新高考新教材广西专版2024届高考化学二轮总复习专题突破练9电化学

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1.Al-N2二次电池以离子液体为电解质,其工作原理如图所示。石墨烯/Pd作为电极催化剂,可吸附N2。下列说法正确的是( )。
A.充电时,可实现氮的固定
B.充电时,阴极上反应为Al3++3e-Al
C.放电时,正极上反应为8Al2C+N2+6e-2AlN+14AlC
D.放电时,石墨烯/Pd用于提高N2反应的活化能
2.(2023广东广州广雅中学月考)一种气体报警器的结构如图所示,工作时被检测的气体在敏感电极上发生反应,传感器就会接收到电信号。常见的传感器(被检测气体/产物)有CO/C、CH4/C、Cl2/Cl-等。下列说法中正确的是( )。
A.上述气体被检测时,敏感电极均作电池正极
B.检测CO气体时,电解质溶液中的阳离子流向敏感电极
C.检测CH4气体时,对电极充入空气,该电极反应可以为O2+2H2O+4e-4OH-
D.检测Cl2气体时,电流从对电极流向传感器
3.(2023福建福州模拟)我国科学家发明的耦合光催化/电催化分解水的装置如图,光照时,光催化电极产生电子(e-)和空穴(h+)。下列有关说法正确的是( )。
A.光催化装置中溶液的pH减小
B.离子交换膜为阴离子交换膜
C.电催化装置阳极电极反应为4OH-+4h+2H2O+O2↑
D.整套装置转移0.01 ml e-,光催化装置生成3.81 g
4.(2023广东汕头一模)我国科学家利用Zn-BiOI电池,以ZnI2水溶液作为锌离子电池的介质,可实现快速可逆的协同转化反应。如图所示,放电时该电池总反应为3Zn+6BiOI2Bi+2Bi2O3+3ZnI2。下列说法正确的是( )。
A.放电时,BiOI为负极,发生氧化反应
B.放电时,1 ml BiOI参与反应,转移3 ml e-
C.充电时,Zn2+从Zn电极移向BiOI电极
D.充电时,阳极发生反应:Bi+Bi2O3+3I--3e-3BiOI
5.一种利用纳米V2O5纤维为电极的Li-Mg二次电池的工作原理如图所示。下列说法正确的是( )。
A.放电时,电池的负极反应为Mg2++2e-Mg
B.充电时,阳极反应可以表示为LiV2O5-e-Li++V2O5
C.该电池的电解质溶液可以为1 ml·L-1的LiCl-MgCl2混合水溶液
D.电池中所用离子交换膜为阴离子交换膜
6.双极膜(BP)是一种能将水分子解离成H+和OH-的特殊离子交换膜。应用双极膜制取聚合硫酸铁净水剂[Fe2(OH)n(SO4)3-n/2]m(PFS)的电化学装置如图所示。下列说法错误的是( )。
A.M为阴离子交换膜,乙为OH-
B.电极a的电极反应为2H++2e-H2↑
C.电流过大,会使PFS产品含量降低
D.若制得1 ml [Fe(OH)SO4]3,理论上转移的电子为2 ml
7.(2023广东深圳高三统考)一种高压可充电Zn-PbO2电池工作原理如图所示,通过复合膜ab与复合膜ba反向放置,分隔两室电解液,复合膜间是少量H2O,复合膜ab与ba交界处离子不能通过,复合膜中a膜是阳离子交换膜,b膜是阴离子交换膜。下列说法错误的是( )。
A.放电时,K+穿过a膜移向复合膜ab间
B.放电时,复合膜ba间发生了H2O解离出H+和OH-的变化
C.充电时的总反应为PbSO4+Zn(OHZn+PbO2+2H2O+S
D.充电时的阳极电极反应为PbSO4+4OH--2e-PbO2+S+2H2O
二、非选择题
8.(2023广东茂名一模)某兴趣小组在电解食盐水实验中发现两极产生气体体积不相等,该组同学猜测阳极除Cl2外可能有O2产生。小组同学利用如图装置进行实验探究。
已知:KI在酸性条件下能被O2氧化为I2。
(1)配制250 mL 5.0 ml·L-1 NaCl溶液,实验所用到的玻璃仪器有量筒、玻璃棒、烧杯、胶头滴管、 。
(2)利用上述装置检验阳极是否产生O2,其连接顺序:A→ → → 。实验前从a处通入氮气的目的为 。
(3)小组同学根据实验现象判断有O2产生,用电极反应表示产生O2的原因: 。
(4)该小组在恒定电压下进行电解实验,探究不同pH、不同浓度的NaCl溶液对产生O2的影响,用传感器测得在0~t1时间内阳极区溶解氧的浓度变化,装置如图所示,数据记录如下表。
①实验2、3是判断相同浓度NaCl溶液在不同pH下是否有氧气产生,其中x= 。
②实验2和5条件下,测得溶解氧的曲线如图中Ⅰ、Ⅱ所示,分析实验2溶解氧先降低后升高的原因是 。
③实验3中0~240 s时间段内溶液溶解氧逐渐增大,电解60 s后取阳极区溶液2 mL加入到试管a,加入碘化钾淀粉溶液,没有明显现象;然后滴加稀硫酸,溶液变蓝。电解200 s后另取阳极区溶液2 mL加入到试管b,加入碘化钾淀粉溶液,溶液变蓝。由上述实验现象可获得的实验结论是 。
④工业上在一定条件下电解食盐水制备较纯净的Cl2,除了控制一定的电压、采用活性Ti电极外,可采取的措施有 (写一种)。
专题突破练九 电化学
一、选择题
1.C 解析 氮元素从游离态变为化合态的过程称为氮的固定,该电池放电时,氮气在正极上得到电子发生还原反应转化为氮化铝,实现了氮的固定,A项错误。放电时负极反应为7AlC+Al-3e-4Al2C;充电时,阴极反应为4Al2C+3e-Al+7AlC,B项错误。放电时,氮气在正极上发生还原反应生成氮化铝,铝元素来自Al2C,正极反应为8Al2C+N2+6e-2AlN+14AlC,C项正确。放电时,石墨烯/Pd作为正极的催化剂,可降低N2反应的活化能,增大反应速率,D项错误。
2.C 解析 得到电子发生还原反应的电极为正极,被检测气体CO和CH4中碳元素化合价升高,氯气中氯元素化合价降低,部分气体中元素化合价升高,部分气体中元素化合价降低,因此被检测时,敏感电极不一定作电池正极,A项错误。检测CO气体时,根据CO/C得到CO中碳元素化合价升高,是原电池的负极,根据原电池“同性相吸”,则电解质溶液中的阳离子流向正极即对电极,B项错误。检测CH4气体时,根据CH4/C得到电解质溶液为碱性环境,对电极充入空气,该电极反应可以为O2+2H2O+4e-4OH-,C项正确。检测Cl2气体时,氯气得到电子生成氯离子,因此敏感电极为正极,电流从正极(敏感电极)流向负极(对电极),D项错误。
3.C 解析 光催化装置中发生2H++2e-H2↑、3I-+2h+,消耗H+,c(H+)减小,pH增大,A项错误。电催化装置为电解装置,阴极电极反应为+2e-3I-,阳极电极反应为4OH-+4h+2H2O+O2↑,阴极上阴离子物质的量增大,阳极上消耗阴离子,根据装置图可知,离子交换膜为阳离子交换膜,B项错误、C项正确。整套装置转移0.01ml电子时,光催化装置生成的质量为=1.905g,D项错误。
4.D 解析 由总反应可知,放电时,Zn为负极,发生氧化反应,A项错误。由总反应可知,6mlBiOI反应时生成2mlBi,转移6ml电子,则1mlBiOI参与反应转移1mle-,B项错误。充电时,Zn电极作阴极,BiOI电极作阳极,溶液中阳离子向阴极移动,则Zn2+从BiOI电极移向Zn电极,C项错误。充电时的总反应为2Bi+2Bi2O3+3ZnI23Zn+6BiOI,阳极发生反应:Bi+Bi2O3+3I--3e-3BiOI,D项正确。
5.B 解析 放电时负极失去电子发生氧化反应,A项错误。充电时,阳极发生氧化反应,LiV2O5失去电子生成V2O5,B项正确。活泼金属能与水反应,所以不能用水溶液作为电解质溶液,C项错误。由图可知,通过离子交换膜的离子为Mg2+和Li+,则离子交换膜是阳离子交换膜,D项错误。
6.D 解析 由图可知交换膜M右侧的产物为硫酸,可知S从硫酸铁溶液进入硫酸室中,M为阴离子交换膜;根据BP膜两侧电荷的分布,可判断出甲为H+,乙为OH-,A项正确。由H+向a极移动,可判断a极为阴极,a极的电极反应为2H++2e-H2↑,B项正确。电流过大会使大量OH-进入硫酸铁溶液室中,生成氢氧化铁沉淀,使PFS含量降低,C项正确。若制得1ml[Fe(OH)SO4]3,则有3mlOH-进入硫酸铁溶液室中,理论上转移的电子为3ml,D项错误。
7.D 解析 放电时,根据原电池“同性相吸”原理,K+穿过阳离子交换膜即a膜移向复合膜ab间,A项正确。放电时,负极不断消耗氢氧根,复合膜ba间发生了H2O解离出H+和OH-的变化,解离出的OH-穿过阴离子交换膜即b膜向负极移动,解离出的H+穿过阳离子交换膜即a膜向正极移动,B项正确。根据题中信息得到负极是锌失去电子变为Zn(OH,正极是二氧化铅得到电子变为硫酸铅,则充电时的总反应为PbSO4+Zn(OHZn+PbO2+2H2O+S,C项正确。放电时正极反应为PbO2+S+4H++2e-PbSO4+2H2O,则充电时的阳极电极反应为PbSO4+2H2O-2e-PbO2+S+4H+,D项错误。
二、非选择题
8.答案 (1)250 mL容量瓶
(2)C B D 排出装置内的氧气,以免干扰实验
(3)2H2O-4e-4H++O2↑
(4)①40.0 ②Cl-放电产生氯气导致溶解氧降低,溶液呈碱性后溶解氧升高 ③该条件下OH-比Cl-先放电 ④电解过程加入NaCl控制合适的氯离子浓度或使用离子交换膜(其他合理答案即可)
解析 (1)配制250mL5.0ml·L-1NaCl溶液,实验所用到的玻璃仪器有量筒、玻璃棒、烧杯、胶头滴管、250mL容量瓶。
(2)利用题中装置检验阳极是否产生O2,将产生的混合气体先用氢氧化钠溶液除掉氯气,再用碘化钾淀粉溶液检验氯气是否除尽,除尽后再通入酸性碘化钾淀粉溶液中检验是否有氧气生成,因此其连接顺序为A→C→B→D。空气中有氧气,要检验是否有氧气生成,电解前要排出装置内的氧气,因此实验前从a处通入氮气的目的为排出装置内及溶解的氧气,以免干扰实验。
(3)小组同学根据实验现象判断有O2产生,说明是溶液中的水失去电子变为氧气和氢离子,其用电极反应表示产生O2的原因:2H2O-4e-4H++O2↑。
(4)①根据题意,要使得实验2、3是判断相同浓度NaCl溶液在不同pH下是否有氧气产生,则溶液的总体积应该相等,因此其中x=40.0。
②根据图中信息分析,实验1分析氯气量增大,溶解氧的含量减少,实验2与实验3分析同样浓度的氯化钠在中性和碱性条件下溶解氧是不相同的,在碱性条件下溶解氧含量增大,根据实验5分析在碳酸钠碱性条件下溶解氧含量增加,因此根据前面分析得到实验2溶解氧先降低后升高的原因是生成氯气量增大,溶解氧含量减少,当氯化钠反应完全,溶液呈碱性,氯气减少,此时溶解氧又慢慢增大,即Cl-放电产生氯气导致溶解氧降低,后OH-放电导致溶解氧升高。
③根据实验现象可获得的实验结论是开始阶段是OH-放电溶解氧增多,后来Cl-放电氯气含量增多,即该条件下OH-比Cl-先放电。
④根据题意分析,根据实验1得到的是氯离子放电,而实验3是OH-比Cl-先放电,因此可采取的措施有电解过程加入NaCl控制合适的氯离子浓度或使用离子交换膜。
编号
1
2
3
4
5
5.0ml·L-1NaCl/mL
50.0
5.0
5.0
0
0
5.0ml·L-1NaOH/mL
0
0
5.0
0
0
H2O/mL
0
45.0
x
50.0
0
5.0ml·L-1Na2CO3/mL
0
0
0
0
50.0
溶解氧的浓度/(mg·L-1)
7.3~8.3
8.3~10.5
8.3~15.0
8.3
8.3~15.5