通用版高考化学考点题型拓展复习题十三原电池含答案

专题十三 原电池

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考点1　原电池

1. [2020山东,10,2分]微生物脱盐电池是一种高效、经济的能源装置,利用微生物处理有机废水获得电能,同时可实现海水淡化。现以NaCl溶液模拟海水,采用惰性电极,用如图所示装置处理有机废水(以含CH3COO-的溶液为例)。下列说法错误的是              (　　)

A.负极反应为CH3COO-+2H2O-8e-2CO2↑+7H+

B.隔膜1为阳离子交换膜,隔膜2为阴离子交换膜

C.当电路中转移1 mol电子时,模拟海水理论上除盐58.5 g

D.电池工作一段时间后,正、负极产生气体的物质的量之比为2∶1

2. [2019全国卷Ⅰ,12,6分]利用生物燃料电池原理研究室温下氨的合成,电池工作时MV2+/MV+在电极与酶之间传递电子,示意图如图所示。下列说法错误的是              (　　)

A.相比现有工业合成氨,该方法条件温和,同时还可提供电能

B.阴极区,在氢化酶作用下发生反应H2+2MV2+2H++2MV+

C.正极区,固氮酶为催化剂,N2发生还原反应生成NH3

D.电池工作时质子通过交换膜由负极区向正极区移动

3.[2018全国卷Ⅰ,13,6分]最近我国科学家设计了一种CO2+H2S协同转化装置,实现对天然气中CO2和H2S的高效去除。示意图如图所示,其中电极分别为ZnO@石墨烯(石墨烯包裹的ZnO)和石墨烯,石墨烯电极区发生反应:

①EDTA-Fe2+-e-EDTA-Fe3+

②2EDTA-Fe3++H2S2H++S+2EDTA-Fe2+

该装置工作时,下列叙述错误的是 (　　)

A.阴极的电极反应:CO2+2H++2e-CO+H2O

B.协同转化总反应:CO2+H2SCO+H2O+S

C.石墨烯上的电势比ZnO@石墨烯上的低

D.若采用Fe3+/Fe2+取代EDTA-Fe3+/EDTA-Fe2+,溶液需为酸性

考点2　常见的化学电源

3. [2020全国卷Ⅰ,12,6分] 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

B.放电时,1 mol CO2转化为HCOOH,转移的电子数为2 mol

C.充电时,电池总反应为2Zn(OH2Zn+O2↑+4OH-+2H2O

D.充电时,正极溶液中OH-浓度升高

5.[2020全国卷Ⅲ,12,6分]一种高性能的碱性硼化钒(VB2)-空气电池如图所示,其中在VB2电极发生反应:VB2+16OH--11e-V+2B(OH+4H2O该电池工作时,下列说法错误的是              (　　)

A.负载通过0.04 mol电子时,有0.224 L(标准状况)O2参与反应

B.正极区溶液的pH降低、负极区溶液的pH升高

C.电池总反应为4VB2+11O2+20OH-+6H2O8B(OH+4V

D.电流由复合碳电极经负载、VB2电极、KOH溶液回到复合碳电极

6.[2019全国卷Ⅲ,13,6分]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

7. [2018全国卷Ⅱ,12,6分]我国科学家研发了一种室温下“可呼吸”的Na-CO2二次电池。将NaClO4溶于有机溶剂作为电解液,钠和负载碳纳米管的镍网分别作为电极材料,电池的总反应为3CO2+4Na2Na2CO3+C。下列说法错误的是              (　　)

A.放电时,Cl向负极移动

B.充电时释放CO2,放电时吸收CO2

C.放电时,正极反应为3CO2+4e-2C+C

D.充电时,正极反应为Na++e-Na

拓展变式

1.根据原理图判断下列电池的电极名称,并指出离子移动方向。

2.运用“加减法”书写下列四种常见燃料电池的电极反应式。

3.[2020四川成都七中三诊]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-+2H2O2Zn(OH。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 mol 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c(OH-)逐渐增大

4.[2020四川成都树德中学三诊]已知某种二次锂离子电池工作时反应为LixCn + Li1-xCoO2LiCoO2+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-xCoO2 +xLi++xe-LiCoO2

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

答案

专题十三　原电池

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1.B　根据题图可知放电时,a极上发生的反应为CH3COO-+2H2O-8e-2CO2↑+7H+,a极为负极,A项正确;该电池工作时,可实现海水的淡化,原电池中阴离子向负极迁移,阳离子向正极迁移,则Cl-应向a极移动,Na+应向b极移动,即隔膜1为阴离子交换膜,隔膜2为阳离子交换膜,B项错误;当电路中转移1 mol电子时,向a极和b极分别移动1 mol Cl-和1 mol Na+,则模拟海水理论上可除盐58.5 g,C项正确;电池工作时,正极反应式为2H++2e-H2↑,正极产生H2,负极产生CO2,结合正、负极的电极反应知,一段时间后,正、负极产生气体的物质的量之比为2∶1,D项正确。

2.B　由题意知,电池总反应为3H2+N22NH3。该合成氨反应在常温下进行,并形成原电池产生电能,反应不需要高温、高压和催化剂,A项正确。观察题图知,左边电极发生氧化反应MV+-e-MV2+,为负极(阳极),B项错误。正极区N2在固氮酶作用下发生还原反应生成NH3,C项正确。电池工作时,H+通过交换膜,由左侧(负极区)向右侧(正极区)迁移,D项正确。

3.C　阴极发生还原反应,氢离子由质子交换膜右侧向左侧迁移,阴极的电极反应式为CO2+2H++2e-CO+H2O,A项正确。结合阳极区发生的反应,可知协同转化总反应为CO2+H2SS+CO+H2O,B项正确。石墨烯作阳极,其电势高于ZnO@石墨烯的,C项错误。F、Fe2+在碱性或中性介质中会生成沉淀,它们只稳定存在于酸性较强的介质中,D项正确。

4.D　由题图知,放电时,Zn失去电子被氧化为Zn(OH,负极反应为Zn-2e-+4OH-Zn(OH,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 mol CO2转化为HCOOH时转移电子的物质的量为2 mol,B正确;充电时负极反应为2Zn(OH+4e-2Zn+8OH-,正极反应为2H2O-4e-O2↑+4H+,则电池总反应为2Zn(OH2Zn+O2↑+4OH-+2H2O,C正确;充电时,正极产生H+,H+浓度升高,OH-浓度降低,D错误。

5.B　由题给信息知VB2电极上发生失电子的氧化反应,则VB2电极为负极,复合碳电极为正极,正极发生还原反应,电极反应式为O2+4e-+2H2O4OH-,则电路中通过0.04 mol电子时,正极有0.01 mol O2参加反应,其在标准状况下的体积为0.224 L,A项正确;由正、负极的电极反应式可知,该电池工作时,负极区溶液的pH降低,正极区溶液的pH升高,B项错误;由正、负极反应式知该电池总反应为4VB2+11O2+20OH-+6H2O8B(OH+4V,C项正确;电流与电子的流动方向相反,电流从正极出发,沿负载流向负极,再经过电解质溶液最终回到正极,D项正确。

6.D　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。

7.D　电池放电时阴离子移向负极,A项正确。由电池总反应和题图知,放电时吸收CO2,充电时释放CO2,B项正确。放电时,正极上CO2得电子被还原为单质C,电极反应式为3CO2+4e-2C+C,C项正确。充电时,阳(正)极上C被氧化为CO2,电极反应式为C+2C-4e-3CO2,阴(负)极上Na+被还原为Na,电极反应式为Na++e-Na,D项错误。

1.(1)①正　②右　左　③2NO+4e-+4H+N2+2H2O　(2)①负　②阳　阴　③ I2Br-+2e-2I-+Br-　(3)①阴　负

②负　正　③+2e-+H++Cl-

【解析】　(3)右侧CH3COO-失去电子被氧化为HC,B极是负极(阳极),A极是正极(阴极)。

2.(1)3O2+12H++12e-6H2O　2CH3OH-12e-+2H2O2CO2↑+12H+　(2)13O2+52e-26O2-　2C4H10+26O2--52e-8CO2+10H2O　(3)O2+4e-+2CO22C　2CO-4e-+2C4CO2　(4)3O2+12e-+6H2O12OH-　2CH3OH-12e-+16OH-2C+12H2O

3.D　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,A项错误。正极发生反应O2+4e-+2H2O4OH-,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(OH2Zn+O2↑+4OH-+2H2O,产生OH-,D项正确。

4.C　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-xCoO2+xLi++xe-LiCoO2,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。