2025版高考化学一轮总复习第6章化学反应与能量第21讲原电池和化学电源提能训练

第21讲原电池和化学电源一、选择题：本题共10小题，每小题只有一个选项符合题目要求。1．(2024·贵州安顺模拟)依据下图分析，下列说法中正确的是(B)A．烧杯a中的溶液pH降低B．烧杯b中发生氧化反应C．烧杯a中发生的反应为2H＋＋2e－=H2↑D．烧杯b中发生的反应为2Cl－－2e－=Cl2↑[解析]由题给原电池装置可知，电子经过导线，由Zn电极流向Fe电极，O2在Fe电极发生还原反应O2＋2H2O＋4e－=4OH－，烧杯a中c(OH－)增大，溶液的pH上升，A、C错误；烧杯b中，Zn发生氧化反应Zn－2e－=Zn2＋，D错误。2．现有A、B、C、D四种金属片：①把A、B用导线连接后同时浸入稀硫酸中，B表面慢慢溶解；②把C、D用导线连接后同时浸入稀硫酸中，C发生氧化反应；③把A、C用导线连接后同时浸入稀硫酸中，电子移动方向为A→导线→C。依据上述状况，下列说法中正确的是(D)A．在①中，金属片B发生还原反应B．在②中，金属片C作正极C．上述四种金属的活动性强弱依次：A>B>C>DD．假如把B、D用导线连接后同时浸入稀硫酸中，则金属片D上有气泡产生[解析]①把A、B用导线连接后同时浸入稀硫酸中，B表面慢慢溶解，则金属活动性：B>A，B发生氧化反应，A错误；在②中，由于金属片C发生氧化反应，因此C作负极，B错误；②把C、D用导线连接后同时浸入稀硫酸中，C发生氧化反应，则金属活动性：C>D，③把A、C用导线连接后同时浸入稀硫酸中，电子移动方向为A→导线→C，则金属活动性：A>C，所以四种金属活动性强弱依次：B>A>C>D，C错误；假如把B、D用导线连接后同时浸入稀硫酸中，由于金属活动性：B>D，则金属片D作正极，氢离子得到电子产生氢气，因此有气泡产生，D正确。3．(2024·四川南充三模)某试验小组设计了如图所示装置，可视察到与铜导线连接的灵敏电流计指针明显偏转，烧杯a中袒露线头周边溶液蓝色慢慢加深，下列说法错误的是(D)A．b中导线与硫酸铜浓溶液构成正极区，发生还原反应B．若向a中滴加几滴稀NaOH溶液，降低溶液中Cu2＋浓度，则有利于电极反应进行C．当两侧溶液中Cu2＋浓度相等时，灵敏电流计指针停止偏转D．盐桥中的阴离子向烧杯b移动[解析]依据图示装置，烧杯a中袒露线头周边溶液蓝色慢慢加深，说明烧杯a中生成了Cu2＋，则该电极为负极，电极反应式为Cu－2e－=Cu2＋，右侧电极为正极，电极反应式为Cu2＋＋2e－=Cu。向烧杯a中滴加稀NaOH溶液消耗Cu2＋，增加了两烧杯中Cu2＋的浓度差，有利于电极反应进行，B项正确；当两侧溶液中Cu2＋浓度相等时，即浓度差为0，此时不再产生电流，灵敏电流计指针停止偏转，C项正确；盐桥中的阴离子向负极区移动，烧杯a为负极区，所以向烧杯a移动，D项错误。4．(2024·广东汕头模拟)干脆H2O2燃料电池(DPPFC)是一种新型液态电池，其工作原理如图所示。下列说法错误的是(B)A．气体c为O2B．负极区溶液pH增大C．电极b的反应式为H2O2＋2e－＋2H＋=2H2OD．当电路中转移0.1mol电子时，通过阴离子交换膜的SOeq\o\al(2－,4)为4.8g[解析]石墨电极a为负极，电极反应式为H2O2－2e－＋2OH－=O2↑＋2H2O，气体c为O2，负极区溶液pH减小，A正确，B错误；电极b为正极，电极反应式为H2O2＋2e－＋2H＋=2H2O，C正确；当电路中转移0.1mol电子时，通过阴离子交换膜的SOeq\o\al(2－,4)为0.05mol，质量为0.05mol×96g·mol－1＝4.8g，D正确。5．一种可充电的锌锰分液电池，其结构如下图所示：下列说法不正确的是(C)A．放电时，正极反应：MnO2＋4H＋＋2e－=Mn2＋＋2H2OB．充电时，Zn作阴极：[Zn(OH)4]2－＋2e－=Zn＋4OH－C．离子交换膜a和b分别为阳离子交换膜和阴离子交换膜D．充电过程中K2SO4溶液的浓度慢慢降低[解析]放电时，Zn是负极，MnO2是正极，正极反应为MnO2＋4H＋＋2e－=Mn2＋＋2H2O，A正确；放电时，Zn是负极，充电时，Zn作阴极，阴极反应式为[Zn(OH)4]2－＋2e－=Zn＋4OH－，B正确；放电过程中，正极区SOeq\o\al(2－,4)通过离子交换膜a进入硫酸钾溶液，负极区K＋通过离子交换膜b进入硫酸钾溶液，则a和b分别为阴离子交换膜和阳离子交换膜，C错误；充电过程中，K＋通过离子交换膜b进入负极区，SOeq\o\al(2－,4)通过离子交换膜a进入正极区，故K2SO4溶液的浓度慢慢降低，D正确。6．(2024·北京房山区模拟)钒电池是目前发展势头强劲的绿色环保储能电池之一，其工作原理如图所示，放电时电子由B极一侧向A极移动，电解质溶液含硫酸。下列说法不正确的是(D)A．放电时，负极上发生的电极反应为V2＋－e－=V3＋B．放电时，H＋通过离子交换膜由B极一侧向A极移动C．充电时，A极为阳极D．充电时，电池总反应为VOeq\o\al(＋,2)＋V2＋＋2H＋=VO2＋＋V3＋＋H2O[解析]放电时，电子由B极一侧向A极移动，则B极为负极，电极反应为V2＋－e－=V3＋，A正确；放电时，阳离子向正极移动，则H＋通过离子交换膜由B极一侧向A极移动，B正确；放电时A极为正极，发生还原反应，则充电时A极为阳极，C正确；充电时，阴极V3＋→V2＋，阳极VO2＋→VOeq\o\al(＋,2)，故电池总反应为VO2＋＋V3＋＋H2O=VOeq\o\al(＋,2)＋V2＋＋2H＋，D错误。7．中科院研制出了双碳双离子电池，以石墨(Cn)和中间相炭微粒球(MCMB)为电极，电解质溶液为含有KPF6的有机溶液，其充电示意图如下。下列说法错误的是(C)A．固态KPF6为离子化合物B．放电时MCMB电极为负极C．充电时，若正极增重39g，则负极增重145gD．充电时，阳极发生反应为Cn＋xPFeq\o\al(－,6)－xe－=Cn(PF6)x[解析]由充电时离子的移动方向可知，石墨电极是阳极，MCMB是阴极，则放电时MCMB电极为负极，B正确；充电时，PFeq\o\al(－,6)向阳极移动，K＋向阴极移动，故阴极(负极)增重39g时，电路中通过1mol电子，阳极(正极)上质量增加1mol×145g·mol－1＝145g，C错误；充电时，阳极发生失电子的氧化反应，电极反应式为Cn＋xPFeq\o\al(－,6)－xe－=Cn(PF6)x，D正确。8．(2024·河北名校联盟联考改编)某Li-CuO二次电池以含Li＋的有机溶液为电解质溶液，放电时的工作原理为2Li＋CuO=Li2O＋Cu。下列说法不正确的是(A)A．放电时电子的流向：Li→电解质溶液→CuOB．放电时，正极的电极反应式为CuO＋2Li＋＋2e－=Cu＋Li2OC．充电时，Li与直流电源负极相连D．充电时，阳极的质量减轻[解析]放电时，Li为负极，CuO为正极，电子的流向：Li→负载→CuO，A错误；放电时，正极的电极反应式为CuO＋2Li＋＋2e－=Cu＋Li2O，B正确；放电时，Li为负极，充电时，Li与直流电源负极相连，作阴极，C正确；充电时，阳极发生反应Cu＋Li2O－2e－=CuO＋2Li＋，Li＋向阴极移动，阳极质量减轻，D正确。9．我国科学家设计的Mg-Li双盐电池工作原理如图所示，下列说法不正确的是(C)A．放电时，正极电极反应式为FeS＋2Li＋＋2e－=Fe＋Li2SB．充电时，Mg电极连外接电源的负极C．充电时，每生成1molMg，电解质溶液质量削减24gD．电解质溶液含离子迁移速率更快的Li＋，提高了电池效率[解析]放电时Mg转化为Mg2＋，右侧电极为负极，左侧电极为正极，FeS得电子并结合Li＋生成Fe和Li2S，电极反应为FeS＋2Li＋＋2e－=Fe＋Li2S，A正确；充电时Mg2＋转化为Mg，被还原，为阴极，连接外接电源的负极，B正确；充电时阳极反应为Fe＋Li2S－2e－=FeS＋2Li＋，每生成1molMg，消耗1molMg2＋，转移2mol电子，同时生成2molLi＋，故电解质质量削减24g－2×7g＝10g，C错误；电解质溶液中含离子迁移速率更快的Li＋，增加了导电性，提高了电池效率，D正确。10．(2024·广东梅州二模)某科研团队独创的一种制取H2O2的绿色方法原理如图所示。下列说法正确的是(B)A．a极为正极，发生还原反应B．X膜为阳离子交换膜C．当外电路通过2mole－时，消耗22.4LO2D．该装置可实现化学能与电能之间的完全转化[解析]通入H2的a极发生氧化反应，是原电池的负极，电极反应式为H2－2e－=2H＋，通入O2的b极发生还原反应，是原电池的正极，最终产物为H2O2，故其电极反应式为H2O＋O2＋2e－=HOeq\o\al(－,2)＋OH－。负极生成的H＋通过阳离子交换膜进入多孔固体电解质中，正极生成的HOeq\o\al(－,2)通过阴离子交换膜进入多孔固体电解质中，二者结合得到H2O2。依据分析可知，A项错误，B项正确；当外电路通过2mole－时，依据b极的电极反应式可知须要消耗1molO2，但本题中未指明O2是否处于标准状况下，不能确定O2的体积确定为22.4L，C项错误；原电池不行能实现化学能与电能之间的完全转化，会有一部分化学能转化为其他形式的能量，D项错误。二、非选择题：本题共4小题。11.(2024·河北衡水检测)能量之间可相互转化：电解食盐水制备Cl2是将电能转化为化学能，而原电池可将化学能转化为电能。设计两种类型的原电池，探究其能量转化效率。限选材料：ZnSO4(aq)，FeSO4(aq)，CuSO4(aq)；铜片，铁片，锌片和导线。(1)完成原电池甲的装置示意图，并作相应标注。要求：在同一烧杯中，电极与溶液含相同的金属元素。[答案]如图所示(2)铜片为电极之一，CuSO4(aq)为电解质溶液，只在一个烧杯中组装原电池乙，工作一段时间后，可视察到负极电极慢慢溶解。(3)甲、乙两种原电池中可更有效地将化学能转化为电能的是甲，其缘由是电池乙的负极可与CuSO4溶液干脆发生反应，导致部分化学能转化为热能；电池甲的负极不与所接触的电解质溶液反应，化学能在转化为电能时损耗较小。[解析]以Zn和Cu作电极为例分析，假如不用盐桥，则除了发生电化学反应外还发生Zn和Cu2＋的置换反应，反应放热，会使部分化学能以热能形式散失，使其不能完全转化为电能，而盐桥的运用，可以避开Zn和Cu2＋的干脆接触，从而避开能量损失，供应稳定电流。12．(2024·山东青岛高三检测)电池的独创是化学对人类的一项重大贡献。(1)锌银电池是一种常见化学电源，其工作示意图如图所示。电池工作时，电子从Zn电极经导线流向Ag2O电极，负极的电极反应为Zn－2e－＋2OH－=Zn(OH)2。(2)①甲烷—空气碱性(KOH为电解质)燃料电池的负极反应式为CH4－8e－＋10OH－=COeq\o\al(2－,3)＋7H2O；相同条件下甲烷燃料电池与氢气燃料电池的能量密度之比为1∶2(能量密度之比等于单位质量可燃物完全反应转移的电子数之比)。②若改以熔融K2CO3为电解质，其正极反应为O2＋2CO2＋4e－=2COeq\o\al(2－,3)。[解析](1)电池工作时，负极Zn失去电子生成Zn(OH)2，电子经导线流向正极，Ag2O得到电子转化为Ag。(2)①甲烷—空气碱性(KOH为电解质)燃料电池负极甲烷失电子发生氧化反应，电解质显碱性，所以生成碳酸盐，负极反应式为CH4－8e－＋10OH－=COeq\o\al(2－,3)＋7H2O；设甲烷和氢气质量均为16g，则依据电极反应计算电子转移总数可得到能量密度之比。②以熔融K2CO3为电解质，O2得电子生成COeq\o\al(2－,3)。13．用原电池原理对污染物进行处理再利用的探讨日益受到重视。(1)氨气—氮氧化物燃料电池可用于处理氮氧化物，防止空气污染，其装置如图1所示。通入氨气的电极为负极(填“正极”或“负极”)。负极的电极反应式为2NH3－6e－=N2＋6H＋。(2)对H2S废气进行利用的一种途径是将其设计成质子膜—H2S燃料电池，反应原理为2H2S(g)＋O2(g)=S2(s)＋2H2O(l)。电池结构示意图如图2。电极a上发生的电极反应式为2H2S－4e－=S2＋4H＋。设NA为阿伏加德罗常数的值，当电路中通过3mol电子时，通过质子膜进入正极区(填“正极区”或“负极区”)的H＋数目为3NA。[解析](1)由题图可知，NH3在左侧电极发生氧化反应生成N2，氮氧化物在右侧电极被还原生成N2，故NH3通入负极，电极反应式为2NH3－6e－=N2＋6H＋。(2)据图可知，H2S在电极a失去电子发生氧化反应生成S2，则电极a为原电池负极，电极反应为2H2S－4e－=S2＋4H＋；原电池中阳离子向正极移动，依据串联电路中电流到处相等可知，当电路中通过3mol电子时，有3molH＋通过质子膜进入正极区，数目为3NA。14．(1)高铁酸钾(K2FeO4)不仅是一种志向的水处理剂，而且高铁电池的研制也在进行中。高铁电池的模拟试验装置如图所示。①该电池放电时正极的电极反应式为FeOeq\o\al(2－,4)＋4H2O＋3e－=Fe(OH)3↓＋5OH－；若维持电流强度为1A，电池工作特别钟，理论上消耗0.2gZn(计算结果保留一位小数，已知F＝96500C·mol－1)。②盐桥中盛有饱和KCl溶液，此盐桥中氯离子向右(填“左”或“右”)移动；若用阳离子交换膜代替盐桥，则钾离子向左(填“左”或“右”)移动。③下图为高铁电池和常用的高能碱性电池的放电曲线，由此可得出高铁电池的优点有运用时间长、工作电压稳定。(2)有人设想以N2和H2为反应物，以溶有A的稀盐酸为电解质溶液，可制造出既能供应电能，又能固氮的新型燃料电池，装置如图所示，电池正极的电极反应式是N2＋8H＋＋6e－=2NHeq\o\al(＋,4)，A是氯化铵(或NH4Cl)。(3)利用原电池工作原理测定