课时跟踪检测(二十六)　新型化学电源、离子交换膜的应用(题型课)

这是一份课时跟踪检测(二十六)　新型化学电源、离子交换膜的应用(题型课)，共10页。试卷主要包含了浓差电池有多种，电解原理在化学工业中有广泛应用，根据下列要求回答下列问题等内容，欢迎下载使用。

1．(2021·淄博模拟)一种碳纳米管新型二次电池的装置如图所示。下列说法中正确的是( )
A．离子交换膜选用阳离子交换膜(只允许阳离子通过)
B．正极的电极反应为NiO(OH)＋H2O＋e－===Ni(OH)2＋OH－
C．导线中通过1 ml电子时，理论上负极区溶液质量增加1 g
D．充电时，碳电极与电源的正极相连
解析：选B 根据装置图，碳电极通入氢气，发生氧化反应，电极反应为H2－2e－＋2OH－===2H2O，Ni电极NiO(OH)→Ni(OH)2，发生还原反应，电极反应为NiO(OH)＋H2O＋e－===Ni(OH)2＋OH－，碳电极是负极，Ni电极是正极。离子交换膜选用阴离子交换膜(只允许阴离子通过)，故A错误，B正确；导线中通过1 ml电子时，负极生成1 ml水，理论上负极区溶液质量增加18 g，故C错误；充电时，负极与电源负极相连，所以碳电极与电源的负极相连，故D错误。
2．我国科学家设计二氧化碳熔盐捕获及电化学转化装置，其示意图如下：
下列说法正确的是( )
A．b为电源的负极，d为电解池的阳极
B．过程①②中捕获CO2时碳的化合价发生了变化
C．a极的电极反应式为2C2O eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(5)) －4e－===4CO2↑＋O2↑
D．上述装置中总反应的化学方程式为C＋O2===CO2
解析：选C 总反应为CO2 eq \(=====,\s\up7(电解)) C＋O2↑。a电极为C2O eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(5)) 失去电子，发生氧化反应生成氧气，是电解池的阳极，连接电源的正极，即b为正极，A错误；过程①捕获CO2时生成的C2O eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(5)) 中的碳元素的化合价是＋4价，②捕获CO2时生成的CO eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(3)) 中的碳元素的化合价是＋4价，碳的化合价均未发生变化，B错误；由电解装置可知，a极的电极反应式为2C2O eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(5)) －4e－===4CO2↑＋O2↑，C正确；由电解装置可知，a电极生成氧气，d电极为碳酸根得电子生成碳单质，电解总反应为CO2 eq \(=====,\s\up7(电解)) C＋O2↑，D错误。
3．(2021·潍坊模拟)海水中含有大量Na＋、Cl－及少量Ca2＋、Mg2＋、SO eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(4)) ，用电渗析法对该海水样品进行淡化处理，如图所示。下列说法正确的是( )
A．b膜是阳离子交换膜
B．A极室产生气泡并伴有少量沉淀生成
C．淡化工作完成后A、B、C三室中pH大小为pHAD.B极室产生的气体可使湿润的KI­淀粉试纸变蓝
解析：选A 因为阴极是阳离子反应，所以b膜为阳离子交换膜，选项A正确；A极室Cl－在阳极失电子生成氯气，但不产生沉淀，选项B错误；淡化工作完成后，A室Cl－失电子生成氯气，部分溶于水溶液呈酸性，B室H＋得电子生成氢气，OH－浓度增大，溶液呈碱性，C室溶液呈中性，pH大小为pHA4．(2021·德州模拟)十九大报告中提出要“打赢蓝天保卫战”，意味着对污染防治比过去要求更高。某种利用垃圾渗透液实现发电、环保二位一体结合的装置示意图如下。当该装置工作时，下列说法正确的是( )
A．盐桥中Cl－向Y极移动
B．电路中流过7.5 ml电子时，共产生标准状况下N2的体积为16.8 L
C．电流由X极沿导线流向Y极
D．Y极发生的反应为2NO eq \\al(\s\up1(－),\s\d1(3)) ＋10e－＋6H2O===N2↑＋12OH－，周围pH增大
解析：选D 根据处理垃圾渗透液并用其发电的示意图可知，装置属于原电池装置，X是负极，发生失电子的氧化反应，Y是正极，发生得电子的还原反应：2NO eq \\al(\s\up1(－),\s\d1(3)) ＋10e－＋6H2O===N2↑＋12OH－，电解质中的阳离子移向正极，阴离子移向负极，电子从负极流向正极。根据以上分析，则氯离子向X极移动，故A错误；电池总反应为5NH3＋3NO eq \\al(\s\up1(－),\s\d1(3)) ===4N2＋6H2O＋3OH－，转移15 ml电子生成4 ml氮气，故电路中流过7.5 ml电子时，产生2 ml氮气，即44.8 L(标准状况)，B错误；电流由正极流向负极，即由Y极沿导线流向X极，故C错误；Y是正极，发生得电子的还原反应：2NO eq \\al(\s\up1(－),\s\d1(3)) ＋10e－＋6H2O===N2↑＋12OH－，周围pH增大，故D正确。
5．(2021·芜湖模拟)太阳能路灯蓄电池是磷酸铁锂电池，其工作原理如图。M电极材料是金属锂和碳的复合材料(碳作为金属锂的载体)，电解质为一种能传导Li＋的高分子材料，隔膜为阳离子交换膜，电池反应式为LixC6＋Li1－xFePO4 eq \(,\s\up7(放电),\s\d5(充电)) LiFePO4＋6C。下列说法正确的是( )
A．放电时Li＋从左边移向右边，PO eq \\al(\s\up1(3－),\s\d1(4)) 从右边移向左边
B．放电时，正极反应式为Li1－xFePO4＋xLi＋＋xe－===LiFePO4
C．充电时，M极连接电源的负极，电极反应为6C＋xe－===C eq \\al(\s\up1(x－),\s\d1(6))
D．紧急情况时，电解质可以用Li2SO4饱和溶液代替
解析：选B 放电时，阳离子向正极移动，隔膜只允许Li＋通过，所以Li＋从左边移向右边，PO eq \\al(\s\up1(3－),\s\d1(4)) 不发生移动，A错误；放电时，M电极上失电子发生氧化反应，N电极上得电子发生还原反应，正极反应式为Li1－xFePO4＋xLi＋＋xe－===LiFePO4，B正确；充电时M为阴极，连接原电池负极，该电极上得电子发生还原反应，电极反应式为6C＋xLi＋＋xe－===LixC6，C错误；锂单质会与水发生反应，所以不可以用水溶液作电解质溶液，D错误。
6．(2021·南宁模拟)DBFC燃料电池的结构如图，该电池的总反应为NaBH4＋4H2O2===NaBO2＋6H2O。下列关于电池工作时的相关分析不正确的是( )
A．X极为正极，电流经X流向外电路
B．Y极发生的还原反应为H2O2＋2e－===2OH－
C．X极区溶液的pH逐渐减小
D．每消耗1.0 L 0.50 ml·L－1的H2O2电路中转移1.0 ml e－
解析：选A 由电池的总反应NaBH4＋4H2O2===NaBO2＋6H2O可知，X电极上NaBH4发生失去电子的氧化反应，作负极，则Y极作正极，电子经X流向外电路流入Y，电流经Y流向外电路，故A错误；该电池中Y极为正极，电极反应为H2O2＋2e－===2OH－，故B正确；X极为负极，电极反应式为BH eq \\al(\s\up1(－),\s\d1(4)) ＋8OH－－8e－===BO eq \\al(\s\up1(－),\s\d1(2)) ＋6H2O，所以X极区溶液的pH逐渐减小，故C正确；由电极反应式H2O2＋2e－===2OH－可知，每消耗1 ml H2O2电路中转移2 ml e－，所以每消耗1.0 L 0.50 ml·L－1即0.50 ml H2O2，电路中转移1.0 ml e－，故D正确。
7．(2020·信阳高二检测)浓差电池有多种：一种是利用物质氧化性或还原性强弱与浓度的关系设计的原电池(如图1)，一种是根据电池中存在浓度差会产生电动势而设计的原电池(如图2)。图1所示原电池能在一段时间内形成稳定电流；图2所示原电池既能从浓缩海水中提取LiCl，又能获得电能。下列说法错误的是( )
A．图1电流计指针不再偏转时，左右两侧溶液浓度恰好相等
B．图1电流计指针不再偏转时向左侧加入NaCl或AgNO3或Fe粉，指针又会偏转且方向相同
C．图2中Y极每生成1 ml Cl2，a极区得到2 ml LiCl
D．两个原电池外电路中电子流动方向均为从右到左
解析：选B 图1中电流计指针不再偏转时，左右两侧溶液浓度恰好相等，故A正确；开始时图1左边为正极，右边为负极，图1电流计指针不再偏转时向左侧加入NaCl或Fe，左侧银离子浓度减小，则左边为负极，右边为正极，加入AgNO3，左侧银离子浓度增加，则左边为正极，右边为负极，因此指针又会偏转但方向不同，故B错误；图2中Y极每生成1 ml Cl2，转移2 ml电子，因此2 ml Li＋移向a极得到2 ml LiCl，故C正确；两个电极左边都为正极，右边都为负极，因此两个原电池外电路中电子流动方向均为从右到左，故D正确。
8．(1)肼—空气燃料电池是一种碱性电池，无污染，能量高，有广泛的应用前景，其工作原理如图所示，回答下列问题：
①该燃料电池中正极通入的物质是________，负极发生的反应式为_______________
_________________________________________________________。
②电池工作时，OH－移向极________(填“a”或“b”)。
③当电池放电转移5 ml电子时，至少消耗燃料肼________ g。
(2)锰酸锂离子电池在混合动力车等大型蓄电池应用领域占据主导地位。电池反应式为：Li1－xMnO4＋Lix eq \(,\s\up7(放电),\s\d5(充电)) LiMnO4，下列有关说法不正确的是________(填字母)。
A．放电时电池的正极反应式为Li1－xMnO4＋xLi＋＋xe－===LiMnO4
B．放电过程中，石墨没有得失电子
C．该电池也能在KOH溶液的环境中正常工作
D．充电时电池上标有“－”的电极应与外接电源的负极相连
解析：(1)①燃料电池的正极是氧气发生还原反应，负极是肼发生氧化反应，碱性电池中，其负极反应式应为N2H4＋4OH－－4e－===N2↑＋4H2O；②原电池中阴离子移向负极，a为负极，所以电池工作时，OH－移向a电极；③负极反应式为N2H4＋4OH－－4e－===4H2O＋N2↑，转移4 ml电子时消耗肼32 g，则转移5 ml电子消耗肼：32 g× eq \f(5,4) ＝40 g。(2)根据总反应式可知Li失去电子，电池负极反应式为xLi－xe－===xLi＋，由总反应式减去负极反应式可得放电时的正极反应式为Li1－xMnO4＋xLi＋＋xe－===LiMnO4，故A正确；放电过程中，根据总反应式Li1－xMnO4＋Lix eq \(,\s\up7(放电),\s\d5(充电)) LiMnO4，可判断石墨没有得失电子，故B正确；Li能与KOH溶液中的H2O反应，导致电池无法正常工作，故C错误；充电过程是放电的逆向过程，所以标有“－”的电极应与外接电源的负极相连，故D正确。
答案：(1)①空气或氧气 N2H4＋4OH－－4e－===N2↑＋4H2O ②a ③40 (2)C
9．电解原理在化学工业中有广泛应用。
(1)用NaOH溶液吸收烟气中的SO2，将所得的Na2SO3溶液进行电解，可循环再生NaOH，同时得到H2SO4，其原理如下图所示(电极材料为石墨)。
b极的电极反应式为_______________________________________________________。
(2)电解法处理含氮氧化物废气，可回收硝酸，具有较高的环境效益和经济效益。实验室模拟电解法吸收NOx的装置如图所示(图中电极均为石墨电极)。若用NO2气体进行模拟电解法吸收实验。
①写出电解时NO2发生反应的电极反应式__________________________________。
②若有标准状况下2.24 L NO2被吸收，通过阳离子交换膜(只允许阳离子通过)的H＋为________ ml。
(3)SO2和NOx是主要大气污染物，利用下图装置可同时吸收SO2和NO。
①a是直流电源的________极。
②已知电解池的阴极室中溶液的pH在4～7之间，阴极的电极反应为_____________
___________________________________________________________。
③用离子方程式表示吸收NO的原理__________________________________________。
解析：(1)SO eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(3)) 失去电子被氧化成SO eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(4)) ，电极反应式为SO eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(3)) －2e－＋H2O===SO eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(4)) ＋2H＋。(2)①据图知，电解时，左室中电极上水放电生成氢气，则左室为阴极室，阴极反应式为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，右室为阳极室，阳极通入的是含氮氧化物，生成的是硝酸，阳极反应式为NO2－e－＋H2O===NO eq \\al(\s\up1(－),\s\d1(3)) ＋2H＋；②根据阴、阳两极反应式知若有标准状况下2.24 L NO2被吸收，线路中转移0.1 ml电子，阴极区生成的OH－为0.1 ml，为维持电荷守恒，则通过阳离子交换膜的H＋为0.1 ml。(3)①与b极相连的电极上SO2→H2SO4，硫元素化合价升高，发生氧化反应，该电极是阳极，b为正极，则a是负极；②已知电解池的阴极室中溶液的pH在4～7之间，溶液显酸性，所以阴极的电极反应式为2HSO eq \\al(\s\up1(－),\s\d1(3)) ＋2H＋＋2e－===S2O eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(4)) ＋2H2O；③吸收NO的原理是NO与S2O eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(4)) 反应生成氮气和HSO eq \\al(\s\up1(－),\s\d1(3)) ，离子方程式为2NO＋2S2O eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(4)) ＋2H2O===N2＋4HSO eq \\al(\s\up1(－),\s\d1(3)) 。
答案：(1)SO eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(3)) －2e－＋H2O===SO eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(4)) ＋2H＋
(2)①NO2－e－＋H2O===NO eq \\al(\s\up1(－),\s\d1(3)) ＋2H＋ ②0.1
(3)①负
②2HSO eq \\al(\s\up1(－),\s\d1(3)) ＋2H＋＋2e－===S2O eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(4)) ＋2H2O
③2NO＋2S2O eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(4)) ＋2H2O===N2＋4HSO eq \\al(\s\up1(－),\s\d1(3))
10．根据下列要求回答下列问题。
(1)次磷酸钴[C(H2PO2)2]广泛用于化学镀钴，以金属钴和次磷酸钠为原料，采用四室电渗析槽电解法制备，原理如图：
则C的电极反应式为____________________，A、B、C为离子交换膜，其中B为________离子交换膜(填“阳”或“阴”)。
(2)我国科研人员研制出的可充电“Na­CO2”电池，以钠箔和多壁碳纳米管(MWCNT)为电极材料，总反应方程式为4Na＋3CO2 eq \(,\s\up7(放电),\s\d5(充电)) 2Na2CO3＋C。放电时该电池“吸入”CO2，其工作原理如图所示：
①放电时，正极的电极反应式为____________________________________________。
②若生成的Na2CO3和C全部沉积在正极表面，当正极增加的质量为28 g时，转移电子的物质的量为________。
③可选用高氯酸钠­四甘醇二甲醚作电解液的理由是____________________
________________________________________________________________________。
解析：(1)以金属钴和次磷酸钠为原料，用电解法制备次磷酸钴[C(H2PO2)2]，C的化合价从0升高到＋2，则C的电极反应式为C－2e－===C2＋，产品室可得到次磷酸钴的原因是阳极室中的C2＋通过阳离子交换膜进入产品室，原料室中的H2PO eq \\al(\s\up1(－),\s\d1(2)) 通过阴离子交换膜进入产品室与C2＋结合生成C(H2PO2)2，所以B是阴离子交换膜。(2)①放电时，正极发生得到电子的还原反应，则根据总反应式可知电极反应式为3CO2＋4Na＋＋4e－===2Na2CO3＋C；②根据反应式可知每转移4 ml电子，正极质量增加2×106 g＋12 g＝224 g，所以当正极增加的质量为28 g时，转移电子的物质的量为 eq \f(28 g,224 g) ×4 ml＝0.5 ml。③根据题干信息以及金属钠的化学性质可知可选用高氯酸钠­四甘醇二甲醚作电解液的理由是其导电性好、与金属钠不反应、难挥发等。
答案：(1)C－2e－===C2＋ 阴
(2)①3CO2＋4Na＋＋4e－===2Na2CO3＋C
②0.5 ml ③导电性好、与金属钠不反应、难挥发等(答案合理即可)