1、题组18电化学原理及应用一、单项选择题1.某手机电池采用了石墨烯电池,可充电5分钟,通话2小时。一种石墨烯锂硫电池(2Li+S8 Li2S8)工作原理示意图如图。下列有关该电池说法不正确的是()A.金属锂是所有金属中比能量最高的电极材料B.充电时A电极为阴极,发生还原反应C.充电时B电极的反应:Li2S8-2e- 2Li+S8D.手机使用时电子从A电极经过手机电路板流向B电极,再经过电池电解质流回A电极答案D单位质量的电极材料失去电子的物质的量越多,则得到的电能越多,能量越高,Li是所有金属元素中相对原子质量最小的金属,所以金属锂是所有金属中比能量最高的电极材料,故A项正确。原电池中阳离子向正
2、极移动,由图可知,作电源时,B为正极,A为负极,负极发生失电子的氧化反应;反过来,充电时负极为阴极,发生还原反应,故B项正确。充电时B电极为阳极,Li2S8失去电子生成S8,电极反应式为Li2S8-2e- 2Li+S8,故C项正确。电子只能在电极和导线中移动,不能在电解质溶液中移动,故D项错误。2.深埋在潮湿土壤中的铁管道,在硫酸盐还原菌作用下,能被硫酸根离子腐蚀,其电化学腐蚀原理如图所示。下列说法正确的是()A.铁管道发生的是吸氧腐蚀B.输送暖气的管道也易发生此类腐蚀C.这种情况下,土壤的pH增大D.管道上刷富铜油漆可以延缓管道的腐蚀答案C由图可知,负极反应为Fe-2e- Fe2+,正极反应
3、为SO42-+5H2O+8e- HS-+9OH-。A项,铁管道的腐蚀过程中,氧气并未参与反应,所以不是吸氧腐蚀;B项,硫酸盐还原菌中的蛋白质在高温下易变性,失去催化活性,因此输送暖气的管道不易发生此类腐蚀;C项,由正极的电极反应可知,铁管道腐蚀过程中,OH-浓度增大,土壤pH增大;D项,管道上刷富铜油漆,形成Cu-Fe原电池,Fe作为负极,可以加快管道的腐蚀。3.下图是一种正投入生产的大型蓄电系统。放电前,被膜隔开的电解质为Na2S2和NaBr3,放电后分别变为Na2S4和NaBr。下列叙述正确的是()A.放电时,负极反应为3NaBr-2e- NaBr3+2Na+B.充电时,阳极反应为2Na2
4、S2-2e- Na2S4+2Na+C.放电时,Na+经过离子交换膜,由b池移向a池D.用该电池电解饱和食盐水,产生2.24 L H2时,b池生成17.40 g Na2S4答案C放电前,被膜隔开的电解质为Na2S2(右罐)和NaBr3(左罐),则Na2S2在负极失电子,NaBr3在正极得电子;充电时,阴极为负极的逆反应,阳极为正极的逆反应。A项,放电时,负极Na2S2失电子,则负极反应式为2S22-2e- S42-;B项,充电时,阳极上Br-失电子转化为Br3-,则阳极反应式为3Br-2e- Br3-;C项,电池放电时,Na2S2和NaBr3反应,则电池的总反应方程式为2Na2S2+NaBr3
5、Na2S4+3NaBr,Na+经过离子交换膜,由b池移向a池;D项,用该电池电解饱和食盐水,产生2.24 L H2,未知气体所处状况,无法进行换算。4.我国科学家发明了一种安全可充电的柔性水系钠离子电池,可用生理盐水或细胞培养基为电解质,电池放电的总反应式为Na0.44MnO2+NaTi2(PO4)3 Na0.44-xMnO2+Na1+xTi2(PO4)3,其工作原理如图。下列说法错误的是()A.放电时,Cl-向X极移动B.该电池充电时Y极应该与电源的正极相连C.充电时,阴极反应为:NaTi2(PO4)3+xNa+xe- Na1+xTi2(PO4)3D.该电池能作为可植入人体的电子医疗设备的电
6、源答案CA项,根据放电总反应方程式可知:在反应中Na0.44MnO2失去电子变为Na0.44-xMnO2,Mn元素化合价升高,因此X电极为负极,电池工作时,溶液中的Cl-(阴离子)向负极(X极)移动;B项,放电时,X电极为负极,发生氧化反应,Y电极为正极,发生还原反应,则该电池充电时Y极应该与电源的正极相连,作阳极,发生氧化反应;C项,充电时,X电极与电源的负极连接,作阴极,阴极反应为Na0.44-xMnO2+xe-+xNa+ Na0.44MnO2;D项,该电池是一种安全可充电的柔性水系电池,能作为可植入人体的电子医疗设备的电源。二、不定项选择题5.三室式电渗析法处理废液(HCl和FeCl2混
7、合溶液)的原理如图所示,其中X、Y均为离子交换膜。在直流电场的作用下,中间室得到盐酸,阴极区可回收铁。下列说法正确的是()A.X、Y依次是阴离子交换膜和阳离子交换膜B.通电后,阴极区溶液的pH不断减小C.阳极反应式为2H2O-4e- 4H+O2D.中间室得到1 L 2 mol/L盐酸时,电路中通过1 mol电子答案C通电后,阳极区电极反应式为2H2O-4e- 4H+O2,产生的H+通过X离子交换膜进入中间室,氢离子在阴极得电子生成氢气,考虑电荷守恒,Cl-通过Y离子交换膜进入中间室,得到盐酸,所以X是阳离子交换膜,Y是阴离子交换膜,A项错误;通电后,氢离子在阴极得电子生成氢气,氢离子浓度减小,
8、阴极区溶液的pH不断增大,B项错误;通电后,阳极发生氧化反应,电极反应式为2H2O-4e- 4H+O2,C项正确;根据阳极电极反应式可知,中间室得到1 L 2 mol/L盐酸时,电路中通过2 mol电子,D项错误。6.一种检测空气中甲醛(HCHO)含量的电化学传感器的工作原理如图所示。下列说法正确的是()A.传感器工作时,工作电极电势低B.工作时,H+通过交换膜向工作电极附近移动C.当导线中通过1.210-6 mol电子,进入传感器的甲醛为310-3 mgD.长时间工作后,对电极区电解质溶液的pH增大答案ADA项,HCHO在工作电极失电子被氧化,作原电池的负极,工作电极电势低;B项,根据原电池工作原理知,工作时,溶液中的阳离子(氢离子)向电源的正极移动,即对电极方向;C项,负极反应为HCHO+H2O-4e- CO2+4H+,当电路中转移1.210-6 mol电子时,消耗HCHO的物质的量为141.210-6 mol=3.010-7 mol,则HCHO的质量为3.010-7 mol30 g/mol=910-3 mg;D项,工作时,对电极的电极反应为4H+O2+4e- 2H2O,反应后生成水,由于溶液的体积增大,正极区溶液的酸性减弱,其pH增大。