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專題07 電化學 1. H2S是一種劇毒氣體，如圖為質子膜H2S燃料電池的示意圖，可對H2S廢氣資源化利用。下列敘述錯誤的是 A. a是負極，電池工作時，電子的流動力向是：電極a-負載一電極b-質子膜一電極a B. 電池工作時，化學能轉化為電能和熱能 C. 電極b上發(fā)生的電極反應式為O2+ 4e-+4H+=2H2O D. 當電路中通過4mol電子時，有4molH+經質子膜進入正極區(qū) 【答案】A 【解析】根據H2S燃料電池的示意圖可知，在a極，H2S→S2，化合價升高，發(fā)生氧化反應，a是負極，電池工作時,電子從負極電極a經負載流向正極電極b，電子不能進入溶液中，A錯誤；原電池工作時，化學能轉化為電能和熱能，B正確；根據O2→H2O，化合價降低，氧氣得電子發(fā)生還原反應， 電極反應式為O2+4e-+4H+=2H2O，C正確；根據O2+4e-+4H+=2H2O,所以當電路中通過電子時,有經質子膜進入正極區(qū),D正確。 2. 最近我國科學家設計了一種協(xié)同轉化裝置，實現(xiàn)對天然氣中和的高效去除。示意圖如右所示，其中電極分別為ZnO@石墨烯（石墨烯包裹的ZnO）和石墨烯，石墨烯電極區(qū)發(fā)生反應為： ① ② 該裝置工作時，下列敘述錯誤的是（ ） A. 陰極的電極反應： B. 協(xié)同轉化總反應： C. 石墨烯上的電勢比ZnO@石墨烯上的低 D. 若采用取代，溶液需為酸性 【答案】C 【詳解】A項，石墨烯失電子作陽極，ZnO@石墨烯作陰極，發(fā)生反應： ，故A項正確；B項，陰極CO2得電子，陽極Fe2+失電子生成Fe3+，F(xiàn)e3+繼續(xù)與H2S反應生成Fe2+與S，故協(xié)同轉化總反應為，故B項正確；C項，石墨烯上發(fā)生反應：EDTA-- Fe2+-e-= EDTA-- Fe3+，為陽極，陽極電勢高，故石墨烯上的電勢比ZnO@石墨烯上的高，故C項錯誤；D項，F(xiàn)e2+、Fe3+易水解，只能在酸性條件下存在，故溶液需為酸性，故D項正確。 3. 混合動力車在剎車和下坡時處于充電狀態(tài)；上坡或加速時，電動機提供輔助推動力，降低了汽油的消耗。該車一般使用的是鎳氫電池采用鎳的化合物和儲氫金屬（以M表示）為兩電極材料，堿液（主要為KOH）電解液。鎳氫電池充放電原理如圖，其總反應式為：H2+2NiOOH = 2Ni(OH)2 下列有關判斷正確的是（ ） A. 在上坡或加速時，溶液中的K+向甲電極遷移 B. 在剎車和下坡時，甲電極的電極反應式為：2 H2O+2e- H2↑+2OH- C. 在上坡或加速時，乙電極周圍溶液的pH將減小 D. 在剎車和下坡時，乙電極增重 【答案】B 【解析】在上坡或加速時，電池處于放電過程即原電池，溶液中的K+向正極即乙極移動，A錯誤；在在剎車和下坡時，電池處于充電狀態(tài)即為電解池，甲極是陰極，氫離子得電子發(fā)生還原反應，產生氫氣，B正確；在上坡或加速時，屬于原電池，乙電極為正極，電極極反應為NiOOH+H2O+e-=Ni(OH)2+OH-，乙電極周圍因OH-濃度增大，pH將變大，C錯誤；在剎車和下坡時，屬于電解池，乙極為陽極是氫氧化鎳轉化為氫氧化氧鎳的過程，電極質量減輕，D錯誤。 4. 下圖是CO2電催化還原為CH4的工作原理示意圖。下列說法正確的是 A. 該過程是化學能轉化為電能的過程 B. 一段時間后，①池中n(KHCO3)不變 C. 一段時間后，②池中溶液的pH不變 D. 銅電極的電極反應式為9CO2+6H2O+8e-=CH4+8HCO3- 【答案】D 【解析】該裝置是一個電解池，電解池是將電能轉化為化學能的裝置，A錯誤；在電解池的陰極上發(fā)生二氧化碳得電子的還原反應，即═，一段時間后，氫離子減小，氫氧根濃度增大，氫氧根會和①池中的碳酸氫鉀反應，所以會減小，B錯誤；在電解池的陽極上，是氫氧根離子發(fā)生失電子的氧化反應，所以酸性增強，pH一定下降，C錯誤；電催化還原為的過程是一個還原反應過程，所以銅電極是電解池的陰極，銅電極的電極反應式為9CO2+6H2O+8e-= CH4+8HCO3-， D正確。 5. 甲醇燃料電池由于結構簡單、能量轉化率高、對環(huán)境無污染，可作為常規(guī)能源的替代品而越來越受到關注，其工作示意圖如下，其總反應為 2CH3OH＋3O2===2CO2＋4H2O。下列說法不正確的是( ) A. 電極 A 是負極，物質 a 為甲醇 B. 電池工作時，電解液中的 H＋通過質子交換膜向 B 電極遷移 C. 放電前后電解質溶液的 pH 增大 D. b 物質在電極上發(fā)生的電極反應式為： O2+4eˉ+2H2O＝4OHˉ 【答案】D 【解析】甲醇的燃料電池，甲醇在負極被氧化，氧氣在正極被還原；電子由A流出經過導線流入B，電極A 是負極，物質 a 為甲醇，A正確；H＋應該向正極（B 電極）移動，B正確；負極反應：2CH3OH-12eˉ+2H2O=2CO2+12H＋,正極反應 3O2+12eˉ+12H＋＝6H2O，反應前后H＋總量沒變，但是反應放電后反應生成了水，造成了H＋的濃度減小，電解質溶液的 pH 增大，C正確；酸性環(huán)境下，氧氣在B電極上發(fā)生的電極反應式為： O2+4eˉ+4H＋＝2H2O ，D錯誤。 6. 近年來，我國在航空航天事業(yè)上取得了令人矚目的成就，科學家在能量的轉化，航天器的零排放作出了很大的努力，其中為了達到零排放的要求，循環(huán)利用人體呼出的CO2并提供O2，設計了一種裝置（如圖）實現(xiàn)了能量的轉化，總反應方程式為2CO2=2CO+O2。關于該裝置下列說法正確的是（ ） A. 裝置中離子交換膜為陽離子交換膜 B. 反應完畢，電解質溶液堿性減弱 C. N型半導體為陽極，P型半導體為陰極 D. CO2參與X電極的反應方程式：CO2+2e+H2O=CO+2OH 【答案】D 【解析】左半部分為原電池，右半部分為電解池；根據原電池中正電荷的移動方向可知，N型半導體為負極極，P型半導體為正極，C錯誤；則X電極為陰極，發(fā)生還原反應，CO2+2e+H2O=CO+2OH，D正確；圖中OH-在X電極處產生，但是Y電極附近也存在OH-，說明OH能夠通過離子交換膜，即該膜為陰離子交換膜，A錯誤；根據總反應2CO2=2CO+O2可知反應前后電解質溶液酸、堿性不變，B錯誤。 7. 我國科學家研制出“可充室溫Na-CO2電池”(Rechargeable Room-Temperature Na-CO2 Batter-ies)現(xiàn)已取得突破性進展，其有望取代即將“枯竭”的鋰電池，該電池結構如圖所示。下列說法錯誤的是 A. 電池工作時，正極發(fā)生反應：4Na++3CO2+4e-==2Na2CO3+C B. 電池工作時，外電路中流過0.02mol電子，負極材料減重0.46g C. 多壁碳納米管的作用主要是導電及吸附CO2 D. 電池中四甘醇二甲醚可用飽和食鹽水代替實現(xiàn)Na+傳導 【答案】D 【解析】根據圖中電子流向可知，金屬鈉為負極，多壁納米管為正極，正極發(fā)生還原反應，二氧化碳被還原為碳，A正確；鈉變?yōu)殁c離子，轉移電子0.02mol，減重0.0223=0.46 g，B正確；多壁碳納米管為疏松多孔，主要是導電及吸附CO2，C正確；若用飽和食鹽水，水會與鈉電極反應，不能構成原電池，D錯誤。 8. 全固態(tài)鋰硫電池能量密度高、成本低，其工.作原理如圖所示，其中電極a常用摻有石墨烯的S8材料，電池反應式為16Li+xS8=8Li2Sx(2≤x≤8)。同時利用此裝置的電能在鐵上鍍銅，下列說法不正確的是 A. 電池工作時，a是正極，外電路中流過0.02mal電子，負極材料減重0.14g B. 石墨烯的作用主要是提高電極a的導電性 C. 當鉀硫電池電極提供1mol電子時，則理論上鐵電極增重32g D. 放電時，Li+向正極移動，在此電池中加人硫酸可增加導電性 【答案】D 【解析】根據鋰離子的移動方向可知，a是正極，b極為負極，鋰失電子變?yōu)殇囯x子，負極材料減重為0.027=0.14g，A正確；石墨烯具有導電作用，它的使用提高電極a的導電性，B正確；鐵上鍍銅，銅做陽極，失電子，溶液中的銅離子得電子在陰極（鐵極）析出，Cu2++2e-= Cu，當轉移1mol電子時，則理論上鐵電極析出銅0.564=32g，C正確；硫酸能夠與金屬鋰電極反應，不能構成原電池，D錯誤。 9. 鋰-碘電池應用于心臟起搏器，使用壽命超過10年，負極是鋰，正極是聚2-乙烯吡(P2VP)和I2復合物，工作原理2Li+ P2VPnI2=2LiI+P2VP(n-1)I2，下列敘述錯誤的是 A. 該電池是電解質為非水體系的二次電池 B. 工作時Li向正極移動 C. 正極反應式為P2VPnI2+2Li++2e-=2LiI+P2VP(n-1)I2 D. 該電池具有全時間工作、體積小、質量小、壽命長等優(yōu)點 【答案】A 【解析】金屬鋰能夠與水反應，所以該電池是電解質為非水體系的一次電池，使用壽命超過10年，A錯誤；原電池工作時，陽離子（Li+）向正極移動，B正確；原電池正極發(fā)生還原反應，P2VPnI2在正極得電子，C正確；鋰-碘電池應用于心臟起搏器，使用壽命超過10年，該電池具有全時間工作、體積小、質量小、壽命長等優(yōu)點，D正確。 10. 十九大報告中提出要“打贏藍天保衛(wèi)戰(zhàn)”，意味著對大氣污染防治比過去要求更高。二氧化硫—空氣質子交換膜燃料電池實現(xiàn)了制硫酸、發(fā)電、環(huán)保三位一體的結合，原理如圖所示。下列說法正確的是 A. 該電池放電時質子從Pt 2電極經過內電路流到Pt 1電極 B. Pt 1電極附近發(fā)生的反應為：SO2＋2H2O－2e－＝H2SO4＋2H＋ C. Pt 2電極附近發(fā)生的反應為O2＋4e－＋2H2O＝4OH－ D. 相同條件下，放電過程中消耗的SO2和O2的體積比為2∶1 【答案】D 【解析】放電時為原電池，質子向正極移動，Pt1電極為負極，則該電池放電時質子從Pt1電極移向Pt2電極，A錯誤；Pt1電極為負極，發(fā)生氧化反應，SO2被氧化為硫酸，極反應為SO2＋2H2O－2e－＝SO2-4＋4H＋，硫酸應當拆為離子形式，B錯誤；酸性條件下，氧氣得電子生成水, C錯誤；相同條件下，放電過程中：負極發(fā)生氧化反應：2SO2＋4H2O－4e－＝2SO2-4＋8H＋，正極發(fā)生還原反應：O2＋4e－＋4 H＋＝2H2O，根據轉移電子數相等規(guī)律可知：放電過程中消耗的SO2和O2的體積比為2∶1，D正確。 11. 1894年，F(xiàn)enton發(fā)現(xiàn)采用Fe2+和H2O2混合溶液，能產生具有高反應活性和強氧化性的羥基自由基(-OH),從而氧化降解有機污染物，稱為Fenton反應。電Fenton法采用惰性電極電解法，右圖為其中一個電極的反應機理，其中含有Fenton反應。下列說法不正確的是 A. 羥基自由基(-OH)的電子式為： B. 右圖所在的惰性電極應與外接電源的負極相連 C. Fenton反應：Fe2++H2O2==Fe3++OH-+-OH D. 右圖所在的惰性電極每消耗22.4LO2(標準狀況)，理論上在外電電路中轉移4mole- 【答案】D 【解析】羥基自由基(-OH)的電子式為：，A正確；右圖所在的惰性電極為電解池的陰極，發(fā)生還原反應，在充電時，必須與外接電源的負極相連，B正確；Fe2+被H2O2氧化為鐵離子，同時產生羥基自由基(-OH)，F(xiàn)enton反應：Fe2++H2O2==Fe3++OH-+-OH，C正確；根據圖示可知：22.4LO2即為1molO2，1molO2轉化為H2O2時轉移電子數為2mole-，理論上在外電電路中轉移2mole-，D錯誤。 12. 鋰—液態(tài)多硫電池具有能量密度高、儲能成本低等優(yōu)點，以熔融金屬鋰、熔融硫和多硫化鋰[Li2Sx(2≤x≤8)]分別作兩個電極的反應物，固體Al2O3陶瓷(可傳導Li+)為電解質，其反應原理如圖所示。下列說法錯誤的是 A. 該電池比鈉一液態(tài)多硫電池的比能量高 B. 放電時，內電路中Li+的移動方向為從a到b C. Al2O3的作用是導電、隔離電極反應物 D. 充電時，外電路中通過0.2mol電子，陽極區(qū)單質硫的質量增加3.2g 【答案】D 【解析】鋰—液態(tài)多硫電池具有能量密度高、儲能成本低等優(yōu)點，所以該電池比鈉一液態(tài)多硫電池的比能量高，A正確；放電時，Na失電子發(fā)生氧化反應,所以a作負極、b作正極，電解質中陽離子鋰離子向正極b移動，B正確；Al2O3為離子化合物，在該電池中作用是導電、隔離電極反應物，C正確；充電時，陽極反應為SX2—-2e-=xS，外電路中通過0.2mol電子，陽極生成單質硫的質量為0.1x，由于2≤x≤8，質量為6.4-25.6 g之間，D錯誤。 13. 使用新型電極材料，以N2、H2為電極反應物，以溶有M的稀鹽酸為電解質溶液，制成新型燃料電池，裝置如圖所示。下列說法正確的是 A. 通入H2的一極為正極 B. 放電時H+向左移動，生成的物質M是NH4Cl C. 通入的電極反成為:X2+6H+-6e-=2NH3 D. 放電過程右邊區(qū)域溶液pH逐漸增大 N2+6H+-6e-=2NH3 【答案】B 【解析】負極是氫氣失電子生成氫離子，則通入H2的一極為負極，A錯誤；根據負極電極反應為:H2-2e-=2H+，正極電極反應N2+8H++6e-=2NH4+，總反應式為N2++3H2+2H+=2NH4+，則左邊N2為正極，H+向正極即左移動，M為NH4Cl，B正確； 氮氣被還原生成NH4+,電極反應式為N2+8H++6e-=2NH4+，C錯誤；反應過程中右邊區(qū)域溶液氫氣失電子生成氫離子，電極反應式為H2-2e-=2H+，，pH逐漸減小，D錯誤。 14. 熔融碳酸鹽燃料電池(MolenCathomaleFuel Cell)簡稱MCFC，具有高發(fā)電效率。工作原理示意圖如圖。下列說法正確的是 A. 電極M為負極，K+、Na+移向M B. 電池工作時，熔融鹽中CO32-物質的量增大 C. A為CO2，正極的電極反應為：O2+4e-+2CO2=2CO32- D. 若用MCFC給鉛蓄電池充電，電極N接Pb極 【答案】C 【解析】氫氧燃料電池，氫氣做負極，氧氣為正極，電極M為負極，電解質中陽離子向正極移動，移向電極N，A錯誤；電極的負極反應為：2H2-4e-+2CO32-=2H2O+2CO2，電極的正極反應為：O2+4e-+2CO2=2CO32-，所以電池工作時，熔融鹽中CO32-物質的量不變，B錯誤；正極發(fā)生還原反應，氧氣在正極得電子，電極反應為：O2+4e-+2CO2=2CO32-，所以要通入CO2，C正確；鉛蓄電池鉛為負極，要與電源的負極相連接，因此要連接電源的M極；D錯誤。 15. 利用電化學原理還原CO2制取ZnC2O4的裝置如圖所示(電解液不參加反應)，下列說法正確的是 A. 可用H2SO4溶液作電解液 B. 陽離子交換膜的主要作用是增強導電性 C. 工作電路中每流過0.02 mol電子，Zn電極質量減重0.65g D. Pb電極的電極反應式是2CO2-2e-=C2O42- 【答案】C 【解析】如果用H2SO4溶液作電解液，溶液中氫離子會在正極得電子生成氫氣，影響2CO2+2e-=C2O42-反應的發(fā)生，A錯誤；用陽離子交換膜把陽極室和陰極室隔開，它具有選擇透過性，它只允許H+透過，其它離子難以透過，B錯誤；Zn電極為負極，發(fā)生氧化反應，Zn-2e-= Zn2+；當電路中每流過0.02 mol電子，消耗鋅的量為0.01 mol，質量為0.65g，C正確；Pb電極為正極，發(fā)生還原反應，2CO2+2e-=C2O42-，D錯誤。 16. 鋁-石墨雙離子電池是一種高效電池。原理為：AlLi + Cx(PF6) Al+xC+Li++PF6-,電池結構如圖所示。下列說法正確的是 A. 放電時外電路中電子向鋁鋰電極移動 B. 放電時正極反應為Cx(PF6)+e-= xC+ PF6- C. 充電時，鋁石墨電極上發(fā)生還原反應 D. 以此電池為電源，電解NaCl飽和溶液，當生成11.2LH2時，電池負極質量減少7g 【答案】B 【解析】放電時鋁鋰電極中鋰失電子作為負極，外電路中電子由負極鋁鋰電極向正極鋁石墨移動，A錯誤；放電時正極鋁石墨電極Cx(PF6)得電子產生PF6-，正極反應為Cx(PF6)+e-= xC+ PF6-，B正確；放電時，鋁石墨電極上發(fā)生還原反應，充電時，鋁石墨電極上發(fā)生氧化反應，C錯誤；電解NaCl飽和溶液，產生氯氣和氫氣，由于沒有給出生成氫氣的外界條件，無法計算出氫氣的量，也就不能進行相關的計算，D錯誤。 17. 利用“ Na－CO2”電池將CO2變廢為寶。我國科研人員研制出的可充電“Na－CO2”電池，以鈉箔和多壁碳納米管(MWCNT)為電極材料，放電反應方程式為4Na＋3CO2 ＝2Na2CO3＋C。放電時該電池“吸入”CO2，其工作原理如圖所示，下列說法中錯誤的是（ ） A. 電流流向為：MWCNT→導線→鈉箔 B. 放電時，正極的電極反應式為 3CO2＋4Na＋＋4e－===2Na2CO3＋C C. 原兩電極質量相等，若生成的Na2CO3和C全部沉積在電極表面，當轉移0.2 mol e－時，兩極的質量差為11.2g D. 選用髙氯酸鈉-四甘醇二甲醚做電解液的優(yōu)點是導電性好，與金屬鈉不反應，難揮發(fā) 【答案】C 【解析】金屬鈉失電子，做負極，電子由負極經導線流向正極，電流流向相反，由MWCNT→導線→鈉箔，A正確；放電時，正極發(fā)生還原反應，CO2被還原為碳，電極反應式為3CO2＋4Na＋＋4e－===2Na2CO3＋C，B正確；正極發(fā)生極反應為3CO2＋4Na＋＋4e－==2Na2CO3＋C，根據反應關系可知，當轉移0.2 mol e－時，生成碳酸鈉的量的為0.1 mol，碳的量為0.05 mol，正極質量增重為0.1106+0.0512=11.2 g，負極發(fā)生反應：2Na-2e-=2Na+，根據反應關系可知，當轉移0.2 mol e－時，消耗金屬鈉的量0.2mol，質量為0.223=4.6 g，所以兩極的質量差為11.2g+4.6g=15.8 g，C錯誤；選用髙氯酸鈉-四甘醇二甲醚做電解液的優(yōu)點是導電性好，與金屬鈉不反應，難揮發(fā)，D正確。