高三化学化学反应原理专题练-46原电池原理的应用

2022届高三化学大一轮复习化学反应原理专题练_46原电池原理的应用一、单选题（本大题共15小题，共45分）如图所示装置，电流表指针发生偏转，同时A极逐渐变粗，B极逐渐变细，C为电解质溶液，则A、B、C应是下列各组中的(    )A.A是Zn，B是Cu，C为稀硫酸

B.A是Cu，B是Zn，C为稀硫酸

C.A是Fe，B是Ag，C为稀AgNO3溶液

D.A是Ag，B是Fe，C为稀AgN少量铁片与l00mL 0.01mol/L的稀盐酸反应，反应速率太慢．为了加快此反应速率而不改变H2的产量，可以使用如下方法中的(

)①加H2O

②加KNO3固体

③滴入几滴浓盐酸

④加入少量铁粉

⑥滴入几滴硫酸铜溶液

⑦升高温度(不考虑盐酸挥发)

⑧改用10mL 0.1mol/L盐酸．A.②⑥⑦ B.③⑤⑧ C.③⑦⑧ D.③④⑥⑦⑧某化学兴趣小组为探究原电池能加快Zn+H2SA. B.

C. D.我国在太阳能光电催化-化学耦合分解硫化氢研究中获得新进展，相关装置如图所示。下列说法正确的是(    )A.该制氢工艺中光能最终转化为化学能

B.该装置工作时，H+由b极区流向a极区

C.a极上发生的电极反应为Fe3++e-= Fe为研究硫酸铜的量对锌与稀硫酸反应氢气生成速率的影响，该同学设计了如下一系列实验．表中所给的混合溶液分别加入到6个盛有过量Zn粒的反应瓶中，收集产生的气体，记录获得相同体积的气体所需时间．下列说法正确的是(    )

ABCDEF4mol/L

H2S30VVVVV饱和CuSO400.52.55V20HVVVV100A.V1=30，V6=10

B.反应一段时间后，实验A，E中的金属呈暗红色

C.加入MgSO4某学习小组的同学查阅相关资料知氧化性：Cr2O 72->FeA.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+2nH2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，Zn-空气电池的理论比能量最低

C.M-空气电池放电过程的正极反应式：O2+2H2O +4e-= 4O控制合适的条件，将可逆反应2Fe3++2I-A.反应开始时，乙中石墨电极上发生氧化反应

B.反应开始时，甲中石墨电极上Fe3+被还原

C.电流计读数为零时，反应达到化学平衡状态

D.电流计读数为零后，在甲中溶入FeC为提升电池循环效率和稳定性，科学家近期利用三维多孔海绵状Zn(3D-Zn)可以高效沉积ZnO的特点，设计了采用强碱性电解质的3D-Zn-NiOOH二次电池，结构如图所示。电池Zn+2NiOOH+H2OZnO+2Ni(OH)2A.放电时负极附近的pH升高

B.放电过程中OH-通过隔膜从负极区移向正极区

C.充电时3D-Zn电极应与外接直流电源的正极相连

D.充电时阳极反应为：如图是某酸性酒精检测仪的工作示意图。下列有关分析正确的是(    )A.该检测仪利用了电解原理

B.质子交换膜具有类似盐桥的平衡电荷作用

C.Pt(Ⅰ)电极的电极反应为CH3CH2OH+3H2O-8e-=C当电解质中某离子的浓度越大时，其氧化性或还原性越强，利用这一性质，有人设计出如图所示“浓差电池”(其电动势取决于物质的浓度差，是由一种物质从高浓度向低浓度转移而产生的。)其中，甲池为3.5 mol·L-1的AgNO3溶液，乙池为1.5 mol·L-1的AgNO3溶液，A、BA.断开K1，闭合K2，一段时间后电流计指针归零，此时两池银离子浓度相等

B.实验开始先断开K1，闭合K2，此时NO3-向B电极移动

C.当电流计指针归零后，断开K2，闭合K1，乙池溶液浓度增大

流动电池是一种新型电池。其主要特点是可以通过电解质溶液的循环流动，在电池外部调节电解质溶液，以保持电池内部电极周围溶液浓度的稳定。北京化工大学新开发的一种流动电池如图所示，电池总反应为Cu+PbO2+2H2SA.a为负极，b为正极

B.该电池工作时PbO2电极附近溶液的pH增大

C.调节电解质溶液的方法是补充CuSO4

将反应IO3-+5I-+6H+3I2A.开始加入少量浓硫酸时，乙中石墨电极上发生氧化反应

B.开始加入少量浓硫酸时，同时在甲、乙烧杯中都加入淀粉溶液，只有乙烧杯中溶液变蓝

C.电流计读数为零时，反应达到化学平衡状态

D.两次电流计指针偏转方向相反金属(M)-空气电池具有原料易得，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：2M+O2+2(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)下列说法正确的是(    )A.电解质中的阴离子向多孔电极移动

B.比较Mg、Al、Zn三种金属-空气电池，Mg-空气电池的理论比能量最高

C.空气电池放电过程的负极反应式2M-4e-+4OH-=2M(OH)为减缓钢铁设施在如图所示的情境中腐蚀速率，下列说法正确的是(    )A.此装置设计符合电解池的工作原理

B.金属的还原性应该比的还原性弱

C.当水体环境呈较强酸性时，钢铁设施表面会有气泡冒出

D.当水体环境呈中性时，发生的反应有

二、填空题（本大题共5小题，共40.0分）人们应用原电池原理制作了多种电池，以满足不同的需要．以下每小题中的电池广泛使用于日常生活、生产和科学技术等方面，请根据题中提供的信息，填写空格．

(1)铅蓄电池在放电时发生的电池反应式为：Pb+PbO2+2H2SO4=2PbSO4+2H2O.正极电极反应式为______．

(2)FeCl3溶液常用于腐蚀印刷电路铜板，发生2FeCl3+Cu=2FeCl2+CuCl2，若将此反应设计成原电池，则负极所用电极材料为______，当线路中转移0.2mol电子时，则被腐蚀铜的质量为______g.

(3)将铝片和铜片用导线相连，一组插入浓硝酸中，一组插入烧碱溶液中，分别形成了原电池，在这两个原电池中，负极分别为______．

A.铝片、铜片B.铜片、铝片C.铝片、铝片

(4)燃料电池是一种高效、环境友好的供电装置，如图是电解质为稀硫酸溶液的氢氧燃料电池原理示意图，回答下列问题：

①(1)把a、b、c、d四种金属片浸泡在稀硫酸中，用导线两两相连，可以组成各种原电池。若a、b相连，a为正极；c、d相连，c为负极；a、c相连，c上产生气泡；b、d相连，b质量减小，则四种金属的活动性由强到弱顺序为：_____________。(2)碱性锌锰干电池比普通锌锰电池的使用寿命长且性能高，其构造如图所示，电池反应为：Zn + 2MnO2+ 2H2O = 2MnOOH + Zn(OH)2，其中MnO2作_______极，发生_______反应，电极反应式为__________________________。

① Pt(a)电极是电池的________极，电极反应式为_____________________。②电解质溶液中的H+向______(填“a”或“b”)极移动，电子流入的电极是_________(填“a”或“b”)③该电池工作时消耗11.2L CH4(标准状况下)，则电路中通过燃料电池在生产、生活中用途广泛。(1)某种熔融碳酸盐燃料电池以Li2CO3a处通入的气体为________；CO32-向________(填“M”或“N”)(2)已知6NO为使电池持续放电，离子交换膜需选用________(填“阳”或“阴”)离子交换膜；电极A的电极反应式为________；当有4.48L(已折算成标准状况下的体积)NO2被处理时，转移的电子数为按照要求回答下列问题。(1)工业上，在强碱性条件下用电解法除去废水中的CN-，装置如图所示，依次发生的反应有：i.Cii.2C①除去0.5molCN-，外电路中至少需要转移________②为了使电解池连续工作，需要不断补充_____________________________。(2)一种用离子液体作电解液的混合动力电池放电原理图如图所示，已知充放电时的电池反应为：

4LiAl2①下列说法不正确的是：(

)A.放电时，向正极迁移的是AB.放电时，FePO4极上的电势比C.充电时，阴极反应式：Al2D.充电时，阳极反应式：LiFePO4②该电池放电时的负极反应式为____________________________________________________；(3)蓄电池是一种可以反复充电、放电的装置，有一种蓄电池在充电和放电时发生的反应是：NiO2①该蓄电池充电时阴极的电极反应式为____________________________________；②若用该蓄电池进行电解M(NO3)x溶液时，工作一段时间后消耗0.72g水，电解M(NO3)x溶液时某一极增至Ag，金属M的相对原子质量为___________________将H2S(1)HⅠ克劳斯法HⅡ铁盐氧化法HⅢ光分解法①反应Ⅰ的化学方程式是________________________。②反应Ⅲ体现了H2S的稳定性弱于H2(2)反应Ⅲ硫的产率低，反应Ⅱ的原子利用率低。我国科研人员设想将两个反应耦合，实现由H2S高效产生S和过程甲、乙中，氧化剂分别是_______________。(3)按照设计，科研人员研究如下。①首先研究过程乙是否可行，装置如图。经检验，n极区产生了Fe3+，p极产生了H2。nⅰ.Fⅱ.2H2O-4e-=经确认，ⅰ是产生Fe②光照产生Fe3+后，向n极区注入H2S溶液，有S生成，持续产生电流，研究S产生的原因，设计如下实验方案：________________________。经确认，S是由Fe3+氧化H2(4)综上，反应Ⅱ、Ⅲ能耦合，同时能高效产生H2和S进一步研究发现，除了Fe3+/Fe2+外，I3-/答案和解析1.【答案】D【解析】【分析】

本题考查了原电池原理，难度不大，明确正负极的判断方法，一般是根据金属的活泼性判断正负极，但如：Mg、Al、NaOH溶液构成的原电池，铝作负极，镁作正极，根据电解质溶液参与的化学反应来判断正负极是易错点．

【解答】

该原电池中，A极逐渐变粗，说明A上发生还原反应，A作正极；B极逐渐变细，说明B失电子发生氧化反应，B作负极，则B的活泼性大于A的活泼性，所以排除AC选项；

A极逐渐变粗，说明有金属析出，B选项析出氢气不是金属，D选项析出金属银，所以D符合题意，

故选：D。

2.【答案】C

【解析】【分析】本题考查了影响反应速率的因素．审题时要注意：加快反应速率和不改变氢气的量。【解答】①加水，盐酸浓度降低，反应速率减慢，错误；②加KNO③滴入几滴浓盐酸，使溶液中氢离子浓度增大，反应速率加快，铁的质量固定，所以产生氢气的量不变，正确；④加入铁粉，与盐酸的接触面积增大，反应速率加快，但铁的质量增加，氢气的量则增加，错误；⑤加NaCl溶液，与加水相同，反应速率减慢，错误；⑥加硫酸铜溶液，铁置换铜，与铜形成原电池，加快反应速率，但铁的质量减少，产生的氢气减少，错误；⑦升高温度，反应速率加快，氢气的量不变，正确；⑧盐酸浓度增大，氢离子物质的量不变，所以反应速率加快，氢气的量不变，正确。故选C。3.【答案】C

【解析】【分析】

本题考查原电池构成条件、原电池原理的应用，难度一般，解题关键是理解原电池原理。

【解答】

要探究原电池能加快Zn+H2SO4=ZnSO4+H2↑的反应速率，所设计的装置应该为原电池，由于B、D为电解装置，所以B、4.【答案】A

【解析】【分析】本题考查太阳能光催化和光电催化，为解决天然气和石油化工过程中产生的大量H2S资源高值化转化(H2+S)提供了一个潜在的新途径，是电化学的应用，有一定的难度。

【解答】A.该制氢工艺中光能转化为电能，最终转化为化学能，A正确；

B.该装置工作时，H+在b极区放电生成氢气，则H+从a极区流向b极区，B错误；

C.a极上发生氧化反应，失去电子，所以a极上发生的电极反应式是Fe2+-e-===Fe3+，C错误；

D.a极上发生的电极反应式是5.【答案】A

【解析】解：A.研究硫酸铜的量对氢气生成速率的影响，则需要硫酸的体积、物质的量应相同，由A、F可知结合溶液的总体积为30mL+20mL=50mL，则V1=30，V6=50-30-10=10，故A正确；

B.研究硫酸铜的量对氢气生成速率的影响，则需要硫酸的体积、物质的量应相同，V6=50-30-10=10，反应一段时间后，生成的铜会附着在锌片上，E中的金属呈暗红色，V7=50-30=20，A中无硫酸铜，为锌和硫酸的反应，不会出现金属呈暗红色，故B错误；

C.能与锌发生置换反应且能形成原电池反应的只有Ag2SO4，镁的活泼性强于锌，无法构成原电池，故C错误；

D.因为锌会先与硫酸铜反应，直至硫酸铜反应完才与硫酸反应生成氢气，硫酸铜量较多时，反应时间较长，而且生成的铜会附着在锌片上，会阻碍锌片与硫酸继续反应，氢气生成速率下降，故D错误；

故选：A。

A.研究硫酸铜的量对氢气生成速率的影响，为保证实验有对比性，只能逐渐改变一个变量分析，CuSO4溶液体积逐渐增多，故H 2SO4的量应相等均为30mL，水的量减小，但每组实验中CuSO4与水的体积之和应相等；6.【答案】C

【解析】【分析】

本题考查了原电池中正负极的判断、电极反应式的书写和离子的移动，难度不大，应注意的是负极发生氧化反应，正极发生还原反应。

【解答】

由于氧化性Cr2O72->Fe3+，即Cr2O72-可以将Fe2+氧化为Fe3+，故在原电池中，Fe2+失电子被氧化，故a极为负极；Cr2O72-得电子被还原，故b极为正极。

A.甲烧杯中Fe2+失电子被氧化，即甲池发生氧化反应，故A错误；

B.乙烧杯中C7.【答案】D

【解析】【分析】

本题考查原电池原理，为高频考点，侧重考查学生分析判断、获取信息解答问题及计算能力，明确各个电极上发生的反应、离子交换膜作用、反应速率影响因素、氧化还原反应计算是解本题关键，易错选项是C。

【解答】

A.反应物接触面积越大，反应速率越快，所以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，从而提高反应速率，故A正确；

B.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，则单位质量的电极材料失去电子的物质的量越多则得到的电能越多，假设质量都是1g时，这三种金属转移电子物质的量分别为1g24g/mol×2=112mol、1g27g/mol×3=19mol、1g65g/mol×2=132.5mol，所以Zn-空气电池的理论比能量最低，故B正确；

C.正极上氧气得电子和水反应生成OH-8.【答案】D

【解析】【分析】本题考查原电池的原理，难度一般，解题的关键是对题干信息的解读和对基础知识的灵活运用。

【解答】AB.由反应2Fe3++2I⇌2Fe2++I2可知，反应开始时甲中Fe3+被还原，乙中I-被氧化，A、B项正确；9.【答案】D

【解析】【分析】

本题考查二次电池的充放电工作原理，侧重考查原电池离子移动，溶液的pH变化以及充电的电极反应式书写，分析和灵活运用能力，难度一般。

【解答】

A.放电时为原电池，Zn为负极，负极反应为Zn+2OH--2e-=ZnO+H2O，消耗OH-使负极附近的碱性减弱、pH降低，故A错误；

B.原电池放电时，电解质中阴离子向负极区移动，即OH-通过隔膜从正极区移向负极区，故B错误；

C.原电池中3D-Zn电极为负极，充电时与外加电源的负极相接，故C10.【答案】B

【解析】【分析】

本题考查原电池的工作原理，题目难度中等，明确题中乙醇被氧化为乙酸的特点，注意该燃料电池是酸性电池，侧重于考查学生的分析能力和对基本原理的应用能力。

【解答】

A.该装置是原电池装置，是利用原电池原理，故A错误；

B.盐桥是控制原电池中指定的阴阳离子定向移动，防止阴阳离子在正负极区域大量累积，起到平衡电荷的作用，而在该原电池中，质子交换膜只允许氢离子通过，与盐桥的作用类似，起到平衡电荷作用，故B正确；

C.该电池的负极上乙醇失电子发生氧化反应，由装置图可知酒精在负极被氧气氧化发生氧化反应生成醋酸，则Pt(Ⅰ)极反应为：CH3CH2OH-4e-+H2O=4H11.【答案】D

【解析】【分析】

本题综合考查电解池和原电池的工作原理，为高考常见题型，侧重于学生分析能力、灵活应用能力的考查，有利于培养学生的良好的科学素养，题目难度中等。

【解答】

A.断开K1，闭合K2后，形成浓差电池，当两池银离子浓度相等时，反应停止，电流计指针将归零，故A正确；

B.断开K1，闭合K2后，形成浓差电池，A为正极，B为负极，阴离子移向负极，则NO3-向B极移动，故B正确；

C.闭合K1，断开K2后，为电解池，与电源正极相连的B是阳极，阳极金属银被氧化产生银离子，NO3-向阳极移动，则乙池硝酸银浓度增大，故C正确；12.【答案】C

【解析】【分析】

本题考查了化学电源新型电池，根据原电池原理来分析解答，知道电极上发生的反应即可解答，电极反应式的书写是学习难点，总结归纳书写规律，难度中等。

【解答】

A.根据电池总反应为Cu+PbO2+2H2SO4=CuSO4+PbSO4+2H2O，则铜失电子发生氧化反应为负极，PbO2得电子发生还原反应为正极，所以a为负极，b为正极，故A正确；

B.PbO2得电子发生还原反应为正极，反应式为：PbO213.【答案】B

【解析】【分析】本题考查了原电池原理的应用，注意把握原电池的正负极的判断方法和发生氧化还原反应的类型，题目难度一般。【解答】A.开始加入少量浓硫酸时，乙中I-失电子生成I2，则乙中石墨电极上发生氧化反应，故A正确；

B.乙中I-失电子发生氧化反应生成I2，甲中IO3-得电子发生还原反应生成I2，则加入淀粉溶液，两个烧杯中均变蓝色，故B错误；

C.该反应为可逆反应，当反应达到平衡状态时，各物质的浓度不再改变，则没有电流通过电流计，所以电流计读数为零，故C正确；

D.开始加入少量浓硫酸时，乙中I-失电子生成I2，则乙为负极，甲中IO3-得电子生成I2，则甲为正极，再向甲烧杯中滴入几滴浓14.【答案】C

【解析】【分析】

本题考查原电池原理，为高频考点，侧重考查学生分析判断、获取信息解答问题及计算能力，明确各个电极上发生的反应、离子交换膜作用即可解答，注意电极反应式的书写，题目难度不大。

【解答】

由电池放电的总反应方程式为：2M+O2+2H2O=2M(OH)2可知，M为负极，通入氧气的多孔电极为正极，

A、金属(M)-空气电池中M为负极，通入氧气的多孔电极为正极，放电时，阴离子移向负极M电极，故A错误；

B、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，则单位质量的电极材料失去电子的物质的量越多则得到的电能越多，假设质量都是1g时，这三种金属转移电子物质的量分别为124×2mol=112mol、127×3mol=19mol、165×2mol=132.5mol，所以Al-空气电池的理论比能量最高，故B错误；

C、该原电池中金属M发生失电子的氧化反应生成M(OH)2，电极反应式为2M-415.【答案】C

【解析】【解析】

本题考查了原电池的相关知识，考生掌握好如何判断原电池的正负极是解答此题的关键，难度不大。

【解答】

A.该装置为牺牲阳极的阴极保护法，符合原电池的工作原理，故A错误；

B.金属的还原性应该比的还原性强才能失去电子，从而保护铁不被腐蚀，故B错误；

C.当水体环境呈较强酸性时，H+向钢铁设施一极移动，得到电子生成氢气，钢铁设施表面会有气泡冒出，故C正确；

D.当水体环境呈中性时，发生吸氧腐蚀，O2得到电子，反应O2+4e-+H2O=4O16.【答案】PbO2+4H++SO42-+2e【解析】解：(1)放电时，正极上PbO2得电子，正极反应式为PbO2+4H++SO42-+2e-=PbSO4+2H2O，

故答案为：PbO2+4H++SO42-+2e-=PbSO4+2H2O；

(2)该电池反应中，铜失电子发生氧化反应，作负极；负极反应式为Cu-2e-=Cu2+，则当线路中转移0.2mol电子时，反应的Cu为0.1mol，其质量为6.4g，

故答案为：Cu；6.4；

(3)铝片和铜片插入浓HNO3溶液中，金属铝会钝化，金属铜和浓硝酸之间会发生自发的氧化还原反应，此时金属铜时负极，金属铝是正极；

插入稀NaOH溶液中，金属铜和它不反应，金属铝能和氢氧化钠发生自发的氧化还原反应，此时金属铝是负极，金属铜是正极，

故答案为：B17.【答案】(1)b>a>c>d；

(2)正极，还原，MnO2+H2O+e-=MnOOH+OH-；

(3)①负极，CH【解析】【分析】

本题考查原电池的应用、常见电池正负极的判断、电极反应式的书写及电路中电子的计算等，难度一般。

【解答】

(1)a、b相连，a为正极，则金属性b>a；c、d相连，c为负极，则金属性c>d；a、c相连，c上产生气泡，c是正极，则金属性a>c；b、d相连，b质量减小，b是负极，则金属性b>d，则四种金属的活动性由强到弱顺序为：b>a>c>d；故答案为：b>a>c>d；

(2)根据化合价Mn由+4价变到+3价，化合价降低，被还原，所以MnO2作正极，发生还原反应，电极反应式为MnO2+H2O+e-=MnOOH+OH-；故答案为：正极；还原；MnO2+H2O+e-=MnOOH+OH-；

(3)甲烷燃料电池中，甲烷做负极，空气为正极，所以① Pt(a)电极是电池的负极，电极反应式为CH4+2H2O-8e-=CO218.【答案】(1)CH4；M；O2+2CO2+4【解析】【分析】

本题考查了化学电源新型电池，明确原电池中物质得失电子、电子流向、离子流向即可解答，难点是电极反应式书写，要根据电解质确定正负极产物，难度中等。

【解答】

(1)燃料电池中通入燃料的电极是负极、通入氧化剂的电极式正极，根据电子流向可知，左边电极是负极、右边电极是正极，所以a是CH4，b是O2；原电池放电时，阴离子向负极移动，则碳酸根离子向负极移动；正极上氧气得电子和二氧化碳反应生成碳酸根离子，电极反应式为O2+2CO2+4e-=2CO32-；  故答案为CH4，M，O19.【答案】(1)①2.5；

②NaOH和NaCl；

(2)①AC

；

②Al-3e-+7A