高三化学一轮复习：2024年巴黎奥运会与电化学（含解析）

巴黎奥运会与电化学一一2024年巴黎奥运会热点链接化学考点

【新闻内容】巴黎奥运会组委会安排了电池储能系统参与电力系统的供应保障。它可以储存

白天多余的电能，比如太阳能发电在白天产生的多余电量，等到晚上或者电力需求高峰时段

进行释放，起到削峰填谷的作用，稳定电力系统的供应，确保奥运会场馆和相关设施的正常

运行

【链接考点】充电过程（电化学储能）：电池储能系统在电网电能过剩时，通过外部电源对

电池进行充电。以锂离子电池为例，锂离子从正极材料中脱出，经过电解质，嵌入负极材料

中，同时电子通过外部电路从正极流向负极，电能转化为化学能存储起来。在此过程中，电

极材料的晶体结构会发生相应的变化，以适应锂离子的嵌入和脱出。放电过程：当需要用电

时，电池内部发生化学反应，锂离子从负极材料中脱出，回到正极材料中，电子则从负极通

过外部电路流向正极，化学能转化为电能供给负载使用。不同类型的电池，其电极材料和电

解质的特性不同，但基本的电化学原理都是通过离子和电子的迁移来实现能量的转换和存

储。

【试题练习】

1.天然气燃料电池能量转化率高，模拟装置如图所示。下列叙述正确的是（）

------------1用电器|--------

ab

I/O2

IKOH溶液;

7OHK2cO3J.

A.电子由a极经用电器流向b极

B.b极的电极反应式为CH4+10OH--86一・03；一+7凡。

C.a极为负极，发生氧化反应

D.a极上2.24LO2参加反应时，转移0.4mol电子

2.关于下列电化学装置的说法正确的是（）

直流电源

―卜电源

MASi

铜片一待镀

CuSO4

CuSO4铁制品

溶液

粗铜的精炼电镀铜实验装置

①②

铜丝

培养皿

滴有酚酣和K3【Fe(CN)6]

金属的电化学防护的饱和食盐水

③④

A.装置①的粗铜应与电源正极相连，精炼过程中两极质量的改变量相等

B.装置②的待镀铁制品应与电源正极相连，电镀过程中CuSC>4溶液的浓度保持不变

C.装置的钢闸门应与电源负极相连，属于“牺牲阳极的阴极保护法”

D.装置④中靠近铜丝处出现红色，靠近裸露在外的铁钉处出现蓝色

3.铅酸蓄电池是典型的可充电电池，电池总反应式为Pb+PbC)2+2H2sO4-2PbSC)4+2H2。，

工作原理如图所示，下列说法正确的是()

A.放电时，负极反应为：Pb-2e=Pb2+

B.放电时，H+移向X极

C.充电时，Y极连接电源正极

+

D.充电时，Y极的电极反应为：2H2O-4e-O2T+4H

4.为有效降低含氨化合物的排放量，又能充分利用化学能，合作小组设计如图所示电池，将

含氨化合物转化为无毒气体，离子交换膜为阴离子交换膜(只允许阴离子通过)，下列说法

错误的是（）

A.电池工作一段时间后，右侧电极室溶液的碱性增强

B.电流由A电极经过外电路流向B电极

C.同温同压时，转移相同的电子数时左右两侧电极室中产生的气体体积比为4:3

D.右侧电极反应式为2NO2+8H+4H2O-80H-+N2

5.“天宫一号”的供电系统中有再生氢氧燃料电池（RFC）,RFC是一种将太阳能电池电解水

技术与氢氧燃料电池技术相结合的可充电电池。下图为RFC工作原理示意图（隔膜为质子选

择性透过膜），下列说法中正确的是（）

+

A.c极上发生的电极反应是：O2+4H+4e-2H2O

B.当有0.lmol电子转移时，b极产生1.12L气体Y（标准状况下）

c.装置I与装置n的电解质溶液中，氢离子运动方向相反

D.RFC系统工作过程中只存在3种形式的能量转化

6.空气污染物N0通常用含Ce4+的溶液吸收，生成KN。?、NO；,再利用电解法将上述吸收液

中的KN。?转化为无毒物质，同时生成Ce,+,其原理如图所示。下列说法正确的是（）

+

质子交换膜

A.H+由右室进入左室

B.Ce,+从电解槽的c口流出，且可循环使用

C.若用甲烷燃料电池作为电源，当消耗33.6L甲烷时，理论上可转化2moiHNO?

+

D.阴极的电极反应式：2HNO2+6H+6e--N2T+4H2O

7.下列关于原电池的说法不正确的是（）

①②

A.①②装置都能将化学能转化为电能

B.②装置中的Zn片质量逐渐减少

C.②装置中的电子由Zn电极经导线流向Cu电极

D.②装置中电流方向是由正极到负极

8.火星大气约95%是CO2,Li-Co?电池在未来的火星探测领域有着重要的应用前景。科学家

设计了一系列Ru/M-CPY@CNT（碳纳米管）杂化材料（M=Co、Zn、Ni、Mn,CNTs碳纳米管是一种

电导率高、比表面积大、通道和孔隙率丰富的导电基底）作为电极。已知该电池放电时的反应

为4Li+3c。22Li2CO3+C,下列说法错误的是（）

+

«CO2cLi疆M-CPY。Ru。Li2c。3CNT

A.放电时，Li电极作电池负极，有电子经导线流出

B.充电时，每转移lmol电子，两电极的质量变化差值为7g

+

C.充电时，阳极的电极反应式为C-4e-+2Li2cO3^3CO2T+4Li

D.杂化材料中CNTs增多了CO?的吸附位点，可使该电池表现出优异的电化学性能

9.下图是铅蓄电池构造示意图，下列说法不正确的是（）

H2s5(卬

Pt*h(iE»)x

PM负极)

A.铅蓄电池是二次电池，充电时电能转化为化学能

B.电池工作时，电子由Pb板通过导线流向PbC»2板

C.电池工作时，负极反应为：Pb-2e--Pb2+

D.电池工作时，H+移向PbC>2板

10.利用微生物燃料电池原理，可以处理宇航员排出的粪便，同时得到电能。美国宇航局设计

的方案是：用微生物中的芽抱杆菌来处理粪便产生氨气，氨气与氧气分别通入燃料电池两

极，最终生成常见的无毒物质。示意图如下所示。下列说法错误的是（）

粪便

a电极膜b电极

A.a电极是负极，b电极是正极

B.负极区发生的反应是2NH3Ye-=、+6H+

C.正极区，每消耗标准状况下2.24LO2,a向b电极转移0.4mol电子

D.电池工作时电子通过由a经负载流向b电极，再穿过离子交换膜回到a电极

11.2020年9月中科院研究所报道了一种高压可充电碱-酸Zn-PbC>2混合电池，电池采用

阴、阳双隔膜完成离子循环（如图），该电池良好的电化学性能为解决传统水性电池的关键

问题提供了很好的机会。下列说法正确的是（）

A.充电时，阳极反应式为PM）2+4H++SOj+2e「一PbSC>4+2凡0

B.电池工作时，a、d两极室电解质溶液pH都增大

C.离子交换膜b、c分别为阳离子交换膜和阴离子交换膜

D.放电时，每转移2mol电子，中间K2sO,溶液中溶质减少1mol

12.微生物脱盐电池是一种高效、经济的能源装置，利用微生物处理有机废水获得电能，同时

可实现海水淡化。现以NaCl溶液模拟海水，采用惰性电极，用下图装置处理有机废水（以含

CH3co0-的溶液为例）。下列说法错误的是（）

隔膜2

a

极

有

机

模

拟

废

水

海酸性

水

水溶液

+

A,负极反应为CH3coeF+2H2。-8e「一2CO2T+7H

B.隔膜1为阳离子交换膜，隔膜2为阴离子交换膜

C.当电路中转移lmol电子时，模拟海水理论上除盐58.5g

D.电池工作一段时间后，正、负极产生气体的物质的量之比为2：1

13.盐酸酸洗钢材的废液中含有大量的盐酸、FeCl2o研究人员利用如图装置可将部分铁元素

在a极区转化为沉淀，实现资源和能源的再利用。下列说法不正确的是（）

用电器

NaCl溶液的废液

A.电子由b极流向a极

B.离子交换膜为阴离子交换膜

C.该装置实现了化学能向电能转化

D.a极可发生电极反应：。，+46一+2凡0・4（汨-

14.由铁氧化钾和亚铁氟化钾混合溶液组成的电池体系是一种研究较多的热电化学电池，其放

电原理如图所示，将两个电极置于温度不同的电解液环境中，电极之间便可以形成电势差。

下列说法正确的是（）

A.热端电极为负极，发生还原反应

B.放电一段时间后，Fe(CN)U浓度增大，Fe(CN)：浓度减小

C.冷端电极上发生反应Fe(CN)：-+e--Fe(CN)：

D.反应过程中，K+向热端电极扩散

15.(1)高铁电池是一种新型可充电电池，其总反应式为

3Zn+2K2FeO4+8H2O|f|t3Zn(OH)2+2Fe(OH)3+4K0H,原电池负极的电极反应式为

,正极附近溶液的碱性__________(填“增强”、“不变”或“减弱”)。

⑵为了验证Fe2+与氧化性强弱，下列装置能达到实验目的的是，写出正极

的电极反应式□若开始时两极质量相等，当导线中通过0.05mol电子时，两个电

⑶中国科学院长春应用化学研究所在甲醇燃料电池技术方面获得新突破，甲醇(CH3OH)燃

料电池的工作原理如图所示。

扩散层扩散层

①该电池工作时，c入口处对应的电极为(填“正”或“负”)极。

②该电池负极的电极反应式为。

③工作一段时间后，当3.2g甲醇完全反应生成CO2时，外电路中通过的电子数目为

（用带NA的式子表示）。

答案以及解析

1.答案：B

解析：A.原电池中电子经外电路导线由负极流向正极，即由b极流向a极，A错误；

B.根据分析可知，甲烷在b电极发生氧化反应，电极反应式：

---

CH4+1OOH-8eCOf+7H2O,B正确；

C.根据分析可知，a极为正极，发生还原反应，C错误；

D.未指明气体是否处于标准状况，无法用标况下的气体摩尔体积计算，D错误；

答案选B。

2.答案：D

解析：A.装置①的粗铜应与电源正极相连，阳极除了铜失去电子外，比铜活泼的锌铁等金属

也失去电子，而阴极是铜离子得到电子变为铜单质，因此精炼过程中两极质量的改变量不一

定相等，故A错误；

B.装置②的待镀铁制品应与电源负极相连，铜连接电源正极，阳极是铜失去电子变为铜离

子，阴极是铜离子得到电子变为铜单质，则电镀过程中CUSO4溶液的浓度保持不变，故B错

误；

C.装置的钢闸门应与电源负极相连，属于“外加电流的阴极保护法”，故C错误；

D.装置④铁是负极，铜是正极，铜电极上是水中氢离子得到电子变为氢气，剩余氢氧根，因

此靠近铜丝处出现红色，铁失去电子变为亚铁离子，亚铁离子和铁氟化钾反应生成蓝色沉

淀，因此看见靠近裸露在外的铁钉处出现蓝色，故D正确；

综上所述，答案为D。

3.答案：C

解析：A.放电时，负极反应为：Pb-2e+SO^=PbSO4,故A错误；

B.放电时，JT移向Y极（正极），故B错误；

C.充电时，Y极上PbSC>4转变为PM）2,发生氧化反应、为阳极、连接电源正极，故C正确；

+

D.充电时，Y极的电极反应为：PbSO4+2H2O-2e--PbO2+4H+SOt,故D错误；

答案选C。

4.答案：B

解析：A.根据右侧正极电极反应：2NO2+8e-+4H2O=8OH-+N2,电池工作一段时间后，

右侧电极室溶液的碱性增强，A正确；

B.A为负极，B是正极，电流由B电极经过外电路流向A电极，B错误；

C.根据分析，结合两电极电极反应式，2NH3-6e-+60H--6H2O+N2,

2NO2+8e-+4H2O—80H-+N2,由得失电子守恒可知，同温同压时，左右两侧电极室中产

生的气体体积比为4：3,C正确；

D.根据分析，右侧电极反应式为2NC）2+8e-+4H2。-80斤+2,D正确；

故选Bo

5.答案：A

+

解析：A.根据分析，c极上发生的电极反应是：O2+4H+4e-2H2O,故A正确；

B.当有0.Imol电子转移时，b极产生0.56L气体氧气（标准状况下），故B错误；

C.a是阴极，b是阳极，装置I氢离子由b移向a；c是正极，d是负极，氢离子由d到c,运

动方向相同，故C错误；

D.RFC系统工作过程中只存在光能、电能、化学能、热能的等形式的能量转化，故D错误；

故选Ao

6.答案：D

解析：A.电解池中阳离子移向阴极，质子交换膜是允许氢离子通过，H+由左室进入右室，故

A错误；

B.电解过程中车市离子在阳极失电子被氧化生成Ce4+,Ce,+从电解槽的a口流出，且可循环使

用，故B错误；

C.甲烷燃料电池中，在碱性溶液中，甲烷燃料电池的负极反应式为

CH4-8e+1OOH—CO^+7H2O,故每有Imol甲烷反应，转移电子8mol,阴极的电极反

+

应式：2HNO2+6H+6e-=N2T+4H2O,3CH4-8HNO2~24e-,当消耗标准状况下33.6L

甲烷时，其物质的量==|0「=L5mol,理论上可转化HN。,4mol,故C错误；

22.4L/mol

D.KN。?在阴极上得到电子还原为氨气，电极反应2：»02+611++66--21+4凡。，故D

正确。

7.答案：A

解析：A.①装置是非电解质，不能形成原电池，不能将化学能转化为电能，故A错误；

B.②装置形成原电池，Zn作负极，失去电子，因此Zn片质量逐渐减少，故B正确；

C.②装置中Zn为负极，Cu为正极，则装置中的电子由Zn（负极）电极经导线流向Cu（正

极）电极，故C正确；

D.根据前面选项得到②装置中电流方向是由正极（Cu）到负极（Zn）,故D正确。

综上所述，答案为A。

8.答案：B

解析：由电池放电时的反应可知，Li化合价由0价变成+1价，故是原电池的负极，复杂材料

电极是正极。

A.由以上分析可知，放电时，Li电极作电池负极，有电子经导线流出，A正确；

B.充电时，阳极C变成二氧化碳，阴极Li+变成Li,故每转移Imol电子，消耗0.25molC质

量为3g,生成ImolLi质量为7g,故两电极的质量变化差值为3g+7g=10g,B错误；

C.充电时，阳极上C失电子变成二氧化碳，故阳极的电极反应式为

+

C-4e+2Li2CO3^=3CO2T+4Li,C正确；

D.CNTs碳纳米管是一种电导率高、比表面积大、通道和孔隙率丰富的导电基底，增加二氧化

碳的吸收效率，故可使该电池表现出优异的电化学性能，D正确；

故选Bo

9.答案：C

解析：A.二次电池是可充电电池，典型的是铅蓄电池，充电是电解池，是把电能转化成化学

能的装置，故说法正确；

B.依据原电池的工作原理，电子从负极经外电路流向正极，Pb作负极，PM）?作正极，电子

从Pb-PbC>2,故说法正确；

C.电池的总电极反应式：Pb+PbO2+2H2SO4=2PbSO4+2H2O,负极上的电极反应式：

2

Pb+SO4^-2e--PbSO4,故说法错误；

D.依据原电池的工作原理，阳离子向正极移动，故说法正确。

10.答案：D

解析：A选项，根据图中信息可知，左边为失去电子，作负极，右边得到电子，作正极，因

此a电极是负极，b电极是正极，故A正确；

B选项，氨气在负极反应变为氮气，因此负极区发生的反应是2NH3-6e--N2+6H+,故B

正确；

C选项，正极区，每消耗标准状况下2.24LO2即物质的量为0.Imol,得到0.4mol电子，因此

a向b电极转移0.4mol电子，故C正确；

D选项，电池工作时电子通过由a经负载流向b电极，电子不能通过电解质溶液，故D错

误。

综上所述，答案为D。

n.答案：c

解析：A.d极为原电池正极，电极反应为PbC)2+4H++SO；-+2e--PbSOq+ZH?。，充电

时，阳极反应与正极反应相反，即阳极反应式为PbSO4+ZH?。—2e———PbC)2+4H++S。；-，

故A错误；B.放电时，负极反应式为Zn-2e-+4OJT—Zn(OH)j,正极反应式为

+

PbO2+4H+SO+2e--PbSO4+2H2O,则a极室电解质溶液pH减小，d极室电解质溶

液pH增大，故B错误；C.该酸碱混合电池中，a极区电解质为KOH,b极区电解质为硫酸，

放电时K+通过离子交换膜b、SO：通过离子交换膜c移向中间中性溶液中，则离子交换膜

b、c分别为阳离子交换膜和阴离子交换膜，故C正确；D.放电时每转移2moi电子，则有

2moiK+通过离子交换膜b、1molSOj通过离子交换膜c移向中间中性溶液中，生成

lmolK2SO4,所以中间K2sO,溶液中溶质增加lmol,故D错误。

12.答案：B

解析：据图可知a极上CHsCOCF转化为CO?和H+，C元素被氧化，所以a极为该原电池的

负极，则b极为正极。A.a极为负极，CH3coeT失电子被氧化成CO?和H+,结合电藐守恒

可得电极反应式为CH3c0。「+2H2。—8e「一2c。2个+711+,故A正确；B.为了实现海水的

淡化，模拟海水中的氯离子需要移向负极，即a极，则隔膜1为阴离子交换膜，钠离子需要

移向正极，即b极，则隔膜2为阳离子交换膜，故B错误；C.当电路中转移Imol电子时，根

据电荷守恒可知，海水中会有ImolC「移向负极，同时有58.5g,故C正确；D.b佛为正极，

水溶液为酸性，所以氢离子得电子产生氢忤，电极反应式为2H++2e一凡%所以当转移

8moi电子时，正极产生4moi气体，根据负极反应式可知负极产生2moi气体，物质的量之比

为4:2=2:1,故D正确。

13.答案：B

解析：由图可知，该装置为原电池，通入空气的电极a为正极，电极反应为：

O2+4e+2H2O=4OH-,电极b是负极，负极区盐酸酸洗的废液含有大量的盐酸、

FeCl2,负极的电极反应为Fe2+-e——Fe3+,负极区的H+通过阳离子交换膜进入正极区，使

该区溶液pH增大，Fe3+转化为Fe(0H)3沉淀，据此分析解答。

A.电池中电子由负极经外电路流向正极，即电子由b极流向a极，故A正确；

B.a极的电极反应为：O2+4e+2H2O—40H-,为维持电荷守恒，H+由右池通过离子交换

膜向左池迁移，则离子交换膜为质子交换膜，故B错误；

C.该装置为原电池，实现了化学能向电能转化，故C正确；

D.a极为原电池正极，该极通入空气，氧气得电子，电极反应为：

O2+4e-+2H2O=4OH-,故D正确；

答案选B。

14.答案:C

解析：热电化学电池中电极与电解液充分接触，并连接到外部电路，当在电池上施加温度梯

度时，氧化还原反应对温度的依赖性会导致负极发生氧化反应，正极发生还原反应，从而产

生电流；在反应过程中，被还原的物质通过电解液的对流、扩散迁移到负极，在负极被氧

化，被氧化的物质以同样的方式传输回正极，在正极被还原，从而形成连续的反应和持续的

电流，理论上，在温差恒定存在的情况下，只要电池的电解液性质稳定，这一氧化还原过程

可以无限循环。热端电极为负极，发生氧化反应，A项错误；放电过程中负极发生氧化反

应，正极发生还原反应，Fe(CN)：与Fe(CN存在体系中不断循环扩散，理论上浓度不会发生

变化，B项错误；根据图示，冷端电极上发生反应Fe(CN)：-+e——Fe(CN)：一,C项正确；反

应过程中，K+向冷端电极扩散，D项错误。

15.答案：①.Zn-2e+2OH--Zn(OH)2

②.增强

③.③

④.Cu?++2e-Cu

⑤.3g

⑥.正

+

⑦.CH3OH+H2O-6e-CO2+6H

⑧.0.6NA

解析：3Zn+2K2FeO4+8H2O||gt3Zn(OH)2+2Fe(OH)3+4KOH,放电时为原电池，锌失电子

作负极，高铁酸钾在正极上得电子，据此分析解答；根据氧化还原反应中的氧化性：氧化剂〉

氧化产物，结合原电池原理分析解