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鲁科版 (2019)必修 第二册第2节 化学反应与能量转化巩固练习
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这是一份鲁科版 (2019)必修 第二册第2节 化学反应与能量转化巩固练习，共11页。试卷主要包含了单选题，实验题等内容，欢迎下载使用。
一、单选题
1. 某种新型热激活电池的结构如图所示，电极a的材料是氧化石墨烯(CP)和铂纳米粒子，电极b的材料是聚苯胺(PANI)，电解质溶液中含有Fe3+和Fe2+，加热使电池工作时电极b发生的反应是PANI−2e−+H2O===PANIO(氧化态聚苯胺,绝缘体)+2H+，电池冷却时，Fe2+在电极b表面与PANIO反应可使电池再生。下列说法不正确的是( )
A. 电池工作时电极a为正极，且发生的反应是Fe3++e−===Fe2+
B. 电池工作时，若在电极b周围滴加几滴紫色石蕊溶液，电极b周围慢慢变红
C. 电池冷却时，若该装置正负极间接有电流计，指针会发生偏转
D. 电池冷却过程中发生的反应是2Fe2++PANIO+2H+===2Fe3++PANI+H2O
2. 熔融钠一硫电池性能优良，是具有应用前景的储能电池。下图中的电池反应为2Na+xSNa2Sx(x=5∼3，难溶于熔融硫)，下列说法错误的是( )
A. Na2S4的电子式为
B. 放电时正极反应为xS+2Na++2e−=Na2Sx
C. Na和Na2Sx分别为电池的负极和正极
D. 该电池是以Na−β−Al2O3为隔膜的二次电池
3. 非水性嵌入铝电池是一种二次电池，该电池放电过程的示意图如图所示(R+表示某有机阳离子)。充电时阳极的电极反应为Cn+AlCl 4−−e−=CnAlCl4。下列说法正确的是
A. 放电时，电极a的电极反应为Al+AlCl4−−3e−+3Cl−=Al2Cl7−
B. 放电时，电解质中AlCl 4−的物质的量基本不变
C. 充电时，电极b应与外接电源负极相连
D. 充电时，电极a和电极b的质量均增加
4. 钠离子电池具有成本低、能量转换效率高、寿命长等优点。一种钠离子电池用碳基材料(NamCn)作负极，利用钠离子在正负极之间嵌脱过程实现充放电，该钠离子电池的工作原理为Na1−mCO2+NamCnNaCO2+Cn。下列说法不正确的是 ( )
A. 放电时，Na+向正极移动
B. 放电时，负极的电极反应式为Na mC n−me−=mNa++C n
C. 充电时，阴极质量减小
D. 充电时，阳极的电极反应式为NaCO2−me−=Na1− mCO2+mNa+
5. 锌−空气燃料电池(如图)有比能量高、高功率、使用寿命长等优点，可用作电动车动力电源，电池的电解质溶液为KOH溶液，放电时发生反应：2Zn+O2+4OH−+2H2O 2Zn(OH)42−。下列说法正确的是( )
A. 放电时，负极反应为Zn−2e−=Zn2+
B. 该隔膜为阳离子交换膜，允许K+通过
C. 充电时，当0.1 ml O2生成时，流经电解质溶液的电子个数约为1.204×1022
D. 充电时，电解质溶液中cOH−逐渐增大
6. 一种新型水系有机液流电池的工作原理如下图所示。下列有关说法正确的是( )
A. 放电时多孔石墨电极为负极
B. 放电时，Pb电极区溶液pH减小
C. 电池总反应可表示为：+Pb+H2SO4+PbSO4
D. 充电时，外电路通过aml电子时，Pb电极减重96ag
7. 一种新型锰氢二次电池原理如图所示。该电池以MnSO4溶液为电解液，碳纤维与Pt/C分别为电极材料，电池的总反应为Mn2++2H2OMnO2+2H++H2↑。下列说法错误的是( )
A. 充电时，碳纤维电极作阳极
B. 放电时，电子由Pt/C电极经导线流向碳纤维电极
C. 充电时，碳纤维电极附近溶液的pH增大
D. 放电时，正极反应式为MnO2+4H++2e−=Mn2++2H2O
8. 某电动汽车配载一种可充放电的锂离子电池，放电时电池总反应为Li1−xCO2+LixC6LiCO2+C6(x<1)。下列关于该电池的说法不正确的是( )
A. 放电时，Li+在电解质中由负极向正极迁移
B. 放电时，负极的电极反应式为LixC6−xe− xLi++C6
C. 充电时，若转移1 ml e−，石墨(C6)电极将增重7x g
D. 充电时，阳极的电极反应式为LiCO2−xe−Li1−xCO2+xLi+
9. 全钒氧化还原电池是一种新型可充电电池，不同价态的含钒离子作为正极和负极的活性物质，分别储存在各自的酸性电解液储罐中。其结构原理如图所示，该电池放电时，右槽中的电极反应为V2+−e−V3+，下列说法不正确的是( )
A. 充电时，每转移1 ml电子，电解液中n(H+)的变化量为2 ml
B. 充电时，阴极电解液pH升高
C. 放电时，右槽发生氧化反应
D. 放电时，左槽的电极反应式：VO2++2H++e−VO2++H2O
10. 对于敞口容器中的化学反应：Zn(s)+H2SO4(aq)=ZnSO4(aq)+H2(g)，下列叙述中正确的是 ( )
A. 改用浓硫酸可以加快该反应的化学反应速率
B. 反应过程中能量关系可如图表示
C. 若将该反应设计成原电池，电解质溶液中H+向锌一极移动
D. 若将该反应设计成原电池，当有32.5 g锌溶解时正极放出22.4 L气体
11. 铁铬液流二次电池是一种正、负极活性物质均为液体的电池，其电解质为酸性介质。一种用于铁铬液流电池容量恢复的氢—铁离子再平衡电池的工作原理如图所示。下列说法错误的是( )
A. 可选用石墨或铜作电极b，电极a的电势低于电极b
B. 产生氢气的原因是阴极发生析氢副反应：2H++2e−=H2↑
C. 该装置将阴极产生的氢气导入右侧的再平衡电池的负极，实现Fe3+—Fe2+的循环
D. 电路中通过0.1ml电子时，0.1NA个 H+由b极室经交换膜移向a极室
12. 已知某种二次锂离子电池工作时反应为LixCn+Li1−xCO2=LiCO2+nC，原理如图所示，下列说法错误的是( )
A. 放电时，碳材料极失去电子，发生氧化反应，电子经外电路、Li+经内电路同时移向正极
B. 放电时正极反应为Li1−xCO2+xLi++xe−=LiCO2
C. 充电时，Li+从负极脱出，又嵌入正极
D. 锂离子电池的比能量(单位质量的电极材料释放的能量)较高
13. 为提升电池循环效率和稳定性，科学家近期利用三维多孔海绵状Zn(3D−Zn)可以高效沉积ZnO的特点，设计了采用强碱性电解质的3D−Zn−NiOOH二次电池，结构如图所示。电池反应为Zn(s)+2NiOOH(s)+H2O(l)ZnO(s)+2Ni(OH)2(s)。下列说法错误的是( )
A. 三维多孔海绵状Zn具有较高的表面积，所沉积的ZnO分散度高
B. 充电时阳极反应为Ni(OH)2(s)+OH−(aq)−e−=NiOOH(s)+H2O(l)
C. 放电时负极反应为Zn(s)+2OH−(aq)−2e−=ZnO(s)+H2O(l)
D. 放电过程中OH−通过隔膜从负极区移向正极区
14. 科学家近年发明了一种新型Zn−CO2水介质电池。电池示意图如图所示，电极为金属锌和选择性催化材料。放电时，温室气体CO2被转化为储氢物质甲酸等，为解决环境和能源问题提供了一种新途径。下列说法错误的是( )
A. 放电时，负极反应为Zn−2e−+4OH− Zn(OH)42−
B. 放电时，1 ml CO2转化为HCOOH，转移的电子数为2 ml
C. 充电时，电池总反应为2Zn(OH)42− 2Zn+O2↑+4OH−+2H2O
D. 充电时，阳极溶液中OH−浓度升高
15. 中国科学院成功开发出一种新型铝—石墨双离子电池，大幅度提升了电池的能量密度。该电池结构如图所示，下列有关该电池的说法不正确的是( )
A. 放电时，电子沿导线流向石墨电极
B. 放电时，正极的电极反应式为Al+Li++e−===AlLi
C. 充电时，铝锂电极质量增加
D. 充电时，PF6−向阳极移动
二、实验题
16. 用铜丝、锌粒、稀硫酸和导线、电流计、试管、烧杯等进行下列实验探究。
(1)在一支试管中加入一粒纯锌粒和少量稀硫酸。
①实验现象是_________________________________________________________________。
②反应的离子方程式为_________________________________________________________________。
(2)在另一试管中加入一粒纯锌和少量稀硫酸，再将一根粗铜丝插入试管，观察现象。
①如果铜丝没有与锌粒接触，实验现象是______________________________________________________________________________。此时锌是通过什么途径将电子转移给氢离子？______________________________________。
②如果铜丝与锌粒接触，实验现象是______________________________________________________________________________。此时锌是通过什么途径将电子转移给氢离子？______________________________________。在此实验中，金属铜__________(填“有”或“没有”)失去电子，反应过程中__________(填“有”或“没有”)电流产生。
(3)将锌片和铜片用导线连接，平行插入盛放稀硫酸的烧杯中。
①实验现象是__________________________________________________。
②该装置中锌作__________极，电极反应为________________________________________，该反应属于__________反应(填“氧化”或“还原”)；铜作__________极，电极反应为____________________________________________，该反应属于__________反应(填“氧化”或“还原”)。整个原电池总反应的离子方程式为______________________________________。
③锌是通过什么途径将电子转移给氢离子？________________________________________________________________________________________。如果有0.3 ml电子转移给氢离子，可以生成标准状况下的氢气__________L。
④从能量转化的角度看，该装置实现了____________________________________________________________________________。
17. 某化学兴趣小组为了探究铝电极在原电池中的作用，在常温下，设计并进行了以下一系列实验，实验结果记录如下。
试根据上表中的实验现象回答下列问题：
(1)实验1、2中Al所作的电极(正极或负极)是否相同(填“是”或“否”)？____________。
(2)由实验3完成下列填空：
①铝为________极，电极反应式：_________________________________________；
②石墨为________极，电极反应式：________________________________________；
③电池总反应式：______________________________________________。
(3)实验4中铝作负极还是正极？________，理由是___________________________________________________________________________________________________。写出铝电极的电极反应式：______________________________________________。
(4)解释实验5中电流计指针偏向铝的原因：________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。
(5)根据实验结果总结出影响铝在原电池中作正极或负极的因素：____________________。
18. 原电池原理的发现是储能和供能技术的巨大进步，是化学对人类的一项重大贡献。
(1)现有如下两个反应：A.NaOH+HCl=NaCl+H2O；B.Zn+H2SO4=ZnSO4+H2↑上述反应中能设计成原电池的是______。
分别按图甲、乙所示装置进行实验，图中两个烧杯里的溶液为同浓度的稀硫酸，乙中G为电流计。请回答下列问题：
(2)以下叙述中，正确的是______。
A.甲中锌片是负极，乙中铜片是正极 B.两烧杯中铜片表面均有气泡产生
C.两烧杯中溶液pH均增大 D.产生气泡的速度甲中比乙中慢
E.乙的外电流电路中电流方向Zn→Cu F.乙溶液中SO42−向铜片方向移动
(3)变化过程中能量转化的主要形式是：甲为______；乙为______。
(4)在乙实验中，如果把硫酸换成硫酸铜溶液，请写出铜电极的电极反应方程式及总反应离子方程式：铜电极：______，总反应：______。
(5)当电路中转移0.5ml电子时，消耗负极材料的质量为______。
简答题
19. (1)合成氨的反应中的能量变化如图所示，该反应是________反应(填“吸热”或“放热”)，其原因是反应物化学键断裂吸收的总能量________(填“大于”或“小于”)生成物化学键形成放出的总能量。
(2)从断键和成键的角度分析化学反应中能量的变化。化学键的键能如表：
则生成1ml气态水可以放出热量________kJ。
(3)高铁电池是一种新型可充电电池，与普通电池相比，该电池能较长时间保持稳定的放电电压。高铁电池的总反应为：3Zn(OH)2+2Fe(OH)3+4KOH ⇌充电放电3Zn+2K2FeO4+8H2O。则高铁电池的负极材料是________，放电时，正极发生________(填“氧化”或“还原”)反应。
(4)原电池可将化学能转化为电能。若Fe、Cu和浓硝酸构成原电池，负极是________(填“Cu”或“Fe”)；若Zn、Ag和稀盐酸构成原电池，正极发生反应的电极反应式是________，电解质溶液中阳离子移向________极(填“正”或“负”)。质量相同的铜棒和锌棒用导线连接后插入CuSO4溶液中，一段时间后，取出洗净、干燥、称量，二者质量差为12.9g。则导线中通过的电子的物质的量是________ml。
20. 完成下列问题。
(1)我国科研团队设计了一种表面锂掺杂的锡纳米粒子催化剂s−SnLi可提高电催化制甲酸盐的产率，同时释放电能，实验原理如图所示。
①放电时，正极的电极反应为___________________________。若使用铅蓄电池为该装置充电，产生1ml O2，则铅蓄电池的正极质量_______(填“增加”或“减少”)_______g。
②研究发现，使用催化剂Sn或者s−SnLi均能有效减少副产物CO的生成，其原因是_________________________________________________。
(2)电化学法也可合成氨。下图是用低温固体质子导体作为电解质，用Pt−C3N4作阴极催化剂电解H2(g)和N2(g)合成NH3的原理示意图如下图所示。
①Pt−C3N4电极反应产生NH3的电极反应式_____________________。
②实验研究表明，当外加电压超过一定值以后，发现阴极产物中氨气的体积分数随着电压的增大而减小，分析其可能原因_____________________。
③该装置使用甲醇(CH3OH)燃料电池(电解质溶液为KOH)作为电源，写出负极的电极反应____________________________。
(3)某学习小组设想利用A装置电解制备绿色硝化剂N2O5，装置如下(c、d为惰性电极)。已知：无水硝酸可在液态N2O4中发生微弱电离。
①A装置中通入SO2一极的电极反应式为_______。
②写出生成N2O5的电极反应式_______。
答案和解析
1.【答案】C
【解析】根据b极电极反应判断电极a是正极，电极b是负极，电池工作时电极a发生的反应是Fe3++e−===Fe2+，A正确；电池工作时电极b发生的反应是PANI−2e−+H2O===PANIO(氧化态聚苯胺,绝缘体)+2H+，溶液显酸性，若在电极b周围滴加几滴紫色石蕊溶液，电极b周围慢慢变红，B正确；电池冷却时Fe2+是在电极b表面与PANIO反应使电池再生，因此冷却再生过程电极a上无电子得失，导线中没有电子通过，C不正确；电池冷却时Fe2+是在电极b表面与PANIO反应使电池再生，反应式2Fe2++PANIO+2H+===2Fe3++PANI+H2O，D正确。
2.【答案】C
【解析】略
3.【答案】D
【解析】
【分析】
根据放电过程的示意图可知，放电时Al为负极，被氧化为Al2Cl7−，负极反应为：Al+7AlCl4−−3e−=4Al2Cl7−，其逆过程就是充电时的阴极反应：4Al2Cl7−+3e−=Al+7AlCl4−4Al2Cl7−+3e−=Al+7AlCl4−；正极反应为CnAlCl4+e−=Cn+AlCl4−，其逆过程就是充电时的阳极反应：Cn+AlCl4−−e−=CnAlCl4，据此分析来解题。
【解答】
A.放电时，电极a为Al，为负极，电极反应为Al+7AlCl4−−3e−=4Al2Cl7−，并且非水性体系中不存在氯离子，所以电极反应错误，故A项错误；
B.放电时，负极反应为Al+7AlCl4−−3e−=4Al2Cl7−+Cn，正极反应为CnAlCl4+e−=Cn+AlCl4−，所以总反应为3CnAlCl4+Al+4AlCl4−=4Al2Cl7−+3Cn，电解质溶液中AlCl4−的物质的量减小，故B项错误；
C.充电时，电极b为阳极，应与外接电源的正极相连，故C项错误；
D.充电时，电极b为阳极，电极反应为Cn+AlCl4−−e−=CnAlCl4，a为阴极，电极反应为4Al2Cl7−+3e−=Al+7AlCl4−，电极a和电极b的质量均增加，故D项正确；
答案选D。
4.【答案】C
【解析】放电时，阳离子向正极移动，阴离子向负极移动，A正确；
放电时，负极NamCn失去电子，故电极反应式为NamCn−me−=mNa++Cn，B正确；
充电时，阴极的电极反应式为mNa++Cn+me−=NamCn，电极质量增加，C错误；
充电时，阳极是NaCO2失去电子转化为Na1−mCO2，电极反应式为NaCO2−me−=Na1−mCO2+mNa+，D正确。
5.【答案】D
【解析】由题图可知，电子由金属锌流出，则金属锌为负极，结合题给总反应可知，负极反应为Zn+4OH−−2e− Zn(OH)42−，A项错误。
正极发生反应，正极生成OH−，负极消耗OH−，可知该隔膜为阴离子交换膜，允许OH−通过，B项错误。
不论放电还是充电，电子都不会流经电解质溶液，电解质溶液通过离子的迁移导电，C项错误。
充电时发生反应2Zn(OH)42− 2Zn+O2↑+4OH−+2H2O，产生OH−，D项正确。
6.【答案】C
【解析】
【分析】
据图可知，放电时Pb电极上Pb转化为PbSO4被氧化，所以Pb电极为负极，多孔石墨电极为正极。
【解答】
A.根据分析，放电时为原电池，Pb电极为负极，则多孔石墨电极为正极，故A错误；
B.放电时，Pb电极为负极，电极反应为Pb+SO42−−2e−=PbSO4，溶液中的H+通过质子交换膜移向正极，则Pb电极区溶液pH增大，故B错误；
C.放电时负极反应为Pb+SO42−−2e−=PbSO4，正极反应为+2H++2e−=，两电极反应相加得电池总反应为：+Pb+H2SO4+PbSO4，故C正确；
D.充电时，Pb电极为阴极，电极反应为PbSO4+2e−=Pb+SO42−，外电路通过a ml电子时，Pb电极减重a×962g=48ag，故D错误；
答案选C。
7.【答案】C
【解析】由题图知，充电时，碳纤维电极表面Mn2+发生氧化反应生成MnO2，则碳纤维电极作阳极，A项正确；
放电时，碳纤维电极为正极，Pt/C电极为负极，则电子由Pt/C电极经导线流向碳纤维电极，B项正确；
结合电池总反应知，充电时，碳纤维电极发生的反应为Mn2++2H2O−2e−===MnO2+4H+，则碳纤维电极附近溶液的pH减小，C项错误；
放电时，碳纤维电极表面MnO2发生还原反应生成Mn2+，电极反应式为MnO2+4H++2e−===Mn2++2H2O，D项正确。
故选：C。
8.【答案】C
【解析】原电池中阳离子由负极向正极迁移，A项正确；
放电时，负极发生氧化反应，电极反应式为LixC6 −xe− xLi++C6， B项正确；
充电时，若转移1 ml电子，石墨电极质量将增重7 g，C项错误；
充电时阳极发生氧化反应，电极反应式为LiCO2−xe− Li1−xCO2+xLi+，D项正确。
9.【答案】B
【解析】充电时阳极发生氧化反应，电极反应式为VO2++H2O−e−VO2++2H+，每转移1 ml电子，电解液中n(H+)的变化量为2 ml，A正确；
充电时，阴极发生还原反应：V3++e−V2+，阳离子H+向阴极移动，因此溶液的pH会降低，B错误；
放电时，右槽为负极，失去电子，发生氧化反应，C正确；
放电时，左槽为正极，发生反应：VO2++2H++e−VO2++H2O，D正确。
10.【答案】B
【解析】浓硫酸有强氧化性，与Zn反应生成SO2，得不到氢气，A错误；金属与酸制H2的反应属于放热反应，反应物总能量大于生成物总能量，B正确；原电池中，阳离子向正极移动，若将该反应设计成原电池，Zn作负极，C错误；未注明是否处于标准状况，无法用Vm=22.4 L/ml计算气体体积，D错误。
11.【答案】A
【解析】
【分析】
略
【解答】
A.充电时，左侧铁铬液流电池中，电极b上Fe2+发生氧化反应生成Fe3+，则电极b为阳极，电极a为阴极，则电极a的电势低于电极b；电极b可选用石墨作电极，但是不也能选Cu作电极，A错误；
B.阴极上产生氢气的原因是阴极发生析氢副反应：2H++2e−=H2↑，B正确；
C.如图所示，再平衡电池的负极上，H2发生氧化反应产生H+，则该装置将阴极产生的氢气导入右侧的再平衡电池的负极，实现Fe3+−Fe2+的循环，C正确；
D.根据电荷守恒可知，电路中通过0.1ml电子时，就会有0.1ml H+由b极室经质子交换膜移向a极室，D正确；
故选A。
12.【答案】C
【解析】由题图可知，放电时，碳材料极失去电子，为负极，发生氧化反应，电子经外电路、Li+经内电路同时移向正极，A项正确。
放电时，正极发生得电子的还原反应，反应式为Li1−xCO2+xLi++xe−=LiCO2，B项正确。
充电时，阳离子由阳极(正极)向阴极(负极)迁移，则Li+从正极脱出，又嵌入负极，C项错误。
Li的摩尔质量小，锂离子电池的比能量较高，D项正确。
13.【答案】D
【解析】该电池采用的三维多孔海绵状Zn具有较大的表面积，可以高效沉积ZnO，且所沉积的ZnO分散度高，A正确。
根据题干中总反应可知该电池充电时，Ni(OH)2在阳极发生氧化反应生成NiOOH，其电极反应式为Ni(OH)2(s)+OH−(aq)−e−=NiOOH(s)+H2O(l)，B正确。
放电时Zn在负极发生氧化反应生成ZnO，电极反应式为Zn(s)+2OH−(aq)−2e−=ZnO(s)+H2O(l)，C正确。
电池放电过程中，OH−等阴离子通过隔膜从正极区移向负极区，D错误。
14.【答案】D
【解析】由题图知，放电时，Zn失去电子被氧化为Zn(OH)42−，负极反应为Zn−2e−+4OH− Zn(OH)42−，A正确；
放电时，CO2在正极得到电子被还原为HCOOH(C可看作+2价)，故1 ml CO2转化为HCOOH时转移电子的物质的量为2 ml，B正确；
充电时阴极反应为2Zn(OH)42−+4e− 2Zn+8OH−，阳极反应为2H2O−4e−=O2↑+4H+，则电池总反应为2Zn(OH)42− 2Zn+O2↑+4OH−+2H2O，C正确；
充电时，阳极产生H+，H+浓度升高，OH−浓度降低，D错误。
15.【答案】B
【解析】由电池总反应知，放电时铝锂电极作负极、石墨电极作正极，原电池中电子由负极沿导线流向正极，即电子沿导线流向石墨电极，A项正确；
放电时，正极CxPF6得电子被还原，电极反应式为CxPF6+e−===xC+PF6−，B项错误；
充电时，铝锂电极作阴极，发生得电子的还原反应，电极反应式为Al+Li++e−===AlLi，所以铝锂电极质量增加，C项正确；
充电时，阴离子向阳极移动，即PF6−向阳极移动，D项正确。
故选：B。
16.【答案】(1)①在锌粒的表面有许多气泡产生，锌粒逐渐溶解 ②Zn+2H+=Zn2++H2↑
(2)①在锌粒的表面有许多气泡产生，锌粒逐渐溶解；通过锌与氢离子直接接触将电子转移给氢离子
②在铜丝的表面上有许多气泡产生，锌粒逐渐溶解；锌先将电子转移到铜丝，再通过铜丝表面将电子转移给氢离子；没有；有
(3)①在铜片的表面有许多气泡产生，锌片逐渐溶解 ②负；Zn−2e−=Zn2+；氧化；正；2H++2e−=H2↑；还原；Zn+2H+=Zn2++H2↑
③锌通过导线先将电子转移到铜片，再通过铜片的表面将电子转移给氢离子；3.36
④化学能转化为电能的过程
【解析】略
17.【答案】(1)否
(2)①负；2Al−6e−=2Al3+；②正；6H++6e−=3H2↑；③2Al+6H+=2Al3++3H2↑
(3)负极；Al能与NaOH溶液发生反应，而Mg不与NaOH溶液反应；Al−3e−+4OH−=AlO2−+2H2O
(4)在浓硝酸中，Al被钝化，Zn是原电池的负极，Al作正极，电流由正极流向负极
(5)①另一个电极材料的活泼性；②电解质溶液及其氧化性
【解析】
【分析】
本题考查探究原电池原理及设计，为高频考点，把握发生的原电池反应及正负极的判断是解答本题的关键，题目难度不大，注意利用氧化还原反应中电子的得失来分析正负极。
【解答】
(1)金属与酸构成的原电池中，活泼金属作负极，则实验1中Mg的活泼性大于Al，所以Al作正极，而实验2中Al的活泼性大于Cu，所以Al作负极；
故答案为：否；
(2)实验3中Al为负极，电极反应为2Al−6e−=2Al3+，石墨为正极，其电极反应为6H++6e−=3H2↑，电池总离子反应为2Al+6H+=2Al3++3H2↑；
故答案为：①负；2Al−6e−=2Al3+；②正；6H++6e−=3H2↑；③2Al+6H+=2Al3++3H2↑；
(3)实验4中Mg不与NaOH溶液发生反应，而发生2Al+2NaOH+2H2O=2NaAlO2+3H2↑，Al失去电子，则Al为负极，负极反应为Al−3e−+4OH−=AlO2−+2H2O；
故答案为：负极；Al能与NaOH溶液发生反应，而Mg不与NaOH溶液反应；Al−3e−+4OH−=AlO2−+2H2O；
(4)实验5中Al遇浓硝酸发生钝化，发生Zn与浓硝酸的氧化还原反应，Zn作负极，Al作正极，电流由正极流向负极，所以电流计指针偏向铝；
故答案为：在浓硝酸中，Al被钝化，Zn是原电池的负极，Al作正极，电流由正极流向负极；
(5)在原电池中金属铝作正极还是作负极，一定要看自发的氧化还原反应中金属铝是否参与反应，金属铝参加反应，失电子作负极，反之作正极；
故答案为：①另一个电极材料的活泼性；②电解质溶液及其氧化性。
18.【答案】(1)B
(2)CD
(3)化学能转化为热能 ；化学能转化为电能
(4)Cu2++2e−=Cu； Zn+Cu2+=Zn2++Cu
(5)16.25g
【解析】解：(1)反应A.NaOH+HCl=NaCl+H2O不是氧化还原反应，不能设计成原电池，反应B.Zn+H2SO4=ZnSO4+H2↑是氧化还原反应，能设计成原电池，
故答案为：B；
(2)A.甲中没有形成闭合回路，不能形成原电池，乙中铜片是正极，故A错误；
B.铜为金属活动性顺序表H元素之后的金属，不能与稀硫酸反应，甲烧杯中铜片表面没有气泡产生，故B错误；
C.两烧杯中硫酸都参加反应，氢离子浓度减小，溶液的pH均增大，故C正确；
D.乙能形成原电池反应，可以加快化学反应速率，故D正确；
E.乙形成闭合回路，形成原电池，电流方向为正极到负极，所以乙的外电路中电流方向Cu→Zn，故E错误；
F.乙溶液中SO42−向负极Zn片方向移动，故F错误；
故答案为：CD；
(3)甲中不能形成原电池，所以是将化学能转变为热能，乙池能构成原电池，所以是将化学能转化为电能，
故答案为：化学能转化为热能；化学能转化为电能；
(4)如果将稀硫酸换成硫酸铜溶液，则正极上铜离子得电子发生还原反应，电极反应式为：Cu2++2e−=Cu，总反应为锌置换出铜的反应即Zn+Cu2+=Cu+Zn2+，
故答案为：Cu2++2e−=Cu；Zn+Cu2+=Cu+Zn2+；
(5)负极锌失电子所以当电路中转移0.5ml电子时，消耗负极材料的质量为0.52×65=16.25g，
故答案为：16.25g。
本题考查原电池的组成和工作原理，题目难度中等，注意把握电极方程的书写方法，(2)为该题的易错点，掌握相应的原理是解答关键。
19.【答案】(1)放热；小于
(2)242
(3)Zn；还原
(4)Cu；2H++2e−=H2↑；正；0.2
【解析】
【分析】
本题考查化学反应能量变化和电化学相关的知识，是高考的高频考点，难度一般。
【解答】
(1)图中反应物的能量高于生成物的能量，所以该反应是放热反应；原因是反应物化学键断裂吸收的总能量小于生成物化学键形成放出的总能量，故答案为：放热；小于；
(2)从能量的变化角度研究反应：2H2(g) + O2(g) =2 H2O(g)，则生成1ml气态水可以放出热量是2ml×463kJ/ml−436kJ/ml−496kJ/ml×12ml=242kJ。
(3)电池的负极上发生氧化反应，正极上发生还原反应。由高铁电池放电时总反应方程式可知，负极材料应为作还原剂的Zn，正极上得电子发生还原反应，故答案为：Zn；还原；
(4)若Fe、Cu和浓硝酸构成原电池，由于在室温下Fe在浓硝酸中会发生钝化，所以活动性较弱的Cu作负极；若Zn、Ag和稀盐酸构成原电池，则活动性强的Zn作负极，Ag作正极，在正极上H+得到电子变为氢气，电极方程式为：2H++2e−=H2↑；根据同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引的原则，电解质溶液中阳离子移向负电荷较多的正极；质量相同的铜棒和锌棒用导线连接后插入CuSO4溶液中Zn作负极，被氧化，若一段时间后，取出洗净、干燥、称量，二者质量差为12.9g。根据反应方程式Zn+Cu2+=Zn2++Cu，可知每消耗65g锌，在正极就产生64g的Cu，两个电极质量相差129g，转移电子2ml，现在二者质量差为12.9g，所以导线中通过的电子的物质的量是0.2ml，故答案为：Cu；2H++2e−=H2↑；正；0.2。
20.【答案】(1)①CO2+2e−+H2O=HCOO−+OH−；增加；128
②使用催化剂后，生成CO的活化能较生成HCOOH的活化能高，前者反应速率慢，相同时间内更有利于HCOOH的生成
(2)①N2+6e−+6H+=2NH3
②电压加大后发生副反应2H++2e−=H2↑，而且该反应速率比生成氨气的反应速率更快，故氨气的体积分数下降
③CH3OH−6e−+8OH−=CO32−+6H2O
(3)①SO2+2H2O−2e−=SO42−+4H+ ②N2O4−2e−+2HNO3=2N2O5+2H+
【解析】(1)①由图示可知，放电时，正极二氧化碳得电子生成HCOO−，电极反应式为：CO2+2e−+H2O=HCOO−+OH−，充电时，产生1ml O2，转移4ml电子，铅蓄电池的正极电极反应式为：PbO2+4H++SO 42−+2e−=PbSO4+2H2O，正极质量增加，增加的质量为2ml×(32+16×2)g/ml=128g；
②由图示可知，使用催化剂后，生成CO的活化能较生成HCOOH的活化能高，前者反应速率慢，相同时间内更有利于HCOOH的生成，因此使用催化剂Sn或者s−SnLi均能有效减少副产物CO的生成；
(2)①Pt−C3N4作阴极，由图示可知，阴极氮气得电子生成氨气，电极反应式为：N2+6e−+6H+=2NH3；
②超过一定电压后，氢离子得电子变成氢气，即2H++2e−=H2↑，且反应速率比氮气转化为氨气的反应速率更快，从而使得氨气的体积分数随着电压的增大而减小；
③燃料电池中燃料作负极，负极甲醇失电子生成二氧化碳，生成的二氧化碳结合氢氧根离子生成碳酸根离子，因此负极的电极反应式为：CH3OH−6e−+8OH−=CO32−+6H2O；
(3)①由题意可知，A装置为原电池，其中通入氧气的一极为正极，通入二氧化硫的一极为负极，负极二氧化硫失电子生成硫酸根离子，负极电极反应式为：SO2+2H2O−2e−=SO42−+4H+；
②装置B为电解池，c电极与原电池正极相连为阳极，阳极上N2O4放电生成N2O5，电极反应式为：N2O4−2e−+2HNO3=2N2O5+2H+。
编号
电极材料
电解质溶液
电流计指针偏转方向
1
Al、Mg
稀盐酸
偏向Al
2
Al、Cu
稀盐酸
偏向Cu
3
Al、C(石墨)
稀盐酸
偏向石墨
4
Al、Mg
氢氧化钠溶液
偏向Mg
5
Al、Zn
浓硝酸
偏向Al
化学键
H—H
O=O
H—O
键能kJ/ml
436
496
463
一、单选题
1. 某种新型热激活电池的结构如图所示，电极a的材料是氧化石墨烯(CP)和铂纳米粒子，电极b的材料是聚苯胺(PANI)，电解质溶液中含有Fe3+和Fe2+，加热使电池工作时电极b发生的反应是PANI−2e−+H2O===PANIO(氧化态聚苯胺,绝缘体)+2H+，电池冷却时，Fe2+在电极b表面与PANIO反应可使电池再生。下列说法不正确的是( )
A. 电池工作时电极a为正极，且发生的反应是Fe3++e−===Fe2+
B. 电池工作时，若在电极b周围滴加几滴紫色石蕊溶液，电极b周围慢慢变红
C. 电池冷却时，若该装置正负极间接有电流计，指针会发生偏转
D. 电池冷却过程中发生的反应是2Fe2++PANIO+2H+===2Fe3++PANI+H2O
2. 熔融钠一硫电池性能优良，是具有应用前景的储能电池。下图中的电池反应为2Na+xSNa2Sx(x=5∼3，难溶于熔融硫)，下列说法错误的是( )
A. Na2S4的电子式为
B. 放电时正极反应为xS+2Na++2e−=Na2Sx
C. Na和Na2Sx分别为电池的负极和正极
D. 该电池是以Na−β−Al2O3为隔膜的二次电池
3. 非水性嵌入铝电池是一种二次电池，该电池放电过程的示意图如图所示(R+表示某有机阳离子)。充电时阳极的电极反应为Cn+AlCl 4−−e−=CnAlCl4。下列说法正确的是
A. 放电时，电极a的电极反应为Al+AlCl4−−3e−+3Cl−=Al2Cl7−
B. 放电时，电解质中AlCl 4−的物质的量基本不变
C. 充电时，电极b应与外接电源负极相连
D. 充电时，电极a和电极b的质量均增加
4. 钠离子电池具有成本低、能量转换效率高、寿命长等优点。一种钠离子电池用碳基材料(NamCn)作负极，利用钠离子在正负极之间嵌脱过程实现充放电，该钠离子电池的工作原理为Na1−mCO2+NamCnNaCO2+Cn。下列说法不正确的是 ( )
A. 放电时，Na+向正极移动
B. 放电时，负极的电极反应式为Na mC n−me−=mNa++C n
C. 充电时，阴极质量减小
D. 充电时，阳极的电极反应式为NaCO2−me−=Na1− mCO2+mNa+
5. 锌−空气燃料电池(如图)有比能量高、高功率、使用寿命长等优点，可用作电动车动力电源，电池的电解质溶液为KOH溶液，放电时发生反应：2Zn+O2+4OH−+2H2O 2Zn(OH)42−。下列说法正确的是( )
A. 放电时，负极反应为Zn−2e−=Zn2+
B. 该隔膜为阳离子交换膜，允许K+通过
C. 充电时，当0.1 ml O2生成时，流经电解质溶液的电子个数约为1.204×1022
D. 充电时，电解质溶液中cOH−逐渐增大
6. 一种新型水系有机液流电池的工作原理如下图所示。下列有关说法正确的是( )
A. 放电时多孔石墨电极为负极
B. 放电时，Pb电极区溶液pH减小
C. 电池总反应可表示为：+Pb+H2SO4+PbSO4
D. 充电时，外电路通过aml电子时，Pb电极减重96ag
7. 一种新型锰氢二次电池原理如图所示。该电池以MnSO4溶液为电解液，碳纤维与Pt/C分别为电极材料，电池的总反应为Mn2++2H2OMnO2+2H++H2↑。下列说法错误的是( )
A. 充电时，碳纤维电极作阳极
B. 放电时，电子由Pt/C电极经导线流向碳纤维电极
C. 充电时，碳纤维电极附近溶液的pH增大
D. 放电时，正极反应式为MnO2+4H++2e−=Mn2++2H2O
8. 某电动汽车配载一种可充放电的锂离子电池，放电时电池总反应为Li1−xCO2+LixC6LiCO2+C6(x<1)。下列关于该电池的说法不正确的是( )
A. 放电时，Li+在电解质中由负极向正极迁移
B. 放电时，负极的电极反应式为LixC6−xe− xLi++C6
C. 充电时，若转移1 ml e−，石墨(C6)电极将增重7x g
D. 充电时，阳极的电极反应式为LiCO2−xe−Li1−xCO2+xLi+
9. 全钒氧化还原电池是一种新型可充电电池，不同价态的含钒离子作为正极和负极的活性物质，分别储存在各自的酸性电解液储罐中。其结构原理如图所示，该电池放电时，右槽中的电极反应为V2+−e−V3+，下列说法不正确的是( )
A. 充电时，每转移1 ml电子，电解液中n(H+)的变化量为2 ml
B. 充电时，阴极电解液pH升高
C. 放电时，右槽发生氧化反应
D. 放电时，左槽的电极反应式：VO2++2H++e−VO2++H2O
10. 对于敞口容器中的化学反应：Zn(s)+H2SO4(aq)=ZnSO4(aq)+H2(g)，下列叙述中正确的是 ( )
A. 改用浓硫酸可以加快该反应的化学反应速率
B. 反应过程中能量关系可如图表示
C. 若将该反应设计成原电池，电解质溶液中H+向锌一极移动
D. 若将该反应设计成原电池，当有32.5 g锌溶解时正极放出22.4 L气体
11. 铁铬液流二次电池是一种正、负极活性物质均为液体的电池，其电解质为酸性介质。一种用于铁铬液流电池容量恢复的氢—铁离子再平衡电池的工作原理如图所示。下列说法错误的是( )
A. 可选用石墨或铜作电极b，电极a的电势低于电极b
B. 产生氢气的原因是阴极发生析氢副反应：2H++2e−=H2↑
C. 该装置将阴极产生的氢气导入右侧的再平衡电池的负极，实现Fe3+—Fe2+的循环
D. 电路中通过0.1ml电子时，0.1NA个 H+由b极室经交换膜移向a极室
12. 已知某种二次锂离子电池工作时反应为LixCn+Li1−xCO2=LiCO2+nC，原理如图所示，下列说法错误的是( )
A. 放电时，碳材料极失去电子，发生氧化反应，电子经外电路、Li+经内电路同时移向正极
B. 放电时正极反应为Li1−xCO2+xLi++xe−=LiCO2
C. 充电时，Li+从负极脱出，又嵌入正极
D. 锂离子电池的比能量(单位质量的电极材料释放的能量)较高
13. 为提升电池循环效率和稳定性，科学家近期利用三维多孔海绵状Zn(3D−Zn)可以高效沉积ZnO的特点，设计了采用强碱性电解质的3D−Zn−NiOOH二次电池，结构如图所示。电池反应为Zn(s)+2NiOOH(s)+H2O(l)ZnO(s)+2Ni(OH)2(s)。下列说法错误的是( )
A. 三维多孔海绵状Zn具有较高的表面积，所沉积的ZnO分散度高
B. 充电时阳极反应为Ni(OH)2(s)+OH−(aq)−e−=NiOOH(s)+H2O(l)
C. 放电时负极反应为Zn(s)+2OH−(aq)−2e−=ZnO(s)+H2O(l)
D. 放电过程中OH−通过隔膜从负极区移向正极区
14. 科学家近年发明了一种新型Zn−CO2水介质电池。电池示意图如图所示，电极为金属锌和选择性催化材料。放电时，温室气体CO2被转化为储氢物质甲酸等，为解决环境和能源问题提供了一种新途径。下列说法错误的是( )
A. 放电时，负极反应为Zn−2e−+4OH− Zn(OH)42−
B. 放电时，1 ml CO2转化为HCOOH，转移的电子数为2 ml
C. 充电时，电池总反应为2Zn(OH)42− 2Zn+O2↑+4OH−+2H2O
D. 充电时，阳极溶液中OH−浓度升高
15. 中国科学院成功开发出一种新型铝—石墨双离子电池，大幅度提升了电池的能量密度。该电池结构如图所示，下列有关该电池的说法不正确的是( )
A. 放电时，电子沿导线流向石墨电极
B. 放电时，正极的电极反应式为Al+Li++e−===AlLi
C. 充电时，铝锂电极质量增加
D. 充电时，PF6−向阳极移动
二、实验题
16. 用铜丝、锌粒、稀硫酸和导线、电流计、试管、烧杯等进行下列实验探究。
(1)在一支试管中加入一粒纯锌粒和少量稀硫酸。
①实验现象是_________________________________________________________________。
②反应的离子方程式为_________________________________________________________________。
(2)在另一试管中加入一粒纯锌和少量稀硫酸，再将一根粗铜丝插入试管，观察现象。
①如果铜丝没有与锌粒接触，实验现象是______________________________________________________________________________。此时锌是通过什么途径将电子转移给氢离子？______________________________________。
②如果铜丝与锌粒接触，实验现象是______________________________________________________________________________。此时锌是通过什么途径将电子转移给氢离子？______________________________________。在此实验中，金属铜__________(填“有”或“没有”)失去电子，反应过程中__________(填“有”或“没有”)电流产生。
(3)将锌片和铜片用导线连接，平行插入盛放稀硫酸的烧杯中。
①实验现象是__________________________________________________。
②该装置中锌作__________极，电极反应为________________________________________，该反应属于__________反应(填“氧化”或“还原”)；铜作__________极，电极反应为____________________________________________，该反应属于__________反应(填“氧化”或“还原”)。整个原电池总反应的离子方程式为______________________________________。
③锌是通过什么途径将电子转移给氢离子？________________________________________________________________________________________。如果有0.3 ml电子转移给氢离子，可以生成标准状况下的氢气__________L。
④从能量转化的角度看，该装置实现了____________________________________________________________________________。
17. 某化学兴趣小组为了探究铝电极在原电池中的作用，在常温下，设计并进行了以下一系列实验，实验结果记录如下。
试根据上表中的实验现象回答下列问题：
(1)实验1、2中Al所作的电极(正极或负极)是否相同(填“是”或“否”)？____________。
(2)由实验3完成下列填空：
①铝为________极，电极反应式：_________________________________________；
②石墨为________极，电极反应式：________________________________________；
③电池总反应式：______________________________________________。
(3)实验4中铝作负极还是正极？________，理由是___________________________________________________________________________________________________。写出铝电极的电极反应式：______________________________________________。
(4)解释实验5中电流计指针偏向铝的原因：________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。
(5)根据实验结果总结出影响铝在原电池中作正极或负极的因素：____________________。
18. 原电池原理的发现是储能和供能技术的巨大进步，是化学对人类的一项重大贡献。
(1)现有如下两个反应：A.NaOH+HCl=NaCl+H2O；B.Zn+H2SO4=ZnSO4+H2↑上述反应中能设计成原电池的是______。
分别按图甲、乙所示装置进行实验，图中两个烧杯里的溶液为同浓度的稀硫酸，乙中G为电流计。请回答下列问题：
(2)以下叙述中，正确的是______。
A.甲中锌片是负极，乙中铜片是正极 B.两烧杯中铜片表面均有气泡产生
C.两烧杯中溶液pH均增大 D.产生气泡的速度甲中比乙中慢
E.乙的外电流电路中电流方向Zn→Cu F.乙溶液中SO42−向铜片方向移动
(3)变化过程中能量转化的主要形式是：甲为______；乙为______。
(4)在乙实验中，如果把硫酸换成硫酸铜溶液，请写出铜电极的电极反应方程式及总反应离子方程式：铜电极：______，总反应：______。
(5)当电路中转移0.5ml电子时，消耗负极材料的质量为______。
简答题
19. (1)合成氨的反应中的能量变化如图所示，该反应是________反应(填“吸热”或“放热”)，其原因是反应物化学键断裂吸收的总能量________(填“大于”或“小于”)生成物化学键形成放出的总能量。
(2)从断键和成键的角度分析化学反应中能量的变化。化学键的键能如表：
则生成1ml气态水可以放出热量________kJ。
(3)高铁电池是一种新型可充电电池，与普通电池相比，该电池能较长时间保持稳定的放电电压。高铁电池的总反应为：3Zn(OH)2+2Fe(OH)3+4KOH ⇌充电放电3Zn+2K2FeO4+8H2O。则高铁电池的负极材料是________，放电时，正极发生________(填“氧化”或“还原”)反应。
(4)原电池可将化学能转化为电能。若Fe、Cu和浓硝酸构成原电池，负极是________(填“Cu”或“Fe”)；若Zn、Ag和稀盐酸构成原电池，正极发生反应的电极反应式是________，电解质溶液中阳离子移向________极(填“正”或“负”)。质量相同的铜棒和锌棒用导线连接后插入CuSO4溶液中，一段时间后，取出洗净、干燥、称量，二者质量差为12.9g。则导线中通过的电子的物质的量是________ml。
20. 完成下列问题。
(1)我国科研团队设计了一种表面锂掺杂的锡纳米粒子催化剂s−SnLi可提高电催化制甲酸盐的产率，同时释放电能，实验原理如图所示。
①放电时，正极的电极反应为___________________________。若使用铅蓄电池为该装置充电，产生1ml O2，则铅蓄电池的正极质量_______(填“增加”或“减少”)_______g。
②研究发现，使用催化剂Sn或者s−SnLi均能有效减少副产物CO的生成，其原因是_________________________________________________。
(2)电化学法也可合成氨。下图是用低温固体质子导体作为电解质，用Pt−C3N4作阴极催化剂电解H2(g)和N2(g)合成NH3的原理示意图如下图所示。
①Pt−C3N4电极反应产生NH3的电极反应式_____________________。
②实验研究表明，当外加电压超过一定值以后，发现阴极产物中氨气的体积分数随着电压的增大而减小，分析其可能原因_____________________。
③该装置使用甲醇(CH3OH)燃料电池(电解质溶液为KOH)作为电源，写出负极的电极反应____________________________。
(3)某学习小组设想利用A装置电解制备绿色硝化剂N2O5，装置如下(c、d为惰性电极)。已知：无水硝酸可在液态N2O4中发生微弱电离。
①A装置中通入SO2一极的电极反应式为_______。
②写出生成N2O5的电极反应式_______。
答案和解析
1.【答案】C
【解析】根据b极电极反应判断电极a是正极，电极b是负极，电池工作时电极a发生的反应是Fe3++e−===Fe2+，A正确；电池工作时电极b发生的反应是PANI−2e−+H2O===PANIO(氧化态聚苯胺,绝缘体)+2H+，溶液显酸性，若在电极b周围滴加几滴紫色石蕊溶液，电极b周围慢慢变红，B正确；电池冷却时Fe2+是在电极b表面与PANIO反应使电池再生，因此冷却再生过程电极a上无电子得失，导线中没有电子通过，C不正确；电池冷却时Fe2+是在电极b表面与PANIO反应使电池再生，反应式2Fe2++PANIO+2H+===2Fe3++PANI+H2O，D正确。
2.【答案】C
【解析】略
3.【答案】D
【解析】
【分析】
根据放电过程的示意图可知，放电时Al为负极，被氧化为Al2Cl7−，负极反应为：Al+7AlCl4−−3e−=4Al2Cl7−，其逆过程就是充电时的阴极反应：4Al2Cl7−+3e−=Al+7AlCl4−4Al2Cl7−+3e−=Al+7AlCl4−；正极反应为CnAlCl4+e−=Cn+AlCl4−，其逆过程就是充电时的阳极反应：Cn+AlCl4−−e−=CnAlCl4，据此分析来解题。
【解答】
A.放电时，电极a为Al，为负极，电极反应为Al+7AlCl4−−3e−=4Al2Cl7−，并且非水性体系中不存在氯离子，所以电极反应错误，故A项错误；
B.放电时，负极反应为Al+7AlCl4−−3e−=4Al2Cl7−+Cn，正极反应为CnAlCl4+e−=Cn+AlCl4−，所以总反应为3CnAlCl4+Al+4AlCl4−=4Al2Cl7−+3Cn，电解质溶液中AlCl4−的物质的量减小，故B项错误；
C.充电时，电极b为阳极，应与外接电源的正极相连，故C项错误；
D.充电时，电极b为阳极，电极反应为Cn+AlCl4−−e−=CnAlCl4，a为阴极，电极反应为4Al2Cl7−+3e−=Al+7AlCl4−，电极a和电极b的质量均增加，故D项正确；
答案选D。
4.【答案】C
【解析】放电时，阳离子向正极移动，阴离子向负极移动，A正确；
放电时，负极NamCn失去电子，故电极反应式为NamCn−me−=mNa++Cn，B正确；
充电时，阴极的电极反应式为mNa++Cn+me−=NamCn，电极质量增加，C错误；
充电时，阳极是NaCO2失去电子转化为Na1−mCO2，电极反应式为NaCO2−me−=Na1−mCO2+mNa+，D正确。
5.【答案】D
【解析】由题图可知，电子由金属锌流出，则金属锌为负极，结合题给总反应可知，负极反应为Zn+4OH−−2e− Zn(OH)42−，A项错误。
正极发生反应，正极生成OH−，负极消耗OH−，可知该隔膜为阴离子交换膜，允许OH−通过，B项错误。
不论放电还是充电，电子都不会流经电解质溶液，电解质溶液通过离子的迁移导电，C项错误。
充电时发生反应2Zn(OH)42− 2Zn+O2↑+4OH−+2H2O，产生OH−，D项正确。
6.【答案】C
【解析】
【分析】
据图可知，放电时Pb电极上Pb转化为PbSO4被氧化，所以Pb电极为负极，多孔石墨电极为正极。
【解答】
A.根据分析，放电时为原电池，Pb电极为负极，则多孔石墨电极为正极，故A错误；
B.放电时，Pb电极为负极，电极反应为Pb+SO42−−2e−=PbSO4，溶液中的H+通过质子交换膜移向正极，则Pb电极区溶液pH增大，故B错误；
C.放电时负极反应为Pb+SO42−−2e−=PbSO4，正极反应为+2H++2e−=，两电极反应相加得电池总反应为：+Pb+H2SO4+PbSO4，故C正确；
D.充电时，Pb电极为阴极，电极反应为PbSO4+2e−=Pb+SO42−，外电路通过a ml电子时，Pb电极减重a×962g=48ag，故D错误；
答案选C。
7.【答案】C
【解析】由题图知，充电时，碳纤维电极表面Mn2+发生氧化反应生成MnO2，则碳纤维电极作阳极，A项正确；
放电时，碳纤维电极为正极，Pt/C电极为负极，则电子由Pt/C电极经导线流向碳纤维电极，B项正确；
结合电池总反应知，充电时，碳纤维电极发生的反应为Mn2++2H2O−2e−===MnO2+4H+，则碳纤维电极附近溶液的pH减小，C项错误；
放电时，碳纤维电极表面MnO2发生还原反应生成Mn2+，电极反应式为MnO2+4H++2e−===Mn2++2H2O，D项正确。
故选：C。
8.【答案】C
【解析】原电池中阳离子由负极向正极迁移，A项正确；
放电时，负极发生氧化反应，电极反应式为LixC6 −xe− xLi++C6， B项正确；
充电时，若转移1 ml电子，石墨电极质量将增重7 g，C项错误；
充电时阳极发生氧化反应，电极反应式为LiCO2−xe− Li1−xCO2+xLi+，D项正确。
9.【答案】B
【解析】充电时阳极发生氧化反应，电极反应式为VO2++H2O−e−VO2++2H+，每转移1 ml电子，电解液中n(H+)的变化量为2 ml，A正确；
充电时，阴极发生还原反应：V3++e−V2+，阳离子H+向阴极移动，因此溶液的pH会降低，B错误；
放电时，右槽为负极，失去电子，发生氧化反应，C正确；
放电时，左槽为正极，发生反应：VO2++2H++e−VO2++H2O，D正确。
10.【答案】B
【解析】浓硫酸有强氧化性，与Zn反应生成SO2，得不到氢气，A错误；金属与酸制H2的反应属于放热反应，反应物总能量大于生成物总能量，B正确；原电池中，阳离子向正极移动，若将该反应设计成原电池，Zn作负极，C错误；未注明是否处于标准状况，无法用Vm=22.4 L/ml计算气体体积，D错误。
11.【答案】A
【解析】
【分析】
略
【解答】
A.充电时，左侧铁铬液流电池中，电极b上Fe2+发生氧化反应生成Fe3+，则电极b为阳极，电极a为阴极，则电极a的电势低于电极b；电极b可选用石墨作电极，但是不也能选Cu作电极，A错误；
B.阴极上产生氢气的原因是阴极发生析氢副反应：2H++2e−=H2↑，B正确；
C.如图所示，再平衡电池的负极上，H2发生氧化反应产生H+，则该装置将阴极产生的氢气导入右侧的再平衡电池的负极，实现Fe3+−Fe2+的循环，C正确；
D.根据电荷守恒可知，电路中通过0.1ml电子时，就会有0.1ml H+由b极室经质子交换膜移向a极室，D正确；
故选A。
12.【答案】C
【解析】由题图可知，放电时，碳材料极失去电子，为负极，发生氧化反应，电子经外电路、Li+经内电路同时移向正极，A项正确。
放电时，正极发生得电子的还原反应，反应式为Li1−xCO2+xLi++xe−=LiCO2，B项正确。
充电时，阳离子由阳极(正极)向阴极(负极)迁移，则Li+从正极脱出，又嵌入负极，C项错误。
Li的摩尔质量小，锂离子电池的比能量较高，D项正确。
13.【答案】D
【解析】该电池采用的三维多孔海绵状Zn具有较大的表面积，可以高效沉积ZnO，且所沉积的ZnO分散度高，A正确。
根据题干中总反应可知该电池充电时，Ni(OH)2在阳极发生氧化反应生成NiOOH，其电极反应式为Ni(OH)2(s)+OH−(aq)−e−=NiOOH(s)+H2O(l)，B正确。
放电时Zn在负极发生氧化反应生成ZnO，电极反应式为Zn(s)+2OH−(aq)−2e−=ZnO(s)+H2O(l)，C正确。
电池放电过程中，OH−等阴离子通过隔膜从正极区移向负极区，D错误。
14.【答案】D
【解析】由题图知，放电时，Zn失去电子被氧化为Zn(OH)42−，负极反应为Zn−2e−+4OH− Zn(OH)42−，A正确；
放电时，CO2在正极得到电子被还原为HCOOH(C可看作+2价)，故1 ml CO2转化为HCOOH时转移电子的物质的量为2 ml，B正确；
充电时阴极反应为2Zn(OH)42−+4e− 2Zn+8OH−，阳极反应为2H2O−4e−=O2↑+4H+，则电池总反应为2Zn(OH)42− 2Zn+O2↑+4OH−+2H2O，C正确；
充电时，阳极产生H+，H+浓度升高，OH−浓度降低，D错误。
15.【答案】B
【解析】由电池总反应知，放电时铝锂电极作负极、石墨电极作正极，原电池中电子由负极沿导线流向正极，即电子沿导线流向石墨电极，A项正确；
放电时，正极CxPF6得电子被还原，电极反应式为CxPF6+e−===xC+PF6−，B项错误；
充电时，铝锂电极作阴极，发生得电子的还原反应，电极反应式为Al+Li++e−===AlLi，所以铝锂电极质量增加，C项正确；
充电时，阴离子向阳极移动，即PF6−向阳极移动，D项正确。
故选：B。
16.【答案】(1)①在锌粒的表面有许多气泡产生，锌粒逐渐溶解 ②Zn+2H+=Zn2++H2↑
(2)①在锌粒的表面有许多气泡产生，锌粒逐渐溶解；通过锌与氢离子直接接触将电子转移给氢离子
②在铜丝的表面上有许多气泡产生，锌粒逐渐溶解；锌先将电子转移到铜丝，再通过铜丝表面将电子转移给氢离子；没有；有
(3)①在铜片的表面有许多气泡产生，锌片逐渐溶解 ②负；Zn−2e−=Zn2+；氧化；正；2H++2e−=H2↑；还原；Zn+2H+=Zn2++H2↑
③锌通过导线先将电子转移到铜片，再通过铜片的表面将电子转移给氢离子；3.36
④化学能转化为电能的过程
【解析】略
17.【答案】(1)否
(2)①负；2Al−6e−=2Al3+；②正；6H++6e−=3H2↑；③2Al+6H+=2Al3++3H2↑
(3)负极；Al能与NaOH溶液发生反应，而Mg不与NaOH溶液反应；Al−3e−+4OH−=AlO2−+2H2O
(4)在浓硝酸中，Al被钝化，Zn是原电池的负极，Al作正极，电流由正极流向负极
(5)①另一个电极材料的活泼性；②电解质溶液及其氧化性
【解析】
【分析】
本题考查探究原电池原理及设计，为高频考点，把握发生的原电池反应及正负极的判断是解答本题的关键，题目难度不大，注意利用氧化还原反应中电子的得失来分析正负极。
【解答】
(1)金属与酸构成的原电池中，活泼金属作负极，则实验1中Mg的活泼性大于Al，所以Al作正极，而实验2中Al的活泼性大于Cu，所以Al作负极；
故答案为：否；
(2)实验3中Al为负极，电极反应为2Al−6e−=2Al3+，石墨为正极，其电极反应为6H++6e−=3H2↑，电池总离子反应为2Al+6H+=2Al3++3H2↑；
故答案为：①负；2Al−6e−=2Al3+；②正；6H++6e−=3H2↑；③2Al+6H+=2Al3++3H2↑；
(3)实验4中Mg不与NaOH溶液发生反应，而发生2Al+2NaOH+2H2O=2NaAlO2+3H2↑，Al失去电子，则Al为负极，负极反应为Al−3e−+4OH−=AlO2−+2H2O；
故答案为：负极；Al能与NaOH溶液发生反应，而Mg不与NaOH溶液反应；Al−3e−+4OH−=AlO2−+2H2O；
(4)实验5中Al遇浓硝酸发生钝化，发生Zn与浓硝酸的氧化还原反应，Zn作负极，Al作正极，电流由正极流向负极，所以电流计指针偏向铝；
故答案为：在浓硝酸中，Al被钝化，Zn是原电池的负极，Al作正极，电流由正极流向负极；
(5)在原电池中金属铝作正极还是作负极，一定要看自发的氧化还原反应中金属铝是否参与反应，金属铝参加反应，失电子作负极，反之作正极；
故答案为：①另一个电极材料的活泼性；②电解质溶液及其氧化性。
18.【答案】(1)B
(2)CD
(3)化学能转化为热能 ；化学能转化为电能
(4)Cu2++2e−=Cu； Zn+Cu2+=Zn2++Cu
(5)16.25g
【解析】解：(1)反应A.NaOH+HCl=NaCl+H2O不是氧化还原反应，不能设计成原电池，反应B.Zn+H2SO4=ZnSO4+H2↑是氧化还原反应，能设计成原电池，
故答案为：B；
(2)A.甲中没有形成闭合回路，不能形成原电池，乙中铜片是正极，故A错误；
B.铜为金属活动性顺序表H元素之后的金属，不能与稀硫酸反应，甲烧杯中铜片表面没有气泡产生，故B错误；
C.两烧杯中硫酸都参加反应，氢离子浓度减小，溶液的pH均增大，故C正确；
D.乙能形成原电池反应，可以加快化学反应速率，故D正确；
E.乙形成闭合回路，形成原电池，电流方向为正极到负极，所以乙的外电路中电流方向Cu→Zn，故E错误；
F.乙溶液中SO42−向负极Zn片方向移动，故F错误；
故答案为：CD；
(3)甲中不能形成原电池，所以是将化学能转变为热能，乙池能构成原电池，所以是将化学能转化为电能，
故答案为：化学能转化为热能；化学能转化为电能；
(4)如果将稀硫酸换成硫酸铜溶液，则正极上铜离子得电子发生还原反应，电极反应式为：Cu2++2e−=Cu，总反应为锌置换出铜的反应即Zn+Cu2+=Cu+Zn2+，
故答案为：Cu2++2e−=Cu；Zn+Cu2+=Cu+Zn2+；
(5)负极锌失电子所以当电路中转移0.5ml电子时，消耗负极材料的质量为0.52×65=16.25g，
故答案为：16.25g。
本题考查原电池的组成和工作原理，题目难度中等，注意把握电极方程的书写方法，(2)为该题的易错点，掌握相应的原理是解答关键。
19.【答案】(1)放热；小于
(2)242
(3)Zn；还原
(4)Cu；2H++2e−=H2↑；正；0.2
【解析】
【分析】
本题考查化学反应能量变化和电化学相关的知识，是高考的高频考点，难度一般。
【解答】
(1)图中反应物的能量高于生成物的能量，所以该反应是放热反应；原因是反应物化学键断裂吸收的总能量小于生成物化学键形成放出的总能量，故答案为：放热；小于；
(2)从能量的变化角度研究反应：2H2(g) + O2(g) =2 H2O(g)，则生成1ml气态水可以放出热量是2ml×463kJ/ml−436kJ/ml−496kJ/ml×12ml=242kJ。
(3)电池的负极上发生氧化反应，正极上发生还原反应。由高铁电池放电时总反应方程式可知，负极材料应为作还原剂的Zn，正极上得电子发生还原反应，故答案为：Zn；还原；
(4)若Fe、Cu和浓硝酸构成原电池，由于在室温下Fe在浓硝酸中会发生钝化，所以活动性较弱的Cu作负极；若Zn、Ag和稀盐酸构成原电池，则活动性强的Zn作负极，Ag作正极，在正极上H+得到电子变为氢气，电极方程式为：2H++2e−=H2↑；根据同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引的原则，电解质溶液中阳离子移向负电荷较多的正极；质量相同的铜棒和锌棒用导线连接后插入CuSO4溶液中Zn作负极，被氧化，若一段时间后，取出洗净、干燥、称量，二者质量差为12.9g。根据反应方程式Zn+Cu2+=Zn2++Cu，可知每消耗65g锌，在正极就产生64g的Cu，两个电极质量相差129g，转移电子2ml，现在二者质量差为12.9g，所以导线中通过的电子的物质的量是0.2ml，故答案为：Cu；2H++2e−=H2↑；正；0.2。
20.【答案】(1)①CO2+2e−+H2O=HCOO−+OH−；增加；128
②使用催化剂后，生成CO的活化能较生成HCOOH的活化能高，前者反应速率慢，相同时间内更有利于HCOOH的生成
(2)①N2+6e−+6H+=2NH3
②电压加大后发生副反应2H++2e−=H2↑，而且该反应速率比生成氨气的反应速率更快，故氨气的体积分数下降
③CH3OH−6e−+8OH−=CO32−+6H2O
(3)①SO2+2H2O−2e−=SO42−+4H+ ②N2O4−2e−+2HNO3=2N2O5+2H+
【解析】(1)①由图示可知，放电时，正极二氧化碳得电子生成HCOO−，电极反应式为：CO2+2e−+H2O=HCOO−+OH−，充电时，产生1ml O2，转移4ml电子，铅蓄电池的正极电极反应式为：PbO2+4H++SO 42−+2e−=PbSO4+2H2O，正极质量增加，增加的质量为2ml×(32+16×2)g/ml=128g；
②由图示可知，使用催化剂后，生成CO的活化能较生成HCOOH的活化能高，前者反应速率慢，相同时间内更有利于HCOOH的生成，因此使用催化剂Sn或者s−SnLi均能有效减少副产物CO的生成；
(2)①Pt−C3N4作阴极，由图示可知，阴极氮气得电子生成氨气，电极反应式为：N2+6e−+6H+=2NH3；
②超过一定电压后，氢离子得电子变成氢气，即2H++2e−=H2↑，且反应速率比氮气转化为氨气的反应速率更快，从而使得氨气的体积分数随着电压的增大而减小；
③燃料电池中燃料作负极，负极甲醇失电子生成二氧化碳，生成的二氧化碳结合氢氧根离子生成碳酸根离子，因此负极的电极反应式为：CH3OH−6e−+8OH−=CO32−+6H2O；
(3)①由题意可知，A装置为原电池，其中通入氧气的一极为正极，通入二氧化硫的一极为负极，负极二氧化硫失电子生成硫酸根离子，负极电极反应式为：SO2+2H2O−2e−=SO42−+4H+；
②装置B为电解池，c电极与原电池正极相连为阳极，阳极上N2O4放电生成N2O5，电极反应式为：N2O4−2e−+2HNO3=2N2O5+2H+。
编号
电极材料
电解质溶液
电流计指针偏转方向
1
Al、Mg
稀盐酸
偏向Al
2
Al、Cu
稀盐酸
偏向Cu
3
Al、C(石墨)
稀盐酸
偏向石墨
4
Al、Mg
氢氧化钠溶液
偏向Mg
5
Al、Zn
浓硝酸
偏向Al
化学键
H—H
O=O
H—O
键能kJ/ml
436
496
463
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