高考特訓(xùn)13離子交換膜鋰電池1.(2024·南京·鹽城二模)“太陽水”電池裝置如圖所示，該電池由三個電極組成，其中a為TiO2電極，b為Pt電極，c為WO3電極，電解質(zhì)溶液為pH＝3的Li2SO4-H2SO4溶液。鋰離子交換膜將電池分為A、B兩個區(qū)，A區(qū)與大氣相通，B區(qū)為封閉體系并有N2保護。下列關(guān)于該電池的說法錯誤的是(B)A.若用導(dǎo)線連接a、c，則a為負極，該電極附近pH減小B.若用導(dǎo)線連接a、c，則c極的電極反應(yīng)式為HxWO3－xe－=WO3＋xH＋C.若用導(dǎo)線先連接a、c，再連接b、c，可實現(xiàn)太陽能向電能轉(zhuǎn)化D.若用導(dǎo)線連接b、c，b極的電極反應(yīng)式為O2＋4H＋＋4e－=2H2O【解析】連接a、c時，a極上水失去電子生成氧氣，發(fā)生氧化反應(yīng)，則a極是負極，電極反應(yīng)式為2H2O－4e－=O2↑＋4H＋，生成氫離子，a極附近pH減小，c極是正極，c極的電極反應(yīng)式為WO3＋xH＋＋xe－=HxWO3，A正確，B錯誤；先連接a、c，c極是正極，WO3生成HxWO3，將太陽能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能儲存，再連接b、c，b極為陰極，則c極是陽極，實現(xiàn)化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能，對外供電，C正確；連接b、c，b極電極反應(yīng)式為O2＋4H＋＋4e－=2H2O，D正確。2.隔膜電解法制備K2FeO4的工作原理如圖所示。下列說法不正確的是(D)A.電解時，電能主要轉(zhuǎn)化為化學(xué)能B.隔膜為陽離子交換膜C.Fe電極的反應(yīng)式為Fe－6e－＋8OH－=FeOeq\o\al(2－,4)＋4H2OD.該方法中KOH可以循環(huán)使用，無需另外補充【解析】電解過程中，電能轉(zhuǎn)變?yōu)榛瘜W(xué)能，A正確；由陰極區(qū)KOH稀溶液轉(zhuǎn)變?yōu)镵OH濃溶液可知，在Pt電極上產(chǎn)生OH－，K＋通過隔膜進入陰極區(qū)，故隔膜為陽離子交換膜，B正確；Fe電極為陽極，F(xiàn)e失電子轉(zhuǎn)變?yōu)镕eOeq\o\al(2－,4)，C正確；陰極電極反應(yīng)式為2H2O＋2e－=H2↑＋2OH－，結(jié)合陽極電極反應(yīng)式，該電池總反應(yīng)為Fe＋2H2O＋2KOHeq\o(=,\s\up7(電解))K2FeO4＋3H2↑，故需要補充KOH，D錯誤。3.某濃差電池的原理如圖所示，可用該電池從濃縮海水中提取LiCl溶液。下列有關(guān)該電池的說法不正確的是(D)A.該裝置可在提取LiCl溶液的同時獲得電能B.電子由Y極通過外電路移向X極C.正極發(fā)生的反應(yīng)：2H＋＋2e－=H2↑D.Y極每生成22.4LCl2，有2molLi＋從b區(qū)移至a區(qū)【解析】該裝置是原電池，可將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能，A正確；Y極為負極，故電子由Y極通過外電路移向X極，B正確；根據(jù)“濃差電池”可知，濃縮海水中的Li＋由b區(qū)傳到a區(qū)，根據(jù)原電池中陽離子向正極移動可知，X電極為正極，在該極上H＋得電子生成H2，C正確；Y極上Cl－失電子生成Cl2，故每生成標準狀況下22.4LCl2時，才有2molLi＋從b區(qū)移至a區(qū)，未說明是標準狀況，Cl2的物質(zhì)的量無法計算，D錯誤。4.(2023·南通通州4月模擬)熱電池是一種需要達到一定溫度才能工作的電池。一種熱電池的結(jié)構(gòu)如圖所示，電池工作時需用引燃劑引發(fā)Fe和KClO4的反應(yīng)，產(chǎn)生的熱量會使LiCl、KCl熔化，電池開始工作。電池放電后有Li7Si3、Fe和Li2S生成。下列說法正確的是(D)A.該熱電池常溫下不能工作的原因是LiCl、KCl常溫下不含離子B.Fe和KClO4反應(yīng)后的產(chǎn)物可能是KCl、FeCl3和O2C.放電時Li13Si4電極上所發(fā)生反應(yīng)為3Li13Si4＋11e－=4Li7Si3＋11Li＋D.電路上每轉(zhuǎn)移1mol電子，消耗FeS2的物質(zhì)的量為0.25mol【解析】該熱電池常溫下不能工作的原因是LiCl、KCl常溫下為固體，離子不能自由移動，不能導(dǎo)電，A錯誤；KClO4中，K、Cl原子的物質(zhì)的量之比為1∶1，若KClO4中K元素轉(zhuǎn)化為KCl，則由K、Cl原子守恒知，一定沒有FeCl3生成，B錯誤；放電時，Li13Si4電極上發(fā)生的反應(yīng)為3Li13Si4－11e－=4Li7Si3＋11Li＋，C錯誤；正極反應(yīng)式為FeS2＋4e－＋4Li＋=Fe＋2Li2S，電路上每轉(zhuǎn)移1mol電子，消耗FeS2的物質(zhì)的量為0.25mol，D正確。5.近年來電化學(xué)還原二氧化碳的課題吸引了大批研究者的關(guān)注，其中將雙極膜應(yīng)用于二氧化碳制備甲醇過程中的電解原理如圖所示。已知：雙極膜由陽離子交換膜和陰離子交換膜構(gòu)成，在直流電場的作用下，雙極膜間H2O解離成H＋和OH－，并向兩極遷移。下列說法錯誤的是(D)A.a膜為陰離子交換膜B.電解過程中KOH溶液的濃度逐漸降低C.催化電極上的電極反應(yīng)式為CO2＋6HCOeq\o\al(－,3)＋6e－=CH3OH＋6COeq\o\al(2－,3)＋H2OD.雙極膜內(nèi)每消耗18g水，理論上石墨電極上產(chǎn)生11.2LO2(標準狀況)【解析】石墨電極有O2生成，發(fā)生氧化反應(yīng)，催化電極上CO2→CH3OH，發(fā)生還原反應(yīng)，故石墨電極為陽極，催化電極為陰極，OH－通過a膜移向左室，故a膜為陰離子交換膜，A正確；電解過程中，陽極反應(yīng)式為4OH－－4e－=O2↑＋2H2O，KOH溶液的濃度逐漸降低，B正確；催化電極為陰極，CO2得電子發(fā)生還原反應(yīng)，陰極反應(yīng)式為CO2＋6HCOeq\o\al(－,3)＋6e－=CH3OH＋6COeq\o\al(2－,3)＋H2O，C正確；雙極膜內(nèi)每消耗18g水，有1molOH－移向左室，石墨電極上有1molOH－放電，由4OH－－4e－=O2↑＋2H2O知，生成0.25molO2，標準狀況下，其體積為5.6L，D錯誤。6.(2024·南師附中)鋰-硫電池因成本低、比能量高被寄予厚望。一種鋰-硫電池的結(jié)構(gòu)如圖所示，硫電極采用柔性聚丙烯-石墨烯-硫復(fù)合材料。工作時，在硫電極發(fā)生反應(yīng)：eq\f(1,2)S8＋e－=eq\f(1,2)Seq\o\al(2－,8)，eq\f(1,2)Seq\o\al(2－,8)＋e－=Seq\o\al(2－,4)，2Li＋＋eq\f(x,4)Seq\o\al(2－,4)＋2eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(1－\f(x,4)))e－=Li2Sx。下列說法正確的是(D)A.充電時，Li＋從b電極向a電極遷移B.放電時，外電路電子流動的方向是a電極→b電極C.放電時正極反應(yīng)為2Li＋＋eq\f(x,8)S8－2e－=Li2SxD.石墨烯的作用是增強硫電極導(dǎo)電性能【解析】充電時，a電極為陽極，b電極為陰極，陽離子向陰極移動，則Li＋從a電極向b電極遷移，A錯誤；放電時，電子從負極經(jīng)負載流向正極，則外電路電子流動的方向是b電極→a電極，B錯誤；放電時為原電池，硫電極為正極，電極反應(yīng)式為eq\f(1,2)S8＋e－=eq\f(1,2)Seq\o\al(2－,8)，eq\f(1,2)Seq\o\al(2－,8)＋e－=Seq\o\al(2－,4)，2Li＋＋eq\f(x,4)Seq\o\al(2－,4)＋2eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(1－\f(x,4)))e－=Li2Sx，C錯誤；石墨烯存在自由移動的電子，具有較強的導(dǎo)電性，故其作用是增強硫電極導(dǎo)電性能，D正確。7.(2022·揚州中學(xué))科研人員借助太陽能，將H2S轉(zhuǎn)化為可再利用的S和H2的工作原理如圖所示。下列敘述錯誤的是(C)A.該電池能實現(xiàn)將光能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能B.a電極的電極反應(yīng)：2H＋＋2e－=H2↑C.光照后，b電極的電極反應(yīng)：H2S－2e－=2H＋＋SD.a電極區(qū)溶液的pH不變【解析】該電池通過光照發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成原電池，能將光能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能，A正確；由圖可知，H＋在a電極上得到電子轉(zhuǎn)化為H2，B正確；由圖可知，光照后，F(xiàn)e2＋在b電極上失去電子轉(zhuǎn)化為Fe3＋，b電極的電極反應(yīng)：Fe2＋－e－=Fe3＋，C錯誤；電池工作時，a極區(qū)消耗的H＋的量與通過質(zhì)子交換膜進入a極區(qū)的H＋的量相等，故a極區(qū)溶液的pH不變，D正確。8.(2022·蘇州期末)利用電解原理制備Ca(H2PO4)2的裝置如圖所示(M、N均為惰性電極)。下列說法正確的是(D)A.M極與電源負極相連B.常溫下，電解后N極附近溶液pH減小C.膜a、膜c均為陰離子交換膜，膜b為陽離子交換膜D.電解時可獲得副產(chǎn)物NaOH、H2、Cl2【解析】由于電解過程中生成Ca(H2PO4)2，故Ca2＋通過膜a、H2POeq\o\al(－,4)通過膜b進入盛有Ca(H2PO4)2稀溶液的槽內(nèi)，Na＋通過膜c進入盛有NaOH稀溶液的槽內(nèi)，故M極為陽極，N極為陰極，電極反應(yīng)式分別為2Cl－－2e－=Cl2↑(陽極)、2H2O＋2e－=H2↑＋2OH－(陰極)。M極為陽極，M與電源正極相連，A錯誤；常溫下，電解后N極(陰極)附近溶液pH增大，B錯誤；膜a、膜c均為陽離子交換膜，膜b為陰離子交換膜，C錯誤；電解時可獲得副產(chǎn)物NaOH、H2、Cl2，D正確。9.最近我國科學(xué)家以CO2與辛胺為原料實現(xiàn)了甲酸鹽和辛腈的高選擇性合成，該合成的原理如圖所示。下列說法正確的是(D)A.Ni2P電極與電源負極相連B.In/In2O3－x電極上可能有副產(chǎn)物O2生成C.離子交換膜為陽離子選擇性交換膜D.Ni2P電極上發(fā)生的反應(yīng)為CH3(CH2)7NH2－4e－＋4OH－=CH3(CH2)6CN＋4H2O【解析】Ni2P電極為陽極，與電源正極相連，即b為電源的正極，A錯誤；In/In2O3－x電極為陰極，陰極主反應(yīng)為COeq\o\al(2－,3)＋2e－＋2H2O=HCOO－＋3OH－，同時H2O也可能發(fā)生得電子的反應(yīng)生成H2，不可能生成O2，B錯誤；由圖可得陽極反應(yīng)式為CH3(CH2)7NH2＋4OH－－4e－=CH3(CH2)6CN＋4H2O，OH－需要從陰極區(qū)移向陽極區(qū)，故應(yīng)用陰離子交換膜，C錯誤，D正確。10.一種新型鎂硫電池的工作原理如圖所示。下列說法正確的是(C)A.使用堿性電解質(zhì)水溶液B.放電時，正極反應(yīng)包括：3Mg2＋＋MgS8－6e－=4MgS2C.使用的隔膜是陽離子交換膜D.充電時，電子從Mg電極流出【解析】若使用堿性電解質(zhì)水溶液，則負極生成的Mg2＋在堿性電解質(zhì)水溶液中會生成Mg(OH)2沉淀，降低電池效率，A錯誤；放電時為原電池裝置，正極上得電子發(fā)生還原反應(yīng)，包括3Mg2＋＋MgS8＋6e－=4MgS2，B錯誤；由圖可知，Mg2＋要通過隔膜移向正極參與電極反應(yīng)，故使用的隔膜為陽離子交換膜，C正確；放電時，Mg電極發(fā)生氧化反應(yīng)，充電時，Mg電極發(fā)生還原反應(yīng)，即充電時，電子流入Mg電極，D錯誤。11.一種鋰電池的工作原理如圖所示，正極反應(yīng)液可以在正極區(qū)和氧化罐間循環(huán)流通，氧化罐中加入的(NH4)2S2O8可以將Fe2＋氧化，自身被還原為SOeq\o\al(2－,4)。下列關(guān)于該電池的說法正確的是(D)A.電池放電時，將電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能B.放電時Li＋由正極區(qū)移向負極區(qū)C.放電時的負極反應(yīng)為Fe3＋＋e－=Fe2＋D.氧化罐中發(fā)生反應(yīng)的離子方程式：2Fe2＋＋S2Oeq\o\al(2－,8)=2Fe3＋＋2SOeq\o\al(2－,4)【解析】電池放電時，化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能，A錯誤；放電時，陽離子(Li＋)由負極區(qū)移向正極區(qū)，B錯誤；放電時，負極發(fā)生失電子的氧化反應(yīng)：Li－e－=Li＋，C錯誤；氧化罐中加入的(NH4)2S2O8可以將Fe2＋氧化，自身被還原為SOeq\o\al(2－,4)，離子方程式為2Fe2＋＋S2Oeq\o\al(2－,8)=2Fe3＋＋2SOeq\o\al(2－,4)，D正確。12.鋰-空氣電池的工作原理如圖所示。其中多孔電極材料選用納米多孔金時，該電池表現(xiàn)出良好的循環(huán)性能。電池反應(yīng)為2Li＋O2=Li2O2。下列說法錯誤的是(D)A.該電池的電解液常用鋰鹽的有機溶液B.電池工作時，外電路中流過0.01mol電子，負極材料減重0.07gC.電池工作時，正極反應(yīng)可能經(jīng)過兩個過程：Li＋＋O2＋e－=LiO2；Li＋＋LiO2＋e－=Li2O2D.電池充電時間越長，電池中Li2O2越多【解析】負極材料Li與水反應(yīng)，故電解質(zhì)溶液不能是水溶液，該電池的電解液常用鋰鹽的有機溶液，A正確；負極的電極反應(yīng)為Li－e－=Li＋，外電路中流過0.01mol電子，即有0.01molLi發(fā)生反應(yīng)，負極材料減重0.07g，B正確；根據(jù)總反應(yīng)Li最終轉(zhuǎn)化成了Li2O2知，正極可能先生成LiO2，再生成Li2O2，故正極反應(yīng)可能經(jīng)過兩個過程：Li＋＋O2＋e－=LiO2，Li＋＋LiO2＋e－=Li2O2，C正確；充電時的反應(yīng)為Li2O2eq\o(=,\s\up7(充電))2Li＋O2，電池充電時間越長，電池中Li2O2越少，D錯誤。13.一種電化學(xué)“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(fā)生氧化，釋放出CO2和O2。下列說法正確的是(D)A.該電池放電時的正極反應(yīng)為2Li－2e－＋COeq\o\al(2－,3)=Li2CO3B.該電池既可選用含水電解液，也可選用無水電解液C.充電時陽極發(fā)生的反應(yīng)為C＋2Li2CO3－4e－=3CO2↑＋4Li＋D.該電池每放、充4mol電子一次，理論上能固定1molCO2【解析】放電時，正極得電子發(fā)生還原反應(yīng)，不是失電子，A錯誤；負極材料Li與