第七章化學(xué)反應(yīng)與能量素養(yǎng)微專題(七)

新型化學(xué)電源的分析化學(xué)固態(tài)電池是一種使用固體電極和固體電解質(zhì)的電池。固態(tài)電池的負(fù)極材料可以是納米硅和石墨的復(fù)合負(fù)極，正極可以是錳酸鋰、富鋰錳基材料或不含鋰的正極材料，電解質(zhì)是固體電解質(zhì)，固態(tài)電池使用固體電解質(zhì)替代了傳統(tǒng)鋰離子電池的電解液和隔膜，更安全、能量密度更高、循環(huán)性能更強(qiáng)，成為下一代動(dòng)力電池的主要研發(fā)方向。固體電解質(zhì)可大致分為三類：無(wú)機(jī)電解質(zhì)、固態(tài)聚合物電解質(zhì)、復(fù)合電解質(zhì)。典例研析題型一固態(tài)電池A【即時(shí)訓(xùn)練1】

(2024·遼寧錦州模擬)我國(guó)科學(xué)家研發(fā)出世界首例室溫條件下，以固態(tài)氫化鑭(LaHx)為氫負(fù)離子(H－)導(dǎo)體的新型二次電池，電池工作原理如圖所示。已知電池放電時(shí)H－由a極移向b極，下列說(shuō)法正確的是(

)A．H－的電子式為H∶B．電池工作時(shí)電勢(shì)a＜bC．放電時(shí)，電池總反應(yīng)式為T(mén)i＋H2===TiH2D．充電時(shí)，每轉(zhuǎn)移2mol電子，a極增重2gD解析：該裝置為化學(xué)電源，根據(jù)放電時(shí)，H－由a極移向b極，依據(jù)原電池工作原理，陰離子向負(fù)極移動(dòng)，即電極b為負(fù)極，電極a為正極，則電勢(shì)為a＞b，故B錯(cuò)誤；氫原子核外有1個(gè)電子，得到1個(gè)電子，得到H－，即H－的電子式為[H∶]－，故A錯(cuò)誤；電極a的反應(yīng)式為T(mén)iH2＋2e－===Ti＋2H－，電極b的反應(yīng)式為2H－－2e－===H2↑，總反應(yīng)式為T(mén)iH2===Ti＋H2↑，故C錯(cuò)誤；充電時(shí)，電極a的反應(yīng)式為T(mén)i＋2H－－2e－===TiH2，每轉(zhuǎn)移2mol電子，a極增重質(zhì)量為2mol×1g/mol＝2g，故D正確。題型二濃差電池濃差電池是利用物質(zhì)的濃度差產(chǎn)生電勢(shì)的一種裝置。兩側(cè)半電池中的特定物質(zhì)有濃度差，離子均是由“高濃度”移向“低濃度”，依據(jù)陰離子移向負(fù)極區(qū)域，陽(yáng)離子移向正極區(qū)域判斷電池的正、負(fù)極，這是解題的關(guān)鍵?！纠?】

(2023·山東卷改編)利用熱再生氨電池可實(shí)現(xiàn)CuSO4電鍍廢液的濃縮再生。電池裝置如圖所示，甲、乙兩室均預(yù)加相同的CuSO4電鍍廢液，向甲室加入足量氨水后電池開(kāi)始工作。下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是(

)A．甲室Cu電極為負(fù)極B．隔膜為陽(yáng)離子膜C．電池總反應(yīng)為Cu2+＋4NH3===[Cu(NH3)4]2+D．NH3擴(kuò)散到乙室將對(duì)電池電動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生影響B(tài)解析：向甲室加入足量氨水后電池開(kāi)始工作，則甲室Cu電極溶解，變?yōu)殂~離子與氨氣形成[Cu(NH3)4]2+，因此甲室Cu電極為負(fù)極，A正確；在原電池內(nèi)電路中陽(yáng)離子向正極移動(dòng)，若隔膜為陽(yáng)離子膜，電極溶解生成的銅離子要向右側(cè)移動(dòng)，無(wú)法實(shí)現(xiàn)電鍍廢液的濃縮再生，B錯(cuò)誤；左側(cè)負(fù)極反應(yīng)是Cu－2e－＋4NH3===[Cu(NH3)4]2+，正極反應(yīng)是Cu2+＋2e－===Cu，則電池總反應(yīng)為Cu2+＋4NH3===[Cu(NH3)4]2+，C正確；NH3擴(kuò)散到乙室會(huì)與銅離子反應(yīng)生成[Cu(NH3)4]2+，銅離子濃度降低，銅離子得電子能力減弱，因此將對(duì)電池電動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生影響，D正確。【即時(shí)訓(xùn)練2】

(2024·黑龍江哈爾濱六校高三期末)一種全氫電池的工作原理如圖所示。下列說(shuō)法正確旳是(

)A．X極的電勢(shì)高于Y極B．電池工作中，H＋通過(guò)離子交換膜C．Y極電極反應(yīng)式為2H＋＋2e－===H2↑D．反應(yīng)一段時(shí)間后右室c(NaClO4)減小C解析：由題干工作原理圖可知，左邊X電極上氫氣失電子與氫氧根離子結(jié)合生成水，發(fā)生了氧化反應(yīng)，為負(fù)極，電極反應(yīng)是H2－2e－＋2OH－===2H2O，右邊Y電極為正極，發(fā)生了還原反應(yīng)，電極反應(yīng)是2e－＋2H＋===H2↑，X極的電勢(shì)低于Y極，A項(xiàng)錯(cuò)誤，C項(xiàng)正確；原電池工作時(shí)，陽(yáng)離子移向正極，陰離子移向負(fù)極，電子由負(fù)極經(jīng)過(guò)導(dǎo)線進(jìn)入正極，Na＋由負(fù)極即左側(cè)移向正極右側(cè)，故反應(yīng)一段時(shí)間后右室c(NaClO4)增大，B、D項(xiàng)錯(cuò)誤。題型三微生物燃料電池微生物燃料電池是一種利用微生物將有機(jī)物中的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化成電能的裝置。其基本工作原理是在負(fù)極室厭氧環(huán)境下，有機(jī)物在微生物作用下分解并釋放出電子和質(zhì)子，電子依靠合適的電子傳遞介體在生物組分和負(fù)極之間進(jìn)行有效傳遞，并通過(guò)外電路傳遞到正極形成電流，而質(zhì)子通過(guò)質(zhì)子交換膜傳遞到正極，氧化劑(如氧氣)在正極得到電子被還原。【例3】

(2020·山東卷)微生物脫鹽電池是一種高效、經(jīng)濟(jì)的能源裝置，利用微生物處理有機(jī)廢水獲得電能，同時(shí)可實(shí)現(xiàn)海水淡化?，F(xiàn)以NaCl溶液模擬海水，采用惰性電極，用如圖裝置處理有機(jī)廢水(以含CH3COO－的溶液為例)。下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是(

)A．負(fù)極反應(yīng)為CH3COO－＋2H2O－8e－===2CO2↑＋7H＋B．隔膜1為陽(yáng)離子交換膜，隔膜2為陰離子交換膜C．當(dāng)電路中轉(zhuǎn)移1mol電子時(shí)，模擬海水理論上除鹽58.5gD．電池工作一段時(shí)間后，正、負(fù)極產(chǎn)生氣體的物質(zhì)的量之比為2∶1B解析：由題圖可知，a極為負(fù)極，b極為正極，則隔膜1為陰離子交換膜，隔膜2為陽(yáng)離子交換膜，才能使模擬海水中的氯離子移向負(fù)極，鈉離子移向正極，達(dá)到海水淡化的目的，B項(xiàng)錯(cuò)誤；電路中有1mol電子通過(guò)時(shí)，則電解質(zhì)溶液中有1mol鈉離子移向正極，1mol氯離子移向負(fù)極，C項(xiàng)正確；負(fù)極反應(yīng)為CH3COO－＋2H2O－8e－===2CO2↑＋7H＋，正極反應(yīng)為2H＋＋2e－===H2↑，根據(jù)電荷守恒，正、負(fù)極產(chǎn)生氣體的物質(zhì)的量之比為2∶1，A、D項(xiàng)正確?！炯磿r(shí)訓(xùn)練3】

(2024·河南焦作一模)一種雙陰極微生物燃料電池的裝置如圖所示(燃料為C2H4O2)。C區(qū)域既移入H＋，通入的O2又轉(zhuǎn)化為水，所以“好氧陰極”區(qū)域質(zhì)量增加，C項(xiàng)正確；“厭氧陽(yáng)極”的電極反應(yīng)式為C2H4O2＋2H2O－8e－===2CO2↑＋8H＋，每轉(zhuǎn)移1mol電子，移出1molH＋(1g)，逸出0.25molCO2(11g)，共移出12g，D項(xiàng)錯(cuò)誤。題型四液流儲(chǔ)能電池液流儲(chǔ)能電池不同于固體材料電極或氣體電極的電池，其活性物質(zhì)是流動(dòng)的電解質(zhì)溶液，是利用正負(fù)極分開(kāi)，各自循環(huán)的一種高性能蓄電池，具有容量高、使用領(lǐng)域廣、循環(huán)使用壽命長(zhǎng)的特點(diǎn)?！纠?】

(2022·遼寧卷)某儲(chǔ)能電池原理如圖。下列說(shuō)法正確的是(

)A．放電時(shí)負(fù)極反應(yīng)：Na3Ti2(PO4)3－2e－===NaTi2(PO4)3＋2Na＋B．放電時(shí)Cl－透過(guò)多孔活性炭電極向CCl4中遷移C．放電時(shí)每轉(zhuǎn)移1mol電子，理論上CCl4吸收0.5molCl2D．充電過(guò)程中，NaCl溶液濃度增大A解析：放電時(shí)負(fù)極反應(yīng)：Na3Ti2(PO4)3－2e－===NaTi2(PO4)3＋2Na＋，正極反應(yīng)：Cl2＋2e－===2Cl－；充電時(shí)陽(yáng)極反應(yīng)：2Cl－－2e－===Cl2↑，陰極反應(yīng)：NaTi2(PO4)3＋2Na＋＋2e－===Na3Ti2(PO4)3，由此解答。由以上分析知，A正確；

放電時(shí)，陰離子移向負(fù)極，所以Cl－透過(guò)多孔活性炭電極向NaCl中遷移，B錯(cuò)誤；放電時(shí)每轉(zhuǎn)移1mol電子，理論上CCl4釋放0.5molCl2，C錯(cuò)誤；充電過(guò)程中，陽(yáng)極消耗氯離子，陰極消耗鈉離子，NaCl溶液濃度減小，D錯(cuò)誤。【即時(shí)訓(xùn)練4】

(2024·河北保定高三期末)液流電池使用壽命長(zhǎng)，安全性好，是一種新型大型電化學(xué)儲(chǔ)能裝置，應(yīng)用狀況比較好的是全釩液流電池，工作原理如圖所示。下列有關(guān)說(shuō)法正確的是(

)D專題精練1．(2024·廣東江門(mén)一模)釔穩(wěn)定氧化鋯濃差電池可用于測(cè)定待測(cè)環(huán)境中氧氣的含量，在冶金、能源等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。其原理是利用空氣與待測(cè)環(huán)境中氧氣的濃度差對(duì)電壓的影響，其工作狀態(tài)如圖所示。該電池工作時(shí)，下列說(shuō)法不正確的是(

)A．電極A為正極B．O2-由電極A向電極B遷移C．電極B發(fā)生的反應(yīng)為2O2-－4e===O2↑D．理論上，電解質(zhì)中O2-的總物質(zhì)的量會(huì)增加D解析：由題給信息可知，空氣側(cè)的鉑電極(A)為濃差電池的正極，氧氣發(fā)生還原反應(yīng)生成氧負(fù)離子，反應(yīng)式為O2＋4e－===2O2-，測(cè)量側(cè)的鉑電極(B)為負(fù)極，氧負(fù)離子發(fā)生氧化反應(yīng)生成氧氣，電極反應(yīng)式為2O2-－4e—===O2↑，A、C正確；陰離子向負(fù)極移動(dòng)，O2-由電極A向電極B遷移，B正確；結(jié)合得失電子守恒，理論上，電解質(zhì)中O2-的總物質(zhì)的量不變，D錯(cuò)誤。2．(2024·遼寧沈陽(yáng)重點(diǎn)高中聯(lián)合體期中)我國(guó)科學(xué)家設(shè)計(jì)的“海泥電池”，既可用于深海水下儀器的電源補(bǔ)給，又有利于海洋環(huán)境污染治理，其中微生物代謝產(chǎn)物顯酸性，電池工作原理如圖所示。下列說(shuō)法正確的是(

)BA．B電極為正極B．微生物代謝反應(yīng)中，氧化劑與還原劑的物質(zhì)的量之比為1∶2C．B電極的電極反應(yīng)式為HS－＋2e－===S↓＋H＋D．質(zhì)子從海水層通過(guò)交接面向海底沉積層移動(dòng)3．(2024·廣東湛江聯(lián)考)如圖是我國(guó)發(fā)明的超大容量鋰硫電池的工作原理示意圖。下列說(shuō)法不正確的是(

)A．放電時(shí)，該電池中電子通過(guò)外電路、Li＋通過(guò)內(nèi)電路，均移向正極B．正極的電極反應(yīng)為S8＋16e－＋16Li＋===8Li2SC．該電池的電解質(zhì)為非水體系，通過(guò)傳遞Li＋形成電流D．充電時(shí)，金屬鋰片上發(fā)生氧化反應(yīng)D解析：放電時(shí)該電池中電子通過(guò)外電路，Li＋通過(guò)內(nèi)電路均移向正極，A正確；由題圖中信息可知，正極S8放電生成Li2S，正極的電極反應(yīng)式為S8＋16Li＋＋16e－===8Li2S，B正確；鋰和水能反應(yīng)，鋰硫電池中電解質(zhì)不