2022届高考化学（人教版）一轮总复习练习：第16讲　原电池　化学电源 Word版含解析

这是一份2022届高考化学（人教版）一轮总复习练习：第16讲　原电池　化学电源 Word版含解析，共10页。试卷主要包含了选择题，非选择题等内容，欢迎下载使用。

第16讲 原电池 化学电源
A组 基础必做题(40分)
一、选择题(本题包括4小题，每题4分，共16分)
1．(2021·河北衡水检测)铜锌电池原理如图所示，下列说法正确的是( C )
A．a电极发生还原反应
B．盐桥中K＋移向a电极
C．b电极反应式为Cu2＋＋2e－===Cu
D．电子由Zn电极流出，经盐桥流向b电极
[解析] 本题考查“双液­铜锌原电池”的构成及工作原理。Zn的金属活动性强于Cu，则铜锌原电池中，Zn作负极，发生氧化反应，A错误；b电极是正极，盐桥中阳离子向正极区移动，则盐桥中K＋移向b电极，B错误；溶液中Cu2＋在b电极上发生还原反应生成Cu，电极反应式为Cu2＋＋2e－===Cu，C正确；电子由负极经导线流向正极，则电子由Zn电极流出，经电流计流向Cu电极，电子不能经过盐桥，D错误。
2．(2021·湖北武汉模拟)中科院某课题组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电池(如图所示)，该电池可将可乐(pH＝2.5)中的葡萄糖作为燃料获得能量。下列说法中正确的是( C )
A．a极为正极
B．随着反应不断进行，负极区的pH不断增大
C．消耗0.01 ml葡萄糖，电路中转移0.02 ml电子
D．b极电极反应式为MnO2＋2H2O＋2e－===Mn2＋＋4OH－
[解析] 根据图知，葡萄糖C6H12O6转化为葡萄糖内酯C6H10O6，C元素化合价由0价转化为＋eq \f(1,3)，则该电极上失电子发生氧化反应，所以a为负极，b为正极，故A错误；负极区电极反应式为C6H12O6－2e－===C6H10O6＋2H＋，负极溶液中c(H＋)增大，则溶液的pH减小，故B错误；根据C6H12O6－2e－===C6H10O6＋2H＋知，消耗1 ml葡萄糖转移2 ml电子，则消耗0.01 ml葡萄糖转移0.02 ml电子，C正确；b电极上二氧化锰得电子和氢离子反应生成水和锰离子，电极反应式为MnO2＋4H＋＋2e－===Mn2＋＋2H2O，D错误。
3．(2020·山东等级考模拟)利用小粒径零价铁(ZVI)的电化学腐蚀处理三氯乙烯，进行水体修复的过程如图所示。
H＋、O2、NOeq \\al(－,3)等共存物的存在会影响水体修复效果，定义单位时间内ZVI释放电子的物质的量为nt，其中用于有效腐蚀的电子的物质的量为ne。下列说法错误的是( B )
A．反应①②③④均在正极发生
B．单位时间内，三氯乙烯脱去a ml Cl时ne＝a ml
C．④的电极反应式为NOeq \\al(－,3)＋10H＋＋8e－===NHeq \\al(＋,4)＋3H2O
D．增大单位体积水体中小微粒ZVI的投入量，可使nt增大
[解析] 本题以利用小粒径零价铁(ZVI)的电化学腐蚀处理三氯乙烯进行水体修复为载体，考查了原电池原理在生产中的应用，考点有正、负电极反应的判断，电极反应式的书写与计算，加快化学反应速率方法的判断等；体现了考查要求中的综合性、应用性和创新性，考查的学科核心素养有变化观念与平衡思想、证据推理与模型认知等。A项，由题图中各元素反应前后化合价的变化可知，反应①②③④均为得电子的反应，所以应在正极发生，正确；B项，三氯乙烯脱氯时发生的反应为CHCl===CCl2＋3H＋＋6e－—→CH2===CH2＋3Cl－，故脱去a ml Cl时ne＝2a ml，错误；C项，由题图及N元素的化合价变化可写出④的电极反应式为NOeq \\al(－,3)＋10H＋＋8e－===NHeq \\al(＋,4)＋3H2O，正确；D项，增大单位体积水体中小粒径ZVI的投入量，可以增大小粒径ZVI和正极的接触面积，加快ZVI释放电子的速率，使nt增大，正确。
4．(2021·山东泰安一模)中科院科学家设计出一套利用SO2和太阳能综合制氢方案，其基本工作原理如图所示。下列说法错误的是( C )
A．该电化学装置中，Pt电极作正极
B．Pt电极的电势高于BiVO4电极的电势
C．电子流向：Pt电极→导线→BiVO4电极→电解质溶液→Pt电极
D．BiVO4电极上的反应式为SOeq \\al(2－,3)－2e－＋2OH－===SOeq \\al(2－,4)＋H2O
[解析] Pt电极上H2O得电子生成H2，发生还原反应，Pt电极作正极，故A正确；Pt电极为正极，BiVO4电极为负极，所以Pt电极的电势高于BiVO4电极的电势，故B正确；电子从BiVO4电极(负极)经导线流向Pt电极(正极)，不能进入溶液，故C错误；BiVO4电极为负极，电极上发生氧化反应，电极反应式为SOeq \\al(2－,3)－2e－＋2OH－===SOeq \\al(2－,4)＋H2O，故D正确。
[点拨] 本题的易错选项为C，要注意溶液通过自由移动的离子导电，电子不能进入溶液；难点为D，要注意电极反应式的书写与溶液的酸碱性有关。
二、非选择题(本题包括2小题，共24分)
5．(2021·河北衡水高三检测)(1)锌锰(Zn－MnO2)干电池应用广泛，其电解质溶液是ZnCl2－NH4Cl混合溶液。
①该电池的负极材料是 Zn 。电池工作时，电子流向 正极 (填“正极”或“负极”)。
②若ZnCl2－NH4Cl混合溶液中含有杂质Cu2＋，会加速某电极的腐蚀，其主要原因是 Zn与Cu2＋反应生成Cu，Zn与Cu构成原电池，加快反应速率 。
(2)铅蓄电池是常用的化学电源，其电极材料分别是Pb和PbO2，电解液为硫酸。该电池总反应式为Pb＋PbO2＋2H2SO4eq \(,\s\up7(放电),\s\d5(充电))2PbSO4＋2H2O。
①该蓄电池放电时，电解质溶液中阴离子移向 负极 (填“正极”或“负极”)；正极附近溶液的酸性 减弱 (填“增强”“减弱”或“不变”)，负极的电极反应式为 Pb－2e－＋SOeq \\al(2－,4)===PbSO4 。(已知：硫酸铅为不溶于水的白色沉淀，生成时附着在电极上)
②实验室用铅蓄电池作电源电解饱和食盐水制取氯气，若制得0.050 ml Cl2，这时电池内消耗的H2SO4的物质的量至少是 0.1 ml。
(3)氢氧燃料电池具有启动快、效率高等优点，其能量密度高于铅蓄电池。若电解液为KOH溶液，则氢氧燃料电池的负极反应式为 H2－2e－＋2OH－===2H2O 。该电池工作时，外电路每流过2 ml e－，消耗标准状况下氧气 11.2 L。
[解析] (1)①负极上失电子发生氧化反应，则Zn失电子为负极，电子由负极流向正极。②电化学腐蚀较化学腐蚀更快，锌与还原出来的Cu构成铜锌原电池而加快锌的腐蚀。
(2)①在铅蓄电池中，根据原电池反应式中元素化合价变化知，在Pb电极上Pb元素化合价由0变为＋2，发生氧化反应：Pb－2e－＋SOeq \\al(2－,4)===PbSO4，所以Pb作负极，PbO2作正极，电解质溶液中阴离子移向负极。工作时，该铅蓄电池正极上PbO2得电子发生还原反应，电极反应为PbO2＋SOeq \\al(2－,4)＋2e－＋4H＋===PbSO4＋2H2O，正极附近溶液的酸性减弱。
②设生成0.05 ml Cl2需转移的电子为x ml。
2Cl－－2e－ === Cl2↑
2 ml 1 ml
x ml 0.050 ml
解得x＝0.1，
设转移0.1 ml e－时，消耗硫酸的物质的量为y ml，放电时，铅蓄电池的电池反应式为
PbO2＋Pb＋2H2SO4===2PbSO4＋2H2O 转移电子
2 ml 2 ml
y ml 0.1 ml
y＝0.1，所以消耗硫酸的物质的量为0.1 ml。
(3)燃料与氧气反应的总化学方程式为2H2＋O2===2H2O，电解质溶液呈碱性，负极上氢气失电子生成水，则负极的电极反应式为H2＋2OH－－2e－===2H2O或2H2＋4OH－－4e－===4H2O；该电池中正极上是氧气发生得电子的还原反应，其电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，则外电路每流过2 ml e－，消耗氧气为0.5 ml，所以消耗标准状况下氧气的体积为0.5 ml×22.4 L·ml－1＝11.2 L。
6．(2020·北京等级考适应性测试，16)2019年诺贝尔化学奖授予对锂电池及锂离子电池研究做出贡献的三位科学家。
(1)最早的可充电锂电池用金属锂作负极。锂在元素周期表中的位置是 第二周期第ⅠA族 ，属于活泼金属，使电池存在较大安全隐患。
(2)现在广泛使用的锂离子电池有多种类型。某可充电钴酸锂电池的工作原理如下图所示：
①该电池放电时，其中一极的电极反应式是LixC6－xe－===6C＋xLi＋，则该极应为上图中的 A (填“A”或“B”)。
②碳酸乙烯酯(EC)常用作电解液的溶剂，其结构为，熔点35 ℃，可燃，可由二氧化碳和有机物X在一定条件下合成。X与乙醛互为同分异构体，核磁共振氢谱显示只有一组峰：写出合成EC的化学方程式：
。
③从正极材料中回收钴和锂的流程如下：
写出酸浸过程中发生反应的化学方程式： 2LiCO2＋3H2SO4＋H2O2===Li2SO4＋2CSO4＋O2↑＋4H2O 。
拆解废旧电池前需进行放电处理，既可保证安全又有利于回收锂。有利于回收锂的原因是 放电可使LixC6失电子变为Li＋，Li＋从负极移向正极，尽可能多的在正极处富集 。
[解析] (1)由Li的核外电子排布可知其位于第二周期ⅠA族。(2)①根据Li＋的移动方向可以判断出A为负极，B为正极，电极反应式LixC6－xe－===6C＋xLi＋为负极反应式，②由题意可知，X为。③由流程图及氧化还原反应规律知，酸浸时的化学方程式为2LiCO2＋3H2SO4＋H2O2===Li2SO4＋2CSO4＋4H2O＋O2↑；由题意可知，放电可使Li＋从负极移向正极，有利于回收锂。
B组 能力提升题(60分)
一、选择题(本题包括4小题，每题6分，共24分)
1．(2021·山东潍坊高三检测)银锌电池是一种常见化学电源，其反应原理：Zn＋Ag2O＋H2O===Zn(OH)2＋2Ag。其工作示意图如图所示。下列说法不正确的是( D )
A．Zn电极是负极
B．Ag2O电极发生还原反应
C．Zn电极的电极反应式：Zn－2e－＋2OH－===Zn(OH)2
D．放电前后电解质溶液的pH保持不变
[解析] A项，由电池的总反应Zn＋Ag2O＋H2O===Zn(OH)2＋2Ag知，Zn从0价变为＋2价，化合价升高，失去电子，故Zn电极为负极，正确；B项，Ag2O中Ag从＋1价变为0价，化合价降低，得到电子，发生还原反应，正确；C项，在碱性条件下，Zn2＋与OH－结合生成Zn(OH)2，故Zn电极的电极反应式为Zn－2e－＋2OH－===Zn(OH)2，正确；D项，根据总反应可知，反应中H2O被不断消耗，电解质溶液中OH－浓度增大，所以放电后电解质溶液的pH增大，错误。
[点拨] 依据已知的电池总反应方程式，标出变价元素的化合价，结合原电池工作原理判断。
2．(2021·河南平顶山月考)如图是盐桥中吸附有饱和KCl溶液的原电池示意图。下列说法错误的是( B )
A．该原电池的负极反应式为Cu－2e－===Cu2＋
B．电子流向：Cu棒→盐桥→Pt棒→电流表→Cu棒
C．甲烧杯中的c(NOeq \\al(－,3))逐渐减小
D．盐桥中的K＋移向甲烧杯
[解析] 本题考查双液原电池的构成及工作原理。Cu比Pt活泼，则Cu作原电池的负极，发生氧化反应，电极反应式为Cu－2e－===Cu2＋，A正确；电子只能在电极和导线中移动，不能进入电解质溶液，故电子流向为Cu棒→电流表→Pt棒，B错误；Pt电极作原电池的正极，发生还原反应，电极反应式为NOeq \\al(－,3)＋4H＋＋3e－===NO↑＋2H2O，反应消耗NOeq \\al(－,3)，则甲烧杯中c(NOeq \\al(－,3))逐渐减小，C正确；原电池中阳离子向正极移动，则盐桥中的K＋移向甲烧杯，D正确。
3．(2021·四川广安月考)肼(N2H4)暴露在空气中容易爆炸，但利用其制作的燃料电池是一种理想的电池，具有容量大、能量转化效率高、产物无污染等特点，其工作原理如图所示，下列叙述正确的是( C )
A．电池工作时，正极附近溶液的pH降低
B．当消耗1 ml O2时，有2 ml Na＋由甲槽向乙槽迁移
C．负极反应为4OH－＋N2H4－4e－===N2↑＋4H2O
D．若去掉离子交换膜，电池也能正常工作
[解析] 本题考查肼燃料电池的构成及工作原理。电池工作时，O2在正极发生还原反应：O2＋2H2O＋4e－===4OH－，由于生成OH－，溶液的pH增大，A错误；当消耗1 ml O2时，电路中转移4 ml电子，为保持溶液呈电中性，应有4 ml Na＋由甲槽向乙槽迁移，B错误；N2H4在负极失电子发生氧化反应，则负极反应为4OH－＋N2H4－4e－===N2↑＋4H2O，C正确，若去掉离子交换膜，肼会与水中溶解的氧气直接接触，有爆炸危险，D错误。
4．(2021·贵州黔南州月考)利用人工光合作用合成甲酸的原理为2CO2＋2H2Oeq \(――→,\s\up7(太阳能),\s\d5(光触媒))2HCOOH＋O2，装置如图所示。下列说法不正确的是( B )
A．该装置将太阳能转化为化学能和电能
B．电极1周围溶液的pH增大
C．电极2上发生的反应为CO2＋2H＋＋2e－===HCOOH
D．H＋由电极1室经过质子膜移向电极2室
[解析] 本题考查利用原电池原理制备HCOOH。在光触媒作用下，利用太阳能将CO2和H2O合成甲酸，同时电路中有电子转移，故可将太阳能转化为化学能和电能，A正确；电极1上发生失电子的氧化反应，则电极1上发生的反应为2H2O－4e－===4H＋＋O2↑，反应中生成H＋，故电极1周围溶液的pH减小，B错误；电极2上CO2发生还原反应生成HCOOH，电极反应式为CO2＋2H＋＋2e－===HCOOH，C正确；原电池中阳离子向正极移动，电极1是负极，电极2是正极，则H＋由电极1室经过质子膜移向电极2室，D正确。
二、非选择题(本题包括2小题，共36分)
5．(2021·湖北武汉模拟)金属铬和氢气在工业上都有重要的用途。已知：铬能与稀硫酸反应，生成氢气和硫酸亚铬(CrSO4)。
(1)铜、铬构成的原电池如图甲，其中盛稀硫酸的烧杯中的现象为 铜电极上有气泡产生 。盐桥中装的是饱和KCl琼脂溶液，下列关于此电池的说法正确的是 B (填选项字母)。
A．盐桥的作用是使整个装置构成通路、保持溶液呈电中性，凡是有盐桥的原电池，盐桥中均可以用饱和KCl琼脂溶液
B．理论上1 ml Cr溶解，盐桥中将有2 ml Cl－进入左池，2 ml K＋进入右池
C．此过程中H＋得电子，发生氧化反应
D．电子从铬极通过导线到铜极，又通过盐桥转移到左烧杯中
(2)如果构成图乙电池，发现铜电极上不再有图甲的现象，铬电池上产生大量气泡，遇空气呈红棕色。写出正极的电极反应式： 4H＋＋NOeq \\al(－,3)＋3e－===NO↑＋2H2O 。
(3)某同学把已去掉氧化膜的铬片直接投入氯化铜溶液时，观察到了预料之外的现象：①铬片表面上的铜没有紧密吸附在铬片的表面而是呈蓬松的海绵状；②反应一段时间后有大量气泡逸出，且在一段时间内气泡越来越多，经点燃能发出爆鸣声，证明是氢气。请解释这两种现象的原因： Cu2＋水解使溶液呈酸性，铬既能与Cu2＋发生置换反应生成Cu，又能与酸性溶液反应生成氢气，气泡使生成的铜疏松；生成的铜和铬形成原电池，使产生氢气的速率加快 。
[解析] (1)由于铬能与稀硫酸反应，生成氢气和硫酸亚铬(CrSO4)，说明铬电极是负极，铜电极是正极，氢离子在正极放电，所以盛稀硫酸的烧杯中的现象为铜电极上有气泡产生。A项，盐桥的作用是使整个装置构成通路、保持溶液呈电中性，若电解质溶液中有与KCl发生反应的离子，如当电解质溶液是AgNO3溶液时，盐桥中的电解质溶液就不能用KCl琼脂溶液，错误；B项，理论上1 ml Cr溶解，Cr－2e－===Cr2＋，转移2 ml电子，同时正极消耗2 ml H＋，2H＋＋2e－===H2↑，根据溶液呈电中性可知，盐桥中将有2 ml Cl－进入左池，2 ml K＋进入右池，正确；C项，此过程中H＋得电子，发生还原反应，错误；D项，电子不能在溶液中传递，溶液导电是通过离子的定向移动形成电流的，错误。
(2)稀硝酸作电解液时，铬电极上产生大量气泡，遇空气呈红棕色，说明溶液中的硝酸根离子得到电子，产生NO，NO被氧化生成NO2，因此铜是负极，铬是正极，则正极的电极反应式为4H＋＋NOeq \\al(－,3)＋3e－===NO↑＋2H2O。
(3)Cr比铜活泼，既能与铜盐发生置换反应生成Cu，又能与酸反应生成氢气，由于Cu2＋水解使溶液呈酸性，铬与酸性溶液反应生成氢气，气泡使生成的铜疏松；生成的铜和铬形成原电池，因此使产生氢气的速率加快。
6．(2021·河北衡水检测)
(1)如图所示，若溶液C为浓硝酸，电流表指针发生偏转，B电极材料为Fe，A电极材料为Cu，则B电极的电极反应式为 4H＋＋2NOeq \\al(－,3)＋2e－===2NO2↑＋2H2O ，A电极的电极反应式为 Cu－2e－===Cu2＋ ；反应进行一段时间后溶液C的pH会 升高 (填“升高”“降低”或“基本不变”)。
(2)我国首创以铝—空气—海水电池作为能源的新型海水标志灯，以海水为电解质溶液，靠空气中的氧气使铝不断氧化而产生电流，只要把灯放入海水数分钟，就会发出耀眼的白光。则电源的负极材料是 铝 (填物质名称)，负极反应为 4Al－12e－===4Al3＋ ；正极反应为 3O2＋6H2O＋12e－===12OH－ 。
(3)熔融盐电池具有很高的发电效率，因而受到重视。可用Li2CO3和Na2CO3的熔融盐混合物作电解质，CO为负极燃气，空气与CO2的混合气为正极助燃气，制得在650 ℃下工作的燃料电池，其负极反应式为2CO＋2COeq \\al(2－,3)－4e－===4CO2，则正极反应式为 O2＋2CO2＋4e－===2COeq \\al(2－,3) ，电池总反应式为 2CO＋O2===2CO2 。
[解析] (1)常温下Fe在浓硝酸中发生钝化，作正极，B电极的电极反应式为4H＋＋2NOeq \\al(－,3)＋2e－===2NO2↑＋2H2O，A电极的电极反应式为Cu－2e－===Cu2＋；反应消耗H＋，反应进行一段时间后溶液C的pH会升高。
(2)电源的负极材料是铝，负极反应为4Al－12e－===4Al3＋；正极反应为3O2＋6H2O＋12e－===12OH－。
(3)正极反应式为O2＋2CO2＋4e－===2COeq \\al(2－,3)，电池总反应式为2CO＋O2===2CO2。