专题31原电池原理与应用（教师版）-十年（2012-2021）高考化学真题分项汇编

专题31原电池原理与应用专题31原电池原理与应用1．（2021·广东真题）火星大气中含有大量，一种有参加反应的新型全固态电池有望为火星探测器供电。该电池以金属钠为负极，碳纳米管为正极，放电时A．负极上发生还原反应 B．在正极上得电子C．阳离子由正极移向负极 D．将电能转化为化学能【答案】B【解析】根据题干信息可知，放电时总反应为4Na+3CO2=2Na2CO3+C。A．放电时负极上Na发生氧化反应失去电子生成Na+，故A错误；B．放电时正极为CO2得到电子生成C，故B正确；C．放电时阳离子移向还原电极，即阳离子由负极移向正极，故C错误；D．放电时装置为原电池，能量转化关系为化学能转化为电能和化学能等，故D错误；综上所述，符合题意的为B项，故答案为B。2．（2019·上海高考真题）关于下列装置，叙述错误的是（）A．石墨电极反应O2+4H++4e→2H2OB．鼓入少量空气，会加快Fe的腐蚀C．加入少量NaCl，会加快Fe的腐蚀D．加入HCl，石墨电极反应式：2H++2e→H2【答案】A【解析】该装置为原电池，铁为负极，石墨为正极。A．石墨电极为正极，溶液为中性，空气中的氧气得到电子，电极反应为O2+2H2O+4e=4OH，错误；B．鼓入少量空气，增加氧气的浓度，加快反应速率，正确；C．加入少量氯化钠，溶液导电能力增强，能加快铁的腐蚀，正确；D．加入氯化氢，发生析氢腐蚀，石墨电极上氢离子得到电子生成氢气，电极反应式为：2H++2e→H2，正确；答案选A。3．（2018·浙江高考真题）锂(Li)—空气电池的工作原理如图所示下列说法不正确的是A．金属锂作负极，发生氧化反应B．Li+通过有机电解质向水溶液处移动C．正极的电极反应：O2+4e—==2O2—D．电池总反应：4Li+O2+2H2O==4LiOH【答案】C【解析】A．在锂空气电池中，金属锂失去电子，发生氧化反应，为负极，正确；B．Li在负极失去电子变成了Li+，会通过有机电解质向水溶液处（正极）移动，正确；C．正极氧气得到了电子后与氢结合形成氢氧根，电极方程式为O2+4e+2H2O=4OH，错误；D．负极的反应式为Lie=Li+，正极反应式为O2+4e+2H2O=4OH，电池的总反应则为4Li+O2+2H2O==4LiOH，正确。综上所述，本题的正确答案为C。4．（2017·浙江高考真题）金属(M)空气电池的工作原理如图所示。下列说法不正确的是A．金属M作电池负极B．电解质是熔融的MOC．正极的电极反应D．电池反应【答案】B【解析】根据图示，金属M为负极，通入空气的电极为正极。A．金属M作电池负极，正确；B．根据图示，电解质是熔融的M(OH)2，错误；C．正极发生还原反应，电极反应，正确；D．负极M失去电子生成M2+，结合C的分析，电池反应，正确；答案选B。5．（2019·浙江高考真题）化学电源在日常生活和高科技领域中都有广泛应用。下列说法不正确的是A．Zn2+向Cu电极方向移动，Cu电极附近溶液中H+浓度增加B．正极的电极反应式为Ag2O＋2e−＋H2O2Ag＋2OH−C．锌筒作负极，发生氧化反应，锌筒会变薄D．使用一段时间后，电解质溶液的酸性减弱，导电能力下降【答案】A【解析】A．Zn较Cu活泼，做负极，Zn失电子变Zn2+，电子经导线转移到铜电极，铜电极负电荷变多，吸引了溶液中的阳离子，因而Zn2+和H+迁移至铜电极，H+氧化性较强，得电子变H2，因而c(H+)减小，错误；B．Ag2O作正极，得到来自Zn失去的电子，被还原成Ag,结合KOH作电解液，故电极反应式为Ag2O＋2e−＋H2O2Ag＋2OH−，正确；C．Zn为较活泼电极，做负极，发生氧化反应，电极反应式为Zn2e=Zn2+，锌溶解，因而锌筒会变薄，正确；D．铅蓄电池总反应式为PbO2+Pb+2H2SO42PbSO4+2H2O，可知放电一段时间后，H2SO4不断被消耗，因而电解质溶液的酸性减弱，导电能力下降，正确。故答案选A。6．（2015·天津高考真题）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【答案】C【解析】A．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，错误；B．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，错误；C．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，正确；D．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，错误；本题选C。7．（2016·上海高考真题）图1是铜锌原电池示意图。图2中，x轴表示实验时流入正极的电子的物质的量，y轴表示（）A．铜棒的质量 B．c(Zn2＋) C．c(H＋) D．c(SO42)【答案】C【解析】铜锌原电池中，Zn是负极，失去电子发生氧化反应，电极反应为Zn2e=Zn2+，Cu是正极，氢离子得电子发生还原反应，电极反应为2H++2e=H2↑。则A．Cu是正极，氢离子得电子发生还原反应，Cu棒的质量不变，错误；B．由于Zn是负极，不断发生反应Zn2e=Zn2+，所以溶液中c（Zn2+）增大，错误；C．由于反应不断消耗H+，所以溶液的c（H+）逐渐降低，正确；D．SO42不参加反应，其浓度不变，错误；故选C。8．（2012·福建高考真题）将下图所示实验装置的K闭合，下列判断正确的是A．Cu电极上发生还原反应B．电子沿Zn→a→b→Cu路径流动C．片刻后甲池中c(SO42)增大D．片刻后可观察到滤纸b点变红色【答案】A【解析】关闭K后，甲、乙装置能自发的进行氧化还原反应，所以是原电池，锌易失电子作负极，铜作正极，则含有硫酸钠溶液的滤纸是电解池，a是阴极，b是阳极。A、铜电极上铜离子得电子发生还原反应生成铜，正确；B、电子从Zn→a，b→Cu路径流动，电子不能进入电解质溶液，错误；C、锌作负极，负极上锌失电子发生氧化反应生成锌离子进入溶液，硫酸根离子不参加反应，所以硫酸根离子浓度不变，错误；D、电解池中，a电极上氢离子放电生成氢气，同时a电极附近生成氢氧根离子，导致溶液碱性增强，所以a点变红色，错误；答案选A。9．（2013·海南高考真题）MgAgCl电池是一种能被海水激活的一次性贮备电池，电池反应方程式为：2AgCl+Mg=Mg2++2Ag+2Cl。有关该电池的说法正确的是A．Mg为电池的正极B．负极反应为AgCl+e=Ag+ClC．不能被KCl溶液激活D．可用于海上应急照明供电【答案】D【解析】A、根据电极总电极反应式，化合价升高的作负极，Mg作负极，错误；B、AgCl作正极，错误；C、KCl属于电解质，能被激活，错误；D、利用海水作电解质溶液，故正确。故选D。10．（2012·全国高考真题）①②③④四种金属片两两相连浸入稀硫酸中都可组成原电池．①②相连时，外电路电流从②流向①；①③相连时，③为正极；②④相连时，②上有气泡逸出；③④相连时，③的质量减少．据此判断这四种金属活泼性由大到小的顺序是（）A．①③②④ B．①③④② C．③④②① D．③①②④【答案】B【解析】组成原电池时，负极金属较为活泼，可根据电子、电流的流向以及反应时正负极的变化判断原电池的正负极，则可判断金属的活泼性强弱。组成原电池时，负极金属较为活泼，①②相连时，外电路电流从②流向①，说明①为负极，活泼性①＞②；①③相连时，③为正极，活泼性①＞③；②④相连时，②上有气泡逸出，应为原电池的正极，活泼性④＞②；③④相连时，③的质量减少，③为负极，活泼性③＞④；综上分析可知活泼性：①＞③＞④＞②；故选B。11．（2015·全国高考真题）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+6H2O24e=6CO2+24H+，正极的电极反应式为O2+4e+4H+═2H2O，因此CO2在负极产生，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，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，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，正确；故选A。12．（2011·广东高考真题）某小组为研究电化学原理，设计如图装置。下列叙述不正确的是A．a和b不连接时，铁片上会有金属铜析出B．a和b用导线连接时，铜片上发生的反应为：Cu2＋+2e=CuC．无论a和b是否连接，铁片均会溶解，溶液从蓝色逐渐变成浅绿色D．a和b分别连接直流电源正、负极，电压足够大时，Cu2＋向铜电极移动【答案】D【解析】A．a和b不连接时，铁和铜离子发生置换反应，所以铁片上有铜析出，正确；B．a和b连接时，该装置构成原电池，铁作负极，铜作正极，正极上铜离子得电子发生还原反应，电极反应式为Cu2++2e═Cu，正确；C．无论a和b是否连接，铁都失电子发生氧化反应，所以铁都溶解，正确；D．a和b分别连接直流电源正、负极，在电解池中阳离子向负极移动，铜离子向铁电极移动，错误；故选D。13．（2013·上海高考真题）糕点包装中常见的脱氧剂组成为还原性铁粉、氯化钠、炭粉等，其脱氧原理与钢铁的吸氧腐蚀相同。下列分析正确的是A．脱氧过程是吸热反应，可降低温度，延长糕点保质期B．脱氧过程中铁作原电池正极，电极反应为：Fe3e=Fe3+C．脱氧过程中碳做原电池负极，电极反应为：2H2O+O2+4e=4OHD．含有1．12g铁粉的脱氧剂，理论上最多能吸收氧气336mL（标准状况）【答案】D【解析】A．脱氧过程是放热反应，可吸收氧气，延长糕点保质期，A不正确；B．脱氧过程中铁作原电池负极，电极反应为Fe2e=Fe2+，B不正确；C．脱氧过程中碳做原电池正极，电极反应为2H2O+O2+4e=4OH，C不正确；D．含有1.12g铁粉的脱氧剂，铁的物质的量为0.02mol，其最终被氧化为氢氧化铁，电子转移总量为0.06mol，理论上最多能吸收氧气0.015mol，其体积在标准状况下为336mL，D正确。故选D。14．（2016·全国高考真题）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Mg2e=Mg2+B．正极反应式为Ag++e=AgC．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，活泼金属Mg是还原剂、AgCl是氧化剂，金属Mg作负极，正极反应为：2AgCl+2e═2C1+2Ag，负极反应式为：Mg2e=Mg2+，A、负极反应式为：Mg2e=Mg2+，正确；B、正极反应为：2AgCl+2e═2C1+2Ag，错误；C、原电池中阴离子移向负极，则Cl在正极产生由正极向负极迁移，正确；D、镁是活泼金属与水反应，即Mg+2H2O=Mg（OH）2+H2↑，正确。答案选B。15．（2007·全国高考真题）在盛有稀H2SO4的烧杯中放入用导线连接锌片和铜片，下列叙述正确的是A．正极附近的SO42―离子浓度逐渐增大B．电子通过导线由铜片流向锌片C．正极有O2逸出D．铜片上有H2逸出【答案】D【解析】相对活泼的锌做负极，失去的电子经导线流向正极，溶液中的氢离子在正极得电子逸出氢气；负极极反应：Zn－2e－=Zn2＋；正极极反应：2H＋＋2e－=H2↑；阳离子移向原电池的正极，阴离子移向负极，所以负极附近的SO42离子浓度逐渐增大；故选D。16．（2010·湖南高考真题）根据下图，可判断出下列离子方程式中错误的是A．2Ag(s)＋Cd2＋(aq)=2Ag＋(aq)＋Cd(s)B．C．2Ag＋(aq)＋Cd(s)=2Ag(s)＋Cd2＋(aq)D．【答案】A【解析】根据图中电极标有“+”和“”，可确定分别为正极和负极，且金属做电极，负极金属活动性强于正极金属，结合原电池装置可判断金属性分别为Cd＞Co和Co＞Ag，即Cd＞Co＞Ag。A、由于金属性Cd强于Ag，则2Ag(s)＋Cd2＋(aq)=2Ag＋(aq)＋Cd(s)反应不可能发生，错误；B、由于金属性Cd强于Co，则反应可以发生，正确；C、由于金属性Cd强于Ag，则2Ag＋(aq)＋Cd(s)=2Ag(s)＋Cd2＋(aq)反应可以发生，正确；D、由于金属性Co强于Ag，则反应可以发生，正确；答案选A。17．（2012·上海高考真题）右图装置中发生反应的离子方程式为：Zn＋2H＋=Zn2＋＋H2↑，下列说法错误的是A．a、b不可能是同种材料的电极B．该装置可能是电解池，电解质溶液为稀盐酸C．该装置可能是原电池，电解质溶液为稀盐酸D．该装置可看作是铜－锌原电池，电解质溶液是稀硫酸【答案】A【解析】A、如果此装置是电解池装置，阴阳两极可以都为锌，电解质溶液是硫酸溶液，错误；B、如果是电解池，阳极是锌，电极反应式：Zn－2e－=Zn2＋，阴极：2H＋＋2e－=H2↑，正确；B、如果是原电池，负极为Zn，反应式为Zn－2e－=Zn2＋，正极反应式：2H＋＋2e－=H2↑，正确；D、锌比铜活泼，锌作负极，负极为Zn，反应式为Zn－2e－=Zn2＋，铜作正极，正极反应式：2H＋＋2e－=H2↑，正确.18．（2013·全国高考真题）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，再将变黑的银器漫入该溶液中，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+Al2S3D．黑色褪去的原因是黑色Ag2S转化为白色AgCl【答案】B【解析】A．银器放在铝制容器中，由于铝的活泼性大于银，故铝为负极，失电子，银为正极，银表面的Ag2S得电子，析出单质银，所以银器质量减小，错误；B．银作正极，正极上Ag2S得电子作氧化剂，在反应中被还原生成单质银，正确；C．Al2S3在溶液中不能存在，会发生双水解反应生成H2S和Al(OH)3，错误；D．黑色褪去是Ag2S转化为Ag而不是AgCl，错误；故选B。19．（2008·广东高考真题）用铜片、银片、Cu(NO3)2溶液、AgNO3溶液、导线和盐桥（装有琼脂KNO3的U型管）构成一个原电池。以下有关该原电池的叙述正确的是（）①在外电路中，电流由铜电极流向银电极②正极反应为：Ag++e=Ag③实验过程中取出盐桥，原电池仍继续工作④将铜片浸入AgNO3溶液中发生的化学反应与该原电池反应相同A．①② B．②③ C．②④ D．③④【答案】C【解析】原电池中，较活泼的金属铜作负极，负极上金属铜失去电子发生氧化反应，较不活泼的金属银作正极，正极上银离子得电子发生还原反应，外电路上，电子从负极沿导线流向正极，①在外电路中，电流由银电极流向铜电极，故错误；②正极上得电子发生还原反应，所以反应为：Ag++e=Ag，故正确；③实验过程中取出盐桥，不能构成闭合回路，所以原电池不能继续工作，故错误；④将铜片浸入AgNO3溶液中发生的化学反应与该原电池反应相同，故正确。答案选C。20．（2013·山东高考真题）对于反应CO（g）+H2O（g）CO2（g）+H2（g）△H﹤0，在其他条件不变的情况下A．加入催化剂，改变了反应的途径，反应的△H也随之改变B．改变压强，平衡不发生移动，反应放出的热量不变C．升高温度，反应速率加快，反应放出的热量不变D．若在原电池中进行，反应放出的热量不变【答案】B【解析】A．催化剂虽然改变了反应途径，反应物、生成物的状态不变，所以△H不变，A错误；B．反应前后体积不变，则改变压强（压缩气体或扩大容积），平衡不发生移动，反应放出的热量不变，B正确；C．该反应是放热反应，升高温度，化学反应速率加快，反应的△H不变，但由于平衡向逆反应方向进行，放出的热量减少，C错误；D．若在原电池中进行，反应不放出热量，而是将化学能转换为电能，D错误。答案选B。21．（2013·全国高考真题）“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+2ClD．钠离子通过钠离子导体在两电极间移动【答案】B【解析】A．在反应中，Na失去电子变为Na+,与电解质中的Cl结合形成NaCl，所以电池反应中有NaCl生成，正确；B．在电池正极是NiCl2+2e=Ni+2Cl－,所以其总反应是金属钠还原Ni2+变为Ni，错误；C．根据电池结构及工作原理可知：正极反应为：NiCl2+2e－=Ni+2Cl－，正确；D．根据同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引的原则，钠离子通过钠离子导体从负极移向正极，正确；答案选B。22．（2009·上海高考真题）茫茫黑夜中，航标灯为航海员指明了方向。航标灯的电源必须长效、稳定。我国科技工作者研制出以铝合金、PtFe合金网为电极材料的海水电池。在这种电池中①铝合金是阳极②铝合金是负极③海水是电解液④铝合金电极发生还原反应A．②③ B．②④ C．①② D．①④【答案】A【解析】①原电池中电极分为正、负极，故①错误；②一般较活泼的金属为原电池的负极，铝合金为负极，②正确；③电极在海水中，故海水为电解质溶液，③正确；④铝合金为负极，原电池的负极发生氧化反应，④错误；答案选A。23．（2016·浙江高考真题）如图所示进行实验，下列说法不正确的是A．装置甲的锌片上和装置乙的铜片上均可观察到有气泡产生B．甲、乙装置中的能量变化均为化学能转化为电能C．装置乙中的锌、铜之间用导线连接电流计，可观察到电流计指针发生偏转D．装置乙中负极的电极反应式：Zn－2e－===Zn2＋【答案】B【解析】A．装置甲的锌片与硫酸反应生成硫酸锌和氢气，装置乙中锌片、铜片和稀硫酸组成的原电池装置中，铜片作正极，正极上氢离子得电子发生还原反应，所以甲的锌片上和装置乙的铜片上均可观察到有气泡产生，正确；B．装置甲的锌片与硫酸反应生成硫酸锌和氢气没有形成原电池，错误；C．装置乙中锌片、铜片和稀硫酸组成的原电池装置中，所以锌、铜之间用导线连接电流计，可观察到电流计指针发生偏转，正确；D．装置乙中锌片、铜片和稀硫酸组成的原电池装置中，锌片的活泼性大于铜片的活泼性，所以锌片作负极，负极上锌失电子发生氧化反应，电极反应式：Zn2e═Zn2+，正确；故选B。24．（2016·海南高考真题）某电池以K2FeO4和Zn为电极材料，KOH溶液为电解溶质溶液。下列说法正确的是A．Zn为电池的负极B．正极反应式为2FeO42−+10H＋+6e－=Fe2O3+5H2OC．该电池放电过程中电解质溶液浓度不变D．电池工作时OH−向负极迁移【答案】AD【解析】A．根据化合价升降判断，Zn化合价只能上升，故为负极材料，K2FeO4为正极材料，A正确；B．KOH溶液为电解质溶液，则正极电极方程式为2FeO42−+6e−+8H2O=2Fe(OH)3+10OH−，错误；C．电池总反应为2K2FeO4+3Zn+8H2O=2Fe(OH)3+3Zn(OH)2+4KOH，因此该电池放电过程中电解质溶液浓度增大，C错误；D．电池工作时阴离子OH−向负极迁移，D正确；故选AD。25．（2014·海南高考真题）锂锰电池的体积小、性能优良，是常用的一次电池。该电池反应原理如图所示，其中电解质LiClO4，溶于混合有机溶剂中，Li+通过电解质迁移入MnO2晶格中，生成LiMnO2。回答下列问题：（1）外电路的电流方向是由________极流向________极(填字母)。（2）电池正极反应式为___________________________________。（3）是否可用水代替电池中的混合有机溶剂？________(填“是”或“否”)，原因是________________________________________________________________。（4）MnO2可与KOH和KClO3在高温下反应，生成K2MnO4，反应的化学方程式为_______________________________________________。K2MnO4