59专题九第5练 新型电池高考化学选择题常考易错100练解析版.docx
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59专题九第5练新型电池高考化学选择题常考易错100练解析版
专题九电化学
第5练新型电池
基础练
1.荣获2019年诺贝尔化学奖的吉野彰是最早开发具有商业价值锂离子电池的日本科学家,他设计的可充电电池的工作原理示意图如图所示。
该可充电电池的放电反应为LixCn+Li(1-x)CoO2=LiCoO2+nC(x<1),NA表示阿伏加德罗常数的值。
下列说法不正确的是
A.该电池用于电动汽车可有效减少光化学烟雾污染
B.充电时,Li+由A极移向B极
C.充电时,阳极反应为LiCoO2-xe-=Li(1-x)CoO2+xLi+
D.若初始两电极质量相等,当转移2NA个电子时,两电极质量差为28g
【答案】B
【详解】
A.汽车燃烧汽油等化石燃料,排放的汽车尾气含氮的氧化物,大量氮氧化物排放到空气中,产生光化学烟雾,电动汽车可有效减少汽车尾气,从而减少光化学烟雾污染,故A正确;
B.放电时为原电池,据图可知A为负极,B为正极,充电时为电解池,则A为阴极,B为阳极,电解池中阳离子流向阴极,所以Li+由B极移向A极,故B错误;
C.可充电电池的放电反应为LixCn+Li(1-x)CoO2=LiCoO2+nC,则放电时正极反应为Li(1-x)CoO2+xLi++xe-=LiCoO2,充电时,原电池的正极即为电解池的阳极,反应逆转,则反应为LiCoO2-xe-=Li(1-x)CoO2+xLi+,故C正确;
D.若初始两电极质量相等,当转移2NA个电子时,负极减少2molLi,其质量为14g,正极有2molLi+迁入,其质量为14g,两电极质量差为28g,故D正确;
综上所述答案为B。
2.直接碳固体氧化物燃料电池作为全固态的能量转换装置,采用固体碳作为燃料,以多孔Pt作电极、氧化锆为电解质,其工作原理如下图。
下列说法不正确的是
已知:
CO2(g)+C=2CO(g)△H=+172.5kJ•mol-1CO(g)+
O2(g)=CO2(g)△H=-283kJ•mol-1
A.电极a为正极,电子由b经过导线到a
B.电极b发生的电极反应为:
CO+O2--2e-=CO2
C.依据装置原理可推测,该条件下CO放电比固体C更容易
D.若1molC(s)充分燃烧,理论上放出的热量为110.5kJ
【答案】D
【分析】
分析电池的工作原理示意图,电池在工作时,氧化锆电解质中的O2-由a电极向b电极迁移,因此a为正极,b为负极;电池在工作时,固体碳首先转化为CO,再扩散到b电极上发生电化学反应,相比于直接利用固体碳,这种方式更容易反应。
【详解】
A.通过分析可知,a电极为正极,b电极为负极;所以电子通过导线,由b电极向a电极迁移,A项正确;
B.由电池的工作原理示意图可知,b电极上发生的是CO的氧化反应,因此电极反应式为:
,B项正确;
C.通过分析可知,电池在工作时,是将固体碳转变为CO后再利用CO发生的电化学反应,这种方式相比于直接利用固体碳,更容易放电,C项正确;
D.由题可知,C完全燃烧的热化学方程式为:
,所以1molC(s)充分燃烧理论上放出的热量为393.5kJ,D项错误;
答案选D。
【点睛】
原电池中的三个方向:
(1)电子的方向:
在外电路中沿着导线从负极传递至正极;
(2)电流的方向:
对于外电流,从正极流向负极;对于内电流,从负极流向正极;(3)电解质溶液中离子的迁移方向:
带正电的阳离子朝正极迁移,带负电的阴离子朝负极迁移。
3.一种非水相可充电电池可承受较大的充放电电流,电极为镁电极和碳电极,其示意图如下所示。
下列说法错误的是
A.充电时,b连接直流电源的正极B.放电时,电池内部Mg2+向C电极移动
C.充电时,C极区Br-浓度增大D.电池总反应为Mg+
Mg2++3Br-
【答案】C
【分析】
由图可知,电极为镁电极和碳电极,电池充放电过程中均是Mg2+在两极之间移动,电池放电过程中Mg电极上只能是Mg放电生成Mg2+,因此放电过程中负极电极反应式为Mg-2e-=Mg2+,C电极发生还原反应,其电极反应式为
+2e-=3Br-,充电过程中,电池负极连接电源负极发生还原反应,电池正极连接电源正极发生氧化反应,以此解答。
【详解】
由上述分析可知,放电时,Mg为电池负极,C为电池正极,
A.放电时,C电极为电池为正极,充电时,b连接直流电源的正极,故A项说法正确;
B.放电时,Mg2+移向还原电极,即移向C电极,故B项说法正确;
C.充电时,C极上的电极反应式为3Br--2e-=
,Br-浓度将减小,故C项说法错误;
D.由电池负极与正极电极反应式相加并将电子抵消即可得到电池总反应,因此电池总反应为Mg+
Mg2++3Br-,故D项说法正确;
综上所述,说法错误的是C项,故答案为C。
4.全钒液流储能电池是利用不同价态的含钒离子在酸性条件下发生反应,离子方程式为VO2+(黄色)+V2+(紫色)+2H+
VO2+(蓝色)+V3+(绿色)+H2O.采用惰性电极实现化学能和电能相互转化的工作原理如图。
下列说法正确的是( )
A.充电过程中,X端接外接电源的负极
B.放电过程中,正极电极反应式为VO2++H2O+e-=VO2++2OH-
C.放电过程中,右罐溶液颜色逐渐由绿色变为紫色
D.充电时若转移电子0.5mol,左罐溶液中n(H+)的变化量为0.5mol
【答案】D
【详解】
A.充电时,左槽发生的反应为VO2++H2O-e-=VO2++2H+,则左槽为阳极,X端接外接电源的正极,故A错误;
B.由VO2+(黄色)+V2+(紫色)+2H+
VO2+(蓝色)+V3+(绿色)+H2O可知,放电时正极上反应式:
VO2++2H++e-=VO2++H2O,故B错误;
C.放电过程中,右罐为负极,反应式:
V2+-e-=V3+,则溶液颜色逐渐由紫色变为绿色,故C错误;
D.充电时,左槽发生的反应为VO2++H2O-e-=VO2++2H+,若转移电子0.5mol,生成氢离子为1mol,此时氢离子参与正极反应,通过交换膜定向移动使电流通过溶液,溶液中离子的定向移动可形成电流,通过0.5mol电子,则左槽溶液中n(H+)的变化量为1mol-0.5mol=0.5mol,故D正确;
故选:
D。
5.我国某科研机构研究表明,利用K2Cr2O7可实现含苯酚废水的有效处理,其工作原理如下图所示。
下列说法错误的是()
A.该电池不可以在高温下使用
B.Na+通过阳离子交换膜移向M电极,Cl-通过阴离子交换膜移向N电极
C.一段时间后,中间室中NaCl溶液的浓度减小
D.M的电极反应式为:
C6H5OH-28e-+11H2O=6CO2↑+28H+
【答案】B
【详解】
A.该电池用微生物进行发酵反应,微生物主要成分是蛋白质,高温会失去其生理活性,因此该电池不耐高温,A错误;
B.根据图示可知M电极为负极,附近溶液中阳离子浓度大,N电极为正极,附近溶液中阴离子浓度大。
由于电解质NaCl溶液被阳离子交换膜和阴离子交换膜隔离,使Na+和Cl-不能定向移动,所以电池工作时,负极生成的H+透过阳离子交换膜进入NaCl溶液中,正极生成的OH-透过阴离子交换膜进入NaCl溶液中,与H+反应生成水,Na+、Cl-没有通过离子交换膜,B错误;
C.由于电解质NaCl溶液被阳离子交换膜和阴离子交换膜隔离,使Na+和Cl-不能定向移动,所以电池工作时,负极生成的H+透过阳离子交换膜进入NaCl溶液中,正极生成的OH-透过阴离子交换膜进入NaCl溶液中与H+反应生成水,使NaCl溶液浓度减小,C正确;
D.在M电极上,苯酚失去电子发生氧化反应,作原电池的负极,结合电子守恒和电荷守恒可知电极反应式为C6H5OH-28e-+11H2O=6CO2↑+28H+,D正确;
故合理选项是B。
6.2019年诺贝尔化学奖颁给了三位为锂离子电池发展作出重要贡献的科学家。
磷酸铁锂锂离子电池充电时阳极反应式为:
xLiFePO4–xe-=xLi++xFePO4,放电工作示意图如下图。
下列叙述不正确的是()
A.放电时,Li+通过隔膜移向正极
B.放电时,电子由铝箔沿导线流向铜箔
C.放电时正极反应为:
xFePO4+xLi+–xe-=xLiFePO4
D.磷酸铁锂锂离子电池充放电过程通过Li+迁移实现,充电时铜箔接外电源负极
【答案】C
【分析】
充电电池充电时,正极与外接电源的正极相连为阳极,负极与外接电源负极相连为阴极,LiFePO4中的锂离子脱出并伴随着铁元素的氧化,则此时铝箔电极上发生失电子的氧化反应,铝箔为阳极,电极反应式为xLiFePO4–xe-=xLi++xFePO4,铜箔电极为阴极,阴极上锂离子得电子发生还原反应,阴极反应式为:
xLi++xe-+6C=LixC6,所以电池总反应为x
;原电池放电时,正极、负极反应式正好与阳极、阴极反应式相反,电子由负极铝箔经过导线流向正极铜箔,电解质溶液中的阳离子向正极移动,阴离子向负极移动,据此分析解答。
【详解】
A.原电池放电时,电解质溶液中的阳离子向正极移动,即Li+通过隔膜移向正极,故A正确;
B.原电池放电时,电子由负极铝箔流出,经过导线流向正极铜箔,故B正确;
C.原电池放电时,正极、负极反应式正好与阳极、阴极反应式相反,所以正极反应为:
xFePO4+xe-+xLi+=xLiFePO4,故C错误;
D.由于隔膜的作用,Li+通过隔膜形成闭合回路,完成电池的充放电,充电时为电解池,铜箔电极为阴极,阴极与外接电源负极相连,故D正确;
故答案选:
C。
7.有一种新型的锂电池,其制作是利用了金属锂和石墨作电极,其电解质溶液是四氯合铝酸锂(LiAlCl4)溶解在二氯亚硫酰(其化学式是SOCl2)中形成的,原电池的电极总反应式是:
8Li+3SOCl2===6LiCl+Li2SO3+2S,下列关于这种新型电池的说法中错误的是()
A.电池工作过程中,SOCl2被还原为Li2SO3
B.锂作为电池的负极,石墨作电池的正极
C.该电池内环境应该是无水环境,否则影响电池的寿命
D.电池工作时,锂提供的电子的物质的量与析出硫的物质的量之比是4∶1
【答案】A
【解析】
A项,在SOCl2和Li2SO3中,S元素的化合价都是+4价,所以S元素的化合价不变,SOCl2不是被还原为Li2SO3,故A错误;B项,根据原电池的电极总反应式可知,在原电池放电时,Li元素的化合价由0价变为+1价,S元素由SOCl2中的+4价变为产物中单质S的0价,根据原电池原理,则Li为负极,石墨作正极,故B正确;C项,Li作为碱金属元素,性质活泼,易与水发生反应:
2Li+2H2O=2LiOH+H2↑,从而造成负极材料Li损失,所以该电池内环境应该是无水环境,因此C正确;D项,根据原电池的电极总反应式可知,4mol的Li由0价变成+1价,失去4mol电子,S元素从+4价变成0价,则生成1mol的S应得到4mol电子,所以根据得失电子守恒,电池工作时,锂提供的电子的物质的量与析出硫的物质的量之比应该是4∶1,所以D正确。
故此题答案选A。
点睛:
本题利用热点的新型锂电池考查了原电池的基本原理,是历年高考必考知识点之一。
解答此类问题时,要求我们必须准确把握原电池的工作原理、电极反应式和电池总反应方程式的判断及书写规则。
在原电池中,一般活泼金属做负极、失去电子、发生氧化反应(金属被氧化)、逐渐溶解(或质量减轻);不活泼金属(或导电的非金属)做正极、发生还原反应、有金属析出(或质量增加)或有气体放出;电子从负极流出经过外电路流回正极,电流方向正好相反;溶液中离子浓度变化及移动方向由电极反应决定等。
8.磷酸铁锂电池放电时正极的反应式为
。
该电池放电时的工作原理如图所示。
下列叙述正确的是
A.充电时,电子由铝箔经溶液流向铜箔
B.放电时,负极发生的电极反应:
C.放电时,Li+通过隔膜移向正极
D.该电池放电过程中C、Fe、P元素化合价均发生变化
【答案】C
【分析】
磷酸铁锂电池放电时正极的反应式为FePO4+Li++e-═LiFePO4,根据电池装置图知,铝箔电极为正极,铜箔电极为负极,负极反应式为LixC6-xe-=xLi++6C,放电时,电子从负极沿导线流向正极,内电路中阳离子移向正极,阴离子移向负极,据此分析解答。
【详解】
A.该电池放电时铝箔电极为正极,铜箔电极为负极,放电时,电子由铜箔经过导线流向铝箔,电子不能进入溶液中,故A错误;
B.该电池放电时铜箔电极为负极,负极上LixC6失去电子生成Li+和C,反应式为LixC6-xe-=xLi++6C,故B错误;
C.原电池放电时,阳离子移向正极,阴离子移向负极,即放电时,Li+通过隔膜移向正极,故C正确;
D.正极的反应式为FePO4+Li++e-═LiFePO4,负极反应式为LixC6-xe-=xLi++6C,所以放电过程中C和P的化合价未变化,故D错误。
答案选C。
9.ZulemaBorjas等设计的一种微生物脱盐池的装置如图所示,下列说法正确的是()
A.该装置工作时,电能转化为化学能
B.该装置可以在高温下工作
C.X为阳离子交换膜,Y为阴离子交换膜
D.负极反应为CH3COO-+2H2O-8e-=2CO2↑+7H+
【答案】D
【分析】
由图中信息可知,该装置为原电池装置,左侧为原电池负极,有机物在此电极上失电子,海水中阴离子向此电极移动,右侧为原电池正极,氧气在此电极上得电子,海水中阳离子向此电极移动。
【详解】
A.该装置工作时为原电池,是将化学能转化为电能的装置,A错误;
B.高温能使微生物蛋白质凝固变性,导致电池工作失效,所以该装置不能在高温下工作,B错误;
C.原电池内电路中:
阳离子移向正极、阴离子移向负极,从而达到脱盐目的,所以Y为阳离子交换膜、X为阴离子交换膜,C错误;
D.由图片可知,负极为有机废水CH3COO-的电极,失电子发生氧化反应,电极反应为CH3COO-+2H2O-8e-=2CO2↑+7H+,D正确;
故选D。
10.某光电化学电池用特殊半导体材料作电极光解食盐水,得到氯气和烧碱,工作原理如图所示。
下列说法错误的是
A.该装置将光能转变为电能和化学能
B.外电路电流方向为“a电极→b电极”
C.a电极的反应式为2Cl--2e-
Cl2↑
D.Na+透过离子交换膜从a极区迁移至b极区
【答案】B
【详解】
A.该装置明显消耗了光能,产生了电能,从“电解食盐水时电能转变为化学能”可推知,
食盐水光解时光能转变为化学能,A选项正确;
B.外电路电子流动方向为“.a电极→b电极”,则电流方向为“b电极→a电极”,B选项错误;
C.a电极变化过程为:
光子通过半导体材科变为电子(从外电路移向正极)并在半导体材料上形及带正电荷的空穴(P+),带正电有的空穴得到Cl-失去的电子,产生Cl2并释放出能量,总反应式为2Cl--2e-
Cl2,C选项正确;
D.b电极的反应式为2H2O+2e-=H2↑+2OH-,根据溶液呈电中性可知,Na+通过离子交换膜从a极区迁到b极区,D选项正确;
故选B。
11.2018年5月美国研究人员成功实现在常温常压下用氮气和水生产氨,原理如下图所示:
下列说法正确的是
A.图中能量转化方式只有2种
B.H+向a极区移动
C.b极发生的电极反应为:
N2+6H++6e-==2NH3
D.a极上每产生22.4LO2流过电极的电子数为4NA
【答案】C
【详解】
A.图中能量转化方式有风能转化为电能、太阳能转化为电能、化学能转化为电能等,选项A错误;
B.b极氮气转化为氨气,氮元素化合价降低被还原为原电池的正极,故H+向正极b极区移动,选项B错误;
C.b极为正极,发生的电极反应为:
N2+6H++6e-=2NH3,选项C正确;
D.a极为负极,电极反应为2H2O-4e-=O2↑+4H+,每产生标准状况下22.4LO2即1mol氧气流过电极的电子数为4×6.02×1023,但题干没说明标准状况,故选项D错误。
答案选C。
12.一种直接铁燃料电池(电池反应为3Fe+2O2=Fe3O4)的装置如图所示,下列说法正确的是()
A.Fe极为电池正极
B.KOH溶液为电池的电解质溶液
C.电子由多孔碳极沿导线移向Fe极
D.5.6gFe参与反应,导线中转移1.204×1023个电子
【答案】B
【详解】
A.铁燃料电池中铁失去电子为电池负极,A错误;
B.KOH溶液为电池的电解质溶液,B项正确;
C.电池工作时,电子由负极
沿导线移向正极多孔碳,C错误;
D.根据电池反应3Fe+2O2=Fe3O4可知,3molFe参与反应时转移8mol电子,5.6gFe的物质的量为0.1mol,当5.6gFe参与反应时,导线中转移电子为0.1⨯
mol=1.605⨯1023个,D错误。
答案选B。
13.某微生物电池在运行时可同时实现净化含葡萄糖的污水、净化含Cr2O
废水(常温时pH约为6)和淡化食盐水,其装置示意图如图所示,图中D和E为阳离子交换膜或阴离子交换膜,Z为待淡化食盐水。
已知Cr2O
转化为Cr(III),下列说法不正确的是()
A.D为阴离子交换膜
B.X为含葡萄糖的污水,Y为含Cr2O
废水
C.A室的电极反应式为C6H12O6-24e-+6H2O=6CO2↑+24H+
D.理论上处理1mol的Cr2O
的同时可脱除3mol的NaCl
【答案】D
【分析】
原电池中,还原剂在负极失去电子发生氧化反应,电子从负极流出,电子沿着导线流向正极,正极上氧化剂得到电子发生还原反应,内电路中阴离子移向负极、阳离子移向正极,电化学反应时,电极上电子数守恒,据此分析回答;
【详解】
A.A室为负极区,阴离子向负极移动,D为阴离子交换膜,允许阴离子通过,A正确;
B.A室为负极区,X为含葡萄糖的污水,葡萄糖在负极被氧化生成二氧化碳,C室为正极区,Y为含Cr2O
废水,正极反应式为
,B正确;
C.A室为负极区,葡萄糖在负极被氧化生成二氧化碳,电极反应式为C6H12O6-24e-+6H2O=6CO2↑+24H+,C正确;
D.理论上处理1mol的Cr2O
的同时转移电子6mol,即Na+、Cl−分别定向移动6mol,即可脱除6mol的NaCl,D错误;
答案选D。
14.金属锂燃料电池是一种新型电池,比锂离子电池具有更高的能量密度。
它无电时无需充电,只需更换其中的某些材料即可,其工作示意图如图。
下列说法正确的是( )
A.放电时,通入空气的一极为负极
B.放电时,电池反应为4Li+O2+2H2O=4LiOH
C.有机电解液可以是乙醇等无水有机物
D.在更换锂、多孔碳电极的同时,不需要更换水性电解液
【答案】B
【分析】
根据锂离子的移动可知,锂电极为负极,多孔碳为正极,根据原电池滴定回答问题。
【详解】
A.在该原电池中放电时,Li电极为负极,通入空气的电极为正极,A错误;
B.放电时,由于电解质是水性电解质,所以电池反应为:
4Li+O2+2H2O=4LiOH,B正确;
C.乙醇是非电解质,所以有机电解液不可以是乙醇等无水有机物,C错误;
D.在更换锂电极的同时,由于水性电解质的成分也发生了变化,所以也要更换水性电解液,D错误。
答案为B。
15.金属(M)-空气电池的工作原理如图所示。
下列说法不正确的是
A.金属M作电池负极
B.电解质是熔融的MO
C.正极的电极反应
D.电池反应
【答案】B
【详解】
根据图示,金属M为负极,通入空气的电极为正极。
A.金属M作电池负极,故A正确;
B.根据图示,电解质是熔融的M(OH)2,故B错误;
C.正极发生还原反应,电极反应
,故C正确;
D.负极M失去电子生成M2+,结合C的分析,电池反应
,故D正确;
答案选B。
易错练
16.—种微生物燃枓电池如图所示,下列关于该电池说法正确的是:
A.a电极为正极
B.H+由右室通过质子交换膜进入左室
C.a电极反应式为:
C6H5OH-28e-+11H2O=6CO2↑+28H+
D.当b电极上产生lmolN2时,溶液中将有l0mole-通过
【答案】C
【解析】
在该燃料电池中通入燃料的电极为负极,故电极a为负极,则电极b为正极。
A、a电极为负极,选项A错误;B、溶液中H+由负极移向正极,即由左室通过质子交换膜进入右室,选项B错误;C、a电极为负极,发生还原反应,反应式为:
C6H5OH-28e-+11H2O=6CO2↑+28H+,选项C正确;D、电解质溶液导电中为离子的定向移动,没有电子通过,选项D错误。
答案选C。
点睛:
本题考查燃料电池的工作原理的相关知识。
判断电极及书写电极反应式是解答的关键。
17.锂铜离子电池充、放电的工作示意图如图所示。
放电时该电池的总反应方程式为2Li+Cu2O+H2O=2Cu+2Li++2OH-。
下列有关说法错误的是
A.在整个充、放电过程中至少存在3种形式的能量转化
B.放电时,正极的电极反应式为Cu2O+H2O+2e-=2Cu+2OH
-
C.K与N相接时,Li+由A极区迁移到B极区
D.K与M相接时,当外电路中转移1mol电子时,A极区电极上质量增加8g
【答案】C
【详解】
A.原电池和电解池中,是电能和化学能之间的相互转化,化学能与热能转化等,所以在整个充、放电过程中至少存在3种形式的能量转化,故A正确;
B.放电时,在碱性条件下氧化亚铜在正极上得到电子发生还原反应生成铜,电极反应式为Cu2O+H2O+2e-=2Cu+2OH-,故B正确;
C.由题给示意图可知,K与N相接时,该装置为原电池,A为原电池的正极,阳离子锂离子向正极移动,则Li+由B极区迁移到A极区,故C错误;
D.K与M相接时,该装置为电解池,A极为电解池的阳极,阳极上铜失去电子发生氧化反应生成氧化亚铜,转移1mol电子时,电极增加质量为1mol×
×16g/mol=8g,故D正确;
故选C。
18.利用生物燃料电池原理研究室温下氨的合成,电池工作时MV2+/MV+在电极与酶之间传递电子,示意图如下所示。
下列说法错误的是
A.相比现有工业合成氨,该方法条件温和,同时还可提供电能
B.负极区,在氢化酶作用下发生反应H2+2MV2+=2H++2MV+
C.正极区电极反应式为MV2++e―=MV+,固氮酶为催化剂,N2发生还原反应生成NH3
D.电池工作时质子通过交换膜由正极区向负极区移动
【答案】D
【分析】
生物燃料电池的工作原理是N2+3H2
2NH3,其中N2在正极区得电子发生还原反应,H2在负极区失电子发生氧化反应,原电池工作时阳离子向正极区移动,据此分析判断。
【详解】
A.利用生物燃料电池在室温下合成氨,既不需要高温加热,同时还能将化学能转化为电能,故A正确;
B.原电池的负极区,氢气在氢化酶的作用下,发生氧化反应,反应式为H2+2MV2+═2H++2MV+,故B正确;
C.由正极电极反应式MV2++e―=MV+可知,N2在固氮酶的催化作用下得电子发生还原反应,生成NH3,故C正确;
D.燃料电池工作时,负极区生成的H+透过质子交换膜进入正极区,故D错误;
故答案为D。
19.2019年诺贝尔化学奖授予在锂电池发展上做出贡献的三位科学家,右图是可连续工作的液流锂离子储能电池放电时的工作原理图。
下列说法不正确的是
A.放电时,储罐中发生反应:
S2O
+2Fe2+=2Fe3++2SO
B.Li+选择透过性膜可以通过Li+水溶液
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- 59专题九第5练 新型电池高考化学选择题常考易错100练解析版 59 专题 新型 电池 高考 化学 选择题 常考易错 100 解析