统考版2024届高考化学二轮专项分层特训卷练13新型电池电解池的工作原理及应用（附解析）

练13　新型电池、电解池的工作原理及应用1.[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－―→S，S＋e－―→S，2Na＋＋S＋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→bC．放电时正极反应为：2Na＋＋S8＋2e－―→Na2SxD．炭化纤维素纸的作用是增强硫电极导电性能2．[2022·广东卷]科学家基于Cl2易溶于CCl4的性质，发展了一种无需离子交换膜的新型氯流电池，可作储能设备(如图)。充电时电极a的反应为NaTi2(PO4)3＋2Na＋＋2e－===Na3Ti2(PO4)3。下列说法正确的是(　　)A．充电时电极b是阴极B．放电时NaCl溶液的pH减小C．放电时NaCl溶液的浓度增大D．每生成1molCl2，电极a质量理论上增加23g3．[2022·浙江6月]通过电解废旧锂电池中的LiMn2O4可获得难溶性的Li2CO3和MnO2，电解示意图如图(其中滤布的作用是阻挡固体颗粒，但离子可自由通过。电解过程中溶液的体积变化忽略不计)。下列说法不正确的是(　　) A.电极A为阴极，发生还原反应B．电极B的电极反应：2H2O＋Mn2＋－2e－===MnO2＋4H＋C．电解一段时间后溶液中Mn2＋浓度保持不变D．电解结束，可通过调节pH除去Mn2＋，再加入Na2CO3溶液以获得Li2CO34．[2023·新课标卷]一种以V2O5和Zn为电极、Zn(CF3SO3)2水溶液为电解质的电池，其示意图如下所示。放电时，Zn2＋可插入V2O5层间形成ZnxV2O5·nH2O。下列说法错误的是(　　)A．放电时V2O5为正极B．放电时Zn2＋由负极向正极迁移C．充电总反应：xZn＋V2O5＋nH2O===ZnxV2O5·nH2OD．充电阳极反应：ZnxV2O5·nH2O－2xe－===xZn2＋＋V2O5＋nH2O5．[2023·全国甲卷]用可再生能源电还原CO2时，采用高浓度的K＋抑制酸性电解液中的析氢反应可提高多碳产物(乙烯、乙醇等)的生成率，装置如下图所示。下列说法正确的是(　　)A．析氢反应发生在IrOxTi电极上B．Cl－从Cu电极迁移到IrOxTi电极C．阴极发生的反应有：2CO2＋12H＋＋12e－===C2H4＋4H2OD．每转移1mol电子，阳极生成11.2L气体(标准状况)6．[2023·河南安徽两省部分学校诊断]某化工实验室设计了一种新型双微生物燃料电池装置，该装置能够同时消除养殖厂含氮污水和化工厂含醛类废水，工作原理如图所示。下列说法正确的是(　　) A．当电池工作时，电子由a极经导线流向b极，H＋由b极区经质子交换膜流向a极区B．a极的电极反应式为C6H5CHO＋13H2O＋32e－===7CO2↑＋32H＋C．a极消耗的C6H5CHO和b极消耗的NO的物质的量之比为5∶32D．该电池装置在加热条件下工作效率会更高7．[2023·湖南长郡中学月考]“碳呼吸电池”是一种新型能源装置，其工作原理如图所示。下列有关说法不正确的是(　　)A．通入CO2的一极为原电池的正极B．该装置工作时负极的电极反应式为Al－3e－===Al3＋C．当该装置工作时每转移1mol电子，理论上可捕获标准状况下11.2LCO2D．将该装置作为电源对粗铜进行精炼时，当金属铝的质量每减少27g时，理论上阴极的质量增加96g8．[2023·北京四中期中]我国科学家研发了一种水系可逆ZnCO2电池，当电池工作时，复合膜(由a、b膜复合而成)层间的H2O解离成H＋和OH－，在外加电场中可透过相应的离子交换膜定向移动。当闭合K1时，ZnCO2电池工作原理如图所示： 下列说法不正确的是(　　)A．当闭合K1时，Zn表面的电极反应式为Zn＋4OH－－2e－===Zn(OH)B．当闭合K1时，反应一段时间后，NaCl溶液的pH减小C．当闭合K2时，Pd电极与直流电源正极相连D．当闭合K2时，H＋通过a膜向Pd电极方向移动9．[2023·湖南常德模拟]某科研团队发明了一种新型的锌离子热充电电池，可以利用人体产生的低热量充电。该电池以Zn和VO2PC为电极材料，实现了低热量发电。放电时，VO2结合Zn2＋生成ZnxVO2·yH2O。原理图如图。下列说法正确的是(　　)A．分离器可以为阴离子交换膜B．充电时，阳极电极反应式为ZnxVO2·yH2O＋2xe－===VO2＋xZn2＋＋yH2OC．放电时，电流从Zn极流向VO2PC极D．充电时，锌离子从较高温一侧移至低温一侧10．[2023·辽宁卷]某无隔膜流动海水电解法制H2的装置如下图所示，其中高选择性催化剂PRT可抑制O2产生。下列说法正确的是(　　) A．b端电势高于a端电势B．理论上转移2mole－生成4gH2C．电解后海水pH下降D．阳极发生：Cl－＋H2O－2e－===HClO＋H＋练13　新型电池、电解池的工作原理及应用1．答案：A解析：由题意可知放电时硫电极得电子，硫电极为原电池正极，钠电极为原电池负极。充电时为电解池装置，阳离子移向阴极，即钠电极，故充电时，Na＋由硫电极迁移至钠电极，A错误；放电时Na在a电极失去电子，失去的电子经外电路流向b电极，硫黄粉在b电极上得电子与a电极释放出的Na＋结合得到Na2Sx，电子在外电路的流向为a→b，B正确；将题给的一系列方程式依次标号为①②③，由×①＋×②＋③可以得到放电时正极的反应式为2Na＋＋S8＋2e－―→Na2Sx，C正确；炭化纤维素纸中含有大量的炭，炭具有良好的导电性，可以增强硫电极的导电性能，D正确；故答案选A。2．答案：C解析：由充电时电极a的反应可知，充电时电极a发生还原反应，所以电极a是阴极，则电极b是阳极，故A错误；放电时电极反应和充电时相反，则由放电时电极a的反应为Na3Ti2（PO4）3－2e－===NaTi2（PO4）3＋2Na＋可知，NaCl溶液的pH不变，故B错误；放电时负极反应为Na3Ti2（PO4）3－2e－===NaTi2（PO4）3＋2Na＋，正极反应为Cl2＋2e－===2Cl－，反应后Na＋和Cl－浓度都增大，则放电时NaCl溶液的浓度增大，故C正确；充电时阳极反应为2Cl－－2e－===Cl2↑，阴极反应为NaTi2（PO4）3＋2Na＋＋2e－===Na3Ti2（PO4）3，由得失电子守恒可知，每生成1molCl2，电极a质量理论上增加23g·mol－1×2mol＝46g，故D错误。3．答案：C解析：由示意图可知，电解时，电极A上LiMn2O4中Mn元素化合价降低，被还原，电极A是电解装置的阴极，A项正确；由电解装置中电极B上的物质变化可知，Mn2＋被氧化成MnO2，B项正确；阴极上Mn元素化合价由＋3.5→＋2，阳极上Mn元素化合价由＋2→＋4，化合价变化的绝对值不相等，故电解过程中，溶液中的Mn2＋浓度会变化，C项错误；通过调节溶液pH，可使Mn2＋转化为沉淀而除去，再加入可溶性的碳酸盐可使Li＋转化为难溶的碳酸锂，D项正确。4．答案：C解析：由题给信息可知，放电时，Zn2＋可插入V2O5层间形成ZnxV2O5·nH2O，V2O5发生了还原反应，则放电时V2O5为正极，A说法正确；放电时Zn为负极，Zn失去电子变为Zn2＋，阳离子向正极迁移，则放电时Zn2＋由负极向正极迁移，B说法正确；电池在放电时的总反应为xZn＋V2O5＋nH2O===ZnxV2O5·nH2O，则其在充电时的总反应为ZnxV2O5·nH2O===xZn＋V2O5＋nH2O，C说法不正确；充电阳极上ZnxV2O5·nH2O被氧化为V2O5，则阳极的电极反应为ZnxV2O5·nH2O－2xe－===xZn2＋＋V2O5＋nH2O，D说法正确；故选C。5．答案：C 解析：由图可知，该装置为电解池，与直流电源正极相连的IrOxTi电极为电解池的阳极，水在阳极失去电子发生氧化反应生成氧气和氢离子，电极反应式为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，A错误；铜电极为阴极，酸性条件下二氧化碳在阴极得到电子发生还原反应生成乙烯、乙醇等，电极反应式为2CO2＋12H＋＋12e－===C2H4＋4H2O、2CO2＋12H＋＋12e－===C2H5OH＋3H2O，C正确；电解池工作时，氢离子通过质子交换膜由阳极室进入阴极室，B错误；水在阳极失去电子发生氧化反应生成氧气和氢离子，电极反应式为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，每转移1mol电子，生成0.25molO2，在标况下体积为5.6L，故D错误；答案选C。6．答案：C解析：在b电极上氮元素化合价由＋5价变成0价，硝酸根离子发生得电子的还原反应，则该电极为正极，a电极为负极，电子由a电极经导线流向b电极，H＋移向正极（即b电极），A错误；a电极为负极，电极反应式为C6H5CHO＋13H2O－32e－===7CO2↑＋32H＋，B错误；b电极为正极，1个硝酸根离子参与反应，转移5个电子，a电极上1个C6H5CHO参与反应，转移32个电子，根据两个电极转移电子数相等得到a电极消耗的C6H5CHO和b电极消耗的NO的物质的量之比为5∶32，C正确；在加热的条件下，微生物中的蛋白质会变性，影响微生物的正常生理反应，故该电池的工作效率会降低，D错误。7．答案：C解析：由图可知，CO2转化为C2O，C元素化合价降低，发生得电子的还原反应，因此通入CO2的一极为原电池的正极，故A正确；由该装置图可知，Al作负极，发生失电子的氧化反应，所以电池工作时负极的电极反应式为Al－3e－===Al3＋，故B正确；根据CO2转化为C2O可知，C元素化合价由＋4价变为＋3价，所以当该装置工作时每转移1mol电子，理论上可捕获1molCO2，即标准状况下22.4LCO2，故C错误；将该装置作为电源对粗铜进行精炼时，当金属铝的质量减少27g（即1mol）时，电路中转移3mole－，精炼铜的阴极反应为Cu2＋＋2e－===Cu，根据得失电子守恒可知，阴极对应生成1.5molCu，即阴极的质量增加96g，故D正确。8．答案：D解析：当闭合K1时，形成原电池，Zn被氧化作负极，原电池中阴离子流向负极，所以OH－通过b膜移向Zn极，负极上Zn失去电子结合OH－生成Zn（OH），电极反应式为Zn＋4OH－－2e－===Zn（OH），故A正确；由A项分析可知，当闭合K1时，Pd电极为正极，原电池中阳离子流向正极，氢离子透过a膜移向Pd电极，CO2得电子后结合氢离子生成HCOOH，所以NaCl溶液的pH减小，故B正确；当闭合K2时，形成电解池，Pd电极上发生失电子的氧化反应，为阳极，与直流电源正极相连，故C正确；当闭合K2时，Pd电极为阳极，氢离子应移向阴极，故D错误。9．答案：D解析：由图示信息可知，放电时，锌为负极，电极反应为Zn－2e－===Zn2＋，VO2结合Zn2＋，说明Zn2＋可以由负极区经阳离子交换膜进入正极区，正极反应为xZn2＋＋VO2＋yH2O＋2xe－===ZnxVO2·yH2O，充电过程与放电过程相反，即Zn2＋由阳极区通过阳离子交换膜进入阴极区，电极反应分别为阴极：Zn2＋＋2e－===Zn，阳极：ZnxVO2·yH2O－2xe－===xZn2＋＋VO2＋yH2O。由分析可知，分离器可以为阳离子交换膜，A错误；充电时，阳极电极反应式为ZnxVO2·yH2O－2xe－===VO2＋xZn2＋＋yH2O，B错误；由分析可知，放电时，Zn极为负极，VO2PC极为正极，电流从VO2PC极流向Zn极，C错误；充电时，阳离子由阳极区移向阴极区，则锌离子从较高温一侧移至低温一侧，D正确。10．答案：D解析：由图可知，左侧电极产生氧气，则左侧电极为阳极，a为电源正极，右侧电极为阴极，b为电源负极，该装置的总反应产生氧气和氢气，相当于电解水，以此解题。由分析可知，a为正极，b为负极，则a端电势高于b端电势，A错误；右侧电极上产生氢气的电极方程式为：2H＋＋2e－===H2↑，则理论上转移2mole－生成2gH2，B错误；由图可知，该装置的总反应为电解海水，随着电解的进行，海水的浓度增大，但是其pH基本不变，C错误；由图可知，阳极上的电极反应为：Cl－＋H2O－2e－===HClO＋H＋，D正确；故选 D。