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微题型22　含“协同反应”电化学装置的分析与判断
1．(2019·全国卷Ⅰ，12)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H2＋2MV2＋===2H＋＋2MV＋
C．正极区，固氮酶为催化剂，N2发生还原反应生成NH3
D．电池工作时质子通过交换膜由负极区向正极区移动
2．(2021·福建，9) 催化剂TAPP－Mn(Ⅱ)的应用，使Li-CO2电池的研究取得了新的进展。Li-CO2电池结构和该催化剂作用下正极反应可能的历程如下图所示。
下列说法错误的是(　　)
A．Li-CO2电池可使用有机电解液
B．充电时，Li＋由正极向负极迁移
C．放电时，正极反应为3CO2＋4Li＋＋4e－===2Li2CO3＋C
D．*LiCO2、*CO、*LiC2O3和C都是正极反应的中间产物
3．(2018·全国卷Ⅰ，7)最近我国科学家设计了一种CO2＋H2S协同转化装置，实现对天然气中CO2和H2S的高效去除。示意图如图所示，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
①EDTA-Fe2＋－e－===EDTA-Fe3＋
②2EDTA-Fe3＋＋H2S===2H＋＋S＋2EDTA-Fe2＋
该装置工作时，下列叙述错误的是(　　)
A．阴极的电极反应：CO2＋2H＋＋2e－===CO＋H2O
B．协同转化总反应：CO2＋H2S===CO＋H2O＋S
C．石墨烯上的电势比ZnO@石墨烯上的低
D．若采用Fe3＋/Fe2＋取代EDTA-Fe3＋/EDTA-Fe2＋，溶液需为酸性
典例剖析
(2022·河南洛阳期中)研究HCOOH燃料电池性能的装置如图所示，两电极区间用允许K＋、H＋通过的半透膜隔开，下列说法错误的是(　　)
A．电池负极的电极反应式为HCOO－＋2OH－－2e－===HCO＋H2O
B．放电过程中需补充的物质A为H2SO4
C．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
D．理论上，当有2 mol HCOO－参加反应时，需要补充 4 mol Fe3＋
推断思路
1．(2022·山东枣庄期中)2019年诺贝尔化学奖授予三位开发锂离子电池的科学家。某高能锂离子电池的总反应为Li1－xCoO2＋LixC6LiCoO2＋C6(x<1)，以该锂离子电池为电源、苯乙酮为原料制备苯甲酸的装置如图所示(苯甲酸盐溶液酸化后可以析出苯甲酸)。下列说法正确的是(　　)
A．锂离子电池放电时，Li＋向b极移动
B．锂离子电池充电时，a极的电极反应式为LiCoO2＋xe－===Li1－xCoO2＋xLi＋
C．交换膜M为阳离子交换膜
D．生成苯甲酸盐的反应为＋3ClO－―→＋CHCl3＋2OH－
2．图中是利用垃圾假单胞菌株分解有机物的电化学原理图。下列说法正确的是(　　)
A．电子流向：B电极→用电器→A电极，该过程将化学能转化为电能
B．A电极上发生氧化反应，电极反应式为X－4e－===Y＋4H＋
C．若有机物为麦芽糖，处理0.25 mol有机物，12 mol H＋透过质子交换膜移动到右室
D．若B电极上消耗标准状况下氧气56 mL，则A电极上生成1.64 g Y
3．(2021·湖北1月选考模拟，10)研究发现，在酸性乙醇燃料电池中加入硝酸，可使电池持续大电流放电，其工作原理如图所示：
下列说法错误的是(　　)
A．加入HNO3降低了正极反应的活化能
B．电池工作时正极区溶液的pH降低
C．1 mol CH3CH2OH被完全氧化时有3 mol O2被还原
D．负极反应为CH3CH2OH＋3H2O－12e－===2CO2＋12H＋
4．(2021·辽宁1月适应性测试，9)在N-羟基邻苯二甲酰亚胺(NHPI)介质中，可实现醇向醛的转化，原理如图。下列说法错误的是(　　)
A．理论上NHPI的总量在反应前后不变
B．海绵Ni电极作阳极
C．总反应为＋ H2↑
D．每消耗1 mmol苯甲醇，产生22.4 mL氢气
5．(2022·湖南模拟预测)如图所示，甲池是一种偏二甲肼[(CH3)2NNH2]燃料电池。一段时间乙池内，D中进入8 mol混合气体，其中环戊二烯的物质的量分数为20%(杂质不参与反应)，C出来的是含环戊二烯的物质的量分数为15%的混合气体(不含H2，该条件下环戊烷、环戊二烯都为气态)。下列说法正确的是(　　)
A．甲池中B处通入O2，E处有O2放出，且体积一样(标况下测定)
B．乙池中惰性电极上发生反应：
C．甲池中OH－由G极移向F极，乙池中H＋由惰性电极移向多孔惰性电极
D．导线中共传导1.2 mol电子
6．复旦大学研究团队研究PTO和PTO-2H之间的可逆转化；二氧化锰在石墨毡上可逆的沉积和溶解，储存、释放电解液中的水合氢离子；设计出能在－70 ℃工作的电池，该电池放电时的总反应为PTO-2H＋MnO2＋2H3O＋===PTO＋Mn2＋＋4H2O，下列说法错误的是(　　)
A．放电时，负极反应为PTO-2H－2e－＋2H2O===PTO＋2H3O＋
B．放电时，H3O＋移向b电极
C．充电时，阳极反应为Mn2＋－2e－＋6H2O===MnO2＋4H3O＋
D．充电时，电路中通过1 mol e－，阳极附近电解质溶液质量减少19 g
7．最近，我国科学家设计了一种高效电解水制氢的系统，实现了在催化剂作用下析氢和析氧反应的分离。该系统的工作原理如图所示，其中电极均为惰性电极，电解液中含NaOH。下列关于该装置工作时的说法错误的是(　　)
A．阳极的电极反应为[Fe(CN)6]4－－e－===[Fe(CN)6]3－
B．OH－通过离子交换膜由B极室向A极室移动
C．催化析氢室的反应为DHPS-2H＋2H＋＋2e－===DHPS＋2H2↑
D．理论上，该过程中[Fe(CN)6]4－和DHPS可自行补充循环
微题型22　含“协同反应”电化学装置的分析与判断
真题示范
1．B　[相比现有工业合成氨，该方法选用酶作催化剂，条件温和，同时利用MV＋和MV2＋的相互转化，化学能转化为电能，故可提供电能，故A正确；左室为负极区，MV＋在负极失电子发生氧化反应生成MV2＋，电极反应式为MV＋－e－=== MV2＋，放电生成的MV2＋在氢化酶的作用下与H2反应生成H＋和MV＋，反应的方程式为H2＋2MV2＋===2H＋＋2MV＋，故B错误；右室为正极区，MV2＋在正极得电子发生还原反应生成MV＋，电极反应式为MV2＋＋e－=== MV＋，放电生成的MV＋与N2在固氮酶的作用下反应生成NH3和MV2＋，故C正确；电池工作时，氢离子(即质子)通过交换膜由负极向正极移动。]
2．D　[Li是活泼金属，能与水发生反应，因此不能采用水溶液作为电解质，应使用有机电解液，故A正确；充电时原电池的负极与电源负极相连作阴极，原电池的正极与电源正极相连作阳极，阳离子由阳极向阴极移动，则Li＋由正极向负极迁移，故B正确；由装置可知，该原电池的正极为二氧化碳得电子生成C单质，电极反应式为3CO2＋4Li＋＋4e－===2Li2CO3＋C，故C正确；由正极的反应历程图示可知，C为最终的产物，不是中间产物，故D错误。]
3．C　[由题中信息可知，石墨烯电极发生氧化反应，为电解池的阳极，则ZnO@石墨烯电极为阴极。阳极接电源正极，电势高，阴极接电源负极，电势低，故石墨烯上的电势比ZnO@石墨烯上的高，C项错误；由题图可知，电解时阴极反应式为CO2＋2H＋＋2e－===CO＋H2O，A项正确；结合阴极区发生的反应及题干中石墨烯电极区发生的反应可知，协同转化总反应式为CO2＋H2S===CO＋H2O＋S，B项正确；Fe3＋、Fe2＋只能存在于酸性溶液中，D项正确。]
模拟演练
1．D　2.C　3.B　4.D　5.B
6．D　[根据总反应式判断：放电时，MnO2发生还原反应，b电极为正极，a电极为负极，发生氧化反应，PTO-2H转化为PTO，电极反应式是PTO-2H－2e－＋2H2O===PTO＋2H3O＋，A项正确；放电时，阳离子向正极移动，H3O＋移向b电极，B项正确；充电时，阳极发生氧化反应，电极反应式是Mn2＋－2e－＋6H2O===MnO2＋4H3O＋，C项正确；根据阳极电极反应式，充电时，电解质溶液质量减少量是二氧化锰的质量，当电路中通过1 mol e－时，m(MnO2)＝(×87)g＝43.5 g，D项错误。]
7．C　[电解池中阴离子移向阳极，由工作原理图知，A极室为阳极，所以OH－通过离子交换膜由B极室向A极室移动，B正确；循环的电解液为NaOH溶液，所以催化析氢室中并没有氢离子参与反应，正确的反应为DHPS-2HDHPS＋H2↑，C错误；据图可知 [Fe(CN)6]4－在A极室中转化为[Fe(CN)6]3－后，又在催化析氧室中转化为[Fe(CN)6]4－，DHPS在B极室中转化为DHPS-2H后，又在催化析氢室中转化为DHPS，理论上两种物质没有损耗，可自行补充循环，D正确。]

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