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5MnO2＋2Ag＋2NaCl===Na2Mn5O10＋2AgCl，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：Ag＋Cl－－e－===AgClB．Na＋不断向“水”电池的负极移动C．每生成1molNa2Mn5O10转移2mol电子D．AgCl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Ag＋Cl－－e－===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，5molMnO2生成1molNa2Mn5O10，转移2mol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( )A．Mg电极是该电池的负极B．H2O2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2Cu＋Ag2O===Cu2O＋2Ag。下列有关说法正确的是( )A．装置中电流方向由Cu经导线到Ag2O
B．测量原理示意图中，Ag2O为负极C．负极的电极反应式为2Cu＋2OH－－2e－===Cu2O＋H2OD．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2Cu＋2OH－－2e－===Cu2O＋H2O，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．(2021·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Li2O2－2e－===2Li＋＋O2↑D．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Li2O2－2e－===2Li＋＋O2↑，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(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B．负极反应式为H2－2e－＋CO===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0.2mol电子，消耗3.2gO2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－＋CO===CO2＋H2O，通入氧气的电极作正极，正极发生还原反应，电极反应式为O2＋2CO2＋4e－===2CO，总反应为2H2＋O22H2O。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H2－2e－＋CO===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0.2mol电子，消耗0.05mol氧气，质量为1.6g，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aB．HS－在硫氧化菌作用下转化为SO的反应是HS－＋4H2O－8e－===SO＋9H＋C．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0.4mol电子发生转移，则有0.5molH＋通过质子交换膜解析：选B b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HS－＋4H2O－8e－===SO＋9H＋，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0.4mol电子发生转移，根据电荷守恒可知有0.4molH＋通过质子交换膜与0.1mol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6～10%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B．b极上的电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－
C．电路中每转移0.1mol电子，消耗0.28L的CH4D．O2－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O2＋4e－===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．(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2Mg＋O2＋2H2O===2Mg(OH)2B．正极反应式为Mg－2e－===Mg2＋C．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Mg－2e－＋2OH－===Mg(OH)2↓、正极电极反应式为O2＋4e－＋2H2O===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2Mg＋O2＋2H2O===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( )A．a为电池的正极B．电池充电反应为LiMn2O4===Li1－xMn2O4＋xLiC．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B．Y电极的反应：4OH－－4e－===2H2O＋O2↑C．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B A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4OH－－4e－===2H2O＋O2↑，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.(2021·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B．Cu电极上的电极反应式为CO2＋8H＋－8e－===CH4＋2H2OC．工作时，产生的O2、CH4体积比为1∶1(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CO2＋8H＋＋8e－===CH4＋2H2O，B错误；H2O在GaN电极上发生氧化反应生成O2，电极反应式为2H2O－4e－===4H＋＋O2↑，根据得失电子守恒可知，产生O2和CH4的物质的量之比为2∶1，在同温同压下的体积比为2∶1，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D．Y极发生的反应为2NO＋10e－＋12H＋===N2↑＋6H2O，周围pH增大解析：选A A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2NO＋10e－＋12H＋===N2↑＋6H2O，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4OH－－4e－O2↑＋2H2O，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CO2＋2H＋＋2e－===CO＋H2O。(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2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－。答案：(1)CO2＋2H＋＋2e－===CO＋H2O(2)2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－14.(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2C4H10＋26CO－52e－===34CO2＋10H2O。试回答下列问题：①该燃料电池的总反应式为___________________________________________；②正极电极反应式为_________________________________________________；③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1molC8H18失去50mol电子生成8molCO2，18molH原子转化为9molH2O，根据质量守恒和电荷守恒写出负极反应式为C8H18－50e－＋25O2－===8CO2＋9H2O。(2)①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2C4H10＋13O2===8CO2＋10H2O；②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O2＋2CO2＋4e－===2CO；③由该电极的正极反应式O2＋2CO2＋4e－===2CO可知加入的物质是CO2，由负极反应式2C4H10＋26CO－52e－===34CO2＋10H2O可知，CO2来源于负极上生成的CO2。答案：(1)C8H18＋25O2－－50e－===8CO2＋9H2O(2)①2C4H10＋13O2===8CO2＋10H2O②O2＋2CO2＋4e－===2CO③CO2 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VO2＋＋V3＋＋H2OV2＋＋VO＋2H＋。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________。a．VO、VO2＋混合液 b．V3＋、V2＋混合液c．VO溶液d．VO2＋溶液e．V3＋溶液f．V2＋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VO＋2H＋＋e－===VO2＋＋H2O；充电时，阴极反应为还原反应，其反应式为V3＋＋e－===V2＋。(3)充电时阳极反应式为VO2＋＋H2O－e－===VO＋2H＋，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)VO＋2H＋＋e－===VO2＋＋H2O V3＋＋e－===V2＋ 升高(3)acd(4)H＋16．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。①氧气应从c处通入，则电极Y为________极，发生的电极反应式为________________________________________________________________________；②二甲醚(CH3OCH3)应从b处加入，电极X上发生的电极反应式为________________________________________________________________________；③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CH3CH2OH＋16OH－－12e－===2CO＋11H2O。(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2H2O－4e－===4H＋＋O2↑。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===O2＋2CO。(3)①二甲醚—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4H＋＋O2＋4e－===2H2O。②二甲醚(CH3OCH3)在负极发生氧化反应生成CO2，电极反应式为CH3OCH3＋3H2O－12e－===2CO2＋12H＋。③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CH3CH2OH＋16OH－－12e－===2CO＋11H2O(2)2H2O－4e－===4H＋＋O2↑ 2CO2===O2＋2CO(3)①正 4H＋＋O2＋4e－===2H2O②CH3OCH3＋3H2O－12e－===2CO2＋12H＋ ③减小
