第一部分专题十一化学能与电能电化学

[限时规范训练]单独成册1．深埋在潮湿土壤中的铁管道，在硫酸盐还原菌作用下，能被硫酸根腐蚀，其电化学腐蚀原理如图所示，下列与此原理有关说法错误的是()A．正极反应：SO2－4＋5H2O＋8e－===HS－＋9OH－B．输送暖气的管道不易发生此类腐蚀C．这种情况下，Fe腐蚀的最终产物为Fe2O3·xH2OD．管道上刷富锌油漆可以延缓管道的腐蚀解析：原电池的正极发生还原反应，由题图可知发生的电极反应为SO2－4＋5H2O＋8e－===HS－＋9OH－，故A正确；硫酸盐还原菌是蛋白质，在高温下易变性，失去催化能力，则输送暖气的管道不易发生此类腐蚀，故B正确；由题意可知，深埋在土壤中，即在缺氧环境中，Fe腐蚀的最终产物不能为Fe2O3·xH2O，故C错误；管道上刷富锌油漆，形成Zn­Fe原电池，Fe变为正极，可以延缓管道的腐蚀，故D正确。答案：C2.(2019·黑龙江大庆模拟)一种热激活电池可用作导弹、火箭的工作电源。热激活电池中作为电解质的固体LiCl­KCl混合物受热熔融后，电池即可瞬间输出电能。该电池总反应为：PbSO4＋2LiCl＋Ca===CaCl2＋Li2SO4＋Pb，下列有关说法正确的是()A．负极反应式：PbSO4＋2e－＋2Li＋===Li2SO4＋PbB．放电过程中，电流由钙电极流向硫酸铅电极C．室温下，电池工作每转移0.1mol电子，理论上生成10.35gPbD．放电过程中，Cl－向负极移动解析：A.原电池的正极为PbSO4电极，发生还原反应，电极方程式为PbSO4＋2e－＋2Li＋===Li2SO4＋Pb，故A错误；B.放电过程中，Ca被氧化生成CaCl2，为原电池的负极，PbSO4发生还原反应，为原电池的正极，电流由硫酸铅电极流向钙电极，故B错误；C.电解质熔融状态下，由电极方程式PbSO4＋2e－＋2Li＋===Li2SO4＋Pb可知每转移0.1mol电子，理论上生成0.05molPb，生成Pb的质量为207×0.05g＝10.35g，但常温下，电解质不是熔融态，离子不能移动，不能产生电流，故C错误；D.放电时，内电路中，阳离子向正极移动，阴离子向负极移动，即Cl－向负极移动，故D正确。答案：D3.(2019·广东肇庆二模)如图是利用一种微生物将废水中的有机物(如淀粉)和废气NO的化学能直接转化为电能，下列说法中一定正确的是()A．质子透过阳离子交换膜由右向左移动B．电子流动方向为N→Y→X→MC．M电极反应式：(C6H10O5)n＋7nH2O－24ne－===6nCO2↑＋24nH＋D．当M电极微生物将废水中16.2g淀粉转化掉时，N电极产生134.4LN2(标况下)解析：A.由题意利用一种微生物将废水中有机物[主要成分是(C6H10O5)n]的化学能转化为电能的装置，即为原电池，质子透过阳离子交换膜，从左向右移动，故A错误；B.电子流动方向从负极经过导线到正极，为M→X→Y→N，故B错误；C.M极为有机物，M极为负极，发生氧化反应，负极的电极反应为(C6H10O5)n＋7nH2O－24ne－===6nCO2↑＋24nH＋，故C正确；D.当M电极微生物将废水中16.2g淀粉转化掉时，物质的量为110nmol，所以转移电子的物质的量为：110n×24n＝2.4mol，而生成1mol的氮气转移电子的物质的量为4mol，所以生成0.6mol的氮气，标况下的体积为13.44L，故D错误。答案：C4．(2019·湖北沙市模拟)某种浓差电池的装置如下图所示，碱液室中加入电石渣浆液[主要成分为Ca(OH)2]，酸液室通入CO2(以NaCl为支持电解质)，产生电能的同时可生产纯碱等物质。下列叙述错误的是()A．电子由M极经外电路流向N极B．N电极区的电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑C．在碱液室可以生成NaHCO3、Na2CO3D．放电一段时间后，酸液室溶液pH增大解析：A.电极M为电池的负极，电子由M极经外电路流向N极，故A项正确；B.酸液室中的氢离子透过质子交换膜，在电极N表面得到电子生成氢气，N电极区的电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑，故B项正确；C.酸液室与碱液室之间为阴离子交换膜，钠离子不能进入碱液室，应在酸液室得到NaHCO3、Na2CO3，故C项错误；D.放电一段时间后，酸液室氢离子被消耗，最终得到NaHCO3、Na2CO3，溶液pH增大，故D项正确。答案：C5．(2019·河北张家口模拟)一种检测空气中甲醛(HCHO)含量的电化学传感器的工作原理如图所示。下列说法正确的是()A．传感器工作时，工作电极电势高B．工作时，H＋通过质子交换膜向工作电极附近移动C．当导线中通过1.2×10－6mol电子，进入传感器的甲醛为3×10－3mgD．工作时，对电极区电解质溶液的pH增大解析：A.HCHO在工作电极失电子被氧化，做原电池的负极，工作电极电势低，故A项错误；B.根据原电池工作原理易知，工作时，溶液中的阳离子(氢离子)向电源的正极移动，即对电极方向，故B项错误；C.负极反应为HCHO＋H2O－4e－===CO2＋4H＋，当电路中转移1.2×10－6mol电子时，消耗HCHO的物质的量为14×1.2×10－6mol＝3.0×10－7mol，则HCHO质量为3.0×10－7mol×30g/mol＝9×10－3mg，故C项错误；D.工作时，对电极的电极反应为：4H＋＋O2＋4e－===2H2O，反应后生成水，虽然有相同数量的氢离子从负极迁移过来，但是，由于溶液的体积增大，正极区溶液的酸性减弱，其pH值增大(若忽略溶液的体积变化，则pH基本不变)，故D项正确。答案：D6．(2019·山东师范大学附中八模)如图是一种利用锂电池“固定CO2”的电化学装置，在催化剂的作用下，该电化学装置放电时可将CO2转化为C和Li2CO3，充电时选用合适催化剂，仅使Li2CO3发生氧化反应释放出CO2和O2。下列说法中正确的是()A．该电池放电时，Li＋向电极X方向移动B．该电池充电时，电极Y与外接直流电源的负极相连C．该电池放电时，每转移4mol电子，理论上生成1molCD．该电池充电时，阳极反应式为：C＋2Li2CO3－4e－===3CO2↑＋4Li解析：A.电池放电时，CO2转变成C和Li2CO3过程中，CO2中＋4价C元素得到电子化合价降低，3CO2＋4e－＋4Li＋===C＋2Li2CO3，该反应发生在原电池正极即电极Y，负极X：Li－e－===Li＋，因此Li＋向Y电极移动，A错误。B.充电时选用合适催化剂，仅使Li2CO3发生氧化反应释放出CO2和O2，在此过程中，O元素失去电子从－2价变成0价，2Li2CO3－4e－===4Li＋＋2CO2↑＋O2↑，因此Y为阳极，连接电源正极，B错误。C.由上述A的电极反应可以得到，当电路中转移4mol电子时正极有1molC生成，C正确。D.由上述B可得D错误。正确答案C。答案：C7．曾在南充求学和工作过的青年学者孙旭平及其领衔团队，近日成功利用Mo2N纳米催化剂在0.1mol·L－1盐酸溶液中进行电催化固氮，装置如图所示，在一定电压下具有较高的产氨速率。下列判断错误的是()A．Mo2N/GCE电极为阴极B．溶液中H＋通过隔膜向Mo2N/GCE电极区迁移C．Mo2N/GCE电极区反应式为N2＋6H＋＋6e－===2NH3D．为提高溶液的导电性，可在石墨电极区加入适量的盐酸解析：根据装置图，该装置具有外加电源，装置为电解池装置，左侧电极N2→NH3，N的化合价降低，根据电解原理，Mo2N/GCE为阴极，石墨为阳极，阴极反应式为N2＋6H＋＋6e－===2NH3，阳极反应式为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，根据上述分析，故A、B、C说法正确；石墨电极区加入适量的盐酸，则还原性强的氯离子优先放电，生成氯气，故D错误。答案：D8．用一种阴、阳离子双隔膜三室电解槽处理废水中的NH＋4，模拟装置如图所示。下列说法正确的是()A．阳极室溶液由无色变成棕黄色B．电解一段时间后，阴极室溶液中的溶质一定是(NH4)3PO4C．电解一段时间后，阴极室溶液中的pH升高D．当电路中通过1mol电子的电量时，阴极有0.25mol的O2生成解析：A项，Fe为阳极，阳极上Fe失电子发生氧化反应生成Fe2＋，所以溶液变浅绿色，错误；B项，电解时，溶液中NH＋4向阴极室移动，H＋放电生成H2，所以阴极室中溶质为(NH4)3PO4或NH4H2PO4、(NH4)2HPO4，错误；C项，电解时，阴极上H＋放电生成H2，溶液中c(OH－)增大，溶液中pH升高，正确；D项，阴极生成H2，错误。答案：C9．ClO2是一种安全稳定的消毒剂。工业上利用惰性电极电解氯化铵和盐酸制备ClO2的原理如图所示，下列有关说法错误的是()A．b电极接直流电源的负极B．a电极上的电极反应式为NH＋4－6e－＋3Cl－===NCl3＋4H＋C．若有2gH2生成，通过阴离子交换膜的Cl－的物质的量为1molD．ClO2发生器中反应的离子方程式为6ClO－2＋NCl3＋3H2O===6ClO2↑＋NH3↑＋3Cl－＋3OH－解析：由题图知b电极上产生氢气，发生还原反应，故b电极是阴极，与直流电源负极相连，A项正确；由题图知a电极上有NCl3生成，故参与放电的离子有NH＋4与Cl－，B项正确；当有2gH2生成时，电路中有2mol电子发生转移，通过阴离子交换膜的Cl－的物质的量为2mol，C项错误；由题图中信息知，生成物有ClO2、NH3、NaCl、NaOH，故反应物有NCl3、ClO－2，再结合电荷守恒等分析知D项正确。答案：C10．如图为一定条件下采用多孔惰性电极的储氢电池充电装置(忽略其他有机物)的示意图。已知储氢装置的电流效率η＝生成目标产物消耗的电子数转移的电子总数×100%，下列说法不正确的是()A．若η＝75%，则参加反应的苯为0.8molB．该过程中通过C—H键断裂实现氢的储存C．采用多孔电极增大了接触面积，可降低电池的能量损失D．生成目标产物的电极反应式为＋6e－＋6H＋===解析：根据图示，苯加氢发生还原反应生成环己烷，装置中右侧电极为阴极，左侧电极为阳极，根据放电顺序，左侧电极的电极反应式为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，生成1.6molO2时失去电子的物质的量为6.4mol，根据阴、阳极得失电子总数相等，阴极得到电子的物质的量为6.4mol，若η＝75%，则生成环己烷消耗的电子的物质的量为6.4mol×75%＝4.8mol，阴极发生的电极反应为＋6e－＋6H＋===，参加反应的苯的物质的量n()＝4.8mol÷6＝0.8mol，A项正确；该过程中苯被还原为环己烷，C—H键没有断裂，形成了新的C—H键，B项错误；采用多孔电极增大了接触面积，使反应更充分，可降低电池能量损失，C项正确；储氢是将苯转化为环己烷，电极反应式为＋6e－＋6H＋===，D项正确。答案：B11．磷酸铁锂电池是一种高效环保的新型电池，装置如图所示，其中LiFePO4附着在铝箔表面，石墨材料附着在铜箔表面，电解质为溶解在有机溶剂中的锂盐，电池工作时的总反应为LiFePO4＋6C充电放电Li1－xFePO4＋LixC6。下列说法错误的是()(已知：法拉第常数F＝96500C/mol，电流利用效率＝负载利用电量电池输出电量×100%)A．充电时，阳极的电极反应式为LiFePO4－xe－===Li1－xFePO4＋xLi＋B．聚合物隔膜应为阳离子交换膜C．放电时，负极质量增加D．用该电池电解精炼铜，若电流强度I＝2.0A，工作10分钟后得到铜0.32g，则电流利用效率约为80.4%解析：电池工作时的总反应为LiFePO4＋6C充电放电Li1－xFePO4＋LixC6，充电时，LiFePO4在阳极上失电子发生氧化反应LiFePO4－xe－===Li1－xFePO4＋xLi＋，A项正确；从图中可以看出Li＋发生迁移，故聚合物隔膜应为阳离子交换膜，B项正确；放电时，负极LixC6失电子发生氧化反应LixC6－xe－===6C＋xLi＋，Li＋从负