(练习)11 课时分层训练(八) 设计载人航天器用化学电池与氧气再生方案——化学反应中能量及物质的转化利用-【提分教练】2022-2023学年新教材高中化学选择性必修一(鲁科版2019)

课时分层训练(八)　设计载人航天器用化学电池与氧气再生方案 ——化学反应中能量及物质的转化利用 知识点　载人航天器的化学电池与氧气再生 1．王亚平成为中国首位进行出舱活动的女航天员。宇航员出舱时，呼吸所需的氧气来自太空服中的呼吸面具。下列物质在一定条件下均能产生氧气，其中最适宜用于呼吸面具中供氧的是(　　) A．HNO3 B．H2O2 C．KClO3 D．Na2O2 D　解析：HNO3具有很强的腐蚀性，分解产生O2的同时产生有毒的NO2，不适宜用于呼吸面具中供氧；H2O2为液态物质，在催化剂作用下分解产生O2，速率不易控制，不适宜用于呼吸面具中供氧；KClO3在催化剂作用下，加热时才产生O2，不适宜用于呼吸面具中供氧；Na2O2能够与人呼出的CO2和H2O反应产生O2，最适宜用于呼吸面具中供氧。 2．有四种氢氧燃料电池：A为固体氧化物燃料电池；B为碱性氢氧化物燃料电池；C为质子交换膜燃料电池；D为熔融盐燃料电池，下面是工作原理示意图，其中正极反应生成水的是(　　) C　解析：A项，正极反应为O2＋4e－ === 2O2－，反应生成O2－；B项，正极反应为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，反应生成OH－；C项，正极反应为O2＋4e－＋4H＋ === 2H2O，反应生成H2O；D项，正极反应为O2＋4e－＋2CO2 === 2CO，反应生成CO。 3．(双选)锂(Li)­空气电池的工作原理如图所示。下列说法不正确的是(　　) A．金属锂作负极，发生还原反应 B．Li＋通过有机电解质向水溶液处移动 C．正极的电极反应：O2＋4e－===2O2－ D．电池总反应：4Li＋O2＋2H2O===4LiOH AC　解析：锂(Li)­空气电池中，锂作负极，发生氧化反应，空气作正极，负极反应为Li－e－===Li＋，正极反应为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，总反应为4Li＋O2＋2H2O===4LiOH。在电池中阳离子向正极移动，阴离子向负极移动，所以A、C错误，B、D正确。 4．载人空间站为了循环利用人体呼出的CO2并将其转化为O2，设计装置工作原理如图所示，以实现“太阳能→电能→化学能”的转化，总反应为2CO2===2CO＋O2。下列说法正确的是(　　) A．该装置属于原电池 B．水在Y电极参与反应 C．反应完毕，该装置中电解质溶液碱性增强 D．X极反应：O2＋2H2O＋4e－===4OH－ B　解析：该装置实现“太阳能→电能→化学能”转化，而电能转化为化学能的装置为电解池，选项A错误；根据电子流向可知，Y为电解池的阴极，应该发生还原反应，总反应中发生还原反应的是CO2，再考虑到需要生成氢氧根离子，使其能透过阴离子交换膜，得出Y电极的反应为CO2＋H2O＋2e－===CO＋2OH－，选项B正确；该装置的总反应为2CO2===2CO＋O2，该反应对于溶液的H＋、OH－以及水都无影响，所以反应前后溶液的pH并不变化，选项C错误；X为阳极，发生氧化反应，应该是阴极生成的氢氧根离子失电子，电极反应为4OH－－4e－===2H2O＋O2↑，选项D错误。 5．(双选)空间实验室“天宫一号”的供电系统中有再生氢氧燃料电池(RFC)，RFC是一种将水电解技术与氢氧燃料电池技术相结合的可充电电池。RFC工作原理如图所示。下列有关说法正确的是(　　) A．当有0.1 mol电子转移时，a极产生1.12 L O2(标准状况下) B．b极上发生的电极反应：4H2O＋4e－===2H2↑＋4OH－ C．c极上发生的电极反应：O2＋4H＋＋4e－===2H2O D．d极上进行氧化反应，B中的H＋可以通过隔膜进入A CD　解析：a电极为阴极，当有0.1 mol电子转移时，电极反应为4H＋＋4e－===2H2↑，产生1.12 L H2(标准状况下)，故A错误；b电极为阳极，失电子发生氧化反应：4OH－－4e－===O2↑＋2H2O，故B错误；c电极上氧气得到电子发生还原反应，电极反应为O2＋4H＋＋4e－===2H2O，故C正确；d为负极失电子发生氧化反应：2H2－4e－===4H＋，B中的H＋可以通过隔膜进入A，故D正确。 6．航天飞行器座舱内空气更新过程如下图所示： (1)Ⅱ是CO2和H2的反应装置，该反应的化学方程式为________________________________________________________________________。 (2)从装置Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ可看出，O2的来源是CO2和H2O，宇航员每天消耗28 mol O2，呼出23 mol CO2，则宇航员每天呼出的气体中含H2O________ mol。 (3)以下是另一种将CO2转化为O2的实验设想。此设想优点：①吸收航天器中宇航员排出的二氧化碳气体的同时产生氧气