熱點9新型化學電源題型一新型燃料電池[典例1](2021·金麗衢十二校聯考)研究發現,在酸性乙醇燃料電池中加入硝酸,可使電池持續大電流放電,其工作原理如圖所示:下列說法錯誤的是()A.加入HNO3降低了正極反應的活化能B.電池工作時正極區溶液的pH減小C.1molCH3CH2OH被完全氧化時有3molO2被還原D.正極附近的溶液中會發生反應:4NO+3O2+2H2O4HNO3解析:乙醇燃料電池中,通入乙醇的一極為負極,電極反應式為CH3CH2OH+3H2O-12e-2CO2+12H+,通入氧氣的一極為正極,由工作原理圖可知,正極反應式為HNO3+3e-+3H+NO↑+2H2O,4NO+3O2+2H2O4HNO3,兩者加合可得O2+4e-+4H+2H2O,則HNO3在正極起催化作用,據此分析解答。A.由分析知,HNO3在正極起催化作用,則加入HNO3降低了正極反應的活化能,正確;B.電池工作時正極區的總反應為O2+4e-+4H+2H2O,則溶液中氫離子濃度減小,pH增大,錯誤;C.根據得失電子守恒可知,1molCH3CH2OH被完全氧化時,轉移12mol電子,則有3molO2被還原,正確;D.由分析知,正極附近會發生反應HNO3+3e-+3H+NO↑+2H2O,4NO+3O2+2H2O4HNO3,正確。答案:B1.新型燃料電池的分析模板2.解答燃料電池題目的幾個關鍵點(1)要注意介質是什么,是電解質溶液還是熔融鹽或氧化物。(2)通入負極的物質為燃料,通入正極的物質為氧氣。(3)通過介質中離子的移動方向,可判斷電池的正、負極,同時考慮該離子參與靠近一極的電極反應。[對點精練1]鎂—次氯酸鹽燃料電池具有比能量高、安全方便等優點,該電池主要工作原理如圖所示,關于該電池的敘述不正確的是(D)A.鉑合金為正極,附近溶液的堿性增強B.電池工作時,OH-向鎂合金電極移動C.電池工作時,需要不斷添加次氯酸鹽以保證電解質的氧化能力D.若電解質溶液為H2O2、硫酸和NaCl的混合液,則正極反應為H2O2+2e-2OH-解析:從題圖中可以看出,ClO-在鉑合金電極轉化為Cl-,得電子,則鉑合金電極為正極,鎂合金電極為負極。A.鉑合金為正極,電極反應為ClO-+2e-+H2OCl-+2OH-,附近溶液的堿性增強,正確;B.電池工作時,鎂合金電極反應為Mg-2e-+2OH-Mg(OH)2,所以OH-向鎂合金電極移動,正確;C.電池工作時,ClO-不斷消耗,濃度不斷減小,氧化能力不斷減弱,所以需要不斷添加次氯酸鹽,正確;D.若電解質溶液為H2O2、硫酸和NaCl的混合液,則正極反應為H2O2+2e-+2H+2H2O,不正確。[對點精練2]HCOOH燃料電池的工作原理如圖所示。下列說法正確的是(C)A.放電時K+通過隔膜向左遷移B.正極電極反應式為HCOO-+2OH--2e-HCO3-+H2C.放電過程中需補充的物質X為硫酸D.每轉移0.4mol電子,理論上消耗標準狀況下1.12LO2解析:由裝置圖可以看出,左邊電極為該燃料電池的負極,右邊電極為正極,放電時K+向正極移動,應該向右遷移,A錯誤;正極電極反應式為Fe3+得電子變為Fe2+,B錯誤;右室出來的物質是硫酸鉀,可知物質X中含有硫酸根離子,同時Fe3+在酸性條件下存在,需要消耗氧氣得電子生成的氫氧根離子,故物質X為硫酸,C正確;每轉移0.4mol電子,理論上需要消耗0.1mol氧氣,標準狀況下體積是2.24L,D錯誤。題型二新型可充電電池[典例2](2021·湖南卷)鋅/溴液流電池是一種先進的水溶液電解質電池,廣泛應用于再生能源儲能和智能電網的備用電源等。三單體串聯鋅/溴液流電池工作原理如圖所示:下列說法錯誤的是()A.放電時,N極為正極B.放電時,左側貯液器中ZnBr2的濃度不斷減小C.充電時,M極的電極反應式為Zn2++2e-ZnD.隔膜允許陽離子通過,也允許陰離子通過解析:在題給原電池中,活潑金屬鋅作負極,則N極為正極,A正確;放電時,左側鋅放電產生Zn2+,貯液器中ZnBr2濃度不斷增大,B錯誤;充電時,M極為陰極,電極反應式為Zn2++2e-Zn,C正確;放電時,Br-通過隔膜進入溶液中與Zn2+結合,充電時Zn2+通過隔膜在雙極性碳和塑料電極上沉積,D正確。答案:B1.可充電電池的解題模板因此,充電時電極的連接可簡記為“負接負后作陰極,正接正后作陽極”。2.可充電電池題目的解答方法(1)可充電電池有放電和充電兩個過程,放電時是原電池反應,充電時是電解池反應。(2)放電時的負極反應和充電時的陰極反應互為逆過程,放電時的正極反應和充電時的陽極反應互為逆過程。將負(正)極反應式變換方向并將電子移項即可得出陰(陽)極反應式。[對點精練3](2021·浙江1月選考)鎳鎘電池是二次電池,其工作原理示意圖如下(L為小燈泡,K1、K2為開關,a、b為直流電源的兩極)。下列說法不正確的是(C)A.斷開K2、合上K1,鎳鎘電池能量轉化形式:化學能→電能B.斷開K1、合上K2,電極A為陰極,發生還原反應C.電極B發生氧化反應過程中,溶液中KOH濃度不變D.鎳鎘二次電池的總反應式:Cd+2NiOOH+2H2OCd(OH)2+2Ni(OH)2解析:A.斷開K2、合上K1,該裝置為“原電池”,化學能轉化為電能,正確;B.斷開K1、合上K2,電極A與電源負極相連,為陰極,發生還原反應,正確;C.由題圖可知,電極B發生氧化反應時,溶液中OH-的濃度發生變化,錯誤;D.由題圖可知,鎳鎘二次電池的總反應式為Cd+2NiOOH+2H2OCd(OH)2+2Ni(OH)2,正確。[對點精練4]LiFePO4二次電池具有安全性能高、熱穩定性好等優點,應用于新能源汽車。電池反應為Li1-xFePO4+LixC6LiFePO4+6C,石墨層和過渡金屬氧化物為電極,離子導體由鋰鹽摻雜在液態的有機溶劑中形成(原理如圖)。下列說法錯誤的是(A)A.放電時,電流由石墨層經外電路流向過渡金屬氧化物B.放電時,正極電極反應式:Li1-xFePO4+xLi++xe-LiFePO4C.充電時,陰極電極反應式:xLi++6C+xe-LixC6D.充電時,Li+向石墨層電極移動,若電路中通過1mol電子,石墨層電極質量增加7g解析:由原理圖和電池反應可知,石墨層為電池放電時的負極,過渡金屬氧化物為正極,故放電時,電流由正極流向負極,即由過渡金屬氧化物流向石墨層,A錯誤;放電時,正極Li1-xFePO4得電子生成LiFePO4,