《2025年5年高考3年模拟高中化学全一册人教B版》

9.(2024河北唐山二模，13)一种新型富含氧空位的Co/CoO双功能催化剂，可对Zn一空气电池的充放电过程双向催化。电池的工作原理及催化路径如图所示。R表示R基团在催化剂表面的吸附态。下列说法错误的是(　　)
　
A.充电时，b极与直流电源的正极相连
B.放电时11.2 L O₂(标准状况)参与反应，有2 mol OH⁻由a极区移向b极区
C.充电过程中a极的电极反应式为[Zn(OH)₄]²⁻ + 2e⁻ = Zn + 4OH⁻
D.充电时决速步反应为* + OH⁻ - e⁻ = *OH，氧空位提供更多反应位点，降低了反应的活化能

答案： 题型2隔膜在电化学装置中的应用
9 B 根据图中物质转化，可知放电时a极为负极，b极为正极，则充电时b极接直流电源的正极，A项正确。放电时，阴离子向负极移动，b极的电极反应式为$O_{2}+4e^{-}+2H_{2}O = 4OH^{-}$，a极的电极反应式为$Zn - 2e^{-}+4OH^{-} = [Zn(OH)_{4}]^{2-}$，则标准状况下11.2 L即0.5 mol $O_{2}$参与反应，有2 mol $OH^{-}$由b极区移向a极区，B项错误。充电时a极的电极反应为$[Zn(OH)_{4}]^{2-}+2e^{-} = Zn + 4OH^{-}$，C项正确。决速步即能垒最大的一步，根据题图可知为$^{*}O→^{*}OH$，催化剂从O上吸附到OH上的反应为$^{*}+OH^{-}-e^{-}=^{*}OH$，氧空位提供了更多的反应位点，降低了反应的活化能，D项正确。

10.(2024东北三省三校一模，13)用锂硫电池处理含有氯化铵的废水，装置如图所示，锂硫电池的工作原理为16Li + S₈ $\underset{充电}{\overset{放电}{\rightleftharpoons}}$ 8Li₂S。下列说法正确的是(　　)
　　　
A.a电极与锂硫电池的正极相连
B.c、e为阴离子交换膜，d为阳离子交换膜
C.当锂硫电池中消耗32 g硫时，N室增加的离子总物质的量为4 mol
D.出口一和出口二的物质分别为H₃PO₄浓溶液、Na₂SO₄浓溶液

答案： 题型2隔膜在电化学装置中的应用
10 C ①锂硫电池放电时，Li失去电子变为$Li^{+}$，发生氧化反应，则Li为负极；硫为正极，正极发生的电极反应为$S_{8}+16e^{-}+16Li^{+}=8Li_{2}S$。②由题图可知，N室NaCl溶液的浓度变大，可得b电极区的$Na^{+}$向N室移动，M室中的$Cl^{-}$向N室移动，则e为阳离子交换膜，d为阴离子交换膜[B项错误]。③b电极为阳极，电极反应式为$2H_{2}O - 4e^{-}=O_{2}\uparrow+4H^{+}$，$Na^{+}$移到了N室，则出口二的物质为浓硫酸。④M室中$NH_{4}Cl$的浓度减小，$NH_{4}^{+}$向a电极室迁移，c为阳离子交换膜；a电极为阴极，电极反应式可认为先发生$2H_{2}O+2e^{-}=H_{2}\uparrow+2OH^{-}$，生成的$OH^{-}$与$H_{3}PO_{4}$反应，则出口一的物质不是$H_{3}PO_{4}$浓溶液(D项错误)。a电极为阴极，应与锂硫电池的负极相连，A项错误。根据正极电极反应式可知，$S_{8}～16e^{-}$，则消耗32 g硫时，转移2 mol电子，则会有2 mol $Na^{+}$和2 mol $Cl^{-}$向N室移动，N室增加的离子总物质的量为4 mol，C项正确。

11.(2024湖北十一校二模，12)利用下图所示装置可合成己二腈[NC(CH₂)₄CN]。充电时生成己二腈，放电时生成O₂，其中a、b是互为反置的双极膜，双极膜中的H₂O会解离出H⁺和OH⁻向两极移动。下列说法错误的是(　　)
　
A.N极的电势低于M极的电势
B.充电时双极膜中OH⁻向N极移动，放电时双极膜中H⁺向N极移动
C.若充电时制得1 mol NC(CH₂)₄CN，则放电时需生成0.5 mol O₂，才能使左室溶液恢复至初始状态
D.充电时，N极反应式为2CH₂ = CHCN + 2e⁻ + 2H⁺ = NC(CH₂)₄CN

答案： 题型2隔膜在电化学装置中的应用
11 B 放电时N极生成$O_{2}$，则N极为负极，M极为正极；充电时N极作阴极，M极作阳极；正极电势高于负极，阳极电势高于阴极，则N极的电势低于M极的电势，A项正确；充电时双极膜中$OH^{-}$向阳极即M极移动，放电时双极膜中$H^{+}$向正极即M极移动[原电池中阳离子移向正极，电解池中阴离子移向阳极]，B项错误；充电时，N极为阴极，电极反应式为$2CH_{2}=CHCN+2e^{-}+2H^{+}=NC(CH_{2})_{4}CN$，制得1 mol $NC(CH_{2})_{4}CN$转移2 mol $e^{-}$，根据电子转移守恒，可知放电时生成0.5 mol $O_{2}$，才能使左室溶液恢复至初始状态，C、D项正确。

12.(2024湖北武昌二模，12)双阴极微生物燃料电池处理含NH₄⁺废水的工作原理如图2所示，双阴极通过的电流相等，废水在电池中的运行模式如图1所示，下列说法错误的是(　　)
　　　　　　　
　　　　　　　　　　
　　　　　　　
A.Ⅰ、Ⅲ为阴极室，Ⅱ为阳极室
B.离子交换膜为阳离子交换膜
C.Ⅲ室会发生反应NH₄⁺ + 2O₂ = NO₃⁻ + 2H⁺ + H₂O
D.生成3.5 g N₂，理论上需要消耗10 g O₂

答案： 题型2隔膜在电化学装置中的应用
12 D 该装置为原电池，由图2知，Ⅰ室和Ⅲ室电极上$NO_{3}^{-}$、$O_{2}$分别被还原为$N_{2}$、$H_{2}O$，电极为正极，即阴极，则Ⅰ室和Ⅲ室为阴极室；Ⅱ室电极上$CH_{3}COO^{-}$被氧化为$CO_{2}$，电极为负极，Ⅱ室为阳极室[电化学中发生还原反应的一极为阴极，发生氧化反应的一极为阳极，即原电池中负极也称为阳极，正极也称为阴极]，A项正确。Ⅱ室中电极反应式为$CH_{3}COO^{-}+2H_{2}O - 8e^{-}=2CO_{2}+7H^{+}$，Ⅲ室电极反应式为$O_{2}+4H^{+}+4e^{-}=2H_{2}O$，Ⅱ室产生$H^{+}$，Ⅲ室消耗$H^{+}$，故离子交换膜为阳离子交换膜，B项正确。由图1知，Ⅲ室中废液转移到Ⅰ室中，Ⅰ室中$NO_{3}^{-}$被还原为$N_{2}$，可知在Ⅲ室中$NH_{4}^{+}$转化为了$NO_{3}^{-}$，故Ⅲ室中还会发生反应$NH_{4}^{+}+2O_{2}=NO_{3}^{-}+2H^{+}+H_{2}O$，C项正确。Ⅰ室中电极反应式为$2NO_{3}^{-}+12H^{+}+10e^{-}=N_{2}\uparrow+6H_{2}O$，每生成3.5 g即0.125 mol $N_{2}$转移1.25 mol电子，消耗0.25 mol $NO_{3}^{-}$；根据电子转移守恒，可知Ⅲ室中阴极同样转移1.25 mol电子，Ⅲ室电极反应式为$O_{2}+4H^{+}+4e^{-}=2H_{2}O$，则消耗$O_{2}$的物质的量为0.312 5 mol，Ⅲ室中还发生反应$NH_{4}^{+}+2O_{2}=NO_{3}^{-}+2H^{+}+H_{2}O$，则每生成0.25 mol $NO_{3}^{-}$消耗0.5 mol $O_{2}$，理论上需要消耗$O_{2}$：0.312 5 mol + 0.5 mol = 0.812 5 mol，即26 g，D项错误。