2022年高三化学寒假同步测试：08原电池和化学电源 Word版含答案

这是一份2022年高三化学寒假同步测试：08原电池和化学电源 Word版含答案，共9页。试卷主要包含了选择题，非选择题等内容，欢迎下载使用。
08原电池和化学电源
(时间：90分钟 满分：100分)
一、选择题(本题包括16小题，每小题3分，共48分)
1．下面是四位同学在学习了原电池的知识后所产生的相关认识，其中一定正确的是( )
2．锌铜原电池(如图)工作时，下列叙述正确的是( )
A．正极反应为Zn－2e－===Zn2＋
B．电池反应为Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu
C．在外电路中，电子从正极流向负极
D．盐桥中的K＋移向ZnSO4溶液
3．某化学兴趣小组的同学将用导线连接起来的锌、铜平行地插入到一个番茄中，组成如图所示的装置：，结果发现电流计的指针发生偏转，下列叙述中错误的是( )
A．番茄中含有电解质溶液 B．会有Zn2＋进入番茄汁中
C．电子通过番茄汁由铜流向锌 D．铜电极周围可能会有少量的气泡冒出
4．某课外实验小组探究铜­锌原电池(硫酸为电解质)实验后，一位同学在“学习卡片”上做了如下记录。其中记录内容正确的是( )
A．①③ B．③④
C．①②⑤ D．②③④
5．某同学根据离子方程式2Fe3＋＋Fe===3Fe2＋来设计原电池。下列设计方案中可行的是( )
A．电极材料为铁和锌，电解质溶液为FeCl3溶液
B．电极材料为铁和石墨，电解质溶液为FeCl3溶液
C．电极材料为铁和石墨，电解质溶液为FeCl2溶液
D．电极材料为石墨，电解质溶液为FeCl3溶液
6．下列装置中能构成原电池的是( )
7．由于具有超低耗电量、寿命长的特点，LED产品越来越受人欢迎。下图是氢氧燃料电池驱动LED发光的装置。下列有关叙述正确的是( )
A．a处通入氧气，b处通入氢气
B．该装置中只涉及两种形式的能量转化
C．电池正极电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－
D．P­型半导体连接的是电池负极
8.人工光合作用能够借助太阳能，用CO2和H2O制备化学原料，如图是通过人工光合作用制备HCOOH的原理示意图，下列说法不正确的是( )
A．该过程是将太阳能转化为化学能的过程
B．催化剂a表面发生氧化反应，有O2产生
C．催化剂a附近酸性减弱，催化剂b附近酸性增强
D．催化剂b表面的反应是CO2＋2H＋＋2e－===HCOOH
9．分析下图所示的四个装置，其中结论正确的是( )
A．(1)(2)中Mg作负极，(3)(4)中Fe作负极
B．(2)中Mg作正极，电极反应为6H2O＋6e－===6OH－＋3H2↑
C．(3)中Fe作负极，电极反应为Fe－2e－===Fe2＋
D．(4)中Fe作负极，电极反应为Fe－2e－===Fe2＋
10．如图甲和乙均是双液原电池装置。判断下列说法不正确的是( )
A．甲中电池总反应的离子方程式为Cd(s)＋C2＋(aq)===C(s)＋Cd2＋(aq)
B．反应2Ag(s)＋Cd2＋(aq)===Cd(s)＋2Ag＋(aq)能够发生
C．盐桥的作用是形成闭合回路，并使两边溶液保持电中性
D．乙电池中有1 ml电子通过外电路时，正极有108 g Ag析出
11．纽扣电池可作为计算器、电子表等的电源。有一种纽扣电池，其电极组成分别为Zn和Ag2O，以KOH溶液为电解质溶液，电池的总反应Zn＋Ag2O＋H2O===Zn(OH)2＋2Ag。下列关于该电池的叙述不正确的是( )
A．电池工作时电子由Zn极经外电路流向Ag2O极，Zn是负极
B．电池工作时电子由Ag2O极经外电路流向Zn极，Ag2O是负极
C．正极的电极反应为Ag2O＋H2O＋2e－===2Ag＋2OH－
D．Zn极发生氧化反应，Ag2O极发生还原反应
12．华中科技大学一项科学研究表明：一种被称为Li­空气微型石墨烯超级电容器的电池，它充电和放电的速度是标准电池的100至1 000倍。该电池由单原子层的碳构成，放电时将锂氧化产生锂离子和电子，空气中的氧分子得到电子进行还原反应，从而产生电能。则下列说法正确的是 ( )
A．Li电极是该电池的正极
B．O2在电极上发生氧化反应，其电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－
C．作为石墨烯生产原料的石墨是导体
D．放电时，电池中有OH－向负极移动
13．获得“863”计划和中科院“百人计划”支持的环境友好型铝­碘电池已研制成功，电解液为AlI3溶液，已知电池总反应为2Al＋3I2===2AlI3。下列说法不正确的是( )
A．该电池负极的电极反应为Al－3e－===Al3＋
B．该电池的正极材料不能是镁
C．消耗相同质量金属时，用锂作负极时，产生电子的物质的量比铝多
D．该电池的正极材料是碘
14．有人设计出利用CH4和O2的反应，用铂电极在KOH溶液中构成原电池。电池的总反应类似于CH4在O2中燃烧，则下列说法正确的是( )
①每消耗1 ml CH4可以向外电路提供8 ml e－
②负极上CH4失去电子，电极反应式为CH4＋10OH－－8e－===COeq \\al(2－,3)＋7H2O
③负极上是O2获得电子，电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－
④电池放电后溶液pH不断升高
A．①② B．①③
C．①④ D．③④
15.我国科学家曾报道过如图所示的水溶液锂离子电池体系。下列叙述错误的是( )
A．a为电池的正极
B．电池充电反应为LiMn2O4===Li1－xMn2O4＋xLi
C．放电时，a极锂的化合价发生变化
D．放电时，溶液中Li＋从b向a迁移
16．微生物电池是指在微生物的作用下将化学能转化为电能的装置，其工作原理如图所示。下列有关微生物电池的说法错误的是( )
A．正极反应中有CO2生成
B．微生物促进了反应中电子的转移
C．质子通过交换膜从负极区移向正极区
D．电池总反应为C6H12O6＋6O2===6CO2＋6H2O
二、非选择题(本题包括4小题，共52分)
17．(12分)(1)美国“阿波罗”宇宙飞船中使用的氢氧燃料电池，其构造如图所示：
KOH作电解质，其反应为2H2＋O2===2H2O，则负极通入的是________，电极反应式为
________________________________________________________________________；
正极通入的是__________，电极反应式为__________________________________。
(2)如把KOH溶液改为稀硫酸，则电极反应式为负极：__________________，正极：____________________。
(3)如把H2改为CH4，KOH作电解质，则电极反应式为负极：________________，正极：__________________。
18．(12分)一种甲醇燃料电池是采用铂或碳化钨作为电极催化剂，在稀硫酸电解液中直接加入纯化后的甲醇，同时向一个电极通入空气。回答下列问题：
(1)这种电池放电时发生的化学反应方程式是
________________________________________________________________________。
(2)此电池的正极发生的电极反应式是
________________________________________________________________________；
负极发生的电极反应式是
________________________________________________________________________。
(3)电解液中的H＋向________极移动，向外电路释放电子的电极是________。
(4)比起直接燃烧燃料产生电力，使用燃料电池有许多优点，其中主要有两点：首先是燃料电池能量转化效率高，其次是
________________________________________________________________________。
19．(12分)有甲、乙两位同学均想利用原电池反应验证金属的活动性顺序，并探究产物的有关性质。他们分别设计了如下图所示的原电池，请回答下列问题：
(1)a中正极上的实验现象是________________________________。
(2)b中总反应的离子方程式为
________________________________________________________________________。
(3)该实验证明了“利用金属活动性顺序表可直接判断原电池的正负极”，这种做法________(填“可靠”或“不可靠”)，如不可靠，请提出另一种判断原电池正负极可行的方案________________________________________________________________________
__________________________________________________________________(若认为可靠，此空可不作答)。
(4)一段时间后，乙同学将b中两电极取出，然后取少许b中溶液逐滴滴加6 ml·L－稀硫酸直至过量，可能观察到的现象是
________________________________________________________________________，
各阶段对应的离子方程式分别是
________________________________________________________________________。
20．(16分)设计出燃料电池使汽油氧化直接产生电流是本世纪最富有挑战性的课题之一。最近有人制造了一种燃料电池，一极通入空气，另一极通入汽油蒸气，电池的电解质是掺杂了Y2O3的ZrO2晶体，它在高温下能传导O2－。回答以下问题：
(1)以丁烷代表汽油，这个电池放电时发生的化学反应方程式是
________________________________________________________________________。
(2)这个电池负极发生的反应是C4H10＋13O2－－26e－===4CO2＋5H2O，正极发生的反应是
________________________________________________________________________，
固体电解质中O2－的移动方向是______________________，向外电路释放电子的电极是____________。
(3)人们追求燃料电池氧化汽油而不用在内燃机里燃烧汽油产生动力的主要原因是
________________________________________________________________________。
(4)在ZrO2晶体里掺杂Y2O3，用Y3＋代替晶体里的部分Zr4＋对提高固体电解质的导电能力有帮助，你认为原因是________________________________________________________
______________________________________________。
(5)汽油燃料电池最大的障碍是氧化反应不完全，产生__________堵塞电极的气体通道，有人估计，完全避免这种副反应至少还需10年，这正是新一代化学家的历史使命。
参考答案与解析
1． 解析：选C。原电池工作时，负极本身可能失去电子变成离子进入电解质溶液中，导致负极质量减轻，A错误；若电解质溶液中金属阳离子在正极上得到电子析出，则正极质量增大，但燃料电池工作时，正极质量不变，B错误、C正确；电解质可能不参与电极反应，D错误。
2． 解析：选B。该电池中Zn为负极，电极反应为Zn－2e－===Zn2＋，Cu为正极，电极反应为Cu2＋＋2e－===Cu，A项错误；电池总反应为Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu，B项正确；原电池工作时，外电路中电子由负极流出经导线流向正极，C项错误；负极上由于Zn放电，ZnSO4溶液中Zn2＋的浓度增大，故盐桥中的Cl－移向ZnSO4溶液，D项错误。
3． 解析：选C。电流计的指针发生偏转，说明番茄中含有电解质溶液，A对；该装置属于原电池，锌是负极，铜是正极，电子不能通过电解质溶液，B对、C错；番茄汁呈酸性，D对。
4． 解析：选B。Zn为负极，Cu为正极，H＋向正极移动，电子流动方向为Zneq \(――→,\s\up7(导线),\s\d5( ))Cu，正极的电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑，B项正确。
5． 解析：选B。由离子方程式可知，设计的原电池中Fe为负极，不与电解质溶液反应的导体为正极，含Fe3＋的溶液为电解质溶液，故B项可行。
6． 解析：选B。A项中两电极均为Cu，且不能与稀硫酸反应，不能构成原电池；B项中Zn、Cu用导线连接，通过稀硫酸发生原电池反应，属于原电池装置；C项中Zn、Cu用导线连接，但CH3CH2OH为非电解质，不能形成闭合回路，不能构成原电池；D项中AgNO3溶液分装在两个容器中，不能形成闭合电路，不能构成原电池。
7． 解析：选C。根据电子移向，a处应通H2，b处应通O2，A错误；在该装置中化学能转化为电能，电能转化为光能、热能等，B错误；P­型半导体连接的是电池正极，D错误。
8． 解析：选C。该电池中发生的总反应方程式为2CO2＋2H2O===2HCOOH＋O2，该过程是将太阳能转化为化学能，A对；根据H＋的转移方向和电子的转移方向知，催化剂a表面发生反应：2H2O－4e－===4H＋＋O2↑，B对；催化剂a表面产生H＋，酸性增强，催化剂b附近酸性减弱，C错；催化剂b表面发生反应：CO2＋2H＋＋2e－===HCOOH，D对。
9． 解析：选B。金属活动性：Mg>Al，故在(1)中Mg作负极；在NaOH溶液中，Al能与NaOH溶液反应而Mg不能，故(2)中Al作负极，Mg作正极，正极的电极反应为6H2O＋6e－===6OH－＋3H2↑；铁在浓硝酸中发生钝化，而铜与浓硝酸在常温下能反应，故(3)中Cu作负极；(4)中CH3CH2OH是非电解质，不符合原电池的构成条件。
10． 解析：选B。根据甲、乙装置分析可知A项正确，且可推知Cd的活泼性强于Ag，故Ag不能从Cd2＋的溶液中置换出Cd，B项错误。
11． 解析：选B。由总反应可以看出，Zn为负极，Ag2O为正极，电池工作时电子由负极Zn经外电路流向正极Ag2O，A项正确，B项错误；负极失去电子发生氧化反应，正极得到电子发生还原反应，C、D项正确。
12． 解析：选C。由题干信息知，锂失电子，作电池的负极，故A错误；锂是活泼金属，能与水剧烈反应，因此该电池中没有H2O，更没有OH－，故B、D错误；作为石墨烯生产原料的石墨善于导电，因此是导体，故C正确。
13． 解析：选D。由总反应式知A正确；由镁比铝活泼及镁也能与I2反应知B正确；转移1 ml e－消耗锂、铝的质量分别为7 g、9 g，故C正确；碘不是导体，故不能作电极材料，D错误。
14． 解析：选A。甲烷碱性燃料电池的总反应方程式为CH4＋2O2＋2OH－===COeq \\al(2－,3)＋3H2O，负极上通入CH4，电极反应式为CH4＋10OH－－8e－===COeq \\al(2－,3)＋7H2O，正极上通入O2，电极反应式为2O2＋8e－＋4H2O===8OH－，由于反应过程中不断消耗OH－，故溶液的pH不断降低。
15． 解析：选C。图示所给出的是原电池装置。A.由图示分析，金属锂易失电子，由原电池原理可知，含有锂的一端为原电池的负极，即b为负极，a为正极，故正确。B.电池充电时为电解池，反应式为原电池反应的逆反应，故正确。C.放电时，a极为原电池的正极，发生还原反应的是Mn元素，锂元素的化合价没有变化，故不正确。D.放电时为原电池，锂离子为阳离子，应向正极(a极)迁移，故正确。
16． 解析：选A。图示所给出的是原电池装置。A.有氧气反应的一极为正极，发生还原反应，因为有质子通过，故正极电极反应式为O2＋4e－＋4H＋===2H2O，C6H12O6在微生物的作用下发生氧化反应，电极反应式为C6H12O6－24e－＋6H2O===6CO2＋24H＋，负极上有CO2产生，故A不正确。
B．微生物电池是指在微生物作用下将化学能转化为电能的装置，所以微生物促进了反应中电子的转移，故B正确。
C．质子是阳离子，阳离子由负极区移向正极区，故C正确。
D．正极的电极反应式为6O2＋24e－＋24H＋===12H2O，负极的电极反应式为C6H12O6－24e－＋6H2O===6CO2＋24H＋，两式相加得电池总反应为C6H12O6＋6O2===6CO2＋6H2O，故D正确。
17． 解析：根据原电池的原理，负极发生氧化反应，电子流出；正极发生还原反应，电子流入；燃料电池燃料为负极，氧化剂为正极。
(1)KOH作电解质，则负极通入的是H2，因为电解质溶液显碱性，所以氢气失去电子变成H＋后将与OH－结合生成水，电极反应式为2H2＋4OH－－4e－===4H2O。正极通入的是O2，氧气得到电子变成O2－后将与H2O结合生成OH－，电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－。
(2)稀硫酸作电解质溶液时，溶液显酸性，所以氧气得到电子变成O2－后将与H＋结合生成水，正极反应为O2＋4H＋＋4e－===2H2O，负极反应为2H2－4e－===4H＋。
(3)把H2改为CH4，KOH作导电物质，则负极通入的是CH4，因为电解质溶液显碱性，所以甲烷失去电子后将与OH－反应生成水和COeq \\al(2－,3)，利用反应前后电荷守恒，配平负极反应方程式：CH4＋10OH－－8e－===COeq \\al(2－,3)＋7H2O。
答案：(1)H2 2H2＋4OH－－4e－===4H2O O2 O2＋2H2O＋4e－===4OH－
(2)2H2－4e－===4H＋ O2＋4H＋＋4e－===2H2O
(3)CH4＋10OH－－8e－===COeq \\al(2－,3)＋7H2O
O2＋2H2O＋4e－===4OH－
18． 解析：甲醇燃料电池实质就是利用CH3OH燃料在氧气中反应来提供电能。CH3OH作负极，发生氧化反应，电极反应式为2CH3OH＋2H2O－12e－===2CO2↑＋12H＋；氧气在正极发生还原反应，电极反应式为3O2＋12H＋＋12e－===6H2O，两反应相加得总反应式。在电池中，负极释放电子经外电路传到正极上，H＋向正极移动。甲醇反应产物为CO2和H2O，对环境无污染。
答案：(1)2CH3OH＋3O2===2CO2＋4H2O
(2)3O2＋12H＋＋12e－===6H2O
2CH3OH＋2H2O－12e－===2CO2＋12H＋
(3)正 负极 (4)产物对环境无污染
19． 解析：当稀硫酸作电解质溶液时，Mg作负极(金属活动性：Mg>Al)，Al作正极，Al电极上产生气泡；当NaOH溶液作电解质溶液时，Al作负极(Mg不与NaOH溶液反应)，总反应的离子方程式为2Al＋2OH－＋2H2O===2AlOeq \\al(－,2)＋3H2↑。通过本题可知，原电池的两电极与电解质溶液有关，电解质溶液不同，导致两电极发生改变(正、负极变化)；将b中两电极取出，电解质溶液中含有AlOeq \\al(－,2)，是NaOH和NaAlO2的混合溶液，所以逐滴滴加稀硫酸，应先中和掉NaOH，再与NaAlO2反应生成沉淀，当稀硫酸过量时，Al(OH)3沉淀逐渐消失。
答案：(1)产生气泡 (2)2Al＋2OH－＋2H2O===2AlOeq \\al(－,2)＋3H2↑
(3)不可靠 将两种金属电极通过导线连上电流表并插入电解质溶液中构成原电池，利用电流表检测电流的方向，从而判断电子流动的方向，由此确定原电池的正负极 (4)开始无明显现象，一段时间后，产生白色沉淀，后沉淀逐渐溶解直至消失 H＋＋OH－===H2O，AlOeq \\al(－,2)＋H＋＋H2O===Al(OH)3↓，Al(OH)3＋3H＋===Al3＋＋3H2O
20． 解析：由于电解质是氧化物，故其电池反应为2C4H10＋13O2===8CO2＋10H2O；正极反应是O2＋4e－===2O2－；在原电池的内电路中，阴离子移向负极，阳离子移向正极，在外电路中，电子由负极流出，由正极流入；燃料电池的能量转换率超过80%，远高于普通燃烧过程(能量转换率仅30%多)；含碳有机物不充分燃烧会生成碳粒，阻塞气体通道。
答案：(1)2C4H10＋13O2===8CO2＋10H2O
(2)O2＋4e－===2O2－ 向负极移动 负极
(3)燃料电池具有较高的能量利用率
(4)为维持电荷平衡，晶体中的O2－将减少，从而使O2－得以在电场作用下向负极移动
(5)碳粒卡片 NO：28 Date：2016.4.1
实验后的记录：①Zn为阴极，Cu为阳极 ②H＋向负极移动
③电子流动方向：Zneq \(――→,\s\up7(导线),\s\d5( ))Cu ④Cu极有H2产生
⑤正极的电极反应式：Zn－2e－===Zn2＋
题号
1
2
3
4
5
6
7
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9
10
11
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13
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15
16
答案