資源簡介

微測4　電化學的綜合應用
　
1.室溫時,納米Fe2O3 Li(C石墨)鋰離子電池可通過循環充放電實現對磁性的可逆調控(如圖所示),下列說法正確的是(　　)
A.X過程為充電,完成后電池被磁鐵吸引
B.該電池可以用水溶液作電解質溶液
C.充電時,Li+向陰極移動發生氧化反應
D.放電時,正極的電極反應式為Fe2O3+6Li++6e-2Fe+3Li2O
2.資源再利用有利于保護生態,某實驗小組研究電催化CO2和含氮廢水()在常溫常壓下合成尿素,即向一定濃度的KNO3溶液中通入CO2至飽和,在電極a上反應生成CO(NH2)2,電解原理如圖所示。下列有關說法錯誤的是(　　)
A.離子交換膜為質子交換膜
B.電極b發生氧化反應,為電解池的陽極
C.每消耗44 g CO2,理論上可在b處得到4 mol O2
D.電極a的電極反應式為+CO2-16e-+18H+CO(NH2)2+7H2O
3.我國科學家研究的耦合光催化/電催化分解水的裝置如圖所示,催化電極時產生電子和空穴(空穴指共價鍵上流失一個電子留下空位的現象,用h+表示),下列有關說法錯誤的是(　　)
A.光催化裝置實現了光能向化學能的轉化
B.離子交換膜為陰離子交換膜
C.電催化裝置陽極電極反應式為4OH-+4h+2H2O+O2↑
D.光催化裝置中,每生成0.1 g氫氣,產生空穴h+的數目為0.1NA
4.(2024·昆明二模)可充電溴基液流電池因高氧化還原電位等優點被廣泛用于大規模儲能。一種溴基液流電池放電時的工作原理如圖所示。下列說法不正確的是(　　)
A.放電時,電池內部電流從電極a流向電極b
B.放電時,每生成1 mol BrC,消耗1 mol TiO2+
C.充電時,電極a與電源負極相連
D.充電時,陽極發生的反應為Ti3++H2O-e-TiO2++2H+
5.(2024·湖北T8押題卷)科學家開發WO3/NaBiO3/TiO2/NiOOH光陽極用于持續太陽能制氫,裝置如圖所示。下列敘述正確的是(　　)
A.能量轉化形式太陽能→化學能→電能
B.陽極材料涉及的元素均為前四周期元素
C.電極N的反應式為2H2O-4e-4H++O2↑
D.陰極區c(Zn+)越大,H2產率越高
6.(2024·湖北部分學校三模)用一種具有“卯榫”結構的雙極膜組裝電解池(如圖所示),可實現大電流催化電解KNO3溶液制氨。工作時,H2O在雙極膜界面處被催化解離成H+和OH-,有利于電解反應順利進行。下列說法錯誤的是(　　)
A.電極電勢:電極b>電極a
B.電極a的電極反應式:+8e-+7H2ONH3·H2O+9OH-
C.當陽極產生32 g O2時,“卯榫”結構雙極膜處有36 g H2O被解離
D.相比于平面結構雙極膜,“卯榫”結構可提高氨的生成速率
7.我國科學家設計的一種三室電池既能凈化污水,又能淡化海水,同時還可回收其中的能量,用葡萄糖溶液(足量,代替污水)、氯化鈉溶液(足量,代替海水)和100 mL 1.1 mol·L-1鹽酸模擬工作原理的示意圖如下,下列說法正確的是(　　)
A.外電路中的電流方向為電極A→電極B
B.該電池的正極反應為O2+4e-+4H+2H2O
C.常溫下,當電路中有0.1 mol e-通過時,鹽酸的pH=2
D.離子交換膜A可以是陽離子交換膜也可以是陰離子交換膜,但不能與離子交換膜B相同
8.(2024·大連適應性測試)南開大學陳軍團隊成功研發出一種以兩性羥基乙酸鋁[AlAc(OH)2(H2O)3]為電解質的二次電池。兩性羥基乙酸鋁具有H+和OH-雙極電離能力,該電池充電時的原理如圖所示,下列說法錯誤的是(　　)
A.放電時,N極發生還原反應
B.放電時,負極的電極反應式為H2AQ-2e-AQ+2H+
C.充電時,電極M連接電源負極
D.充電時,當兩性羥基乙酸鋁電離出2 mol H+時,陽極板質量增加2 g
9.(2024·江西模擬)濃差電池是利用電解質溶液濃度不同而產生電流的一類電池。學習小組以濃差電池為電源,用如圖所示裝置從含Na2CrO4的漿液中分離得到含Cr2的溶液并制備NaOH。下列說法錯誤的是(　　)
A.起始加入的CuSO4溶液濃度:c1B.膜a和膜b均適合選用陰離子交換膜
C.工作時,Na2SO4溶液質量減小、NaOH稀溶液質量增加
D.導線中通過1 mol e-,理論上電解池中兩極共生成0.75 mol氣體
10.(2024·T8聯考)光伏電池具有體積小、壽命長、無污染等優點,下圖為光伏并網發電裝置,以此光伏電池為直流電源,采用電滲析法合成電子工業清洗劑四甲基氫氧化銨[(CH3)4NOH,M=91 g/mol]。原料為四甲基氯化銨[(CH3)4NCl],其工作原理如圖所示(a、b均為惰性電極),下列敘述正確的是(　　)
A.光伏并網發電裝置中,P型半導體為負極
B.c、e均為陰離子交換膜,d為陽離子交換膜
C.a極電極反應式:(CH3)4N++2H2O+2e-(CH3)4NOH+H2↑
D.若兩極共產生3.36 L氣體(標準狀況),則可制備18.2 g (CH3)4NOH
11.(2024·吉林四模)某化學興趣小組利用如圖所示裝置進行電化學實驗(C、D、E、F為鉑夾)。斷開K3,閉合K1、K2,反應一段時間后,A、B兩試管中共收集到氣體336 mL(標準狀況下)。再斷開K2,閉合K1、K3后,下列說法正確的是(　　)
A.電源放電時,電極a的電勢比b的低
B.濾紙1的D電極附近橙紅色變黃
C.試管B中電極反應為O2+4e-+2H2O4OH-
D.濾紙2上理論上能析出3.24 g Ag
12.(2024·邯鄲三模)鐵鉻液流電池(總反應為Cr2++Fe3+Fe2++Cr3+)實現了發電、環保一體化。某興趣小組用該電池模擬工業處理廢氣和廢水的裝置如圖所示,下列說法正確的是(　　)
A.d為正極,a膜為陰離子交換膜
B.乙池中陰極的電極反應式為NO+5e-+5H2O6OH-+
C.標準狀況下,若乙池中處理廢氣(SO2和NO)的總體積為31.36 L,則甲池有2 mol質子遷移到c極
D.當濃縮室得到2 L 0.6 mol·L-1的鹽酸時,M室溶液的質量變化為9 g(溶液體積變化忽略不計)
題號 1 2 3 4 5 6 7 8
答案
題號 9 10 11 12
答案
微測4　電化學的綜合應用
1.D　解析　由充放電轉化關系:Fe2O3+6Li2Fe+3Li2O可知,放電時Li為負極,發生氧化反應生成Li2O,Fe2O3為正極,發生還原反應生成Fe,X過程為放電過程,A項錯誤;Li與水反應,該電池不能用水溶液作電解質溶液,B項錯誤;電解池中陽離子移向陰極,充電時Li+向陰極移動,在陰極得電子發生還原反應,C項錯誤;放電時,正極的電極反應式為Fe2O3+6Li++6e-2Fe+3Li2O,D項正確。
2.D　解析　根據裝置可知,該離子交換膜只允許氫離子通過,為質子交換膜,A項正確;b電極是電解池的陽極,陽極上發生氧化反應,B項正確;44 g CO2的物質的量為1 mol,當電極a區消耗1 mol CO2時,由電極反應式+CO2+16e-+18H+CO(NH2)2+7H2O可知,轉移電子16 mol,電極b上H2O中的O原子失電子,化合價從-2價變為0價,故得4 mol O2,C項正確;電極a是陰極,得電子,從題圖中可知,電極a上端通入CO2,H+移動到電極a參與反應,硝酸根離子轉化為CO(NH2)2,其電極反應式為+CO2+16e-+18H+CO(NH2)2+7H2O,D項錯誤。
3.B　解析　由題圖可知,光催化裝置中發生的反應為2H++2e-H2↑、3I-+2h+I,光催化裝置中發生的總反應為2H++3I-H2↑+,該裝置實現了光能向化學能的轉化,A項正確;陽極室的陽離子通過陽離子交換膜進入陰極室,B項錯誤;電催化裝置中,與正極相連的電極為陽極,氫氧根離子在陽極得到空穴發生氧化反應生成氧氣和水,電極反應式為4OH-+4h+2H2O+O2↑,C項正確;由得失電子數目守恒可知,光催化裝置中,每生成0.1 g氫氣,產生空穴的數目為×2×NA mol-1=0.1NA,D項正確。
4.B　解析　放電時,電流從正極流出經過負載流向負極再經過電解液流向正極,電極a為負極,電極b為正極,A項正確;放電時,每生成1 mol BrC,轉移電子2 mol,所以應消耗2 mol TiO2+,B項錯誤;充電時,電池負極與電源負極相連,C項正確;充電時,陽極發生失電子的氧化反應為Ti3++H2O-e-TiO2++2H+,D項正確。
5.C　解析　如圖裝置利用太陽能制H2,能量轉化形式為“太陽能→電能→化學能”,A項錯誤;陽極材料中W、Bi不屬于前四周期元素,B項錯誤;電極N為陽極,水發生氧化反應,電極反應式為2H2O-4e-4H++O2↑,C項正確;陰極區(電極M)的主反應為2H++2e-H2↑,副反應為Zn2++e-Zn+,H2產率等于實際產生H2量與理論產生H2的量之比,根據電子守恒確定理論產生H2的量,由于c(Zn+)越大,發生副反應程度越大,消耗電子數越多,產生H2的量越低,故H2的產率越低,D項錯誤。
6.C　解析　催化電解KNO3溶液制氨,硝酸鉀發生還原反應,則電極a為陰極、電極b為陽極,電極電勢:電極b>電極a,A項正確;電極a的電極反應式為+7H2O+8e-NH3·H2O+9OH-,B項正確;陽極反應式為8OH--8e-2O2↑+4H2O,當陽極產生32 g O2時轉移電子4 mol,根據電子守恒可知,“卯榫”結構雙極膜處有4 mol H+移向陰極、4 mol OH-移向陽極,即有4 mol×18 g·mol-1=72 g H2O被解離,C項錯誤; “卯榫”結構可實現大電流催化電解KNO3溶液制氨,單位時間內流過的電量增大,即單位時間內電子轉移增大了,提高了氨生成速率,D項正確。
7.B　解析　電極A為負極,外電路中電子的流動方向為電極A→電極B,A項錯誤;電極B為正極,電解質溶液為鹽酸,氧氣得電子發生還原反應生成水,電極反應為O2+4e-+4H+2H2O,B項正確;電路中有0.1 mol e-通過時,H+減少了0.1 mol,所以c(H+)==0.1 mol·L-1,鹽酸的pH=1,C項錯誤;電極B是正極,電極A是負極,為淡化海水,離子交換膜A為陰離子交換膜,離子交換膜B為陽離子交換膜,D項錯誤。
8.D　解析　放電時,電極N為正極,在水分子作用下堿式氧化鎳在正極得到電子發生還原反應生成氫氧化鎳和氫氧根離子,A項正確;放電時,電極M為原電池的負極,H2AQ在負極失去電子發生氧化反應生成AQ和氫離子,電極反應式為H2AQ-2e-AQ+2H+,B項正確;充電時,與直流電源負極相連的電極M為陰極,C項正確;充電時,電極N為陽極,堿性條件下氫氧化鎳在陽極失去電子發生氧化反應生成堿式氧化鎳和水,電極反應式為Ni(OH)2-e-+OH-NiO(OH)+H2O,則當兩性羥基乙酸鋁電離出2 mol氫離子時,陽極板質量減少2 g,D項錯誤。
9.C　解析　從圖中可知,左側為濃差電池,右邊為電解池,NaOH稀溶液中水得電子生成氫氣和氫氧根離子,鈉離子向NaOH區移動,從而生成NaOH,使NaOH溶液濃度增大,因此惰性電極Ⅱ為陰極,則惰性電極Ⅰ為陽極,陽極上水失電子生成氧氣和氫離子,向陽極區移動與氫離子反應生成Cr2,則左側Cu(Ⅱ)為正極,Cu(Ⅰ)為負極,濃度大的CuSO4溶液中的Cu電極為正極,故起始時CuSO4溶液濃度c2>c1,A項正確;濃差電池中硫酸根離子通過膜a從右向左移動,電解池中通過膜b從右向左移動,故膜a和膜b均選用陰離子交換膜,B項正確;Na2SO4溶液中逸出1 mol氧氣的同時移入2 mol ,Na2SO4溶液質量增加,C項錯誤;電解池陰、陽極反應分別為2H2O+2e-H2↑+2OH-、2H2O-4e-4H++O2↑,轉移1 mol電子,陰極上生成0.5 mol氫氣,陽極上生成0.25 mol氧氣,共生成0.75 mol氣體,D項正確。
10.D　解析　根據第三個池中濃度變化得出,鈉離子從第四個池通過e膜進入,氯離子從第二個池通過d膜進入,由電解池中陽離子向陰極移動,陰離子向陽極移動,則a為陰極,b為陽極,a與N型半導體相連,b與P型半導體相連,所以N型半導體為負極,P型半導體為正極,A項錯誤; 由題中圖示信息和分析可知,Na+通過e膜,Cl-通過d膜,(CH3)4N+通過c膜,所以c、e膜為陽離子交換膜,d為陰離子交換膜,B項錯誤;由題中信息可知,a為陰極,發生得電子的還原反應,其電極反應式為2(CH3)4N++2H2O+2e-2(CH3)4NOH+H2↑,C項錯誤;18.2 g (CH3)4NOH的物質的量為0.2 mol,由a極電極反應式可知收集氫氣0.1 mol,轉移電子為0.2 mol,b極電極反應式為4OH--4e-O2↑+2H2O ,收集氧氣為0.05 mol,標準狀況下兩極共得氣體體積為0.15 mol×22.4 L/mol=3.36 L,D項正確。
11.B　解析　電源放電時b為電源負極,a為電源正極,則電極a的電勢比b的高,A項錯誤;濾紙1的D為陰極,水中氫離子放電生成氫氣和OH-,K2Cr2O7存在平衡Cr2(橙色)+H2O(黃色)+2H+,陰極附近氫氧根離子濃度增大,平衡正向移動,黃色變深,B項正確;試管B中電極為正極,即反應為O2+4e-+4H+2H2O,C項錯誤;A、B兩試管中共收集到標準狀況下336 mL氣體,氫氣和氧氣的體積比為2∶1,則氫氣的體積為×0.336 L=0.224 L,物質的量為n(H2)===0.01 mol,轉移電子為0.01 mol×2=0.02 mol,濾紙2上陰極發生反應Ag++e-Ag,即析出Ag的質量為0.02 mol×108 g·mol-1=2.16 g,D項錯誤。
12.D　解析　由題圖可知,甲為原電池,乙和丙為電解池;在甲中c電極上發生的電極反應式為Cr2+-e-Cr3+,發生氧化反應,為負極,d電極上發生的電極反應式為Fe3++e-Fe2+,發生還原反應,為正極,則乙池中通入SO2一極為陽極,乙池中通入一氧化氮的電極為電解池的陰極,二氧化硫在陽極上失去電子發生氧化反應生成硫酸根離子和氫離子,通入一氧化氮的電極為陰極,酸性條件下一氧化氮在陰極上得到電子發生還原反應生成銨根離子和水;丙池中,左側電極為電解池的陽極,水在陽極上失去電子發生氧化反應生成氧氣和氫離子,氫離子從M室通過質子交換膜a膜進入濃縮室,右側電極為陰極,鎳離子在陰極得到電子發生還原反應生成鎳, N室中氯離子通過陰離子交換膜b膜進入濃縮室,最終在濃縮室得到較濃的鹽酸。d為正極,a膜為質子交換膜,A項錯誤;乙池中通入一氧化氮的電極為陰極,酸性條件下電極反應式為NO+5e-+6H+H2O+,B項錯誤;在乙池中發生的總反應方程式為2NO+5SO2+8H2O5+2N+8H+,當乙池中處理廢氣(SO2和NO)的總體積為31.36 L,轉移的電子數為2NA,則由電荷守恒,甲池有2 mol質子遷移到d極,C項錯誤;當濃縮室得到2 L 0.6 mol·L-1鹽酸時,從M室通過原子交換膜a膜進入濃縮室的氫離子物質的量為(0.6 mol·L-1-0.1 mol·L-1)×2 L=1 mol,則M室消耗水的質量為1 mol××18 g·mol-1=9 g,D項正確。(共40張PPT)
微測4　電化學的綜合應用
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