2025届高三化学高考一轮复习《原电池 化学电源》

原电池 化学电源 一、选择题 1.(2024·广州第65中学开学考试)二氧化硫-空气质子交换膜燃料电池实现了制硫酸、发电、环保三位一体的结合，可解决酸雨等环境污染问题，原理如下图所示。下列说法正确的是(　　) A．该电池放电时电子流向：Pt1电极→负载→Pt2电极→质子交换膜→Pt1电极 B．Pt1电极附近发生的反应：SO2＋2H2O－2e－===H2SO4＋2H＋ C．放电过程中若消耗22.4 L O2(标准状况)，理论上可以消除2 mol SO2 D．H＋移向Pt1电极，导致Pt2电极附近pH减小 2.(2024·广东高三调研)如下图所示为水系锌离子电池，它作为一种新型的二次电池，具有较高的能量密度和功率密度。下列说法不正确的是(　　) A．放电时，负极反应为Zn－2e－＋4OH－===[Zn(OH)4]2－　 B．放电时，每转移1 mol e－，a电极理论上减少43.5 g C．充电时，K2SO4溶液的浓度不断增大 D．充电时，a电极附近溶液的pH减小 3.肼可以用作燃料电池的燃料，一种肼燃料电池的工作原理如图所示，电池工作过程中会有少量N2H4在电极表面发生自分解反应生成NH3、N2、H2逸出。下列关于N2H4-O2燃料电池的说法正确的是(　　) A．电池工作时化学能完全转化为电能 B．放电过程中，负极区溶液pH增大 C．负极的电极反应式为N2H4－4e－===N2＋4H＋ D．电池工作时，负极区消耗的NaOH与正极区生成的NaOH物质的量相等 4.(2024·肇庆高三月考)科学家研发了一种以Al和Pd@石墨烯为电极的Al-N2电池，电池以AlCl-Al2Cl离子液体作为电解质，放电时在提供能量的同时实现了人工固氮，示意图如右。下列说法不正确的是(　　) A．充电时，Al电极是阴极 B．放电时，AlCl浓度增大，Al2Cl浓度减小 C．放电时，正极反应为N2＋8Al2Cl＋6e－===2AlN＋14AlCl D．放电时，电路中每通过6 mol e－，电池总质量理论上增加28 g 5.(2024·广州大学附中高三检测)下列说法不正确的是　(　　) A．原电池中发生的可逆反应达到平衡时，该电池仍有电流产生 B．在原电池的负极和电解池的阳极上发生的都是失电子的氧化反应 C．普通锌锰电池与碱性锌锰电池的比能量不同 D．燃料电池中通入氧气的一极为正极 6.下列根据化学反应设计的原电池(选用相同的盐桥)合理的是(　　) 选项 正极(金属/电解质溶液) 负极(金属/电解质溶液) A Zn/ZnSO4溶液 Fe/H2SO4溶液 B Fe/FeCl2溶液 Zn/ZnSO4溶液 C Zn/H2SO4溶液 Fe/FeCl2溶液 D Fe/ZnSO4溶液 Zn/FeCl2溶液 7.(2024·深圳福田区统考)某储能电池的原理如下图所示，溶液中c(H＋)＝2.0 mol·L－1，阴离子为SO，a、b均为惰性电极，充电过程中左槽溶液颜色由蓝色变为黄色(V2＋显紫色，V3＋显绿色，VO2＋显蓝色，VO显黄色)。下列叙述不正确的是(　　) A．当右槽溶液颜色由绿色变为紫色时，电极b为负极 B．当右槽溶液颜色由紫色变为绿色时，电池能量转化形式为化学能→电能 C．充电过程中，电极a的电极反应式为VO2＋－e－＋H2O===VO＋2H＋ D．放电过程中，H＋从右槽迁移进入左槽 8.(2024·佛山顺德区高三质检)我国科学家发明了一种新型电池，该电池以碳纳米管为正极、锌为负极，放电时消耗二氧化碳，同时生成天然气。下列说法正确的是(　　) A．碳纳米管参与电极反应 B．负极发生还原反应 C．阳离子由正极移向负极 D．正极产物为CH4 9.(2024·梅州高三模拟)将表面发黑(黑色物质为Ag2S)的银器浸入盛有食盐水的铝制容器中(如图)，一段时间后黑色褪去。下列有关说法正确的是(　　) A．该处理过程中电能转化为化学能 B．铝制容器为阳极，其质量变轻 C．Ag2S溶解于食盐水生成了AgCl D．银器为正极，Ag2S被还原为单质银 10.(2024·惠州高三调研)中科院科学家设计出一套利用SO2和太阳能综合制氢方案，其基本工作原理如下图所示。下列说法错误的是(　　) A．该装置实现了太阳能转化为化学能 B．Pt电极为正极，发生还原反应 C．电子流向：Pt电极→外电路→BiVO4电极 D．BiVO4电极上的反应为SO－2e－＋2OH－===SO＋H2O 11.(2024·广东联考)硫化氢(H2S)是强烈的神经毒素，对黏膜有强烈的刺激作用。科研人员设计了如图装置，借助太阳能，将H2S再利用，变废为宝。下列叙述正确的是(　　) A．b电极发生氧化反应 B．a电极区不可用NaOH溶液作为电解质溶液 C．H＋的迁移方向为b电极→a电极 D．每生成2 g H2，负极区需消耗22.4 L H2S 二、非选择题 12.应用电化学原理，回答下列问题。 (1)上述三个装置中，负极反应物化学性质上的共同特点是____________。 (2)甲中电流计指针偏转时，盐桥(装有含KCl饱和溶液的琼胶)中离子移动的方向是__________________________________________________________。 (3)乙中正极反应为________________________________________________；若将H2换成CH4，则负极反应为_____________________________________。 (4)丙中铅酸蓄电池放电一段时间后，进行充电时，要将外接电源的负极与铅酸蓄电池的__________电极相连。 13.双阴极微生物燃料电池处理含NH废水的工作原理如图a所示，双阴极通过的电流相等，废水在电池中的运行模式如图b所示。 (1)Y离子交换膜为__________(填“阳”或“阴”)离子交换膜。 (2)Ⅲ室中除了O2→H2O，主要发生的反应还有_____________________(用离子方程式表示)。 (3)生成3.5 g N2，理论上需要消耗________g O2。 原电池 化学电源 一、选择题 1.(2024·广州第65中学开学考试)二氧化硫-空气质子交换膜燃料电池实现了制硫酸、发电、环保三位一体的结合，可解决酸雨等环境污染问题，原理如下图所示。下列说法正确的是(　　) A．该电池放电时电子流向：Pt1电极→负载→Pt2电极→质子交换膜→Pt1电极 B．Pt1电极附近发生的反应：SO2＋2H2O－2e－===H2SO4＋2H＋ C．放电过程中若消耗22.4 L O2(标准状况)，理论上可以消除2 mol SO2 D．H＋移向Pt1电极，导致Pt2电极附近pH减小 解析：选C。由题图可知，氧气在Pt2电极上得到电子发生还原反应，故Pt2电极为正极，Pt1电极为负极，二氧化硫失去电子发生氧化反应生成硫酸根离子。A．电子不能进入内电路，A错误；B．Pt1电极附近发生的反应为SO2＋2H2O－2e－===SO＋4H＋，B错误；C．根据得失电子守恒可知，O2～4e－～2SO2，放电过程中若消耗22.4 L O2(标准状况下的物质的量为1 mol)，理论上可以消除2 mol SO2，C正确；D．原电池中阳离子向正极移动，故H＋移向Pt2电极，D错误。 2.(2024·广东高三调研)如下图所示为水系锌离子电池，它作为一种新型的二次电池，具有较高的能量密度和功率密度。下列说法不正确的是(　　) A．放电时，负极反应为Zn－2e－＋4OH－===[Zn(OH)4]2－　 B．放电时，每转移1 mol e－，a电极理论上减少43.5 g C．充电时，K2SO4溶液的浓度不断增大 D．充电时，a电极附近溶液的pH减小 解析：选C。由题图可知，放电时，b电极为负极，碱性条件下锌失去电子发生氧化反应生成四羟基合锌离子，电极反应式为Zn－2e－＋4OH－===[Zn(OH)4]2－，溶液中的钾离子通过阳离子交换膜进入中间区域，a电极为正极，酸性条件下二氧化锰得到电子发生还原反应生成锰离子和水，电极反应式为MnO2＋2e－＋4H＋===Mn2＋＋2H2O，溶液中的硫酸根离子通过阴离子交换膜进入中间区域；充电时，与直流电源负极相连的b电极为电解池的阴极，a电极为阳极，中间区域的钾离子通过阳离子交换膜进入阴极区，硫酸根离子通过阴离子交换膜进入阳极区。A．由分析可知，放电时，负极反应式为Zn－2e－＋4OH－===[Zn(OH)4]2－，故A正确；B．由分析可知，放电时，a电极反应式为MnO2＋2e－＋4H＋===Mn2＋＋2H2O，外电路转移1 mol e－时，a电极理论上减少1 mol××87 g/mol＝43.5 g，故B正确；C．由分析可知，充电时，中间区域的钾离子通过阳离子交换膜进入阴极区，硫酸根离子通过阴离子交换膜进入阳极区，硫酸钾溶液的浓度减小，故C错误；D．由分析可知，充电时，a电极为阳极，在水分子作用下锰离子失去电子发生氧化反应生成二氧化锰和氢离子，电极反应式为Mn2＋＋2H2O－2e－===MnO2＋4H＋，生成氢离子，使a电极附近溶液的pH减小，故D正确。 3.肼可以用作燃料电池的燃料，一种肼燃料电池的工作原理如图所示，电池工作过程中会有少量N2H4在电极表面发生自分解反应生成NH3、N2、H2逸出。下列关于N2H4-O2燃料电池的说法正确的是(　　) A．电池工作时化学能完全转化为电能 B．放电过程中，负极区溶液pH增大 C．负极的电极反应式为N2H4－4e－===N2＋4H＋ D．电池工作时，负极区消耗的NaOH与正极区生成的NaOH物质的量相等 解析：选D。燃料电池中，通入氧气的电极为正极，在碱性条件下的电极反应式为O2＋4e－＋2H2O===4OH－；通入燃料肼的电极为负极，电极反应式为N2H4－4e－＋4OH－===N2＋4H2O，该反应的总反应为N2H4＋O2===N2＋2H2O。A．任何电池都不可能将化学能完全转化为电能，A错误；B．放电时负极反应消耗OH－且生成H2O，负极区溶液pH减小，B错误；C．由分析可知，负极的电极反应式为N2H4－4e－＋4OH－===N2＋4H2O，C错误；D．由正、负极电极反应式可知，负极区消耗的NaOH与正极区生成的NaOH物质的量相等，D正确。 4.(2024·肇庆高三月考)科学家研发了一种以Al和Pd@石墨烯为电极的Al-N2电池，电池以AlCl-Al2Cl离子液体作为电解质，放电时在提供能量的同时实现了人工固氮，示意图如右。下列说法不正确的是(　　) A．充电时，Al电极是阴极 B．放电时，AlCl浓度增大，Al2Cl浓度减小 C．放电时，正极反应为N2＋8Al2Cl＋6e－===2AlN＋14AlCl D．放电时，电路中每通过6 mol e－，电池总质量理论上增加28 g 解析：选B。放电时，N2转化为AlN，N元素化合价降低，故Pd@石墨烯为正极，Al电极为负极，充电时，Al电极为阴极，A正确；放电时，Al电极为负极，发生氧化反应，电极反应为Al＋7AlCl－3e－===4Al2Cl，正极反应为N2＋8Al2Cl＋6e－===2AlN＋14AlCl，总反应为2Al＋N2===2AlN，AlCl、Al2Cl浓度均不变，B错误，C正确；由总反应可知，放电时电池总质量增加的量相当于增加的N2的量，电路中每通过6 mol电子，有1 mol N2参加反应，电池总质量理论上增加28 g/mol×1 mol＝28 g，D正确。 5.(2024·广州大学附中高三检测)下列说法不正确的是　(　　) A．原电池中发生的可逆反应达到平衡时，该电池仍有电流产生 B．在原电池的负极和电解池的阳极上发生的都是失电子的氧化反应 C．普通锌锰电池与碱性锌锰电池的比能量不同 D．燃料电池中通入氧气的一极为正极 解析：选A。原电池中发生的可逆反应达到平衡时，正逆反应速率相等，各物质的浓度不变，不再有电流产生，故A错误。 6.下列根据化学反应设计的原电池(选用相同的盐桥)合理的是(　　) 选项 正极(金属/电解质溶液) 负极(金属/电解质溶液) A Zn/ZnSO4溶液 Fe/H2SO4溶液 B Fe/FeCl2溶液 Zn/ZnSO4溶液 C Zn/H2SO4溶液 Fe/FeCl2溶液 D Fe/ZnSO4溶液 Zn/FeCl2溶液 解析：选B。锌、铁构成原电池时，金属性强的锌为负极，铁为正极，且该原电池含盐桥，选用铁和锌作为电极时，不能选用能与铁和锌反应的稀硫酸作为电解质溶液，A、C错误；对于含盐桥的原电池，用锌作为电极时，不能选用能与锌反应的氯化亚铁作为电解质溶液，D错误。 7.(2024·深圳福田区统考)某储能电池的原理如下图所示，溶液中c(H＋)＝2.0 mol·L－1，阴离子为SO，a、b均为惰性电极，充电过程中左槽溶液颜色由蓝色变为黄色(V2＋显紫色，V3＋显绿色，VO2＋显蓝色，VO显黄色)。下列叙述不正确的是(　　) A．当右槽溶液颜色由绿色变为紫色时，电极b为负极 B．当右槽溶液颜色由紫色变为绿色时，电池能量转化形式为化学能→电能 C．充电过程中，电极a的电极反应式为VO2＋－e－＋H2O===VO＋2H＋ D．放电过程中，H＋从右槽迁移进入左槽 解析：选A。充电过程中左槽溶液颜色由蓝色变为黄色，即VO2＋转化为VO，V元素化合价由＋4价升高到＋5价，电极a为阳极，电极b为阴极，则放电时，电极a为正极，电极b为负极。A．当右槽溶液颜色由绿色变为紫色，即由V3＋转化为V2＋时，V3＋得电子，则电极b为阴极，该装置为电解池，A不正确；B．当右槽溶液颜色由紫色变为绿色，即由V2＋转化为V3＋时，V2＋失电子，则电极b为负极，电池能量转化形式为化学能→电能，B正确；C．充电过程中，电极a为阳极，VO2＋失电子生成VO，电极反应式为VO2＋－e－＋H2O===VO＋2H＋，C正确；D．放电过程中，阳离子向正极移动，即H＋从右槽迁移进入左槽，D正确。 8.(2024·佛山顺德区高三质检)我国科学家发明了一种新型电池，该电池以碳纳米管为正极、锌为负极，放电时消耗二氧化碳，同时生成天然气。下列说法正确的是(　　) A．碳纳米管参与电极反应 B．负极发生还原反应 C．阳离子由正极移向负极 D．正极产物为CH4 解析：选D。由题给信息可知，放电时消耗二氧化碳，生成天然气，二氧化碳转化为天然气，C元素化合价由＋4价降低为－4价，发生还原反应，故二氧化碳在正极得电子生成甲烷，碳纳米管不参与电极反应，正极产物为CH4，A项错误，D项正确；负极发生氧化反应，B项错误；原电池中，阳离子向正极移动，C项错误。 9.(2024·梅州高三模拟)将表面发黑(黑色物质为Ag2S)的银器浸入盛有食盐水的铝制容器中(如图)，一段时间后黑色褪去。下列有关说法正确的是(　　) A．该处理过程中电能转化为化学能 B．铝制容器为阳极，其质量变轻 C．Ag2S溶解于食盐水生成了AgCl D．银器为正极，Ag2S被还原为单质银 解析：选D。将表面发黑的银器浸入盛有食盐水的铝制容器中，形成原电池装置，铝为负极失电子转化为Al3＋，Ag2S为正极得电子转化为Ag。A．该处理过程利用了原电池原理，化学能转化为电能，A错误；B．铝制容器为负极，铝失电子转化为铝离子，质量变轻，B错误；C．Ag2S为正极，得电子转化为Ag，从而使银器表面黑色褪去，而不是因为其溶解于食盐水中生成了AgCl，C错误；D．银器为正极，Ag2S得电子被还原为Ag单质，D正确。 10.(2024·惠州高三调研)中科院科学家设计出一套利用SO2和太阳能综合制氢方案，其基本工作原理如下图所示。下列说法错误的是(　　) A．该装置实现了太阳能转化为化学能 B．Pt电极为正极，发生还原反应 C．电子流向：Pt电极→外电路→BiVO4电极 D．BiVO4电极上的反应为SO－2e－＋2OH－===SO＋H2O 解析：选C。根据题图可知，BiVO4电极上SO失电子生成SO，为负极，Pt电极上H2O得电子生成H2，为正极。A．该装置是原电池装置，将太阳能转化为化学能，化学能再转化为电能，A正确；B．由分析可知，Pt电极为正极，发生还原反应，B正确；C．由分析可知，电子从负极经外电路流向正极，故电子流向：BiVO4电极→外电路→Pt电极，C错误；D．BiVO4 电极上SO失电子生成SO，电极反应为SO－2e－＋2OH－===SO＋H2O，D正确。 11.(2024·广东联考)硫化氢(H2S)是强烈的神经毒素，对黏膜有强烈的刺激作用。科研人员设计了如图装置，借助太阳能，将H2S再利用，变废为宝。下列叙述正确的是(　　) A．b电极发生氧化反应 B．a电极区不可用NaOH溶液作为电解质溶液 C．H＋的迁移方向为b电极→a电极 D．每生成2 g H2，负极区需消耗22.4 L H2S 解析：选B。根据工作原理图可知，b电极上H＋得电子生成H2，b电极为正极，电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑，因此a电极为负极，Fe2＋失电子生成Fe3＋，电极反应式为Fe2＋－e－===Fe3＋。A．由分析可知，b电极为正极，发生还原反应，A错误；B．由分析可知，a电极的电极反应为Fe2＋－e－===Fe3＋，若用NaOH溶液作为电解质溶液，则生成 Fe(OH)2、Fe(OH)3，覆盖在a电极上，阻止反应继续进行，B正确；C．由分析可知，a电极为负极，b电极为正极，故H＋的迁移方向为负极(a电极)→正极(b电极)，C错误；D．H2S所处的状况未知，故无法计算每生成2 g H2，负极区需消耗H2S的体积，D错误。 二、非选择题 12.应用电化学原理，回答下列问题。 (1)上述三个装置中，负极反应物化学性质上的共同特点是____________。 (2)甲中电流计指针偏转时，盐桥(装有含KCl饱和溶液的琼胶)中离子移动的方向是__________________________________________________________。 (3)乙中正极反应为________________________________________________；若将H2换成CH4，则负极反应为_____________________________________。 (4)丙中铅酸蓄电池放电一段时间后，进行充电时，要将外接电源的负极与铅酸蓄电池的__________电极相连。 答案：(1)易失电子被氧化，具有还原性 (2)钾离子移向硫酸铜溶液，氯离子移向硫酸锌溶液 (3)O2＋4e－＋2H2O===4OH－ CH4－8e－＋10OH－===CO＋7H2O (4)Pb 13.双阴极微生物燃料电池处理含NH废水的工作原理如图a所示，双阴极通过的电流相等，废水在电池中的运行模式如图b所示。 (1)Y离子交换膜为__________(填“阳”或“阴”)离子交换膜。 (2)Ⅲ室中除了O2→H2O，主要发生的反应还有_____________________(用离子方程式表示)。 (3)生成3.5 g N2，理论上需要消耗________g O2。 解析：(1)由题图a可知，Ⅲ室中O2得电子生成H2O，电极反应式为4H＋＋O2＋4e－===2H2O，Ⅱ室中CH3COO－转化为CO2生成的H＋需要进入Ⅲ室，说明Y是阳离子交换膜。(2)题图b可知，Ⅲ室中反应后的溶液进入Ⅰ室中反应，而Ⅰ室中NO→N2，说明Ⅲ室中NH转化为了NO，该过程的离子方程式为NH＋2O2===NO＋H2O＋2H＋。(3)Ⅰ室中NO→N2，电极反应式为12H＋＋2NO＋10e－===N2↑＋6H2O，Ⅲ室中发生反应：4H＋＋O2＋4e－===2H2O、NH＋2O2===NO＋H2O＋2H＋，3.5 g N2的物质的量为＝0.125 mol，消耗0.25 mol NO，转移1.25 mol电子，故理论上需要消耗O2的物质的量为0.25 mol×2＋＝0.812 5 mol，质量为0.812 5 mol×32 g/mol＝26 g。 答案：(1)阳　(2)NH＋2O2===NO＋H2O＋2H＋　(3)26 学科网（北京）股份有限公司 $$