2023届高考化学二轮总复习广西专版课件 第一部分 专题整合高频突破 专题一 基本概念和基本原理 第4讲 电化学基础

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学科素养练 ——电化学离子交换膜的 分析与应用
解题要领:本题考查新型电池的工作原理。根据电池装置图可知,Zn电极为负极,MnO2电极为正极。根据原电池电解质溶液中阴、阳离子的移动方向(阴离子向负极定向移动,阳离子向正极定向移动)的规律可知,A项叙述错误,B项叙述正确;电池放电时的正极反应为
A.充电时,电池的总反应为Li2O2 ══ 2Li+O2↑B.充电效率与光照产生电子和空穴的量有关C.放电时,Li+从正极穿过离子交换膜向负极迁移D.放电时,正极发生反应O2+2Li++2e- ══ Li2O2
2.(2022全国乙)Li-O2电池比能量高,在汽车、航天等领域具有良好的应用前景。近年来,科学家研究了一种光照充电Li-O2电池(如图所示)。光照时,光催化电极产生电子(e-)和空穴(h+),驱动阴极反应(Li++e- ══ Li)和阳极反应(Li2O2+2h+ ══ 2Li++O2↑)对电池进行充电。下列叙述错误的是(　　)。
解题要领:本题结合光催化充电过程,考查了Li-O2充电电池的工作原理。根据电子守恒,将阴极反应和阳极反应加和可得充电时总反应方程式: Li2O2 ══ 2Li+O2↑,A项叙述正确;根据题给信息,充电过程通过光照产生的电子和空穴实现光能转化为化学能,B项叙述正确;放电时,带正电的Li+应向电池的正极移动,C项叙述错误;根据图示,放电时正极上O2转化为Li2O2,电极反应为2Li++2e-+O2 ══ Li2O2,D项叙述正确。
3.(2021全国乙)沿海电厂采用海水作为冷却水,但在排水管中生物的附着和滋生会阻碍冷却水排放并降低冷却效率。为解决这一问题,通常在管道口设置一对惰性电极(如图所示),通入一定的电流。下列叙述错误的是(　　)。A.阳极发生将海水中的Cl-氧化生成Cl2的反应B.管道中可以生成氧化灭杀附着生物的NaClOC.阴极生成的H2应及时通风稀释安全地排入大气D.阳极表面形成的Mg(OH)2等积垢需要定期清理
解题要领:根据装置示意图以及阴、阳极都是惰性电极可知,阳极反应为2Cl--2e- ══ Cl2↑,即Cl-被氧化生成Cl2,A项正确;阴极生成氢气,溶液碱性增强,海水中存在大量的Na+,故Cl2参与反应生成NaClO,NaClO具有强氧化性,可以杀灭附着生物,B项正确;阴极生成的氢气易燃,与空气的混合气体遇明火易发生爆炸,所以应将生成的氢气及时通风稀释安全地排出,C项正确;阴极上H2O得电子生成氢气和OH-,溶液中c(OH-)增大,海水中的Mg2+向阴极移动,在阴极表面形成Mg(OH)2沉淀,进而形成积垢,需要定期清理,D项错误。
4.(2021全国甲)乙醛酸是一种重要的化工中间体,可采用如图所示的电化学装置合成。图中的双极膜中间层中的H2O解离为H+和OH-,并在直流电场作用下分别向两极迁移。下列说法正确的是(　　)。
A.KBr在上述电化学合成过程中只起电解质的作用B.阳极上的反应式为C.制得2 ml乙醛酸,理论上外电路中迁移了1 ml电子D.双极膜中间层中的H+在外电场作用下向铅电极方向迁移
A.负载通过0.04 ml电子时,有0.224 L(标准状况)O2参与反应B.正极区溶液的pH降低、负极区溶液的pH升高C.电池总反应为4VB2+11O2+20OH-+6H2O ══ D.电流由复合碳电极经负载、VB2电极、KOH溶液回到复合碳电极
6.(2020全国Ⅱ)电致变色器件可智能调控太阳光透过率,从而实现节能。如图是某电致变色器件的示意图。当通电时,Ag+注入无色WO3薄膜中,生成AgxWO3,器件呈现蓝色。对于该变化过程,下列叙述错误的是(　　)。
A.Ag为阳极B.Ag+由银电极向变色层迁移C.W元素的化合价升高D.总反应为WO3+xAg ══ AgxWO3
解题要领:由题意知,银电极为阳极,Ag失电子生成Ag+,Ag+移向阴极与WO3反应生成AgxWO3,则总反应为WO3+xAg ══ AgxWO3,反应过程中W的化合价降低,A、B、D三项正确,C项错误。
7.(2020全国Ⅰ,改编)科学家近年发明了一种新型Zn-CO2水介质电池。电池示意图如图,电极为金属锌和选择性催化材料。放电时,温室气体CO2被转化为储氢物质甲酸等,为解决环境和能源问题提供了一种新途径。下列说法错误的是(　　)。
8.利用生物燃料电池原理研究室温下氨的合成,电池工作时MV2+/MV+在电极与酶之间传递电子,示意图如图所示。下列说法错误的是(　　)。
A.相比现有工业合成氨,该方法条件温和,同时还可提供电能B.阴极区,在氢化酶作用下发生反应H2+2MV2+ ══ 2H++2MV+C.正极区,固氮酶为催化剂,N2发生还原反应生成NH3D.电池工作时质子通过交换膜由负极区向正极区移动
解题要领:该过程是在室温条件下进行的,因此比现有工业合成氨的条件温和,同时还能提供电能,A项正确;原电池只有正、负极,不存在阴、阳极,其中负极区,氢气在氢化酶作用下发生反应H2+2MV2+ ══ 2H++2MV+,B项错误;右池为正极区,固氮酶为催化剂,氮气发生还原反应生成氨,C项正确;左池中产生的氢离子通过交换膜向右池移动,即由负极区移向正极区,D项正确。
9.环戊二烯可用于制备二茂铁[Fe(C5H5)2,结构简式为 ],后者广泛应用于航天、化工等领域中。二茂铁的电化学制备原理如图所示,其中电解液为溶解有溴化钠(电解质)和环戊二烯的DMF溶液(DMF为惰性有机溶剂)。
该电解池的阳极为　　　　　　,总反应为　　　　　　　　　　　　　　。电解制备需要在无水条件下进行,原因为　 ; 　 。 
【有关原电池解题的思维路径】
【问题探究】1.辨析“介质”书写电极反应式(以甲醇燃料电池为例)。(1)酸性介质,如H2SO4溶液。
(3)熔融碳酸盐介质,如K2CO3。
(4)掺杂Y2O3的ZrO3固体作电解质,在高温下能传导O2-。
2.明确“充、放电”书写电极反应式。镍镉(Ni-Cd)可充电电池在现代生活中有广泛应用。已知某镍镉电池的电解质溶液为KOH溶液,其充、放电按下式进行:Cd+2NiOOH+2H2O Cd(OH)2+2Ni(OH)2。放电时,负极:Cd+2OH--2e- ══ Cd(OH)2。充电时,阳极:2Ni(OH)2+2OH--2e- ══ 2NiOOH+2H2O。
3.识别“交换膜”提取信息,书写电极反应式。(1)如将燃煤产生的二氧化碳回收利用,可达到低碳排放的目的。如图是通过人工光合作用,以CO2和H2O为原料制备HCOOH和O2的原理示意图。
负极:2H2O-4e- ══ O2↑+4H+。正极:2CO2+4H++4e- ══ 2HCOOH。
(2)液体燃料电池相比于气体燃料电池具有体积小等优点。一种以液态肼(N2H4)为燃料的电池装置如图所示。
负极:N2H4+4OH--4e- ══ N2↑+4H2O。正极:O2+2H2O+4e- ══ 4OH-。
4.锂离子电池电极反应式书写。常见的锂离子电极材料正极材料:LiMO2(M:C、Ni、Mn等)、LiM2O4(M:C、Ni、Mn等)、LiMPO4(M:Fe等)负极材料:石墨(能吸附锂原子)负极反应:LixCn-xe- ══ xLi++nC正极反应: +xLi++xe- ══ LiMO2
例1(1)二甲醚直接燃料电池具有启动快、效率高等优点,其能量密度高于甲醇直接燃料电池(5.93 kW·h·kg-1)。若电解质为酸性,二甲醚直接燃料电池的负极反应为  , 一个二甲醚分子经过电化学氧化,可以产生　　　个电子的电量。 (2)与MnO2-Zn电池类似,K2FeO4-Zn也可以组成碱性电池,K2FeO4在电池中作为正极材料,其电极反应式为  　, 该电池总反应的离子方程式为 　　　　　　　　　　　　　　　　。 
分析推理:(1)对于燃料电池负极反应的书写,需要以下几个思维步骤:第一步先写反应物、生成物,并注意溶液的环境,酸性电解质中CH3OCH3——2CO2;第二步根据碳元素的化合价变化写明转移电子数,CH3OCH3-12e-——2CO2;第三步根据电荷守恒和原子守恒配平,3H2O+CH3OCH3-12e- ══ 2CO2↑+12H+。1 ml二甲醚被氧化生成2 ml CO2,失去12NA个电子,故1个二甲醚分子转移12个电子。
(2)新型原电池中正负极反应式书写的一般思路。①先找出正极产物:正极发生还原反应, 被还原为Fe3+。②注意反应液的环境:因为是碱性环境,故Fe3+形成Fe(OH)3。③根据电荷守恒和原子守恒写出电极反应式: +3e-+4H2O ══ Fe(OH)3↓+5OH-。(3)书写原电池总反应的一般方法。①把正负极反应写出:正极已写出,负极发生氧化反应,碱性环境中,Zn被氧化为Zn2+后形成Zn(OH)2,电极反应为Zn+2OH--2e- ══ Zn(OH)2。②写出总反应:在得失电子相等的基础上,将两电极反应相加得电池总反应为2 +8H2O+3Zn ══ 2Fe(OH)3↓+3Zn(OH)2+4OH-。
题后反思(1)在书写负极反应时,因为不遵循守恒规律,导致书写错误;忽略溶液的酸碱性,写出了碱性环境下的反应;没有分清正负极,写出了正极的电极反应。(2)在书写正极反应时,写成 +5H++3e- ══ Fe(OH)3+H2O,没有考虑溶液为碱性环境而不得分,未配平不得分。(3)总方程式书写常见的两个问题:第一是写成了化学方程式,而题干要求写离子方程式;第二是没有配平或不该拆开的物质拆开了。
对点训练11.O2辅助的Al-CO2电池工作原理如图所示。该电池电容量大,能有效利用CO2,电池反应产物Al2(C2O4)3是重要的化工原料。
电池的负极反应式:　 。 
反应过程中O2的作用是　 。 该电池的总反应式:　 　 。 
2.(2022贵州遵义高三二模)镍镉电池是一种新型的封闭式体积小的充电电池。其工作原理如图所示,下列说法错误的是(　　)。
A.放电时b极为正极B.放电时a极上的电极反应为Cd+2e-+2OH- ══ Cd(OH)2C.充电时电流方向:外电源正极→b极→电解质溶液→a极→外电源负极D.用该电池提供的电能电解饱和食盐水,电路中通过0.2 ml e-,阴极生成0.2 g H2
解析:根据图中电子的移动方向可知,电池放电时a极为负极,b极为正极,A项正确;碱性环境中Cd失电子变为Cd(OH)2,因此电池放电时a极上的电极反应为Cd-2e-+2OH- ══ Cd(OH)2,B项错误;充电时电流方向:外电源正极→阳极(b极)→电解质溶液→阴极(a极)→外电源负极,C项正确;电解饱和食盐水的阴极反应式为2H2O+2e- ══ H2↑+2OH-,电路中通过0.2 ml e-时,阴极生成氢气的物质的量为0.1 ml,质量为0.2 g,D项正确。
【有关电解池解题的思维路径】
【问题探究】1.如何判断阴阳极?判断原电池和电解池的电极是解题的关键,为了方便记忆,我们可采取口诀或谐音的方法记忆。原电池,正负极;电解池,阴阳极;失去电子负(原电池)阳(电解池)极;发生氧化定无疑。
2.怎样判断电解产物?(1)阳极产物的判断。首先看电极,如果是活性电极(金属活动性顺序中Ag以前的金属,包括Ag)作阳极,则电极材料本身失电子,电极溶解。如果是惰性电极,则看溶液中阴离子的失电子能力,阴离子的放电顺序为S2->I->Br->Cl->OH-,其氧化产物依次对应为单质S、I2、Br2、Cl2和O2。(2)阴极产物的判断。直接根据阳离子放电顺序进行判断:Ag+>Fe3+>Cu2+>H+(浓度较大时)>Pb2+>Sn2+>Fe2+>Zn2+>H+(浓度较小时),其还原产物依次对应为单质或低价态阳离子:Ag、Fe2+、Cu、H2、Pb、Sn、Fe、Zn、H2。3.如何正确书写电极反应式?根据溶液环境,结合电解产物的判断,书写出阴阳极的电极反应方程式。
例2(1)H3PO2也可用电渗析法制备,“四室电渗析法”工作原理如图所示(阳膜和阴膜分别只允许阳离子、阴离子通过)。
①写出阳极的电极反应式:　 。 ②分析产品室可得到H3PO2的原因:   　。 ③早期采用“三室电渗析法”制备H3PO2,将“四室电渗析法”中阳极室的稀硫酸用H3PO2稀溶液代替。并撤去阳极室与产品室之间的阳膜,从而合并了阳极室与产品室。其缺点是产品中混有　　　　杂质,该杂质产生的原因是　  　。 
(2)PbO2也可以通过石墨为电极,Pb(NO3)2和Cu(NO3)2的混合溶液为电解液电解制取。阳极发生的电极反应式为　　　　　　　　　　　　　,阴极上观察到的现象是　　　　　　　　　　　;若电解液中不加入Cu(NO3)2,阴极发生的电极反应式为　　　　　　　　　　　　　,这样做的主要缺点是　　　　　　　　　　　。 
(3)若采用“三室电渗析法”,则杂质是如何产生的?此时可以根据放电顺序及所给物质性质判断,因为H3PO2中P为+1价,具有较强的还原性,会被阳极产生的氧气氧化为 。(4)对于Pb(NO3)2和Cu(NO3)2的混合溶液,阳极产物是O2吗?阴阳极产物如何判断?一般要依据离子在溶液中的放电顺序,活性电极作阳极时要先放电溶解。结合题给信息,PbO2可以由电解得到,则Pb2+的化合价升高,失电子,只能在阳极产生,所以阳极产生的是PbO2而非O2。根据放电顺序,阴极产生的是铜单质。
题后反思(1)写电极反应时电子的得失易写反,如写成2H2O+4e- ══ O2↑+4H+。(2)得到H3PO2的原因,杂质产生的原因,学生给出的答案千奇百怪,说明对原理不清楚。即使清楚原理,很多学生语言叙述存在很大问题,没有说出关键点。由此提醒我们在今后的学习中多在课堂中练习表述,学会表述。(3)对于电解Pb(NO3)2和Cu(NO3)2的混合溶液中阳极反应的书写,很多学生没有审清题,写成4OH--4e- ══ 2H2O+O2↑。同样,对于“阴极上观察的现象”的描述,许多学生写成溶液中的现象而丢分。审清题意成为解答此题的关键点。
对点训练21.制备Na2S2O5可采用三室膜电解技术,装置如图所示,其中SO2碱吸收液中含有NaHSO3和Na2SO3。阳极的电极反应式为　　　　　　　　　　　　　　。电解后,　　　　　室的NaHSO3浓度增加,将该室溶液进行结晶脱水,可得到Na2S2O5。 
答案:2H2O-4e- ══ 4H++O2↑　a解析:根据电解目的——得到更多的NaHSO3,因此阳极是水电离出的OH-放电,产生的氢离子通过阳离子交换膜进入a室与Na2SO3反应,使a室中的NaHSO3浓度增大。
2.(2021广东卷)钴(C)的合金材料广泛应用于航空航天、机械制造等领域。如图为水溶液中电解制备金属钴的装置示意图。下列说法正确的是(　　)。
A.工作时,Ⅰ室和Ⅱ室溶液的pH均增大B.生成1 ml C,Ⅰ室溶液质量理论上减少16 gC.移除两交换膜后,石墨电极上发生的反应不变
解析:电解装置工作时,Ⅰ室反应为2H2O-4e- ══ 4H++O2↑,Ⅲ室反应为C2++2e- ══ C,为形成闭合回路,Ⅰ室中H+移向Ⅱ室,Ⅲ室中Cl-移向Ⅱ室。Ⅰ室中H2SO4的物质的量不变,H2O的物质的量减小,因此H2SO4浓度增大,溶液pH减小,A项错误;生成1 ml C转移2 ml e-,Ⅰ室减少1 ml H2O,质量为18 g,B项错误;移除两交换膜,在石墨电极上放电的是Cl-,C项错误;根据电子守恒,该电解过程的总反应为2C2++2H2O ══ 2C+O2↑+4H+,D项正确。
【金属的腐蚀与防护的解题思维路径】
【问题探究】如何判断金属腐蚀的快慢?1.金属腐蚀快慢的三个规律。(1)金属腐蚀类型的差异。电解原理引起的腐蚀>原电池原理引起的腐蚀>化学腐蚀>有防护措施的腐蚀。(2)电解质溶液的影响。①对同一金属来说,腐蚀的快慢(电解质溶液浓度相同):强电解质溶液>弱电解质溶液>非电解质溶液。②对同一种电解质溶液来说,电解质浓度越大,腐蚀越快。(3)活动性不同的两金属,活动性差别越大,腐蚀越快。
2.金属防护常有哪些方法?两种腐蚀与两种保护。(1)两种腐蚀:析氢腐蚀、吸氧腐蚀(判断关键在于电解液的pH)。(2)两种保护:牺牲阳极的阴极保护法、外加电流的阴极保护法。3.有关电化学定量计算的方法有哪些?(1)根据总反应式计算。先写出电极反应式,再写出总反应式,然后根据总反应式列比例式计算。(2)守恒法计算。用于串联电路中电极反应物、产物及电子转移的有关计算,其依据是电路中转移的电子数守恒。
例3如图所示,将铁棒和石墨棒插入盛有饱和NaCl溶液的U形管中。下列分析正确的是(　　)。A.K1闭合,铁棒上发生的反应为2H++2e- ══ H2↑B.K1闭合,石墨棒周围溶液pH逐渐升高C.K2闭合,铁棒不会被腐蚀,属于牺牲阳极的阴极保护法D.K2闭合,电路中通过0.002NA个电子时,两极共产生0.001 ml气体
分析推理:(1)发生原电池反应时,是吸氧腐蚀还是析氢腐蚀?审清溶液的环境,题中给出的是饱和氯化钠溶液,所以发生吸氧腐蚀,铁棒上是Fe-2e- ══ Fe2+,石墨棒上是O2+2H2O+4e- ══ 4OH-。(2)如何判断铁棒是否发生腐蚀?先根据电源判断正极与石墨棒相连,石墨棒为阳极,铁棒为阴极,被保护。牺牲阳极的阴极保护法和外加电流的阴极保护法的不同之处:是否有外接电源。(3)如何求算产生气体的量?写出两极电极反应式,2Cl--2e- ══ Cl2↑(阳极),2H++2e- ══ H2↑(阴极),所以转移0.002NA个电子,两极共产生0.002 ml气体。答案:B
对点训练31.验证牺牲阳极的阴极保护法,实验如下(烧杯内均为经过酸化的3% NaCl溶液)。
下列说法不正确的是(　　)。A.对比②③,可以判定Zn保护了FeB.对比①②,K3[Fe(CN)6]可能将Fe氧化C.验证Zn保护Fe时不能用①的方法D.将Zn换成Cu,用①的方法可判断Fe比Cu活泼
解析:A项,由②与③的现象不同,可以说明Zn保护了Fe,正确;B项,对比①②可知,铁氰化钾可能把Fe氧化为Fe2+,并进一步与Fe2+反应生成蓝色沉淀,正确;C项,①生成蓝色沉淀,说明有Fe2+生成,因而不能用于验证Zn保护Fe,正确;D项,实验①中无论Fe作正极还是负极,Fe附近均产生蓝色沉淀,故将Zn换成Cu,无法证明Fe比Cu活泼,错误。
2.(2022上海杨浦期中)用如图所示装置及试剂进行铁的电化学腐蚀实验探究,测得具支锥形瓶中压强、溶解氧随时间变化关系的曲线如图。下列分析错误的是(　　)。
A.pH=2.0时,压强增大主要是因为产生了H2B.pH=4.0时正极只发生O2+4e-+4H+ ══ 2H2OC.负极的反应都为Fe-2e- ══ Fe2+D.三种不同pH的酸溶液中,Fe粉都发生了吸氧腐蚀
解析:pH=2.0的溶液,酸性较强,具支锥形瓶中的Fe粉发生析氢腐蚀产生氢气,因此具支锥形瓶内压强增大,A项正确;若pH=4.0时只发生吸氧腐蚀,那么具支锥形瓶内的压强会有明显下降,而压强随时间变化的曲线显示当pH=4.0时,锥形瓶内的压强几乎不变,说明除了吸氧腐蚀,Fe粉还发生了析氢腐蚀,消耗氧气的同时也产生了氢气,B项错误;具支锥形瓶中的Fe粉和C粉构成了原电池,Fe粉作原电池的负极,发生的电极反应为Fe-2e- ══ Fe2+,C项正确;由溶解氧随时间变化曲线可知,三种不同pH溶液中溶解氧的浓度都减小,Fe粉都发生了吸氧腐蚀,D项正确。
学科素养练 ——电化学离子交换膜的分析与应用
【学科素养强化训练】1.我国科学家研发出一种新型的锌碘单液流电池,其原理如图所示。下列说法不正确的是(　　)。
A.放电时B电极反应式为I2+2e- ══ 2I-B.放电时电解质储罐中离子总浓度增大C.M为阳离子交换膜,N为阴离子交换膜D.充电时,A电极增重65 g时,C区增加离子数为4NA
解析:放电时,B电极为正极,I2得到电子生成I-,电极反应式为I2+2e- ══2I-, A项正确;放电时,A电极为负极,电极反应式为Zn-2e- ══ Zn2+,所以储罐中的离子总浓度增大,B项正确;离子交换膜可防止正负极I2、Zn接触发生反应,负极区生成Zn2+、正电荷增加,正极区生成I-、负电荷增加,所以Cl-通过M膜进入负极区,K+通过N膜进入正极区,即M为阴离子交换膜,N为阳离子交换膜,C项错误;充电时,A电极反应式为Zn2++2e- ══ Zn,A电极增重65 g转移2 ml 电子,所以C区增加2 ml K+、2 ml Cl-,离子总数为4NA,D项正确。
2.常温下,NCl3是一种黄色黏稠状液体,是制备新型水消毒剂ClO2的原料,可以采用如图所示装置制备NCl3。下列说法正确的是(　　)。
A.每生成1 ml NCl3,理论上有4 ml H+经质子交换膜由右侧向左侧迁移B.可用湿润的碘化钾淀粉试纸检验气体MC.石墨电极的反应式为D.电解过程中,质子交换膜右侧溶液的pH会减小
3.某种浓差电池的装置如图所示,碱液室中加入电石渣浆液[主要成分为Ca(OH)2],酸液室通入CO2(以NaCl为支持电解质),产生电能的同时可生成纯碱等物质。下列叙述错误的是(　　)。A.电子由电极M经外电路流向电极NB.电极N上的电极反应为2H++2e- ══ H2↑C.在碱液室可以生成 NaHCO3、Na2CO3D.放电一段时间后,酸液室溶液pH增大
解析:H2在电极M上失电子发生氧化反应,因此电极M为电池的负极,电子由电极M经外电路流向电极N,A项正确;酸液室中的氢离子透过质子交换膜,在电极N表面得到电子生成氢气,电极N上的电极反应为2H++2e- ══ H2↑,B项正确;酸液室与碱液室之间为阴离子交换膜,钠离子不能进入碱液室,应在酸液室得到NaHCO3、Na2CO3,C项错误;放电一段时间后,酸液室氢离子被消耗,最终得到NaHCO3、Na2CO3,溶液pH增大,D项正确。
1.(2022广东卷)科学家基于Cl2易溶于CCl4的性质,发展了一种无需离子交换膜的新型氯流电池,可作储能设备(如图)。充电时电极a的反应为NaTi2(PO4)3+2Na++2e- ══ Na3Ti2(PO4)3。下列说法正确的是(　　)。
A.充电时电极b是阴极B.放电时NaCl溶液的pH减小C.放电时NaCl溶液的浓度增大D.每生成1 ml Cl2,电极a质量理论上增加23 g
解析:根据题干给的电极反应式知,充电时电极a上发生得电子的反应,为阴极,放电时电极a失电子,为负极,则充电时电极b为阳极,A项错误;放电时正极的电极反应式为Cl2+2e- ══ 2Cl-,NaCl溶液中氢离子和氢氧根离子的浓度无变化,pH不变,B项错误;放电时正极反应生成氯离子,负极反应生成钠离子,放电时NaCl溶液的浓度增大,C项正确;充电时电极b的反应为2Cl--2e- ══ Cl2↑,每生成1 ml氯气转移2 ml电子,电极a理论上有2 ml Na+转化为Na3Ti2(PO4)3,电极a质量理论上增加46 g,D项错误。
2.(2022湖南卷)海水电池在海洋能源领域备受关注,一种锂-海水电池构造示意图如图。下列说法错误的是(　　)。A.海水起电解质溶液作用B.N极仅发生的电极反应:2H2O+2e- ══ 2OH-+H2↑C.玻璃陶瓷具有传递离子和防水的功能D.该锂-海水电池属于一次电池
解析:本题考查新型电池的工作原理。海水中存在NaCl、MgCl2等电解质,海水在该电池中起电解质溶液的作用,A项说法正确;N极为电池的正极,正极上水放电生成氢气,同时,海水中溶解的O2也可在N极放电,电极反应为O2+4e-+2H2O ══ 4OH-,B项说法错误;Li为活泼金属,能够与水反应,玻璃陶瓷起到隔绝水的作用,同时传导离子形成闭合回路,C项说法正确;该电池将化学能转化为电能后,H2在N极不具有充电后发生失电子反应的条件,故该锂-海水电池属于一次电池,D项说法正确。
3.(2021浙江卷)某全固态薄膜锂离子电池截面结构如图所示,电极A为非晶硅薄膜,充电时Li+得电子成为Li嵌入该薄膜材料中;电极B为LiCO2薄膜;集流体起导电作用。下列说法不正确的是(　　)。
A.充电时,集流体A与外接电源的负极相连B.放电时,外电路通过a ml电子时,LiPON薄膜电解质损失a ml Li+
解析:由图可知,集流体A与电极A相连,充电时电极A作阴极,故充电时集流体A与外接电源的负极相连,A项说法正确;放电时,外电路通过a ml电子时,内电路中有a ml Li+通过LiPON薄膜电解质从负极迁移到正极,但是LiPON薄膜电解质没有损失Li+,B项说法不正确;放电时,电极B为正极,发生还原反应,反应可表示为Li1-xCO2+xLi++xe- ══ LiCO2,C项说法正确;电池放电时,嵌入在非晶硅薄膜中的锂失去电子变成Li+,正极上Li1-xCO2得到电子并结合Li+变为LiCO2,电池总反应可表示为LixSi+Li1-xCO2 Si +LiCO2,D项说法正确。
4.(2021河北卷)K-O2电池结构如图,a和b为两个电极,其中之一为单质钾片。关于该电池,下列说法错误的是(　　)。A.隔膜允许K+通过,不允许O2通过B.放电时,电流由b电极沿导线流向a电极;充电时,b电极为阳极
C.产生1 Ah电量时,生成KO2的质量与消耗O2的质量比值约为2.22D.用此电池为铅酸蓄电池充电,消耗3.9 g钾时,铅酸蓄电池消耗0.9 g水
解析:本题考查原电池原理及应用。a电极的材料是钾片,为原电池的负极,b电极为原电池的正极,则充电时a电极为阴极、b电极为阳极。O2在正极得电子后结合K+生成KO2,所以隔膜允许K+通过,不允许O2通过,A项正确;放电时,电子从负极通过外电路流向正极,而电流方向与电子流向相反,即电流由b电极沿导线流向a电极,充电时b电极作阳极,B项正确;每生成1 ml KO2需要消耗1 ml O2,即生成KO2的质量与消耗O2的质量比为71 g∶32 g ≈2.22,C项正确;消耗3.9 g 钾时,转移电子的物质的量为0.1 ml,依据铅酸蓄电池反应式Pb+PbO2+2H2SO4 2PbSO4+2H2O可知,铅酸蓄电池充电时需消耗0.1 ml水,即1.8 g 水,D项错误。