- 2021-05-12 发布 |
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文档介绍
全国版2021高考化学一轮复习课时作业25新型化学电源及电解原理的应用含解析
课时作业(二十五) 新型化学电源及电解原理的应用 1.(2019·安徽宿州质检)太阳能光电池具有可靠稳定、寿命长、安装维护简便等优点,现已得到广泛应用。氮化镓(GaN)光电池的结构如图所示。下列说法中正确的是( ) A.该装置系统中只存在光能与电能之间的转化 B.Cu电极上的电极反应式为CO2+8H+-8e-===CH4+2H2O C.工作时,产生的O2、CH4体积比为1∶1(同温同压) D.离子交换膜为质子交换膜,H+从左池移向右池 D [由图可知,该装置系统中存在太阳能与化学能、化学能与电能及化学能与热能等的转化,A错误;CO2在Cu电极上发生还原反应生成CH4,则电极反应式为CO2+8H++8e-===CH4+2H2O,B错误;H2O在GaN电极上发生氧化反应生成O2,电极反应式为2H2O-4e-===4H++O2↑,根据得失电子守恒可知,产生O2和CH4的物质的量之比为2∶1,在同温同压下的体积比为2∶1,C错误;由上述分析知左池产生H+,右池消耗H+,则离子交换膜为质子变换膜,H+向正极移动,即H+由左池向右池,D正确。] 2.(2019·山西实验中学模拟)电化学气敏传感器可用于监测环境中NH3的含量,其工作原理如图所示,其中NH3被氧化为常见无毒物质。下列说法错误的是( ) A.溶液中OH-向电极a移动 B.电极b上发生还原反应 C.负极的电极反应式为2NH3-6e-+6OH-===N2+6H2O D.理论上反应消耗的NH3与O2的物质的量之比为3∶4 D [NH3在电极a上发生氧化反应,则a为负极,b为正极,溶液中OH-向电极a(负极)移动,A正确;O2在b极上发生还原反应,电极反应式为O2+2H2O+4e-===4OH-,B正确;NH3在负极上被氧化生成N2,电极反应式为2NH3-6e-+6OH-===N2+6H2O,C正确;反应中NH3 8 被氧化生成N2,而O2被还原生成OH-,根据得失电子守恒可知,理论上反应消耗的NH3与O2的物质的量之比n(NH3)∶n(O2)=4∶3,D错误。] 3.(2019·湖南湘东五校联考)高铁电池具有比能量高、无污染的特点,用如图模拟其工作原理(放电时两电极均有稳定的金属氢氧化物生成)。下列有关说法中正确的是( ) A.放电时,电子由正极通过外电路流向负极 B.放电时,负极上的电极反应式为Zn+2H2O-2e-===Zn(OH)2+2H+ C.充电时,阴极区溶液的pH减小 D.充电时,阳极上的电极反应式为Fe(OH)3+5OH--3e-===FeO+4H2O D [放电时,电子由负极经外电路流向正极,A错误;负极的电解质溶液呈碱性,放电时,Zn在负极上发生氧化反应生成Zn(OH)2,电极反应式为Zn+2OH--2e-===Zn(OH)2,B错误;充电时,阴极上发生还原反应,电极反应式为Zn(OH)2+2e-===Zn+2OH-,由于生成了OH-,阴极区溶液的pH增大,C错误;充电时,Fe(OH)3在阳极上发生氧化反应生成FeO,电极反应式为Fe(OH)3+5OH--3e-===FeO+4H2O,D正确。] 4.(2019·山西大同联考)某污水处理厂利用微生物电池将镀铬废水中的Cr2O催化还原,其工作原理如图所示。下列说法不正确的是( ) A.电池工作过程中电子由a极流向b极 B.b极反应式为Cr2O+14H++6e-===2Cr3++7H2O C.电池工作过程中,a极区附近溶液的pH增大 D.每处理1 mol Cr2O,可生成33.6 L(标准状况下)CO2 答案 C 5.(2019·福建南平质检)有人设想以N2和H2为反应物,以溶有X的稀盐酸为电解质溶液,制造出新型燃料电池,装置如图所示。下列说法正确的是( ) 8 A.放电时H+向左移动,生成的物质X是NH4Cl B.通入H2的一极为正极 C.通入N2的电极反应为:N2+6H+-6e-===2NH3 D.放电过程右边区域溶液pH逐渐增大 A [以N2、H2为原料,以溶有X的稀盐酸为电解质溶液构成新型燃料电池,正极发生还原反应,即氮气被还原生成NH,电极反应式为N2+6e-+8H+===2NH;负极是氢气失电子生成氢离子,电极方程式为H2-2e-===2H+,总反应为:N2+3H2+2HCl===2NH4Cl。A.放电时H+向正极移动,即向左移动,生成的物质X是NH4Cl,正确;B.通入H2的一极为负极,错误;C.通入N2的电极为正极,发生还原反应,N2+6e-+8H+===2NH,错误;D.放电过程右边区域为负极区,H2-2e-===2H+,溶液pH逐渐减小,错误。] 6.(2019·浙江宁波调研)液氨-液氧燃料电池曾用于驱动潜艇,其示意图如图所示,下列有关说法不正确的是( ) A.电极2是正极,发生还原反应 B.电池工作时,Na+向电极1移动 C.电流由电极2经外电路流向电极1 D.电极1发生的电极反应为:2NH3+6OH--6e-===N2↑+6H2O B [A.根据装置图所示的物质关系分析可得,由NH3生成N2时化合价升高,失去电子,所以电极1为负极,发生氧化反应,电极2为正极,发生还原反应,所以A正确;B.在电池内部的电解质溶液中,阳离子向正极移动,阴离子向负极移动,所以Na+应向电极2移动,故B错误;C.电流是由正极流向负极,故C正确;D.OH-向负极移动,所以电极1(负极)的反应式为2NH3+6OH--6e-===N2↑+6H2O,故D正确。] 7.(2019·安徽合肥质检)利用LiOH和钴氧化物可制备锂离子电池正极材料。可用电解LiCl溶液制备LiOH,装置如图所示。下列说法正确的是( ) 8 A.电极B连接电源的正极 B.A极区电解液为LiCl溶液 C.阳极反应式为2H2O+2e-===H2↑+2OH- D.每生成1 mol H2,有1 mol Li+通过离子交换膜 B [由图可知,电极B上产生H2,则发生的反应为2H2O+2e-===H2↑+2OH-,故电极B为阴极,与电源的负极相连,A错误;A极区电解液为LiCl溶液,Li+透过阳离子交换膜进入B极区生成LiOH,则B极区为LiOH溶液,B正确;电极A为阳极,电极反应式为2Cl--2e-===Cl2↑,C错误;由A项分析可知, 生成1 mol H2同时生成2 mol OH-,为保持B极区溶液呈电中性,应有2 mol Li+通过离子交换膜进入B极区,D错误。] 8.(2019·北京海淀区模拟)电解Na2CO3溶液制取NaHCO3溶液和NaOH溶液的装置如图所示。下列说法中不正确的是( ) A.阴极产生的物质A是H2 B.溶液中Na+由阳极室向阴极室迁移 C.阳极OH-放电,H+浓度增大,CO转化为HCO D.物质B是NaCl,其作用是增强溶液导电性 D [阴极上发生还原反应,电极反应式为2H2O+2e-===2OH-+H2↑,则阴极上产生的物质A是H2,A正确;电解池中阳离子向阴极移动,则Na+由阳极室向阴极室迁移,B正确;由图可知,阳极上产生O2,则阳极反应式为4OH--4e-===O2↑+2H2O,溶液中c(H+)增大,CO转化为HCO,C正确;由图可知,阴极区得到NaOH溶液,为不引入杂质,物质B应为NaOH,其作用是增强溶液的导电性,D错误。] 9.(2019·河北张家口模拟)锂-硫电池是一种新型储能电池,放电时的总反应为2Li+xS===Li2Sx。以该电池为电源制备甲烷的原理如图所示。下列说法正确的是( ) 8 A.b为锂-硫电池的负极 B.锂-硫电池的正极反应式为Li-e-===Li+ C.阳极反应式为CO+3CO+2H2O-2e-===4HCO D.该装置工作时溶液中的c(CO)增大 C [由图可知,CO在M极被还原生成CH4,CO在N极被氧化生成CO2,则M是阴极,N是阳极,故b是锂-硫电池的正极,A错误。锂-硫电池放电时,Li失电子被氧化,则Li作负极,电极反应式为Li-e-===Li+;S在正极发生还原反应,电极反应式为xS+2Li++2e-===Li2Sx,B错误。由图可知,CO在阳极被氧化生成CO2,CO2与Na2CO3溶液反应生成NaHCO3,故阳极反应式为CO+3CO+2H2O-2e-===4HCO,C正确。该装置工作时,溶液中CO与CO2、H2O反应生成HCO,则溶液中的c(CO)减小,D错误。] 10.(2018·四川德阳二诊)硼酸( H3BO3) 为一元弱酸,H3BO3可以通过电解的方法制备。其工作原理如下图所示( 阳膜和阴膜分别只允许阳离子、阴离子通过)。下列说法错误的是( ) A.a与电源的正极相连接 B.阳极的电极反应式为:2H2O-4e-=O2↑+4H+ C.[B(OH)4]-穿过阴膜进入产品室,Na+穿过阳膜进入阴极室 D.当电路中通过3 mol 电子时,可得到1 mol H3BO3 D [A.与a极相连的石墨所处的区域为阳极室,则a与电源的正极相连接,正确;B.阳极上发生氧化反应,溶液中水失去电子生成氧气,电极反应式为:2H2O-4e-===O2↑+4H+↑,正确;C.在电解池中,阴离子向阳极运动,阳离子向阴极运动,因此[B(OH)4]-穿过阴膜进入产品室,Na+穿过阳膜进入阴极室,正确;D.阳极电极反应式为:2H2O-4e-===O2 8 ↑+4H+,阴极上发生还原反应,溶液中的水得到电子生成氢气,2H2O+2e-===H2↑+ 2OH-,[B(OH)4]-穿过阴膜进入产品室,与氢离子反应生成H3BO3,[B(OH)4]-+H+===H3BO3+H2O,当电路中通过3 mol电子时,生成3 mol氢离子,可得到3 mol H3BO3,错误。] 11.四室式电渗析法制备盐酸和NaOH的装置如图所示。a、b、c为阴、阳离子交换膜。已知:阴离子交换膜只允许阴离子透过,阳离子交换膜只允许阳离子透过。下列叙述正确的是( ) A.b、c分别为阳离子交换膜、阴离子交换膜 B.通电后Ⅲ室中的Cl-透过c迁移至阳极区 C.Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ四室中的溶液的pH均升高 D.电池总反应为4NaCl+6H2O4NaOH+4HCl+2H2↑+O2↑ D [由图中信息可知,Ⅰ中左侧电极与负极相连为阴极,Ⅳ中右侧电极为阳极,所以通电后,阴离子向右定向移动,阳离子向左定向移动,阳极上OH-放电生成O2、阴极上H+放电生成H2;氢离子透过c进入Ⅲ,氯离子透过b进入Ⅲ,盐酸浓度变大,所以b、c分别为阴离子交换膜和阳离子交换膜;钠离子透过a, NaOH的浓度变大,所以a也是阳离子交换膜。A.b、c分别为阴离子交换膜、阳离子交换膜,错误;B.通电后Ⅲ室中的Cl-不能透过阳离子交换膜c迁移至Ⅳ室,错误;C.电解一段时间后,Ⅰ中的溶液的pH升高,Ⅱ中的溶液的pH不变,Ⅲ和Ⅳ两室中的溶液的pH均减小,错误;D.电池总反应为4NaCl+6H2O4NaOH+4HCl+2H2↑+O2↑,正确。] 12.根据下列要求回答下列问题。 (1)次磷酸钴[Co(H2PO2)2]广泛用于化学镀钴,以金属钴和次磷酸钠为原料,采用四室电渗析槽电解法制备,原理如下图。 8 则Co的电极反应式为__________________,A、B、C为离子交换膜,其中B为________离子交换膜(填“阳”或“阴”)。 解析 以金属钴和次磷酸钠为原料,用电解法制备次磷酸钴[Co(H2PO2)2],Co的化合价从0价升高到+2价,则Co的电极反应式为Co-2e-===Co2+,产品室可得到次磷酸钴的原因是:阳极室的Co2+通过阳离子交换膜进入产品室,原料室的H2PO通过阴离子交换膜进入产品室与Co2+结合生成Co(H2PO2)2,所以B是阴离子交换膜; 答案 Co-2e-===Co2+ 阴 (2)我国科研人员研制出的可充电“Na-CO2”电池,以钠箔和多壁碳纳米管(MWCNT)为电极材料,总反应方程式为4Na+3CO22Na2CO3+C。放电时该电池“吸入”CO2,其工作原理如图所示。 ①放电时,正极的电极反应式为________________________________________________________________________ ____________。 ②若生成的Na2CO3和C全部沉积在正极表面,当正极增加的质量为28 g时,转移电子的物质的量为________。 ③可选用高氯酸钠-四甘醇二甲醚作电解液的理由是 ________________________________________________________________________。 解析 ①放电时,正极发生得到电子的还原反应,则根据总反应式可知电极反应式为3CO2+4Na++4e-===2Na2CO3+C;②根据反应式可知每转移4 mol电子,正极质量增加2×106 g+12 g=224 g,所以当正极增加的质量为28 g时,转移电子的物质的量为×4 mol=0.5 mol。③根据题干信息以及金属钠的化学性质可知可选用高氯酸钠-四甘醇二甲醚作电解液的理由是导电性好、与金属钠不反应,难挥发等。 答案 ①3CO2+4Na++4e-===2Na2CO3+C ②0.5 mol ③导电性好、与金属钠不反应、难挥发等(答案合理即可) (3)用电化学法模拟工业处理SO2。将硫酸工业尾气中的SO2通入如图装置(电极均为惰性材料)进行实验,可用于制备硫酸,同时获得电能: 8 ①M极发生的电极反应式为________________________________________________________________________。 ②质子交换膜右侧的溶液在反应后pH________(填“增大”“减小”“不变”)。 ③当外电路通过0.2 mol e-时,质子交换膜左侧的溶液质量________(填“增大”或“减小”)________克。 解析 ①该装置是原电池,反应原理为二氧化硫、氧气和水反应生成硫酸,通入氧气的N电极是正极,原电池放电时,氢离子由负极移向正极,正极上氧气得电子和氢离子反应生成水,电极反应式为:O2+4e-+4H+===2H2O,负极M上,二氧化硫失电子和水反应生成硫酸,电极反应式为:SO2-2e-+2H2O===4H++SO;②质子交换膜右侧为正极区,正极上氧气得电子和氢离子反应生成水,溶液中的氢离子浓度减小,pH增大; ③质子交换膜左侧为负极区,负极上,二氧化硫失电子和水反应生成硫酸,电极反应式为:SO2-2e-+2H2O===4H++SO,当外电路通过0.2 mol e-时,生成0.4 mol H+,有0.2 mol H+通过质子交换膜移向右侧,左侧的溶液质量增大64 g/mol×0.1 mol-0.2 mol×1 g/mol=6.2 g。 答案 ①SO2+2H2O-2e-===SO+4H+ ②增大 ③增大 6.2 8查看更多