高考化学二轮复习专项分层特训练19 新型电池、电解池的工作原理及应用 含答案

这是一份高考化学二轮复习专项分层特训练19 新型电池、电解池的工作原理及应用 含答案，共8页。

A.海水起电解质溶液作用
B.N极仅发生的电极反应：
2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑
C.玻璃陶瓷具有传导离子和防水的功能
D.该锂—海水电池属于一次电池
2.[2022·广东卷]科学家基于Cl2易溶于CCl4的性质，发展了一种无需离子交换膜的新型氯流电池，可作储能设备（如图）。充电时电极a的反应为： NaTi2（PO4）3＋2Na＋＋2e－===Na3Ti2（PO4）3。下列说法正确的是（ ）
A.充电时电极b是阴极
B.放电时NaCl溶液的pH减小
C.放电时NaCl溶液的浓度增大
D.每生成1 ml Cl2，电极a质量理论上增加23 g
3.[2022·浙江6月]通过电解废旧锂电池中的LiMn2O4可获得难溶性的Li2CO3和MnO2，电解示意图如图（其中滤布的作用是阻挡固体颗粒，但离子可自由通过。电解过程中溶液的体积变化忽略不计）。下列说法不正确的是（ ）
A.电极A为阴极，发生还原反应
B.电极B的电极反应：2H2O＋Mn2＋－2e－===MnO2＋4H＋
C.电解一段时间后溶液中Mn2＋浓度保持不变
D.电解结束，可通过调节pH除去Mn2＋，再加入Na2CO3溶液以获得Li2CO3
4.[2021·全国乙卷]沿海电厂采用海水为冷却水，但在排水管中生物的附着和滋生会阻碍冷却水排放并降低冷却效率。为解决这一问题，通常在管道口设置一对惰性电极（如图所示），通入一定的电流。
下列叙述错误的是（ ）
A.阳极发生将海水中的Cl－氧化生成Cl2的反应
B.管道中可以生成氧化灭杀附着生物的NaClO
C.阴极生成的H2应及时通风稀释安全地排入大气
D.阳极表面形成的Mg（OH）2等积垢需要定期清理
5.[2021·辽宁卷]利用与电解转化法从烟气中分离CO2的原理如图。已知气体可选择性通过膜电极，溶液不能通过。下列说法错误的是（ ）
A.a为电源负极
B.溶液中Q的物质的量保持不变
C.CO2在M极被还原
D.分离出的CO2从出口2排出
6.[2022·河南学校诊断]某化工实验室设计了一种新型双微生物燃料电池装置，该装置能够同时消除养殖厂含氮污水和化工厂含醛类废水，工作原理如图所示。下列说法正确的是（ ）
A.当电池工作时，电子由a极经导线流向b极，H＋由b极区经质子交换膜流向a极区
B.a极的电极反应式为C6H5CHO＋13H2O＋32e－===7CO2↑＋32H＋
C.a极消耗的C6H5CHO和b极消耗的NO eq \\al(\s\up1(－),\s\d1(3)) 的物质的量之比为5∶32
D.该电池装置在加热条件下工作效率会更高7.[2022·湖南长郡中学月考]“碳呼吸电池”是一种新型能源装置，其工作原理如图所示。下列有关说法不正确的是（ ）
A.通入CO2的一极为原电池的正极
B.该装置工作时负极的电极反应式为
Al－3e－===Al3＋
C.当该装置工作时每转移1 ml电子，理论上可捕获标准状况下11.2 L CO2
D.将该装置作为电源对粗铜进行精炼时，当金属铝的质量每减少27 g时，理论上阴极的质量增加96 g
8.[2022·北京四中期中]我国科学家研发了一种水系可逆Zn­CO2电池，当电池工作时，复合膜（由a、b膜复合而成）层间的H2O解离成H＋和OH－，在外加电场中可透过相应的离子交换膜定向移动。当闭合K1时，Zn­CO2电池工作原理如图所示：
下列说法不正确的是（ ）
A.当闭合K1时，Zn表面的电极反应式为Zn＋4OH－－2e－===Zn（OH） eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(4))
B.当闭合K1时，反应一段时间后，NaCl溶液的pH减小
C.当闭合K2时，Pd电极与直流电源正极相连
D.当闭合K2时，H＋通过a膜向Pd电极方向移动
9.[2022·湖南常德模拟]某科研团队发明了一种新型的锌离子热充电电池，可以利用人体产生的低热量充电。该电池以Zn和VO2­PC为
电极材料，实现了低热量发电。放电时，VO2结合Zn2＋生成ZnxVO2·yH2O。原理图如图。
下列说法正确的是（ ）
A.分离器可以为阴离子交换膜
B.充电时，阳极电极反应式为
ZnxVO2·yH2O＋2xe－===VO2＋xZn2＋＋yH2O
C.放电时，电流从Zn极流向VO2­PC极
D.充电时，锌离子从较高温一侧移至低温一侧
10.[2021·山东卷]以KOH溶液为离子导体，分别组成CH3OH—O2、N2H4—O2、（CH3）2NNH2—O2清洁燃料电池。下列说法正确的是（ ）
A.放电过程中，K＋均向负极移动
B.放电过程中，KOH物质的量均减小
C.消耗等质量燃料，（CH3）2NNH2—O2燃料电池的理论放电量最大
D.消耗1 ml O2时，理论上N2H4—O2燃料电池气体产物的体积在标准状况下为11.2 L
练19 新型电池、电解池的工作原理及应用
1．答案：B
解析：海水中含有大量的电解质，故A项正确；Li是活泼金属，作负极，则N极是正极，正极上海水中溶解的O2、CO2等均能放电，B项错误；由于Li易与水反应，故玻璃陶瓷应具有良好的防水功能，同时为形成闭合的回路，也应具有传导离子的功能，C项正确；该电池属于一次电池，D项正确。
2．答案：C
解析：由充电时电极a的反应可知，充电时电极a发生还原反应，所以电极a是阴极，则电极b是阳极，故A错误；放电时电极反应和充电时相反，则由放电时电极a的反应为Na3Ti2（PO4）3－2e－===NaTi2（PO4）3＋2Na＋可知，NaCl溶液的pH不变，故B错误；放电时负极反应为Na3Ti2（PO4）3－2e－===NaTi2（PO4）3＋2Na＋，正极反应为Cl2＋2e－===2Cl－，反应后Na＋和Cl－浓度都增大，则放电时NaCl溶液的浓度增大，故C正确；充电时阳极反应为2Cl－－2e－===Cl2↑，阴极反应为NaTi2（PO4）3＋2Na＋＋2e－===Na3Ti2（PO4）3，由得失电子守恒可知，每生成1 ml Cl2，电极a质量理论上增加23 g·ml－1×2 ml＝46 g，故D错误。
3．答案：C
解析：由示意图可知，电解时，电极A上LiMn2O4中Mn元素化合价降低，被还原，电极A是电解装置的阴极，A项正确；由电解装置中电极B上的物质变化可知，Mn2＋被氧化成MnO2，B项正确；阴极上Mn元素化合价由＋3.5→＋2，阳极上Mn元素化合价由＋2→＋4，化合价变化的绝对值不相等，故电解过程中，溶液中的Mn2＋浓度会变化，C项错误；通过调节溶液pH，可使Mn2＋转化为沉淀而除去，再加入可溶性的碳酸盐可使Li＋转化为难溶的碳酸锂，D项正确。
4．答案：D
解析：海水中含有较大浓度的Cl－，通电后Cl－能在阳极上发生失电子的氧化反应生成Cl2，A项正确；电解过程中阴极区有NaOH生成，阳极上生成的Cl2与阴极区生成的NaOH反应可得到NaClO，B项正确；H2具有可燃性，故应及时排入大气，以免出现意外，C项正确；阴极的电极反应式为2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑，生成的OH－与海水中的Mg2＋结合形成Mg（OH）2，故Mg（OH）2主要在阴极上形成，D项错误。
5．答案：C
解析：根据电解池工作原理示意图，可知M极发生还原反应，电极反应式为Q＋2H2O＋2e－===QH2＋2OH－，则M极为阴极，a为电源负极，A正确；N极发生氧化反应，电极反应式为QH2－2e－===Q＋2H＋，由上述分析可知，溶液中Q的物质的量保持不变，B正确；结合题意和电极反应式可知，CO2没有参与电极反应，CO2在M极没有被还原，C错误；烟气中含有的CO2在M极上与生成的OH－结合生成HCO eq \\al(\s\up1(－),\s\d1(3)) ，HCO eq \\al(\s\up1(－),\s\d1(3)) 向阳极移动，在N极上与生成的H＋结合又生成CO2，故分离出的CO2从出口2排出，D正确。
6．答案：C
解析：在b电极上氮元素化合价由＋5价变成0价，硝酸根离子发生得电子的还原反应，则该电极为正极，a电极为负极，电子由a电极经导线流向b电极，H＋移向正极（即b电极），A错误；a电极为负极，电极反应式为C6H5CHO＋13H2O－32e－===7CO2↑＋32H＋，B错误；b电极为正极，1个硝酸根离子参与反应，转移5个电子，a电极上1个C6H5CHO参与反应，转移32个电子，根据两个电极转移电子数相等得到a电极消耗的C6H5CHO和b电极消耗的NO eq \\al(\s\up1(－),\s\d1(3)) 的物质的量之比为5∶32，C正确；在加热的条件下，微生物中的蛋白质会变性，影响微生物的正常生理反应，故该电池的工作效率会降低，D错误。
7．答案：C
解析：由图可知，CO2转化为C2O eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(4)) ，C元素化合价降低，发生得电子的还原反应，因此通入CO2的一极为原电池的正极，故A正确；由该装置图可知，Al作负极，发生失电子的氧化反应，所以电池工作时负极的电极反应式为Al－3e－===Al3＋，故B正确；根据CO2转化为C2O eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(4)) 可知，C元素化合价由＋4价变为＋3价，所以当该装置工作时每转移1 ml电子，理论上可捕获1 ml CO2，即标准状况下22.4 L CO2，故C错误；将该装置作为电源对粗铜进行精炼时，当金属铝的质量减少27 g（即1 ml）时，电路中转移3 ml e－，精炼铜的阴极反应为Cu2＋＋2e－===Cu，根据得失电子守恒可知，阴极对应生成1.5 ml Cu，即阴极的质量增加96 g，故D正确。
8．答案：D
解析：当闭合K1时，形成原电池，Zn被氧化作负极，原电池中阴离子流向负极，所以OH－通过b膜移向Zn极，负极上Zn失去电子结合OH－生成Zn（OH） eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(4)) ，电极反应式为Zn＋4OH－－2e－===Zn（OH） eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(4)) ，故A正确；由A项分析可知，当闭合K1时，Pd电极为正极，原电池中阳离子流向正极，氢离子透过a膜移向Pd电极，CO2得电子后结合氢离子生成HCOOH，所以NaCl溶液的pH减小，故B正确；当闭合K2时，形成电解池，Pd电极上发生失电子的氧化反应，为阳极，与直流电源正极相连，故C正确；当闭合K2时，Pd电极为阳极，氢离子应移向阴极，故D错误。
9．答案：D
解析：由图示信息可知，放电时，锌为负极，电极反应为Zn－2e－===Zn2＋，VO2结合Zn2＋，说明Zn2＋可以由负极区经阳离子交换膜进入正极区，正极反应为xZn2＋＋VO2＋yH2O＋2xe－===ZnxVO2·yH2O，充电过程与放电过程相反，即Zn2＋由阳极区通过阳离子交换膜进入阴极区，电极反应分别为阴极：Zn2＋＋2e－===Zn，阳极：ZnxVO2·yH2O－2xe－===xZn2＋＋VO2＋yH2O。由分析可知，分离器可以为阳离子交换膜，A错误；充电时，阳极电极反应式为ZnxVO2·yH2O－2xe－===VO2＋xZn2＋＋yH2O，B错误；由分析可知，放电时，Zn极为负极，VO2­PC极为正极，电流从VO2­PC极流向Zn极，C错误；充电时，阳离子由阳极区移向阴极区，则锌离子从较高温一侧移至低温一侧，D正确。
10．答案：C
解析：原电池中，阳离子向正极移动，A项错误；CH3OH—O2燃料电池中，加入CH3OH的电极为负极，负极上CH3OH失电子和KOH反应生成碳酸钾和水，负极反应式为CH3OH＋8OH－－6e－===CO eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(3)) ＋6H2O，正极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，根据得失电子守恒，可知消耗的OH－多于生成的，故KOH的物质的量减小；N2H4作燃料时，N2H4失电子被氧化生成N2，负极反应式为N2H4＋4OH－－4e－===N2＋4H2O，正极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，根据得失电子守恒，可知消耗的OH－等于生成的，KOH的物质的量不变，B项错误；1 ml CH3OH的质量是32 g，发生氧化反应时，氧化产物是1 ml K2CO3，转移电子数为[（＋4）－（－2）]NA＝6NA，1 ml N2H4的质量是32 g，发生氧化反应时，氧化产物是1 ml N2，转移电子数为4NA，1 ml （CH3）2NNH2的质量是60 g，发生氧化反应时，氧化产物是2 ml CO2和1 ml N2，转移电子数为（2×6＋4）NA＝16NA，消耗32 g（CH3）2NNH2，转移电子数为 eq \f(128,15) NA，则消耗等质量燃料，（CH3）2NNH2－O2燃料电池理论放电量最大，C项正确；根据上述分析可知消耗1 ml O2时，N2H4—O2燃料电池产生1 ml N2，则标准状况下气体产物体积为22.4 L，D项错误。