|
构成电池或电解池的材料（包括电解质溶液）和相应的电化学反应，新高考题中好多闻所未闻。 【例1】一种以V2O5和Zn为电极，Zn(CF3SO3)2水溶液为电解质的电池，示意图如下。放电时，Zn2+可插入V2O5层间形成ZnxV2O5nH2O。下列说法错误的是____。(C)  A.放电时V2O5为正极 B.放电时Zn2+由负极向正极迁移人wzaiw wwe C.充电总反应： xZn+V2O5+nH2O=ZnxV2O5nH2O D.充电阳极反应：ZnxV2O5nH2O-2xe
=xZn2++V2O5+nH2O 放电时活泼金属Zn明显是负极，V2O5自然就是正极，A正确。阳离子往奉迎负电荷的方向走，B正确。所谓充电，就是恢复蓄电池放电前的原状，就是Zn仍是单质Zn,V2O5仍是原来的V2O5，C明显错误（C其实是电池放电的总反应）。选项D中的反应结果是阳极恢复至Zn2+嵌入V2O5前的状况，正确。自然，相应阴极的反应就是Zn2++2e=Zn 题中没有直接问及的反应是V2O5的正极反应。务必注意ZnxV2O5是电中性的，其中的V不再是+5价（Zn为+2价，可得V为5-x价，即每个V原子在正极反应中获得x个e），即正极的电极反应式为xZn2++V2O5+2xe→ZnxV2O5（也是D的逆反应）。 电池正极的氧化电对是V(+5)/V(5-x)，是它跟负极的还原电对Zn2+/Zn构成了电势差（电池的电动势）。 【例2】近年来科学家研究了一种由光照充电的Li-O2电池（如图所示）。光照时光催化电极产生电子（e-）和空穴（h+），驱动阴极反应（Li++e=Li）和阳极反应（Li2O2+2h+=2Li++O2）。下列叙述错误的是____。（C）  A.充电时电池的总反应Li2O2=2Li+O2 B.充电效率与光照产生的电子量和空穴量有关 C.放电时Li+从正极穿过离子交换膜向负极迁移 D.放电时正极发生反应O2+2Li++2e=Li2O2 本题给出的光照充电和空穴带电是比较新（陌生）的概念，却不妨碍电荷移动的一定之规——定向移动的同种电荷一定在闭合电路中前赴后继，异种电荷则一定是反向迎接异性，恰如外电路中电子移动与电流一定反向。放电时金属锂是负极，电子在外电路从左往右，使灯泡发光后进入Li2O2正极，那么，内电路中要么是阴离子顺风从右往左，要么是阳离子从左往右（也可能是阴阳离子同时移动）。所以Li+应该是从左往右迎向e并配合O2得到e，C是错误的，D正确。（注意内电路没有发生Li2O2与水的反应，应该不是水溶液，是某种固体电解质溶液）选项A是光催化阴阳极反应的加和，B则基本上属于正确的废话。 【例3】通过电解废旧锂电池中的LiMnO2可获得难溶性的Li2CO3和MnO2，电解示意图如下，其中滤布的作用是阻挡固体颗粒，但离子可自由通过。电解过程中溶液的体积变化忽略不计。下列说法不正确的是____。（C）  A.电极A为阴极，发生还原反应 B.电极B的电极反应：2H2O+Mn2+-2e=MnO2+4H+ C.电解一段时间后溶液中Mn2+浓度保持不变 D.电解结束，可通过调节pH除去Mn2+，再加入Na2CO3溶液获得Li2CO3 电极A让Mn(+3.5)降为Mn(+2)，当然是阴极，相应B为阳极，选项A、B都正确。阴极反应为LiMn2O4+3e+8H+ →2Mn2++Li++4H2O，因为Mn的价态不同，所得Mn2+比阳极消耗的Mn2+多，C错误。同时看到溶液pH已上升，但毕竟原本是H2SO4溶液，故D选项仍有调节pH（再上升）一说。 D选项中“除去Mn2+”的说法似有不妥，因为Mn也是要回收的。题干中“溶液体积变化忽略不计”与解题无关，像是废话。 【例4】一种采用H2O(g)和N2为原料制备NH3(g)的装置示意图如下。下列说法正确的是____。（A）  A.在b电极上N2被还原 B.金属Ag可作为a电极的材料 C.改变工作电源电压，反应速率不变 D.电解过程中固体氧化物电解质中的O2-不断减少 N的化合价由0降为-3，A正确。Ag为非惰性电极，不能做阳极，B错误。C是编造的废话。阳极的O2来自固体电解质中O2-的氧化，D正确。 【例5】如图，c管为上端封口的量气管。为测定某乙酸溶液的浓度，量取10.00mL待测样品加入b容器中，接通电源进行实验。下列说法正确的是____。（A）  A.左侧电极反应：2H2O-4e=O2↑+4H+ B.实验结束时，b中溶液红色正好褪去 C.若c中收集气体11.20mL,则样品中乙酸的浓度为0.1mol/L D把盐桥换为U型铜导线不影响测定结果 实验原理是将b中的CH3COOH全部电解成为CH3COONa和H2，（假定盐桥就是Na2SO4溶液），由酚酞指示电解终点，同时收集a中产生的O2，据其体积换算为电子得失数并及乙酸的浓度。 酸性条件下酚酞为无色，弱碱性（CH3COONa）条件下酚酞突变为红色，选项B说了反话。c中收集O2 0.5mmol,相当2mmol电子，亦即CH3COOH为2mmol，CH3COOH浓度为0.2mol/L，C错误。电子不能代替离子在溶液中定向移动，用铜线替换盐桥等于断路，D错。 【例6】科学家研制了一种能在较低电压下获得氧气和氢气的电化学装置，工作原理如图所示。下列说法正确的是____。（BD）  A.电极b为阳极 B.隔膜为阴离子交换膜 C.生成气体M与N的物质的量比为2:1 D.反应器1中反应的离子方程式为4[Fe(CN)6]3-+4OH-(催化剂) =4[Fe(CN)6]4-+O2↑+2H2O 工作原理是电解水，其中阳极的O2由[Fe(CN)6]3-转手获得。 电解过程中Fe由+2价升高为+3价（[Fe(CN)6]4-→[Fe(CN)6]3-），故a为阳极，A错误。电解液隔膜两边都是NaOH溶液，b电极消耗H+，a电极消耗OH-，b区需向a区输送OH-，B无误。M是氧气，N是氢气，C说反了。D正是工作原理核心所在。 【例7】利用热再生氨电池可实现CuSO4电镀废液的浓缩再生。电池装置如图所示，甲乙两室均预加相同的CuSO4电镀废液，向甲室中加入足量氨水后电池开始工作。下列说法正确的是____。（CD）  A.甲室Cu电极为正极 B.隔膜为阳离子膜 C.电池总反应为Cu2++4NH3 =[Cu(NH3)4]2+ D. NH3扩散到乙室将对电池电动势产生影响 非常精妙的一个设计。甲室中加入氨后形成[Cu(NH3)4]2+，电极电势随即降低，电子由甲经外电路流向乙。乙中Cu2+浓度不断下降（Cu2++2e→Cu），甲中Cu2+浓度不断升高并被氨合（Cu-2e+4NH3→[Cu(NH3)4]2+）。隔膜如果是阳离子交换膜，甲室中多余的阳离子自然往乙室迁移，有悖浓缩，故B错。该隔膜应该允许SO42-由乙往甲迁移，以中和电性。 本题有两处语焉不详。1.未说明[Cu(NH3)4]2+/Cu的电势低于Cu2+/Cu。考生必须通过看图理解题意，知道甲室应该是Cu2+增多，所以甲是负极，并反过来知晓络合会影响电极电势（D正确）。2. [Cu(NH3)4]2+怎么变回Cu2+？当然你别管，认识“热解”两个字足矣。其实这个热解是本电池的能源呢。 【例8】科学家基于Cl2易溶于CCl4的性质，发展了一种无需离子交换膜的新型氯流电池，可作储能设备（如图）。充电时电极a的反应为：NaTi2(PO4)3+2Na++2e =Na3Ti2(PO4)3。下列说法正确的是____。（C）  B.放电时NaCl溶液的pH减小 C.放电时NaCl溶液的浓度增大 D.每生成1mol Cl2，电极a质量理论上增加23g 充电时a发生还原反应（Ti(IV)→Ti(III)）,a是阴极，A错误。放电时a就是失e的负极，该电子通过外电路给了另一极的Cl2（Cl2的氧化性很强，NaCl溶液中的H+没机会得e），产生Cl-，同时Na3Ti2(PO4)3失电子释放部分Na+，C正确。无论充放电，H2O均未参加反应，就是没有H+或OH-的增减，B错误。每生成1mol Cl2，吸收2mol e，阴极相应结合2molNa+，电极a的质量增加46g，D错误。 据题干中方程式的写法，两种磷酸钠盐应该都是难溶性的。该题没有交代清楚的另一点是Cl2/CCl4溶液与NaCl溶液如何隔离，什么叫“无需离子交换膜”。Cl2的进出是会影响溶液pH的。或者说如何保证Cl2完全不进入水溶液，水溶液中的Cl-充电变成Cl2后又如何悉数进入CCl4溶液（即使萃取也有个分配系数）。还有，“储能设备”是什么意思，充电就是储能，蓄电池不都是储能设备吗？尽管解题本身可能不直接需要这些交代，但不喜欢莫名其妙总是人之常情。 【例9】设计如图装置回收金属钴。保持细菌所在环境pH稳定，借助其降解乙酸盐生成CO2，并将废旧锂离子电池的正极材料LiCoO2(s)转化为Co2+。工作时保持厌氧环境，并定时将乙室溶液转移至甲室。已知电极材料均为石墨，右侧装置为原电池。下列说法正确的是____。（BD）  A.装置工作时甲室溶液pH逐渐增大 B.装置工作一段时间后乙室应补充盐酸 C.乙室电极反应式为： LiCoO2+2H2O+e=Li++Co2++4OH- D.若甲室Co2+减少200mg，乙室Co2+增加300mg，则此时已进行过溶液转移 据提示，从左至右，4个电极的反应分别是：1、3，CH3COO--8e+2H2O→2CO2+7H+；2，Co2++2e→Co；4，LiCoO2+e+4H+→Li++Co2++2H2O。 本题多有语焉不详：①为什么回收金属钴要同时降解乙酸盐，两者是前后依赖关系吗？将Co(III)还原为Co(II)本非难事，为什么要通过细菌降解乙酸盐这样的复杂工艺。②或者说乙酸盐降解的实践意义何在。③锂和钴同样金贵，回收钴离子时为什么只字不提锂离子。 |
|
|
