2024届高三新高考化学大一轮专题练习--化学电源

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2024届高三新高考化学大一轮专题练习--化学电源
一、单选题
1．（2023·全国·统考高考真题）一种以和为电极、水溶液为电解质的电池，其示意图如下所示。放电时，可插入层间形成。下列说法错误的是
  
A．放电时为正极
B．放电时由负极向正极迁移
C．充电总反应：
D．充电阳极反应：
2．（2023·全国·统考高考真题）室温钠-硫电池被认为是一种成本低、比能量高的能源存储系统。一种室温钠-硫电池的结构如图所示。将钠箔置于聚苯并咪唑膜上作为一个电极，表面喷涂有硫黄粉末的炭化纤维素纸作为另一电极。工作时，在硫电极发生反应：S8+e-→S，S+e-→S，2Na++S+2(1-)e-→Na2Sx

下列叙述错误的是
A．充电时Na+从钠电极向硫电极迁移
B．放电时外电路电子流动的方向是a→b
C．放电时正极反应为：2Na++S8+2e-→Na2Sx
D．炭化纤维素纸的作用是增强硫电极导电性能
3．（2023春·江苏徐州·高三统考期中）某锌—空气电池反应为，电解质溶液为NaOH溶液。下列说法错误的是
A．锌片作电池的负极
B．电池工作时，电解质溶液中向正极移动
C．氧气在正极发生还原反应
D．理论上每转移1mol电子消耗标准状况下氧气的体积为5.6L
4．（2023·北京西城·统考二模）近期，科学家研发了“全氧电池”，其工作原理示意图如下。

下列说法不正确的是
A．电极a是负极
B．电极b的反应式：
C．该装置可将酸和碱的化学能转化为电能
D．酸性条件下的氧化性强于碱性条件下的氧化性
5．（2023·广东韶关·统考二模）近日，某科研团队研制设计了一种高性能碱性阴离子交换膜直接氨燃料电池(DAFC)，其工作原理如图所示。下列说法错误的是

A．电极A为负极，发生氧化反应
B．若交换膜中通过0.3mol ，A电极区消耗2.24LNH3
C．电极B的电极反应式为
D．电流方向：电极B→灯泡→电极A→电极B
6．（2023·河北唐山·统考三模）某研究所为硫酸工厂的尾气处理专门设计了SO2—空气质子交换膜燃料电池，以实现制硫酸、发电、环保的结合，电池示意图如下。下列说法正确的是(空气中氧气体积分数按20%计)
    
A．该电池放电时质子从电极B移向电极A
B．负极的电极反应为
C．a端的电势高于b端
D．相同条件下，放电过程中消耗的SO2和空气的体积比为2：5
7．（2023·天津河北·统考二模）镍—镉电池是一种新型的封闭式体积小的可充电电池。其工作原理如下图所示，下列说法不正确的是
  
A．放电时a极为负极
B．放电时a极的反应
C．充电时b极接外接电源正极
D．用该电池电解足量的饱和食盐水，电路中通过，阴极生成
8．（2023春·湖南长沙·高三长沙市长郡梅溪湖中学校考期中）一种微生物-光电化学复合系统可高效实现固定并生成，其原理如图所示。双极隔膜可向两极室分别提供和。

下列有关说法错误的是
A．a电极发生氧化反应
B．b电极的电极反应式为
C．该系统生成，双极隔膜中有个发生解离
D．该系统是一种极具前景的太阳能-燃料直接转换系统
9．（2023春·江西九江·高三德安县第一中学校考期中）一种新型燃料电池，以铂为电极插入溶液中，分别向两极通入甲烷和氧气。两电极反应分别为：；，有关此电池的推断不正确的是
  
A．a电极为负极
B．参加反应的与的质量比为
C．放电一段时间后，的物质的量浓度将下降
D．电子由a电极经外电路向b电极移动，再经电解质溶液回到a电极
10．（2023春·四川·高三遂宁中学校考期中）某化学小组构想用电化学原理回收空气中二氧化硫中的硫，同时将地下水中的硝酸根(NO)进行无害化处理，其原理如图。

下列有关说法错误的是
A．Mg电极为负极，Pt1为阳极
B．乙池中NO在Pt1，电极发生还原反应
C．碳纳米管析出硫的电极反应为：SO2+4e-=S+2O2-
D．Pt2电极可能产生H2，周围pH增大
11．（2023春·四川成都·高三树德中学校考阶段练习）基于硫化学的金属硫电池有望替代当前锂离子电池技术，满足人类社会快速增长的能源需求，该电池的结构及原理如图所示。

下列有关叙述正确的是
A．该电池可采用含的水溶液或有机物为电解质溶液
B．放电时，电子的移动方向：电极a→电极b→隔膜→电极a
C．充电时，阳极区可能发生的反应有
D．充电时。电路中转移时，阴极质量减重78g
12．（2023春·四川成都·高三树德中学校考阶段练习）我国科学家利用Zn-BiOI电池，以水溶液作为锌离子电池的介质，可实现快速可逆的协同转化反应。如图所示，放电时该电池总反应为：。下列说法正确的是

A．放电时，BiOI为正极，发生氧化反应
B．放电时，1molBiOI参与反应，转移
C．充电时，通过阳离子交换膜从Zn极移向BiOI极
D．充电时，阳极发生反应：
13．（2023·陕西西安·统考二模）燃料敏化太阳能电池因其工艺简单、性能稳定等特点深受科学家的青睐。一种钌基配合物作为光敏剂(S)的太阳能电池的工作原理如图所示，其中一个电极可表示为TiO2/S，电极反应为TiO2/S* →TiO2/S++e-。下列有关说法错误的是

A．该电池工作时，光能直接转化为电能
B．电池的正极反应为+2e- →3I-
C．电解质溶液中可发生反应TiO2/S++3I-→TiO2/S+
D．电池的电解质溶液中I-和的浓度不会减少

二、多选题
14．（2023春·云南楚雄·高三统考期中）燃料电池是一种将燃料的化学能直接转化为电能的电化学反应装置，甲醇—氧气燃料电池示意图如图，下列说法正确的是

A．电极A处发生氧化反应
B．放电时，电子由电极A→外电路→电极B→内电路→电极A形成闭合电路
C．放电时，负极的电极反应式为
D．放电时，电路中每转移0.4mol ，消耗

三、非选择题
15．（2023·全国·高三专题练习）完成下列小题
(1)绿色电源“直接二甲醚燃料电池”的工作原理示意图如图所示：

正极为___________(填“A电极”或“B电极”)，H+移动方向为由___________到___________(填“A”或“B”)，写出A电极的电极反应式：___________。
(2)SO2和NOx是主要大气污染物，利用下图装置可同时吸收SO2和NO。

①a是直流电源的___________极。
②已知电解池的阴极室中溶液的pH在4～7之间，阴极的电极反应为___________。
③用离子方程式表示吸收NO的原理___________。
(3)结合下图所示的电解装置可去除废水中的氨氮(次氯酸氧化能力强)。

①a极为___________。
②d极反应式为___________。
(4)VB2-空气电池是目前储电能力最高的电池。以VB2-空气电池为电源，用惰性电极电解硫酸铜溶液如图所示，该电池工作时的反应为4VB2+11O2=4B2O3+2V2O5，VB2极发生的电极反应为___________。

16．（2022春·辽宁大连·高三大连市第二十三中学校联考期中）随着国家大力发展清洁能源产业的要求，新能源产业规模迅速壮大。试完成下列问题。
(1)现在电瓶车所用电池一般为铅酸蓄电池，如图所示：
  
这是一种典型的可充电电池，电池总反应式为。则电池放电时，B电极的质量将___________(填“增加”“减小”或“不变”)，溶液的pH会___________(填“增大”或“减小”)，写出正极反应式：___________。
(2)中国科学院应用化学研究所在甲醇(是一种可燃物)燃料电池技术方面获得新突破。甲醇燃料电池的工作原理如图所示。
  
①该电池工作时，甲醇燃料应从___________口通入；
②该电池负极的电极反应式___________；
③工作一段时间后，当6.4g甲醇完全反应生成时，有___________mol电子转移。
(3)锂锰电池的体积小、性能优良，是常用的一次电池。该电池反应原理如图所示，其中电解质，溶于混合有机溶剂中，通过电解质迁移入晶格中，生成。
  
①电池的负极电极反应式为___________；
②组装该电池必须在无水、无氧条件下进行，其原因是___________。
17．（2023春·黑龙江齐齐哈尔·高三统考期中）能源与人类的生存和发展息息相关，化学反应在人类利用能源的历史过程中充当重要的角色。回答下列问题：
(1)科学家最近研制出利用太阳能产生激光，使海水分解。太阳光分解海水时，水分解断裂的化学键是___________(填“离子键”或“共价键”)。
(2)氢能是一种具有发展前景的理想清洁能源，氢气燃烧时放出大量的热。若断开1mol氢气中的化学键消耗的能量为，断开1mol氧气中的化学键消耗的能量为，形成1mol水中的化学键释放的能量为，则下列关系正确的是___________(填字母)。
A． B． C． D．
(3)下列化学反应在理论上可以设计成原电池的是___________(填字母)。
A． B．
C． D．
(4)如图为某燃料电池的结构示意图，电解质溶液为NaOH溶液，电极材料为疏松多孔的石墨棒。回答下列问题：
  
若该燃料电池为氢氧燃料电池。
①a极通入的物质为___________(填物质名称)，电解质溶液中的OH-移向___________(“负”或“正”)。
②写出此氢氧燃料电池工作时，负极的电极反应式：___________。
18．（2023春·内蒙古兴安盟·高三乌兰浩特市第四中学校考阶段练习）甲醇()燃料电池的工作原理如图甲所示，回答下列问题：

(1)该电池工作时，b口通入的物质为_______(填化学式)。
(2)该电池负极的电极反应式为_______。
(3)精炼铜时，粗铜应与甲醇燃料电池的_______(填“正”或“负”)极相连，阴极的电极反应式为_______，电解质溶液为_______。
(4)以该燃料电池作电源，在实验室中模拟铝制品表面“钝化”处理的过程中，发现溶液逐渐变浑浊(如图乙)，原因是：_______(用相关的电极反应式表示)。

参考答案：
1．C
【分析】由题中信息可知，该电池中Zn为负极、为正极，电池的总反应为。
【详解】A．由题信息可知，放电时，可插入层间形成，发生了还原反应，则放电时为正极，A说法正确；
B．Zn为负极，放电时Zn失去电子变为，阳离子向正极迁移，则放电时由负极向正极迁移，B说法正确；
C．电池在放电时的总反应为，则其在充电时的总反应为，C说法不正确；
D．充电阳极上被氧化为，则阳极的电极反应为，D说法正确；
综上所述，本题选C。

2．A
【分析】由题意可知放电时硫电极得电子，硫电极为原电池正极，钠电极为原电池负极。
【详解】A．充电时为电解池装置，阳离子移向阴极，即钠电极，故充电时，Na+由硫电极迁移至钠电极，A错误；
B．放电时Na在a电极失去电子，失去的电子经外电路流向b电极，硫黄粉在b电极上得电子与a电极释放出的Na+结合得到Na2Sx，电子在外电路的流向为a→b，B正确；
C．由题给的的一系列方程式相加可以得到放电时正极的反应式为2Na++S8+2e-→Na2Sx，C正确；
D．炭化纤维素纸中含有大量的炭，炭具有良好的导电性，可以增强硫电极的导电性能，D正确；
故答案选A。

3．B
【详解】A．锌失去电子，被氧化，锌片作电池的负极，A正确；
B．原电池中阴离子向负极移动，阳离子向正极移动，所以电池工作时，电解质溶液中向负极移动，B错误；
C．氧气在正极发生得到电子的还原反应，C正确；
D．1mol氧气在反应中得到4mol电子，理论上每转移1mol电子消耗0.25mol氧气，标准状况下的体积为5.6L，D正确；
答案选B。
4．B
【分析】该电池a的电极反应为：，a为负极，b的电极反应为：，为原电池的正极。
【详解】A．a的电极反应为：，a为负极，A正确；
B．b的电极反应为：，为原电池的正极，B错误；
C．该反应的总反应式为：，可将酸和碱的化学能转化为电能，C正确；
D．酸性条件下发生反应，碱性条件下发生反应，所以酸性条件下的氧化性强于碱性条件下的氧化性，D正确；
故选B。
5．B
【详解】A．根据图示，NH3在A电极失电子生成氮气和水，电极A为负极，发生氧化反应，故A正确；
B．A电极反应式，若交换膜中通过0.3mol ，说明外电路中转移0.3mol电子，A电极消耗0.1mol NH3，没有明确是否为标准状况，氨气的体积不一定是2.24L，故B错误；
C．B是正极，氧气在正极得电子生成氢氧根离子，电极B的电极反应式为，故C正确；
D．NH3在A电极失电子生成氮气和水，电极A为负极，B为正极，电流方向：电极B→灯泡→电极A→电极B，故D正确；
选B。
6．D
【分析】由题干SO2—空气质子交换膜燃料电池装置示意图可知，惰性多孔电极A通入SO2，反应中SO2发生氧化反应，故电极A为负极，电极反应为：，惰性多孔电极B为正极，发生还原反应，电极反应为：O2+4H++4e-=2H2O，据此分析解题。
【详解】A．由分析可知，电极A为负极，B为正极，故该电池放电时质子从电极A移向电极B，A错误；
B．由分析可知，负极的电极反应为，B错误；
C．由分析可知，电极A为负极，B为正极，故a端的电势低于于b端，C错误；
D．由题干信息空气中氧气体积分数按20%计，相同条件下，根据电子守恒可知，n(SO2)=2n(O2)，则n(SO2)=2n(空气)×20%，同温同压下气体的体积之比等于物质的量之比，故放电过程中消耗的SO2和空气的体积比为2：5，D正确；
故答案为：D。
7．B
【分析】根据化合价升降，左室元素化合价升高，失去电子，作负极，右室元素化合价降低，得到电子，作正极。
【详解】A．根据图中信息电子从左转移到右边，因此放电时a极为负极，b极为正极，故A正确；
B．根据图中负极Cd变为Cd(OH)2，则放电时a极的反应，故B错误；
C．放电时b极为正极，充电时b极接外接电源正极，故C正确；
D．用该电池提供的电能电解饱和食盐水，阴极反应式为2H2O+2e-=H2+2OH-，电路中通过0.2mole-，则阴极生成氢气物质的量为0.1mol，质量为0.2g，故D正确；
综上所述，答案为B。
8．C
【分析】由图可知，b极二氧化碳发生还原反应得到甲烷，为正极；a极氢氧根离子失去电子发生氧化反应为负极；
【详解】A．由分析可知，a电极发生氧化反应，故A正确；
B．b电极二氧化碳发生还原反应得到甲烷，电极反应式为，故B正确；
C．该系统生成为1mol，则转移电子8mol，根据电子守恒可知，双极隔膜中有个发生解离，故C错误；
D．该系统通过太阳能将二氧化碳转化为甲烷，是一种极具前景的太阳能-燃料直接转换系统，故D正确；
故选C。
9．D
【详解】A．由电池装置及电极反应可知在a电极失电子，a作负极，故A正确；
B．由电极反应得电池总反应为：，参加反应的与的物质的量之比为2：1，质量比为4：1，故B正确；
C．由总反应可知，反应过程中NaOH被消耗，同时反应生成水，导致的物质的量浓度将下降，故C正确；
D．电子不能在电解质溶液中移动，故D错误；
故选：D。
10．B
【分析】由图可知，甲池为原电池，镁为负极，碳纳米管为正极，其电极反应式为：SO2+4e-=S+2O2-，则乙池为电解池，Pt1为阳极，水中的氢氧根离子失电子生成氧气，Pt2为阴极，硝酸根离子得电子生成氮气和水，以此解题。
【详解】A．由图可知，甲池为原电池，镁为负极，碳纳米管为正极，则乙池为电解池，Pt1 为阳极，故A正确；
B．乙池为电解池，Pt2 为阴极，硝酸根离子得电子生成氮气和水，发生还原反应，故B错误；
C．由分析可知，碳纳米管为正极，其电极反应式为：SO2+4e-=S+2O2-，故C正确；
D．Pt2为阴极，硝酸根离子得电子生成氮气和水，后水中的氢离子得电子生成氢气，剩余氢氧根离子，周围pH增大，故D正确；
故选B。
11．C
【详解】A．该电池的负极为金属K，易与发生反应，不能用含的水溶液为电解质溶液，故A错误；
B．放电时，电极a为负极，电子从电极a通过导线流动到电极b，电子不通过电解质，故B错误；
C．阳极反应可能存在[、、]，故C正确；
D．充电时，电路中转移时，阴极发生的反应为，故电极应增重78g，故D错误；
故答案选C。
12．D
【分析】该电池为二次电池，放电时锌作负极，BiOI作正极，放电时电池的总反应为：；充电时，Bi作阳极，锌电极作阴极，电池的总反应为：2Bi+2Bi2O3+3ZnI2＝6BiOI+3Zn，据此解答。
【详解】A．由总反应可知，放电时，Zn为负极，发生氧化反应，故A错误；
B．由总反应可知，6molBiOI参与反应反应时生成2molBi，转移6mol电子，1molBiOI参与反应，转移1mole-，故B错误；
C．充电时，Zn电极作阴极，BiOI极作阳极，溶液中阳离子向阴极移动，则Zn2+通过阳离子交换膜从BiOI极移向Zn极，故C错误；
D．充电时阳极发生反应：，故D正确；
故选D。
13．C
【分析】根据电极反应为TiO2/S* →TiO2/S++e-，可知该电极为负极，则Pt-导电玻璃为正极，电解质为和I-的混合物，在正极上得到电子被还原，正极反应为+2e-=3I-；
【详解】A．由图可知，该电池工作时，光能直接转化为电能，A正确；
B．据分析可知，电池的正极反应为+2e- →3I-，B正确；
C．该反应电荷不守恒，电解质溶液中可发生反应为2TiO2/S++3I-→2TiO2/S+，C错误；
D．由图可知，和I-在不停的循环，则电池的电解质溶液中I-和的浓度不会减少，D正确；
故选C。
14．AC
【分析】甲醇—氧气燃料电池中甲醇发生氧化反应，故A作负极，氧气发生还原反应，故B作正极。
【详解】A．根据分析可知，A处发生氧化反应，A项正确；
B．原电池中的电子不能通过电解质溶液，B项错误；
C．放电时，负极上甲醇失电子生成二氧化碳，故电极反应式为，C项正确；
D．没有标明气体所处状况，无法计算气体体积，D项错误。
故选AC。
15．(1) B电极 A B
(2) 负
(3) 负
(4)

【详解】（1）氧气得到电子发生还原反应为正极，故B电极为正极、A电极为负极，负极上二甲醚失去电子发生氧化反应生成二氧化碳和氢离子，；原电池中阳离子向正极迁移，故H+移动方向为由A到B；
（2）①由图可知，左侧亚硫酸氢根离子得到电子发生还原生成，为阴极区，则与其相连的a是直流电源的负极、b为正极。
②已知电解池的阴极室中溶液的pH在4～7之间为酸性，阴极区亚硫酸氢根离子得到电子发生还原生成，电极反应为。
③NO和发生氧化还原反应生成氮气和亚硫酸氢根离子，氮元素化合价由+2变为0、硫元素化合价由+3变为+4，结合电子守恒可知，反应为；
（3）图所示的电解装置可去除废水中的氨氮(次氯酸氧化能力强)，根据题意可知，d极氯离子失去电子反应氧化反应生成次氯酸：，次氯酸将氨氮氧化而除去，d极为阳极，c为阴极，与阴极相连的a为负极；
①由分析可知，a极为负极。
②由分析可知，d极反应式为；
（4）由图可知，空气通入的a极为正极，氧气得到电子发生还原反应，则VB2极为负极，VB2失去电子在碱性条件下发生氧化反应生成B2O3、V2O5，反应为。
16．(1) 增加 增大 PbO2+2e-+ SO+4H+=PbSO4+2H2O
(2) b CH3OH-6e-+H2O=CO2↑+6H+ 1.2
(3) Li-e-=Li+ 负极材料为Li，可与水反应

【详解】（1）放电时，负极上铅失电子发生氧化反应，电极反应式为Pb-2e-+SO=PbSO4，电极由Pb变为PbO2，质量增加，根据总反应可知，该反应消耗硫酸，则氢离子浓度减小，pH增大；正极的反应式为：PbO2+2e-+ SO+4H+=PbSO4+2H2O；；
（2）①由氢离子移动方向知，右侧电极为燃料电池的正极，左侧电极为负极，则b口通入甲醇；
②由氢离子移动方向知，左侧电极为负极，在水的作用下，甲醇在负极上失去电子发生氧化反应生成二氧化碳和氢离子，电极反应式为CH3OH-6e-+H2O=CO2↑+6H+；
③负极的电极反应式为CH3OH-6e-+H2O=CO2↑+6H+，由电极反应式可知，6.4g甲醇完全反应生成二氧化碳时，转移电子的个数为×6=1.2mol；
（3）Li为负极，被氧化，电极方程式为Li-e-=Li+；
因负极材料为Li，可与水反应，则不能用水代替电池中的混合有机溶剂；
17．(1)共价键
(2)C
(3)A
(4) 氢气 负

【详解】（1）水是共价化合物，分子中只存在共价键，则水分解时断裂的化学键是共价键，故答案为：共价键；
（2）氢能是一种具有发展前景的理想清洁能源，氢气燃烧时放出大量的热，即反应过程断裂化学键消耗的能量小于形成化学键释放的能量，若断开氢气中的化学键消耗的能量为，断开氧气中的化学键消耗的能量为，形成水中的化学键释放的能量为，则有，故答案为：C；
（3）根据原电池的形成条件可知，必须是自发进行的氧化还原反应才可能从理论上将其设计为原电池；
A．是一个自发进行的氧化还原反应，可以设计为原电池，A符合题意；
B．是一个自发进行的非氧化还原反应，不可以设计成原电池，B不合题意；
C．是一个非自发进行的氧化还原反应，不可以设计为原电池，C不合题意；    
D．是一个自发进行的非氧化还原反应，不可以设计成原电池，D不合题意；
故选A；
（4）①由电子流向可知，a极为负极，通入的物质为氢气，氢气失去电子发生氧化反应；原电池中阴离子向正极迁移，故电解质溶液中的OH-移向负极。
②氢氧燃料电池工作时，氢气在负极失去电子发生氧化反应生成水，负极的电极反应式。
18．(1)CH3OH
(2)
(3) 正 CuSO4溶液
(4)

【详解】（1）根据图示，氢离子由左向右移动，左侧电极为负极，该电池工作时，b口通入的物质为CH3OH；
（2）甲醇在负极失电子生成二氧化碳和氢离子，该电池负极的电极反应式为
（3）精炼铜时，粗铜为阳极，应与甲醇燃料电池的正极相连，铜离子在阴极得电子生成金属铜，阴极的电极反应式为，电解质溶液为硫酸铜；
（4）铝失电子生成铝离子，铝离子和碳酸氢根离子发生双水解反应生成氢氧化铝沉淀和二氧化碳，所以溶液逐渐变浑浊，电极反应式为。