苏教版高中化学选择性必修1专题1化学反应与能量变化专题强化练2新型化学电源的原理和电解原理的应用含答案

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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.以柏林绿Fe[Fe(CN)6]为代表的新型可充电钠离子电池,其放电原理如图所示。下列说法不正确的是(　　)A.放电时,Mg箔上的电子流向Mo箔B.充电时,Mo箔应接外接电源的正极C.充电时,阴极反应为[Mg2Cl2]2++4e- 2Mg+2Cl-D.放电时,外电路中通过0.4 mol电子时,右室电解质的质量增加4.8 g3.(2023江苏连云港高级中学阶段测试)某种利用垃圾渗透液实现发电、环保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.温度越高,越有利于垃圾渗透液中微生物将NH4+硝化C.电流由X极沿导线流向Y极D.Y极发生的电极反应为2NO3-+10e-+6H2O N2↑+12OH-,周围pH 增大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 CO25.(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 gC.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+ LiFePO46.(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∶5C.O2-从电极Y传导到电极XD.每消耗1 mol CH4,电路中转移3 mol电子7.甲图为一种新型污水处理装置,该装置可利用一种微生物将有机废水的化学能直接转化为电能,乙图是一种用惰性电极电解饱和食盐水的消毒液发生器。设NA为阿伏加德罗常数的值,下列关于甲、乙的说法正确的是(　　)A.装置乙中的b极要与装置甲的X极连接B.装置乙中a极的电极反应式为2Cl--2e- Cl2↑C.当N极消耗5.6 L(标准状况下)气体时,有2NA个H+通过质子交 换膜D.若有机废水中主要含有葡萄糖(C6H12O6),则装置甲中M极发生的电极反应式为C6H12O6+6H2O-24e- 6CO2↑+24H+8.(2023江苏扬州期中)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ClO4-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,连接原电池的负极,则充电时,甲应接外电源的负极,D项正确。2.D　放电时,Mg为负极,Mo为正极,原电池中电子由负极流向正极,A正确;放电时Mo箔为正极,发生还原反应,则充电时Mo箔为阳极,发生氧化反应,连接外接电源的正极,B正确;充电时,Mg箔为阴极, [Mg2Cl2]2+得电子被还原为Mg,电极反应为[Mg2Cl2]2++4e- 2Mg+ 2Cl-,C正确;放电时,右室电极反应为2Mg+2Cl--4e- [Mg2Cl2]2+,同时为了平衡电荷,Na+通过Na+交换膜进入左室,外电路中通过0.4 mol电子时,有0.2 mol Mg进入右室,0.4 mol Na+迁移到左室,所以右室电解质的质量变化为0.2 mol×24 g/mol-0.4 mol×23 g/mol= -4.4 g,即质量减少4.4 g,D错误。3.D　X极上NH3转化为N2,发生氧化反应,X极为负极破题关键,在原电池中阴离子移向负极,即Cl-向X极移动,A错误;温度太高,微生物可能失活,B错误;电流由正极通过外电路流向负极,C错误;Y极是正极,发生还原反应,电极反应式为2NO3-+10e-+6H2O N2↑+12OH-,生成 OH-,Y极周围pH增大,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0.1 mol Ca2+转化为Ca,同时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　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;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,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,n(CO2)= 2mol×4+1mol×22=5 mol,则相同条件下,消耗甲烷和CO2的体积比为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。7.D　装置乙为电解池,需要制备消毒液,则b极应生成Cl2,b极为阳极,应与装置甲的Y极连接,故A错误;b极的电极反应式为2Cl--2e- Cl2↑,故B错误;N电极的电极反应式为O2+4H++4e- 2H2O,则当N电极消耗5.6 L(标准状况下)即0.25 mol气体时,消耗的H+为 1 mol,则有NA个H+通过质子交换膜,故C错误;若有机废水中主要含有葡萄糖,则装置甲中M极上C6H12O6失电子生成CO2,同时产生H+,其电极反应式为C6H12O6+6H2O-24e- 6CO2↑+24H+,故D正确。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ClO4-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↑。