2020届高考化学二轮复习电化学原理应用——化学电源与电解技术作业

2020届高考化学二轮复习电化学原理应用——化学电源与电解技术作业

题型层级练 7 电化学原理应用——化学电源与电解技术 授课提示：对应学生用书 133 页 (A 级) 1．根据光合作用原理，设计如图原电池装置。下列说法正 确的是( ) A．a 电极为原电池的正极 B．外电路电流方向是 a→b C．b 电极的电极反应式为：O2＋2e－＋2H＋===H2O2 D．a 电极上每生成 1 mol O2，通过质子交换膜的 H＋为 2 mol 解析：根据图示可知，a 电极上 H2O 转化为 H＋和 O2，发生 氧化反应，则 a 电极为原电池的负极，A 项错误；a 电极为负极， b 电极为正极，外电路电流方向应从正极到负极，即 b→a，B 项 错误；根据图示可知，b 电极上 O2 得电子转化为 H2O2，电极反 应式为：O2＋2e－＋2H＋===H2O2，C 项正确；a 电极上每生成 1 mol O2，转移 4 mol 电子，则通过质子交换膜的 H＋为 4 mol，D 项错 误。 答案：C 2．甲醇燃料电池是目前应用比较广泛的一种燃料电池，其 工作原理如下图所示： 下列说法正确的是( ) A．N 为正极，发生氧化反应 B．a 气体为氧气，b 气体为甲醇 C．甲池溶液 pH 增大，乙池溶液 pH 减小 D．若有 1 mol CO2 生成，则有 6 mol H＋从甲池透过交换膜 进入乙池 解析：燃料电池工作时，燃料发生氧化反应，失去电子，故 M 电极为负极，a 气体为甲醇，电极反应式为：CH3OH＋H2O－ 6e－===CO2↑＋6H＋，甲醇在负极被氧化生成 CO2。有 1 mol CO2 生成，则有 6 mol H＋生成，甲池溶液 pH 减小。N 电极为正极， 在其表面发生还原反应；电池中，阳离子从负极移向正极，H＋ 从甲池通过交换膜进入乙池。故 D 选项正确，A、B、C 选项错 误。 答案：D 3．用石墨电极完成下列电解实验。 实验一 实验二 装置 现象 a、d 处试纸变蓝；b 处变红， 局部褪色；c 处无明显变化 两个石墨电极附近有气泡产 生；n 处有气泡产生…… 下列对实验现象的解释或推测不合理的是( ) A．a、d 处：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－ B．b 处：2Cl－－2e－===Cl2↑ C．c 处发生了反应：Fe－2e－===Fe2＋ D．根据实验一的原理，实验二中 m 处能析出铜 解析：根据 a、d 处试纸变蓝，可判断 a、d 两点都为电解池 的阴极，发生的电极反应为 2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，A 选项 正确；b 处变红说明有 H＋生成，即水中的 OH－放电生成 O2 和 H2O，局部褪色，说明 Cl－放电生成 Cl2，氯气溶于水生成盐酸和 次氯酸：Cl2＋H2O HCl＋HClO，HCl 溶液显酸性，HClO 具 有漂白性，B 选项不正确；c 处为阳极，铁失去电子生成亚铁离 子，发生的电极反应为 Fe－2e－===Fe2＋，C 选项正确；实验一中 ac 形成电解池，db 形成电解池，所以实验二中也形成电解池， 铜珠的左端为电解池的阳极，铜失电子生成铜离子，m、n 是铜 珠的右端，为电解池的阴极，开始时产生气体，后来铜离子得到 电子生成单质铜，故 D 选项正确。 答案：B 4．如图所示装置，开关 K 闭合时，电流表指针发生偏转， 下列有关开关 K 闭合时的说法正确的是( ) A．b 极是负极 B．a 极电极反应式为 H2－2e－===2H＋ C．当装置中有 1 mol 电子通过时，右池产生标准状况下 5.6 L 气体 D．电池总反应式为 2H2＋O2===2H2O 解析：选项 A，通入 H2 的一极为负极，则 a 极为负极，b 极为正极，错误。选项 B，左池的电解质为 NaOH，则 a 极电极 反应式为 2OH－＋H2－2e－===2H2O，错误。选项 C，b 极电极反 应式为 O2＋4H＋＋4e－===2H2O，当通过 1 mol 电子时，右池消耗 标准状况下 O2 5.6 L，错误。 答案：D 5．利用微生物可将废水中苯酚的化学能直接转化为电能， 装置如图所示。电池工作时，下列说法正确的是( ) A．a 极为正极，发生氧化反应 B．b 极的电极反应式为：2NO－ 3 ＋12H＋－10e－===N2↑＋ 6H2O C．中间室的 Cl－向左室移动 D．左室消耗苯酚(C6H5OH)9.4 g 时，用电器流过 2.4 mol 电 子 解析：由题图可知，在 b 极上 NO － 3 转化为 N2，发生得电子 的还原反应，故 b 极为正极，a 极为负极，A 项错误；b 极的电 极反应式为 2NO－ 3 ＋12H＋＋10e－===N2↑＋6H2O，B 项错误；原 电池中阴离子向负极移动，故 C 项正确；左室消耗苯酚的电极反 应式为 C6H5OH－28e－＋11H2O===6CO2↑＋28H＋，9.4 g 苯酚的 物质的量为 0.1 mol，故用电器应流过 2.8 mol 电子，D 项错误。 答案：C 6．工业上联合生产硫酸和烧碱溶液的装置如图所示，其中 阴极和阳极均为惰性电极。测得同温同压下，气体甲与气体乙的 体积比约为 1：2，下列有关说法正确的是( ) A．a 电极的电极反应式为：2H＋＋2e－===H2↑ B．产物丙为硫酸 C．离子交换膜 d 为阴离子交换膜 D．每转移 0.1 mol 电子，产生 1.12 L 的气体乙 解析：根据题图并结合题意，同温同压下，气体甲与气体乙 的体积比约为 1：2，知甲为 O2，乙为 H2，则 a 电极上 OH－放电， 产生氧气，电极反应式为：2H2O－4e－===4H＋＋O2↑，A 项错误； a 电极为阳极，阳极上 OH－放电，SO 2－ 4 向阳极移动，因此产物 丙为硫酸，B 项正确；b 电极为阴极，阴极上 H＋放电，Na＋向阴 极移动，则 d 为阳离子交换膜，C 项错误；根据 b 电极的电极反 应：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，知每转移 0.1 mol 电子，产生 标准状况下 1.12 L 气体乙(H2)，D 项错误。 答案：B 7．微生物燃料电池是指在微生物的作用下将化学能转化为 电能的装置。某微生物燃料电池的工作原理如图所示，下列说法 正确的是( ) A．HS－在硫氧化菌作用下转化为 SO 2－ 4 的反应为 HS－＋4H2O －8e－===SO2－ 4 ＋9H＋ B．电子从电极 b 流出，经外电路流向电极 a C．如果将反应物直接燃烧，能量的利用率不会变化 D．若该电池电路中有 0.4 mol 电子发生转移，则有 0.5 mol H ＋通过质子交换膜 解析：根据题图知，在硫氧化菌作用下 HS－转化为 SO2－ 4 ， 发生氧化反应：HS－＋4H2O－8e－===SO2－ 4 ＋9H＋，A 项正确；电 子从电极 a 流出，经外电路流向电极 b，B 项错误；如果将反应 物直接燃烧，有部分化学能转化为热能和光能，能量的利用率降 低，C 项错误；若该电池电路中有 0.4 mol 电子发生转移，则有 0.4 mol H＋通过质子交换膜，D 项错误。 答案：A 8．法国格勒诺布尔(Grenoble)约瑟夫·傅立叶大学的研究小 组发明了第一块可植入人体为人造器官提供电能的葡萄糖生物 燃料电池，其基本原理是葡萄糖和氧气在人体中酶的作用下发生 反应：C6H12O6＋6O2=====酶 6CO2＋6H2O(酸性环境)。下列有关该 电池的说法不正确的是( ) A．该生物燃料电池不可以在高温下工作 B．电池的负极反应为 C6H12O6＋6H2O－24e－===6CO2↑＋ 24H＋ C．消耗 1 mol 氧气时转移 4 mol e－，H＋向负极移动 D．今后的研究方向是设法提高葡萄糖生物燃料电池的效 率，从而使其在将来可以为任何可植入医疗设备提供电能 解析：酶在高温下会变性，失去催化活性，所以该生物燃料 电池不可以在高温下工作，A 项正确；电池中 C6H12O6 在负极发 生氧化反应，负极反应为 C6H12O6＋6H2O－24e－===6CO2↑＋ 24H＋，B 项正确；原电池反应中，阳离子向正极移动，C 项错误； 提高葡萄糖生物燃料电池的效率肯定是今后的研究方向，D 项正 确。 答案：C (B 级) 9．我国科学家设计出的一种装置(如图所示)，实现了“太阳 能→电能→化学能”的转化，总反应为 2CO2===2CO＋O2。下列 有关说法正确的是( ) A．该装置属于原电池 B．人体呼出的水蒸气参与 Y 极反应： CO2＋H2O＋2e－===CO＋2OH－ C．反应完毕，该太阳能装置中的电解质溶液碱性增强 D．X 极电极反应式为 O2＋2H2O＋4e－===4OH－ 解析：该装置实现了太阳能→电能→化学能的转化，而将电 能转化为化学能属于电解池，A 项错误；由图可知 Y 极发生的 是得电子的反应，人体呼出的气体中含有 CO2 和 H2O，B 项正确； 由得失电子守恒原理知，X 极消耗的 OH－总量等于 Y 极生成的 OH－总量，即电解质溶液的碱性没有改变，C 项错误；从电子的 流向看，X 电极失去电子，故 X 电极是负极，电极反应式为 4OH －－4e－===2H2O＋O2↑，D 项错误。 答案：B 10．我国对“可呼吸”的钠二氧化碳电池的研究取得突破 性进展。该电池的总反应式为：4Na＋3CO2 放电充电 2Na2CO3＋ C，其工作原理如图所示(放电时产生的 Na2CO3 固体储存于碳纳 米管中)。下列说法不正确的是( ) A．放电时，钠金属片作负极，碳纳米管作正极 B．充电时，阳极反应为：2Na2CO3＋C－4e－===3CO2↑＋ 4Na＋ C．放电时，Na＋从负极区向正极区移动 D．该电池的电解质溶液也可使用 NaClO4 的水溶液 解析：A.放电时为原电池反应，钠金属片失去电子作负极， 碳纳米管上得电子作正极，故 A 正确；B.充电时，阳极失去电子 发生氧化反应，反应为 C＋2Na2CO3－4e－===3CO2↑＋4Na＋，故 B 正确；C.放电时，阳离子向正极移动，则 Na＋从负极区向正极 区移动，故 C 正确；D.钠与水反应，不能用水溶液代替 TEGDME 作溶剂，故 D 错误。 答案：D 11．正、负极都是碳材料的双碳性电池，电池充、放电过程 为 2nC＋LiA 充电放电 CnA＋LiCn，充电时 Li＋、A－分别吸附在两 极上形成 LiCn 和 CnA(如图所示)，下列说法正确的是( ) A．a 是电池的负极 B．放电时，A－向 b 极移动 C．放电时，负极的电极反应式是 nC－e－＋A－===CnA D．充电时，电解质中的离子总数保持不变 解析：充电时 A－吸附在 a 极形成 CnA，则 a 极为阳极，发 生氧化反应，而放电时 a 极发生还原反应，故 a 为电池的正极， A 项错误；放电时 a 为正极，b 为负极，而放电时阴离子向负极 移动，B 项正确；放电时负极上发生氧化反应：LiCn－e－===nC ＋Li＋，C 项错误；充电时 Li＋、A－分别吸附在两极上形成 LiCn 和 CnA，故电解质中的离子总数逐渐减小，D 项错误。 答案：B 12．已知某种微生物燃料电池的工作原理如图所示。下列说 法正确的是( ) A．电流的流动方向：B 极 ――→外电路A 极 B．溶液中的 H＋由 B 极区移向 A 极区 C．在高温下，该微生物燃料电池的工作效率更高 D．A 极的电极反应式为 CH3COOH－8e－＋8OH－===2CO2 ＋6H2O 解析：结合工作原理图示，该电池实质是酸性条件下的 CH3COOH 作燃料的燃料电池。A 极为负极，B 极为正极，电流 的流动方向：B→A，H＋(阳离子)移向正极区，A 正确、B 错误。 C.该电池为微生物燃料电池，在高温条件下微生物不能存活，C 错误；D.该电池为酸性环境，在电极反应中不可能出现 OH－，D 错 误 ， 配 平 A 极 电 极 反 应 式 应 为 CH3COOH － 8e － ＋ 2H2O===2CO2↑＋8H＋。 答案：A 13．微生物电池是指在微生物的作用下将化学能转化为电能 的装置，其工作原理如图所示。下列有关微生物电池的说法错误 的是( ) A．正极反应中有 CO2 生成 B．微生物促进了反应中电子的转移 C．质子通过交换膜从负极区移向正极区 D．电池总反应为 C6H12O6＋6O2===6CO2＋6H2O 解析：由电池结构图可知，在正极上氧气得到电子发生还原 反应，与移向正极的 H＋反应生成水，A 错误；微生物在反应中 促进葡萄糖的氧化，即促进了电子的转移，B 正确；利用原电池 工作原理知，质子可通过质子交换膜由负极区移向正极区，C 正 确；该电池的总反应为葡萄糖发生氧化反应生成二氧化碳和水， D 正确。 答案：A 14．锂空气电池是一种新型的二次电池，其放电时的工作原 理如图所示。下列说法正确的是( ) A．该电池放电时，正极的反应式为 O2＋4e－＋4H＋===2H2O B．该电池充电时，阴极发生了氧化反应：Li＋＋e－===Li C．电池中的有机电解液可以用稀盐酸代替 D．正极区产生的 LiOH 可回收利用 解析：正极的反应式为 O2＋4e－＋2H2O===4OH－，A 项错误； 电池充电时，阴极发生还原反应，B 项错误；有机电解液不能用 稀盐酸代替，因为金属锂与稀盐酸能发生反应，C 项错误。 答案：D 15．H3BO3 可以通过电解 NaB(OH)4 溶液的方法制备，其工 作原理如图，下列叙述错误的是( ) A．M 室发生的电极反应式为 2H2O－4e－===O2↑＋4H＋ B．N 室中：a%

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