資源簡介

專題強化練2　新型化學電源的原理和電解原理的應用
1.中科院研究了一款獨特的Li-N電池,電解質溶液為可傳導Li+的有機溶液,該電池可實現氮氣的循環,并對外提供電能。該電池總反應為N2(g)+6Li(s) 2Li3N(s),下列說法不正確的是(　　)
A.Li-N電池可實現綠色固氮
B.該電池電解質溶液不能換成水溶液
C.放電時,乙電極為正極,發生的反應為N2+6e- 2N3-
D.充電時,甲應接外電源的負極
2.以柏林綠Fe[Fe(CN)6]為代表的新型可充電鈉離子電池,其放電原理如圖所示。下列說法不正確的是(　　)
A.放電時,Mg箔上的電子流向Mo箔
B.充電時,Mo箔應接外接電源的正極
C.充電時,陰極反應為[Mg2Cl2]2++4e- 2Mg+2Cl-
D.放電時,外電路中通過0.4 mol電子時,右室電解質的質量增加4.8 g
3.某種利用垃圾滲透液實現發電、環保結合的裝置示意圖如下,當該裝置工作時,下列說法正確的是(　　)
A.鹽橋中Cl-向Y極移動
B.溫度越高,越有利于垃圾滲透液中微生物將N硝化
C.電流由X極沿導線流向Y極
D.Y極發生的電極反應為2N+10e-+6H2O N2↑+12OH-,周圍pH 增大
4.一種電化學“大氣固碳”電池工作原理如圖所示,該電池在充電時,通過催化劑的選擇性控制,只有Li2CO3發生氧化,釋放出CO2和O2,下列說法不正確的是(　　)
A.圖中Li+的移動方向是放電時的移動方向
B.充電時陽極發生的反應為C+2Li2CO3-4e- 3CO2↑+4Li+
C.該電池不可選用含Li+的水溶液作電解質溶液
D.該電池每循環充、放電子各4 mol,理論上可固定標準狀況下 22.4 L CO2
5.一款新型的Ca-LiFePO4可充電電池的工作示意圖如下,鋰離子導體膜只允許Li+通過。該電池總反應式為xCa2++ 2LiFePO4 xCa+2Li1-xFePO4+2xLi+。下列說法不正確的是(　　)
A.充電時,鈣電極與直流電源的負極相連
B.充電時,每轉移0.2 mol電子左室中電解質的質量減小4.0 g
C.Li1-xFePO4/LiFePO4電極充電時發生Li+脫嵌,放電時發生Li+嵌入
D.放電時,正極反應為Li1-xFePO4+xe-+xLi+ LiFePO4
6.科學家利用電化學裝置實現分子的耦合轉化,其原理如圖所示。下列說法正確的是(　　)
A.a為電源的正極
B.若生成的乙烯和乙烷的物質的量之比為2∶1,則消耗CH4和CO2的物質的量之比為6∶5
C.O2-從電極Y傳導到電極X
D.每消耗1 mol CH4,電路中轉移3 mol電子
7.甲圖為一種新型污水處理裝置,該裝置可利用一種微生物將有機廢水的化學能直接轉化為電能,乙圖是一種用惰性電極電解飽和食鹽水的消毒液發生器。設NA為阿伏加德羅常數的值,下列關于甲、乙的說法正確的是(　　)
A.裝置乙中的b極要與裝置甲的X極連接
B.裝置乙中a極的電極反應式為2Cl--2e- Cl2↑
C.當N極消耗5.6 L(標準狀況下)氣體時,有2NA個H+通過質子交 換膜
D.若有機廢水中主要含有葡萄糖(C6H12O6),則裝置甲中M極發生的電極反應式為C6H12O6+6H2O-24e- 6CO2↑+24H+
8.據報道,我國已研制出“可充室溫鈉—二氧化碳電池”。該電池的總反應式為4Na+3CO2 2Na2CO3+C,其工作原理如圖所示(放電時產生的Na2CO3固體貯存于多壁碳納米管中)。
(1)放電時,鈉箔為該電池的　　　　極(填“正”或“負”);電解質溶液中流向　　　(填“鈉箔”或“多壁碳納米管”)電極。
(2)放電時每消耗3 mol CO2,轉移電子的物質的量為　　　　。
(3)充電時,多壁碳納米管連接直流電源的　　　　(填“正”或“負”)極,其電極反應式為　　　　　　　　　　　　　　　。
答案與分層梯度式解析
專題強化練2　新型化學電源的原理和電解原理的應用
1.C　Li-N電池放電時消耗氮氣,充電時釋放氮氣,實現了氮氣的循環,實現了綠色固氮,A項正確;鋰是活潑金屬,能與水反應,因此電解質溶液不能換成水溶液,B項正確;放電時甲電極為負極,發生氧化反應,電極反應式為Li-e- Li+,乙電極為正極,N2發生還原反應:N2+ 6Li++6e- 2Li3N,C項錯誤;放電時甲電極為負極,充電時,甲電極為電解池的陰極,連接原電池的負極,則充電時,甲應接外電源的負極,D項正確。
2.D　放電時,Mg為負極,Mo為正極,原電池中電子由負極流向正極,A正確;放電時Mo箔為正極,發生還原反應,則充電時Mo箔為陽極,發生氧化反應,連接外接電源的正極,B正確;充電時,Mg箔為陰極, [Mg2Cl2]2+得電子被還原為Mg,電極反應為[Mg2Cl2]2++4e- 2Mg+ 2Cl-,C正確;放電時,右室電極反應為2Mg+2Cl--4e- [Mg2Cl2]2+,同時為了平衡電荷,Na+通過Na+交換膜進入左室,外電路中通過0.4 mol電子時,有0.2 mol Mg進入右室,0.4 mol Na+遷移到左室,所以右室電解質的質量變化為0.2 mol×24 g/mol-0.4 mol×23 g/mol= -4.4 g,即質量減少4.4 g,D錯誤。
3.D　X極上NH3轉化為N2,發生氧化反應,X極為負極破題關鍵,在原電池中陰離子移向負極,即Cl-向X極移動,A錯誤;溫度太高,微生物可能失活,B錯誤;電流由正極通過外電路流向負極,C錯誤;Y極是正極,發生還原反應,電極反應式為2N+10e-+6H2O N2↑+12OH-,生成 OH-,Y極周圍pH增大,D正確。
4.B　由題圖可知,放電時,電極A為原電池的負極,Li在負極失去電子發生氧化反應生成Li+,電極B為正極,CO2在正極得到電子生成C和Li2CO3。放電時,陽離子向正極移動,則題圖中Li+的移動方向是放電時的移動方向,A正確;充電時,電極B為陽極,Li2CO3在陽極失去電子發生氧化反應生成Li+、CO2和O2,電極反應式為2Li2CO3-4e- 4Li++2CO2↑+O2↑,B錯誤;金屬鋰與水反應生成LiOH和H2,所以該電池不可選用含Li+的水溶液作電解質溶液,C正確;放電時,電極B為正極,電極反應式為3CO2+4e-+4Li+ 2Li2CO3+C,充電時,電極B為陽極,電極反應式為2Li2CO3-4e- 4Li++2CO2↑+O2↑,則該電池每循環充、放電子各4 mol,理論上可固定1 mol CO2,標準狀況下體積為22.4 L,D正確。
5.B　由總反應可知,放電時,鈣電極發生氧化反應,為負極,則 Li1-xFePO4/LiFePO4電極為正極。放電時鈣電極為負極,則充電時,鈣電極與直流電源的負極相連,A正確;充電時,每轉移0.2 mol電子左室中0.1 mol Ca2+轉化為Ca,同時0.2 mol Li+遷移到左室中,故左室中電解質的質量減小0.1 mol×40 g/mol-0.2 mol×7 g/mol=2.6 g, B錯誤;Li1-xFePO4/LiFePO4電極充電時為陽極,發生氧化反應,LiFePO4轉化為Li1-xFePO4,發生Li+脫嵌,放電時為正極,Li1-xFePO4轉化為LiFePO4,發生Li+嵌入解題技法,C正確;放電時Li1-xFePO4/LiFePO4電極為正極,Li1-xFePO4得到電子發生還原反應生成LiFePO4,正極反應為 Li1-xFePO4+xe-+xLi+ LiFePO4,D正確。
6.B　電極X上CO2→CO,C元素化合價降低,發生還原反應,則電極X為陰極,a為電源的負極,A項錯誤;電解質傳導O2-,則陰極反應式為CO2+2e- CO+O2-,電極Y為陽極,設生成乙烯和乙烷的物質的量分別為2 mol、1 mol,由碳原子守恒可知,甲烷的物質的量為6 mol, 2CH4~C2H4~4e-,2CH4~C2H6~2e-,由得失電子守恒可知,n(CO2)= =5 mol,則相同條件下,消耗甲烷和CO2的體積比為6∶5,B項正確;O2-向陽極移動,即從電極X傳導到電極Y,C項錯誤;不知陽極產物中乙烯和乙烷的物質的量,無法確定轉移電子數,D項錯誤。
7.D　裝置乙為電解池,需要制備消毒液,則b極應生成Cl2,b極為陽極,應與裝置甲的Y極連接,故A錯誤;b極的電極反應式為2Cl--2e- Cl2↑,故B錯誤;N電極的電極反應式為O2+4H++4e- 2H2O,則當N電極消耗5.6 L(標準狀況下)即0.25 mol氣體時,消耗的H+為 1 mol,則有NA個H+通過質子交換膜,故C錯誤;若有機廢水中主要含有葡萄糖,則裝置甲中M極上C6H12O6失電子生成CO2,同時產生H+,其電極反應式為C6H12O6+6H2O-24e- 6CO2↑+24H+,故D正確。
8.答案　(1)負　鈉箔
(2)4 mol
(3)正　2Na2CO3+C-4e- 3CO2↑+4Na+
解析　(1)由4Na+3CO2 2Na2CO3+C可知,放電時,Na為負極,電解質溶液中陰離子移向負極,即電解質溶液中Cl流向鈉箔。(2)放電時,每消耗3 mol CO2,4 mol Na失去電子,轉移4 mol電子。(3)充電時為電解池,C失去電子生成CO2,即多壁碳納米管為陽極,與外加電源正極相連,充電時陽極的電極反應式為2Na2CO3+C-4e- 4Na++3CO2↑。
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