2024鲁科版新教材高中化学选择性必修1同步练习--微项目　设计载人航天器用化学电池与氧气再生方案（含解析）

2024鲁科版新教材高中化学选择性必修1
微项目　设计载人航天器用化学电池与氧气再生方案
基础过关练
1.一种突破传统电池设计理念的镁—锑液态金属储能电池工作原理如图所示,该电池所用液体密度不同,在重力作用下分为三层,工作时中间层熔融盐的组成及浓度不变。该电池工作一段时间后,可由太阳能电池充电。下列说法不正确的是(　　)
A.放电时,Mg(液)层的质量减小
B.放电时正极反应为Mg2++2e- Mg
C.该电池充电时,Mg-Sb(液)层发生还原反应
D.该电池充电时,Cl-向中层和下层分界面处移动
2.一种将CO2和H2O转化为燃料H2、CO及CH4的装置如图所示(电解质溶液为稀硫酸)。下列关于该装置的叙述错误的是(　　)
A.该装置可将电能转化为化学能
B.工作时,电极a周围溶液的pH增大
C.电极b上生成CH4的电极反应式为CO2+8H++8e- CH4+2H2O
D.若电极b上只产生1 mol CO,则通过质子交换膜的H+数目为2NA(设NA为阿伏加德罗常数的值)
3.(2021山东济南外国语学校月考)氢能源是最具应用前景的能源之一。可利用太阳能光伏电池电解水制高纯氢,工作原理如图所示(电极1、电极2均为惰性电极)。下列说法错误的是(　　)
A.控制连接开关K1、K2,可交替得到H2、O2
B.碱性电解液改为酸性电解液能达到同样目的
C.接通K1时电极3上的电极反应为Ni(OH)2+OH--e- NiOOH+H2O
D.电极3在交替连接K1或K2过程中得以循环使用
4.(2021湖南师大附中月考)中科院科学家设计出一套利用SO2和太阳能综合制氢的方案,其基本工作原理如图所示。下列说法错误的是(　　)
A.该电化学装置中,Pt电极作正极
B.Pt电极的电势低于BiVO4电极的电势
C.电子流向:BiVO4电极→外电路→Pt电极
D.BiVO4电极上的电极反应为S-2e-+2OH- S+H2O
能力提升练
1.2018年5月美国研究人员成功实现在常温常压下用氮气和水生产氨,原理如图所示。下列说法正确的是(　　)
A.图中能量转化方式只有2种
B.b极发生的电极反应为N2+6H++6e- 2NH3
C.H+向a极区移动
D.a极上每产生22.4 L O2,流过电极的电子数为2NA
2.如图是一种染料敏化太阳能电池的示意图。电池的一个电极由有机光敏染料(S)涂覆在TiO2纳米晶体表面制成,另一个电极由镀铂导电玻璃构成,电池中发生的反应为:
TiO2/S TiO2/S*(激发态)
TiO2/S* TiO2/S++e-
+2e- 3I-
2TiO2/S++3I- 2TiO2/S+
下列关于该电池的叙述错误的是(　　)
A.电池工作时,是将太阳能转化为电能
B.电池工作时,I-在镀铂导电玻璃电极上放电
C.电池中镀铂导电玻璃为正极
D.电池的电解质溶液中I-和的浓度不会减小
3.利用光伏电池提供电能处理废水中的污染物(有机酸阴离子用R-表示),并回收有机酸HR,装置如图所示。下列说法错误的是(　　)
A.在光伏电池中a极为正极
B.石墨(2)极附近溶液的pH降低
C.c2D.若两极共收集到3 mol气体,则理论上转移4 mol电子
4.(2022山东枣庄三中月考)空间实验室“天宫一号”的供电系统中有再生氢氧燃料电池(RFC),RFC是一种将水电解技术与氢氧燃料电池技术相结合的可充电电池。RFC的工作原理如图所示。下列有关说法正确的是(　　)
A.当有0.1 mol电子转移时,a电极上产生2.24 L(标准状况)H2
B.b电极上发生的电极反应为4H2O+4e- 2H2↑+4OH-
C.c电极上发生还原反应,B池中的H+可以通过隔膜进入A池
D.d电极上发生的电极反应为O2+4H++4e- 2H2O
答案全解全析
基础过关练
1.C 2.B 3.B 4.B
1.C　放电时,负极上Mg失电子生成镁离子,所以Mg(液)层的质量减小,故A正确;放电时,正极上镁离子得电子生成Mg,正极反应为Mg2++2e- Mg,故B正确;该电池充电时,Mg-Sb(液)层为阳极,阳极发生失电子的氧化反应,故C错误;该电池充电时,阴离子向阳极移动,即Cl-向中层和下层分界面处移动,故D正确。
2.B　该装置含有外加电源,属于电解池,将电能转化为化学能,故A正确;工作时,电极a为阳极,电极反应式为2H2O-4e- O2↑+4H+,c(H+)增大,pH减小,故B错误;电极b为阴极,阴极上生成CH4的电极反应式为CO2+8e-+8H+ CH4+2H2O,故C正确;若电极b只产生CO,电极反应式为CO2+2e-+2H+ CO+H2O,产生1 mol CO,消耗2 mol H+,即通过质子交换膜的H+的物质的量为2 mol,数目为2NA,故D正确。
3.B　连接开关K1时,电极1为阴极,电极反应为2H2O+2e- 2OH-+H2↑,连接开关K2时,电极2为阳极,电极反应为4OH--4e- O2↑+2H2O,所以通过控制连接开关K1、K2,可交替得到H2、O2,故A正确。如果碱性电解液改为酸性电解液,电极3上的物质Ni(OH)2和NiOOH均能与酸反应,故B错误。连接K1,电极3为阳极,电极反应为Ni(OH)2-e-+OH- NiOOH+H2O,连接K2,电极3为阴极,电极反应为NiOOH+H2O+e- Ni(OH)2+OH-,电极3在交替连接K1或K2过程中得以循环使用,故C、D正确。
4.B　Pt电极上H2O得电子发生还原反应生成H2,为正极,则BiVO4电极为负极,所以Pt电极的电势高于BiVO4电极的电势,故A正确,B错误;电子从BiVO4电极(负极)经导线流向Pt电极(正极),故C正确;BiVO4电极为负极,发生氧化反应,电极反应为S-2e-+2OH- S+H2O,故D正确。
能力提升练
1.B 2.B 3.B 4.C
1.B　图中能量转化方式有风能转化为电能、太阳能转化为电能、化学能转化为电能等,所以能量转化方式不止2种,故A错误;b极为原电池的正极,正极上氮气转化为氨气,b极发生的电极反应为N2+6H++6e- 2NH3,故B正确;b极为原电池的正极,所以H+向b极区移动,故C错误;a极为负极,电极反应为2H2O-4e- O2↑+4H+,每产生标准状况下22.4 L O2,流过电极的电子数为4NA,但题干未指明气体所处状况,故D错误。
2.B　根据示意图可知该装置将太阳能转化为电能,A项正确;在外电路中电子由负极流向正极,则镀铂导电玻璃电极作正极,正极反应式为+2e- 3I-,B项错误,C项正确;该电池的电解质溶液中I-和的浓度不会减小,D项正确。
3.B　根据电子移动的方向,可知在光伏电池中a极为正极,b极为负极,故A正确;石墨(2)为电解池的阴极,阴极上H+得电子生成氢气,c(H+)减小,pH升高,故B错误;石墨(1)为电解池的阳极,阳极上H2O失电子生成氧气,c(H+)增大,H+透过阳膜进入浓缩室,石墨(2)为电解池的阴极,阴极上H+得电子生成氢气,R-透过阴膜进入浓缩室,使得浓缩室中HR的浓度增大,所以c24.C　电解池中,b电极为阳极,发生氧化反应:4OH--4e- 2H2O+O2↑,a电极为阴极,发生还原反应:4H++4e- 2H2↑;原电池中电解质溶液呈酸性,d电极为负极,发生氧化反应:2H2-4e- 4H+,c电极为正极,发生还原反应:O2+4H++4e- 2H2O。当有0.1 mol电子转移时,a电极产生1.12 L(标准状况)H2,故A错误;b电极上发生的电极反应是4OH--4e- 2H2O+O2↑,故B错误;c电极为正极,发生还原反应,B池中的H+可以通过隔膜进入A池,故C正确;d电极上发生的电极反应为2H2-4e- 4H+,故D错误。
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