专题强化练2　新型化学电源的原理和电解原理的应用（含解析）高中化学苏教版（2019）选择性必修一

专题强化练2　新型化学电源的原理和电解原理的应用
1.(2024重庆育才中学期中)中科院研究了一款独特的Li-N电池,电解质溶液为可传导Li+的有机溶液,该电池可实现氮气的循环,并对外提供电能。该电池总反应为N2(g)+6Li(s) 2Li3N(s),下列说法不正确的是(　　)
A.Li-N电池可实现绿色固氮
B.该电池电解质溶液不能换成水溶液
C.放电时,乙电极为正极,发生的反应为N2+6e- 2N3-
D.充电时,甲应接外电源的负极
2.(2024陕西安康模拟)铁—铬液流电池储能技术被称为储能时间最长、最安全的电化学储能技术之一,其工作原理如图所示。下列说法错误的是(　　)
A.放电时,M为正极
B.充电时,阴极反应式为Cr3++e-Cr2+
C.若用该电池电解饱和食盐水,当有2.24 L Cl2生成时,则有0.2 mol Cr2+被氧化
D.充电时,28 g Fe2+被氧化时,则有0.5 mol H+由左向右通过质子交换膜
3.(2024山西运城一模)一种以HCOOH为燃料的电池装置如图所示,下列说法正确的是(　　)
A.放电时,电极M上发生还原反应
B.理论上消耗HCOOH与O2的物质的量相等
C.放电过程中需补充的物质X为KOH
D.理论上,若有1 mol HCOO-反应时,则有2 mol K+通过交换膜
4.(2024江苏常州联盟校调研)一种电化学“大气固碳”电池工作原理如图所示,该电池在充电时,通过催化剂的选择性控制,只有Li2CO3发生氧化,释放出CO2和O2。下列说法不正确的是(　　)
A.图中Li+的移动方向是放电时的移动方向
B.充电时阳极发生的反应为C+2Li2CO3-4e- 3CO2↑+4Li+
C.该电池不可选用含Li+的水溶液作电解质溶液
D.该电池每循环充、放电子各4 mol,理论上可固定标准状况下22.4 L CO2
5.(2024江苏淮安期末)一款新型的Ca-LiFePO4可充电电池的工作示意图如下,锂离子导体膜只允许Li+通过。该电池总反应式为xCa2++2LiFePO4 xCa+2Li1-xFePO4+2xLi+。下列说法不正确的是(　　)
A.充电时,钙电极与直流电源的负极相连
B.充电时,每转移0.2 mol电子,左室中电解质的质量减小4.0 g
C.Li1-xFePO4/LiFePO4电极充电时发生Li+脱嵌,放电时发生Li+嵌入
D.放电时,正极反应为Li1-xFePO4+xe-+xLi+ LiFePO4
6.(2025广东稳派联考)我国科学家开发了基于吩嗪衍生物1,8-ESP(中性电解液)/K4[Fe(CN)6]的新型水系液流电池,在充放电过程中可实现生成碱捕获CO2,结构示意图如下。下列说法正确的是(　　)
A.放电时,电极b作正极
B.充电时,b室可实现CO2捕获
C.放电时,K+从a室经过离子交换膜到b室
D.充电时,阳极的电极反应式为[Fe(CN)6]3--e- [Fe(CN)6]4-
7.(2024江苏南通期中)科学家利用电化学装置实现分子的耦合转化,其原理如图所示。下列说法正确的是(　　)
A.a为电源的正极
B.若生成的乙烯和乙烷的物质的量之比为2∶1,则消耗CH4和CO2的物质的量之比为6∶5
C.O2-从电极Y传导到电极X
D.每消耗1 mol CH4,电路中转移3 mol电子
8.据报道,我国已研制出“可充室温钠—二氧化碳电池”。该电池的总反应式为4Na+3CO2 2Na2CO3+C,其工作原理如图所示(放电时产生的Na2CO3固体贮存于多壁碳纳米管中)。
(1)放电时,钠箔为该电池的　　　　极(填“正”或“负”);电解质溶液中流向　　　　　(填“钠箔”或“多壁碳纳米管”)电极。
(2)放电时每消耗3 mol CO2,转移电子的物质的量为　　　　。
(3)充电时,多壁碳纳米管连接直流电源的　　　　(填“正”或“负”)极,其电极反应式为　　　　　　　　　　　　　　。
答案与分层梯度式解析
专题强化练2　新型化学电源的原理和电解原理的应用
1.C　Li-N电池放电时消耗氮气,充电时释放氮气,实现了氮气的循环,实现了绿色固氮,A项正确;锂是活泼金属,能与水反应,因此电解质溶液不能换成水溶液,B项正确;放电时甲电极为负极,发生氧化反应,电极反应式为Li-e- Li+,乙电极为正极,N2发生还原反应:N2+6Li++6e- 2Li3N,C项错误;放电时甲电极为负极,充电时,甲电极为电解池的阴极,应接外电源的负极,D项正确。
2.C　由题图可知,放电时,正极反应式为Fe3++e-Fe2+,负极反应式为Cr2+-e-Cr3+,则M为正极、N为负极,A正确;充电时,N为阴极,电极反应式为Cr3++e-Cr2+,B正确;未指明Cl2所处温度和压强,无法计算Cl2的物质的量,C错误;充电时,M为阳极,电极反应式为Fe2+-e-Fe3+,28 g Fe2+(即0.5 mol)被氧化时,电路中转移0.5 mol电子,为传递电荷,则有0.5 mol H+由阳极(左)通过质子交换膜向阴极(右)迁移,D正确。
3.D　由题图可知,电极M上有HCOO-转化成HC,C元素化合价升高,发生氧化反应,A错误;M电极作负极,电极反应式为HCOO--2e-+2OH-HC+H2O,N电极作正极,电极反应式为Fe3++e-Fe2+,生成的Fe2+与通入的O2反应生成Fe3+和H2O,则说明溶液呈酸性,对应的离子方程式为4Fe2++O2+4H+ 4Fe3++2H2O,根据电路中转移电子数相等可知,存在关系式:2HCOO-~4e-~4Fe2+~O2,则理论上消耗HCOOH与O2的物质的量不相等,B错误;根据题图可知,可得到K2SO4产物,则放电过程中K+由负极区通过交换膜移向正极区,需与溶液中的S结合生成K2SO4,且正极不断消耗H+,则放电过程中需补充的物质X应为H2SO4,
C错误;由上述分析可知,当1 mol HCOO-参加反应时,电路中转移
2 mol电子,则理论上有2 mol K+通过交换膜,D正确。
4.B　由题图可知,放电时,电极A为原电池的负极,Li在负极失去电子发生氧化反应生成Li+,电极B为正极,CO2在正极得到电子生成C和Li2CO3。放电时,阳离子向正极移动,则题图中Li+的移动方向是放电时的移动方向,A正确;充电时,电极B为阳极,Li2CO3在阳极失去电子发生氧化反应生成Li+、CO2和O2,电极反应式为2Li2CO3-4e- 4Li++2CO2↑+O2↑,B错误;金属锂与水反应生成LiOH和H2,所以该电池不可选用含Li+的水溶液作电解质溶液,C正确;放电时,电极B为正极,电极反应式为3CO2+4e-+4Li+ 2Li2CO3+C,充电时,电极B为阳极,电极反应式为2Li2CO3-4e- 4Li++2CO2↑+O2↑,则该电池每循环充、放电子各4 mol,理论上可固定1 mol CO2,标准状况下体积为22.4 L,D正确。
5.B　由总反应可知,放电时,钙电极发生氧化反应,为负极,则
Li1-xFePO4/LiFePO4电极为正极。放电时钙电极为负极,则充电时,钙电极与直流电源的负极相连,A正确;充电时,每转移0.2 mol电子,左室中有0.1 mol Ca2+转化为Ca,同时有0.2 mol Li+迁移到左室中,故左室中电解质的质量减小0.1 mol×40 g/mol-0.2 mol×7 g/mol
=2.6 g,B错误;Li1-xFePO4/LiFePO4电极充电时为阳极,发生氧化反应,LiFePO4转化为Li1-xFePO4,发生Li+脱嵌,放电时为正极,Li1-xFePO4转化为LiFePO4,发生Li+嵌入解题技法,C正确;放电时Li1-xFePO4/LiFePO4电极为正极,Li1-xFePO4得到电子发生还原反应生成LiFePO4,正极反应为Li1-xFePO4+xe-+xLi+ LiFePO4,D正确。
6.B　由题图可知,充电时,b室中R→RH2,则R在中性电解液中发生还原反应生成RH2:R+2e-+2H2O RH2+2OH-,则电极b为阴极,放电时电极b为负极,A错误;由A项分析可知,充电时b室生成OH-,电解液碱性增强,可通过反应:CO2+2OH-C+H2O、CO2+OH-HC捕获CO2,B正确;放电时,阳离子向正极方向移动,则K+应从b室经过离子交换膜到a室,C错误;结合题图可知,充电时,a极(阳极)电极反应式为[Fe(CN)6]4--e- [Fe(CN)6]3-,D错误。
7.B　电极X上CO2→CO,C元素化合价降低,发生还原反应,则电极X为阴极,a为电源的负极,A项错误;固体电解质传导O2-,则阴极反应式为CO2+2e- CO+O2-,电极Y为阳极,设生成乙烯和乙烷的物质的量分别为2 mol、1 mol,由碳原子守恒可知,消耗甲烷的物质的量为6 mol,2CH4~C2H4~4e-,2CH4~C2H6~2e-,由得失电子守恒可知,消耗n(CO2)==5 mol,则消耗甲烷和CO2的物质的量之比为6∶5,B项正确;O2-向阳极移动,即从电极X传导到电极Y,C项错误;不知阳极产物中乙烯和乙烷的物质的量,无法确定转移电子数,D项错误。
8.答案　(1)负　钠箔
(2)4 mol
(3)正　2Na2CO3+C-4e- 3CO2↑+4Na+
解析　(1)由4Na+3CO2 2Na2CO3+C可知,放电时,Na为负极,电解质溶液中阴离子移向负极,即电解质溶液中Cl流向钠箔。(2)放电时,每消耗3 mol CO2,4 mol Na失去电子,转移4 mol电子。(3)充电时为电解池,C失去电子生成CO2,即多壁碳纳米管为阳极,与外加电源正极相连,充电时阳极的电极反应式为2Na2CO3+C-4e- 4Na++3CO2↑。
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