原电池化学电源高考真题章节汇编.docx
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原电池化学电源高考真题章节汇编
原电池、化学电源高考真题章节汇编
1.[2018·全国卷Ⅱ]我国科学家研发了一种室温下“可呼吸”的NaCO2二次电池。
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( )
A.放电时,ClO
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-===2CO
+C
D.充电时,正极反应为:
Na++e-===Na
答案 D
解析 放电时是原电池,ClO
向负极移动,A正确;电池的总反应为3CO2+4Na2Na2CO3+C,因此充电时释放CO2,放电时吸收CO2,B正确;放电时是原电池,正极是二氧化碳得到电子转化为碳,反应为:
3CO2+4e-===2CO
+C,C正确;充电时是电解池,正极与电源的正极相连,作阳极,发生失去电子的氧化反应,反应为2CO
+C-4e-===3CO2,D错误。
2.[2018·全国卷Ⅲ]
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
答案 D
解析 放电时,O2与Li+在多孔碳材料电极处反应,说明电池内,Li+向多孔碳材料电极移动,因为阳离子移向正极,所以多孔碳材料电极为正极,A错误。
因为多孔碳材料电极为正极,外电路电子应该由锂电极流向多孔碳材料电极(由负极流向正极),B错误。
充电和放电时电池中离子的移动方向相反,放电时,Li+向多孔碳材料电极移动,充电时向锂电极移动,C错误。
根据图示和上述分析,可知放电时,电池的正极反应是O2与Li+得电子转化为Li2O2-x,电池的负极反应是单质Li失电子转化为Li+,所以总反应为:
2Li+
O2===Li2O2-x,充电时的反应与放电时的反应相反,所以充电时,电池总反应为Li2O2-x===2Li+
O2,D正确。
3.[2018·北京高考]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
在Fe表面生
成蓝色沉淀
②
试管内无明显变化
③
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
答案 D
解析 对比②③,②Fe附近的溶液中加入K3[Fe(CN)6]无明显变化,说明②Fe附近的溶液中不含Fe2+,③Fe附近的溶液中加入K3[Fe(CN)6]产生蓝色沉淀,说明③Fe附近的溶液中含Fe2+,②中Fe被保护,A正确;①加入K3[Fe(CN)6]在Fe表面产生蓝色沉淀,Fe表面产生了Fe2+,对比①②的异同,①可能是K3[Fe(CN)6]将Fe氧化成Fe2+,B正确;对比①②,①加入K3[Fe(CN)6]在Fe表面产生蓝色沉淀,①也能检验出Fe2+,不能用①的方法验证Zn保护Fe,C正确;由实验可知K3[Fe(CN)6]可能将Fe氧化成Fe2+,将Zn换成Cu不能用①的方法证明Fe比Cu活泼,D错误。
4.[2017·全国卷Ⅲ]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(2≤x≤8)。
下列说法错误的是( )
A.电池工作时,正极可发生反应:
2Li2S6+2Li++2e-===3Li2S4
B.电池工作时,外电路中流过0.02mol电子,负极材料减重0.14g
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对:
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,a极发生的电极反应有S8+2Li++2e-===Li2S8、3Li2S8+2Li++2e-===4Li2S6、2Li2S6+2Li++2e-===3Li2S4、Li2S4+2Li++2e-===2Li2S2等。
B对:
电池工作时,外电路中流过0.02mol电子时,氧化Li的物质的量为0.02mol,质量为0.14g。
C对:
石墨烯能导电,利用石墨烯作电极,可提高电极a的导电性。
D错:
电池充电时电极a发生反应:
2Li2S2-2e-===Li2S4+2Li+,充电时间越长,电池中Li2S2的量越少。
5.[2016·全国卷Ⅱ]MgAgCl电池是一种以海水为电解质溶液的水激活电池。
下列叙述错误的是( )
A.负极反应式为Mg-2e-===Mg2+
B.正极反应式为Ag++e-===Ag
C.电池放电时Cl-由正极向负极迁移
D.负极会发生副反应Mg+2H2O===Mg(OH)2+H2↑
答案 B
解析 MgAgCl电池中,Mg为负极,AgCl为正极,故正极反应式应为AgCl+e-===Ag+Cl-,B错误。
6.[2016·全国卷Ⅲ]锌空气燃料电池可用作电动车动力电源,电池的电解质溶液为KOH溶液,反应为2Zn+O2+4OH-+2H2O===2Zn(OH)
。
下列说法正确的是( )
A.充电时,电解质溶液中K+向阳极移动
B.充电时,电解质溶液中c(OH-)逐渐减小
C.放电时,负极反应为:
Zn+4OH--2e-===Zn(OH)
D.放电时,电路中通过2mol电子,消耗氧气22.4L(标准状况)
答案 C
解析 充电时为电解池,溶液中的阳离子向阴极移动,发生的反应为2Zn(OH)
===2Zn+O2↑+4OH-+2H2O,电解质溶液中c(OH-)增大,A、B错误;放电时负极反应为Zn+4OH--2e-===Zn(OH)
,C正确;每消耗1molO2电路中通过4mol电子,D错误。
7.[2016·浙江高考]金属(M)空气电池(如图)具有原料易得、能量密度高等优点,有望成为新能源汽车和移动设备的电源。
该类电池放电的总反应方程式为:
4M+nO2+2nH2O===4M(OH)n
已知:
电池的“理论比能量”指单位质量的电极材料理论上能释放出的最大电能。
下列说法不正确的是( )
A.采用多孔电极的目的是提高电极与电解质溶液的接触面积,并有利于氧气扩散至电极表面
B.比较Mg、Al、Zn三种金属空气电池,Al空气电池的理论比能量最高
C.M空气电池放电过程的正极反应式:
4Mn++nO2+2nH2O+4ne-===4M(OH)n
D.在Mg空气电池中,为防止负极区沉积Mg(OH)2,宜采用中性电解质及阳离子交换膜
答案 C
解析 采用多孔电极可以增大电极与电解质溶液的接触面积,且有利于氧气扩散至电极表面,A正确;根据“已知”信息知铝的比能量比Mg、Zn的高,B正确;由图可知,采用阴离子交换膜,Mn+不会转移到正极参加反应,正极反应式应为O2+2H2O+4e-===4OH-,C错误;为了避免正极生成的OH-移至负极,应选用阳离子交换膜,D正确。
8.[2016·四川高考]某电动汽车配载一种可充放电的锂离子电池,放电时电池总反应为:
Li1-xCoO2+LixC6===LiCoO2+C6(x<1)。
下列关于该电池的说法不正确的是( )
A.放电时,Li+在电解质中由负极向正极迁移
B.放电时,负极的电极反应式为LixC6-xe-===xLi++C6
C.充电时,若转移1mole-,石墨(C6)电极将增重7xg
D.充电时,阳极的电极反应式为LiCoO2-xe-===
Li1-xCoO2+xLi+
答案 C
解析 由放电时电池总反应可知,放电时负极反应式为LixC6-xe-===C6+xLi+,正极反应式为Li1-xCoO2+xe-+xLi+===LiCoO2,在原电池内部阳离子由负极向正极迁移,A、B正确;充电时阴极反应式为C6+xLi++xe-===LixC6,阳极反应式为LiCoO2-xe-===Li1-xCoO2+xLi+,转移xmole-,石墨电极增重7xg,若转移1mole-,石墨电极将增重7g,C错误,D正确。
9.[2015·全国卷Ⅰ]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 负极发生氧化反应,生成CO2气体,A错误;微生物电池中的化学反应速率较快,即微生物促进了反应中电子的转移,B正确;原电池中阳离子向正极移动,阴离子向负极移动,C正确;电池总反应是C6H12O6与O2反应生成CO2和H2O,D正确。
10.[2015·福建高考]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+18H+-18e-===C3H8O+5H2O
答案 B
解析 该装置将光能和电能转化为化学能,A错误;该装置工作时,a极为阴极,b极为阳极,H+从阳极(b极)区向阴极(a极)区迁移,B正确;根据电路中通过的电量相等,由2H2O
O2、CO2
C3H8O可得:
3O2~2CO2,则每生成1molO2,被还原的CO2的质量为
mol×44g/mol=29.3g,C错误;a极上CO2发生得电子的还原反应转化为C3H8O,D错误。
11.[2015·天津高考]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(SO
)减小
C.电池工作一段时间后,乙池溶液的总质量增加
D.阴阳离子分别通过交换膜向负极和正极移动,保持溶液中电荷平衡
答案 C
解析 锌电极是原电池的负极,发生氧化反应,铜电极是原电池的正极,发生还原反应,A错误;阳离子交换膜不允许阴离子通过,所以电池工作一段时间后,甲池的c(SO
)不变,B错误;乙池发生的电极反应为:
Cu2++2e-===Cu,溶液中Cu2+逐渐减少,为维持溶液中的电荷平衡,Zn2+会不断移向乙池,使溶液质量增加,C正确;阳离子交换膜只允许阳离子和水分子通过,D错误。
12.[2015·江苏高考]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,CO
向电极B移动
D.电极B上发生的电极反应为:
O2+2CO2+4e-===2CO
答案 D
解析 CH4中的C为-4价,反应后生成的CO中C为+2价,每消耗1molCH4转移6mole-,A错误;从装置图看,电池工作过程中没有OH-参与,B错误;该燃料电池中,电极B为正极,电极A为负极,电池工作时,CO
移向负极,C错误;在电极B上O2得到电子与CO2反应转化为CO
,D正确。
13.[2014·北京高考]下列电池工作时,O2在正极放电的是( )
A.锌锰电池
B.氢燃料电池
C.铅蓄电池
D.镍镉电池
答案 B
解析 氢燃料电池中,负极上H2放电,正极上O2放电,A、C、D中均不存在O2放电,故选B。
14.[2014·福建高考]某原电池装置如图所示,电池总反应为2Ag+Cl2===2AgCl。
下列说法正确的是( )
A.正极反应为AgCl+e-===Ag+Cl-
B.放电时,交换膜右侧溶液中有大量白色沉淀生成
C.若用NaCl溶液代替盐酸,则电池总反应随之改变
D.当电路中转移0.01mole-时,交换膜左侧溶液中约减少0.02mol离子
答案 D
解析 原电池的正极反应为Cl2+2e-===2Cl-,A错误;放电时,白色沉淀AgCl在左侧电极处产生,B错误;当电路中转移0.01mole-时,原电池左侧发生的反应为:
Ag-e-+Cl-===AgCl↓,减少了0.01mol的Cl-,根据电荷守恒原理,左侧溶液中的H+通过阳离子交换膜向右侧转移0.01mol,D正确。
15.[2014·天津高考]已知:
锂离子电池的总反应为:
LixC+Li1-xCoO2
C+LiCoO2
锂硫电池的总反应为:
2Li+S
Li2S
有关上述两种电池说法正确的是( )
A.锂离子电池放电时,Li+向负极迁移
B.锂硫电池充电时,锂电极发生还原反应
C.理论上两种电池的比能量相同
D.下图表示用锂离子电池给锂硫电池充电
答案 B
解析 在原电池内部,阳离子应移向正极,A错误;二次电池充电过程为电解的过程,阴极发生还原反应,B正确;比能量是指这种电池单位质量或单位体积所能输出的电能,当二者质量相同时,转移电子的物质的量不相等,即比能量不同,C错误;左边装置已经是放完电的电池,应为锂硫电池给锂离子电池充电,D错误。
16.[2014·全国卷Ⅱ]2013年3月我国科学家报道了如图所示的水溶液锂离子电池体系。
下列叙述错误的是( )
A.a为电池的正极
B.电池充电反应为LiMn2O4===Li1-xMn2O4+xLi
C.放电时,a极锂的化合价发生变化
D.放电时,溶液中Li+从b向a迁移
答案 C
解析 由图可知,b极(Li电极)为负极,a极为正极,放电时,Li+从负极(b)向正极(a)迁移,A、D正确;该电池放电时,负极:
xLi-xe-===xLi+,正极:
Li1-xMn2O4+xLi++xe-===LiMn2O4,a极Mn元素的化合价发生变化,C错误;由放电反应可得充电时的反应,B正确。
17.[2013·全国卷Ⅱ]“ZEBRA”蓄电池的结构如图所示,电极材料多孔Ni/NiCl2和金属钠之间由钠离子导体制作的陶瓷管相隔。
下列关于该电池的叙述错误的是( )
A.电池反应中有NaCl生成
B.电池的总反应是金属钠还原三价铝离子
C.正极反应为:
NiCl2+2e-===Ni+2Cl-
D.钠离子通过钠离子导体在两电极间移动
答案 B
解析 该原电池的负极反应式为:
Na-e-===Na+,正极反应式为:
NiCl2+2e-===Ni+2Cl-,电池总反应式为:
2Na+NiCl2===2NaCl+Ni。
B项错误。
18.[2013·安徽高考]热激活电池可用作火箭、导弹的工作电源。
一种热激活电池的基本结构如下图所示,其中作为电解质的无水LiCl-KCl混合物受热熔融后,电池即可瞬间输出电能。
该电池总反应为:
PbSO4+2LiCl+Ca===CaCl2+Li2SO4+Pb。
下列有关说法正确的是( )
A.正极反应式:
Ca+2Cl--2e-===CaCl2
B.放电过程中,Li+向负极移动
C.每转移0.1mol电子,理论上生成20.7gPb
D.常温时,在正负极间接上电流表或检流计,指针不偏转
答案 D
解析 本题以热激活电池为载体考查电化学知识。
A项,根据电池总反应可知该反应为负极反应,正极反应式为PbSO4+2e-===Pb+SO
;B项,放电过程中,Li+向正极移动;C项,因为每转移0.1mol电子,理论上生成0.05molPb,故质量为0.05mol×207g·mol-1=10.35g;D项,常温时,由于电解质LiCl-KCl无法电离,电解质中无自由移动的离子,不能形成闭合回路,所以不导电,无电流。
19.[2013·新课标卷Ⅰ]银质器皿日久表面会逐渐变黑,这是生成了Ag2S的缘故。
根据电化学原理可进行如下处理:
在铝质容器中加入食盐溶液,再将变黑的银器浸入该溶液中,一段时间后发现黑色会褪去。
下列说法正确的是( )
A.处理过程中银器一直保持恒重
B.银器为正极,Ag2S被还原生成单质银
C.该过程中总反应为2Al+3Ag2S===6Ag+Al2S3
D.黑色褪去的原因是黑色Ag2S转化为白色AgCl
答案 B
解析 根据电化学原理可知,Al为负极,电极反应为:
2Al-6e-===2Al3+,银器为正极,电极反应为:
3Ag2S+6e-===6Ag+3S2-,溶液中反应为:
2Al3++3S2-+6H2O===2Al(OH)3↓+3H2S↑,三反应相加可知该过程的总反应为:
2Al+3Ag2S+6H2O===2Al(OH)3+6Ag+3H2S↑,故B正确,C、D错误;银器表面黑色的Ag2S变成了Ag,质量必然减小,A错误。
20.[2018·天津高考节选](3)O2辅助的Al~CO2电池工作原理如图所示。
该电池电容量大,能有效利用CO2,电池反应产物Al2(C2O4)3是重要的化工原料。
电池的负极反应式:
________________________。
电池的正极反应式:
6O2+6e-===6O
6CO2+6O
===3C2O
+6O2
反应过程中O2的作用是________。
该电池的总反应式:
_____________________________。
答案 (3)Al-3e-===Al3+(或2Al-6e-===2Al3+) 催化剂 2Al+6CO2===Al2(C2O4)3
解析 (3)明显电池的负极为Al,所以反应一定是Al失电子,该电解质为氯化铝离子液体,所以Al失电子应转化为Al3+,方程式为:
Al-3e-===Al3+(或2Al-6e-===2Al3+)。
根据电池的正极反应,氧气再第一步被消耗,又在第二步生成,所以氧气为正极反应的催化剂。
将正、负极反应式加和得到总反应为:
2Al+6CO2===Al2(C2O4)3。
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