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热点情境专练(三)　基于最新研究成果的电化学装置
(选择题每小题3分)
创新考法1　最新化学电源及分析
1.我国科学家发明了一种以和MnO2为电极材料的新型电池,该电池的内部结构如图所示,其中①区、②区、③区电解质溶液的酸碱性不同。放电时,电极材料转化为。设NA为阿伏加德罗常数的值,下列说法错误的是(　　)
A.充电时,外电源的负极连接b电极
B.充电时,①区溶液中的S向②区迁移
C.放电时,转移2NA个电子时,②区溶液增重174 g
D.放电时,a电极的电极反应式为MnO2+4H++2e-Mn2++2H2O
2.(2025·安徽“江南十校”联考)我国科学家设计的一种聚合物微粒电池,其工作原理如图所示,已知该电池在放电过程中产生聚对苯二酚。下列说法正确的是(　　)
A.放电时,b电极的电势要高于a电极
B.放电时H+从a电极区经过半透膜向b电极区迁移
C.充电时,b电极的电极反应式为
D.充电时,a电极附近OH-的浓度减小
3.我国科学家研究出一种新型水系Zn-C2H2电池(结构如图所示),在放电的同时可实现乙炔加氢。已知放电时Zn转化为ZnO,电池工作时下列说法错误的是(　　)
A.b极电势比a极电势低
B.a极的电极反应式为C2H2+2e-+2H2OC2H4+2OH-
C.图中使用的交换膜为阴离子交换膜
D.每消耗65 g锌,溶液中就有1 mol OH-从a极移到b极
4.(2025·广西柳州二模)金属硫电池(Me-S电池)是一类以硫作为阴极材料、金属作为阳极材料的电池系统,具有高能量密度、原材料丰富且成本低廉等优点。一种钾硫电池的结构及原理如图所示。下列有关叙述错误的是(　　)
A.隔膜为阳离子交换膜
B.放电时,b极可发生反应:2+2e-3
C.电池充电时间越长,电池中的K2S8量越多
D.充电时,电路中转移0.1 mol电子时,阴极质量增加3.9 g
5.(2025·河北石家庄一模)我国科研团队研发的强酸(IBA)单液流电池使用强酸性高浓度异卤电解质溶液,通过引入Br-/Br2使得I-/I进行多电子转移,从而提高电池的安全性和能量密度。其工作原理如图所示,下列说法错误的是(　　)
A.放电时,H+向电极N移动
B.充电时,阴极区pH减小
C.充电时,阳极区存在反应:2IBr-10e-+6H2OBr2+2I+12H+
D.放电时,每消耗2.24 g Cd,右室有0.02 mol Br-生成
6.(2025·江西南昌一模)我国科学家开发了一种自充电水系Zn-NaFe[Fe(CN)6]电池,电池电能耗尽后,无需外接电源,可通过H2O2实现电池自充电,电池工作原理如图。下列说法错误的是 (　　)
A.该电池装置负极材料需足量
B.放电时,S向Zn电极移动
C.放电时,右侧电极反应为NaFe[Fe(CN)6]+xe-+xNa+Na1+xFe[Fe(CN)6]
D.自充电时,每消耗1 mol H2O2,溶液中增加2x mol Na+
创新考法2　最新电解技术及应用
7.(2025·贵州六盘水一模)我国科学家采用电解法电解葡萄糖(C6H12O6)溶液可同时制备山梨醇(C6H14O6)和葡萄糖酸(C6H12O7),电解原理如图所示。已知双极膜中水解离的H+和OH-在电场的作用下向两极迁移。下列说法错误的是(　　)
A.M电极与电源的负极相连
B.双极膜产生的OH-会移向N电极
C.阴极的电极反应:C6H12O6+2e-+2H+C6H14O6
D.每生成1 mol山梨醇,理论上共消耗1 mol葡萄糖
8.(2025·广东肇庆二模)我国科学家利用如图所示的电化学装置可捕捉废气中的CO2,并将其转为CaCO3,同时得到高浓度的盐酸、H2和O2。在直流电源的作用下,双极膜中的H2O可自动解离为H+和OH-。下列说法不正确的是(　　)
A.电极b连接电源正极
B.Ⅱ、Ⅲ室之间为阴离子交换膜
C.Ⅱ室中发生反应:Ca2++CCaCO3↓
D.理论上,每转移2 mol e-,双极膜上共解离2 mol H2O
9.(2025·河南创新发展联盟联考)我国福州大学和清华大学学者研制组装的Zn-N/乙醇电池系统具有良好的充放电循环稳定性,工作原理如图所示,可以实现污水脱硝、能源转化以及化学品合成的协同增效。下列说法错误的是(　　)
A.放电时,正极的电极反应式:N+8e-+6H2ONH3+9OH-
B.充电时,OH-通过离子交换膜由左侧移向右侧
C.充放电过程中,储液罐甲的液流体系中可分离出CH3COONH4
D.充电时,阴极的电极反应式:[Zn(OH)4]2-+2e-Zn+4OH-
参考答案
1.B　解析:放电时,某电极反应式为,该电极是原电池的负极,生成的K+需要通过阳离子交换膜进入②区,故该电极反应在③区发生,即b电极为放电时的负极,故a电极为放电时的正极,二氧化锰在正极得电子发生电极反应MnO2+4H++2e-Mn2++2H2O,正电荷数目减少,故硫酸根离子通过阴离子交换膜进入②区,且①区溶液呈酸性,③区溶液呈碱性。充电时,外电源负极连接原电池负极,即连接b电极,A正确;放电时,①区溶液中的硫酸根离子向②区迁移,则充电时,硫酸根离子迁移方向与放电时相反,B错误;放电时转移2NA个电子,有2 mol K+和1 mol硫酸根离子进入②区,故②区溶液增重174 g,C正确;放电时,a电极的电极反应式为MnO2+4H++2e-Mn2++2H2O,D正确。
2.D　解析:该电池在放电过程中产生聚对苯二酚(),根据图中信息,变为是还原反应,说明a电极为正极,b电极为负极。放电时a电极为正极,因此b电极的电势要低于a电极,A错误;放电时H+从b电极区经过半透膜向a电极区迁移,B错误;充电时,b电极为阴极,则b电极的电极反应式为,C错误;充电时,a电极为阳极,则a电极聚对苯二酚与OH-生成和水,则a电极附近OH-的浓度减小,D正确。
3.D　解析:该装置为原电池,由图示可知a极上是乙炔转化为乙烯,电极反应式为C2H2+2e-+2H2OC2H4+2OH-,因此a极为正极,b极为负极,则b极电势比a极电势低,A、B正确;负极锌生成氧化锌的反应为Zn-2e-+2OH-ZnO+H2O,要消耗OH-,则图中使用的交换膜为阴离子交换膜,C正确;每消耗65 g锌,电路中转移2 mol电子,根据溶液中电荷守恒可知,溶液中就有2 mol OH-从a极移到b极,D错误。
4.C　解析:根据电池总反应2K+3SK2S3及装置图可知,电池工作时K失去电子,发生氧化反应,S得到电子发生还原反应,则a极为负极,b极为正极。隔膜为阳离子交换膜,使K+自由通过,平衡电荷,A正确;放电时,b极发生得电子的还原反应,可发生反应:2+2e-3,B正确;电池充电时K+生成K单质,最终转化为S单质,充电时间越长,电池中的K2S8量越少,C错误;充电时,阴极上发生反应K++e-K,电路中转移0.1 mol电子时,有0.1 mol K单质析出,阴极质量增加3.9 g,D正确。
5.D　解析:放电时,阳离子向正极移动,N为正极,则放电时H+向电极N移动,A正确;充电时,电极M为阴极,阳离子向阴极移动,即氢离子向电极M移动,即阴极区pH减小,B正确;充电时,IBr生成单质溴和碘酸根离子,即充电时,阳极区存在反应2IBr-10e-+6H2OBr2+2I+12H+,C正确;2.24 g Cd为0.02 mol,共失去0.04 mol电子,结合C的分析,在放电初期Br2和I的物质的量分别为1 mol、2 mol时,最终分别生成溴离子和碘离子共得到14 mol电子,根据得失电子守恒可知,得到0.04 mol电子时,可以生成×2 mol= mol Br-,D错误。
6.D　解析:放电时,负极变化为Zn→Zn2+,正极变化为NaFe[Fe(CN)6]→Na1+xFe[Fe(CN)6];充电时,阳极变化为Na1+xFe[Fe(CN)6]→NaFe[Fe(CN)6],在H2O2中发生该变化,同时H2O2被还原为水。该电池的负极材料Zn在放电时会溶解,而自充电时不能再生,因此负极材料需足量,A正确;放电时,阴离子向负极移动,因此S向Zn电极移动,B正确;放电时,正极为NaFe[Fe(CN)6]与Na+结合得电子形成Na1+xFe[Fe(CN)6],电极反应式为NaFe[Fe(CN)6]+xe-+xNa+
Na1+xFe[Fe(CN)6],C正确;充电时,右侧电极反应为
Na1+xFe[Fe(CN)6]-xe-NaFe[Fe(CN)6]+xNa+,溶液中增加x mol Na+转移x mol电子,1 mol过氧化氢被还原为水转移2 mol电子,因此每消耗1 mol H2O2,溶液中增加2 mol Na+,D错误。
7.D　解析:由图可知,在M电极葡萄糖被还原为山梨醇,M电极为阴极,电极反应式为C6H12O6+2e-+2H+C6H14O6,N电极溴离子失电子被氧化为溴,N电极为阳极,电极反应式为2Br--2e-Br2。M电极为阴极,与电源的负极相连,A正确;N电极为阳极,双极膜产生的OH-会移向N电极,B正确;M电极为阴极,电极反应式为C6H12O6+2e-+2H+C6H14O6,C正确;电解过程中阴极区和阳极区都会消耗葡萄糖,根据得失电子守恒可知,每生成1 mol山梨醇共转移2 mol电子,理论上共消耗2 mol葡萄糖,D错误。
8.D　解析:左侧双极膜中H+移向电极a,即电极a为阴极,电极b为阳极,阳极连接电源正极,A正确;右侧双极膜中H+移向Ⅲ室,Ⅱ室中Cl-也移向Ⅲ室,Ⅲ室中才能获得高浓度盐酸,则Ⅱ、Ⅲ室之间为阴离子交换膜,B正确;C通过阴离子交换膜移向Ⅱ室,Ⅱ室中发生反应Ca2++CCaCO3↓,C正确;理论上,每转移2 mol e-,每个双极膜上都解离2 mol H2O,两个双极膜上共解离4 mol H2O,D错误。
9.B　解析:由图可知,放电时,Zn失去电子生成[Zn(OH)4]2-,则Zn板为负极,电极反应为Zn+4OH--2e-[Zn(OH)4]2-;正极上硝酸根离子被还原为氨,正极的电极反应式为N+8e-+6H2ONH3+9OH-,OH-通过离子交换膜由左侧移向右侧;充电时,阴极的电极反应式为[Zn(OH)4]2-+2e-Zn+4OH-,阳极上乙醇被氧化为乙酸,电极反应式为C2H5OH-4e-+4OH-CH3COOH+3H2O,OH-通过离子交换膜由右侧移向左侧,氨与醋酸反应生成CH3COONH4。放电时,正极的电极反应式为N+8e-+6H2ONH3+9OH-,A正确;充电时,OH-通过离子交换膜由右侧移向左侧,B错误;充放电过程中,分别产生醋酸和氨,二者反应生成CH3COONH4,故储液罐甲的液流体系中可分离出CH3COONH4,C正确;充电时,[Zn(OH)4]2-被还原为Zn,则阴极的电极反应式为[Zn(OH)4]2-+2e-Zn+4OH-,D正确。
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