2025届高三化学高考一轮复习同步练习：原电池 化学电源

原电池 化学电源 一、选择题 1．近年来科学家正在研制一种高容量、低成本锂－铜空气燃料电池。该电池通过一种复杂的铜腐蚀现象产生电力，其中放电过程为2Li＋Cu2O＋H2O===2Cu＋2Li＋＋2OH－，下列说法不正确的是(　　) A．放电时，Li＋透过固体电解质向Cu极移动 B．放电时，负极的电极反应式为CuO＋H2O＋2e－===Cu＋2OH－ C．通空气时，铜被腐蚀，表面产生Cu2O D．整个反应过程中，铜相当于催化剂 2．人工光合系统装置(如图)可实现以CO2和H2O合成CH4。下列说法不正确的是(　　) A．该装置为原电池，且铜为正极 B．电池工作时，H＋向Cu电极移动 C．GaN电极表面的电极反应式为2H2O－4e－===O2＋4H＋ D．反应CO2＋2H2OCH4＋2O2中每消耗1 mol CO2转移4 mol e－ 3. (2023·湖南邵东创新实验学校高三月考)利用反应6NO2＋8NH3===7N2＋12H2O构成电池的装置如图所示。此方法既能实现有效清除氮氧化物的排放，减轻环境污染，又能充分利用化学能。下列说法正确的是(　　) A．电流从左侧电极经过负载后流向右侧电极 B．为使电池持续放电，离子交换膜需选用阴离子交换膜 C．电极A极反应式为2NH3－6e－===N2＋6H＋ D．当有4.48 L NO2被处理时，转移电子数为0.8NA 4．下列电池工作时，O2在正极放电的是(　　) A.锌锰电池 B.氢燃料电池 C.铅蓄电池 D.镍镉电池 5．工业上常将铬镀在其他金属表面，同铁、镍组成各种性质的不锈钢，在如图装置中，观察到图1装置铜电极上产生大量的无色气泡，而图2装置中铜电极上无气体产生，铬电极上产生大量有色气体，则下列叙述正确的是(　　) A．图1为原电池装置，Cu电极上产生的是O2 B．图2装置中Cu电极上发生的电极反应式为Cu－2e－===Cu2＋ C．由实验现象可知：金属活动性Cu>Cr D．两个装置中，电子均由Cr电极流向Cu电极 6.(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 7．按如图所示进行实验，下列说法不正确的是(　　) A．装置甲的锌片上和装置乙的铜片上均可观察到有气泡产生 B．装置甲、乙中的能量变化均为化学能转化为电能 C．装置乙中的锌、铜之间用导线连接电流计，可观察到电流计指针发生偏转 D．装置乙中负极的电极反应式：Zn－2e－===Zn2＋ 8．通过NO传感器可监测汽车排放的尾气中NO含量，其工作原理如图所示，下列说法正确的是(　　) A．O2－向正极移动 B．负极的电极反应式为NO－2e－＋O2－===NO2 C．O2的电极反应产物是H2O D．反应消耗的NO与O2的物质的量之比为1∶2 9．(2023·广西柳州市高三模拟)电化学气敏传感器可用于监测环境中NH3的含量，其工作原理示意图如下。下列说法不正确的是(　　) A．O2在电极b上发生还原反应 B．溶液中OH－向电极a移动 C．正极的电极反应式为O2＋4e－＋4H＋===2H2O D．负极的电极反应式为2NH3－6e－＋6OH－===N2＋6H2O 10．NO2、O2和熔融KNO3可制作燃料电池，其原理如图所示，该电池在放电过程中石墨Ⅰ电极上生成氧化物Y，Y可循环使用。下列说法正确的是(　　) A．放电时，NO向石墨Ⅱ电极迁移 B．石墨Ⅱ附近发生的反应为NO＋O2＋e－===NO C．电池总反应式为4NO2＋O2===2N2O5 D．当外电路通过4 mol e－，负极上共产生2 mol N2O5 11.(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 12.(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 二、非选择题 13．(12分)(1)事实证明，能设计成原电池的反应通常是放热反应，下列化学反应在理论上可以设计成原电池的是________(填字母)。 a．C(s)＋H2O(g)===CO(g)＋H2(g)　ΔH>0 b．2H2(g)＋O2(g)===2H2O(l)　ΔH<0 c．NaOH(aq)＋HCl(aq)===NaCl(aq)＋H2O(l)　ΔH<0 若以KOH溶液为电解质溶液，依据所选反应设计一个原电池，其正极的电极反应为__________________。 (2)CO与H2反应还可制备CH3OH，CH3OH可作为燃料使用，用CH3OH和O2组成的质子交换膜燃料电池的结构示意图如下： 电池总反应为2CH3OH＋3O2===2CO2＋4H2O，则c电极是________(填“正极”或“负极”)，c电极的反应方程式为______________________________________。若线路中转移2 mol电子，则上述CH3OH燃料电池，消耗的O2在标准状况下的体积为________L。 14．(16分)(1)高铁电池是一种新型可充电电池，与普通高能电池相比，该电池能长时间保持稳定的放电电压。该电池的总反应为3Zn＋2K2FeO4＋8H2O3Zn(OH)2＋2Fe(OH)3＋4KOH。 ①放电时负极反应为____________________________________________________________________， 正极反应为___________________________________________________________________。 ②放电时电子由________极流向________极。 ③放电时1 mol K2FeO4发生反应，转移电子数是______。 (2)新型高效的二甲醚燃料电池工作时总反应式：CH3OCH3＋3O2===2CO2＋3H2O。 ①a是________，负极电极反应式为_____________________________________________________________________ ________________________________________________________________。 ②利用该电池冶铝，若制得金属铝54 g，理论上消耗二甲醚________g。 原电池 化学电源 一、选择题 1．近年来科学家正在研制一种高容量、低成本锂－铜空气燃料电池。该电池通过一种复杂的铜腐蚀现象产生电力，其中放电过程为2Li＋Cu2O＋H2O===2Cu＋2Li＋＋2OH－，下列说法不正确的是(　　) A．放电时，Li＋透过固体电解质向Cu极移动 B．放电时，负极的电极反应式为CuO＋H2O＋2e－===Cu＋2OH－ C．通空气时，铜被腐蚀，表面产生Cu2O D．整个反应过程中，铜相当于催化剂 答案　B 解析　放电时，阳离子向正极移动，则Li＋透过固体电解质向Cu极移动，A正确；放电时，负极的电极反应式为Li－e－===Li＋，B错误；放电过程为2Li＋Cu2O＋H2O===2Cu＋2Li＋＋2OH－，可知通空气时，铜被腐蚀，表面产生Cu2O，C正确；通空气时，铜被腐蚀，表面产生Cu2O，放电时Cu2O转化为Cu，则整个反应过程中，铜相当于催化剂，D正确。 2．人工光合系统装置(如图)可实现以CO2和H2O合成CH4。下列说法不正确的是(　　) A．该装置为原电池，且铜为正极 B．电池工作时，H＋向Cu电极移动 C．GaN电极表面的电极反应式为2H2O－4e－===O2＋4H＋ D．反应CO2＋2H2OCH4＋2O2中每消耗1 mol CO2转移4 mol e－ 答案　D 解析　该装置中，根据电子流向知，GaN是负极、Cu是正极，负极反应式为2H2O－4e－===4H＋＋O2，正极反应式为CO2＋8e－＋8H＋===CH4＋2H2O，电解质溶液中阳离子向正极移动，据此分析可知：铜为原电池正极，A正确；电池工作时，H＋向正极(即铜电极)移动，B正确；负极表面发生氧化反应，电极反应式为2H2O－4e－===O2＋4H＋，C正确；反应CO2＋2H2OCH4＋2O2中每消耗1 mol CO2，生成2 mol O2，转移8 mol e－，D错误。 3. (2023·湖南邵东创新实验学校高三月考)利用反应6NO2＋8NH3===7N2＋12H2O构成电池的装置如图所示。此方法既能实现有效清除氮氧化物的排放，减轻环境污染，又能充分利用化学能。下列说法正确的是(　　) A．电流从左侧电极经过负载后流向右侧电极 B．为使电池持续放电，离子交换膜需选用阴离子交换膜 C．电极A极反应式为2NH3－6e－===N2＋6H＋ D．当有4.48 L NO2被处理时，转移电子数为0.8NA 答案　B 解析　由反应6NO2＋8NH3===7N2＋12H2O可知，反应中NO2为氧化剂，NH3为还原剂，则A为负极，B为正极，电流由正极B经导线流向负极A，故A错误；正极反应为6NO2＋24e－＋12H2O===3N2＋24OH－，负极反应为2NH3－6e－＋6OH－===N2＋6H2O，为使电池持续放电，离子交换膜需选用阴离子交换膜，故B正确、C错误；D没有明确4.48 L NO2是否是标准状况下，故D错误。 4．下列电池工作时，O2在正极放电的是(　　) A.锌锰电池 B.氢燃料电池 C.铅蓄电池 D.镍镉电池 答案　B 5．工业上常将铬镀在其他金属表面，同铁、镍组成各种性质的不锈钢，在如图装置中，观察到图1装置铜电极上产生大量的无色气泡，而图2装置中铜电极上无气体产生，铬电极上产生大量有色气体，则下列叙述正确的是(　　) A．图1为原电池装置，Cu电极上产生的是O2 B．图2装置中Cu电极上发生的电极反应式为Cu－2e－===Cu2＋ C．由实验现象可知：金属活动性Cu>Cr D．两个装置中，电子均由Cr电极流向Cu电极 答案　B 解析　图1为原电池装置，铜为正极，氢离子得电子生成氢气；图2装置中铜电极上无气体产生，铬电极上产生大量有色气体，说明铜为负极，铬电极为正极，负极发生Cu－2e－===Cu2＋；由图1根据原电池原理知金属铬的活动性比铜强；图1中，电子由Cr经导线流向Cu，图2中电子由Cu极经导线流向Cr。 6.(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。 7．按如图所示进行实验，下列说法不正确的是(　　) A．装置甲的锌片上和装置乙的铜片上均可观察到有气泡产生 B．装置甲、乙中的能量变化均为化学能转化为电能 C．装置乙中的锌、铜之间用导线连接电流计，可观察到电流计指针发生偏转 D．装置乙中负极的电极反应式：Zn－2e－===Zn2＋ 答案　B 8．通过NO传感器可监测汽车排放的尾气中NO含量，其工作原理如图所示，下列说法正确的是(　　) A．O2－向正极移动 B．负极的电极反应式为NO－2e－＋O2－===NO2 C．O2的电极反应产物是H2O D．反应消耗的NO与O2的物质的量之比为1∶2 答案　B 解析　NiO电极上NO失电子和O2－反应生成二氧化氮，所以负极反应式为NO＋O2－－2e－===NO2，故B正确；正极上电极反应式为O2＋4e－===2O2－，故C错误。 9．(2023·广西柳州市高三模拟)电化学气敏传感器可用于监测环境中NH3的含量，其工作原理示意图如下。下列说法不正确的是(　　) A．O2在电极b上发生还原反应 B．溶液中OH－向电极a移动 C．正极的电极反应式为O2＋4e－＋4H＋===2H2O D．负极的电极反应式为2NH3－6e－＋6OH－===N2＋6H2O 答案　C 解析　正极的电极反应式为O2＋4e－＋2H2O===4OH－，故C错误；NH3在负极失去电子发生氧化反应，负极的电极反应式为2NH3－6e－＋6OH－===N2＋6H2O，故D正确。 10．NO2、O2和熔融KNO3可制作燃料电池，其原理如图所示，该电池在放电过程中石墨Ⅰ电极上生成氧化物Y，Y可循环使用。下列说法正确的是(　　) A．放电时，NO向石墨Ⅱ电极迁移 B．石墨Ⅱ附近发生的反应为NO＋O2＋e－===NO C．电池总反应式为4NO2＋O2===2N2O5 D．当外电路通过4 mol e－，负极上共产生2 mol N2O5 答案　C 解析　以NO2、O2和熔融KNO3制作的燃料电池，在使用过程中，O2通入石墨Ⅱ电极，则石墨Ⅱ电极为原电池的正极，石墨Ⅰ电极为原电池的负极，NO2被氧化，N元素化合价升高，故生成的氧化物Y为N2O5。放电时，NO向负极移动，即向石墨Ⅰ电极迁移，A错误；由装置图可知，O2和N2O5(Y)在石墨Ⅱ电极上发生还原反应，电极反应式为O2＋2N2O5＋4e－===4NO，B错误；电池的负极反应式为4NO2＋4NO－4e－===4N2O5，故电池总反应式为4NO2＋O2===2N2O5，C正确；当外电路中通过4 mol e－时，负极上产生4 mol N2O5，D错误。 11.(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。 12.(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。 二、非选择题 13．(12分)(1)事实证明，能设计成原电池的反应通常是放热反应，下列化学反应在理论上可以设计成原电池的是________(填字母)。 a．C(s)＋H2O(g)===CO(g)＋H2(g)　ΔH>0 b．2H2(g)＋O2(g)===2H2O(l)　ΔH<0 c．NaOH(aq)＋HCl(aq)===NaCl(aq)＋H2O(l)　ΔH<0 若以KOH溶液为电解质溶液，依据所选反应设计一个原电池，其正极的电极反应为__________________。 (2)CO与H2反应还可制备CH3OH，CH3OH可作为燃料使用，用CH3OH和O2组成的质子交换膜燃料电池的结构示意图如下： 电池总反应为2CH3OH＋3O2===2CO2＋4H2O，则c电极是________(填“正极”或“负极”)，c电极的反应方程式为______________________________________。若线路中转移2 mol电子，则上述CH3OH燃料电池，消耗的O2在标准状况下的体积为________L。 答案　(1)b　O2＋4e－＋2H2O===4OH－ (2)负极　CH3OH－6e－＋H2O===CO2＋6H＋　11.2 解析　(2)根据图中的电子流向知c是负极，是甲醇发生氧化反应：CH3OH－6e－＋H2O===CO2＋6H＋，线路中转移2 mol电子时消耗氧气0.5 mol，标准状况下体积为11.2 L。 14．(16分)(1)高铁电池是一种新型可充电电池，与普通高能电池相比，该电池能长时间保持稳定的放电电压。该电池的总反应为3Zn＋2K2FeO4＋8H2O3Zn(OH)2＋2Fe(OH)3＋4KOH。 ①放电时负极反应为____________________________________________________________________， 正极反应为___________________________________________________________________。 ②放电时电子由________极流向________极。 ③放电时1 mol K2FeO4发生反应，转移电子数是______。 (2)新型高效的二甲醚燃料电池工作时总反应式：CH3OCH3＋3O2===2CO2＋3H2O。 ①a是________，负极电极反应式为_____________________________________________________________________ ________________________________________________________________。 ②利用该电池冶铝，若制得金属铝54 g，理论上消耗二甲醚________g。 答案　(1)①Zn－2e－＋2OH－===Zn(OH)2 2FeO＋6e－＋8H2O===2Fe(OH)3＋10OH－ ②负　正　③1.806×1024 (2)①CH3OCH3　CH3OCH3＋3H2O－12e－===2CO2↑＋12H＋　②23 解析　(1)放电时锌在负极发生氧化反应，因为电解质是碱，故负极反应是Zn－2e－＋2OH－===Zn(OH)2，正极反应为2FeO＋6e－＋8H2O===2Fe(OH)3＋10OH－。电子由负极流出，通过外电路流向正极，每1 mol K2FeO4发生反应，转移电子是3 mol，数目是1.806×1024。 (2)①根据题图知交换膜是质子交换膜，则电解质溶液呈酸性，根据电子流动方向和氢离子移动方向可知，通入a的电极为负极、通入b的电极为正极，负极上二甲醚失去电子发生氧化反应生成二氧化碳，负极反应式为CH3OCH3＋3H2O－12e－===2CO2↑＋12H＋； ②根据得失电子守恒，可以建立关系式4Al～12e－～CH3OCH3，由此可得，若制得金属铝54 g，理论上消耗二甲醚23 g。 学科网（北京）股份有限公司 $$