2021年高考化学三轮复习专题:原电池及化学电源.docx

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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

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