2025版高考化学一轮总复习真题演练第6章化学反应与能量第21讲原电池和化学电源

第21讲原电池和化学电源命题分析近几年高考对原电池的考查，以生产、生活、科技等中的问题为载体，考查原电池原理及其应用、氢氧燃料电池(燃料电池)的原理及应用。真题演练1．(2024·新课标，10,6分)一种以V2O5和Zn为电极、Zn(CF3SO3)2水溶液为电解质的电池，其示意图如下所示。放电时，Zn2＋可插入V2O5层间形成ZnxV2O5·nH2O。下列说法错误的是(C)A．放电时V2O5为正极B．放电时Zn2＋由负极向正极迁移C．充电总反应：xZn＋V2O5＋nH2O=ZnxV2O5·nH2OD．充电阳极反应：ZnxV2O5·nH2O－2xe－=xZn2＋＋V2O5＋nH2O[解析]放电时，Zn为负极，负极反应为xZn－2xe－=xZn2＋，V2O5为正极，正极反应为V2O5＋xZn2＋＋nH2O＋2xe－=ZnxV2O5·nH2O，总反应为xZn＋V2O5＋nH2O=ZnxV2O5·nH2O；放电时Zn2＋由负极移向正极；充电时总反应为ZnxV2O5·nH2O=xZn＋V2O5＋nH2O，阳极反应为ZnxV2O5·nH2O－2xe－=V2O5＋xZn2＋＋nH2O。综上所述，A、B、D均正确，C不正确。2．(2024·全国乙卷，12,6分)室温钠—硫电池被认为是一种成本低、比能量高的能源存储系统。一种室温钠—硫电池的结构如图所示。将钠箔置于聚苯并咪唑膜上作为一个电极，表面喷涂有硫黄粉末的炭化纤维素纸作为另一电极。工作时，在硫电极发生反应：eq\f(1,2)S8＋e－→eq\f(1,2)Seq\o\al(2－,8)，eq\f(1,2)Seq\o\al(2－,8)＋e－→Seq\o\al(2－,4)，2Na＋＋eq\f(x,4)Seq\o\al(2－,4)＋2eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(1－\f(x,4)))e－→Na2Sx下列叙述错误的是(A)A．充电时Na＋从钠电极向硫电极迁移B．放电时外电路电子流淌的方向是a→bC．放电时正极反应为：2Na＋＋eq\f(x,8)S8＋2e－→Na2SxD．炭化纤维素纸的作用是增加硫电极导电性能[解析]依据工作时硫电极上发生的反应可知，硫电极得电子发生还原反应，则放电时，硫电极(b极)为正极、钠电极(a极)为负极；充电时，a极为阴极、b极为阳极。充电时，阳离子向阴极移动，则Na＋移向钠电极，A项错误；放电时，电子经外电路由负极流向正极，B项正确；依据题给硫电极上的反应，结合电荷守恒可得放电时正极反应为2Na＋＋eq\f(x,8)S8＋2e－→Na2Sx，C项正确；炭化纤维素纸的导电性强，可增加硫电极的导电性能，D项正确。3．(2024·山东卷，11(改编)，4分)利用热再生氨电池可实现CuSO4电镀废液的浓缩再生。电池装置如图所示，甲、乙两室均预加相同的CuSO4电镀废液，向甲室加入足量氨水后电池起先工作。下列说法不正确的是(B)A．甲室Cu电极为负极B．隔膜为阳离子膜C．电池总反应为Cu2＋＋4NH3=[Cu(NH3)4]2＋D．NH3扩散到乙室将对电池电动势产生影响[解析]甲室中发生反应：Cu2＋(aq)＋4NH3·H2O(aq)=[Cu(NH3)4]2＋＋4H2O，依据Cu2＋的浓度差可以设计浓差电池。NH3通入甲室发生反应NH3＋H2O=NH3·H2O，溶液中Cu2＋与NH3·H2O结合生成[Cu(NH3)4]2＋，Cu2＋＋4NH3·H2O=[Cu(NH3)4]2＋＋4H2O，甲室Cu电极上发生失电子的氧化反应Cu－2e－=Cu2＋，则甲室中总反应为Cu－2e－＋4NH3=[Cu(NH3)4]2＋；乙室Cu电极上发生得电子的还原反应Cu2＋＋2e－=Cu，乙室中SOeq\o\al(2－,4)向甲室移动，甲室中[Cu(NH3)4]SO4浓度增大，排出收集，低温热解生成CuSO4和NH3，NH3回到甲室中生成NH3·H2O循环运用。甲室中Cu电极为负极，A项正确；因须要在甲室中实现CuSO4溶液的再生，故须要使乙室中SOeq\o\al(2－,4)通过阴离子交换膜进入甲室，B项错误；上述分析中甲室中总反应与乙室中Cu电极的电极反应相加得总反应Cu2＋＋4NH3=[Cu(NH3)4]2＋，C项正确；假如NH3进入乙室，则乙室中Cu2＋浓度降低，浓差电池的电动势差将减小，D项正确。本讲要点速记：1．原电池中的能量转化及本质(1)能量转化：化学能转化为电能。(2)反应本质：自发进行的氧化还原反应。2．原电池中粒子的“移动方向”(1)外电路中电子移动方向：负极→正极。(2)外电路中电流方向：正极→负极。(3)电池内部离子移动方向：阴离子→负极，阳离子→正极。(4)盐桥中(含饱和KCl溶液)离子移动方向：K＋→正极，Cl－→负极。3．推断原电池正负极的六种方法电极材料、电极现象、电子移动方向、离子移动方向、得失电子、电解质溶液。(1)负极：较活泼金属、氧化反应、电子流出、电流流入、阴离子移向的一极、不断溶解。(2)正极：不活泼金属或非金属、还原反应、电子流入、电流流出、阳离子移向的一极、电极增重。4．化学电源中电极反应式书写的一般方法(1)明确两极的反应物。(2)明确干脆产物：依据负极氧化、正极还原，明确两极的干脆产物。(3)确定最终产物：依据介质环境和共存原则，找出参与的介质粒子，确定最终产物。(4)配平：依据电荷守恒、原子守恒配平电极反应式。留意：①H＋在碱性环境中不存在；②O2－在水溶液中不存在，在酸性环境中结合H＋，生成H2O，在中性或碱性环境中结合H2O，生成OH－；③若已知总反应式时，可先写出较易书写的一极的电极反应式，然后在电子守恒的基础上，总反应式减去较易写出的一极的电极反应式，即得到较难写出的另一极的电极反应式。5．充电电池类题目的解答方法(1)电池放电时发生原电池反应，充电时发生电解池反应，在充电时电池的负极接电源的负极，即负极接负极后为阴极，正极接正极后为阳极。(2)充电时的阴极反应与放电时的负极反应、充电时的阳极反应与放电时的正极反应分别互为逆反应。(3)阳极和负极都发生氧化反