强化练13　可逆电池　金属的腐蚀与防护 （含解析）江苏省2023高考化学三轮冲刺突破强化练

强化练13　可逆电池　金属的腐蚀与防护

1.(2022·江苏省盐城市上学期期中)Li-CO2可充电电池在CO2固定及储能领域都存在着巨大的潜力,其结构如图所示,主要由金属锂负极、隔膜、含有醚或砜溶剂的非质子液态电解质和空气正极构成。电池的总反应为4Li+3CO22Li2CO3+C。下列有关说法正确的是              (　　)

A.该电池也可用碳酸盐溶液作为电解质

B.氧化产物碳在正极上沉积,不利于电池放电

C.若有0.4 mol电子转移,则在标准状况下消耗 22.4 L CO2

D.充电时,阳极的电极反应式为2C+C-4e-3CO2

2.(2022·江苏省镇江市上学期期中考试)最近我国科学家以CO2与辛胺为原料实现了甲酸盐和辛腈的高选择性合成,该合成的原理如图所示。

下列说法正确的是 (　　)

A.Ni2P电极与电源负极相连

B.In/In2O3-x电极上可能有副产物O2生成

C.离子交换膜为阳离子选择性交换膜

D.在Ni2P电极上发生的反应式为

CH3(CH2)7NH2-4e-+4OH-CH3(CH2)6CN+4H2O

3.(2022·江苏省南京市上学期学情调研)某钒电池放电原理如图所示。下列关于该钒电池放电过程的说法正确的是              (　　)

A.电能主要转化为化学能

B.a电极上的反应式为V+2H++e-VO2++H2O

C.氢离子由电极a区向电极b区移动

D.1 mol V2+参与反应,得到6.02×1023个电子

4.(2022·江苏省高邮市下学期期初学情调研)我国科学家在研究HCOOH燃料电池方面有重大进展,装置如图所示,两电极区间用允许离子通过的半透膜隔开。下列说法正确的是              (　　)

A.正极电极反应式为HCOO--2e-+2OH-HC+H2O

B.隔膜为阳离子交换膜,储液池中需补充的物质A为H2SO4

C.当电路中转移1 mol电子时,理论上生成174 g K2SO4

D.当1 mol HCOOH转化为KHCO3时,理论上消耗11.2 L氧气

5.Mg/LiFePO4电池的电池反应为xMg2++2LiFePO4xMg+2Li1-xFePO4+2xLi+,其装置示意图如图。下列说法正确的是              (　　)

A.放电时,Li+被还原

B.充电时,化学能转变为电能

C.放电时,电路中每流过2 mol电子,有1 mol Mg2+迁移至正极区

D.充电时,阳极上发生的电极反应:LiFePO4-xe-Li1-xFePO4+xLi+

6.铝石墨双离子电池是一种全新低成本、高效电池。原理为AlLi+Cx(PF6)Al+xC+Li++P。电池结构如图所示。下列说法正确的是              (　　)

A.放电时,外电路中电子向铝锂电极移动

B.放电时,正极反应:Cx(PF6)+e-xC+P

C.充电时,应将铝石墨电极与电源负极相连

D.充电时,若电路中转移1 mol电子,阴极质量增加9 g

7.以柏林绿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。下列说法错误的是 (　　)

A.放电时,正极反应:Fe[Fe(CN)6]+2Na++2e-Na2Fe[Fe(CN)6]

B.充电时,Mo(钼)箔接电源的负极

C.充电时,Na+通过交换膜从左室移向右室

D.外电路中通过0.2 mol电子的电量时,负极质量变化为2.4 g

8.如图装置,放电时可将Li、CO2转化为Li2CO3和C,充电时选用合适催化剂仅使Li2CO3转化为CO2和O2。下列有关表述正确的是              (　　)

A.放电时,Li+向电极X方向移动

B.充电时,电极Y应与外接直流电源的负极相连

C.充电时,阳极的电极反应式:2Li2CO3-4e-2CO2↑+O2↑+4Li+

D.放电时,每转移2 mol电子,生成1 mol C

9.复合型硫电极的锂—硫电池工作原理示意图如图所示,下列说法正确的是 (　　)

A.电池放电时,X电极发生还原反应

B.电池充电时,Y电极接电源正极

C.电池放电时,电子由锂电极经有机电解液介质流向硫电极

D.向电解液中添加Li2SO4水溶液,可增强导电性,改善性能

10.中科院深圳研究院成功开发出一种新型铝—石墨双离子电池,可大幅度提升电动汽车的使用性能,其工作原理如图所示。充电过程中,石墨电极发生阴离子插层反应,而铝电极发生铝—锂合金化反应,下列叙述正确的是              (　　)

A.放电时,电解质中的Li+向左端电极移动

B.充电时,与外加电源负极相连一端电极反应:AlLi-e-Li++Al

C.放电时,正极反应式:Cn(PF6)+e-P+Cn

D.充电时,若转移0.2 mol电子,则铝电极上增重5.4 g

11.每年由于腐蚀造成的钢铁损失约占年产量的10%~20%,金属的防腐十分重要。钢铁防腐方法有许多种,图1与图2是两个典型的例子。对其中原理的描述正确的是              (　　)

图1

图2

A.图1:a为电源正极

B.图1:辅助电极上的反应:O2+4e-+2H2O4OH-

C.图2:电子流动方向为d→c

D.图2:金属A可以是耐腐蚀的金属铜

强化练13　可逆电池　金属的腐蚀与防护

1.D　解析:A项,锂能与水反应,该电池不能用碳酸盐溶液作为电解质,错误;B项,二氧化碳中碳元素化合价降低生成碳单质,碳是还原产物,错误;C项,二氧化碳中碳元素化合价由+4降低为0,根据总反应4Li+3CO22Li2CO3+C,若有0.4mol电子转移,则消耗0.3mol二氧化碳,标准状况下体积为6.72L,错误;D项,充电时,阳极失电子发生氧化反应,阳极的电极反应式为2C+C-4e-3CO2,正确。

2.D　解析:CH3(CH2)7NH2的分子式为C8H19N,设碳元素的化合价为x,则8x-3+19=0,x=-;CH3(CH2)6CN的分子式为C8H15N,设碳元素的化合价为x,则8x-3+15=0,x=-,则CH3(CH2)7NH2转化为CH3(CH2)6CN,碳元素的价态升高,发生氧化反应,Ni2P电极为阳极。A项,由上分析知Ni2P电极为阳极,与电源正极相连,即b为电源的正极,错误;B项,In/In2O3-x电极为阴极,阴极主反应式为CO2+2e-+H2OHCOO-+OH-,同时H2O也可能发生得电子的反应生成H2,不可能生成O2,错误;C项,阴极主反应式为CO2+2e-+H2OHCOO-+OH-,阳极反应式为CH3(CH2)6CH2NH2+4OH--4e-CH3(CH2)6CN+4H2O,需要氢氧根离子移动,故应用阴离子交换膜,错误;D项,由图可知,Ni2P电极为阳极,CH3(CH2)7NH2→CH3(CH2)6CN,阳极反应式为CH3(CH2)6CH2NH2+4OH--4e-CH3(CH2)6CN+4H2O,正确。

3.B　解析:根据装置图中V2+和V3+的流向可知,放电时,电池的负极b是V2+失电子发生氧化反应转化为V3+,其电极反应式为V2+-e-V3+,正极a上是V得电子发生还原反应生成VO2+,其电极反应式为V+2H++e-VO2++H2O。A项,放电时,化学能主要转化为电能,错误;B项,正极a上是V得电子发生还原反应,其电极反应式为V+2H++e-VO2++H2O,正确;C项,a极为正极,b极为负极,则氢离子由电极b区向电极a区移动,错误;D项,放电时,电池的负极是V2+失电子发生氧化反应,其电极反应式为V2+-e-V3+,则1molV2+参与反应,失去6.02×1023个电子,错误。

4.B　解析:HCOOH燃料电池中,HCOOH失电子发生氧化反应生成HC,所在电极为负极,电极反应式为HCOO-+2OH--2e-HC+H2O,正极上Fe3++e-Fe2+,储液池中O2和Fe2+反应生成Fe3+、H2O,反应式为O2+4Fe2++4H+4Fe3++2H2O,从装置中分离出的物质为K2SO4,则K+通过半透膜移向正极,所以放电过程中需补充的物质A为H2SO4。A项,负极电极反应式为HCOO--2e-+2OH-HC+H2O,正极反应式为Fe3++e-Fe2+,错误;B项,从装置中分离出的物质为K2SO4,则K+通过半透膜移向正极,所以放电过程中需补充的物质A为H2SO4,正确;C项,电路中转移1mol电子时,有1molK+通过半透膜移向正极,结合K+守恒有n(K2SO4)=n(K+)=0.5mol,m(K2SO4)=0.5mol×174g·mol-1=87g,错误;D项,负极反应式为HCOO--2e-+2OH-HC+H2O,1molHCOOH转化为KHCO3时,转移电子2mol,储液池中反应式为O2+4Fe2++4H+4Fe3++2H2O,则消耗0.5molO2,但不能确定O2是否在标准状况下,不能计算其体积,错误。

5.D　解析:Mg/LiFePO4电池的电池反应为xMg2++2LiFePO4xMg+2Li1-xFePO4+2xLi+,由此可知放电时,Li+价态未发生改变,A错误;充电时,电能转变为化学能,B错误;放电时,电路中每流过2mol电子,有2molLi+迁移至正极区,Mg2+不迁移,C错误;充电时,阳极上发生失电子的氧化反应,电极反应式为LiFePO4-xe-Li1-xFePO4+xLi+,D正确。

6.B　解析:放电时,属于原电池的工作原理,电子由负极沿导线流向正极,即由铝锂电极沿导线流向铝石墨电极,A错误;放电时,正极Cx(PF6)得电子被还原,电极反应式为Cx(PF6)+e-xC+P,B正确;充电时,属于电解池的工作原理,铝石墨电极为阳极,与电源的正极相连,C错误;充电时,阴极的电极反应式为Al+Li++e-AlLi,故转移1mol电子时,阴极质量增加7g,D错误。

7.B　解析:从装置图可以看出,放电时镁作负极失电子,负极反应式为2Mg+2Cl--4e-[Mg2Cl2]2+,所以通过0.2mol电子时,负极镁质量减少2.4g,正极反应式为Fe[Fe(CN)6]+2Na++2e-Na2Fe[Fe(CN)6],A、D正确;充电时,Mo箔接电源的正极,Na+向阴极迁移,即通过交换膜从左室移向右室,B错误,C正确。

8.C　解析:放电时,电极X为负极,反应式为Li-e-Li+,电极Y为正极,反应式为3CO2+4Li++4e-2Li2CO3+C,Li+应向正极移动,A错误;充电时,电极Y作阳极,应与电源的正极相连,B错误;充电时,阳极的电极反应式为2Li2CO3-4e-2CO2↑+O2↑+4Li+,C正确;放电时,每转移4mol电子,生成1molC,D错误。

9.B　解析:X电极材料为Li,电池放电时,X电极发生氧化反应,A错误;电池放电时,Y为正极,发生还原反应,充电时,Y发生氧化反应,接电源正极,B正确;电池放电时,电子由锂电极经过导线流向硫电极,C错误;锂单质与水能够发生反应,因此不能向电解液中添加Li2SO4水溶液,D错误。

10.C　解析:由图中电子流动方向可知,放电时左边为负极右边为正极,原电池中阳离子向正极移动,所以电解质中的Li+向右端移动,A错误;充电时阴极得电子发生还原反应,所以电极反应式为Li++Al+e-AlLi,B错误;放电时,正极Cn(PF6)发生还原反应,据图可知生成P,所以电极反应式为Cn(PF6)+e-P+Cn,C正确;锂比铝活泼,充电时,铝电极的电极反应式为Li++Al+e-AlLi,所以若转移0.2mol电子,增重为0.2×7=1.4g,而不是5.4g,D错误。

11.C　解析:图1中Fe作阴极被保护,所以Fe与外接电源的负极相连,则a为负极,A错误;辅助电极为阳极,氢氧根离子放电,则辅助电极上的反应式为2H2O-4e-O2↑+4H+,B错误;活泼性比Fe强的金属作负极,电子从金属A流向Fe,所以电子流动方向为d→c,C正确;金属A作负极被腐蚀,则金属A的活泼性比铁强,所以A不能是铜,D错误。