高考特训13 离子交换膜 锂电池
1. (2024·南京·盐城二模) “太阳水”电池装置如图所示，该电池由三个电极组成，其中a为TiO2电极，b为Pt电极，c为WO3电极，电解质溶液为pH＝3的Li2SO4-H2SO4溶液。锂离子交换膜将电池分为A、B两个区，A区与大气相通，B区为封闭体系并有N2保护。下列关于该电池的说法错误的是(B)
A. 若用导线连接a、c，则a为负极，该电极附近pH减小
B. 若用导线连接a、c，则c极的电极反应式为HxWO3－xe－===WO3＋xH＋
C. 若用导线先连接a、c，再连接b、c，可实现太阳能向电能转化
D. 若用导线连接b、c，b极的电极反应式为O2＋4H＋＋4e－===2H2O
【解析】 连接a、c时，a极上水失去电子生成氧气，发生氧化反应，则a极是负极，电极反应式为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，生成氢离子，a极附近pH减小，c极是正极，c极的电极反应式为WO3＋xH＋＋xe－===HxWO3，A正确，B错误；先连接a、c，c极是正极，WO3生成HxWO3，将太阳能转化为化学能储存，再连接b、c，b极为阴极，则c极是阳极，实现化学能转化为电能，对外供电，C正确；连接b、c，b极电极反应式为O2＋4H＋＋4e－===2H2O，D正确。
2. 隔膜电解法制备K2FeO4的工作原理如图所示。下列说法不正确的是(D)
A. 电解时，电能主要转化为化学能
B. 隔膜为阳离子交换膜
C. Fe电极的反应式为
Fe－6e－＋8OH－===FeO4(2－)＋4H2O
D. 该方法中KOH可以循环使用，无需另外补充
【解析】 电解过程中，电能转变为化学能，A正确；由阴极区KOH稀溶液转变为KOH浓溶液可知，在Pt电极上产生OH－，K＋通过隔膜进入阴极区，故隔膜为阳离子交换膜，B正确；Fe电极为阳极，Fe失电子转变为FeO4(2－)，C正确；阴极电极反应式为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，结合阳极电极反应式，该电池总反应为Fe＋2H2O＋2KOH电解(=====)K2FeO4＋3H2↑，故需要补充KOH，D错误。
3. 某浓差电池的原理如图所示，可用该电池从浓缩海水中提取LiCl溶液。下列有关该电池的说法不正确的是(D)
A. 该装置可在提取LiCl溶液的同时获得电能
B. 电子由Y极通过外电路移向X极
C. 正极发生的反应：2H＋＋2e－===H2↑
D. Y极每生成22.4 L Cl2，有2 mol Li＋从b区移至a区
【解析】 该装置是原电池，可将化学能转化为电能，A正确；Y极为负极，故电子由Y极通过外电路移向X极，B正确； 根据“浓差电池”可知，浓缩海水中的Li＋由b区传到a区，根据原电池中阳离子向正极移动可知，X电极为正极，在该极上H＋得电子生成H2，C正确；Y极上Cl－失电子生成Cl2，故每生成标准状况下22.4 L Cl2时，才有2 mol Li＋从b区移至a区，未说明是标准状况，Cl2的物质的量无法计算，D错误。
4. (2023·南通通州4月模拟)热电池是一种需要达到一定温度才能工作的电池。一种热电池的结构如图所示，电池工作时需用引燃剂引发Fe和KClO4的反应，产生的热量会使LiCl、KCl熔化，电池开始工作。电池放电后有Li7Si3、Fe和Li2S生成。下列说法正确的是(D)
A. 该热电池常温下不能工作的原因是LiCl、KCl常温下不含离子
B. Fe和KClO4反应后的产物可能是KCl、FeCl3和O2
C. 放电时Li13Si4电极上所发生反应为
3Li13Si4＋11e－===4Li7Si3＋11Li＋
D. 电路上每转移1 mol电子，消耗FeS2的物质的量为0.25 mol
【解析】 该热电池常温下不能工作的原因是LiCl、KCl常温下为固体，离子不能自由移动，不能导电，A错误；KClO4中，K、Cl原子的物质的量之比为1∶1，若KClO4中K元素转化为KCl，则由K、Cl原子守恒知，一定没有FeCl3生成，B错误；放电时，Li13Si4电极上发生的反应为3Li13Si4－11e－===4Li7Si3＋11Li＋，C错误；正极反应式为FeS2＋4e－＋4Li＋===Fe＋2Li2S，电路上每转移1 mol电子，消耗FeS2的物质的量为0.25 mol，D正确。
