2020届二轮复习 8化学反应与电能 作业（天津专用） 练习

专题能力训练八　化学反应与电能

(时间:45分钟　满分:100分)

　专题能力训练第14页　 

一、选择题(共7小题,每小题8分,共56分。每小题只有1个选项符合题目要求)

1.(2019全国Ⅲ)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,结构如下图所示。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

解析:本题考查了二次电池的工作原理及电极反应式的书写与判断。三维多孔海绵状Zn类似于活性炭,故表面积较大,可高效沉积ZnO,所沉积的ZnO分散度也高,A项正确;根据总反应式Zn(s)+2NiOOH(s)+H2OZnO(s)+2Ni(OH)2(s)可知,充电时Ni(OH)2(s)在阳极上发生氧化反应Ni(OH)2(s)+OH-(aq)-e-NiOOH(s)+H2O(l),B项正确;放电时Zn在负极上发生氧化反应Zn(s)+2OH--2e-ZnO(s)+H2O(l),C项正确;在放电过程中,阴离子应向负极移动,D项错误。

2.某科研小组模拟“人工树叶”电化学装置如图所示,该装置能将H2O和CO2转化为糖类(C6H12O6)和O2,X、Y是特殊催化剂型电极。已知装置的电流效率等于生成产品所需的电子数与电路中通过总电子数之比。

下列说法不正确的是(　　)

A.该装置中Y电极发生氧化反应

B.X电极的电极反应式为6CO2+24H++24e-C6H12O6+6H2O

C.理论上,每生成22.4 L O2必有4 mol H+由Y极区向X极区迁移

D.当电路中通过3 mol电子时生成18 g C6H12O6,则该装置的电流效率为80%

答案:C

解析:根据装置图可知,Y电极与电源正极相连,Y电极为阳极,发生氧化反应,A项正确;X电极为阴极,发生还原反应,根据X电极上的反应物及产物可写出阴极的电极反应式,B项正确;22.4LO2没有指明是在标准状况下,C项不正确;n(C6H12O6)==0.1mol,生成0.1mol葡萄糖消耗2.4mol电子,故该装置的电流效率为×100%=80%,D项正确。

3.某公司日前宣布,他们已经开发并计划大量生产一种颠覆性的阳极和阴极,两个电极都是碳材料的双碳性电池(放电原理如图所示),充电速度比普通的锂离子电池快20倍。放电时,正极反应:Cn(PF6)+e-P+nC,负极反应:LiCn-e-Li++nC。下列有关说法中正确的是(　　)

(A-表示阴离子)

A.a极为电池的负极

B.A-为OH-

C.电池充电时的阴极反应为LiCn+e-Li++nC

D.充电时,溶液中A-从b极向a极迁移

答案:D

解析:根据题给装置图判断,a电极有A-生成,b电极有Li+生成,结合放电时,正极反应:Cn(PF6)+e-P+nC,负极反应:LiCn-e-Li++nC,可知a电极为正极,b电极为负极,故A项错误;A-为P,故B项错误;充电时,阴极反应为Li++nC+e-LiCn,故C项错误;充电时,溶液中A-从b(阴)极向a(阳)极迁移,故D项正确。

4.PbO2-微生物燃料电池(MFC)是利用微生物将有机物中的化学能直接转化成电能的装置(如图),若利用微生物分解香蕉皮(生成的葡萄糖作反应物)使该电池工作,下列说法不正确的是(　　)

A.a电极为正极,b电极为负极

B.b电极附近有PbO2,发生的电极反应为PbO2+4H++2e-Pb2++2H2O

C.电池的总反应式为12PbO2+C6H12O6+24H+6CO2↑+12Pb2++18H2O

D.该电池一般是在常温环境中工作,使得电池维护成本低,安全性强

答案:A

解析:根据图中H+的流向和电子的流向可推知a电极为负极,b电极为正极,所以A项错误;PbO2在b极得到电子,发生还原反应,电极反应式为PbO2+4H++2e-Pb2++2H2O,B项正确;香蕉皮经微生物分解后生成葡萄糖,负极反应为葡萄糖失电子生成二氧化碳,电极反应式为C6H12O6+6H2O-24e-6CO2↑+24H+,所以总反应式为12PbO2+C6H12O6+24H+6CO2↑+12Pb2++18H2O,C项正确;温度过高,微生物会发生变性死亡,所以D项正确。

5.工业上常用电解硫酸钠溶液联合生产硫酸和烧碱,生产装置如图所示,其中阴极和阳极均为惰性电极。测得同温同压下,气体甲与气体乙的体积比约为1∶2,以下说法中正确的是(　　)

A.a极与电源的负极相连

B.产物丙为硫酸

C.离子交换膜d为阴离子交换膜

D.b电极反应式:4OH--4e-O2↑+2H2O

答案:B

解析:通过装置图分析可知该装置是电解装置,电解硫酸钠溶液实质是电解水,气体甲与气体乙的体积比约为1∶2,气体甲为氧气,气体乙为氢气,阳极生成氧气,电极反应式为4OH--4e-2H2O+O2↑,阴极生成氢气,电极反应式为2H++2e-H2↑,气体体积比为1∶2,所以判断a电极是阳极,b电极是阴极,在阳极室得到硫酸,在阴极室得到氢氧化钠,则c为阴离子交换膜,d为阳离子交换膜。进一步分析可知a电极为阳极,与电源正极相连,A项错误;阳极a生成氧气,电极反应为4OH--4e-2H2O+O2↑,阳极室水的电离平衡被破坏生成大量氢离子,生成产物丙为硫酸,阴极生成氢气,2H++2e-H2↑,生成产物丁为氢氧化钠,B项正确;c为阴离子交换膜,d为阳离子交换膜,C项错误;b电极是阴极,该电极上应该发生得电子的还原反应,D项错误。

6.利用如图装置可以模拟铁的电化学防护。下列说法不正确的是(　　)

A.若X为锌棒,开关K置于M处,可减缓铁的腐蚀速率

B.若X为锌棒,开关K置于M处,铁的保护属于牺牲阳极的阴极保护法

C.若X为碳棒,开关K置于N处,铁的保护属于外接电流的阴极保护法

D.若X为碳棒,开关K置于N处,X极发生还原反应

答案:D

解析:若X为碳棒,开关K置于N处时X极为阳极,发生氧化反应。

7.(2019河北隆化存瑞中学高三期中考试)电解NaB(OH)4溶液制备H3BO3的原理如图所示,下列叙述错误的是(　　)

A.M室发生的电极反应式:2H2O-4e-O2↑+4H+

B.a、c为阴离子交换膜,b为阳离子交换膜

C.N室中:m%<n%

D.理论上每生成1 mol H3BO3,两极室共产生标准状况下16.8 L气体

答案:B

解析:M室中石墨电极为阳极,电解时阳极上水失电子生成O2和H+,电极反应式为2H2O-4e-O2↑+4H+,A项正确;原料室中的B(OH通过b膜进入产品室,Na+通过c膜进入N室,M室中氢离子通过a膜进入产品室,则a、c为阳离子交换膜,b为阴离子交换膜,B项错误;N室中石墨为阴极,电解时阴极上水得电子生成H2和OH-,原料室中的钠离子通过c膜进入N室,溶液中c(NaOH)增大,所以N室中m%<n%,C项正确;理论上每生成1mol产品,M室生成1molH+,转移电子1mol,M、N室电极反应式分别为2H2O-4e-O2↑+4H+,2H2O+2e-H2↑+2OH-,N室生成0.5molH2,M室生成0.25mol氧气,两极室共产生标准状况下16.8L气体,D项正确。

二、非选择题(共3小题,共44分)

8.(14分)(1)燃料电池是一种高效低污染的新型电池。燃料电池所用燃料可以是氢气,也可以是其他燃料,如甲烷、肼等。如图是甲烷燃料电池工作原理示意图,回答下列问题:

①电池的负极是　　　　　(填“a”或“b”)电极,该极的电极反应式为　　　　　　　　　　　　　。

②电池工作一段时间后,电解质溶液的pH　　　　　(填“增大”“减小”或“不变”)。 

(2)肼分子(H2N—NH2)可以在氧气中燃烧生成氮气和水,利用肼、氧气与KOH溶液组成碱性燃料电池,请写出该电池的负极反应式:　　　　　　　　　　　　　,

正极反应式:　　　　　　　　　　　　　, 

总反应式:　　　　　　　　　　　　　。 

(3)以甲醇(CH3OH)为燃料,空气为氧化剂,以熔融K2CO3为电解质的燃料电池,负极反应式为　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　,正极反应式为　　　　　　　　　　　　　。 

答案:(1)①a　CH4+10OH--8e-C+7H2O

②减小

(2)N2H4+4OH--4e-4H2O+N2↑

O2+2H2O+4e-4OH-

N2H4+O2N2+2H2O

(3)CH3OH+3C-6e-4CO2↑+2H2O

O2+3CO2+6e-3C

解析:(1)①由题图可以看出,电池工作时甲烷失去电子转化为C,故电池的负极是a电极,该极的电极反应式为CH4+10OH--8e-C+7H2O。

②由于反应后产生Na2CO3,即电池工作过程中消耗OH-,故电池工作一段时间后电解质溶液的pH减小。

(2)肼在负极失去电子发生氧化反应,电极反应式为N2H4+4OH--4e-4H2O+N2↑。

(3)甲醇为燃料在负极发生氧化反应,空气中的O2在正极上发生还原反应,要注意电解质中的C参与电极反应。

9.(12分)化学在能源开发与利用中起到十分重要的作用。甲烷是一种新型的绿色能源,又是一种重要的化工原料。甲烷燃料电池能量转化率高,具有广阔的发展前景,现用甲烷燃料电池进行如图实验(图中所用电极均为惰性电极)。

(1)电极b为　　　　极,溶液中OH-移向　　　　(填“a”或“b”)极。 

(2)电极a处所发生的电极反应式为:　　　　　　　　　　　　　。 

(3)乙装置中所发生的总反应方程式为:　　　　　　　　　　　　　。 

(4)若图乙装置中盛有100 mL 0.2 mol·L-1 AgNO3溶液,当甲烷燃料电池中消耗氧气56 mL(标准状况下)时,则此时图乙装置中溶液的pH=　　　　(溶液体积变化忽略不计),d极增重　　　　 g。 

答案:(1)正　a

(2)CH4+10OH--8e-C+7H2O

(3)4AgNO3+2H2O4Ag+O2↑+4HNO3

(4)1　1.08

解析:(1)氧气在b电极发生还原反应,b是正极;原电池中阴离子移向负极,故溶液中OH-移向a电极。

(2)电极a上发生氧化反应,电极反应式为CH4+10OH--8e-C+7H2O。

(3)用惰性电极电解硝酸银溶液,发生的总反应方程式为4AgNO3+2H2O4Ag+O2↑+4HNO3。

(4)消耗氧气56mL(标准状况下)时,转移电子0.01mol,根据电子守恒,乙池生成n(H+)=0.01mol,c(H+)=0.1mol·L-1,pH=1;d电极生成0.01mol的银,质量为1.08g。

10.(18分)人类活动产生的CO2长期积累会威胁生态环境,其减排问题受到全世界的关注。

(1)将煤燃烧产生的二氧化碳回收利用,可达到降低碳排放的目的。图1是通过光电转化原理以廉价原料制备新产品的示意图。写出图示转化过程的化学方程式:　　　　　　　　　　　　　　　　。连接催化剂a、b的导线上电子移动方向是　　　　　(填“a→b”或“b→a”)。 

图1

图2

(2)高温电解技术可将释放的CO2转化为具有工业利用价值的产品。反应的化学方程式为CO2+H2OCO+H2+O2,其工作原理如图2所示,电极b上放出的气体X为　　　　　　,与电极b相连的Y极为外接电源的　　　　　　　(填“正”或“负”)极。 

(3)工业上常用高浓度的K2CO3溶液吸收CO2得KHCO3溶液,再利用电解法使K2CO3溶液再生,其装置如图3所示,在阳极区附近发生的反应包括　　　　　　　　　　　　　　和H++HCCO2↑+H2O。 

图3

答案:(1)2CO2+2H2O2HCOOH+O2　a→b

(2)O2　正

(3)4OH--4e-2H2O+O2↑

解析:(1)根据图1可知反应物是CO2和H2O,生成物是HCOOH和O2,然后配平得:2CO2+2H2O2HCOOH+O2,反应过程中H2O失去电子生成O2和H+,CO2得到电子后与H+结合转化为HCOOH,所以电子移动方向是a→b。

(2)根据图2可知电极a上,CO2和H2O得到电子生成CO和H2,电极a是阴极,所以电极b应该是阳极,连接外接电源的正极,电极反应是2O2--4e-O2↑。

(3)右侧为阳极区,生成物是O2和CO2,电极反应是4OH--4e-2H2O+O2↑和H++HCCO2↑+H2O。