2024届高三新高考化学大一轮专题训练-原电池

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2024届高三新高考化学大一轮专题训练-原电池
一、多选题
1．（2023秋·江苏·高三统考竞赛）锂硫电池由金属锂阳极、硫复合阴极、电解液等组成。下列说法不正确的是

A．该电池的电解液可以使用水溶液
B．阴极硫还原是一个多过程的反应，第一步反应为
C．阴极反应总方程式为：
D．由于硫导电率低，不能单独作为阴极使用，因此硫复合阴极通常由稳定的单质、导电剂和聚合物黏结剂组成
2．（2023·海南海口·海南华侨中学校考二模）电化学锂介导的氮还原反应()使生产技术更简单、规模更灵活，其原理如图所示。下列有关说法正确的是
  
A．电极B为负极，发生氧化反应
B．制氨过程中  向A极移动
C．电极B的反应式为
D．制氨过程中，电流由电极B经外电路流向电极A
3．（2023春·江西吉安·高三宁冈中学校考期中）一种新型H2O2液态燃料电池的工作原理示意图如下(a、b均为石墨电极)。下列正确的是

A．电极b为正极，发生还原反应
B．负极区pH增大
C．正极的电极反应式为H2O2+2e-+2H+=2H2O
D．当电路中转移0.1mol电子时，通过阴离子交换膜的为9.6g
4．（2023·海南省直辖县级单位·嘉积中学校联考二模）我国科研团队设计的一种新型固态电解质PK10的氟离子电池，其充、放电工作时的物质转化及放电时的迁移方向如图所示。下列有关说法错误的是
  
A．放电时，a极为负极
B．放电时，b极的电极反应式为
C．充电时，由b极向a极迁移
D．充电时，外电路每通过1 mol，a极反应消耗1mol

二、单选题
5．（2023春·江西·高三校联考阶段练习）党的二十大报告中指出：要“加强污染物协同控制，基本消除重污染天气”。二氧化硫—空气质子交换膜燃料电池实现了制硫酸、发电、环保二位一体的结合，可以解决酸雨等环境污染问题，原理如图所示。下列说法不正确的是

A．该电池放电时电子流向：电极负载电极
B．电极附近发生的反应：
C．放电过程中若消耗，理论上可以消除
D．移向电极，电极附近减小
6．（2023·全国·统考高考真题）室温钠-硫电池被认为是一种成本低、比能量高的能源存储系统。一种室温钠-硫电池的结构如图所示。将钠箔置于聚苯并咪唑膜上作为一个电极，表面喷涂有硫黄粉末的炭化纤维素纸作为另一电极。工作时，在硫电极发生反应：S8+e-→S，S+e-→S，2Na++S+2(1-)e-→Na2Sx

下列叙述错误的是
A．充电时Na+从钠电极向硫电极迁移
B．放电时外电路电子流动的方向是a→b
C．放电时正极反应为：2Na++S8+2e-→Na2Sx
D．炭化纤维素纸的作用是增强硫电极导电性能
7．（2023春·湖北省直辖县级单位·高三统考阶段练习）下图是氢氧燃料电池驱动LED发光的一种装置示意图。下列叙述正确的是
  
A．a处通入氧气，b处通入氢气
B．通入O2的电极为电池的正极
C．通入H2的电极发生反应：H2-2e-=2H+
D．导线中每通过1mole-，需要消耗11.2 LO2(标况)。
8．（2023春·河北石家庄·高三校联考期中）电化学锂介导的氮还原反应(Li-NRR)使生产技术更简单、规模更灵活，其原理如图所示。下列有关说法正确的是
  
A．电极B为负极，发生氧化反应
B．制氨过程中，向A极移动
C．电极B的反应式为
D．当生成时，转移，消耗
9．（2023春·北京西城·高三北京市回民学校校考期中）汽车的启动电源常用铅酸蓄电池，其结构如图所示。放电时的电池反应：PbO2 + Pb + 2H2SO4 = 2PbSO4 + 2H2O。下列说法中，正确的是
  
A．Pb作电池的负极
B．PbO2作电池的负极
C．PbO2得电子，被氧化
D．电池放电时，溶液酸性增强
10．（2023春·北京海淀·高三清华附中校考期中）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，质子交换膜只允许质子和水通过。下列有关微生物电池的说法不正确的是

A．微生物促进了反应中电子的转移
B．正极反应中有生成
C．质子通过交换膜从负极区移向正极区
D．正极的电极反应式为
11．（2023春·四川成都·高三成都外国语学校校考期中）我们在课堂上学习和接触过许多有趣的电池，关于下列电池的说法不正确的是

A．图1中苹果酸的结构简式为，铜片上可能发生的反应为：
B．图2铜片上发生的反应为
C．图3电池锌筒做负极被不断消耗，用久有漏液风险
D．图4燃料电池放电时溶液中向b电极移动
12．（2023春·浙江温州·高三乐清市知临中学校考期中）银锌电池是一种常见的化学电源，电池反应为：Zn+Ag2O+H2O=Zn(OH)2+2Ag，其构造示意图如图所示。下列说法不正确的是

A．Zn电极的电极反应式：Zn-2e-+2OH-=Zn(OH)2
B．Ag2O电极发生还原反应
C．电池工作时，电子由锌电极流出经过外电路流向Ag2O电极
D．放电前后电解质溶液的pH保持不变
13．（2023·山东淄博·校联考二模）微生物燃料电池碳氮联合去除的氮转化系统原理如图所示。下列说法错误的是

A．a极电势低于b极
B．离子交换膜是质子交换膜
C．a、b两极生成和的物质的量之比为5∶4
D．好氧微生物反应器中反应的离子方程式为
14．（2023春·辽宁·高三校联考期中）科学家研发一种“全氢电池”，其工作时原理如图所示：

下列说法错误的是
A．电子移动方向
B．M极电极反应：
C．保证稳定通入一段时间后，电流表示数可能归零
D．标准状况下，右侧电池产生22.4L时，两侧电解质溶液质量差46g

三、非选择题
15．（2023·全国·高三专题练习）完成下列小题
(1)绿色电源“直接二甲醚燃料电池”的工作原理示意图如图所示：

正极为___________(填“A电极”或“B电极”)，H+移动方向为由___________到___________(填“A”或“B”)，写出A电极的电极反应式：___________。
(2)SO2和NOx是主要大气污染物，利用下图装置可同时吸收SO2和NO。

①a是直流电源的___________极。
②已知电解池的阴极室中溶液的pH在4～7之间，阴极的电极反应为___________。
③用离子方程式表示吸收NO的原理___________。
(3)结合下图所示的电解装置可去除废水中的氨氮(次氯酸氧化能力强)。

①a极为___________。
②d极反应式为___________。
(4)VB2-空气电池是目前储电能力最高的电池。以VB2-空气电池为电源，用惰性电极电解硫酸铜溶液如图所示，该电池工作时的反应为4VB2+11O2=4B2O3+2V2O5，VB2极发生的电极反应为___________。

16．（2023春·广东深圳·高三校联考期中）减少氮的氧化物在大气中的排放是环境保护的重要内容。合理应用和处理氮及其化合物，在生产生活中有重要意义。
Ⅰ.雾霾严重影响人们生活，雾霾的形成与汽车排放的NOx等有毒气体有关。
(1)通过活性炭对汽车尾气进行处理，相关原理为C(s)＋2NO(g)⇌N2(g)＋CO2(g)。下列情况能说明该反应达到平衡状态的是_______。
A．2v正(NO)=v逆(CO2)
B．混合气体中N2的体积分数保持不变
C．单位时间内断裂1个N≡N同时生成1个C=O
D．恒温、恒容条件下，混合气体的密度保持不变
E.恒温、恒压条件下，混合气体的平均摩尔质量保持不变
(2)在催化转化器中，汽车尾气中CO和NO可发生反应2CO(g)＋2NO(g)⇌2CO2(g)＋N2(g)，若在容积为10L的密闭容器中进行该反应，起始时充入0.4molCO、0.2molNO，反应在不同条件下进行，反应体系总压强随时间变化如图所示。
  
①实验b从开始至平衡时的反应速率v(CO)=_______mol·L-1·min-1。
②实验a中NO的平衡转化率为_______。
Ⅱ.为减少汽车尾气的污染，逐步向着新能源汽车发展。肼—空气燃料电池是一种碱性电池，无污染，能量高，有广泛的应用前景，工作原理如图所示。
  
(3)回答下列问题：
①该燃料电池中正极通入的物质是_______，负极发生的反应式为_______。
②电池工作时，OH-移向_______电极(填“a”或“b”)。
17．（2023春·湖南邵阳·高三邵阳市第二中学校考期中）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

(1)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．两烧杯中溶液的pH均增大
D．乙中电子从铜片经导线流向锌片
E．乙溶液中向锌片方向移动
(2)变化过程中能量转化的形式主要是：甲为______(填写选项字母)；乙为________(同前)
A、将化学能转化成热能            B、将电能转化成为化学能            C、将化学能转化成电能
(3)若反应过程中有2mol电子发生转移，则生成的氢气在标况下的体积为__________；溶液质量增加___________g
(4)原电池在工作时，下列反应可以作为原电池工作时发生的反应的是：___________
A．
B．
C．
D．
18．（2023春·四川成都·高三统考期中）化学电源在生产生活中有着广泛的应用，请回答下列问颕：
(1)根据构成原电池的本质判断，下列化学(或离子)方程式正确且能设计成原电池的是_____(填字母，下同)。
A．Ba(OH)2+2NH4Cl=BaCl2+2NH3↑+2H2O B．Cu+Ag+=Ag+Cu2+
C．Zn+H2SO4=ZnSO4+H2↑ D．CaO+H2O=Ca(OH)2
(2)为了探究化学反应中的能量变化，某同学设计了如图两个对比实验(除图Ⅱ中增加导线和铜片外，其余条件完全相同)。经过相同时间后，温度计示数：图I_____图Ⅱ(填“高于”、“等于”或“低于”)，产生气体的速率：图I_____图Ⅱ(填“大于”、“等于”或“小于”)。

(3)理论上，任何自发的氧化还原反应都可以设计成原电池。请利用反应“Cu+2Fe3+=2Fe2++Cu2+”设计一种化学电池(正极材料用石墨棒)，回答下列问题：
①该电池的负极材料是_____(填化学式)，电解质溶液是_____(填化学式)溶液。
②正极上发生的电极反应为_____。
③若导线上转移的电子为1mol，则消耗的金属铜的质量为_____。

参考答案：
1．AC
【解析】略
2．CD
【详解】A．该电池为原电池，在A极放电，说明电极A为负极，发生氧化反应，电极B为正极，发生还原反应，A项错误；
B．制氨过程中，带正电的原子团向正极移动，B项错误；
C．电极B的反应式为，C项正确；
D．电流由电极B经外电路流向电极A，D项正确；
故选CD。
3．AC
【分析】燃料电池工作时，a电极产生的气体为O2，则a极为负极，b极为正极。
【详解】A．由分析可知，电极b为正极，得到电子，发生还原反应，A正确；
B．在负极，发生反应H2O2+2OH--2e-=2H2O+O2↑，则溶液的pH减小，B不正确；
C．在正极，H2O2得电子产物与电解质反应生成水，电极反应式为H2O2+2e-+2H+=2H2O，C正确；
D．燃料电池工作时，存在如下关系式：——2e-，当电路中转移0.1mol电子时，通过阴离子交换膜的为0.05mol，质量为0.05mol×96g/mol=4.8g，D不正确；
故选AC。
4．AB
【分析】如图所示，放电时，F−由a极移向b极，则a极为正极，则b极为负极。
【详解】A．由分析可知，a极为正极，故A错误；
B．放电时，Sn失去电子生成SnF2，电极方程式为：，故B错误；
C．充电时，a极为阳极，b极为阴极，电解池中阴离子向阳极移动，则F−由b极向a极迁移，故C正确；
D．充电时，a极为阳极，电极方程式为：Bi-3e−+3F−=BiF3，外电路每通过1mole−，a极消耗1molF−，故D正确；
故选AB。
5．C
【分析】由图可知，Pt1电极上SO2发生失电子的氧化反应转化成H2SO4，Pt1电极为负极，Pt2电极为正极，Pt2电极上O2发生得电子的还原反应；据此作答。
【详解】A．根据分析，Pt1电极为负极，Pt2电极为正极，该电池放电时电子的流向为Pt1电极→负载→Pt2电极，A项正确；
B．Pt1电极上SO2发生失电子的氧化反应转化成H2SO4，电极反应式为SO2-2e-+2H2O=+4H+，B项正确；
C．Pt2电极的电极反应式为O2+4e-+4H+=2H2O，由于O2所处温度和压强未知，不能计算22.4LO2物质的量，从而无法计算消除SO2物质的量，C项错误；
D．阳离子H+移向正极（Pt2电极），Pt1电极上的电极反应式为SO2-2e-+2H2O=+4H+，Pt1电极上每消耗1molSO2生成4molH+和1mol，为平衡电荷，有2molH+通过质子交换膜移向Pt2电极，Pt1电极附近c(H+)增大，pH减小，D项正确；
答案选C。
6．A
【分析】由题意可知放电时硫电极得电子，硫电极为原电池正极，钠电极为原电池负极。
【详解】A．充电时为电解池装置，阳离子移向阴极，即钠电极，故充电时，Na+由硫电极迁移至钠电极，A错误；
B．放电时Na在a电极失去电子，失去的电子经外电路流向b电极，硫黄粉在b电极上得电子与a电极释放出的Na+结合得到Na2Sx，电子在外电路的流向为a→b，B正确；
C．由题给的的一系列方程式相加可以得到放电时正极的反应式为2Na++S8+2e-→Na2Sx，C正确；
D．炭化纤维素纸中含有大量的炭，炭具有良好的导电性，可以增强硫电极的导电性能，D正确；
故答案选A。

7．B
【详解】A．根据图中信息电子铜N向P移动，则N 负极即a处为负极，通入燃料即通入氢气，b处通入氧气，故A错误；
B．燃料作负极，氧化剂氧气作正极，则通入O2的电极为电池的正极，故B正确；
C．该电池是碱性燃料电池，则通入H2的电极发生反应：H2−2e－＋2OH－＝2H2O，故C错误；
D．导线中每通过1mole－，需要消耗0.25mol氧气即5.6 LO2(标况)，故D错误。
综上所述，答案为B。
8．C
【详解】A．该电池为原电池，在A极放电，说明电极A为负极，发生氧化反应，电极B为正极，发生还原反应，A项错误；
B．制氨过程中，带正电的原子团向正极移动，B项错误；
C．电极B的反应式为，C项正确；
D．未指明在标准状况下，D项错误；
故答案为：C。
9．A
【详解】A．根据总反应方程式，Pb化合价升高，失去电子，因此Pb作电池的负极，故A正确；
B．PbO2中Pb化合价降低，得到电子，发生还原反应，因此PbO2作电池的正极，故B错误；
C．PbO2得电子，被还原，故C错误；
D．根据总反应方程式分析，电池放电时，硫酸不断消耗，浓度不断减弱，则溶液酸性减弱，故D错误。
综上所述，答案为A。
10．B
【分析】由装置构造可知，在微生物作用下转化为，该侧电极为负极，右侧电极为正极，氧气在正极得电子生成水，电解质溶液中氢离子通过质子交换膜由负极区进入正极区 据此分析解答。
【详解】A．微生物促进了转化为，该过程中存在电子转移，故A正确；
B．正极反应为：，没有生成，故B错误；
C．由以上分析可知质子通过交换膜从负极区移向正极区，故C正确；
D．由以上分析可知正极反应为：，故D正确；
故选：B。
11．B
【详解】A．由图示可知，Fe较活泼，是负极，Fe转化成Fe2+，Cu是正极，HOOCCH(OH)CH2COOH转化成OOCCH(OH)CH2COO2-和H2，铜片上可能发生的反应为，A正确；
B．由图示可知，Fe较活泼，是负极，Fe转化成Fe2+，Cu为正极，反应为O2+2H2O+4e-=4OH-，B错误；
C．由图示可知，图3电池锌筒做负极，放电过程中锌被不断消耗，用久有漏液风险，C正确；
D．电池a中氨气在碱性条件下失电子被氧化转化为氮气和水，为负极，电极b中氧气在得电子生成氢氧根离子，为正极，燃料电池中，阳离子向正极移动，所以上述燃料电池放电时溶液中向b电极移动，D正确；
故选B。
12．D
【详解】由题可知，Zn的化合价升高做负极失电子，中银的化合价降低得电子，做正极；
A．Zn失电子变成，再和反应生成,电极反应式为：，A项正确；
B．中银的化合价降低得电子，发生还原反应，B项正确；
C．Zn电极做负极，电极做正极，电子由负极经过外电路到正极，C项正确；
D．放电前电解质溶液为KOH溶液，呈碱性，由反应原理方程式：可知，反应消耗了溶液中的，浓度增大，溶液的pH增大，D项错误；
答案选D。
13．C
【详解】从图分析，a电极上为乙酸根离子生成二氧化碳，失去电子，为负极反应，b为正极。据此解答。
A．a为负极，b为正极，正极电极比负极高，A正确；
B．a的电极反应为，b的电极反应为，氢离子向正极移动，故使用质子交换膜膜，B正确；
C．根据ab电极反应分析，电子守恒，则二氧化碳和氮气的物质的量比为10:4=5:2，C错误；
D．从图分析，铵根离子和氧气进去反应生成硝酸根离子，故反应的离子方程式为：，D正确；
故选C。
14．D
【分析】吸附层a吸收H2，作负极，发生的电极反应：，吸附层b释放H2，作正极，发生的电极反应：，离子交换膜为阳离子交换膜，钠离子从左边移动到右边，电池的总反应为，据此分析解答。
【详解】A．电子移动方向，从负极出发通过导线到达正极，A正确；
B．由分析M极电极反应：，B正确；
C．电池的总反应为，所以通入一段时间后，电流表示数可能归零，C正确；
D．由电极反应，标准状况下右侧电池产生22.4L时转移电子2摩尔，所以有2摩尔钠离子通过离子交换膜移动到右侧，右侧质量增加，左侧质量减少为，两侧电解质溶液质量差88g，D错误；
故选D。
15．(1) B电极 A B
(2) 负
(3) 负
(4)

【详解】（1）氧气得到电子发生还原反应为正极，故B电极为正极、A电极为负极，负极上二甲醚失去电子发生氧化反应生成二氧化碳和氢离子，；原电池中阳离子向正极迁移，故H+移动方向为由A到B；
（2）①由图可知，左侧亚硫酸氢根离子得到电子发生还原生成，为阴极区，则与其相连的a是直流电源的负极、b为正极。
②已知电解池的阴极室中溶液的pH在4～7之间为酸性，阴极区亚硫酸氢根离子得到电子发生还原生成，电极反应为。
③NO和发生氧化还原反应生成氮气和亚硫酸氢根离子，氮元素化合价由+2变为0、硫元素化合价由+3变为+4，结合电子守恒可知，反应为；
（3）图所示的电解装置可去除废水中的氨氮(次氯酸氧化能力强)，根据题意可知，d极氯离子失去电子反应氧化反应生成次氯酸：，次氯酸将氨氮氧化而除去，d极为阳极，c为阴极，与阴极相连的a为负极；
①由分析可知，a极为负极。
②由分析可知，d极反应式为；
（4）由图可知，空气通入的a极为正极，氧气得到电子发生还原反应，则VB2极为负极，VB2失去电子在碱性条件下发生氧化反应生成B2O3、V2O5，反应为。
16．(1)BDE
(2) 2.5×10-4 60%
(3) 空气 N2H4＋4OH--4e-=N2↑＋4H2O a

【详解】（1）A．由反应方程式知当时反应达到平衡，故A不符合题意；
B．混合气体中的体积分数保持不变时，说明消耗的氮气和生成的氮气相等，反应达到平衡状态，故B符合题意；
C．由方程式知单位时间内断裂1个同时生成2个C=O，说明正逆反应速率相等，反应达到平衡，故C不符合题意；
D．由方程式知，反应有固体参加，恒温、恒容条件下，混合气体的密度保持不变时，混合气体的质量不再变化，说明反应达到平衡，故D符合题意；
E.由方程式知，反应前后气体的总物质的量不变，当混合气体的平均摩尔质量保持不变时，说明气体的总质量不再变化，反应达到了平衡，故E符合题意；
故答案为：BDE
（2）起始时充入0.4molCO、0.2molNO，发生，设转化的CO为nmol，则，由压强之比等于物质的量之比得，解得n=0.1mol，所以实验b从开始至平衡时的反应速率v(CO)=；
②设转化的NO为xmol，则，由压强之比等于物质的量之比得，解得x=0.12mol，实验a中NO的平衡转化率为；
（3）①肼—空气燃料电池中肼中氮元素为-2价升高到氮气中的0价，发生氧化反应，所以通入肼的一极为负极，电极反应式为，通入空气的一极为正极；
②根据①分析a极为负极，b极为正极，对于原电池来说，阴离子移向负极，所以电池工作时，移向a电极；
17．(1)CE
(2) A C
(3) 22.4L 63
(4)AD

【分析】锌比铜活泼，能与稀硫酸反应，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，甲没有形成闭合回路，不能形成原电池，乙形成闭合回路，形成原电池；
【详解】（1）A．甲没有形成闭合回路，不能形成原电池，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，Zn为负极，Cu为正极，电子从负极经外电路流向正极，故D错误；
E．原电池中电解质阳离子流向正极，阴离子流向负极，乙形成原电池，Zn为负极，Cu为正极，则溶液中向锌片方向移动，故E正确。
故答案为：CE；
（2）甲没有形成闭合回路，不能形成原电池，反应放热，将化学能转变为热能；乙形成闭合回路，形成原电池，将化学能转变为电能，故答案为：A，C；
（3）反应的关系式为，则，；负极1mol锌溶解、正极生成1mol氢气，则溶液质量变化+65g-2g=63g；
（4）原电池的形成条件之一是能自发的进行氧化还原反应，A、D均为自发进行的氧化还原反应，均能形成原电池；但B、C的反应是非氧化还原反应，所以B、C不能作为原电池工作时发生的反应，故答案为：AD。
18．(1)BC
(2) 高于 小于
(3) Cu Fe2(SO4)3溶液或FeCl3溶液 Fe3+-e-= Fe2+ 32g

【详解】（1）原电池构成的条件是自发的氧化还原反应，则
A．Ba(OH)2+2NH4Cl=BaCl2+2NH3↑+2H2O无元素化合价的升降，为非氧化还原反应，不能设计成原电池，A不符合题意；
B．Cu+Ag+=Ag+Cu2+为氧化还原反应，且在常温下就能自发发生，可以设计成原电池，B符合题意；
C．Zn+H2SO4=ZnSO4+H2↑为氧化还原反应，且在常温下就能自发发生，可以设计成原电池，C符合题意；
D．CaO+H2O=Ca(OH)2为非氧化还原反应，不能设计成原电池，D不符合题意；
故选BC；
（2）图I中发生化学腐蚀，能量的利用率低，图Ⅱ中发生电化学腐蚀，能量的利用率高，化学腐蚀中，有一部分化学能转化为热能，所以温度计的示数高于图Ⅱ的示数；图Ⅱ中形成原电池，反应速率加快，则产生气体的速率比I快，故答案为：高于；小于；
（3）反应中，Cu元素化合价升高，发生氧化反应，Cu作负极；正极上，Fe3+得电子生成Fe2+，电解质溶液需要提供Fe3+，故该电池的负极材料是Cu，电解质溶液是Fe2(SO4)3溶液或FeCl3溶液，则
①该电池的负极材料是Cu，电解质溶液是Fe2(SO4)3溶液或FeCl3溶液；
②正极上Fe3+得电子生成Fe2+，发生的电极反应为Fe3+-e-= Fe2+；
③根据反应可知，Cu2e-，所以若导线上转移的电子为1mol，则消耗的金属铜的质量为=32g。