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专题07 电化学1. H2S是一种剧毒气体，如图为质子膜H2S燃料电池的示意图，可对H2S废气资源化利用。下列叙述错误的是A. a是负极，电池工作时，电子的流动力向是：电极a-负载一电极b-质子膜一电极aB. 电池工作时，化学能转化为电能和热能C. 电极b上发生的电极反应式为O2+ 4e-+4H+=2H2OD. 当电路中通过4mol电子时，有4molH+经质子膜进入正极区【答案】A【解析】根据H2S燃料电池的示意图可知，在a极，H2SS2，化合价升高，发生氧化反应，a是负极，电池工作时,电子从负极电极a经负载流向正极电极b，电子不能进入溶液中，A错误；原电池工作时，化学能转化为电能和热能，B正确；根据O2H2O，化合价降低，氧气得电子发生还原反应， 电极反应式为O2+4e-+4H+=2H2O，C正确；根据O2+4e-+4H+=2H2O,所以当电路中通过电子时,有经质子膜进入正极区,D正确。2. 最近我国科学家设计了一种协同转化装置，实现对天然气中和的高效去除。示意图如右所示，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： 该装置工作时，下列叙述错误的是（ ）A. 阴极的电极反应：B. 协同转化总反应：C. 石墨烯上的电势比ZnO石墨烯上的低D. 若采用取代，溶液需为酸性【答案】C【详解】A项，石墨烯失电子作阳极，ZnO石墨烯作阴极，发生反应： ，故A项正确；B项，阴极CO2得电子，阳极Fe2+失电子生成Fe3+，Fe3+继续与H2S反应生成Fe2+与S，故协同转化总反应为，故B项正确；C项，石墨烯上发生反应：EDTA- Fe2+-e-= EDTA- Fe3+，为阳极，阳极电势高，故石墨烯上的电势比ZnO石墨烯上的高，故C项错误；D项，Fe2+、Fe3+易水解，只能在酸性条件下存在，故溶液需为酸性，故D项正确。3. 混合动力车在刹车和下坡时处于充电状态；上坡或加速时，电动机提供辅助推动力，降低了汽油的消耗。该车一般使用的是镍氢电池采用镍的化合物和储氢金属（以M表示）为两电极材料，碱液（主要为KOH）电解液。镍氢电池充放电原理如图，其总反应式为：H2+2NiOOH = 2Ni(OH)2 下列有关判断正确的是（ ）A. 在上坡或加速时，溶液中的K+向甲电极迁移B. 在刹车和下坡时，甲电极的电极反应式为：2 H2O+2e- H2+2OH-C. 在上坡或加速时，乙电极周围溶液的pH将减小D. 在刹车和下坡时，乙电极增重【答案】B【解析】在上坡或加速时，电池处于放电过程即原电池，溶液中的K+向正极即乙极移动，A错误；在在刹车和下坡时，电池处于充电状态即为电解池，甲极是阴极，氢离子得电子发生还原反应，产生氢气，B正确；在上坡或加速时，属于原电池，乙电极为正极，电极极反应为NiOOH+H2O+e-=Ni(OH)2+OH-，乙电极周围因OH-浓度增大，pH将变大，C错误；在刹车和下坡时，属于电解池，乙极为阳极是氢氧化镍转化为氢氧化氧镍的过程，电极质量减轻，D错误。4. 下图是CO2电催化还原为CH4的工作原理示意图。下列说法正确的是A. 该过程是化学能转化为电能的过程B. 一段时间后，池中n(KHCO3)不变C. 一段时间后，池中溶液的pH不变D. 铜电极的电极反应式为9CO2+6H2O+8e-=CH4+8HCO3-【答案】D【解析】该装置是一个电解池，电解池是将电能转化为化学能的装置，A错误；在电解池的阴极上发生二氧化碳得电子的还原反应，即，一段时间后，氢离子减小，氢氧根浓度增大，氢氧根会和池中的碳酸氢钾反应，所以会减小，B错误；在电解池的阳极上，是氢氧根离子发生失电子的氧化反应，所以酸性增强，pH一定下降，C错误；电催化还原为的过程是一个还原反应过程，所以铜电极是电解池的阴极，铜电极的电极反应式为9CO2+6H2O+8e-=CH4+8HCO3-， D正确。5. 甲醇燃料电池由于结构简单、能量转化率高、对环境无污染，可作为常规能源的替代品而越来越受到关注，其工作示意图如下，其总反应为 2CH3OH3O2=2CO24H2O。下列说法不正确的是( )A. 电极 A 是负极，物质 a 为甲醇B. 电池工作时，电解液中的 H通过质子交换膜向 B 电极迁移C. 放电前后电解质溶液的 pH 增大D. b 物质在电极上发生的电极反应式为： O2+4e+2H2O4OH【答案】D【解析】甲醇的燃料电池，甲醇在负极被氧化，氧气在正极被还原；电子由A流出经过导线流入B，电极A 是负极，物质 a 为甲醇，A正确；H应该向正极（B 电极）移动，B正确；负极反应：2CH3OH-12e+2H2O=2CO2+12H,正极反应 3O2+12e+12H6H2O，反应前后H总量没变，但是反应放电后反应生成了水，造成了H的浓度减小，电解质溶液的 pH 增大，C正确；酸性环境下，氧气在B电极上发生的电极反应式为： O2+4e+4H2H2O ，D错误。6. 近年来，我国在航空航天事业上取得了令人瞩目的成就，科学家在能量的转化，航天器的零排放作出了很大的努力，其中为了达到零排放的要求，循环利用人体呼出的CO2并提供O2，设计了一种装置（如图）实现了能量的转化，总反应方程式为2CO2=2CO+O2。关于该装置下列说法正确的是（ ）A. 装置中离子交换膜为阳离子交换膜B. 反应完毕，电解质溶液碱性减弱C. N型半导体为阳极，P型半导体为阴极D. CO2参与X电极的反应方程式：CO2+2e+H2O=CO+2OH【答案】D【解析】左半部分为原电池，右半部分为电解池；根据原电池中正电荷的移动方向可知，N型半导体为负极极，P型半导体为正极，C错误；则X电极为阴极，发生还原反应，CO2+2e+H2O=CO+2OH，D正确；图中OH-在X电极处产生，但是Y电极附近也存在OH-，说明OH能够通过离子交换膜，即该膜为阴离子交换膜，A错误；根据总反应2CO2=2CO+O2可知反应前后电解质溶液酸、碱性不变，B错误。7. 我国科学家研制出“可充室温Na-CO2电池”(Rechargeable Room-Temperature Na-CO2 Batter-ies)现已取得突破性进展，其有望取代即将“枯竭”的锂电池，该电池结构如图所示。下列说法错误的是A. 电池工作时，正极发生反应：4Na+3CO2+4e-=2Na2CO3+CB. 电池工作时，外电路中流过0.02mol电子，负极材料减重0.46gC. 多壁碳纳米管的作用主要是导电及吸附CO2D. 电池中四甘醇二甲醚可用饱和食盐水代替实现Na+传导【答案】D【解析】根据图中电子流向可知，金属钠为负极，多壁纳米管为正极，正极发生还原反应，二氧化碳被还原为碳，A正确；钠变为钠离子，转移电子0.02mol，减重0.0223=0.46 g，B正确；多壁碳纳米管为疏松多孔，主要是导电及吸附CO2，C正确；若用饱和食盐水，水会与钠电极反应，不能构成原电池，D错误。8. 全固态锂硫电池能量密度高、成本低，其工.作原理如图所示，其中电极a常用掺有石墨烯的S8材料，电池反应式为16Li+xS8=8Li2Sx(2x8)。同时利用此装置的电能在铁上镀铜，下列说法不正确的是A. 电池工作时，a是正极，外电路中流过0.02mal电子，负极材料减重0.14gB. 石墨烯的作用主要是提高电极a的导电性C. 当钾硫电池电极提供1mol电子时，则理论上铁电极增重32gD. 放电时，Li+向正极移动，在此电池中加人硫酸可增加导电性【答案】D【解析】根据锂离子的移动方向可知，a是正极，b极为负极，锂失电子变为锂离子，负极材料减重为0.027=0.14g，A正确；石墨烯具有导电作用，它的使用提高电极a的导电性，B正确；铁上镀铜，铜做阳极，失电子，溶液中的铜离子得电子在阴极（铁极）析出，Cu2+2e-= Cu，当转移1mol电子时，则理论上铁电极析出铜0.564=32g，C正确；硫酸能够与金属锂电极反应，不能构成原电池，D错误。9. 锂-碘电池应用于心脏起搏器，使用寿命超过10年，负极是锂，正极是聚2-乙烯吡(P2VP)和I2复合物，工作原理2Li+ P2VPnI2=2LiI+P2VP(n-1)I2，下列叙述错误的是A. 该电池是电解质为非水体系的二次电池B. 工作时Li向正极移动C. 正极反应式为P2VPnI2+2Li+2e-=2LiI+P2VP(n-1)I2D. 该电池具有全时间工作、体积小、质量小、寿命长等优点【答案】A【解析】金属锂能够与水反应，所以该电池是电解质为非水体系的一次电池，使用寿命超过10年，A错误；原电池工作时，阳离子（Li+）向正极移动，B正确；原电池正极发生还原反应，P2VPnI2在正极得电子，C正确；锂-碘电池应用于心脏起搏器，使用寿命超过10年，该电池具有全时间工作、体积小、质量小、寿命长等优点，D正确。10. 十九大报告中提出要“打赢蓝天保卫战”，意味着对大气污染防治比过去要求更高。二氧化硫空气质子交换膜燃料电池实现了制硫酸、发电、环保三位一体的结合，原理如图所示。下列说法正确的是A. 该电池放电时质子从Pt 2电极经过内电路流到Pt 1电极B. Pt 1电极附近发生的反应为：SO22H2O2eH2SO42HC. Pt 2电极附近发生的反应为O24e2H2O4OHD. 相同条件下，放电过程中消耗的SO2和O2的体积比为21【答案】D【解析】放电时为原电池，质子向正极移动，Pt1电极为负极，则该电池放电时质子从Pt1电极移向Pt2电极，A错误；Pt1电极为负极，发生氧化反应，SO2被氧化为硫酸，极反应为SO22H2O2eSO2-44H，硫酸应当拆为离子形式，B错误；酸性条件下，氧气得电子生成水, C错误；相同条件下，放电过程中：负极发生氧化反应：2SO24H2O4e2SO2-48H，正极发生还原反应：O24e4 H2H2O，根据转移电子数相等规律可知：放电过程中消耗的SO2和O2的体积比为21，D正确。11. 1894年，Fenton发现采用Fe2+和H2O2混合溶液，能产生具有高反应活性和强氧化性的羟基自由基(-OH),从而氧化降解有机污染物，称为Fenton反应。电Fenton法采用惰性电极电解法，右图为其中一个电极的反应机理，其中含有Fenton反应。下列说法不正确的是A. 羟基自由基(-OH)的电子式为：B. 右图所在的惰性电极应与外接电源的负极相连C. Fenton反应：Fe2+H2O2=Fe3+OH-+-OHD. 右图所在的惰性电极每消耗22.4LO2(标准状况)，理论上在外电电路中转移4mole-【答案】D【解析】羟基自由基(-OH)的电子式为：，A正确；右图所在的惰性电极为电解池的阴极，发生还原反应，在充电时，必须与外接电源的负极相连，B正确；Fe2+被H2O2氧化为铁离子，同时产生羟基自由基(-OH)，Fenton反应：Fe2+H2O2=Fe3+OH-+-OH，C正确；根据图示可知：22.4LO2即为1molO2，1molO2转化为H2O2时转移电子数为2mole-，理论上在外电电路中转移2mole-，D错误。12. 锂液态多硫电池具有能量密度高、储能成本低等优点，以熔融金属锂、熔融硫和多硫化锂Li2Sx(2x8)分别作两个电极的反应物，固体Al2O3陶瓷(可传导Li+)为电解质，其反应原理如图所示。下列说法错误的是A. 该电池比钠一液态多硫电池的比能量高B. 放电时，内电路中Li+的移动方向为从a到bC. Al2O3的作用是导电、隔离电极反应物D. 充电时，外电路中通过0.2mol电子，阳极区单质硫的质量增加3.2g【答案】D【解析】锂液态多硫电池具有能量密度高、储能成本低等优点，所以该电池比钠一液态多硫电池的比能量高，A正确；放电时，Na失电子发生氧化反应,所以a作负极、b作正极，电解质中阳离子锂离子向正极b移动，B正确；Al2O3为离子化合物，在该电池中作用是导电、隔离电极反应物，C正确；充电时，阳极反应为SX2-2e-=xS，外电路中通过0.2mol电子，阳极生成单质硫的质量为0.1x，由于2x8，质量为6.4-25.6 g之间，D错误。13. 使用新型电极材料，以N2、H2为电极反应物，以溶有M的稀盐酸为电解质溶液，制成新型燃料电池，装置如图所示。下列说法正确的是A. 通入H2的一极为正极B. 放电时H+向左移动，生成的物质M是NH4ClC. 通入的电极反成为:X2+6H+-6e-=2NH3 D. 放电过程右边区域溶液pH逐渐增大 N2+6H+-6e-=2NH3【答案】B【解析】负极是氢气失电子生成氢离子，则通入H2的一极为负极，A错误；根据负极电极反应为:H2-2e-=2H+，正极电极反应N2+8H+6e-=2NH4+，总反应式为N2+3H2+2H+=2NH4+，则左边N2为正极，H+向正极即左移动，M为NH4Cl，B正确； 氮气被还原生成NH4+,电极反应式为N2+8H+6e-=2NH4+，C错误；反应过程中右边区域溶液氢气失电子生成氢离子，电极反应式为H2-2e-=2H+，pH逐渐减小，D错误。14. 熔融碳酸盐燃料电池(MolenCathomaleFuel Cell)简称MCFC，具有高发电效率。工作原理示意图如图。下列说法正确的是A. 电极M为负极，K+、Na+移向MB. 电池工作时，熔融盐中CO32-物质的量增大C. A为CO2，正极的电极反应为：O2+4e-+2CO2=2CO32-D. 若用MCFC给铅蓄电池充电，电极N接Pb极【答案】C【解析】氢氧燃料电池，氢气做负极，氧气为正极，电极M为负极，电解质中阳离子向正极移动，移向电极N，A错误；电极的负极反应为：2H2-4e-+2CO32-=2H2O+2CO2，电极的正极反应为：O2+4e-+2CO2=2CO32-，所以电池工作时，熔融盐中CO32-物质的量不变，B错误；正极发生还原反应，氧气在正极得电子，电极反应为：O2+4e-+2CO2=2CO32-，所以要通入CO2，C正确；铅蓄电池铅为负极，要与电源的负极相连接，因此要连接电源的M极；D错误。15. 利用电化学原理还原CO2制取ZnC2O4的装置如图所示(电解液不参加反应)，下列说法正确的是A. 可用H2SO4溶液作电解液B. 阳离子交换膜的主要作用是增强导电性C. 工作电路中每流过0.02 mol电子，Zn电极质量减重0.65gD. Pb电极的电极反应式是2CO2-2e-=C2O42-【答案】C【解析】如果用H2SO4溶液作电解液，溶液中氢离子会在正极得电子生成氢气，影响2CO2+2e-=C2O42-反应的发生，A错误；用阳离子交换膜把阳极室和阴极室隔开，它具有选择透过性，它只允许H+透过，其它离子难以透过，B错误；Zn电极为负极，发生氧化反应，Zn-2e-= Zn2+；当电路中每流过0.02 mol电子，消耗锌的量为0.01 mol，质量为0.65g，C正确；Pb电极为正极，发生还原反应，2CO2+2e-=C2O42-，D错误。16. 铝-石墨双离子电池是一种高效电池。原理为：AlLi + Cx(PF6) Al+xC+Li+PF6-,电池结构如图所示。下列说法正确的是A. 放电时外电路中电子向铝锂电极移动B. 放电时正极反应为Cx(PF6)+e-= xC+ PF6-C. 充电时，铝石墨电极上发生还原反应D. 以此电池为电源，电解NaCl饱和溶液，当生成11.2LH2时，电池负极质量减少7g【答案】B【解析】放电时铝锂电极中锂失电子作为负极，外电路中电子由负极铝锂电极向正极铝石墨移动，A错误；放电时正极铝石墨电极Cx(PF6)得电子产生PF6-，正极反应为Cx(PF6)+e-= xC+ PF6-，B正确；放电时，铝石墨电极上发生还原反应，充电时，铝石墨电极上发生氧化反应，C错误；电解NaCl饱和溶液，产生氯气和氢气，由于没有给出生成氢气的外界条件，无法计算出氢气的量，也就不能进行相关的计算，D错误。17. 利用“ NaCO2”电池将CO2变废为宝。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，放电反应方程式为4Na3CO2 2Na2CO3C。放电时该电池“吸入”CO2，其工作原理如图所示，下列说法中错误的是（ ）A. 电流流向为：MWCNT导线钠箔B. 放电时，正极的电极反应式为 3CO24Na4e=2Na2CO3CC. 原两电极质量相等，若生成的Na2CO3和C全部沉积在电极表面，当转移0.2 mol e时，两极的质量差为11.2gD. 选用髙氯酸钠-四甘醇二甲醚做电解液的优点是导电性好，与金属钠不反应，难挥发【答案】C【解析】金属钠失电子，做负极，电子由负极经导线流向正极，电流流向相反，由MWCNT导线钠箔，A正确；放电时，正极发生还原反应，CO2被还原为碳，电极反应式为3CO24Na4e=2Na2CO3C，B正确；正极发生极反应为3CO24Na4e=2Na2CO3C，根据反应关系可知，当转移0.2 mol e时，生成碳酸钠的量的为0.1 mol，碳的量为0.05 mol，正极质量增重为0.1106+0.0512=11.2 g，负极发生反应：2Na-2e-=2Na+，根据反应关系可知，当转移0.2 mol e时，消耗金属钠的量0.2mol，质量为0.223=4.6 g，所以两极的质量差为11.2g+4.6g=15.8 g，C错误；选用髙氯酸钠-四甘醇二甲醚做电解液的优点是导电性好，与金属钠不反应，难挥发，D正确。
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