【2021-2022学年】高中化学选修4 新人教版 4.1原电池 课后培优练（含解析）

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选修4第四章第一节原电池同步练习
第I卷（选择题）
一、单选题
1．原电池是（ ）
A．把光能转化为化学能 B．把化学能转化为光能
C．把热能转化为电能 D．把化学能转化为电能
2．理论上不能设计为原电池的化学反应是（ ）
A．CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(l) B．HNO3(aq)+NaOH(aq)=NaNO3(aq)+H2O(l)
C．2H2(g)+O2(g)=2H2O(l) D．2FeCl3(aq)+Fe(s)= 3FeCl2(aq)
3．某原电池总反应离子方程式为：2Fe3＋＋Fe=3Fe2＋，不能实现该反应的原电池是（ ）
A．正极为Ag，负极为Fe，电解质溶液为Fe2(SO4)3溶液
B．正极为Ag，负极为Fe，电解质溶液为CuSO4溶液
C．正极为Cu，负极为Fe，电解质溶液为FeCl3溶液
D．正极为C，负极为Fe，电解质溶液为FeCl3溶液
4．等质量的两份锌粉a、b分别加入到两份体积相同、物质的量浓度相同且过量的稀硫酸中，同时向a中加入少量的CuSO4溶液，下列各图为产生H2的体积V(L)与时间t(min)的关系，其中正确的是（ ）
A． B．C． D．
5．科学家利用氨硼烷设计成原电池装置如下图所示，该电池在常温下即可工作，总反应为NH3·BH3+3H2O2=NH4BO2+4H2O。下列说法正确的是（ ）
A．该装置将电能转化为化学能
B．b室为该原电池的负极区
C．a室发生的电极反应式为NH3·BH3+2H2O-6e-=NH+BO+6H+
D．放电过程中，H+通过质子交换膜由b室移向a室
6．在某些生物体内存在着如下图所示的转化关系。
下列说法正确的是（ ）
A．若设计为原电池，反应①在负极发生，反应②③在正极发生
B．上述箭头所示的过程都属于氧化还原反应
C．反应③、④过程中均生成1mol时，转移电子的数目可能相同
D．与中N元素的化合价相同
7．某微生物电池在运行时可同时实现净化有机物污水、净化含废水(pH约为6)和淡化食盐水，其装置如图所示。图中D和E为阳离子交换膜或阴离子交换膜，Z为待淡化食盐水。已知完全沉淀时的pH为5.6，下列说法错误的是（ ）
A．E为阴离子交换膜
B．X为有机物污水，Y为含废水
C．理论上处理的同时可脱除6 mol的NaCl
D．正极的电极反应为
8．X、Y、Z、W四块金属板分别作电极用导线两两相连浸入稀硫酸中构成原电池。X、Y作电极时，X为负极；Z、W作电极时，电流方向是W→Z；X、Z作电极时，Z极上产生大量气泡；W、Y作电极时，W极发生氧化反应。据此判断这四种金属的活动性顺序为（ ）
A．X>Z>W>Y B．Z>X>Y>W C．X>Y>Z>W D．Y>W>Z>X
9．肼(N2H4)－空气燃料电池是一种环保型碱性燃料电池，电解质溶液是20%～30%的KOH溶液。电池总反应为：N2H4＋O2=N2＋2H2O。下列关于该燃料电池工作时的说法正确的是（ ）
A．负极的电极反应式是：N2H4＋4OH－－4e-=4H2O＋N2↑
B．正极的电极反应式是：O2＋4H＋＋4e-=2H2O
C．溶液中阴离子向正极移动
D．溶液中阴离子物质的量显著减少
10．镁燃料电池以镁合金作为电池的一极，向另一极加入，电解质溶液是酸化的NaCl溶液，放电时的总反应为，下列关于该电池的说法正确的是（ ）
A．放电时在正极得电子 B．正极的电极反应视为
C．镁合金为电源负极，发生氧化反应 D．放电时正极附近溶液的酸性增强
11．微生物燃料电池可以净化废水，同时还能获得能源或有价值的化学产品，图1为其工作原理，图2为废水中浓度与去除率的关系。下列说法不正确的是（ ）
A．M为电池负极，被氧化
B．该电池工作时，M极的电极反应式为
C．当M极产生气体(标准状况)时，有4 mol电子从N极进入溶液
D．浓度较大时，可能会造成还原菌失去活性
12．含氯苯的废水可通过加入适量乙酸钠设计成微生物电池，该微生物电池可将氯苯转化为苯而除去，其原理如图所示。下列说法不正确的是（ ）
A．交换膜为阳离子交换膜
B．N极的电极反应式：
C．处理后的废水变大
D．M极为正极，发生还原反应
13．十九大报告中提出要“打赢蓝天保卫战”，意味着对污染防治比过去要求更高。某种利用垃圾渗透液实现发电、环保二位一体结合的装置示意图如下，当该装置工作时，下列说法正确的是（ ）
A．盐桥中Cl-向Y极移动
B．电路中流过7.5 mol电子时，共产生标准状况下N2的体积为16.8L
C．电流由X极沿导线流向Y极
D．Y极发生的反应为2NO3-＋10e-＋6H2O=N2↑＋12OH-，周围pH增大
14．随着各地“限牌”政策的推出，电动汽车成为汽车界的“新宠”。某全电动汽车使用的是钴酸锂()电池，其工作原理如图所示。其中A极材料是金属锂和碳的复合材料(碳作金属锂的载体)，电解质为一种能传导的高分子材料，隔膜只允许特定的离子通过，电池反应式为。下列说法中不正确的是（ ）
A．该隔膜只允许通过，放电时从左边流向右边
B．放电时，正极锂元素的化合价未发生改变
C．B极放电时的电极反应式为
D．废旧钴酸锂()电池进行“放电处理”，让进入石墨中而有利于回收
15．南京工业大学IAM团队将蚕茧炭化形成氮掺杂的高导电炭材料，该材料作为微生物燃料电池的电极具有较好的生物相容性，提升了电子传递效率。利用该材料制备的微生物电池可降解污水中的有机物(CH3CHO为例)，其装置原理如图所示。下列判断错误的是（ ）
A．该微生物电池在处理废水时还能输出电能
B．该微生物电池工作时，电流由b极经负载流到a极
C．该微生物电池原理图中的离子交换膜为阴离子交换膜
D．该微生物电池的负极反应为
16．美国纽约州的工科大学——伦斯勒理工学院(RPI)宣布开发出了由纤维素和碳纳米管组成的双层电容器。这些元件的厚度仅为数十微米，相当于人头发的粗细，能够和纸一样弯曲。RPI的研究人员认为，“未来能够利用卷对卷印刷技术制造电池”。一种碳纳米管(里面储存有H2)二次电池的装置如图所示。该电池的电解质溶液为6 mol·L-1的KOH溶液，下列有关说法不正确的是（ ）
A．储存H2的碳纳米管作电池的负极
B．电池的负极反应式为H2＋2OH－－2e-=2H2O
C．电池的正极反应式为NiOOH＋H2O＋e-=Ni(OH)2＋OH-
D．放电时，电池总反应为2H2＋O2=2H2O
17．CO2辅助的Na—CO2电池工作原理如下图所示。该电池电容量大，能有效利用CO2，电池的总反应为。下列有关说法不正确的是（ ）
A．电路中每转移4mol电子，理论上要消耗67.2LCO2(标状)
B．放电时，正极反应为：
C．该电池可用硫酸溶液代替含NaClO4的有机溶液
D．放电时，ClO向b极移动
18．环境监测时，可通过传感器对空气中的含量进行监测，其工作原理如图甲所示；对空气中臭氧层的破坏过程如图乙所示，则下列有关说法错误的是（ ）
A．电极的电极反应式：
B．图甲中当有 参与反应时，转移了
C．图乙中在破坏臭氧层过程中起催化作用
D．把通入水中，发生反应的离子方程式为
19．工业生产中的二氧化碳过度排放加剧了地球的温室效应，某科技工作团队研究利用电化学将其转化为作为燃料再利用，转化的基本原理如图所示。
下列说法正确的是（ ）
A．M为电池负极，电池工作一段时间，M极附近溶液pH不变
B．N为电池正极，电极反应式为
C．穿过“交换膜”的箭头表示的是溶液中质子的移动方向
D．电路中转移电子时，极电解质溶液增重
20．微生物燃料电池是指在微生物的作用下将化学能转化为电能的装置。某微生物燃料电池的工作原理如图所示，下列说法正确的是（ ）
A．HS-转化为的反应为HS-+4H2O-8e-=+9H+
B．电极b是该电池的正极，发生氧化反应
C．电子从电极b流出，经外电路流向电极a
D．若外电路中有0.4mol电子发生转移，则有0.5molH+通过质子交换膜
第II卷（非选择题）
二、填空题
21．碳的化合物在生产、生活中有着重要的作用。
(1)已知：2CO(g)+O2(g)=2CO2(g)ΔH1=-566kJ mol-1
H2O(g)+CO(g)=H2(g)+CO2(g)ΔH2=-41kJ mol-1
CO(g)+2H2(g)=CH3OH(g)ΔH3=-107kJ mol-1
则2CH3OH(g)+3O2(g)=2CO2(g)+4H2O(g)ΔH=___kJ mol-1。
(2)T℃时，向容积为2L的密闭容器中通入2.0molCO和6.0molH2发生反应：CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)ΔH3=-107kJ mol-1。5分钟时反应达到平衡，CO的转化率为50%，回答下列问题：
①在0~5min内容器中v(CH3OH)= _______。
②该反应能_______自发进行(填“高温”或“低温”)。
③下列各项指标能表明容器中的反应已达平衡状态的是______(填标号)。
a．体系内的密度不变
b．气体的平均相对分子质量不变
c．H2(g)的物质的量不变
d．v正(CO)=2v逆(H2)
④该温度下上述反应的平衡常数K=_______；
⑤若达平衡后，再将CO、H2、CH3OH各充入1.0mol，平衡向___________(填“正反应方向”、“逆反应方向”或“不”)移动。
(3)2019年《Science》杂志报道了制取H2O2的绿色方法。
①X膜为选择性_______离子交换膜(填“阴”、“阳”)。
②每生成1molH2O2电极上流过_______mole-。
③用该电池电解一定浓度Cu元素的硫酸盐溶液(电解池电极为惰性电极)，写出阴极可能的电极反应式：_______________________________。
22．将H2S转化为可再利用的资源是能源研究领域的重要课题。
(1)H2S的转化
Ⅰ 克劳斯法
Ⅱ 铁盐氧化法
Ⅲ 光分解法
反应Ⅰ的化学方程式是_______________________________。
②反应Ⅱ：______________＋_______＋_______(将反应补充完整)
(2)反应Ⅲ硫的产率低，反应Ⅱ的原子利用率低。我国科研人员设想将两个反应耦合，实现由H2S高效产生S和H2，电子转移过程如图。
过程甲、乙中，氧化剂分别是___________、___________。
(3)按照设计，科研人员研究如下。
①首先研究过程乙是否可行，装置如图。经检验，极区产生了Fe3+，极产生了H2，极区产生Fe3+的可能原因：
ⅰ．
ⅱ．，_______________________(写离子方程式)。
经确认，ⅰ是产生Fe3+的原因。过程乙可行。
②光照产生Fe3+后，向n极区注入H2S溶液，有S生成，持续产生电流，p极产生H2。为研究S产生的原因，可以采用的操作是_______________________。经确认，S是由Fe3+氧化H2S所得，H2S不能直接放电。过程甲可行。
(4)综上，反应Ⅱ，Ⅲ能耦合，同时能高效产生H2和S，其工作原理如图。
进一步研究发现，除了Fe3+/ Fe2+外，/I-也能实现如图所示循环过程。请说明能够使S源源不断产生的原因：___________________________________。
23．某研究性学习小组根据反应设计如图原电池，其中甲、乙两烧杯中各物质的物质的量浓度均为，溶液的体积均为200mL，盐桥中装有饱和溶液。
回答下列问题：
（1）此原电池的负极是石墨_________(填“a”或“b”)，电池工作时，盐桥中的移向_________(填“甲”或“乙”)烧杯。
（2）正极反应式为：_______________________。
（3）若不考虑溶液的体积变化，浓度变为，则反应中转移的电子为_______mol。
24．我国科学家最近发明了一种电池，电解质为、和KOH，由a和b两种离子交换膜隔开，形成A、B、C三个电解质溶液区域，结构示意图如下：
回答下列问题：
(1)电池中，Zn为_______极，B区域的电解质为_______(填“”“”或“KOH”)。
(2)电池反应的离子方程式为___________________________。
(3)阳离子交换膜为图中的_______(填“a”或“b”)膜。
25．某校化学研究性学习小组欲设计实验验证Zn、Fe、Cu的金属活动性，他们提出了以下两种方案。请你帮助他们完成有关实验项目：
(1)用三种金属与盐酸反应的现象来判断，实验中除选择大小相同的金属片外，还需要控制___________、___________相同。
(2)某小组同学采用Zn、Fe作为电极，只用一个原电池证明三种金属的活动性，则电解质溶液最好选用___________。
A．0.5mol/L盐酸 B．0.5mol/L氯化亚铁和0.5mol/L氯化铜混合溶液
C．0.5mol/L氯化铜溶液 D．0.5mol/L氯化亚铁溶液
(3) SO2空气质子交换膜燃料电池可以利用大气所含SO2快速启动，其装置如下图：
①质子向___________极迁移(填“M”或“N”)。
②负极的电极反应式为___________________，每转移4 mol e-消耗的___________L(标况下)SO2。
参考答案
1．D
解析：
原电池是把化学能转化为电能的装置，故答案选D。
2．B
解析：
A．CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(l)为氧化还原反应，可以设计成原电池；
B．HNO3(aq)+NaOH(aq)=NaNO3(aq)+H2O(l)不是氧化还原反应，不能设计成原电池；
C．2H2(g)+O2(g)=2H2O(l)是氧化还原反应，可以设计成原电池；
D．2FeCl3(aq)+Fe(s)= 3FeCl2(aq) 是氧化还原反应，可以设计成原电池；
所以符合题意的为B；
答案选B。
3．B
解析：
A．根据原电池工作原理可知，活泼金属做负极，发生氧化反应，正极发生还原反应。正极为Ag，负极为Fe，电解质溶液为Fe2(SO4)3溶液的原电池总反应为：2Fe3＋＋Fe=3Fe2＋，故A正确；
B．根据原电池工作原理可知，活泼金属做负极，发生氧化反应，正极发生还原反应。正极为Ag，负极为Fe，电解质溶液为CuSO4溶液的原电池总反应为：Fe+Cu2+=Fe2++Cu，故B错误；
C．根据原电池工作原理可知，活泼金属做负极，发生氧化反应，正极发生还原反应。正极为Cu，负极为Fe，电解质溶液为FeCl3溶液的原电池总反应为：2Fe3＋＋Fe=3Fe2＋，故C正确；
D．根据原电池工作原理可知，活泼金属做负极，发生氧化反应，正极发生还原反应。铁的活泼性强做负极，C为非金属做正极，电解质溶液为FeCl3溶液的原电池总反应为：2Fe3＋＋Fe=3Fe2＋，故D正确；
故选B。
4．A
解析：
a、b中的Zn的质量相同，稀硫酸是过量的，所以Zn无剩余；又a中加入硫酸铜溶液，与Zn反应生成Cu和硫酸锌，消耗Zn，使Zn与稀硫酸反应产生的氢气的体积减少，同时形成铜、锌原电池使反应速率加快，所以a曲线先反应完全，所需时间较少，但生成的氢气的体积少于b。
答案选A。
5．C
解析：
该装置为原电池装置，化学能转化为电能，a室氨硼烷失电子为负极区，b室双氧水得电子为正极区。
A．该装置为原电池化学能转化为电能，A错误；
B．根据总反应可知H2O2被还原，所以b室发生的是还原反应，为原电池的正极区，B错误；
C．根据总反应可知电池放电时NH3·BH3被氧化得到NH和BO，结合电子守恒和元素守恒可得电极反应式为NH3·BH3＋2H2O-6e-=NH＋BO＋6H＋，C正确；
D．原电池中阳离子由负极区流向正极区，即H＋通过质子交换膜由a室移向b室，D错误；
综上所述答案为C。
6．A
解析：
A．反应①N的化合价由变为，发生氧化反应，在负极发生，反应②③为还原反应，在正极发生，A项正确；
B．反应⑥中，N元素化合价没有变化，不属于氧化还原反应，B项错误；
C．根据化合价变化，反应③、④两个过程均得到1mol时，转移电子的数目不可能相同，C项错误；
D．中N元素为价，中N元素为价，D项错误；
故选：A。
7．A
解析：
A．由装置图中电子的移动方向可知，该原电池中碳布为正极，放电时阳离子移向正极，阴离子移向负极，为淡化食盐水，则移向C室，移向A室，所以E为阳离子交换膜，A项错误；
B．该原电池中碳布为正极，在正极得电子发生还原反应，有机物在负极失电子发生氧化反应，所以X为有机物污水，Y为含废水，B项正确；
C．该原电池正极得电子，发生还原反应，则正极的电极反应为，则理论上处理-的同时转移6 mol电子，即有、分别定向移动，即可脱除6 mol NaCl，C、D项正确。
故选A。
8．A
解析：
由X、Y作电极时，x为负极可知，金属的活动性为X>Y；由Z、W作电极时，电流方向是W→Z可知，Z为原电池的负极，金属的活动性为Z>W；由X、Z作电极时，Z极上产生大量气泡可知，在Z极上得电子，X为原电池的负极，金属的活动性为X>Z；由W、Y作电极时，W极发生氧化反应可知，W极失电子，为原电池的负极，金属的活动性W>Y，则四种金属的活动性顺序为X>Z>W>Y，故选A。
9．A
解析：
A．由电池总反应：N2H4＋O2=N2＋2H2O可知：在反应中N2H4中N元素由-2价变为反应后N2中的0价，化合价升高，失电子，发生氧化反应，所以通入N2H4的电极为负极，负极反应式为：N2H4＋4OH－－4e-=4H2O＋N2↑，A正确；
B．通入O2的电极为正极，在正极上O2得电子发生还原反应，由于电解质溶液为碱性，不能大量存在H+，则正极的电极反应式为：O2+4e-+2H2O=4OH-，B错误；
C．根据同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引，所以负极失电子带正电，使溶液中阴离子向负极移动，C错误；
D．根据总反应式可知：溶液中n(OH-)不变，但由于反应产生水起稀释作用，导致c(OH-)降低，D错误；
故合理选项是A。
10．C
解析：
A．由总反应可知，放电时，在正极得电子生成，A项错误；
B．在正极得电子生成，电极反应式为，B错误；
C．由总反应可知，镁合金中的Mg失电子，为电源负极，发生氧化反应，C项正确；
D．放电时正极消耗，正极附近溶液的酸性降低，D项错误。
故选C。
11．C
解析：
A．根据图示，电子由M极流向N极，说明M为电池负极，负极发生氧化反应，A正确；
B．负极电极反应为可知，B正确；
C．M极产生气体(标准状况)时，有4 mol电子从M极流向N极，但电子不进入溶液，C错误；
D．由图2可知当浓度为时，去除率为0，因为其有强氧化性和毒性，使还原菌的蛋白质变性而失去活性，D正确；
故选C。
12．C
解析：
A．M为正极，正极发生得电子的还原反应，电极反应为：，需要消耗氢离子，故交换膜为阳离子交换膜，或质子交换膜，故A正确；
B．N极为负极，电极反应式：，故B正确；
C．示意图可知，质子从N极移向M极；由电极方程式可知当转移8 mol电子时，正极消耗4 mol H+，负极生成7molH+，则处理后的废水的pH降低，故C错误；
D．M为正极，正极发生得电子的还原反应，故D正确；
故答案为C。
13．D
解析：
由图示可知，X极氨气失电子发生氧化反应生成氮气，X是负极；Y电极NO3-得电子发生还原反应生成氮气，Y是正极。
A．处理垃圾渗滤液的装置属于原电池装置，溶液中的阴离子移向负极，所以氯离子向X 极移动，故A错误；
B．电池总反应为：5NH3+3 NO=4N2+6H2O+3OH-，该反应转移了15个电子，即转移15个电子生成4个氮气，故电路中流过7.5 mol电子时，产生2mol氮气，标准状况下N2的体积为44.8L，故B错误；
C．电流由正极流向负极，即电流由Y极沿导线流向X 极，故C错误；
D．Y是正极，NO3-得电子发生还原反应生成氮气，2NO＋10e-＋6H2O=N2↑＋12OH-，周围pH 增大，故D正确；
选D。
14．D
解析：
A．A极材料是金属锂和碳的复合材料，放电时A极为负极，电解质为一种能传导的高分子材料，隔膜只允许特定的离子通过，所以该隔膜只允许通过，放电时阳离子移向正极，则从隔膜左边流向右边，故A正确；
B．放电时，正极锂元素的化合价未发生改变，钴元素化合价降低，故B正确；
C．放电时B极为正极，该电极放电时的电极反应式为，故C正确；
D．根据电池反应式可知，充电时让进入石墨中而有利于回收，故D错误；
故答案：D。
15．C
解析：
A．该微生物电池在处理废水时，将化学能转化为电能，能输出电能，故A正确 ；
B．根据装置图分析，a电极为原电池的负极，b电极为正极，该微生物电池工作时，电子由负极a极经负载流到正极b极，电流的流向与电子的流向相反，电流由b极经负载流到a极，故B正确；
C．由装置图可知，负极上乙醛放电生成的氢离子经离子交换膜流向正极，离子交换膜为质子交换膜，故C错误；
D．微生物电池中，a电极为电池的负极，酸性条件下乙醛在负极失去电子发生氧化反应生成二氧化碳，电极反应式为，故D正确。
故答案：C。
16．D
解析：
A．在该二次电池中当作原电池放电时，H2在负极上失去电子被氧化，所以储存H2的碳纳米管作电池的负极，A正确；
B．燃料电池在放电时为原电池，起到电源作用，在碱性介质中H2失去电子产生的H+与溶液中的OH-结合生成水，故电池的负极反应式为：H2＋2OH－－2e-=2H2O，B正确；
C．由图示可知，正极上NiOOH得到电子被还原为Ni(OH)2，则电池的正极反应式为：NiOOH＋H2O＋e-=Ni(OH)2＋OH-，C正确；
D．该电池放电时，负极反应式为：H2＋2OH－－2e-=2H2O，正极反应式为：NiOOH＋H2O＋e-=Ni(OH)2＋OH-，由于在同一闭合电路中电子转移数目相等，所以将正极反应式的计量数扩大2倍与负极电极反应式相加即得总反应为：2NiOOH＋H2=2Ni(OH)2，D错误；
故合理选项是D。
17．C
解析：
由图可知，Na为负极，电极反应为Na-e-=Na+，多孔镍电极为正极，电极反应为。
A．根据分析，正极反应为，每转移4mol电子，消耗CO23mol，标况下的体积为3mol×22.4L/mol=67.2L，A正确；
B．放电时，正极的CO2得电子，根据分析，正极反应为，B正确；
C．该电池的负极为金属Na，Na与硫酸溶液反应，因此不能用硫酸溶液代替含NaClO4的有机溶液，C错误；
D．原电池中，阴离子向负极移动，b为负极，因此ClO向b极移动，D正确；
故选C。
18．B
解析：
由甲图可知，传感器中Pt电极为原电池的正极，氧气在正极得到电子发生还原反应生成氧离子，电极反应式为O2+4e—=2O2—，NiO电极为负极，一氧化氮在氧离子作用下失去电子发生氧化反应生成二氧化氮，电极反应式为NO+O2——2e—=NO2；由图乙可知，反应1为一氧化氮与臭氧反应生成二氧化氮和氧气，反应的方程式为NO+O3=NO2+O2，反应2为二氧化氮与原子态氧反应生成一氧化氮和氧气，反应的方程式为NO2+O=NO+O2，反应的总反应方程式为O+O32O2，反应中一氧化氮做反应的催化剂。
A．由分析可知，NiO电极为负极，一氧化氮在氧离子作用下失去电子发生氧化反应生成二氧化氮，电极反应式为NO+O2——2e—=NO2，故A正确；
B．缺标准状况下，无法计算2.24L氧气的物质的量和转移电子的物质的量，故B错误；
C．由分析可知，一氧化氮在破坏臭氧层过程中起催化作用，使臭氧与原子态氧反应生成氧气，故C正确；
D．二氧化氮通入水中发生的反应为二氧化氮与水反应生成硝酸和一氧化氮，反应的离子方程式为，故D正确；
故选B。
19．C
解析：
A．根据图示，M极上水失电子放出氧气，M电极发生氧化反应，M为电池负极，负极反应式是，电池工作一段时间，M极附近溶液pH降低，故A错误；
B．根据图示，N极上二氧化碳得电子生成一氧化碳，N电极发生还原反应，N为电池正极，电极反应式为，故B错误；
C．原电池中阳离子向正极移动，N是正极，穿过“交换膜”的箭头表示的是溶液中质子的移动方向，故C正确；
D．根据，电路中转移电子时，极生成0.5mol水，电解质溶液增重，故D错误；
选C。
20．A
解析：
由图可以知道硫酸盐还原菌可以将有机物氧化成二氧化碳，而硫氧化菌可以将硫氢根离子氧化成硫酸根离子，所以两种细菌存在，就会循环把有机物氧化成CO2放出电子，负极上HS-硫氧化菌作用下转化为，失电子发生氧化反应，电极反应式是：HS-+4H2O-8e-=+9H+；正极上是氧气得电子的还原反应:4H++O2+4e-=2H2O。
A．负极上HS-在硫氧化菌作用下转化为，失电子发生氧化反应，电极反应式是HS-+4H2O-8e-=+9H+，故A正确；
B．电极b是该电池的正极，发生还原反应，故B错误；
C．b是电池的正极，a是负极，所以电子从a流出，经外电路流向b，故C错误；
D．根据电子守恒，若该电池有0.4mol电子转移，有0.4molH+通过质子交换膜，故D错误；
本题答案为A。
21．-1320 0.1mol L-1 min-1 低温 bc 0.25L2/mol2 正反应方向 阳 2 Cu2++2e-=Cu 2H++2e-=H2↑
解析：
(1)把反应标号：①2CO(g)+O2(g)=2CO2(g) ②H2O(g)+CO(g)=H2(g)+CO2(g) ③CO(g)+2H2(g)=CH3OH(g)，将3×①-4×②-2×③，可得到反应2CH3OH(g)+3O2(g)=2CO2(g)+4H2O(g)，其ΔH=3ΔH1-4ΔH2-2ΔH3=3×(-566kJ mol-1)-4×(-41kJ mol-1)-2×(-107kJ mol-1)=-1320 kJ mol-1。
(2)T℃时，向容积为2L的密闭容器中通入2.0molCO和6.0molH2发生反应：CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)，起始时CO的物质的量浓度为1.0mol/L，H2的物质的量浓度为3.0mol/L。5分钟时反应达到平衡，CO的转化率为50%，则转化的CO的物质的量浓度为0.5mol/L，转化的H2的物质的量浓度为1.0mol/L。可列三段式：
①在0~5min内容器中v(CH3OH)== 0.1mol L-1 min-1。
②该反应的ΔH＜0，ΔS＜0，根据ΔG=ΔH-TΔS＜0，反应能自发进行，所以该反应低温能自发进行。
③a．密度等于体系内气体质量和容器体积的比值，根据质量守恒，体系内气体质量不变，同时容器体积也不变，所以体系内的密度不变，故当体系内的密度不变时不能说明反应达到了平衡状态，故a不选；
b．气体的平均相对分子质量等于气体总质量和总物质的量的比值。反应前后气体总质量不变，但总物质的量改变，所以未平衡时气体的平均相对分子质量是变化的，当气体的平均相对分子质量不变时，反应达到了平衡状态，故b选；
c．H2(g)的物质的量不变说明反应达到了平衡状态，故c选；
d．v正(CO)=2v逆(H2)不能表明反应达到了平衡，当2v正(CO)=v逆(H2)才能表明反应达到了平衡，故d不选；
故选bc。
④该温度下上述反应的平衡常数K===0.25L2/mol2。
⑤若达平衡后，再将CO、H2、CH3OH各充入1.0mol，此时CO、H2、CH3OH的物质的量分别为2.0mol、5.0mol、2.0mol，物质的量浓度分别为1.0mol/L、2.5mol/L、1.0mol/L，则Qc===0.16L2/mol2＜0.25L2/mol2，所以平衡向正反应方向移动。
(3)①用H2和O2制取H2O2，发生的反应为H2+O2=H2O2，反应中，H2在负极上失去电子生成H+，H+要穿过X膜与正极上产生的结合成H2O2，所以X膜为选择性阳离子交换膜。
②每生成1molH2O2，则有1molH2被氧化为H+，所以电极上流过2mole-。
③用该电池电解一定浓度Cu元素的硫酸盐溶液(电解池电极为惰性电极)，阴极上先是Cu2+放电生成铜，当Cu2+完全反应后，溶液中的H+放电生成H2，则可能的电极反应式为：Cu2++2e-=Cu和2H++2e-=H2↑。
22．2H2S+O2=2S+2H2O 22Fe3++H2S=2Fe2++S↓+2H+ Fe3+ H+ 4Fe2++O2+4H+=4Fe3++2H2O 将FeSO4溶液换成H2S溶液 I-在电极上放电：3I- -2e-=，在溶液中氧化H2S：+H2S=3I-+S+2H+，和I-循环反应
解析：
(1)在反应I中H2S与O2反应产生S和H2O，反应方程式为2H2S+O2=2S+2H2O；
②在反应Ⅱ中，Fe3+得到电子变为Fe2+，化合价降低1价，H2S失去电子变为S单质，化合价升高2价，根据氧化还原反应中元素化合价升降总数相等，可知Fe3+、Fe2+的系数是2，H2S、S单质系数是1，根据电荷守恒可知H+的系数是2，则配平后该反应方程式为2Fe3++H2S=2Fe2++S↓+2H+；
(2)在过程甲中，H2S失去电子变为2H+和S单质，Fe3+得到电子变为Fe2+，所以Fe3+为氧化剂，H2S为还原剂；在过程乙中，Fe2+失去电子变为Fe3+，H+得到电子变为H2，所以H+为氧化剂；
(3)①根据同一闭合回路中电子转移数目相等，将(i)×4-(ii)，整理可得总方程式：4Fe2++O2+4H+=4Fe3++2H2O；
②光照产生Fe3+后，向n极区注入H2S溶液，有S生成，持续产生电流，p极产生H2。为研究S产生的原因，可以采用的操作是将FeSO4溶液换成H2S溶液，经确认，S是由Fe3+氧化H2S所得，H2S不能直接放电，过程甲可行；
(4)根据上述反应原理进行分析：I-在电极上放电：3I- -2e-=，在溶液中氧化H2S：+H2S=3I-+S+2H+，和I-循环反应，使反应得以进行。
23．
（1） b 乙
（2）
（3）0.5
解析：
（1）由总反应方程式可知，石墨b是原电池的负极，硫酸亚铁在负极失去电子发生氧化反应生成硫酸铁，电池工作时，阴离子硫酸根离子向负极移动，即向乙烧杯移动，故答案为：b；
（2）由总反应方程式可知，石墨a是正极，酸性条件下，高锰酸根离子在正极得到电子发生还原反应生成锰离子，电极反应式为，故答案为：；
（3）由电极反应式可知，生成1mol锰离子，反应转移5mol电子，则溶液的体积未变，溶液中的浓度由变为时，转移电子的物质的量为(1.5mol/L—1mol/L) ×0.2L×5=0.5mol，故答案为：0.5。
24．负 a
解析：
(1)根据图示可知，Zn失去电子变成，与溶液中的结合形成，所以Zn电极为负极；A区域的电解质为KOH，B区域的电解质为，C区域的电解质为，故答案为：负；；
(2)负极的电极反应式为，正极的电极反应式为，总反应的离子方程式为，故答案为：；
(3)A区域中，发生反应变为，为了维持溶液呈电中性，多余的通过离子交换膜进入B区域，因此a膜为阳离子交换膜，故答案为：a。
25．盐酸的浓度 盐酸的温度 B N SO2-2e-+2H2O=SO+4H+或2SO2-4e-+4H2O=2SO+8H+ 44.8
解析：
(1)用三种金属与盐酸反应的现象来判断，实验中除选择大小相同的金属片外，还需要控制盐酸的浓度、温度相同；故答案为：盐酸的浓度；盐酸的温度；
(2)Zn、Fe作为电极，只用一个原电池证明三种金属的活动性，Zn作负极，可知金属性Zn大于Fe，且由金属阳离子的得电子能力比较，选C时铜离子先得到电子，然后亚铁离子得电子，由此可确定金属的活泼性，故答案为：B；
(3)①原电池中二氧化硫失去电子，氧气得到电子，因此M电极是负极，N电极是正极，原电池中阳离子向正极移动，则质子向N极迁移。
②负极是二氧化硫发生失去电子的氧化反应，电极反应式为SO2-2e-+2H2O=SO+4H+，每转移4 mol e-消耗2molSO2，在标况下的体积是2mol×22.4L/mol＝44.8L。
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