2024届高三新高考化学大一轮专题练习：化学电源

这是一份2024届高三新高考化学大一轮专题练习：化学电源，共19页。试卷主要包含了单选题，多选题，非选择题等内容，欢迎下载使用。

2024届高三新高考化学大一轮专题练习：化学电源
一、单选题
1．（2023春·江苏盐城·高三校联考阶段练习）以甲烷为燃料的新型电池得到广泛的研究，如图是目前研究较多的一类固体氧化物燃料电池的工作原理示意图。下列说法错误的是

A．该电池工作时能量由化学能转化为电能
B．A极为电池正极，发生氧化反应
C．负极的电极反应式为CH4+4O2--8e-=CO2+2H2O
D．该电池的总反应为CH4+2O2=CO2+2H2O
2．（2023春·安徽亳州·高三亳州二中校考期中）氢氧燃料电池的能量转化率较高，且产物是H2O，无污染，是一种具有应用前景的绿色电源。下列有关氢氧燃料电池的说法正确的是

A．通入氢气的电极发生还原反应
B．外电路中每有0.4mol电子发生转移，该实验中就会有6.72L的气体被消耗
C．碱性电解液中阳离子向通入氢气的方向移动
D．正极的电极反应式为O2＋2H2O＋4e－＝4OH－
3．（2023秋·广东广州·高三广州市白云中学校考期末）某固体酸燃料电池以Ca(HSO4)2为固体电解质传递H+，基本结构如图，下列说法不正确的是
  
A．b电极是正极，发生还原反应
B．b电极发生的反应是
C．电池总反应为：
D．每转移0.2mol电子，消耗2.24L的H2
4．（2023春·广东江门·高三江门市第一中学校考阶段练习）如图为甲烷燃料电池示燱图。其电池反应方程式为：，下列说法正确的是
  
A．a作正极
B．b电极上，发生氧化反应
C．电池工作时，电子由a电极经过电解质溶液移向b电极
D．正极的电极反应为：
5．（2023春·四川成都·高三校联考期中）高电压水系锌－有机混合液流电池的装置如图所示。下列说法错误的是

A．放电时，Cl-通过阴膜向正极区迁移
B．放电时，负极区溶液的pH减小
C．充电时，Zn与外接直流电源负极相连
D．充电时，阳极电极反应式为FQH2-2e-=FQ+2H+
6．（2023秋·浙江宁波·高三统考期末）2020年中科院研究所报道了一种高压可充电碱-酸混合电池，电池采用阴、阳双隔膜完成离子循环(如下图)，该电池良好的电化学性能为解决传统水性电池的关键问题提供了很好的机会。下列说法不正确的是

A．充电时，d极发生氧化反应
B．离子交换膜b、c分别为阳离子交换膜和阴离子交换膜
C．放电时a极的电极反应为：
D．放电时，每转移2mol电子，中间溶液中溶质减少1mol
7．（2023秋·河南驻马店·高三统考期末）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正确的是

A．燃料电池总反应和燃料燃烧方程式不相同
B．正极的电极反应式为C6H12O6+6H2O-24e-=6CO2+24H+
C．质子通过交换膜从正极区移向负极区
D．葡萄糖在微生物的作用下将化学能转化为电能，形成原电池
8．（2023秋·云南大理·高三统考期末）LiPON薄膜锂离子电池是目前研究最广泛的全固态薄膜锂离子电池。如图为其工作示意图，薄膜只允许通过，放电时移动方向如图中所示，电池反应为。下列有关说法正确的是

A．极电极电势高于极
B．LiPON薄膜在充放电过程中质量发生变化
C．放电时极发生的反应为
D．导电介质可以是溶液
9．（2023春·江西九江·高三德安县第一中学校考期中）一种新型燃料电池，以铂为电极插入溶液中，分别向两极通入甲烷和氧气。两电极反应分别为：；，有关此电池的推断不正确的是
  
A．a电极为负极
B．参加反应的与的质量比为
C．放电一段时间后，的物质的量浓度将下降
D．电子由a电极经外电路向b电极移动，再经电解质溶液回到a电极
10．（2023春·四川·高三遂宁中学校考期中）某化学小组构想用电化学原理回收空气中二氧化硫中的硫，同时将地下水中的硝酸根(NO)进行无害化处理，其原理如图。

下列有关说法错误的是
A．Mg电极为负极，Pt1为阳极
B．乙池中NO在Pt1，电极发生还原反应
C．碳纳米管析出硫的电极反应为：SO2+4e-=S+2O2-
D．Pt2电极可能产生H2，周围pH增大
11．（2023春·湖南长沙·高三雅礼中学校考期中）微生物燃料电池是指在微生物的作用下将化学能转化为电能的装置。某微生物燃料电池的工作原理如图所示。下列说法正确的是

A．该微生物燃料电池，负极为b
B．为保证该电池的供电速度，应在较高温度下工作
C．当电路中有0.5mol电子发生转移，则有1mol的通过质子交换膜
D．该电池正极电极反应式为
12．（2023春·江西赣州·高三校考期中）某课题组用单原子锚定在氮掺杂的碳纳米片上的催化剂构建二次锌-空气电池，其放电原理如图所示：

下列叙述错误的是
A．放电时，空气扩散层有利于得电子
B．当锌箔消耗时，有通过阴离子交换膜移向锌箔
C．充电时，阴极的电极反应式为
D．放电时，锌箔电极电势低，充电时，锌箔电极电势高
13．（2022·浙江·模拟预测）二氧化硫—空气质子交换膜燃料电池实现了制硫酸、发电、环保的结合，原理如图所示。下列说法正确的是

A．该电池放电时质子从电极b移向电极a
B．电极b附近发生的电极反应为
C．电极a附近发生的电极反应为
D．相同条件下，放电过程中消耗的和的体积比为2：1

二、多选题
14．（2023春·安徽合肥·高三安徽省庐江汤池中学校联考期中）某固体酸燃料电池以NaHSO4固体为电解质传递H+，其基本结构如图，电池总反应可表示为2H2+O2=2H2O，下列有关说法正确的是
  
A．电子通过外电路从b极流向a极
B．每转移0.1 mol电子，消耗标准状况下1.12 L的
C．b极上的电极反应式为
D．由a极通过固体酸电解质传递到b极

三、非选择题
15．（2022春·辽宁大连·高三大连市第二十三中学校联考期中）随着国家大力发展清洁能源产业的要求，新能源产业规模迅速壮大。试完成下列问题。
(1)现在电瓶车所用电池一般为铅酸蓄电池，如图所示：
  
这是一种典型的可充电电池，电池总反应式为。则电池放电时，B电极的质量将___________(填“增加”“减小”或“不变”)，溶液的pH会___________(填“增大”或“减小”)，写出正极反应式：___________。
(2)中国科学院应用化学研究所在甲醇(是一种可燃物)燃料电池技术方面获得新突破。甲醇燃料电池的工作原理如图所示。
  
①该电池工作时，甲醇燃料应从___________口通入；
②该电池负极的电极反应式___________；
③工作一段时间后，当6.4g甲醇完全反应生成时，有___________mol电子转移。
(3)锂锰电池的体积小、性能优良，是常用的一次电池。该电池反应原理如图所示，其中电解质，溶于混合有机溶剂中，通过电解质迁移入晶格中，生成。
  
①电池的负极电极反应式为___________；
②组装该电池必须在无水、无氧条件下进行，其原因是___________。
16．（2021秋·湖南娄底·高三校考阶段练习）回答下列问题
(1)时，的电离平衡常数为：，的电离平衡常数为：；则：
①写出的电离方程式：_______
②时，的溶液的电离度约为_______。
③往溶液中滴加足量溶液的离子反应方程式为：_______
(2)①某课外活动小组为了探究的溶解度，分别将足量加入下列物质中：
a.水                           b.的溶液
c.的溶液   d.的溶液中
溶解后形成的溶液中，的浓度由大到小的顺序为_______(填字母)。
A．       B．      C．      D．
②已知时，，此时，溶液b中加入后，为_______。
(3)新型高效的乙烷燃料电池采用铂为电极材料，两电极上分别通入和，电解质溶液为溶液。请写出乙烷燃料电池的负极反应式：_______。
17．（2022秋·黑龙江佳木斯·高三建三江分局第一中学校考期中）燃料电池是利用燃料与氧气反应从而将化学能转化为电能的装置。
(1)以葡萄糖为燃料的微生物燃料电池结构示意图如图所示。

①A为生物燃料电池的_______(填“正”或“负”)极。
②负极的电极反应式为_______。
③放电过程中，H＋由_______极区向_______极区迁移(填“正”或“负”)。
④在电池反应中，每消耗1 mol氧气，理论上生成标准状况下二氧化碳的体积是_______。
(2)已知CH4、CH3OH、CH3OCH3都是较好的燃料，都可以作为燃料电池的燃料。
作为电池燃料，CH4、CH3OH、CH3OCH3比能量最高的是_______(电池的比能量就是参与电极反应的单位质量的电极材料放出电能的大小)。
18．（2022秋·广东惠州·高三校考期中）I、氯碱工业是高能耗产业，一种将电解池与燃料电池相组合的新工艺节能超过 30%。在这种工艺设计中，相关物料的传输与转化关系如图所示，其中的电极未标出，所用的离子交换膜都只允许阳离子通过。

(1)图中 X、Y 分别是_______(填化学式)，比较大小(填“>”、“<”或“=”)：a%_______b%。
(2)写出燃料电池B中的电极反应正极：_______。负极：_______。
(3)这种设计的主要节能之处在于(写出两处)_______，_______。
II、下图是一个电化学过程的示意图。请回答下列问题：

(4)写出通入CH3OH的电极的电极反应式_______。
(5)乙池中反应的化学方程式_______。

参考答案：
1．B
【分析】甲烷燃料电池中甲烷发生氧化反应，故B极为负极，A为正极，据此分析。
【详解】A．电池工作时化学能转化为电能，故A正确；
B．A电极通入氧气，化合价降低，发生还原反应，故B错误；
C．B电极通入甲烷，甲烷失去电子和阳离子结合生成二氧化碳和水，其反应式为CH4+4O2−-8e-=CO2+2H2O，故C正确；
D．甲烷燃料电池是化学能转化为电能，不是化学能变为热能，该电池的总反应：CH4+2O2 =CO2+2H2O，故D正确。
故答案为B。
2．D
【分析】氢氧燃料电池工作时，是把化学能转变为电能，通入氢气的电极为电源的负极，发生氧化反应，电极反应式为H2-2e－+2OH－＝2H2O，通入氧气的电极为原电池的正极，电极反应式为O2＋2H2O＋4e－＝4OH－，电子是从负极流向正极，阳离子向正极移动，阴离子向负极移动，据此判断。
【详解】A．氢氧燃料电池中，氢气易失电子发生氧化反应，故A错误；
B．气体所处的状态不确定，无法计算气体的体积，故B错误；
C．阳离子向正极移动即通入氧气的电极移动，故C错误；
D．氧气易得电子发生还原反应，通入氧气的电极是正极，电极反应式为O2＋2H2O＋4e－＝4OH－，故D正确；
故选：D。
3．D
【详解】A．氧化剂(氧气)在正极上发生还原反应，即b电极是正极，发生还原反应，故A正确；
B．固体电解质传递H+，则b电极发生的反应是，故B正确；
C．负极是氢气失去电子变为氢离子，正极氧气得到电子和氢离子结合生成水，其电池总反应为：，故C正确；
D．每转移0.2mol电子，氢气消耗0.1mol，则标准状况下消耗2.24L的H2，由于没有标准状况，故D错误。
综上所述，答案为D。
4．D
【分析】甲烷燃料电池中CH4在负极反应，故a电极为负极，b电极为正极，负极的CH4失电子发生氧化反应生成碳酸根，正极氧气得电子，电极反应为：
【详解】A．根据分析，a作负极，A错误；
B．b电极为正极，O2得电子发生还原反应，B错误；
C．电池工作时，电子由a电极流出沿导线流向b电极，C错误；
D．正极上氧气发生还原反应，电极反应为：，电极反应式正确，D正确；
故选D。
5．A
【详解】A．原电池中阴离子向负极移动，故放电时，Cl-不会向正极区迁移，A错误；
B．放电时，负极区锌失去电子发生氧化反应，，溶液氢氧根离子浓度减小，pH减小，B正确；
C．充电时，Zn做阴极，与外接直流电源负极相连，C正确；
D．充电时，阳极的FQH2失去电子反应氧化反应，电极反应式为FQH2-2e-=FQ+2H+，D正确；
故选A。
6．D
【分析】由图可知，放电时，a极为负极，电极反应式为，d极为正极，电极反应式为PbO2＋2e−＋SO＋4H＋＝PbSO4＋2H2O，充电时，a极为阴极，d极为阳极，据此作答。
【详解】A．充电时，d极为阳极，发生氧化反应，故A正确；
B．放电时，负极区氢氧根离子被消耗，钾离子透过b膜向右迁移，故b膜为阳离子交换膜，正极区氢离子消耗量大于硫酸根离子，硫酸根离子透过c膜向左迁移，故c膜为阴离子交换膜，故B正确；
C．放电时，a极为负极，电极反应式为，故C正确；
D．放电时，每转移2mol电子，中间K2SO4溶液中溶质增加1mol，故D错误；
故答案选D。
【点睛】本题考查可充电电池，题目难度中等，能依据图像和题目信息准确判断正负极和阴阳极是解题的关键，难点是电极反应式的书写。
7．D
【详解】A．燃料电池是根据燃料燃烧的方程式设计成的，所以燃料电池总反应和燃料燃烧方程式相同，A错误；
B．正极反应是还原反应，负极是氧化反应，负极电极反应式为，B错误；
C．内电路电流的方向是从负极到正极，所以质子通过交换膜从负极区移向正极区，C错误；
D．葡萄糖在微生物的作用下发生氧化还原将化学能转化为电能，形成原电池，D正确；
故选D。
8．C
【分析】放电时由Li+移动方向可知，a极为负极，电极反应式为LixSi-xe-=xLi++Si，b极为正极，电极反应式为Li1-xCoO2+xe-+xLi+=LiCoO2，据此分析解答。
【详解】A．根据分析，放电时a极为负极，b极为正极，则a极电极电势低于b极，A错误；
B．LiPON薄膜在充放电过程中仅仅起到传导Li+的作用，并未参与电极反应，故其质量不发生变化，B错误；
C．根据分析，b极为正极，电极反应式为Li1-xCoO2+xe-+xLi+=LiCoO2，C正确；
D．由于2Li+2H2O=2LiOH+H2↑，故导电介质c中不能有水，则不可为Li2SO4溶液，D错误；
故选C。
9．D
【详解】A．由电池装置及电极反应可知在a电极失电子，a作负极，故A正确；
B．由电极反应得电池总反应为：，参加反应的与的物质的量之比为2：1，质量比为4：1，故B正确；
C．由总反应可知，反应过程中NaOH被消耗，同时反应生成水，导致的物质的量浓度将下降，故C正确；
D．电子不能在电解质溶液中移动，故D错误；
故选：D。
10．B
【分析】由图可知，甲池为原电池，镁为负极，碳纳米管为正极，其电极反应式为：SO2+4e-=S+2O2-，则乙池为电解池，Pt1为阳极，水中的氢氧根离子失电子生成氧气，Pt2为阴极，硝酸根离子得电子生成氮气和水，以此解题。
【详解】A．由图可知，甲池为原电池，镁为负极，碳纳米管为正极，则乙池为电解池，Pt1 为阳极，故A正确；
B．乙池为电解池，Pt2 为阴极，硝酸根离子得电子生成氮气和水，发生还原反应，故B错误；
C．由分析可知，碳纳米管为正极，其电极反应式为：SO2+4e-=S+2O2-，故C正确；
D．Pt2为阴极，硝酸根离子得电子生成氮气和水，后水中的氢离子得电子生成氢气，剩余氢氧根离子，周围pH增大，故D正确；
故选B。
11．D
【详解】A．该微生物燃料电池，b极通入氧气，氧气发生还原反应，则b为正极，故A错误；
B．为保证微生物的活性，该电池不能在较高温度下工作，故B错误；
C．根据电荷守恒，当电路中有0.5mol电子发生转移，则有0.5mol的通过质子交换膜，故C错误；
D．b极通入氧气，氧气发生还原反应，则b为正极，正极电极反应式为，故D正确；
选D。
12．D
【分析】根据图示，放电时锌箔失去电子，则锌做负极，氧气在正极得到电子。
【详解】A．放电时，氧气在正极得到电子，空气扩散层有利于氧气得电子，故A正确；
B．当锌箔消耗 6.5g 时，转移0.2mol电子，阴离子移向负极，则有 0.2molOH-通过阴离子交换膜移向锌箔，故B正确；
C．锌为负极，则充电时为阴极，发生还原反应，[Zn(OH)4]2-得到电子生成锌和OH-，故C正确；
D．放电时，锌箔为负极，电极电势低，充电时，锌箔为阴极，电极电势低，故D错误；
故选D。
13．D
【分析】该装置为化学电源，根据装置图，电极a上硫元素化合价由+4价转化为+6价，化合价升高，根据原电池工作原理，电极a为负极，电极b正极，据此分析；
【详解】A．放电时为原电池，质子向正极移动，电极a为负极，则该电池放电时质子从电极a移向电极b，故A错误；
B．酸性条件下，氧气得电子与氢离子反应生成水，电极b附近发生的电极反应为，故B错误；
C．电极a为负极，发生氧化反应，电极反应为，硫酸应当拆为离子形式，故C错误；
D．由总反应式可知，放电过程中消耗的和的体积比为2：1，故D正确；
答案为D。
14．BD
【分析】由图可知，a极为负极，电极反应式为H2-2e-=2H+，b极为正极，电极反应式为O2+4H++4e-=2H2O，据此作答。
【详解】A．电子通过外电路从a极(负极)流向b极(正极)，A错误；
B．由电极反应式为H2-2e-=2H+可知，每转移0.1 mol电子，消耗标准状况下H2的体积为：=1.12 L，B正确；
C．b极为正极，电极反应式为O2+4H++4e-=2H2O，C错误；
D．H+由a极(负极)通过固体酸电解质传递到b极(正极)，D正确；
故答案为：BD。
15．(1) 增加 增大 PbO2+2e-+ SO+4H+=PbSO4+2H2O
(2) b CH3OH-6e-+H2O=CO2↑+6H+ 1.2
(3) Li-e-=Li+ 负极材料为Li，可与水反应

【详解】（1）放电时，负极上铅失电子发生氧化反应，电极反应式为Pb-2e-+SO=PbSO4，电极由Pb变为PbO2，质量增加，根据总反应可知，该反应消耗硫酸，则氢离子浓度减小，pH增大；正极的反应式为：PbO2+2e-+ SO+4H+=PbSO4+2H2O；；
（2）①由氢离子移动方向知，右侧电极为燃料电池的正极，左侧电极为负极，则b口通入甲醇；
②由氢离子移动方向知，左侧电极为负极，在水的作用下，甲醇在负极上失去电子发生氧化反应生成二氧化碳和氢离子，电极反应式为CH3OH-6e-+H2O=CO2↑+6H+；
③负极的电极反应式为CH3OH-6e-+H2O=CO2↑+6H+，由电极反应式可知，6.4g甲醇完全反应生成二氧化碳时，转移电子的个数为×6=1.2mol；
（3）Li为负极，被氧化，电极方程式为Li-e-=Li+；
因负极材料为Li，可与水反应，则不能用水代替电池中的混合有机溶剂；
16．(1) 3
(2) B
(3)

【详解】（1）①为弱酸，不完全电离，电离方程式为；
②时，的在溶液中存在电离平衡: ，设该溶液中醋酸的电离度为x，则醋酸电离出的酸酸根离子、氢离子浓度为0.02xmol/L，醋酸的浓度为0.02 (1-x) mol/L，根据醋酸的电离平衡常数K=1.810-5可知: K=1.810-5=，解得: x=3%；
③的电离平衡常数为：，的电离平衡常数为：、；的电离平衡常数比的第一步电离平衡常数小而比其第二步电离平衡常数大，故往溶液中滴加足量溶液的离子反应方程式为：；
（2）①根据难溶电解质的溶度积常数知，溶液中硫酸根离子浓度越大，硫酸钡的溶解度越小，钡离子浓度越低，氢氧化钡能抑制硫酸钡的电离，但氢氧化钡溶液中含有钡离子，所以钡离子浓度最大；水中的钡离子浓度次之;硫酸钠溶液和硫酸溶液中都含有硫酸根离子，抑制硫酸钡的电离，硫酸钠中的硫酸根浓度大于硫酸中的浓度，所以硫酸钠溶液中钡离子的浓度小于硫酸溶液中钡离子浓度，所以钡离子浓度大小顺序是: b>a>d>c，答案选B；
②中=mol/L=5.510-10mol/L；
（3）新型高效的乙烷燃料电池采用铂为电极材料，两电极上分别通入和，电解质溶液为溶液，乙烷燃料电池的负极上乙烷失电子在碱性条件下反应生成碳酸根离子，电极反应式为：。
17．(1) 正 C6H12O6+6H2O-24e-=6CO2↑+24H+ 负 正 22.4 L
(2)CH4

【分析】燃料电池通入氧气的电极为正极，负极为葡萄糖失去电子，阳离子在原电池中由正极移向负极，就此分析。
【详解】（1）①由图可知 A 为燃料电池的正极，电极反应为O2+4H++4e-=2H2O；② B 为燃料电池的负极，电极反应为 C6H12O6+6 H2O -24e-=6CO2↑+24H+；③放电过程中， H+由负极区向正极区移动；④葡萄糖燃料电池的总反应为C6H12O6+6 O2=6CO2↑+6 H2O即1 mol O2~1 mol CO2，每消耗1 mol O2，理论上生成标准状况下 CO 气体22.4 L；
（2）CH4、CH3OH、CH3OCH3中碳原子的化合价分别为-4，-2，-2，根据比能量的定义，每克CH4、CH3OH、CH3OCH3所释放的电能分别为： 比能量为：；比能量为：； 。故甲烷的比能量最大，本题答案为：CH4。
18．(1) Cl2、H2 a% (2) O2+4e-+2H2O=4OH- 2H2-4e-+4OH-=4H2O
(3) 燃料电池可以补充电解池消耗的电能(降低能耗) 提高产出碱液的浓度
(4)CH3OH-6e-+8OH-=6H2O+CO
(5)4AgNO3+2H2O4Ag+O2↑+4HNO3

【详解】（1）电解饱和食盐水时，阳极上氯离子失电子生成氯气，阴极上氢离子得电子生成氢气，图中 X、Y 分别是Cl2、H2，由于燃料电池正极发生O2+4e-+2H2O=4OH-，燃料电池中的离子膜只允许阳离子通过，而燃料电池中正极氧气得到电子产生OH-，所以反应后氢氧化钠的浓度升高，即a% （2）燃料电池B中正极氧气得电子，负极氢氢失电子，电极反应正极：O2+4e-+2H2O=4OH-。负极：2H2-4e-+4OH-=4H2O。故答案为：O2+4e-+2H2O=4OH-；2H2-4e-+4OH-=4H2O；
（3）燃料电池能将化学能转化为电能，所以燃料电池可以补充电解池消耗的电能，此外还可以提高产出碱液的浓度，降低能耗。故答案为：燃料电池可以补充电解池消耗的电能(降低能耗)；提高产出碱液的浓度；
（4）通入CH3OH的电极甲醇失电子发生氧化反应生成碳酸根和水，电极反应式CH3OH-6e-+8OH-=6H2O+CO。故答案为：CH3OH-6e-+8OH-=6H2O+CO；
（5）乙池中反应电解硝酸银溶液，生成银和氧气同时生成硝酸，化学方程式4AgNO3+2H2O4Ag+O2↑+4HNO3。故答案为：4AgNO3+2H2O4Ag+O2↑+4HNO3。