【高考突破方案】第六章 第2讲 原电池 化学电源 -强化训练（解析版） 高考化学一轮复习

第六章 化学反应与能量
第2讲 原电池 化学电源
1.火星大气中含有大量CO2,一种有CO2参加反应的新型全固态电池有望为火星探测器供电。该电池以金属钠为负极,碳纳米管为正极,放电时(　　)
A.负极上发生还原反应
B.CO2在正极上得电子
C.阳离子由正极移向负极
D.将电能转化为化学能
【解析】B 根据题干信息可知,放电时总反应为4Na+3CO22Na2CO3+C。放电时,负极上Na发生氧化反应失去电子生成Na+,A错误;正极上CO2得到电子生成C,B正确;放电时,阳离子由负极移向正极,C错误;放电时,该装置为原电池,将化学能转化为电能,D错误。
2.锌铜原电池装置如图所示，其中阳离子交换膜只允许阳离子和水分子通过，下列有关叙述正确的是(　　)
A．铜电极上发生氧化反应
B．电池工作一段时间后，甲池的c(SO)减小
C．电池工作一段时间后，乙池溶液的总质量增加
D．阴、阳离子分别通过交换膜向负极和正极移动，保持溶液中电荷平衡
【解析】C A项，由锌的活泼性大于铜可知，铜电极为正极，在正极上Cu2＋得电子生成Cu，发生还原反应，错误；B项，由于阳离子交换膜只允许阳离子和水分子通过，故甲池的c(SO)不变，错误；C项，在乙池中发生反应：Cu2＋＋2e－===Cu，同时甲池中的Zn2＋通过阳离子交换膜进入乙池中，由于M(Zn)>M(Cu)，故乙池溶液的总质量增加，正确；D项，阴离子不能通过阳离子交换膜，错误。
3.有a、b、c、d四个金属电极，有关的实验装置及部分实验现象如下：
实验装置
部分实验现象 a极质量减少；b极质量增加 b极有气体产生；c极无变化 d极溶解；c极有气体产生 电流从a极流向d极
由此可判断这四种金属的活动性顺序是(　　)
A．a＞b＞c＞d B．b＞c＞d＞a
C．d＞a＞b＞c D．a＞b＞d＞c
【解析】C　把四个实验从左到右分别编号为①②③④，则由实验①可知，a作原电池负极，b作原电池正极，金属活动性：a＞b；由实验②可知，活动性：b＞c；由实验③可知，d作原电池负极，c作正极，活动性：d＞c；由实验④可知，d极为原电池负极，a极为原电池正极，活动性：d＞a。
4.“碳呼吸电池”是一种新型能源装置，其工作原理如图所示。下列有关说法错误的是(　　)
A．通入CO2的一极电极反应为2CO2＋2e－===C2O
B．金属铝电极发生氧化反应
C．每得到1 mol Al2(C2O4)3，电路中转移3 mol电子
D．以该装置为电源进行粗铜的电解精炼，金属铝质量减少27 g时，理论上阴极质量增加96 g
【解析】C　据图可知Al被氧化，所以金属铝为负极，通入CO2的电极为正极，CO2被还原为草酸根。A项，据图可知CO2在正极被还原为草酸根，根据电荷守恒、元素守恒可得反应为2CO2＋2e－===C2O，A正确；B项，铝为金属，在负极被氧化为Al3+，B正确；C项，每得到1 mol Al2(C2O4)3，则需要2 mol Al，根据电极反应可知转移6 mol电子，C错误；D项，金属铝质量减少27 g，即减少1 mol Al，根据电极反应Al－3e－===Al3+可知，转移3 mol电子，则电解精炼铜时，阴极生成1.5 mol铜，质量为1.5 mol×64 g/mol＝96 g，D正确。
5.沉积物微生物燃料电池可处理含硫废水，其工作原理如图所示。下列说法错误的是(　　)
A．碳棒b为该微生物电池的正极
B．碳棒b附近释放出H＋
C．电流方向：碳棒b→电阻→碳棒a→含水沉积物→碳棒b
D．氧气的含量、光照强度会影响电池的功率
【解析】B　A项，O2在碳棒b得电子生成水，说明碳棒b为该微生物电池的正极，故A正确；B项，电极b附近发生反应为O2＋4e－＋4H＋===2H2O，碳棒b附近消耗H＋，故B错误；C项，碳棒a失电子是负极，碳棒b得电子是正极，电流方向是从正极经外电路流向负极即碳棒b→电阻→碳棒a→含水沉积物→碳棒b，故C正确；D项，由图可知，CO2在光照和光合菌的作用下反应生成氧气，氧气在正极得电子生成水，光照强度越强，光合作用越强，所以氧气的含量、光照强度会影响电池的功率，故D正确。
6.研究小组进行如下表所示的原电池实验:
实验 编号 ① ②
实验 装置
实验 现象 　连接好装置5 min后,灵敏电流计指针向左偏转,两侧铜片表面均无明显现象 　连接好装置,开始时左侧铁片表面持续产生气泡,5 min后,灵敏电流计指针向右偏转,右侧铁片表面无明显现象
下列关于该实验的叙述中,正确的是 (　)
A.两装置的盐桥中,阳离子均向右侧移动
B.实验①中,左侧的铜被腐蚀
C.实验②中,连接装置5 min后,左侧电极的电极反应式为2H++2e-H2↑
D.实验①和实验②中,均有O2得电子的反应发生
【解析】D 实验①中电子移动的方向:从负极经导线流向正极,即左侧铜为正极,右侧铜为负极,根据原电池工作原理,阳离子向正极移动,即向左侧移动;实验②5 min后,灵敏电流计指针向右偏转,说明左侧铁作负极,右侧铁作正极,根据原电池的工作原理,阳离子向正极移动,即向右侧移动,A项错误。根据A选项分析,实验①中左侧铜没有被腐蚀,右侧铜被腐蚀,B项错误。实验②中连接好装置,5 min后,灵敏电流计指针向右偏转,说明左侧铁作负极,右侧铁作正极,即左侧电极反应式为Fe-2e-Fe2+,C项错误。实验①左侧电极反应式为O2+4H++4e-2H2O,实验②5 min后,右侧铁片电极反应式为O2+2H2O+4e-4OH-,均是吸氧腐蚀,D项正确。
7.2022年北京冬奥会赛区内使用氢燃料清洁能源车辆,某氢氧燃料电池工作示意图如下。下列说法中,不正确的是 (　)
图K24-6
A.电极a为电池的负极
B.电极b表面反应为O2+4e +2H2O 4OH
C.电池工作过程中OH 向正极迁移
D.氢氧燃料电池将化学能转化为电能的转化率高于火力发电,提高了能源利用率
【解析】C H2通入电极a,发生氧化反应,则电极a是负极,A正确;电极b为正极,O2在正极被还原,电解质溶液为KOH溶液,则正极反应为O2+4e-+2H2O4OH-,B正确;燃料电池工作时,阴离子移向负极,则OH-向负极(电极a)迁移,C错误;氢氧燃料电池将化学能转化为电能,能源利用率较高,其能量转化率高于火力发电,D正确。
8.(2023·成都高三期末)我国科学家将二氧化锰和生物质置于一个由滤纸制成的折纸通道内。形成如图所示电池，该电池可将可乐(pH＝2.5)中的葡萄糖作为燃料产生能量。下列说法错误的是(　　)
A．该电池是将化学能转化为电能的装置
B．随着反应的进行，负极区的pH不断增大
C．消耗0.01 mol葡萄糖，电路中转移0.02 mol电子
D．b极的电极反应式为MnO2＋4H＋＋2e－===Mn2＋＋2H2O
【解析】B　根据题意，该装置为原电池，是将化学能转化为电能的装置，A正确；负极区电极反应式为C6H12O6－2e－===C6H10O6＋2H＋，负极区的溶液中c(H＋)增大，则溶液的pH减小，B错误；消耗1 mol葡萄糖，外电路中转移2 mol电子，则消耗0.01 mol葡萄糖，外电路中转移0.02 mol电子，C正确；b电极上MnO2得电子和H＋反应生成水和Mn2＋，D正确。
9.全钒液流电池是一种活性物质循环流动的液态电池，以溶解于一定浓度硫酸中的不同价态的钒离子为电极反应的活性物质，基本工作原理示意图如下：
回答下列问题：
(1)硫酸是铅蓄电池的电解质，在铅蓄电池中负极的电极反应是________________。
(2)全钒液流电池放电时，左槽溶液颜色逐渐由黄变蓝，则电极b的电极反应是____________________________ 。
若有0.2 mol电子转移，质子交换膜左侧电解液质量________(填“增加”或“减少”)，质量为________。
(3)全钒液流电池充电时，电极a应连接电源的________极，电极反应为______________。
【答案】(1)Pb－2e－＋SO===PbSO4　(2)V2＋－e－===V3＋　增加　0.2 g　
(3)正　VO2＋＋H2O－e－===VO＋2H＋
【解析】(1)在铅蓄电池中Pb为负极，Pb失去电子和硫酸根离子结合生成硫酸铅。(2)全钒液流电池放电时，左槽溶液颜色逐渐由黄变蓝，说明VO转化为VO2＋，钒化合价降低，说明a极是正极，b极为负极，因此电极b的电极反应式是V2＋－e－===V3＋；电极a发生反应：VO＋e－＋2H＋===VO2＋＋H2O，若有0.2 mol电子转移，则有0.2 mol氢离子转移到左侧，因此质子交换膜左侧电解液质量增加，增加的质量为0.2 mol×1 g·mol－1＝0.2 g。(3)根据前面分析知a极为正极，b极为负极，因此全钒液流电池充电时，电极a应连接电源的正极，电极反应式为VO2＋＋H2O－e－===VO＋2H＋。
10.(1)氨氧燃料电池具有很大的发展潜力。氨氧燃料电池工作原理如图所示。
①a电极的电极反应是 　 ;
②一段时间后,需向装置中补充KOH,请依据反应原理解释原因是 　
。
(2)微生物燃料电池是一种利用微生物将化学能直接转化成电能的装置。已知某种甲醇微生物燃料电池中,电解质溶液为酸性,示意图如下:
①该电池中外电路电子的流动方向为　　　 　(填“从A到B”或“从B到A”)。
②工作结束后,B电极室溶液的pH与工作前相比将　　　　　(填“增大”“减小”或“不变”,溶液体积变化忽略不计)。
③A电极附近甲醇发生的电极反应为 　。
(3)用零价铁(Fe)去除水体中的硝酸盐(N)已成为环境修复研究的热点之一。Fe还原水体中N的反应原理如图所示。
①作负极的物质是　　　　　(填名称)。
②正极的电极反应是 　 。
【答案】(1)①2NH3+6OH--6e-N2+6H2O
②发生反应4NH3+3O22N2+6H2O,有水生成,使得溶液逐渐变稀,要补充KOH
(2)①从A到B　②不变　③CH3OH+H2O-6e-6H++CO2↑
(3)①铁　②N+10H++8e-N+3H2O
【解析】(1)①a电极是通入NH3的电极,NH3失去电子发生氧化反应,故a电极作负极,电极反应式是2NH3+6OH--6e-N2+6H2O;②一段时间后,需向装置中补充KOH,原因是发生反应4NH3+3O22N2+6H2O,有水生成,使得溶液逐渐变稀,为了维持碱的浓度不变,要补充KOH。
(2)①甲醇失去电子,在电池的负极发生反应,所以该电池外电路电子的流动方向为从A到B。②B电极上O2得电子消耗H+,同时溶液中的H+移向B电极室,故B电极室溶液的pH与工作前相比未发生变化。③CH3OH失电子生成CO2和H+,根据化合价变化和元素守恒配平方程式即可得电极反应式:CH3OH+H2O-6e-6H++CO2↑。
(3)①Fe失电子,则作负极的物质是铁。②N在正极得电子生成N,电极反应式为N+10H++8e-N+3H2O。