增大，C项错误；根据负极上有机物失电子发生氧化反应，有机物在厌氧菌作用下生成二氧化碳，电极反应为C6H10O524e7H2O=6CO224H知，电路中每通过4 mol电子，产生标准状况下X气

25、体的体积为622.4 L22.4 L，D项正确。8(2020衡水中学期中)下图是采用新能源储能器件将CO2转化为固体产物，实现CO2的固定和储能灵活应用的装置。储能器件使用LiCO2电池，组成为：钌电极/CO2饱和的LiClO4DMSO电解液/锂片。下列说法不正确的是() ALiCO2电池的电解液由LiClO4和DMSO溶于水得到 BCO2的固定中，每转移8 mol e，生成6 mol气体 C过程中化学能转化为电能 D过程的钌电极的电极反应式为2Li2CO3C4e=4Li3CO2 解析：选A金属锂能够与水反应，电解液不能由LiClO4和DMSO溶于水得到，A错误；根据电极反应方程式：2Li2C

26、O3=4Li2CO2O24e可知，得到4 mol e，生成2 mol CO2气体和1 mol O2，现转移8 mol e，生成6 mol气体，B正确；通过图示可知，电子不断的流出，过程中化学能转化为电能，C正确；通过图示可知，碳变为二氧化碳，发生氧化反应，过程的钌电极的电极反应式为2Li2CO3C4e=4Li3CO2，D正确。9如图所示为新型的甲酸/铁离子燃料电池，具有原料安全、质子电导率高、能量密度高的特点，适合应用在规模化的供电场所。电池外壳采用聚四氯乙烯板，石墨作电极，在M端加入甲酸钠和氢氧化钠的混合液，在N端加入氯化铁和氯化钠的混合液。下列说法错误的是()A放电时，N端是正极 BM端的

27、电极反应式为HCOOOH2e=CO2H2O C电池放电后，N端的Fe2通氯气后转化为Fe3，实现电解质溶液的循环利用 D采用多孔纳米电极的目的是提高电极与电解质溶液的接触面积，有利于扩散至催化层 解析：选BA项，正极发生还原反应，Fe3得到电子生成Fe2，N端是正极，正确；B项，M端的电极反应式为HCOO3OH2e=CO2H2O，错误；C项，电池放电后，N端的Fe2通氯气后，氯气具有氧化性能氧化Fe2转化为Fe3，Fe3在正极得到电子发生还原反应，实现电解质溶液的循环利用，正确；D项，反应物接触面积越大，反应速率越快，所以采用多孔电极的目的是提高电极与电解质溶液的接触面积，并有利于氧气扩散至电

28、极表面，从而提高反应速率，正确。10(2020济南中学月考)光能储存一般是指将光能转换为电能或化学能进行储存，利用太阳光、CO2和H2O生成甲醇的光能储存装置如图所示，制备开始时质子交换膜两侧的溶液质量相等。下列叙述不正确的是() Ab极的电极反应式为CO26H6e=CH3OHH2O Ba极的电极反应式为2H2O4e=4HO2 CN型半导体为正极 D当制备32 g甲醇时，质子交换膜两侧溶液的质量相差104 g 解析：选C由题图可知，左侧装置是太阳能电池，右侧装置是电解池。CO2在b电极发生还原反应生成甲醇，则b电极是阴极，电极反应式为CO26H6e=CH3OHH2O，A正确；a极是阳极，发生氧

29、化反应，电极反应式为2H2O4e=4HO2，B正确；根据电极连接方式可知，N型半导体是负极，P型半导体是正极，C错误；由得失电子守恒可得关系式：6H2O3O22CH3OH，当b极生成32 g CH3OH时，a极消耗54 g水，b极生成18 g水，故质水交换膜两侧溶液的质量相差104 g，D正确。11某种利用垃圾渗透液发电的装置示意图如下。工作时，下列说法中不正确的是() A盐桥中Cl向Y极移动 B化学能转化为电能 C电子由X极沿导线流向Y极 DY极发生的反应为2NO10e12H=N26H2O，周围pH增大 解析：选AA项，NH3生成N2，氮元素化合价升高，失电子，发生氧化反应，X极作负极；NO生成N2，氮元素化合价降低，得电子，发生还原反应，Y极作正极，盐桥中 Cl向负极X极移动，错误；B项，垃圾在微生物的作用下，发生氧化还原反应，形成了原电池，化学能转化为电能，正确；C