2027高考化学一轮复习练习含答案 课时作业33 原电池 化学电源（教用）

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基础达标练
1．将相同的锌片和铜片按图示方式插入同浓度的稀硫酸中，下列说法错误的是（ ）
A. 甲烧杯中铜片上有气泡，乙烧杯中锌片上有气泡
B. 两烧杯中溶液的H+浓度都减小
C. 甲烧杯产生气泡的速率比乙烧杯快
D. 甲烧杯中铜片是正极，乙烧杯中铜片是负极
【答案】D
【解析】甲烧杯中形成铜锌原电池，锌作负极，失电子，铜作正极，H+在铜电极上得电子，生成H2，所以甲烧杯中铜片表面有气泡产生，乙烧杯中锌片与稀硫酸发生置换反应：Zn+H2SO4ZnSO4+H2↑ ，乙烧杯中锌片上有气泡，A正确，D错误；甲烧杯中铜片上H+得电子生成H2，乙烧杯中锌和稀硫酸发生置换反应生成H2，所以两烧杯中溶液的H+浓度均减小，B正确；甲烧杯能形成原电池，乙烧杯不能形成原电池，所以甲烧杯产生气泡的速率比乙烧杯快，C正确。
2．（2025·广东深圳一模）酸性锌锰干电池的构造示意图如图所示。关于该电池及其工作原理，下列说法错误的是（ ）
A. 石墨棒作电池的正极
B. 电池工作时，NH4+向正极方向移动
C. MnO2发生氧化反应
D. 锌筒发生的电极反应为Zn−2e−Zn2+
【答案】C
【解析】酸性锌锰干电池中，石墨棒作正极，A正确；电池工作时，阳离子向正极移动，NH4+向正极方向移动，B正确；MnO2在正极得电子，发生还原反应，C错误；锌筒作负极，锌失去电子发生氧化反应，电极反应为Zn−2e−Zn2+，D正确。
3．某种熔融碳酸盐燃料电池以Li2CO3、K2CO3为电解质。以CH4为燃料时，该电池的工作原理如图所示。下列说法正确的是（ ）
A. a为CH4，b为O2
B. CO32−向右侧电极移动
C. 此电池在常温时也能工作
D. 正极的电极反应式为O2+2CO2+4e−2CO32−
【答案】D
【解析】题给装置为甲烷燃料电池，通入甲烷一极为负极，电解质为熔融碳酸盐，电极反应式为CH4+4CO32−−8e−5CO2+2H2O，通入空气一极为正极，电极反应式为O2+2CO2+4e−2CO32−，a为CH4，b为空气，A错误，D正确；根据原电池工作原理可知，CO32−向负极移动，即向左侧电极移动，B错误；该电池的电解质为熔融状态碳酸盐，因此常温时，该电池不能工作，C错误。
4．（2025·广东广州一模）Mg−H2O2电池可用于驱动无人驾驶的潜航器，该电池以海水为电解质溶液，示意图如图所示。该电池工作时，下列说法正确的是（ ）
A. 石墨电极是负极
B. Mg电极发生还原反应
C. 溶液中Na+向负极移动
D. 石墨电极的电极反应式为H2O2+2e−2OH−
【答案】D
【解析】由题图可知，Mg电极为负极，电极反应式为Mg−2e−Mg2+，A错误；Mg电极失去电子发生氧化反应，B错误；溶液中阴离子向负极移动、阳离子向正极移动，C错误；石墨电极为正极，H2O2得电子被还原，电极反应式为H2O2+2e−2OH−，D正确。
5．（2025·山东济宁二模）二氧化硫-空气质子交换膜燃料电池实现了制硫酸、发电、环保三位一体的结合，其装置示意图如图所示。下列说法错误的是（ ）
A. 电池工作时，质子由a极移向b极
B. b极为电池正极
C. a极的电极反应式为SO2+H2O−2e−SO42−+2H+
D. 理论上每吸收1mlSO2，b电极消耗的O2的体积为11.2L（标准状况）
【答案】C
【解析】由题图可知，a极为燃料电池的负极，在水分子作用下二氧化硫失去电子发生氧化反应生成硫酸根离子和氢离子，b极为正极，酸性条件下氧气得到电子发生还原反应生成水。由分析可知，a极为燃料电池的负极，b极为正极，则电池工作时，质子由a极移向b极，A、B正确；二氧化硫在负极失去电子，发生氧化反应，生成硫酸根离子和氢离子，电极反应式为SO2+2H2O−2e−SO42−+4H+，C错误；正极的电极反应式为O2+4H++4e−2H2O，理论上每吸收1ml二氧化硫，标准状况下b电极消耗氧气的体积为1ml×24×22.4L⋅ml−1=11.2L，D正确。
6．（2025·安徽合肥一模）某沉积物-微生物电池可以回收处理含硫废渣(硫元素的主要存在形式为FeS2)，其工作原理如图所示。已知：酸性增强，硫氧化菌的活性逐渐降低。下列说法正确的是（ ）
A. Y极电势高于X极电势
B. 碳棒X上存在电极反应：O2+4H+−4e−2H2O
C. 工作一段时间后，硫氧化菌的活性降低，电池效率也降低
D. 每生成1mlSO42−，理论上消耗44.8LO2（标准状况下）
【答案】C
【解析】由题图可知，X极上O2得到电子生成H2O，则X极为正极，电极反应式为O2+4H++4e−2H2O，Y极为负极，发生氧化反应，含硫元素的物质变化为FeS2→S→SO42−。由分析可知，Y极电势比X极电势低，A错误；X极的电极反应式为O2+4H++4e−2H2O，B错误；电池总反应为2FeS2+7O2+2H2O2Fe2++4SO42−+4H+，工作一段时间后氢离子浓度增大，酸性增强，硫氧化菌的活性降低，电池效率降低，C正确；负极上每生成1mlSO42−，电路中转移7ml电子，理论上消耗1.75mlO2，标准状况下1.75mlO2的体积为39.2L，D错误。
7．（2026·河北石家庄模拟）用如图所示的新型电池处理含CN−的碱性废水，同时还可以淡化海水。下列说法正确的是（ ）
A. a极的电极反应式为2CN−+6H2O−10e−2CO32−+N2↑+12H+
B. 海水中的阳离子通过交换膜Ⅰ向左移动
C. a、b两极产生气体的物质的量之比为2:5
D. 若除去海水中58.5gNaCl，理论上可将含有5.2gCN−的废水完全处理
【答案】D
【解析】由题图可知，a极上CN−在碱性条件下失去电子生成氮气，电极反应式为2CN−+12OH−−10e−2CO32−+N2↑+6H2O，a极为负极，b极为正极，电极反应式为2H++2e−H2↑ ，据此分析解题。由分析可知，A错误。a极为负极，b极为正极，在原电池中，阳离子应移向正极(b极)，故海水中的阳离子通过交换膜Ⅱ向右移动，B错误。a极上每生成1mlN2转移10ml电子，b极上H+得电子生成H2，每转移10ml电子生成5mlH2，a、b两极产生的气体的物质的量之比为1:5，C错误。58.5gNaCl的物质的量为1ml，需转移1ml电子(Na+、Cl−各迁移1ml)；5.2gCN−的物质的量为0.2ml，每有1mlCN−反应失去5mle−，0.2mlCN−反应时转移0.2×5ml=1ml电子，因此可完全处理，D正确。
能力强化练
8．为了从海水中提取锂，某团队设计了图示的电解池。保持电源正负极不变，每运行一段时间后，将电极1与电极4取下互换，电极2与电极3取下互换，实现锂的富集。下列说法正确的是（ ）
A. 电路中电子的流向随着电极互换而改变
B. 电极2上发生的反应为Ag−e−Ag+
C. 理论上，电极1与电极4的质量之和保持不变
D. 理论上,电路通过1ml电子时,有0.5mlLi+富集在右侧电解液中
【答案】C
【解析】电路中电子的流向由电源的正负极决定，与电极无关，A错误；由题意可知，电极1为阴极，电极2为阳极，则电极2上发生的反应为Ag−e−+Cl−AgCl，B错误；电极1发生反应：FePO4+e−+Li+LiFePO4，电极4发生反应：LiFePO4−e−FePO4+Li+,交换电极1和电极4后，电极4发生反应：FePO4+e−+Li+LiFePO4，电极1发生反应：LiFePO4−e−FePO4+Li+，故电极1和电极4的质量之和不变，C正确；理论上，电路中通过1ml电子，会有1mlLi+聚集在右侧电解液中，D错误。
9．（2025·湖北襄阳一模）我国科学家发明了一种Zn−MnO2可充电电池，其工作原理如图所示，下列说法错误的是 （ ）
A. 放电时二氧化锰电极发生还原反应，二氧化锰被还原
B. 放电时，当电路中转移0.2ml电子时，正极区溶液质量增加8.7g
C. 电池左侧交换膜为阴离子交换膜，右侧交换膜为阳离子交换膜
D. 放电时，电池总反应为Zn+4OH−+MnO2+4H+[Zn(OH)4]2−+Mn2++2H2O
【答案】B
【解析】放电时，Zn为负极，在强碱性溶液中Zn失去电子被氧化生成[Zn(OH)4]2−，电极反应式为Zn+4OH−−2e−[Zn(OH)4]2−；MnO2为正极，酸性溶液中被还原为Mn2+，电极反应式为MnO2+4H++2e−Mn2++2H2O；为平衡电荷，左侧膜为阴离子交换膜，右侧膜为阳离子交换膜。放电时MnO2为正极，酸性溶液中被还原为Mn2+，A正确；MnO2为正极，根据正极反应式计算，当电路中转移0.2ml电子时，有0.1ml硫酸根离子通过阴离子交换膜进入中间室，正极区溶液质量变化=硫酸根离子质量的减小量−MnO2质量的增加量=0.1ml×96g⋅ml−1−0.1ml×87g⋅ml−1=0.9g，即正极区溶液质量减小0.9g，B错误；由分析可知，电池左侧为阴离子交换膜，右侧为阳离子交换膜，C正确；根据正、负极的电极反应式可知，电池总反应为Zn+4OH−+MnO2+4H+[Zn(OH)4]2−+Mn2++2H2O，D正确。
10．（14分）随着工业的发展，如何高效处理污水成为人类亟待解决的问题。
（1） 利用原电池原理，酸性废水中的NO3−在水处理剂（主要成分为铁粉、炭粉）表面的变化如图所示。
① 图中，纳米铁粉作_ _ _ _ （填“正极”或“负极”），多孔炭粉的作用为_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ 。
② 正极上的电极反应式为_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ 。
（2） 科研人员利用垃圾渗透液实现发电、环保二位一体，装置如图（a、b膜为离子交换膜）。
① 石墨电极M上的电极反应式为_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ 。
② a膜为_ _ _ _ _ _ （填“阴离子”或“阳离子”）交换膜。
③ 在放电过程中，Na+由中间室向_ _ _ _ （填“M”或“N”）极室移动。
④ 理论上，石墨电极M每处理0.8mlNH4+，外电路中通过的电子数为_ _ _ _ NA（设NA为阿伏加德罗常数的值）。
【答案】① 负极；作原电池的正极
② NO3−+10H++8e−NH4++3H2O
（2） ① 2NH4+−6e−N2↑+8H+
② 阴离子
③ N
④ 2.4
【解析】
（2） ① 石墨电极M是负极，负极上NH4+发生失电子的氧化反应生成N2，负极反应式为2NH4+−6e−N2↑+8H+。
② 石墨电极M是负极，石墨电极N是正极，Cl−向M极室移动，则a膜为阴离子交换膜。
③ 该原电池中石墨电极M是负极，石墨电极N是正极，阳离子移向正极，阴离子移向负极，即Na+由中间室向N极室移动。
④ 石墨电极M的电极反应式为2NH4+−6e−N2↑+8H+，每处理0.8mlNH4+转移的电子数为2.4NA。