《2026年新高考5年真题化学河北专版》

阅读以下材料，完成13~14题。
我国科技工作者设计了如图所示的可充电Mg - CO₂电池，以Mg(TFSI)₂为电解质，电解液中加入1,3 - 丙二胺(PDA)以捕获CO₂，使放电时CO₂还原产物为MgC₂O₄。该设计克服了MgCO₃导电性差和释放CO₂能力差的障碍，同时改善了Mg²⁺的溶剂化环境，提高了电池充放电循环性能。

13. 下列说法错误的是(C)
A. 放电时，电池总反应为2CO₂ + Mg = MgC₂O₄
B. 充电时，多孔碳纳米管电极与电源正极连接
C. 充电时，电子由Mg电极流向阳极，Mg²⁺向阴极迁移
D. 放电时，每转移1 mol电子，理论上可转化1 mol CO₂
14. 对上述电池放电时CO₂的捕获和转化过程开展了进一步研究，电极上CO₂转化的三种可能反应路径及相对能量变化如图(*表示吸附态)。

下列说法错误的是(D)
A. PDA捕获CO₂的反应为 + CO₂ →
B. 路径2是优先路径，速控步骤反应式为*CO₂⁻ ++ e⁻ →*C₂O₄²⁻ +

C. 路径1、3经历不同的反应步骤但产物相同；路径2、3起始物相同但产物不同
D. 三个路径速控步骤均涉及*CO₂⁻转化，路径2、3的速控步骤均伴有PDA再生

答案：
13. 参考答案 C
命题意图 本题以可充电${Mg-CO_{2}}$电池为素材,涉及电极反应、离子迁移方向等知识,意在考查考生的理解分析能力与应用能力,体现了“证据推理与模型认知”化学学科核心素养。
解题思路 由图可知,该电池放电时${CO_{2}}$转化为${MgC_{2}O_{4}}$,碳元素得电子化合价降低,则多孔碳纳米管电极作正极,电极反应为${Mg^{2+} + 2CO_{2} + 2e^{-}\xlongequal{}MgC_{2}O_{4}}$,故${Mg}$电极作负极,${Mg}$失电子转化为${Mg^{2+}}$,电极反应为${Mg - 2e^{-}\xlongequal{}Mg^{2+}}$。由正、负极电极反应知,放电时,电池的总反应为${2CO_{2} + Mg\xlongequal{}MgC_{2}O_{4}}$,A项正确。充电时多孔碳纳米管电极作阳极,与电源正极相连,B项正确。充电时,${Mg}$电极作阴极,电子由负极经外电路流向${Mg}$电极,同时${Mg^{2+}}$向阴极迁移,C项错误。放电时,${CO_{2}}$中${C}$由$+4$价降为$+3$价,故转移$1\ mol$电子时,理论上转化$1\ mol\ {CO_{2}}$,D项正确。
14. 参考答案 D
命题意图 本题考查反应机理,意在考查考生的识图以及理解分析能力,体现了“证据推理与模型认知”化学学科核心素养。
解题思路 由路径2可知,PDA捕获${CO_{2}}$生成${H_{2}N\overset{\overset{ O}{||}}{N}OH}$,A项正确。由题给信息可知,路径2的最大能垒最小,路径2为优先路径,由能量变化图可知,路径2中${^*CO^{2-}_{2}}$转化为${^*C_{2}O^{2-}_{4}}$的活化能最大,是速控步骤,反应式为${^*CO^{2-}_{2} + H_{2}N\overset{\overset{ O}{||}}{N}OH + e^{-}\to ^*C_{2}O^{2-}_{4} + H_{2}N\overset{\overset{ O}{||}}{N}NH_{2}}$,B项正确。由图中路径1和路径3的物质转化关系可知,二者经历的步骤不同,但产物均为${^*MgCO_{3}}$,路径2、3的起始物均为${^*CO_{2}}$和${^*H_{2}N\overset{\overset{ O}{||}}{N}OH}$,但路径2的产物为${^*MgC_{2}O_{4}}$,路径3的产物为${^*MgCO_{3}}$,C项正确。反应历程中活化能最大的步骤为速控步骤,由反应历程图结合反应路径图可知,路径1中,${^*CO^{2-}_{2} + ^*CO_{2} + e^{-}\to ^*CO^{2-}_{3} + ^*CO}$的活化能最大,该步骤为速控步骤,路径2中的速控步骤为${^*CO^{2-}_{2} + H_{2}N\overset{\overset{ O}{||}}{N}OH + e^{-}\to PDA + ^*C_{2}O^{2-}_{4}}$,路径3中的速控步骤为${^*CO^{2-}_{2}}$得电子生成${^*CO}$和${^*CO^{2-}_{3}}$,三个路径的速控步骤均涉及${^*CO^{2-}_{2}}$的转化,路径2的速控步骤有PDA的再生,路径3的速控步骤没有PDA的再生,D项错误。