新高考2024版高考化学一轮复习微专题小练习专练31原电池原理及应用一

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1.[2022·广东卷]科学家基于Cl2易溶于CCl4的性质，发展了一种无需离子交换膜的新型氯流电池，可作储能设备（如图）。充电时电极a的反应为： NaTi2（PO4）3＋2Na＋＋2e－===Na3Ti2（PO4）3。下列说法正确的是（ ）
A．充电时电极b是阴极
B．放电时NaCl溶液的pH减小
C．放电时NaCl溶液的浓度增大
D．每生成1 ml Cl2，电极a质量理论上增加23 g
2.[2022·福建卷]一种化学“自充电”的锌­有机物电池，电解质为KOH和Zn（CH3COO）2水溶液。将电池暴露于空气中，某电极无需外接电源即能实现化学自充电，该电极充放电原理如图所示。下列说法正确的是（ ）
A．化学自充电时，c（OH－）增大
B．化学自充电时，电能转化为化学能
C．化学自充电时，锌电极反应式：
Zn2＋＋2e－===Zn
D．放电时，外电路通过0.02 ml电子，正极材料损耗0.78 g
3.[2023·广州综合测试]新型Li­Mg双离子可充电电池是一种高效、低成本的储能电池，其工作原理如图所示。放电时电极a的反应为：Li1－xFePO4＋xLi＋＋xe－===LiFePO4。下列说法不正确的是（ ）
A．充电时，Mg电极为阴极
B．放电时，Li＋从Ⅰ室向Ⅱ室迁移
C．放电时，Ⅱ室Li2SO4溶液的浓度增大
D．每消耗1 ml Mg，电极a质量理论上增加14 g
4.[2023·辽宁卷]某低成本储能电池原理如下图所示。下列说法正确的是（ ）
A．放电时负极质量减小
B．储能过程中电能转变为化学能
C．放电时右侧H＋通过质子交换膜移向左侧
D．充电总反应：
Pb＋SO eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(4)) ＋2Fe3＋===PbSO4＋2Fe2＋
5.
[素材创新]手持技术的氧电化学传感器可用于测定O2含量，如图为某种氧电化学传感器的原理示意图。已知在测定O2含量过程中，电解质溶液的质量保持不变。一定时间内，通过传感器的待测气体为a L（标准状况），某电极质量增加了b g。下列说法正确的是（ ）
A．Pt电极为负极
B．反应过程中转移OH－的物质的量为0.125b ml
C.Pb电极上发生的电极反应为
Pb－2e－＋2OH－===Pb（OH）2
D．待测气体中氧气的体积分数为 eq \f(0.35b,a)
6.[2023·重庆育才中学适应考]如图是通过人工光合作用，以CO2和H2O为原料制备HCOOH和O2的原理示意图，下列说法正确的是（ ）
A．外电路电流方向是a→b
B．电池工作时正极区溶液的pH升高
C．电极b上发生的反应为
CO2＋2e－＋2H＋===HCOOH
D．1 ml H2O被完全氧化时有22.4 L CO2被还原
7.[2023·湖南郴州质检]微生物燃料电池在净化废水的同时能获得能源或得到有价值的化学产品，如图为其工作原理及废水中Cr2O eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(7)) 浓度与去除率的关系。下列说法不正确的是（ ）
A．有机物被氧化，M极为电池负极
B．电池工作时，N极附近溶液pH增大
C．Cr2O eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(7)) 浓度较大时，可能会造成还原菌失活
D．处理0.1 ml Cr2O eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(7)) 时有0.6 ml H＋从交换膜右侧向左侧迁移
8.某化学课外活动小组拟用铅蓄电池进行电絮凝净水的实验探究，设计的实验装置如图所示，下列叙述正确的是（ ）
A．Y的电极反应：Pb－2e－===Pb2＋
B．铅蓄电池工作时SO eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(4)) 向X极移动
C．电解池的反应仅有
2Al＋6H2O eq \(=====,\s\up7(电解)) 2Al（OH）3＋3H2↑
D．每消耗 103.5 g Pb，理论上电解池阴极上有1 ml H2生成
9.[情境创新]常温下，将除去表面氧化膜的Al、Cu片插入浓HNO3中组成原电池如图1所示，测得原电池的电流强度（I）随时间（t）的变化如图2所示。反应过程中有红棕色气体产生。下列说法错误的是（ ）
A．t1 s前，Al片的电极反应为：
2Al＋3H2O－6e－===Al2O3＋6H＋
B．t1 s时，因Al在浓硝酸中钝化，氧化膜阻碍了Al继续反应
C．t1 s之后，负极Cu失电子，电流方向发生改变
D．t1 s之后，左边烧杯中发生反应的离子方程式为：2NO2＋2OH－===NO eq \\al(\s\up1(－),\s\d1(3)) ＋NO eq \\al(\s\up1(－),\s\d1(2)) ＋H2O
二、非选择题
10.某兴趣小组的同学用如图所示装置研究有关电化学的问题。当闭合该装置的电键时，观察到电流计的指针发生了偏转。
请回答下列问题：
（1）甲池为 （填“原电池”“电解池”或“电镀池”），通入CH3OH一极的电极反应式为 。
（2）乙池中A（石墨）电极的名称为 （填“正极”“负极”“阴极”或“阳极”），总反应式为 。
（3）当乙池中B极质量增加5.40 g时，甲池中理论上消耗O2的体积为 mL（标准状况），丙池中 极析出 g铜。
（4）若丙池中电极不变，将其溶液换成NaCl溶液，电键闭合一段时间后，甲池中溶液的pH将 （填“增大”“减小”或“不变”，下同）；丙池中溶液的pH将 ，若要将丙池中溶液复原，需加入 。
专练31 原电池原理及应用一
1．C 由充电时电极a的反应式可知，电极a发生还原反应，则充电时电极a为阴极，电极b为阳极，故A错误；放电时，负极Na3Ti2（PO4）3转化为Na＋，正极Cl2发生还原反应生成Cl－，NaCl溶液的浓度增大，但溶液一直为中性，故放电时NaCl溶液的pH不变，B项错误、C项正确；充电时，每生成1 ml Cl2，则转移2 ml电子，由题干电极a反应式可知，有2 ml Na＋参与反应，则电极a质量理论上增加46 g，D项错误。
2．A 由图示可知，化学自充电时，O2得电子转化为OH－，OH－与K＋结合形成KOH，c（OH－）增大，A正确；该电池为自充电电池，无需外接电源，因此化学自充电时，没有电能转化为化学能，B错误；由图示可知，化学自充电时，阳极反应为有机物之间的转化，阴极反应为O2转化为OH－，没有发生Zn2＋＋2e－===Zn，C错误；放电时，＋2nK＋＋2ne－===，正极材料中增加了K＋，故当外电路中通过0.02 ml电子时，正极材料增加0.78 g，D错误。
3．C 根据放电时电极a发生还原反应知，电极a为正极，Mg电极为负极。
由上述分析知，充电时Mg电极为阴极，A项正确；放电时Li＋向正极（电极a）移动，则Li＋从Ⅰ室向Ⅱ室迁移，B项正确；放电时，Li＋从Ⅰ室向Ⅱ室迁移，SO eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(4)) 不参与电极反应，Ⅱ室Li2SO4溶液的浓度不变，C项错误；每消耗1 ml Mg，电路中通过2 ml电子，根据电极a的反应，知电极a增加的质量为2 ml Li＋的质量，即增重14 g，D项正确。
4．B 该储能电池放电时，Pb为负极，失电子结合硫酸根离子生成PbSO4，则多孔碳电极为正极，正极上Fe3＋得电子转化为Fe2＋，充电时，多孔碳电极为阳极，Fe2＋失电子生成Fe3＋，PbSO4电极为阴极，PbSO4得电子生成Pb和硫酸。
放电时负极上Pb失电子结合硫酸根离子生成PbSO4附着在负极上，负极质量增大，A错误；储能过程中，该装置为电解池，将电能转化为化学能，B正确；放电时，右侧为正极，电解质溶液中的阳离子向正极移动，左侧的H＋通过质子交换膜移向右侧，C错误；充电时，总反应为PbSO4＋2Fe2＋===Pb＋SO eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(4)) ＋2Fe3＋，D错误；故答案选B。
5．B 结合图示及电解质溶液的质量保持不变进行如下分析：
则该传感器工作时发生的总反应为2Pb＋O2===2PbO，Pb电极质量增加。Pt电极通入O2，发生还原反应，该电极为正极，Pb电极为负极，A项错误；根据上述分析可知，质量增加的电极应是Pb电极，且增加的为O元素的质量，由电极反应式可知Pb电极每增加16 g，溶液中转移OH－的物质的量为2 ml，则Pb电极质量增加b g时，转移OH－的物质的量为0.125b ml，B项正确；Pb电极发生的电极反应为2Pb＋4OH－－4e－===2PbO＋2H2O，C项错误；Pb电极质量增加b g，消耗的n（O2）＝ eq \f(b,32) ml，其在标准状况下的体积为0.7b L，则氧气的体积分数为 eq \f(0.7b,a) ，D项错误。
6．C 由图可知，a电极上水失电子生成氧气，电极反应式为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，a电极为负极，b电极为正极，原电池外电路电流方向是由电源正极流向负极，即b→a，A项错误；由图可知，负极产生的H＋通过质子交换膜迁移到正极区，CO2得电子，反应后生成了酸性较强的甲酸，故正极区溶液的pH降低，B项错误；电极b为正极，发生的反应为CO2＋2e－＋2H＋===HCOOH，C项正确；由电池总反应式2H2O＋2CO2===O2＋2HCOOH可知，1 ml H2O被完全氧化时有1 ml CO2被还原，但CO2所处的温度和压强未知，无法确定CO2的体积，D项错误。
7．D 由图知，电子由M极经导线流入N极，则N极为正极，M极有机物失电子被氧化生成CO2，M极为原电池的负极，故A正确；根据图示，正极区发生的总反应为Cr2O eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(7)) ＋6e－＋8H＋===2Cr（OH）3＋H2O，消耗氢离子，N极附近溶液pH增大，故B正确；Cr2O eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(7)) 具有强氧化性，能使蛋白质变性，由图可知，当Cr2O eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(7)) 的浓度大于2 mg·L－1时，去除率显著降低，Cr2O eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(7)) 浓度较大时，可能会造成还原菌失活，故C正确；Cr元素化合价由＋6价变为＋3价，每消耗0.1 ml Cr2O eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(7)) 时转移0.6 ml电子，根据电荷守恒，处理0.1 ml Cr2O eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(7)) 时有0.6 ml H＋从交换膜左侧向右侧迁移，故D错误。
8．B 根据实验的原理，电絮凝净水，让Al转化成氢氧化铝胶体，即Al失电子，根据电解原理，Al为阳极，Y为PbO2，则X为Pb，Y电极反应为：PbO2＋SO eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(4)) ＋4H＋＋2e－===PbSO4＋2H2O，故A错误；根据原电池的工作原理，SO eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(4)) 向负极移动，即SO eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(4)) 移向X电极，故B正确；电解过程中实际上发生两个反应，分别为2Al＋6H2O eq \(=====,\s\up7(电解)) 2Al（OH）3＋3H2↑和2H2O eq \(=====,\s\up7(电解)) 2H2↑＋O2↑，故C错误；消耗103.5 g Pb，转移电子物质的量为 eq \f(103.5,207) ×2 ml＝1 ml，阴极上的电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑，通过电量相等，即产生氢气的物质的量为1/2 ml＝0.5 ml，故D错误。
9．D t1 s前，Al片作负极，发生氧化反应，其电极反应式为2Al＋3H2O－6e－===Al2O3＋6H＋，A项正确；t1 s时，随着反应进行铝表面钝化形成的氧化膜阻碍了Al继续反应，B项正确；t1 s后Cu作负极发生氧化反应，电流方向发生改变，C项正确；t1 s之后，Al极生成NO2，NO2溶于NaOH溶液中生成NaNO3和NaNO2，即右边烧杯中发生反应的离子方程式为2NO2＋2OH－===NO eq \\al(\s\up1(－),\s\d1(3)) ＋NO eq \\al(\s\up1(－),\s\d1(2)) ＋H2O，D项错误。
10．答案：（1）原电池 CH3OH－6e－＋8OH－===CO eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(3)) ＋6H2O
（2）阳极 4AgNO3＋2H2O eq \(=====,\s\up7(电解)) 4Ag＋O2↑＋4HNO3
（3）280 D 1.6 （4）减小 增大 HCl
解析：（1）甲池为原电池，通入CH3OH的电极为负极，电极反应式为CH3OH－6e－＋8OH－===CO eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(3)) ＋6H2O。（2）乙池中为用惰性电极电解AgNO3溶液，其中A作阳极，B作阴极，总反应式为4AgNO3＋2H2O eq \(=====,\s\up7(电解)) 4Ag＋O2↑＋4HNO3。（3） 乙池中B极质量增加5.40 g为银的质量，则银的物质的量为 eq \f(5.4 g,108 g·ml－1) ＝0.05 ml，根据电子转移守恒n（Ag）＝4n（O2）＝2n（Cu），故V（O2）＝ eq \f(0.05 ml,4) ×22.4 L·ml－1＝0.28 L＝280 mL，m（Cu）＝ eq \f(0.05,2) ×64 g·ml－1＝1.6 g。（4）若丙池中电极不变，将其溶液换成NaCl溶液，根据丙池中总反应式2NaCl＋2H2O eq \(=====,\s\up7(电解)) 2NaOH＋H2↑＋Cl2↑可知，溶液pH增大，而甲池中总反应式为2CH3OH＋3O2＋4KOH===2K2CO3＋6H2O，溶液pH减小。电极
电极反应
放电（原电池）
负极（Mg电极）
Mg－2e－===Mg2＋
正极（电极a）
Li1－xFePO4＋xLi＋＋xe－===LiFePO4
充电（电解池）
阴极（Mg电极）
Mg2＋＋2e－===Mg
阳极（电极a）
LiFePO4－xe－===Li1－xFePO4＋xLi＋
电极
电极反应
正极（Pt电极）
O2＋4e－＋2H2O===4OH－
负极（Pb电极）
2Pb＋4OH－－4e－===2PbO＋2H2O