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专题十三 原电池
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考点 1 原电池
1. [2020 某某,10,2 分]微生物脱盐电池是一种高效、经济的能源装置,利用微生物处理有机废
水获得电能,同时可实现海水淡化。现以 NaCl 溶液模拟海水,采用惰性电极,用如图所示装置处
理有机废水(以含 CH3COO-的溶液为例)。下列说法错误的是( )
A.负极反应为 CH3COO-+2H2O-8e- 2CO2↑+7H+
B.隔膜 1 为阳离子交换膜,隔膜 2 为阴离子交换膜
C.当电路中转移 1 mol 电子时,模拟海水理论上除盐 58.5 g
D.电池工作一段时间后,正、负极产生气体的物质的量之比为 2∶1
2. [2019 全国卷Ⅰ,12,6 分]利用生物燃料电池原理研究室温下氨的合成,电池工作时
MV2+/MV+在电极与酶之间传递电子,示意图如图所示。下列说法错误的是( )
A.相比现有工业合成氨,该方法条件温和,同时还可提供电能
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B.阴极区,在氢化酶作用下发生反应 H2+2MV2+ 2H++2MV+
C.正极区,固氮酶为催化剂,N2 发生还原反应生成 NH3
D.电池工作时质子通过交换膜由负极区向正极区移动
3.[2018 全国卷Ⅰ,13,6 分]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:
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+H2O
B.协同转化总反应:CO2+H2S CO+H2O+S
C.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
考点 2 常见的化学电源
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3. [2020 全国卷Ⅰ,12,6 分] 科学家近年发明了一种新型 Zn-CO2 水介质电池。电池示意图如
图所示,电极为金属锌和选择性催化材料。放电时,温室气体 CO2 被转化为储氢物质甲酸等,为
解决环境和能源问题提供了一种新途径。下列说法错误的是( )
A.放电时,负极反应为 Zn-2e-+4OH- Zn(OH
)4
2
−
B.放电时,1 mol CO2 转化为 HCOOH,转移的电子数为 2 mol
C.充电时,电池总反应为 2Zn(OH
)4
2
− 2Zn+O2↑+4OH-+2H2O
D.充电时,正极溶液中 OH-浓度升高
5.[2020 全国卷Ⅲ,12,6 分]一种高性能的碱性硼化钒(VB2)-空气电池如图所示,其中在 VB2 电极
发生反应:VB2+16OH--11e- V
O4
3
−+2B(OH
)4
-
+4H2O 该电池工作时,下列说法错误的是
( )
A.负载通过 0.04 mol 电子时,有 0.224 L(标准状况)O2 参与反应
B.正极区溶液的 pH 降低、负极区溶液的 pH 升高
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C.电池总反应为 4VB2+11O2+20OH-+6H2O 8B(OH
)4
-
+4V
O4
3
−
D.电流由复合碳电极经负载、VB2 电极、KOH 溶液回到复合碳电极
6.[2019 全国卷Ⅲ,13,6 分]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。电池反应为 Zn(s)+2NiOOH(s)+H2O(l) ZnO(s)+2Ni(OH)2(s)。
下列说法错误的是( )
A.三维多孔海绵状 Zn 具有较高的表面积,所沉积的 ZnO 分散度高
B.充电时阳极反应为 Ni(OH)2(s)+OH-(aq)-e- NiOOH(s)+H2O(l)
C.放电时负极反应为 Zn(s)+2OH-(aq)-2e- ZnO(s)+H2O(l)
D.放电过程中 OH-通过隔膜从负极区移向正极区
7. [2018 全国卷Ⅱ,12,6 分]我国科学家研发了一种室温下“可呼吸”的 Na-CO2 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 3CO2+4Na 2Na2CO3+C。下列说法错误的是( )
A.放电时,Cl
O4
-
向负极移动
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B.充电时释放 CO2,放电时吸收 CO2
C.放电时,正极反应为 3CO2+4e- 2C
O3
2
−+C
D.充电时,正极反应为 Na++e- Na
拓展变式
1.根据原理图判断下列电池的电极名称,并指出离子移动方向。
编号
(1)利用原电池原理处
理氮氧化合物
(2)锌- 碘溴液
流电池
(3)微生物电池除去废水中的有害有机物
原理
图
电极
名称
①左侧为(填“正”或
“负”)极室
①b 极为(填“正”或“负”)极
①A 极为(填“阴”或“阳”)极,B 极为(填“正”
或“负”)极
离子
移
动方
向
②电池工作时 H+由
(填“左”或“右”,
下同)侧移向侧
②电池工作时 Zn2+由(填“阴”
或“阳”,下同)极室移向极室
②电池工作时 H+由(填“正”或“负”,下同)极
移向极
正极
反应
③ ③ ③
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2.运用“加减法”书写下列四种常见燃料电池的电极反应式。
电池种类
导电
离子
总反应方程式
正极反
应式
负极反
应式
(1)酸性甲醇燃
料电池
H+
2CH3OH+3O2 2CO2+
4H2O
(2)丁烷固体氧
化物燃料电池
O2-
2C4H10+13O2 8CO2+
10H2O
(3)CO 熔融碳
酸盐燃料电池
C
O3
2
− 2CO+O2 2CO2
(4)甲醇碱性燃
料电池
OH-
2CH3OH+3O2+4OH-
2C
O3
2
−+
6H2O
3.[2020 某某某某七中三诊]锌-空气燃料电池(如图)有比能量高、高功率、使用寿命长等优点,
可用作电动车动力电源,电池的电解质溶液为 KOH 溶液,放电时发生反
应:2Zn+O2+4OH-+2H2O 2Zn(OH
)4
2
−。下列说法正确的是( )
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A.放电时,负极反应为 Zn-2e- Zn2+
B.该隔膜为阳离子交换膜,允许 K+通过
C.充电时,当 0.1 mol O2 生成时,流经电解质溶液的电子个数约为 1.204×1022
D.充电时,电解质溶液中 c(OH-)逐渐增大
4.[2020 某某某某树德中学三诊]已知某种二次锂离子电池工作时反应为 Lix +
Li1-xCoO2 LiCoO2+nC,原理如图所示,下列说法错误的是( )
A.放电时,碳材料极失去电子,发生氧化反应,电子经外电路、Li+经内电路同时移向正极
B.放电时正极反应为 Li1-xCoO2 +xLi++xe- LiCoO2
C.充电时, Li+从负极脱出,又嵌入正极
D.锂离子电池的比能量(单位质量的电极材料释放的能量)较高
答案
专题十三 原电池
1.B 根据题图可知放电时,a 极上发生的反应为 CH3COO-+2H2O-8e- 2CO2↑+7H+,a 极为
负极,A 项正确;该电池工作时,可实现海水的淡化,原电池中阴离子向负极迁移,阳离子向正极迁
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移,则 Cl-应向 a 极移动,Na+应向 b 极移动,即隔膜 1 为阴离子交换膜,隔膜 2 为阳离子交换膜,B
项错误;当电路中转移 1 mol 电子时,向 a 极和 b 极分别移动 1 mol Cl-和 1 mol Na+,则模拟海
水理论上可除盐 58.5 g,C 项正确;电池工作时,正极反应式为 2H++2e- H2↑,正极产生 H2,负
极产生 CO2,结合正、负极的电极反应知,一段时间后,正、负极产生气体的物质的量之比为 2∶
1,D 项正确。
2.B 由题意知,电池总反应为 3H2+N2 2NH3。该合成氨反应在常温下进行,并形成原电池产
生电能,反应不需要高温、高压和催化剂,A 项正确。观察题图知,左边电极发生氧化反应
MV+-e- MV2+,为负极(阳极),B 项错误。正极区 N2 在固氮酶作用下发生还原反应生成 NH3,C
项正确。电池工作时,H+通过交换膜,由左侧(负极区)向右侧(正极区)迁移,D 项正确。
3.C 阴极发生还原反应,氢离子由质子交换膜右侧向左侧迁移,阴极的电极反应式为
CO2+2H++2e- CO+H2O,A 项正确。结合阳极区发生的反应,可知协同转化总反应为
CO2+H2S S+CO+H2O,B 项正确。石墨烯作阳极,其电势高于ZnO 石墨烯的,C 项错误。F
e
3+
、
Fe2+在碱性或中性介质中会生成沉淀,它们只稳定存在于酸性较强的介质中,D 项正确。
4.D 由题图知,放电时,Zn 失去电子被氧化为 Zn(OH
)4
2
−,负极反应为
Zn-2e-+4OH- Zn(OH
)4
2
−,A 正确;放电时,CO2 在正极得到电子被还原为 HCOOH(C 可看作
+2 价),故 1 mol CO2 转化为 HCOOH 时转移电子的物质的量为 2 mol,B 正确;充电时负极反
应为 2Zn(OH
)4
2
−+4e- 2Zn+8OH-,正极反应为 2H2O-4e- O2↑+4H+,则电池总反应为
2Zn(OH
)4
2
− 2Zn+O2↑+4OH-+2H2O,C 正确;充电时,正极产生 H+,H+浓度升高,OH-浓度降
低,D 错误。
5.B 由题给信息知 VB2 电极上发生失电子的氧化反应,则 VB2 电极为负极,复合碳电极为正极,
正极发生还原反应,电极反应式为 O2+4e-+2H2O 4OH-,则电路中通过 0.04 mol 电子时,正
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极有 0.01 mol O2 参加反应,其在标准状况下的体积为 0.224 L,A 项正确;由正、负极的电极反
应式可知,该电池工作时,负极区溶液的 pH 降低,正极区溶液的 pH 升高,B 项错误;由正、负极反
应式知该电池总反应为 4VB2+11O2+20OH-+6H2O 8B(OH
)4
-
+4V
O4
3
−,C 项正确;电流与电
子的流动方向相反,电流从正极出发,沿负载流向负极,再经过电解质溶液最终回到正极,D 项正
确。
6.D 该电池采用的三维多孔海绵状 Zn 具有较大的表面积,可以高效沉积 ZnO,且所沉积的
ZnO 分散度高,A 正确。根据题干中总反应可知该电池充电时,Ni(OH)2 在阳极发生氧化反应生
成 NiOOH,其电极反应式为 Ni(OH)2(s)+OH-(aq)-e- NiOOH(s)+H2O(l),B 正确。放电时
Zn 在负极发生氧化反应生成 ZnO,电极反应式为 Zn(s)+2OH-(aq)-2e- ZnO(s)+H2O(l),C
正确。电池放电过程中,OH-等阴离子通过隔膜从正极区移向负极区,D 错误。
7.D 电池放电时阴离子移向负极,A 项正确。由电池总反应和题图知,放电时吸收 CO2,充电时
释放 CO2,B 项正确。放电时,正极上 CO2 得电子被还原为单质 C,电极反应式为
3CO2+4e- 2C
O3
2
−+C,C 项正确。充电时,阳(正)极上 C 被氧化为 CO2,电极反应式为
C+2C
O3
2
−-4e- 3CO2,阴(负)极上 Na+被还原为 Na,电极反应式为 Na++e- Na,D 项错误。
1.(1)①正 ②右 左 ③2NO+4e-+4H+ N2+2H2O (2)①负 ②阳 阴 ③
I2Br-+2e- 2I-+Br- (3)①阴 负
②负 正 ③ +2e-+H+ +Cl-
【解析】 (3)右侧 CH3COO-失去电子被氧化为 HC
O3
-
,B 极是负极(阳极),A 极是正极(阴极)。
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2.(1)3O2+12H++12e- 6H2O 2CH3OH-12e-+2H2O 2CO2↑+12H+
(2)13O2+52e- 26O2- 2C4H10+26O2--52e- 8CO2+10H2O
(3)O2+4e-+2CO2 2C
O3
2
− 2CO-4e-+2C
O3
2
− 4CO2 (4)3O2+12e-+6H2O 12OH-
2CH3OH-12e-+16OH- 2C
O3
2
−+12H2O
3.D 由题图可知,电子由金属锌流出,则金属锌为负极,结合题给总反应可知,负极反应为
Zn+4OH--2e- Zn(OH
)4
2
−,A 项错误。正极发生反应 O2+4e-+2H2O 4OH-,正极生成 OH-,
负极消耗 OH-,可知该隔膜为阴离子交换膜,允许 OH-通过,B 项错误。不论放电还是充电,电子
都不会流经电解质溶液,电解质溶液通过离子的迁移导电,C 项错误。充电时发生反应
2Zn(OH
)4
2
− 2Zn+O2↑+4OH-+2H2O,产生 OH-,D 项正确。
4.C 由题图可知,放电时,碳材料极失去电子,为负极,发生氧化反应,电子经外电路、Li+经内电路
同时移向正极,A 项正确。放电时,正极发生得电子的还原反应,反应式为
Li1-xCoO2+xLi++xe- LiCoO2,B 项正确。充电时,阳离子由阳极(正极)向阴极(负极)迁移,则 Li+
从正极脱出,又嵌入负极,C 项错误。Li 的摩尔质量小,锂离子电池的比能量较高,D 项正确。
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