高考化学 专题15 原电池 化学电源高频考点专练.docx

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高考化学专题15原电池化学电源高频考点专练

专题15《原电池化学电源》专练

1、高考真题再现

1、（2018年全国卷I-13）最近我国科学家设计了一种CO2+H2S协同转化装置，实现对天然气中CO2和H2S的高效去除。

示意图如图所示，其中电极分别为ZnO石墨烯（石墨烯包裹的ZnO）和石墨烯，石墨烯电极区发生反应为：

①EDTA-Fe2+-e-=EDTA-Fe3+

②2EDTA-Fe3++H2S=2H++S+2EDTA-Fe2+

该装置工作时，下列叙述错误的是

A．阴极的电极反应：

CO2+2H++2e-=CO+H2O

B．协同转化总反应：

CO2+H2S=CO+H2O+S

C．石墨烯上的电势比ZnO石墨烯上的低

D．若采用Fe3+/Fe2+取代EDTA-Fe3+/EDTA-Fe2+，溶液需为酸性

2、（2018年全国卷II-12）我国科学家研发了一种室温下“可呼吸”的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+4Na

2Na2CO3+C，下列说法错误的是

A．放电时，

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?

2

+C

D．充电时，正极反应为：

Na++e?

Na

3、（2018年全国卷III-11）一种可充电锂-空气电池如图所示。

当电池放电时，O2与Li+在多孔碳材料电极处生成Li2O2-x（x=0或1）。

下列说法正确的是

A．放电时，多孔碳材料电极为负极

B．放电时，外电路电子由多孔碳材料电极流向锂电极

C．充电时，电解质溶液中Li+向多孔碳材料区迁移

D．充电时，电池总反应为Li2O2-x=2Li+（1-

）O2

4、（2018年北京卷-12）验证牺牲阳极的阴极保护法，实验如下（烧杯内均为经过酸化的3%NaCl溶液）。

①

②

③

在Fe表面生成蓝色沉淀

试管内无明显变化

试管内生成蓝色沉淀

下列说法不正确的是

A．对比②③，可以判定Zn保护了Fe

B．对比①②，K3[Fe（CN）6]可能将Fe氧化

C．验证Zn保护Fe时不能用①的方法

D．将Zn换成Cu，用①的方法可判断Fe比Cu活泼

二、专项练习

1．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

2．在固态金属氧化物电解池中，高温共电解H2O—CO2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

A．X是电源的负极

B．阴极的反应式是：

H2O＋2eˉ＝H2＋O2ˉ、

CO2＋2eˉ＝CO＋O2ˉ

C．总反应可表示为：

H2O＋CO2

H2＋CO＋O2

D．阴、阳两极生成的气体的物质的量之比是1︰1

3．锌铜原电池装置如图所示，其中阳离子交换膜只允许阳离子和水分子通过，下列有关叙述正确的是

A．铜电极上发生氧化反应

B．电池工作一段时间后，甲池的c（SO42－）减小

C．电池工作一段时间后，乙池溶液的总质量增加

D．阴阳离子离子分别通过交换膜向负极和正极移动，保持溶液中电荷平衡

4．用下图所示装置除去含CN－、Cl－废水中的CN－时，控制溶液PH为9~10，阳极产生的ClO－将CN－氧化为两种无污染的气体，下列说法不正确的是

A．用石墨作阳极，铁作阴极

B．阳极的电极反应式为：

Cl－+2OH－－2e－=ClO－+H2O

C．阴极的电极反应式为：

2H2O+2e－=H2↑+2OH－

D．除去CN－的反应：

2CN－+5ClO－+2H+=N2↑+2CO2↑+5Cl－+H2O

5．某模拟"人工树叶”电化学实验装置如图所示，该装置能将H2O和CO2转化为O2和燃料（C3H8O）。

下列说法正确的是

A．该装置将化学能转化为光能和电能

B．该装置工作时，H＋从b极区向a极区迁移

C．每生成1molO2，有44gCO2被还原

D．a电极的反应为：

3CO2+16H＋-18e－=C3H8O+4H2O

6．一种熔融碳酸盐燃料电池原理示意如图。

下列有关该电池的说法正确的是

A．反应CH4＋H2O

3H2＋CO,每消耗1molCH4转移12mol电子

B．电极A上H2参与的电极反应为：

H2＋2OH－－2e－=2H2O

C．电池工作时，CO32－向电极B移动

D．电极B上发生的电极反应为：

O2＋2CO2＋4e－=2CO32－

7．研究电化学腐蚀及防护的装置如图所示。

下列有关说法错误的是

A．d为石墨，铁片腐蚀加快

B．d为石墨，石墨上电极反应为：

O2+2H2O+4e→4OH–

C．d为锌块，铁片不易被腐蚀

D．d为锌块，铁片上电极反应为：

2H++2e→H2↑

8．我国古代青铜器工艺精湛，有很高的艺术价值和历史价值，但出土的青铜器大多受到环境腐蚀，故对其进行修复和防护具有重要意义。

（1）原子序数为29的铜元素位于元素周期表中第周期。

（2）某青铜器中Sn、Pb的质量分别为119g、20.7g，则该青铜器中Sn和Pb原子的数目之比为。

（3）研究发现，腐蚀严重的青铜器表面大都存在CuCl。

关于CuCl在青铜器腐蚀过程中的催化作用，下列叙述正确的是。

A．降低了反应的活化能B．增大了反应的速率

C．降低了反应的焓变D．增大了反应的平衡常数

（4）采用“局部封闭法”可以防止青铜器进一步被腐蚀。

如将糊状Ag2O涂在被腐蚀部位，Ag2O与有害组分CuCl发生复分解反应，该化学方程式为。

（5）下图为青铜器在潮湿环境中发生电化学腐蚀的原理示意图。

①腐蚀过程中，负极是（填图中字母“a”或“b”或“c”）；

②环境中的Cl-扩散到孔口，并与正极反应产物和负极反应产物作用生成多孔粉状锈u2（OH）3Cl，其离子方程式为；

③若生成4.29gCu2（OH）3Cl，则理论上耗氧体积为L（标准状况）。

9．氯碱工业以电解精制饱和食盐水的方法制取氯气、氢气、烧碱和氯的含氧酸盐等系列化工产品。

下图是离子交换膜法电解食盐水的示意图，图中的离子交换膜只允许阳离子通过。

完成下列填空：

（1）写出电解饱和食盐水的离子方程式。

（2）离子交换膜的作用为：

、。

（3）精制饱和食盐水从图中位置补充，氢氧化钠溶液从图中位置流出。

（选填“a”、“b”、“c”或“d”）

（4）KClO3可以和草酸（H2C2O4）、硫酸反应生成高效的消毒杀菌剂ClO2，还生成CO2和KHSO4等物质。

写出该反应的化学方程式___________________________________。

（5）室温下，0.1mol/LNaClO溶液的pH0.1mol/LNa2SO3溶液的pH。

（选填“大于”、“小于”或“等于”）。

浓度均为0.1mol/L的Na2SO3和Na2CO3的混合溶液中，SO32–、CO32–、HSO3–、HCO3–浓度从大到小的顺序为。

已知：

H2SO3Ki1=1.54×10-2Ki2=1.02×10-7

HClOKi1=2.95×10-8

H2CO3Ki1=4.3×10-7Ki2=5.6×10-11

10．研究CO2在海洋中的转移和归宿，是当今海洋科学研究的前沿领域。

（1）溶于海水的CO2主要以4种无机碳形式存在，其中HCO3-占95%，写出CO2溶于水产生HCO3-的方程式：

________________________。

（2）在海洋循环中，通过下图所示的途径固碳。

①写出钙化作用的离子方程式：

。

②同位素示踪法证实光合作用释放出的O2只来自于H2O，用18O标记物质的光合作用的化学方程式如下，将其补充完整：

+===（CH2O）x+x18O2+xH2O

（3）海水中溶解无机碳占海水总碳的95%以上，其准确测量是研究海洋碳循环的基础，测量溶解无机碳，可采用如下方法：

①气提、吸收CO2，用N2从酸化后的还说中吹出CO2并用碱液吸收（装置示意图如下），将虚线框中的装置补充完整并标出所用试剂。

②滴定。

将吸收液洗后的无机碳转化为NaHCO3，再用xmol/LHCl溶液滴定，消耗ymlHCl溶液，海水中溶解无机碳的浓度=mol/L。

（4）利用下图所示装置从海水中提取CO2，有利于减少环境温室气体含量。

①结合方程式简述提取CO2的原理：

。

②用该装置产生的物质处理b室排出的海水，合格后排回大海。

处理至合格的方法是。

11．为探讨化学平衡移动原理与氧化还原反应规律的联系，某同学通过改变浓度研究“2Fe3++2I-

2Fe2++I2”反应中Fe3+和Fe2+的相互转化。

实验如下：

（1）待实验I溶液颜色不再改变时，再进行实验II，目的是使实验I的反应达到。

（2）iii是ii的对比试验，目的是排除有ii中造成的影响。

（3）i和ii的颜色变化表明平衡逆向移动，Fe2+向Fe3+转化。

用化学平衡移动原理解释原因：

。

（4）根据氧化还原反应的规律，该同学推测i中Fe2+向Fe3+转化的原因：

外加Ag+使c（I-）降低，导致I-的还原性弱于Fe2+，用下图装置（a、b均为石墨电极）进行实验验证。

①K闭合时，指针向右偏转，b作极。

②当指针归零（反应达到平衡）后，向U型管左管滴加0.01mol/LAgNO3溶液，产生的现象证实了其推测，该现象是。

（5）按照（4）的原理，该同学用上图装置进行实验，证实了ii中Fe2+向Fe3+转化的原因，

①转化原因是。

②与（4）实验对比，不同的操作是。

（6）实验I中，还原性：

I->Fe2+；而实验II中，还原性：

Fe2+>I-，将（3）和（4）、（5）作对比，得出的结论是。

12．银是一种贵金属，古代常用于制造钱币及装饰器皿，现代在电池和照明器材等领域亦有广泛应用。

回答下列问题。

（1）久存的银制器皿表面会变黑，失去银白色的光泽，原因是。

（2）已知Ksp（AgCl）=1．8×10-10,若向50mL0．018mol·L-1的AgNO3溶液中加入50mL0．020mol·L-1的盐酸，混合后溶液中的Ag+的浓度为mol·L-1，pH为。

（3）AgNO3溶液光照易分解，生成Ag和红棕色气体等物质，其光照分解的化学方程式为。

（4）下图所示原电池正极的反应式为。

13．C、N、O、Al、Si、Cu是常见的六种元素。

（1）Si位于元素周期表第____周期第_____族。

（2）N的基态原子核外电子排布式为_____；Cu的基态原子最外层有___个电子。

（3）用“>”或“<”填空：

原子半径

电负性

熔点

沸点

Al_____Si

N____O

金刚石_____晶体硅

CH4____SiH4

（4）常温下，将除去表面氧化膜的Al、Cu片插入浓HNO3中组成原电池（图1），测得原电池的电流强度（I）随时间（t）的变化如图2所示，反应过程中有红棕色气体产生。

0-t1时，原电池的负极是Al片，此时，正极的电极反应式是_____,溶液中的H+向___极移动，t1时，原电池中电子流动方向发生改变，其原因是______。

参考答案

1、高考真题再现

1、【答案】C

【解析】A.由电子得失情况可判断

石墨烯电极为阴极，发生了得电子的反应，电极反应式正确，A正确；B.由反应物与生成物可判断总反应为

，B正确；C.由于装置中，在光伏电池的作用下才使电子由石墨烯电极流出，使电子流入

石墨烯电极，这一过程付出了额外的能量，可判断石墨烯上的电势比

石墨烯上的电势高，C错误；D.若采用了

，溶液若不为酸性，会生成两种离子的氢氧化物，不能使协同转化顺利进行，D正确；

2、【答案】D

【解析】A.放电时，阴离子受到正电场的吸引，应向电池负极移动，A正确；

B.充电时，要将消耗的

重新生成，放电时吸收

使其转化为

和C，B正确；

C.放电时，正极反应为还原反应：

，C正确；

D.充电时，负极重新生成Na，发生反应为：

，D错误；

3、【答案】D

4、【答案】D

【解析】A.②中铁没有被腐蚀，而③铁腐蚀，可说明铁连接锌后，锌保护了铁，故A正确；

B.①②相比较，可知铁棒表面被氧化，但溶液中没有亚铁离子，可能的原因为

将Fe氧化，故B正确；

C.对比①②，①在铁电极附近的溶液中

溶液，出现蓝色沉淀，说明有

，这些

可能是铁腐蚀生成的，也可能是金属铁被

氧化生成的，不能用①的方法证明锌对铁的保护作用，故C正确；D.实验①可说明铁被氧化，说明方法存在缺陷，不能比较金属的活泼性，则换成铜，也不能证明金属的活泼性，故D错误；

二、专项练习

1．【答案】A

2．【答案】D

【解析】A、从图示可看出，与X相连的电极发生H2O→H2、CO2→CO的转化，均得电子，应为电解池的阴极，则X为电源的负极，A正确；B、阴极H2O→H2、CO2→CO均得电子发生还原反应，电极反应式分别为：

H2O＋2eˉ＝H2＋O2ˉ、CO2＋2eˉ＝CO＋O2ˉ，B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：

H2O＋CO2

H2＋CO＋O2，C正确；D、从总反应方程式可知，阴极生成2mol气体（H2、CO各1mol）、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2∶1，D不正确。

答案选D。

3．【答案】C

【解析】由图像可知该原电池反应原理为Zn+Cu2＋=Zn2＋+Cu，故Zn电极为负极失电子发生氧化反应，Cu电极为正极得电子发生还原反应，故A项错误；该装置中为阳离子交换膜只允许阳离子和水分子通过，故两池中c（SO42－）不变，故B项错误；电解过程中溶液中Zn2＋由甲池通过阳离子交换膜进入乙池，乙池中Cu2＋+2e—=Cu，故乙池中为Cu2＋～Zn2＋，摩尔质量M（Zn2＋）>M（Cu2＋）故乙池溶液的总质量增加，C项正确；该装置中为阳离子交换膜只允许阳离子和水分子通过，电解过程中溶液中Zn2＋由甲池通过阳离子交换膜进入乙池保持溶液中电荷平衡，阴离子并不通过交换膜，故D项错误；本题选C。

4．【答案】D

【解析】A、阳极要产生ClO－，则铁只能作阴极，不能作阳极，否则就是铁失电子，A正确；B、阳极是Cl－失电子产生ClO－，电极反应式为：

Cl－+2OH－－2e－=ClO－+H2O，B正确；C、阴极是H+产生H2，碱性溶液，故阴极的电极反应式为：

2H2O+2e－=H2↑+2OH－，C正确；D、溶液为碱性，方程式应为2CN－+5ClO－+H2O=N2↑+2CO2↑+5Cl－+2OH－。

选D。

5．【答案】B

【解析】A．根据图示可知，该装置将电能和光能转化为化学能，错误。

B．根据同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引的原则，该装置工作时，H＋从正电荷较多的阳极b极区向负电荷较多的阴极a极区迁移，正确。

C．该反应的总方程式是：

6CO2+8H2O=2C3H8O+9O2。

根据反应方程式可知，每生成1molO2，有2/3molCO2被还原，其质量是88/3g，错误。

D．根据图示可知与电源负极连接的a电极为阴极，发生还原反应，电极的反应式为：

3CO2+18H＋+18e－=C3H8O+5H2O，错误。

6．【答案】D

7．【答案】D

【解析】由于活动性：

Fe>石墨，所以铁、石墨及海水构成原电池，Fe为负极，失去电子被氧化变为Fe2+进入溶液，溶解在海水中的氧气在正极石墨上得到电子被还原，比没有形成原电池时的速率快，正确。

B.d为石墨，由于是中性电解质，所以发生的是吸氧腐蚀，石墨上氧气得到电子，发生还原反应，电极反应为：

O2+2H2O+4e→4OH–，正确。

C.若d为锌块，则由于金属活动性：

Zn>Fe，Zn为原电池的负极，Fe为正极，首先被腐蚀的是Zn，铁得到保护，铁片不易被腐蚀，正确。

D.d为锌块，由于电解质为中性环境，发生的是吸氧腐蚀，在铁片上电极反应为：

O2+2H2O+4e→4OH–，错误。

8．【答案】

（1）四

（2）10:

1（3）A、B（4）Ag2O+2CuCl=2AgCl+Cu2O

（5）①c②2Cu2＋+3OH－+Cl－=Cu2（OH）3Cl↓③0.448

【解析】

（1）铜为29号元素，根据核外电子排布规则可知，铜元素位于元素周期表中第四周期。

（2）根据N=m/M×NA，青铜器中Sn、Pb的质量分别为119g、20.7g，则该青铜器中Sn和Pb原子数目之比为（119÷119）：

（20.7÷207）=10:

1.

（3）催化剂能降低反应的活化能，从而加快化学反应速率，但是催化剂不能改变反应的焓变，也不能改变化学平衡常数，选A、B.

（4）Ag2O与CuCl发生复分解反应，没有化合价的升降，则化学方程式为Ag2O+2CuCl=2AgCl+Cu2O。

（5）①根据图示，腐蚀过程中，铜失电子生成Cu2＋，则负极是铜，选c；

②根据上述分析，正极产物是OH－，负极产物为Cu2＋，环境中的Cl-扩散到孔口，与正极反应产物和负极反应产物作用生成多孔粉状锈Cu2（OH）3Cl，则离子方程式为2Cu2＋+3OH－+Cl－=Cu2（OH）3Cl↓；

③4.29gCu2（OH）3Cl的物质的量为4.29/241.5=0.02mol,根据铜原子守恒，Cu2＋的物质的量为0.04mol,负极反应为：

2Cu-4e－=2Cu2＋,正极反应为O2+4e－+2H2O=4OH－，根据正负极放电量相等，则理论上耗氧体积为0.02mol×22.4L·mol-1=0.448L.

9．【答案】

（1）2Cl－＋2H2O

Cl2↑＋H2↑＋2OH－。

（2）阻止OH-进入阳极室，与Cl2发生副反应：

2NaOH+Cl2=NaCl+NaClO+H2O；阻止阳极产生的Cl2和阴极产生的H2混合发生爆炸。

（3）a；d；（4）2KClO3+H2C2O4+2H2SO4=2ClO2+2CO2+2KHSO4+2H2O.

（5）大于；SO32–>CO32–>HCO3–>HSO3–。

（3）随着电解的进行，溶质NaCl不断消耗，所以应该及时补充。

精制饱和食盐水从与阳极连接的图中a位置补充，由于阴极H+不断放电，附近的溶液显碱性，氢氧化钠溶液从图中d位置流出；水不断消耗，所以从b口不断加入蒸馏水，从c位置流出的是稀的NaCl溶液。

（4）KClO3有氧化性，H2C2O4有还原性，在酸性条件下KClO3可以和草酸（H2C2O4）生成高效的消毒杀菌剂ClO2，还生成CO2和KHSO4等物质。

则根据电子守恒及原子守恒，可得该反应的化学方程式是：

2KClO3+H2C2O4+2H2SO4=2ClO2+2CO2+2KHSO4+2H2O.

（5）NaClO、Na2SO3都是强碱弱酸盐，弱酸根离子发生水解反应，消耗水电离产生的H+，破坏了水的电离平衡，当最终达到平衡时，溶液中c（OH-）>c（H+），所以溶液显碱性。

形成盐的酸越弱，盐水解程度就越大。

消耗的离子浓度越大，当溶液达到平衡时，剩余的离子浓度就越小。

由于H2SO3的Ki2=1.02×10-7；HClO的Ki1=2.95×10-8，所以酸性：

HSO3->HClO，因此溶液的pH:

NaClO>Na2SO3。

由于电离程度：

H2SO3>H2CO3>HSO3->HCO3-，浓度均为0.1mol/L的Na2SO3和Na2CO3的混合溶液中，水解程度：

CO32–>SO32–，所以离子浓度：

SO32–>CO32–；水解产生的离子浓度：

HCO3->HSO3-。

但是盐水解程度总的来说很小，主要以盐电离产生的离子存在。

所以在该溶液中SO32–、CO32–、HSO3–、HCO3–浓度从大到小的顺序为SO32–>CO32–>HCO3–>HSO3–。

10．【答案】

（1）CO2+H2O

H2CO3，H2CO3

HCO3－+H+

（2）①Ca2++2HCO3－===CaCO3↓+CO2+H2O②xCO22xH218O

（3）①

②xy/z

（4）①a室：

2H2O-4e－=O2↑+4H+，H+通过阳离子膜进入b室，发生反应：

HCO3－+H+=CO2↑+H2O。

②c室的反应：

2H2O+2e-=2OH-+H2↑，用c室排出的碱液将从b室排出的酸性海水调节至接近装置入口海水的pH

CO2~HCO3－~HCl

11

n（CO2）xmol/L×y×10-3L

解得：

n（CO2）=xy×10-3mol所以：

c（CO2）=xy/zmol/L

（4）①海水pH＞8，显碱性，需要H+中和降低海水的碱性，a室发生阳极反应：

2H2O-4e－=O2↑+4H+,c（OH－）下降，H2O

OH－+H+平衡右移，c（H+）增大，H+从a室进入b室，发生反应：

HCO3－+H+==CO2+H2O。

②c室的反应：

2H2O+2e-=2OH-+H2↑，用c室排出的碱液将从b室排出的酸性海水调节至接近装置入口海水的pH。

11．【答案】

（1）化学平衡状态

（2）溶液稀释对颜色变化

（3）加入Ag+发生反应：

Ag++I-=AgI↓，c（I-）降低；或增大c（Fe2+）平衡均逆向移动

（4）①正②左管产生黄色沉淀，指针向左偏转。

（5）①Fe2+随浓度增大，还原性增强，使Fe2+还原性强于I-

②向U型管右管中滴加1mol/LFeSO4溶液。

（6）该反应为可逆氧化还原反应，在平衡时，通过改变物质的浓度，可以改变物质的氧化、还原能力，并影响平衡移动方向

（5）①Fe2+向Fe3+转化的原因是Fe2+浓度增大，还原性增强；

②与（4）实验对比，不同的操作是当指针归零后，向U型管右管中滴加1mol/LFeSO4溶液。

将（3）和（4）、（5）作对比，得出的结论是在其它条件不变时，物质的氧化性和还原性与浓度有关，浓度的改变可影响物质的氧化还原性，导致平衡移动。

12．【答案】

（1）Ag与空气中氧及含硫化合物反应生成黑色硫化银；

（2）1.8×10-7mol/L；2

（3）2AgNO3

Ag+2NO2↑+O2↑（4）Ag++e-=Ag

【解析】

（1）根据金属的腐蚀可知Ag变黑是发生了化学腐蚀，Ag与空气中氧及含硫化合物反应生成黑色硫化银；

（2）根据反应中HCl和硝酸银的物质的量可知HCl过量，则计算剩余的氯离子的物质的量浓度为（0.02-0.018）mol/L/2=0.001mol/L，根据AgCl的溶度积的表达式计算即可；因为该反应中氢离子未参加反应，所以溶液的体积变为100mL时，氢离子的浓度为0.01mol/L，则pH=2；

（3）根据氧化还原反应理论，硝酸银分解生成Ag和二氧化氮气体，无元素化合价升高的，所以该反应中有氧气生成。

（4）该原电池的实质是Cu与银离子发生置换反应生成Ag单质，所以正极是生成Ag单质的还原反应。

13．【答案】

（1）三IVA，

（2）1s22s22p3，1个（3）>，<，>，<

（4）2H++NO3-+e-=NO2↑+H2O，正，Al在浓硝酸中发生钝化，氧化膜阻止了Al进一步反应

【解析】

（1）Si的核电荷数为14，位于元素周期表第三周期IVA族；

（2）N原子的核外电子数为7，根

据电子排布式的书写规