10_专题十化学反应与电能习题+检测+10年高考题分类

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专题十　化学反应与电能
基础篇
考点一　原电池原理及其应用
1.(2021广东,9,2分)火星大气中含有大量CO2,一种有CO2参加反应的新型全固态电池有望为火星探测器供电。该电池以金属钠为负极,碳纳米管为正极,放电时(　　)
A.负极上发生还原反应　　　 　B.将电能转化为化学能
C.阳离子由正极移向负极　　　　D.CO2在正极上得电子
答案　D　
2.(2022湖南,8,3分)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下。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.玻璃陶瓷具有传导离子和防水的功能 D.该锂—海水电池属于一次电池
答案　B　
3.(2022全国乙,12,6分)Li-O2电池比能量高,在汽车、航天等领域具有良好应用前景。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　　(　　)

A.充电时,电池的总反应Li2O2 2Li+O2
B.充电效率与光照产生的电子和空穴量有关
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
答案　C　
4.(2022天津河北区二模,12)下图是典型微生物燃料电池原理示意图。若用含硝酸盐的废水替代图中氧气,可达到处理废水的目的(已知:a室中微生物降解有机物产生e-、CO2和H+)。关于该电池,下列说法不正确的是(　　)

A.a室内发生氧化反应,电极为负极
B.H+通过质子交换膜从a室进入b室
C.b室内发生的电极反应为O2+4e-+4H+ 2H2O
D.将硝酸盐转化为N2时,电极反应为2NO3−-10e-+12H+ N2↑+6H2O
答案　D　
5.(2021福建,9,4分)催化剂TAPP-Mn(Ⅱ)的应用,使Li-CO2电池的研究取得了新的进展。Li-CO2电池结构和该催化剂作用下正极反应可能的历程如下图所示。

下列说法错误的是(　　)
A.Li-CO2电池可使用有机电解液
B.充电时,Li+由正极向负极迁移
C.放电时,正极反应为3CO2+4Li++4e-2Li2CO3+C
D.*LiCO2、*CO、*LiC2O3和C都是正极反应的中间产物
答案　D　
6.(2019天津理综,6,6分)我国科学家研制了一种新型的高比能量锌—碘溴液流电池,其工作原理示意图如下。图中贮液器可储存电解质溶液,提高电池的容量。下列叙述不正确的是(　　)

A.放电时,a电极反应为I2Br-+2e- 2I-+Br-
B.放电时,溶液中离子的数目增大
C.充电时,b电极每增重0.65 g,溶液中有0.02 mol I-被氧化
D.充电时,a电极接外电源负极
答案　D　
7.(2022贵州铜仁二模,13)我国科学家开发出了一种Zn-NO电池系统,该电池的反应为5Zn+2NO+3H2O 5ZnO+2NH3,工作原理如图所示。下列说法错误的是(　　)

A.双极膜中的H+向MoS2电极移动
B.电极电势:Zn/ZnO电极Cr3+。下列说法不正确的是(　　)

A.放电时,a电极的电势高于b电极
B.放电时,电池的总反应为Cr2++Fe3+ Cr3++Fe2+
C.充电时,b电极与电源负极相连,电极反应式为Cr3++e- Cr2+
D.充电时,电路中通过0.1 mol电子时,有0.1NA个H+由右侧电极室经交换膜移向左侧
答案　D　
7.(2019课标Ⅲ,13,6分)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　
8.(2022山西太原一模,6)我国科学家开发出一种双极制氢系统,在低电池电压下的KOH介质中,可将醛类物质电催化转化为相应的羧酸盐和氢气,其工作原理如图所示。下列说法不正确的是(　　)

A.泡沫铜与直流电源的正极相连
B.制得1 mol氢气,理论上外电路中迁移了2 mol电子
C.高电压下不能实现双极制氢的原因可能是Cu被氧化从而使催化剂失活
D.泡沫铜电极上发生的反应可能为2RCHO+4OH--2e- 2RCOO-+H2↑+2H2O
答案　B　
9.(2022安徽马鞍山三模,12)用间接电解法对NO进行无害化处理,其原理如图所示。下列说法正确的是(　　)

A.工作时电解池中H+从左室移向右室
B.阳极电极反应式为2HSO3−+2H++2e− S2O42−+2H2O
C.理论上每处理1 mol NO,电解池中产生32 g O2
D.吸收塔中反应的离子方程式为2NO+2S2O42−+2H2O N2+4HSO3−
答案　D　
应用篇
应用　新型电化学装置分析　电化学相关计算
1.(2022辽宁,14,3分)某储能电池原理如图。下列说法正确的是(　　)

A.放电时负极反应:Na3Ti2(PO4)3-2e- NaTi2(PO4)3+2Na+
B.放电时Cl-透过多孔活性炭电极向CCl4中迁移
C.放电时每转移1 mol电子,理论上CCl4吸收0.5 mol Cl2
D.充电过程中,NaCl溶液浓度增大
答案　A　
2.(2022河北秦皇岛二模,9)我国科学家研发出一种绿色锌—碘二次电池,其工作原理如图所示。下列说法正确的是(　　)

A.放电时,聚烯烃多孔电极上发生还原反应
B.放电时,Cl-向多孔石墨电极迁移
C.充电时,阴极净增65 g时,外电路中通过2 mol电子
D.充电时,阳极的电极反应式为2I-+2e- I2
答案　C　
3.(2022广东,16,4分)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 mol Cl2,电极a质量理论上增加23 g
答案　C　
4.(2022甘肃兰州一诊,12)一种以Fe[Fe(CN)6]为代表的新型可充电钠离子电池,其放电工作原理如图所示。下列说法不正确的是(　　)

A.放电和充电时,Mo箔的电势均高于Mg箔
B.外电路通过0.2 mol电子时,负极质量变化为1.2 g
C.充电时,Na+通过离子交换膜从左室移向右室
D.放电时,正极反应式为Fe[Fe(CN)6]+2Na++2e- Na2Fe[Fe(CN)6]
答案　B　
5.(2022福建漳州三模,9)羟基自由基(·OH)具有强氧化性。我国科学家设计了一种能将苯酚氧化为CO2、H2O的原电池—电解池组合装置(如图所示),该装置能实现发电、环保二位一体。设NA为阿伏加德罗常数的值,下列说法正确的是(　　)

A.a极每1 mol Cr2O72−参与反应,通过质子交换膜的H+数目理论上为8NA
B.b极为原电池的负极,工作一段时间后溶液的pH变大
C.相同条件下,c、d两极产生气体的体积比为7∶1
D.d极区苯酚被氧化的化学方程式为C6H5OH+28·OH 6CO2↑+17H2O
答案　D　
6.(2022辽宁丹东一模,13)下图中,甲、乙是两个完全相同的光伏并网发电模拟装置,利用它们对煤浆进行脱硫处理。下列叙述中错误的是(　　)

A.光伏并网发电装置中a为负极
B.石墨1上消耗1 mol Mn2+,甲、乙中各转移0.5 mol电子
C.脱硫反应原理为15Mn3++FeS2+8H2O 15Mn2++Fe3++2SO42−+16H+
D.处理60 g FeS2,石墨2上消耗7.5 mol H+
答案　B　
7.(2022黑龙江哈师大附中三模,12)利用电解原理,可将氨转化为高纯H2,装置如图。下列说法正确的是(　　)

A.电解过程中OH-由左向右移动
B.工作时,b极连电源的正极
C.a极的电极反应式为2NH3-6e-+6OH- N2+6H2O
D.若原两极溶液质量相等,当通入0.2 mol氨并完全反应时,两极溶液质量差为10.8 g
答案　C　
8.(2022贵州遵义三模,13)利用电化学原理,模拟工业电解法来处理含Cr2O72−的废水,如下图所示。电解过程中溶液中发生反应:Cr2O72−+6Fe2++14H+ 2Cr3++6Fe3++7H2O。下列说法中不正确的是(　　)

A.石墨Ⅰ是负极
B.当电路中有3 mol电子转移时,Fe(Ⅰ)上有56 g铁参与反应
C.在反应前后甲装置中NO3−的数目不变
D.石墨Ⅱ上的反应是2N2O5+O2+4e- 4NO3−
答案　B　
9.(2022河北石家庄一模,12)(双选)我国科学家研究出一种新型水系Zn-C2H2电池(结构如图),能实现乙炔加氢又能发电,其开路电位、峰值功率密度和能量密度均远高于Zn-CO2电池,同时这种电池设计可广泛适用于其他炔烃。已知放电时Zn转化为ZnO,电池工作时下列说法正确的是(　　)

A.电流由b极经外电路流向a极
B.右侧极室中c(KOH)减小
C.a极的电极反应式为C2H2+2e-+2H2O C2H4+2OH-
D.每有0.2 mol OH-通过阴离子交换膜,a极消耗2.24 L C2H2
答案　BC　
10.(2022山东,13,4分)(双选)设计如图装置回收金属钴。保持细菌所在环境pH稳定,借助其降解乙酸盐生成CO2,将废旧锂离子电池的正极材料LiCoO2(s)转化为Co2+,工作时保持厌氧环境,并定时将乙室溶液转移至甲室。已知电极材料均为石墨材质,右侧装置为原电池。下列说法正确的是(　　)

A.装置工作时,甲室溶液pH逐渐增大
B.装置工作一段时间后,乙室应补充盐酸
C.乙室电极反应式为LiCoO2+2H2O+e- Li++Co2++4OH-
D.若甲室Co2+减少200 mg,乙室Co2+增加300 mg,则此时已进行过溶液转移
答案　BD　
11.(2022山西晋中二模,12)近日,一种新型水系可充电无隔膜Zn/MnO2液流电池备受关注,该电池具有成本低、高离子导电率、高安全性和环境友好性等特点。电池以锌箔、石墨毡为集流体,ZnSO4和MnSO4的混合液作电解质溶液。下列说法错误的是(　　)

A.过程Ⅰ是充电过程,过程Ⅱ是放电过程
B.充电时锌箔和电源的负极相连
C.充电时阳极反应为Mn2+-2e-+2H2O MnO2↓+4H+
D.放电时,当外电路转移1 mol e-时,两极板质量变化的差为22 g
答案　D　
12.(2022山东,15,4分)(双选)Cu2-xSe是一种钠离子电池正极材料,充放电过程中正极材料立方晶胞(示意图)的组成变化如图所示,晶胞内未标出因放电产生的0价Cu原子。下列说法正确的是(　　)

A.每个Cu2-xSe晶胞中Cu2+个数为x
B.每个Na2Se晶胞完全转化为Cu2-xSe晶胞,转移电子数为8
C.每个NaCuSe晶胞中0价Cu原子个数为1-x
D.当NayCu2-xSe转化为NaCuSe时,每转移(1-y)mol电子,产生(1-x)mol Cu原子
答案　BD　
创新篇
创新　“隔膜”在电化学中的应用
1.(2023届辽宁鞍山质检一,12)工业电解丙烯腈(CH2CHCN)制己二腈[NC(CH2)4CN]的原理如图所示。下列相关说法正确的是(　　)

A.乙室电极反应:2H2O-4e- O2↑+4H+
B.该生产过程离子交换膜为阴离子交换膜
C.甲室碳棒为阳极,工作温度较高电极会有损耗
D.生产中若收集44.8 L气体,转移电子8 mol
答案　A　
2.(2021湖北,15,3分)Na2Cr2O7的酸性水溶液随着H+浓度的增大会转化为CrO3。电解法制备CrO3的原理如图所示。下列说法错误的是(　　)

A.电解时只允许H+通过离子交换膜
B.生成O2和H2的质量比为8∶1
C.电解一段时间后阴极区溶液OH-的浓度增大
D.CrO3的生成反应为Cr2O72−+2H+ 2CrO3+H2O
答案　A　
3.(2020山东,10,2分)微生物脱盐电池是一种高效、经济的能源装置,利用微生物处理有机废水获得电能,同时可实现海水淡化。现以NaCl溶液模拟海水,采用惰性电极,用下图装置处理有机废水(以含CH3COO-的溶液为例)。下列说法错误的是(　　)

A.负极反应为CH3COO-+2H2O-8e- 2CO2↑+7H+
B.隔膜1为阳离子交换膜,隔膜2为阴离子交换膜
C.当电路中转移1 mol电子时,模拟海水理论上除盐58.5 g
D.电池工作一段时间后,正、负极产生气体的物质的量之比为2∶1
答案　B　
4.(2019课标Ⅰ,12,6分)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,示意图如下所示。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NH3
D.电池工作时质子通过交换膜由负极区向正极区移动
答案　B　
5.(2023届湖北黄冈9月调研,14)一种新型短路膜电化学电池消除CO2装置如图所示。下列说法错误的是(　　)

A.负极反应为H2+2OH--2e- 2H2O
B.正极反应消耗标准状况下22.4 L O2,理论上需要转移4 mol电子
C.短路膜和常见的离子交换膜不同,它既能传递离子,还可以传递电子
D.该装置可用于空气中CO2的捕获,缓解温室效应
答案　A　
6.(2021广东,16,4分)钴(Co)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 mol Co,Ⅰ 室溶液质量理论上减少16 g
C.移除两交换膜后,石墨电极上发生的反应不变
D.电解总反应:2Co2++2H2O2Co+O2↑+4H+
答案　D　
7.(2022河北,12,4分)(双选)科学家研制了一种能在较低电压下获得氧气和氢气的电化学装置,工作原理示意图如下。

下列说法正确的是(　　)
A.电极b为阳极
B.隔膜为阴离子交换膜
C.生成气体M与N的物质的量之比为2∶1
D.反应器Ⅰ中反应的离子方程式为4[Fe(CN)6]3-+4OH- 4[Fe(CN)6]4-+O2↑+2H2O
答案　BD　
8.(2022河北唐山二模,9)某科研小组用碱性甲烷燃料电池制备Co(H2PO2)2,其工作原理如图所示(已知电解装置的电极材料分别为金属钴和不锈钢)。

下列有关说法错误的是(　　)
A.N电极为不锈钢
B.n电极处电极反应式为CH4-8e-+8OH- CO2+6H2O
C.电解一段时间后,N极区溶液pH增大
D.a膜、c膜均为阳离子交换膜
答案　B　
9.(2023届重庆一中10月月考,12)以I2为原料,通过电解法制备KIO3的实验装置如图所示。电解前,先将一定量的精制I2溶于过量KOH溶液,发生反应3I2+6KOH KIO3+5KI+3H2O,将反应后的溶液加入阳极区。另将氢氧化钾溶液加入阴极区,电解槽用水冷却。下列说法不正确的是(　　)

A.K+会穿过离子交换膜向右侧移动
B.阳极发生的电极反应为I-+6OH--6e- IO3−+3H2O
C.当外电路转移0.1 mol e-,阴极区增重3.9 g
D.若电流利用率为100%,电解法制KIO3碘原子的利用率是直接歧化法的6倍
答案　C　
10.(2022新疆二模,12)电解合成1,2-二氯乙烷的实验装置如图所示。下列说法中不正确的是(　　)

A.a为电源正极
B.该装置总反应为CH2CH2+2NaCl+2H2O ClCH2CH2Cl+2NaOH+H2
C.X、Y依次为阳离子交换膜、阴离子交换膜
D.液相反应为CH2CH2+2CuCl2 ClCH2CH2Cl+2CuCl(s)
答案　C　
11.(2021全国甲,13,6分)乙醛酸是一种重要的化工中间体,可用如下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+2H++2e-+H2O
C.制得2 mol 乙醛酸,理论上外电路中迁移了1 mol 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
答案　D　
12.(2021天津,11,3分)下图所示电解装置中,通电后石墨电极Ⅱ上有O2生成,Fe2O3逐渐溶解,下列判断错误的是(　　)

A.a是电源的负极
B.通电一段时间后,向石墨电极Ⅱ附近滴加石蕊溶液,出现红色
C.随着电解的进行,CuCl2溶液浓度变大
D.当0.01 mol Fe2O3完全溶解时,至少产生气体336 mL(折合成标准状况下)
答案　C　
13.(2021湖南,10,3分)锌/溴液流电池是一种先进的水溶液电解质电池,广泛应用于再生能源储能和智能电网的备用电源等。三单体串联锌/溴液流电池工作原理如图所示:

下列说法错误的是(　　)
A.放电时,N极为正极
B.放电时,左侧贮液器中ZnBr2的浓度不断减小
C.充电时,M极的电极反应式为Zn2++2e- Zn
D.隔膜允许阳离子通过,也允许阴离子通过
答案　B　
14.(2023届江西南昌摸底,14)NaBH4-H2O2燃料电池有望成为低温环境下工作的便携式燃料电池,其工作原理如图所示。下列有关NaBH4-H2O2燃料电池的说法错误的是　(　　)

A.b为正极,电极反应为H2O2+2e- 2OH-
B.放电过程中,a极区B元素被氧化
C.放电过程中,b极区NaOH浓度增大
D.电池中的离子交换膜为阳离子交换膜
答案　B　
15.(2021重庆新高考适应卷,10)双极膜在电渗析中应用广泛,它由阳离子交换膜和阴离子交换膜复合而成。双极膜内层为水层,工作时水层中的H2O解离成H+和OH-,并分别通过离子交换膜向两侧发生迁移。下图为NaBr溶液的电渗析装置示意图。

下列说法正确的是(　　)
A.出口2的产物为HBr溶液
B.出口5的产物为硫酸溶液
C.Br-可从盐室最终进入阳极液中
D.阴极电极反应式为2H++2e- H2↑
答案　D　
16.(2023届河南部分重点中学8月联考,13改编)利用浓差电池电解Na2SO4溶液(a、b电极均为石墨电极),可制得O2、H2、H2SO4和NaOH,反应原理如图所示。下列说法正确的是(　　)

A.b电极的电极反应为2H2O+2e- H2↑+2OH-
B.c、d分别为阴离子交换膜和阳离子交换膜
C.浓差电池放电过程中,Cu(2)电极上的电极反应为Cu2++2e- Cu
D.浓差电池从开始工作到放电结束,电解池理论上可制得160 g NaOH
答案　D　
17.(2023届河北唐山摸底,13)(双选)以甲烷燃料电池为电源电解NaB(OH)4溶液制备H3BO3的工作原理如图所示。下列叙述错误的是(　　)

A.燃料电池通入氧气的电极接电解池的Y电极
B.N室中:a%>b%
C.Ⅰ、Ⅲ膜为阳离子交换膜,Ⅱ膜为阴离子交换膜
D.理论上每生成1 mol产品,需消耗甲烷的体积为2.8 L(标准状况)
答案　AB