微专题·大素养12应用广泛的新型化学电源\n随着全球能源逐渐枯竭，研发、推广新型能源迫在眉睫，因此，应用广泛的新型电源，成为科学家研究的重点方向之一，也成了高考的高频考点。高考中的新型化学电源，一般具有高能环保、经久耐用、电压稳定、比能量(单位质量释放的能量)高等特点。由于该类试题题材广、信息新、陌生度大，因此许多考生感觉难度大。但应用的解题原理仍然还是原电池的基础知识，只要细心分析，实际上得分相对比较容易。\n一、新型电源中的“交换膜”[例1]科学家设计出质子膜H2S燃料电池，实现了利用H2S废气资源回收能量并得到单质硫。质子膜H2S燃料电池的结构示意图如图所示。下列说法不正确的是()A．电极a为电池的负极B．电极b上发生的电极反应为O2＋4H＋＋4e－===2H2OC.电路中每流过4mol电子，在正极消耗44.8LH2SD．每17gH2S参与反应，有1molH＋经质子膜进入正极区答案：C\n解析：电极a上H2S转化为S2，发生氧化反应，则电极a为电池的负极，A项正确；电极b上O2转化为H2O，电极反应式为O2＋4H＋＋4e－===2H2O，B项正确；负极反应式为2H2S－4e－===S2＋4H＋，电路中每流过4mol电子，在负极消耗2molH2S，而不是正极，且题中未指明H2S所处的状态，C项错误；根据2H2S－4e－===S2＋4H＋知，17g（0.5mol）H2S参与反应，生成1molH＋经质子膜进入正极区，D项正确。\n[练1]我国科学家研制了一种新型的高比能量锌－碘溴液流电池，其工作原理示意图如下。图中贮液器可储存电解质溶液，提高电池的容量。\n下列叙述不正确的是()A．放电时，a电极反应为I2Br－＋2e－===2I－＋Br－B．放电时，溶液中离子的数目增大C．充电时，b电极每增重0.65g，溶液中有0.02molI－被氧化D．充电时，a电极接外电源负极答案：D解析：由工作原理示意图中Zn2＋迁移的方向可判断放电时a为正极，b为负极。放电时，a极得到电子，发生还原反应，使溶液中离子数目增大，A、B项正确；充电时，a极接外接电源的正极，D项错误；充电时，b极为阴极，电极反应式为Zn2＋＋2e－===Zn，每增重0.65g，转移0.02mol电子，a极为阳极，电极反应式为2I－＋Br－－2e－===I2Br－，转移0.02mol电子，有0.02molI－被氧化，C项正确。\n[练2]我国科技工作者首次提出一种新型的Li＋电池，该电池正极为含有I－、Li＋的水溶液，负极为固态有机聚合物，电解质溶液为LiNO3溶液，聚合物离子交换膜作为隔膜将液态正极和固态负极隔开，其工作原理如图所示。\n下列有关判断正确的是()A．甲是原电池工作原理图，乙是电池充电原理图B．放电时，液态电解质溶液的颜色加深C．充电时，Li＋穿过隔膜从右侧移向左侧D．放电时，负极反应式为答案：D\n解析：“负极为固态有机聚合物”，即固态有机聚合物在负极失电子，电极反应式为，故乙是原电池工作原理图，A错误、D正确；放电时，正极电极反应式为＋2e－===3I－，被还原为I－，液态电解质溶液颜色变浅，B错误；充电过程为电解过程，阳离子从阳极移向阴极，即甲中Li＋从左侧移向右侧，C错误。\n二、“微生物”燃料电池[例2]一种三室微生物燃料电池可用于污水净化、海水淡化，其工作原理如图所示，图中有机废水中有机物可用C6H10O5表示。下列有关说法不正确的是()A．Cl－由中间室移向左室B．X气体为CO2C．处理后的含废水的pH降低D．电路中每通过4mol电子，产生标准状况下X气体的体积为22.4L答案：C\n解析：该电池中，N得电子发生还原反应，则装置中右边电极是正极，电极反应为2N＋10e－＋12H＋===N2↑＋6H2O，装置左边电极是负极，负极上有机物失电子发生氧化反应生成X，有机物在厌氧菌作用下生成二氧化碳。放电时，电解质溶液中阴离子Cl－移向负极室（左室），A项正确；有机物在厌氧菌作用下生成二氧化碳，所以X气体为CO2，B项正确；正极反应为2N＋10e－＋12H＋===N2↑＋6H2O，H＋参加反应导致溶液的pH增大，C项错误；根据负极上有机物失电子发生氧化反应，有机物在厌氧菌作用下生成二氧化碳，电极反应为C6H10O5－24e－＋7H2O===6CO2↑＋24H＋知，电路中每通过4mol电子，产生标准状况下X气体的体积为×6×22.4＝22.4（L），D项正确。\n[练3]关于如图微生物燃料电池结构示意图的说法：①微生物促进了电子的转移②微生物所在电极区放电时发生还原反应③放电过程中，H＋从正极区移向负极区④正极反应式为：MnO2＋4H＋＋2e－===Mn2＋＋2H2O，正确的是()A.④B．①③C．①④D．②③答案：C\n解析：①在微生物作用下Cm（H2O）n转化为CO2促进电子的转移，正确；②微生物在右侧，右侧电极为电源的负极，所以微生物所在电极区放电时发生氧化反应，错误；③根据电流的方向，放电过程中，H＋从负极区移向正极区，错误；④电池左侧为电池的正极区，MnO2在H＋条件下发生得电子反应，所以正极反应式为：MnO2＋4H＋＋2e－===Mn2＋＋2H2O，④正确。\n三、“复杂原电池装置图”的审读[例3]环保、安全的铝—空气电池的工作原理如图所示，下列有关叙述错误的是()A．NaCl的作用是增强溶液的导电性B．正极的电极反应式为：O2＋4e－＋2H2O===4OH－C．电池工作过程中，电解质溶液的pH不断增大D．用该电池做电源电解KI溶液制取1molKIO3，消耗铝电极的质量为54g答案：C\n解析：由图示可知Al电极为负极，电极反应式为：Al－3e－＋3OH－===Al（OH）3，O2在正极反应：O2＋4e－＋2H2O===4OH－，总反应方程式为：4Al＋3O2＋6H2O===4Al（OH）3↓，pH基本不变，A、B正确，C项错误；D项，1molKI制得1molKIO3转移6mol电子，消耗2molAl，即54g铝，正确。\n[练4]锌溴液流电池是一种新型电化学储能装置(如图所示)，电解液为溴化锌水溶液，其在电解质储罐和电池间不断循环。下列说法不正确的是()A．放电时负极的电极反应式为Zn－2e－===Zn2＋B．充电时电极a连接电源的负极C．阳离子交换膜可阻止Br2与Zn直接发生反应D．放电时左侧电解质储罐中的离子总浓度增大答案：B\n解析：由题知电解液为溴化锌水溶液，结合电解装置图分析可知充电时左侧电极上发生氧化反应：2Br－－2e－===Br2，则左侧电极为阳极，充电时电极a连接电源的正极；充电时右侧电极上发生还原反应：Zn2＋＋2e－===Zn，则右侧电极为阴极，充电时电极b连接电源的负极，B选项错误。该电池放电时负极反应为充电时阴极反应的逆反应，即Zn－2e－===Zn2＋，A选项正确。阳离子交换膜只允许阳离子通过，可阻止Br2与Zn直接发生反应，C选项正确。该电池放电时正极反应为充电时阳极反应的逆反应，即为Br2＋2e－===2Br－，放电时作原电池，原电池阳离子向正极移动，阴离子向负极移动，且该装置使用了阳离子交换膜，其只允许阳离子通过，即左侧电极上生成了Br－，同时Zn2＋不断移向左侧电极区，所以放电时左侧电解质储罐中的离子总浓度增大，D选项正确。
