1、课时作业(二十五)新型化学电源及电解原理的应用1(2019安徽宿州质检)太阳能光电池具有可靠稳定、寿命长、安装维护简便等优点，现已得到广泛应用。氮化镓(GaN)光电池的结构如图所示。下列说法中正确的是()A该装置系统中只存在光能与电能之间的转化BCu电极上的电极反应式为CO28H8e=CH42H2OC工作时，产生的O2、CH4体积比为11(同温同压)D离子交换膜为质子交换膜，H从左池移向右池D由图可知，该装置系统中存在太阳能与化学能、化学能与电能及化学能与热能等的转化，A错误；CO2在Cu电极上发生还原反应生成CH4，则电极反应式为CO28H8e=CH42H2O，B错误；H2O在GaN电极上发
2、生氧化反应生成O2，电极反应式为2H2O4e=4HO2，根据得失电子守恒可知，产生O2和CH4的物质的量之比为21，在同温同压下的体积比为21，C错误；由上述分析知左池产生H，右池消耗H，则离子交换膜为质子变换膜，H向正极移动，即H由左池向右池，D正确。2(2019山西实验中学模拟)电化学气敏传感器可用于监测环境中NH3的含量，其工作原理如图所示，其中NH3被氧化为常见无毒物质。下列说法错误的是()A溶液中OH向电极a移动B电极b上发生还原反应C负极的电极反应式为2NH36e6OH=N26H2OD理论上反应消耗的NH3与O2的物质的量之比为34DNH3在电极a上发生氧化反应，则a为负极，b为正
3、极，溶液中OH向电极a(负极)移动，A正确；O2在b极上发生还原反应，电极反应式为O22H2O4e=4OH，B正确；NH3在负极上被氧化生成N2，电极反应式为2NH36e6OH=N26H2O，C正确；反应中NH3被氧化生成N2，而O2被还原生成OH，根据得失电子守恒可知，理论上反应消耗的NH3与O2的物质的量之比n(NH3)n(O2)43，D错误。3(2019湖南湘东五校联考)高铁电池具有比能量高、无污染的特点，用如图模拟其工作原理(放电时两电极均有稳定的金属氢氧化物生成)。下列有关说法中正确的是()A放电时，电子由正极通过外电路流向负极B放电时，负极上的电极反应式为Zn2H2O2e=Zn(O
4、H)22HC充电时，阴极区溶液的pH减小D充电时，阳极上的电极反应式为Fe(OH)35OH3e=FeO4H2OD放电时，电子由负极经外电路流向正极，A错误；负极的电解质溶液呈碱性，放电时，Zn在负极上发生氧化反应生成Zn(OH)2，电极反应式为Zn2OH2e=Zn(OH)2，B错误；充电时，阴极上发生还原反应，电极反应式为Zn(OH)22e=Zn2OH，由于生成了OH，阴极区溶液的pH增大，C错误；充电时，Fe(OH)3在阳极上发生氧化反应生成FeO，电极反应式为Fe(OH)35OH3e=FeO4H2O，D正确。4(2019山西大同联考)某污水处理厂利用微生物电池将镀铬废水中的Cr2O催化还原
5、，其工作原理如图所示。下列说法不正确的是()A电池工作过程中电子由a极流向b极Bb极反应式为Cr2O14H6e=2Cr37H2OC电池工作过程中，a极区附近溶液的pH增大D每处理1 mol Cr2O，可生成33.6 L(标准状况下)CO2答案C5(2019福建南平质检)有人设想以N2和H2为反应物，以溶有X的稀盐酸为电解质溶液，制造出新型燃料电池，装置如图所示。下列说法正确的是()A放电时H向左移动，生成的物质X是NH4ClB通入H2的一极为正极C通入N2的电极反应为：N26H6e=2NH3D放电过程右边区域溶液pH逐渐增大A以N2、H2为原料，以溶有X的稀盐酸为电解质溶液构成新型燃料电池，正
6、极发生还原反应，即氮气被还原生成NH，电极反应式为N26e8H=2NH；负极是氢气失电子生成氢离子，电极方程式为H22e=2H，总反应为：N23H22HCl=2NH4Cl。A.放电时H向正极移动，即向左移动，生成的物质X是NH4Cl，正确；B.通入H2的一极为负极，错误；C.通入N2的电极为正极，发生还原反应，N26e8H=2NH，错误；D.放电过程右边区域为负极区，H22e=2H，溶液pH逐渐减小，错误。6(2019浙江宁波调研)液氨液氧燃料电池曾用于驱动潜艇，其示意图如图所示，下列有关说法不正确的是()A电极2是正极，发生还原反应B电池工作时，Na向电极1移动C电流由电极2经外电路流向电极
7、1D电极1发生的电极反应为：2NH36OH6e=N26H2OBA.根据装置图所示的物质关系分析可得，由NH3生成N2时化合价升高，失去电子，所以电极1为负极，发生氧化反应，电极2为正极，发生还原反应，所以A正确；B.在电池内部的电解质溶液中，阳离子向正极移动，阴离子向负极移动，所以Na应向电极2移动，故B错误；C.电流是由正极流向负极，故C正确；D.OH向负极移动，所以电极1(负极)的反应式为2NH36OH6e=N26H2O，故D正确。7(2019安徽合肥质检)利用LiOH和钴氧化物可制备锂离子电池正极材料。可用电解LiCl溶液制备LiOH，装置如图所示。下列说法正确的是()A电极B连接电源的
8、正极BA极区电解液为LiCl溶液C阳极反应式为2H2O2e=H22OHD每生成1 mol H2，有1 mol Li通过离子交换膜B由图可知，电极B上产生H2，则发生的反应为2H2O2e=H22OH，故电极B为阴极，与电源的负极相连，A错误；A极区电解液为LiCl溶液，Li透过阳离子交换膜进入B极区生成LiOH，则B极区为LiOH溶液，B正确；电极A为阳极，电极反应式为2Cl2e=Cl2，C错误；由A项分析可知， 生成1 mol H2同时生成2 mol OH，为保持B极区溶液呈电中性，应有2 mol Li通过离子交换膜进入B极区，D错误。8(2019北京海淀区模拟)电解Na2CO3溶液制取NaH
9、CO3溶液和NaOH溶液的装置如图所示。下列说法中不正确的是()A阴极产生的物质A是H2B溶液中Na由阳极室向阴极室迁移C阳极OH放电，H浓度增大，CO转化为HCOD物质B是NaCl，其作用是增强溶液导电性D阴极上发生还原反应，电极反应式为2H2O2e=2OHH2，则阴极上产生的物质A是H2，A正确；电解池中阳离子向阴极移动，则Na由阳极室向阴极室迁移，B正确；由图可知，阳极上产生O2，则阳极反应式为4OH4e=O22H2O，溶液中c(H)增大，CO转化为HCO，C正确；由图可知，阴极区得到NaOH溶液，为不引入杂质，物质B应为NaOH，其作用是增强溶液的导电性，D错误。9(2019河北张家口
10、模拟)锂硫电池是一种新型储能电池，放电时的总反应为2LixS=Li2Sx。以该电池为电源制备甲烷的原理如图所示。下列说法正确的是()Ab为锂硫电池的负极B锂硫电池的正极反应式为Lie=LiC阳极反应式为CO3CO2H2O2e=4HCOD该装置工作时溶液中的c(CO)增大C由图可知，CO在M极被还原生成CH4，CO在N极被氧化生成CO2，则M是阴极，N是阳极，故b是锂硫电池的正极，A错误。锂硫电池放电时，Li失电子被氧化，则Li作负极，电极反应式为Lie=Li；S在正极发生还原反应，电极反应式为xS2Li2e=Li2Sx，B错误。由图可知，CO在阳极被氧化生成CO2，CO2与Na2CO3溶液反应
11、生成NaHCO3，故阳极反应式为CO3CO2H2O2e=4HCO，C正确。该装置工作时，溶液中CO与CO2、H2O反应生成HCO，则溶液中的c(CO)减小，D错误。10(2018四川德阳二诊)硼酸( H3BO3) 为一元弱酸，H3BO3可以通过电解的方法制备。其工作原理如下图所示( 阳膜和阴膜分别只允许阳离子、阴离子通过)。下列说法错误的是()Aa与电源的正极相连接B阳极的电极反应式为：2H2O4eO24HCB(OH)4穿过阴膜进入产品室，Na穿过阳膜进入阴极室D当电路中通过3 mol 电子时，可得到1 mol H3BO3DA.与a极相连的石墨所处的区域为阳极室，则a与电源的正极相连接，正确；
12、B.阳极上发生氧化反应，溶液中水失去电子生成氧气，电极反应式为：2H2O4e=O24H，正确；C.在电解池中，阴离子向阳极运动，阳离子向阴极运动，因此B(OH)4穿过阴膜进入产品室，Na穿过阳膜进入阴极室，正确；D.阳极电极反应式为：2H2O4e=O24H，阴极上发生还原反应，溶液中的水得到电子生成氢气，2H2O2e=H2 2OH，B(OH)4穿过阴膜进入产品室，与氢离子反应生成H3BO3，B(OH)4H=H3BO3H2O，当电路中通过3 mol电子时，生成3 mol氢离子，可得到3 mol H3BO3，错误。11四室式电渗析法制备盐酸和NaOH的装置如图所示。a、b、c为阴、阳离子交换膜。已
13、知：阴离子交换膜只允许阴离子透过，阳离子交换膜只允许阳离子透过。下列叙述正确的是()Ab、c分别为阳离子交换膜、阴离子交换膜B通电后室中的Cl透过c迁移至阳极区C、四室中的溶液的pH均升高D电池总反应为4NaCl6H2O4NaOH4HCl2H2O2D由图中信息可知，中左侧电极与负极相连为阴极，中右侧电极为阳极，所以通电后，阴离子向右定向移动，阳离子向左定向移动，阳极上OH放电生成O2、阴极上H放电生成H2；氢离子透过c进入，氯离子透过b进入，盐酸浓度变大，所以b、c分别为阴离子交换膜和阳离子交换膜；钠离子透过a, NaOH的浓度变大，所以a也是阳离子交换膜。A.b、c分别为阴离子交换膜、阳离子
14、交换膜，错误；B.通电后室中的Cl不能透过阳离子交换膜c迁移至室，错误；C.电解一段时间后，中的溶液的pH升高，中的溶液的pH不变，和两室中的溶液的pH均减小，错误；D.电池总反应为4NaCl6H2O4NaOH4HCl2H2O2，正确。12根据下列要求回答下列问题。(1)次磷酸钴Co(H2PO2)2广泛用于化学镀钴，以金属钴和次磷酸钠为原料，采用四室电渗析槽电解法制备，原理如下图。则Co的电极反应式为_，A、B、C为离子交换膜，其中B为_离子交换膜(填“阳”或“阴”)。解析以金属钴和次磷酸钠为原料，用电解法制备次磷酸钴Co(H2PO2)2，Co的化合价从0价升高到2价，则Co的电极反应式为Co
15、2e=Co2，产品室可得到次磷酸钴的原因是：阳极室的Co2通过阳离子交换膜进入产品室，原料室的H2PO通过阴离子交换膜进入产品室与Co2结合生成Co(H2PO2)2，所以B是阴离子交换膜；答案Co2e=Co2阴(2)我国科研人员研制出的可充电“NaCO2”电池，以钠箔和多壁碳纳米管(MWCNT)为电极材料，总反应方程式为4Na3CO22Na2CO3C。放电时该电池“吸入”CO2，其工作原理如图所示。放电时，正极的电极反应式为_。若生成的Na2CO3和C全部沉积在正极表面，当正极增加的质量为28 g时，转移电子的物质的量为_。可选用高氯酸钠四甘醇二甲醚作电解液的理由是_。解析放电时，正极发生得到
16、电子的还原反应，则根据总反应式可知电极反应式为3CO24Na4e=2Na2CO3C；根据反应式可知每转移4 mol电子，正极质量增加2106 g12 g224 g，所以当正极增加的质量为28 g时，转移电子的物质的量为4 mol0.5 mol。根据题干信息以及金属钠的化学性质可知可选用高氯酸钠四甘醇二甲醚作电解液的理由是导电性好、与金属钠不反应，难挥发等。答案3CO24Na4e=2Na2CO3C0.5 mol导电性好、与金属钠不反应、难挥发等(答案合理即可)(3)用电化学法模拟工业处理SO2。将硫酸工业尾气中的SO2通入如图装置(电极均为惰性材料)进行实验，可用于制备硫酸，同时获得电能：M极发
17、生的电极反应式为_。质子交换膜右侧的溶液在反应后pH_(填“增大”“减小”“不变”)。当外电路通过0.2 mol e时，质子交换膜左侧的溶液质量_(填“增大”或“减小”)_克。解析该装置是原电池，反应原理为二氧化硫、氧气和水反应生成硫酸，通入氧气的N电极是正极，原电池放电时，氢离子由负极移向正极，正极上氧气得电子和氢离子反应生成水，电极反应式为：O24e4H=2H2O，负极M上，二氧化硫失电子和水反应生成硫酸，电极反应式为：SO22e2H2O=4HSO；质子交换膜右侧为正极区，正极上氧气得电子和氢离子反应生成水，溶液中的氢离子浓度减小，pH增大；质子交换膜左侧为负极区，负极上，二氧化硫失电子和水反应生成硫酸，电极反应式为：SO22e2H2O=4HSO，当外电路通过0.2 mol e时，生成0.4 mol H，有0.2 mol H通过质子交换膜移向右侧，左侧的溶液质量增大64 g/mol0.1 mol0.2 mol1 g/mol6.2 g。答案SO22H2O2e=SO4H增大增大6.2