山东省2023年高考化学模拟题汇编-15化学能与电能（原电池、化学电源）

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山东省2023年高考化学模拟题汇编-15化学能与电能（原电池、化学电源） 一、单选题1．（2023·山东·潍坊一中校联考模拟预测）目前研究较多的Zn－H2O2电池，其电池总反应为Zn+OH-+HO=ZnO+H2O。现以Zn－H2O2电池电解尿素[CO(NH2)2]碱性溶液制备氢气，同时获得N2及极少量O2(装置2中隔膜仅阻止气体通过，b、c、d均为惰性电极)。下列说法错误的是A．装置1中OH-移向Zn电极B．反应过程中，d极附近的pH增大C．电极c的主要反应式为CO(NH2)2-6e-+8OH-=CO+N2+6H2OD．通电一段时间后，若Zn电极的质量减轻19.5g，则c电极产生N22.24L(标准状况)2．（2023·山东济南·山东省实验中学校考一模）工业上常用铁粉去除酸性废水中的，反应原理如图所示： 下列说法错误的是A．充分反应后，还会有少量铁粉剩余B．正极的电极反应式：C．、的产生与处理过程中溶液pH升高有关D．处理10L含废水，理论上至少消耗168g铁粉3．（2023·山东·统考一模）电解苯酚的乙腈(CH3—CN)水溶液可在电极上直接合成扑热息痛（ ），装置如图，其中电极材料均为石墨。下列说法错误的是A．电极a为负极B．装置工作时，乙室溶液pH减小C．c的电极反应式为+CH3-CN+H2O-2e- +2H+D．合成1mol扑热息痛，理论上甲室质量增重64g4．（2023·山东泰安·统考一模）国际纯粹与应用化学联合会(IUPAC)公布了“2022年度化学领域十大新兴技术”名单，包括钠离子电池、球形核酸、纳米酶和纤维电池等。下列有关说法中错误的是A．钠比锂储量丰富，价格低廉是钠离子电池的显著优势B．通过红外光谱仪可检测球形核酸结构中是否存在磷酸基等官能团C．纳米酶分散到水中形成的分散系的本质特征是丁达尔效应D．柔性纤维电池中正极发生还原反应5．（2023·山东济南·统考一模）以硝酸盐为离子导体的电池装置与其某一电极M附近的反应机理如图所示。下列说法错误的是A．镍电极上发生还原反应B．是该过程中的中间产物C．固体电解质能起到隔绝空气的作用D．M的电极反应为6．（2023·山东菏泽·统考一模）我国科研团队在同一个反应腔体中耦合两个连续的电化学反应，大大提高了电池的能量密度。以S、Zn为电极，溶液为电解液来构建水系级联电池，原理如图所示。已知：第一步反应为，当正极的硫完全反应生成后，继续高效发生第二步反应(单独构建该步电池时效率较低)。下列说法错误的是A．电池工作时，正极质量一直增加B．步骤1的放电产物可能对步骤2的放电过程起催化作用C．放电时，第一步反应的正极反应式为D．用此电池对粗铜电解精炼，理论上相同时间内两池电极上析出铜的物质的量相等7．（2023·山东菏泽·校考一模）水溶液锌电池(图1)的电极材料是研究热点之一、一种在晶体中嵌入的电极材料充放电过程的原理如图2所示。下列叙述中正确的是A．①为活化过程，其中的价态不变B．该材料在锌电池中作为负极材料C．②代表电池放电过程D．③中晶体转移的电子数为8．（2023·山东菏泽·校考一模）铝—石墨双离子电池是一种全新的高效、低成本储能电池，电池反应为，电池装置如图所示。下列说法正确的是A．AlLi合金作原电池的正极B．放电时移向正极C．充电时，电路中转移1 mol电子，阴极质量增加9 gD．充电时，阳极反应为9．（2023·山东·日照一中校联考模拟预测）海水电池在海洋能源领域应用广泛，各种金属铝、镁、钠、锂都可以作为海水电池的电极材料。下列说法错误的是A．A极为正极，海水中盐分大，可作为电解质溶液B．正极发生的电极反应只有：C．采用钠、锂等活泼金属作电极，要注意防止与海水直接接触D．通常海水电池都属于一次电池10．（2023·山东潍坊·统考模拟预测）pH计的工作原理(如图所示)是通过测定电池电动势E(即玻璃电极和参比电极的电势差)而确定待测溶液的pH。电池电动势E与待测溶液pH关系为： (E的单位为V，K为常数)。下列说法错误的是A．计工作时，化学能转化为电能B．玻璃电极玻璃膜内外的差异会引起电池电动势的变化C．若玻璃电极电势比参比电极低，玻璃电极反应：D．若测得的标准溶液电池电动势E为，可标定常数11．（2023·山东菏泽·校考一模）锌-二氧化碳可充电电池作为一门新兴的技术，不仅可以缓解所带来的温室效应，同时还可获得增值化学品(如乙酸，乙醇等)和额外电能。如图所示装置中，双极膜中水电离出的和在电场作用下可以向两极迁移下列说法正确的是A．放电时，外电路中电流由流向纳米片B．当外电路通过电子时，理论上双极膜中水减少18gC．放电时，双极膜中H+向Zn电极迁移D．充电时，阳极上的电极反应式为12．（2023·山东·潍坊一中校联考模拟预测）2021年我国研制出第一代钠离子电池，该电池具备高能量密度、高倍率充电等优势。它的工作原理为：，其装置如图所示，负极为碳基材料(NamCn)，利用钠离子在正负极之间嵌脱过程实现充放电，下列说法正确的是A．放电时，电子由a极经过导线移向b极B．充电时，若转移，碳基材料电极将增重23m克C．放电时a极反应式为：D．用该电池电解精炼铜，当电池中迁移时，理论上可获得64g纯铜13．（2023·山东济宁·统考一模）化学与科技、生产、生活密切相关，下列说法正确的是A．天然气属于新能源B．运载火箭壳体中的碳纤维属于无机非金属材料C．液氧在工业上可通过分解氯酸钾制得D．“深海勇士”号潜水艇使用的锂离子电池是一次电池 二、多选题14．（2023·山东·统考一模）科研人员通过控制光沉积的方法构建复合材料光催化剂，以Fe2+和Fe3+渗透Nafion膜在酸性介质下构建了一个还原和氧化分离的人工光合体系，其反应机理如图。下列说法正确的是A．a的价电子排布式：3d5B．体系中能量转化形式：电能→化学能C．体系中总反应的活化能：Ea正>Ea逆D．理论上每消耗18g水生成46gHCOOH15．（2023·山东济南·统考一模）我国科学家发现，将纳米级嵌入电极材料，能大大提高可充电铝离子电池的容量。其中有机离子导体主要含，隔膜仅允许含铝元素的微粒通过。工作原理如图所示：下列说法正确的是A．若从电极表面脱落，则电池单位质量释放电量减少B．为了提高电导效率，左极室采用酸性水溶液C．放电时，离子可经过隔膜进入右极室中D．充电时，电池的阳极反应为
参考答案：1．D【分析】由电池总反应可知，Zn电极为电池的负极，b极为电池的正极；与b极相连的c为电解池的阳极，与Zn电极相连的d为电解池的阴极，H2O2-Zn燃料电池工作时，Zn为负极被氧化，H2O2为正极被还原，电解尿素[CO(NH2)2]的碱性溶液，CO(NH2)2在阳极被氧化，水电离出的氢离子在阴极被还原。【详解】A．装置I是原电池，在原电池中阴离子向负极移动，Zn为负极，OH-移向Zn电极，A正确；B．由分析可知，d为阴极，水电离出的氢离子在阴极被还原为氢气，则氢离子浓度降低，氢氧根离子浓度增大，故d极附近的pH增大，B正确；C．与b极相连的c为电解池的阳极，CO(NH2)2在阳极被氧化，电极反应式为CO(NH2)2-6e-+8OH-=CO+N2+6H2O，C正确；D．19.5gZn的物质的量为0.3mol，转移电子0.6mol，根据选项C的分析可知，此时生成氮气0.1mol，体积为2.24L，但是根据题意可知此时还有氧气生成，故生成氮气的体积会小于2.24L，D错误；故选D。2．D【分析】由图可知，工业上常用铁粉去除酸性废水中重铬酸根离子的原理为原电池反应，加入铁粉时，铁为原电池的负极，水分子作用下，铁失去电子生成四氧化三铁和氢离子，四氧化三铁为正极，酸性条件下重铬酸根离子在正极得到电子发生还原反应生成铬离子和水，总反应为9Fe+4Cr2O+32H+=3Fe3O4+8Cr3++16H2O，当原电池工作一段时间后，溶液中氢离子浓度减小，溶液pH增大，碱性条件下铁在负极失去电子发生氧化反应碱式氧化铁和水，水在正极得到电子生成氢气和氢氧根离子，氢氧根离子与铬离子反应生成氢氧化铬，总反应为2Fe+Cr2O+5 H2O=2FeOOH+Cr(OH)3+2OH—。【详解】A．由图可知，充分反应后，还会有少量铁粉剩余，故A正确；B．由分析可知，四氧化三铁为正极，酸性条件下重铬酸根离子在正极得到电子发生还原反应生成铬离子和水，电极反应式为，故B正确；C．由分析可知，当原电池工作一段时间后，溶液中氢离子浓度减小，溶液pH增大，碱性条件下铁在负极失去电子发生氧化反应碱式氧化铁和水，水在正极得到电子生成氢气和氢氧根离子，氢氧根离子与铬离子反应生成氢氧化铬，故C正确；D．由分析可知，铁在原电池工作时转化为四氧化三铁和碱式氧化铁，则无法确定负极放电产物的物质的量，无法计算10L含0.1mol/L重铬酸根离子废水理论上消耗铁粉的质量，故D错误；故选D。3．B【分析】根据题给信息可确定左侧装置为化学电源，右侧装置为电解池。化学电源中，阴离子向负极移动，故电极a是负极，电极b是正极，电极c是阳极，电极d是阴极。【详解】A．由分析知电极a是负极，A正确；B．乙室是化学电源的正极室，工作时，在正极b上得到电子发生还原反应，电极反应式为：，反应时减小，溶液增大，B错误；C．电极c为阳极，在电极c上失去电子发生氧化反应，并与苯酚反应生成扑热息痛，电极反应式为：+CH3CN+H2O-2e- +2H+，C正确；D．根据阳极c的电极反应式，合成1mol扑热息痛，转移2mol电子，负极a发生反应：，生成1mol氧气，同时乙室转移1mol到甲室，理论上甲室质量增重：，D正确；故选B。4．C【详解】A．钠以盐的形式广泛存在于海水、矿物中，因此钠离子电池相比于锂离子电池，具有原料储量丰富，价格低廉的优点，A正确；B．红外光谱可以测定化合物中存在的基团，故通过红外光谱仪可检测球形核酸结构中是否存在磷酸基等官能团，B正确；C．纳米酶分散到水中形成的分散系为胶体，本质特征是分散质的粒子直径在1~100nm，C错误；D．柔性纤维电池中，正极发生得电子的还原反应，D正确；故选C。5．D【详解】A．根据活泼性，液态钠为原电池的负极，镍电极为正极，发生还原反应，A正确；B．由图可知， ，是该过程中的中间产物，B正确；C．液态钠和空气中的水蒸气发生反应，所以需要隔绝空气，固体电解质能起到隔绝空气的作用，C正确；D．M的电极反应为，D错误； 故选D。6．D【分析】第一步反应为，由图可知，Zn为负极，电极反应为：Zn−2e−＝Zn2＋，S为正极，电极反应为：S＋2Cu2＋＋4e−＝Cu2S，当正极的硫完全反应生成Cu2S后，继续高效发生第二步反应，Zn为负极，电极反应为：Zn−2e−＝Zn2＋，S为正极，电极反应为Cu2＋＋xO2＋2e−═(1−4x)Cu＋2xCu2O，单独构建该步电池时效率较低，可能的原因是步骤1的放电产物Cu2S对步骤2的放电过程起催化作用，据此进行分析。【详解】A．分析电池工作原理可知，正极的硫完全反应后仍然没有脱离电极，正极质量一直增加，故A正确；B．单独构建第二步电池时效率较低，耦合两个连续的电化学反应时效率较高，可能的原因是步骤1的放电产物Cu2S对步骤2的放电过程起催化作用，故B正确；C．第一步反应为，由图可知，Zn为负极，电极反应为：Zn−2e−＝Zn2＋，S为正极，电极反应为：S＋2Cu2＋＋4e−＝Cu2S，故C正确；D．该电池分两步完成，且只有第二步反应才析出铜，所以相同时间内两池电极上析出铜的物质的量不相等，故D错误；故答案选D。【点睛】本题以同一个反应腔体中耦合两个连续的电化学反应为载体，考查电极质量变化、反应过程分析、物质的量计算和电极反应等，能依据图像和信息准确判断正负极是解题的关键，难点是电极反应式的书写。7．C【详解】A．①过程中MnO晶胞中体心的Mn2+失去，产生空位，该过程为MnO活化过程，根据化合物化合价为0可知Mn元素化合价一定发生变化，故A项错误；B．锌电池中Zn失去电子生成Zn2+，Zn电极为负极材料，故B项错误；C．②过程中电池的MnO电极上嵌入Zn2+，说明体系中有额外的Zn2+生成，因此表示放电过程，故C项正确；D．MnO晶胞中棱边上所含Mn的个数为，同理和晶胞中棱边上所含Mn的个数为3，晶胞中Zn2+个数为，因此Mn与Zn2+个数比为3：1，由此可知晶胞中Zn2+个数为，③过程中1mol晶体转移电子的物质的量为，故D项错误；综上所述，叙述正确的是C项。8．D【分析】根据电池反应为，Li化合价升高，因此AlLi作负极，中P化合价降低，作正极。【详解】A．根据前面分析AlLi合金作原电池的负极，故A错误；B．原电池“同性相吸”，因此放电时移向负极，故B错误；C．充电时，阴极反应式为，电路中转移1 mol电子，阴极生成1mol AlLi，其质量增加7 g，故C错误；D．放电时正极反应为，则充电时，阳极反应为，故D正确。综上所述，答案为D。9．B【详解】A．观察装置可知A极为正极，海水中含有丰富的电解质，如氯化钠、氯化镁等可作为电解质溶液，A正确；B．正极反应为，B错误；C．Na、Li等活泼金属易与水反应，故要防止与海水直接接触，C正确；D．通常海水电池不可充电，属于一次电池，D正确；故选B。10．C【详解】A．原电池是把化学能转化为电能，pH计是以玻璃电极（在特制玻璃薄膜球内放置已知浓度的HCl溶液，并插入Ag-AgCl电极）和另一Ag-AgCl电极插入待测溶液中组成电池，计工作时，化学能转化为电能，A正确； B．pH与电池的电动势E存在关系：，则pH=，利用玻璃膜内外氢离子浓度的差异引起电动势的变化达到测量溶液的pH目的，B正确；C．若玻璃电极电势比参比电极低，，为原电池负极，负极上是银失电子生成氯化银，电极反应为：Ag-e-+Cl-═AgCl，C错误； D．pH与电池的电动势E存在关系：，若测得的标准溶液电池电动势E为，可标定常数K=E-0.059pH=0.377-0.059×3=0.2，D正确；故答案为：C。11．D【分析】由图可知，放电时为原电池，Zn为负极发生失电子的氧化反应 ，纳米片为正极，发生还原反应，CO2发生得电子的还原反应转化为C2H5OH，H2O电离出的H+和OH-分别由双极膜移向正极、负极；充电时为电解池，原电池正负极分别与电源正负极相接，阴阳极反应与原电池负正极反应相反，据此分析作答。【详解】A．由分析知放电时，为负极，纳米片为正极，外电路中电流正极流向负极，故A错误；B． 当外电路通过电子时，理论上有2molH+和2molOH-分别向正极和负极移向，即有2mol水参与电离，双极膜中水减少36g，故B错误；C．放电时为原电池，阳离子移向正极，阴离子移向负极，即双极膜中H+向正极区即纳米片迁移，故C错误；D．充电时为电解池，阴阳极反应与原电池负正极反应相反，正极反应为CO2+12H++12e- =C2H5OH+3H2O， 阳极上的电极反应式为，故D正确；故答案为：D。12．C【分析】由题干信息可知，碳基材料为负极b，放电过程中发生的电极反应为：NamCn-me-=Cn+mNa+，充电时，b与电源负极相连为阴极，电极反应为：Cn+mNa+ +me-= NamCn则含钠过渡金属氧化物为正极a，电极反应为：Na1-mMnO2+me-+mNa+=NaMnO2，充电时，a与电源正极相连作阳极，电极反应为：NaMnO2-me-= Na1-mMnO2+ mNa+，据此分析解题。【详解】A．放电时，电子由负极b极经过导线移向正极a极，A错误；B．由分析可知，充电时，碳基材料电极电极反应为：Cn+mNa+ +me-= NamCn，则若转移，碳基材料电极将增重23克，B错误；C．由分析可知，放电时a极反应式为：，C正确；D．用该电池电解精炼铜，根据Cu2++2e-=Cu可知，当电池中迁移时，即电路上将转移1mol电子，理论上可获得0.5mol×64g/mol=32g纯铜，D错误；故答案为：C。13．B【详解】A．天然气属于常规能源，A错误；B．碳纤维是碳单质，属于无机非金属材料，B正确；C．工业上制备氧气一般是通过分离空气，C错误；D．锂离子电池主要依靠锂离子在两极之间移动来工作，可以反复充放电，是一种二次电池，D错误；故选B。14．CD【分析】由图可知，左侧水发生氧化反应生成氧气，则b生成a的反应为还原，ab分别为亚铁离子、铁离子；【详解】A．由分析可知，a为亚铁离子，是铁原子失去2个电子后形成的，价电子排布式：3d6，A错误；B．由图可知，体系中能量转化形式：光能→化学能，B错误；C．体系中总反应为水和二氧化碳生成氧气和甲酸，反应为吸热反应，则活化能：Ea正>Ea逆，C正确；D．二氧化碳转化为甲酸，碳元素化合价由+4变为-2，根据电子守恒可知， ，理论上每消耗18g水（1mol）生成46gHCOOH（1mol），D正确；故选CD。15．AC【分析】根据图中电子流动方向知铝电极为负极，嵌入电极是正极，工作时，铝单质失去电子生成，再与结合生成，电极反应式为，题目据此解答。【详解】A．“将纳米级嵌入电极材料，能大大提高可充电铝离子电池的容量”，若从电极表面脱落，电池容量减小，则电池单位质量释放电量减少，A正确；B．把左极室的有机离子导体改成水溶液后，会使左极室溶液中的离子总浓度减小，导致电导效率下降，B错误；C．放电时，左边电极为正极，右边电极为负极，阴离子向负极移动，结合分析可知右边负极需要消耗，故离子经过隔膜进入右极室中，C正确；D．电池的阳极即负极，充电时，为电解池装置，电池的负极与外接电源负极相连为阴极，电极反应为放电时负极反应的逆过程，即反应为，D错误；故选AC。