选择题提速练(四)　新型化学电池、新型电解池

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下列说法错误的是( )
A．放电时，负极反应为Zn－2e－＋4OH－===Zn(OH) eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(4))
B．放电时，1 ml CO2转化为HCOOH，转移的电子数为2 ml
C．充电时，电池总反应为2Zn(OH) eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(4)) ===2Zn＋O2↑＋4OH－＋2H2O
D．充电时，正极溶液中OH－浓度升高
解析：D 由题给装置图可知，放电时负极锌失去电子后结合OH－生成Zn(OH) eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(4)) ，负极反应为Zn－2e－＋4OH－===Zn(OH) eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(4)) ，A项正确；放电时，正极上CO2得电子生成HCOOH，CO2中C的化合价为＋4，HCOOH中C的化合价为＋2，1 ml CO2转化为1 ml HCOOH，转移2 ml电子，B项正确；充电时阴极上Zn(OH) eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(4)) 参与反应得到锌，阳极上H2O参与反应得到氧气，电池总反应为2Zn(OH) eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(4)) ===2Zn＋O2↑＋4OH－＋2H2O，C项正确；充电时，阳极上发生失电子的氧化反应：2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，氢氧根离子浓度降低，D项错误。
2．2020年3月29日，全球新能源汽车领导者比亚迪宣布正式推出“刀片电池”。“刀片电池”是将传统磷酸铁锂电池电芯加长，使单个电芯形状扁平、窄小，再通过多个“刀片”捆扎形成模组，通过少数几个大模组的组合成电池。“刀片电池”放电时结构如图，正极反应为Li1－xFePO4＋xe－＋xLi＋===LiFePO4，下列说法错误的是( )
A.放电时Li＋通过聚合物隔膜往正极迁移
B．充电时，阴极反应为Li1－xC6＋xe－＋xLi＋===LiC6
C．充电时，锂离子在阳极脱嵌；放电时，锂离子在正极脱嵌
D．用该电池电解精炼铜，当转移电子1.25 ml时能得到精铜32 g，则电子利用率为80%
解析：C 磷酸铁锂电池放电时，负极反应：LiC6－xe－===xLi＋＋Li1－xC6，正极反应：Li1－xFePO4＋xe－＋xLi＋===LiFePO4；充电时，阳极反应：LiFePO4－xe－===Li1－xFePO4＋xLi＋，阴极反应：Li1－xC6＋xLi＋＋xe－===LiC6，放电时阳离子往正极迁移，A正确；充电时为电解池，阴极发生还原反应，电极反应：Li1－xC6＋xLi＋＋xe－===LiC6，B正确；脱嵌意思是锂从正极材料中出来的过程，充电时，阳极的电极材料产生锂离子，电极反应为LiFePO4－xe－===Li1－xFePO4＋xLi＋，放电时，负极材料产生锂离子，电极反应为LiC6－xe－===xLi＋＋Li1－xC6，则充电时，锂离子在阳极脱嵌；放电时，锂离子在负极脱嵌，C错误；用该电池电解精炼铜，当转移电子1.25 ml时理论上能得到精铜 eq \f(1.25,2) ml＝0.625 ml即40 g，而实际得32 g，则电子利用率为80%，D正确。
3．科学家设计的可充电电池的工作原理示意图如图所示。该可充电电池的放电反应为LixCn＋Li1－xCO2===LiCO2＋nC。NA表示阿伏加德罗常数的值。下列说法错误的是( )
A．该电池用于电动汽车符合绿色化学观念
B．充电时，阳极反应为LiCO2－xe－===Li1－xCO2＋xLi＋，Li＋由B极移向A极
C．该电池用惰性电极电解某电解质溶液时，发现两极只有H2和O2生成。则电解一段时间后，该溶液的浓度可能不变
D．若初始两电极质量相等，当转移4NA个电子时，两电极质量差为28 g
解析：D 电动汽车可有效减少大气污染，该电池用于电动汽车符合绿色化学观念，A正确；可充电电池的放电反应为LixCn＋Li1－xCO2===LiCO2＋nC，则放电时正极反应为Li1－xCO2＋xLi＋＋xe－===LiCO2，充电时，原电池的正极即为电解池的阳极，反应逆转，则反应为LiCO2－xe－===Li1－xCO2＋xLi＋，阳离子由阳极B向阴极A移动，B正确；两极只有H2和O2生成，应为电解水型的电解，电解时阳极反应为4OH－－4e－===2H2O＋O2↑，阴极反应为4H＋＋4e－===2H2↑，可为电解含氧酸溶液、强碱溶液或活泼金属的含氧酸盐溶液，由于溶剂H2O减小，若电解的溶液为饱和溶液，则浓度不变，C正确；若初始两电极质量相等，当转移4NA个电子时，负极减少4 ml Li其质量为28 g，正极有4 ml Li＋迁入，其质量为28 g，两电极质量差为56 g，D错误。
4．南京大学开发出一种以太阳能驱动的恒流电解装置，成功实现了从海水中提取金属锂，其工作原理如图。下列说法错误的是( )
A．铜箔为阴极，发生还原反应
B．阳极区可能有Cl2和O2生成
C．工作时的能量转化形式：太阳能→化学能→电能
D．固体陶瓷膜可让海水中的Li＋选择性通过
解析：C 该装置的目的是从海水中提取金属Li，是先利用太阳能发电，将电能转化为化学能，是电解池装置，在海水上面的铜箔为阴极，发生还原反应：Li＋＋e－===Li，催化电极为阳极，因海水中有氯离子，阳极上可以是氯离子或水失电子，就有氯气或氧气生成。锂离子在铜箔上得到电子，生成金属锂，则铜箔为阴极，发生还原反应，A项正确；阳极上可以是氯离子或水失电子，就有氯气或氧气生成，B项正确；该装置是先利用太阳能发电，然后电解海水生成锂，所以工作时的能量转化形式：太阳能→电能→化学能，C项错误；该装置的目的是从海水中提取金属Li，固体陶瓷膜让海水中的锂离子通过，锂离子从海水中到阴极铜箔得电子，D项正确。
5．我国科技工作者设计以CP和Ni2P纳米片为催化电极材料，电催化合成偶氮化合物的新装置如图所示(R代表烃基)。下列说法错误的是( )
A．该离子交换膜是阴离子交换膜
B．电极a的电极电势低于电极b
C．阳极反应为RCH2NH2－4e－＋4OH－===RCN＋4H2O
D．电流由直流电源出发，经电极a，KOH溶液，电极b回到直流电源
解析：B a极：RCH2NH2－4e－＋4OH－===RCN＋4H2O，发生氧化反应，a为阳极，消耗OH－，为保持电中性，右端OH－需要通过离子交换膜移向左端，因此该离子交换膜是阴离子交换膜，A正确；a电极上是RCH2NH2失电子生成RCN，发生氧化反应，为阳极，b电极是硝基苯转化为偶氮化合物，发生的是还原反应，为电解池的阴极，电极a的电极电势高于电极b，B错误；a为阳极，是RCH2NH2失电子生成RCN，发生氧化反应，电极反应为RCH2NH2－4e－＋4OH－===RCN＋4H2O，C正确；a为阳极，b为阴极，电流由直流电源出发，经电极a，KOH溶液，电极b回到直流电源，D正确。
6．(2021·辽宁朝阳模拟)聚合硫酸铁{PFS，[Fe4(OH)2n(SO4)(6－n)]m}是一种性能优越的无机高分子混凝剂，利用双极膜(BP)(由一张阳膜和一张阴膜复合制成，在直流电场作用下将水分子解离成OH－和H＋，作为H＋和OH－离子源)电渗析法制备PFS的装置如图所示，下列说法不正确的是( )
A．X极上发生的电极反应为4OH－－4e－===O2↑＋2H2O
B．“室1”和“室3”得到H2SO4和K2SO4的混合液
C．“室2”和“室4”产品为浓PFS
D．双极膜向“室2”和“室4”中提供OH－
解析：B 根据图示，稀硫酸进入“室3”，Fe2(SO4)3溶液进入“室4”，且“室3”和“室4”之间有阴膜，则说明PFS在“室4”内产生；双极膜将水解离成OH－和H＋，即双极膜产生的H＋向“室3”移动，产生的OH－向“室4”移动，SO eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(4)) 向“室3”移动，由于“室3”和“室4”是重复单元，故H＋向“室1”和“室3”移动，OH－向“室2”和“室4”移动，SO eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(4)) 向“室1”和“室3”移动，故 “室1”和“室3”得到的是H2SO4溶液，“室2”和“室4”得到的是PFS。在电解装置的左侧，由于双极膜产生的H＋向“室1”移动，则X极上发生的电极反应为4OH－－4e－===O2↑＋2H2O，A正确； H＋向“室1”和“室3”移动，SO eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(4)) 向“室1”和“室3”移动，故“室1”和“室3”得到的是H2SO4溶液，B错误； Fe2(SO4)3溶液进入“室2”和“室4”，且OH－向“室2”和“室4”移动，故“室2”和“室4”得到的是PFS，C正确； OH－向“室2”和“室4”移动，说明双极膜向“室2”和“室4”中提供OH－，D正确。
7．双极膜能够在直流电场作用下将H2O解离为H＋和OH－。以维生素C的钠盐(C6H7O6Na)为原料制备维生素C(C6H8O6，具有弱酸性和还原性)的装置示意图如下。下列说法不正确的是( )
A．a离子是OH－，b离子是H＋
B．生成维生素C的离子方程式为C6H7O eq \\al(\s\up1(－),\s\d1(6)) ＋H＋===C6H8O6
C．X极的电极反应式为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋
D．将X极区的Na2SO4替换为C6H7O6Na，可以提高维生素C的产率
解析：D 在X电极，水失电子生成O2，同时生成H＋，Na＋通过阳离子交换膜进行碱室，与a离子即OH－结合为NaOH；则b离子为H＋，与C6H7O eq \\al(\s\up1(－),\s\d1(6)) 结合为C6H7O8。Y电极为阴极，H2O得电子生成H2和OH－，A正确；C6H7O eq \\al(\s\up1(－),\s\d1(6)) 为弱酸根离子，与b离子即H＋结合生成维生素C，离子方程式为C6H7O eq \\al(\s\up1(－),\s\d1(6)) ＋H＋===C6H8O6，B正确；在X极，H2O失电子生成O2和H＋，电极反应式为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，C正确；若将X极区的Na2SO4替换为C6H7O6Na，一方面生成的C6H8O6导电能力弱，另一方面维生素C易被生成的O2氧化，不能提高维生素C的产率，D错误。
8．已知Fe2＋与H2O2溶液混合发生Fentn反应生成氧化性很强的羟基自由基(·OH)，可将CN－氧化为低毒的CNO－，实现废水处理的目的。三维电极电解­Fentn反应处理废水的原理如图所示，多孔焦炭电极将整个电解槽变成了许多微电解池。下列说法错误的是( )
A．钛合金电极反应式为2H2O－2e－===2H＋＋2·OH
B．阴极电极反应式为O2＋2H＋＋2e－===H2O2
C．焦炭电极表面能产生·OH使废水处理效率提高
D．Fe(OH)2＋能在钛合金电极实现再生循环利用
解析：D 由图示知，钛合金电极连接电源正极，作电解池的阳极，H2O在电极表面放电生成·OH和H＋，电极反应为2H2O－2e－===2H＋＋2·OH，石墨电极为电解池的阴极，O2在电极表面得电子生成H2O2，电极反应为O2＋2e－＋2H＋===H2O2，A、B正确；多孔焦炭电极将整个电解槽变成许多微电解池，其作阳极的部分对应电极反应与钛合金电极相同，也可产生·OH，使废水处理效率提高，C正确；Fe(OH)2＋中Fe元素为＋3价，变回Fe2＋需得电子，故可在石墨电极(阴极)上再生循环，D错误。
9．中国科学家研究出对环境污染小、便于铝回收的海水电池，其工作原理示意图如图所示，已知聚丙烯半透膜的作用是允许某类粒子通过。下列说法正确的是( )
A．电极Ⅰ为正极，其电极反应式为O2＋4H＋＋4e－===2H2O
B．聚丙烯半透膜允许阳离子从右往左通过
C．如果电极Ⅱ为活性镁铝合金，则负极区会逸出大量气体
D．当负极质量减少5.4 g时，正极消耗3.36 L气体
解析：C 该装置为原电池，由电子流向可知电极Ⅰ作正极、电极Ⅱ铝作负极。正极上得电子，发生还原反应，因介质为碱性，故电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，A错误；原电池中阳离子移向正极，阴离子移向负极，根据题意知铝要便于回收，所以聚丙烯半透膜不允许Al3＋通过，B错误；如果电极Ⅱ为活性镁铝合金，就会构成无数个微型原电池，镁为负极，铝为正极，溶液中H＋得电子产生氢气，所以负极区会逸出大量气体，C正确；根据得失电子守恒进行计算，n(O2)＝ eq \f(m（Al）,M（Al）) × eq \f(3,4) ＝ eq \f(5.4 g,27 g·ml－1) × eq \f(3,4) ＝0.15 ml，但题中未标明是否在标准状况下，故无法计算消耗气体的体积，D错误。