高中 | 电解池原理 题目答案及解析

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选修四

第四章 电化学基础

第三节 电解池

电解池原理

$\rm SOEC$装置是一种高温固体氧化物电解池,可以从大气中回收$\rm CO_{2}$,其工作温度为$\rm 600\sim 1000\;\rm ^\circ\rm C$,利用固态$\rm CeO_{2}$中的$\rm {{\text{O}}^{2-}}$定向移动形成离子电流。$\rm SOEC$由多个层状工作单元叠加而成,拆解后装置如图所示$\rm (CO_{2}$在电极$\rm b$上反应,外接电源与部分气体管路、流向未显示$\rm )$。下列说法正确的是$\rm (\qquad)$

["

电极$\\rm b$为阳极,电极反应为$\\rm \\text{C}{{\\text{O}}_{2}}+2{{\\text{e}}^{-}}=\\text{CO}+{{\\text{O}}^{2-}}$

","

在气孔$\\rm Z$附近检测到少量$\\rm \\mathrm{Ce}^{3+}$,说明发生了电极反应:$\\rm \\text{Ce}{{\\text{O}}_{2}}+{{\\text{e}}^{-}}=\\text{C}{{\\text{e}}^{3+}}+2{{\\text{O}}^{2-}}$

","

装置工作过程中,$\\rm CeO_{2}(s)$电解质中的$\\rm {{\\text{O}}^{2-}}$由电极$\\rm a$移向电极$\\rm b$

","

由于产生有毒气体$\\rm CO$,故必须将各层密封,防止气体泄露

"]
[["D"]]

由题干图示信息可知,$\rm CO_{2}$经导管$\rm X$进入电极$\rm b$中,发生反应$\rm CO_{2}+2e^{-}=CO+O^{2-}$,未反应的$\rm CO_{2}$和生成的$\rm CO$$\rm Z$导管流出,$\rm O^{2-}$经固态$\rm CeO_{2}$定向移动到$\rm a$电极,在$\rm a$电极上放电,发生$\rm 2O^{2-}$ $\rm -$ $\rm 4e^{-}=O_{2}↑$,产生的$\rm O_{2}$经导管$\rm Y$流出,据此分析解题。

$\rm A$.由分析可知,$\rm CO_{2}$经导管$\rm X$进入电极$\rm b$中,发生反应$\rm CO_{2}+2e^{-}=CO+O^{2-}$,发生还原反应,故电极$\rm b$为阴极,$\rm A$错误;

$\rm B$.在气孔$\rm Z$附近检测到少量$\rm Ce^{3+}$,不能说明发生了电极反应$\rm CeO_{2}+e^{-}=Ce^{3+}+2O^{2-}$,也可能是高温下$\rm CO$$\rm CeO_{2}$还原为$\rm Ce^{3+}$$\rm B$错误;

$\rm C$.由分析可知,电极$\rm a$为阳极,$\rm b$为阴极,电解池中电解质中阴离子流向阳极,故装置工作过程中,$\rm CeO_{2}(s)$电解质中的$\rm O^{2-}$由电极$\rm b$移向电极$\rm a$$\rm C$错误;

$\rm D$.由题干信息可知,装置内气压等于外界,由于产生有毒气体$\rm CO$,故必须用橡胶材质将各层密封,防止气体泄露,$\rm D$正确。

故选:$\rm D$

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