第10章　难点突破5　特殊电化学装置-间接电化学、热激活电池

特殊电化学装置——间接电化学、热激活电池一、间接电化学装置1.(2025·江苏，8)以稀H2SO4为电解质溶液的光解水装置如图所示，总反应为2H2O2H2↑+O2↑。下列说法正确的是()A.电极a上发生氧化反应生成O2B.H+通过质子交换膜从右室移向左室C.光解前后，H2SO4溶液的pH不变D.外电路每通过0.01mol电子，电极b上产生0.01molH2答案A解析由图可知，光能转化为电能从而分解水，与电解水原理相似，该装置类似电解池。该电解池中电子由电极a向电极b移动，故电极a失电子作阳极，电极反应式为2H2O-4e-=4H++O2↑；电极b得电子作阴极，电极反应式为2H++2e-=H2↑；H+由阳极向阴极移动。由上述分析可知，电极a上发生氧化反应生成O2，A正确；H+由阳极向阴极移动，即通过质子交换膜由左室向右室移动，B错误；由总反应可知，光解时消耗水，电解质溶液中硫酸浓度逐渐增大，故溶液pH减小，C错误；由阴极反应式可知，电路中每通过0.01mole-，电极b上产生0.005molH2，D错误。2.利用人工光合作用可将CO2转化为甲酸，反应原理为2CO2+2H2O=2HCOOH+O2，装置如图所示(M、N电极均为惰性电极)，下列说法错误的是()A.N电极上发生氧化反应，失去电子B.M电极上的电极反应式为2H++CO2+2e-=HCOOHC.每转移0.4mol电子，消耗的CO2与产生O2的质量之差为10gD.电池工作时，左侧工作室产生的H+通过质子交换膜往右侧工作室迁移答案C解析N极失去电子，为负极，发生氧化反应，故A正确；M极为正极，正极上CO2得电子生成甲酸，电极反应式为CO2+2e-+2H+=HCOOH，故B正确；总反应为2CO2+2H2O=2HCOOH+O2，每转移0.4mol电子，消耗8.8gCO2，产生3.2gO2，质量之差为8.8g-3.2g=5.6g，故C错误；N极为负极，电极反应为2H2O-4e-=4H++O2，M极为正极，电池工作时，左侧工作室产生的H+通过质子交换膜往右侧工作室迁移，故D正确。3.利用光能分解水的装置如图所示，在直流电场作用下，双极膜将水解离为H+和OH-，并实现其定向通过。下列说法正确的是()A.光电池装置将化学能转化为光能B.当电路中通过2mol电子时，双极膜中水的质量减少18gC.阳极区发生的电极反应为4OH--4e-=2H2O+O2↑D.再生池中发生的反应为2V3++H2=2V2++2H+答案C解析由题图可知，光电池左侧为电子的流出极，故电解池左侧电极为阴极，电极反应为V3++e-=V2+，右侧电极为阳极，电极反应为4OH--4e-=2H2O+O2↑。光电池装置将光能转化为电能，再利用电解池将电能转化为化学能，最终达到分解水的目的，A错误；双极膜可将水解离为H+和OH-，根据阳极的电极反应4OH--4e-=2H2O+O2↑可知，当电路中通过2mol电子时，双极膜中减少2mol水，质量为36g，B错误、C正确；由题图可知，再生池中发生的反应为2V2++2H+=2V3++H2↑，D错误。4.人工肾脏可采用间接电化学方法除去代谢产物中的尿素[CO(NH2)2]，原理如图。(1)电源的负极为(填“A”或“B”)。(2)阳极室中发生的反应依次为、。(3)电解结束后，阴极室溶液的pH与电解前相比将(填“增大”“减小”或“不变”)；若两极共收集到气体13.44L(标准状况)，则除去的尿素为g(忽略气体的溶解)。答案(1)B(2)2Cl--2e-=Cl2↑CO(NH2)2+3Cl2+H2O=N2+CO2+6HCl(3)不变7.2解析(3)阳极室中发生的反应为2Cl--2e-=Cl2↑、CO(NH2)2+3Cl2+H2O=N2+CO2+6HCl，阴极室中发生的电极反应为2H2O+2e-=H2↑+2OH-，阳极室产生的H+透过质子交换膜进入到阴极室和OH-反应生成水，所以电解结束后，阴极室溶液的pH不变；两极共收集到气体13.44L(标准状况)，物质的量为13.44L22.4L·mol-1=0.6mol，由反应6H2O+6e-=3H2↑+6OH-、CO(NH2)2+3Cl2+H2O=N2+CO2+6HCl可知，n(N2)=n(CO2)=13n(H2)=0.6mol×15=0.12mol，根据元素守恒，生成0.12molN2所消耗的CO(NH2)2的物质的量为0.12mol，其质量为0.12mol×60二、热激活电池(溯源教材鲁科选择性必修1P22T4)5.热激活电池(又称热电池)可用作导弹的工作电源。一种热激活电池的基本结构如图所示，其中作为电解质的无水LiCl⁃KCl混合物受热熔融后，电池即可瞬间输出电能，该电池总反应为PbSO4+2LiCl+Ca=CaCl2+Li2SO4+Pb。下列说法正确的是()A.由于钙活泼，常温下在正、负极间接上电流表，指针发生偏转B.放电过程中，Li+向钙电极移动C.负极的电极反应是Ca-2e-=Ca2+D.钙电极换为铜电极也能使电池反应发生答案C解析根据PbSO4+2LiCl+Ca=CaCl2+Li2SO4+Pb可知，Ca失电子发生氧化反应，Ca是负极；PbSO4得电子发生还原反应生成Pb，PbSO4是正极。该电池为热激活电池，常温下电池不工作，在正、负极间接上电流表，指针不发生偏转，故A错误；原电池中阳离子移向正极，放电过程中，Li+向PbSO4电极移动，故B错误；铜的活泼性比Pb弱，钙电极换为铜电极不能使电池反应发生，故D错误。6.热激活电池是一种需要达到启动温度才开始工作的电池。一种热激活电池的结构如图1所示，其放电后的产物为Li7Si3和LiMn2O4。已知：LiCl和KCl混合物的熔点与KCl的物质的量分数的关系如图2所示。下列说法不正确的是()A.放电时，Li+向b极区移动B.放电时，a极的电极反应是3Li13Si4-11e-=4Li7Si3+11Li+C.该电池中火药燃烧产生的热能转化为电能D.调节混合物中KCl的物质的量分数可以改变电池的启动温度答案C解析放电时，Li+向正极移动，即向b极区移动，故