2022届高考化学一轮复习微专题13应用广泛的新型化学电源学案

考试 - 1 - / 8 应用广泛的新型化学电源 随着全球能源逐渐枯竭，研发、推广新型能源迫在眉睫，因此，应用广泛的新型电源， 成为科学家研究的重点方向之一，也成了高考的高频考点。 高考中的新型化学电源，一般具有高能环保、经久耐用、电压稳定、比能量（单位质量 释放的能量）高等特点。由于该类试题题材广、信息新、陌生度大，因此许多考生感觉难度 大。但应用的解题原理仍然还是原电池的基础知识，只要细心分析，实际上得分相对比较容 易。 一、新型电源中的“交换膜” [例 1] 科学家设计出质子膜 H2S 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图所示。下列说法不正确的是（ ） A.电极 a 为电池的负极 B．电极 b 上发生的电极反应为 O2＋4H＋＋4e－===2H2O C.电路中每流过 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 [练 1] 科技工作者设计出的新型可充电锂空气电池如图所示，该电池使用了两种电解 考试 - 2 - / 8 质溶液，a 极一侧使用含有锂盐的有机电解液，b 极一侧使用水性电解液。下列有关这种电池 的判断正确的是（ ） A．放电时，a 为负极，充电时，a 为阴极 B．放电时，正极反应式为 4OH－＋4e－===2H2O＋O2↑ C．充电时，Li＋通过离子交换膜的方向是从左到右 D．充电后，水性电解液的 pH 增大 [练 2] 我国科技工作者首次提出一种新型的 Li＋电池，该电池正极为含有 I－、Li＋的水 溶液，负极为固态有机聚合物，电解质溶液为 LiNO3 溶液，聚合物离子交换膜作为隔膜将液 态正极和固态负极隔开，其工作原理如图所示。下列有关判断正确的是（ ） A．甲是原电池工作原理图，乙是电池充电原理图 考试 - 3 - / 8 B．放电时，液态电解质溶液的颜色加深 C．充电时，Li＋穿过隔膜从右侧移向左侧 D．放电时，负极反应式为 二、“微生物”燃料电池 [例 2] 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（ ） A．Cl－由中间室移向左室 B．X 气体为 CO2 C．处理后的含 N O 废水的 pH 降低 D．电路中每通过 4 mol 电子，产生标准状况下 X 气体的体积为 22.4 L [练 3] 关于如图微生物燃料电池结构示意图的说法：①微生物促进了电子的转移 ② 微生物所在电极区放电时发生还原反应 ③放电过程中，H＋从正极区移向负极区 ④正极反 应式为：MnO2＋4H＋＋2e－===Mn2＋＋2H2O，正确的是（ ） 考试 - 4 - / 8 A．④ B．①③ C．①④ D．②③ 三、“复杂原电池装置图”的审读 [例 3] 环保、安全的铝—空气电池的工作原理如图所示，下列有关叙述错误的是（ ） A．NaCl 的作用是增强溶液的导电性 B．正极的电极反应式为：O2＋4e－＋2H2O===4OH－ C．电池工作过程中，电解质溶液的 pH 不断增大 D．用该电池做电源电解 KI 溶液制取 1 mol KIO3，消耗铝电极的质量为 54 g [练 4] 锌溴液流电池是一种新型电化学储能装置（如图所示），电解液为溴化锌水溶液， 其在电解质储罐和电池间不断循环。下列说法不正确的是（ ） 考试 - 5 - / 8 A．放电时负极的电极反应式为 Zn－2e－===Zn2＋ B．充电时电极 a 连接电源的负极 C．阳离子交换膜可阻止 Br2 与 Zn 直接发生反应 D．放电时左侧电解质储罐中的离子总浓度增大 温馨提示：请完成课时作业 19 微专题·大素养⑬ [例 1] 解析：电极 a 上 H2S 转化为 S2，发生氧化反应，则电极 a 为电池的负极，A 项 正确；电极 b 上 O2 转化为 H2O，电极反应式为 O2＋4H＋＋4e－===2H2O，B 项正确；负极 反应式为 2H2S－4e－===S2＋4H＋，电路中每流过 4 mol 电子，在负极消耗 2 mol H2S，而 不是正极，且题中未指明 H2S 所处的状态，C 项错误；根据 2H2S－4e－===S2＋4H＋知，17 g(0.5 mol)H2S 参与反应，生成 1 mol H＋经质子膜进入正极区，D 项正确。 答案：C [练 1] 解析：放电时，Li 失电子，发生氧化反应，Li＋进入有机电解液，a 为负极，充 电时，有机电解液中的 Li＋得电子变为 Li，发生还原反应，a 为阴极，A 项正确；放电时，负 极 Li 失电子，正极 O2 得电子与水生成 OH－，故正极反应式为 O2＋2H2O＋4e－===4OH－， 考试 - 6 - / 8 B 项错误；充电时，Li＋通过离子交换膜的方向是从右到左，C 项错误；放电后，水性电解液 的 pH 增大，充电后 pH 减小，D 项错误。 答案：A [练 2] 解析：“负极为固态有机聚合物”，即固态有机聚合物在负极失电子，电极反应 式为 ，故乙是原电池工作原理图，A 错误、D 正确；放电时，正极电极反应式为 I ＋2e－===3I－， I 被还原为 I－，液态电解质溶液颜色变 浅，B 错误；充电过程为电解过程，阳离子从阳极移向阴极，即甲中 Li＋从左侧移向右侧，C 错误。 答案：D [例 2] 解析：该电池中，N O 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 2N O ＋10e－＋12H＋===N2↑＋6H2O，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 项正确；有机物在厌氧菌作用下生成二氧化碳，所以 X 气体为 CO2， B 项正确；正极反应为 2N O ＋10e－＋12H＋===N2↑＋6H2O，H＋参加反应导致溶液的 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 C6H10O5－24e－＋7H2O===6CO2↑＋24H＋知，电路中每通过 4 mol 电子， 产生标准状况下 X 气体的体积为 ×6×22.4＝22.4(L)，D 项正确。 答案：C 考试 - 7 - / 8 [练 3] 解析：①在微生物作用下 Cm(H2O)n 转化为 CO2 促进电子的转移，正确；②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； ③根据电流的方向，放电过程中，H＋从负极区移向正极区，错误；④电池左侧为电池的正极 区，MnO2 在 H＋条件下发生得电子反应，所以正极反应式为：MnO2＋4H＋＋2e－===Mn2 ＋＋2H2O，④正确。 答案：C [例 3] 解析：由图示可知 Al 电极为负极，电极反应式为：Al－3e － ＋3OH － ===Al(OH)3，O2 在正极反应：O2＋4e－＋2H2O===4OH－，总反应方程式为：4Al＋3O2 ＋6H2O===4Al(OH)3↓，pH 基本不变，A、B 正确，C 项错误；D 项，1 mol KI 制得 1 mol KIO3 转移 6 mol 电子，消耗 2 mol Al，即 54 g 铝，正确。 答案：C [练 4] 解析：由题知电解液为溴化锌水溶液，结合电解装置图分析可知充电时左侧电 极上发生氧化反应：2Br－－2e－===Br2，则左侧电极为阳极，充电时电极 a 连接电源的正极； 充电时右侧电极上发生还原反应：Zn2＋＋2e－===Zn，则右侧电极为阴极，充电时电极 b 连 接电源的负极，B 选项错误。该电池放电时负极反应为充电时阴极反应的逆反应，即 Zn－2e －===Zn2＋，A 选项正确。阳离子交换膜只允许阳离子通过，可阻止 Br2 与 Zn 直接发生反应， C 选项正确。该电池放电时正极反应为充电时阳极反应的逆反应，即为 Br2＋2e－===2Br－， 放电时作原电池，原电池阳离子向正极移动，阴离子向负极移动，且该装置使用了阳离子交 换膜，其只允许阳离子通过，即左侧电极上生成了 Br－，同时 Zn2＋不断移向左侧电极区，所 以放电时左侧电解质储罐中的离子总浓度增大，D 选项正确。 考试 - 8 - / 8 答案：B