《2023届新高考化学一轮分层练案(二十七)新型化学电源、离子交换膜的应用.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2023届新高考化学一轮分层练案(二十七)新型化学电源、离子交换膜的应用.docx（11页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、一轮分层练案（二十七） 新型化学电源、离子交换膜的应用（题型课）一、选择题(本题包括10小题，每小题只有1个选项符合题意)1一种碳纳米管新型二次电池的装置如图所示。下列说法中正确的是()A离子交换膜选用阳离子交换膜(只允许阳离子通过)B正极的电极反应为NiO(OH)H2Oe=Ni(OH)2OHC导线中通过1 mol电子时，理论上负极区溶液质量增加1 gD充电时，碳电极与电源的正极相连【答案】B根据装置图，碳电极通入氢气，发生氧化反应，电极反应为H22e2OH=2H2O，Ni电极NiO(OH)Ni(OH)2，发生还原反应，电极反应为NiO(OH)H2Oe=Ni(OH)2OH，碳电极是负极，Ni电
2、极是正极。离子交换膜选用阴离子交换膜(只允许阴离子通过)，故A错误，B正确；导线中通过1 mol电子时，负极生成1 mol水，理论上负极区溶液质量增加18 g，故C错误；充电时，负极与电源负极相连，所以碳电极与电源的负极相连，故D错误。2我国科学家设计二氧化碳熔盐捕获及电化学转化装置，其示意图如下：下列说法正确的是()Ab为电源的负极，d为电解池的阳极B过程中捕获CO2时碳的化合价发生了变化Ca极的电极反应式为2C2O4e=4CO2O2D上述装置中总反应的化学方程式为CO2=CO2【答案】C总反应为CO2CO2。a电极为C2O失去电子，发生氧化反应生成氧气，是电解池的阳极，连接电源的正极，即b
3、为正极，A错误；过程捕获CO2时生成的C2O中的碳元素的化合价是4价，捕获CO2时生成的CO中的碳元素的化合价是4价，碳的化合价均未发生变化，B错误；由电解装置可知，a极的电极反应式为2C2O4e=4CO2O2，C正确；由电解装置可知，a电极生成氧气，d电极为碳酸根得电子生成碳单质，电解总反应为CO2CO2，D错误。3海水中含有大量Na、Cl及少量Ca2、Mg2、SO，用电渗析法对该海水样品进行淡化处理，如图所示。下列说法正确的是()Ab膜是阳离子交换膜BA极室产生气泡并伴有少量沉淀生成C淡化工作完成后A、B、C三室中pH大小为pHApHBpHCDB极室产生的气体可使湿润的KI淀粉试纸变蓝【答
4、案】A因为阴极是阳离子反应，所以b膜为阳离子交换膜，选项A正确；A极室Cl在阳极失电子生成氯气，但不产生沉淀，选项B错误；淡化工作完成后，A室Cl失电子生成氯气，部分溶于水溶液呈酸性，B室H得电子生成氢气，OH浓度增大，溶液呈碱性，C室溶液呈中性，pH大小为pHApHCpHB，选项C错误；B极室H得电子生成氢气，不能使湿润的KI淀粉试纸变蓝，选项D错误。4十九大报告中提出要“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下。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7.5 mol电子时，共产生标准状况下N
5、2的体积为16.8 LC电流由X极沿导线流向Y极DY极发生的反应为2NO10e6H2O=N212OH，周围pH增大【答案】D根据处理垃圾渗透液并用其发电的示意图可知，装置属于原电池装置，X是负极，发生失电子的氧化反应，Y是正极，发生得电子的还原反应：2NO10e6H2O=N212OH，电解质中的阳离子移向正极，阴离子移向负极，电子从负极流向正极。根据以上分析，则氯离子向X极移动，故A错误；电池总反应为5NH33NO=4N26H2O3OH，转移15 mol电子生成4 mol氮气，故电路中流过7.5 mol电子时，产生2 mol氮气，即44.8 L(标准状况)，B错误；电流由正极流向负极，即由Y极
6、沿导线流向X极，故C错误；Y是正极，发生得电子的还原反应：2NO10e6H2O=N212OH，周围pH增大，故D正确。5太阳能路灯蓄电池是磷酸铁锂电池，其工作原理如图。M电极材料是金属锂和碳的复合材料(碳作为金属锂的载体)，电解质为一种能传导Li的高分子材料，隔膜为阳离子交换膜，电池反应式为LixC6Li1xFePO4LiFePO46C。下列说法正确的是()A放电时Li从左边移向右边，PO从右边移向左边B放电时，正极反应式为Li1xFePO4xLixe=LiFePO4C充电时，M极连接电源的负极，电极反应为6Cxe=CD紧急情况时，电解质可以用Li2SO4饱和溶液代替【答案】B放电时，阳离子向
7、正极移动，隔膜只允许Li通过，所以Li从左边移向右边，PO不发生移动，A错误；放电时，M电极上失电子发生氧化反应，N电极上得电子发生还原反应，正极反应式为Li1xFePO4xLixe=LiFePO4，B正确；充电时M为阴极，连接原电池负极，该电极上得电子发生还原反应，电极反应式为6CxLixe=LixC6，C错误；锂单质会与水发生反应，所以不可以用水溶液作电解质溶液，D错误。6我国科学家研发一种低成本的铝硫二次电池，以铝箔和多孔碳包裹的S为电极材料，离子液体为电解液。放电时，电池反应为2Al3S=Al2S3，电极表面发生的变化如图所示。下列说法错误的是()A充电时，多孔碳电极连接电源的负极B充
8、电时，阴极反应为8Al2Cl6e=2Al14AlClC放电时，溶液中离子的总数不变D放电时，正极增重0.54 g，电路中通过0.06 mol e【答案】A放电时，电池反应为2Al3S=Al2S3，铝失电子，硫得到电子，所以铝电极为负极，多孔碳电极为正极，负极上的电极反应式为2Al14AlCl6e=8Al2Cl，正极的电极反应式为3S8Al2Cl6e=14AlClAl2S3，溶液中离子的总数基本不变，C正确；放电时，多孔碳电极为正极，充电时，多孔碳电极连接电源的正极，A错误；充电时，原电池负极变阴极，反应式为8Al2Cl6e=2Al14AlCl，B正确；放电时，由正极的电极反应式可知，正极增重0
9、.54 g，即增重的质量为铝的质量，0.54 g铝为0.02 mol，铝单质由0价转化为3价，则电路中通过0.06 mol e，D正确。7DBFC燃料电池的结构如图，该电池的总反应为NaBH44H2O2=NaBO26H2O。下列关于电池工作时的相关分析不正确的是()AX极为正极，电流经X流向外电路BY极发生的还原反应为H2O22e=2OHCX极区溶液的pH逐渐减小D每消耗1.0 L 0.50 molL1的H2O2电路中转移1.0 mol e【答案】A由电池的总反应NaBH44H2O2=NaBO26H2O可知，X电极上NaBH4发生失去电子的氧化反应，作负极，则Y极作正极，电子经X流向外电路流入
10、Y，电流经Y流向外电路，故A错误；该电池中Y极为正极，电极反应为H2O22e=2OH，故B正确；X极为负极，电极反应式为BH8OH8e=BO6H2O，所以X极区溶液的pH逐渐减小，故C正确；由电极反应式H2O22e=2OH可知，每消耗1 mol H2O2电路中转移2 mol e，所以每消耗1.0 L 0.50 molL1即0.50 mol H2O2，电路中转移1.0 mol e，故D正确。8浓差电池有多种：一种是利用物质氧化性或还原性强弱与浓度的关系设计的原电池(如图1)，一种是根据电池中存在浓度差会产生电动势而设计的原电池(如图2)。图1所示原电池能在一段时间内形成稳定电流；图2所示原电池既
11、能从浓缩海水中提取LiCl，又能获得电能。下列说法错误的是()A图1电流计指针不再偏转时，左右两侧溶液浓度恰好相等B图1电流计指针不再偏转时向左侧加入NaCl或AgNO3或Fe粉，指针又会偏转且方向相同C图2中Y极每生成1 mol Cl2，a极区得到2 mol LiClD两个原电池外电路中电子流动方向均为从右到左【答案】B图1中电流计指针不再偏转时，左右两侧溶液浓度恰好相等，故A正确；开始时图1左边为正极，右边为负极，图1电流计指针不再偏转时向左侧加入NaCl或Fe，左侧银离子浓度减小，则左边为负极，右边为正极，加入AgNO3，左侧银离子浓度增加，则左边为正极，右边为负极，因此指针又会偏转但方
12、向不同，故B错误；图2中Y极每生成1 mol Cl2，转移2 mol电子，因此2 mol Li移向a极得到2 mol LiCl，故C正确；两个电极左边都为正极，右边都为负极，因此两个原电池外电路中电子流动方向均为从右到左，故D正确。9如图是一种最新研制的聚合物锂电池，a极为含有Li、Co、Ni、Mn、O等元素组成的混盐，电解质为一种能传导Li的高分子复合材料，b极为镶嵌金属锂的石墨烯材料，反应原理为Li3xNiCoMnO6LixC6C6Li3NiCoMnO6。下列说法正确的是()A充电时，电池的a极反应为Li3NiCoMnO6xe=xLiLi3xNiCoMnO6B放电时，b极的电势高于a极C交
13、换膜应为阴离子交换膜D充电时，若转移的电子数为6.021023个，则b极区会减少1 mol Li【答案】A根据电池反应式知，负极b反应式为LixC6xe=C6xLi、正极a反应式为Li3xNiCoMnO6xLixe=Li3NiCoMnO6，则b极的电势低于a极，B错误；充电时，电池的a极为阳极，发生氧化反应，电极反应式为Li3NiCoMnO6xe=xLiLi3xNiCoMnO6，故A正确；Li可自由通过，则交换膜是阳离子交换膜，故C错误；电解池中阳离子向阴极移动，则充电时，若转移的电子数为6.021023个，b极区会增加1 mol Li，故D错误。10高铁酸钠(Na2FeO4)是一种新型绿色水
14、处理剂。工业上可用电解浓NaOH溶液制备Na2FeO4，其工作原理如图所示，两端隔室中离子不能进入中间隔室。下列说法错误的是()A阳极反应式：Fe6e8OH=FeO4H2OB甲溶液可循环利用C离子交换膜a是阳离子交换膜D当电路中通过2 mol电子的电量时，Fe电极会有1 mol H2生成【答案】DA项，阳极发生氧化反应，电极反应式：Fe6e8OH=FeO4H2O，正确；B项，阴极发生还原反应，水电离出的氢离子放电生成氢气和氢氧根，甲溶液为浓的氢氧化钠溶液，可循环利用，正确；C项，电解池中阳离子向阴极移动，通过离子交换膜a的是Na，故a为阳离子交换膜，正确；D项，Fe为阳极，发生氧化反应，错误。
15、二、非选择题11(1)肼空气燃料电池是一种碱性电池，无污染，能量高，有广泛的应用前景，其工作原理如图所示，回答下列问题：该燃料电池中正极通入的物质是_，负极发生的反应式为_。电池工作时，OH移向极_(填“a”或“b”)。当电池放电转移5 mol电子时，至少消耗燃料肼_ g。(2)锰酸锂离子电池在混合动力车等大型蓄电池应用领域占据主导地位。电池反应式为：Li1xMnO4LixLiMnO4，下列有关说法不正确的是_(填字母)。A放电时电池的正极反应式为Li1xMnO4xLixe=LiMnO4B放电过程中，石墨没有得失电子C该电池也能在KOH溶液的环境中正常工作D充电时电池上标有“”的电极应与外接电
16、源的负极相连解析：(1)燃料电池的正极是氧气发生还原反应，负极是肼发生氧化反应，碱性电池中，其负极反应式应为N2H44OH4e=N24H2O；原电池中阴离子移向负极，a为负极，所以电池工作时，OH移向a电极；负极反应式为N2H44OH4e=4H2ON2，转移4 mol电子时消耗肼32 g，则转移5 mol电子消耗肼：32 g40 g。(2)根据总反应式可知Li失去电子，电池负极反应式为xLixe=xLi，由总反应式减去负极反应式可得放电时的正极反应式为Li1xMnO4xLixe=LiMnO4，故A正确；放电过程中，根据总反应式Li1xMnO4LixLiMnO4，可判断石墨没有得失电子，故B正确
17、；Li能与KOH溶液中的H2O反应，导致电池无法正常工作，故C错误；充电过程是放电的逆向过程，所以标有“”的电极应与外接电源的负极相连，故D正确。【答案】(1)空气或氧气N2H44OH4e=N24H2Oa40(2)C12电解原理在化学工业中有广泛应用。(1)用NaOH溶液吸收烟气中的SO2，将所得的Na2SO3溶液进行电解，可循环再生NaOH，同时得到H2SO4，其原理如下图所示(电极材料为石墨)。b极的电极反应式为_。(2)电解法处理含氮氧化物废气，可回收硝酸，具有较高的环境效益和经济效益。实验室模拟电解法吸收NOx的装置如图所示(图中电极均为石墨电极)。若用NO2气体进行模拟电解法吸收实验
18、。写出电解时NO2发生反应的电极反应式_。若有标准状况下2.24 L NO2被吸收，通过阳离子交换膜(只允许阳离子通过)的H为_ mol。(3)SO2和NOx是主要大气污染物，利用下图装置可同时吸收SO2和NO。a是直流电源的_极。已知电解池的阴极室中溶液的pH在47之间，阴极的电极反应为_。用离子方程式表示吸收NO的原理_。解析：(1)SO失去电子被氧化成SO，电极反应式为SO2eH2O=SO2H。(2)据图知，电解时，左室中电极上水放电生成氢气，则左室为阴极室，阴极反应式为2H2O2e=H22OH，右室为阳极室，阳极通入的是含氮氧化物，生成的是硝酸，阳极反应式为NO2eH2O=NO2H；根
19、据阴、阳两极反应式知若有标准状况下2.24 L NO2被吸收，线路中转移0.1 mol电子，阴极区生成的OH为0.1 mol，为维持电荷守恒，则通过阳离子交换膜的H为0.1 mol。(3)与b极相连的电极上SO2H2SO4，硫元素化合价升高，发生氧化反应，该电极是阳极，b为正极，则a是负极；已知电解池的阴极室中溶液的pH在47之间，溶液显酸性，所以阴极的电极反应式为2HSO2H2e=S2O2H2O；吸收NO的原理是NO与S2O反应生成氮气和HSO，离子方程式为2NO2S2O2H2O=N24HSO。【答案】(1)SO2eH2O=SO2H(2)NO2eH2O=NO2H0.1(3)负2HSO2H2e
20、=S2O2H2O2NO2S2O2H2O=N24HSO13根据下列要求回答下列问题。(1)次磷酸钴Co(H2PO2)2广泛用于化学镀钴，以金属钴和次磷酸钠为原料，采用四室电渗析槽电解法制备，原理如图：则Co的电极反应式为_，A、B、C为离子交换膜，其中B为_离子交换膜(填“阳”或“阴”)。(2)我国科研人员研制出的可充电“NaCO2”电池，以钠箔和多壁碳纳米管(MWCNT)为电极材料，总反应方程式为4Na3CO22Na2CO3C。放电时该电池“吸入”CO2，其工作原理如图所示：放电时，正极的电极反应式为_。若生成的Na2CO3和C全部沉积在正极表面，当正极增加的质量为28 g时，转移电子的物质的
21、量为_。可选用高氯酸钠四甘醇二甲醚作电解液的理由是_。解析：(1)以金属钴和次磷酸钠为原料，用电解法制备次磷酸钴Co(H2PO2)2，Co的化合价从0升高到2，则Co的电极反应式为Co2e=Co2，产品室可得到次磷酸钴的原因是阳极室中的Co2通过阳离子交换膜进入产品室，原料室中的H2PO通过阴离子交换膜进入产品室与Co2结合生成Co(H2PO2)2，所以B是阴离子交换膜。(2)放电时，正极发生得到电子的还原反应，则根据总反应式可知电极反应式为3CO24Na4e=2Na2CO3C；根据反应式可知每转移4 mol电子，正极质量增加2106 g12 g224 g，所以当正极增加的质量为28 g时，转移电子的物质的量为4 mol0.5 mol。根据题干信息以及金属钠的化学性质可知可选用高氯酸钠四甘醇二甲醚作电解液的理由是其导电性好、与金属钠不反应、难挥发等。【答案】(1)Co2e=Co2阴(2)3CO24Na4e=2Na2CO3C0.5 mol导电性好、与金属钠不反应、难挥发等(答案合理即可)