集訓(xùn)專題十一化學(xué)能與電能的轉(zhuǎn)化-應(yīng)用集訓(xùn)含解析

專題十一化學(xué)能與電能的轉(zhuǎn)化應(yīng)用篇【應(yīng)用集訓(xùn)】1.(2021濟(jì)寧高三一模,11)以下圖是一種正投入生產(chǎn)的大型蓄電系統(tǒng)。放電前,被膜隔開的電解質(zhì)為Na2S2和NaBr3,放電后分別變?yōu)镹a2S4和NaBr。以下表達(dá)正確的選項(xiàng)是()A.放電時(shí),負(fù)極反響為3NaBr-2e-NaBr3+2Na+B.充電時(shí),陽極反響為2Na2S2-2e-Na2S4+2Na+C.放電時(shí),Na+經(jīng)過離子交換膜,由b池移向a池D.用該電池電解飽和食鹽水,產(chǎn)生2時(shí),b池生成2S4答案C2.(2021東營(yíng)一中高三期末,13)全釩液流儲(chǔ)能電池是利用不同價(jià)態(tài)的含釩離子在酸性條件下發(fā)生反響,離子方程式為VO2+(黃色)+V2+(紫色)+2H+VO2+(藍(lán)色)+V3+(綠色)+H2O。采用惰性電極實(shí)現(xiàn)化學(xué)能和電能相互轉(zhuǎn)化的工作原理如圖。以下說法正確的選項(xiàng)是A.充電過程中,X端接外接電源的負(fù)極B.放電過程中,正極電極反響式為VO2++H2O+e-VO2++2OHC.放電過程中,右罐溶液顏色逐漸由綠色變?yōu)樽仙獶.充電時(shí)假設(shè)轉(zhuǎn)移電子,左罐溶液中n(H+)的變化量為答案D3.(2021昌樂二中高三期末,12)?JournalofEnergyChemistry?報(bào)導(dǎo)我國(guó)科學(xué)家設(shè)計(jì)CO2熔鹽捕獲與轉(zhuǎn)化裝置如圖。以下有關(guān)說法正確的選項(xiàng)是()為負(fù)極B.熔鹽可用KOH溶液代替極電極反響式為CO32-+4e-D.轉(zhuǎn)移1mol電子可捕獲CO2(標(biāo)準(zhǔn)狀況下)答案C4.(2021青島高三三模,13)(雙選)近期,美國(guó)某研究小組在?NatureEnergy?報(bào)道了一種CO2電解裝置,膜界面處的離子通過中間通道重組直接制備高純HCOOH溶液,其工作原理如圖。以下說法正確的選項(xiàng)是()電極連接直流電源的正極B.該電解池工作原理為2CO2+2H2O2HCOOH+O2、N分別是陰離子交換膜、陽離子交換膜D.電路中轉(zhuǎn)移1mole-時(shí),陽極產(chǎn)生2答案BC5.(2021山東等級(jí)考模擬,13)利用小粒徑零價(jià)鐵(ZVI)的電化學(xué)腐蝕處理三氯乙烯,進(jìn)行水體修復(fù)的過程如下圖。H+、O2、NO3-等共存物的存在會(huì)影響水體修復(fù)效果,定義單位時(shí)間內(nèi)ZVI釋放電子的物質(zhì)的量為nt,其中用于有效腐蝕的電子的物質(zhì)的量為neA.反響①②③④均在正極發(fā)生B.單位時(shí)間內(nèi),三氯乙烯脫去amolCl時(shí)ne=amolC.④的電極反響式為NO3-+10H++8e-NH4+D.增大單位體積水體中小粒徑ZVI的投入量,可使nt增大答案B創(chuàng)新篇【創(chuàng)新集訓(xùn)】1.(2021嘉祥一中三模,7)某化學(xué)課外活動(dòng)小組擬用鉛蓄電池為直流電源,進(jìn)行電絮凝凈水的實(shí)驗(yàn)探究,設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)裝置如下圖。以下說法正確的選項(xiàng)是()電極反響為Pb+SO42--2e-B.每消耗,理論上電解池陰極上有1molH2生成C.該電解池的總反響為2Al+6H2O2Al(OH)3+3H2↑D.假設(shè)污水為含有Cr2O72-的工業(yè)酸性廢水,為將其轉(zhuǎn)化為Cr3+答案D2.(2021泰安二模,13)(雙選)十九大報(bào)告中提出“打贏藍(lán)天保衛(wèi)戰(zhàn)〞,對(duì)污染防治要求更高。某種利用垃圾滲透液實(shí)現(xiàn)發(fā)電、環(huán)保二位一體結(jié)合的裝置示意圖如下。當(dāng)該裝置工作時(shí),以下說法正確的選項(xiàng)是()A.鹽橋中Cl-向Y極移動(dòng)B.電路中流過電子時(shí),共產(chǎn)生N2的體積為(標(biāo)準(zhǔn)狀況)C.電流由X極沿導(dǎo)線流向Y極極發(fā)生的反響為2NO3-+10e-+6H2ON2↑+12OH-,周圍pH答案BD3.(2021章丘四中高三3月模擬,11)(雙選)一種濃差電池如下圖,陰、陽離子交換膜交替放置,中間的間隔交替充以河水和海水,選擇性透過Cl-和Na+,在兩電極板形成電勢(shì)差,進(jìn)而在外部產(chǎn)生電流。以下關(guān)于該電池的說法正確的選項(xiàng)是()電極為電池的正極,電極反響為2H++2e-H2↑為陰離子交換膜,A為陽離子交換膜C.負(fù)極隔室的電中性溶液通過陽極外表的復(fù)原作用維持D.該電池的缺點(diǎn)是離子交換膜價(jià)格昂貴,優(yōu)點(diǎn)是電極產(chǎn)物有經(jīng)濟(jì)價(jià)值答案AD4.(2021昌樂高考模擬,13)國(guó)際能源期刊報(bào)道了一種正在開發(fā)中的綠色環(huán)?！叭珰潆姵亘?有望減少?gòu)U舊電池產(chǎn)生的污染。其工作原理如下圖。以下說法正確的選項(xiàng)是()A.“全氫電池〞工作時(shí),將酸堿反響的中和能轉(zhuǎn)化為電能B.吸附層b發(fā)生的電極反響:H2-2e-+2OH-2H2O4的作用是傳導(dǎo)離子和參與電極反響D.“全氫電池〞的總反響:2H2+O22H2O答案A5.(2021濱州二模,11)我國(guó)科學(xué)家設(shè)計(jì)了一種太陽能驅(qū)動(dòng)從海水中提取金屬鋰的裝置,示意圖如下圖。該裝置工作時(shí),以下說法正確的選項(xiàng)是()A.銅箔上的電勢(shì)比催化電極上的高B.海水的pH變大C.假設(shè)轉(zhuǎn)移1mol電子,理論上銅箔增重7gD.固體陶瓷膜可用質(zhì)子交換膜代替答案C[教師專用題組]創(chuàng)新篇【創(chuàng)新集訓(xùn)】1.微生物電解池(MEC)是一項(xiàng)潛在的有吸引力的綠色電解池,其制取氫氣的原理如下圖:以下說法正確的選項(xiàng)是()可在高溫下工作B.電解池工作時(shí),化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔蹸.活性微生物抑制反響中電子的轉(zhuǎn)移D.陽極的電極反響式為CH3COO-+4H2O-8e-2HCO3-+9H答案D溫度過高會(huì)造成微生物失去活性,所以MEC不宜在高溫下工作,A不正確;電解池工作時(shí),將電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能,B不正確;活性微生物有催化作用,能加快反響速率,促進(jìn)氧化復(fù)原反響中電子的轉(zhuǎn)移,C不正確;陽極發(fā)生氧化反響,從圖中可以看出,CH3COO-轉(zhuǎn)化為HCO3-,1molCH3COO-反響可失去8mol電子,2.圖甲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(jī)廢水的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能,圖乙是一種用惰性電極電解飽和食鹽水的消毒液發(fā)生器。以下說法不正確的選項(xiàng)是()A.圖甲的X點(diǎn)要與圖乙中的a極連接B.圖乙中b極的電極反響式為:2Cl--2e-Cl2↑C.當(dāng)N極消耗1mol氣體時(shí),有2molH+通過離子交換膜D.假設(shè)有機(jī)廢水中主要含有淀粉,那么圖甲中M極反響為:(C6H10O5)n+7nH2O-24ne-6nCO2↑+24nH+答案C圖甲中N極上O2轉(zhuǎn)化為H2O,發(fā)生復(fù)原反響,那么N極為正極,M極為負(fù)極,圖乙通過電解飽和食鹽水獲得消毒液,那么a極析出H2,b極析出Cl2,a極為陰極,b極為陽極,電解池的陽極與電源正極相連,電解池的陰極與電源負(fù)極相連,故X點(diǎn)與a極相連,A項(xiàng)正確;圖乙中b極析出氯氣,電極反響式為:2Cl--2e-Cl2↑,B項(xiàng)正確;O2+4e-+4H+2H2O,當(dāng)N極消耗1mol氣體時(shí),轉(zhuǎn)移4mol電子,故有4molH+通過離子交換膜,C項(xiàng)錯(cuò)誤;假設(shè)有機(jī)廢水中主要含有淀粉,那么圖甲中M極上淀粉轉(zhuǎn)化為CO2,電極反響為:(C6H10O5)n+7nH2O-24ne-6nCO2↑+24nH+,D項(xiàng)正確。解題關(guān)鍵(1)圖乙中陰、陽極的判斷:為了使電解生成的Cl2與NaOH溶液充分反響,下端應(yīng)作陽極,上端應(yīng)作陰極。(2)(C6H10O5)n中碳元素的平均化合價(jià)為0價(jià),酸性環(huán)境中(C6H10O5)n失電子生成CO2。3.如圖甲是利用一種微生物將廢水中的尿素[CO(NH2)2]的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能,并生成環(huán)境友好物質(zhì)的裝置,同時(shí)利用此裝置的電能在鐵上鍍銅。以下說法中正確的選項(xiàng)是()A.銅電極應(yīng)與X相連接+經(jīng)過質(zhì)子交換膜由右向左移動(dòng)C.當(dāng)N電極消耗氣體時(shí),那么鐵電極增重16g電極反響式:CO(NH2)2+H2O-6e-CO2↑+N2↑+6H+答案DA項(xiàng),由題知在鐵上鍍銅,那么鐵作陰極,銅作陽極,銅應(yīng)該與正極相連,故銅電極應(yīng)與Y極相連,A項(xiàng)錯(cuò)誤;B項(xiàng),甲裝置為微生物原電池,M為負(fù)極,N為正極,H+移向正極,故H+從左向右移動(dòng),B項(xiàng)錯(cuò)誤;C項(xiàng),當(dāng)N電極消耗氣體時(shí),轉(zhuǎn)移電子1mol,所以鐵電極增重32g,C項(xiàng)錯(cuò)誤;D項(xiàng),M電極為負(fù)極,電極反響式為CO(NH2)2+H2O-6e-CO2↑+N2↑+6H+,D項(xiàng)正確。疑難突破微生物電池中N電極為氧氣參與的電極,為正極,M為負(fù)極,陽離子移向正極。4.由相同金屬電極及其不同濃度的鹽溶液組成的電池稱為濃差電池,電子由溶液濃度較小的一極流向濃度較大的一極。如下圖裝置中,X電極與Y電極初始質(zhì)量相等。進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí),先閉合K2,斷開K1,一段時(shí)間后,再斷開K2,閉合K1,即可形成濃差電池,電流計(jì)指針偏轉(zhuǎn)。以下說法不正確的選項(xiàng)是()A.充電前,該電池兩電極不存在電勢(shì)差B.放電時(shí),右池中的NO3C.充電時(shí),當(dāng)外電路通過電子時(shí),兩電極的質(zhì)量差為D.放電時(shí),電極Y為電池的正極答案CA項(xiàng),充電前,左、右兩池濃度相等,那么兩極不存在電勢(shì)差,故A正確。B項(xiàng),形成原電池時(shí)X為負(fù)極,Y為正極,陰離子向負(fù)極移動(dòng),那么右池中的NO3-通過離子交換膜移向左池,故B正確。C項(xiàng),充電時(shí),當(dāng)外電路通過電子時(shí),陽極有被氧化,而陰極析出,那么兩電極的質(zhì)量差為,故C錯(cuò)誤。D項(xiàng),放電時(shí),右池硝酸銀濃度較大,那么電極Y為電池的正極,故5.LED系列產(chǎn)品是一類新型節(jié)能產(chǎn)品。圖甲是NaBH4/H2O2燃料電池的裝置示意圖,圖乙是LED發(fā)光二極管的裝置示意圖。以下表達(dá)錯(cuò)誤的選項(xiàng)是()A.電池應(yīng)選用陽離子交換膜,Na+向A極區(qū)移動(dòng)B.電池A極區(qū)的電極反響式為H2O2+2e-2OH-C.每有1molNaBH4參加反響,轉(zhuǎn)移電子數(shù)為4NAD.要使LED發(fā)光二極管正常發(fā)光,圖乙中的導(dǎo)線a應(yīng)與圖甲中的B極相連答案CA極上H2O2轉(zhuǎn)化為OH-,發(fā)生復(fù)原反響:H2O2+2e-2OH-,那么A極為正極,根據(jù)圖示,Na+能透過離子交換膜進(jìn)入A極區(qū)得到NaOH,那么離子交換膜為陽離子交換膜,A項(xiàng)正確,B項(xiàng)正確;B極為負(fù)極,發(fā)生氧化反響:BH4-+8OH--8e-BO2-+6H2O,每有1molNaBH4參加反響,轉(zhuǎn)移電子數(shù)為8NA,C項(xiàng)錯(cuò)誤;根據(jù)LED發(fā)光二極管中電子移動(dòng)情況知,導(dǎo)線a應(yīng)與負(fù)極相連,導(dǎo)線b應(yīng)與正極相連,故圖乙中的導(dǎo)線a應(yīng)與圖甲中的B極相連,審題關(guān)鍵BH4-+3-1→BO2-+36.利用膜技術(shù)原理和電化學(xué)原理制備少量硫酸和綠色硝化劑N2O5,裝置如下圖。以下說法正確的選項(xiàng)是()電極反響式是O2+4e-+2H2O4OH-B.電解后乙裝置d電極附近溶液的pH不變電極反響式為N2O4-2e-+H2ON2O5+2H+D.甲中每消耗1molSO2,乙裝置中有1molH+通過隔膜答案BA項(xiàng),甲裝置為原電池,其中a電極為負(fù)極、b電極為正極,正極電極反響式為O2+4e-+4H+2H2O,A項(xiàng)錯(cuò)誤;B項(xiàng),乙裝置是電解池,均采用了惰性電極,d電極為陰極,電極反響式為2H++2e-H2↑,雖然消耗了H+,但同時(shí)有等量的H+從陽極區(qū)遷移過來,故溶液的pH不變,B項(xiàng)正確;C項(xiàng),c電極為陽極,發(fā)生氧化反響:N2O4-2e-+2HNO32N2O5+2H+,C項(xiàng)錯(cuò)誤;D項(xiàng),甲裝置中消耗1molSO2轉(zhuǎn)移2mol電子,乙裝置中有2molH+通過隔膜,D項(xiàng)錯(cuò)誤。7.高能鋰離子電池總反響式為2Li+FeSFe+Li2S,LiPF6·SO(CH3)2為電解質(zhì),用該電池為電源電解含鎳酸性廢水并得到單質(zhì)Ni的實(shí)驗(yàn)裝置如下圖。以下說法正確的選項(xiàng)是()6·SO(CH3)2可用Li2SO4水溶液代替B.當(dāng)轉(zhuǎn)移1mole-時(shí),b室離子數(shù)增加NA個(gè)C.該電池充電時(shí),陽極反響式為Fe+Li2S-2e-FeS+2Li+D.假設(shè)去除陰離子膜,那么電解總反響發(fā)生改變答案CA項(xiàng),Li與水會(huì)發(fā)生反響,所以不可用Li2SO4水溶液代替,故A錯(cuò)誤;B項(xiàng),電解過程中為平衡a、c中的電荷,a中的Na+和c中的Cl-分別通過陽離子膜和陰離子膜移向b中,這使b中NaCl溶液的物質(zhì)的量濃度不斷增大,所以當(dāng)轉(zhuǎn)移1mole-時(shí),b室離子數(shù)增加2NA,故B錯(cuò)誤;C項(xiàng),電池充電時(shí),陽極反響式為Fe+Li2S-2e-FeS+2Li+,故C正確;D項(xiàng),假設(shè)去除陰離子膜,仍然是Ni2+放電,那么電解總反響不會(huì)發(fā)生改變,故D錯(cuò)誤。審題方法由反響2Li+FeSFe+Li2S可知,Li被氧化,應(yīng)為原電池的負(fù)極;FeS被復(fù)原生成Fe,為正極反響。用該電池為電源電解含鎳酸性廢水并得到單質(zhì)Ni,那么鍍鎳鐵棒為陰極,發(fā)生復(fù)原反響,連接原電池負(fù)極;碳棒為陽極,連接原電池正極,發(fā)生氧化反響。8.光電池在光照條件下可產(chǎn)生電壓,如下裝置可以實(shí)現(xiàn)光能源的充分利用,雙極性膜可將水解離為H+和OH-,并實(shí)現(xiàn)其定向通過。以下說法不正確的選項(xiàng)是()A.該裝置將光能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能并分解水B.雙極性膜可控制其兩側(cè)溶液分別為酸性和堿性C.光照過程中陽極區(qū)溶液中的n(OH-)根本不變D.再生池中的反響:2V2++2H2O2V3++2OH-+H2↑答案DA項(xiàng),該裝置利用光電池將光能轉(zhuǎn)換為電能,再利用電解池將電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能,最終到達(dá)分解水的目的,正確;B項(xiàng),由題圖可知,陽極區(qū)為堿性環(huán)境,陰極區(qū)為酸性環(huán)境,且H+、OH-均來自雙極性膜上進(jìn)行的水的解離,故雙極性膜可控制其兩側(cè)溶液分別為酸性和堿性,正確;C項(xiàng),光照過程中陽極區(qū)的電極反響式為4OH--4e-2H2O+O2↑,在雙極性膜上水解離為H+和OH-,其中OH-進(jìn)入陽極,故光照過程中陽極區(qū)溶液中的n(OH-)根本不變,正確;D項(xiàng),放電后的陰極區(qū)溶液中含有V2+、H+,再生池中的反響為2V2++2H+2V3++H2↑,錯(cuò)誤。思路分析由題圖可知,雙極性膜將水解離為H+和OH-,在光電池的作用下,左側(cè)電極為陰極,V3+在陰極得電子發(fā)生復(fù)原反響生成V2+,右側(cè)電極為陽極,OH-在陽極失電子發(fā)生氧化反響生成氧氣。9.(2021湖南、河南、江西線上3月聯(lián)考,28節(jié)選)聯(lián)氨(N2H4)和次磷酸鈉(NaH2PO2)都具有強(qiáng)復(fù)原性,都有著廣泛的用途。(3)①在惰性氣體中,將白磷(P4)與石灰乳和碳酸鈉溶液一同參加高速乳化反響器中制得NaH2PO2,同時(shí)還產(chǎn)生磷化氫(PH3)氣體,該反響的化學(xué)方程式為。②次磷酸(H3PO2)是一元酸,常溫下,·L-1的NaH2PO2溶液pH為8,那么次磷酸的Ka=。③用次磷酸鈉通過電滲析法制備次磷酸,裝置如下圖。交換膜A屬于(填“陽離子〞或“陰離子〞)交換膜,N極的電極反響式為,當(dāng)電路中流過3.8528×105庫(kù)侖電量時(shí),制得次磷酸的物質(zhì)的量為(一個(gè)電子的電量為1.6×10-19庫(kù)侖,阿伏加德羅常數(shù)的值約為6.02×1023)。答案(3)①2P4+3Ca(OH)2+3Na2CO3+6H2O6NaH2PO2+2PH3↑+3CaCO3②1.0×10-2③陽離子2H2O+2e-H2↑+2OH-4mol解析(3)①由反響物與產(chǎn)物比照可知P4既是氧化劑又是復(fù)原劑,Ca(OH)2提供堿性環(huán)境、Na2CO3提供Na+,同時(shí)參加的Ca2+與CO32-不共存,產(chǎn)生CaCO3沉淀,再根據(jù)質(zhì)量守恒與得失電子守恒可得反響的化學(xué)方程式為2P4+3Ca(OH)2+3Na2CO3+6H2O6NaH2PO2+2PH3↑+3CaCO3;②NaH2PO2溶液中存在水解反響:H2PO2-+H2OH3PO2+OH-,由pH=8,知c(OH-)=10-6mol·L-1,故c(H3PO2)=10-6mol·L-1,且c(H2PO2-)=(-6)mol·L-1≈·L-1,水解常數(shù)Kh=c(H3PO2)·c(OH-)c(H2PO2-)=10-12,那么Ka=KWKh=1.0×10-2。③由工作原理圖中H2PO2-的遷移方向可知,M極為陽極,N極為陰極。陽極電極反響式為2H2O-4e-O2↑+4H+,產(chǎn)品室中右側(cè)有H2PO2-遷移進(jìn)入,為得到H3PO2還需補(bǔ)充H+,故A膜為陽離子交換膜。N極為陰極,10.電解原理在污水處理、儲(chǔ)氫等方面應(yīng)用廣泛。(1)高劑量的亞硝酸鹽有很大毒性,用電化學(xué)方法降解NO2-①陰極反響式為。②假設(shè)電解過程中轉(zhuǎn)移了3mol電子,那么膜兩側(cè)電解液的質(zhì)量變化差(|Δm左|-|Δm右|)為g。(2)一定條件下,用如下圖裝置實(shí)現(xiàn)有機(jī)物的電化學(xué)儲(chǔ)氫(忽略其他有機(jī)物)。該儲(chǔ)氫裝置的電流效率η=(η=生成目標(biāo)產(chǎn)物消耗的電子數(shù)轉(zhuǎn)移的電子總數(shù)×100%,計(jì)算結(jié)果保存1位小數(shù))答案(1)①2NO2-+6e-+4H2ON2↑+8OH-②16(2)解析(1)因遺漏H+遷移或錯(cuò)判H+遷移的量引起的質(zhì)量變化而出錯(cuò)。①Ag-Pt電極上NO2-得電子被復(fù)原為N2,據(jù)此可判斷Ag-Pt電極為陰極,電極反響式為2NO2-+6e-+4H2ON2↑+8OH-。②當(dāng)電解過程中轉(zhuǎn)移3mol電子時(shí),陰極區(qū)生成12molN2