1、考点19原电池原理及其应用 题组一基础小题1下列示意图中能构成原电池的是()答案B解析Cu、C与稀硫酸不反应，A装置不能构成原电池；Al与氢氧化钠溶液发生氧化还原反应，B装置能构成原电池；C装置中的“导线”不是盐桥，不能构成原电池；D装置中缺少盐桥。2.某化学兴趣小组为了探究铬和铁的活泼性，设计如图所示装置，下列推断合理的是()A若铬比铁活泼，则电子经外电路由铁电极流向铬电极B若铬比铁活泼，则铁电极反应式为2H2e=H2C若铁比铬活泼，则溶液中H向铁电极迁移D若铁电极附近溶液pH增大，则铁比铬活泼答案B解析若铬比铁活泼，则铬为负极，铁为正极，电子由负极(铬)流向正极(铁)，正极反应式为2H2e
2、=H2，A错误，B正确；若铁比铬活泼，则铁为负极，铬为正极，溶液中的H在正极(铬)得电子，H向铬电极迁移，C错误；铁电极附近pH增大，说明H在铁电极得电子生成H2，铁电极为正极，铬为负极，D错误。3原电池的电极名称不仅与电极材料的性质有关，也与电解质溶液有关。下列说法中不正确的是()A由Al、Cu、稀H2SO4组成的原电池，负极反应式为Al3e=Al3B由Mg、Al、NaOH溶液组成的原电池，负极反应式为Al3e4OH=AlO2H2OC由Fe、Cu、FeCl3溶液组成的原电池，负极反应式为Cu2e=Cu2D由Al、Cu、浓硝酸组成的原电池，负极反应式为Cu2e=Cu2答案C解析由Fe、Cu、F
3、eCl3溶液组成的原电池，负极材料是Fe，反应式为Fe2e=Fe2，C错误。4下列关于如图所示原电池的说法中正确的是()A当a为Cu、b为含有碳杂质的Al、c为稀硫酸时，b极上没有气体产生B当a为石墨、b为Fe、c为浓硫酸时，不能产生连续的稳定电流C当a为Mg、b为Al、c为NaOH溶液时，根据现象可推知Al的活动性强于Mg的D当a为石墨、b为Cu、c为FeCl3溶液时，a、b之间没有电流通过答案B解析A项，因b为含有碳杂质的Al，C、Al、稀硫酸可构成原电池，溶液中的H在该极上获得电子而产生H2，故b极上有气体产生，错误；B项，开始时，能形成原电池，有短暂的电流产生，但Fe被浓硫酸钝化后，铁
4、表面生成致密的氧化膜，内部的铁不再失去电子而不能形成电流，正确；C项，由于Al能与NaOH溶液反应，故为原电池的负极，实际上，Mg的活动性比Al的强，故不能据此判断Al的活动性强于Mg的，错误；D项，Cu能与FeCl3发生氧化还原反应，能形成原电池而产生电流，错误。5如图是某同学设计的原电池装置，下列叙述中正确的是()A氧化剂和还原剂必须直接接触才能发生反应B电极上发生还原反应，作原电池的负极C该原电池的总反应为2Fe3Cu=Cu22Fe2D盐桥中装有含氯化钾的琼脂，K移向负极区答案C解析该原电池反应中氧化反应和还原反应在两个不同的烧杯中进行，因此氧化剂和还原剂没有直接接触，A错误；B项，Cu
5、电极为原电池的负极，发生氧化反应，电极反应式为Cu2e=Cu2，错误；D项，正极发生还原反应：2Fe32e=2Fe2，正电荷数减小，K移向正极补充正电荷，错误。6环保、安全的铝空气电池的工作原理如图所示，下列有关叙述错误的是()ANaCl的作用是增强溶液的导电性B正极的电极反应式为O24e2H2O=4OHC电池工作过程中，电解质溶液的pH不断增大D用该电池做电源电解KI溶液制取1 mol KIO3，消耗铝电极的质量为54 g答案C解析由图示可知Al电极为负极，电极反应式为Al3e3OH=Al(OH)3，O2在正极反应：O24e2H2O=4OH，总反应方程式为4Al3O26H2O=4Al(OH)
6、3，pH基本不变，A、B正确，C错误；D项，1 mol KI制得1 mol KIO3转移6 mol电子，消耗2 mol Al，即54 g 铝，正确。题组二高考小题7(2018全国卷)最近我国科学家设计了一种CO2H2S协同转化装置，实现对天然气中CO2和H2S的高效去除。示意图如下图所示，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：EDTAFe2e=EDTAFe32EDTAFe3H2S=2HS2EDTAFe2该装置工作时，下列叙述错误的是()A阴极的电极反应：CO22H2e=COH2OB协同转化总反应：CO2H2S=COH2OSC石墨烯上的电势比ZnO石墨
7、烯上的低D若采用Fe3/Fe2取代EDTAFe3/EDTAFe2，溶液需为酸性答案C解析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CO22H2e=COH2O，A正确；根据石墨烯电极上发生的电极反应可知2即得到H2S2e=2HS，然后与阴极电极反应式相加得总反应式为CO2H2S=COH2OS，B正确；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；由于铁离子、亚铁离子均易水解，所以如果采用Fe3/Fe2取代EDTAFe3/EDTAFe2，溶液需为酸性，D正确。8(2018全国卷)我国科学家研发了一种室温下“可呼吸”的
8、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：3CO24Na2Na2CO3C。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CO2C放电时，正极反应为：3CO24e=2COCD充电时，正极反应为：Nae=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3CO24Na2Na2CO3C，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：3CO24e=2COC，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
9、氧化反应，反应为2COC4e=3CO2，D错误。9(2017天津高考)下列能量转化过程与氧化还原反应无关的是()A硅太阳能电池工作时，光能转化成电能B锂离子电池放电时，化学能转化成电能C电解质溶液导电时，电能转化成化学能D葡萄糖为人类生命活动提供能量时，化学能转化成热能答案A解析硅太阳能电池发电的主要原理是半导体的光电效应，将太阳能转化为电能，与氧化还原反应无关，A项符合题意。10(2017全国卷)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16LixS8=8Li2Sx(2x8)。下列说法错误的是()A电池工作时，正极可发生反应：2Li2
10、S62Li2e=3Li2S4B电池工作时，外电路中流过0.02 mol电子，负极材料减重0.14 gC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S82Li2e=Li2S8、3Li2S82Li2e=4Li2S6、2Li2S62Li2e=3Li2S4、Li2S42Li2e=2Li2S2等，A正确；电池工作时，外电路中流过0.02 mol电子时，氧化Li的物质的量为0.02 mol，质量为0.14 g，B正确；石墨烯能导电，利用石墨烯作电极，可提高电极a的导电性，C正确；
11、电池充电时电极a发生反应：2Li2S22e= Li2S42Li，充电时间越长，电池中Li2S2的量越少，D错误。11(2016全国卷)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=Mg2B正极反应式为Age=AgC电池放电时Cl由正极向负极迁移D负极会发生副反应Mg2H2O=Mg(OH)2H2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AgCle=AgCl，B错误。12(2015全国卷)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C
12、O2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C6H12O66O2=6CO26H2O答案A解析C6H12O6中C的平均化合价为0价，二氧化碳中C的化合价为4价，所以生成二氧化碳的反应为氧化反应，故CO2在负极生成，A错误；在微生物的作用下，该装置为原电池装置，反应速率加快，所以微生物促进了反应的发生，B正确；质子交换膜只允许质子(即H)通过，原电池中阳离子向正极移动，C正确；电池的总反应实质是C6H12O6的氧化反应，D正确。13(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CH4H2O3H2CO，每消耗1
13、 mol CH4转移12 mol电子B电极A上H2参与的电极反应为H22OH2e=2H2OC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O22CO24e=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，1 mol CH4转移6 mol e，A错误；由示意图可看出，电解质离子中没有OH，B错误；该燃料电池中，O2在正极反应，CO和H2在负极反应，原电池中CO移向负极，C错误；由示意图可看出，电极B处CO2和O2结合，转化为CO，D正确。题组三模拟小题14(2018河南毕业年级检测)我国科学家最近发明“可充电NaCO2电池”，示意图如图。该电池的工作原理为。下列说法错误的
14、是()A放电时，Na由钠箔端向多壁碳纳米管端移动B放电时，正极的电极反应式为3CO24Na4e=2Na2CO3CC该电池不宜在高温下使用D充电时，钠箔与外接电源的正极相连答案D解析放电时为原电池，钠箔上Na失电子生成Na，故钠箔为负极，多壁碳纳米管为正极，原电池中阳离子向正极移动，即Na由钠箔端向多壁碳纳米管端移动，A正确；放电时正极发生还原反应，二氧化碳得电子生成单质碳，电极反应式为4Na3CO24e=2Na2CO3C，B正确；钠箔在高温下易熔化，所以温度不能过高，C正确；充电时，钠箔端将Na转化为单质钠，发生还原反应，作电解池的阴极，所以与外接电源的负极相连，D错误。15.(2018福建厦
15、门检测)铁碳微电解技术是利用原电池原理处理酸性污水的一种工艺，装置如图。若上端开口关闭，可得到强还原性的H(氢原子)；若上端开口打开，并鼓入空气，可得到强氧化性的OH(羟基自由基)。下列说法错误的是()A无论是否鼓入空气，负极的电极反应式均为Fe2e=Fe2B不鼓入空气时，正极的电极反应式为He=HC鼓入空气时，每生成1 molOH有2 mol电子发生转移D处理含有草酸(H2C2O4)的污水时，上端开口应打开并鼓入空气答案C解析根据铁碳微电解装置示意图可知，Fe为原电池负极，发生氧化反应：Fe2e=Fe2，A正确；由题意可知上端开口关闭，可得到强还原性的H，则不鼓入空气时，正极的电极反应式为H
16、e=H，B正确；鼓入空气时，正极的电极反应式为O22H2e=2OH，每生成1 molOH有1 mol电子发生转移，C错误；处理含有草酸(H2C2O4)的污水时，因C2O具有很强的还原性，与氧化剂作用易被氧化为CO2和H2O，则上端开口应打开并鼓入空气生成强氧化性的OH，以氧化H2C2O4，处理污水，D正确。16(2018江西南昌高三第一次模拟)氨硼烷(NH3BH3)电池可在常温下工作，装置如图所示。该电池工作时的总反应为：NH3BH33H2O2=NH4BO24H2O。下列说法正确的是()A正极附近溶液的pH减小B电池工作时，H通过质子交换膜向负极移动C消耗3.1 g氨硼烷，理论上通过内电路的电
17、子为0.6 molD负极电极反应为：NH3BH32H2O6e=NHBO6H答案D解析根据原电池原理和总反应：NH3BH33H2O2=NH4BO24H2O分析，正极是H2O2得电子发生还原反应，电极反应式为3H2O26H6e=6H2O，正极消耗氢离子，正极附近溶液的pH增大，A项错误；放电时，阳离子向正极移动，H通过质子交换膜向正极移动，B项错误；左侧NH3BH3在负极失电子发生氧化反应，负极电极反应式为NH3BH32H2O6e=NHBO6H，则消耗3.1 g即0.1 mol氨硼烷，理论上通过外电路的电子为0.6 mol，C项错误，D项正确。17(2018山东青岛高三一模)我国成功研制的一种新型
18、可充放电AGDIB电池(铝石墨双离子电池)采用石墨、铝锂合金作为电极材料，以常规锂盐和碳酸酯溶剂为电解液。电池反应为CxPF6LiyAl=CxLiPF6Liy1Al。放电过程如图，下列说法正确的是()AB为负极，放电时铝失电子B电解液可以用常规锂盐和水代替C充电时A电极反应式为CxPFe=CxPF6D废旧AGDIB电池进行“放电处理”时，若转移1 mol电子，石墨电极上可回收7 g Li答案C解析根据原电池原理，结合图示，放电时锂离子定向移动到A极，则A极为正极，B极为负极，B极是锂失电子变为Li，A项错误；锂的金属性很强，能与水反应，故电解液不可含水，B项错误；充电时A电极为阳极，电极反应式
19、为CxPFe=CxPF6，C项正确；根据总反应方程式：CxPF6LiyAl=CxLiPF6Liy1Al，若转移1 mol电子，正极上生成1 mol LiPF6，不是Li单质，D项错误。18(2018长沙一模)一种光化学电池的结构如图所示，电池总反应为：AgCl(s)Cu(aq)=Ag(s)Cu2(aq)Cl(aq)，下列关于该电池在工作时的说法中正确的是()A生成108 g银，转移电子个数为2NABCu在负极发生氧化反应CAg电极活泼，Ag失电子发生氧化反应DCl由负极迁移到正极答案B解析由题给反应可知，生成1 mol Ag，转移1 mol e，即生成108 g Ag，转移电子个数为NA，A项
20、错误；负极Cu失电子生成Cu2，化合价升高，发生氧化反应，B项正确；Ag电极为正极，AgCl得电子生成Ag和Cl，C项错误；Cl由正极向负极迁移，D项错误。题组一基础大题19金属铜不溶于稀硫酸，可溶于铁盐溶液生成铜盐与亚铁盐。现将一定量的铜片加入到100 mL稀硫酸和硫酸铁的混合溶液中，铜片完全溶解(不考虑盐的水解及溶液体积的变化)。(1)写出铜溶解于上述混合溶液的离子方程式：_。(2)若铜完全溶解时，溶液中的Fe3、Cu2、H三种离子的物质的量浓度相等，且测得溶液的pH1，则溶解铜的质量是_g，溶液中的c(SO)_mol/L。(3)若欲在如图所示的装置中发生(1)中的反应，则X极是_(填“正
21、”或“负”)极，电极反应式：_。Y极的材料名称是_，电极反应式：_。答案(1)Cu2Fe3=Cu22Fe2(2)0.640.5(3)负Cu2e=Cu2碳(石墨、金、铂、银)2Fe32e=2Fe2解析(1)Cu与稀硫酸不反应，Cu与Fe3发生氧化还原反应生成Cu2与Fe2，故Cu溶解于混合溶液中离子方程式为Cu2Fe3=Cu22Fe2。(2)溶解Cu的质量m(Cu)0.1 mol/L0.1 L64 g/mol0.64 g；结合(1)中的反应可知，该溶液中c(Fe2)0.2 mol/L，利用“电荷守恒”可知2c(SO)3c(Fe3)2c(Fe2)2c(Cu2)c(H)，故可求出c(SO)。(3)由
22、图示可知X极为电子流出极，故X极为负极；负极材料为Cu，发生氧化反应，结合电池总反应Cu2Fe3=Cu22Fe2可知，负极反应式为Cu2e=Cu2；Y为正极材料，其活泼性要弱于铜且不能与Fe2(SO4)3反应，因此选用石墨、铂等均可，发生的电极反应为Fe3的还原反应。20某研究性学习小组根据反应2KMnO410FeSO48H2SO4=2MnSO45Fe2(SO4)3K2SO48H2O设计如下原电池，其中甲、乙两烧杯中各物质的物质的量浓度均为1 molL1，溶液的体积均为200 mL，盐桥中装有饱和K2SO4溶液。回答下列问题：(1)此原电池的正极是石墨_(填“a”或“b”)，发生_反应。(2)
23、电池工作时，盐桥中的SO移向_(填“甲”或“乙”)烧杯。(3)两烧杯中的电极反应式分别为甲_，乙_。(4)若不考虑溶液的体积变化，MnSO4浓度变为1.5 molL1，则反应中转移的电子为_mol。答案(1)a还原(2)乙(3)MnO5e8H=Mn24H2O5Fe25e=5Fe3(4)0.5解析(1)根据题目提供的总反应方程式可知，KMnO4作氧化剂，发生还原反应，故石墨a是正极。(2)电池工作时，SO向负极移动，即向乙烧杯移动。(3)甲烧杯中的电极反应式为MnO5e8H=Mn24H2O；乙烧杯中的电极反应式为5Fe25e=5Fe3。(4)溶液中的MnSO4浓度由1 molL1变为1.5 mo
24、lL1，由于溶液的体积未变，则反应过程中生成的MnSO4的物质的量为0.5 molL10.2 L0.1 mol，转移的电子物质的量为0.1 mol50.5 mol。题组二高考大题21(2018天津高考)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：O2辅助的AlCO2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：6O26e=6O6CO26O=3C2O6O2反应过程中O2的作用是_。该电池的总反应式：_。答案Al3e=Al3(或2Al6e=2Al3)催化剂2Al6CO2=Al2(
25、C2O4)3解析明显电池的负极为Al，所以反应一定是Al失电子，该电解质为含氯化铝的离子液体，所以Al失电子应转化为Al3，方程式为Al3e=Al3(或2Al6e=2Al3)。根据电池的正极反应，氧气在第一步被消耗，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2Al6CO2=Al2(C2O4)3。22(2018浙江4月选考)以四甲基氯化铵(CH3)4NCl水溶液为原料，通过电解法可以制备四甲基氢氧化铵(CH3)4NOH，装置如图所示。(1)收集到(CH3)4NOH的区域是_(填a、b、c或d)。(2)写出电池总反应_。答案(1)d(2)2(CH3)4NCl2H2
26、O2(CH3)4NOHH2Cl2解析(1)根据题给信息及题图，阴极的电极反应式为2H2O2e=H22OH，阳极的电极反应式为2Cl2e=Cl2；根据阳离子交换膜只允许阳离子通过，所以收集到(CH3)4NOH的区域是d。(2)根据题意，参与电极反应的物质实际上是(CH3)4NCl和水，产物是(CH3)4NOH、Cl2和H2，由此可写出电池的总反应为2(CH3)4NCl2H2O2(CH3)4NOHH2Cl2。23高考填空小组合。(1)(四川高考)MnO2是碱性锌锰电池的正极材料。碱性锌锰电池放电时，正极的电极反应式是_。(2)(北京高考)NOx是汽车尾气中的主要污染物之一，通过NOx传感器可监测N
27、Ox的含量，其工作原理示意图如右图：Pt电极上发生的是_(填“氧化”或“还原”)反应。写出NiO电极的电极反应式： _。答案(1)MnO2H2Oe=MnO(OH)OH(2)还原NOO22e=NO2解析(1)MnO2在正极得电子，Mn元素化合价降到3价，由于是碱性溶液，应生成MnO(OH)，则正极电极反应式为MnO2H2Oe=MnO(OH)OH。(2)此装置为原电池，通入氧化剂(O2)的为正极(或依据阴离子O2向负极移动判断)，正极发生得电子的还原反应；负极NO失电子生成NO2，电极反应为NOO22e=NO2。题组三模拟大题24(2019山东日照质检)某实验小组同学利用如图装置对电化学原理进行了
28、一系列探究活动。(1)甲池为_(填“原电池”或“电解池”)装置。(2)甲池开始反应前，两电极质量相等，一段时间后，两电极质量相差28 g，则导线中通过_mol电子。(3)实验过程中，甲池左侧烧杯中NO的浓度_(填“变大”“变小”或“不变”)。(4)其他条件不变，若用U形铜棒代替“盐桥”，工作一段时间后取出U形铜棒称量，质量_(填“变大”“变小”或“不变”)。若乙池中的某盐溶液是足量AgNO3溶液，则乙池中左侧Pt电极的电极反应式为_，工作一段时间后，若要使乙池溶液恢复到原来的浓度，则可向溶液中加入_(填化学式，写出一种即可)。答案(1)原电池(2)0.2(3)变大(4)不变4OH4e=O22H
29、2OAg2O(或Ag2CO3)解析(1)由题图可知，甲池是一个把化学能转变为电能的装置，是原电池；乙池与原电池相连，是电解池。(2)甲池中的总反应方程式为Cu2Ag=Cu22Ag，设两电极质量相差28 g时，导线中通过x mol电子，则有，解得x0.2。(3)实验过程中，Cu放电生成Cu2，为了保持溶液为电中性，盐桥中的阴离子NO向左侧烧杯移动，所以左侧烧杯中NO浓度变大。(4)若用U形铜棒代替“盐桥”，则甲池右侧烧杯中U形铜棒的质量减小，而左侧烧杯中U形铜棒的质量增加，因各电极上转移的电子数相等，所以U形铜棒减小的质量与增加的质量相等，工作一段时间后取出U形铜棒称量，质量不变。若乙池中的某盐溶液是足量AgNO3溶液，因乙池中左侧Pt电极连接的是原电池的正极，所以该电极为电解池的阳极，其电极反应式为4OH4e=O22H2O；两个电极均为Pt电极，该电解池的总反应为4AgNO32H2O4AgO24HNO3，若要使乙池溶液恢复到原来的浓度，则可向溶液中加入Ag2O或Ag2CO3。