1、原电池及化学电源 1 （2020 高考全国卷真题）一种高性能的碱性硼化钒(VB2)空气电池如下图所示，其中在 VB2电极发生反应： -3- 2442 VB +16OH -11e =VO +2B(OH) +4H O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 3 22244 4VB11O20OH6H O8B(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 【答案】B 【解析】根据图示的电池结构，左侧 VB2发生失电子的反应生成
2、 3- 4 VO和 - 4 B(OH)，反应的 电极方程式如题干所示，右侧空气中的氧气发生得电子的反应生成 OH -，反应的电极方程式 为 O2+4e -+2H 2O=4OH -， 电池的总反应方程式为 4VB 2+11O2+20OH -+6H 2O=8 - 4 B(OH)+4 3- 4 VO。 A 当 负极通过 0.04mol 电子时， 正极也通过 0.04mol 电子， 根据正极的电极方程式， 通过 0.04mol 电子消耗 0.01mol 氧气，在标况下为 0.224L，A 正确；B反应过程中正极生成大量的 OH - 使正极区 pH 升高，负极消耗 OH -使负极区 OH-浓度减小 pH
3、 降低，B 错误；C根据分析，电 池的总反应为 4VB2+11O2+20OH -+6H 2O=8 - 4 B(OH)+4 3- 4 VO，C 正确；D电池中，电子由 VB2电 极经负载流向复合碳电极， 电流流向与电子流向相反， 则电流流向为复合碳电极负载VB2 电极KOH 溶液复合碳电极，D 正确；故选 B。 2全固态锂硫电池能量密度高、成本低，其工作原理如图所示，其中电极 a 常用掺有石墨 烯的 S8材料，电池反应为：16Li+xS8=8Li2Sx（2x8） 。下列说法错误的是 A电池工作时，正极可发生反应：2Li2S6+2Li +2e=3Li 2S4 B电池工作时，外电路中流过 0.02
4、mol 电子，负极材料减重 0.14 g C石墨烯的作用主要是提高电极 a 的导电性 D电池充电时间越长，电池中 Li2S2的量越多 【答案】D 【解析】A原电池工作时，Li +向正极移动，则 a 为正极，正极上发生还原反应，随放电的 多少可能发生多种反应， 其中可能为 2Li2S6+2Li +2e-=3Li 2S4，故 A 正确；B原电池工作时， 转移 0.02mol 电子时，氧化 Li 的物质的量为 0.02mol，质量为 0.14g，故 B 正确；C石墨 能导电，利用石墨烯作电极，可提高电极 a 的导电性，故 C 正确；D电池充电时间越长， 转移电子数越多， 生成的 Li 和 S8越多，
5、 即电池中 Li2S2的量越少， 故 D 错误； 答案为 D。 3某同学组装了如图所示的电化学装置电极 I 为 Al，其他电极均为 Cu，则 A电流方向：电极 IV电极 I B电极 I 发生还原反应 C电极 II 逐渐溶解 D电极 III 的电极反应：Cu 2+2e-=Cu 【答案】A 【解析】A、由题意可知，该装置的 I、II 是原电池的两极，I 是负极，II 是正极，III、IV 是电解池的两极，其中 III 是阳极，IV 是阴极，所以电流方向：电极 IV电极 I， 正确；B、电极 I 是原电池的负极，发生氧化反应，错误；C、电极 II 是原电池的正极，发 生还原反应，有 Cu 析出，错误
6、；D、电极 III 是阳极，发生氧化反应，电极反应是 Cu-2e -=： Cu 2+，错误；答案选 A。 4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错误的是 A正极反应中有 CO2生成 B微生物促进了反应中电子的转移 C质子通过交换膜从负极区移向正极区 D电池总反应为 C6H12O6+6O2=6CO2+6H2O 【答案】A 【解析】A根据图象，负极上 C6H12O6失电子，正极上 O2得电子和 H +反应生成水，负极的电 极反应式为 C6H12O6+6H2O-24e -=6CO 2+24H +，正极的电极反应式为 O 2+4e -+
7、4H+2H 2O，因此 CO2 在负极产生，故 A 错误；B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， 有电流产生，所以微生物促进了反应中电子的转移，故 B 正确；C通过原电池的电极反应 可知，负极区产生了 H +，根据原电池中阳离子向正极移动，可知质子(H+)通过交换膜从负极 区移向正极区，故 C 正确；D该反应属于燃料电池，燃料电池的电池反应式和燃烧反应式 相同，则电池反应式为 C6H12O6+6O2=6CO2+6H2O，故 D 正确；故选 A。 5科学家近年发明了一种新型 ZnCO2水介质电池。电池示意图如图，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
8、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 2 4 Zn2e4OH 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 2 422 2Zn OH) 2ZnO4OHO(2H D充电时，正极溶液中 OH 浓度升高 【答案】D 【解析】由题可知，放电时，CO2转化为 HCOOH，即 CO2发生还原反应，故放电时右侧电极为 正极，左侧电极为负极，Zn 发生氧化反应生成 2- 4 Zn(OH)；充电时，右侧为阳极，H2O 发生 氧化反应生成 O2，左侧为阴极， 2- 4 Zn(OH)发生还原
9、反应生成 Zn。A放电时，负极上 Zn 发 生氧化反应，电极反应式为： -2- 4 Zn-2e +4OH =Zn(OH)，故 A 正确，不选；B放电时， CO2转化为 HCOOH，C 元素化合价降低 2，则 1molCO2转化为 HCOOH 时，转移电子数为 2mol， 故 B 正确，不选；C充电时，阳极上 H2O 转化为 O2，负极上 2- 4 Zn(OH)转化为 Zn，电池总 反应为： 2- 422 2Zn(OH) =2Zn+O+4OH +2H O，故 C 正确，不选；D充电时，正极即为 阳极， 电极反应式为： -+ 22 2H O-4e =4H +O ， 溶液中 H+浓度增大， 溶液中c
10、(H+)c(OH-)=KW， 温度不变时，KW不变，因此溶液中 OH -浓度降低，故 D 错误，符合题意；答案选 D。 6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 -+- 322 CH COO +2H O-8e =2CO +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 1mol 电子时，模拟海水理论上除盐 58.5g 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
11、:1 【答案】B 【解析】据图可知 a 极上 CH3COO转化为 CO2和 H +，C 元素被氧化，所以 a 极为该原电池的 负极，则 b 极为正极。Aa 极为负极，CH3COO失电子被氧化成 CO2和 H +，结合电荷守恒可 得电极反应式为 CH3COO+2H2O-8e=2CO2+7H +，故 A 正确；B为了实现海水的淡化，模 拟海水中的氯离子需要移向负极， 即 a 极， 则隔膜 1 为阴离子交换膜， 钠离子需要移向正极， 即 b 极，则隔膜 2 为阳离子交换膜，故 B 错误；C当电路中转移 1mol 电子时，根据电荷守 恒可知，海水中会有 1molCl移向负极，同时有 1molNa +移
12、向正极，即除去 1molNaCl，质量 为 58.5g，故 C 正确；Db 极为正极，水溶液为酸性，所以氢离子得电子产生氢气，电极反 应式为 2H +2e=H 2，所以当转移 8mol 电子时，正极产生 4mol 气体，根据负极反应式可 知负极产生 2mol 气体，物质的量之比为 4:2=2:1，故 D 正确；故答案为 B。 7熔融钠-硫电池性能优良，是具有应用前景的储能电池。下图中的电池反应为 2x 2Na+xSNa S 充电 放电 (x=53，难溶于熔融硫)，下列说法错误 的是 ANa2S4的电子式为 B放电时正极反应为 +- 2x xS+2Na +2e =Na S CNa 和 Na2Sx
13、分别为电池的负极和正极 D该电池是以 23 Na-Al O为隔膜的二次电池 【答案】C 【解析】根据电池反应： 2x 2Na+xSNa S 充电 放电 可知，放电时，钠作负极，发生氧化反应，电 极反应为：Na-e -= Na+，硫作正极，发生还原反应，电极反应为+- 2x xS+2Na +2e =Na S。 ANa2S4属于离子化合物，4 个硫原子间形成三对共用电子对，电子式为 ， 故 A 正确； B 放电时发生的是原电池反应， 正极发生还原反应， 电极反应为： +- 2x xS+2Na +2e =Na S，故 B 正确；C放电时，Na 为电池的负极，正极为硫 单质，故 C 错误；D放电时，该
14、电池是以钠作负极，硫作正极的原电池，充电时，是电解 池， 23 Na-Al O为隔膜，起到电解质溶液的作用，该电池为二次电池，故 D 正确；答案选 C。 8电解高浓度RCOONa(羧酸钠)的NaOH溶液，在阳极RCOO放电可得到RR(烷 烃)。下列说法不正确 的是( ) A电解总反应方程式： 222 2RCOONa2H ORR2COH2NaOH 通电 BRCOO在阳极放电，发生氧化反应 C阴极的电极反应： 22 2H O2e2OHH D电解 3 CH COONa、 32 CH CH COONa和NaOH混合溶液可得到乙烷、丙烷和丁烷 【答案】A 【解析】A因为阳极 RCOO -放电可得到 R-
15、R(烷烃)和产生 CO 2，在强碱性环境中，CO2会与 OH - 反应生成 CO3 2-和 H 2O，故阳极的电极反应式为 2RCOO -2e-+4OH-=R-R+2CO 3 2-+2H 2O，阴极上 H2O 电离产生的 H +放电生成 H 2，同时生成 OH -，阴极的电极反应式为 2H 2O+2e -=2OH-+H 2，因而电 解总反应方程式为 2RCOONa+2NaOH 通电 R-R+2Na2CO3+H2，故 A 说法不正确；BRCOO -在阳极 放电，电极反应式为 2RCOO -2e-+4OH-=R-R+2CO 3 2-+2H 2O， -COO -中碳元素的化合价由+3 价升 高为+4
16、 价，发生氧化反应，烃基-R 中元素的化合价没有发生变化，故 B 说法正确；C阴极 上 H2O 电离产生的 H +放电生成 H 2，同时生成 OH -，阴极的电极反应为 2H 2O+2e -=2OH-+H 2，故 C 说法正确；D根据题中信息，由上述电解总反应方程式可以确定下列反应能够发生： 2CH3COONa+2NaOH 通电 CH3-CH3+2Na2CO3+H2，2CH3CH2COONa+2NaOH 通电 CH3CH2-CH2CH3+2Na2CO3+H2 ，CH3COONa+CH3CH2COONa+2NaOH 通电 CH3-CH2CH3+2Na2CO3+H2。因此，电解 CH3COONa、
17、 CH3CH2COONa 和 NaOH 的混合溶液可得到乙烷、丙烷和丁烷，D 说法正确。答案为 A。 9镍镉（NiCd）可充电电池在现代生活中有广泛应用。已知某镍镉电池的电解质溶液为 KOH 溶液，其充、放电按下式进行：Cd + 2NiOOH + 2H2OCd(OH)2+ 2Ni(OH)2。有关 该电池的说法正确的是 A充电时阳极反应：Ni(OH)2e + OH-= NiOOH + H 2O B充电过程是化学能转化为电能的过程 C放电时负极附近溶液的碱性不变 D放电时电解质溶液中的 OH -向正极移动 【答案】A 【解析】 A 项， 充电时， 镍元素失电子， 化合价升高， Ni(OH)2作阳极
18、， 阳极反应式为： Ni(OH)2 e -+ OH- =NiO(OH) + H 2O，故 A 项正确；B 项，充电过程实质是电解反应，电能转化为化 学能，故 B 项错误；C 项，放电时负极 Cd 失去电子生成 Cd(OH)2，消耗 OH - 使负极附近溶 液 pH 减小，故 C 项错误；D 项，放电时 Cd 在负极消耗 OH - ，OH- 向负极移动，故 D 项错 误。综上所述，本题正确答案为 A。 10在固态金属氧化物电解池中，高温共电解 H2OCO2混合气体制备 H2和 CO 是一种新的能 源利用方式，基本原理如图所示。下列说法不正确的是（ ） AX 是电源的负极 B阴极的反应式是：H2O
19、2eH2O 2CO 22eCOO 2 C总反应可表示为：H2OCO2H2COO2 D阴、阳两极生成的气体的物质的量之比是 11 【答案】D 【解析】A、从图示可看出，与 X 相连的电极发生 H2OH2、CO2CO 的转化，均得电子，应 为电解池的阴极，则 X 为电源的负极，正确；B、阴极 H2OH2、CO2CO 均得电子发生还原 反应，电极反应式分别为：H2O2eH2O 2、CO 22eCOO 2，正确；C、从图示可 知，阳极生成 H2和 CO 的同时，阴极有 O2生成，所以总反应可表示为：H2OCO2H2CO O2，正确；D、从总反应方程式可知，阴极生成 2mol 气体(H2、CO 各 1m
20、ol)、阳极生成 1mol 气体(氧气)，所以阴、阳两极生成的气体物质的量之比 21，错误。答案选 D。 11已知过氧化氢在强碱性溶液中主要以 HO2 -存在。我国研究的 Al-H 2O2燃料电池可用于深 海资源的勘查、军事侦察等国防科技领域，装置示意图如下。下列说法错误的是 A电池工作时，溶液中 OH -通过阴离子交换膜向 Al 极迁移 BNi 极的电极反应式是 HO2 -+2e-+H 2O=3OH - C电池工作结束后，电解质溶液的 pH 降低 DAl 电极质量减轻 13.5g，电路中通过 9.0310 23个电子 【答案】C 【解析】 A.根电池装置图分析， 可知 Al 较活泼， 作负极
21、， 而燃料电池中阴离子往负极移动， 因而可推知 OH -（阴离子）穿过阴离子交换膜，往 Al 电极移动，A 正确；B.Ni 为正极，电子 流入的一端， 因而电极附近氧化性较强的氧化剂得电子， 又已知过氧化氢在强碱性溶液中主 要以 HO2 -存在，可知 HO 2 -得电子变为 OH-，故按照缺项配平的原则，Ni 极的电极反应式是 HO2 -+2e-+H 2O=3OH -，B 正确；C.根电池装置图分析，可知 Al 较活泼，Al 失电子变为 Al3+，Al3+ 和过量的 OH -反应得到 AlO 2 -和水，Al 电极反应式为 Al-3e-+4OH- = AlO 2 -+2H 2O，Ni 极的电极
22、 反应式是 HO2 -+2e-+H 2O=3OH -， 因而总反应为 2Al+3HO 2 -=2AlO 2 -+H 2O+ OH -， 显然电池工作结束后， 电解质溶液的 pH 升高，C 错误；D.A1 电极质量减轻 13.5g，即 Al 消耗了 0.5mol，Al 电极 反应式为 Al-3e -+4OH- = AlO 2 -+2H 2O，因而转移电子数为 0.53NA=9.0310 23，D 正确。故答 案选 C。 12我国科学家在天然气脱硫研究方面取得了新进展，利用如图装置可发生反应：H2S O2=H2O2S，已知甲池中发生反应： 。 下列说法正确的是( ) A甲池中碳棒上发生的电极反应为
23、 AQ2H 2e=H 2AQ B乙池溶液中发生的反应为 H2SI3 -=3IS2H C该装置中电能转化为光能 DH 从甲池移向乙池 【答案】B 【解析】A、甲池中碳棒是正极，该电极上发生得电子的还原反应，即 AQ+2H +2e-=H 2AQ，A 错误；B、 在乙池中，硫化氢失电子生成硫单质， 碘单质得电子生成 I -，发生的反应为 H 2S+I3 - 3I -+S+2H+，B 正确；C、根据图中信息知道是将光能转化为电能的装置，C 错误；D、装 置的是原电池装置，原电池中阳离子移向正极，甲池中碳棒是正极，所以氢离子从乙池移向 甲池，D 错误；答案选 B。 13我国科学家发明了一种“可固氮”的锂
24、-氮二次电池，将可传递 Li +的醚类作电解质，电 池的总反应为。下列说法正确的是 A固氮时，锂电极发生还原反应 B脱氮时，钌复合电极的电极反应：2Li3N-6e -=6Li+N 2 C固氮时，外电路中电子由钌复合电极流向锂电极 D脱氮时，Li +向钌复合电极迁移 【答案】B 【解析】据总反应可知：放电时锂失电子作负极，负极上电极反应式 为 6Li-6e -6Li+， Li+移向正极， 氮气在正极得电子发生还原反应， 电极反应式为 6Li+N 2+6e - 2Li3N，充电是放电的逆过程。A. 固氮时，锂电极失电子发生氧化反应，故 A 错误；B.脱 氮时，钌复合电极的电极反应为正极反应的逆反应
25、：2Li3N-6e -=6Li+N 2，故 B 正确；C.固 氮时，外电路中电子由锂电极流向钌复合电极，故 C 错误；D.脱氮时，Li +向锂电极迁移， 故 D 错误；答案：B 14高铁酸钠（Na2FeO4）是具有紫色光泽的粉末，是一种高效绿色强氧化剂，碱性条件下稳 定，可用于废水和生活用水的处理。实验室以石墨和铁钉为电极，以不同浓度的 NaOH 溶液 为电解质溶液，控制一定电压电解制备高铁酸钠，电解装置和现象如下： c(NaOH) 阴极现象 阳极现象 1 molL 1 产生无色 气体 产生无色气体，10min 内溶液颜 色无明显变化 10 molL 1 产生大量 无色气体 产生大量无色气体， 3min 后溶液 变为浅紫红色，随后逐渐加深 15 molL 1 产生大量 无色气体 产生大量无色气体， 1min 后溶液 变为浅紫红色，随后逐渐加深 下列说法不正确 的是 Aa 为铁钉，b 为石墨 B阴极主要发生反应：2H2O + 2e = H 2+ 2OH C高浓度的 NaOH 溶液，有利于发生 Fe6e + 8OH= FeO 4 2+ 4H 2O D制备 Na2FeO4时，若用饱和 NaCl 溶液，可有效避免阳极产生气体 【答案】D
