（通用版）高考化学一轮复习 跟踪检测（三十五）化学能与电能（2）新型化学电源（过题型）（含解析）-人教版高三化学试题

跟踪检测（三十五） 化学能与电能（2）新型化学电源（过题型）1有一种“水”电池，在海水中电池总反应可表示为5MnO22Ag2NaCl=Na2Mn5O102AgCl，下列“水”电池在海水中放电时的有关说法正确的是()A正极反应式：AgCle=AgClBNa不断向“水”电池的负极移动C每生成1 mol Na2Mn5O10转移2 mol电子DAgCl是还原产物解析：选C根据电池总反应，可判断出Ag应为原电池的负极，负极电极反应式为AgCle=AgCl，故A错误；在原电池中阴离子向负极移动，阳离子向正极移动，故B错误；根据总反应式可知，5 mol MnO2生成1 mol Na2Mn5O10，转移2 mol电子，故C正确；反应中Ag的化合价升高，被氧化，Ag应为原电池的负极，AgCl是氧化产物，故D错误。2已知：H2O2是一种强氧化剂。MgH2O2电池可用于驱动无人驾驶的潜航器。该电池以海水为电解质溶液，示意图如图所示。该电池工作时，下列说法不正确的是()AMg电极是该电池的负极BH2O2在石墨电极上发生氧化反应C该装置能将化学能转化为电能D溶液中Cl向Mg电极移动解析：选B组成的原电池的负极被氧化，镁为负极，故A正确；双氧水作为氧化剂，在石墨电极上被还原成水，发生还原反应，故B错误；该装置是原电池，将化学能转化为电能，故C正确；原电池中，阴离子移向负极，Mg电极为该原电池的负极，则Cl向Mg电极移动，故D正确。3.普通水泥在固化过程中自由水分子减少并产生Ca(OH)2，溶液呈碱性。根据这一特点科学家发明了电动势(E)法测水泥初凝时间，此法的原理如图所示，反应的总方程式为2CuAg2O=Cu2O2Ag。下列有关说法正确的是()A装置中电流方向由Cu经导线到Ag2OB测量原理示意图中，Ag2O为负极C负极的电极反应式为2Cu2OH2e=Cu2OH2OD电池工作时，OH向正极移动解析：选C由电池总反应可知，Cu发生氧化反应，则Cu极是负极，Ag2O/Ag极是正极，原电池中电流由正极经导线流向负极，故电流是由Ag2O/Ag极流向Cu极，A、B错误；负极上Cu失电子被氧化生成Cu2O，电极反应式为2Cu2OH2e=Cu2OH2O，C正确；电池工作时，阴离子向负极移动，故OH向Cu电极移动，D错误。4(2019泉州质检)锂空气电池是一种新型的二次电池，其放电时的工作原理如图所示。下列说法正确的是()A电解质溶液中，Li由多孔电极迁移向锂电极B该电池放电时，负极发生了还原反应C充电时，电池正极的反应式为Li2O22e=2LiO2D电池中的电解质溶液可以是有机溶剂或稀盐酸等解析：选C由题图可知，金属锂作负极，多孔电极作正极，阳离子向正极移动，则Li由锂电极迁移向多孔电极，A错误；放电时，负极发生氧化反应，正极发生还原反应，B错误；充电时，电池的正极与电源的正极相连，作电解池的阳极，电极反应式为Li2O22e=2LiO2，C正确；由于锂是活泼金属，可与稀盐酸反应生成LiCl和H2，故电解质溶液不能用稀盐酸，D错误。5氢氧熔融碳酸盐燃料电池是一种高温电池(600700 )，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B负极反应式为H22eCO=CO2H2OC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H22eCO=CO2H2O，通入氧气的电极作正极，正极发生还原反应，电极反应式为O22CO24e=2CO，总反应为2H2O22H2O。A项，根据上述分析，电池工作时，熔融碳酸盐参与了电极反应，错误；B项，负极发生氧化反应，电极反应式为H22eCO=CO2H2O，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。6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图所示，下列说法正确的是()A电子从b流出，经外电路流向aBHS在硫氧化菌作用下转化为SO的反应是HS4H2O8e=SO9HC如果将反应物直接燃烧，能量的利用率不会变化D若该电池电路中有0.4 mol电子发生转移，则有0.5 mol H通过质子交换膜解析：选Bb电极通入氧气，是正极，a电极是负极，电子从a流出，经外电路流向b，A错误；a电极是负极，发生失去电子的氧化反应，即HS在硫氧化菌作用下转化为SO，电极反应是HS4H2O8e=SO9H，B正确；如果将反应物直接燃烧，会有部分化学能转化为光能，因此能量的利用率会变化，C错误；若该电池电路中有0.4 mol电子发生转移，根据电荷守恒可知有0.4 mol H通过质子交换膜与0.1 mol氧气结合转化为水，D错误。7.一种以天然气为燃料的固体氧化物燃料电池的原理如图所示，其中YSZ为610%Y2O3掺杂的ZrO2固体电解质，下列有关叙述正确的是()A电子通过外电路从b极流向a极Bb极上的电极反应式为O22H2O4e=4OHC电路中每转移0.1 mol电子，消耗0.28 L的CH4DO2由正极通过固体电解质YSZ迁移到负极解析：选D该燃料电池中，通入甲烷的电极是负极、通入氧气的电极是正极，电子流出的电极为负极、电子流入的电极为正极，电子从a极沿导线流向b极，故A错误；b电极上氧气得电子生成O2，电极反应式为O24e=2O2，故B错误；温度和压强未知导致气体摩尔体积未知，所以无法计算甲烷体积，故C错误；电解质中阴离子向负极移动，则O2由正极通过固体电解质YSZ迁移到负极，故D正确。8(2018海南高考改编)一种镁氧电池如图所示，电极材料为金属镁和吸附氧气的活性炭，电解液为KOH浓溶液。下列说法正确的是()A电池总反应式为2MgO22H2O=2Mg(OH)2B正极反应式为Mg2e=Mg2C活性炭可以加快O2在负极上的反应速率D电子的移动方向由b经外电路到a解析：选A负极电极反应式为Mg2e2OH=Mg(OH)2、正极电极反应式为O24e2H2O=4OH，得失电子相同的条件下，将正负极电极反应式相加得电池总反应式为2MgO22H2O=2Mg(OH)2，故A正确，B错误；通入O2的电极是正极，活性炭可以加快O2在正极上的反应速率，故C错误；Mg作负极、活性炭作正极，电子从负极a经外电路到正极b，故D错误。9.如图所示的水溶液锂离子电池体系。下列叙述错误的是()Aa为电池的正极B电池充电反应为LiMn2O4=Li1xMn2O4xLiC放电时，a极锂的化合价发生变化D放电时，溶液中Li从b向a迁移解析：选C图示所给出的是原电池装置。A项，由图示分析，金属锂易失电子，由原电池原理可知，含有锂的一端为原电池的负极，即b为负极，a为正极，正确；B项，电池充电时为电解池，反应式为原电池反应的逆反应，正确；C项，放电时，a极为原电池的正极，发生还原反应的是Mn元素，锂元素的化合价没有变化，不正确；D项，放电时为原电池，Li为阳离子，应向正极(a极)迁移，正确。10为了实现空间站的零排放，循环利用人体呼出的CO2来提供O2，我国科学家设计了如图装置，反应后，电解质溶液的pH保持不变。下列说法正确的是()A图中N型半导体为正极，P型半导体为负极BY电极的反应：4OH4e=2H2OO2C图中离子交换膜为阳离子交换膜D该装置实现了“太阳能化学能电能”的转化解析：选BA项，根据题图，电荷移动的方向，可判断N型半导体为负极，P型半导体为正极，错误；B项，Y电极连接电源的正极，作阳极，根据电解原理，电极反应为4OH4e=2H2OO2，正确；C项，反应后，电解质溶液的pH保持不变，离子交换膜应为阴离子交换膜，错误；D项，该装置实现了“太阳能电能化学能”的转化，错误。11.(2019宿州质检)太阳能光电池具有可靠稳定、寿命长、安装维护简便等优点，现已得到广泛应用。氮化镓(GaN)光电池的结构如图所示。下列说法中正确的是()A该装置系统中只存在光能与电能之间的转化BCu电极上的电极反应式为CO28H8e=CH42H2OC工作时，产生的O2、CH4体积比为11(同温同压)D离子交换膜为质子交换膜，H从左池移向右池解析：选D由题图可知，该装置系统中存在太阳能与化学能、化学能与电能及化学能与热能等的转化，A错误；CO2在Cu电极上发生还原反应生成CH4，则电极反应式为CO28H8e=CH42H2O，B错误；H2O在GaN电极上发生氧化反应生成O2，电极反应式为2H2O4e=4HO2，根据得失电子守恒可知，产生O2和CH4的物质的量之比为21，在同温同压下的体积比为21，C错误；由上述分析知左池产生H，右池消耗H，则离子交换膜为质子交换膜，H向正极移动，即H从左池移向右池，D正确。12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项，根据A项分析可知X极作负极，Y极作正极，电子由负极X极沿导线流向正极Y极，正确；D项，Y极为正极，发生的电极反应为2NO10e12H=N26H2O，反应消耗H，pH增大，正确。13.(1)近年科学家提出“绿色自由”构想。把含有大量CO2的空气吹入K2CO3溶液中，再把CO2从溶液中提取出来，并使之与H2反应生成可再生能源甲醇。科学家还研究了其他转化温室气体的方法，利用如图所示装置可以将CO2转化为气体燃料CO。该装置工作时，N电极的电极反应式为_。(2)氢气是一种理想的清洁能源，其制取与储存是氢能源利用领域的研究热点。有一种制氢方法为光电化学分解。其原理如图所示，钛酸锶光电极的电极反应为4OH4eO22H2O，则铂电极的电极反应为_。解析：(1)根据装置图，N极CO2得电子生成CO，电极反应式为CO22H2e=COH2O。(2)依据装置图中的电子流向分析，铂电极作原电池正极，电极反应为2H2O2e=H22OH。答案：(1)CO22H2e=COH2O(2)2H2O2e=H22OH14.(1)为摆脱对石油的过度依赖，科研人员将煤液化制备汽油，并设计了汽油燃料电池，电池工作原理如图所示。一个电极通入氧气，另一电极通入汽油蒸气，电解质是掺杂了Y2O3的ZrO2晶体，它在高温下能传导O2。以辛烷(C8H18)代表汽油，写出该电池工作时的负极反应式：_。(2)熔融盐燃料电池具有较高的发电效率，因而受到重视。某燃料电池以熔融的K2CO3(其中不含O2和HCO)为电解质，以丁烷为燃料，以空气中的氧气为氧化剂，以具有催化作用和导电性能的稀土金属材料为电极。该燃料电池负极电极反应式为2C4H1026CO52e=34CO210H2O。试回答下列问题：该燃料电池的总反应式为_；正极电极反应式为_；为了使该燃料电池长时间稳定运行，电池的电解质组成应保持稳定。为此，必须在通入的空气中加入一种物质，加入的物质是_，它来自_。解析：(1)电解质能在高温下能传导O2，负极发生氧化反应，即1 mol C8H18失去50 mol电子生成8 mol CO2，18 mol H原子转化为9 mol H2O，根据质量守恒和电荷守恒写出负极反应式为C8H1850e25O2=8CO29H2O。(2)该电池中，丁烷和氧气反应生成二氧化碳和水，该燃料电池的总反应式为2C4H1013O2=8CO210H2O；正极上氧气得电子发生还原反应和二氧化碳生成CO，电极反应式为O22CO24e=2CO；由该电极的正极反应式O22CO24e=2CO可知加入的物质是CO2，由负极反应式2C4H1026CO52e=34CO210H2O可知，CO2来源于负极上生成的CO2。答案：(1)C8H1825O250e=8CO29H2O(2)2C4H1013O2=8CO210H2OO22CO24e=2COCO2负极反应产物15全钒液流电池是一种活性物质呈循环流动液态的电池，目前钒电池技术已经趋近成熟。如图是钒电池基本工作原理示意图：请回答下列问题：(1)硫酸在电池技术和实验室中具有广泛的应用，在传统的铜锌原电池中，硫酸是_，实验室中配制硫酸亚铁时需要加入少量硫酸，硫酸的作用是_。(2)钒电池是以溶解于一定浓度硫酸溶液中的不同价态的钒离子(V2、V3、VO2、VO)为正极和负极电极反应的活性物质，电池总反应为VO2V3H2OV2VO2H。放电时的正极反应式为_，充电时的阴极反应式为_。放电过程中，电解液的pH_(填“升高”“降低”或“不变”)。(3)钒电池基本工作原理示意图中“正极电解液”可能是_。aVO、VO2混合液bV3、V2混合液cVO溶液 dVO2溶液eV3溶液 fV2溶液(4)能够通过钒电池基本工作原理示意图中“隔膜”的离子是_。解析：(1)传统的铜锌原电池中，锌与酸反应生成氢气，故硫酸为电解质溶液；硫酸亚铁容易水解，且水解显酸性，加入少量硫酸，可以抑制其水解变质。(2)放电时正极反应是还原反应，由电池总反应可知放电时的正极反应式为VO2He=VO2H2O；充电时，阴极反应为还原反应，其反应式为V3e=V2。(3)充电时阳极反应式为VO2H2Oe=VO2H，故充电完毕的正极电解液为VO溶液，而放电完毕的正极电解液为VO2溶液，故正极电解液可能是a、c、d。(4)充电和放电过程中，正极电解液与负极电解液不能混合，起平衡电荷作用的是加入的酸，故H可以通过隔膜。答案：(1)电解质溶液抑制硫酸亚铁的水解(2)VO2He=VO2H2OV3e=V2升高(3)acd(4)H16燃料电池是一种将燃料所具有的化学能直接转换成电能的化学装置。(1)以多孔铂为电极，如图甲装置中A、B口分别通入CH3CH2OH和O2构成乙醇燃料电池，则b电极是_(填“正极”或“负极”)，该电池的负极电极反应式为_。(2)科学家研究了转化温室气体的方法，利用图乙所示装置可以将CO2转化为气体燃料CO，该电池负极反应式为_，工作时的总反应式为_。(3)绿色电源“二甲醚氧气燃料电池”的工作原理如图丙所示。氧气应从c处通入，则电极Y为_极，发生的电极反应式为_；二甲醚(CH3OCH3)应从b处加入，电极X上发生的电极反应式为_；电池在放电过程中，电极X周围溶液的pH_(填“增大”“减小”或“不变”)。解析：(1)b电极通入O2，发生还原反应，则b电极为正极。乙醇(CH3CH2OH)在负极上发生氧化反应，电解质溶液为KOH溶液，负极反应式为CH3CH2OH16OH12e=2CO11H2O。(2)由题图乙可知，CO2在N极上发生还原反应生成CO，则N为正极，M为负极。H2O在负极上发生氧化反应生成O2，则电极反应式为2H2O4e=4HO2。H2O在M极上生成O2，CO2在N极上生成CO，则电池总反应式为2CO2=O22CO。(3)二甲醚氧气燃料电池中，O2通入正极，发生还原反应生成H2O，电极反应式为4HO24e=2H2O。二甲醚(CH3OCH3)在负极发生氧化反应生成CO2，电极反应式为CH3OCH33H2O12e=2CO212H。放电过程中，电极X上CH3OCH3被氧化生成CO2和H，电极X周围溶液中c(H)增大，溶液的pH减小。答案：(1)正极CH3CH2OH16OH12e=2CO11H2O(2)2H2O4e=4HO22CO2=O22CO(3)正4HO24e=2H2OCH3OCH33H2O12e=2CO212H减小