专题13 原电池化学电源-【创新大课堂系列】高三化学全国名校名卷168优化重组卷

专题13 原电 一、选择题 1.(2024·全国甲)科学家使用6-MnO2研制了 一种MnO2-一Zn可充电电池（如图所示）。电 起 池工作一段时间后，MnO2电极上检测到 MnOOH和少量ZnMn2O4。下列叙述正确 的是 ( Zn MnO. 电极 Zns0,水溶液 电极 A.充电时，Zn2+向阳极方向迁移 B.充电时，会发生反应Zn十2MnO2 ZnMn2O C.放电时，正极反应有MnO2十H2O+e MnOOH+OH D.放电时，Zn电极质量减少0.65g,MnO2电 极生成了0.020 mol MnOOH 2.(2025·黑吉辽蒙卷高考真题)一种基于Cu20 的储氯电池装置如图，放电过程中a、b极均增 重。若将b极换成Ag/AgC1电极，b极仍增 重。关于图中装置所示电池，下列说法错误 的是 负载 进料口 出料口 Cu20/ NaTi(PO)/ Cu2(OH)Cl NaCl溶液 Na Tiz(PO) A.放电时Na十向b极迁移 B.该电池可用于海水脱盐 C.a极反应：Cu2O+2H2O+C1--2e Cu2 (OH)3C1+H+ D.若以Ag/AgCl电极代替a极，电池将失去 储氯能力 3.(2025·安徽省统考一模)锂离子电池充、放电 放电1iCoO? 电池总反应：li,C十ILi-Co0:充 十C6,该电池充、放电的工作示意图如图。下 列有关说法不正确的是 ) 正极 负极 电解质 LiCoO. 石墨 充电 II】 ●+ 工D 放电 ● ●锂离子 49 也 化学电源 A.该电池具有很高的比能量 B.负极的反应式IizC6-xe一xli+十C6 C.放电时，Li+从石墨晶体中脱出回到正极氧 化物晶格中 D.充电时，若转移1moleˉ，石墨电极将增重 7xg 4.(2025·湖北高考真题)某电化学制冷系统的 装置如图所示。[Fe(H2O)6]3+和 [Fe(H2O)6]2+在电极上发生相互转化，伴随 着热量的吸收或释放，经由泵推动电解质溶液 的循环流动（①→②→③→④→①）实现制冷。 装置只通过热交换区域I和Ⅱ与环境进行传 热，其他区域绝热。下列描述错误的是( 热交换区域Ⅱ ④ 可可 [Fe(H2O)] 孔礼 [Fe(H20)6J3+ 极 [Fe(H20)6]4 隔 极 [Fe(H20)62+ ⑧2包卫卫 D② 泵热交换区域I 电源 A.阴极反应为[Fe(H2O)6]3+十e= [Fe(H2O)6]2+ B.已知②处的电解液温度比①处的低，可推断 [Fe(H2O)6]2+比[Fe(H2O)6]3+稳定 C.多孔隔膜可以阻止阴极区和阳极区间的热 交换 D.已知电子转移过程非常快，物质结构来不 及改变。热效应主要来自于电子转移后 [Fe(H2O)6]2+和[Fe(H2O)6]3+离子结构 的改变 5.(2025·浙江二模)CO2气敏电极结构如图所 示，当CO2由气体渗透膜进入时，H+指示电 极响应H+浓度变化而发生氧化反应，通过测 出电动势E就可以计算CO2的含量。下列说 法不正确的是 () E H指示电极： Ag-AgCI(HCI溶液) 参比电极：Ag-AgCl NaHCO,溶液 一气体渗透膜 A.CO2气敏电极工作时，化学能转化为电能 B.CO2气敏电极工作时，H+向参比电极迁移 C.CO2气敏电极工作时的总反应为：Ag(正 极)+AgCl(负极)—Ag(负极)+AgCl (正极) D.将Na HCO3溶液换成NH4Cl溶液，更换气 体渗透膜，可改造成NH3气敏电极 6.(2025·浙江浙里卷天下高三开学测试)水系 锌离子电池是二次电池，科学家把锌离子电池 形象地比喻成“摇椅电池”，锌离子在摇椅的两 端，即电池的正负极来回奔跑，其电化学原理 如图所示，下列说法不正确的是 [Mn02] MnO ●H,0 含Zn过渡金属氧化物 (ZnMn,0) A.锌离子从MnO2隧道结构中脱出，此时 ZnMn2O4为阳极 B.锌失去电子变为锌离子，嵌人MnO2的隧 道中，能量转化形式：电能→化学能 C.Zn发生氧化反应过程中，溶液中Zn2+浓度 不变 D.水系锌离子二次电池的总反应式：Zn十 放电ZnMn2O, 2MnO2充 7.(2025·江西南昌模拟预测)氨燃料电池是当 前推动绿氨能源化应用的重要研究方向和热 点。一种通过光hu-Ni:TiO2催化合成绿氨 联合氨燃料电池的装置如图，在光照作用下光 催化剂被激发产生电子(e)和空穴(h+)。下 列说法错误的是 ( ) NH3 N2,H H20H,0 0 Ni2+/Ni TiO2 TiO2+hv-e+h" 进口I Y 进口Ⅱ H20 熔融NaOH-KOH 出口I 用电器 出口Ⅱ A.X极电势低于Y极电势 B.光催化剂表面发生反应：2H2O+4h+ 4H++O2 50 C.X极的电极反应式是2NH3+6OH-6e =N2+6H,O D.燃料电池中，OH一向Y电极移动 8.(2025·广东广州模拟预测)我国学者发明了 一种新型多功能甲醛一硝酸盐电池，可同时处 理废水中的甲醛和硝酸根离子（如图）。下列 说法正确的是 ( 质子交换膜 CuAg CuRu 电极 HCOO NH 电极 +H2 HCHO NO KOH溶液 KOH溶液 左室 右室 A.CuAg电极反应为2HCHO+2H2O-4e 2HCOO-+H2↑+2OH B.放电过程中，OH一通过质子交换膜从左室 传递到右室 C.CuRu电极反应为NO3+6H2O+8e NH3个+9OH D.处理废水过程中溶液pH不变，无需补 加KOH 9.(2025·厦门第二次质检)我国科学家设计的 Mg一Ii双盐电池工作原理如图所示，下列说 法不正确的是 ( 负载 FeS 放电 充电 Mg+ Mg 放电 A.放电时，正极电极反应式为FeS十2e十 2Li+--Fe++LigS B.充电时，Mg电极连外接电源负极 C.充电时，每生成1 mol Mg,电解质溶液质量 减少24g D.电解液含离子迁移速率更快的L十提高了 电流效率 10.(2025·黑龙江大庆模拟预测)加入12可提 高Li一SOCl2电池性能。该电池放电时某电 极区域的物质转变过程如图。下列说法错误 的是 () SOCI2-I2 步骤1 SOICI SO 步骤3 -Li A.该电极放电时发生还原反应 B.电路中每转移2mole,生成1 mol SO2 C.SOIC1和I是反应过程中的中间产物 D.“步骤3”的反应为2Li++2I-+2SOIC】 -S+SO2+2LiCl+2I2 11.(2025·浙江普通高校招生高三选考模拟)利 用H,O,吸收污染气体SO,的原理制作原电 池，供电的同时也可制备硫酸（容积充足，运 行时不考虑将产 用电器 物分离出)，其工 作原理如图。已 电 极 极 知电极A、B均为 A 惰性电极，K膜为 K膜 阻隔膜（限制某些 离子或分子通过)，“十”表示用电器正极，电 流由用电器正极流至其负极，△表示两处差 值，下列说法不正确的是 A.K膜为阴离子阻隔膜，污染气体SO2从X 通人 B.持续为用电器供电过程中，无需向原电池 内补充H,O C.理论上，标况下每吸收22.4LSO2气体， K膜将通过4mol离子 D.反应开始后，一段时间内电极A、B两端的 |△pHAB|将变大 12.钠离子电池比锂离子电池更稳定，造价更低， 可实现5~10min内快速充电，电池结构如 图。总反应为：NaC6+Na1上MO2用 NaMO2+Na1-xC6(0≤x≤0.55，M为过渡 金属)，下列叙述正确的是 溶剂分子 渡金属 墨烯纳米 化 钠离子 阴离子 51 A.单位质量的负极材料钠离子电池比锂离 子电池可以提供更多的电量 B.放电时，Na+从石墨烯纳米片中脱嵌，经电 解质嵌入过渡金属氧化物 C.充电时，阴极上发生的电极反应为Na1-x MO2+xe+xNa+-NaMO2(0≤x≤ 0.55) D.充电时，外电路中每转移0.2mole,理 论上石墨烯纳米片将增重2.3g 13.(2025·河南周口模拟预测)固体氧化物燃料 电池具有燃料适应性广、能量转换效率高、全 固态、模块化组装、零污染等优点，在交通车 辆动力电源等方面有广阔的应用前景。某种 固体氧化物（电解质，传导O一）燃料电池结 构示意图如图。下列有关说法错误的是 ( 物质X 空气 集流器a 多孔电极a 02 02 多孔电极b CH. C0,+H,0集流器b A.外电路中，电流由集流器a流向集流器b B.电池工作一段时间后，电解质中O2一的量 不变 C.多孔电极b上发生反应CH4-8e+ 402--C02+2H2O D.理论上每转移4mole,产生的CO2与物 质X的体积（同温同压下）比约为1：5 14.(2025·高三下广东 阶段练习)一种用于 心脏起搏器的微量 a 6 电池具有能量大、寿 钾 S0、S、Cl 命长等优点，其工作 園 原理如图所示。下 等物质的量的LiCI 列说法正确的是 A1CL,的COCL,溶液 SOCL A.b极为负极 B.该电池总反应的化学方程式为8Li十 3SOC12--6LiC1+Li2 SO3+2S C.外电路通过每0.4mol电子，理论上生成 12.8gS D.溶液中C1-移向b极 二、非选择题 15.(2025·江苏南京模拟预测)研究C02资源 化利用对人类有重要意义。一种碱性电化学 还原CO2的原理图如下。在阴极区若CO2 每得到1mol电子，同时有H2O也会得到等 物质的量的电子，且阴极区电解液的pH几 乎保持不变（忽略溶液体积变化）。 C02电化学 还原产物 C02 3+0 oH C02 C0C0 Q 。0H OH 电极I 阴离子膜 电极Ⅱ (1)若阴极CO2的还原产物为CH3OH,则生 成CH3OH的电极反应式为 (2)结合化学用语，阳极区产生CO2的过程 可描述为 (3)由于CO号难以放电，因此降低了CHOH 的选择性（选择性= 生成甲醇所用的CQ2),结 阴极吸收的CO2 合题中信息，CHOH选择性的理论最大值为 16.(2025·上海闵行二模)我国科学家研发的水 系可逆Zn一CO2电池可吸收利用CO2。将 两组正离子、负离子复合膜反向放置分隔两 室电解液充、放电时，复合膜间的H,O解离 成H+和OH一，工作原理如图所示： 00 a膜 b膜 H -OH CO. Zn(OH) HCOOH Zn KOH OH- H NaCl 多孔Pd 纳米片 复合膜 (1)HCOOH分子中，。键和元键的数目之比 为 (2)充电时复合膜中向多孔Pd纳米片极移动 的离子是 ,放电时正极的电极反应 式为 (3)下列说法中正确的是 0 A.放电时锌做阳极 B.充电时多孔Pd纳米片极发生还原反应 C.Na2[Zn(OH)4]中只存在离子键和配位键 D.Zn（OH)可在足量稀硫酸中转化 为Zn2+ 17.(2025·河北邢台高三上阶段练习)回答下列 问题。 (1)已知完全燃烧ag乙炔(C2H2)气体时生 成1 mol CO2和H2O(1),同时放出热量bkJ, 52 则表示乙炔燃烧热的热化学方程式： (2)某课外科学兴趣小组的同学用如图所示 装置研究有关电化学的问题。图中是两个串 联的甲烷燃料电池做电源对乙池丙池进行电 解实验（各溶液溶质均足量），当闭合该装置 的电键时，观察到电流表的指针发生了偏转。 电键 K罐液 ①A电极上发生的电极反应式为： ②电解过程中丙池中发生的总反应方程式 为： ③当两个燃料电池共消耗甲烷2240mL(标 况)，乙池中某极上析出Ag的质量为 g。 (3)如图所示是一种可实现氢气循环利用的 新型电池的放电工作原理。 ④ 活性吸附 钠离子交换膜 活性吸附 电极M 电极N HCIONaCIO,溶液NaOH、NaClO溶液目 →H2 气泵 若以此新型电池为电源，用惰性电极电解制 备硼酸[H3BO3或B(OH)3],其工作原理如 图所示（阳膜和阴膜分别只允许阳离子和阴 离子通过)。 a极 1膜 2膜 3膜 占b极 原料室 产品室 NaOH NaB(OH) H3B03 稀硫酸 稀溶液 浓溶液 稀溶液 ①新型电池放电时，负极电极反应式为： ②两池工作时，电池的电极M应与电解池的 (填“a”或“b”)极相连接；1、2、3膜 为阳膜的是： ③产品室中发生的离子反应为：△H2=十23.4kJ·mol1,有①X2-②得2C02(g)+ 6H2 (g)=CH OCH3(g)+3H2 O(g)AH3= -53.7×2-23.4=-130.8kJ·mol-1。(3)NA 表示阿伏加德罗常数的值，在C2H2(g)完全燃烧 生成CO2和液态水的反应中，每有5NA个电子转 移时，说明有0.5mol乙炔反应，放出650kJ的热 量，则1mol乙炔完全燃烧放出的热量为1300 kJ,则CH,的热值为10=50kJ/g。(4)①工 26 艺过程中的能量转化形式为太阳能转化为学能。 ②已知“重整系统”发生的反应中n(Fe0)=6,根 n(C0,) 据反应中的质量守恒分析，则x：y=6：8,则 Fe,O,(y<8)的化学式为FeO,反应方程式为 2FeO,+C=6FeO十CO2,反应中转移4个电子， 故“热分解系统”中每转移2mol电子，需消耗 Fe,O,1 mol. 答案：(1)-(b-a)kJ·mol1803 (2)-130.8(3)50kJ·g1(4)①太阳能转化 为化学能②FeO41 15.解析：(1)根据反应历程图像，可以解析出此反应 为吸热反应，焓变为△H1=(1.35ev-0ev)= 1.35ev=130kJ/mol,故答案为130kJ/mol;根据 反应历程图像，有活性苯乙烯自由基产生，两分子 苯乙烯自由基可以结合反应生成 (CH2) 故 答案 为 (CH2) ;(2)根据△G=△H一T△S <0为自发反应，此反应的△H>0,△S>0,要保 证反应自发进行，温度必须保持高温，所以a线是 △G变化曲线，所以在低温下，不能自发进行，故答 案为：不能；反应为吸热反应，温度升高平衡正向 移动，K。增大所以，K。为b线，故答案为b; (3)C6H一C2H5(g)==C6H一CHCH2(g)+H2(g) 开始量1mol 0 0 反应量0.75mol0.75mol 0.75 mol 剩余量0.25mol0.75mol 0.75mol, 同时，还有3.25mol的水未参加反应，一直存在 于体系中，需要把水蒸气物质的量考虑带入计算， 故剩余气体总的物质的量为5mol,K。= 0.75×100kPa×0.75×100kPa 5 5 =45kPa,故答 0.25×100kPa 5 案为45kPa;(4)根据两个反应的△H1>△H2> 0,反应Ⅱ的焓变小于反应I的焓变，其所需要的 热量低于反应I,所以节能；二氧化碳能消耗反应 -21 I产生的氢气，使反应I平衡正向移动，所以乙苯 转化率升高，故选A和B;(5)根据苯环上的烃基 被氧化的反应规律，苯乙烯的侧链在酸性高锰酸 钾的作用下，只生成了与苯环直接相连的羧基，即 苯甲酸。乙烯基上的末端碳原子被氧化为二氧化 碳，因此，乙苯被高锰酸钾氧化后的主要产物是苯 甲酸和二氧化碳；故答案为：苯甲酸、二氧化碳。 答案：(1)①130 (2)①不能②b (3)45kPa (4)AB (5)苯甲酸二氧化碳 16.解析：(1)CH,和CO2都只含有极性共价键，该反 应过程中断裂的化学键属于极性共价键，故选B。 (2)该反应是气体体积增大的熵增反应，△S>0, 该反应的△H>0,△H-T△S<0时，反应能自发 进行，则该反应在高温下能自发进行。(3)CO2是 共价化合物，电子式为O:C:O,CO2分子中 心原子价层电子对数为2十号(4-2×2)=2，碳 原子的杂化方式为sp杂化，CO2中含有2个碳氧 双键，有2个元键，1 mol CO2中含有2molπ键。 (4)CH(g)+CO2(g)-2CO(g)+2H2(g) △H=反应物的总键能一生成物的总键能=4X 413kJ/mol+2×745kJ/mol-2×436kJ/mol- 2E(CO)=+247.4kJ·mol1,解得C0中的键 能为1011.3kJ/mol,断裂1 mol CO分子中的共 价键需要吸收1011.3kJ能量。 答案：(1)B (2)>高温 (3)O::C::O sp 2 (4)1011.3 专题13原电池化学电源 1.C2.D3.D4.B5.C6.B7.D8.C 9.C10.B11.C12.B13.D14.B 15.解析：(1)若阴极CO2的还原产物为CHOH,则 生成CHOH的电极反应式为CO2十6e+5H2O CHOH+6OH;(2)电极I为阳极，阳极区 产生CO,的过程可描述为：阳极区发生电极反应 2H2O-4e一4H+十O2个，阴极区产生的 CO透过阴离子交换膜进入阳极，发生反应： CO号+2H+-CO2个+H2O,产生CO2(“阳极 区发生电极反应2H2O-4e一4H++O2个”， “阴极区产生的CO透过阴离子交换膜进入阳 极”，“CO+2H+—CO2个+H2O,产生 CO,”);(3)阴极生成碳酸根离子，发生反应为二 氧化碳和氢氧根离子生成碳酸根离子和水：CO2 +2OH—CO号十H,O;在阴极区若CO2每得 到1mol电子，同时有H2O也会得到等物质的量 的电子，若生成1 mol CHOH,消耗1 mol CO2 得6mol电子，生成6 mol OH,H2O也会得到6 mol电子，生成6 mol OH,共12 mol OH,发生 反应CO,+2OH—CO+HO,消耗6mol CO2,阴极共消耗7 mol CO2,根据选择性公式，S CH,0H份理论最大位为}-7· 答案：(1)CO2+6e+5H2O=CHOH +60H (2)阳极区发生电极反应2H2O一4e—4H++ O2个，阴极区产生的CO透过阴离子交换膜进 人阳极，发生反应：CO+2H+一CO2个+ H2O,产生CO2(“阳极区发生电极反应2H2O一 4e=4H++O2个”，“阴极区产生的CO号透过 阴离子交换膜进入阳极”，“CO十2H—CO,个 +H2O,产生CO2”) 8)号 16.解析：由图可知，a膜是释放出氢离子的阳离子交 换膜，b膜是释放出氢氧根离子的阴离子交换膜， 放电时，锌电极为原电池的负极，碱性条件下锌在 负极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+4OH-2e Zn(OH)?,多孔钯纳米片为正极，酸性条件下二 氧化碳在正极得到电子发生还原反应生成甲酸， 电极反应式为CO2+2H++2e一HCOOH;充 电时，与直流电源负极相连的锌电极为阴极，四羟 基合锌离子在阴极得到电子发生还原反应生成锌 和氢氧根离子，多孔钯纳米片为阳极，碱性条件下 甲酸在阳极失去电子发生氧化反应生成二氧化碳 和水。(1)甲酸分子中单键为。键，双键中含有1 个。键和1个π键，所以分子中。键和π键的数 目之比为4：1，故答案为：4：1：(2)由图可知，充 电时复合膜中氢氧根离子移向多孔钯纳米片极， 由解析可知，放电时，多孔钯纳米片为正极，酸性 条件下二氧化碳在正极得到电子发生还原反应生 成甲酸，电极反应式为CO,十2H+十2e HCOOH,故答案为：OH;CO2+2H++2e HCOOH;(3)由解析可知，放电时，锌电极为原电 池的负极，故错误；由解析可知，充电时多孔钯纳 米片为阳极，碱性条件下甲酸在阳极失去电子发 生氧化反应生成二氧化碳和水，故错误；由化学式 可知，Na2[Zn(OH):]中存在离子键、极性共价键 -218 和配位键，故错误；溶液中的四羟基合锌离子能与 硫酸溶液中的氢离子反应生成锌离子和水，故 正确。 答案：(1)4：1 (2)OH CO,+2H*+2e-HCOOH (3)D 17.解析：由图可知，通入甲烷的电极发生还原反应为 原电池的负极，通入氧气的电极为正极，则乙池和 丙池为电解池，注意其中丙池中的铁电极为活泼 电极，以此解题。(1)ag乙炔燃烧放出热量bkJ, 则1mol乙炔燃烧放出热量一2bkJ,故表示乙炔 燃烧热的热化学方程式为：C,H,(g)十号0，(g) -2CO2(g)+H2O(1)△H=-2bkJ·mo11; (2)①通入甲烷的电极，甲烷失去电子发生氧化反 应，故此电极为负极，电极反应式为：CH十 10OH-8eCO号+7H2O:②丙池中是铁做 阳极的电解氯化钠溶液的反应，铁在阳极失去电 子，水电离的氢离子在铂电极得到电子生成氢气， 同时注意阳极生成的二价铁会和氢氧根离子反应 生成氢氧化亚铁，总反应方程式为：Fe十2H,O 道电Fe(OH),十H2个；③体积为2240ml.(标况) 的甲烷其物质的量为0.1mol,每个燃料电池消耗 0.05mol甲烷，共失去电子0.4mol,则乙池中某 电极上析出Ag也为0.4mol,其质量为43.2g; (3)①由图可知，氢气在N电极失去电子，发生还 原反应，则N电极为负极，电极反应为：H2十 2OH-2e—2H2O;②通过①问解析可知，M 为正极，通过图示可知，原料室中的钠离子向左移 动，b极附近的氢离子向左移动，则a电极为阴 极，b电极为阳极，则M应该与b电极连接；同时 1、3为阳膜；③在产品室中应该是原料室中的 B(OH),向右进入产品室，和b极区进入产品室 中的氢离子反应生成产品HBO3,相应的离子反 应为：B(OH):+H+—HBO,+H2O。 答案：1)C,H,(g)+号0，(g)—2C0,(g)+H,0 (I)△H=-2bkJ·mol厂1 (2)1CH+100H-8e-CO+7H2O ②Fe+2H,0通电Fe(OH),十H,↑③43.2 (3)①H2+2OH-2e-2H2O②b1、3 3B(OH)+HT-H,BO3+H,O 专题14电解原理、金属腐蚀和保护 1.D2.C3.B4.B5.B6.D7.C8.B 9.B10.C11.B12.D13.C 14.解析：(1)该装置为电解池，CO2→CO,碳元素化 合价降低，发生还原反应，则通入CO2气体的一