专题37 原电池原理与应用 十年（2015-2024）高考化学真题分类汇编(解析版)

2013-2024年十年高考真题汇编PAGEPAGE1专题37原电池原理与应用考点十年考情(2015-2024)命题趋势考点1原电池原理2024·北京卷、2024·江苏卷、2023•海南卷、2016·全国II卷、2016·海南卷、2015·北京卷、2015·天津卷随着全球能源逐渐枯竭，研发，推广新型能源迫在眉睫，因此，新型化学电池成为科学家研究的重点方向之一，也成为高考的高频考点之一。高考有关原电池的命题一直是常考常新，命题背景新、设问角度新、解答方式新。虽然电池的种类多样，但主要考查内容离不开原电池的基本工作原理，着重考查考生对原理的迁移应用能力。命题主要有两种形式：(1)在选择题中，常通过新型电池对原电池的工作原理进行考查，分值为2~6分。对原电池原理的复习备考应该针对以下几点：一是理解原电池基本原理；二是陌生电池电极反应式的书写。考点2原电池原理应用(选择题)2024·全国新课标卷、2023•山东卷、2022•湖南选择性卷、2022·浙江省1月卷、2021•河北选择性卷、2021•广东选择性卷、2020•新课标Ⅱ卷、2020•天津卷、2019•上海卷、2019•浙江4月卷、2018·浙江、2018•新课标Ⅰ卷、2017•新课标Ⅲ卷、2016•新课标Ⅱ卷、2016•浙江卷、2016•海南卷、2016•上海卷、2016·浙江理综、2015·海南卷考点3原电池原理综合应用(非选择题)2020•新课标Ⅰ卷、2018•天津卷、2015·安徽卷、2015·全国卷Ⅱ、2015·海南卷考点1原电池原理1．(2024·北京卷，3，3分)酸性锌锰干电池的构造示意图如下。关于该电池及其工作原理，下列说法正确的是()A．石墨作电池的负极材料 B．电池工作时，NH4+向负极方向移动C．MnO2发生氧化反应 D．锌筒发生的电极反应为Zn-2e-=Zn2＋【答案】D【解析】A项，酸性锌锰干电池，锌筒为负极，石墨电极为正极，故A错误；B项，原电池工作时，阳离子向正极(石墨电极)方向移动，故B错误；C项，MnO2发生得电子的还原反应，故C错误；D项，锌筒为负极，负极发生失电子的氧化反应Zn-2e-=Zn2＋，故D正确；故选D。2．(2024·江苏卷，8，3分)碱性锌锰电池的总反应为Zn+2MnO2+H2O=ZnO+2MnOOH，电池构造示意图如图所示。下列有关说法正确的是()A．电池工作时，MnO2发生氧化反应B．电池工作时，OH-通过隔膜向正极移动C．环境温度过低，不利于电池放电D．反应中每生成1molMnOOH，转移电子数为2×6.02×10-23【答案】C【解析】Zn为负极，电极反应式为：Zn-2e-+2OH-=ZnO+H2O，MnO2为正极，电极反应式为：MnO2+e-+H2O=MnOOH+OH-。A项，电池工作时，MnO2为正极，得到电子，发生还原反应，故A错误；B项，电池工作时，OH-通过隔膜向负极移动，故B错误；C项，环境温度过低，化学反应速率下降，不利于电池放电，故C正确；D项，由电极反应式MnO2+e-+H2O=MnOOH+OH-可知，反应中每生成1molMnOOH，转移电子数为6.02×10-23，故D错误；故选C。3．(2023•海南卷，8)利用金属Al、海水及其中的溶解氧可组成电池，如图所示。下列说法正确的是()A．b电极为电池正极B．电池工作时，海水中的Na+向a电极移动C．电池工作时，紧邻a电极区域海水呈强碱性D．每消耗1kgAl，电池最多向外提供37mol电子的电量【答案】A【解析】铝为活泼金属，发生氧化反应为负极，则石墨为正极。A项，由分析可知，b电极为电池正极，A正确；B项，电池工作时，阳离子向正极移动，故海水中的Na+向b电极移动，B错误；C项，电池工作时，a电极反应为铝失去电子生成铝离子Al-3e-=Al3+，铝离子水解显酸性，C错误；D项，由C分析可知，每消耗1kgAl(为)，电池最多向外提供mol电子的电量，D错误；故选A。4．(2016·全国II卷，11)Mg-AgCl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-=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】根据题意，电池总反应式为：Mg+2AgCl=MgCl2+2Ag，正极反应为：2AgCl+2e-=2Cl-+2Ag，负极反应为：Mg-2e-=Mg2+，A项正确，B项错误；对原电池来说，阴离子由正极移向负极，C项正确；由于镁是活泼金属，则负极会发生副反应Mg+2H2O=Mg(OH)2+H2↑，D项正确；故选B。5．(2016·海南卷，10)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−+6e−+10H+=Fe2O3+5H2OC．该电池放电过程中电解质溶液浓度不变D．电池工作时向负极迁移【答案】AD【解析】A项，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，正确；B项，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项，该电池放电过程中电解质溶液浓度减小，错误；D项，电池工作时阴离子OH−向负极迁移，正确；故选AD。6．(2015·北京卷，12)在通风橱中进行下列实验：步骤现象Fe表面产生大量无色气泡，液面上方变为红棕色Fe表面产生少量红棕色气泡后，迅速停止Fe、Cu接触后，其表面均产生红棕色气泡下列说法不正确的是()A．Ⅰ中气体由无色变红棕色的化学方程式：2NO+O2=2NO2B．Ⅱ中的现象说明Fe表面形成致密的氧化层，阻止Fe进一步反应C．对比Ⅰ、Ⅱ中现象，说明稀HNO3的氧化性强于浓HNO3D．针对Ⅲ中现象，在Fe、Cu之间连接电流计，可判断Fe是否被氧化【答案】C【解析】步骤Ⅰ是铁与稀硝酸反应生成无色气体NO，NO被空气中的氧气氧化生成红棕色的NO2气体，故A正确；步骤Ⅱ的现象是因为铁发生了钝化，Fe表面形成致密的氧化层，阻止Fe进一步反应，故B正确；步骤Ⅱ反应停止是因为发生了钝化，不能用来比较稀硝酸和浓硝酸的氧化性强弱，物质氧化性强弱只能通过比较物质得电子能力强弱来分析，故C错误；步骤Ⅲ中Fe、Cu都能与硝酸反应，二者接触，根据构成原电池条件，要想验证铁是否为负极、发生氧化反应，可以连接电流计，故D正确。7．(2015·天津卷，4)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】由锌铜原电池原理可知，锌电极为负极，失电子，发生氧化反应，铜电极为正极，得电子，发生还原反应，A项错误；阳离子交换膜只允许阳离子和水分子通过，两池中c(SO42-)不变，B项错误；电解过程中Zn2+由甲池通过阳离子交换膜进入乙池，乙池中Cu2++2e-=Cu，其溶液中的离子转换为Cu2+→Zn2+，摩尔质量M(Cu2+)<M(Zn2+)，乙池溶液的总质量增加，C项正确；阳离子交换膜只允许阳离子和水分子通过，电解过程中Zn2+由甲池通过阳离子交换膜进入乙池保持溶液的电荷平衡，阴离子并不通过交换膜，D项错误。考点2原电池原理应用1．(2024·全国新课标卷，6，3分)一种可植入体内的微型电池工作原理如图所示，通过CuO催化消耗血糖发电，从而控制血糖浓度。当传感器检测到血糖浓度高于标准，电池启动。血糖浓度下降至标准，电池停止工作。(血糖浓度以葡萄糖浓度计)电池工作时，下列叙述错误的是A．电池总反应为2C6H12O6+O2=2C6H12O7B．b电极上CuO通过Cu(Ⅱ)和Cu(Ⅰ)相互转变起催化作用C．消耗18mg葡萄糖，理论上a电极有0.4mmol电子流入D．两电极间血液中的Na＋在电场驱动下的迁移方向为b→a【答案】C【解析】由题中信息可知，b电极为负极，发生反应Cu2O+2OH--2e-=2CuO+H2O，然后再发生C6H12O6+2CuO=C6H12O7+Cu2O；a电极为正极，发生反应O2+2H2O+4e-=4OH-，在这个过程中发生的总反应为2C6H12O6+O2=2C6H12O7。A项，由题中信息可知，当电池开始工作时，a电极为电池正极，血液中的O2在a电极上得电子生成OH-，电极反应式为O2+2H2O+4e-=4OH-；b电极为电池负极，Cu2O在b电极上失电子转化成CuO，电极反应式为Cu2O+2OH--2e-=2CuO+H2O，然后葡萄糖被CuO氧化为葡萄糖酸，CuO被还原为Cu2O，则电池总反应为2C6H12O6+O2=2C6H12O7，A正确；B项，b电极上CuO将葡萄糖被CuO氧化为葡萄糖酸后被还原为Cu2O，Cu2O在b电极上失电子转化成CuO，在这个过程中CuO的质量和化学性质保持不变，因此，CuO通过Cu(Ⅱ)和Cu(Ⅰ)相互转变起催化作用，B正确；C项，根据反应2C6H12O6+O2=2C6H12O7可知，1molC6H12O6参加反应时转移2mol电子，18mgC6H12O6的物质的量为0.1mmol，则消耗18mg葡萄糖时，理论上a电极有0.2mmol电子流入，C错误；D项，原电池中阳离子从负极移向正极迁移，故Na＋迁移方向为b→a，D正确。故选C。2．(2023•山东卷，11)利用热再生氨电池可实现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电镀废液，向甲室加入足量氨水后电池开始工作。下列说法正确的是()A．甲室电极为正极B．隔膜为阳离子膜C．电池总反应为：D．NH3扩散到乙室将对电池电动势产生影响【答案】CD【解析】A项，向甲室加入足量氨水后电池开始工作，则甲室电极溶解，变为铜离子与氨气形成，因此甲室电极为负极，故A错误；B项，再原电池内电路中阳离子向正极移动，若隔膜为阳离子膜，电极溶解生成的铜离子要向右侧移动，通入氨气要消耗铜离子，显然左侧阳离子不断减小，明显不利于电池反应正常进行，故B错误；C项，左侧负极是，正极是，则电池总反应为：，故C正确；D项，NH3扩散到乙室会与铜离子反应生成，铜离子浓度降低，铜离子得电子能力减弱，因此将对电池电动势产生影响，故D正确。故选CD。3．(2022•湖南选择性卷，8)海水电池在海洋能源领域备受关注，一种锂-海水电池构造示意图如下。下列说法错误的是()A．海水起电解质溶液作用B．N极仅发生的电极反应：2H2O+2e-=2OH-+H2↑C．玻璃陶瓷具有传导离子和防水的功能D．该锂-海水电池属于一次电池【答案】C【解析】锂海水电池的总反应为2Li+2H2O═2LiOH+H2↑，M极上Li失去电子发生氧化反应，则M电极为负极，电极反应为Li-e-=Li+，N极为正极，电极反应为2H2O+2e-=2OH-+H2↑。A项，海水中含有丰富的电解质，如氯化钠、氯化镁等，可作为电解质溶液，故A正确；B项，N为正极，电极反应为2H2O+2e-=2OH-+H2↑，故B正确；C项，Li为活泼金属，易与水反应，玻璃陶瓷的作用是防止水和Li反应，但不能传导离子，故C错误；D项，该电池不可充电，属于一次电池，故D正确；故选C。4．(2022·浙江省1月卷，21)pH计是一种采用原电池原理测量溶液pH的仪器。如图所示，以玻璃电极(在特制玻璃薄膜球内放置已知浓度的HCl溶液，并插入Ag—AgCl电极)和另一Ag—AgCl电极插入待测溶液中组成电池，pH与电池的电动势E存在关系：pH=(E-常数)/0.059。下列说法正确的是()A．如果玻璃薄膜球内电极的电势低，则该电极反应式为：AgCl(s)+e-=Ag(s)+Cl(0.1mol·L-1)B．玻璃膜内外氢离子浓度的差异不会引起电动势的变化C．分别测定含已知pH的标准溶液和未知溶液的电池的电动势，可得出未知溶液的pHD．pH计工作时，电能转化为化学能【答案】C【解析】A项，如果玻璃薄膜球内电极的电势低，则该电极为负极、负极发生氧化反应而不是还原反应，A错误；B项，已知：pH与电池的电动势E存在关系：pH=(E-常数)/0.059，则玻璃膜内外氢离子浓度的差异会引起电动势的变化，B错误；C项，pH与电池的电动势E存在关系：pH=(E-常数)/0.059，则分别测定含已知pH的标准溶液和未知溶液的电池的电动势，可得出未知溶液的pH，C正确；D项，pH计工作时，利用原电池原理，则化学能转化为电能，D错误；故选C。5．(2021•河北选择性卷，9)K—O2电池结构如图，a和b为两个电极，其中之一为单质钾片。关于该电池，下列说法错误的是()A．隔膜允许K+通过，不允许O2通过B．放电时，电流由b电极沿导线流向a电极；充电时，b电极为阳极C．产生1Ah电量时，生成KO2的质量与消耗O2的质量比值约为2.22D．用此电池为铅酸蓄电池充电，消耗3.9g钾时，铅酸蓄电池消耗0.9g水【答案】D【解析】由图可知，a电极为原电池的负极，单质钾片失去电子发生氧化反应生成钾离子，电极反应式为K—e-=K+，b电极为正极，在钾离子作用下，氧气在正极得到电子发生还原反应生成超氧化钾。A项，金属性强的金属钾易与氧气反应，为防止钾与氧气反应，电池所选择隔膜应允许K+通过，不允许O2通过，故A正确；B项，由分析可知，放电时，a为负极，b为正极，电流由b电极沿导线流向a电极，充电时，b电极应与直流电源的正极相连，做电解池的为阳极，故B正确；C项，由分析可知，生成1mol超氧化钾时，消耗1mol氧气，两者的质量比值为1mol×71g/mol：1mol×32g/mol≈2.22：1，故C正确；D项，铅酸蓄电池充电时的总反应方程式为2PbSO4+2H2O＝PbO2+Pb+2H2SO4，反应消耗2mol水，转移2mol电子，由得失电子数目守恒可知，耗3.9g钾时，铅酸蓄电池消耗水的质量为×18g/mol=1.8g，故D错误；故选D。6．(2021•广东选择性卷，9)火星大气中含有大量CO2，一种有CO2参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．CO2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项，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项，放电时正极为CO2得到电子生成C，故B正确；C项，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项，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正确；故选B。7．(2020•新课标Ⅱ卷，12)电致变色器件可智能调控太阳光透过率，从而实现节能。下图是某电致变色器件的示意图。当通电时，Ag+注入到无色WO3薄膜中，生成AgxWO3，器件呈现蓝色，对于该变化过程，下列叙述错误的是()A．Ag为阳极 B．Ag+由银电极向变色层迁移C．W元素的化合价升高 D．总反应为：WO3+xAg=AgxWO3【答案】C【解析】从题干可知，当通电时，Ag+注入到无色WO3薄膜中，生成AgxWO3器件呈现蓝色，说明通电时，Ag电极有Ag+生成然后经固体电解质进入电致变色层，说明Ag电极为阳极，透明导电层时阴极，故Ag电极上发生氧化反应，电致变色层发生还原反应。A项，通电时，Ag电极有Ag+生成，故Ag电极为阳极，故A项正确；B项，通电时电致变色层变蓝色，说明有Ag+从Ag电极经固体电解质进入电致变色层，故B项正确；C项，过程中，W由WO3的+6价降低到AgxWO3中的+(6-x)价，故C项错误；D项，该电解池中阳极即Ag电极上发生的电极反应为：xAg-xe-=xAg+，而另一极阴极上发生的电极反应为：WO3+xAg++xe-=AgxWO3，故发生的总反应式为：xAg+WO3=AgxWO3，故D项正确；故选C。8．(2020•天津卷，11)熔融钠-硫电池性能优良，是具有应用前景的储能电池。下图中的电池反应为2Na+xSNa2Sx(x=5~3，难溶于熔融硫)，下列说法错误的是()A．Na2S4的电子式为B．放电时正极反应为2Na++xS+2e-=Na2SxC．Na和Na2Sx分别为电池的负极和正极D．该电池是以Na—β—A为隔膜的二次电池【答案】C【解析】根据电池反应：2Na+xSNa2Sx可知，放电时，钠作负极，发生氧化反应，电极反应为：Na-e-=Na+，硫作正极，发生还原反应，电极反应为2Na++xS+2e-=Na2Sx。A项，Na2S4属于离子化合物，4个硫原子间形成三对共用电子对，电子式为，故A正确；B项，放电时发生的是原电池反应，正极发生还原反应，电极反应为：2Na++xS+2e-=Na2Sx，故B正确；C项，放电时，Na为电池的负极，正极为硫单质，故C错误；D项，放电时，该电池是以钠作负极，硫作正极的原电池，充电时，是电解池，Na—β—A为隔膜，起到电解质溶液的作用，该电池为二次电池，故D正确；故选C。9．(2019•上海卷)关于下列装置(只是个示意图)，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→2H2↑【答案】A【解析】金属的吸氧腐蚀，溶液并不是较强酸性，石墨电极反应式：O2+2H2O+4e→4OH-，因此A选项错误。10．(2019•浙江4月卷，12)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．甲：Zn2+向Cu电极方向移动，Cu电极附近溶液中H+浓度增加B．乙：正极的电极反应式为Ag2O＋2e−＋H2Oeq\o(=)2Ag＋2OH−C．丙：锌筒作负极，发生氧化反应，锌筒会变薄D．丁：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．甲装置属于原电池，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+向Cu电极方向移动，H+氧化性较强，得电子变H2，2H++2e=H2↑，因而c(H+)减小，A项错误；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−，B项正确；C．Zn为较活泼电极，做负极，发生氧化反应，电极反应式为Zn-2e-=Zn2+，锌溶解，因而锌筒会变薄，C项正确；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，D项正确。故选A。11．(2018·浙江卷，17)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项，锂失电子，化合价升高发生氧化反应，说法正确，不符合题意；B项，阳离子向正极移动，正极在水溶液中，因此锂离子向水溶液处移动，说法正确，不符合题意；C项，氧离子在水溶液中不能存在，而是与水分子结合生成氢氧根离子，因此正极反应为O2+4e-+2H2O=4OH-，说法错误，符合题意；D项，该电池反应为锂与氧气、水反应生成氢氧化锂，说法正确，不符合题意。12．(2018•新课标Ⅰ卷，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+H2OB．协同转化总反应：CO2+H2S＝CO+H2O+SC．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【答案】C【解析】A项，CO2在ZnO@石墨烯电极上转化为CO，发生得到电子的还原反应，为阴极，电极反应式为CO2+H＋+2e－＝CO+H2O，A正确；B项，根据石墨烯电极上发生的电极反应可知①+②即得到H2S－2e－＝2H＋+S，因此总反应式为CO2+H2S＝CO+H2O+S，B正确；C项，石墨烯电极为阳极，与电源的正极相连，因此石墨烯上的电势比ZnO@石墨烯电极上的高，C错误；D项，由于铁离子、亚铁离子均易水解，所以如果采用Fe3＋/Fe2＋取代EDTA-Fe3＋/EDTA-Fe2＋，溶液需要酸性，D正确。13．(2017•新课标Ⅲ卷，11)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-=3Li2S4B．电池工作时，外电路中流过0.02mol电子，负极材料减重0.14gC．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项，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，随放电的多少可能发生多种反应，其中可能为2Li2S6+2Li++2e-=3Li2S4，故A正确；B项，原电池工作时，转移0.02mol电子时，氧化Li的物质的量为0.02mol，质量为0.14g，故B正确；C项，石墨能导电，利用石墨烯作电极，可提高电极a的导电性，故C正确；D项，电池充电时间越长，转移电子数越多，生成的Li和S8越多，即电池中Li2S2的量越少，故D错误；答案为A。14．(2016•新课标Ⅱ卷，11)Mg—AgCl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-=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】根据题意，电池总反应式为：Mg+2AgCl=MgCl2+2Ag，正极反应为：2AgCl+2e-=2Cl-+2Ag，负极反应为：Mg-2e=Mg2+，A项正确，B项错误；对原电池来说，阴离子由正极移向负极，C项正确；由于镁是活泼金属，则负极会发生副反应Mg+2H2O=Mg(OH)2+H2↑，D项正确；故选B。15．(2016•浙江卷，11)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)nD．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】A项，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项，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×2=mol、×3=mol、×2=mol，所以Al-空气电池的理论比能量最高，故B正确；C项，正极上氧气得电子和水反应生成OH-，因为是阴离子交换膜，所以阳离子不能进入正极区域，则正极反应式为O2+2H2O+4e-=4OH-，故C错误；D项，负极上Mg失电子生成Mg2+，为防止负极区沉积Mg(OH)2，则阴极区溶液不能含有大量OH-，所以宜采用中性电解质及阳离子交换膜，故D正确；故选C。16．(2016•海南卷，10)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．电池工作时向负极迁移【答案】AD【解析】A项，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，正确；B项，KOH溶液为电解质溶液，则正极反应式为2FeO42−+6e−+8H2O=2Fe(OH)3+10OH−，错误；C项，该电池放电过程中电解质溶液浓度减小，错误；D项，电池工作时阴离子OH−向负极迁移，正确；故选AD。17．(2016•上海卷，8)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】该装置构成原电池，Zn是负极，Cu是正极。A．在正极Cu上溶液中的H+获得电子变为氢气，Cu棒的质量不变，错误；B．由于Zn是负极，不断发生反应Zn-2e-=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。18．(2016·浙江理综，11)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)nD．在M–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】根据题给放电的总反应4M+nO2+2nH2O=4M(OH)n，氧气在正极得电子，由于有阴离子交换膜，正极反应式为O2+2H2O+4e–=4OH-，故选C。19．(双选)(2015·海南卷，8)10mL浓度为1mol·L-1的盐酸与过量的锌粉反应，若加入适量的下列溶液，能减慢反应速率但又不影响氢气生成量的是()A．K2SO4 B．CH3COONa C．CuSO4 D．Na2CO3【答案】AB【解析】Zn与稀盐酸发生反应：Zn+2HCl=ZnCl2+H2↑，若加入物质使反应速率降低，则c(H+)减小，但是不影响生成氢气的物质的量，说明最终电离产生的n(H+)不变。A项，K2SO4是强酸强碱盐，不发生水解，溶液显中性，溶液中的水对盐酸起稀释作用，使c(H+)减小，但没有消耗H+，因此n(H+)不变，符合题意；B项，CH3COONa与HCl发生反应：CH3COONa+HCl=CH3COOH+NaCl，使溶液中c(H+)减小，反应速率降低，当反应进行到一定程度，会发生反应：2CH3COOH+Zn=(CH3COO)2Zn+H2↑，因此最终不会影响生成氢气的物质的量，符合题意；C项，加入CuSO4溶液与Zn发生置换反应：CuSO4+Zn=Cu+ZnSO4，生成的Cu与Zn和盐酸构成原电池，会加快反应速率，与题意不符合；D项，若加入Na2CO3溶液，会与盐酸发生反应：Na2CO3+2HCl=2NaCl+H2O+CO2↑，使溶液中的c(H+)减小，但由于部分H+生成了H2O，因此使n(H+)也减小，生成氢气的物质的量减小，不符合题意。考点3原电池原理综合应用1．(2020•新课标Ⅰ卷，27)为验证不同化合价铁的氧化还原能力，利用下列电池装置进行实验。回答下列问题：(1)由FeSO4·7H2O固体配制0.10mol·L−1FeSO4溶液，需要的仪器有药匙、玻璃棒、_________(从下列图中选择，写出名称)。(2)电池装置中，盐桥连接两电极电解质溶液。盐桥中阴、阳离子不与溶液中的物质发生化学反应，并且电迁移率(u∞)应尽可能地相近。根据下表数据，盐桥中应选择____________作为电解质。阳离子u∞×108/(m2·s−1·V−1)阴离子u∞×108/(m2·s−1·V−1)Li+4.07HCO3-4.61Na+5.19NO3-7.40Ca2+6.59Cl−7.91K+7.62SO42-8.27(3)电流表显示电子由铁电极流向石墨电极。可知，盐桥中的阳离子进入________电极溶液中。(4)电池反应一段时间后，测得铁电极溶液中c(Fe2+)增加了0.02mol·L−1。石墨电极上未见Fe析出。可知，石墨电极溶液中c(Fe2+)=________。(5)根据(3)、(4)实验结果，可知石墨电极的电极反应式为_______，铁电极的电极反应式为_______。因此，验证了Fe2+氧化性小于________，还原性小于________。(6)实验前需要对铁电极表面活化。在FeSO4溶液中加入几滴Fe2(SO4)3溶液，将铁电极浸泡一段时间，铁电极表面被刻蚀活化。检验活化反应完成的方法是_______。【答案】(1)烧杯、量筒、托盘天平(2)KCl(3)石墨(4)0.09mol/L(5)Fe3++e-=Fe2+Fe-2e-=Fe2+Fe3+Fe(6)取活化后溶液少许于试管中，加入KSCN溶液，若溶液不出现血红色，说明活化反应完成【解析】(1)由FeSO4·7H2O固体配制0.10mol·L-1FeSO4溶液的步骤为计算、称量、溶解并冷却至室温、移液、洗涤、定容、摇匀、装瓶、贴标签，由FeSO4·7H2O固体配制0.10mol·L-1FeSO4溶液需要的仪器有药匙、托盘天平、合适的量筒、烧杯、玻璃棒、合适的容量瓶、胶头滴管，故答案为：烧杯、量筒、托盘天平；(2)Fe2+、Fe3+能与HCO3-反应，Ca2+能与SO42-反应，FeSO4、Fe2(SO4)3都属于强酸弱碱盐，水溶液呈酸性，酸性条件下HCO3-能与Fe2+反应，根据题意“盐桥中阴、阳离子不与溶液中的物质发生化学反应”，盐桥中阴离子不可以选择HCO3-、NO3-，阳离子不可以选择Ca2+，另盐桥中阴、阳离子的迁移率(u∞)应尽可能地相近，根据表中数据，盐桥中应选择KCl作为电解质；(3)电流表显示电子由铁电极流向石墨电极，则铁电极为负极，石墨电极为正极，盐桥中阳离子向正极移动，则盐桥中的阳离子进入石墨电极溶液中。(4)根据(3)的分析，铁电极的电极反应式为Fe-2e-=Fe2+，石墨电极上未见Fe析出，石墨电极的电极反应式为Fe3++e-=Fe2+，电池反应一段时间后，测得铁电极溶液中c(Fe2+)增加了0.02mol/L，根据得失电子守恒，石墨电极溶液中c(Fe2+)增加0.04mol/L，石墨电极溶液中c(Fe2+)=0.05mol/L+0.04mol/L=0.09mol/L；(5)根据(3)、(4)实验结果，可知石墨电极的电极反应式为Fe3++e-=Fe2+，铁电极的电极反应式为Fe-2e-=Fe2+；电池总反应为Fe+2Fe3+=3Fe2+，根据同一反应中，氧化剂的氧化性强于氧化产物、还原剂的还原性强于还原产物，则验证了Fe2+氧化性小于Fe3+，还原性小于Fe；(6)在FeSO4溶液中加入几滴Fe2(SO4)3溶液，将铁电极浸泡一段时间，铁电极表面被刻蚀活化，发生的反应为Fe+Fe2(SO4)3=3FeSO4，要检验活化反应完成，只要检验溶液中不含Fe3+即可，检验活化反应完成的方法是：取活化后溶液少许于试管中，加入KSCN溶液，若溶液不出现血红色，说明活化反应完成。2．(2018•天津卷，8节选)CO2是一种廉价的碳资源，其综合利用具有重要意义。回答下列问题：(3)O2辅助的Al～CO2电池工作原理如图4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−=6O2−6CO2+6O2−=3C2O42−反应过程中O2的作用是________。该电池的总反应式：________。【答案】(3)CO32-10+120kJ·mol-1B900℃时，合成气产率已经较高，再升高温度产率增幅不大，但能耗升高，经济效益降低。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。将方程式加和得到，总反应为：2Al+6CO2=Al2(C2O4)3。3．(2015·安徽卷，25)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AlSiNO金刚石晶体硅CH4SiH4(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。【答案】(1)3ⅣA(2)1s22s22p31(3)><><(4)2H++NO3-+e-=NO2↑+H2O正铝在浓硝酸中发生钝化，表面生成了氧化膜阻止了Al的进一步反应【解析】(1)Si是14号元素，有3层电子，位于元素周期表的第3周期ⅣA族。(2)N的核电荷数为7，其基态原子的核外电子排布式为1s22s22p3，Cu的4s轨道有1个电子。(3)同周期由左向右元素原子半径逐渐减小，即原子半径Al>Si；同周期元素的电负性由左向右逐渐增大，则电负性：N<O；C—C键的键长比Si—Si键短，则C—C键比Si—Si键牢固，金刚石的熔点大于硅；组成与结构相似的物质，相对分子质量大的分子间作用力大，沸点高，即CH4<SiH4。(4)原电池的正极是硝酸发生还原反应：2H++NO3-+e-=NO2↑+H2O，原电池中的阳离子移向正极。t1时电子流动方向发生改变，则原电池的正、负极发生改变，原因是铝表面生成了氧化膜而不再参加反应，此时铜作负极。4．(2015·全国卷Ⅱ，26)酸性锌锰干电池是一种一次性电池，外壳为金属锌，中间是碳棒，其周围是由碳粉、MnO2、ZnCl2和NH4Cl等组成的糊状填充物。该电池放电过程产生MnOOH。回收处理该废电池可以得到多种化工原料。有关数据如下表所示：溶解度/(g/100g水)温度/℃化合物020406080100NH4Cl29.337.245.855.365.677.3ZnCl2343395452488541614化合物Zn(OH)2Fe(OH)2Fe(OH)3Ksp近似值10-1710-1710-39回答下列问题：(1)该电池的正极反应式为，电池反应的离子方程式为。(2)维持电流强度为0.5A，电池工作5分钟，理论上消耗锌g。(已知F=96500C·mol-1)(3)废电池糊状填充物加水处理后，过滤，滤液中主要有ZnCl2和NH4Cl，二者可通过分离回收；滤渣的主要成分是MnO2、和，欲从中得到较纯的MnO2，最简便的方法是，其原理是

。(4)用废电池的锌皮制备ZnSO4·7H2O的过程中，需除去锌皮中的少量杂质铁，其方法是：加稀H2SO4和H2O2溶解，铁变为，加碱调节至pH为时，铁刚好沉淀完全(离子浓度小于1×10-5m