第六章　微题型62　离子导体、电子导体电荷转移及计算

微题型62离子导体、电子导体电荷转移及计算1．十九大报告中提出要“打赢蓝天保卫战”，意味着对污染防治比过去要求更高。某种利用垃圾渗透液实现发电、环保二位一体结合的装置示意图如图，当该装置工作时，下列说法正确的是()A．盐桥中Cl－向Y极移动B．电路中流过7.5mol电子时，共产生标准状况下N2的体积为16.8LC．电流由X极沿导线流向Y极D．Y极发生的反应为2NOeq\o\al(－,3)＋10e－＋6H2O=N2＋12OH－，周围pH增大答案D解析由图示可知，X极氨气失电子发生氧化反应生成氮气，X是负极；Y极NOeq\o\al(－,3)得电子发生还原反应生成氮气，Y是正极。原电池装置中溶液中的阴离子移向负极，所以氯离子向X极移动，故A错误；电池总反应为5NH3＋3NOeq\o\al(－,3)=4N2＋6H2O＋3OH－，该反应转移15个电子，生成4个氮气，故电路中流过7.5mol电子时，产生2mol氮气，标准状况下N2的体积为44.8L，故B错误；电流由正极流向负极，即电流由Y极沿导线流向X极，故C错误；－，周围pH增大，故D正确。2．一种电池装置如图所示，它能溶解辉铜矿石(主要成分是Cu2S)制得硫酸铜。下列说法正确的是()A．M极为正极B．X交换膜为阳离子交换膜C．M极上的电极反应式为Cu2S－10e－＋4H2O=2Cu2＋＋8H＋＋SOeq\o\al(2－,4)D．外电路上每通过2mol电子，左室溶液增重32g答案C解析电池工作时，M极：Cu2S→CuSO4，失电子为负极，则N极为正极，A项错误；M极上的电极反应式为Cu2S－10e－＋4H2O=2Cu2＋＋8H＋＋SOeq\o\al(2－,4)，因为M极产生的Cu2＋与SOeq\o\al(2－,4)的物质的量比为2∶1，故右室中的SOeq\o\al(2－,4)需通过X交换膜进入左室，则X交换膜是阴离子交换膜，B项错误、C项正确；因为外电路上每通过2mol电子，左室溶液中除了有0.2molCu2S溶解，还有右室中的SOeq\o\al(2－,4)通过X交换膜进入左室，故增重超过32g，D项错误。3．浓度差电池是指电池内物质变化仅是由一物质由高浓度变成低浓度且过程伴随着吉布斯自由能转变成电能的一类电池。如图所示的浓度差电池示意图，下列有关说法正确的是()A．a极为原电池的负极B．c为Cu2＋交换膜C．电流计为0时，两极的CuSO4浓度相等D．转移1mol电子时，右池增重48g答案C解析左侧硫酸铜溶液浓度大，所以a极发生反应：Cu2＋＋2e－=Cu，为正极，右侧硫酸铜溶液浓度小，所以b极发生反应：Cu－2e－=Cu2＋，为负极，A错误；左侧消耗Cu2＋，右侧生成Cu2＋，为了平衡电荷，左侧的SOeq\o\al(2－,4)需迁移到右侧，所以c为阴离子交换膜，B错误；根据浓度差电池的定义可知当两室硫酸铜溶液浓度相等时，将不再产生电流，C正确；转移1mol电子时，右池生成0.5molCu2＋，左侧迁移0.5molSOeq\o\al(2－,4)到右侧，所以右池增重即0.5molCuSO4的质量，为0.5mol×160g·mol－1＝80g，D错误。4．甲池是一种常见的氢氧燃料电池，如图所示。一段时间乙池内，D中进入10mol混合气体，其中苯的物质的量分数为20%(杂质不参与反应)，C出来含苯的物质的量分数为10%的混合气体(不含H2，该条件下苯、环己烷都为气态)，下列说法不正确的是()A．甲池中A处通入O2，E处有O2放出，且体积一样(标准状况下测定)B．甲池中H＋由G极移向F极，乙池中H＋由多孔性惰性电极移向惰性电极C．乙池中惰性电极上发生：＋6H＋＋6e－=D．导线中共传导12mol电子答案D解析由题意和图示知，乙池中惰性电极处苯被还原为环己烷，故惰性电极发生还原反应为阴极，多孔性惰性电极为阳极，则G极与阴极相连，为原电池负极，F极为正极，则A处通入O2，E处为电解池阳极产物，阳极是水放电生成氧气和H＋，由于得失电子守恒，故两处的氧气的物质的量相同，体积相同，A正确；原电池中阳离子向正极移动，故甲池中H＋由G极移向F极，电解池中阳离子向阴极移动，故乙池中H＋由多孔性惰性电极移向惰性电极，B正确；乙池中，惰性电极处苯得到电子，被还原为环己烷，电极反应式为＋6H＋＋6e－=，C正确；10mol含20%苯的混合气体，经过电解生成10mol含苯10%的混合气体，则被还原的苯的物质的量为10mol×(20%－10%)＝1mol，由电极反应式得转移电子的物质的量为6mol，D错误。5．科学家设计出质子膜H2S燃料电池，实现了利用H2S废气资源回收能量并得到单质硫。质子膜H2S燃料电池的结构示意图如图所示。下列说法错误的是()A．电极a为电池的负极B．电极b上发生的电极反应：O2＋4H＋＋4e－=2H2OC．电路中每通过4mol电子，在正极消耗44.8LH2SD．每17gH2S参与反应，有1molH＋经质子膜进入正极区答案C解析该电池为燃料电池，通氧气的一极为正极，故电极b为正极，电极a为负极，A项正确；电极b为正极，氧气得电子生成水，B项正确；从装置图可以看出，电池总反应为2H2S＋O2=S2＋2H2O，电路中每通过4mol电子，正极应该消耗1molO2，负极应该有2molH2S反应，但是题目中没有给定标准状况下，所以负极消耗的H2S不一定是44.8L，故C错误；每17gH2S即0.5molH2S参与反应会消耗0.25molO2，根据正极反应式O2＋4H＋＋4e－=2H2O，可知有1molH＋经质子膜进入正极区，故D正确。6．利用微生物处理废水中的有机污染物是一个重要的研究课题。如图是一科研团队利用原电池原理设计的微生物电池装置，用于处理有机物Cm(H2O)n废水。下列有关说法正确的是()A．电极a为负极B．放电时H＋由电极a向电极b迁移C．电极a的电极反应式为MnO2＋4H＋＋2e－=Mn2＋＋2H2OD．当电路中有1mol电子通过时，通过质子交换膜的H＋为2mol答案C解析由图可知，a极Mn元素价态降低得电子，故a极为正极，电极反应式为MnO2＋4H＋＋2e－=Mn2＋＋2H2O，故A错误、C正确；放电时，阳离子向正极(a极)移动，故B错误；由电荷守恒可知，当电路中有1mol电子通过时，通过质子交换膜的H＋为1mol，故D错误。7．中国科学家研究出对环境污染小、便于铝回收的海水电池，其工作原理示意图如图所示，已知聚丙烯半透膜的作用是允许某类粒子通过。下列说法正确的是()A．电极Ⅰ为正极，其电极反应式为O2＋4H＋＋4e－=2H2OB．聚丙烯半透膜允许阳离子从右往左通过C．如果电极Ⅱ为活性镁铝合金，则负极区会逸出大量气体D．当负极质量减少5.4g时，正极消耗3.36L气体答案C解析该装置为原电池，由电子流向可知电极Ⅰ作正极，电极Ⅱ铝作负极。正极上得电子，发生还原反应，因介质为碱性，故电极反应式为O2＋2H2O＋4e－=4OH－，A错误；原电池中阳离子移向正极，阴离子移向负级，根据题意知铝要便于回收，所以聚丙烯半透膜不允许Al3＋通过，B错误；如果电极Ⅱ为活性镁铝合金，就会构成无数个微型原电池，镁为负极，铝为正极，溶液中H＋得电子产生氢气，所以负极区会逸出大量气体，C正确；题中未标明是否在标准状况下，故无法计算消耗气体的体积，D错误。8．2017～2020年，国家相继出台一系列政策，扶持光伏发电项目建设。图1是太阳能电池工作示意图，与图2装置联合可实现能量的转化和储存。下列有关说法正确的是()A．图2交换膜一定为阳离子交换膜B．图2右池电极反应为VO2＋－e－＋H2O=VOeq\o\al(＋,2)＋2H＋C．Y接太阳能电池N电极D．每转移1mol电子，图2右池溶液中n(H＋)的变化量为4mol答案B解析由题意知，图1为原电池，图2与图1联合时为电解池，由图2知，X电极发生还原反应，故X为阴极，与电源负极相连，由图1可知，电池的阳离子向P电极移动，所以P电极是太阳能电池的正极，N电极为负极，故X电极连接N电极，Y电极连接P电极，C错误；X电极流入电子，Y电极失去电子，为了维持电荷守恒，可以是阳极室的阳离子(如H＋)移入阴极室，也可以是阴极室的阴离子(如SOeq\o\al(2－,4))移入阳极室，故交换膜可以是阳离子或阴离子交换膜，A错误；由图2知，Y电极VO2＋失电子转化为VOeq\o\al(＋,2)，对应电极反应为VO2＋－e－＋H2O=VOeq\o\al(＋,2)＋2H＋，则每转移1mol电子，右池中有2molH＋生成，B正确、D错误。9．一种新型Na-CaFeO3可充电电池，其工作原理如图所示。下列说法正确的是()A．放电时，电流由M极经外电路流向N极B．充电时，M应与电源的正极相连接C．放电时，每生成1molNa2O，转移电子数为2molD．电极材料中，单位质量放出的电能：Na>Li答案C解析由工作原理图可知，Na电极发生的电极反应为Na－e－=Na＋，发生氧化反应，故M为负极，则N为电池正极，发生还原反应，电极反应为2CaFeO3＋2e－=2CaFeO2.5＋O2－。放电时，电流由正极经导线流向负极，即由N极经外电路流向M极，A错误；M极为原电池的负极，故充电时，M应与电源的负极相连接，B错误；根据得失电子守恒可知，放电时，每生成1molNa2O，转移电子数为2mol，C正确；电极材料中，Na的单位质量放出的电能为eq\f(1,23)，Li的单位质量放出的电能为eq\f(1,7)，D错误。10．氟离子电池是一种安全高效的新型可充电电池，工作示意图如图所示。充电时，甲电极连接外加电源的正极。下列说法正确的是()A．放电时，电子从甲电极流向乙电极B．放电时，乙电极的电极反应式为MgF2＋2e－=Mg＋2F－C．充电时，装置将化学能转化为电能D．充电时，导线上每通过0.1mol电子，乙电极质量减少1.9g答案D解析充电时，甲电极连接外加电源的正极，则充电时，甲电极为电解池的阳极，乙电极为阴极，则放电时，甲为正极，乙为负极，电子从乙电极流向甲电极，故A错误；放电时，乙电极为负极，电极反应式为Mg＋2F－－2e－=MgF2，故B错误；充电时，装置将电能转化为化学能，故C错误；充电时，乙电极为阴极，电极反应式为MgF2＋2e－=Mg＋2F－，所g，故D正确。11．乙烷电池装置如图所示(未通入乙烷之前，两极室内液体质量相等)，电池反应为C2H6＋7H2O2=2CO2＋10H2O(不考虑其他反应的影响)。下列说法正确的是()A．电池工作时H＋从右侧移向左侧B．电池负极的电极反应式为C2H6＋4H2O－14e－=2CO2＋14H＋C．质子交换膜可以换为阴离子交换膜D．若通入的乙烷全部放电后左右两极室内液体质量相差为5.8g，则电路中转移1.4mol电子答案B解析根据图示可知左侧电极为负极，右侧电极为正极。电池工作时H＋会向正极移动，即从左侧移向右侧，A错误；电池负极上C2H6失去电子生成CO2，则负极的电极反应式为C2H6＋4H2O－14e－=2CO2＋14H＋，正极的电极反应式是H2O2＋2e－＋2H＋=2H2O，总反应式为C2H6＋7H2O2=2CO2＋10H2O，若质子交换膜换为阴离子交换膜，则电池反应原理就会发生变化，因此不能使用阴离子交换膜，B正确、C错误；由电极正负极反应式可知，每有1molC2H6发生反应，电子转移14mol，则左室质量减少4mol×18g·mol－1＝72g，右室质量增加14g，即两室质量相差86g，当通入的乙烷全部放电后左右两极室内液体质相差为5.8g，则电路中转移eq\f(5.8g,86g)×14mol≈0.94mol电子，D错误。12．某固体酸燃料电池以CaHSO4固体为电解质传递H＋，其基本结构如图，电池总反应可表示为2H2＋O2=2H2O，下列有关说法正确的是()A．电子通过外电路从b极流向a极B．H＋由a极通过固体电解质传递到b极C．每转移0.1mol电子，消耗1.12LH2D．b极上的电极反应式为O2＋2H2O＋4e－=4OH－答案B解析因氢元素化合价升高失电子，则a为负极，电子通过外电路由a极流向b极，故A错误；原电池中，阳离子向正极移动，所以H＋由a极通过固体电解质传递到b极，B正确；负极电极反应式为H2－2e－=2H＋，但未给定气体状态，故C错误；该电池为酸性电池，则正极的电极反应为O2＋4e－＋4H＋=2H2O，故D错误。13．一种高性能的碱性硼化钒(VB2)-空气电池如图所示，其中在VB2电极发生反应：VB2＋16OH－－11e－=VOeq\o\al(3－,4)＋2B(OH)eq\o\al(－,4)＋4H2O，该电池工作时，下列说法正确的是()A．负载通过0.04mol电子时，有0.224LO2参与反应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=8B(OH)eq\o\al(－,4)＋4VOeq\o\al(3－,4)D．电子由VB2电极经负载、复合碳电极、KOH溶液回到VB2电极答案C解析根据图示的电池结构，左侧VB2失电子生成VOeq\o\al(3－,4)和B(OH)eq\o\al(－,4)，右侧空气中的氧气得电子生成OH－，电极反应式为O2＋4e－＋2H2O=4OH－，电池的总反应方程式为4VB2＋11O2＋20OH－＋6H2O=8B(OH)eq\o\al(－,4)＋4VOeq\o\al(3－,4)，C正确；未给定气体状态，A错误；正极区生成氢氧根离子，溶液的pH升高，负极区消耗氢氧根离子，溶液的pH减小，B错误；电子由VB2电极经负载流向复合碳电极，溶液中不能传递电子，D错误。14．锌电池具有价格便宜、比能量大、可充电等优点。一种新型锌电池的工作原理如图所示(凝胶中允许离子生成或迁移)。下列说法正确的是()A．放电过程中，SOeq\o\al(2－,4)向a极迁移B．充电过程中，b电极反应式为Zn2＋＋2e－=ZnC．充电时，a电极与电源正极相连D．放电过程中转移0.4mole－时，a电极消耗0.4molH＋答案C解析放电时阴离子向负极移动，放电时b极作负极，SOeq\o\al(2－,4)向b极迁移，故A错误；由电池的工作原理图可知，充电时b极为阴极发生还原反应，电极反应式为Zn(OH)eq\o\al(2－,4)＋2e－=Zn＋4OH－，故B错误；充电时a极为阳极，与电源正极相连，故C正确；由电池的工作原理图可知，放电时a极作正极，电极反应式为MnO2＋2e－＋4H＋=Mn2＋＋2H2O，转移0.4mole－时，a电极消耗0.8molH＋，故D错误。15．氨氮的生成与消除都具有重要意义。(1)电催化氮气还原合成氨是一种常温常压条件下利用水作为氢源的低碳环保路线，电催化合成氨装置如图：①a为__________极。②该装置总反应化学方程式为_________