高中化学鲁科版 (2019)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——化学反应中能量及物质的转化利用达标测试

这是一份高中化学鲁科版 (2019)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——化学反应中能量及物质的转化利用达标测试，共8页。

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，Mg­Sb(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1mlCO，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．我国在太阳能光电催化—化学耦合分解硫化氢研究中获得新进展，相关装置如图所示。下列说法正确的是 ( )
A．该制氢工艺中光能最终转化为化学能
B．该装置工作时，H＋由b极区流向a极区
C．a极上发生的电极反应为Fe3＋＋e－===Fe2＋
D．a极区需不断补充含Fe3＋和Fe2＋的溶液
4．人工光合系统装置(如图)可实现以CO2和H2O合成CH4。下列有关说法不正确的是( )
A．该装置中铜为正极
B．电池工作时，H＋向Cu电极移动
C．GaN电极的电极反应式：2H2O－4e－===O2↑＋4H＋
D．反应CO2＋2H2O===CH4＋2O2中每消耗1mlCO2转移4mle－
5．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
6．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电极的电势高于BiVO4电极的电势
B．该装置中的能量转化为光能→化学能→电能
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SO eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(3)) －2e－＋2OH－===SO eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(4)) ＋H2O
7．某科学家利用二氧化铈(CeO2)在太阳能作用下将H2O、CO2转变为H2、CO。其过程如下：
mCeO2eq \(――→,\s\up7(太阳能),\s\d5(①))(m－x)CeO2·xCe＋xO2
(m－x)CeO2·xCe＋xH2O＋xCO2eq \(――→,\s\up7(900℃),\s\d5(②))mCeO2＋xH2＋xCO
下列说法不正确的是( )
A．该过程中没有消耗CeO2
B．该过程实现了太阳能向化学能的转化
C．图中ΔH1＝ΔH2＋ΔH3
D．以CO和O2构成的碱性燃料电池的负极反应式为CO＋4OH－－2e－===CO eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(3)) ＋2H2O
8．2018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22.4LO2流过电极的电子数为2NA
[能力提升练]
9．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/Seq \(――→,\s\up7(hν))TiO2/S*(激发态)
TiO2/S*―→TiO2/S＋＋e－
I eq \\al(\s\up1(－),\s\d1(3)) ＋2e－―→3I－
2TiO2/S＋＋3I－―→2TiO2/S＋I eq \\al(\s\up1(－),\s\d1(3))
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I eq \\al(\s\up1(－),\s\d1(3)) 的浓度不会减小
10．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3ml气体，则理论上转移4ml电子
11．截至2017年年底，中国光伏发电新增装机容量已达到53GW，光伏发电累计装机容量达到130.25GW。图中Ⅰ为光伏并网发电装置，图中Ⅱ为电解尿素[CO(NH2)2]的碱性溶液制氢的装置示意图(电解池中隔膜仅阻止气体通过，阴、阳极均为惰性电极)，该装置实现了能量与物质的转化利用。下列叙述中正确的是( )
A．图中Ⅰ中N型半导体为正极，P型半导体为负极
B．图中Ⅱ中电子流向：从B极流向A极
C．X2为氧气
D．工作时，A极的电极反应式为CO(NH2)2＋8OH－－6e－===CO eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(3)) ＋N2↑＋6H2O
12．复旦大学王永刚的研究团队制得一种柔性水系锌电池，该可充电电池以锌盐溶液作为电解液，其原理如图所示。下列说法不正确的是 ( )
A．放电时，N极发生还原反应
B．充电时，Zn2＋向M极移动
C．放电时，每生成1mlPTO­Zn2＋，M极溶解Zn的质量为260g
D．充电时，N极的电极反应为2PTO＋8e－＋4Zn2＋===PTO­Zn2＋
13．氟离子电池是一种前景广阔的新型电池，其能量密度是目前锂电池的十倍以上且不会因为过热而造成安全风险。如图是氟离子电池工作示意图，其中充电时F－从乙电极流向甲电极，已知BiF3和MgF2均难溶于水。下列关于该电池的说法正确的是 ( )
A．放电时，甲电极的电极反应式为Bi－3e－＋3F－===BiF3
B．充电时，外加电源的负极与甲电极相连
C．充电时，导线上每通过0.5mle－，乙电极质量减少9.5g
D．放电时，电子由乙电极经外电路流向甲电极，再经电解质溶液流向乙电极
14．某柔性屏手机的柔性电池以碳纳米管做电极材料，以吸收ZnSO4溶液的有机高聚物做固态电解质，其电池结构如图所示。电池总反应为MnO2＋eq \f(1,2)Zn＋eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(1＋\f(x,6)))H2O＋eq \f(1,6)ZnSO4eq \(,\s\up7(放电),\s\d5(充电))MnOOH＋eq \f(1,6)ZnSO4[Zn(OH)2]3·xH2O。
下列说法中正确的是( )
A．放电时，Zn2＋移向Zn膜
B．充电时，含有Zn膜的碳纳米管纤维一端连接有机高聚物电源正极
C．放电时，电子由锌膜表面经有机高聚物至MnO2膜表面
D．放电时，电池的正极反应为MnO2＋e－＋H2O===MnOOH＋OH－
课时作业8 设计载人航天器用化学电池与氧气再生方案
1．解析：放电时，负极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。
答案：C
2．解析：该装置含有外加电源，属于电解池，电解质溶液为稀硫酸，根据题图可知，电极a为阳极，电极反应式为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，电极b为阴极，阴极上生成CH4的电极反应式为CO2＋8e－＋8H＋===CH4＋2H2O。该装置为电解池，将电能转化为化学能，故A正确；工作时，电极a的电极反应式为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，c(H＋)增大，pH减小，故B错误；根据上述分析可知，电极b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1mlCO，消耗2mlH＋，即通过质子交换膜的H＋的物质的量为2ml，数目为2NA，故D正确。
答案：B
3．解析：由图可知，该制氢工艺中光能最终转化为化学能，故A正确；该装置工作时，H＋由a极区流向b极区，故B错误；a极上Fe2＋失电子，发生氧化反应，a极上发生的电极反应为Fe2＋－e－===Fe3＋，故C错误；由题图可知，a极区不需补充含Fe3＋和Fe2＋的溶液，故D错误。
答案：A
4．解析：根据电子流向知，GaN是负极、Cu是正极，负极反应式为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，正极反应式为CO2＋8e－＋8H＋===CH4＋2H2O，在原电池中，阳离子向正极移动，据此分析解答。铜为正极，故A正确；电池工作时，H＋向Cu电极移动，故B正确；GaN是负极，负极反应式为2H2O－4e－===4H＋＋O2↑，故C正确；反应CO2＋2H2O===CH4＋2O2中每消耗1mlCO2转移8mle－，故D错误。
答案：D
5．解析：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，所以通过控制开关连接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。
答案：B
6．解析：Pt电极为正极，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；该装置中光能没有转化为化学能，故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SO eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(3)) －2e－＋2OH－===SO eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(4)) ＋H2O，故D正确。
答案：B
7．解析：根据题目给出的反应，可得总反应为H2O＋CO2eq \(=====,\s\up7(一定条件))H2＋CO＋O2，没有消耗CeO2，故A正确；该过程在太阳能作用下将H2O、CO2转变为H2、CO、O2，实现了太阳能向化学能的转化，故B正确；根据盖斯定律，可得－ΔH1＝ΔH2＋ΔH3，故C错误；CO在负极上失电子生成CO2，在碱性条件下CO2与OH－反应生成CO eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(3)) ，故负极反应式为CO＋4OH－－2e－===CO eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(3)) ＋2H2O，故D正确。
答案：C
8．解析：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22.4LO2，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。
答案：B
9．解析：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I eq \\al(\s\up1(－),\s\d1(3)) ＋2e－===3I－，B项错误，C项正确；该电池的电解质溶液中I－和I eq \\al(\s\up1(－),\s\d1(3)) 的浓度不会减小，D项正确。
答案：B
10．解析：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OH－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c2答案：B
11．解析：电解池反应时，氮元素化合价由－3价变为0价，则生成氮气的电极A是阳极，电极B是阴极，所以I中N型半导体为负极，P型半导体为正极，故A错误；电解时，电子的流向：阳极(A极)→电源正极，电源负极→阴极(B极)，故B错误；阴极上水得电子生成氢气和氢氧根离子，电极反应式为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，故C错误；A极为阳极，电极反应式为CO(NH2)2＋8OH－－6e－===CO eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(3)) ＋N2↑＋6H2O，故D正确。
答案：D
12．解析：放电时，金属Zn发生失电子的氧化反应生成Zn2＋，即M电极为负极，N电极为正极，正极发生还原反应，故A正确；充电时，M电极为阴极，电解液中的Zn2＋移向M极，故B正确；放电时，正极反应式为2PTO＋8e－＋4Zn2＋===PTO－Zn2＋，负极反应式为Zn－2e－===Zn2＋，根据得失电子守恒可知，每生成1mlPTO－Zn2＋，M极溶解Zn的质量为65g·ml－1×4ml＝260g，故C正确；充电时，N电极为阳极，发生失电子的氧化反应，电极反应为PTO－Zn2＋－8e－===2PTO＋4Zn2＋，故D不正确。
答案：D
13．解析：放电时，甲电极为正极，正极上发生得电子的还原反应，电极反应为BiF3＋3e－===Bi＋3F－，故A错误；充电时，乙电极为阴极，与外接电源的负极相连，故B错误；充电时，乙电极为阴极，电极反应为MgF2＋2e－===Mg＋2F－，所以导线上每通过0.5mle－，乙电极减少0.5mlF－，则乙电极质量减少0.5ml×19g·ml－1＝9.5g，故C正确；电子不能通过电解质溶液，放电时，电子由乙电极经外电路流向甲电极，故D错误。
答案：C
14．解析：放电时Zn为负极，MnO2为正极，则Zn2＋移向MnO2膜，故A错误；放电时Zn为负极，所以充电时Zn膜与电源的负极连接，故B错误；放电时电子由锌膜经外电路流向MnO2膜表面，故C错误；放电时，正极上是二氧化锰得到电子生成MnOOH，电极反应为MnO2＋e－＋H2O===MnOOH＋OH－，故D正确。
答案：D