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第34讲　原电池和化学电源
(说明:选择题每小题3分)
层次1基础性
1.(2024·湖南卷)近年来,我国新能源产业得到了蓬勃发展,下列说法错误的是(　　)
A.理想的新能源应具有资源丰富、可再生、对环境无污染等特点
B.氢氧燃料电池具有能量转化率高、清洁等优点
C.锂离子电池放电时锂离子从负极脱嵌,充电时锂离子从正极脱嵌
D.太阳能电池是一种将化学能转化为电能的装置
2.(2024·湖南怀化期末)化学电源在日常生活和高科技领域中都有广泛应用,下图为不同电池的构造示意图,有关说法正确的是(　　)
A.图Ⅰ:锌筒作负极,发生还原反应,锌筒会变薄
B.图Ⅱ:放电时正极反应式为Pb-2e-+SPbSO4
C.图Ⅲ:如消耗标准状况下22.4 L O2,电路中理论上转移的电子为4 mol
D.图Ⅳ:放电时,电解质溶液中Li+向锂电极迁移
3.下列与甲、乙两套装置有关的说法正确的是(　　)
A.甲、乙装置中,锌棒均作负极,发生氧化反应
B.甲中锌棒直接与稀硫酸接触,故甲生成气泡的速率更快
C.甲、乙装置的电解质溶液中,阳离子均向石墨棒定向迁移
D.乙中盐桥设计的优点是迅速平衡电荷,提高电池效率
4.(2025·八省联考云南卷)低空经济为新能源电池拓宽了应用场景。一种新型光伏电池工作原理如图所示,其中KI-KI3溶液为电解质溶液。太阳光照下,敏化后的TiO2产生电子(e-)和空穴(h+),驱动电流产生和离子移动。下列说法错误的是(　　)
A.电池工作时,涉及光能转化为电能
B.敏化TiO2电极是负极
C.Pt电极反应为3I--2e-
D.光敏化剂结构中,中心离子Ru2+的配位数是6
5.(2023·广东卷)负载有Pt和Ag的活性炭,可选择性去除Cl-实现废酸的纯化,其工作原理如图。下列说法正确的是(　　)
A.Ag作原电池正极
B.电子由Ag经活性炭流向Pt
C.Pt表面发生的电极反应:O2+2H2O+4e-4OH-
D.每消耗标准状况下11.2 L的O2,最多去除1 mol Cl-
6.(2024·河南安阳模拟)一种低温Zn-MnO2纤维电池放电时的工作原理如图所示,下列说法正确的是(　　)
A.放电时,电子由N电极经电解质溶液流向M电极
B.放电时,溶液中的Zn2+向N电极移动
C.若该装置外电路中有1 mol电子转移,则理论上两极质量变化均为32.5 g
D.充电时,M电极的电极反应式为Mn2+-2e-+4OH-MnO2+2H2O
层次2综合性
7.(2023·辽宁卷)某低成本储能电池原理如图所示。下列说法正确的是(　　)
A.放电时负极质量减小
B.储能过程中电能转变为化学能
C.放电时右侧H+通过质子交换膜移向左侧
D.充电总反应:Pb+S+2Fe3+PbSO4+2Fe2+
8.(2023·全国乙卷)室温钠-硫电池被认为是一种成本低、比能量高的能源存储系统。一种室温钠-硫电池的结构如图所示。将钠箔置于聚苯并咪唑膜上作为一个电极,表面喷涂有硫黄粉末的炭化纤维素纸作为另一电极。工作时,在硫电极发生反应:
S8+e-+e-,2Na+++2(1-)e-Na2Sx
下列叙述错误的是(　　)
A.充电时Na+从钠电极向硫电极迁移
B.放电时外电路电子流动的方向是a→b
C.放电时正极反应式为2Na++S8+2e-Na2Sx
D.炭化纤维素纸的作用是增强硫电极导电性能
9.(2024·安徽卷)我国学者研发出一种新型水系锌电池,其示意图如下。该电池分别以Zn-TCPP(局部结构如标注框内所示)形成的稳定超分子材料和Zn为电极,以ZnSO4和KI混合溶液为电解质溶液。下列说法错误的是(　　)
A.标注框内所示结构中存在共价键和配位键
B.电池总反应为+ZnZn2++3I-
C.充电时,阴极被还原的Zn2+主要来自Zn-TCPP
D.放电时,消耗0.65 g Zn,理论上转移0.02 mol电子
层次3创新性
10.(6分)全钒液流电池是一种活性物质循环流动的液态电池,以溶解于一定浓度硫酸中的不同价态的含钒离子为电极反应的活性物质,基本工作原理示意图如下:
回答下列问题:
(1)硫酸是铅酸蓄电池的电解质,在铅酸蓄电池中负极的电极反应式是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(2)全钒液流电池放电时,左槽溶液颜色逐渐由黄变蓝,则电极b的电极反应式是　　　　　　　　　　　。若有0.2 mol电子转移,质子交换膜左侧电解液质量　　　　(填“增加”或“减少”),变化的质量为　　　　。
(3)全钒液流电池充电时,电极a应连接电源的　　　极,电极反应式为　　　　　　。
第34讲　原电池和化学电源
1.D　解析:理想的新能源应具有可再生、无污染等特点,A正确;氢氧燃料电池利用原电池将化学能转化为电能,对氢气与氧气反应的能量进行利用,减小了直接燃烧的热量散失,产物无污染,故具有能量转化率高、清洁等优点,B正确;脱嵌是锂从电极材料中出来的过程,放电时,负极材料产生锂离子,则锂离子在负极脱嵌,则充电时,锂离子在阳极脱嵌,C正确;太阳能电池是一种将太阳能转化为电能的装置,D错误。
2.C　解析:图Ⅰ锌锰干电池中锌筒作负极,锌筒发生氧化反应被溶解,导致锌筒变薄,A错误;图Ⅱ铅酸蓄电池中PbSO4为难溶于水的盐,放电时负极的电极反应式为Pb-2e-+SPbSO4,正极的电极反应式为PbO2+2e-+S+4H+PbSO4+2H2O,B错误;图Ⅲ是氢氧燃料电池,1个O2得4个电子,如消耗标准状况下22.4 L O2(O2的物质的量为1 mol),电路中理论上转移的电子为4 mol,C正确;图Ⅳ是锂电池,原电池放电时,阳离子从负极流向正极,该装置中多孔碳材料是正极、锂是负极,放电时溶液中Li+从锂电极向多孔碳材料电极迁移,D错误。
3.D　解析:甲装置不是原电池,故A错误;甲中锌棒直接与稀硫酸接触,发生化学腐蚀,乙中构成了原电池,负极失去电子速率加快,因此正极放出氢气的速率增大,故B错误;甲装置中阳离子不会发生定向移动,C错误。
4.C　解析:该装置是光伏电池,太阳光照下敏化后的TiO2产生电子(e-)和空穴(h+),驱动电流产生和离子移动,所以电池工作时,涉及光能转化为电能,A正确;太阳光照下,敏化后的TiO2产生电子(e-)和空穴(h+),即敏化TiO2电极失电子为负极,B正确;Pt电极为正极,发生得电子的还原反应,Pt电极的电极反应式为+2e-3I-,C错误;由图可知,光敏化剂结构中,中心离子Ru2+与6个N原子成键,则配位数是6,D正确。
5.B　解析:O2在Pt极得电子发生还原反应,Pt为正极,Cl-在Ag极失去电子发生氧化反应,Ag为负极,A错误;电子由负极Ag经活性炭流向正极Pt,B正确;溶液为酸性,故Pt表面发生的电极反应为O2+4H++4e-2H2O,C错误;每消耗标准状况下11.2 L的O2,转移2 mol电子,而2 mol Cl-可失去2 mol电子,故最多去除2 mol Cl-,D错误。
6.C　解析:放电时,N电极上Zn发生失电子的氧化反应转化成Zn2+,电极反应式为Zn-2e-Zn2+,N电极为负极;M电极上MnO2发生得电子的还原反应转化成ZnxMnO2,电极反应式为MnO2+2xe-+xZn2+ZnxMnO2,M电极为正极。放电时,电子由负极(N电极)经外电路流向正极(M电极),电子不能通过电解质溶液,A错误;放电时,溶液中的阳离子Zn2+向正极(M电极)移动,B错误;若该装置外电路中有1 mol电子转移,N电极的电极反应式为Zn-2e-Zn2+,N电极质量减少32.5 g,M电极的电极反应式为MnO2+2xe-+xZn2+ZnxMnO2,M电极质量增加32.5 g,C正确;充电时,M电极为阳极,电极反应式为ZnxMnO2-2xe-MnO2+xZn2+,D错误。
7.B　解析:电池放电时,负极反应式为Pb+S-2e-PbSO4,可知负极质量增大,A错误;储能过程为充电过程,将电能转化为化学能,充电时总反应为PbSO4+2Fe2+Pb+S+2Fe3+,B正确、D错误;放电时,H+向正极移动,通过质子交换膜移向电池右侧,C错误。
8.A　解析:钠-硫电池负极为Na,正极为S。充电时钠电极为阴极,电极反应式为Na++e-Na,Na+应由硫电极向钠电极迁移,A错误;放电时,外电路中电子由负极移向正极(a→b),B正确;放电时正极为硫放电,电极反应式为2Na++S8+2e-Na2Sx,C正确;利用炭化纤维素纸易导电的性质,可增强电极的导电性能,D正确。
9.C　解析:标注框内所示结构属于配合物,配位体中存在碳碳单键、碳碳双键、碳氮单键、碳氮双键和碳氢键等多种共价键,还有由N提供孤电子对、Zn2+提供空轨道形成的配位键,A正确;由新型水系锌电池装置图可知,该电池的负极是锌、正极是超分子材料,则该电池总反应为+ZnZn2++3I-,B正确;充电时,阴极电极反应式为Zn2++2e-Zn,被还原的Zn2+主要来自电解质溶液,C错误;放电时,负极的电极反应式为Zn-2e-Zn2+,因此消耗0.65 g Zn(物质的量为0.01 mol),理论上转移0.02 mol电子,D正确。
10.答案 (1)Pb-2e-+SPbSO4
(2)V2+-e-V3+　增加　0.2 g
(3)正　VO2++H2O-e-V+2H+
解析:(1)在铅酸蓄电池中Pb为负极,Pb失去电子和硫酸根离子结合生成硫酸铅。(2)全钒液流电池放电时,左槽溶液颜色逐渐由黄变蓝,说明V转化为VO2+,钒元素化合价降低,说明电极a是正极,电极b为负极,因此电极b的电极反应式是V2+-e-V3+;电极a发生反应:V+e-+2H+VO2++H2O,若有0.2 mol电子转移,则有0.2 mol氢离子转移到左侧,因此质子交换膜左侧电解质溶液质量增加,增加的质量为0.2 mol×1 g·mol-1=0.2 g。(3)根据前面分析可知电极a为正极,电极b为负极,因此全钒液流电池充电时,电极a应连接电源的正极,电极反应式为VO2++H2O-e-V+2H+。
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