2023高考化学二轮复习-第6讲新型电池和电解原理的应用题组训练

第6讲新型电池和电解原理的应用1．(2021年全国甲卷第13题)乙醛酸是一种重要化工中间体，可果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问两极迁移。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-=+H2OC.制得2mol乙醛酸，理论上外电路中迁移了1mol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2．(2021·重庆模拟)我国科研工作者研制出基于PANa(聚丙烯酸钠)电解质的Zn/NiCo­LDMH可充电电池，该电池具有高容量和超长循环稳定性。电池反应为5Zn＋6CoOOH＋4NiOOH＋5H2O5ZnO＋6Co(OH)2＋4Ni(OH)2。PANa是一种超强吸水聚合物，吸收大量Zn(CH3COO)2和KOH溶液作为水和离子含量调节剂形成水凝胶电解质，示意图如图。下列说法错误的是()A．PANa是一种有机高分子聚合物，在水溶液中不会发生电离B．PANa具有超强吸水性可避免电池充放电过程中因失水使离子导电率下降C．放电时，负极附近pH减小D．充电时，阳极反应为3Co(OH)2＋2Ni(OH)2－5e－＋5OH－=3CoOOH＋2NiOOH＋5H2O3．(2021年1月新高考8省联考·湖北卷)研究发现，在酸性乙醇燃料电池中加入硝酸，可使电池持续大电流放电，其工作原理如下图所示。下列说法错误的是()A．加入HNO3降低了正极反应的活化能B．电池工作时正极区溶液的pH降低C．1molCH3CH2OH被完全氧化时有3molO2被还原D．负极反应为CH3CH2OH＋3H2O－12e－=2CO2＋12H＋4．(2021·浙江选考)镍镉电池是二次电池，其工作原理示意图如下(L为小灯泡，K1、K2为开关，a、b为直流电源的两极)。下列说法不正确的是()A．断开K2、合上K1，镍镉电池能量转化形式：化学能→电能B．断开K1、合上K2，电极A为阴极，发生还原反应C．电极B发生氧化反应过程中，溶液中KOH浓度不变D．镍镉二次电池的总反应式：Cd＋2NiOOH＋2H2OCd(OH)2＋2Ni(OH)25．(2020·浙江选考)电解高浓度RCOONa(羧酸钠)的NaOH溶液，在阳极RCOO－放电可得到R—R(烷烃)。下列说法不正确的是()A．电解总反应方程式：2RCOONa＋2H2Oeq\o(=,\s\up7(通电))R—R＋2CO2↑＋H2↑＋2NaOHB．RCOO－在阳极放电，发生氧化反应C．阴极的电极反应：2H2O＋2e－=2OH－＋H2↑D．电解CH3COONa、CH3CH2COONa和NaOH混合溶液可得到乙烷、丙烷和丁烷6.(2020·山东选考)采用惰性电极，以去离子水和氧气为原料通过电解法制备双氧水的装置如图所示。忽略温度变化的影响，下列说法错误的是()A．阳极反应为2H2O－4e－=4H＋＋O2↑B．电解一段时间后，阳极室的pH未变C．电解过程中，H＋由a极区向b极区迁移D．电解一段时间后，a极生成的O2与b极反应的O2等量7．(2021年1月新高考8省联考·江苏卷)利用电解法将CO2转化为CH4的原理如图所示。下列说法正确的是()A．电解过程中，H＋由a极区向b极区迁移B．电极b上反应为CO2＋8HCOeq\o\al(－,3)－8e－=CH4＋8COeq\o\al(2－,3)＋2H2OC．电解过程中化学能转化为电能D．电解时Na2SO4溶液浓度保持不变8．(2021·烟台模拟)相同金属在其不同浓度盐溶液中可形成浓差电池。如图所示装置是利用浓差电池电解Na2SO4溶液(a、b电极均为石墨电极)，可以制得O2、H2、H2SO4和NaOH。下列说法不正确的是()A．a电极的电极反应式为4H2O＋4e－=2H2↑＋4OH－B．c、d离子交换膜依次为阳离子交换膜和阴离子交换膜C．电池放电过程中，Cu(1)电极上的电极反应式为Cu2＋＋2e－=CuD．电池从开始工作到停止放电，电解池理论上可制得320gNaOH9．(2021年1月新高考8省联考·广东卷)环氧乙烷(C2H4O)常用于医用消毒，一种制备方法为：使用惰性电极电解KCl溶液，用Cl－交换膜将电解液分为阴极区和阳极区，其中一区持续通入乙烯；电解结束，移出交换膜，两区混合反应：HOCH2CH2Cl＋OH－=Cl－＋H2O＋C2H4O。下列说法错误的是()A．乙烯应通入阴极区B．移出交换膜前存在反应Cl2＋H2OHCl＋HClOC．使用Cl－交换膜阻止OH－通过，可使Cl2生成区的pH逐渐减小D．制备过程的总反应为H2C=CH2＋H2O=H2↑＋C2H410．(2021年1月新高考8省联考·辽宁卷)在N­羟基邻苯二甲酰亚胺(NHPI)介质中，可实现醇向醛的转化，原理如图。下列说法错误的是()A．理论上NHPI的总量在反应前后不变B．海绵Ni电极作阳极C．总反应为D．每消耗1mmol苯甲醇，产生22.4mL氢气11．(2021年1月新高考8省联考·重庆卷)双极膜在电渗析中应用广泛，它是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H2О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↑12．(2020·全国卷Ⅲ)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，下列说法错误的是()A．负载通过0.04mol电子时，有0.224L(标准状况)O2参与反应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．电流由复合碳电极经负载、VB2电极、KOH溶液回到复合碳电极13．(2020·天津等级考)熔融钠­硫电池性能优良，是具有应用前景的储能电池。如图中的电池反应为2Na＋xSeq\o(,\s\up7(放电),\s\do5(充电))Na2Sx(x＝5～3，难溶于熔融硫)。下列说法错误的是()A．Na2S4的电子式为B．放电时正极反应为xS＋2Na＋＋2e－=Na2SxC．Na和Na2Sx分别为电池的负极和正极D．该电池是以Na­β­Al2O3为隔膜的二次电池14．(2021年1月新高考8省联考·辽宁卷)Hg­Hg2SO4标准电极常用于测定其他电极的电势，测知Hg­Hg2SO4电极的电势高于Cu电极的电势。以下说法正确的是()A．K2SO4溶液可用CCl4代替B．Hg­Hg2SO4电极反应为Hg2SO4－2e－=2Hg＋SOeq\o\al(2－,4)C．若把Cu­CuSO4体系换作Zn­ZnSO4体系，电压表的示数变大D．微孔瓷片起到阻隔离子通过的作用15．(2020·全国卷Ⅰ)科学家近年发明了一种新型Zn­CO2水介质电池。电池示意图如下，电极为金属锌和选择性催化材料。放电时，温室气体CO2被转化为储氢物质甲酸等，为解决环境和能源问题提供了一种新途径。下列说法错误的是()A．放电时，负极反应为Zn－2e－＋4OH－=Zn(OH)eq\o\al(2－,4)B．放电时，1molCO2转化为HCOOH，转移的电子数为2molC．充电时，电池总反应为2Zn(OH)eq\o\al(2－,4)=2Zn＋O2↑＋4OH－＋2H2OD．充电时，正极溶液中OH－浓度升高16．电化学在现代生活、生产和科学技术的发展中发挥着越来越重要的作用。(1)甲醇燃料电池能量转化率高、对环境无污染，具有很高的应用前景。其工作原理如图所示。①A处的电极反应式为__________________________________________，电池工作一段时间后，电解质溶液的pH______(填“增大”“不变”或“减小”)。②利用该电池及惰性电极电解4L饱和KCl溶液，产生448mL(标准状况)Cl2时(假设全部逸出并收集，忽略溶液体积的变化)，所得溶液(25℃)的pH为________。(2)利用微生物燃料电池处理某废水的工作原理如图所示。①该电池的正极为__________(填“a”或“b”)，a电极反应式为______________________________。②当电路中有0.6mole－转移时，通过质子交接膜的H＋数目为________。(3)绿色环保的全钒液流电池工作原理如图所示。①电池放电时电极A为正极。充电时，A电极反应式为__________________________，H＋移动方向为________(填“A→B”或“B→A”)。②电极A与电极B之间质子交换膜的作用__________________________________________。17.(1)Fe3O4中含有二价铁、三价铁，分别表示为Fe(Ⅱ)、Fe(Ⅲ)，以Fe3O4/Pd为催化材料，可实现用H2消除酸性废水中的致癌物NOeq\o\al(－,2)，其反应过程示意图如图所示，则在Pd上发生的电极反应为__________________________。用该法处理后水体的pH________(填“升高”“降低”或“不变”)。(2)催化剂协同零价铁(Fe)可将地下水体中NOeq\o\al(－,3)转化为N2，不同初始pH下零价铁催化还原脱除地下水体中NOeq\o\al(－,3)的实验数据和反应的过程如图所示。为有效降低水体中氮元素的含量，宜调整水体pH为4.2，解释当水体pH<4.2时，随pH减小，N2生成率逐渐降低的原因是____________________________________________。18．(2021年1月新高考8省联考·河北卷)我国科学家最近发明了一种Zn­PbO2电池，电解质为K2SO4、H2SO4和KOH，由a和b两种离子交换膜隔开，形成A、B、C三个电解质溶液区域，结构示意图如下：回答下列问题：(1)电池中，Zn为_____________极，B区域的电解质为_________(填“K2SO4”“H2SO4”或(2)电池反应的离子方程式为________________________________________________________________________________________________________________________。(3)阳离子交换膜为图中的________膜(填“a”或“b”)。(4)此电池中，消耗6.5gZn，理论上可产生的容量(电量)为_________________毫安时(mAh)(1mol电子的电量为1F，F＝96500C·mol－1，结果保留整数)(5)已知E为电池电动势(电池电动势即电池的理论电压，是两个电极电位之差，E＝E(＋)－E(－))，ΔG为电池反应的自由能变，则该电池与传统铅酸蓄电池相比较，Eeq\a\vs4\al(Zn­PbO2)_________Eeq\a\vs4\al(Pb­PbO2)；ΔGeq\a\vs4\al(Zn­PbO2)________ΔGeq\a\vs4\al(Pb­PbO2)(填“>”或“<”)。(6)Zn是一种重要的金属材料，工业上一般先将ZnS氧化，再采用热还原或者电解法制备。利用H2还原ZnS也可得到Zn，其反应式如下：ZnS(s)＋H2(g)eq\o(,\s\up7(催化剂),\s\do5(高温))Zn(s)＋H2S(g)727℃时，上述反应的平衡常数Kp＝2.24×10－6。此温度下，在盛有ZnS的刚性容器内通入压强为1.01×105Pa的H2，达平衡时H2S的分压为________Pa(结果保留两位小数)。第6讲新型电池和电解原理的应用答案及解析1.【答案】D【解析】该装置通电时，乙二酸被还原为乙醛酸，因此铅电极为电解池阴极，石墨电极为电解池阳极，阳极上Br-被氧化为Br2，Br2将乙二醛氧化为乙醛酸，双极膜中间层的H+在直流电场作用下移向阴极，OH-移向阳极。A．KBr在上述电化学合成过程中除作电解质外，同时还是电解过程中阳极的反应物，生成的Br2为乙二醛制备乙醛酸的中间产物，故A错误；B．阳极上为Br-失去电子生成Br2，Br2将乙二醛氧化为乙醛酸，故B错误；C．电解过程中阴阳极均生成乙醛酸，1mol乙二酸生成1mol乙醛酸转移电子为2mol，1mol乙二醛生成1mol乙醛酸转移电子为2mol，根据转移电子守恒可知每生成1mol乙醛酸转移电子为1mol，因此制得2mol乙醛酸时，理论上外电路中迁移了2mol电子，故C错误；D．由上述分析可知，双极膜中间层的H+在外电场作用下移向阴极，即H+移向铅电极，故D正确；综上所述，说法正确的是D项，故答案为D。2.【答案】A【解析】PANa在水溶液中电离出聚丙烯酸根离子和Na＋，应为离子化合物，A项错误；PANa是一种超强吸水聚合物，具有超强吸水性，可避免电池充放电过程中因失水使离子导电率下降，B项正确；分析题给电池反应，放电时，Zn的化合价升高，失去电子，作负极，电极反应为Zn－2e－＋2OH－=ZnO＋H2O，负极附近OH－浓度降低，pH减小，C项正确；充电时，Co(OH)2和Ni(OH)2在阳极失去电子得到CoOOH和NiOOH，电极反应为3Co(OH)2＋2Ni(OH)2＋5OH－－5e－=3CoOOH＋2NiOOH＋5H2O，D项正确。3.【答案】B【解析】由分析知，HNO3在正极起催化作用，作催化剂，则加入HNO3降低了正极反应的活化能，故A正确；电池工作时正极区的总反应为O2＋4e－＋4H＋=2H2O，则溶液中氢离子浓度减小，pH增大，故B错误；根据得失电子守恒可知，1molCH3CH2OH被完全氧化时，转移12mol电子，则有3molO2被还原，故C正确；由分析知，负极反应为CH3CH2OH＋3H2O－12e－=2CO2＋12H＋，故D正确。4.【答案】C【解析】由图可知，闭合K1时放电，化学能转化为电能，闭合K2时充电，A为阴极，B为阳极。由图可知总反应式为Cd＋2NiOOH＋2H2Oeq\o(,\s\up7(放电),\s\do5(充电))Cd(OH)2＋2Ni(OH)2。5.【答案】A【解析】CO2可与NaOH反应，故电解后不能得到CO2，A项错误；阳极发生失电子的氧化反应，B项正确；阴极得电子，电极反应为2H2O＋2e－=2OH－＋H2↑，C项正确；根据电解RCOONa的NaOH溶液生成R—R可知，电解CH3COONa、CH3CH2COONa和NaOH的混合溶液，CH3—、CH3CH2—可结合成乙烷、丙烷、丁烷，D项正确。6.【答案】D【解析】结合题图，可知a极上产生O2，发生的反应为水被氧化生成O2的反应，即a极为阳极，b极为阴极，A项正确；电解一段时间后，溶液中H＋浓度未变，即阳极室的pH未变，B项正确；电解过程中H＋通过质子交换膜，从a极区向b极区迁移，C项正确；由阴、阳极的电极反应式，可知电解一段时间后，b极消耗O2的量是a极生成O2的量的2倍，即a极生成的O2与b极反应的O2的量不相等，D项错误。7.【答案】A【解析】由a极生成O2可以判断出a极为阳极，b为阴极，阳离子向阴极流动。则H＋由a极区向b极区迁移，故A正确；电极b上发生还原反应，电极反应式为CO2＋8HCOeq\o\al(－,3)＋8e－=CH4＋8COeq\o\al(2－,3)＋2H2O，故B错误；电解过程中是电能转化为化学能，故C错误；电解时OH－比SOeq\o\al(2－,4)更容易失去电子，所以电解Na2SO4溶液的实质是电解水，溶液中的水发生消耗，所以Na2SO4溶液的浓度是增大的，故D错误。8.【答案】D【解析】浓差电池放电过程中，Cu(1)电极上发生使Cu2＋浓度降低的还原反应，作正极，Cu(2)电极上发生使Cu2＋浓度升高的氧化反应，作负极，则a电极为电解池的阴极，H2O中的H＋得到电子发生还原反应生成H2，电极反应式为4H2O＋4e－=2H2↑＋4OH－，A项正确；电解过程中，硫酸钠溶液中的Na＋通过阳离子交换膜c进入阴极区，SOeq\o\al(2－,4)通过阴离子交换膜d进入阳极区，B项正确；电池放电过程中，Cu(1)电极作正极，电极反应式为Cu2＋＋2e－=Cu，C项正确；电池从开始工作到停止放电，正极区硫酸铜溶液的浓度由2.5mol·L－1降低到1.5mol·L－1，负极区硫酸铜溶液的浓度同时由0.5mol·L－1升到1.5mol·L－1，正极反应还原Cu2＋的物质的量为2L×(2.5－1.5)mol·L－1＝2mol，电路中转移4mol电子，电解池的阴极生成4molOH－，即阴极区可得4mol氢氧化钠，其质量为160g，D项错误。9.【答案】A【解析】环氧乙烷的制备原理：Cl－在阳极被氧化生成Cl2，Cl2与水发生反应Cl2＋H2OHCl＋HClO，HClO与乙烯发生加成反应生成HOCH2CH2Cl；阴极区水电离出的氢离子放电生成氢气，同时产生氢氧根，电解结束，移出交换膜，两区混合反应：HOCH2CH2Cl＋OH－=Cl－＋H2O＋C2H4O。阳极区产生HClO，所以乙烯通入阳极区，故A错误；根据分析可知阳极氧化生成的氯气会与水发生反应Cl2＋H2OHCl＋HClO，故B正确；根据分析可知阳极区会产生HCl，使用Cl－交换膜阻止OH－通过，HCl的浓度不断增大，pH逐渐减小，故C正确；根据分析可知该反应过程中KCl并没有被消耗，实际上是水、乙烯反应，总反应为H2C=CH2＋H2O=H2↑＋C2H4O，故D10.【答案】D【解析】根据题意可知，NHPI在阳极区参与反应，又在阴极区为生成物，因此理论上NHPI的总量在反应前后不发生改变，A正确；Ni2＋在海绵Ni电极失去电子得到Ni3＋，发生氧化反应，则海绵Ni为阳极，B正确；阳极反应式为Ni2＋－e－=Ni3＋，阳极区同时还发生反应：Ni3＋＋NHPI→Ni2＋＋PINO，阴极反应式为2H＋＋2e－=H2，阴极区同时还发生反应：，因此总反应为，C正确；未指明标准状况，不能用Vm＝22.4L·mol－1进行计算，D错误。11.【答案】D【解析】电解时，溶液中的阳离子向阴极移动，阴离子向阳极移动，溶液中的Na＋向阴极移动，与双极膜提供的氢氧根离子结合，出口2的产物为NaOH溶液，A错误；电解时，溶液中的阳离子向阴极移动，阴离子向阳极移动，溶液中的Br－向阳极移动，与双极膜提供的氢离子结合，故出口4的产物为HBr溶液，钠离子不能通过双极膜，故出口5不是硫酸，B错误；结合选项B，Br－不会从盐室最终进入阳极液中，C错误；电解池阴极处，发生的反应是物质得到电子被还原，发生还原反应，水解离成H＋和OH－，则在阴极处发生的反应为2H＋＋2e－=H2↑，D正确。12.【答案】B【解析】由题给信息知VB2电极上发生失电子的氧化反应，则VB2电极为负极，复合碳电极为正极，正极的电极反应式为O2＋4e－＋2H2O=4OH－，则电路中通过0.04mole－时，正极有0.01molO2参加反应，其在标准状况下的体积为0.224L，A项正确；由正、负极的电极反应式可知，该电池工作时，负极区溶液的pH降低，正极区溶液的pH升高，B项错误；该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项正确；电流与电子的流动方向相反，电流从正极出发，沿负载流向负极，再经过溶液最终回到正极，D项正确。13.【答案】C【解析】Na2S4中Seq\o\al(2－,4)中硫原子间以非极性键结合，每个硫原子最外层均达到8电子稳定结构，A项正确；放电时正极上S发生还原反应，正极反应为xS＋2Na＋＋2e－=Na2Sx，B项正确；熔融钠为负极，熔融硫(含碳粉)为正极，C项错误；由图可知，D项正确。14.【答案】C【解析】CCl4为非电解质，不能导电，因此不能用CCl4代替K2SO4溶液，A错误；Hg­Hg2SO4电极为正极，其电极反应式为Hg2SO4＋2e－=2Hg＋SOeq\o\al(2－,4)，B错误；由于Cu­CuSO4体系是电池的负极，失去电子发生氧化反应，若换成更加活泼的Zn­ZnSO4体系，更容易失去电子，电压表的示数变大，C正确；微孔瓷片起到便于离子通过，而阻隔溶液通过的作用，D错误。15.【答案】D【解析】由题给装置图可知，放电时负极锌失去电子后结合OH－生成Zn(OH)eq\o\al(2－,4)，负极反应为Zn－2e－＋4OH－=Zn(OH)eq\o\al(2－,4)，A项正确；放电时，正极上CO2得电子生成HCOOH，CO2中C的化合价为＋4价，HCOOH中C的化合价为＋2价，1molCO2转化为1molHCOOH，转移2mol电子，B项正确；充电时，阴极上Zn(OH)eq\o\al(2－,4)参与反应得到锌，阳极上H2O参与反应得到氧气，电池总反应为2Zn(OH)eq\o\al(2－,4)=2Zn＋O2↑＋4OH－＋2H2O，C项正确；充电时，阳极上发生失电子的氧化反应2H2O－4e－=O2↑＋4H＋，OH－浓度降低，D项错误。16．【答案】：(1)①CH3OH＋8OH－－6e－=COeq\o\al(2－,3)＋6H2O减小②12(2)①bH2S＋4H2O－8e－=SOeq\o\al(2－,4)＋10H＋②0.6NA或3.612×1023(3)①VO2＋＋H2O－e－=VOeq\o\al(＋,2)＋2H＋A→B②避免氧化剂与还原剂直接接触(其他合理答案也可)17.【解析】(1)由图中可看出在Pd上发生的电极反应为H2－2e－=2H＋；H2消除NOeq\o\al(－,2)的总反应为2NOeq\o\al(－,2)＋2H＋＋3H2=N2＋4H2O，故用该法处理后水体的pH升高。(2)水体pH减小，H＋浓度增大，会生成更多的H，使NOeq\o\al(－,3)被还原的中间产物NH继续与H、H＋反应生成NHeq\o\al(＋,4)，减少N2的生成。答案：(1)H2－2e－=2H＋升高(2)pH减小，c(H＋)增大，生成H越多，使生成NH与H、H＋反应生成的NHeq\o\al(＋,4)增多，减少了N2的生成18.【解析】(1)根据图示可知Zn电极失去电子Zn2＋与溶液中的OH－结合形成Zn(OH)eq\o\al(2－,4)，所以Zn电极为负极；在A区