專題突破練五　電化學一、選擇題1.(雙選)(2021河北唐山二模)某化學實驗探究小組探究MnO2與某些鹽溶液的反應(yīng),設(shè)計如圖裝置。左燒杯中加入50mL6mol·L-1硫酸,右燒杯中加入50mL6mol·L-1CaCl2溶液,鹽橋選擇氯化鉀瓊脂。當閉合開關(guān)K時,電流表中出現(xiàn)指針偏轉(zhuǎn),下列說法正確的是(　　)A.該實驗裝置屬于電解池B.左側(cè)燒杯中的電極反應(yīng)為MnO2+4H++2e-Mn2++2H2OC.C電極上發(fā)生還原反應(yīng),產(chǎn)生的氣體可使?jié)駶櫟牡饣浀矸墼嚰堊兯{D.若將鹽橋中氯化鉀瓊脂換成KNO3瓊脂,則C電極上產(chǎn)生的氣體的總量減少2.(2021江蘇蘇錫常鎮(zhèn)四市調(diào)研一)Al-N2二次電池以離子液體為電解質(zhì),其工作原理如圖所示。石墨烯/Pd作為電極催化劑,可吸附N2。下列說法正確的是(　　)A.充電時,可實現(xiàn)氮的固定B.充電時,陰極上反應(yīng)為Al3++3e-AlC.放電時,正極上反應(yīng)為8Al2C+N2+6e-2AlN+14AlCD.放電時,石墨烯/Pd用于提高N2反應(yīng)的活化能3.(雙選)(2021山東日照一模)納米硅基鋰電池是一種新型二次電池,電池裝置如圖所示,工作時硅基電極上的反應(yīng)為LinSi-ne-Si+nLi+。下列說法正確的是(　　)A.電池工作時,硅基電極的電勢高于三元鋰電極的電勢B.電池充電時,三元鋰電極反應(yīng)式可能為LiMxOy-ne-Li1-nMxOy+nLi+C.將有機聚合物電解質(zhì)換為鋰鹽水溶液,可提高電池工作效率并能延長電池使用壽命D.若工作前電池兩極的質(zhì)量相等,電路中轉(zhuǎn)移0.2mol電子時,兩極的質(zhì)量相差2.8g4.(雙選)(2021湖南常德一模)氨硼烷(NH3·BH3)電池裝置如圖所示(起始未加入氨硼烷之前,兩極室內(nèi)液體質(zhì)量相等),該電池工作時的總反應(yīng)為NH3·BH3+3H2O2NH4BO2+4H2O。下列說法錯誤的是(　　) A.b極為正極B.電池工作時,H+通過質(zhì)子交換膜向右移動C.a極的電極反應(yīng)式為NH3·BH3-6e-+6OH-N+B+4H2OD.當加入6.2gNH3·BH3(假設(shè)全部消耗)時,左右兩極室內(nèi)液體質(zhì)量差為5g5.(雙選)(2021河北張家口一模)電化學脫硫在金屬冶煉和廢水處理中均有應(yīng)用。一種電化學脫硫工作原理示意圖如圖所示。該裝置工作時,下列說法正確的是(　　)A.a為直流電源的負極B.陰極區(qū)溶液pH減小C.Mn2+、Mn3+之間轉(zhuǎn)化可加快電子轉(zhuǎn)移D.導(dǎo)線中流過4.5mole-同時陽極區(qū)溶液質(zhì)量增加44g6.(2021廣東選擇考模擬)一種利用納米V2O5纖維為電極的Li-Mg二次電池的工作原理如圖所示。下列說法正確的是(　　)A.放電時,電池的負極反應(yīng)為Mg2++2e-MgB.充電時,陽極反應(yīng)式可以表示為LiV2O5-e-Li++V2O5C.該電池的電解質(zhì)溶液可以為1mol·L-1的LiCl-MgCl2混合水溶液D.電池中所用離子交換膜為陰離子交換膜7.(2021福建泉州質(zhì)量監(jiān)測三)雙極膜(BP)是一種能將水分子解離成H+和OH-的特殊離子交換膜。應(yīng)用雙極膜制取聚合硫酸鐵凈水劑[Fe2(OH)n(SO4)3-n/2]m(PFS)的電化學裝置如圖所示。下列說法錯誤的是(　　) A.M為陰離子交換膜,乙為OH-B.電極a的電極反應(yīng)式為2H++2e-H2↑C.電流過大,會使PFS產(chǎn)品含量降低D.若制得1mol[Fe(OH)SO4]3,理論上轉(zhuǎn)移的電子為2mol8.(2021湖南卷)鋅-溴液流電池是一種先進的水溶液電解質(zhì)電池,廣泛應(yīng)用于再生能源儲能和智能電網(wǎng)的備用電源等。三單體串聯(lián)鋅-溴液流電池工作原理如圖所示:下列說法錯誤的是(　　)A.放電時,N極為正極B.放電時,左側(cè)貯液器中ZnBr2的濃度不斷減小C.充電時,M極的電極反應(yīng)式為Zn2++2e-ZnD.隔膜允許陽離子通過,也允許陰離子通過二、非選擇題9.(2021北京海淀一模)鋰電池有廣闊的應(yīng)用前景。用“循環(huán)電沉積”法處理某種鋰電池,可使其中的Li電極表面生成只允許Li+通過的Li2CO3和C保護層,工作原理如圖1,具體操作如下。ⅰ.將表面潔凈的Li電極和MoS2電極浸在溶有CO2的有機電解質(zhì)溶液中。ⅱ.0~5min,a端連接電源正極,b端連接電源負極,電解,MoS2電極上生成Li2CO3和C。ⅲ.5~10min,a端連接電源負極,b端連接電源正極,電解,MoS2電極上消耗Li2CO3和C,Li電極上生成Li2CO3和C。步驟ⅱ和步驟ⅲ為1個電沉積循環(huán)。ⅳ.重復(fù)步驟ⅱ和步驟ⅲ的操作,繼續(xù)完成9個電沉積循環(huán)。圖1 圖2(1)步驟ⅱ內(nèi)電路中的Li+由　　　　向　　　　遷移。(填“Li電極”或“MoS2電極”)?(2)已知下列反應(yīng)的熱化學方程式。2Li(s)+2CO2(g)Li2CO3(s)+CO(g)　ΔH1=-539kJ·mol-1CO2(g)+C(s)2CO(g)　ΔH2=+172kJ·mol-1步驟ⅱ電解總反應(yīng)的熱化學方程式為?　。?(3)步驟ⅲ中,Li電極的電極反應(yīng)式為　　　　　　　　　　　　　　　　。?(4)Li2CO3和C只有在MoS2的催化作用下才能發(fā)生步驟ⅲ的電極反應(yīng),反應(yīng)歷程中的能量變化如下圖。下列說法正確的是　　　　(填字母)。?a.反應(yīng)歷程中存在碳氧鍵的斷裂和形成b.反應(yīng)歷程中涉及電子轉(zhuǎn)移的變化均釋放能量c.MoS2催化劑通過降低電極反應(yīng)的活化能使反應(yīng)速率增大(5)受上述“循環(huán)電沉積”法的啟示,科學家研發(fā)了適用于火星大氣(主要成分是CO2)的“Li-CO2”可充電電池,工作原理如圖2?！癓i-CO2”電池充電時,Li電極表面生成Li而不會形成Li2CO3和C沉積,原因是??　。?參考答案專題突破練五　電化學1.BD　解析該實驗裝置沒有外接電源,故不屬于電解池,屬于帶鹽橋的原電池,A項錯誤。左側(cè)燒杯中電極為正極,發(fā)生的電極反應(yīng)為MnO2+4H++2e-Mn2++2H2O,B項正確。C電極為負極,發(fā)生的電極反應(yīng)為2Cl--2e-Cl2↑,產(chǎn)生的氣體Cl2可使?jié)駶櫟牡饣浀矸墼嚰堊兯{,C項錯誤。由于鹽橋中的陰離子移向負極區(qū),故若將鹽橋中KCl瓊脂換成KNO3瓊脂,則負極區(qū)的Cl-的物質(zhì)的量減少,故C電極上產(chǎn)生的氣體的總量減少,D項正確。2.C　解析氮元素從游離態(tài)變?yōu)榛蠎B(tài)的過程稱為氮的固定,該電池放電時,氮氣在正極上得到電子發(fā)生還原反應(yīng)轉(zhuǎn)化為氮化鋁,實現(xiàn)了氮的固定,A項錯誤。放電時負極反應(yīng)為Al-3e-+7AlC4Al2C;充電時,陰極反應(yīng)為4Al2C+3e-Al+7AlC,B項錯 誤。放電時,氮氣在正極上發(fā)生還原反應(yīng)生成氮化鋁,鋁元素來自Al2C,正極反應(yīng)為8Al2C+N2+6e-2AlN+14AlC,C項正確。放電時,石墨烯/Pd作為正極的催化劑,可降低N2反應(yīng)的活化能,增大反應(yīng)速率,D項錯誤。3.BD　解析電池工作時,硅基電極上的反應(yīng)為LinSi-ne-Si+nLi+,故硅基電極為負極,其電勢低于三元鋰電極的電勢,A項錯誤。電池充電時,三元鋰電極連接正極,為陽極,陽極上LiMxOy失電子產(chǎn)生Li+,電極反應(yīng)式可能為LiMxOy-ne-Li1-nMxOy+nLi+,B項正確。鋰為活潑金屬,能與鋰鹽水溶液中的水反應(yīng),故不能將有機聚合物電解質(zhì)換為鋰鹽水溶液,C項錯誤。原電池工作時,Li+移向正極,使負極質(zhì)量減少、正極質(zhì)量增加,轉(zhuǎn)移1mol電子時,有1molLi+移動,兩極質(zhì)量相差2mol×7g·mol-1=14g,則電路中轉(zhuǎn)移0.2mol電子時,兩極的質(zhì)量相差14g×0.2=2.8g,D項正確。4.CD　解析電池工作時的總反應(yīng)為NH3·BH3+3H2O2NH4BO2+4H2O;負極:NH3·BH3+2H2O-6e-N+B+6H+;正極:H2O2+2H++2e-2H2O?？膳袛喑鯽極為負極,b極為正極,A項正確,C項錯誤。a極上生成氫離子,b極上消耗氫離子,故電池工作時,H+通過質(zhì)子交換膜向右移動,B項正確。6.2gNH3·BH3的物質(zhì)的量為=0.2mol,生成的H+的物質(zhì)的量為1.2mol,b極區(qū)增加1.2molH+,故當加入6.2gNH3·BH3時,左、右兩極室內(nèi)液體質(zhì)量差為6.2g-1.2mol×2×1g·mol-1=3.8g,D項錯誤。5.AC　解析由圖及Mn元素的化合價變化可知,Mn2+失去電子,發(fā)生氧化反應(yīng),電極反應(yīng)為Mn2+-e-Mn3+,Mn3+再與FeS(s)發(fā)生反應(yīng)FeS+9Mn3++4H2O9Mn2++8H++Fe3++S,所以右側(cè)電極為陽極,則b為直流電源的正極、a為直流電源的負極,A項正確。在陰極上是氫離子得電子的還原反應(yīng)2H++2e-H2↑,轉(zhuǎn)移2mol電子時,陰極區(qū)消耗2molH+,同時有2molH+由陽極區(qū)經(jīng)質(zhì)子交換膜移入陰極區(qū),故溶液pH不變,B項錯誤。Mn2+、Mn3+之間轉(zhuǎn)化,起到在FeS和電極之間傳遞電子的作用,可加快電子轉(zhuǎn)移,C項正確。由電極反應(yīng)式知,導(dǎo)線中流過4.5mole-時,根據(jù)FeS~9Mn3+~9e-　~　9H+88g9mol9gm(增加)4.5molm(減少)m(增加)=44g,m(減少)=4.5g,所以有44gFeS參加反應(yīng),同時有4.5g氫離子移入陰極區(qū),故陽極區(qū)溶液質(zhì)量增加44g-4.5g=39.5g,D項錯誤。6.B　解析放電時負極反應(yīng)為Mg-2e-Mg2+,A項錯誤。充電時,陽極LiV2O5失去電子生成V2O5,B項正確。若電解質(zhì)溶液為1mol·L-1的LiCl-MgCl2溶液,充電時,陰極不再是Mg2+得電子,C項錯誤。由圖可知,通過離子交換膜的離子為Mg2+和Li+,則離子交換膜是陽離子交換膜,D項錯誤。7.D　解析由圖可知交換膜M右側(cè)的產(chǎn)物為硫酸,可知S從硫酸鐵溶液進入硫酸室中,M為陰離子交換膜;根據(jù)BP膜兩側(cè)電荷的分布,可判斷出甲為H+,乙為OH-,A項正確。由H+向a極移動,可判斷a極為陰極,a極的電極反應(yīng)式為2H++2e-H2↑,B項正確。電流過大會使大量OH-進入硫酸鐵溶液室中,生成氫氧化鐵沉淀,使PFS含量降低,C項正確。若制得1mol[Fe(OH)SO4]3,則有3molOH-進入硫酸鐵溶液室中,理論上轉(zhuǎn)移的電子為3mol,D項錯誤。8.B　解析該電池放電反應(yīng)總方程式:Zn+Br2ZnBr2,放電時,Br2在正極反應(yīng),ZnBr2被循環(huán)回路“回收”至左側(cè)貯液器中,A項正確,B項錯誤;充電時,鋅極為陰極,發(fā)生還原反應(yīng):Zn2++2e-Zn,C項正確;放電時,Br2得電子產(chǎn)生Br-,通過隔膜遷移至負極區(qū),形成ZnBr2回流至左側(cè)貯液器,Zn失電子產(chǎn)生Zn2+,通過隔膜遷移至正極區(qū), 形成ZnBr2回流至右側(cè)貯液器;充電時,Zn2+得電子生成Zn在M極放電,部分Zn2+在隔膜上生成沉積鋅,而Br-在貯液器處轉(zhuǎn)化為Br2復(fù)合物貯存,該過程中Zn2+、Br-都可以通過隔膜,D項正確。9.答案(1)Li電極　MoS2電極(2)4Li(s)+3CO2(g)2Li2CO3(s)+C(s)　ΔH=-1250kJ·mol-1(3)4Li++3CO2+4e-2Li2CO3+C(4)ac(5)電解質(zhì)中未溶解CO2,內(nèi)電路中的膜只允許Li+通過,不允許CO2通過,陰極生成的CO2無法遷移到陽極轉(zhuǎn)化為C和C解析(1)從圖1可以看出,步驟ⅱ中a端連電源正極,Li電極作陽極,陽離子向陰極移動,Li+從Li電極向MoS2電極遷移。(2)步驟ⅱ的總反應(yīng)為4Li(s)+3CO2(g)2Li2CO3(s)+C(s),根據(jù)蓋斯定律,可得總反應(yīng)的反應(yīng)熱為ΔH=2ΔH1-ΔH2=(-539×2-172)kJ·mol-1=-1250kJ·mol-1,即總反應(yīng)的熱化學方程式為4Li(s)+3CO2(g)2Li2CO3(s)+C(s)　ΔH=-1250kJ·mol-1。(3)步驟ⅲ中Li電極作陰極,電極反應(yīng)式為4Li++3CO2+4e-2Li2CO3+C。(4)從圖中可以看出C→CO2存在碳氧鍵的斷裂,C→CO存在碳氧鍵的形成,a項正確。圖中涉及電子轉(zhuǎn)移時,能量增加,吸收能量,b項錯誤。催化劑可以降低活化能,加快反應(yīng)速率,c項正確。