1、第四章高分进阶特训(题目较难，选做)一、选择题1(2020山东卷)微生物脱盐电池是一种高效、经济的能源装置，利用微生物处理有机废水获得电能，同时可实现海水淡化。现以NaCl溶液模拟海水，采用惰性电极，用下图装置处理有机废水(以含 CH3COO的溶液为例)。下列说法错误的是()A负极反应为 CH3COO2H2O8e=2CO27HB隔膜1为阳离子交换膜，隔膜2为阴离子交换膜C当电路中转移1 mol电子时，模拟海水理论上除盐58.5 gD电池工作一段时间后，正、负极产生气体的物质的量之比为21【答案】B【解析】据图可知a极上CH3COO转化为CO2和H，C元素被氧化，所以a极为该原电池的负极，则b极
2、为正极，结合电荷守恒可得电极反应式，A正确；为了实现海水的淡化，模拟海水中的氯离子需要移向负极，即a极，则隔膜1为阴离子交换膜，钠离子需要移向正极，即b极，则隔膜2为阳离子交换膜，B错误；当电路中转移1 mol电子时，根据电荷守恒可知，海水中会有1 mol Cl移向负极，同时有1 mol Na移向正极，即除去1 mol NaCl，质量为58.5 g，C正确；b极为正极，水溶液为酸性，所以氢离子得电子产生氢气，电极反应式为2H2e=H2，所以当转移8 mol电子时，正极产生4 mol气体，根据负极反应式可知负极产生2 mol气体，物质的量之比为4221，D正确。2(2020天津卷)熔融钠硫电池性
3、能优良，是具有应用前景的储能电池。下图中的电池反应为2NaxSNa2Sx (x53，难溶于熔融硫)。 下列说法错误的是()ANa2S4的电子式为Na 2NaB放电时正极反应为xS2Na2e = Na2SxCNa和Na2Sx分别为电池的负极和正极D该电池是以NaAl2O3为隔膜的二次电池【答案】C【解析】 Na2S4中S中硫原子间以非极性键结合，A正确；反应中S发生还原反应，则放电时正极反应为xS2Na2e =Na2Sx，B正确；熔融钠电极为负极，熔融硫(含碳粉)电极为正极，C错误；熔融钠为负极，熔融硫(含碳粉)为正极，正、负极之间以NaAl2O3为隔膜，且该电池可充电，为二次电池，D正确。3(
4、2020浙江7月选考) 电解高浓度RCOONa(羧酸钠)的NaOH溶液，在阳极RCOO放电可得到RR(烷烃)。下列说法不正确的是()A电解总反应方程式：2RCOONa2H2ORR2CO2H22NaOHBRCOO在阳极放电，发生氧化反应C阴极的电极反应：2H2O2e= 2OHH2D电解CH3COONa、CH3CH2COONa和NaOH混合溶液可得到乙烷、丙烷和丁烷【答案】A【解析】溶液呈碱性，不能产生CO2，A错误；RCOO在阳极放电，化合价升高，发生氧化反应，B正确；水电离产生的H在阴极得电子产生H2，其电极反应式为2H2O2e = 2OHH2，C正确；RCOO转化为RR可以理解为脱去一个C和
5、两个O，产生R，继而产生RR，故CH3COONa、CH3CH2COONa溶液中的CH3COO、CH3CH2COO，脱去一个C和两个O后，产生CH3，CH3CH2，继而产物可能是乙烷、丙烷、丁烷，D正确。4(2020全国卷)一种高性能的碱性硼化钒(VB2)空气电池如下图所示，其中在VB2电极发生反应：VB216OH11e=VO2B(OH)4H2O。该电池工作时，下列说法错误的是()A负载通过0.04 mol电子时，有0.224 L(标准状况)O2参与反应B正极区溶液的pH降低、负极区溶液的pH升高C电池总反应为4VB211O220OH6H2O=8B(OH)4VOD电流由复合碳电极经负载、VB2电
6、极、KOH溶液回到复合碳电极【答案】B【解析】根据题中所给的VB2电极上的反应式可知，该原电池中VB2电极为负极，复合碳电极为正极。则在正极上通入的空气中的氧气发生得电子的反应生成OH，反应的电极方程式为O24e2H2O=4OH，电池的总反应方程式为4VB211O220OH6H2O=8B(OH)4VO。当负极通过0.04 mol电子时，正极也通过0.04 mol电子，根据正极的电极方程式，通过0.04 mol电子消耗0.01 mol氧气，在标况下为0.224 L，A正确；根据正负极的电极反应式可知，负极消耗OH，pH降低，而正极区生成OH，pH升高，B错误；依据负极反应式和正极反应式，在遵循电
7、子守恒的基础上，将正、负极电极反应式加和可得总反应式，C正确；电流方向与电子的流向相反，电流方向为：正极(复合碳电极)负载负极(VB2电极)KOH溶液正极，D正确。5(2019天津卷)我国科学家研制了一种新型的高比能量锌碘溴液流电池，其工作原理示意图如下。图中贮液器可储存电解质溶液，提高电池的容量。下列叙述不正确的是()A放电时，a电极反应为I2Br2e=2IBrB放电时，溶液中离子的数目增大C充电时，b电极每增重0.65 g, 溶液中有0.02 mol I被氧化D充电时，a电极接外电源负极【答案】D【解析】根据离子和电子的移动方向可知，a电极是正极，b电极是负极。放电时，负极电极反应为Zn2
8、e=Zn2，正极电极反应为I2Br2e=2IBr，显然A、B正确；充电时，b电极的电极反应为Zn22e=Zn，每增重0.65 g转移0.02 mol e，根据以上分析，可知溶液中有0.02 mol I被氧化，C正确；充电时，a电极接电源正极，D错误。6最近我国科学家设计了一种CO2H2S协同转化装置，实现对天然气中CO2和H2S的高效去除。示意图如下所示，其中电极分别为ZnO石墨烯(石墨烯包裹的ZnO)和石墨烯，石墨烯电极区发生反应为：EDTAFe2e=EDTAFe32EDTAFe3H2S=2HS2EDTAFe2该装置工作时，下列叙述错误的是()A阴极的电极反应：CO22H2e=COH2OB协
9、同转化总反应：CO2H2S=COH2OSC石墨烯上的电势比ZnO石墨烯上的低D若采用Fe3/Fe2取代EDTAFe3/EDTAFe2，溶液需为酸性【答案】C【解析】根据图示可知，ZnO石墨烯电极上发生还原反应，则该电极为阴极，电极反应式为CO22H2e=COH2O，A正确；根据题干信息及图中两电极上的反应可知，该电化学装置(电解池)中的总反应为CO2H2S=COSH2O，B正确；石墨烯作阳极，ZnO石墨烯作阴极，阳极上的电势高于阴极上的电势，C错误；若采用Fe3/Fe2取代EDTAFe3/EDTAFe2，溶液需为酸性，否则Fe3、Fe2可形成沉淀，且H2S和S不能稳定存在，D正确。7一种可充电
10、锂空气电池如图所示。当电池放电时，O2与Li在多孔碳材料电极处生成Li2O2x(x0或1)。下列说法正确的是()A放电时，多孔碳材料电极为负极B放电时，外电路电子由多孔碳材料电极流向锂电极C充电时，电解质溶液中Li向多孔碳材料区迁移D充电时，电池总反应为Li2O2x=2Li(1)O2【答案】D【解析】放电时，该电池中锂作负极，多孔碳材料作正极，A错误；放电时，外电路电子由负极流向正极，即由锂电极流向多孔碳材料电极，B错误；充电时，锂电极作阴极，多孔碳材料电极作阳极，电解质溶液中Li应向锂电极区移动，C错误；充电反应与放电反应相反：Li2O2x=2LiO2，D正确。8某同学进行下列实验(已知Fe
11、2与K3Fe(CN)6反应生成蓝色Fe3Fe(CN)62沉淀)：操作现象取一块打磨过的生铁片，在其表面滴一滴含酚酞和K3Fe(CN)6的食盐水放置一段时间后，生铁片上出现如图所示“斑痕”，其边缘为红色，中心区域为蓝色，在两色环交界处出现铁锈下列说法不合理的是()A生铁片发生吸氧腐蚀B中心区的电极反应为Fe2e =Fe2C边缘处的电极反应为O22H2O4e=4OHD交界处发生的反应为4Fe2O210H2O=4Fe(OH)38H【答案】D【解析】生铁片边缘处为红色，说明生成了OH，电极反应为O22H2O4e=4OH，生铁片发生吸氧腐蚀，A、C合理；根据实验现象，中心区域为蓝色，说明生成了Fe2，电
12、极反应为Fe2e=Fe2，B合理；在两色环交界处出现铁锈，是因为生成的氢氧化亚铁被氧气氧化生成了氢氧化铁，氢氧化铁生成铁锈，D不合理。9下列与金属腐蚀有关的说法正确的是()A图a中，插入海水中的铁棒，越靠近底端生锈越严重B图b中，开关由M改置于N时，CuZn合金的腐蚀速率减小C图c中，接通开关时Zn腐蚀速率增大，Zn上放出气体的速率也增大D图d中，ZnMnO2干电池自放电腐蚀主要是由MnO2的氧化作用引起的【答案】B【解析】A项，因液面处氧气的浓度大且与海水接触，故在液面处铁棒生锈最严重；C项，接通开关后形成原电池，Zn的腐蚀速率增大，H在Pt电极上放电产生H2；D项，该干电池自放电腐蚀是由N
13、H4Cl产生的H的氧化作用引起的。10(2019全国卷)利用生物燃料电池原理研究室温下氨的合成，电池工作时MV2/MV在电极与酶之间传递电子，示意图如下所示。下列说法错误的是()A相比现有工业合成氨，该方法条件温和，同时还可提供电能B阴极区，在氢化酶作用下发生反应H22MV2=2H2MVC正极区，固氮酶为催化剂，N2发生还原反应生成NH3D电池工作时质子通过交换膜由负极区向正极区移动【答案】B【解析】该过程是在室温条件下进行的，因此比现有工业合成氨的条件温和，同时还能提供电能，A正确；左池为负极区，MV在负极失电子发生氧化反应生成MV2，MV2在氢化酶的作用下与H2反应生成H和MV，B错误；右
14、池为正极区，氮气发生还原反应生成氨气，C正确；左池中产生的氢离子通过交换膜向右池移动，即由负极区移向正极区，D正确。二、非选择题11(1)(2020全国卷，节选)氯气是制备系列含氯化合物的主要原料，可采用如图所示的装置来制取。装置中的离子膜只允许_离子通过，氯气的逸出口是_(填标号)。(2)(2020全国卷，节选)CH4和CO2都是比较稳定的分子，科学家利用电化学装置实现两种分子的耦合转化，其原理如图所示：阴极上的反应式为_。若生成的乙烯和乙烷的体积比为21，则消耗的CH4和CO2体积比为_。(3)(2020江苏卷，节选)HCOOH燃料电池。研究HCOOH燃料电池性能的装置如图所示，两电极区间
15、用允许K、H通过的半透膜隔开。电池负极电极反应式为_；放电过程中需补充的物质A为_(填化学式)。图中所示的HCOOH燃料电池放电的本质是通过HCOOH与O2的反应，将化学能转化为电能，其反应的离子方程式为_。【答案】(1)Naa(2)CO22e= COO265(3)HCOO2OH2e = HCOH2OH2SO42HCOOH2OHO2= 2HCO2H2O【解析】(1)根据图示，电解食盐水制备氯气时，阳极产生氯气，从a口逸出，钠离子通过离子交换膜进入阴极区生成NaOH。(2)根据图示，阴极反应物为CO2，电极反应式为CO22e=COO2。阳极反应式为6CH45O210e=CH3CH32C2H45H
16、2O；根据电子守恒，6CH410e5CO2，消耗的CH4与CO2体积之比为65。(3)该装置为原电池，负极失去电子，HCOO中的C为2价，转化为HCO中的C为4价，化合价升高失去电子，则1 mol HCOO转化为1 mol HCO ，转移2 mol e，电解质为KOH，故用OH平衡电荷。正极处为Fe3得电子生成Fe2，Fe2又被O2氧化生成Fe3，此反应为酸性条件，若为碱性条件，则生成Fe(OH)3，据装置中流出K2SO4，K从负极区经半透膜移向正极区，则物质A应为H2SO4。HCOOH被O2氧化生成HCO ，根据C、O得失电子守恒配平反应，用OH平衡电荷。12(1)(2019北京卷，节选)可
17、利用太阳能光伏电池电解水制高纯氢，工作示意图如下。通过控制开关连接K1或K2，可交替得到H2和O2。制H2时，连接_。产生H2的电极方程式是_。改变开关连接方式，可得O2。结合和中电极3的电极反应式，说明电极3的作用：_。(2)(2019全国卷，节选)环戊二烯可用于制备二茂铁Fe(C5H5)2，结构简式为)，后者广泛应用于航天、化工等领域中。二茂铁的电化学制备原理如下图所示，其中电解液为溶解有溴化钠(电解质)和环戊二烯的DMF溶液(DMF为惰性有机溶剂)。该电解池的阳极为_，总反应为_。电解制备需要在无水条件下进行，原因为_。(3)(2019全国卷，节选)在传统的电解氯化氢回收氯气技术的基础上
18、，科学家最近采用碳基电极材料设计了一种新的工艺方案，主要包括电化学过程和化学过程，如下图所示：负极区发生的反应有_(写反应方程式)。电路中转移1 mol电子，需消耗氧气_L(标准状况)。【答案】(1)K12H2O2e=H22OH制H2时，电极3发生反应：Ni(OH)2OHe=NiOOHH2O。制O2时，上述电极反应逆向进行，使电极3得以循环使用(2)Fe电极Fe2=H2或Fe2C5H6=Fe(C5H5)2H2水会阻碍中间物Na的生成；水会电解生成OH，进一步与Fe2反应生成Fe(OH)2(3)Fe3e=Fe2，4Fe2O24H=4Fe32H2O5.6【解析】(2)根据Fe的化合价升高为2价可知，Fe发生氧化反应，故Fe作阳极；根据二茂铁的分子式可知，两个环戊二烯去掉2个H原子，再结合所给信息，可得总反应方程式为Fe2=H2或Fe2C5H6=Fe(C5H5)2H2。有水存在的条件下，Na不能得到电子生成Na，而是H2O得电子生成H2和OH，OH会与Fe2反应生成Fe(OH)2。(3)根据图示可知，负极区(指电解池的阴极区)发生的电极反应(还原反应)为Fe3e=Fe2，随之发生4Fe2O24H=4Fe32H2O。根据电子守恒可知，电路中每转移1 mol电子消耗0.25 mol O2，在标准状况下的体积为5.6 L。