专题05 化学能与电能（核心素养检测）
一、选择题
1．（2022春·黑龙江大庆·高一铁人中学校考期末）某种钠—空气水电池的充、放电过程原理示意图如图所示，下列有关说法错误的是
A．放电时，Na＋向正极移动
B．放电时，电子由钠箔经过导线流向碳纸
C．充电时，碳纸与电源负极相连，电极反应式为4 OH- -4e- =2H2O＋O2↑
D．充电时，当有0.1 mol e-通过导线时，则钠箔增重2.3 g
【答案】C
【解析】Na失电子生成Na+，O2得电子产物与电解质反应生成OH-，则钠箔为负极，碳纸为正极。A．放电时，阳离子向正极移动，则Na＋向正极(碳纸)移动，A正确；B. 放电时，电子由负极沿导线流向正极，则由钠箔经过导线流向碳纸，B正确；C. 充电时，碳纸作阳极，与电源正极相连，溶液中的OH-失电子生成O2等，电极反应式为4OH- -4e- =2H2O＋O2↑，C错误；D. 充电时，钠极为阴极，当有0.1 mol e-通过导线时，则有0.1molNa+得电子生成0.1molNa，则钠箔增重2.3 g，D正确；故选C。
2．（2022春·重庆·高一校联考期末）为解决淀粉厂废水中BOD严重超标的问题，有人设计了电化学降解法。如图是利用一种微生物将废水中有机物［主要成分是］的化学能转化为电能的装置，下列说法中错误的是
A．该装置工作时，从左侧经质子交换膜移向右侧
B．该装置不能在较高温度下完成
C．负极的电极反应为
D．物质X是
【答案】D
【解析】由题意利用一种微生物将废水中有机物[主要成分是(C6H10O5)n]的化学能转化为电能的装置，即为原电池，由图N极通O2，M极为有机物，则N极为正极发生还原反应，M极为负极，发生氧化反应，负极的电极反应为(C6H10O5)n+7nH2O﹣24ne﹣═6nCO2↑+24nH+，原电池中阳离子移向正极。A．原电池中阳离子移向正极，该装置工作时，H+从左侧经质子交换膜移向右侧，选项A正确；B．微生物在高温下会变性，所以该装置不能在较高温度下完成，选项B正确；C．M极为有机物，M极为负极，发生氧化反应，负极的电极反应为(C6H10O5)n +7nH2O﹣24ne﹣═6nCO2↑+24nH+，故C正确；D．由图N极通O2，则N极为正极，O2得电子结合H+生成水，物质X为水，选项D错误；答案选D。
3．（2022春·江西九江·高一校联考期末）在强碱性溶液中主要以形式存在。燃料电池工作原理如图所示。正极反应式为。提示：电池效率等于电路上通过的电子数与负极失去电子数之比。下列说法错误的是
A．Al极发生氧化反应
B．电流由Pt极经负载流向Al极
C．放电时，向Al极迁移
D．若正极生成，电路经过2.4mol电子，电池效率为60%
【答案】D
【解析】观察图示知，燃料电池中铝电极为负极，铂电极为正极。A．负极发生氧化反应，A项正确；B．电流由正极经外电路流向负极，B项正确；C．铂极为正极，铝极为负极，向负极迁移，C项正确；D．正极反应式为，，电池效率，D项错误。故选D。
4．（2022春·吉林松原·高一校考期末）已知空气—锌电池的电极反应为：锌片：Zn+2OH--2e-=ZnO+H2O；碳棒：O2+H2O+2e- =2OH- ，据此判断，锌片是
A．负极，被氧化 B．正极，被氧化 C．负极，被还原 D．正极，被还原
【答案】A
【解析】根据锌片上的电极反应式可知：在反应中Zn元素化合价升高，Zn失去电子，被氧化，发生氧化反应，因此锌片为负极，被氧化，故合理选项是A。
5．（2022春·黑龙江大庆·高一大庆市东风中学校考期末）科学家设计出质子膜燃料电池，实现了利用废气资源回收能量并得到单质硫。质子膜燃料电池的结构如图。下列说法正确的是
A．该装置将电能转化为化学能
B．电极a为电池的负极，发生氧化反应
C．电极b上发生的反应式：
D．电路中每通过电子，理论上在电极a消耗
【答案】B
【解析】根据装置图可判断反应物2H2S（g）+O2（g）＝S2（s）+2H2O，负极H2S失电子发生氧化反应，正极O2得电子发生还原反应。A．该装置属于原电池，将化学能转化为电能，故A错误；B．a极上硫化氢失电子生成S2和氢离子，发生氧化反应，则a为负极，故B正确；C．电极b是正极，发生还原反应：，故C错误；D．2molH2S参与反应，失去4mol电子，电路中每通过电子，理论上在电极a消耗0.2molH2S，但其体积不一定是，故D错误，故选B。
6．（2022春·内蒙古呼伦贝尔·高一校考期末）下列四个常用电化学装置的叙述错误的是
A水果电池图 B干电池 C铅蓄电池 D氢氧燃料电池
A．水果电池中电流从铜片流出
B．干电池中锌皮作负极
C．铅蓄电池放电过程中硫酸溶液浓度减小
D．燃料电池正极反应：O2+2H2O+4e-=4OH-
【答案】D
【解析】A．锌的活动性比铜强，锌作负极，铜作正极，水果电池中电流从铜片流出经导线到锌片，A正确；B．锌为金属，石墨为非金属，干电池中锌皮作负极，B正确；C．铅蓄电池中Pb作负极，PbO2作正极，总反应为：PbO2+2H2SO4+Pb=2PbSO4+2H2O，消耗了硫酸，放电过程中硫酸溶液浓度减小，C正确；D．氢氧燃料电池中氢气为负极，氧气为正极，正极氧气得电子结合氢离子生成水，电极反应式为：O2+4e-+4H+=2H2O，D错误；答案选D。
7．（2022春·河北唐山·高一统考期末）在上海进博会中很多氢能源汽车(如图1)纷纷亮相。氢燃料电池被誉为氢能源汽车的心脏。某种氢燃料电池的内部结构(如图2)，下列说法错误的是
A．左侧为电池负极
B．右侧的电极反应式为
C．a处通入的气体为，若每消耗5.6 L，外电路转移电子数为
D．电池工作一段时间后，电解质溶液的浓度将降低
【答案】C
【解析】燃料电池中，通入H2的一极为负极， H2失去电子发生氧化反应，电子沿着导线流向正极，通入O2的一极为正极，正极上发生还原反应，内电路中阴离子移向负极、阳离子移向正极。A． 由图知，左侧失去电子，电子流出，则为电池负极，A正确；B． 右侧为正极，有质子交换膜的环境中，正极反应式为： ，B正确；C．没有指明5.6 L是否处于标准状况，则不能计算外电路中转移的电子数，C不正确；D．电池总反应为，有水生成，则电池工作一段时间后，电解质溶液的浓度将降低，D正确；答案选C。
8．（2022春·辽宁·高一校联考期末）用于检测酒驾的酸性燃料电池酒精检测仪工作原理如图所示，下列说法错误的是
A．电极X作负极
B．当有0.001mol反应，理论上有0.002mol电子通过外电路
C．正极电极反应式是
D．电池工作时，质子通过交换膜从左往右迁移
【答案】B
【解析】由图示可知，电极X上乙醇转化为乙酸，碳元素化合价升高，乙醇失电子，电极X负极，电极Y是正极。A．由分析可知，电极X为负极，A正确；B．每1mol被氧化为CH3COOH，则有4mol电子转移，故当有0.001mol反应，理论上有0.004mol电子通过外电路，B错误；C．正极氧气得电子结合氢离子生成水，电极反应式为：，C正确；D．原电池中阳离子向正极移动，即向正极迁移，质子通过交换膜从左往右迁移，D正确；答案选B。
9．（2022春·吉林辽源·高一校联考期末）下列化学反应在理论上可以设计成原电池的是
A．
B．
C．
D．
【答案】C
【解析】可设计成原电池的反应为自发的氧化还原反应，B和D不是氧化还原反应，A不是自发的氧化还原反应，C可设计成燃料电池，是原电池，故选C。
10．（2022春·吉林辽源·高一校联考期末）某小组为研究原电池原理，设计如图装置。下列叙述正确的是
A．a和b不连接时，铁片上会有产生
B．a和b用导线连接时，电子由a流向b
C．a和b用导线连接时，铜片上发生的反应为
D．a和b连接时，铁会溶解，溶液从蓝色逐渐变成浅绿色；a和b不连接时，铁片不发生反应
【答案】C
【解析】A．a和b不连接时，铁片与铜离子发生置换反应，铁片表面有铜生成，A错误；B．a和b用导线连接时构成原电池装置，铁为负极，铜为正极，电子由铁流出，通过b流向a，B错误；C．a和b用导线连接时构成原电池装置，铁为负极，铜为正极，正极的反应为：铜离子得电子生成铜单质，C正确；D．a和b连接时构成原电池装置，铁为负极，铁会溶解，铜为正极，正极的反应为：铜离子得电子生成铜单质，溶液从蓝色逐渐变成浅绿色；a和b不连接时，铁片与铜离子发生置换反应，铁片表面有铜生成，D错误；故选C。
11．（2022春·河南驻马店·高一统考期末）把a、b、c、d四种金属片两两相连浸入稀硫酸中都可组成原电池。若a、b相连，外电路电流从b流向a；a、c相连，c为正极；b、d相连，b上有气泡逸出；c、d相连时，c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． B． C． D．
【答案】C
【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，a、b相连，外电路电流从b流向a，说明a为负极，活泼性a＞b；a、c相连，c为正极，活泼性a>c；b、d相连，b上有气泡逸出，应为原电池的正极，活泼性d>b；c、d相连时，c的质量减少，c为负极，活泼性c>d；综上分析可知活泼性：；故选C。
12．（2022春·山东日照·高一统考期末）“暖宝宝”具有即时发热、长效保温的优点，深受人们的喜爱。某品牌“暖宝宝”主要成分：铁粉、水、活性炭、食盐等。下列说法正确的是
A．正极反应物为H+
B．负极上的电极反应，每反应1molFe转移3mole-
C．“暖宝宝”能长效保温是因为发生了原电池反应，减缓了反应速率
D．“暖宝宝”使用后变硬，其主要成分为：氯化钠、三氧化二铁、炭粉等固体
【答案】D
【解析】根据“暖宝宝”的成分可知，铁粉和活性炭在氯化钠溶液中形成原电池，铁做负极，活性炭做正极，铁在中性环境中与氧气发生反应，铁电极反应为：2Fe 4e ＝2Fe2＋，正极的电极反应为：O2＋4e ＋2H2O＝4OH ，总反应为：2Fe＋O2＋2H2O＝2Fe(OH)2，铁粉和氧气发生原电池反应放出热量。A．由于氯化钠溶液呈中性，正极反应物为氧气，A项错误；B．铁做负极，铁电极反应为：2Fe 4e ＝2Fe2＋，所以反应1mol Fe转移2mole-，B项错误；C．“暖宝宝”能长效保温是因为发生了原电池反应，加快了化学反应速率，C项错误；D．“暖宝宝”的总反应为：2Fe＋O2＋2H2O＝2Fe(OH)2，但Fe(OH)2不稳定，与氧气、水反应生成Fe(OH)3，最终分解为铁锈，所以使用后变硬，其主要成分为：氯化钠、三氧化二铁、炭粉等固体，D项正确；答案选D。
13．（2022春·重庆沙坪坝·高一重庆八中校考期末）习近平总书记提出我国要在2030年实现“碳达峰”，2060年前实现“碳中和”。某科研小组用电化学方法将CO2转化为CO实现再利用，转化的基本原理如图所示。
下列说法不正确的是
A．该装置能将化学能转化为电能
B．M上的电极反应方程式为2H2O-4e-=O2↑ +4H+
C．工作一段时间后，N电极室中的溶液酸性增强
D．当转化2molCO2时，外电路中转移的电子数为4NA
【答案】C
【解析】由图可知，该装置为原电池，右侧二氧化碳中的+4价碳得到电子变为+2价碳，为正极，则左侧为负极。A．由图可知，该装置为原电池，能将化学能转化为电能，A正确；B．M为电池的负极，在紫外光的作用下，水失去电子发生氧化反应生成O2，电极反应方程式为2H2O-4e-=O2↑+4H+，B正确；C．N为电池正极，电极反应式为CO2+2H++2e-═CO+H2O，当外电路转移4mol电子时，有4molH+从左室穿过交换膜到达右室，然后被CO2消耗，但溶液中水的量增加，因此N电极室的溶液pH增大，酸性减弱，C错误；D．电极反应式为CO2+2H++2e-═CO+H2O，当转化2molCO2时，外电路转移4mol电子，转移的电子数为4NA，D正确；答案选C。
14．（2022春·河南郑州·高一统考期末）某同学以相同大小的铜片和锌片为电极研究水果电池，具体情况如下表所示：
实验编号 水果种类 电极间距离/cm 电流/μA
1 番茄 1 98.7
2 番茄 2 72.5
3 苹果 2 27.2
下列说法错误的是
A．水果的作用是提供电解质溶液
B．该电池的电流从锌片经导线流向铜片
C．实验2和3的目的是探究水果种类对电流大小的影响
D．其他条件相同时，电极间距离越小，水果电池的电流越大
【答案】B
【解析】A．构成原电池的条件是两个活泼性不同的电极、电解质溶液、闭合电路，水果的作用是提供电解质溶液，故A正确；B．锌的活泼性大于铜，所以锌是负极、铜是正极，该电池的电流从铜片经导线流向锌片，故B错误；C．实验2和3的水果种类不同，所以实验目的是探究水果种类对电流大小的影响，故C正确；D．由实验1和2可知，其他条件相同时，电极间距离越小，水果电池的电流越大，故D正确；选B。
15．（双选）（2022春·山东滨州·高一统考期末）科学家开发出了多种锂电池，装置如下。下列描述正确的是
A．甲充电时总反应为：
B．乙中玻璃陶瓷具有传导离子和防水的功能
C．丙中Se可由通入溶液中反应制得，该反应中氧化剂与还原剂物质的量之比为1∶1
D．丁中a极的电极反应式为：
【答案】AB
【解析】A．由图示可知，甲充电时， Li+得电子生成单质Li，Li2O2失电子生成O2，充电时总反应为：，A正确；B．锂能与水反应，玻璃陶瓷的作用是防止水和锂反应，并能传导离子，B正确；C．Se可由通入溶液中反应制得，硫元素化合价由+4价升高到+6价，二氧化硫作还原剂，Se元素化合价由+4价降低到0价，作氧化剂，由得失电子守恒可知，氧化剂与还原剂物质的量之比为1∶2，C错误；D．丁中a极硫元素化合价降低，得电子，电极反应式为：，D错误；答案选AB。
二、非选择题
16．（2022春·北京石景山·高一统考期末）阅读下列短文并填空。
“绿色办奥”是北京冬奥会四大办奥理念之首，在“双碳”目标驱动下，全球首次服务体育赛事的大批量氢燃料客车在北京冬奥会上闪亮登场。
氢燃料大客车从车辆排放端实现了零污染、零排放。氢燃料电池是氢气和氧化剂通过特定装置发生反应将化学能转变为电能的化学电源。氢氧燃料电池在工作时，氧化剂和还原剂不接触即可在电池内部发生反应生成H2O，同时产生电能。
氢燃料客车还搭载了“U度”综合热管理技术。该技术可将氢燃料电池所产生的“废热”循环利用，为车内采暖、除霜、除雾提供能量。该车的极寒动力电池能让车辆实现零下30摄氏度极寒低温起动。
未来，氢燃料客车有望从“冬奥平台”出发，将应用场景拓展延伸至更多领域。
(1)氢燃料电池工作时负极通入的物质是_______。
(2)氢燃料电池工作时涉及的能量转化形式有_______。
a.电能转化为化学能 b.化学能转化为电能
c.化学能转化为热能 d.太阳能转化为电能
(3)氢燃料电池生成1molH2O时，通过线路的电子是_______mol。
(4)下列关于氢燃料客车的说法，正确的是_______。
a.氢燃料客车环保，助力实现“双碳”目标
b.氢氧燃料电池工作时的总反应为2H2+O2=2H2O
c.氢燃料客车不能在极寒天气中使用
【答案】(1)H2(2)bc(3)2(4)ab
【解析】（1）氢燃料电池工作时负极通入的物质是H2，故答案为：H2；
（2）氢氧燃料电池属于原电池，化学能转化为电能，在反应过程中放热，化学能转化为热能，故答案为：bc；
（3）氢氧燃料电池中由总反应2H2+O2=2H2O可知，每生成2molH2O即36g水时，转移电子4mol，所以每生成1molH2O则理论上电路中通过的电子2mol，故答案为：2；
（4）a.氢燃料客车环保，生成为水，助力实现“双碳”目标，故a正确；b.氢氧燃料电池工作时的总反应为氢气和氧气反应生成水，化学方程式为：2H2+O2=2H2O，故b正确；C.氢氧燃料电池工作时的总反应为氢气和氧气反应生成水，能在极寒天气中使用，故c错误；故答案为：ab。
17．（2022春·黑龙江双鸭山·高一校考期末）原电池原理的发现是储能和供能技术的巨大进步，是化学对人类的一项重大贡献。
(1)现有如下两个反应：A．NaOH＋HCl=NaCl＋H2O；B．Zn＋H2SO4=ZnSO4＋H2↑。判断上述两个反应中能设计成原电池的是___ (填“A”或“B”)。
(2)将纯锌片和纯铜片按图中方式插入100 mL相同浓度的稀硫酸中一段时间，回答下列问题：
①下列说法正确的是_______。
A．甲、乙均为化学能转变为电能的装置
B．乙中铜片上没有明显变化
C．甲中铜片质量减少、乙中锌片质量减少
D．两烧杯中溶液的pH均增大
②在相同时间内，两烧杯中产生气泡的速度：甲_______乙(填“>”“<”或“=”)。
③请写出图中构成原电池的负极电极反应式：_______。
④当乙中产生1.12 L(标准状况)气体时，将锌、铜片取出，再将烧杯中的溶液稀释至1L，测得溶液中c(H＋)=0.1 mol/L，试确定原稀硫酸的物质的量浓度为_______。
(3)燃料电池的工作原理是将燃料和氧化剂(如O2)反应所放出的化学能直接转化为电能。现设计一燃料电池，以C为电极，CH3OH为燃料，采用氢氧化钠溶液为电解液，电池工作时消耗1 mol CH3OH，则电路中通过_______mol电子。
【答案】(1)B
(2)①BD②>③Zn—2e—=Zn2＋④1 mol/L
(3)6
【解析】构成原电池的条件是：①有两个活泼性不同的电极；②将电极插入电解质溶液中；③两电极间构成闭合回路；④能自发的进行氧化还原反应。
（1）构成原电池条件之一是能发生氧化还原反应，由方程式可知，盐酸与氢氧化钠溶液的中和反应是没有元素化合价变化的非氧化还原反应，不能设计成原电池，锌与稀硫酸的反应是有元素化合价变化的氧化还原反应，能设计成原电池，故答案为：B；
（2）①A．由图可知，甲装置为将化学能转化成电能的原电池装置，乙装置没有形成闭合回路，不属于原电池装置，故错误；B．由图可知，乙装置没有形成闭合回路，不属于原电池装置，铜与稀硫酸不发生反应，所以铜片上没有明显变化，故正确；C．由图可知，甲装置为将化学能转化成电能的原电池装置，金属性比铜活泼的锌为负极，铜为正极，氢离子在正极得到电子发生还原反应生成氢气，铜片质量不变，故错误；D．由图可知，两烧杯中发生的反应都为Zn＋H2SO4=ZnSO4＋H2↑，反应中消耗稀硫酸，溶液的氢离子浓度减小，溶液pH增大，故正确；故选BD；
②由图可知，甲装置为将化学能转化成电能的原电池装置，原电池反应加快反应速率，则甲烧杯中产生气泡的速度快，故答案为：＞；
③由图可知，甲装置为将化学能转化成电能的原电池装置，金属性比铜活泼的锌为负极，锌失去电子发生氧化反应生成锌离子，电极反应式为Zn—2e—=Zn2＋，故答案为：Zn—2e—=Zn2＋；
④由图可知，乙中发生的反应为Zn＋H2SO4=ZnSO4＋H2↑，由题意可知，原稀硫酸的物质的量为+0.1 mol/L×1L×=0.1 mol，则溶液的浓度为=1 mol/L，故答案为：1 mol/L；
（3）由题意可知，通入甲醇的石墨电极为燃料电池的负极，碱性条件下甲醇在负极失去电子发生氧化反应生成碳酸根离子和水，电极反应式为CH3OH—6e—+8OH—=CO+6H2O，则电池工作消耗1 mol甲醇时，电路中通过电子的物质的量为6mol，故答案为：6。
18．（2022春·广东广州·高一华南师大附中校考期末）现有纯锌片、纯铜片，的溶液、导线、量筒。试用下图装置来测定锌和稀硫酸反应时在某段时间内通过导线的电子的物质的量。
(1)如图所示，装置气密性良好，且量筒中已充满了水，则开始实验时，首先要_______。
(2)a电极的反应式为_______，b电极的反应式为_______。
(3)当量筒中收集到气体时(标准状况下)，通过导线的电子的物质的量是_______。
(4)如果将a，b两电极的电极材料对调，U形管中将出现的现象是_______。
【答案】(1)用导线把a，b两电极连接起来
(2)
(3)
(4)左端液面下降，右端液面上升
【解析】（1）要形成原电池，需要闭合线路，故首先要用导线把a、b两电极连接起来。
（2）根据图示，氢气在b电极生成，所以b是正极、a是负极；a电极是锌，负极失电子发生氧化反应，负极反应式为，b电极是铜，氢离子得电子生成氢气，正极反应式为；（3）672mL气体为，其物质的量为，根据可知，。
（4）如果将a、b两电极的电极材料对调，则a极产生气体，故U形管中将出现的现象是U形管左端液面下降，右端液面上升。
19．（2022春·陕西西安·高一统考期末）化学电源在日常生活中有着广泛的应用。
(1)将石墨和铜片用导线及电流计相连浸入500mL溶液中，构成如图所示的原电池装置，正极发生的电极反应式为_______；该电池在工作时，Cu的质量将_______(填“增加”、“减少”或“不变”)。
(2)研究人员发明了一种“水”电池，这种电池能利用淡水与海水之间含盐量的差别进行发电，电池的总反应方程式为。
①该电池负极的电极反应式为_______。
②电池中，不断移动到“水”电池的_______极(填“正”或“负”)。
③外电路每通过4mol电子时，生成的物质的量是_______mol。
(3)如图是甲烷燃料电池的原理示意图：
①电池的负极是_______(填“a”或“b”)电极，该电极的反应式为_______。
②电池工作一段时间后，电解质溶液的pH_______(填“增大”、“减小”或“不变”)。
【答案】(1) 减少
(2)① ②正 ③2
(3)①a ②减小
【解析】（1）将石墨和铜片用导线及电流计相连浸入500mL溶液中，发生反应，Cu发生氧化反应，Cu是负极、石墨是正极，正极发生的电极反应式为；该电池在工作时，Cu发生Cu-2e-=Cu2+反应，质量将减少。
（2）①根据总反应，Ag发生氧化反应生成AgCl，该电池负极的电极反应式为。
②原电池中，阳离子向正极移动、阴离子向负极移动，所以不断移动到“水”电池的正极。
③根据总反应，Mn元素化合价由+4降低为+，生成1mol转移2mol电子，外电路每通过4mol电子时，生成的物质的量是2mol。
（3）①甲烷发生氧化反应，通入甲烷的电极为负极，电池的负极是a，该电极甲烷失电子生成碳酸钾和水，电极的反应式为。
②电池总反应为，反应消耗氢氧化钠，电池工作一段时间后，电解质溶液的pH减小。
20．（2022春·陕西西安·高一统考期末）为了探究原电池的工作原理，某研究性学习小组进行了如下实验。
(1)分别按图1中甲、乙所示装置进行实验，甲中两个烧杯中的溶液为同浓度的稀硫酸。
①以下叙述中正确的是_______(填字母)。
A．甲中锌片是负极，乙中铜片是正极
B．两装置中铜片表面均有气泡产生
C．乙的外电路中电流方向Cu→Zn
D．如果将装置乙中锌片换成铁片，则电路中的电流方向不变
②在乙实验中，某同学发现不仅在铜片上有气泡产生，而且在锌片上也产生了气体，分析原因可能是_______。
③在乙实验中，如果把硫酸换成硫酸铜溶液，可观察到正极_______(填实验现象)，其对应的电极反应式为_______。
(2)某氢氧燃料电池装置如图2所示，a、b均为惰性电极。
①电池工作时，空气从_______(填“A”或“B”)口通入。
②正极上的电极反应式为_______，当电路中转移0.4mol电子时，理论上负极通入的气体在标准状况下的体积为_______L。
【答案】(1)①CD ②锌片不纯，在锌片上形成了原电池 ③有红色固体析出
(2) ①B ② 4.48
【解析】（1）①A．甲中没有形成闭合回路，不能形成原电池，乙中铜片是正极，故A错误；B．铜为金属活动性顺序表H元素之后的金属，不能与稀硫酸反应，甲烧杯中铜片表面没有气泡产生，故B错误；C．乙形成闭合回路，形成原电池，电流方向为正极到负极，所以乙的外电路中电流方向为Cu→Zn，故C正确；D．如果将装置乙中锌片换成铁片，铁片作负极，铜片作正极，电路中的电流方向为Cu→Fe，电流方向不变，故D正确；故答案为：CD；
②在乙实验中，某同学发现不仅在铜片上有气泡产生，而且在锌片上也产生了气体，是由于锌片不纯，在锌片上形成了原电池导致，故答案为：锌片不纯，在锌片上形成了原电池；③在乙实验中，如果把硫酸换成硫酸铜溶液，Zn为负极，电极反应式为Zn-2e-=Zn2+，Cu为正极，正极上铜离子得到电子生成铜，则正极上有红色固体析出，电极反应式为Cu2++2e-=Cu，故答案为：有红色固体析出；Cu2++2e-=Cu；
（2）①由电子转移方向可知a为负极，发生氧化反应，应通入燃料，b为正极，发生还原反应，应通入空气，故答案为：B；
②氢氧燃料电池中，正极上通入空气，氧气氧气得到电子生成氢氧根离子，电极反应式为O2+4e-+2H2O=4OH-；负极上氢气失去电子结合氢氧根离子生成水，发生反应为H2-2e-+2OH-=2H2O，当电路中转移0.4mol电子时，结合得失电子守恒可知，理论上负极通入的氢气的物质的量为：=0.2mol，在标准状况下的体积为：22.4L/mol×0.2mol=4.48L，故答案为：O2+4e-+2H2O=4OH-；4.48。专题05 化学能与电能（核心素养检测）
一、选择题
1．（2022春·黑龙江大庆·高一铁人中学校考期末）某种钠—空气水电池的充、放电过程原理示意图如图所示，下列有关说法错误的是
A．放电时，Na＋向正极移动
B．放电时，电子由钠箔经过导线流向碳纸
C．充电时，碳纸与电源负极相连，电极反应式为4 OH- -4e- =2H2O＋O2↑
D．充电时，当有0.1 mol e-通过导线时，则钠箔增重2.3 g
【答案】C
【解析】Na失电子生成Na+，O2得电子产物与电解质反应生成OH-，则钠箔为负极，碳纸为正极。A．放电时，阳离子向正极移动，则Na＋向正极(碳纸)移动，A正确；B. 放电时，电子由负极沿导线流向正极，则由钠箔经过导线流向碳纸，B正确；C. 充电时，碳纸作阳极，与电源正极相连，溶液中的OH-失电子生成O2等，电极反应式为4OH- -4e- =2H2O＋O2↑，C错误；D. 充电时，钠极为阴极，当有0.1 mol e-通过导线时，则有0.1molNa+得电子生成0.1molNa，则钠箔增重2.3 g，D正确；故选C。
2．（2022春·重庆·高一校联考期末）为解决淀粉厂废水中BOD严重超标的问题，有人设计了电化学降解法。如图是利用一种微生物将废水中有机物［主要成分是］的化学能转化为电能的装置，下列说法中错误的是
A．该装置工作时，从左侧经质子交换膜移向右侧
B．该装置不能在较高温度下完成
C．负极的电极反应为
D．物质X是
【答案】D
【解析】由题意利用一种微生物将废水中有机物[主要成分是(C6H10O5)n]的化学能转化为电能的装置，即为原电池，由图N极通O2，M极为有机物，则N极为正极发生还原反应，M极为负极，发生氧化反应，负极的电极反应为(C6H10O5)n+7nH2O﹣24ne﹣═6nCO2↑+24nH+，原电池中阳离子移向正极。A．原电池中阳离子移向正极，该装置工作时，H+从左侧经质子交换膜移向右侧，选项A正确；B．微生物在高温下会变性，所以该装置不能在较高温度下完成，选项B正确；C．M极为有机物，M极为负极，发生氧化反应，负极的电极反应为(C6H10O5)n +7nH2O﹣24ne﹣═6nCO2↑+24nH+，故C正确；D．由图N极通O2，则N极为正极，O2得电子结合H+生成水，物质X为水，选项D错误；答案选D。
3．（2022春·江西九江·高一校联考期末）在强碱性溶液中主要以形式存在。燃料电池工作原理如图所示。正极反应式为。提示：电池效率等于电路上通过的电子数与负极失去电子数之比。下列说法错误的是
A．Al极发生氧化反应
B．电流由Pt极经负载流向Al极
C．放电时，向Al极迁移
D．若正极生成，电路经过2.4mol电子，电池效率为60%
【答案】D
【解析】观察图示知，燃料电池中铝电极为负极，铂电极为正极。A．负极发生氧化反应，A项正确；B．电流由正极经外电路流向负极，B项正确；C．铂极为正极，铝极为负极，向负极迁移，C项正确；D．正极反应式为，，电池效率，D项错误。故选D。
4．（2022春·吉林松原·高一校考期末）已知空气—锌电池的电极反应为：锌片：Zn+2OH--2e-=ZnO+H2O；碳棒：O2+H2O+2e- =2OH- ，据此判断，锌片是
A．负极，被氧化 B．正极，被氧化 C．负极，被还原 D．正极，被还原
5．（2022春·黑龙江大庆·高一大庆市东风中学校考期末）科学家设计出质子膜燃料电池，实现了利用废气资源回收能量并得到单质硫。质子膜燃料电池的结构如图。下列说法正确的是
A．该装置将电能转化为化学能
B．电极a为电池的负极，发生氧化反应
C．电极b上发生的反应式：
D．电路中每通过电子，理论上在电极a消耗
6．（2022春·内蒙古呼伦贝尔·高一校考期末）下列四个常用电化学装置的叙述错误的是
A水果电池图 B干电池 C铅蓄电池 D氢氧燃料电池
A．水果电池中电流从铜片流出
B．干电池中锌皮作负极
C．铅蓄电池放电过程中硫酸溶液浓度减小
D．燃料电池正极反应：O2+2H2O+4e-=4OH-
7．（2022春·河北唐山·高一统考期末）在上海进博会中很多氢能源汽车(如图1)纷纷亮相。氢燃料电池被誉为氢能源汽车的心脏。某种氢燃料电池的内部结构(如图2)，下列说法错误的是
A．左侧为电池负极
B．右侧的电极反应式为
C．a处通入的气体为，若每消耗5.6 L，外电路转移电子数为
D．电池工作一段时间后，电解质溶液的浓度将降低
8．（2022春·辽宁·高一校联考期末）用于检测酒驾的酸性燃料电池酒精检测仪工作原理如图所示，下列说法错误的是
A．电极X作负极
B．当有0.001mol反应，理论上有0.002mol电子通过外电路
C．正极电极反应式是
D．电池工作时，质子通过交换膜从左往右迁移
9．（2022春·吉林辽源·高一校联考期末）下列化学反应在理论上可以设计成原电池的是
A．
B．
C．
D．
10．（2022春·吉林辽源·高一校联考期末）某小组为研究原电池原理，设计如图装置。下列叙述正确的是
A．a和b不连接时，铁片上会有产生
B．a和b用导线连接时，电子由a流向b
C．a和b用导线连接时，铜片上发生的反应为
D．a和b连接时，铁会溶解，溶液从蓝色逐渐变成浅绿色；a和b不连接时，铁片不发生反应
11．（2022春·河南驻马店·高一统考期末）把a、b、c、d四种金属片两两相连浸入稀硫酸中都可组成原电池。若a、b相连，外电路电流从b流向a；a、c相连，c为正极；b、d相连，b上有气泡逸出；c、d相连时，c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． B． C． D．
12．（2022春·山东日照·高一统考期末）“暖宝宝”具有即时发热、长效保温的优点，深受人们的喜爱。某品牌“暖宝宝”主要成分：铁粉、水、活性炭、食盐等。下列说法正确的是
A．正极反应物为H+
B．负极上的电极反应，每反应1molFe转移3mole-
C．“暖宝宝”能长效保温是因为发生了原电池反应，减缓了反应速率
D．“暖宝宝”使用后变硬，其主要成分为：氯化钠、三氧化二铁、炭粉等固体
13．（2022春·重庆沙坪坝·高一重庆八中校考期末）习近平总书记提出我国要在2030年实现“碳达峰”，2060年前实现“碳中和”。某科研小组用电化学方法将CO2转化为CO实现再利用，转化的基本原理如图所示。
下列说法不正确的是
A．该装置能将化学能转化为电能
B．M上的电极反应方程式为2H2O-4e-=O2↑ +4H+
C．工作一段时间后，N电极室中的溶液酸性增强
D．当转化2molCO2时，外电路中转移的电子数为4NA
14．（2022春·河南郑州·高一统考期末）某同学以相同大小的铜片和锌片为电极研究水果电池，具体情况如下表所示：
实验编号 水果种类 电极间距离/cm 电流/μA
1 番茄 1 98.7
2 番茄 2 72.5
3 苹果 2 27.2
下列说法错误的是A．水果的作用是提供电解质溶液
B．该电池的电流从锌片经导线流向铜片
C．实验2和3的目的是探究水果种类对电流大小的影响
D．其他条件相同时，电极间距离越小，水果电池的电流越大
15．（双选）（2022春·山东滨州·高一统考期末）科学家开发出了多种锂电池，装置如下。下列描述正确的是
A．甲充电时总反应为：
B．乙中玻璃陶瓷具有传导离子和防水的功能
C．丙中Se可由通入溶液中反应制得，该反应中氧化剂与还原剂物质的量之比为1∶1
D．丁中a极的电极反应式为：
二、非选择题
16．（2022春·北京石景山·高一统考期末）阅读下列短文并填空。
“绿色办奥”是北京冬奥会四大办奥理念之首，在“双碳”目标驱动下，全球首次服务体育赛事的大批量氢燃料客车在北京冬奥会上闪亮登场。
氢燃料大客车从车辆排放端实现了零污染、零排放。氢燃料电池是氢气和氧化剂通过特定装置发生反应将化学能转变为电能的化学电源。氢氧燃料电池在工作时，氧化剂和还原剂不接触即可在电池内部发生反应生成H2O，同时产生电能。
氢燃料客车还搭载了“U度”综合热管理技术。该技术可将氢燃料电池所产生的“废热”循环利用，为车内采暖、除霜、除雾提供能量。该车的极寒动力电池能让车辆实现零下30摄氏度极寒低温起动。
未来，氢燃料客车有望从“冬奥平台”出发，将应用场景拓展延伸至更多领域。
(1)氢燃料电池工作时负极通入的物质是_______。
(2)氢燃料电池工作时涉及的能量转化形式有_______。
a.电能转化为化学能 b.化学能转化为电能
c.化学能转化为热能 d.太阳能转化为电能
(3)氢燃料电池生成1molH2O时，通过线路的电子是_______mol。
(4)下列关于氢燃料客车的说法，正确的是_______。
a.氢燃料客车环保，助力实现“双碳”目标
b.氢氧燃料电池工作时的总反应为2H2+O2=2H2O
c.氢燃料客车不能在极寒天气中使用
17．（2022春·黑龙江双鸭山·高一校考期末）原电池原理的发现是储能和供能技术的巨大进步，是化学对人类的一项重大贡献。
(1)现有如下两个反应：A．NaOH＋HCl=NaCl＋H2O；B．Zn＋H2SO4=ZnSO4＋H2↑。判断上述两个反应中能设计成原电池的是___ (填“A”或“B”)。
(2)将纯锌片和纯铜片按图中方式插入100 mL相同浓度的稀硫酸中一段时间，回答下列问题：
①下列说法正确的是_______。
A．甲、乙均为化学能转变为电能的装置
B．乙中铜片上没有明显变化
C．甲中铜片质量减少、乙中锌片质量减少
D．两烧杯中溶液的pH均增大
②在相同时间内，两烧杯中产生气泡的速度：甲_______乙(填“>”“<”或“=”)。
③请写出图中构成原电池的负极电极反应式：_______。
④当乙中产生1.12 L(标准状况)气体时，将锌、铜片取出，再将烧杯中的溶液稀释至1L，测得溶液中c(H＋)=0.1 mol/L，试确定原稀硫酸的物质的量浓度为_______。
(3)燃料电池的工作原理是将燃料和氧化剂(如O2)反应所放出的化学能直接转化为电能。现设计一燃料电池，以C为电极，CH3OH为燃料，采用氢氧化钠溶液为电解液，电池工作时消耗1 mol CH3OH，则电路中通过_______mol电子。
18．（2022春·广东广州·高一华南师大附中校考期末）现有纯锌片、纯铜片，的溶液、导线、量筒。试用下图装置来测定锌和稀硫酸反应时在某段时间内通过导线的电子的物质的量。
(1)如图所示，装置气密性良好，且量筒中已充满了水，则开始实验时，首先要_______。
(2)a电极的反应式为_______，b电极的反应式为_______。
(3)当量筒中收集到气体时(标准状况下)，通过导线的电子的物质的量是_______。
(4)如果将a，b两电极的电极材料对调，U形管中将出现的现象是_______。
19．（2022春·陕西西安·高一统考期末）化学电源在日常生活中有着广泛的应用。
(1)将石墨和铜片用导线及电流计相连浸入500mL溶液中，构成如图所示的原电池装置，正极发生的电极反应式为_______；该电池在工作时，Cu的质量将_______(填“增加”、“减少”或“不变”)。
(2)研究人员发明了一种“水”电池，这种电池能利用淡水与海水之间含盐量的差别进行发电，电池的总反应方程式为。
①该电池负极的电极反应式为_______。
②电池中，不断移动到“水”电池的_______极(填“正”或“负”)。
③外电路每通过4mol电子时，生成的物质的量是_______mol。
(3)如图是甲烷燃料电池的原理示意图：
①电池的负极是_______(填“a”或“b”)电极，该电极的反应式为_______。
②电池工作一段时间后，电解质溶液的pH_______(填“增大”、“减小”或“不变”)。
20．（2022春·陕西西安·高一统考期末）为了探究原电池的工作原理，某研究性学习小组进行了如下实验。
(1)分别按图1中甲、乙所示装置进行实验，甲中两个烧杯中的溶液为同浓度的稀硫酸。
①以下叙述中正确的是_______(填字母)。
A．甲中锌片是负极，乙中铜片是正极
B．两装置中铜片表面均有气泡产生
C．乙的外电路中电流方向Cu→Zn
D．如果将装置乙中锌片换成铁片，则电路中的电流方向不变
②在乙实验中，某同学发现不仅在铜片上有气泡产生，而且在锌片上也产生了气体，分析原因可能是_______。
③在乙实验中，如果把硫酸换成硫酸铜溶液，可观察到正极_______(填实验现象)，其对应的电极反应式为_______。
(2)某氢氧燃料电池装置如图2所示，a、b均为惰性电极。
①电池工作时，空气从_______(填“A”或“B”)口通入。
②正极上的电极反应式为_______，当电路中转移0.4mol电子时，理论上负极通入的气体在标准状况下的体积为_______L。
