1、专项提能特训专项提能特训 10 新型电源工作原理新型电源工作原理 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( ) Aa 电极的电极反应为 H2NCH2CH2NH216e 4H 2O=2CO2N216H B电池工作时质子通过交换膜由负极区向正极区移动 Ca 电极上的电势比 b 电极上的电势低 D电池工作时 b 电极附近溶液的 pH 保持不变 答案 D 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 H2
2、NCH2CH2NH216e 4H 2O=2CO2N216H ，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 选项正确；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 O24e 4H=2H 2O，H 浓度减小，故 b 电极附近溶液的 pH 增大，D 选项错误。 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
3、紫色，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 VO 22H e=VO2H 2O B放电时的正极反应为 V3 e=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 答案 C 解析 A 项，充电时阴极反应式为 V3 e=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 VO 2e 2H=VO2H 2O，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
4、 NaOH 时，电路中转移 0.1 mol e ，由 VO 2e 2H=VO2H 2O 可知消耗 0.2 mol H ，错误。 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 MnO21 2Zn(1 x 6)H2O 1 6ZnSO4 放电 充电 MnOOH1 6ZnSO4Zn(OH)23 xH2O 其电池结构如图 1 所示，图 2 是有机高聚物的结构片段。 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 MnO2e H=MnOOH C充电时，Zn2 移向锌膜 D合成有机高聚物的单体
5、是 答案 B 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 MnO2e H 2O=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。 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
6、误的是( ) A电池工作时，正极可发生反应：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
7、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，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。 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 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 m
8、ol 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
9、极，D 项错误。 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 为电池的负极 B电极 b 上发生的电极反应：O24H 4e=2H 2O 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 答案 C 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 项正确；电极 b 为正极，氧气得电子生
10、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 O24H 4e=2H 2O，可知有 1 mol H 经质子膜进入正极区，故 D 正确。 7某污水处理厂利用微生物电池将镀铬废水中的 Cr2O2 7催化还原，其工作原理如下图所示。 下列说法不正确的是( ) A
11、电池工作过程中电子由 a 极流向 b 极 Bb 极反应式：Cr2O2 76e 14H=2Cr37H 2O C电池工作过程中 a 极区附近溶液的 pH 增大 D每处理 1 mol Cr2O2 7，可生成 33.6 L(标况下)CO2 答案 C 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 Cr 2O 2 7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 Cr2O2 76e 14H=2Cr37H 2O，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，
12、1 mol Cr2O2 7转化为 Cr 3得 6 mol e，CH 3COOH 转化为 CO2 每生成1 mol CO2失4 mol e ， 故每处理1 mol Cr 2O 2 7生成CO2的物质的量为6 4 mol(标况下33.6 L)， 正确。 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( ) Aa 极为正极 B随着反应不断进行，负极区的 pH 不断增大 Cb 极的电极反应式为 MnO22H2O2e =Mn24OH D若消耗 0.01 mol 葡
13、萄糖，电路中转移 0.02 mol 电子 答案 D 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 极的电极反应式为 C6H12O62e =C 6H10O62H ，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 MnO24H 2e=Mn22H 2O，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。 9(2020 盐城市高三模拟)Zulema Borja
14、s 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 BX、Y 依次为阳离子、阴离子交换膜 C负极反应式为 CH3COO 2H 2O8e =2CO 27H D该装置工作时，电能转化为化学能 答案 C 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 错误；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 CH3COO 2H 2O8e =2CO 27H ，C 正确；
15、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。 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 NO 3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 答
16、案 A 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 NO 3通过离 子交换膜移向左池，故 B 正确；充电时，当外电路通过 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。 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
17、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_。 (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。 (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”)。 工作结束
18、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)。 A 电极附近甲醇发生的电极反应为_。 答案 (1)正 CO22e 2H=HCOOH (2)正 2Cl 2e=Cl 2 2 X (3)从 A 到 B 增大 CH3OHH2O6e =6HCO 2 解析 (1)从图示可以看出，左侧 H2O 转变成 O2，O 元素被氧化，电极 a 为负极，电极反应 式为 2H2O4e =4HO 2，H 通过质子交换膜进入右侧发生反应，右侧通入的 CO 2转 变成 HCOOH，C 元素被还原，电极 b 为正极，电极反应式为 CO22e 2H=HCOOH。 (2)根据装
19、置可知生成 H2的电极为正极，生成 Cl2的电极为负极。(3)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。有水生成，pH 变大。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： CH 3OH H2O6e =6HCO 2。 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_。 (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
20、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电极上的电势 c负极的电极反应式是 H22e 2OH=2H 2O 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 (3)LiFePO4电池稳定性高、安全、对环境友好，该电池的总反应式是 Li1xFePO4 LixC6 放电 充电 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_。 答案 (1)正极 BH 48e 8OH=BO 26H2O (2)ce (3)阴极 Li1xFePO4xLi xe=LiFe
21、PO 4 解析 (1)由原电池的工作原理，阳离子移向正极可知通入氧气的一极为正极，由总反应可知 BH 4变为 BO 2，再结合负极失电子被氧化可得电极反应式为 BH 48e 8OH=BO 2 6H2O。(2)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 H22e 2OH=2H 2O，故 c 正确；由图可知，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。(3)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 Li1xFePO4xLi xe=LiFePO 4。