2019年高考化学真题分类汇编专题05：原电池、电解池、燃料电池
一、单选题
1．（2019·全国Ⅲ卷）为提升电池循环效率和稳定性，科学家近期利用三维多孔海绵状Zn（3D Zn）可以高效沉积ZnO的特点，设计了采用强碱性电解质的3D Zn—NiOOH二次电池，结构如下图所示。电池反应为Zn(s)+2NiOOH(s)+H2O(l) ZnO(s)+2Ni(OH)2(s)。下列说法错误的是（ ）
A．三维多孔海绵状Zn具有较高的表面积，所沉积的ZnO分散度高
B．充电时阳极反应为Ni(OH)2(s)+OH (aq) e =NiOOH(s)+H2O(l)
C．放电时负极反应为Zn(s)+2OH (aq) 2e =ZnO(s)+H2O(l)
D．放电过程中OH 通过隔膜从负极区移向正极区
【答案】D
【知识点】原电池工作原理及应用；电解池工作原理及应用
【解析】【解答】A、三维多孔海绵状Zn的相对表面积较大，反应后生成的ZnO分散度高，选项正确，A不符合题意；
B、由分析可知，充电时的阳极反应式为：2Ni(OH)2+2OH--2e-=2NiOOH+2H2O，选项正确，B不符合题意；
C、由分析可知，放电时的负极反应式为：Zn-2e-+2OH-=ZnO+H2O，选项正确，C不符合题意；
D、放电过程为原电池装置，在原电池中，阴离子向负极移动，因此OH-通过隔膜从正极区移向负极区，选项错误，D符合题意；
故答案为：D
【分析】二次电池放电过程为原电池装置，负极发生失电子的氧化反应，其电极反应式为：Zn-2e-+2OH-=ZnO+H2O；正极发生得电子的还原反应，其电极反应式为：2NiOOH+2e-+2H2O=2Ni(OH)2+2OH-；充电过程为电解池装置，阳极发生失电子的氧化反应，其电极反应式为：2Ni(OH)2+2OH--2e-=2NiOOH+2H2O；阴极发生得电子的还原反应，其电极反应式为：ZnO+H2O+2e-=Zn+2OH-；据此结合选项进行分析。
2．（2019·江苏）下列有关化学反应的叙述正确的是（ ）
A．Fe在稀硝酸中发生钝化
B．MnO2和稀盐酸反应制取Cl2
C．SO2与过量氨水反应生成(NH4)2SO3
D．室温下Na与空气中O2反应制取Na2O2
【答案】C
【知识点】氯气的实验室制法；硝酸的化学性质；二氧化硫的性质；钠的化学性质
【解析】【解答】A、常温下，浓硝酸能使铁钝化，稀硝酸不能使铁钝化，A不符合题意；
B、实验室制取Cl2所用的试剂为MnO2和浓盐酸，MnO2与稀盐酸不反应，B不符合题意；
C、氨水过量，则SO2反应，反应生成(NH4)2SO3，C符合题意；
D、室温下，Na与空气中的O2反应生成Na2O，在加热条件下， 反应生成Na2O2，D不符合题意；
故答案为：C
【分析】A、常温下，浓硝酸能使铁钝化；
B、根据实验室制取Cl2的原理分析；
C、氨水过量，则SO2少量，反应生成SO32-；
D、室温下， Na与O2反应生成Na2O；
3．（2019·江苏）将铁粉和活性炭的混合物用NaCl溶液湿润后，置于如图所示装置中，进行铁的电化学腐蚀实验。下列有关该实验的说法正确的是（ ）
A．铁被氧化的电极反应式为Fe 3e =Fe3+
B．铁腐蚀过程中化学能全部转化为电能
C．活性炭的存在会加速铁的腐蚀
D．以水代替NaCl溶液，铁不能发生吸氧腐蚀
【答案】C
【知识点】金属的电化学腐蚀与防护；铁的吸氧腐蚀
【解析】【解答】A、在该装置中，铁发生失电子的氧化反应，其电极反应式为Fe-2e-=Fe2+，A不符合题意；
B、铁腐蚀过程中，化学能部分转化为电能，部分转化为其他能量，B不符合题意；
C、活性炭的存在，形成了原电池，加快了铁的腐蚀速率，C符合题意；
D、铁腐蚀需要水和O2，将NaCl溶液改成水，铁也能发生吸氧腐蚀，D不符合题意；
故答案为：C
【分析】该装置中，铁发生吸氧腐蚀，其中铁做负极，发生失电子的氧化反应，其电极反应式为：Fe-2e-=Fe2+；碳做正极，发生得电子的还原反应，其电极反应式为：O2+4e-+2H2O=4OH-；据此结合选项进行分析。
4．（2019·全国Ⅰ卷）利用生物燃料电池原理研究室温下氨的合成，电池工作时MV2+/MV+在电极与酶之间传递电子，示意图如下所示。下列说法错误的是（ ）
A．相比现有工业合成氨，该方法条件温和，同时还可提供电能
B．阴极区，在氢化酶作用下发生反应H2+2MV2+=2H++2MV+
C．正极区，固氮酶为催化剂，N2发生还原反应生成NH3
D．电池工作时质子通过交换膜由负极区向正极区移动
【答案】B
【知识点】电解池工作原理及应用
【解析】【解答】A.工业合成氨条件是高温高压催化剂，此反应条件是室温下反应，故A答案正确，不符合题意。
B.根据原电池的知识判断，由于该电池是生物燃料电池属于原电池，原电池中电极是负极区的反应，而不是阴极的反应，故B错误，符合题意。
C.根据图像N2变为NH3,N的化合价降低，而 MV+ 中元素的化合价升高了所以是正极区，故C答案正确，不符合题意。
D.质子即氢离子，根据带正电荷判断应该向正极移动，故D正确，不符合题意。
故正确答案：B。
【分析】 此题结合图像及原电池知识进行判断，注意原电池中两级名称，及离子移动方向不因题目信息变化而变化。
5．（2019·天津）我国科学家研制了一种新型的高比能量锌-碘溴液流电池，其工作原理示意图如下。图中贮液器可储存电解质溶液，提高电池的容量。
A．放电时，a电极反应为
B．放电时，溶液中离子的数目增大
C．充电时，b电极每增重 ，溶液中有 被氧化
D．充电时，a电极接外电源负极
【答案】D
【知识点】氧化还原反应；电解池工作原理及应用
【解析】【解答】A、由分析可知，放电过程中，电极a的电极反应式为：I2Br-+2e-=2I-+Br-，选项正确，A不符合题意；
B、放电过程中，电极a上阴离子数增多，电极b上阳离子数增多，因此放电时，溶液中离子数目增大，选项正确，B不符合题意；
C、充电时，电极b上的电极反应式为：Zn2++2e-=Zn，b电极增重的质量为Zn的质量，当b电极增重0.65g（即0.01mol）时，电路中转移电子数为0.02mol，则由电极反应“2I-+Br--2e-=I2Br-”可知，被氧化的I-的物质的量为0.02mol，选项正确，C不符合题意；
D、由分析可知，充电时，电极a为阳极，因此a电极应与外电源的正极相连，选项错误，D符合题意；
故答案为：D
【分析】该电池工作过程为原电池装置，电极a为原电池的正极，其电极反应式为：I2Br-+2e-=2I-+Br-；电极b为原电池的负极，其电极反应式为：Zn-2e-=Zn2+；充电过程为电解池装置，电极a为阳极，其电极反应式为：2I-+Br--2e-=I2Br-；电极b为阴极，其电极反应式为：Zn2++2e-=Zn；据此结合选项进行分析。
二、综合题
6．（2019·北京）氢能源是最具有应用前景的能源之一，高纯氢的制备是目前的研究热点。
（1）甲烷水蒸气催化重整是制高纯氢的方法之一。
①反应器中初始反应的生成物为 和 ，其物质的量之比为4：1，甲烷和水蒸气反应的方程式是 。
②已知反应器中还存在如下反应：
i.
ii.
iii. ·
Ⅲ为积碳反应，利用 和 计算 时，还需要利用 反应的
③反应物投料比采用 ，大于初始反应的化学计量数之比，目的是 （选填字母序号）
ａ．促进 转化
ｂ．促进 转化为
ｃ．减少积碳生成
④用 可以去除 。 体积分数和 消耗率随时间变化关系如下图所示。
从 时开始， 体积分数显著降低，单位时间 消耗率 （填“升高”“降低”或“不变”）。此时 消耗率约为 ，但已失效，结合化学方程式解释原因： 。
（2）可利用太阳能光伏电池电解水制高纯氢，工作示意图如下。通过控制开关连接 或 ，可交替得到 和 。
①制 时，连接 。
产生 的电极方程式是 。
②改变开关连接方式，可得 。
③结合①和②中电极3的电极反应式，说明电极3的作用： 。
【答案】（1）CH4+2H2O4H2+CO2；C(s)+2H2O(g)= CO2(g)+2H2(g)或C(s)+ CO2(g)=2CO(g)；abc；降低；CaO+ CO2= CaCO3，CaCO3覆盖在CaO表面，减少了CO2与CaO的接触面积
（2）K1；2H2O+2e-=H2↑+2OH-；制H2时，电极3发生反应：Ni(OH)2+ OH--e-=NiOOH+H2O。制O2时，上述电极反应逆向进行，使电极3得以循环使用
【知识点】热化学方程式；盖斯定律及其应用；化学电源新型电池；化学平衡移动原理
【解析】【解答】（1）①甲烷和水蒸气在催化剂作用下发生的反应为：CH4+2H2O4H2+CO2；
②.根据三个反应方程式可知要想计算出△H3 ，应该再利用C(s)+2H2O(g)= CO2(g)+2H2(g)或C(s)+ CO2(g)=2CO(g)反应，因此答案为：C(s)+2H2O(g)= CO2(g)+2H2(g)或C(s)+ CO2(g)=2CO(g)；
③在反应刚开始投料比大于计量数之比的目的是促进甲烷和一氧化碳的转化以及减少固态碳的生成，因此答案为abc；
④根据图像可知：从 时开始， 体积分数显著降低，单位时间 消耗率降低，这是由于氧化钆和二氧化碳反应生成了碳酸钙，减少了二氧化碳和碳的接触面积，因此降低了反应的速率；
（2）①制氢气时，应该使电极1为阴极，电极反应为水得到电子生成氢气和氢氧根，因此答案为：2H2O+2e-=H2↑+2OH-；
③结合①和②可知，电极3的作用是：制H2时，电极3发生反应：Ni(OH)2+ OH--e-=NiOOH+H2O。制O2时，上述电极反应逆向进行，使电极3得以循环使用。
【分析】（1）根据盖斯定律可知，要么计算反应3的反应热，应该再增加一个反应，即：C(s)+2H2O(g)= CO2(g)+2H2(g)；
增大投料比的目的是促进甲烷和一氧化碳德转化以及减少固态碳的生成；
（2） 电解池的阳极失去电子，发生的是氧化反应，阴极得到电子，发生的是还原反应。
1 / 12019年高考化学真题分类汇编专题05：原电池、电解池、燃料电池
一、单选题
1．（2019·全国Ⅲ卷）为提升电池循环效率和稳定性，科学家近期利用三维多孔海绵状Zn（3D Zn）可以高效沉积ZnO的特点，设计了采用强碱性电解质的3D Zn—NiOOH二次电池，结构如下图所示。电池反应为Zn(s)+2NiOOH(s)+H2O(l) ZnO(s)+2Ni(OH)2(s)。下列说法错误的是（ ）
A．三维多孔海绵状Zn具有较高的表面积，所沉积的ZnO分散度高
B．充电时阳极反应为Ni(OH)2(s)+OH (aq) e =NiOOH(s)+H2O(l)
C．放电时负极反应为Zn(s)+2OH (aq) 2e =ZnO(s)+H2O(l)
D．放电过程中OH 通过隔膜从负极区移向正极区
2．（2019·江苏）下列有关化学反应的叙述正确的是（ ）
A．Fe在稀硝酸中发生钝化
B．MnO2和稀盐酸反应制取Cl2
C．SO2与过量氨水反应生成(NH4)2SO3
D．室温下Na与空气中O2反应制取Na2O2
3．（2019·江苏）将铁粉和活性炭的混合物用NaCl溶液湿润后，置于如图所示装置中，进行铁的电化学腐蚀实验。下列有关该实验的说法正确的是（ ）
A．铁被氧化的电极反应式为Fe 3e =Fe3+
B．铁腐蚀过程中化学能全部转化为电能
C．活性炭的存在会加速铁的腐蚀
D．以水代替NaCl溶液，铁不能发生吸氧腐蚀
4．（2019·全国Ⅰ卷）利用生物燃料电池原理研究室温下氨的合成，电池工作时MV2+/MV+在电极与酶之间传递电子，示意图如下所示。下列说法错误的是（ ）
A．相比现有工业合成氨，该方法条件温和，同时还可提供电能
B．阴极区，在氢化酶作用下发生反应H2+2MV2+=2H++2MV+
C．正极区，固氮酶为催化剂，N2发生还原反应生成NH3
D．电池工作时质子通过交换膜由负极区向正极区移动
5．（2019·天津）我国科学家研制了一种新型的高比能量锌-碘溴液流电池，其工作原理示意图如下。图中贮液器可储存电解质溶液，提高电池的容量。
A．放电时，a电极反应为
B．放电时，溶液中离子的数目增大
C．充电时，b电极每增重 ，溶液中有 被氧化
D．充电时，a电极接外电源负极
二、综合题
6．（2019·北京）氢能源是最具有应用前景的能源之一，高纯氢的制备是目前的研究热点。
（1）甲烷水蒸气催化重整是制高纯氢的方法之一。
①反应器中初始反应的生成物为 和 ，其物质的量之比为4：1，甲烷和水蒸气反应的方程式是 。
②已知反应器中还存在如下反应：
i.
ii.
iii. ·
Ⅲ为积碳反应，利用 和 计算 时，还需要利用 反应的
③反应物投料比采用 ，大于初始反应的化学计量数之比，目的是 （选填字母序号）
ａ．促进 转化
ｂ．促进 转化为
ｃ．减少积碳生成
④用 可以去除 。 体积分数和 消耗率随时间变化关系如下图所示。
从 时开始， 体积分数显著降低，单位时间 消耗率 （填“升高”“降低”或“不变”）。此时 消耗率约为 ，但已失效，结合化学方程式解释原因： 。
（2）可利用太阳能光伏电池电解水制高纯氢，工作示意图如下。通过控制开关连接 或 ，可交替得到 和 。
①制 时，连接 。
产生 的电极方程式是 。
②改变开关连接方式，可得 。
③结合①和②中电极3的电极反应式，说明电极3的作用： 。
答案解析部分
1．【答案】D
【知识点】原电池工作原理及应用；电解池工作原理及应用
【解析】【解答】A、三维多孔海绵状Zn的相对表面积较大，反应后生成的ZnO分散度高，选项正确，A不符合题意；
B、由分析可知，充电时的阳极反应式为：2Ni(OH)2+2OH--2e-=2NiOOH+2H2O，选项正确，B不符合题意；
C、由分析可知，放电时的负极反应式为：Zn-2e-+2OH-=ZnO+H2O，选项正确，C不符合题意；
D、放电过程为原电池装置，在原电池中，阴离子向负极移动，因此OH-通过隔膜从正极区移向负极区，选项错误，D符合题意；
故答案为：D
【分析】二次电池放电过程为原电池装置，负极发生失电子的氧化反应，其电极反应式为：Zn-2e-+2OH-=ZnO+H2O；正极发生得电子的还原反应，其电极反应式为：2NiOOH+2e-+2H2O=2Ni(OH)2+2OH-；充电过程为电解池装置，阳极发生失电子的氧化反应，其电极反应式为：2Ni(OH)2+2OH--2e-=2NiOOH+2H2O；阴极发生得电子的还原反应，其电极反应式为：ZnO+H2O+2e-=Zn+2OH-；据此结合选项进行分析。
2．【答案】C
【知识点】氯气的实验室制法；硝酸的化学性质；二氧化硫的性质；钠的化学性质
【解析】【解答】A、常温下，浓硝酸能使铁钝化，稀硝酸不能使铁钝化，A不符合题意；
B、实验室制取Cl2所用的试剂为MnO2和浓盐酸，MnO2与稀盐酸不反应，B不符合题意；
C、氨水过量，则SO2反应，反应生成(NH4)2SO3，C符合题意；
D、室温下，Na与空气中的O2反应生成Na2O，在加热条件下， 反应生成Na2O2，D不符合题意；
故答案为：C
【分析】A、常温下，浓硝酸能使铁钝化；
B、根据实验室制取Cl2的原理分析；
C、氨水过量，则SO2少量，反应生成SO32-；
D、室温下， Na与O2反应生成Na2O；
3．【答案】C
【知识点】金属的电化学腐蚀与防护；铁的吸氧腐蚀
【解析】【解答】A、在该装置中，铁发生失电子的氧化反应，其电极反应式为Fe-2e-=Fe2+，A不符合题意；
B、铁腐蚀过程中，化学能部分转化为电能，部分转化为其他能量，B不符合题意；
C、活性炭的存在，形成了原电池，加快了铁的腐蚀速率，C符合题意；
D、铁腐蚀需要水和O2，将NaCl溶液改成水，铁也能发生吸氧腐蚀，D不符合题意；
故答案为：C
【分析】该装置中，铁发生吸氧腐蚀，其中铁做负极，发生失电子的氧化反应，其电极反应式为：Fe-2e-=Fe2+；碳做正极，发生得电子的还原反应，其电极反应式为：O2+4e-+2H2O=4OH-；据此结合选项进行分析。
4．【答案】B
【知识点】电解池工作原理及应用
【解析】【解答】A.工业合成氨条件是高温高压催化剂，此反应条件是室温下反应，故A答案正确，不符合题意。
B.根据原电池的知识判断，由于该电池是生物燃料电池属于原电池，原电池中电极是负极区的反应，而不是阴极的反应，故B错误，符合题意。
C.根据图像N2变为NH3,N的化合价降低，而 MV+ 中元素的化合价升高了所以是正极区，故C答案正确，不符合题意。
D.质子即氢离子，根据带正电荷判断应该向正极移动，故D正确，不符合题意。
故正确答案：B。
【分析】 此题结合图像及原电池知识进行判断，注意原电池中两级名称，及离子移动方向不因题目信息变化而变化。
5．【答案】D
【知识点】氧化还原反应；电解池工作原理及应用
【解析】【解答】A、由分析可知，放电过程中，电极a的电极反应式为：I2Br-+2e-=2I-+Br-，选项正确，A不符合题意；
B、放电过程中，电极a上阴离子数增多，电极b上阳离子数增多，因此放电时，溶液中离子数目增大，选项正确，B不符合题意；
C、充电时，电极b上的电极反应式为：Zn2++2e-=Zn，b电极增重的质量为Zn的质量，当b电极增重0.65g（即0.01mol）时，电路中转移电子数为0.02mol，则由电极反应“2I-+Br--2e-=I2Br-”可知，被氧化的I-的物质的量为0.02mol，选项正确，C不符合题意；
D、由分析可知，充电时，电极a为阳极，因此a电极应与外电源的正极相连，选项错误，D符合题意；
故答案为：D
【分析】该电池工作过程为原电池装置，电极a为原电池的正极，其电极反应式为：I2Br-+2e-=2I-+Br-；电极b为原电池的负极，其电极反应式为：Zn-2e-=Zn2+；充电过程为电解池装置，电极a为阳极，其电极反应式为：2I-+Br--2e-=I2Br-；电极b为阴极，其电极反应式为：Zn2++2e-=Zn；据此结合选项进行分析。
6．【答案】（1）CH4+2H2O4H2+CO2；C(s)+2H2O(g)= CO2(g)+2H2(g)或C(s)+ CO2(g)=2CO(g)；abc；降低；CaO+ CO2= CaCO3，CaCO3覆盖在CaO表面，减少了CO2与CaO的接触面积
（2）K1；2H2O+2e-=H2↑+2OH-；制H2时，电极3发生反应：Ni(OH)2+ OH--e-=NiOOH+H2O。制O2时，上述电极反应逆向进行，使电极3得以循环使用
【知识点】热化学方程式；盖斯定律及其应用；化学电源新型电池；化学平衡移动原理
【解析】【解答】（1）①甲烷和水蒸气在催化剂作用下发生的反应为：CH4+2H2O4H2+CO2；
②.根据三个反应方程式可知要想计算出△H3 ，应该再利用C(s)+2H2O(g)= CO2(g)+2H2(g)或C(s)+ CO2(g)=2CO(g)反应，因此答案为：C(s)+2H2O(g)= CO2(g)+2H2(g)或C(s)+ CO2(g)=2CO(g)；
③在反应刚开始投料比大于计量数之比的目的是促进甲烷和一氧化碳的转化以及减少固态碳的生成，因此答案为abc；
④根据图像可知：从 时开始， 体积分数显著降低，单位时间 消耗率降低，这是由于氧化钆和二氧化碳反应生成了碳酸钙，减少了二氧化碳和碳的接触面积，因此降低了反应的速率；
（2）①制氢气时，应该使电极1为阴极，电极反应为水得到电子生成氢气和氢氧根，因此答案为：2H2O+2e-=H2↑+2OH-；
③结合①和②可知，电极3的作用是：制H2时，电极3发生反应：Ni(OH)2+ OH--e-=NiOOH+H2O。制O2时，上述电极反应逆向进行，使电极3得以循环使用。
【分析】（1）根据盖斯定律可知，要么计算反应3的反应热，应该再增加一个反应，即：C(s)+2H2O(g)= CO2(g)+2H2(g)；
增大投料比的目的是促进甲烷和一氧化碳德转化以及减少固态碳的生成；
（2） 电解池的阳极失去电子，发生的是氧化反应，阴极得到电子，发生的是还原反应。
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