备考2024届高考化学一轮复习分层练习第六章化学反应与能量变化第3讲原电池的工作原理及常见电池

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1.[2024福建龙岩考试]海洋电池大规模用于灯塔等海边或岛屿上的小规模用电，海洋电池总反应为4Al＋3O2＋6H2O4Al（OH）3，该电池以铝板为负极，铂网为正极，海水为电解质溶液，空气中的氧气与铝反应产生电流。下列说法错误的是（ C ）
A.该电池只需更换铝板就可继续使用
B.以网状的铂为正极，能增大与氧气的接触面积
C.电池工作时，电子由铂电极沿导线流向铝电极
D.负极的电极反应式为Al－3e－＋3OH－Al（OH）3
解析 在海洋电池中铝板为负极，发生Al失去电子的氧化反应，铂网为正极，在正极上O2得到电子，发生还原反应，海水为电解质溶液，电子由负极经导线流向正极，海洋电池总反应为4Al＋3O2＋6H2O4Al（OH）3。海洋电池中负极Al会不断失去电子，发生氧化反应Al－3e－＋3OH－Al（OH）3，故负极会不断消耗，而正极铂网不消耗，因此该电池只需更换铝板就可继续使用，A、D正确；以网状的铂为正极，能增大与氧气的接触面积，提高正极与负极的电势差，使电流强度增大，B正确；电池工作时，电子由铝电极沿导线流向铂电极，电流由铂电极沿导线流向铝电极，C错误。
2.[浙江高考]化学电源在日常生活和高科技领域中都有广泛应用。
下列说法不正确的是（ A ）
A.甲：Zn2＋向Cu电极方向移动，Cu电极附近溶液中H＋浓度增加
B.乙：正极的电极反应式为Ag2O＋2e－＋H2O2Ag＋2OH－
C.丙：锌筒作负极，发生氧化反应，锌筒会变薄
D.丁：使用一段时间后，电解质溶液的酸性减弱，导电能力下降
解析 Zn比Cu活泼，Zn作负极，Cu作正极，负极上Zn失电子生成Zn2＋，原电池中阳离子向正极迁移，正极上H＋得电子生成H2，因而Cu电极附近溶液中c（H＋）减小，A项错误；负极为Zn粉，正极反应物为Ag2O，碱性环境下正极反应式为Ag2O＋2e－＋H2O2Ag＋2OH－，B项正确；Zn筒作负极，负极反应式为Zn－2e－Zn2＋，会变薄，C项正确；铅酸蓄电池的反应为Pb＋PbO2＋2H2SO42PbSO4＋2H2O，D项正确。
3.[2024长沙长郡梅溪湖中学考试改编]酸性甲醇燃料电池的工作原理如图所示，下列有关说法不正确的是（ D ）
A.Pt（b）为正极
B.工作时，H＋由a极室向b极室迁移
C.Pt（a）的电极反应式为CH3OH－6e－＋H2OCO2↑＋6H＋
D.工作时，电子从Pt（a）经负载流向Pt（b），再经电解质溶液流回Pt（a）
解析
4.[2024武汉部分学校调研]我国科技工作者设计了一种CO2转化的多功能光电化学平台，实现了CO生产与塑料到化学品的协同转化，其原理如图所示。下列说法错误的是（ D ）
A.光催化电极的电势：a＞b
B.电池工作时，负极区溶液的pH减小
C.正极区的电极反应为CO2＋2e－＋2HCO3－CO＋2CO32－＋H2O
D.当电路中通过1 ml电子时，正极区溶液质量增大39 g
解析 根据光催化电极a上CO2转化为CO，发生还原反应，知a为正极，则b为负极，光催化电极的电势：a＞b，A项正确；负极上降解为和HOCH2CH2OH，HOCH2CH2OH发生氧化反应转化为HOCH2COO－，电极反应式为HOCH2CH2OH－4e－＋5OH－HOCH2COO－＋4H2O，负极区消耗OH－，溶液的pH减小，B项正确；正极区CO2转化为CO，电极反应为CO2＋2e－＋2HCO3－CO＋2CO32－＋H2O，C项正确；由正、负极的电极反应及电解液保持电中性知，当电路中通过1 ml电子时，正极区溶液增加 0.5 ml O，同时1 ml K＋通过阳离子交换膜进入正极区，溶液质量增大8 g＋39 g＝47 g，D项错误。
5.[2023宁夏石嘴山模拟]我国研发了一种治理污水有机物的技术，通过膜电池除去废水中的乙酸钠和对氯苯酚，其工作原理如图所示，下列说法正确的是（ C ）
A.B极为电池的正极，发生还原反应
B.微生物膜的作用主要是提高B极的导电性
C.A极电极反应式为＋H＋＋2e－Cl－＋
D.当除去0.1 ml CH3COO－时，有0.4 ml H＋通过质子交换膜从A极向B极移动
解析 根据元素化合价的变化判断电极，CH3COO－→HCO3－，C的化合价升高，失电子，发生氧化反应，B极作负极，A错误。微生物膜主要作催化剂，催化反应的进行，B错误。A极电极反应式为＋H＋＋2e－Cl－＋，C正确。由B极电极反应式CH3COO－－8e－＋4H2O2HCO3－＋9H＋可知，除去0.1 ml CH3COO－时，转移电子的物质的量为0.8 ml，故有0.8 ml H＋通过质子交换膜从B极移向A极，D错误。
6.[2024惠州调研]我国科学家研发了一种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（ D ）
A.放电时，ClO4－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－2CO32－＋C
D.充电时，阳极反应为Na＋＋e－Na
解析 由电池总反应知放电时，Na作负极，电极反应为2Na－2e－＋CO32－Na2CO3，放电时是原电池，阴离子向负极移动，即ClO4－向Na电极移动，A项正确；根据电池的总反应为3CO2＋4Na2Na2CO3＋C知，放电时吸收CO2，充电时生成CO2，B项正确；放电时正极上二氧化碳得到电子转化为碳，电极反应为3CO2＋4e－2CO32－＋C，C项正确；充电时，电池内发生的是原电池反应的逆反应，故阳极反应为2CO32－＋C－4e－3CO2↑，D项错误。
7. [微生物电池][2024四川模拟改编]据文献报道，一种新型的微生物脱盐电池的装置如图所示，下列关于该电池装置的说法正确的是（ C ）
A.Y为阴离子选择性交换膜
B.左室溶液碱性增强
C.负极反应是CH3COO－＋2H2O－8e－2CO2↑＋7H＋
D.转移2 ml电子，海水脱去氯化钠的质量是58.5 g
解析 原电池中阳离子移向正极、阴离子移向负极，从而达到脱盐的目的，因此Y为阳离子交换膜，X为阴离子交换膜，A错误；由题图可知，负极CH3COO－失电子生成二氧化碳，负极反应式为CH3COO－＋2H2O－8e－2CO2↑＋7H＋，生成了H＋，溶液碱性减弱，B错误，C正确；转移2 ml电子，有2 ml钠离子和2 ml氯离子分别通过阳、阴离子交换膜，可除去2 ml氯化钠，质量为 2 ml×58.5 g/ml＝117 g，D错误。
8.[全国Ⅲ高考]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）放电充电ZnO（s）＋2Ni（OH）2（s）。下列说法错误的是（ D ）
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
解析 结合题意和题图可知，放电时相当于原电池，充电时相当于电解池，结合反应前后Zn、Ni元素的化合价变化可写出充、放电时的电极反应式。
9.[生物燃料电池][全国Ⅰ高考]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（ B ）
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
解析
10.[结合物质结构考查][2024河北衡水二中考试改编]磷酸铁锂电池在充放电过程中表现出了良好的循环稳定性，具有较长的使用寿命，放电时的总反应为 LixC6＋Li1－xFePO46C＋LiFePO4。图1为磷酸铁锂电池的工作原理图，图2为LiFePO4晶胞充放电时Li＋脱出和嵌入的示意图。其中O围绕Fe和P分别形成正八面体和正四面体，它们通过共顶点、共棱形成空间链结构，设NA表示阿伏加德罗常数的值。下列说法错误的是（ B ）
A.放电时，负极反应式为LixC6－xe－xLi＋＋6C
B.（a）过程中1 ml晶胞转移的电子数为316NA
C.（b）代表放电过程， Li＋脱离石墨，经电解质嵌入正极
D.充电时的阳极反应式为LiFePO4－xe－Li1－xFePO4＋xLi＋
解析 根据放电时的总反应LixC6＋Li1－xFePO46C＋LiFePO4可知， LixC6转化为C和Li＋，C元素的化合价升高，失去电子，发生氧化反应，石墨电极为原电池的负极，则负极反应式为 LixC6－xe－xLi＋＋6C；而Li1－xFePO4转化为LiFePO4发生还原反应，该电极为原电池的正极，则正极反应式为Li1－xFePO4＋xe－＋xLi＋LiFePO4，结合题图2可知，（b）代表放电过程， Li＋脱离石墨，经电解质嵌入正极，A、C正确。结合上述分析可知，充电时的总反应为 6C＋LiFePO4LixC6＋Li1－xFePO4，阳极反应式为LiFePO4－xe－Li1－xFePO4＋xLi＋，（a）过程由于Fe2＋转化为Fe3＋，Fe元素化合价升高，为了平衡电荷，Li＋脱嵌减少；由题图2可知，LiFePO4转化为Li1－xFePO4时晶胞中减少了棱上和面心各1个Li＋，即共减少Li＋的个数为14＋12＝34，所以1 ml晶胞转移的电子数为34NA，B错误，D正确。