第一节综合训练

微生物电池依赖微生物活性，高温会导致微生物蛋白质变性失活，降低去除速率， $ {\rm \mathrm{A}} $ 错误；不锈钢电极为正极， $ {\rm {[\mathrm{F}\mathrm{e}{(\mathrm{C}\mathrm{N})}_{6}]}^{3-}} $ 得电子被还原为 $ {\rm {[\mathrm{F}\mathrm{e}{(\mathrm{C}\mathrm{N})}_{6}]}^{4-}} $ ，发生还原反应， $ {\rm \mathrm{B}} $ 错误；石墨电极（负极）反应为 $ {\rm {\mathrm{C}\mathrm{H}}_{3}{\mathrm{C}\mathrm{O}\mathrm{O}}^{-}-8{\mathrm{e}}^{-}+2{\mathrm{H}}_{2}\mathrm{O}\xlongequal{}2{\mathrm{C}\mathrm{O}}_{2}↑+7{\mathrm{H}}^{+}.} $ ，即转移 $ 8\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l} $ 电子时生成 $ {\rm 2\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l}{\mathrm{C}\mathrm{O}}_{2}} $ ，但选项未说明气体处于标准状况，无法计算气体体积， $ {\rm \mathrm{C}} $ 错误；由 $ {\rm \mathrm{C}} $ 项分析知， $ {\rm 1\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l}{\mathrm{C}\mathrm{H}}_{3}{\mathrm{C}\mathrm{O}\mathrm{O}}^{-}} $ 反应转移 $ 8\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l} $ 电子，为使溶液呈电中性，有 $ {\rm 0.8\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l}{\mathrm{H}}^{+}} $ 通过质子交换膜从负极（左侧）向正极（右侧）迁移， $ {\rm \mathrm{D}} $ 正确。

锂能与水反应生成氢氧化锂和氢气，所以不能将有机电解质换成氯化锂水溶液， $ {\rm \mathrm{A}} $ 错误；由【思路导引】知， $ {\rm \mathrm{B}} $ 正确；放电时，锂极为燃料电池的负极，铜极为正极，则 $ {\rm {\mathrm{L}\mathrm{i}}^{+}} $ 透过固体电解质向铜极移动， $ {\rm \mathrm{C}} $ 正确；由【思路导引】知， $ {\rm \mathrm{D}} $ 正确。

丙烷燃料电池的总反应为 $ {\rm {\mathrm{C}}_{3}{\mathrm{H}}_{8}+5{\mathrm{O}}_{2}\xlongequal{}3{\mathrm{C}\mathrm{O}}_{2}+4{\mathrm{H}}_{2}\mathrm{O}} $ ，电池工作时，丙烷在负极被氧化，电极反应式为 $ {\rm {\mathrm{C}}_{3}{\mathrm{H}}_{8}-20{\mathrm{e}}^{-}+10{\mathrm{O}}^{2-}\xlongequal{}3{\mathrm{C}\mathrm{O}}_{2}+4{\mathrm{H}}_{2}\mathrm{O}} $ ， $ {\rm \mathrm{D}} $ 正确；氧气在正极被还原，电极反应式为 $ {\rm {\mathrm{O}}_{2}+4{\mathrm{e}}^{-}\xlongequal{}2{\mathrm{O}}^{2-}} $ ，在熔融电解质中氧离子向负极移动， $ {\rm \mathrm{A}} $ 正确；电池的总反应即丙烷燃烧的方程式， $ {\rm \mathrm{B}} $ 正确；没有说明气体是否为标准状况，无法计算其体积， $ {\rm \mathrm{C}} $ 错误。

【模型建构】

原电池正极和负极的判定方法

由【思路导引】可知，多孔电极的电极反应式为 $ {\rm {\mathrm{F}\mathrm{e}}^{2+}-{\mathrm{e}}^{-}\xlongequal{}{\mathrm{F}\mathrm{e}}^{3+}} $ ，左室溶液中发生的反应为 $ {\rm {\mathrm{S}\mathrm{O}}_{2}+2{\mathrm{F}\mathrm{e}}^{3+}+2{\mathrm{H}}_{2}\mathrm{O}\xlongequal{}2{\mathrm{F}\mathrm{e}}^{2+}+{\mathrm{S}\mathrm{O}}_{4}^{2-}+4{\mathrm{H}}^{+}} $ ， $ {\rm \mathrm{A}} $ 错误；电池工作时，光催化电极消耗 $ {\rm {\mathrm{H}}^{+}} $ ，但同时左室溶液中有等量 $ {\rm {\mathrm{H}}^{+}} $ 透过质子交换膜进入右室溶液中，右室溶液中 $ {\rm {\mathrm{H}}^{+}} $ 的物质的量浓度不变，所以工作一段时间后，右室电解质溶液的 $ {\rm \mathrm{p}\mathrm{H}} $ 不变， $ {\rm \mathrm{B}} $ 正确；由得失电子守恒及电池工作时的相关反应可得关系式： $ {\rm 2{\mathrm{e}}^{-}\sim 2{\mathrm{F}\mathrm{e}}^{3+}\sim {\mathrm{S}\mathrm{O}}_{2}\sim {\mathrm{H}}_{2}} $ ，则理论上 $ {\rm n({\mathrm{S}\mathrm{O}}_{2})=n({\mathrm{H}}_{2})} $ ，即相同条件下吸收 $ {\rm {\mathrm{S}\mathrm{O}}_{2}} $ 的体积和产生 $ {\rm {\mathrm{H}}_{2}} $ 的体积相同， $ {\rm \mathrm{C}} $ 正确；工作一段时间后，左室硫酸铁与二氧化硫转化成硫酸亚铁，硫酸亚铁在电极上失去电子转化为硫酸铁，所以不需要补充 $ {\rm {\mathrm{F}\mathrm{e}}_{2}{({\mathrm{S}\mathrm{O}}_{4})}_{3}} $ 溶液， $ {\rm \mathrm{D}} $ 正确。

甘汞电极应处于饱和 $ {\rm \mathrm{K}\mathrm{C}\mathrm{l}} $ 溶液的环境中，故内部应预置适量的 $ {\rm \mathrm{K}\mathrm{C}\mathrm{l}} $ 晶体， $ {\rm \mathrm{A}} $ 正确；锌比汞活泼，作负极，甘汞电极为正极，发生反应 $ {\rm {\mathrm{H}\mathrm{g}}_{2}{\mathrm{C}\mathrm{l}}_{2}+2{\mathrm{e}}^{-}\xlongequal{}2\mathrm{H}\mathrm{g}+2{\mathrm{C}\mathrm{l}}^{-}} $ ， $ {\rm \mathrm{B}} $ 正确；原电池中阴离子向负极 $ {\rm \mathrm{Z}\mathrm{n}} $ 电极运动， $ {\rm \mathrm{C}} $ 错误；在原电池中，电势较低的电极为负极，电势较高的电极为正极，若待测电极的电势低于甘汞电极，则甘汞电极作为正极发生还原反应， $ {\rm \mathrm{D}} $ 正确。

由【思路导引】知，电池工作时， $ {\rm \mathrm{N}} $ 极生成 $ {\rm {\mathrm{O}\mathrm{H}}^{-}} $ ，则 $ {\rm \mathrm{N}} $ 极附近溶液 $ {\rm \mathrm{p}\mathrm{H}} $ 升高， $ {\rm \mathrm{A}} $ 正确；工作时，电路中每转移 $ 14\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l} $ 电子， $ {\rm \mathrm{M}} $ 极室溶液减小的质量为 $ {\rm 3\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l}{\mathrm{C}\mathrm{O}}_{2}} $ 气体的质量和转移到中间室的 $ {\rm 14\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l}{\mathrm{H}}^{+}} $ 的质量，即 $ 3\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l}×44\mathrm{g}\cdot {\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l}}^{-1}+14\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l}×1\mathrm{g}\cdot {\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l}}^{-1}=146\mathrm{g} $ ， $ {\rm \mathrm{B}} $ 错误；由【思路导引】可知， $ {\rm \mathrm{C}} $ 正确、 $ {\rm \mathrm{D}} $ 正确。

在原电池中，阳离子向正极移动，电极 $ \mathrm{a} $ 上氨气被氧化，作负极，电极 $ \mathrm{b} $ 上氧气被还原，作正极， $ {\rm {\mathrm{K}}^{+}} $ 应向电极 $ \mathrm{b} $ 移动， $ {\rm \mathrm{A}} $ 错误； $ {\rm {\mathrm{N}\mathrm{H}}_{3}} $ 发生氧化反应，失电子生成 $ {\rm {\mathrm{N}}_{2}} $ ， $ {\rm \mathrm{N}} $ 元素化合价从 $ -3 $ 升高到0，2个 $ {\rm {\mathrm{N}\mathrm{H}}_{3}} $ 共失去6个电子，电极反应式为 $ {\rm 2{\mathrm{N}\mathrm{H}}_{3}-6{\mathrm{e}}^{-}+6{\mathrm{O}\mathrm{H}}^{-}\xlongequal{}{\mathrm{N}}_{2}+6{\mathrm{H}}_{2}\mathrm{O}} $ ， $ {\rm \mathrm{B}} $ 错误；电极 $ \mathrm{b} $ 为正极， $ {\rm {\mathrm{O}}_{2}} $ 得电子发生还原反应，碱性条件下电极反应式为 $ {\rm {\mathrm{O}}_{2}+4{\mathrm{e}}^{-}+2{\mathrm{H}}_{2}\mathrm{O}\xlongequal{}4{\mathrm{O}\mathrm{H}}^{-}} $ ，周围溶液 $ {\rm \mathrm{p}\mathrm{H}} $ 增大， $ {\rm \mathrm{C}} $ 错误；电极 $ \mathrm{b} $ 消耗 $ {\rm {\mathrm{O}}_{2}} $ 的物质的量为 $ {\rm \dfrac{16.8\mathrm{L}}{22.4\mathrm{L}\cdot {\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l}}^{-1}}=0.75\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l}} $ ， $ {\rm 1\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l}{\mathrm{O}}_{2}} $ 得 $ 4\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l}{\mathrm{e}}^{-} $ ， $ {\rm 0.75\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l}{\mathrm{O}}_{2}} $ 得 $ 3\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l}{\mathrm{e}}^{-} $ ，负极上 $ {\rm {\mathrm{N}\mathrm{H}}_{3}\sim 3{\mathrm{e}}^{-}} $ ，由得失电子守恒可知电极 $ \mathrm{a} $ 检测到 $ {\rm {\mathrm{N}\mathrm{H}}_{3}} $ 的质量为 $ 1\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l}×17\mathrm{g}\cdot {\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l}}^{-1}=17\mathrm{g} $ ， $ {\rm \mathrm{D}} $ 正确。

（1） 在微生物电池中，在 $ \mathrm{a} $ 电极上 $ {\rm {\mathrm{C}\mathrm{H}}_{3}{\mathrm{C}\mathrm{O}\mathrm{O}}^{-}} $ 失去电子，被氧化，则 $ \mathrm{a} $ 电极为负极， $ \mathrm{b} $ 电极为正极，原电池中阳离子向正极移动，即 $ {\rm {\mathrm{H}}^{+}} $ 向 $ \mathrm{b} $ 极移动。

（2） $ \mathrm{a} $ 极上 $ {\rm {\mathrm{C}\mathrm{H}}_{3}{\mathrm{C}\mathrm{O}\mathrm{O}}^{-}} $ 失去电子被氧化生成 $ {\rm {\mathrm{H}}_{2}{\mathrm{C}\mathrm{O}}_{3}} $ 的电极反应： $ {\rm {\mathrm{C}\mathrm{H}}_{3}{\mathrm{C}\mathrm{O}\mathrm{O}}^{-}-8{\mathrm{e}}^{-}+4{\mathrm{H}}_{2}\mathrm{O}\xlongequal{}2{\mathrm{H}}_{2}{\mathrm{C}\mathrm{O}}_{3}+7{\mathrm{H}}^{+}} $ 。

（3） 若废水中对氯苯酚的含量是 $ {\rm n\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l}\cdot {\mathrm{L}}^{-1}} $ ，经处理后的水样中对氯苯酚的含量小于 $ {\rm m\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l}\cdot {\mathrm{L}}^{-1}} $ ，由于废水的体积是 $ {\rm 1{\mathrm{m}}^{3}(1000\mathrm{L})} $ ，则反应消耗对氯苯酚的物质的量至少是 $ 1000(n-m)\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l} $ ，根据 $ \mathrm{b} $ 极的电极反应式，可知反应过程中转移电子的物质的量至少是 $ 2000(n-m)\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l} $ ，同一闭合回路中电子转移数目相等，结合 $ \mathrm{a} $ 极的电极反应式可知，当电路中转移 $ 2000(n-m)\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l} $ 电子时，需要添加 $ {\rm {\mathrm{C}\mathrm{H}}_{3}{\mathrm{C}\mathrm{O}\mathrm{O}}^{-}} $ 的物质的量是 $ \dfrac{1}{8}×2000(n-m)\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l}=250(n-m)\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l} $ 。

① 由氢离子移动方向可知，右侧电极为正极，左侧电极为负极；通入二甲醚的一极为负极，通入氧气的一极为正极，故该电池工作时， $ \mathrm{c} $ 口通入的物质是氧气（或空气）。

② 二甲醚在负极失去电子发生氧化反应，生成 $ {\rm {\mathrm{C}\mathrm{O}}_{2}} $ 和 $ {\rm {\mathrm{H}}^{+}} $ ，电极反应式为 $ {\rm {\mathrm{C}\mathrm{H}}_{3}{\mathrm{O}\mathrm{C}\mathrm{H}}_{3}-12{\mathrm{e}}^{-}+3{\mathrm{H}}_{2}\mathrm{O}\xlongequal{}2{\mathrm{C}\mathrm{O}}_{2}+12{\mathrm{H}}^{+}} $ 。

③ 当外电路有 $ 6\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l} $ 电子通过时，理论上消耗 $ 0.5\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l} $ 二甲醚，生成 $ {\rm 1\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l}{\mathrm{C}\mathrm{O}}_{2}} $ ，通过质子交换膜移出 $ {\rm 6\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l}{\mathrm{H}}^{+}} $ ，因此质量变化为 $ (0.5×46-1×44-6)\mathrm{g}=-27\mathrm{g} $ ，故质量减少 $ 27\mathrm{g} $ 。

（2） 电池总反应为 $ {\rm {\mathrm{L}\mathrm{i}}_{x}{\mathrm{C}}_{6}+{\mathrm{L}\mathrm{i}}_{1-x}{\mathrm{C}\mathrm{o}\mathrm{O}}_{2}\stackrel{放电}{\underset{充电}{⇌}}{\mathrm{C}}_{6}+{\mathrm{L}\mathrm{i}\mathrm{C}\mathrm{o}\mathrm{O}}_{2}(x < 1)} $ ，根据图中信息可知放电时 $ \mathrm{b} $ 极为负极， $ \mathrm{b} $ 极发生的电极反应式为 $ {\rm {\mathrm{L}\mathrm{i}}_{x}{\mathrm{C}}_{6}-x{\mathrm{e}}^{-}\xlongequal{}x{\mathrm{L}\mathrm{i}}^{+}+{\mathrm{C}}_{6}} $ 。