新高考化学二轮复习专题突破练五　电化学 （含解析）

专题突破练五　电化学

一、选择题

1.(双选)(2021河北唐山二模)某化学实验探究小组探究MnO2与某些盐溶液的反应,设计如图装置。左烧杯中加入50 mL 6 mol·L-1硫酸,右烧杯中加入50 mL 6 mol·L-1 CaCl2溶液,盐桥选择氯化钾琼脂。当闭合开关K时,电流表中出现指针偏转,下列说法正确的是(　　)

A.该实验装置属于电解池

B.左侧烧杯中的电极反应为MnO2+4H++2e-Mn2++2H2O

C.C电极上发生还原反应,产生的气体可使湿润的碘化钾淀粉试纸变蓝

D.若将盐桥中氯化钾琼脂换成KNO3琼脂,则C电极上产生的气体的总量减少

2.(2021江苏苏锡常镇四市调研一)Al-N2二次电池以离子液体为电解质,其工作原理如图所示。石墨烯/Pd作为电极催化剂,可吸附N2。下列说法正确的是(　　)

A.充电时,可实现氮的固定

B.充电时,阴极上反应为Al3++3e-Al

C.放电时,正极上反应为8Al2C+N2+6e-2AlN+14AlC

D.放电时,石墨烯/Pd用于提高N2反应的活化能

3.(双选)(2021山东日照一模)纳米硅基锂电池是一种新型二次电池,电池装置如图所示,工作时硅基电极上的反应为LinSi-ne-Si+nLi+。下列说法正确的是(　　)

A.电池工作时,硅基电极的电势高于三元锂电极的电势

B.电池充电时,三元锂电极反应式可能为LiMxOy-ne-Li1-nMxOy+nLi+

C.将有机聚合物电解质换为锂盐水溶液,可提高电池工作效率并能延长电池使用寿命

D.若工作前电池两极的质量相等,电路中转移0.2 mol电子时,两极的质量相差2.8 g

4.(双选)(2021湖南常德一模)氨硼烷(NH3·BH3)电池装置如图所示(起始未加入氨硼烷之前,两极室内液体质量相等),该电池工作时的总反应为NH3·BH3+3H2O2NH4BO2+4H2O。下列说法错误的是(　　)

A.b极为正极

B.电池工作时,H+通过质子交换膜向右移动

C.a极的电极反应式为NH3·BH3-6e-+6OH-N+B+4H2O

D.当加入6.2 g NH3·BH3(假设全部消耗)时,左右两极室内液体质量差为5 g

5.(双选)(2021河北张家口一模)电化学脱硫在金属冶炼和废水处理中均有应用。一种电化学脱硫工作原理示意图如图所示。该装置工作时,下列说法正确的是              (　　)

A.a为直流电源的负极

B.阴极区溶液pH减小

C.Mn2+、Mn3+之间转化可加快电子转移

D.导线中流过4.5 mol e-同时阳极区溶液质量增加44 g

6.(2021广东选择考模拟)一种利用纳米V2O5纤维为电极的Li-Mg二次电池的工作原理如图所示。下列说法正确的是(　　)

A.放电时,电池的负极反应为Mg2++2e-Mg

B.充电时,阳极反应式可以表示为LiV2O5-e-Li++V2O5

C.该电池的电解质溶液可以为1 mol·L-1的LiCl-MgCl2混合水溶液

D.电池中所用离子交换膜为阴离子交换膜

7.(2021福建泉州质量监测三)双极膜(BP)是一种能将水分子解离成H+和OH-的特殊离子交换膜。应用双极膜制取聚合硫酸铁净水剂[Fe2(OH)n(SO4)3-n/2]m(PFS)的电化学装置如图所示。下列说法错误的是(　　)

A.M为阴离子交换膜,乙为OH-

B.电极a的电极反应式为2H++2e-H2↑

C.电流过大,会使PFS产品含量降低

D.若制得1 mol [Fe(OH)SO4]3,理论上转移的电子为2 mol

8.(2021湖南卷)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

二、非选择题

9.(2021北京海淀一模)锂电池有广阔的应用前景。用“循环电沉积”法处理某种锂电池,可使其中的Li电极表面生成只允许Li+通过的Li2CO3和C保护层,工作原理如图1,具体操作如下。

ⅰ.将表面洁净的Li电极和MoS2电极浸在溶有CO2的有机电解质溶液中。

ⅱ.0~5 min,a端连接电源正极,b端连接电源负极,电解,MoS2电极上生成Li2CO3和C。

ⅲ.5~10 min,a端连接电源负极,b端连接电源正极,电解,MoS2电极上消耗Li2CO3和C,Li电极上生成Li2CO3和C。

步骤ⅱ和步骤ⅲ为1个电沉积循环。

ⅳ.重复步骤ⅱ和步骤ⅲ的操作,继续完成9个电沉积循环。

图1

图2

(1)步骤ⅱ内电路中的Li+由　　　　向　　　　迁移。(填“Li电极”或“MoS2电极”) 

(2)已知下列反应的热化学方程式。

2Li(s)+2CO2(g)Li2CO3(s)+CO(g)　ΔH1=-539 kJ·mol-1

CO2(g)+C(s)2CO(g)　ΔH2=+172 kJ·mol-1

步骤ⅱ电解总反应的热化学方程式为 　。 

(3)步骤ⅲ中,Li电极的电极反应式为　　　　　　　　　　　　　　　　。 

(4)Li2CO3和C只有在MoS2的催化作用下才能发生步骤ⅲ的电极反应,反应历程中的能量变化如下图。下列说法正确的是　　　　(填字母)。 

a.反应历程中存在碳氧键的断裂和形成

b.反应历程中涉及电子转移的变化均释放能量

c.MoS2催化剂通过降低电极反应的活化能使反应速率增大

(5)受上述“循环电沉积”法的启示,科学家研发了适用于火星大气(主要成分是CO2)的“Li-CO2”可充电电池,工作原理如图2。“Li-CO2”电池充电时,Li电极表面生成Li而不会形成Li2CO3和C沉积,原因是  　。 

参考答案

专题突破练五　电化学

1.BD　解析 该实验装置没有外接电源,故不属于电解池,属于带盐桥的原电池,A项错误。左侧烧杯中电极为正极,发生的电极反应为MnO2+4H++2e-Mn2++2H2O,B项正确。C电极为负极,发生的电极反应为2Cl--2e-Cl2↑,产生的气体Cl2可使湿润的碘化钾淀粉试纸变蓝,C项错误。由于盐桥中的阴离子移向负极区,故若将盐桥中KCl琼脂换成KNO3琼脂,则负极区的Cl-的物质的量减少,故C电极上产生的气体的总量减少,D项正确。

2.C　解析 氮元素从游离态变为化合态的过程称为氮的固定,该电池放电时,氮气在正极上得到电子发生还原反应转化为氮化铝,实现了氮的固定,A项错误。放电时负极反应为Al-3e-+7AlC4Al2C;充电时,阴极反应为4Al2C+3e-Al+7AlC,B项错误。放电时,氮气在正极上发生还原反应生成氮化铝,铝元素来自Al2C,正极反应为8Al2C+N2+6e-2AlN+14AlC,C项正确。放电时,石墨烯/Pd作为正极的催化剂,可降低N2反应的活化能,增大反应速率,D项错误。

3.BD　解析 电池工作时,硅基电极上的反应为LinSi-ne-Si+nLi+,故硅基电极为负极,其电势低于三元锂电极的电势,A项错误。电池充电时,三元锂电极连接正极,为阳极,阳极上LiMxOy失电子产生Li+,电极反应式可能为LiMxOy-ne-Li1-nMxOy+nLi+,B项正确。锂为活泼金属,能与锂盐水溶液中的水反应,故不能将有机聚合物电解质换为锂盐水溶液,C项错误。原电池工作时,Li+移向正极,使负极质量减少、正极质量增加,转移1 mol电子时,有1 mol Li+移动,两极质量相差2 mol×7 g·mol-1=14 g,则电路中转移0.2 mol电子时,两极的质量相差14 g×0.2=2.8 g,D项正确。

4.CD　解析 电池工作时的总反应为NH3·BH3+3H2O2NH4BO2+4H2O;负极:NH3·BH3+2H2O-6e-N+B+6H+;正极:H2O2+2H++2e-2H2O。可判断出a极为负极,b极为正极,A项正确,C项错误。a极上生成氢离子,b极上消耗氢离子,故电池工作时,H+通过质子交换膜向右移动,B项正确。6.2 g NH3·BH3的物质的量为=0.2 mol,生成的H+的物质的量为1.2 mol,b极区增加1.2 mol H+,故当加入6.2 g NH3·BH3时,左、右两极室内液体质量差为6.2 g-1.2 mol×2×1 g·mol-1=3.8 g,D项错误。

5.AC　解析 由图及Mn元素的化合价变化可知,Mn2+失去电子,发生氧化反应,电极反应为Mn2+-e-Mn3+,Mn3+再与FeS(s)发生反应FeS+9Mn3++4H2O9Mn2++8H++Fe3++S,所以右侧电极为阳极,则b为直流电源的正极、a为直流电源的负极,A项正确。在阴极上是氢离子得电子的还原反应2H++2e-H2↑,转移2 mol电子时,阴极区消耗2 mol H+,同时有2 mol H+由阳极区经质子交换膜移入阴极区,故溶液pH不变,B项错误。Mn2+、Mn3+之间转化,起到在FeS和电极之间传递电子的作用,可加快电子转移,C项正确。由电极反应式知,导线中流过4.5 mol e-时,根据

FeS~9Mn3+~9e-　~　9H+

 88 g 9 mol 9 g

 m(增加) 4.5 mol m(减少)

m(增加)=44 g,m(减少)=4.5 g,所以有44 g FeS参加反应,同时有4.5 g氢离子移入阴极区,故阳极区溶液质量增加44 g-4.5 g=39.5 g,D项错误。

6.B　解析 放电时负极反应为Mg-2e-Mg2+,A项错误。充电时,阳极LiV2O5失去电子生成V2O5,B项正确。若电解质溶液为1 mol·L-1的LiCl-MgCl2溶液,充电时,阴极不再是Mg2+得电子,C项错误。由图可知,通过离子交换膜的离子为Mg2+和Li+,则离子交换膜是阳离子交换膜,D项错误。

7.D　解析 由图可知交换膜M右侧的产物为硫酸,可知S从硫酸铁溶液进入硫酸室中,M为阴离子交换膜;根据BP膜两侧电荷的分布,可判断出甲为H+,乙为OH-,A项正确。由H+向a极移动,可判断a极为阴极,a极的电极反应式为2H++2e-H2↑,B项正确。电流过大会使大量OH-进入硫酸铁溶液室中,生成氢氧化铁沉淀,使PFS含量降低,C项正确。若制得1 mol [Fe(OH)SO4]3,则有3 mol OH-进入硫酸铁溶液室中,理论上转移的电子为3 mol,D项错误。

8.B　解析 该电池放电反应总方程式:Zn+Br2ZnBr2,放电时,Br2在正极反应,ZnBr2被循环回路“回收”至左侧贮液器中,A项正确,B项错误;充电时,锌极为阴极,发生还原反应:Zn2++2e-Zn,C项正确;放电时,Br2得电子产生Br-,通过隔膜迁移至负极区,形成ZnBr2回流至左侧贮液器,Zn失电子产生Zn2+,通过隔膜迁移至正极区,形成ZnBr2回流至右侧贮液器;充电时,Zn2+得电子生成Zn在M极放电,部分Zn2+在隔膜上生成沉积锌,而Br-在贮液器处转化为Br2复合物贮存,该过程中Zn2+、Br-都可以通过隔膜,D项正确。

9.答案 (1)Li电极　MoS2电极

(2)4Li(s)+3CO2(g)2Li2CO3(s)+C(s)　ΔH=-1 250 kJ·mol-1

(3)4Li++3CO2+4e-2Li2CO3+C

(4)ac

(5)电解质中未溶解CO2,内电路中的膜只允许Li+通过,不允许CO2通过,阴极生成的CO2无法迁移到阳极转化为C和C

解析 (1)从图1可以看出,步骤ⅱ中a端连电源正极,Li电极作阳极,阳离子向阴极移动,Li+从Li电极向MoS2电极迁移。

(2)步骤ⅱ的总反应为4Li(s)+3CO2(g)2Li2CO3(s)+C(s),根据盖斯定律,可得总反应的反应热为ΔH=2ΔH1-ΔH2=(-539×2-172) kJ·mol-1=-1 250 kJ·mol-1,即总反应的热化学方程式为4Li(s)+3CO2(g)2Li2CO3(s)+C(s)　ΔH=-1 250 kJ·mol-1。

(3)步骤ⅲ中Li电极作阴极,电极反应式为4Li++3CO2+4e-2Li2CO3+C。

(4)从图中可以看出C→CO2存在碳氧键的断裂,C→CO存在碳氧键的形成,a项正确。图中涉及电子转移时,能量增加,吸收能量,b项错误。催化剂可以降低活化能,加快反应速率,c项正确。