2024届人教版高考化学一轮复习第20讲原电池与化学电源作业含答案

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课时跟踪练第20讲　原电池与化学电源
一、选择题
1．(2022·华南师大附中月考)某学习小组的同学查阅相关资料知氧化性：Cr2O＞Fe3＋，设计了盐桥式原电池，如图。盐桥中装有琼脂与饱和K2SO4溶液。下列叙述正确的是(　　)

A．甲烧杯的溶液中发生还原反应
B．乙烧杯中发生的电极反应为：2Cr3＋＋7H2O－6e－===Cr2O＋14H＋
C．外电路的电流方向是从b到a
D．电池工作时，盐桥中的SO移向乙烧杯
解析：A项，甲烧杯的溶液中发生氧化反应：Fe2＋－e－===Fe3＋；B项，乙烧杯的溶液中发生还原反应，应为Cr2O得到电子生成Cr3＋；C项，a极为负极，b极为正极，外电路中电流方向由b到a；D项，SO向负极移动，即移向甲烧杯。
答案：C
2．(2022·佛山石门中学月考)以KOH溶液为离子导体，分别组成CH3OHO2、N2H4O2、(CH3)2NNH2O2清洁燃料电池，下列说法正确的是(　　)
A．放电过程中，K＋均向负极移动
B．放电过程中，KOH物质的量均减小
C．消耗等质量燃料，(CH3)2NNH2O2燃料电池的理论放电量最大
D．消耗1 mol O2时，理论上N2H4O2燃料电池气体产物的体积在标准状况下为11.2 L
解析：碱性环境下，CH3OHO2燃料电池总反应为2CH3OH＋3O2＋4KOH===2K2CO3＋6H2O；N2H4O2燃料电池总反应为N2H4＋O2===N2＋2H2O；(CH3)2NNH2中C和N元素的化合价均为－2价，H元素的化合价为＋1价，根据氧化还原反应原理可推知(CH3)2NNH2O2燃料电池总反应为(CH3)2NNH2＋4O2＋4KOH===2K2CO3＋N2＋6H2O，据此结合原电池的工作原理分析解答。理论放电量与燃料的物质的量和转移电子数有关，设消耗燃料的质量均为m g，则甲醇、N2H4和(CH3)2NNH2放电量(物质的量表达式)分别是×6、×4、×16，通过比较可知(CH3)2NNH2理论放电量最大，C项正确。
答案：C
3．(2022·中山纪念中学月考)KO2电池结构如图，a和b为两个电极，其中之一为单质钾片。关于该电池，下列说法错误的是(　　)

A．隔膜允许K＋通过，不允许O2通过
B．放电时，电流由b电极沿导线流向a电极；充电时，b电极为阳极
C．产生1 Ah电量时，生成KO2的质量与消耗O2的质量比值约为2.22
D．用此电池为铅酸蓄电池充电，消耗3.9 g钾时，铅酸蓄电池消耗0.9 g水
解析：由题图可知，b电极上O2转化为KO2，则b电极为电池正极，a电极为电池负极，
K＋通过隔膜由a电极向b电极迁移，为避免O2氧化K电极，O2不能通过隔膜，A说法正确；放电时，电流由正极经导线流向负极，即由b电极经导线流向a电极，充电时，b电极与外接电源的正极相连，b电极为阳极，B说法正确；产生1 Ah电量时，生成KO2与消耗O2的质量比为71∶32≈2.22，C说法正确；铅酸蓄电池充电时的总反应式为2PbSO4＋2H2O===PbO2＋Pb＋2H2SO4，转移2 mol e－，消耗2 mol H2O，根据得失电子守恒，消耗3.9 g钾时，转移0.1 mol e－，铅酸蓄电池消耗0.1 mol H2O，其质量为1.8 g，D说法错误。
答案：D
4．(2022·江门鹤山一中月考)某全固态薄膜锂离子电池截面结构如图所示，电极A为非晶硅薄膜，充电时Li＋得电子成为Li嵌入该薄膜材料中；电极B为LiCoO2薄膜；集流体起导电作用。下列说法不正确的是(　　)

A．充电时，集流体A与外接电源的负极相连
B．放电时，外电路通过a mol电子时，LiPON薄膜电解质损失a mol Li＋
C．放电时，电极B为正极，反应可表示为Li1－xCoO2＋xLi＋＋xe－===LiCoO2
D．电池总反应可表示为LixSi＋Li1－xCoO2Si＋LiCoO2
解析：由题给信息知，放电时，电极A是电池的负极，Li失去电子发生氧化反应：LixSi－xe－===xLi＋＋Si，电极B是电池的正极，Li1－xCoO2得到电子发生还原反应：Li1－xCoO2＋
xLi＋＋xe－===LiCoO2；充电时，Li＋在电极A得电子被还原成Li，作为电解池的阴极与电源负极相连，电极B中LiCoO2的部分Li被氧化为Li＋得到Li1－xCoO2，作为电解池的阳极与电源正极相连。据此分析解答。充电时，电极A与外接电源的负极相连，是阴极，电极B与外接电源的正极相连，是阳极，则集流体A与外接电源的负极连接，A项正确；放电时，LiPON薄膜电解质中的Li＋转移至电极B的过程中，电极A中Li失去电子转化为锂离子进入LiPON薄膜电解质中，即Li＋的数目没有发生变化，B项错误；根据分析，放电时，电极B为正极，电极反应式为Li1－xCoO2＋xLi＋＋xe－===LiCoO2，C项正确；调整电池正、负极反应，使得失电子守恒，得电池总反应：LixSi＋Li1－xCoO2Si＋LiCoO2，D项正确。
答案：B
5．(2022·广州执信中学月考)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，用下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
解析：结合题图可知放电时的电极反应如下：
电极名称
电极反应
负极(a极)
CH3COO－＋2H2O－8e－===2CO2↑＋7H＋
正极(b极)
2H＋＋2e－===H2↑
根据上述分析可知，A项正确；该电池工作时，Cl－向a极移动，Na＋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；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；电池工作时负极产生CO2，正极产生H2，结合正、负极的电极反应知，一段时间后，正极和负极产生气体的物质的量之比为2∶1，D项正确。
答案：B
6．(2022·深圳光明高级中学月考)科学家近年发明了一种新型ZnCO2水介质电池。电池示意图如下，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(OH)===2Zn＋O2↑＋4OH－＋2H2O
D．充电时，正极溶液中OH－浓度升高
解析：由题给装置图可知，放电时负极锌失去电子后结合OH－生成Zn(OH)，负极反应为Zn－2e－＋4OH－===Zn(OH)，A项正确；放电时，正极上CO2得电子生成HCOOH，CO2中C元素的化合价为＋4价，HCOOH中C元素的化合价为＋2价，1 mol CO2转化为1 mol HCOOH，转移2 mol电子，B项正确；充电时阴极上Zn(OH)参与反应得到锌，阳极上H2O参与反应得到氧气，电池总反应为2Zn(OH)===2Zn＋O2↑＋4OH－＋2H2O，C项正确；充电时，阳极上发生失电子的氧化反应：2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，OH－浓度降低，D项错误。
答案：D
7．(2022·广州九十七中学月考)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－===VO＋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－＋6H2O===8B(OH)＋4VO
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
解析：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－＋2H2O===4OH－，电池总反应方程式为4VB2＋11O2＋20OH－＋6H2O===8B(OH)＋4VO。由上述分析知，正极的电极反应式为O2＋4e－＋2H2O===4OH－，则电路中通过0.04 mol e－时，正极有0.01 mol O2参与反应，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；由上述分析知，该电池的总反应方程式为4VB2＋11O2＋20OH－＋6H2O===8B(OH)＋4VO，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，再经过溶液最终回到正极，D项正确。
答案：B
8．(2022·广州广雅中学月考)锌/溴液流电池是一种先进的水溶液电解质电池，广泛应用于再生能源储能和智能电网的备用电源等。三单体串联锌/溴液流电池工作原理如图所示。下列说法错误的是(　　)

A．放电时，N极为正极
B．放电时，左侧贮液器中ZnBr2的浓度不断减小
C．充电时，M极的电极反应式为Zn2＋＋2e－===Zn
D．隔膜允许阳离子通过，也允许阴离子通过
解析：在该原电池中，活泼金属锌为负极，则N极为正极，A说法正确；放电时，左侧锌放电产生Zn2＋，贮液器中ZnBr2浓度不断增大，B说法错误；充电时，M极为阴极，电极反应式为Zn2＋＋2e－===Zn，C说法正确；放电时，Zn电极产生Zn2＋，Br2活性电极产生
Br－，均进入溶液形成循环回路，阳离子、阴离子均能通过隔膜，D说法正确。
答案：B
9．(2022·深圳高级中学月考)二氧化硫—空气质子交换膜燃料电池将化学能转变成电能的同时，实现了制硫酸、发电、环保三位一体的结合，降低了成本提高了效益，其原理如图所示。下列说法错误的是(　　)

A．Pt1电极附近发生的反应为SO2＋2H2O－2e－===SO＋4H＋
B．该电池放电时电子从Pt1电极经过外电路流到Pt2电极
C．Pt2电极附近发生的反应为O2＋4e－===2O2－
D．相同条件下，放电过程中消耗的SO2和O2的体积比为2∶1
解析：Pt1电极为负极，附近发生的反应为SO2＋2H2O－2e－===SO＋4H＋，故A项正确；电子由负极Pt1流出经外电路流向正极Pt2，故B项正确；Pt2电极为正极，附近发生的反应为O2＋4e－＋4H＋===2H2O，故C项错误；根据得失电子守恒可知，SO2和O2按物质的量2∶1反应，则相同条件下，放电过程中消耗的SO2和O2的体积比为2∶1，故D项正确。
答案：C
10．(2022·东莞高级八中月考)某单液电池如图所示，其反应原理为H2＋2AgCl(s) 2Ag(s)＋2HCl。下列说法错误的是(　　)

A．放电时，左边电极为负极
B．放电时，溶液中H＋向右边电极移动
C．充电时，右边电极上发生的电极反应式：Ag－e－===Ag＋
D．充电时，当左边电极生成1 mol H2时，电解质溶液的质量减轻73 g
解析：充电时，左边电极为阴极，发生还原反应，电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑；右边电极为阳极，发生氧化反应，电极反应式为Ag－e－＋Cl－===AgCl，故C项错误。
答案：C
二、非选择题
11．(2022·东莞中学月考)某化学兴趣小组的几位同学探究原电池原理的应用时，做了如下的实验：
Ⅰ.原电池原理判断金属的活泼性。

(1)实验前，甲同学认为“构成原电池的负极总是较活泼的金属材料”，若根据他的判断，两个装置中的Al都是________极；实际实验时发现两个装置中的电流表偏转方向不同，则以下的有关判断正确的是________(填字母)。
A．利用原电池反应判断金属活动性顺序时应注意选择合适的电解质
B．镁的金属性不一定比铝的金属性强
C．该实验说明金属活动性顺序已过时，已没有实用价值
D．该实验说明化学研究对象复杂，反应受条件影响较大，故应具体问题具体分析
(2)乙同学利用打磨过的铜片和铝片设计了如图3的实验装置，并测量和绘制了原电池的电流(I)随时间(t)的变化曲线如图4(极短时间电流反转)，则图中t1时刻之后阶段，负极材料是________。

Ⅱ.铜与浓硝酸反应探究。
(3)乙同学又将铜片直接放入浓硝酸中：
①实验现象为____________________________________________________________
________________________________________________________________________。
②待反应停止后，若铜有剩余，再加入少量25%的稀硫酸，这时铜片上又有气泡产生，原因是________________________________________________________________________
_______________________________________________________(用离子方程式表示)。
③若将12.8 g铜跟一定量的浓硝酸反应，铜耗完时，共产生气体5.6 L(标准状况)。则所消耗浓硝酸的物质的量是________mol。
解析：Ⅰ.(1)金属活动性顺序表中，镁比铝活泼，甲同学认为“构成原电池的负极总是较活泼的金属材料”，所以甲同学认为Al都是正极。利用原电池反应判断金属活动性顺序时应注意涉及的化学反应原理，选择合适的电解质，故A项正确；两个装置中的电流表偏转方向不同，是因为两个原电池涉及的化学反应不一样，一个是镁和硫酸反应，一个是铝和氢氧化钠反应，并不能说明镁的金属性不一定比铝的金属性强，故B项错误；该实验说明应根据原电池涉及的反应来判断正负极，而不是盲目根据金属活动性顺序来判断，故根据该实验说明金属活动性顺序已过时，已没有实用价值的说法错误，故C项错误；该实验说明化学研究，不能盲目套用经验，应根据研究对象，反应条件，具体问题具体分析，故D项正确。(2)实验开始时，由于铝片比铜片活泼，铝片是负极，铝片失电子，但铝片遇浓硝酸反应后会使其表面生成致密氧化膜而钝化，则电流会越来越小，t1时刻之后，就是铜和浓硝酸反应了，所以电流出现反转，此时，铜失去电子，是负极。
Ⅱ.(3)①铜和浓硝酸反应生成二氧化氮气体，同时生成硝酸铜，故其反应现象是铜片逐渐溶解，溶液变蓝色，且有红棕色气体生成。②加入的稀硫酸会电离出大量氢离子，氢离子会和硝酸铜的硝酸根离子和剩余的少量铜继续反应，其离子方程式为3Cu＋8H＋＋3NO===
3Cu2＋＋2NO↑＋4H2O。③铜和浓硝酸反应过程中，硝酸浓度会逐渐变小，所以生成的气体是NO和NO2混合气体，根据产生气体5.6 L(标准状况)，所以混合气体的物质的量为0.25 mol，根据NO和NO2的化学式，根据N元素守恒，可知被还原的硝酸总共是0.25 mol，根据关系式Cu～Cu(NO3)2～2HNO3，再根据参加反应铜的质量12.8 g，其物质的量为0.2 mol可知，还有0.4 mol硝酸参与反应，所以该过程中消耗的硝酸总的物质的量为0.25 mol＋0.4 mol＝0.65 mol。
答案：Ⅰ.(1)正　AD　(2)Cu
Ⅱ.(3)①铜片逐渐溶解，溶液变蓝色，且有红棕色气体生成
②3Cu＋8H＋＋3NO===3Cu2＋＋2NO↑＋4H2O　③0.65
12．(2022·顺德罗定邦中学月考)某小组探究Na2SO3溶液和KIO3溶液的反应。
实验Ⅰ：向某浓度的KIO3酸性溶液(过量)中加入Na2SO3溶液(含淀粉)，一段时间(t s)后，溶液突然变蓝。
查阅资料知：IO在酸性溶液中氧化I－，发生的反应为IO＋5I－＋6H＋===3I2＋3H2O。
(1)针对t s前溶液未变蓝，小组做出如下假设：
ⅰ.t s前未生成I2，是由于反应的活化能______(填“大”或“小”)，反应速率小导致的。
ⅱ.t s前生成了I2，但由于存在Na2SO3，Na2SO3将生成的I2还原。
(2)下述实验证实了假设ⅱ合理。
实验Ⅱ：向实验Ⅰ的蓝色溶液中加入_________________________________________，
蓝色迅速消失，后再次变蓝。
(3)进一步研究Na2SO3溶液和KIO3溶液反应的过程，装置如图。
实验Ⅲ：K闭合后，电流表的指针偏转情况记录如表：
表盘


时间/s
0～t1
t2～t3
t4
偏转位置
右偏至“Y”处
指针回到“0”处，又返至“X”处；如此周期性往复多次……
指针归零
①K闭合后，取b极区溶液加入盐酸酸化的BaCl2溶液，生成白色沉淀。
②0～t1 s时，从a极区取溶液置于试管中，滴加淀粉溶液，溶液变蓝；直接向a极区滴加淀粉溶液，溶液未变蓝。判断a极的电极反应式为_________________________________。
③结合反应解释t2～t3 s时指针回到“0”处的原因：______________________________
________________________________________________________________________。
(4)综合实验Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ，下列说法正确的是______(填字母)。
A．对比实验Ⅰ、Ⅱ，t s后溶液变蓝，Ⅰ中SO被完全氧化
B．对比实验Ⅰ、Ⅲ，t s前IO未发生反应
C．实验Ⅲ中指针返回“X”处的原因，可能是I2氧化SO
解析：(1)ⅰ.活化能越大，反应速率越小，t s前未生成I2，是由于反应的活化能大，反应速率小导致的。(2)若假设ⅱ合理，则需要向实验Ⅰ的蓝色溶液中加入少量Na2SO3，开始时Na2SO3将生成的I2还原，溶液蓝色褪去，之后再发生IO＋5I－＋6H＋===3I2＋3H2O，有碘单质生成，溶液又变蓝色。(3)②0～t1 s时，直接向a极区滴加淀粉溶液，溶液未变蓝，说明a极IO被还原成I－，电极方程式为IO＋6e－＋6H＋===I－＋3H2O；③t2～t3 s时指针回到“0”处，说明外电路无电流通过，可能是此时a极发生反应IO＋5I－＋6H＋===3I2＋3H2O，IO不再与SO发生反应，外电路无电流通过。(4)碘能氧化SO，t s后溶液变蓝，说明碘单质有剩余，所以Ⅰ中SO被完全氧化，故A项正确；对比实验Ⅰ、Ⅲ可知t s前IO发生还原反应，故B项错误；碘单质能氧化SO，实验Ⅲ中指针返回“X”处的原因，可能是I2氧化SO，故C项正确；答案选AC。
答案：(1)大　(2)少量Na2SO3　(3)②IO＋6e－＋6H＋===I－＋3H2O　③此时，a极发生反应IO＋5I－＋6H＋===3I2＋3H2O，IO不再与SO发生反应，外电路无电流通过　(4)AC