2020届高三化学二轮复习电化学基础二次电池充电与放电分析核心突破经典例题提升训练17题答案解析

《高考12题逐题突破》：电化学基础——二次电池充电与放电分析【核心突破】一、可充电电池的有关规律(1)可充电电池有充电和放电两个过程，放电时是原电池反应，充电时是电解池反应。(2)放电时的负极反应和充电时的阴极反应、放电时的正极反应和充电时的阳极反应互为逆反应。将负(正)极反应式变换方向并将电子移项即可得出阴(阳)极反应式。(3)可充电电池充电时原负极必然要发生还原反应(生成原来消耗的物质)，即作阴极，连接电源的负极；同理，原正极连接电源的正极，作阳极。简记为负连负，正连正。二、可充电电池的分析流程(1)可充电电池有充电和放电两个过程，放电时是原电池反应，充电时是电解池反应。(2)放电时的负极反应和充电时的阴极反应互为逆反应，放电时的正极反应和充电时的阳极反应互为逆反应。将负(正)极反应式变换方向并将电子移项即可得出阴(阳)极反应式。(3)充、放电时电解质溶液中离子移动方向的判断分析电池工作过程中电解质溶液的变化时，要结合电池总反应进行分析。①首先应分清电池是放电还是充电。②再判断出正、负极或阴、阳极。(4)“加减法”书写新型二次电池放电的电极反应式若已知电池放电时的总反应式，可先写出较易书写的一极的电极反应式，然后在电子守恒的基础上，由总反应式减去较易写出的一极的电极反应式，即得到较难写出的另一极的电极反应式。【经典例题】1．(2019·全国卷Ⅲ，13)为提升电池循环效率和稳定性，科学家近期利用三维多孔海绵状Zn(3D－Zn)可以高效沉积ZnO的特点，设计了采用强碱性电解质的3D－Zn－NiOOH二次电池，结构如图所示。电池反应为Zn(s)＋2NiOOH(s)＋H2O(l)放电充电ZnO(s)＋2Ni(OH)2(s)。下列说法错误的是()A．三维多孔海绵状Zn具有较高的表面积，所沉积的ZnO分散度高B．充电时阳极反应为Ni(OH)2(s)＋OH－(aq)－e－===NiOOH(s)＋H2O(l)C．放电时负极反应为Zn(s)＋2OH－(aq)－2e－===ZnO(s)＋H2O(l)D．放电过程中OH－通过隔膜从负极区移向正极区答案D解析该电池采用的三维多孔海绵状Zn具有较高的表面积，可以高效沉积ZnO，且所沉积的ZnO分散度高，A正确；根据题干中总反应可知该电池充电时，Ni(OH)2在阳极发生氧化反应生成NiOOH，其电极反应式为Ni(OH)2(s)＋OH－(aq)－e－===NiOOH(s)＋H2O(l)，B正确；放电时Zn在负极发生氧化反应生成ZnO，电极反应式为Zn(s)＋2OH－(aq)－2e－===ZnO(s)＋H2O(l)，C正确；电池放电过程中，OH－等阴离子通过隔膜从正极区移向负极区，D错误。2．(2018·全国卷Ⅱ，12)我国科学家研发了一种室温下“可呼吸”的Na—CO2二次电池。将NaClO4溶于有机溶剂作为电解液，钠和负载碳纳米管的镍网分别作为电极材料，电池的总反应为3CO2＋4Na2Na2CO3＋C。下列说法错误的是()A．放电时，ClO－4向负极移动B．充电时释放CO2，放电时吸收CO2C．放电时，正极反应为3CO2＋4e－===2CO2－3＋CD．充电时，正极反应为Na＋＋e－===Na答案D解析根据电池的总反应知，放电时负极反应：4Na－4e－===4Na＋正极反应：3CO2＋4e－===2CO2－3＋C充电时，阴(负)极：4Na＋＋4e－===4Na阳(正)极：2CO2－3＋C－4e－===3CO2↑放电时，ClO－4向负极移动。根据充电和放电时的电极反应式知，充电时释放CO2，放电时吸收CO2。3．(2018·全国卷Ⅲ，11)一种可充电锂—空气电池如图所示。当电池放电时，O2与Li＋在多孔碳材料电极处生成Li2O2－x(x＝0或1)。下列说法正确的是()A．放电时，多孔碳材料电极为负极B．放电时，外电路电子由多孔碳材料电极流向锂电极C．充电时，电解质溶液中Li＋向多孔碳材料区迁移D．充电时，电池总反应为Li2O2－x===2Li＋(1－x2)O2答案D解析由题意知，放电时负极反应为4Li－4e－===4Li＋，正极反应为(2－x)O2＋4Li＋＋4e－===2Li2O2－x(x＝0或1)，电池总反应为(1－x2)O2＋2Li===Li2O2－x。充电时的电池总反应与放电时的电池总反应互为逆反应，故充电时电池总反应为Li2O2－x===2Li＋(1－x2)O2，D项正确；该电池放电时，金属锂为负极，多孔碳材料为正极，A项错误；该电池放电时，外电路电子由锂电极流向多孔碳材料电极，B项错误；该电池放电时，电解质溶液中Li＋向多孔碳材料区迁移，充电时电解质溶液中的Li＋向锂材料区迁移，C项错误。4．(2019·天津，6)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图。图中贮液器可储存电解质溶液，提高电池的容量。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解析根据电池的工作原理示意图，可知放电时a电极上I2Br－转化为Br－和I－，电极反应为I2Br－＋2e－===2I－＋Br－，A项正确；放电时正极区I2Br－转化为Br－和I－，负极区Zn转化为Zn2＋，溶液中离子的数目增大，B项正确；充电时b电极发生反应Zn2＋＋2e－===Zn，b电极增重0.65g时，转移0.02mole－，a电极发生反应2I－＋Br－－2e－===I2Br－，根据各电极上转移电子数相同，则有0.02molI－被氧化，C项正确；放电时a电极为正极，充电时，a电极为阳极，接外电源正极，D项错误。【提升训练17题答案+解析】1．以Fe[Fe(CN)6]为代表的新型可充电钠离子电池，其放电工作原理如图所示。下列说法错误的是()A．放电时，正极反应式为Fe[Fe(CN)6]＋2Na＋＋2e－===Na2Fe[Fe(CN)6]B．充电时，Mo箔接电源的负极C．充电时，Na＋通过离子交换膜从左室移向右室D．外电路通过0.2mol电子时，负极质量变化为2.4g答案B解析根据原电池工作原理，Mg箔作负极，Mo箔作正极，正极反应式为Fe[Fe(CN)6]＋2Na＋＋2e－===Na2Fe[Fe(CN)6]，故A项说法正确；充电时，电解池的阴极(原电池的负极)接电源的负极，电解池的阳极(原电池的正极)接电源的正极，即Mo箔接电源的正极，故B项说法错误；充电时，阳离子移向阴极，Na＋应从左室移向右室，故C项说法正确；负极上的反应式是2Mg－4e－＋2Cl－===[Mg2Cl2]2＋，外电路中通过0.2mol电子时，消耗0.1molMg，质量减少2.4g，故D项说法正确。2.(2019·潍坊一模)一种新型可逆电池的工作原理如图所示。放电时总反应为Al＋3Cn(AlCl4)＋4AlCl－44Al2Cl－7＋3Cn(Cn表示石墨)。下列说法正确的是()A．放电时负极电极反应为2Al－6e－＋7Cl－===Al2Cl－7B．放电时AlCl－4移向正极C．充电时阳极反应为AlCl－4－e－＋Cn===Cn(AlCl4)D．电路中每转移3mol电子，最多有1molCn(AlCl4)被还原解析：选CA项，放电时铝作负极，失去电子被氧化为Al2Cl－7，电极反应为Al－3e－＋7AlCl－4===4Al2Cl－7，错误；B项，放电时，AlCl－4移向负极，错误；C项，充电时阳极反应为Cn＋AlCl－4－e－===Cn(AlCl4)，正确；D项，由总反应可知每1molCn(AlCl4)被还原仅得到1mol电子，错误。3．某电动汽车配载一种可充放电的锂离子电池，放电时电池总反应为Li1－xCoO2＋LixC6===LiCoO2＋C6(x＜1)。下列关于该电池的说法不正确的是()A．放电时，Li＋在电解质中由负极向正极迁移B．放电时，负极的电极反应式为LixC6－xe－===xLi＋＋C6C．充电时，若转移1mole－，石墨(C6)电极将增重7xgD．充电时，阳极的电极反应式为LiCoO2－xe－===Li1－xCoO2＋xLi＋解析：选CA．原电池中阳离子由负极向正极迁移，正确；B.放电时，负极发生氧化反应，电极反应式为LixC6－xe－===xLi＋＋C6，正确；C.充电时，若转移1mol电子，石墨电极质量将增重7g，错误；D.充电时阳极发生氧化反应，电极反应式为LiCoO2－xe－===Li1－xCoO2＋xLi＋，正确。4．某学习小组设计如图所示实验装置，利用氢镍电池为钠硫电池充电。已知氢镍电池放电时的总反应式为NiO(OH)＋MH===Ni(OH)2＋M。下列说法正确的是()A．a极为氢镍电池的正极B．氢镍电池的负极反应式为MH＋OH－－2e－===M＋＋H2OC．充电时，Na＋通过固体Al2O3陶瓷向M极移动D．充电时，外电路中每通过2mol电子，N极上生成1molS单质答案C解析利用氢镍电池为钠硫电池充电时，氢镍电池为直流电源，钠硫电池放电时，活泼金属Na在负极失电子，故M极为负极，充电时M极作阴极，故a极为氢镍电池的负极，A项错误；由氢镍电池的总反应式知，负极的电极反应式为MH＋OH－－e－===M＋H2O，B项错误；充电时，阳离子向阴极移动，C项正确；充电时，N极的电极反应式为S2－x－2e－===xS，故充电时，外电路中每通过2mol电子，N极上生成xmolS单质，D项错误。5.全固态锂硫电池能量密度高、成本低，其工作原理如图所示，其中电极a常用掺有石墨烯的S8材料，电池反应为16Li＋xS8===8Li2Sx(2≤x≤8)。下列说法错误的是()A．电池工作时，正极可发生反应：2Li2S6＋2Li＋＋2e－===3Li2S4B．电池工作时，外电路中流过0.02mol电子，负极材料减重0.14gC．石墨烯的作用主要是提高电极a的导电性D．电池充电时间越长，电池中Li2S2的量越多解析：选D原电池工作时，正极发生一系列得电子的还原反应，即：Li2S8→Li2S6→Li2S4→Li2S2，其中可能有2Li2S6＋2Li＋＋2e－===3Li2S4，A项正确；该电池工作时，每转移0.02mol电子，负极有0.02molLi(质量为0.14g)被氧化为Li＋，则负极质量减少0.14g，B项正确；石墨烯能导电，利用石墨烯作电极，可提高电极a的导电性，C项正确；充电过程中，Li2S2的量逐渐减少，当电池充满电时，相当于达到平衡状态，电池中Li2S2的量趋于不变，故不是电池充电时间越长，电池中Li2S2的量越多，D项错误。6．(2019·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。7.第三代混合动力车目前一般使用镍氢电池(M表示储氢合金；汽车在刹车或下坡时，电池处于充电状态)。镍氢电池充放电原理的示意图如下：其总反应式为。根据所给信息判断，下列说法错误的是A．混合动力汽车上坡或加速时，乙电极的电极反应式为：NiOOH+H2O+eˉ==Ni(OH)2+OHˉB．混合动力汽车上坡或加速时，电解液中OHˉ向甲电极移动C．混合动力汽车下坡或刹车时，甲电极周围溶液的pH减小D．混合动力汽车下坡或刹车时，电流的方向为：甲电极→发动机→乙电极【答案】C【解析】汽车在刹