专题08 原电池和化学电源（期末真题汇编，上海专用）高二化学上学期

专题08 原电池和化学电源 2大高频考点概览 考点01 原电池的工作原理 考点02 化学电源 地 城 考点01 原电池的工作原理 1．(23-24高二·上海市市西中学·期末)关于如图所示的原电池甲和乙，下列说法正确的是 A．甲、乙中铜片上均发生还原反应 B．两池中铁片均发生反应：Fe-2e-=Fe2+ C．装置甲中电子由Cu→灯泡→Fe D．两池所得Fe、Cu金属活泼性相反 2．(24-25高二·上海南汇中学·期末)下图是一个双液原电池装置图，试回答下列问题。 （1）写出ZnSO4溶液中发生的电极反应式 。 （2）下列说法正确的是___________。 A．盐桥中的负离子向ZnSO4溶液中移动 B．电子从铜片经灵敏电流计流向锌片 C．锌片作电池的正极 D．铜片质量不变 3．(23-24高二·上海市青浦高中·期末)按要求填空。 （1）下列反应中，属于吸热反应的是 ；属于氧化还原的放热反应是 。 ①煅烧石灰石 ②甲醇燃烧 ③制水煤气 ④生石灰与水反应 ⑤酸碱中和 （2）1 g液态甲醇(CH3OH)完全燃烧，生成CO2气体和液态水，放出a kJ热量。写出甲醇燃烧热的热化学方程式为 。 （3）依据氧化还原反应：2Ag++Cu=Cu2++2Ag设计一个原电池，并在如图框中画出装置 。 （4）用锌片、铜片连接后浸入稀硫酸溶液中，构成了原电池，工作一段时间，锌片的质量减少了3.25 g，则铜表面析出了氢气 L(标准状况)。 地 城 考点02 化学电源 4．(23-24高二·上海南汇中学·期末)氢能是一种既高效又干净的新能源，发展前景良好，用氢作能源的燃料电池汽车备受青睐。我国拥有完全自主知识产权的氢燃料电池轿车“超越三号”，已达到世界先进水平，并加快向产业化的目标迈进。氢能具有的优点包括(　　) ①原料来源广　②易燃烧、热值高　③储存方便　④制备工艺廉价易行 A．①② B．①③ C．③④ D．②④ 5．(23-24高二·上海南汇中学·期末)关于铅蓄电池的说法正确的是（     ） A．在放电时，正极发生的反应是Pb(s)+SO42-(aq)-2e-=PbSO4(s) B．在放电时，该电池的负极材料是铅板 C．在充电时，电池中硫酸的浓度不断变小 D．在充电时，阳极发生的反应是PbSO4(s)＋2e-=Pb(s)＋SO42- (aq) 6．(24-25高二·上海市格致中学·期末)在氢能的使用中，燃料电池是最具发展潜力的方式，某种氢燃料电池的内部结构如下图所示。的移动方向为 (选填字母)。 A．a→b　　　　　B．b→a 7．(23-24高二·上海市市西中学·期末)设计出燃料电池使天然气CH4氧化直接产生电流是对世纪最富有挑战性的课题之一。最近有人制造了一种燃料电池，一个电极通入空气，另一电极通入天然气，电池的电解质是掺杂了Y2O3的ZrO2晶体，它在高温下能传导O2-离子。回答如下问题： （1）这个电池的正极发生的反应是： ； （2）固体电解质里的O2-向 极（填“正”或“负”）移动； （3）天然气燃料电池最大的障碍是氧化反应不完全，产生 堵塞电极的气体通道，有人估计，完全避免这种副反应至少还需10年时间，正是新一代化学家的历史使命。 （4）若将此甲烷燃料电池设计成在25%的KOH溶液中的电极反应，该电池的负极区域的碱性会 （填“增强”、“减弱”或“不变”）。 8．(23-24高二·上海市复兴高级中学·期末)I．水体酸化也是重要的环境污染问题，会造成水生动植物死亡。NaOH中和法是消除水体酸化的重要方法之一。25℃时，向某厂含氢氟酸的废水(假设除HF外不含其它溶质)中，加入NaOH固体(忽略体积变化)，得到、与溶液pH的变化关系，如图所示： （1）两曲线交点M的纵坐标数值= 。 （2）25℃时，若HF电离平衡常数为Ka，则Ka的负对数pKa= 。 Ⅱ．废液中的重金属离子浓度可以用浓差电池进行测得：工作时，电池的“浓差”会逐渐减小。下图是某浓差电池的示意图： （3）a电极为___________。 A．正极 B．负极 C．阳极 D．阴极 （4）c膜为 交换膜。 A．阴离子        B．阳离子        C．质子 （5）若此时图中电流表示数为0.01A，若将右槽中0.2mol/L的溶液换成含 mol/L的工业废水，则此时电流表示数将 0.01A。 A．大于        B．小于        C．等于 9．(23-24高二·上海师范大学附属中学闵行分校·期末)Ⅰ.硒()在人体内可以起到提高免疫力、抗氧化等功效，含硒化合物在材料和药物领域具有重要作用。铬()被广泛应用在冶金、化工、铸铁、耐火及高精端科技等领域。 （1）在元素周期表中，硒是第34号元素，与氧同主族，硒原子的电子式表示为 ，比较硫和硒的氢化物的热稳定性： (填“>”、“=”或“<”)。 Ⅱ.工业制备高纯硒的流程如下： （2）下列说法正确的是___________。 A．过程Ⅰ只发生氧化反应 B．过程Ⅱ的水洗过程属于非氧化还原反应 C．能与反应生成和 D．在过程Ⅲ的反应中体现了还原性 （3）过程Ⅲ中还需要用的反应物为，对应产物为，标况下，当有生成时，该反应中转移的电子数目为 。 （4）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，在下图装置中，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．由实验现象可知：金属活动性 B．图1为原电池装置，电极上产生的是 C．两个装置中，电子均由电极流向电极 D．图2装置中电极上发生的电极反应式为 Ⅲ.+6价铬的化合物毒性较大，常用甲醇酸性燃料电池电解处理酸性含铬废水(主要含有)，其原理示意图如下图所示： （5）M极为原电池的 极(填“正”或“负”)。 （6）N极附近的 (填“变大”或“变小”或“不变”)。 （7）写出电解池中阳极产物将转化为的离子方程式 。 试卷第1页，共3页 / 学科网（北京）股份有限公司 $ 专题08 原电池和化学电源 2大高频考点概览 考点01 原电池的工作原理 考点02 化学电源 地 城 考点01 原电池的工作原理 1．(23-24高二·上海市市西中学·期末)关于如图所示的原电池甲和乙，下列说法正确的是 A．甲、乙中铜片上均发生还原反应 B．两池中铁片均发生反应：Fe-2e-=Fe2+ C．装置甲中电子由Cu→灯泡→Fe D．两池所得Fe、Cu金属活泼性相反 【答案】C 【解析】A．甲池中在室温下Fe在浓硝酸中会钝化，Cu与硝酸会发生剧烈反应，所以Cu作负极，失去电子发生氧化反应；在乙池中由于Fe比Cu活泼，Fe与稀硫酸发生反应，所以铁作负极，失去电子发生氧化反应，Cu做正极，正极上发生H+得到电子的还原反应，A错误； B．甲池中铜作负极，电极反应为Cu-2e-=Cu2+，乙池中Fe为负极，发生电极反应：Fe-2e-=Fe2+，B错误； C．甲池中铜作负极、铁作正极，电子由负极(Cu)经过用电器(灯泡)到达正极(Fe)，C正确； D．在原电池中一般活泼金属作负极，不活泼的作正极，但根据电极反应判断金属活泼性时，还要结合电解质溶液的酸碱性及电解质浓度对电极判断的影响，D错误； 故合理选项是C。 2．(24-25高二·上海南汇中学·期末)下图是一个双液原电池装置图，试回答下列问题。 （1）写出ZnSO4溶液中发生的电极反应式 。 （2）下列说法正确的是___________。 A．盐桥中的负离子向ZnSO4溶液中移动 B．电子从铜片经灵敏电流计流向锌片 C．锌片作电池的正极 D．铜片质量不变 【答案】（1）Zn-2e-=Zn2+ （2）A 【解析】（1）锌为该电池的负极，发生的反应为：Zn-2e-=Zn2+ （2）A．硫酸锌溶液为负极区，负离子往负极区移动，A正确； B．电子从负极（锌）经导线流向正极（铜），B错误； C．锌片是电池的负极，C错误； D．铜离子在铜片上得电子生成铜单质析出，铜片质量会增加，D错误； 故选A。 3．(23-24高二·上海市青浦高中·期末)按要求填空。 （1）下列反应中，属于吸热反应的是 ；属于氧化还原的放热反应是 。 ①煅烧石灰石 ②甲醇燃烧 ③制水煤气 ④生石灰与水反应 ⑤酸碱中和 （2）1 g液态甲醇(CH3OH)完全燃烧，生成CO2气体和液态水，放出a kJ热量。写出甲醇燃烧热的热化学方程式为 。 （3）依据氧化还原反应：2Ag++Cu=Cu2++2Ag设计一个原电池，并在如图框中画出装置 。 （4）用锌片、铜片连接后浸入稀硫酸溶液中，构成了原电池，工作一段时间，锌片的质量减少了3.25 g，则铜表面析出了氢气 L(标准状况)。 【答案】（1）①③ ② （2）CH3OH (l) +O2 (g) = CO2 (g) +2H2O (l) ΔH= -32a kJ·mol-l （3） （4）1.12 【解析】（1）①煅烧石灰石反应发生时会吸收能量，反应为吸热反应； ②甲醇燃烧会放出大量热量，反应为放热反应，反应发生时有元素化合价的变化，因此该反应同时属于氧化还原反应； ③由C与水蒸气混合发生反应制水煤气时会吸收大量的热量，因此反应为吸热反应； ④生石灰与水反应产生Ca(OH)2，发生反应放出热量，因此反应为放热反应；该反应发生时元素化合价不变，因此反应属于非氧化还原反应； ⑤酸碱中和反应发生会放出热量，因此反应为放热反应；该反应发生时元素化合价不变，因此反应属于非氧化还原反应； 综上所述可知：属于吸热反应的为①③；属于氧化还原的放热反应是②； （2）CH3OH的相对分子质量是32，摩尔质量是32 g/mol，1g液态甲醇(CH3OH)完全燃烧，生成CO2气体和液态水，放出a kJ热量，则32 g液态甲醇(CH3OH)完全燃烧，生成CO2气体和液态水，放出32a kJ热量，故表示甲醇燃烧热的热化学方程式为CH3OH (l) +O2 (g) = CO2 (g) +2H2O (l) ΔH= -32a kJ·mol-l； （3）在该反应中，Cu失去电子，发生氧化反应，则Cu为原电池的负极；Ag+得到电子被还原为Ag单质，则电解质溶液为AgNO3溶液，正极材料可以是Ag或活动性比Ag弱的Pt或石墨为电极，当以Ag为正极时涉及的原电池的装置图为：； （4）用锌片、铜片连接后浸入稀硫酸溶液中，构成了原电池，活动性强的Zn为负极，活动性比较弱的Cu为正极，总反应方程式式为：Zn+2H+=Zn2++H2↑。若工作一段时间，锌片的质量减少了3.25 g，n(Zn)=，则根据物质反应转化关系可知在正极铜表面析出了氢气的物质的量是0.05 mol，其在标准状况下的体积V(H2)=0.05 mol×22.4 L/mol=11.2 L。 地 城 考点02 化学电源 4．(23-24高二·上海南汇中学·期末)氢能是一种既高效又干净的新能源，发展前景良好，用氢作能源的燃料电池汽车备受青睐。我国拥有完全自主知识产权的氢燃料电池轿车“超越三号”，已达到世界先进水平，并加快向产业化的目标迈进。氢能具有的优点包括(　　) ①原料来源广　②易燃烧、热值高　③储存方便　④制备工艺廉价易行 A．①② B．①③ C．③④ D．②④ 【答案】A 【解析】氢能是易燃烧、热值高，原料来源广；但储存难、制备成本高，故①②正确 ①、地球表面71%被水所包围，从水中可以制取氢气，所以氢能来源广，故正确； ②、氢气的燃烧热值高，故正确； ③、氢气呈气态，所以不易储存，故错误； ④、目前工业上一般从天然气或水煤气制氢气，工艺较复杂，成本较高，故错误． 故选A。 5．(23-24高二·上海南汇中学·期末)关于铅蓄电池的说法正确的是（     ） A．在放电时，正极发生的反应是Pb(s)+SO42-(aq)-2e-=PbSO4(s) B．在放电时，该电池的负极材料是铅板 C．在充电时，电池中硫酸的浓度不断变小 D．在充电时，阳极发生的反应是PbSO4(s)＋2e-=Pb(s)＋SO42- (aq) 【答案】B 【分析】铅蓄电池的反应方程式是： 。 【解析】A．铅蓄电池，正极电极反应式为： ，故A错误； B．铅蓄电池两电极材料分别是Pb和PbO2，所以负极材料是铅板，故B正确； C．充电会生成硫酸，硫酸的浓度不断增大，故C错误； D．充电是电解池装置，阳极失去电子，故D错误； 答案选B。 【点睛】铅蓄电池的正反应是原电池，逆反应是电解池，注意结合氧化还原反应分析。 6．(24-25高二·上海市格致中学·期末)在氢能的使用中，燃料电池是最具发展潜力的方式，某种氢燃料电池的内部结构如下图所示。的移动方向为 (选填字母)。 A．a→b　　　　　B．b→a 【答案】A 【解析】在氢燃料电池中，通入氢气的一极为负极，即a为负极，通入氧气的一极为正极，即b为正极，在原电池中，阳离子会向正极移动。所以会从 a 电极（负极）向 b 电极（正极）移动，即的移动方向为a→b。 7．(23-24高二·上海市市西中学·期末)设计出燃料电池使天然气CH4氧化直接产生电流是对世纪最富有挑战性的课题之一。最近有人制造了一种燃料电池，一个电极通入空气，另一电极通入天然气，电池的电解质是掺杂了Y2O3的ZrO2晶体，它在高温下能传导O2-离子。回答如下问题： （1）这个电池的正极发生的反应是： ； （2）固体电解质里的O2-向 极（填“正”或“负”）移动； （3）天然气燃料电池最大的障碍是氧化反应不完全，产生 堵塞电极的气体通道，有人估计，完全避免这种副反应至少还需10年时间，正是新一代化学家的历史使命。 （4）若将此甲烷燃料电池设计成在25%的KOH溶液中的电极反应，该电池的负极区域的碱性会 （填“增强”、“减弱”或“不变”）。 【答案】（1）O2+4e-=2O2- （2）负 （3）C （4）减弱 【分析】该燃料电池中通入空气的电极为正极，通入天然气的一极为负极。 【解析】（1）燃料电池通空气的极为正极，正极电极反应为O2+4e-=2O2-。 （2）原电池工作时阴离子向负极移动，O2-向负极移动。 （3）CH4的燃料电池能产物堵塞电极的只能是不完全氧化产物C。 （4）若将此甲烷燃料电池设计成在25%的KOH溶液中的电极反应，负极电极反应式为CH4-8e-+10OH-=+7H2O，所以负极附近碱性会减弱。 8．(23-24高二·上海市复兴高级中学·期末)I．水体酸化也是重要的环境污染问题，会造成水生动植物死亡。NaOH中和法是消除水体酸化的重要方法之一。25℃时，向某厂含氢氟酸的废水(假设除HF外不含其它溶质)中，加入NaOH固体(忽略体积变化)，得到、与溶液pH的变化关系，如图所示： （1）两曲线交点M的纵坐标数值= 。 （2）25℃时，若HF电离平衡常数为Ka，则Ka的负对数pKa= 。 Ⅱ．废液中的重金属离子浓度可以用浓差电池进行测得：工作时，电池的“浓差”会逐渐减小。下图是某浓差电池的示意图： （3）a电极为___________。 A．正极 B．负极 C．阳极 D．阴极 （4）c膜为 交换膜。 A．阴离子        B．阳离子        C．质子 （5）若此时图中电流表示数为0.01A，若将右槽中0.2mol/L的溶液换成含 mol/L的工业废水，则此时电流表示数将 0.01A。 A．大于        B．小于        C．等于 【答案】（1）1×10-3mol/L （2）3.5 （3）A （4）A （5）A 【分析】Ⅱ．Cu2+浓度越大、其氧化性越强，a侧硫酸铜溶液浓度较大，Cu电极a为正极，溶液中Cu2+得电子、发生还原反应，电极反应式为Cu2++2e-═Cu；Cu电极b为负极，Cu失去电子、发生氧化反应，电极反应式为Cu-2e-═Cu2+，原电池工作时，溶液中阳离子移向正极，阴离子移向负极，工作一段时间后，两室硫酸铜溶液浓度相等，由于左室Cu2+得电子生成Cu；硫酸根离子浓度相对较大，右室Cu电极失去电子生成Cu2+，Cu2+浓度相对较大，所以硫酸根离子通过离子交换膜由左室移向右室，即离子交换膜c为阴离子交换膜，据此分析解答。 【解析】（1）根据图示，两曲线交点M的纵坐标数值=1×10-3mol/L。 （2）M点坐标为（3.5，1×10-3mol/L），25℃时，HF电离平衡常数为Ka==，则Ka的负对数pKa=3.5。 （3）根据分析，a电极为正极，故选A。 （4）根据分析，c膜为阴离子交换膜，故选A。 （5）将右槽中0.2mol/L的溶液换成含 mol/L的工业废水，浓度差增大，电流强度增大，则此时电流表示数将大于0.01A，故选A。 9．(23-24高二·上海师范大学附属中学闵行分校·期末)Ⅰ.硒()在人体内可以起到提高免疫力、抗氧化等功效，含硒化合物在材料和药物领域具有重要作用。铬()被广泛应用在冶金、化工、铸铁、耐火及高精端科技等领域。 （1）在元素周期表中，硒是第34号元素，与氧同主族，硒原子的电子式表示为 ，比较硫和硒的氢化物的热稳定性： (填“>”、“=”或“<”)。 Ⅱ.工业制备高纯硒的流程如下： （2）下列说法正确的是___________。 A．过程Ⅰ只发生氧化反应 B．过程Ⅱ的水洗过程属于非氧化还原反应 C．能与反应生成和 D．在过程Ⅲ的反应中体现了还原性 （3）过程Ⅲ中还需要用的反应物为，对应产物为，标况下，当有生成时，该反应中转移的电子数目为 。 （4）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，在下图装置中，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．由实验现象可知：金属活动性 B．图1为原电池装置，电极上产生的是 C．两个装置中，电子均由电极流向电极 D．图2装置中电极上发生的电极反应式为 Ⅲ.+6价铬的化合物毒性较大，常用甲醇酸性燃料电池电解处理酸性含铬废水(主要含有)，其原理示意图如下图所示： （5）M极为原电池的 极(填“正”或“负”)。 （6）N极附近的 (填“变大”或“变小”或“不变”)。 （7）写出电解池中阳极产物将转化为的离子方程式 。 【答案】（1） > （2）BC （3）4NA （4）D （5）负 （6）变大 （7）Cr2O+6Fe2++14H+=2Cr3++6Fe3++7H2O 【分析】由题给流程可知，工业硒在氧气中燃烧生成二氧化硒，二氧化硒水洗转化为亚硒酸，亚硒酸与一水合肼反应生成硒，反应得到的硒经纯化得到高纯硒。 【解析】（1）由硒元素与氧元素同主族可知，硒原子最外层电子数为6，电子式为；同主族元素，从上到下非金属性依次减弱，氢化物的热稳定性依次减弱，则硫化氢的热稳定性强于硒化氢，故答案为：；>； （2）A．由分析可知，过程Ⅰ发生的反应为硒在氧气中燃烧生成二氧化硒，反应中硒元素化合价升高被氧化，硒为反应的还原剂，发生氧化反应，同时氧元素的化合价降低被还原，氧气是氧化剂，发生还原反应，故错误； B．由分析可知，过程Ⅱ发生的反应为二氧化硒水洗转化为亚硒酸，反应中没有元素发生化合价变化，属于非氧化还原反应，故正确； C．二氧化硒是酸性氧化物，能与氢氧化钠溶液反应生成亚硒酸钠和水，故正确； D．由分析可知，过程Ⅲ发生的反应为亚硒酸与一水合肼反应生成硒，反应中硒元素化合价降低被还原，亚硒酸是反应的氧化剂，表现氧化性，故错误； 故选BC； （3）由化合价变化可知，一水合肼生成1mol氮气时，反应转移电子的物质的量为4mol，则标准状况下生成22.4L氮气时，反应中转移的电子数目为×4×NAmol—1=4NA，故答案为：4NA； （4）由实验现象可知，图1装置中，金属性强于铜的铬电极为原电池的负极，铬失去电子发生氧化反应生成铬离子，铜电极为正极，氢离子在正极得到电子发生还原反应生成氢气；图2装置中，在浓硝酸中发生钝化的铬电极为原电池的正极，酸性条件下硝酸根离子在正极得到电子发生还原反应生成二氧化氮和水，铜电极为负极，铜失去电子发生氧化反应生成铜离子； A．由分析可知，铬元素的金属性强于铜元素，故错误； B．由分析可知，图1装置中，铜为正极，氢离子在正极得到电子发生还原反应生成氢气，故错误； C．由分析可知，图2装置中，在浓硝酸中发生钝化的铬为原电池的正极，铜为负极，则电子由铜电极流向铬电极，故错误； D．由分析可知，图2装置中，铜电极为负极，铜失去电子发生氧化反应生成铜离子，电极反应式为，故正确； 故选D； （5）由图可知，通入甲醇的M电极为燃料电池的负极，水分子作用下甲醇在负极失去电子发生氧化反应生成二氧化碳和氢离子，故答案为：负； （6）由图可知，通入氧气的N电极为正极，氢离子作用下氧气在正极得到电子发生还原反应生成水，放电过程中消耗氢离子，所以N极附近溶液的pH变大，故答案为：变大； （7）由图可知，与N电极相连的铁电极为电解池的阳极，铁失去电子发生氧化反应生成亚铁离子，酸性条件下亚铁离子与废水中的重铬酸根离子反应生成铬离子、铁离子和水，反应的离子方程式为Cr2O+6Fe2++14H+=2Cr3++6Fe3++7H2O，故答案为：Cr2O+6Fe2++14H+=2Cr3++6Fe3++7H2O。 试卷第1页，共3页 / 学科网（北京）股份有限公司 $