2020届高三化学二轮备考(选择题突破)：原电池原理及应用 化学电源【考点透析 答案 解析】

——原电池原理及应用 化学电源

【考点透析】

1．牢记原电池的工作原理

原电池 2.抓牢正、负极的判断方法

原电池 3.掌握新型化学电源中电极反应式的书写 (1)理清书写步骤

(2)燃料电池中不同环境下的电极反应式 以甲醇、O2燃料电池为例：

负极 酸性介质，如稀H2SO4 正极 CH3OH－6e－＋H2O===CO2↑＋6H＋ 3O2＋6e－＋6H＋===3H2O 2 1

负极 碱性介质，如KOH溶液 正极 负极 熔融盐介质，如K2CO3 正极 负极 正极 －CH3OH－6e－＋8OH－===CO23＋6H2O 3O2＋6e－＋3H2O===6OH－ 2－CH3OH－6e－＋3CO23===4CO2↑＋2H2O 32－O2＋6e－＋3CO2===3CO3 2CH3OH－6e－＋3O2－===CO2↑＋2H2O 3O2＋6e－===3O2－ 2高温下能传导O2－的固体作电解质 5．把握可充电电池题目的解答思路

【提升训练】

1．(2019·全国卷Ⅰ)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，示意图如下所示。下列说法错误的是( )

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H2＋2MV2＋===2H＋＋2MV＋ C．正极区，固氮酶为催化剂，N2发生还原反应生成NH3

2

D．电池工作时质子通过交换膜由负极区向正极区移动

解析：选B A正确，该方法可产生电流，反应条件比较温和，没有高温高压条件；B错误，该生物燃料电池中，左端电极反应式为MV＋－e－===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H2＋2MV2＋===2H＋＋2MV

＋

；C正确，右端电极反应式为MV2＋＋e－===MV＋，右端电极是正极，在正极区，

N2得到电子生成NH3，发生还原反应；D正确，原电池内电路中，H＋通过交换膜由负极区向正极区移动。

2．(2019·全国卷Ⅲ)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3D­Zn—NiOOH二次电池，结构如下图所示。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D A正确，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正确，二次电池充电时遵循电解池原理，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正确，二次电池放电时遵循原电池原理，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，负极反应为Zn(s)＋2OH－(aq)－2e－===ZnO(s)＋H2O(l)；D错误，二次电池放电时，阴离子从正极区向负极区移动。

3．(2018·全国卷Ⅱ)我国科学家研发了一种室温下“可呼吸”的Na­CO2二

3

次电池。将NaClO4溶于有机溶剂作为电解液，钠和负载碳纳米管的镍网分别作为电极材料，电池的总反应为3CO2＋4Na( )

2Na2CO3＋C。下列说法错误的是

－

A．放电时，ClO4向负极移动

B．充电时释放CO2，放电时吸收CO2

－C．放电时，正极反应为3CO2＋4e－===2CO23＋C

D．充电时，正极反应为Na＋e===Na

解析：选D 根据电池的总反应知，放电时负极反应：4Na－4e－===4Na＋；

－2－

正极反应：3CO2＋4e－===2CO2充电时，阴极：4Na＋＋4e－===4Na；阳极：2CO33＋C。

＋－

＋C－4e－===3CO2↑。放电时，ClO－4向负极移动。根据充电和放电时的电极反应式知，充电时释放CO2，放电时吸收CO2。

4．(2018·全国卷Ⅲ)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Li2O2－x(x＝0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

x

1－O↑ D．充电时，电池总反应为Li2O2－x===2Li＋

22

解析：选D 由题意知，放电时负极反应为Li－e－===Li＋，正极反应为(2

4

x

－x)O2＋4Li＋＋4e－===2Li2O2－x(x＝0或1)，电池总反应为1－O2＋2Li===Li2O2

2

－x。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，电解质溶液中的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；充电时电池总反应为Li2O2－x===2Li＋(1－)O2↑，D项正确。 2

5．如图所示是一种以液态肼(N2H4)为燃料，氧气为氧化剂，某固体氧化物为电解质的新型燃料电池。该固体氧化物电解质的工作温度高达700～900 ℃时，O2－可在该固体氧化物电解质中自由移动，反应生成物均为无毒无害的物质。下列说法正确的是( )

x

A．电池内的O2－由电极乙移向电极甲 B．电池总反应为N2H4＋2O2===2NO＋2H2O

C．当甲电极上有1 mol N2H4消耗时，乙电极上有22.4 L O2参与反应 D．电池外电路的电子由电极乙移向电极甲

解析：选A A项，在原电池内部，阴离子向负极移动，阳离子向正极移动，该装置中电极甲为负极，电极乙为正极，所以O2－由电极乙移向电极甲，正确；B项，电池的总反应为N2H4＋O2===N2＋2H2O，错误；C项，当甲电极上有1 mol N2H4消耗时，转移4 mol电子，根据电子守恒知，乙电极上有1 mol O2参与反应，在标准状况下O2的体积为22.4 L，题目中没有指明标准状况，错误；D项，在外电路中，电子由负极(甲)移向正极(乙)，错误。

6．现有一种锂离子二次电池，其工作原理如图。放电时生 成的Li2CO3固体

5

和碳储存于碳纳米管中。下列说法错误的是( )

A．该电池中的有机溶剂不能含活性较大的氢 B．充电时，Y为阳极，Li＋向X电极移动

－－

C．放电时，负极反应为2Li＋CO23－2e===Li2CO3

D．放电时，电池总反应为3CO2＋4Li===2Li2CO3＋C

解析：选C A项，锂是活泼金属，该电池中的有机溶剂不能含活性较大的氢，否则锂会与有机溶剂发生反应，正确；B项，充电时阳极发生氧化反应，Y为阳极，Li向阴极X电极移动，正确；C项，放电时，负极反应为Li－e===Li

＋

＋

－

，错误；D项，放电时，Li作还原剂，CO2作氧化剂，电池总反应为3CO2＋

4Li===2Li2CO3＋C，正确。

7．(2019·贵阳期末)某高铁电池是以高铁酸钾(K2FeO4)为正极材料的新型化学电池，具有能量密度大、体积小、质量轻、无污染等优点，其总反应为3Zn

－

＋2FeO24＋8H2O

3Zn(OH)2＋2Fe(OH)3＋4OH－。下列有关判断不正确的是( )

A．放电过程中，电解质溶液中的K＋向正极移动 B．放电时负极反应式为Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2

C．充电时，每转移3 mol电子，则有1 mol Fe(OH)3被还原 D．充电时，电解质溶液中c(OH－)逐渐减小

解析：选C A项，放电时是原电池，原电池中阳离子从负极移向正极，正确；B项，根据电池总反应可知，放电时负极发生反应：Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2，

－正确；C项，充电时，Fe(OH)3被氧化为FeO24，错误；D项，由电池总反应可知，

充电时需消耗OH－，故电解质溶液中的OH－浓度逐渐减小，正确。

8．(2019·浙江高考)化学电源在日常生活和高科技领域中都有广泛应用。

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下列说法不正确的是( )

A．甲：Zn2＋向Cu电极方向移动，Cu电极附近溶液中H＋浓度增加 B．乙：正极的电极反应式为Ag2O＋2e－＋H2O===2Ag＋2OH－ C．丙：锌筒作负极，发生氧化反应，锌筒会变薄

D．丁：使用一段时间后，电解质溶液的酸性减弱，导电能力下降 解析：选A 铜锌原电池(电解质溶液为硫酸)中铜作正极，电极反应为2H＋

＋2e－===H2↑，故铜电极附近H＋浓度降低，A项错误。

9．世界某著名学术刊物近期介绍了一种新型中温全瓷铁—空气电池，其结构如图所示。

下列有关该电池放电时的说法正确的是( ) A．a极发生氧化反应

B．正极的电极反应式为FeOx＋2xe－===Fe＋xO2－

C．若有22.4 L(标准状况)空气参与反应，则电路中有4 mol 电子转移 D．铁表面发生的反应为xH2O(g)＋Fe===FeOx＋xH2

解析：选D A项，a极通入空气，O2在该电极上发生还原反应，错误；B项，O2在正极发生反应，电极反应式为O2＋4e－===2O2－，错误；C项，由B项分

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析可知，电路中有4 mol电子转移时，正极上消耗1 mol O2，在标准状况下的体积为22.4 L，则通入空气的体积约为22.4 L×5＝112 L，错误；D项，由题图可知，铁表面H2O(g)参与反应生成H2，则发生的反应为xH2O(g)＋Fe===FeOx＋xH2，正确。

10．氢氧熔融碳酸盐燃料电池是一种高温电池(600～700 ℃)，具有效率高、噪音低、无污染、燃料多样、余热利用价值高等优点。氢氧熔融碳酸盐燃料电池的工作原理如图所示。下列有关该电池的说法正确的是( )

A．电池工作时，熔融碳酸盐只起到导电的作用

2－B．负极反应式为H2－2e－＋CO3===CO2＋H2O

C．该电池可利用工厂中排出的CO2，减少温室气体的排放 D．电池工作时，外电路中流过0.2 mol电子，消耗3.2 g O2

解析：选B 根据题图可知，在氢氧熔融碳酸盐燃料电池中，通入氢气的电

－

极作负极，负极发生氧化反应，电极反应式为H2－2e－＋CO23===CO2＋H2O，通入2－氧气的电极作正极，正极发生还原反应，电极反应式为O2＋2CO2＋4e－===2CO3，

高温

总反应为2H2＋O2=====2H2O。A项，根据上述分析，电池工作时，熔融碳酸盐参

2－

与了电极反应，错误；B项，负极发生氧化反应，电极反应式为H2－2e－＋CO3===CO2

＋H2O，正确；C项，根据总反应，该电池工作时没有消耗二氧化碳，不能减少温室气体的排放，错误；D项，电池工作时，外电路中流过0.2 mol电子，消耗0.05 mol氧气，质量为1.6 g，错误。

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