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10_专题十化学反应与电能习题+检测+10年高考题分类
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这是一份10_专题十化学反应与电能习题+检测+10年高考题分类，文件包含1_7十年高考题分类docx、1_3习题部分WORDdocx、1_6专题检测docx等3份试卷配套教学资源，其中试卷共91页， 欢迎下载使用。
专题十 化学反应与电能
基础篇
考点一 原电池原理及其应用
1.(2021广东,9,2分)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.将电能转化为化学能
C.阳离子由正极移向负极 D.CO2在正极上得电子
答案 D
2.(2022湖南,8,3分)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 B
3.(2022全国乙,12,6分)Li-O2电池比能量高,在汽车、航天等领域具有良好应用前景。近年来,科学家研究了一种光照充电Li-O2电池(如图所示)。光照时,光催化电极产生电子(e-)和空穴(h+),驱动阴极反应(Li++e- Li)和阳极反应(Li2O2+2h+ 2Li++O2)对电池进行充电。下列叙述错误的是 ( )
A.充电时,电池的总反应Li2O2 2Li+O2
B.充电效率与光照产生的电子和空穴量有关
C.放电时,Li+从正极穿过离子交换膜向负极迁移
D.放电时,正极发生反应O2+2Li++2e- Li2O2
答案 C
4.(2022天津河北区二模,12)下图是典型微生物燃料电池原理示意图。若用含硝酸盐的废水替代图中氧气,可达到处理废水的目的(已知:a室中微生物降解有机物产生e-、CO2和H+)。关于该电池,下列说法不正确的是( )
A.a室内发生氧化反应,电极为负极
B.H+通过质子交换膜从a室进入b室
C.b室内发生的电极反应为O2+4e-+4H+ 2H2O
D.将硝酸盐转化为N2时,电极反应为2NO3−-10e-+12H+ N2↑+6H2O
答案 D
5.(2021福建,9,4分)催化剂TAPP-Mn(Ⅱ)的应用,使Li-CO2电池的研究取得了新的进展。Li-CO2电池结构和该催化剂作用下正极反应可能的历程如下图所示。
下列说法错误的是( )
A.Li-CO2电池可使用有机电解液
B.充电时,Li+由正极向负极迁移
C.放电时,正极反应为3CO2+4Li++4e-2Li2CO3+C
D.*LiCO2、*CO、*LiC2O3和C都是正极反应的中间产物
答案 D
6.(2019天津理综,6,6分)我国科学家研制了一种新型的高比能量锌—碘溴液流电池,其工作原理示意图如下。图中贮液器可储存电解质溶液,提高电池的容量。下列叙述不正确的是( )
A.放电时,a电极反应为I2Br-+2e- 2I-+Br-
B.放电时,溶液中离子的数目增大
C.充电时,b电极每增重0.65 g,溶液中有0.02 mol I-被氧化
D.充电时,a电极接外电源负极
答案 D
7.(2022贵州铜仁二模,13)我国科学家开发出了一种Zn-NO电池系统,该电池的反应为5Zn+2NO+3H2O 5ZnO+2NH3,工作原理如图所示。下列说法错误的是( )
A.双极膜中的H+向MoS2电极移动
B.电极电势:Zn/ZnO电极
D.标准状况下,22.4 L NO参与反应,Zn/ZnO电极增重40 g
答案 C
8.(2022河南焦作一模,11改编)磷酸铁锂(LiFePO4)电池因特别适用于在动力方面的应用,故称作磷酸铁锂动力电池。磷酸铁锂电池的内部结构如图所示,充电时总反应式为C6+LiFePO4 Li1-xFePO4+LixC6。下列说法中错误的是( )
A.Li1-xFePO4作为电池的正极,与铝箔相连
B.聚合物隔膜将正、负极隔开,可使电子通过
C.放电时,正极反应式为Li1-xFePO4+xLi++xe- LiFePO4
D.放电时,Li+从负极移向正极
答案 B
考点二 电解原理及其应用
1.(2022广东,10,2分)以熔融盐为电解液,以含Cu、Mg和Si等的铝合金废料为阳极进行电解,实现Al的再生。该过程中( )
A.阴极发生的反应为Mg-2e- Mg2+
B.阴极上Al被氧化
C.在电解槽底部产生含Cu的阳极泥
D.阳极和阴极的质量变化相等
答案 C
2.(2022海南,9,4分)一种采用H2O(g)和N2(g)为原料制备NH3(g)的装置示意图如图。下列有关说法正确的是( )
A.在b电极上,N2被还原
B.金属Ag可作为a电极的材料
C.改变工作电源电压,反应速率不变
D.电解过程中,固体氧化物电解质中O2-不断减少
答案 A
3.(2021海南,9,4分)液氨中存在平衡:2NH3NH4++NH2−。如图所示为电解池装置,以KNH2的液氨溶液为电解液,电解过程中a、b两个惰性电极上都有气泡产生。下列有关说法正确的是( )
A.b电极连接的是电源的负极
B.a电极的反应为2NH3+2e-H2↑+2NH2−
C.电解过程中,阴极附近K+浓度减小
D.理论上两极产生的气体物质的量之比为1∶1
答案 B
4.(2020山东,13,4分)采用惰性电极,以去离子水和氧气为原料通过电解法制备双氧水的装置如图所示。忽略温度变化的影响,下列说法错误的是( )
A.阳极反应为2H2O-4e- 4H++O2↑
B.电解一段时间后,阳极室的pH未变
C.电解过程中,H+由a极区向b极区迁移
D.电解一段时间后,a极生成的O2与b极反应的O2等量
答案 D
5.(2022广西南宁二模,12)KIO3广泛用于化工、医学和生活中,工业上制备KIO3的工作原理如图所示。下列说法正确的是( )
A.a为正极,B极上发生氧化反应
B.电子流向:A→a→b→B
C.X气体是H2,每转移2 mol e-,可产生22.4 L X气体
D.A极的电极反应式为I-+6OH--6e- IO3−+3H2O
答案 D
6.(2022上海嘉定一模,14)下图装置中X和Y均为石墨电极,电解液为500 mL某CuCl2溶液,电解时X电极表面有红色固体生成,Y电极有气体产生。一段时间后,取出X电极,洗涤、干燥、称量,电极增重1.6 g。下列有关说法中正确的是( )
A.X电极连接电源正极
B.生成气体体积为0.56 L
C.Y电极上发生氧化反应
D.该CuCl2溶液浓度为0.05 mol/L
答案 C
7.(2022浙江6月选考,21,2分)通过电解废旧锂电池中的LiMn2O4可获得难溶性的Li2CO3和MnO2,电解示意图如下(其中滤布的作用是阻挡固体颗粒,但离子可自由通过。电解过程中溶液的体积变化忽略不计)。下列说法不正确的是( )
A.电极A为阴极,发生还原反应
B.电极B的电极反应:2H2O+Mn2+-2e- MnO2+4H+
C.电解一段时间后溶液中Mn2+浓度保持不变
D.电解结束,可通过调节pH除去Mn2+,再加入Na2CO3溶液以获得Li2CO3
答案 C
8.(2020课标Ⅱ,12,6分)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
9.(2022辽宁,9,3分)如图,c管为上端封口的量气管,为测定乙酸溶液浓度,量取10.00 mL待测样品加入b容器中,接通电源,进行实验。下列说法正确的是( )
A.左侧电极反应:2H2O-4e- O2↑+4H+
B.实验结束时,b中溶液红色恰好褪去
C.若c中收集气体11.20 mL,则样品中乙酸浓度为0.1 mol·L-1
D.把盐桥换为U形铜导线,不影响测定结果
答案 A
10.(2022湖北,14,3分)含磷有机物应用广泛。电解法可实现由白磷直接制备Li[P(CN)2],过程如图所示(Me为甲基)。下列说法正确的是 ( )
A.生成1 mol Li[P(CN)2],理论上外电路需要转移2 mol电子
B.阴极上的电极反应为P4+8CN--4e- 4[P(CN)2]-
C.在电解过程中CN-向铂电极移动
D.电解产生的H2中的氢元素来自LiOH
答案 D
11.(2021全国乙,12,6分)沿海电厂采用海水为冷却水,但在排水管中生物的附着和滋生会阻碍冷却水排放并降低冷却效率。为解决这一问题,通常在管道口设置一对惰性电极(如图所示),通入一定的电流。
下列叙述错误的是( )
A.阳极发生将海水中的Cl-氧化生成Cl2的反应
B.管道中可以生成氧化灭杀附着生物的NaClO
C.阴极生成的H2应及时通风稀释安全地排入大气
D.阳极表面形成的Mg(OH)2等积垢需要定期清理
答案 D
12.(2021辽宁,13,3分)利用(Q)与(QH2)电解转化法从烟气中分离CO2的原理如图。已知气体可选择性通过膜电极,溶液不能通过。下列说法错误的是( )
A.a为电源负极
B.溶液中Q的物质的量保持不变
C.CO2在M极被还原
D.分离出的CO2从出口2排出
答案 C
考点三 金属的腐蚀与防护
1.(2022上海长宁二模,11)下列有关金属腐蚀的说法中正确的是( )
A.银质奖牌久置后表面变暗是因为发生了电化学腐蚀
B.因为二氧化碳普遍存在,所以钢铁的电化学腐蚀以析氢腐蚀为主
C.无论是析氢腐蚀还是吸氧腐蚀,总是金属被氧化
D.钢铁吸氧腐蚀的正极反应:4OH--4e- 2H2O+O2
答案 C
2.(2022河北石家庄一模,6)“外加电流法”和“牺牲阳极法”均可有效防止铁发生电化学腐蚀。下列说法错误的是( )
A.铁发生电化学腐蚀的原因是在其表面形成了原电池
B.利用“外加电流法”时,铁连接电源负极
C.“牺牲阳极法”利用了电解池原理
D.两种保护法中都要采用辅助阳极
答案 C
3.(2019江苏单科,10,2分)将铁粉和活性炭的混合物用NaCl溶液湿润后,置于如图所示装置中,进行铁的电化学腐蚀实验。下列有关该实验的说法正确的是( )
A.铁被氧化的电极反应式为Fe-3e- Fe3+
B.铁腐蚀过程中化学能全部转化为电能
C.活性炭的存在会加速铁的腐蚀
D.以水代替NaCl溶液,铁不能发生吸氧腐蚀
答案 C
4.(2020江苏单科,11,4分)将金属M连接在钢铁设施表面,可减缓水体中钢铁设施的腐蚀。在下图所示的情境中,下列有关说法正确的是( )
A.阴极的电极反应式为Fe-2e-Fe2+
B.金属M的活动性比Fe的活动性弱
C.钢铁设施表面因积累大量电子而被保护
D.钢铁设施在河水中的腐蚀速率比在海水中的快
答案 C
5.(2022黑龙江嫩江期末,5)下列关于金属保护的说法中错误的是( )
图1
图2
A.图1是牺牲阳极法
B.图2中钢闸门表面发生还原反应
C.图1中的负极反应为Zn-2e- Zn2+
D.两种保护法的共同点是被保护的钢闸门上均有电子流出
答案 D
6.(2022河北张家口一模,8)我国学者进行了模拟实验:将甲、乙两片相同的钢片用导线连接插入海水中,钢片甲附近通入氧气,钢片乙附近通入氮气。研究表明钢片乙的腐蚀速率明显高于钢片甲,下列说法错误的是( )
A.钢片甲作正极
B.氮气在钢片乙上得电子
C.在海水中阳离子向钢片甲移动
D.能产生电流的主要原因是钢片甲、乙附近氧气浓度不同
答案 B
7.(2022北京首师大附中三模,11)下列根据实验操作及现象进行的分析和推断中,不正确的是( )
一段时间后:①中,铁钉裸露在外的附近区域变红;②中……
A.NaCl的琼脂水溶液为离子迁移的通路
B.①中变红是因为发生反应2H++2e- H2↑,促进了水的电离
C.②中可观察到铁钉裸露在外的附近区域产生蓝色沉淀,铜丝附近区域变红
D.①和②中发生的氧化反应均可表示为M-2e- M2+(M代表锌或铁)
答案 B
综合篇
综合 电极反应式的书写
1.(2021江苏,12,3分)通过下列方法可分别获得H2和O2:①通过电解获得NiOOH和H2(装置示意图如图所示);②在90 ℃将NiOOH与H2O反应生成Ni(OH)2并获得O2。下列说法正确的是( )
A.电解后KOH溶液的物质的量浓度减小
B.电解时阳极电极反应式:Ni(OH)2+OH--e-NiOOH+H2O
C.电解的总反应方程式:2H2O2H2↑+O2↑
D.电解过程中转移4 mol电子,理论上可获得22.4 L O2
答案 B
2.(2020天津,11,3分)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xS+2Na++2e-Na2Sx
C.Na和Na2Sx分别为电池的负极和正极
D.该电池是以Na-β-Al2O3为隔膜的二次电池
答案 C
3.(2021辽宁,10,3分)如图,某液态金属储能电池放电时产生金属间化合物Li3Bi。下列说法正确的是( )
A.放电时,M电极反应为Ni-2e- Ni2+ B.放电时,Li+由M电极向N电极移动
C.充电时,M电极的质量减小 D.充电时,N电极反应为Li3Bi+3e- 3Li++Bi
答案 B
4.(2023届云南师大附中月考,12)某种热激活电池的结构如图所示,该电池放电后的产物为Li7Si3和LiMn2O4。下列说法正确的是( )
A.放电过程中,Li+移向a极区
B.该电池中火药燃烧将化学能转化为电能
C.常温时,在a、b间连接电流表,指针偏转
D.放电时,a极的电极反应方程式为3Li13Si4-11e- 4Li7Si3+11Li+
答案 D
5.(2020浙江7月选考,21,2分)电解高浓度RCOONa(羧酸钠)的NaOH溶液,在阳极RCOO-放电可得到R—R(烷烃)。下列说法不正确的是 ( )
A.电解总反应方程式:2RCOONa+2H2O R—R+2CO2↑+H2↑+2NaOH
B.RCOO-在阳极放电,发生氧化反应
C.阴极的电极反应:2H2O+2e- 2OH-+H2↑
D.电解CH3COONa、CH3CH2COONa和NaOH混合溶液可得到乙烷、丙烷和丁烷
答案 A
6.(2022安徽蚌埠三模,12)一种铁铬液流电池的工作原理如图所示,已知氧化性:Fe3+>Cr3+。下列说法不正确的是( )
A.放电时,a电极的电势高于b电极
B.放电时,电池的总反应为Cr2++Fe3+ Cr3++Fe2+
C.充电时,b电极与电源负极相连,电极反应式为Cr3++e- Cr2+
D.充电时,电路中通过0.1 mol电子时,有0.1NA个H+由右侧电极室经交换膜移向左侧
答案 D
7.(2019课标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
答案 D
8.(2022山西太原一模,6)我国科学家开发出一种双极制氢系统,在低电池电压下的KOH介质中,可将醛类物质电催化转化为相应的羧酸盐和氢气,其工作原理如图所示。下列说法不正确的是( )
A.泡沫铜与直流电源的正极相连
B.制得1 mol氢气,理论上外电路中迁移了2 mol电子
C.高电压下不能实现双极制氢的原因可能是Cu被氧化从而使催化剂失活
D.泡沫铜电极上发生的反应可能为2RCHO+4OH--2e- 2RCOO-+H2↑+2H2O
答案 B
9.(2022安徽马鞍山三模,12)用间接电解法对NO进行无害化处理,其原理如图所示。下列说法正确的是( )
A.工作时电解池中H+从左室移向右室
B.阳极电极反应式为2HSO3−+2H++2e− S2O42−+2H2O
C.理论上每处理1 mol NO,电解池中产生32 g O2
D.吸收塔中反应的离子方程式为2NO+2S2O42−+2H2O N2+4HSO3−
答案 D
应用篇
应用 新型电化学装置分析 电化学相关计算
1.(2022辽宁,14,3分)某储能电池原理如图。下列说法正确的是( )
A.放电时负极反应:Na3Ti2(PO4)3-2e- NaTi2(PO4)3+2Na+
B.放电时Cl-透过多孔活性炭电极向CCl4中迁移
C.放电时每转移1 mol电子,理论上CCl4吸收0.5 mol Cl2
D.充电过程中,NaCl溶液浓度增大
答案 A
2.(2022河北秦皇岛二模,9)我国科学家研发出一种绿色锌—碘二次电池,其工作原理如图所示。下列说法正确的是( )
A.放电时,聚烯烃多孔电极上发生还原反应
B.放电时,Cl-向多孔石墨电极迁移
C.充电时,阴极净增65 g时,外电路中通过2 mol电子
D.充电时,阳极的电极反应式为2I-+2e- I2
答案 C
3.(2022广东,16,4分)科学家基于Cl2易溶于CCl4的性质,发展了一种无需离子交换膜的新型氯流电池,可作储能设备(如图)。充电时电极a的反应为:
NaTi2(PO4)3+2Na++2e- Na3Ti2(PO4)3
下列说法正确的是( )
A.充电时电极b是阴极
B.放电时NaCl溶液的pH减小
C.放电时NaCl溶液的浓度增大
D.每生成1 mol Cl2,电极a质量理论上增加23 g
答案 C
4.(2022甘肃兰州一诊,12)一种以Fe[Fe(CN)6]为代表的新型可充电钠离子电池,其放电工作原理如图所示。下列说法不正确的是( )
A.放电和充电时,Mo箔的电势均高于Mg箔
B.外电路通过0.2 mol电子时,负极质量变化为1.2 g
C.充电时,Na+通过离子交换膜从左室移向右室
D.放电时,正极反应式为Fe[Fe(CN)6]+2Na++2e- Na2Fe[Fe(CN)6]
答案 B
5.(2022福建漳州三模,9)羟基自由基(·OH)具有强氧化性。我国科学家设计了一种能将苯酚氧化为CO2、H2O的原电池—电解池组合装置(如图所示),该装置能实现发电、环保二位一体。设NA为阿伏加德罗常数的值,下列说法正确的是( )
A.a极每1 mol Cr2O72−参与反应,通过质子交换膜的H+数目理论上为8NA
B.b极为原电池的负极,工作一段时间后溶液的pH变大
C.相同条件下,c、d两极产生气体的体积比为7∶1
D.d极区苯酚被氧化的化学方程式为C6H5OH+28·OH 6CO2↑+17H2O
答案 D
6.(2022辽宁丹东一模,13)下图中,甲、乙是两个完全相同的光伏并网发电模拟装置,利用它们对煤浆进行脱硫处理。下列叙述中错误的是( )
A.光伏并网发电装置中a为负极
B.石墨1上消耗1 mol Mn2+,甲、乙中各转移0.5 mol电子
C.脱硫反应原理为15Mn3++FeS2+8H2O 15Mn2++Fe3++2SO42−+16H+
D.处理60 g FeS2,石墨2上消耗7.5 mol H+
答案 B
7.(2022黑龙江哈师大附中三模,12)利用电解原理,可将氨转化为高纯H2,装置如图。下列说法正确的是( )
A.电解过程中OH-由左向右移动
B.工作时,b极连电源的正极
C.a极的电极反应式为2NH3-6e-+6OH- N2+6H2O
D.若原两极溶液质量相等,当通入0.2 mol氨并完全反应时,两极溶液质量差为10.8 g
答案 C
8.(2022贵州遵义三模,13)利用电化学原理,模拟工业电解法来处理含Cr2O72−的废水,如下图所示。电解过程中溶液中发生反应:Cr2O72−+6Fe2++14H+ 2Cr3++6Fe3++7H2O。下列说法中不正确的是( )
A.石墨Ⅰ是负极
B.当电路中有3 mol电子转移时,Fe(Ⅰ)上有56 g铁参与反应
C.在反应前后甲装置中NO3−的数目不变
D.石墨Ⅱ上的反应是2N2O5+O2+4e- 4NO3−
答案 B
9.(2022河北石家庄一模,12)(双选)我国科学家研究出一种新型水系Zn-C2H2电池(结构如图),能实现乙炔加氢又能发电,其开路电位、峰值功率密度和能量密度均远高于Zn-CO2电池,同时这种电池设计可广泛适用于其他炔烃。已知放电时Zn转化为ZnO,电池工作时下列说法正确的是( )
A.电流由b极经外电路流向a极
B.右侧极室中c(KOH)减小
C.a极的电极反应式为C2H2+2e-+2H2O C2H4+2OH-
D.每有0.2 mol OH-通过阴离子交换膜,a极消耗2.24 L C2H2
答案 BC
10.(2022山东,13,4分)(双选)设计如图装置回收金属钴。保持细菌所在环境pH稳定,借助其降解乙酸盐生成CO2,将废旧锂离子电池的正极材料LiCoO2(s)转化为Co2+,工作时保持厌氧环境,并定时将乙室溶液转移至甲室。已知电极材料均为石墨材质,右侧装置为原电池。下列说法正确的是( )
A.装置工作时,甲室溶液pH逐渐增大
B.装置工作一段时间后,乙室应补充盐酸
C.乙室电极反应式为LiCoO2+2H2O+e- Li++Co2++4OH-
D.若甲室Co2+减少200 mg,乙室Co2+增加300 mg,则此时已进行过溶液转移
答案 BD
11.(2022山西晋中二模,12)近日,一种新型水系可充电无隔膜Zn/MnO2液流电池备受关注,该电池具有成本低、高离子导电率、高安全性和环境友好性等特点。电池以锌箔、石墨毡为集流体,ZnSO4和MnSO4的混合液作电解质溶液。下列说法错误的是( )
A.过程Ⅰ是充电过程,过程Ⅱ是放电过程
B.充电时锌箔和电源的负极相连
C.充电时阳极反应为Mn2+-2e-+2H2O MnO2↓+4H+
D.放电时,当外电路转移1 mol e-时,两极板质量变化的差为22 g
答案 D
12.(2022山东,15,4分)(双选)Cu2-xSe是一种钠离子电池正极材料,充放电过程中正极材料立方晶胞(示意图)的组成变化如图所示,晶胞内未标出因放电产生的0价Cu原子。下列说法正确的是( )
A.每个Cu2-xSe晶胞中Cu2+个数为x
B.每个Na2Se晶胞完全转化为Cu2-xSe晶胞,转移电子数为8
C.每个NaCuSe晶胞中0价Cu原子个数为1-x
D.当NayCu2-xSe转化为NaCuSe时,每转移(1-y)mol电子,产生(1-x)mol Cu原子
答案 BD
创新篇
创新 “隔膜”在电化学中的应用
1.(2023届辽宁鞍山质检一,12)工业电解丙烯腈(CH2CHCN)制己二腈[NC(CH2)4CN]的原理如图所示。下列相关说法正确的是( )
A.乙室电极反应:2H2O-4e- O2↑+4H+
B.该生产过程离子交换膜为阴离子交换膜
C.甲室碳棒为阳极,工作温度较高电极会有损耗
D.生产中若收集44.8 L气体,转移电子8 mol
答案 A
2.(2021湖北,15,3分)Na2Cr2O7的酸性水溶液随着H+浓度的增大会转化为CrO3。电解法制备CrO3的原理如图所示。下列说法错误的是( )
A.电解时只允许H+通过离子交换膜
B.生成O2和H2的质量比为8∶1
C.电解一段时间后阴极区溶液OH-的浓度增大
D.CrO3的生成反应为Cr2O72−+2H+ 2CrO3+H2O
答案 A
3.(2020山东,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,用下图装置处理有机废水(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
答案 B
4.(2019课标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,示意图如下所示。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
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
答案 B
5.(2023届湖北黄冈9月调研,14)一种新型短路膜电化学电池消除CO2装置如图所示。下列说法错误的是( )
A.负极反应为H2+2OH--2e- 2H2O
B.正极反应消耗标准状况下22.4 L O2,理论上需要转移4 mol电子
C.短路膜和常见的离子交换膜不同,它既能传递离子,还可以传递电子
D.该装置可用于空气中CO2的捕获,缓解温室效应
答案 A
6.(2021广东,16,4分)钴(Co)的合金材料广泛应用于航空航天、机械制造等领域。如图为水溶液中电解制备金属钴的装置示意图。下列说法正确的是( )
A.工作时,Ⅰ室和Ⅱ室溶液的pH均增大
B.生成1 mol Co,Ⅰ 室溶液质量理论上减少16 g
C.移除两交换膜后,石墨电极上发生的反应不变
D.电解总反应:2Co2++2H2O2Co+O2↑+4H+
答案 D
7.(2022河北,12,4分)(双选)科学家研制了一种能在较低电压下获得氧气和氢气的电化学装置,工作原理示意图如下。
下列说法正确的是( )
A.电极b为阳极
B.隔膜为阴离子交换膜
C.生成气体M与N的物质的量之比为2∶1
D.反应器Ⅰ中反应的离子方程式为4[Fe(CN)6]3-+4OH- 4[Fe(CN)6]4-+O2↑+2H2O
答案 BD
8.(2022河北唐山二模,9)某科研小组用碱性甲烷燃料电池制备Co(H2PO2)2,其工作原理如图所示(已知电解装置的电极材料分别为金属钴和不锈钢)。
下列有关说法错误的是( )
A.N电极为不锈钢
B.n电极处电极反应式为CH4-8e-+8OH- CO2+6H2O
C.电解一段时间后,N极区溶液pH增大
D.a膜、c膜均为阳离子交换膜
答案 B
9.(2023届重庆一中10月月考,12)以I2为原料,通过电解法制备KIO3的实验装置如图所示。电解前,先将一定量的精制I2溶于过量KOH溶液,发生反应3I2+6KOH KIO3+5KI+3H2O,将反应后的溶液加入阳极区。另将氢氧化钾溶液加入阴极区,电解槽用水冷却。下列说法不正确的是( )
A.K+会穿过离子交换膜向右侧移动
B.阳极发生的电极反应为I-+6OH--6e- IO3−+3H2O
C.当外电路转移0.1 mol e-,阴极区增重3.9 g
D.若电流利用率为100%,电解法制KIO3碘原子的利用率是直接歧化法的6倍
答案 C
10.(2022新疆二模,12)电解合成1,2-二氯乙烷的实验装置如图所示。下列说法中不正确的是( )
A.a为电源正极
B.该装置总反应为CH2CH2+2NaCl+2H2O ClCH2CH2Cl+2NaOH+H2
C.X、Y依次为阳离子交换膜、阴离子交换膜
D.液相反应为CH2CH2+2CuCl2 ClCH2CH2Cl+2CuCl(s)
答案 C
11.(2021全国甲,13,6分)乙醛酸是一种重要的化工中间体,可用如下图所示的电化学装置合成。图中的双极膜中间层中的H2O解离为H+和OH-,并在直流电场作用下分别向两极迁移。下列说法正确的是( )
A.KBr在上述电化学合成过程中只起电解质的作用
B.阳极上的反应式为+2H++2e-+H2O
C.制得2 mol 乙醛酸,理论上外电路中迁移了1 mol 电子
D.双极膜中间层中的H+在外电场作用下向铅电极方向迁移
答案 D
12.(2021天津,11,3分)下图所示电解装置中,通电后石墨电极Ⅱ上有O2生成,Fe2O3逐渐溶解,下列判断错误的是( )
A.a是电源的负极
B.通电一段时间后,向石墨电极Ⅱ附近滴加石蕊溶液,出现红色
C.随着电解的进行,CuCl2溶液浓度变大
D.当0.01 mol Fe2O3完全溶解时,至少产生气体336 mL(折合成标准状况下)
答案 C
13.(2021湖南,10,3分)锌/溴液流电池是一种先进的水溶液电解质电池,广泛应用于再生能源储能和智能电网的备用电源等。三单体串联锌/溴液流电池工作原理如图所示:
下列说法错误的是( )
A.放电时,N极为正极
B.放电时,左侧贮液器中ZnBr2的浓度不断减小
C.充电时,M极的电极反应式为Zn2++2e- Zn
D.隔膜允许阳离子通过,也允许阴离子通过
答案 B
14.(2023届江西南昌摸底,14)NaBH4-H2O2燃料电池有望成为低温环境下工作的便携式燃料电池,其工作原理如图所示。下列有关NaBH4-H2O2燃料电池的说法错误的是 ( )
A.b为正极,电极反应为H2O2+2e- 2OH-
B.放电过程中,a极区B元素被氧化
C.放电过程中,b极区NaOH浓度增大
D.电池中的离子交换膜为阳离子交换膜
答案 B
15.(2021重庆新高考适应卷,10)双极膜在电渗析中应用广泛,它由阳离子交换膜和阴离子交换膜复合而成。双极膜内层为水层,工作时水层中的H2O解离成H+和OH-,并分别通过离子交换膜向两侧发生迁移。下图为NaBr溶液的电渗析装置示意图。
下列说法正确的是( )
A.出口2的产物为HBr溶液
B.出口5的产物为硫酸溶液
C.Br-可从盐室最终进入阳极液中
D.阴极电极反应式为2H++2e- H2↑
答案 D
16.(2023届河南部分重点中学8月联考,13改编)利用浓差电池电解Na2SO4溶液(a、b电极均为石墨电极),可制得O2、H2、H2SO4和NaOH,反应原理如图所示。下列说法正确的是( )
A.b电极的电极反应为2H2O+2e- H2↑+2OH-
B.c、d分别为阴离子交换膜和阳离子交换膜
C.浓差电池放电过程中,Cu(2)电极上的电极反应为Cu2++2e- Cu
D.浓差电池从开始工作到放电结束,电解池理论上可制得160 g NaOH
答案 D
17.(2023届河北唐山摸底,13)(双选)以甲烷燃料电池为电源电解NaB(OH)4溶液制备H3BO3的工作原理如图所示。下列叙述错误的是( )
A.燃料电池通入氧气的电极接电解池的Y电极
B.N室中:a%>b%
C.Ⅰ、Ⅲ膜为阳离子交换膜,Ⅱ膜为阴离子交换膜
D.理论上每生成1 mol产品,需消耗甲烷的体积为2.8 L(标准状况)
答案 AB
专题十 化学反应与电能
基础篇
考点一 原电池原理及其应用
1.(2021广东,9,2分)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.将电能转化为化学能
C.阳离子由正极移向负极 D.CO2在正极上得电子
答案 D
2.(2022湖南,8,3分)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 B
3.(2022全国乙,12,6分)Li-O2电池比能量高,在汽车、航天等领域具有良好应用前景。近年来,科学家研究了一种光照充电Li-O2电池(如图所示)。光照时,光催化电极产生电子(e-)和空穴(h+),驱动阴极反应(Li++e- Li)和阳极反应(Li2O2+2h+ 2Li++O2)对电池进行充电。下列叙述错误的是 ( )
A.充电时,电池的总反应Li2O2 2Li+O2
B.充电效率与光照产生的电子和空穴量有关
C.放电时,Li+从正极穿过离子交换膜向负极迁移
D.放电时,正极发生反应O2+2Li++2e- Li2O2
答案 C
4.(2022天津河北区二模,12)下图是典型微生物燃料电池原理示意图。若用含硝酸盐的废水替代图中氧气,可达到处理废水的目的(已知:a室中微生物降解有机物产生e-、CO2和H+)。关于该电池,下列说法不正确的是( )
A.a室内发生氧化反应,电极为负极
B.H+通过质子交换膜从a室进入b室
C.b室内发生的电极反应为O2+4e-+4H+ 2H2O
D.将硝酸盐转化为N2时,电极反应为2NO3−-10e-+12H+ N2↑+6H2O
答案 D
5.(2021福建,9,4分)催化剂TAPP-Mn(Ⅱ)的应用,使Li-CO2电池的研究取得了新的进展。Li-CO2电池结构和该催化剂作用下正极反应可能的历程如下图所示。
下列说法错误的是( )
A.Li-CO2电池可使用有机电解液
B.充电时,Li+由正极向负极迁移
C.放电时,正极反应为3CO2+4Li++4e-2Li2CO3+C
D.*LiCO2、*CO、*LiC2O3和C都是正极反应的中间产物
答案 D
6.(2019天津理综,6,6分)我国科学家研制了一种新型的高比能量锌—碘溴液流电池,其工作原理示意图如下。图中贮液器可储存电解质溶液,提高电池的容量。下列叙述不正确的是( )
A.放电时,a电极反应为I2Br-+2e- 2I-+Br-
B.放电时,溶液中离子的数目增大
C.充电时,b电极每增重0.65 g,溶液中有0.02 mol I-被氧化
D.充电时,a电极接外电源负极
答案 D
7.(2022贵州铜仁二模,13)我国科学家开发出了一种Zn-NO电池系统,该电池的反应为5Zn+2NO+3H2O 5ZnO+2NH3,工作原理如图所示。下列说法错误的是( )
A.双极膜中的H+向MoS2电极移动
B.电极电势:Zn/ZnO电极
D.标准状况下,22.4 L NO参与反应,Zn/ZnO电极增重40 g
答案 C
8.(2022河南焦作一模,11改编)磷酸铁锂(LiFePO4)电池因特别适用于在动力方面的应用,故称作磷酸铁锂动力电池。磷酸铁锂电池的内部结构如图所示,充电时总反应式为C6+LiFePO4 Li1-xFePO4+LixC6。下列说法中错误的是( )
A.Li1-xFePO4作为电池的正极,与铝箔相连
B.聚合物隔膜将正、负极隔开,可使电子通过
C.放电时,正极反应式为Li1-xFePO4+xLi++xe- LiFePO4
D.放电时,Li+从负极移向正极
答案 B
考点二 电解原理及其应用
1.(2022广东,10,2分)以熔融盐为电解液,以含Cu、Mg和Si等的铝合金废料为阳极进行电解,实现Al的再生。该过程中( )
A.阴极发生的反应为Mg-2e- Mg2+
B.阴极上Al被氧化
C.在电解槽底部产生含Cu的阳极泥
D.阳极和阴极的质量变化相等
答案 C
2.(2022海南,9,4分)一种采用H2O(g)和N2(g)为原料制备NH3(g)的装置示意图如图。下列有关说法正确的是( )
A.在b电极上,N2被还原
B.金属Ag可作为a电极的材料
C.改变工作电源电压,反应速率不变
D.电解过程中,固体氧化物电解质中O2-不断减少
答案 A
3.(2021海南,9,4分)液氨中存在平衡:2NH3NH4++NH2−。如图所示为电解池装置,以KNH2的液氨溶液为电解液,电解过程中a、b两个惰性电极上都有气泡产生。下列有关说法正确的是( )
A.b电极连接的是电源的负极
B.a电极的反应为2NH3+2e-H2↑+2NH2−
C.电解过程中,阴极附近K+浓度减小
D.理论上两极产生的气体物质的量之比为1∶1
答案 B
4.(2020山东,13,4分)采用惰性电极,以去离子水和氧气为原料通过电解法制备双氧水的装置如图所示。忽略温度变化的影响,下列说法错误的是( )
A.阳极反应为2H2O-4e- 4H++O2↑
B.电解一段时间后,阳极室的pH未变
C.电解过程中,H+由a极区向b极区迁移
D.电解一段时间后,a极生成的O2与b极反应的O2等量
答案 D
5.(2022广西南宁二模,12)KIO3广泛用于化工、医学和生活中,工业上制备KIO3的工作原理如图所示。下列说法正确的是( )
A.a为正极,B极上发生氧化反应
B.电子流向:A→a→b→B
C.X气体是H2,每转移2 mol e-,可产生22.4 L X气体
D.A极的电极反应式为I-+6OH--6e- IO3−+3H2O
答案 D
6.(2022上海嘉定一模,14)下图装置中X和Y均为石墨电极,电解液为500 mL某CuCl2溶液,电解时X电极表面有红色固体生成,Y电极有气体产生。一段时间后,取出X电极,洗涤、干燥、称量,电极增重1.6 g。下列有关说法中正确的是( )
A.X电极连接电源正极
B.生成气体体积为0.56 L
C.Y电极上发生氧化反应
D.该CuCl2溶液浓度为0.05 mol/L
答案 C
7.(2022浙江6月选考,21,2分)通过电解废旧锂电池中的LiMn2O4可获得难溶性的Li2CO3和MnO2,电解示意图如下(其中滤布的作用是阻挡固体颗粒,但离子可自由通过。电解过程中溶液的体积变化忽略不计)。下列说法不正确的是( )
A.电极A为阴极,发生还原反应
B.电极B的电极反应:2H2O+Mn2+-2e- MnO2+4H+
C.电解一段时间后溶液中Mn2+浓度保持不变
D.电解结束,可通过调节pH除去Mn2+,再加入Na2CO3溶液以获得Li2CO3
答案 C
8.(2020课标Ⅱ,12,6分)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
9.(2022辽宁,9,3分)如图,c管为上端封口的量气管,为测定乙酸溶液浓度,量取10.00 mL待测样品加入b容器中,接通电源,进行实验。下列说法正确的是( )
A.左侧电极反应:2H2O-4e- O2↑+4H+
B.实验结束时,b中溶液红色恰好褪去
C.若c中收集气体11.20 mL,则样品中乙酸浓度为0.1 mol·L-1
D.把盐桥换为U形铜导线,不影响测定结果
答案 A
10.(2022湖北,14,3分)含磷有机物应用广泛。电解法可实现由白磷直接制备Li[P(CN)2],过程如图所示(Me为甲基)。下列说法正确的是 ( )
A.生成1 mol Li[P(CN)2],理论上外电路需要转移2 mol电子
B.阴极上的电极反应为P4+8CN--4e- 4[P(CN)2]-
C.在电解过程中CN-向铂电极移动
D.电解产生的H2中的氢元素来自LiOH
答案 D
11.(2021全国乙,12,6分)沿海电厂采用海水为冷却水,但在排水管中生物的附着和滋生会阻碍冷却水排放并降低冷却效率。为解决这一问题,通常在管道口设置一对惰性电极(如图所示),通入一定的电流。
下列叙述错误的是( )
A.阳极发生将海水中的Cl-氧化生成Cl2的反应
B.管道中可以生成氧化灭杀附着生物的NaClO
C.阴极生成的H2应及时通风稀释安全地排入大气
D.阳极表面形成的Mg(OH)2等积垢需要定期清理
答案 D
12.(2021辽宁,13,3分)利用(Q)与(QH2)电解转化法从烟气中分离CO2的原理如图。已知气体可选择性通过膜电极,溶液不能通过。下列说法错误的是( )
A.a为电源负极
B.溶液中Q的物质的量保持不变
C.CO2在M极被还原
D.分离出的CO2从出口2排出
答案 C
考点三 金属的腐蚀与防护
1.(2022上海长宁二模,11)下列有关金属腐蚀的说法中正确的是( )
A.银质奖牌久置后表面变暗是因为发生了电化学腐蚀
B.因为二氧化碳普遍存在,所以钢铁的电化学腐蚀以析氢腐蚀为主
C.无论是析氢腐蚀还是吸氧腐蚀,总是金属被氧化
D.钢铁吸氧腐蚀的正极反应:4OH--4e- 2H2O+O2
答案 C
2.(2022河北石家庄一模,6)“外加电流法”和“牺牲阳极法”均可有效防止铁发生电化学腐蚀。下列说法错误的是( )
A.铁发生电化学腐蚀的原因是在其表面形成了原电池
B.利用“外加电流法”时,铁连接电源负极
C.“牺牲阳极法”利用了电解池原理
D.两种保护法中都要采用辅助阳极
答案 C
3.(2019江苏单科,10,2分)将铁粉和活性炭的混合物用NaCl溶液湿润后,置于如图所示装置中,进行铁的电化学腐蚀实验。下列有关该实验的说法正确的是( )
A.铁被氧化的电极反应式为Fe-3e- Fe3+
B.铁腐蚀过程中化学能全部转化为电能
C.活性炭的存在会加速铁的腐蚀
D.以水代替NaCl溶液,铁不能发生吸氧腐蚀
答案 C
4.(2020江苏单科,11,4分)将金属M连接在钢铁设施表面,可减缓水体中钢铁设施的腐蚀。在下图所示的情境中,下列有关说法正确的是( )
A.阴极的电极反应式为Fe-2e-Fe2+
B.金属M的活动性比Fe的活动性弱
C.钢铁设施表面因积累大量电子而被保护
D.钢铁设施在河水中的腐蚀速率比在海水中的快
答案 C
5.(2022黑龙江嫩江期末,5)下列关于金属保护的说法中错误的是( )
图1
图2
A.图1是牺牲阳极法
B.图2中钢闸门表面发生还原反应
C.图1中的负极反应为Zn-2e- Zn2+
D.两种保护法的共同点是被保护的钢闸门上均有电子流出
答案 D
6.(2022河北张家口一模,8)我国学者进行了模拟实验:将甲、乙两片相同的钢片用导线连接插入海水中,钢片甲附近通入氧气,钢片乙附近通入氮气。研究表明钢片乙的腐蚀速率明显高于钢片甲,下列说法错误的是( )
A.钢片甲作正极
B.氮气在钢片乙上得电子
C.在海水中阳离子向钢片甲移动
D.能产生电流的主要原因是钢片甲、乙附近氧气浓度不同
答案 B
7.(2022北京首师大附中三模,11)下列根据实验操作及现象进行的分析和推断中,不正确的是( )
一段时间后:①中,铁钉裸露在外的附近区域变红;②中……
A.NaCl的琼脂水溶液为离子迁移的通路
B.①中变红是因为发生反应2H++2e- H2↑,促进了水的电离
C.②中可观察到铁钉裸露在外的附近区域产生蓝色沉淀,铜丝附近区域变红
D.①和②中发生的氧化反应均可表示为M-2e- M2+(M代表锌或铁)
答案 B
综合篇
综合 电极反应式的书写
1.(2021江苏,12,3分)通过下列方法可分别获得H2和O2:①通过电解获得NiOOH和H2(装置示意图如图所示);②在90 ℃将NiOOH与H2O反应生成Ni(OH)2并获得O2。下列说法正确的是( )
A.电解后KOH溶液的物质的量浓度减小
B.电解时阳极电极反应式:Ni(OH)2+OH--e-NiOOH+H2O
C.电解的总反应方程式:2H2O2H2↑+O2↑
D.电解过程中转移4 mol电子,理论上可获得22.4 L O2
答案 B
2.(2020天津,11,3分)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xS+2Na++2e-Na2Sx
C.Na和Na2Sx分别为电池的负极和正极
D.该电池是以Na-β-Al2O3为隔膜的二次电池
答案 C
3.(2021辽宁,10,3分)如图,某液态金属储能电池放电时产生金属间化合物Li3Bi。下列说法正确的是( )
A.放电时,M电极反应为Ni-2e- Ni2+ B.放电时,Li+由M电极向N电极移动
C.充电时,M电极的质量减小 D.充电时,N电极反应为Li3Bi+3e- 3Li++Bi
答案 B
4.(2023届云南师大附中月考,12)某种热激活电池的结构如图所示,该电池放电后的产物为Li7Si3和LiMn2O4。下列说法正确的是( )
A.放电过程中,Li+移向a极区
B.该电池中火药燃烧将化学能转化为电能
C.常温时,在a、b间连接电流表,指针偏转
D.放电时,a极的电极反应方程式为3Li13Si4-11e- 4Li7Si3+11Li+
答案 D
5.(2020浙江7月选考,21,2分)电解高浓度RCOONa(羧酸钠)的NaOH溶液,在阳极RCOO-放电可得到R—R(烷烃)。下列说法不正确的是 ( )
A.电解总反应方程式:2RCOONa+2H2O R—R+2CO2↑+H2↑+2NaOH
B.RCOO-在阳极放电,发生氧化反应
C.阴极的电极反应:2H2O+2e- 2OH-+H2↑
D.电解CH3COONa、CH3CH2COONa和NaOH混合溶液可得到乙烷、丙烷和丁烷
答案 A
6.(2022安徽蚌埠三模,12)一种铁铬液流电池的工作原理如图所示,已知氧化性:Fe3+>Cr3+。下列说法不正确的是( )
A.放电时,a电极的电势高于b电极
B.放电时,电池的总反应为Cr2++Fe3+ Cr3++Fe2+
C.充电时,b电极与电源负极相连,电极反应式为Cr3++e- Cr2+
D.充电时,电路中通过0.1 mol电子时,有0.1NA个H+由右侧电极室经交换膜移向左侧
答案 D
7.(2019课标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
答案 D
8.(2022山西太原一模,6)我国科学家开发出一种双极制氢系统,在低电池电压下的KOH介质中,可将醛类物质电催化转化为相应的羧酸盐和氢气,其工作原理如图所示。下列说法不正确的是( )
A.泡沫铜与直流电源的正极相连
B.制得1 mol氢气,理论上外电路中迁移了2 mol电子
C.高电压下不能实现双极制氢的原因可能是Cu被氧化从而使催化剂失活
D.泡沫铜电极上发生的反应可能为2RCHO+4OH--2e- 2RCOO-+H2↑+2H2O
答案 B
9.(2022安徽马鞍山三模,12)用间接电解法对NO进行无害化处理,其原理如图所示。下列说法正确的是( )
A.工作时电解池中H+从左室移向右室
B.阳极电极反应式为2HSO3−+2H++2e− S2O42−+2H2O
C.理论上每处理1 mol NO,电解池中产生32 g O2
D.吸收塔中反应的离子方程式为2NO+2S2O42−+2H2O N2+4HSO3−
答案 D
应用篇
应用 新型电化学装置分析 电化学相关计算
1.(2022辽宁,14,3分)某储能电池原理如图。下列说法正确的是( )
A.放电时负极反应:Na3Ti2(PO4)3-2e- NaTi2(PO4)3+2Na+
B.放电时Cl-透过多孔活性炭电极向CCl4中迁移
C.放电时每转移1 mol电子,理论上CCl4吸收0.5 mol Cl2
D.充电过程中,NaCl溶液浓度增大
答案 A
2.(2022河北秦皇岛二模,9)我国科学家研发出一种绿色锌—碘二次电池,其工作原理如图所示。下列说法正确的是( )
A.放电时,聚烯烃多孔电极上发生还原反应
B.放电时,Cl-向多孔石墨电极迁移
C.充电时,阴极净增65 g时,外电路中通过2 mol电子
D.充电时,阳极的电极反应式为2I-+2e- I2
答案 C
3.(2022广东,16,4分)科学家基于Cl2易溶于CCl4的性质,发展了一种无需离子交换膜的新型氯流电池,可作储能设备(如图)。充电时电极a的反应为:
NaTi2(PO4)3+2Na++2e- Na3Ti2(PO4)3
下列说法正确的是( )
A.充电时电极b是阴极
B.放电时NaCl溶液的pH减小
C.放电时NaCl溶液的浓度增大
D.每生成1 mol Cl2,电极a质量理论上增加23 g
答案 C
4.(2022甘肃兰州一诊,12)一种以Fe[Fe(CN)6]为代表的新型可充电钠离子电池,其放电工作原理如图所示。下列说法不正确的是( )
A.放电和充电时,Mo箔的电势均高于Mg箔
B.外电路通过0.2 mol电子时,负极质量变化为1.2 g
C.充电时,Na+通过离子交换膜从左室移向右室
D.放电时,正极反应式为Fe[Fe(CN)6]+2Na++2e- Na2Fe[Fe(CN)6]
答案 B
5.(2022福建漳州三模,9)羟基自由基(·OH)具有强氧化性。我国科学家设计了一种能将苯酚氧化为CO2、H2O的原电池—电解池组合装置(如图所示),该装置能实现发电、环保二位一体。设NA为阿伏加德罗常数的值,下列说法正确的是( )
A.a极每1 mol Cr2O72−参与反应,通过质子交换膜的H+数目理论上为8NA
B.b极为原电池的负极,工作一段时间后溶液的pH变大
C.相同条件下,c、d两极产生气体的体积比为7∶1
D.d极区苯酚被氧化的化学方程式为C6H5OH+28·OH 6CO2↑+17H2O
答案 D
6.(2022辽宁丹东一模,13)下图中,甲、乙是两个完全相同的光伏并网发电模拟装置,利用它们对煤浆进行脱硫处理。下列叙述中错误的是( )
A.光伏并网发电装置中a为负极
B.石墨1上消耗1 mol Mn2+,甲、乙中各转移0.5 mol电子
C.脱硫反应原理为15Mn3++FeS2+8H2O 15Mn2++Fe3++2SO42−+16H+
D.处理60 g FeS2,石墨2上消耗7.5 mol H+
答案 B
7.(2022黑龙江哈师大附中三模,12)利用电解原理,可将氨转化为高纯H2,装置如图。下列说法正确的是( )
A.电解过程中OH-由左向右移动
B.工作时,b极连电源的正极
C.a极的电极反应式为2NH3-6e-+6OH- N2+6H2O
D.若原两极溶液质量相等,当通入0.2 mol氨并完全反应时,两极溶液质量差为10.8 g
答案 C
8.(2022贵州遵义三模,13)利用电化学原理,模拟工业电解法来处理含Cr2O72−的废水,如下图所示。电解过程中溶液中发生反应:Cr2O72−+6Fe2++14H+ 2Cr3++6Fe3++7H2O。下列说法中不正确的是( )
A.石墨Ⅰ是负极
B.当电路中有3 mol电子转移时,Fe(Ⅰ)上有56 g铁参与反应
C.在反应前后甲装置中NO3−的数目不变
D.石墨Ⅱ上的反应是2N2O5+O2+4e- 4NO3−
答案 B
9.(2022河北石家庄一模,12)(双选)我国科学家研究出一种新型水系Zn-C2H2电池(结构如图),能实现乙炔加氢又能发电,其开路电位、峰值功率密度和能量密度均远高于Zn-CO2电池,同时这种电池设计可广泛适用于其他炔烃。已知放电时Zn转化为ZnO,电池工作时下列说法正确的是( )
A.电流由b极经外电路流向a极
B.右侧极室中c(KOH)减小
C.a极的电极反应式为C2H2+2e-+2H2O C2H4+2OH-
D.每有0.2 mol OH-通过阴离子交换膜,a极消耗2.24 L C2H2
答案 BC
10.(2022山东,13,4分)(双选)设计如图装置回收金属钴。保持细菌所在环境pH稳定,借助其降解乙酸盐生成CO2,将废旧锂离子电池的正极材料LiCoO2(s)转化为Co2+,工作时保持厌氧环境,并定时将乙室溶液转移至甲室。已知电极材料均为石墨材质,右侧装置为原电池。下列说法正确的是( )
A.装置工作时,甲室溶液pH逐渐增大
B.装置工作一段时间后,乙室应补充盐酸
C.乙室电极反应式为LiCoO2+2H2O+e- Li++Co2++4OH-
D.若甲室Co2+减少200 mg,乙室Co2+增加300 mg,则此时已进行过溶液转移
答案 BD
11.(2022山西晋中二模,12)近日,一种新型水系可充电无隔膜Zn/MnO2液流电池备受关注,该电池具有成本低、高离子导电率、高安全性和环境友好性等特点。电池以锌箔、石墨毡为集流体,ZnSO4和MnSO4的混合液作电解质溶液。下列说法错误的是( )
A.过程Ⅰ是充电过程,过程Ⅱ是放电过程
B.充电时锌箔和电源的负极相连
C.充电时阳极反应为Mn2+-2e-+2H2O MnO2↓+4H+
D.放电时,当外电路转移1 mol e-时,两极板质量变化的差为22 g
答案 D
12.(2022山东,15,4分)(双选)Cu2-xSe是一种钠离子电池正极材料,充放电过程中正极材料立方晶胞(示意图)的组成变化如图所示,晶胞内未标出因放电产生的0价Cu原子。下列说法正确的是( )
A.每个Cu2-xSe晶胞中Cu2+个数为x
B.每个Na2Se晶胞完全转化为Cu2-xSe晶胞,转移电子数为8
C.每个NaCuSe晶胞中0价Cu原子个数为1-x
D.当NayCu2-xSe转化为NaCuSe时,每转移(1-y)mol电子,产生(1-x)mol Cu原子
答案 BD
创新篇
创新 “隔膜”在电化学中的应用
1.(2023届辽宁鞍山质检一,12)工业电解丙烯腈(CH2CHCN)制己二腈[NC(CH2)4CN]的原理如图所示。下列相关说法正确的是( )
A.乙室电极反应:2H2O-4e- O2↑+4H+
B.该生产过程离子交换膜为阴离子交换膜
C.甲室碳棒为阳极,工作温度较高电极会有损耗
D.生产中若收集44.8 L气体,转移电子8 mol
答案 A
2.(2021湖北,15,3分)Na2Cr2O7的酸性水溶液随着H+浓度的增大会转化为CrO3。电解法制备CrO3的原理如图所示。下列说法错误的是( )
A.电解时只允许H+通过离子交换膜
B.生成O2和H2的质量比为8∶1
C.电解一段时间后阴极区溶液OH-的浓度增大
D.CrO3的生成反应为Cr2O72−+2H+ 2CrO3+H2O
答案 A
3.(2020山东,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,用下图装置处理有机废水(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
答案 B
4.(2019课标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,示意图如下所示。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
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
答案 B
5.(2023届湖北黄冈9月调研,14)一种新型短路膜电化学电池消除CO2装置如图所示。下列说法错误的是( )
A.负极反应为H2+2OH--2e- 2H2O
B.正极反应消耗标准状况下22.4 L O2,理论上需要转移4 mol电子
C.短路膜和常见的离子交换膜不同,它既能传递离子,还可以传递电子
D.该装置可用于空气中CO2的捕获,缓解温室效应
答案 A
6.(2021广东,16,4分)钴(Co)的合金材料广泛应用于航空航天、机械制造等领域。如图为水溶液中电解制备金属钴的装置示意图。下列说法正确的是( )
A.工作时,Ⅰ室和Ⅱ室溶液的pH均增大
B.生成1 mol Co,Ⅰ 室溶液质量理论上减少16 g
C.移除两交换膜后,石墨电极上发生的反应不变
D.电解总反应:2Co2++2H2O2Co+O2↑+4H+
答案 D
7.(2022河北,12,4分)(双选)科学家研制了一种能在较低电压下获得氧气和氢气的电化学装置,工作原理示意图如下。
下列说法正确的是( )
A.电极b为阳极
B.隔膜为阴离子交换膜
C.生成气体M与N的物质的量之比为2∶1
D.反应器Ⅰ中反应的离子方程式为4[Fe(CN)6]3-+4OH- 4[Fe(CN)6]4-+O2↑+2H2O
答案 BD
8.(2022河北唐山二模,9)某科研小组用碱性甲烷燃料电池制备Co(H2PO2)2,其工作原理如图所示(已知电解装置的电极材料分别为金属钴和不锈钢)。
下列有关说法错误的是( )
A.N电极为不锈钢
B.n电极处电极反应式为CH4-8e-+8OH- CO2+6H2O
C.电解一段时间后,N极区溶液pH增大
D.a膜、c膜均为阳离子交换膜
答案 B
9.(2023届重庆一中10月月考,12)以I2为原料,通过电解法制备KIO3的实验装置如图所示。电解前,先将一定量的精制I2溶于过量KOH溶液,发生反应3I2+6KOH KIO3+5KI+3H2O,将反应后的溶液加入阳极区。另将氢氧化钾溶液加入阴极区,电解槽用水冷却。下列说法不正确的是( )
A.K+会穿过离子交换膜向右侧移动
B.阳极发生的电极反应为I-+6OH--6e- IO3−+3H2O
C.当外电路转移0.1 mol e-,阴极区增重3.9 g
D.若电流利用率为100%,电解法制KIO3碘原子的利用率是直接歧化法的6倍
答案 C
10.(2022新疆二模,12)电解合成1,2-二氯乙烷的实验装置如图所示。下列说法中不正确的是( )
A.a为电源正极
B.该装置总反应为CH2CH2+2NaCl+2H2O ClCH2CH2Cl+2NaOH+H2
C.X、Y依次为阳离子交换膜、阴离子交换膜
D.液相反应为CH2CH2+2CuCl2 ClCH2CH2Cl+2CuCl(s)
答案 C
11.(2021全国甲,13,6分)乙醛酸是一种重要的化工中间体,可用如下图所示的电化学装置合成。图中的双极膜中间层中的H2O解离为H+和OH-,并在直流电场作用下分别向两极迁移。下列说法正确的是( )
A.KBr在上述电化学合成过程中只起电解质的作用
B.阳极上的反应式为+2H++2e-+H2O
C.制得2 mol 乙醛酸,理论上外电路中迁移了1 mol 电子
D.双极膜中间层中的H+在外电场作用下向铅电极方向迁移
答案 D
12.(2021天津,11,3分)下图所示电解装置中,通电后石墨电极Ⅱ上有O2生成,Fe2O3逐渐溶解,下列判断错误的是( )
A.a是电源的负极
B.通电一段时间后,向石墨电极Ⅱ附近滴加石蕊溶液,出现红色
C.随着电解的进行,CuCl2溶液浓度变大
D.当0.01 mol Fe2O3完全溶解时,至少产生气体336 mL(折合成标准状况下)
答案 C
13.(2021湖南,10,3分)锌/溴液流电池是一种先进的水溶液电解质电池,广泛应用于再生能源储能和智能电网的备用电源等。三单体串联锌/溴液流电池工作原理如图所示:
下列说法错误的是( )
A.放电时,N极为正极
B.放电时,左侧贮液器中ZnBr2的浓度不断减小
C.充电时,M极的电极反应式为Zn2++2e- Zn
D.隔膜允许阳离子通过,也允许阴离子通过
答案 B
14.(2023届江西南昌摸底,14)NaBH4-H2O2燃料电池有望成为低温环境下工作的便携式燃料电池,其工作原理如图所示。下列有关NaBH4-H2O2燃料电池的说法错误的是 ( )
A.b为正极,电极反应为H2O2+2e- 2OH-
B.放电过程中,a极区B元素被氧化
C.放电过程中,b极区NaOH浓度增大
D.电池中的离子交换膜为阳离子交换膜
答案 B
15.(2021重庆新高考适应卷,10)双极膜在电渗析中应用广泛,它由阳离子交换膜和阴离子交换膜复合而成。双极膜内层为水层,工作时水层中的H2O解离成H+和OH-,并分别通过离子交换膜向两侧发生迁移。下图为NaBr溶液的电渗析装置示意图。
下列说法正确的是( )
A.出口2的产物为HBr溶液
B.出口5的产物为硫酸溶液
C.Br-可从盐室最终进入阳极液中
D.阴极电极反应式为2H++2e- H2↑
答案 D
16.(2023届河南部分重点中学8月联考,13改编)利用浓差电池电解Na2SO4溶液(a、b电极均为石墨电极),可制得O2、H2、H2SO4和NaOH,反应原理如图所示。下列说法正确的是( )
A.b电极的电极反应为2H2O+2e- H2↑+2OH-
B.c、d分别为阴离子交换膜和阳离子交换膜
C.浓差电池放电过程中,Cu(2)电极上的电极反应为Cu2++2e- Cu
D.浓差电池从开始工作到放电结束,电解池理论上可制得160 g NaOH
答案 D
17.(2023届河北唐山摸底,13)(双选)以甲烷燃料电池为电源电解NaB(OH)4溶液制备H3BO3的工作原理如图所示。下列叙述错误的是( )
A.燃料电池通入氧气的电极接电解池的Y电极
B.N室中:a%>b%
C.Ⅰ、Ⅲ膜为阳离子交换膜,Ⅱ膜为阴离子交换膜
D.理论上每生成1 mol产品,需消耗甲烷的体积为2.8 L(标准状况)
答案 AB
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