2020高考化学专题《电化学及其应用》习题含解析

1、 电化学及其应用2019新课标I利用生物燃料电池原理研究室温下氨的合成，电池工作时MV2+/MV+在电极与酶之间传递电子，示意图如下所示。下列说法错误的是电极叭7MV-/固氮酶相比现有工业合成氨，该方法条件温和，同时还可提供电能阴极区，在氢化酶作用下发生反应H2+2MV2+=2H+2MV+正极区，固氮酶为催化剂，n2发生还原反应生成nh3电池工作时质子通过交换膜由负极区向正极区移动【答案】B【解析】【分析】由生物燃料电池的示意图可知，左室电极为燃料电池的负极，MV+在负极失电子发生氧化反应生成MV2+，电极反应式为MV+-e-=MV2+，放电生成的MV2+在氢化酶的作用下与H2反应生成H+和M

2、V+，反应的方程式为H2+2MV2+=2H+2MV+；右室电极为燃料电池的正极，MV2+在正极得电子发生还原反应生成MV+,电极反应式为MV2+e-=MV+，放电生成的MV+与N2在固氮酶的作用下反应生成NH3和MV2+，反应的方程式为N2+6H+6MV+=6MV2+NH3，电池工作时，氢离子通过交换膜由负极向正极移动。【详解】A项、相比现有工业合成氨，该方法选用酶作催化剂，条件温和，同时利用MV+和MV2+的相互转化，化学能转化为电能，故可提供电能，故A正确；B项、左室为负极区，MV+在负极失电子发生氧化反应生成MV2+，电极反应式为MV+-e-=MV2+，放电生成的MV2+在氢化酶的作用下

3、与H2反应生成H+和MV+，反应的方程式为H2+2MV2+=2H+2MV+,故B错误；C项、右室为正极区，MV2+在正极得电子发生还原反应生成MV+,电极反应式为MV2+e-=MV+，放电生成的MV+与N2在固氮酶的作用下反应生成NH3和MV2+，故C正确；D项、电池工作时，氢离子（即质子）通过交换膜由负极向正极移动，故D正确。故选B。【点睛】本题考查原池原理的应用，注意原电池反应的原理和离子流动的方向，明确酶的作用是解题的关键。2019新课标III为提升电池循环效率和稳定性，科学家近期利用三维多孔海绵状Zn(3D-Zn)可以高效沉积ZnO的特点，设计了采用强碱性电解质的3D-ZnNiOOH二

4、次电池，结构如下图所示。电池反应为ZnO(s)+2Ni(OH)2(s)。Zn(s)+2NiOOH(s)+H2O(l)2充电列说法错误的是尾龙保护辰导电线圈NiOflH隔濮3D-ZnA.三维多孔海绵状Zn具有较高的表面积，所沉积的ZnO分散度高充电时阳极反应为Ni(OH)2(s)+OH-(aq)e=NiOOH(s)+H2O(l)放电时负极反应为Zn(s)+2OH-(aq)2e=ZnO(s)+H2O(l)放电过程中OH-通过隔膜从负极区移向正极区【答案】D【解析】A、三维多孔海绵状Zn具有较高的表面积，吸附能力强，所沉积的ZnO分散度高，A正确；B、充电相当于是电解池，阳极发生失去电子的氧化反应，

5、根据总反应式可知阳极是Ni(OH)2失去电子转化为NiOOH，电极反应式为Ni(OH)2(s)+OH-(aq)e-=NiOOH(s)+H2O(l),B正确；C、放电时相当于是原电池，负极发生失去电子的氧化反应，根据总反应式可知负极反应式为Zn(s)+2OH-(aq)2e-=ZnO(s)+H2O(l),C正确；D、原电池中阳离子向正极移动，阴离子向负极移动，则放电过程中OH-通过隔膜从正极区移向负极区，D错误。答案选D。2019天津我国科学家研制了一种新型的高比能量锌碘溴液流电池，其工作原理示意图如下。图中贮液器可储存电解质溶液，提高电池的容量。膜贮液器贮器ZnBr,4-.-T涪液Zn,列叙述不

6、.正.确.的是宇i1?e用电器放电时，a电极反应为IB+2e=21-+Br-2放电时，溶液中离子的数目增大充电时，b电极每增重0.65g，溶液中有0.02molI-被氧化充电时，a电极接外电源负极【答案】D【解析】【分析】放电时，Zn是负极，负极反应式为Zn-2e-=Zn2+,正极反应式为I2Br-+2e-=2I-+Br-，充电时，阳极反应式为Br-+2I-2e-=I2Br-、阴极反应式为Zn2+2e-=Zn，只有阳离子能穿过交换膜，阴离子不能穿过交换膜，据此分析解答。【详解】A、放电时，a电极为正极，碘得电子变成碘离子，正极反应式为12Br-+2e-=2I-+Br-，故A正确；B、放电时，正

7、极反应式为I2Br-+2e-=2I-+Br-，溶液中离子数目增大，故B正确；C、充电时，b电极反应式为Zn2+2e-=Zn，每增加0.65g，转移0.02mol电子，阳极反应式为Br-+2I-2e-=I2Br-，有0.02molI-失电子被氧化，故C正确；D、充电时，a是阳极，应与外电源的正极相连，故D错误；故选Do【点睛】本题考查化学电源新型电池，会根据电极上发生的反应判断正负极是解本题关键，会正确书写电极反应式，易错选项是B,正极反应式为I2Br-+2e-=2I-+Br-，溶液中离子数目增大。2019江苏将铁粉和活性炭的混合物用NaCl溶液湿润后，置于如图所示装置中，进行铁的电化学腐蚀实验

8、。下列有关该实验的说法正确的是:混合物枭si/丁?:-水-：A铁被氧化的电极反应式为Fe-3e-=Fe3+铁腐蚀过程中化学能全部转化为电能活性炭的存在会加速铁的腐蚀以水代替NaCl溶液，铁不能发生吸氧腐蚀【答案】C【解析】【分析】根据实验所给条件可知，本题铁发生的是吸氧腐蚀，负极反应为:Fe-2e-=Fe2+；正极反应为:O2+2H2O+4e-=4OH-；据此解题；【详解】A.在铁的电化学腐蚀中，铁单质失去电子转化为二价铁离子，即负极反应为：Fe-2e-=Fe2+，故A错误；铁的腐蚀过程中化学能除了转化为电能，还有一部分转化为热能，故B错误；活性炭与铁混合，在氯化钠溶液中构成了许多微小的原电池

9、，加速了铁的腐蚀，故C正确；以水代替氯化钠溶液，水也呈中性，铁在中性或碱性条件下易发生吸氧腐蚀，故D错误；综上所述，本题应选C.A.【点睛】本题考查金属铁的腐蚀。根据电解质溶液的酸碱性可判断电化学腐蚀的类型，电解质溶液为酸性条件下，铁发生的电化学腐蚀为析氢腐蚀，负极反应为：Fe-2e-=Fe2+；正极反应为：2H+2e-=H2f；电解质溶液为碱性或中性条件下，发生吸氧腐蚀，负极反应为：Fe-2e-=Fe2+；正极反应为：O2+2H2O+4e-=4OH-o52019浙江4月选考化学电源在日常生活和高科技领域中都有广泛应用。下列说法不正确的是B.M扣池Zn2+向Cu电极方向移动，Cu电极附近溶液中

10、H+浓度增加峠注卜电池I誓芯E3苗舟參器匸正极的电极反应式为Ag2O+2e-+H2O2Ag+2OH-C.二:Hit閘锌筒作负极，发生氧化反应，锌筒会变薄D.二04L菌益孩电地使用一段时间后，电解质溶液的酸性减弱，导电能力下降【答案】A【解析】A.Zn较Cu活泼，做负极，Zn失电子变Zn2+，电子经导线转移到铜电极，铜电极负电荷变多，吸引了溶液中的阳离子，因而Zn2+和H+迁移至铜电极，H+氧化性较强，得电子变H2，因而c(H+)减小，A项错误；B.Ag2O作正极，得到来自Zn失去的电子，被还原成Ag,结合KOH作电解液，故电极反应式为Ag2OZn2e-=Zn2+，锌溶解,+2e-+H2O2Ag

11、+2OH-，B项正确；C.Zn为较活泼电极，做负极，发生氧化反应，电极反应式为因而锌筒会变薄，C项正确；D.铅蓄电池总反应式为PbO2+Pb+2H2SO42PbSO4+2H2O，可知放电一段时间后，H2SO4不断被消耗，因而电解质溶液的酸性减弱，导电能力下降,D项正确。故答案选A。2018海南一种镁氧电池如图所示，电极材料为金属镁和吸附氧气的活性炭，电解液为KOH浓溶液。下列说法错误的是活性炭Mg电解质电池总反应式为：2Mg+O2+2H2O=2Mg(OH)2正极反应式为：Mg2e-=Mg2+活性炭可以加快O2在负极上的反应速率电子的移动方向由a经外电路到b答案】BC【解析】A.电池总反应式为：

12、2Mg+O2+2H2O=2Mg(OH)2，不符合题意；正极应该是氧气得电子，发生还原反应，反应式为：O2+4e-+4OH-=2H2O，符合题意；氧气在正极参与反应，符合题意；外电路中，电子由负极移向正极，该反应中a为负极，b为正极，故不符合题意；故答案为BC。【点睛】尽管原电池外观形形色色，五花八门，但其原理是相同的，即要紧紧抓住原电池中负极失电子发生氧化反应，正极得电子发生还原反应；外电路中，电子由负极流向正极，电流方向与电子流动方向相反这一基本规律。2018新课标III一种可充电锂-空气电池如图所示。当电池放电时，O2与Li+在多孔碳材料电极处生成Li2O2-x(x=0或1)。下列说法正确

13、的是A.放电时，多孔碳材料电极为负极放电时，外电路电子由多孔碳材料电极流向锂电极充电时，电解质溶液中Li+向多孔碳材料区迁移x充电时，电池总反应为Li2O2-x=2Li+(1-)O2【答案】D【解析】本题考查的是电池的基本构造和原理，应该先根据题目叙述和对应的示意图，判断出电池的正负极，再根据正负极的反应要求进行电极反应方程式的书写。题目叙述为：放电时，O2与Li+在多孔碳电极处反应，说明电池内，Li+向多孔碳电极移动，因为阳离子移向正极，所以多孔碳电极为正极，选项A错误。因为多孔碳电极为正极，外电路电子应该由锂电极流向多孔碳电极(由负极流向正极)，选项B错误。充电和放电时电池中离子的移动方向

14、应该相反，放电时，Li+向多孔碳电极移动，充电时向锂电极移动,选项C错误。根据图示和上述分析，电池的正极反应应该是O2与Li+得电子转化为Li2O2-X，电池的负极反应应该是单x质Li失电子转化为Li+,所以总反应为：2Li+(1-)O2=Li2O2-X，充电的反应与放电的反应相反，所以x为Li2O2-x=2Li+(1-2)02，选项D正确。点睛：本题是比较典型的可充电电池问题。对于此类问题，还可以直接判断反应的氧化剂和还原剂，进而判断出电池的正负极。本题明显是空气中的氧气得电子，所以通氧气的为正极，单质锂就一定为负极。放电时的电池反应，逆向反应就是充电的电池反应，注意：放电的负极，充电时应该

15、为阴极；放电的正极充电时应该为阳极。8.2018新课标II我国科学家研发了一种室温下“可呼吸”的NaCO2二次电池。将NaC104溶于有机溶剂作为电解液，钠和负载碳纳米管的镍网分别作为电极材料，电池的总反应为：3CO2+4Na=2Na2CO3+C。下列说法错误的是co.放电时，ClO4-向负极移动充电时释放CO2，放电时吸收CO2放电时，正极反应为：3CO2+4e-=2CO32-+C充电时，正极反应为：Na+e-=Na【答案】D解析】原电池中负极发生失去电子的氧化反应，正极发生得到电子的还原反应，阳离子向正极移动，阴离子向负极移动，充电可以看作是放电的逆反应，据此解答。A.放电时是原电池，阴离

16、子ClO4-向负极移动，A正确；B.电池的总反应为3CO2+4Na=2Na2CO3+C，因此充电时释放CO2，放电时吸收CO2,B正确；C.放电时是原电池，正极是二氧化碳得到电子转化为碳，反应为：3CO2+4e-=2CO32-+C，C正确;充电时是电解，正极与电源的正极相连，作阳极，发生失去电子的氧化反应，反应为2CO32-+C4e-=3CO2，D错误。答案选D。9.2018新课标I最近我国科学家设计了一种CO2+H2S协同转化装置，实现对天然气中CO2和H2S的高效去除。示意图如图所示，其中电极分别为ZnO石墨烯（石墨烯包裹的ZnO）和石墨烯，石墨烯电极区发生反应为：EDTA-Fe2+-e-

17、=EDTA-Fe3+2EDTA-Fe3+H2S=2H+S+2EDTA-Fe2+该装置工作时，下列叙述错误的是BA.阴极的电极反应：CO2+2H+2e-=CO+H2O协同转化总反应：CO2+H2S=CO+H2O+SC.石墨烯上的电势比ZnO石墨烯上的低D.若采用Fe3+/Fe2+取代EDTA-Fe3+/EDTA-Fe2+，溶液需为酸性【答案】C【解析】该装置属于电解池，CO2在ZnO石墨烯电极上转化为CO,发生得到电子的还原反应，为阴极,石墨烯电极为阳极，发生失去电子的氧化反应，据此解答。A、CO2在ZnO石墨烯电极上转化为CO,发生得到电子的还原反应，为阴极，电极反应式为CO2+H+2e=CO

18、+H2O，A正确；B、根据石墨烯电极上发生的电极反应可知+即得到H2S2e-=2H+S，因此总反应式为CO2+H2S=CO+H2O+S，B正确；C、石墨烯电极为阳极，与电源的正极相连，因此石墨烯上的电势比ZnO石墨烯电极上的高，C错误;D、由于铁离子、亚铁离子均易水解，所以如果采用Fe3+/Fe2+取代EDTA-Fe3+/EDTA-Fe2+,溶液需要酸性,D正确。答案选C。点睛：准确判断出阴阳极是解答的关键，注意从元素化合价变化的角度去分析氧化反应和还原反应，进而得出阴阳极。电势高低的判断是解答的难点，注意从物理学的角度借助于阳极与电源的正极相连去分析。10.2018年11月浙江选考最近，科学

19、家研发了“全氢电池”，其工作原理如图所示。下列说法不.正.确.的是II|业附B屮川爼II心Na1ClOre_l/Nji|I+NaLIOjCIO.十Nag啾旳人离J交矗膜A.右边吸附层中发生了还原反应B.负极的电极反应是H22e+2OH=2H2OC.电池的总反应是2H2+O2=2H2OD.电解质溶液中Na+向右移动，CIO向左移动【答案】C【解析】由电子的流动方向可以得知左边为负极，发生氧化反应；右边为正极，发生还原反应，故选项A、B正确；电池的总反应没有O2参与，总反应方程式不存在氧气，故C选项不正确；在原电池中，阳离子向正极移动，阴离子向负极移动，故D选项正确。答案选Co2017年11月浙江

20、选考金属(M)空气电池的工作原理如图所示，下列说法不正确的是金属M作电池负极电解质是熔融的MO正极的电极反应：O2+2H2O+4e-=4OH-电池反应：2M+O2+2H2O=2M(OH)2【答案】B【解析】A、金属M失去电子，作电池负极，A正确；B、OH-向负极移动，所以电解质不可能是熔融的MO，B错误；C、氧气在正极发生得到电子的还原反应，正极的电极反应：O2+2H2O+4e-=4OH-,C正确；D、根据以上分析可知电池反应：2M+O2+2H2O=2M(OH)2，D正确，答案选B。点睛：掌握原电池的工作原理是解答的关键，即原电池中较活泼的金属是负极，失去电子，发生氧化反应电子经导线传递到正极

21、，所以溶液中的阳离子向正极移动，正极得到电子，发生还原反应。2017新课标II用电解氧化法可以在铝制品表面形成致密、耐腐蚀的氧化膜，电解质溶液一般为HSO-HCO混合溶液。下列叙述错误的是24224待加工铝质工件为阳极可选用不锈钢网作为阴极阴极的电极反应式为：A13+3e-=A1硫酸根离子在电解过程中向阳极移动【答案】C【解析】A、根据原理可知，Al要形成氧化膜，化合价升高失电子，因此铝为阳极，故A说法正确；B、不锈钢网接触面积大，能增加电解效率，故B说法正确；C、阴极应为阳离子得电子，根据离子放电顺序应是H+放电，即2H+2e=H2T，故C说法错误；D、根据电解原理，电解时，阴离子移向阳极，

22、故D说法正确。【名师点睛】本题考查电解原理的应用，如本题得到致密的氧化铝，说明铝作阳极，因此电极方程式应是2Al-6e-+3H2O=Al2O3+6H+,这就要求学生不能照搬课本知识，注意题干信息的挖掘，本题难度不大。2017海南一种电化学制备NH3的装置如图所示，图中陶瓷在高温时可以传输H+。下列叙述错误的是氮气氢气(F/石英电解池一一电扱a4-p皿电极hv箋u凰气Pd电极b为阴极阴极的反应式为：N2+6H+6e-=2NH3H+由阳极向阴极迁移陶瓷可以隔离N2和H2【答案】A【解析】A、此装置为电解池，总反应是N2+3H2=2NH3,Pd电极b上是氢气发生反应，即氢气失去电子化合价升高，Pd电

23、极b为阳极，故A说法错误；B、根据A选项分析，Pd电极a为阴极，反应式为N2+6H+6e-=2NH3,故B说法正确；C、根据电解池的原理，阳离子在阴极上放电，即有阳极移向阴极,故C说法正确；D、根据装置图，陶瓷隔离N2和H2，故D说法正确。【名师点睛】本题考查电解原理，首先判断阴阳两极，阴极连接电源的负极，阴极上得到电子化合价降低发生还原反应，阳极连接电源的正极，阳极上失去电子化合价升高，发生氧化反应，然后判断电极材料，惰性电极还是活动性金属作电极，活动性金属作阳极，活动性金属先失电子，如果是惰性材料作阳极，则是还原性强的阴离子先失电子，氧化性强的离子在阴极上得电子；电极反应式的书写是高考的热

24、点，一般需要根据装置图完成，需要看清反应环境。142017新课标I支撑海港码头基础的钢管桩，常用外加电流的阴极保护法进行防腐，工作原理如图所示,其中高硅铸铁为惰性辅助阳极。下列有关表述不正确的是通入保护电流使钢管桩表面腐蚀电流接近于零通电后外电路电子被强制从咼硅铸铁流向钢管桩高硅铸铁的作用是作为损耗阳极材料和传递电流通入的保护电流应该根据环境条件变化进行调整【答案】C【解析】本题使用的是外加电流的阴极保护法，钢管柱与电源的负极相连，被保护。A.外加强大的电流可以抑制金属电化学腐蚀产生的电流，从而保护钢管柱，A正确；B.通电后，被保护的钢管柱作阴极，高硅铸铁作阳极，因此外电路电子被强制从高硅铸铁

25、流向钢管桩，B正确；C.高硅铸铁为惰性辅助阳极，所以高硅铸铁不损耗，C错误；D.通过外加电流抑制金属电化学腐蚀产生的电流，因此通入的保护电流应该根据环境条件变化进行调整，D正确。答案选Co【名师点睛】该题难度较大，明确电化学原理是以及金属的防腐蚀原理是解答的关键，钢管桩表面腐蚀电流的理解是难点，注意题干信息的挖掘，即高硅铸铁为惰性辅助阳极，性质不活泼，不会被损耗。2017新课标III全固态锂硫电池能量密度高、成本低，其工作原理如图所示，其中电极1常用掺有石墨烯的S8材料，电池反应为：16Li+xS8=8Li2Sx(20 x08)。下列说法错误的是电池工作时，正极可发生反应：2Li2S6+2Li

26、+2e-=3Li2S42624电池工作时，外电路中流过0.02mol电子，负极材料减重0.14g石墨烯的作用主要是提高电极a的导电性电池充电时间越长，电池中Li2S2的量越多答案】D【解析】A.原电池工作时，Li+向正极移动，则a为正极，正极上发生还原反应，随放电的进行可能发生多种反应，其中可能发生反应2Li2S6+2Li+2e-=3Li2S4，故A正确；B.原电池工作时，转移0.02mol电子时，氧化Li的物质的量为0.02mol,质量为0.14g,故B正确；C.石墨烯能导电，S8不能导电，利用掺有石墨烯的S8材料作电极，可提高电极a的导电性，故C正确；D.电池充电时间越长，转移电子数越多，

27、生成的Li和S8越多，即电池中Li2S2的量越少，故D错误。答案为Ao【名师点睛】考查二次电池的使用，涉及原电池工作原理，原电池工作时负极发生氧化反应，正极发生还原反应，而电池充电时，原来的负极连接电源的负极为电解池的阴极，发生还原反应，而原来的正极连接电源的正极为电解池的阳极发生氧化反应，解题是通过结合反应原理，根据元素化合价的变化，判断放电时正负极发生的反应，再结合电解质书写电极反应方程式。2019新课标II节选环戊二烯）是重要的有机化工原料，广泛用于农药、橡胶、塑料等生产。回答下列问题：（4）环戊二烯可用于制备二茂铁（Fe（C5H5）2，结构简式为），后者广泛应用于航天、化工等领域中。二

28、茂铁的电化学制备原理如下图所示，其中电解液为溶解有溴化钠（电解质）和环戊二烯的DMF溶液（DMF为惰性有机溶剂）。该电解池的阳极为，总反应为。电解制备需要在无水条件下进行，原因为+H2f(Fe+2C5H=Fe(C5H5)2+H2T)【答案】（4）Fe电极Fe+2水会阻碍中间物Na的生成；水会电解生成OH-,进一步与Fe2+反应生成Fe（OH）2【解析】(4)根据阳极升失氧可知Fe为阳极；根据题干信息Fe-2e-=Fe2+，电解液中钠离子起到催化剂的作用使得环戊二烯得电子生成氢气，同时与亚铁离子结合生成二茂铁，故电极反应式为电解必须在无水条件下进行，因为中间产物Na会与水反应生成氢氧化钠和氢气,

29、亚铁离子会和氢氧根离子结合生成沉淀；答案：Fe电极；Fe+2匚=+H2f(Fe+2C5H6=Fe(C2H5)2+H2f)；水会阻碍中间物Na的生成；水会电解生成OH-,进一步与Fe2+反应生成Fe(OH)2。172019新课标III节选近年来，随着聚酯工业的快速发展，氯气的需求量和氯化氢的产出量也随之迅速增长。因此，将氯化氢转化为氯气的技术成为科学研究的热点。回答下列问题：(4)在传统的电解氯化氢回收氯气技术的基础上，科学家最近采用碳基电极材料设计了一种新的工艺方案，主要包括电化学过程和化学过程，如下图所示：O4电源负极区发生的反应有(写反应方程式)。电路中转移1mol电子，需消耗氧气L(标准

30、状况)。【答案】(4)Fe3+e-=Fe2+，4Fe2+O2+4H+=4Fe3+2H2O5.6【解析】(4)电解过程中，负极区即阴极上发生的是得电子反应，元素化合价降低，属于还原反应，则图中左侧为负极反应，根据图示信息知电极反应为：Fe3+e-=Fe2+和4Fe2+O2+4H+=4Fe3+2H2O；电路中转移1mol电子，根据电子得失守恒可知需消耗氧气的物质的量是1mol#=0.25mol,在标准状况下的体积为0.25molx22.4L/mol=5.6L。182019北京节选氢能源是最具应用前景的能源之一，高纯氢的制备是目前的研究热点。(2)可利用太阳能光伏电池电解水制高纯氢，工作示意图如下。通过控制开关连接匕或K2,可交替得到h2和02。电Nioou-电祓3隠游爲Mi（酸弋体八JL碱性制h2时，连接。产生h2的电极反应式是。改变开关连接方式，可得02。结合和中电极3的电极反应式，说明电极3的作用：。【答案】(2)02H2O+2e-=H2T+2OH-连接K1或K2时，电极3分别作为阳极材料和阴极材料，并且NiOOH和Ni(OH)2相互转化提供电子转移【解析】(2)电极生成H2时，根据电极放电规律可知H+得到电子变为氢气