第46练　原电池综合应用 课时作业 （含解析）2026届高三化学一轮总复习

第46练　原电池综合应用
一、 单项选择题
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
1. (2025·南通中学高三月考)盐酸羟胺(NH3OHCl)是一种常见的还原剂和显像剂，其化学性质类似NH4Cl。工业上主要采用图1所示的方法制备。其电池装置中含Fe的催化电极反应机理如图2所示。不考虑溶液体积变化，下列说法正确的是(　　)
　　　　　
A. 电池工作时，Pt电极是正极
B. 图2中，A为H＋和e－，B为NH3OH＋
C. 电池工作时，每消耗2.24 L NO(标准状况下)，左室溶液质量增加3.3 g
D. 电池工作一段时间后，正、负极区溶液的pH均下降
2. (2024·前黄中学高三上月考)MFC—电芬顿技术不需要外加能量即可发生，通过产生羟基自由基(·OH)处理有机污染物，可获得高效的废水净化效果。其耦合系统原理示意图如图，下列说法不正确的是　(　　)
A. 电子移动方向为a→Y，X→b
B. Y电极上得到双氧水的反应为O2＋2e－＋2H＋===H2O2
C. 乙池可在酸性较弱的环境中使用
D. 理论上当乙池中产生1 mol羟基自由基时，甲池中有2 mol H＋从M室移动到N室
3. (2025·泰州中学高三第一次质检)在提倡节能减碳的今天，二氧化碳又有了新用途。中国科学院利用二氧化碳和甲酸的相互转化反应设计了
一种可逆的水系金属二氧化碳电池，结构如图所示。下列说法不正确的是(　　)
A. 双极膜、双功能催化纳米片等材料是保证电池功能的重要条件
B. 放电时，H＋移向正极，正极区附近溶液pH不变
C. 充电时，阳极反应为HCOOH－2e－===CO2↑＋2H＋
D. 若用该电池给铅蓄电池充电，理论上消耗的CO2与铅蓄电池中产生的H2SO4物质的量之比为1∶2
4. Mg—H2O2电池可用于驱动无人驾收的潜航器。该电池以海水为电解质资液，示意图如图，该电池工作时，下列说法不正确的是(　　)
A. Mg电极是该电池的负极
B. 溶液中Cl－向正极移动
C. 石墨电极附近溶液的pH增大
D. 若在石墨电极区加入一定量盐酸，则发生的电极反应式为：2H＋＋H2O2＋2e－===2H2O
5. 硼化钒(VB2)—空气电池是目前储电能力最高的电池，工作原理如图所示，该电池工作时反应为：4VB2＋11O2===4B2O3＋2V2O5。下列说法不正确的是(　　)
A. 电极a发生还原反应
B. 电流由电极a经负载流向VB2极
C. VB2极发生的电极反应为：2VB2＋22OH－－22e－===V2O5＋2B2O3＋11H2O
D. 图中选择性透过膜允许阳离子选择性透过
6.
微生物脱盐池是一种高效、经济的能源装置，利用微生物处理有机废水获得电能，同时可实现海水淡化。现以氯化钠溶液模拟海水，采用情性电极，用下图的装置处理有机废水(以含CH3COO－的溶液为例)，下列说法正确的是(　　)
A. 负极的电极反应：CH3COO－＋2H2O－8e－===2CO2↑＋7H＋
B. 该电池可在高温环境下工作
C. 每消耗2.24 L(标准状况)的空气，有0.4 mol电子转移
D. Y为阴离子选择性交换膜
7. (2025·响水中学高三月考)某科研小组设计如图所示的原电池装置制取硫酸并处理含氯废水[c(ClO)＝0.2 mol·L－1]。下列有关说法正确的是(　　)
A. 电极A为原电池负极，电极材料可以选用Fe
B. Ⅰ区溶液中c(H＋)升高，Ⅱ区溶液中c(H＋)降低
C. 电极A的电极反应式为SO2－2e－＋2H2O===SO＋2H＋
D. 每消耗32 g SO2气体，理论上可以处理1.25 L含氯废水
8. 以柏林绿Fe[Fe(CN)6]为代表的新型可充电钠离子电池的放电工作原理如图所示，下列说法不正确的是(　　)
A. 充电时，Na＋通过交换膜从左室移向右室
B. 充电时，Mo箔外接电源的正极
C. 放电时，外电路中通过0.2 mol电子时，负极区电解质质量增加了2.4 g
D. 放电时，Mo箔上发生反应为Fe[Fe(CN)6]＋2e－＋2Na＋===Na2Fe[Fe(CN)6]
二、 非选择题
9. (1)(2024·兴化高三模拟预测)含硫废渣(硫元素的主要存在形式为FeS2)，可以回收处理并加以利用。沉积物—微生物酸性燃料电池工作原理如图所示。
碳棒b处S生成SO的电极反应式为______________________________________________。
(2)水体中的过量的硝态氮(主要以NO的形式存在)是一种重要污染物，可利用合适的还原剂将其还原为N2除去。相同条件下，向含有50 mg·L－1 NO的两份水样中分别加入纳米铁粉、纳米铁粉—活性炭—铜粉，水样中NO的去除速率差异如图所示，产生该差异的可能原因有____________________________________________。
(3)实验室利用铁基催化剂进行电催化硝酸盐还原合成氨的装置如图1所示。电解时，NO先吸附到催化剂表面放电产生NH。控制其他条件不变，NH的产率和法拉第效率(FE%)随pH变化如图2所示。FE%＝×100%。其中，QX＝F，n表示电解生成还原产物X所转移电子的物质的量，F表示法拉第常数。
①写出电解生成NH的电极反应式__________________________________________________。
②pH从5变化到3时，NH的产率逐渐减小的原因可能为_____________________________________________。
第46练　原电池综合应用
1. C　解析：由图可知，Pt电极上H2―→H＋，失去电子发生氧化反应，做负极，电极反应式：H2－2e－===2H＋；含铁的催化电极为正极，其电极反应为：NO＋3e－＋4H＋＋Cl－===NH3OHCl；Fe电极NO―→NH3OHCl，N元素化合价降低，做正极，Pt电极H2―→H＋，H元素化合价升高，做负极，故A错误；根据题意可知，NH2OH具有类似NH3的弱碱性，可以和盐酸反应生成盐酸羟胺，所以缺少的一步为反应为：NH2OH＋H＋===NH3OH＋，图2中，A为H＋，B为NH3OH＋，故B错误；含铁的催化电极为正极，其电极反应为：NO＋3e－＋4H＋＋Cl－===NH3OHCl，4个氢离子中有1个是左侧溶液中HCl提供的，3个是右侧溶液迁移过来的；标况下消耗2.24 L NO的物质的量n＝＝＝0.1 mol，则左室增加的质量为0.1 mol NO和0.3 mol H＋的质量，即增加质量为3.3 g，故C正确；负极电极反应式：H2－2e－===2H＋，H＋浓度增大pH值减小，正极电极反应为：NO＋3e－＋4H＋＋Cl－===NH3OHCl，正极区H＋浓度减小，pH增大，故D错误。故选C。
2. C　解析：根据电极上的反应可知，甲为燃料电池，通入燃料的a电极为负极，通入氧气的b电极为正极，则乙为电解池，X电极为阳极，Y为阴极。串联装置中，电子由原电池负极流向电解池阴极，即a→Y，由电解池的阳极流向原电池正极，即X→b，A正确；据图可知溶液中O2在Y电极上得电子生成H2O2，根据电子守恒、元素守恒可得电极反应式为O2＋2e－＋2H＋===H2O2，B正确；酸性较弱的环境中，Fe3＋容易生成沉淀，无法正常工作，C错误；乙池中生成羟基自由基的反应为Fe2＋＋H2O2===Fe3＋＋OH－＋·OH，所以产生1 mol羟基自由基时，消耗1 mol H2O2，根据电极反应可知转移2 mol电子，根据电荷守恒可知，甲池中有2 mol H＋从M室(负极)移动到N室(正极)，D正确；综上所述答案为C。
3. B　解析：放电时，锌薄片做负极，双功能催化纳米片做正极；充电时，锌薄片做阴极，双功能催化纳米片做阳极。双极膜、双功能催化纳米片等材料做正极，是保证电池功能的重要条件，A正确；放电时，H＋移向正极，与二氧化碳反应生成甲酸，正极区附近溶液pH增加，B错误；充电时，甲酸在阳极失去电子生成二氧化碳，阳极反应为HCOOH－2e－===CO2↑＋2H＋，C正确；理论上，该电池放电时消耗1 mol CO2转移电子2 mol，对应铅蓄电池中转移电子2 mol产生的2 mol H2SO4，则用该电池给铅蓄电池充电，理论上消耗的CO2与铅蓄电池中产生的H2SO4物质的量之比为1∶2，D正确。故选B。
4. B　解析：组成的原电池的负极被氧化，镁为负极，A正确；原电池中溶液中的阴离子移动到负极，B错误；双氧水作为氧化剂，在石墨上被还原变为氢氧根离子，电极反应为，H2O2＋2e－===2OH－，故溶液pH值增大，C正确；加入盐酸，溶液中的H＋移动到正极即石墨一极发生还原反应，2H＋＋H2O2＋2e－===2H2O，D正确。故选B。
5. D　解析：由图可知，空气通入电极a，则电极a为正极，发生还原反应，反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－；硼化钒电极发生氧化反应，总反应式为4VB2＋11O2===4B2O3＋2V2O5，总反应式减去正极反应式得到负极反应式，负极反应方程式为：2VB2＋22OH－－22e－===V2O5＋2B2O3＋11H2O。根据分析可知，电极a为正极，发生还原反应，A项正确；电流由正极到负极，即由电极a经过负载流向VB2极，B项正确；根据分析可知，VB2极的电极方程式为：2VB2＋22OH－－22e－===V2O5＋2B2O3＋11H2O，C项正确；图中选择性透过膜允许阴离子选择性透过，D项错误。故选D。
6. A　解析：负极上CH3COO－失电子发生氧化反应生成二氧化碳，同时生成氢离子，电极反应式为CH3COO－＋2H2O－8e－===2CO2↑＋7H＋，A正确；该装置为微生物脱盐电池，温度过高会导致微生物死亡，海水淡化效果变差，B错误；标况下2.24 L空气中含有n(O2)＝×20%＝0.02 mol，每消耗1 mol氧气转移4 mol电子，据此计算消耗0.02 mol氧气转移电子物质的量＝0.02 mol×4＝0.08 mol，C错误；负极区生成氢离子，需要氯离子；正极区消耗氢离子，需要钠离子，所以Y是阳离子交换膜，D错误。故选A。
7. D　解析：SO2在负极上失去电子生成较浓硫酸，则电极A为原电池负极，Fe作负极时，Fe会失去电子，电极材料不可以选用Fe，A错误；电极A区，SO2失去电子生成较浓硫酸，溶液中c(H＋)升高，电极B区：Fe3＋＋e－===Fe2＋，Ⅰ区溶液中的部分H＋穿过质子交换膜进入Ⅱ区，Ⅱ区溶液中c(H＋)也升高，B错误；电荷、原子均不守恒，C错误；每消耗32 g(即0.5 mol)SO2气体，转移电子的物质的量为1 mol，由得失电子守恒知，电极B(Fe3＋＋e－===Fe2＋)产生1 mol Fe2＋，由反应：4Fe2＋＋ClO＋4H＋===4Fe3＋＋Cl－＋2H2O知，1 mol Fe2＋可以反应0.25 mol ClO，理论上可以处理＝1.25 L含氯废水，D正确。
8. C　解析：由图可知，放电时右侧Mg→[Mg2Cl2]2＋，电极镁失去电子发生氧化反应，为原电池负极，电极反应式为2Mg－4e－＋2Cl－===[Mg2Cl2]2＋，则左侧为原电池的正极，电极反应式为Fe[Fe(CN)6]＋2e－＋2Na＋===Na2Fe[Fe(CN)6]。充电时该装置作电解池，左侧为阳极，右侧为阴极，则Na＋通过交换膜从左室移向右室，A正确；据分析可知，放电时，Mo箔为电池的正极，则充电时，Mo箔外接电源的正极，B正确；放电时，外电路中通过0.2 mol电子时，由负极的反应可知，会消耗0.1 mol镁进入电解质溶液，质量增加2.4 g，同时会有0.2 mol Na＋通过离子交换膜向正极移动，质量减少4.6 g，故负极区电解质质量减少2.2 g，C错误；由分析可知，放电时，Mo箔是正极，反应为Fe[Fe(CN)6]＋2e－＋2Na＋===Na2Fe[Fe(CN)6]，D正确。故选C。
9. (1)S－6e－＋4H2O===SO＋8H＋
(2)形成Fe—Cu和Fe—C原电池，加快纳米铁粉去除NO的反应速率；炭粉有强吸附性，可以吸附NO
(3)①NO＋8e－＋10H＋===NH＋3H2O　②溶液中H＋浓度增大，H＋更多地得到电子生成H2，NO得到电子产生NH的量减少，NH的产率逐渐减小
解析：(1)根据光合菌产生的O2得电子结合H＋得到H2O，碳棒a为正极，FeS2在硫氧化菌的作用下被氧化为S，S在硫氧化菌的作用下被氧化为硫酸根，碳棒b为负极，存在电极反应：S－6e－＋4H2O===SO＋8H＋。
(2)根据图示可知：在含有NO的浓度50 mg·L－1的溶液中加入纳米铁粉、纳米铁粉—活性炭—铜粉，纳米铁粉还原反应速率相对较快，原因是加入纳米铁粉—活性炭—铜粉的形成Fe—Cu和Fe—C原电池，加快纳米铁粉去除NO的反应速率；炭粉有强吸附性，可以吸附NO；
(3)①电解时，NO先吸附到催化剂表面放电产生NH，氮元素化合价降低，得电子发生还原反应，电极反应式为NO＋8e－＋10H＋===NH＋3H2O；②pH从5变化到3时，酸性增强，溶液中H＋浓度增大，H＋得电子生成氢气，造成硝酸根离子得电子产生铵根离子的量减少。