2024届高考化学一轮复习 课时跟踪检测（三十二） 串联电池 电化学的相关计算 （含答案）

这是一份2024届高考化学一轮复习 课时跟踪检测（三十二） 串联电池 电化学的相关计算 （含答案），共12页。试卷主要包含了选择题，非选择题等内容，欢迎下载使用。
课时跟踪检测（三十二） 串联电池 电化学的相关计算

一、选择题
1．500 mL KNO3和Cu(NO3)2的混合溶液中c(NO)＝0.6 mol·L－1，用石墨作电极电解此溶液，当通电一段时间后，两极均收集到2.24 L气体(标准状况下)，假定电解后溶液体积仍为500 mL，下列说法正确的是( )
A．原混合溶液中c(K＋)为0.2 mol·L－1
B．上述电解过程中共转移0.2 mol电子
C．电解得到的Cu的物质的量为0.05 mol
D．电解后溶液中c(H＋)为0.2 mol·L－1
2．工业上采用电解Na2CO3溶液制备NaHCO3溶液的装置如图所示，A、B两极均为惰性电极。下列说法正确的是( )

A．A极发生还原反应
B．生成HCO的电极反应为2H2O－4e－＋4CO===O2↑＋4HCO
C．A极有少量CO2产生，则气体M和R的体积比略大于2∶1
D．当c1＝9、c2＝1时，理论上可制得0.4 mol NaHCO3(假设右室溶液体积为0.1 L)
3．我国力争2030年前实现碳达峰，2060年前实现碳中和。碳中和，简单地说就是实现二氧化碳的“零排放”。某高校研究团队提出，利用TiO2基催化剂光催化还原CO2转化为甲醇，并利用产生的电能进一步电解制备新型高效净水剂Na2FeO4，其原理如图所示。下列说法正确的是( )

A．电极c为负极，发生还原反应
B．电极d的电极反应式为2H2O＋4e－===O2↑＋4H＋
C．Fe电极的电势高于Cu电极的电势
D．离子交换膜n、m分别为阴、阳离子交换膜
4．实验室以某燃料电池为电源模拟工业上用电解法治理亚硝酸盐对水体污染的装置如图所示，电解过程中Fe电极附近有N2产生。下列说法不正确的是( )

A．电解过程中，装置甲中Fe电极附近溶液颜色变化为无色→浅绿色→黄色
B．b电极的电极反应式：2NO＋10e－＋12H＋===N2↑＋6H2O
C．装置乙的中间室中的Na＋移向右室，Cl－移向左室
D．1 mol甲醇参加反应时，整个装置能产生0.6 mol N2
5．某科研小组将含硫化氢的工业废气进行了资源化利用，将获得的电能用于制取NaClO。已知：
2H2S(g)＋O2(g)===S2(s)＋2H2O(l)　ΔH＝－632 kJ·mol－1。如图所示为该科研小组设计的原理图。下列说法错误的是(　 )

A．整个装置中电子流动的方向：电极a→石墨电极c，石墨电极d→电极b
B．在饱和NaCl溶液中滴入酚酞溶液，石墨电极c处先变红
C．电路中每通过4 mol电子，电池内部释放的热能约为632 kJ
D．电极a每增重32 g，导气管e将收集到气体 22.4 L(标准状况)
6．已知高能锂电池的总反应式为2Li＋FeS===Fe＋Li2S[LiPF6·SO( CH3)2为电解质]，用该电池为电源进行如图的电解实验，电解一段时间测得甲池产生标准状况下H2 4.48 L。下列有关叙述正确的是( )

A．从隔膜中通过的离子数目为0.8NA
B．若电解过程体积变化忽略不计，则电解后甲池中溶液浓度为2 mol·L－1
C．A电极为阳极
D．电源正极反应式为FeS＋2Li＋＋2e－===Fe＋Li2S
7．包覆纳米硅复合材料(GSSi)的可充电石墨烯电池工作原理如图所示。放电时，GSSi包覆石墨烯电极上的物质变化为C6Li―→C6Li1－x；多元含锂过渡金属氧化物电极上的物质变化为Li1－xMO2―→LiMO2，下列说法错误的是( )

A．放电时，胶状聚合物电解质和固体电解质的作用均为传导离子，构成闭合回路
B．若放电前两个电极质量相等，转移0.1 mol电子后两个电极质量相差1.4 g
C．充电时，与负极连接的电极反应为LiMO2－xe－===Lil－xMO2＋xLi＋
D．为保护电池，GSSi包覆石墨烯的电极反应不能进行至C6Li－e－===C6＋Li＋
8．我国科学家研究出一种新型水系Zn­C2H2电池(结构如图)，既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Zn­CO2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)增大
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
9．硼酸(H3BO3)为一元弱酸，已知H3BO3与足量NaOH溶液反应的离子方程式为H3BO3＋OH－===[B(OH)4]－，H3BO3可以通过电解的方法制备。电解Na[B(OH)4]溶液制备H3BO3的原理如图所示，下列叙述正确的是(　 )

A．通电一段时间后，M室、N室的pH依次增大、减小
B．a膜、c膜为阴离子交换膜，b膜为阳离子交换膜
C．理论上每生成1 mol H3BO3，两极室共产生标准状况下33.6 L气体
D．保持电流为3 A，电解60 min，制得H3BO3 6.2 g，则电流效率约为89%(法拉第常数为96 500 C·mol－1；电流效率η＝×100%)
10．华东师范大学研发出一种新型的锌­碘水系液流电池，该电池对环境友好，能量密度高，且在弯曲、折叠情况下依旧可以保持原有的能量密度，电池的工作原理如图所示。下列说法错误的是( )

A．电子流向：石墨­Zn复合电极→用电器→石墨电极
B．石墨电极的电极反应式为I＋2e－===3I－
C．离子交换膜为阳离子交换膜
D．若负极区电极质量减少13 g，则正极区溶液质量减少3.81 g
二、非选择题
11．利用电催化可将CO2同时转化为多种燃料，装置如图。

(1)铜电极上产生HCOOH的电极反应式为________________________
________________________。
(2)若铜电极上只生成5.6 g CO，则铜极区溶液质量变化了_____g，通过阳离子交换膜的阳离子数目为_____。

12．用如图所示装置进行实验。

(1)在保证电极反应不变的情况下，不能替代Cu作电极的是____(填字母)。
A．铝 B．石墨
C．银 D．铂
(2)实验过程中，Zn2＋_____(填“从左向右”“从右向左”或“不”)移动，电池工作一段时间后，乙池溶液的总质量____(填“增加”“减少”或“不变”，下同)，甲池的c(SO)____。
(3)N极发生反应的电极反应式为______，滤纸上能观察到的现象有__________。
(4)若用上图装置中的原电池，铂作电极电解某金属氯化物MCln的水溶液，当阳极产生a mol气体时，阴极析出m g金属，则金属的相对原子质量是____。







课时跟踪检测（三十二） 串联电池 电化学的相关计算

一、选择题
1．500 mL KNO3和Cu(NO3)2的混合溶液中c(NO)＝0.6 mol·L－1，用石墨作电极电解此溶液，当通电一段时间后，两极均收集到2.24 L气体(标准状况下)，假定电解后溶液体积仍为500 mL，下列说法正确的是( )
A．原混合溶液中c(K＋)为0.2 mol·L－1
B．上述电解过程中共转移0.2 mol电子
C．电解得到的Cu的物质的量为0.05 mol
D．电解后溶液中c(H＋)为0.2 mol·L－1
解析：选A 石墨作电极电解KNO3和Cu(NO3)2的混合溶液，阳极反应式为4OH－－4e－===2H2O＋O2↑，阴极先后发生两个反应：Cu2＋＋2e－===Cu,2H＋＋2e－===H2↑。从收集到O2 2.24 L 可推知电解过程中共转移0.4 mol 电子，而在生成2.24 L H2的过程中转移0.2 mol电子，所以Cu2＋共得到0.4 mol－0.2 mol＝0.2 mol电子，电解前Cu2＋的物质的量和电解得到的Cu的物质的量都为 0.1 mol。电解前后分别有以下守恒关系：c(K＋)＋2c(Cu2＋)＝c(NO)，c(K＋)＋c(H＋)＝c(NO)，不难算出：电解前c(K＋)＝0.2 mol·L－1，电解后c(H＋)＝0.4 mol·L－1。
2．工业上采用电解Na2CO3溶液制备NaHCO3溶液的装置如图所示，A、B两极均为惰性电极。下列说法正确的是( )

A．A极发生还原反应
B．生成HCO的电极反应为2H2O－4e－＋4CO===O2↑＋4HCO
C．A极有少量CO2产生，则气体M和R的体积比略大于2∶1
D．当c1＝9、c2＝1时，理论上可制得0.4 mol NaHCO3(假设右室溶液体积为0.1 L)
解析：选B A极作阳极，发生氧化反应，则生成HCO的电极反应为2H2O－4e－＋4CO===O2↑＋4HCO，A错误，B正确。C项，忽略其他影响因素，由得失电子守恒知生成O2和H2的体积比为1∶2，又A极有少量CO2产生，故气体M和R的体积比略大于1∶2，错误。D项，由阴极反应式2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－知，当c1＝9、c2＝1时，右室生成0.8 mol NaOH，所以电路中转移0.8 mol电子，由A极发生反应，根据得失电子守恒，理论上可制得0.8 mol NaHCO3，错误。
3．我国力争2030年前实现碳达峰，2060年前实现碳中和。碳中和，简单地说就是实现二氧化碳的“零排放”。某高校研究团队提出，利用TiO2基催化剂光催化还原CO2转化为甲醇，并利用产生的电能进一步电解制备新型高效净水剂Na2FeO4，其原理如图所示。下列说法正确的是( )

A．电极c为负极，发生还原反应
B．电极d的电极反应式为2H2O＋4e－===O2↑＋4H＋
C．Fe电极的电势高于Cu电极的电势
D．离子交换膜n、m分别为阴、阳离子交换膜
解析：选C CO2在电极c上得到电子生成CH3OH，电极c为正极，发生还原反应，A错误；电极d为负极，发生氧化反应，电极反应式为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，B错误；Fe电极为阳极，Cu电极为阴极，故Fe电极的电势较高，C正确；Fe电极区发生的电极反应为Fe＋8OH－－6e－===FeO＋4H2O，中间室的OH－会通过离子交换膜m移向右室来平衡电荷，故该膜为阴离子交换膜，Cu电极区发生的电极反应为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，OH－浓度增大，中间室的Na＋会通过离子交换膜n移向左室来平衡电荷，故该膜为阳离子交换膜，D错误。
4．实验室以某燃料电池为电源模拟工业上用电解法治理亚硝酸盐对水体污染的装置如图所示，电解过程中Fe电极附近有N2产生。下列说法不正确的是( )

A．电解过程中，装置甲中Fe电极附近溶液颜色变化为无色→浅绿色→黄色
B．b电极的电极反应式：2NO＋10e－＋12H＋===N2↑＋6H2O
C．装置乙的中间室中的Na＋移向右室，Cl－移向左室
D．1 mol甲醇参加反应时，整个装置能产生0.6 mol N2
解析：选D 根据题意，装置甲是电解池，装置乙是原电池。装置乙中b电极上NO得电子转化为N2，b极为正极，则a电极为负极，进而推知装置甲中Fe电极是阳极。A项，电解过程中，装置甲中Fe电极发生的反应为Fe－2e－===Fe2＋，然后Fe2＋和NO发生反应2NO＋8H＋＋6Fe2＋===N2↑＋6Fe3＋＋4H2O，Fe电极附近溶液颜色变化为无色→浅绿色→黄色，正确；B项，b电极为正极，正极上NO得电子生成N2，正确；C项，根据原电池中离子移动方向判断，阳离子向正极移动，阴离子向负极移动，正确；D项，a电极的电极反应式为CH3OH－6e－＋H2O===CO2↑＋6H＋，1 mol CH3OH参加反应时，装置乙中能产生0.6 mol N2，电路中通过6 mol电子，装置甲中能产生0.5 mol N2，整个装置共产生1.1 mol N2，错误。
5．某科研小组将含硫化氢的工业废气进行了资源化利用，将获得的电能用于制取NaClO。已知：
2H2S(g)＋O2(g)===S2(s)＋2H2O(l)　ΔH＝－632 kJ·mol－1。如图所示为该科研小组设计的原理图。下列说法错误的是(　 )

A．整个装置中电子流动的方向：电极a→石墨电极c，石墨电极d→电极b
B．在饱和NaCl溶液中滴入酚酞溶液，石墨电极c处先变红
C．电路中每通过4 mol电子，电池内部释放的热能约为632 kJ
D．电极a每增重32 g，导气管e将收集到气体 22.4 L(标准状况)
解析：选C　由题意可知，左侧装置为原电池，在电极b上O2转化为H2O，发生还原反应，故电极b为正极，电极a为负极，石墨电极d为阳极，石墨电极c为阴极，整个装置中电子流动的方向为电极a→石墨电极c，石墨电极d→电极b，A正确；石墨电极c为阴极，电极反应式为2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑，故在饱和NaCl溶液中滴入酚酞溶液，石墨电极c处先变红，B正确；若2 mol H2S完全燃烧，则释放的热能为632 kJ，但原电池是将内能转化为电能，只会产生少量的热能，故电路中每通过4 mol电子(消耗2 mol H2S)，电池内部释放的热能远小于632 kJ，C错误；根据关系式2H2S～S2～4e－～2H2可知，电极a每增重32 g(生成0.5 mol S2)，导气管e将收集到1 mol H2，即标准状况下体积为22.4 L，D正确。
6．已知高能锂电池的总反应式为2Li＋FeS===Fe＋Li2S[LiPF6·SO( CH3)2为电解质]，用该电池为电源进行如图的电解实验，电解一段时间测得甲池产生标准状况下H2 4.48 L。下列有关叙述正确的是( )

A．从隔膜中通过的离子数目为0.8NA
B．若电解过程体积变化忽略不计，则电解后甲池中溶液浓度为2 mol·L－1
C．A电极为阳极
D．电源正极反应式为FeS＋2Li＋＋2e－===Fe＋Li2S
解析：选D 甲池产生氢气，则A为阴极，n(H2)＝＝0.2 mol，转移0.4 mol 电子，生成0.4 mol OH－，隔膜通过K＋数目为0.4NA，A、C错误；甲池c(OH－)＝＝4 mol·L－1，电解后甲池中溶液浓度为4 mol·L－1，B错误；根据反应FeS＋2Li===Fe＋Li2S知，FeS被还原生成Fe，为正极反应，正极反应式为FeS＋2Li＋＋2e－===Fe＋Li2S，D正确。
7．包覆纳米硅复合材料(GSSi)的可充电石墨烯电池工作原理如图所示。放电时，GSSi包覆石墨烯电极上的物质变化为C6Li―→C6Li1－x；多元含锂过渡金属氧化物电极上的物质变化为Li1－xMO2―→LiMO2，下列说法错误的是( )

A．放电时，胶状聚合物电解质和固体电解质的作用均为传导离子，构成闭合回路
B．若放电前两个电极质量相等，转移0.1 mol电子后两个电极质量相差1.4 g
C．充电时，与负极连接的电极反应为LiMO2－xe－===Lil－xMO2＋xLi＋
D．为保护电池，GSSi包覆石墨烯的电极反应不能进行至C6Li－e－===C6＋Li＋
解析：选C 放电时，电池内电路由胶状聚合物电解质、隔膜、固体电解质构成，胶状聚合物电解质和固体电解质的作用均为传导Li＋，构成闭合回路，A正确；由电极反应可知，放电时，转移0.1 mol电子后，负极材料减少0.1 mol Li＋，正极材料增加0.1 mol Li＋，因此转移0.1 mol电子后两个电极质量相差0.1 mol×2×7 g·mol－1＝1.4 g，B正确；放电时，正极反应式为xLi＋＋xe－＋Li1－xMO2===LiMO2，则充电时，与正极连接的电极反应式为LiMO2－xe－===Lil－xMO2＋xLi＋，C错误；若GSSi包覆石墨烯的电极反应进行至C6Li－e－===C6＋Li＋，石墨烯电极会被氧化，损伤电极，因此为保护电池，GSSi包覆石墨烯的电极反应不能进行至C6Li－e－===C6＋Li＋，D正确。
8．我国科学家研究出一种新型水系Zn­C2H2电池(结构如图)，既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Zn­CO2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)增大
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
解析：选C　由放电时Zn转化为ZnO，可知b极为负极，则a极为正极，电流由正极流向负极，即电流由a极经外电路流向b极，A项错误；b极发生反应Zn－2e－＋2OH－===ZnO＋H2O，由题图知，a极上C2H2得电子生成C2H4，电极反应式为C2H2＋2e－＋2H2O===C2H4＋2OH－，由电极反应知，右侧极室中因为有水生成，故c(KOH)减小，B项错误、C项正确；没有说明是否为标准状况，不能计算消耗的C2H2的体积，D项错误。
9．硼酸(H3BO3)为一元弱酸，已知H3BO3与足量NaOH溶液反应的离子方程式为H3BO3＋OH－===[B(OH)4]－，H3BO3可以通过电解的方法制备。电解Na[B(OH)4]溶液制备H3BO3的原理如图所示，下列叙述正确的是(　 )

A．通电一段时间后，M室、N室的pH依次增大、减小
B．a膜、c膜为阴离子交换膜，b膜为阳离子交换膜
C．理论上每生成1 mol H3BO3，两极室共产生标准状况下33.6 L气体
D．保持电流为3 A，电解60 min，制得H3BO3 6.2 g，则电流效率约为89%(法拉第常数为96 500 C·mol－1；电流效率η＝×100%)
解析：选D　M室中石墨电极为阳极，电解时阳极上水失电子生成O2和H＋，电极反应式为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，N室中石墨电极为阴极，电解时阴极上水得电子生成H2和OH－，电极反应式为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，原料室中的[B(OH)4]－通过b膜进入产品室、Na＋通过c膜进入N室，M室中氢离子通过a膜进入产品室且通过a膜的H＋的量与M室中电极反应产生的H＋的量相同，即通电一段时间后M室中稀硫酸浓度变大，则a膜、c膜为阳离子交换膜，b膜为阴离子交换膜，通电一段时间后，M室pH减小，N室pH增大，A、B项错误。产品室中发生的反应为[B(OH)4]－＋H＋===H3BO3＋H2O，理论上每生成1 mol H3BO3，M室生成1 mol H＋，转移电子1 mol，N室生成0.5 mol H2，M室生成0.25 mol O2，两极室共产生标准状况下16.8 L气体，C项错误。6.2 g H3BO3的物质的量为＝0.1 mol，则消耗的电荷量为0.1 mol×1×96 500 C·mol－1＝9 650 C，而电极上通过的总电荷量为3 A×60×60 s＝10 800 C，故η＝×100%≈89%，D项正确。
10．华东师范大学研发出一种新型的锌­碘水系液流电池，该电池对环境友好，能量密度高，且在弯曲、折叠情况下依旧可以保持原有的能量密度，电池的工作原理如图所示。下列说法错误的是( )

A．电子流向：石墨­Zn复合电极→用电器→石墨电极
B．石墨电极的电极反应式为I＋2e－===3I－
C．离子交换膜为阳离子交换膜
D．若负极区电极质量减少13 g，则正极区溶液质量减少3.81 g
解析：选D 根据图示可知，石墨­Zn复合电极为负极，石墨电极为正极。Zn失电子生成Zn2＋，电极质量减少，正极I得电子生成I－，为保持两侧溶液圴呈电中性，每生成1 mol Zn2＋，会有1 mol Zn2＋通过离子交换膜进入右侧，使正极区溶液质量增加，则负极区电极质量减少13 g时，正极区溶液质量增加13 g，D错误。
二、非选择题
11．利用电催化可将CO2同时转化为多种燃料，装置如图。

(1)铜电极上产生HCOOH的电极反应式为________________________
________________________。
(2)若铜电极上只生成5.6 g CO，则铜极区溶液质量变化了_____g，通过阳离子交换膜的阳离子数目为_____。
解析：(1)铜电极与电源负极相连，为阴极，CO2发生还原反应转化为HCOOH。(2)根据CO2＋2e－＋2H＋===CO＋H2O，知铜电极上生成5.6 g(即0.2 mol) CO的同时生成0.2 mol H2O，因此铜极区溶液质量增重3.6 g。通过的阳离子为H＋，其数目为0.4NA。
答案：(1)CO2＋2H＋＋2e－===HCOOH
(2)3.6 0.4NA
12．用如图所示装置进行实验。

(1)在保证电极反应不变的情况下，不能替代Cu作电极的是____(填字母)。
A．铝 B．石墨
C．银 D．铂
(2)实验过程中，Zn2＋_____(填“从左向右”“从右向左”或“不”)移动，电池工作一段时间后，乙池溶液的总质量____(填“增加”“减少”或“不变”，下同)，甲池的c(SO)____。
(3)N极发生反应的电极反应式为______，滤纸上能观察到的现象有__________。
(4)若用上图装置中的原电池，铂作电极电解某金属氯化物MCln的水溶液，当阳极产生a mol气体时，阴极析出m g金属，则金属的相对原子质量是____。
解析：(1)在保证电极反应不变的情况下，仍然是锌作负极，则正极材料必须是不如锌活泼的金属或导电的非金属，铝是比锌活泼的金属，不能代替铜。(2)原电池放电时，阳离子向正极移动，Zn2＋由甲池通过阳离子交换膜进入乙池，乙池中Cu2＋＋2e－===Cu，其溶液中的离子转换为Cu2＋―→Zn2＋，摩尔质量M(Cu2＋)