备战2025届新高考化学一轮总复习分层练习第6章化学反应与能量第31讲原电池和化学电源（附解析）

这是一份备战2025届新高考化学一轮总复习分层练习第6章化学反应与能量第31讲原电池和化学电源（附解析），共6页。试卷主要包含了M、N、P、E四种金属,已知，2 ml e-,阴极生成0等内容，欢迎下载使用。

1.(2023·广东广州检测)化学电源在日常生活和高科技领域中都有广泛应用。下列说法不正确的是( )
A.甲:Zn2+向Cu电极方向移动
B.乙:负极的电极反应式为Zn-2e-+2OH-Zn(OH)2
C.丙:锌筒作负极,发生氧化反应
D.丁:电池放电时,电子由铅经硫酸溶液流向二氧化铅
2.(2023·河南信阳联考)氢氧燃料电池被誉为氢能源汽车的心脏。某氢氧燃料电池的内部结构如图,下列说法正确的是( )
A.左侧为电池的正极
B.电解质溶液中H+的移动方向为右侧电极→左侧电极
C.右侧的电极反应式为O2+4e-+2H2O4OH-
D.理论上,电池每消耗1 ml氢气,导线中通过2 ml电子
3.(2023·广东广州期末)依据氧化还原反应2Ag+(aq)+Cu(s)Cu2+(aq)+2Ag(s)设计的原电池如图所示。下列说法正确的是( )
A.X电极上发生的电极反应为Cu-2e-Cu2+
B.电极X的材料是Cu,电解质溶液Y是CuSO4溶液
C.银电极为电池的负极,被氧化
D.盐桥中K+移向CuSO4溶液
4.M、N、P、E四种金属,已知:①M+N2+N+M2+;②M、P用导线连接放入硫酸氢钠溶液中,M表面有大量气泡逸出;③N、E用导线连接放入E的硫酸盐溶液中,电极反应为E2++2e-E,N-2e-N2+。则这四种金属的还原性由强到弱的顺序是( )
A.P>M>N>EB.E>N>M>P
C.P>N>M>ED.E>P>M>N
5.镍镉电池是一种新型的封闭式小体积的可充电电池。其工作原理如图所示,下列说法错误的是( )
A.放电时b极为正极
B.放电时a极的反应为Cd+2e-+2OH-Cd(OH)2
C.充电时电流的方向:外电源正极→b极→电解质溶液→a极
D.用该电池提供的电能电解饱和食盐水,电路中通过0.2 ml e-,阴极生成0.2 g H2
6.有下图所示的四个装置,回答相关问题:
(1)图①中,Mg作 极。
(2)图②中,Mg作 极,写出负极反应式: ,正极反应式: ,总反应的离子方程式: 。
(3)图③中,Fe作 极,写出负极反应式: ,正极反应式: ,总反应的化学方程式: 。
(4)图④装置能否构成原电池? (填“能”或“否”),若能构成原电池,正极为 ,电极反应式为 (若不能构成原电池,后两问不用回答)。
层次2综合性
7.(2023·广东广州检测)下列关于图中所示原电池的说法正确的是( )
A.当a为石墨,b为Fe,c为食盐水时,外电路中也有微弱电流
B.当a为石墨,b为Cu,c为FeCl3溶液时,外电路中没有电流
C.当a为Cu,b为含有碳杂质的Al,c为稀硫酸时,b极上不能观察到气体产生
D.当a为Mg,b为Al,c为NaOH溶液时,根据现象可推知Al的活泼性强于Mg的活泼性
8.(2024·四川雅安模拟)甲醇(CH3OH)燃料电池的工作原理如图甲所示,下列说法错误的是( )
图甲
图乙
A.该电池工作时,b口通入的物质为CH3OH,c口通入的物质为O2
B.该电池负极的电极反应式为CH3OH+H2O-6e-CO2↑+6H+
C.精炼铜时,粗铜应与甲醇燃料电池的正极相连,阴极的电极反应式为Cu2++2e-Cu,电解质溶液为CuSO4溶液
D.用该燃料电池作电源,在实验室中模拟铝制品表面“钝化”处理的过程(如图乙),阳极电极反应为Al-3e-+4HC[Al(OH)4]-+4CO2↑
9.(2023·广东广州期中)柔性锌离子电池(ZIBs)是一种以锌片作负极的“摇椅式”电池,其工作原理示意图如图所示。下列说法正确的是( )
A.放电时,Zn2+向负极移动
B.放电时,电子由ZnV2O5材料流经Zn(ClO4)2溶液到锌片
C.放电时,正极反应为Zn1-xV2O5+xZn2++2xe-ZnV2O5
D.放电时,外电路每通过0.1 ml电子,正极减重3.25 g
10.(2023·湖南临澧一中质检)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。下列说法错误的是( )
A.放电时,负极电极反应式为Zn+4OH--2e-[Zn(OH)4]2-
B.CO2转化为HCOOH过程中,Zn电极的电势低于多孔Pd电极
C.充电过程中,甲酸在多孔Pd电极表面转化为CO2
D.当外电路通过2 ml电子时,双极膜中离解水的物质的量为1 ml
11.(2023·广东深圳模拟)一种可充电锌-空气电池放电时的工作原理如下图所示。已知:Ⅰ室溶液中,锌主要以[Zn(H2O)6]2+的形式存在,并存在[Zn(H2O)6]2+[Zn(H2O)5(OH)]++H+。下列说法正确的是( )
A.放电时,Ⅰ室溶液pH增大
B.放电时,该装置Ⅱ室可实现海水淡化
C.充电时,Zn电极反应为Zn+6H2O-2e-[Zn(H2O)6]2+
D.充电时,每生成1 ml O2,Ⅲ室溶液质量理论上减少32 g
12.液流电池是电化学储能领域的一个研究热点,其优点是储能容量大、使用寿命长。下图为一种中性Zn/Fe液流电池的结构及工作原理图。下列有关说法错误的是( )
A.充电时电极A连电源负极
B.放电时正极电极反应为[Fe(CN)6]3-+e-[Fe(CN)6]4-
C.放电时负极区离子浓度增大,正极区离子浓度减小
D.充电时阴极电极反应:[ZnBr4]2-+2e-Zn+4Br-
13.Ⅰ.Li-SOCl2电池可用于心脏起搏器。该电池的电极材料分别为锂和碳,电解液是LiAlCl4-SOCl2。电池的总反应可表示为4Li+2SOCl24LiCl+S+SO2↑。
(1)电池正极发生的电极反应为 。
(2)SOCl2易挥发,实验室中常用NaOH溶液吸收SOCl2,有Na2SO3和NaCl生成。如果把少量水滴到SOCl2中,实验现象是 ,反应的化学方程式为 。
Ⅱ.熔融盐燃料电池具有高的发电效率,因而受到重视。某燃料电池以熔融的K2CO3为电解质,以丁烷为燃料,以空气为氧化剂,以具有催化作用和导电性能的稀土金属材料为电极。
(3)该燃料电池负极电极反应式为 。
(4)该燃料电池正极电极反应式为 。
层次3创新性
14.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)硫酸是铅酸蓄电池的电解质,在铅酸蓄电池中负极的电极反应式是 。
(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的电极反应式是 。若有0.2 ml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,电极反应式为 。
第31讲 原电池和化学电源
1.D 解析 甲为铜锌原电池,锌为负极,铜为正极,阳离子Zn2+向Cu电极方向移动,A正确;乙为纽扣电池,负极为锌失电子发生氧化反应,反应式为Zn-2e-+2OH-Zn(OH)2,B正确;丙为锌锰干电池,锌筒作负极,发生氧化反应被消耗,C正确;丁为铅酸蓄电池,放电时为原电池,电子由负极铅沿导线流向正极二氧化铅,电子不会进入溶液,D不正确。
2.D 解析 左侧为电池的负极,A错误;原电池中阳离子向正极移动,电解质溶液中H+的移动方向为左侧电极→右侧电极,B错误;右侧的电极反应式为O2+4e-+4H+2H2O,C错误;理论上,电池每消耗1ml氢气,导线中通过2ml电子,D正确。
3.A 解析 依据氧化还原反应:2Ag+(aq)+Cu(s)Cu2+(aq)+2Ag(s),则X电极为Cu,作负极失电子生成铜离子,电极反应为Cu-2e-Cu2+,A正确;结合原理及装置可知电极X应为Cu,作负极,Ag作正极,正极的电解质溶液应为硝酸银,B错误;银电极作为正极,溶液中的银离子在正极得到电子转变成Ag,被还原,C错误;盐桥中阳离子向正极移动即向电解质溶液Y移动,D错误。
4.A 解析 由①知,金属活动性:M>N;M、P用导线连接放入硫酸氢钠溶液中,M表面有大量气泡逸出,说明M作原电池的正极,故金属活动性:P>M;N、E构成的原电池中,N作负极,故金属活动性:N>E;综合上述分析可知,金属活动性:P>M>N>E,A正确。
5.B 解析 根据图中电子流向可知,放电时a极为负极,b极为正极,故A正确;负极失电子,故B错误;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0.2mle-,则阴极生成氢气的物质的量为0.1ml,质量为0.2g,故D正确。
6.答案 (1)负
(2)正 2Al+8OH--6e-2[Al(OH)4]- 6H2O+6e-6OH-+3H2↑ 2Al+2OH-+6H2O2[Al(OH)4]-+3H2↑
(3)正 Cu-2e-Cu2+ 2N+4H++2e-2NO2↑+2H2O Cu+4HNO3(浓)Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O
(4)能 Cu O2+4e-+2H2O4OH-
7.A 解析 该条件下相当于Fe在中性条件下的吸氧腐蚀,故外电路中也有微弱电流,A项正确;Cu能与FeCl3溶液发生氧化还原反应,故石墨、Cu、FeCl3溶液能形成原电池而产生电流,B项错误;因b为含有碳杂质的Al,C、Al、稀硫酸可以构成原电池,溶液中的H+在b极上得到电子而产生H2,所以在b极上可观察到有气体产生,C项错误;Al可与NaOH溶液反应,Al作原电池的负极,但实际上Mg的活泼性强于Al的活泼性,D项错误。
8.D 解析 根据氢离子的流向可知燃料电池中左侧电极为负极,右侧电极为正极,甲醇燃料电池中,甲醇在负极放电,氧气在正极放电,所以b口通入CH3OH,c口通入O2,A正确;负极电极反应为CH3OH+H2O-6e-CO2↑+6H+,B正确;精炼铜时,粗铜应在阳极被氧化,所以与甲醇燃料电池的正极相连,阴极上铜离子得电子被还原为铜单质,电极反应式为Cu2++2e-Cu,电解质溶液应选用铜盐溶液,如CuSO4溶液,C正确;铝失电子生成铝离子,铝离子和碳酸氢根离子发生相互促进的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Al-3e-+3HCAl(OH)3↓+3CO2↑,D错误。
9.C 解析 放电时为原电池,锌片作负极,Zn1-xV2O5电极为正极,阳离子移向正极,即Zn2+向正极移动,A错误;放电时,Zn为负极,ZnV2O5材料为正极,电子由负极锌电极经导线流向正极ZnV2O5材料,电子不能流经电解质溶液Zn(ClO4)2溶液,B错误;放电时为原电池,Zn1-xV2O5电极为正极,正极反应式为Zn1-xV2O5+xZn2++2xe-ZnV2O5,C正确;放电时,正极反应式为Zn1-xV2O5+xZn2++2xe-ZnV2O5,根据电子守恒可知,外电路每通过0.1ml电子,正极增重×65g·ml-1=3.25g,D错误。
10.D 解析 据图可知,Zn发生失去电子的反应,电极反应式为Zn+4OH--2e-[Zn(OH)4]2-,A正确;多孔Pd电极为正极,负极电势较低,B正确;充电过程中,HCOOH转化为CO2,C正确;根据溶液呈电中性可知,外电路通过2ml电子时,双极膜中离解水的物质的量为2ml,D错误。
11.B 解析 原电池中通入O2的一极是正极,则Pt/C电极是正极,电极反应式为O2+4e-+2H2O4OH-,Zn电极为负极,已知:Ⅰ室溶液中,锌主要以[Zn(H2O)6]2+的形式存在,电极反应式为Zn+6H2O-2e-[Zn(H2O)6]2+,[Zn(H2O)6]2+浓度增大,平衡[Zn(H2O)6]2+[Zn(H2O)5(OH)]++H+正向移动,H+浓度增大,Ⅰ室溶液pH减小,A错误;放电时,该装置Ⅱ室中Na+通过阳离子交换膜进入Ⅲ室,Cl-通过阴离子交换膜进入Ⅰ室,可实现海水淡化,B正确;放电时,Zn电极反应为Zn+6H2O-2e-[Zn(H2O)6]2+,则充电时,Zn电极反应为[Zn(H2O)6]2++2e-Zn+6H2O,C错误;充电时,Ⅲ室为阳极,电极反应式为4OH--4e-O2↑+2H2O,每生成1mlO2转移4ml电子,同时有4mlNa+通过阳离子交换膜进入Ⅱ室,Ⅲ室溶液质量理论上减少32g+4ml×23g·ml-1=124g,D错误。
12.C 解析 由图可知,放电时,电极A为负极,电极反应式为Zn+4Br--2e-[ZnBr4]2-,放电时负极区离子浓度减小,C错误;电极B为正极,电极反应式为[Fe(CN)6]3-+e-[Fe(CN)6]4-,故B正确;充电时,电极A连电源负极,作电解池的阴极,电极反应式为[ZnBr4]2-+2e-Zn+4Br-,A、D正确。
13.答案 (1)2SOCl2+4e-4Cl-+S+SO2↑
(2)出现白雾,有刺激性气味的气体生成 SOCl2+H2OSO2↑+2HCl↑
(3)C4H10+13C-26e-17CO2↑+5H2O
(4)O2+2CO2+4e-2C
解析 (1)原电池的负极发生氧化反应,电极反应式为4Li-4e-+4Cl-4LiCl,则正极的电极反应式用总反应式减去负极反应式得2SOCl2+4e-4Cl-+S+SO2↑。(2)用NaOH溶液吸收SOCl2,有Na2SO3和NaCl生成,说明反应过程中S元素的化合价仍是+4价,未发生氧化还原反应,所以SOCl2与水反应的产物是二氧化硫与氯化氢,氯化氢与水结合形成白雾,则实验现象是出现白雾,有刺激性气味的气体生成;反应的化学方程式为SOCl2+H2OSO2↑+2HCl↑。
Ⅱ.(3)燃料电池的负极发生氧化反应,所以丁烷在负极发生氧化反应,失去电子,因为熔融K2CO3为电解质,所以生成二氧化碳和水,电极反应式为C4H10+13C-26e-17CO2↑+5H2O。(4)正极是氧气发生还原反应,与二氧化碳结合生成碳酸根离子,电极反应式为O2+2CO2+4e-2C。
14.答案 (1)Pb-2e-+SPbSO4
(2)V2+-e-V3+ 增加 0.2 g
(3)正 VO2++H2O-e-V+2H+
解析 (1)在铅酸蓄电池中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V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:V+e-+2H+VO2++H2O,若有0.2ml电子转移,则有0.2ml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0.2ml×1g·ml-1=0.2g。(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-V+2H+。