2026人教版高中化学选择性必修1--第四章　第一节　第2课时　化学电源（含解析）

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2026人教版高中化学选择性必修1
第四章　化学反应与电能
第一节　原电池
第2课时　化学电源
基础过关练
题组一　一次电池
1.(甄选真题)(2024江苏高考)碱性锌锰电池的总反应为Zn+2MnO2+H2O ZnO+2MnOOH,电池构造示意图如图所示。下列有关说法正确的是 (　　)
A.电池工作时,MnO2发生氧化反应
B.电池工作时,OH-通过隔膜向正极移动
C.环境温度过低,不利于电池放电
D.反应中每生成1 mol MnOOH,转移电子数为2×6.02×1023
2.(2025河南南阳一中月考)锂锰电池的总反应为Li+MnO2 LiMnO2,电池结构如图所示,下列说法正确的是 (　　)
A.电解液可用LiCl溶液代替
B.a极发生还原反应,电极反应式为Li-e- Li+
C.电池放电时,Li+移向a极
D.电路中转移0.1 mol电子时,b极质量增加0.7 g
题组二　二次电池
3.(2025江苏南通如皋中学质量调研)铅酸蓄电池是常见的二次电池,其结构如图所示,其中Pb作电池的负极,PbO2作正极。下列关于该电池工作时的说法不正确的是(　　)
A.在放电时,该电池的正极、负极质量均增加
B.在放电时,电池中H2SO4的浓度减小
C.当两极物质都转化为PbSO4时,铅酸蓄电池将停止工作
D.在放电时,正极发生的反应是:Pb+S PbSO4+2e-
4.(2025福建漳州阶段考)如图是新型镁硫二次电池的工作原理。下列说法不正确的是(　　)
A.b极添加石墨烯可以提高电极的导电能力
B.充电时间越长b极中MgS的含量越高
C.隔膜是阳离子交换膜,充电时Mg2+移向a极
D.放电时,正极反应包括:3Mg2++MgS8+6e- 4MgS2
5.(2025河南濮阳一中月考)如图为铁镍电池,具有优良的耐过充和过放电性能。下列说法正确的是 (　　)
A.放电时,a极电势比b极电势高
B.放电时,b极电极反应为Ni(OH)2+2e- Ni+2OH-
C.充电时,a极附近pH减小
D.充电时,每消耗1 mol Fe3O4·4H2O,有4 mol Ni(OH)2被氧化
6.(2025辽宁省实验中学期中)中科院福建物构所首次构建了一种可逆水性Zn-CO2电池,实现了CO2和HCOOH之间的高效可逆转换,其反应原理如图所示:
已知双极膜可将水解离为H+和OH-,并实现其定向通过。
(1)放电时,Pd电极表面的电极反应为　　　　　　　　　　　　,放电时Pd电极的电势　　　　(填“高”或“低”)于Zn电极。
(2)放电时,OH-由双极膜移向　　　　(填“Zn”或“Pd”)电极,当外电路通过1 mol e-时,双极膜中解离　　　　mol H2O。
(3)充电时,Zn电极接电源　　　　(填“负”或“正”)极。
题组三　燃料电池
7.(2025河北衡水二中月考)一种铝—空气电池工作原理如图,下列说法正确的是(　　)
A.a极为负极,发生氧化反应
B.工作时OH-向b极迁移
C.外电路中,电流从a极流向b极
D.该电池正极的电极反应式为O2+4e-+4H+ 2H2O
8.(2025山西晋城一中月考)工业合成氨反应为N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)　ΔH=-92.4 kJ·mol-1,将该合成氨反应设计成燃料电池,工作原理如图所示,其中溶有HCl的稀的A溶液为电解质溶液。下列说法错误的是 (　　)
A.a电极为正极,发生还原反应
B.A溶液中所含溶质为NH4Cl,可用蒸发结晶的方法分离出A
C.a电极发生的反应为N2+8H++6e- 2N
D.导线中电流方向为a→b
9.(2025山东青岛期中)以KOH溶液为离子导体,分别组成H2-O2、CH4-O2、CH3OH-O2清洁燃料电池。下列说法正确的是 (　　)
A.放电过程中,K+均向负极移动
B.CH3OH-O2燃料电池负极反应为CH3OH-6e-+6OH- CO2+5H2O
C.消耗等质量燃料,H2-O2和CH4-O2燃料电池的理论放电量相等
D.消耗1.5 mol O2时,理论上CH3OH-O2燃料电池消耗CH3OH的质量为32 g
10.(2024湖北名校期中)我国科研人员研发的海泥细菌电池不仅可以作为海底仪器的水下电源,还可以促进有机污染物(以CH2O表示)的分解,其工作原理如图,其中海底沉积层/海水界面可起到质子交换膜的作用。
(1)有机污染物在海泥细菌的作用下,发生反应的化学方程式为　　　　　 　。
(2)a极为原电池的　　　　极,电极反应式为　　　　　　　。
(3)b极的电极反应式为　　　　　　　　,若b极区生成1 mol S,则至少有　　mol CO2生成。
能力提升练
题组一　化学电源的应用
1.(2025山东新泰弘文中学月考)电化学气敏传感器可用于监测环境中NH3的含量,如图为其工作原理示意图。下列说法错误的是(　　)
A.NH3在电极a上失去电子,发生氧化反应
B.溶液中K+向电极b移动
C.反应消耗的NH3与O2的物质的量之比为4∶5
D.正极的电极反应式为O2+4e-+2H2O 4OH-
2.(2025辽宁葫芦岛一中月考)科学家研制出一种新型短路膜化学电池,利用这种电池可以消除空气中的CO2,该装置的结构、工作原理如图所示。下列有关说法错误的是 (　　)
A.短路膜和常见的离子交换膜不同,它既能传递离子又能传递电子
B.当负极生成1 mol CO2时,理论上需要转移1 mol电子
C.负极的电极反应式为H2+2HC-2e- 2H2O+2CO2
D.当反应消耗22.4 L O2时,理论上需要转移4 mol电子
3.(2024山东师范大学附中月考)Hg-Hg2SO4标准电极在生活中常用于测定其他电极的电势,测知Hg-Hg2SO4电极的电势高于Cu电极的电势。以下说法正确的是 (　　)
A.K2SO4溶液可用CCl4代替
B.Hg-Hg2SO4电极反应为Hg2SO4-2e- 2Hg+S
C.微孔瓷片起到阻隔离子通过的作用
D.若把Cu-CuSO4体系换作Zn-ZnSO4体系,电压表的示数变大
4.(2025湖南衡阳八中月考)盐酸羟胺(NH2OH·HCl)用途广泛,可利用如图装置制备。以盐酸为离子导体,向两电极分别通入NO和H2。下列说法正确的是 (　　)
A.含Fe催化电极为原电池的负极
B.离子交换膜为阴离子交换膜
C.一段时间后,含Fe催化电极所在极室的pH增大
D.电路中每转移4 mol e-,电极室生成1 mol盐酸羟胺
题组二　非水系电池
5.(2025河南濮阳一中月考)一种锂离子电池的结构如图所示,电池反应为LixC6+Li1-xCoO2 C6+LiCoO2(x<1)。下列说法正确的是 (　　)
A.充电时a极接外电源的负极
B.放电时Li+在电解质中向b极迁移
C.充电时若转移0.02 mol电子,石墨电极将减少0.14 g
D.该电池进行“放电处理”有利于锂在LiCoO2极回收
6.(2025北京师范大学附中月考)某著名学术刊物近期介绍了一种新型中温全瓷铁—空气电池,其结构如图所示。下列有关该电池放电时的说法正确的是 (　　)
A.O2-由b极移向a极
B.正极的电极反应式为FeOx+2xe- Fe+xO2-
C.若有22.4 L(标准状况)空气参与反应,则电路中约有0.14 mol电子转移
D.铁表面发生的反应为xH2O(g)+Fe FeOx+xH2
7.(甄选真题)(2024广西高考)某新型钠离子二次电池(如图)用溶解了NaPF6的二甲氧基乙烷作电解质溶液。放电时嵌入PbSe中的Na变成Na+后脱嵌。下列说法错误的是 (　　)
A.外电路通过1 mol电子时,理论上两电极质量变化的差值为23 g
B.充电时,阳极电极反应为Na3V2(PO4)3-xe- Na3-xV2(PO4)3+xNa+
C.放电一段时间后,电解质溶液中的Na+浓度基本保持不变
D.电解质溶液不能用NaPF6的水溶液替换
8.(2025山东滕州一中月考)热激活电池主要用于导弹、火箭以及应急电子仪器供电,是一种电解质受热熔融即可开始工作的电池。一种热激活电池的结构如图1所示。
已知:①放电后的两极产物分别为Li7Si3和LiMn2O4;
②LiCl和KCl混合物的熔点与KCl物质的量分数的关系如图2。下列说法错误的是(　　)
A.放电时,Li+的移动方向:a极区→b极区
B.放电时,a极的电极反应式:3Li13Si4-11e- 4Li7Si3+11Li+
C.调节混合物中KCl的物质的量分数可改变电池的启动温度
D.若放电前两电极质量相等,转移1 mol电子后两电极质量相差7 g
答案与分层梯度式解析
基础过关练
1.C　Zn失电子为负极,MnO2得电子为正极发生还原反应(破题关键),A错误;电池工作时,OH-通过隔膜向负极移动,B错误;环境温度过低,化学反应速率下降,不利于电池放电,C正确;正极反应式为MnO2+e-+H2O MnOOH+OH-,Mn元素的化合价由+4价变为+3价,每生成1 mol MnOOH,转移电子数为6.02×1023,D错误。
2.D　Li和水反应,不能用LiCl溶液代替电解液(易错点),A错误;a极失电子发生氧化反应,电极反应式为Li-e- Li+,Li+向正极即b极移动,B、C错误;b极电极反应式为MnO2+e-+Li+ LiMnO2,电路中转移0.1 mol电子时,b极质量增加0.1 mol×7 g/mol=0.7 g,D正确。
3.D　放电时负极由Pb→PbSO4,正极由PbO2→PbSO4,正极、负极质量都增加(易错点),A正确;根据总反应Pb+PbO2+2H2SO4 2PbSO4+2H2O可知,H2SO4被消耗浓度变小,B正确;当两极物质都转化为PbSO4时,两电极相同,铅酸蓄电池将停止工作,C正确;正极的电极反应为PbO2+4H++S+2e- PbSO4+2H2O,D错误。
易错分析　　　 铅酸蓄电池
(1)电极反应式
(2)电极质量变化
　　铅酸蓄电池放电时,正极、负极的质量都增加;铅酸蓄电池充电时,正极、负极的质量都减小。
4.B　根据工作原理图可知,a极Mg失电子被氧化生成Mg2+,a极为负极,b极为正极。石墨可以导电,b极添加石墨烯可以提高电池正极材料的导电性,A正确;充电时MgS发生失去电子的氧化反应,充电时间越长,MgS的含量越低,B错误;根据工作原理图可知,放电时Mg2+通过隔膜移向正极,所以使用的隔膜是阳离子交换膜,充电时Mg2+从b极移向a极,C正确;放电时正极上发生还原反应,得电子,根据装置图可判断正极反应包括:Mg2++MgS2+2e- 2MgS、3Mg2++MgS8+6e- 4MgS2等,D正确。
5.B　根据题图可知,放电时a为负极,Fe转化为Fe3O4·4H2O,b为正极,Ni(OH)2转化为Ni。放电时,a为负极,a极电势比b极电势低,A错误;放电时b为正极,Ni(OH)2转化为Ni,b极电极反应为Ni(OH)2+2e- Ni+2OH-,B正确;充电时,a极Fe3O4·4H2O转化为Fe,电极反应为Fe3O4·4H2O+8e- 3Fe+8OH-,故a极附近pH增大,C错误;充电时,每消耗1 mol Fe3O4·4H2O,转移8 mol e-,有4 mol Ni被氧化,D错误。
6.答案　(1)CO2+2e-+2H+ HCOOH　高
(2)Zn　1　(3)负
解析　(1)放电时,Zn失电子为电池负极,电极反应为Zn-2e-+4OH- [Zn(OH)4]2-,正极是Pd,电极反应为CO2+2H++2e- HCOOH。放电时,Pd为正极,Zn为负极,Pd电极的电势高于Zn电极。
(2)放电时,阴离子向负极移动,OH-由双极膜移向Zn电极;根据溶液呈电中性,外电路通过1 mol e-时,双极膜中解离1 mol H2O。
(3)充电时,原电池的负极Zn电极接电源负极。
7.A　由题图可知,a极为负极,铝失去电子在碱性条件下转化为[Al(OH)4]-,电极反应式为Al-3e-+4OH- [Al(OH)4]-,A正确;工作时OH-向负极(a极)迁移,B错误;放电时,外电路中电流从正极(b极)流向负极(a极),C错误;在碱性条件下,正极的电极反应式为O2+4e-+2H2O 4OH-,D错误。
8.B　由题图可知,通入氮气的a电极为燃料电池的正极,酸性条件下氮气在正极得到电子发生还原反应,通入氢气的b电极为负极,氢气在负极失去电子发生氧化反应生成氢离子,A溶液为氯化铵溶液,浓溶液经冷却结晶、过滤得到氯化铵和可以循环使用的氯化铵的稀溶液,A正确、B错误;正极电极反应为N2+8H++6e- 2N,C正确;导线中电流从正极流向负极,即a→b,D正确。
9.D　三种燃料电池总反应分别为2H2+O2 2H2O、CH4+2KOH+2O2 K2CO3+3H2O、2CH3OH+3O2+4KOH 2K2CO3+6H2O(破题关键),电池工作时,通入燃料的电极为负极,通入O2的电极为正极(解题技法)。K+均向正极移动,A错误;CH3OH-O2燃料电池在碱性条件下负极反应为CH3OH-6e-+8OH- C+6H2O(易错点),B错误;消耗质量均为1 g的H2、CH4时,转移n(e-)分别为 mol,则消耗等质量燃料,H2-O2和CH4-O2燃料电池的放电量不相等,C错误;根据总反应2CH3OH+3O2+4KOH 2K2CO3+6H2O可知,消耗1.5 mol O2时,消耗1 mol CH3OH,质量为32 g,D正确。
反思升华　　　(1)H2、CH4、N2H4、CH3OH、NH3等均可作为燃料电池的燃料。(2)电解质可以是酸(如H2SO4)、碱(如KOH),也可以是熔融盐(如Li2CO3-Na2CO3混合物)。(3)燃料电池电极反应式的书写与电解质溶液有密切关系,一般酸性溶液中电极反应式产物中不能出现OH-,碱性溶液中电极反应式产物中不能出现H+。
10.答案　(1)S+H++2CH2O 2CO2↑+HS-+2H2O
(2)正　O2+4e-+4H+ 2H2O
(3)HS--2e- S+H+　2
解析　(1)在海泥细菌作用下,有机污染物在酸性条件下与海水中的S反应,化学方程式为S+H++2CH2O 2CO2↑+HS-+2H2O。
(2)a极O2得电子转化为H2O,a极为原电池正极,酸性条件下电极反应式为O2+4e-+4H+ 2H2O。
(3)b极为负极,电极反应式为HS--2e- S+H+,若b极区生成1 mol S,根据S~HS-~2CO2可知,至少有2 mol CO2生成。
能力提升练
1.C　由NH3→N2,氮元素的化合价升高,NH3失去电子,发生氧化反应,Pt电极a为负极;氧气得电子被还原,Pt电极b为正极,电极反应式为O2+4e-+2H2O 4OH-;由得失电子守恒可知,反应中消耗的NH3与O2的物质的量之比为4∶3;原电池工作时,阳离子移向正极即Pt电极b,阴离子移向负极即Pt电极a;故选C。
2.D　快速浏览选项,D项没有标准状况这一限定条件,无法计算O2的物质的量,进而无法计算转移电子的物质的量(解题技法),D错误;短路膜和常见的离子交换膜不同,根据题图可知,短路膜既能传递离子,又能传递电子,A正确;题图中H2失电子得到的H+与HC反应生成CO2和H2O,所以负极的电极反应式为H2+2HC-2e- 2H2O+2CO2,当负极生成1 mol CO2时,理论上需要转移电子1 mol,B、C正确。
3.D
4.C　由装置图可知,NO转化为NH2OH·HCl时氮元素化合价降低,得到电子,所以含Fe催化电极为正极,电极反应式为NO+3e-+4H++Cl- NH2OH·HCl,故A错误;通入H2的Pt电极为负极,电极反应式为H2-2e- 2H+,负极生成的H+通过离子交换膜移动到正极,所以该离子交换膜为阳离子交换膜,故B错误;随着反应进行,左极室的盐酸浓度不断减小,即含Fe催化电极所在极室的pH增大,故C正确;根据正极反应式可知,电路中每转移3 mol e-,电极室生成1 mol盐酸羟胺,故D错误。
5.D　放电时a极为正极,得电子,充电时a极失电子,故充电时a极接外电源的正极,A错误;放电时b极为负极,a极为正极,阳离子移向正极,阴离子移向负极,则Li+在电解质中向a极迁移,B错误;充电时石墨电极反应式为C6+xLi++xe- LixC6,所以充电时若转移0.02 mol电子,石墨电极将增重0.02 mol×7 g/mol=0.14 g,C错误;放电时,阳离子移向正极,即“放电处理”有利于Li+移向正极并嵌入正极材料,有利于锂在LiCoO2极回收,D正确。
6.D　由新型中温全瓷铁—空气电池的装置图可知,a极通入空气,空气中氧气得电子发生还原反应,a极为正极,铁与水反应生成氢气,氢气在b极失电子发生氧化反应,b极为负极。O2-由正极移向负极,即由a极移向b极,A错误;a极为正极,电极反应式为O2+4e- 2O2-,B错误;标准状况下,22.4 L空气的物质的量为1 mol,参与反应的氧气的物质的量约为0.2 mol,所以电路中转移电子的物质的量约为0.8 mol,C错误;由该电池的装置图可知,铁表面发生的反应为xH2O(g)+Fe FeOx+xH2,D正确。
7.A　放电时嵌入PbSe中的Na失电子生成Na+脱嵌(破题关键),说明放电时右侧为负极,左侧为正极,外电路通过1 mol e-时,负极有1 mol Na失电子生成1 mol Na+,左侧电极上1 mol Na+与Na3-xV2(PO4)3结合,理论上两电极质量变化的差值为2 mol×23 g/mol=46 g,A错误;充电时,阳极上Na3V2(PO4)3失电子生成Na3-xV2(PO4)3,电极反应为Na3V2(PO4)3-xe- Na3-xV2(PO4)3+xNa+,B正确;放电时电池总反应为xNa+Na3-xV2(PO4)3 Na3V2(PO4)3,放电一段时间后,电解质溶液中的c(Na+)基本保持不变,C正确;Na能与水反应,电解质溶液不能用NaPF6的水溶液替换,D正确。
8.D　由放电后的两极产物分别为Li7Si3和LiMn2O4可知,a极的电极反应式为3Li13Si4-11e- 4Li7Si3+11Li+,a为负极;b极的电极反应式为2MnO2+Li++e- LiMn2O4,b为正极。放电时,阳离子移向正极,Li+的移动方向:a极区→b极区(易错点),故A正确;放电时,a极的电极反应式为3Li13Si4-11e- 4Li7Si3+11Li+,故B正确;该电池为热激活电池,根据题图2可知,LiCl和KCl混合物的熔点随KCl的物质的量分数改变而改变,调节混合物中KCl的物质的量分数可改变电池的启动温度,故C正确;根据负极反应式可知,转移1 mol电子负极释放1 mol Li+,根据正极反应式可知,转移1 mol电子正极结合1 mol Li+,若放电前两电极质量相等,转移1 mol电子后两电极质量相差
14 g,故D错误。
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