1、北京曲一线图书策划有限公司 2024版5年高考3年模拟A版专题十化学反应与电能1.NiOOH-Zn电池(KOH溶液为电解液)的工作原理如图所示,下列说法错误的是()A.工作时,OH-向负极移动B.工作一段时间后,电解液pH减小C.负极电极反应式为Zn-2e-+4OH- ZnO22+2H2OD.当电路中转移0.2 mol电子时,电解液质量增加6.4 g答案D由题图信息可知,Zn转化为ZnO22,发生氧化反应,电极反应为Zn-2e-+4OH- ZnO22+2H2O,则Zn作负极;NiOOH转化为Ni(OH)2,发生还原反应,电极反应为NiOOH+e-+H2O Ni(OH)2+OH-,则NiOOH作
2、正极。电池的总反应式为Zn+2NiOOH+2OH- ZnO22+2Ni(OH)2。原电池工作时,电解质溶液中阴离子移向负极,A正确;由电池总反应可知工作一段时间后,OH-浓度减小,电解液pH减小,B正确;由上述分析可知,C正确;当电路中转移0.2 mol电子时,由负极反应可知,Zn溶解0.1 mol,由正极反应可知,电解质溶液减少0.2 g,则电解液质量增加65 g/mol0.1 mol-0.2 g=6.3 g,D错误。2.电解法处理含有Cl-、NO3的酸性废水,其工作原理如图所示,H表示氢原子。下列说法错误的是()电解法处理酸性废水A.电极b接电源负极B.处理1 mol NO3,电路中转移5
3、 mol e-C.HClO在阳极生成:Cl-+H2O-2e- HClO+H+D.电极b的电极反应式为10H+NO3+8e- NH4+3H2O答案B电极b上NO3转变为NH4+,发生还原反应,则电极b为阴极,接电源负极,A正确;NO3转变为NH4+,处理1 mol NO3,电路中转移8 mol e-,B不正确;阳极Cl-失去电子,生成HClO:Cl-+H2O-2e- HClO+H+,C正确;电极b上NO3转变为NH4+,电极反应式为10H+NO3+8e- NH4+3H2O,D正确。3.我国科学家设计如图装置实现了分步电解制氢、制氧,下列说法正确的是()A.c接电源正极,b接电源负极B.闭合K2,
4、Y极发生氧化反应,H+向Y电极移动C.闭合K1,Y极电极反应式为PTO+4e-+4H+ PTOH4D.该装置实现了PTO、PTOH4的循环利用,且硫酸的浓度保持不变答案C当闭合K2,Y极作阳极,电极反应式为PTOH4-4e- PTO+4H+,RuO2/IrO2-Ti电极作阴极,电极反应式为2H+2e- H2;当闭合K1,Y极作阴极,电极反应式为PTO+4H+4e- PTOH4,Pt/Ti极作阳极,电极反应式为2H2O-4e- O2+4H+。当闭合K1,Y极作阴极,c接电源负极,当闭合K2,Y极作阳极,b接电源正极,A错误;闭合K2,Y极作阳极,发生氧化反应,阳离子移向阴极,即H+向RuO2/I
5、rO2-Ti电极移动,B错误;由上述分析可知,C正确;该装置电解了H2O,硫酸的浓度增大,D错误。4.(双选)用惰性电极电解法制备硼酸H3BO3或B(OH)3的工作原理如图所示(阳膜和阴膜分别只允许阳离子和阴离子通过)。下列有关说法正确的是()A.1、3膜为阴膜,2膜为阳膜B.b极的电极反应式为2H2O-2e- O2+4H+C.产品室中发生的反应是B(OH)4+H+ H3BO3+H2OD.产品室中每增加1 mol H3BO3产品,a极室NaOH溶液增重22 g答案CD由图可知,b电极为阳极,电解时阳极上水失电子生成O2和H+,a电极为阴极,电解时阴极上水得电子生成H2和OH-,原料室中的Na+
6、通过阳膜(1膜)进入a极室,溶液中c(NaOH)增大,原料室中的B(OH)4通过阴膜(2膜)进入产品室,b极室中氢离子通过阳膜(3膜)进入产品室,B(OH)4、H+发生反应生成H3BO3。1、3膜为阳膜,2膜为阴膜,A错误;b极为阳极,电极反应式为2H2O-4e- O2+4H+,B错误;产品室中B(OH)4、H+发生反应生成H3BO3,反应的离子方程式为B(OH)4+H+ H3BO3+H2O,C正确;每增加1 mol H3BO3产品,则有1 mol Na+移向a极室,同时a极室有0.5 mol H2生成,因此NaOH溶液质量增加1 mol23 g/mol-0.5 mol2 g/mol=22 g
7、,D正确。5.Ag催化刻蚀Si晶片的反应原理如图所示,刻蚀液由一定浓度的HF和H2O2混合而成,刻蚀时间为216 min,由Ag薄膜覆盖的部分硅晶片被刻蚀掉,剩余部分就形成了硅纳米线。下列说法错误的是()A.该刻蚀过程利用了原电池原理,Si作负极B.Ag极发生的反应为H2O2+2e-+2H+ 2H2OC.Si极附近溶液pH增大D.每刻蚀14 g Si,有2.0 mol电子迁移到Ag电极答案C该刻蚀过程利用了原电池原理,Si失去电子,Si作负极,A正确;在Ag薄膜上发生反应:2H+2e-+H2O2 2H2O,B正确;在Si电极上发生反应:Si+6HF-4e- H2SiF6+4H+,故Si极附近溶
8、液pH减小,C错误;每刻蚀14 g Si,即0.5 mol Si,有2.0 mol电子迁移到Ag电极,D正确。6.聚阴离子型正极材料在钠离子电池中具有应用前景。一种钠离子电池用硬碳材料(NaxC)作负极,利用钠离子在正、负极上的嵌、脱过程实现充放电,该电池的工作原理为Na3-x(VOPO4)2F+NaxC Na3(VOPO4)2F+C。下列说法错误的是()A.充电时,Na+从阳极脱嵌,经电解质嵌入阴极B.电解液可以是含Na+的导电有机聚合物或水溶液C.放电时,正极的电极反应为Na3-x(VOPO4)2F+xe-+xNa+ Na3(VOPO4)2FD.用该电池作电源,使用惰性电极电解硫酸钠溶液,
9、负极质量减少23 g时,阳极产生标准状况下气体5.6 L答案B充电时阴极的电极反应为C+xe-+xNa+ NaxC,Na+从阳极脱嵌,经电解质嵌入阴极,A正确;金属钠与水能反应,故电解液不能为含Na+的水溶液,B错误;放电时,正极Na3-x(VOPO4)2F得电子,电极反应式为Na3-x(VOPO4)2F+xe-+xNa+ Na3(VOPO4)2F,C正确;负极反应为NaxC-xe- C+xNa+,质量减少23 g时电路中转移电子1 mol,阳极的电极反应式为2H2O-4e- 4H+O2,阳极产生氧气0.25 mol,标准状况下的体积为5.6 L,D正确。7.我国科技工作者发明了一种可快速充、
10、放电的铝离子电池,其放电时的工作原理示意图如下,正极反应为Cn(AlCl4)+e- Cn+AlCl4。下列有关该电池的说法错误的是()已知:EMIM+的结构简式为。A.Al为负极,电极反应式为Al-3e- Al3+B.离子液体中的EMIMCl不参与反应,只起传递离子的作用C.电池工作时,阳离子从负极区域移向正极区域D.电路中转移1 mol e-时,正极区域减少的质量为58 g答案A根据工作原理示意图中的物质转化可知,Al极反应为Al-3e-+7AlCl4 4Al2Cl7,A错误;离子液体中EMIMCl为溶剂,不参与反应,只起传递离子的作用,B正确;电池工作时,阳离子从负极区域移向正极区域,电子
11、由导线从负极移向正极,C正确;电路中转移1 mol电子时,从正极区迁移出1 mol AlCl4,即减少169 g,移入正极区1 mol阳离子,即增加111 g,故正极区质量减少58 g,D正确。8.热激活电池主要用于导弹、火箭以及应急电子仪器供电,是一种电解质受热熔融即可开始工作的电池。一种热激活电池的结构如图1所示。图1图2已知:放电后的两极产物分别为Li7Si3和LiMn2O4;LiCl和KCl混合物的熔点与KCl的物质的量分数的关系如图2所示。下列说法错误的是()A.放电时,Li+的移动方向:a极区b极区B.放电时,a极的电极反应:3Li13Si4-11e- 4Li7Si3+11Li+C
12、.调节混合物中KCl的物质的量分数可改变电池的启动温度D.若放电前两电极质量相等,转移0.1 mol电子后两电极质量相差0.7 g答案D该热激活电池为原电池装置,放电后的两极产物分别为Li7Si3和LiMn2O4,根据结构图可知,a为负极,电极反应为3Li13Si4-11e- 4Li7Si3+11Li+;b为正极,电极反应为Li+e-+2MnO2 LiMn2O4。放电时,Li+的移动方向:由负极移向正极,即a极区b极区,A正确;由上述分析知,B正确;根据图2可知,KCl的物质的量分数影响LiCl和KCl混合物的熔点,该电池是一种电解质受热熔融即可开始工作的电池,故调节混合物中KCl的物质的量分
13、数可改变电池的启动温度,C正确;若放电前两电极质量相等,转移0.1 mol电子,负极有0.1 mol Li+生成,负极质量减少0.7 g,0.1 mol Li+迁移到正极,正极质量增加0.7 g,两电极质量相差1.4 g,D错误。9.Mg-空气电池的工作原理如图所示。下列说法正确的是()A.电极A是该电池的正极B.电极B附近溶液的pH增大C.电池工作时,电子由电极B经外电路流向电极AD.电池工作时的主要反应为Mg+2H+ Mg2+H2答案BMg失去电子,发生氧化反应,则电极A为该电池的负极,A错误;电极B上通入空气,O2得到电子发生还原反应,则电极B为正极,发生反应O2+4e-+2H2O 4O
14、H-,所以电极B附近溶液中c(OH-)增大,溶液的pH增大,B正确;电池工作时,电子由负极(电极A)经外电路流向正极(电极B),C错误;负极上Mg失去电子变为Mg2+进入溶液,正极上O2得到电子发生还原反应产生OH-,总反应为2Mg+O2+2H2O 2Mg(OH)2,D错误。10.一种水性电解液Zn-MnO2离子选择双隔膜电池如图所示。已知在KOH溶液中,Zn2+以Zn(OH)42形式存在。下列叙述不正确的是()A.放电时Zn作负极B.a为阳离子交换膜,b为阴离子交换膜C.放电时MnO2电极上发生的反应:MnO2+4H+2e- Mn2+2H2OD.电路中每通过1 mol电子,Zn电极的质量减小
15、32.5 g答案B此装置为原电池,Zn转化为Zn(OH)42,Zn元素化合价升高,发生氧化反应,Zn作负极,A正确;MnO2作正极,在酸性条件下发生还原反应,MnO2+4H+2e- Mn2+2H2O,C正确;Zn电极反应式为Zn-2e-+4OH- Zn(OH)42,所以电路中每通过1 mol电子,Zn电极溶解的质量为0.5 mol65 gmol-1=32.5 g,D正确;根据MnO2电极反应式可知,室H+被消耗,SO42通过离子交换膜a向负极移动,最终留在室,a为阴离子交换膜,根据Zn电极反应式可知,室消耗OH-,K+从室通过离子交换膜b向正极移动,最终留在室,b为阳离子交换膜,室K2SO4溶
16、液浓度增大,B错误。11.工业上用电解法处理含镍酸性废水并得到单质Ni的原理如图所示。下列说法不正确的是()已知:Ni2+能发生水解反应;阴极处得电子能力:Ni2+(高浓度)H+Ni2+(低浓度)A.碳棒上发生的电极反应:4OH-4e- O2+2H2OB.电解过程中,B室中NaCl溶液的物质的量浓度将不断增大C.为了抑制Ni2+的水解,阴极处溶液酸性越强越好D.电解时碳棒质量不变,镀镍铁棒质量增加答案C碳棒为阳极,发生氧化反应:4OH-4e- O2+2H2O,镀镍铁棒为阴极,发生还原反应:Ni2+2e- Ni、2H+2e- H2,A正确;阴极室的Cl-通过阴离子交换膜向B室移动,阳极室的Na+
17、通过阳离子交换膜向B室移动,则B室中NaCl溶液的物质的量浓度将不断增大,B正确;已知阴极处得电子能力:Ni2+(高浓度)H+Ni2+(低浓度),若酸性太强,H+优先于Ni2+放电而产生H2,使单质Ni的产率降低,C错误;电解时碳棒质量不变,镀镍铁棒上析出固体Ni,质量增加,D正确。12.纳米Fe2O3在常压电解法合成氨过程中起催化作用,该电解装置如图所示。已知熔融NaOH-KOH为电解液,Fe2O3在发生反应时生成中间体Fe。下列说法正确的是()A.惰性电极是电解池的阴极,发生还原反应B.产生2.24 L O2时,转移的电子数为0.4NAC.惰性电极的电极反应为Fe2O3+3H2O-6e-
18、2Fe+6OH-D.生成氨气的反应为2Fe+N2+3H2O Fe2O3+2NH3答案D惰性电极产生O2,氧元素化合价升高,发生氧化反应,故惰性电极为电解池的阳极,A错误;未标注气体所处的温度和压强,故不能计算转移的电子数,B错误;惰性电极为阴极,发生还原反应,电极反应式为Fe2O3+3H2O+6e- 2Fe+6OH-,C错误;结合题图及阴极的电极反应式可知,生成NH3的反应为2Fe+N2+3H2O Fe2O3+2NH3,D正确。13.一种可充电锂硫电池装置示意图如图。电池放电时,S8与Li+在硫碳复合电极处生成Li2Sx(x=1、2、4、6或8)。大量Li2Sx沉积在硫碳复合电极上,少量Li2
19、Sx溶于非水性电解质并电离出Li+和Sx2。Li+、S2-和S22能通过离子筛,S42、S62和S82不能通过离子筛。下列说法不正确的是()A.S42、S62和S82不能通过离子筛的原因是它们的离子直径较大B.放电时,外电路电流从硫碳复合电极流向锂电极C.充电时,硫碳复合电极中Li2S2转化为S8的电极反应式为4Li2S2-8e- S8+8Li+D.充电时,当有0.1 mol Li2S转化成S8时,锂电极质量增加0.7 g答案DS42、S62和S82的离子直径大于Li+、S2-和S22的离子直径,则S42、S62和S82不能通过离子筛,A项正确;放电时,锂电极为负极,硫碳复合电极为正极,则外电
20、路电流从硫碳复合电极流向锂电极,B项正确;充电时,硫碳复合电极为阳极,其中Li2S2会失去电子转化为S8,电极反应式为4Li2S2-8e- S8+8Li+,C项正确;充电时Li2S转化成S8,电极反应式为8Li2S-16e- S8+16Li+,而锂电极的电极反应式为Li+e- Li,当有0.1 mol Li2S转化成S8时,锂电极质量增加0.2 mol7 g/mol=1.4 g,D项错误。14.近年来,电化学还原二氧化碳的课题吸引了大批研究者的关注,其中将双极膜应用于二氧化碳制备甲醇过程中的电解原理如图所示。已知:双极膜由阳离子交换膜和阴离子交换膜构成,在直流电场的作用下,双极膜间H2O解离成
21、H+和OH-,并向两极迁移。下列说法错误的是()A.a膜为阴离子交换膜B.电解过程中KOH溶液的浓度逐渐降低C.催化电极上的电极反应式为CO2+6HCO3+6e- CH3OH+6CO32+H2OD.双极膜内每消耗18 g水,理论上石墨电极上产生11.2 L O2(标准状况下)答案D石墨电极上有O2生成,发生氧化反应,催化电极上CO2CH3OH,发生还原反应,故石墨电极为阳极,催化电极为阴极,OH-向阳极移动,即通过a膜向左室移动,故a膜为阴离子交换膜,A正确;电解过程中,阳极的电极反应式为4OH-4e- O2+2H2O,阳极区消耗OH-,生成H2O,KOH溶液的浓度逐渐降低,B正确;催化电极为
22、阴极,CO2得电子发生还原反应生成CH3OH,C正确;双极膜内每消耗18 g水,移向左室的OH-为1 mol,石墨电极上有1 mol OH-放电,由阳极的电极反应式可知,生成0.25 mol O2,标准状况下体积为0.25 mol22.4 L/mol=5.6 L,D错误。名师点睛根据电解装置图,先判断出阴、阳极,结合阳离子向阴极移动、阴离子向阳极移动,进而判断出a膜、b膜的类型。答案DA项,要制备Ca(H2PO4)2,则Ca2+应通过膜a进入Ca(H2PO4)2稀溶液中,所以膜a为阳离子交换膜,M极处Cl-放电生成Cl2,所以M极与电源正极相连,错误;B项,N极为阴极,H2O放电生成H2和OH
23、-,溶液pH增大,错误;C项,N极处H2O放电,产生OH-,则Na+要通过膜c进入N极处,则膜c为阳离子交换膜,由电荷守恒分析知,NaH2PO4中H2PO4要通过膜b移向Ca(H2PO4)2稀溶液中,则膜b为阴离子交换膜,错误;D项,M极处生成Cl2,N极处生成H2和NaOH,正确。15.双极膜电渗析法固碳技术是将捕集的CO2转化为CaCO3而矿化封存,其工作原理如图所示。双极膜中间层中的H2O解离成H+和OH-,并在直流电场作用下分别向两极迁移。下列说法不正确的是()A.两个双极膜中间层中的H+均向左侧迁移B.若碱室中c(HCO3)c(CO32)比值增大,则有利于CO2的矿化封存C.电解一段
24、时间后,酸室中盐酸的浓度增大D.该技术中电解固碳总反应的离子方程式为2Ca2+2CO2+4H2O 2CaCO3+2H2+O2+4H+答案B要将捕集的CO2转化为CaCO3而矿化封存,“碱室”中CO32需通过阴离子交换膜进入CaCl2溶液从而生成CaCO3,左侧双极膜中OH-向右移动进入“碱室”与CO2反应生成CO32,H+向左移动进入左侧NaNO3溶液中发生反应2H+2e- H2;CaCl2溶液中的Cl-通过阴离子交换膜进入“酸室”,右侧双极膜中的H+向左移动进入“酸室”,OH-向右移动进入右侧NaNO3溶液中发生反应4OH-4e- 2H2O+O2,该技术中电解固碳总反应的离子方程式为2Ca2
25、+2CO2+4H2O 2CaCO3+2H2+O2+4H+,D正确。由上述分析知,两个双极膜中间层中的H+均向左侧迁移,A正确。若“碱室”中c(HCO3)c(CO32)比值增大,即CO2转化为更多的HCO3,而HCO3与Ca2+不产生沉淀,且HCO3能够通过阴离子交换膜向右侧移动,与“酸室”中H+反应产生CO2,所以不利于CO2的矿化封存,B错误。CaCl2溶液中的Cl-通过阴离子交换膜进入“酸室”,右侧双极膜中的H+向左移动进入“酸室”,所以电解一段时间后,酸室中盐酸的浓度增大,C正确。16.利用电解原理制备Ca(H2PO4)2的装置如图所示(M、N均为惰性电极)。下列说法正确的是()A.M极
26、与电源负极相连B.常温下,电解后N极附近溶液pH减小C.膜a、膜c均为阴离子交换膜,膜b为阳离子交换膜D.电解时可获得副产物NaOH、H2、Cl2答案DA项,要制备Ca(H2PO4)2,则Ca2+应通过膜a进入Ca(H2PO4)2稀溶液中,所以膜a为阳离子交换膜,M极处Cl-放电生成Cl2,所以M极与电源正极相连,错误;B项,N极为阴极,H2O放电生成H2和OH-,溶液pH增大,错误;C项,N极处H2O放电,产生OH-,则Na+要通过膜c进入N极处,则膜c为阳离子交换膜,由电荷守恒分析知,NaH2PO4中H2PO4要通过膜b移向Ca(H2PO4)2稀溶液中,则膜b为阴离子交换膜,错误;D项,M
27、极处生成Cl2,N极处生成H2和NaOH,正确。17.某科研团队提出了一种水基Li-CO2二次电池,它由纳米孔Pd膜电极、固体电解质膜等构成,下图为其工作示意图。下列说法错误的是()A.放电时,Pd膜作正极B.固体电解质膜可将Li电极与LiCl溶液隔离C.充电时,Pd膜表面发生反应: HCOOH-2e- CO2+2H+D.理论上,当消耗7 g Li时吸收5.6 L CO2 (标准状况)答案D放电时,Pd膜电极上CO2HCOOH,该过程中C元素化合价由+4降到+2,作正极,A正确;Li作负极,电极反应式为Li-e- Li+,消耗7 g Li时转移1 mol e-,正极的电极反应式为CO2+2H+
28、2e- HCOOH,则吸收0.5 mol CO2,其在标准状况下的体积为11.2 L,D错误。18.以对硝基苯甲酸()为原料,用铅蓄电池电解合成对氨基苯甲酸()的装置如图。下列说法错误的是()A.装置中铅合金电极与铅蓄电池的Pb电极相连B.阴极的主要电极反应为+6e-+6H+ +2H2OC.每转移4 mol 电子时,阳极电解质溶液的质量减少32 gD.生成对氨基苯甲酸的同时还产生少量H2答案C对硝基苯甲酸转化为对氨基苯甲酸是还原反应,故电解池中铅合金电极是阴极,铅蓄电池中铅电极是负极,阴极连接负极,A正确;阴极周围是酸性溶液,故用H+配平电荷,根据原子守恒和电荷守恒可写出阴极的电极反应式,B正
29、确;阳极的电极反应式:2H2O-4e-O2+4H+,每转移4 mol 电子时,阳极有2 mol H2O参与反应,生成的32 g O2全部逸出,生成的4 mol H+穿过阳离子交换膜移向阴极,故阳极电解质溶液的质量减少36 g,C错误;阴极的电解质溶液呈酸性,故有少量的氢离子得电子生成H2,D正确。19.某小组利用电解法处理废水中苯甲醛,获得苯甲醇和苯甲酸,装置如图所示。下列说法错误的是()A.石墨上发生还原反应B.加入Br-的目的是提供氧化剂和增强导电性C.阴极反应式为+2e-+2H+ D.迁移2 mol H+理论上处理1 mol 答案D石墨上Br-转化为Br2,Br元素化合价升高,故石墨为阳
30、极,则石墨为阴极,发生还原反应,A正确。加入Br-,溶液中离子数目增多,导电性增强;Br-在阳极上反应生成溴单质,将苯甲醛氧化为苯甲酸,B正确。阴极反应式为+2e-+2H+ ,转移2 mol 电子,有2 mol H+从阳极迁移至阴极,阴极能够处理1 mol 苯甲醛;阳极反应式为2Br-2e- Br2,转移2 mol电子,生成1 mol Br2,根据+H2O+Br2 +2HBr,可知生成的1 mol Br2还能够处理1 mol 苯甲醛,故迁移2 mol H+,理论上处理2 mol 苯甲醛,C正确,D错误。20.锂离子电池具有质量小、体积小、储存和输出能量大等特点,是多种便携式电子设备和交通工具的
31、常用电池。一种锂离子电池的结构及工作原理如图所示,电解质溶液为LiPF6(六氟磷酸锂)的碳酸酯溶液(无水)。下列说法错误的是()A.放电时电极a为电池的正极,充电时电极b作阳极B.放电时负极反应式为LixCy-xe-xLi+yCC.电池放电时总反应为LixCy+Li1-xCoO2LiCoO2+yCD.放电、充电时,锂离子往返于电池的正极、负极之间,完成化学能与电能的相互转化答案A分析题图可知,放电时阳离子(Li+)向电极a移动,推知电极a为正极,电极b为负极,充电时阳离子(Li+)向电极b移动,推知电极b为阴极,电极a为阳极,A错误;放电时负极b上的电极反应式为LixCy-xe-xLi+yC,
32、正极a上的电极反应式为Li1-xCoO2+xe-+xLi+LiCoO2,电池放电时总反应为LixCy+Li1-xCoO2LiCoO2+yC,B、C正确。21.羟基自由基(OH)具有强氧化性,可用于处理废水中还原性污染物。利用电化学方法可产生羟基自由基,其原理如图所示。下列说法正确的是()A.电子移动方向为aYXbB.甲池中离子交换膜为质子交换膜C.Y电极上得到H2O2的反应为O2-2e-+2H+H2O2D.当乙池中产生1 mol羟基自由基(OH)时,甲池中理论上至少消耗标准状况下8.4 L CH4答案BD根据电极上的反应可知,甲池为燃料电池,通入燃料CH4的a电极为负极,与之相连的是电解池的阴
33、极Y,通入氧气的b电极为正极,与之相连的是电解池阳极X。串联装置中,电子由原电池负极流向电解池阴极,即aY,由电解池的阳极流向原电池的正极,即Xb,电子不能在电解质溶液中转移,A错误。甲池中,负极a的电极反应为CH4-8e-+2H2OCO2+8H+,正极b的电极反应为2O2+8e-+8H+4H2O,H+应该从a电极向b电极移动,推知离子交换膜为质子交换膜,B正确。Y电极为电解池的阴极,电极反应为O2+2e-+2H+H2O2,C错误。乙池中生成羟基自由基的反应为Fe2+H2O2+H+Fe3+OH+H2O,产生1 mol羟基自由基时,此反应转移1 mol 电子,由于消耗了1 mol H2O2,根据
34、生成H2O2的电极反应知,生成1 mol H2O2转移2 mol 电子,故总共转移3 mol电子,由a电极的电极反应可得CH48e-,甲池中理论上至少消耗0.375 mol CH4,标准状况下的体积为8.4 L,D正确。22.我国学者在Science报道了一种氯离子介导的电化学合成方法,能将乙烯高效清洁、选择性地转化为环氧乙烷,电化学反应的具体过程如图所示。在电解结束后,将阴、阳极电解液输出混合,便可反应生成环氧乙烷。物质转化原理:下列说法错误的是()A.Pt电极与电源正极相连B.电解时右侧电解质溶液pH减小C.该过程的总反应为CH2CH2+H2O +H2D.当电路中通过2 mol e-时,消
35、耗的CH2CH2为22.4 L答案BD由物质转化原理可知,Pt 电极区要将Cl-转化为Cl2,Cl2与水反应生成HClO后再与乙烯发生加成反应,则Pt电极为阳极,与电源正极相连,A正确;Ni电极为阴极,电极反应为2H2O+2e- 2OH-+H2,当电路中转移2 mol电子时,Ni电极上反应生成2 mol OH-,2 mol OH-通过阴离子交换膜迁移到左侧电解质溶液中,所以当转移电子数相等时,右侧电解质溶液pH不变,B错误;结合阳极的物质转化原理及电极反应和阴极的电极反应可知C正确;因2Cl-2e- Cl2、Cl2+H2O HCl+HClO、CH2CH2+HClO CH2ClCH2OH,当电路
36、中通过2 mol e-时,消耗乙烯1 mol,由于题中没有指明乙烯所处状态,故无法计算乙烯的体积,D错误。23.天津大学研究团队以KOH溶液为电解质,CoP和Ni2P纳米片为催化电极材料,电催化合成偶氮化合物的装置如图所示(R代表烃基)。下列说法不正确的是()A.若用铅蓄电池作为电源,CoP极连接铅蓄电池的铅电极B.Ni2P极的电极反应式为RCH2NH2-4e- RCN+4H+C.合成1 mol 偶氮化合物,需转移4 mol 电子D.离子交换膜是阴离子交换膜答案BC结合有机化学中还原的概念(加氢去氧)可知,左边CoP电极上发生还原反应,故CoP极为阴极,连接铅蓄电池的铅电极,A正确;Ni2P极
37、为阳极,电解质溶液呈碱性,其电极反应式为RCH2NH2-4e-+4OH- RCN+4H2O,B错误;CoP极为阴极,电极反应式为2 +8e-+4H2O +8OH-,则合成1 mol 偶氮化合物,需转移8 mol 电子,C错误;左侧CoP电极上生成OH-,右侧Ni2P电极上消耗OH-,左侧OH-要迁移到右侧,则离子交换膜是阴离子交换膜,D正确。24.以铜作催化剂的一种铝硫电池的示意图如图所示,电池放电时的反应原理为3CuxS+2Al+14AlCl4 3xCu+8Al2Cl7+3S2-。下列说法错误的是()A.充电时,Cu/CuxS电极为阳极B.充电时,阳极区的电极反应式为xCu-2xe-+S2-
38、 CuxSC.放电时,K+通过阳离子交换膜向Cu/CuxS电极移动D.放电时,每转移1 mol 电子,负极区电解质溶液质量减轻30 g 答案B分析题图右室物质转化可知,放电时Al元素化合价升高,Al电极为负极,Cu/CuxS电极为正极,充电时Cu/CuxS电极为阳极,电极反应式为xCu+S2-2e- CuxS,A正确、B错误;放电时,阳离子移向正极,C正确;放电时,每转移1 mol 电子,1 mol K+从负极移向正极,使负极区电解质溶液质量减轻39 g,Al作负极,电极反应式为Al+7AlCl4-3e-Cl7,转移1 mol电子时有13 mol Al参与反应进入电解质溶液,使负极区电解质溶液
39、质量增重27 g/mol13 mol=9 g,故负极区电解质溶液减少的质量为39 g-9 g=30 g,D正确。25.我国科学家在Li-CO2电池的研究上取得重大科研成果,分别以金属Li及碳纳米管复合Li2CO3作电池的电极,其放电时电池反应为3CO2+4Li 2Li2CO3+C。该电池放电时()A.Li电极发生还原反应B.Li+在电解质中移向负极C.CO2在正极上得到电子D.电流由Li电极经外电路流向碳纳米管复合Li2CO3电极答案CA项,根据放电时的电池反应可知,Li作负极,电极反应式为Li-e- Li+,发生氧化反应,错误;B项,在原电池中阳离子移向正极,所以Li+在电解质中移向正极,错
40、误;C项,CO2在正极得到电子发生还原反应,电极反应式为3CO2+4Li+4e- 2Li2CO3+C,正确;D项,负极上Li失去电子,电子沿着导线经过外电路流向正极(碳纳米管复合Li2CO3电极),电流的方向与电子的方向相反,错误。26.Science杂志报道了王浩天教授团队发明的制取H2O2的绿色方法,原理如图所示。下列说法正确的是()A.a极为正极,发生还原反应B.X膜为阳离子交换膜C.当外电路通过2 mol e-时,消耗22.4 L O2D.该装置可实现化学能与电能间的完全转化答案BA项,a极通入的是H2,电极反应式为H2-2e- 2H+,所以a极为负极,发生氧化反应,错误;B项,在原电
41、池中阳离子移向正极,a极产生的H+通过X膜向正极移动,所以X膜为阳离子交换膜,正确;C项,未指明是否在标准状况下,无法计算,错误;D项,该装置实现了化学能与电能的转化,但不能达到完全转化,错误。27.我国报道了一种新型的锌空气电池,其工作原理如图所示。该电池以一种富含Zn2+的非碱性水性溶液为电解质溶液,放电时总反应为Zn+O2 ZnO2。下列有关该电池放电时的说法正确的是()A.放电时Zn2+向空气电极迁移B.正极的电极反应:O2+2H2O+4e- 4OH-C.外电路电流的方向:锌电极负载空气电极D.当空气电极消耗22.4 L(标准状况下)空气时,锌电极质量减少65 g答案A该电池中锌电极作
42、负极,空气电极作正极。A项,在原电池中阳离子移向正极,即放电时Zn2+向空气电极迁移,正确;B项,电解质溶液为富含Zn2+的非碱性水性溶液,则正极的电极反应为O2+Zn2+2e-ZnO2,错误;C项,在原电池中,负极失去电子,电子沿着导线移动到正极,电流移动方向与电子移动方向相反,所以外电路电流的方向:空气电极负载锌电极,错误;D项,n(空气)=1 mol,空气中氧气的体积分数约为21%,故n(O2)0.21 mol,根据电极反应O2+Zn2+2e- ZnO2可知转移电子0.21 mol2=0.42 mol,负极的电极反应为Zn-2e- Zn2+,所以锌电极质量减少0.42 mol265 gm
43、ol-1=13.65 g,错误。28.用如图甲所示装置模拟对含高浓度Cl-的工业废水进行脱氮,该溶液中ClO-的浓度随时间变化的关系如图乙所示。一段时间后溶液中所有氮原子均转化为N2被脱去。甲乙下列说法错误的是()A.b接电源负极B.开始时ClO-的浓度增长较慢的原因可能是ClO-氧化溶液中的NH4+C.电解过程中,a极附近溶液pH降低D.理论上溶液中的NO3先被脱尽答案DA项,图甲中b极NO3转化为N2,氮元素化合价由+5变为0,化合价降低,得到电子发生还原反应,所以b极作阴极,与电源负极相连,正确;B项,根据题干信息,一段时间后溶液中所有氮原子均转化为N2被脱去,可知开始时ClO-的浓度增
44、长较慢的原因可能是ClO-氧化溶液中的NH4+,正确;C项,电解过程中,a极的电极反应式为Cl-2e-+2OH- ClO-+H2O,所以a极附近溶液pH降低,正确;D项,由图乙可知,阳极产生的ClO-与NH4+反应的速率快,所以理论上NH4+先被脱尽,错误。29.我国有着丰富的海风资源,在海水中建立风电设备,防腐蚀是一个突出问题。下列说法正确的是()A.钢铁构件表面的镀铜破损后依然会保护内部钢铁不被腐蚀B.可将钢铁构件与电源负极连接减缓腐蚀发生C.钢铁发生吸氧腐蚀时负极发生的反应为Fe-3e- Fe3+D.海水中发生化学腐蚀的速率大于电化学腐蚀速率答案BA项,钢铁构件表面的镀铜破损后,Cu、F
45、e和海水构成原电池,Fe失电子作负极,错误;B项,可将钢铁构件与电源负极连接(作阴极)减缓腐蚀发生,正确;C项,钢铁发生吸氧腐蚀时负极发生的反应为Fe-2e- Fe2+,错误;D项,海水中发生化学腐蚀的速率小于电化学腐蚀速率,错误。30.中国科学家设计出如图装置实现CO2的转化,可有效解决温室效应及能源问题,总反应为CO2+NaCl CO+NaClO。忽略气体在溶液中的溶解及溶液的体积变化,下列叙述正确的是()A.A极为太阳能电池的正极B.电极的电极反应式为Cl-+2e-+H2O ClO-+2H+C.理论上转化44 g CO2,左室溶液质量增重18 gD.电解结束后,电极所在电极室溶液的pH变
46、小答案CA项,根据总反应CO2+NaCl CO+NaClO可知CO2发生还原反应,生成CO,结合题图可知A极为太阳能电池的负极,电极为阴极,错误;B项,电极与太阳能电池的正极相连,为阳极,发生氧化反应,电极反应式为Cl-2e-+H2O ClO-+2H+,错误;C项,电极的电极反应式为CO2+2e-+2H+ CO+H2O,理论上转化44 g CO2,生成18 g水,即左室溶液质量增重18 g,正确;D项,由阳极的电极反应式可知,电极中饱和食盐水转化为NaClO溶液,电解结束后,电极所在电极室溶液的pH增大,错误。31.利用光能分解水的装置如图所示,在直流电场作用下,双极性膜将水解离为H+和OH-,并实现其定向通过。下列说法正确的是()A.光电池能将电能转化为光能B.双极性膜能控制两侧溶液的酸碱性相同C.阳极区发生的电极反应为4OH-4e- 2H2O+O2D.再生池中发生的反应为2V3+H2 2V2+2H+答案CA项,由题图可知,该装置首先是利用光电池将光能转化为电能,然后利用电解池将电能转化为化学能,错误;B项,在直流电场作用下,双极性膜将水解离为H+和OH-,由题图可知,H+进入左侧阴极区,OH-进入右侧阳极区,所以双极性膜可控制两侧溶液分别为酸性和碱性,错误;C项,光照过程中阳极区发生的电极反应为4OH-4e- 2H2O+O2,正确;D项,由题图可知,再