专题四新型电化学装置分析2024年高考化学二轮复习（新高考专用）

专题四电化学装置分析【九大题型】【新高考专用】【题型1考查新型一次电池】……………………8【题型2考查新型二次电池】……………………11【题型3考查新型燃料电池】……………………15【题型4考查新型电解池】………………………19【题型5考查离子交换膜在电化学中的应用……………………22【题型6考查金属腐蚀】…………………………25【题型7考查金属防护】…………………………29【题型8考查电化学的有关计算】………………31【题型9考查电化学综合应用】…………………35电化学部分常以新型化学电源、电解原理在生活生产中的应用等为载体，考查基本原理及应用，试题注重了题材的生活化、实用化、情境化，同时也加强了不同知识间的相互渗透与融合，试题的背景较为新颖，题目具有一定难度。预测今年高考仍会在这方面着力命题。1.原电池原理和化学电源：湖南卷(2023、2022、2021)，广东卷(2023、2022)，浙江卷(2022、2021)，辽宁卷(2023、2022、2021)，河北卷(2021)，天津卷(2021、2020)，山东卷(2023、2021)，全国新课标卷(2023)。2.电解池原理及金属的腐蚀与防护：湖南卷(2023、2022、2021)，湖北卷(2023、2022、2021)，广东卷(2023、2022、2021)，海南卷(2022、2021)，江苏卷(2022、2021、2020)，河北卷(2022)，重庆卷(2022、2021)，北京卷(2022、2020)，山东卷(2023、2022、2020)，浙江卷(2023、2022)，辽宁卷(2023、2021)，天津卷(2021)。3.电化学的综合应用：山东卷(2022)，湖南卷(2022)，辽宁卷(2022)，北京卷(2022、2021)。【知识点1原电池的工作原理】1.原电池的工作原理2.电极方程式的书写3.燃料电池电极反应式的书写(以氢氧燃料电池为例)【知识点2新型化学电池】1.单液电池2.双液电池3.间接电池媒质也称为“电对”或“介对”，其首先在电极表面失去(或得到)电子，形成氧化态(或还原态)在电解溶液中进一步氧化(或还原)反应基质，最终生成目的产物。其原理如下图所示：4.二次电池5.燃料电池电极反应式书写的常用方法第一步，写出电池总反应式。燃料电池的总反应与燃料燃烧的反应一致，若产物能和电解质反应，则总反应为加合后的反应。如甲烷燃料电池(电解质溶液为NaOH溶液)的反应如下：CH4＋2O2=CO2＋2H2O①CO2＋2NaOH=Na2CO3＋H2O②①＋②可得甲烷燃料电池的总反应式：CH4＋2O2＋2NaOH=Na2CO3＋3H2O。第二步，写出电池的正极反应式。根据燃料电池的特点，一般在正极上发生还原反应的物质都是O2，因电解质溶液不同，故其电极反应也会有所不同：(1)酸性电解质：O2＋4H＋＋4e－=2H2O。(2)碱性电解质：O2＋2H2O＋4e－=4OH－。(3)固体电解质(高温下能传导O2－)：O2＋4e－=2O2－。(4)熔融碳酸盐(如熔融K2CO3)：O2＋2CO2＋4e－=2COeq\o\al(2－,3)。第三步，电池的总反应式－电池的正极反应式＝电池的负极反应式。【知识点3电解池】1．电解池的工作原理2．电极上离子放电顺序(1)阴极：与电极材料无关。氧化性强的先放电，放电顺序：eq\o(→,\s\up11(Ag＋Fe3＋Cu2＋H＋酸Fe2＋Zn2＋H＋水Al3＋Mg2＋Na＋Ca2＋K＋),\s\do4(得到电子由易到难))(2)阳极：若是活性电极作阳极，则活性电极首先失电子，发生氧化反应。若是惰性电极作阳极，放电顺序：eq\o(→,\s\up11(活泼电极>S2－＞I－＞Br－＞Cl－＞OH－＞含氧酸根离子＞F－),\s\do4(失去电子由易到难))①放电指的是电极上的得、失电子。②活性电极指的是除去Au、Pt以外的金属，惰性电极指的是Pt、Au、C电极，不参与电极反应。③阴极材料若为金属电极，一般是增强导电性但不参与反应。3．惰性电极电解电解质溶液的四种类型4、电解原理的应用（1）电解饱和食盐水（氯碱工业）阳极反应式：2Cl－－2e－===Cl2↑(氧化反应)阴极反应式：2H＋＋2e－===H2↑(还原反应)总反应方程式：2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑（2）电解精炼铜：电极材料：阳极为粗铜；阴极为纯铜。(2)电解质溶液：含Cu2＋的盐溶液。电极反应：阳极：Zn－2e－==Zn2＋、Fe－2e－==Fe2＋、Ni－2e－==Ni2＋、Cu－2e－==Cu2＋；阴极：Cu2＋＋2e－==Cu。(4)阳极泥的形成：在电解过程中，活动性位于铜之后的银、金等杂质，难以在阳极失去电子变成阳离子而溶解，它们以金属单质的形式沉积在电解槽底部，形成阳极泥。（3）电镀：图为金属表面镀银的工作示意图镀件作阴极，镀层金属银作阳极。电解质溶液是AgNO3溶液等含镀层金属阳离子的盐溶液。电极反应：阳极：Ag－e－=Ag＋；阴极：Ag＋＋e－=Ag。特点：阳极溶解，阴极沉积，电镀液的浓度不变。【知识点4金属的腐蚀与防护】1.化学腐蚀与电化学腐蚀类型化学腐蚀电化学腐蚀条件金属跟非金属单质直接接触不纯金属或合金跟电解质溶液接触现象无电流产生有微弱电流产生本质金属被氧化较活泼金属被氧化联系两者往往同时发生，电化学腐蚀更普遍2.析氢腐蚀与吸氧腐蚀（以钢铁的腐蚀为例进行分析）类型析氢腐蚀吸氧腐蚀条件水膜酸性较强(pH≤4.3)水膜酸性很弱或呈中性电极反应负极Fe－2e－===Fe2＋正极2H＋＋2e－===H2↑O2＋2H2O＋4e－===4OH－总反应式Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑2Fe＋O2＋2H2O=2Fe(OH)2联系吸氧腐蚀更普遍3.金属的防护(1)电化学防护。①牺牲阳极的阴极保护法—原电池原理a．负极：比被保护金属活泼的金属；b．正极：被保护的金属设备。②外加电流的阴极保护法—电解原理a．阴极：被保护的金属设备；b．阳极：惰性金属或石墨。(2)改变金属的内部结构，如制成合金、不锈钢等。(3)加防护层，如在金属表面喷油漆、涂油脂、电镀、喷镀或表面钝化等方法。【知识点5离子交换膜】1.阳离子交换膜(只允许阳离子和水分子通过，阻止阴离子和气体通过)以锌铜原电池为例，中间用阳离子交换膜隔开①负极反应式：Zn2e=Zn2＋②正极反应式：Cu2＋＋2e=Cu③Zn2＋通过阳离子交换膜进入正极区④阳离子→透过阳离子交换膜→原电池正极(或电解池的阴极)2.阴离子交换膜(只允许阴离子和水分子通过，阻止阳离子和气体通过)以Pt为电极电解淀粉­KI溶液，中间用阴离子交换膜隔开①阴极反应式：2H2O＋2e=H2↑＋2OH②阳极反应式：2I_2e=I2③阴极产生的OH移向阳极与阳极产物反应：3I2＋6OH=IO3＋5I＋3H2O④阴离子→透过阴离子交换膜→电解池阳极(或原电池的负极)3.质子交换膜(只允许H＋和水分子通过)在微生物作用下电解有机废水(含CH3COOH)，可获得清洁能源H2①阴极反应式：2H＋＋2e=H2↑②阳极反应式：CH3COOH8e＋2H2O=2CO2↑＋8H＋③阳极产生的H＋通过质子交换膜移向阴极④H＋→透过质子交换膜→原电池正极(或电解池的阴极)4.电渗析法将含AnBm的废水再生为HnB和A(OH)m的原理：已知A为金属活动顺序表H之前的金属，Bn为含氧酸根离子5.解题模板第一步，分清隔膜类型。即交换膜属于阳离子交换膜、阴离子交换膜或质子交换膜中的哪一种，判断允许哪种离子通过隔膜。第二步，写出电极反应，判断交换膜两侧离子变化，推断电荷变化，根据电荷平衡判断离子迁移方向。第三步，分析隔膜作用。在产品制备中，隔膜作用主要是提高产品纯度，避免产物之间发生反应，或避免产物因发生反应而造成危险。【知识点6电化学解题模板】1.电化学题解题流程2.电化学解题模板第一步：读题逐字逐句读，挖掘关键字，排除无效信息，找到对解题有价值的信息，并作标记。第一步：确定装置类型 放电为原电池，充电为电解池。第二步：判断电极名称放电时的正极为充电时间阳极，放电时的负极为充电时的阴极。第三步：写出电极反应放电时的正极反应颠倒过来为充电时的阳极反应；放电时的负极反应颠倒过来为充电时的阴极反应。第四步：分析离子移动由生成一极向消耗一极移动；区域【题型1考查新型一次电池】【例1】（2023·吉林·统考模拟预测）科学家预言，被称为“黑金”的“新材料之王石墨烯”将“彻底改变21世纪”。我国关于石墨烯的专利总数世界排名第一、如图是我国研发的某种石墨烯电池有关原理示意图，左边装置工作时的电极反应为Li1－xC6＋xLi＋＋xe－=LiC6，Li[GS/Si]O2－xe－=Li1－x[GS/Si]O2＋xLi＋。下列说法正确的是A．a与d电极上发生氧化反应B．左右两个装置中的离子交换膜均为阳离子交换膜C．电池放电时，负极反应为Li1－x[GS/Si]O2＋xLi＋＋xe－=Li[GS/Si]O2D．若装置工作前c与d电极质量相等，则转移0.1mol电子后两个电极质量相差0.7g【答案】B【分析】右侧装置为原电池，根据Li+移动方向可知，c为负极、d为正极。左边装置为给原电池充电，a为阴极、b为阳极；【解析】A．a为电解池阴极、d为原电池正极，a与d电极上发生还原反应，故A错误；B．左右两个装置中的离子交换膜允许Li+通过，均为阳离子交换膜，故B正确；C．右侧装置为原电池，电池放电时，负极反应为LiC6－xe－=Li1－xC6＋xLi＋，故C错误；D．若装置工作前c与d电极质量相等，则转移0.1mol电子c电极质量减小0.7g、d电极质量增加0.7g，两个电极质量相差1.4g，故D错误；故选B。【变式11】（2023·天津南开·统考二模）锂/氟化碳电池稳定性很高。电解质溶液为的乙二醇二甲醚()溶液，总反应为，放电产物沉积在正极，工作原理如图所示：下列说法正确的是A．外电路电子由b流向aB．离子交换膜为阴离子交换膜C．电解质溶液可用的乙醇溶液代替D．正极的电极反应式为【答案】D【分析】电解质为LiClO4的乙二醇二甲醚溶液，总反应为xLi+CFx═xLiF+C，负极为Li，负极上Li失电子生成Li+，正极为CFx，正极反应为CFx+xe+xLi+═xLiF+C，据此分析解答。【解析】A．由上述分析可知，负极为Li，电子由负极流向正极，即a流向b，故A错误；B．Li+通过离子交换膜在正极上形成LiF，所以交换膜为阳离子交换膜，故B错误；C．Li是活泼金属能与乙醇反应，所以不能乙醇溶液代替，故C错误；D．由分析可知，正极的电极反应为：，故D正确。故选D。【变式12】（2023·四川泸州模拟预测）如图a酸性锌锰干电池是一种一次电池，外壳为金属锌，中间是碳棒，其周围是由碳粉，二氧化锰，氯化锌和氯化铵等组成的填充物，该电池在放电过程产生MnOOH，下列说法不正确的是有关数据如下表所示：温度/℃化合物020406080100NH4Cl29.337.245.855.365.677.3ZnCl2343395452488541614A．该电池的正极反应式为MnO2+eˉ+H＋=MnOOHB．利用干电池，高温电解H2O–CO2混合气体制备H2和CO，如图b，则阴、阳两极生成的气体的物质的量之比是1:1C．废电池糊状填充物加水处理后，过滤，滤液中主要有氯化锌和氯化铵，两者可以通过重结晶方法分离D．废电池糊状填充物加水处理后所得滤渣的主要成分是二氧化锰、碳粉和MnOOH，欲从中得到较纯的二氧化锰，可以采用加热的方法【答案】B【解析】A．该电池在放电过程产生MnOOH，根据原电池原理，正极上MnO2得电子生成MnOOH，则该电池的正极反应式为MnO2+e+H+＝MnOOH，A项正确；B．根据电解池原理，阳极上发生氧化反应，生成氧气，阴极上发生还原反应，生成H2和CO，电解池总反应方程式为：H2O+CO2H2+CO+O2，则阴、阳两极生成的气体的物质的量之比是2:1，B项错误；C．由表中数据可知，氯化锌的溶解度受温度的影响更大，能通过重结晶方法分离氯化锌和氯化铵，C项正确；D．在空气中加热碳粉会转化为二氧化碳，MnOOH分解生成二氧化锰，所以加热法可以除去二氧化锰中的MnOOH和碳粉，得到较纯的二氧化锰，D项正确；故选B。【变式13】（2023·浙江·统考一模）普通锌锰干电池的简图（下图所示），它是用锌皮制成的锌筒作电极兼做容器，中央插一根碳棒，碳棒顶端加一铜帽。在石墨碳棒周围填满二氧化锰和炭黑的混合物，并用离子可以通过的长纤维纸包裹作隔膜，隔膜外是用氯化锌、氯化铵和淀粉等调成糊状作电解质溶液；该电池工作时的总反应为：Zn＋2NH4+＋2MnO2＝[Zn(NH3)2]2+＋Mn2O3＋H2O关于锌锰干电池的下列说法中正确的是A．当该电池电压逐渐下降后，利用电解原理能重新充电复原B．电池负极的电极反应式为：2MnO2+2NH4++2e=Mn2O3+2NH3+H2OC．该电池碳棒可用铜棒代替，但是工作电压会下降D．外电路中每通过0.1mol电子，锌的质量理论上减小6.5g【答案】C【解析】A、一次电池不能重复使用，二次电池能重复使用，干电池是一次电池，所以当该电池电压逐渐下降后，不能利用电解原理能重新充电复原，故A错误；B、根据原电池工作原理，负极应是失电子的，Zn＋2NH4＋－2e－=[Zn(NH3)2]2＋＋2H＋，故B错误；C、两极金属性差别越大，电压越大，铜是金属，碳是非金属，因此碳棒换成铜棒，电压会降低，故C正确；D、根据选项B的电极反应式，每通过0.1mol电子消耗锌的质量是65×0.1/2g=3.25g，故D错误。故选C。【题型2考查新型二次电池】【例2】（2024·陕西咸阳·统考一模）锂离子电池具有能量密度高、循环寿命长、环境友好等优点，一种纳米硅基锂电池是新型二次电池，电池反应原理如图所示，电池反应式为。下列说法不正确的是A．电解液不能选用或者LiCl的水溶液B．电池放电时从b极脱嵌，而充电时，从a极脱嵌C．充电时，a极反应式为D．该电池工作时，每转移，两极质量变化之差为7g【答案】D【分析】由总反应可知，放电时，电极b为原电池的负极，LixSi在负极失去电子发生氧化反应生成锂离子和硅，电极反应式为LixSi—xe—=xLi++Si，电极a为正极，锂离子作用下二硫化铁在正极得到电子发生还原反应生成铁和硫化锂，电极反应式为；充电时，与直流电源正极相连的电极a为电解池的阳极，铁和硫化锂在阳极失去电子发生氧化反应生成二硫化铁和锂离子，电极b为阴极，硅作用下锂离子在阴极得到电子发生还原反应生成LixSi。【解析】A．锂能与水反应生成氢氧化锂和氢气，所以纳米硅基锂电池的电解液不能选用硫酸锂或氯化锂水溶液，故A正确；B．由分析可知，放电时，电极b为原电池的负极，LixSi在负极失去电子发生氧化反应生成锂离子和硅，锂离子从b极脱嵌，充电时，电极a为阳极，铁和硫化锂在阳极失去电子发生氧化反应生成二硫化铁和锂离子，锂离子从a极脱嵌，故B正确；C．由分析可知，充电时，与直流电源正极相连的电极a为电解池的阳极，铁和硫化锂在阳极失去电子发生氧化反应生成二硫化铁和锂离子，电极反应式为，故C正确；D．由分析可知，电池工作时，转移1mol电子，负极减少1mol锂离子，正极增加1mol锂离子，则两极质量变化之差为1mol×7g/mol+1mol×7g/mol=14g，故D错误；故选D。【变式21】（2024·安徽·统考模拟预测）我国学者研制了一种锌基电极，与涂覆氢氧化镍的镍基电极组成可充电电池，其示意图如下。放电时，转化为。下列说法错误的是A．放电时，正极反应为：B．放电时，若外电路有电子转移，则有向正极迁移C．充电时，为外接电源负极D．充电时，阴极反应为：【答案】B【分析】放电时，锌基电极为负极，Zn转化为，电极反应式为：，镍基电极为正极，电极反应式为：，充电时，a接电源负极，锌基电极为阴极，电极反应式为：，b接电源正极，镍基电极为阳极，电极反应式为：。【解析】A．放电时，镍基电极为正极，电极反应式为：，A正确；B．放电时，锌基电极为负极，Zn转化为，电极反应式为：，混合电解液中没有Zn2+，B错误；C．充电时，a接电源负极，锌基电极为阴极，C正确；D．充电时，锌基电极为阴极，电极反应式为：，D正确；故选B。【变式22】（2024·江西·校联考模拟预测）某国际期刊刊登我国最新有关水系双离子电池原理如图所示，下列有关叙述正确的是A．放电时，电极a作电源的正极，Cu3(PO4)2发生氧化反应最终变为CuB．充电时，水系电池中，a电极附近的碱性增强C．充电时，Na0.44MnO2xe=Na0.44xMnO2+xNa+D．当1molCu3(PO4)2完全放电时，则电池内部有6molNa+发生迁移【答案】D【分析】由图可知，放电时为原电池，a极上Cu3(PO4)2→Cu2O→Cu、发生得电子的还原反应，b极上Na0.44MnO2→Na0.44xMnO2、发生失电子的氧化反应，则a极为正极、b极为负极，负极反应式为Na0.44MnO2xe═Na0.44xMnO2+xNa+，充电时为电解池，原电池的正负极分别与电源的正负极相接，即a极为阳极、b极为阴极，阴阳极反应与负正极反应相反，据此分析解答。【解析】A．放电时为原电池，a极为正极、b极为负极，Cu3(PO4)2发生还原反应最终变为Cu，故A错误；B．充电时为电解池，a极为阳极、b极为阴极，阳极上OH失电子生成水，阳极附近的碱性减弱，故B错误；C．充电时为电解池，a极为阳极、b极为阴极，阴极反应式为Na0.44xMnO2+xNa++xe=Na0.44MnO2，故C错误；D．放电时为原电池，a极上发生反应Cu3(PO4)2→Cu2O→Cu,则1molCu3(PO4)2完全放电时，转移电子6mol,有6molNa+发生迁移，故D正确；故选D。【变式23】（2023·辽宁实验中学校考模拟预测）双盐MgCoS2电池由Li+替代了Mg2+在正极材料中的嵌入，解决了Mg2+扩散缓慢、锂离子电池锂枝晶生长等问题，其充、放电过程如图所示。下列说法错误的是A．放电时，CoS2电极的电势高于Mg电极B．放电时，每转移2mole，正极质量减少14gC．充电时，若充电电压为2.0V，可能造成电池性能衰减D．充电时，充电电压为2.75V时，阳极反应为：【答案】B【分析】由图可知，放电时，Mg作负极，电极反应式为Mg2e=Mg2+，右侧电极为正极，电极反应式为CoS2+4Li++4e=Co+2Li2S，充电时，Mg作阴极，右侧电极为阳极，据此分析作答。【解析】A．放电时，Mg作负极，CoS2电极为正极，正极的电势高于负极，则CoS2电极的电势高于Mg电极，A正确；B．放电时，右侧电极为正极，电极反应式为CoS2+4Li++4e=Co+2Li2S，每转移2mol e正极质量增加2mol×7g/mol=14g，B错误；C．由图可知，若充电电压为2.0V，充电过程中Co会转化为Co3S4，放电时Co3S4不能参与反应，故会造成电池性能衰减，C正确；D．由图可知，若充电电压为2.75V，右侧电极为阳极，电极反应式为Co+2Li2S4e=CoS2+4Li+，D正确；故选B。【题型3考查新型燃料电池】【例3】（2023·江苏·校联考模拟预测）肼可以用作燃料电池的燃料，一种肼燃料电池的工作原理如图所示，电池工作过程中会有少量在电极表面发生自分解反应生成、、逸出。下列关于燃料电池的说法正确的是A．电池工作时化学能完全转化变为电能B．放电过程中，负极区溶液pH增大C．负极的电极反应式为：D．电池工作时，负极区消耗的NaOH与正极区生成的NaOH物质的量相等【答案】D【分析】燃料电池中，通入氧气的电极为正极，在碱性条件下，发生的电极反应为，，加入燃料肼的电极为负极，发生反应，该反应的总电极反应式为，N2H4+O2=N2+2H2O。【解析】A．任何实用电池都不可能将化学能完全转变为电能，A错误；B．由图可知放电时负极反应消耗，pH减小，B错误；C．由分析可知，负极反应式是，C错误；D．该电池放电总反应是，即负极消耗的NaOH与正极生成的NaOH物质的量相等，D正确；故答案为D。【变式31】（2023·河北·模拟预测）燃料电池近几年发展迅速，如图是科学家利用页岩气设计的一种固态(熔盐)燃料电池工作示意图。下列说法错误的是A．电极材料采用石墨烯，吸附甲烷的电极为负极，发生氧化反应B．通入氧气的电极上电极反应式为C．电池工作时，向通甲烷的电极一侧移动D．该电池的优点是二氧化碳可循环利用，不会释放温室气体【答案】D【解析】A．依题意，甲烷发生氧化反应生成二氧化碳，吸附甲烷的电极为负极，A项正确；B．、共同参与反应，电极反应式为，B项正确；C．根据原电池工作原理，阴离子向负极移动，C项正确；D．电池总反应为，会释放出二氧化碳，D项错误；故选D。【变式32】（2023·山西临汾·统考一模）某HCOOH空气燃料电池工作原理如图所示(离子交换膜只允许K+离子通过)。下列说法错误的是A．该电池工作时K+离子从Pt1电极迁移至Pt2电极B．Pt1的电极反应式为：HCOOH+3OH2e=+2H2OC．Pt2的电极反应式为：O2+2e+2H2O=4OHD．该电池实现了物质制备和发电的结合【答案】C【分析】根据上述装置可知，HCOOH空气碱性燃料电池中，HCOOH作负极，发生失电子的氧化反应，根据反应物和生成物可知，该电极反应式为：HCOOH+3OH2e=+2H2O，正极Pt2上氧气得电子生成水，其电极反应式为：O2+4e+2H2O=4OH，据此分析解答。【解析】A．原电池工作中，阳离子从负极会移向正极，则上述装置中，工作时K+离子从Pt1电极迁移至Pt2电极，A正确；B．根据上述分析可知，Pt1的电极反应式为：HCOOH+3OH2e=+2H2O，B正确；C．根据上述分析可知，Pt2的电极反应式为：O2+4e+2H2O=4OH，C错误；D．该装置实现了化学能到电能的转化，也制备得到了KHCO3，D正确；故选C。【变式33】（2023·安徽合肥·统考一模）某科研机构研发的NO—空气燃料电池的工作原理如图所示，下列叙述正确的是A．a电极为电池负极B．电池工作时透过质子交换膜从右向左移动C．b电极的电极反应：D．当外电路中通过电子时，a电极处消耗【答案】C【分析】NO—空气燃料电池的工作原理如图所示，氧气发生还原反应，故a为正极、b为负极；【解析】A．由分析可知，a电极为电池正极，A错误；B．原电池中氢离子向正极移动，故电池工作时透过质子交换膜从左向右移动，B错误；C．b电极上NO失去电子发生氧化反应生成硝酸，电极反应：，C正确；D．没有标况，不能计算氧气的体积，D错误；故选C。【题型4考查新型电解池】【例4】（2024·山东日照一中校联考一模）实验室可用苯乙酮间接电氧化法合成苯甲酸，其原理如图所示。下列说法错误的是A．膜m为阴离子交换膜B．每生成1mol苯甲酸盐，转移4mol电子C．电路中转移2mol电子，阴极区溶液质量减少18gD．若用铅蓄电池作电源，a电极应与极相连【答案】D【分析】根据图象可知，a极碘离子失电子生成碘单质，作阳极，则电极材料为惰性电极；b极为阴极，水得电子生成氢气和氢氧根离子。【解析】A．a极区碘单质与氢氧根离子反应生成次碘酸根离子，为保持电荷守恒，则需b极产生的氢氧根离子移动到a极区，则膜X为阴离子交换膜，A错误；B．a极碘离子失电子生成碘单质，碘单质与氢氧根离子反应生成次碘酸根离子，次碘酸根将苯乙酮氧化生成苯甲酸盐：+3IO=

+CHI3+2OH，可得3I2～3IO～～6e，每生成1mol苯甲酸盐，转移6mol电子，B错误；C．阴极反应式：2H2O＋2e－=H2↑＋2OH－，电路中转移2mol电子，阴极区产生1molH2，移向阳极区2molOH－，阴极区溶液质量减少36g，C错误；D．a电极为阳极，若用铅蓄电池作电源，a电极应与铅蓄电池正极极相连，D正确；故选D。【变式41】（2024·湖南岳阳一中校联考一模）某无隔膜流动海水电解法制的装置如下图所示，其中高选择性催化剂PRT可抑制产生。下列说法正确的是A．b端电势高于a端电势 B．理论上转移生成C．电解过程中主要发生②和③ D．电解的总反应主要为：【答案】C【分析】根据图示，钛网上海水中Cl、H2O发生失电子的氧化反应生成HClO、O2，钛网为阳极，电极反应式为，钛箔上生成H2，钛箔上生成H2的电极反应为，钛箔为阴极，b为负极，a为正极。高选择性催化剂PRT可抑制O2产生，电解的主要总反应为，以此解题。【解析】A．由分析可知，a为正极，b电极为负极，则a端电势高于b端电势，A错误；B．右侧电极上产生氢气的电极方程式为：，则理论上转移生成，B错误；C．钛网为阳极，电极反应式为②。钛箔为阴极，生成H2的电极反应为③，C正确；D．由分析可知，电解的主要总反应为，D错误；故选C。【变式42】（2024·河北·校联考模拟预测）微生物电解池(MEC)作为一种新的CO2再利用技术，可通过将电活性微生物与电化学刺激相结合的方式，将CO2转化为低碳燃料CH4，从而实现CO2固定和能量回收，下列说法正确的是A．直流电源a极是负极，发生氧化反应B．N极上的电极反应为：C．在电解过程中H+从N极向M极移动D．电活性微生物可以加快电子转移【答案】D【分析】由图可知，该装置为电解池，与直流电源正极a极相连的M极为电解池的阳极，在微生物作用下有机物在阳极失去电子发生氧化反应二氧化碳，与负极b极相连的N电极为阴极，酸性条件下二氧化碳在阴极得到电子发生还原反应生成甲烷和水。【解析】A．由分析可知，与直流电源正极a极相连的M极为电解池的阳极，故A错误；B．由分析可知，与负极b极相连的N电极为阴极，酸性条件下二氧化碳在阴极得到电子发生还原反应生成甲烷和水，电极反应式为，故B错误；C．由图可知，M极为电解池的阳极、N电极为阴极，则在电解过程中氢离子从M极向N极移动，故C错误；D．电活性微生物可以使有机物被氧化的反应速率较快，从而加快电子转移，故D正确；故选D。【变式43】（2024·四川成都七中校考一模）电芬顿工艺被认为是一种很有应用前景的高级氧化技术，可用于降解去除废水中的持久性有机污染物[如(苯酚)]，其工作原理如图所示(表示自由基，有强氧化性)。下列说法错误的是A．应与电源的负极相连B．在该电芬顿工艺中作催化剂C．上电极反应式之一为D．若处理苯酚，则理论上电路中通过电子【答案】D【分析】由图分析可知，此为电解池，且电极发生得电子得还原反应，为电解池得阴极，而Pt电极则为电解池的阳极。【解析】A．为电解池的阴极，接电源的负极，A正确；B．转化为，和过氧化氢生成羟基自由基和，在反应前后没有改变，是该电芬顿工艺的催化剂，B正确；C．由图知阴极发生反应、，C正确；D．由反应，和，可知，消耗苯酚，电路中转移，D错误；故选D。【题型5考查离子交换膜在电化学中的应用】【例5】（2024·四川宜宾二中校考一模）我国电动汽车产业发展迅猛，多种车型采用三元锂电池，该电池放电时工作原理如图所示。下列说法错误的是A．无论充电或放电，A极电势均低于B极B．充电时，外电路中流过0.1mol电子，A极质量减少0.7gC．放电时，正极反应为Li1aNixCoyMnzO2＋aLi＋＋ae=LiNixCoyMnzO2D．失去活性锂元素的三元正极材料可采用化学方法再生，实现循环利用【答案】B【解析】A．该电池放电时工作原理可知，放电时，A为负极B为正极，充电时，A为阴极B为阳极，故无论充电或放电，A极电势均低于B极，故A正确；B．充电时，A极电极反应为aLi++ae+6C=LiaC6，外电路中流过0.1mol电子，A极质量增加0.7g，故B错误；C．由该电池放电时工作原理可知，放电时B为正极，Li1aNixCoyMnzO2得电子结合Li+生成LiNixCoyMnzO2，正极反应为Li1aNixCoyMnzO2＋aLi＋＋ae=LiNixCoyMnzO2，故C正确；D．锂元素失去活性后，可采用化学方法再生，从而实现Li的循环利用，故D正确；故选B。【变式51】（2023·河南·校联考模拟预测）双极膜亦称双极性膜，是特种离子交换膜，它是由阳离子交换膜和阴离子交换膜复合而成。双极膜内层为水层，工作时水层中的H2O解离成H+和OH，并分别通过离子交换膜向两侧发生迁移。三碘甲烷(CHI3)又名碘仿，在医药和生物化学中用作防腐剂和消毒剂。电解法制取碘仿的工作原理如图所示，生成三碘甲烷的反应原理为C2H5OH+5IO=CHI3++2I+OH+2H2O。下列说法正确的是A．电极X连接直流电源的正极B．电极Y上的主要反应为I2e+2OH=IO+H2OC．电解一段时间后，硫酸溶液浓度升高D．每制备0.25mol三碘甲烷，理论上双极膜内解离90gH2O【答案】B【解析】A．电极X上H+放电生成H2，发生还原反应，该电极为阴极，应连接直流电源的负极，故A错误；B．电极M为阳极，电极上I被氧化成IO，电极反应式为I2e+2OH=IO+H2O，故B正确；C．电解过程中阴极区每消耗lmolH+，双极膜内就向阴极区转移lmolH+，所以硫酸浓度不变，故C错误；D．每制备0.25mol三碘甲烷，需要消耗1.25molIO，导线上转移2.5mole，分别有2.5molOH和2.5molH+移出双极膜，所以理论上双极膜内解离45gH2O，故D错误；故选B。【变式52】（2023·重庆巴蜀中学校考模拟预测）电有机合成相对于传统有机合成具有显著优势，利用如图所示装置实现电催化合成呋喃二甲酸。下列说法错误的是A．催化电极能降低电极反应的活化能B．在催化电极a放电可得到呋喃二甲酸C．阴极反应为

D．电路中每转移，阳极区与阴极区质量变化的差为【答案】D【分析】由图可知，a极上镍离子失去电子发生氧化反应，为阳极，则b为阴极；【解析】A．催化剂能降低电极反应的活化能，加快反应速率，A正确；B．由图示可知，在催化电极a放电生成1molNiO(OH)，然后发生反应6NiO(OH)+

+12H+=6Ni2++

+10H2O，则在催化电极a放电可得到呋喃二甲酸，B正确；C．阴极反应为分子中硝基被还原为氨基的过程，反应为

，C正确；D．反应时阳离子向阴极迁移，电路中每转移，会有1mol氢离子从阳极区进入阴极去，导致阳极区减小1g、阴极区增加1g，质量变化的差为2g，D错误；故选D。【变式53】（2023·浙江·校联考模拟预测）直接燃料电池是一种新型化学电源，其工作原理如图所示。电池放电时，下列说法不正确的是A．电池工作时，电极I电势低B．电极Ⅱ的反应式为：C．电池总反应为：D．当电路中转移0.1mol电子时，通过阳离子交换膜的为3.9g【答案】C【分析】电池工作时，电势低的是负极，电子从负极流向正极，故电极I为负极，电极Ⅱ为正极，负极：H2O22e+2OH=O2+2H2O，正极:。【解析】A．电池工作时，电势低的是负极，电子从负极流向正极，故电极I电势低，A正确；B．电极Ⅱ为正极，电极反应式为：，B正确；C．该电池放电过程中，负极区的OH来自KOH，正极区的来自H2SO4，K+通过阳离子交换膜进入正极区与硫酸根结合生成K2SO4，因此电池总反应为：，C错误；D．当电路中转移0.1mol电子时，通过阳离子交换膜的为0.1mol，即3.9g，D正确；故选C。【题型6考查金属腐蚀】【例6】（2024·陕西渭南·统考一模）用如图1所示装置及试剂进行铁的电化学腐蚀实验探究，测定具支锥形瓶中压强(p)随时间变化关系的曲线如图2所示，下列说法错误的是A．pH=2.0时，压强增大是因为生成H2B．pH=4.0时，不发生析氢腐蚀，只发生吸氧腐蚀C．pH=6.0时，正极主要发生电极反应式为D．整个过程中，负极电极反应式为【答案】B【解析】A．铁的电化学腐蚀主要是吸氧腐蚀和析氢腐蚀，pH=2.0时，压强增大说明气体量增多，是因为发生析氢腐蚀生成H2，A项正确；B．pH=4.0时，压强变化不大，说明既发生析氢腐蚀，又发生吸氧腐蚀，使得气体的量变化不大，B项错误；C．pH=6.0时，压强变小，主要发生吸氧腐蚀，正极主要发生O2的还原反应，电极反应式为，C项正确；D．整个过程中，铁作负极，发生氧化反应，所以负极电极反应式为，D项正确；故选B。【变式61】（2023·吉林长春·东北师大附中校考三模）实验小组研究金属电化学腐蚀，实验如下：实验装置5min时现象25min时现象I

铁钉表面及周边未见明显变化。铁钉周边出现少量红色和蓝色区域，有少量红棕色铁锈生成。Ⅱ

铁钉周边出现红色区域，未见蓝色出现，锌片周边未见明显变化。铁钉周边红色加深，区域变大，未见蓝色出现，锌片周边未见明显变化。下列说法不正确的是A．实验Ⅱ中时出现红色区域，说明铁钉腐蚀速率比Ⅰ快B．实验Ⅱ中正极的电极反应式：C．实验I如果使用纯铁材质铁钉能减慢其腐蚀速率D．若将Zn片换成Cu片，推测Cu片周边会出现红色，铁钉周边会出现蓝色【答案】A【分析】实验Ⅰ铁钉周边零星、随机出现极少量红色和蓝色区域，正极发生的是氧气得电子的还原反应，即2H2O+O2+4e=4OH，使酚酞溶液变红，负极是金属铁失电子的氧化反应，即Fe2e=Fe2+，与K3[Fe(CN)6]出现蓝色区域，Fe2++2OH=Fe(OH)2，合并得到：2Fe+2H2O+O2=2Fe(OH)2↓，4Fe(OH)2+2H2O+O2=4Fe(OH)3，有少量红棕色铁锈生成，实验Ⅱ5min铁钉周边出现红色区域，未见蓝色出现锌片周边未见明显变化，25min铁钉周边红色加深，区域变大，未见蓝色出现锌片周边未见明显变化，说明Zn保护了Fe，使铁的腐蚀速率比实验I慢，据此分析答题。【解析】A．实验Ⅱ5min铁钉周边出现红色区域，未见蓝色出现锌片周边未见明显变化，25min铁钉周边红色加深，区域变大，未见蓝色出现锌片周边未见明显变化，说明Zn保护了Fe，使铁的腐蚀速率比实验I慢，A错误；B．实验Ⅱ中金属铜是正极，氧气发生得电子的还原反应：O2+2H2O+4e═4OH，B正确；C．实验I如果使用纯铁材质铁钉只能进行化学腐蚀，而不纯的铁质材料则能够形成电化学腐蚀，电化学腐蚀速率比化学腐蚀快，故能减慢其腐蚀速率，C正确；D．将Zn片换成Cu片，铁做负极加快腐蚀，推测Cu片周边会出现红色，铁钉周边会出现蓝色，D正确；故选A。【变式62】（2023·辽宁鞍山·统考一模）点蚀又称为孔蚀，是一种集中于金属表面很小的范围并深入到金属内部的腐蚀形态。某铁合金钝化膜破损后的孔蚀如图，下列说法错误的是A．孔隙中有可能发生析氢腐蚀B．孔蚀中水解导致电解质溶液酸性增强C．为防止孔蚀发生可以将外接电源负极与金属相连D．蚀孔外每吸收2.24L，可氧化0.2molFe【答案】D【解析】A．孔隙中电解液呈酸性，可以发生析氢腐蚀，A正确；B．孔蚀中Fe2+水解+2H2OFe(OH)2+2H+，导致电解质溶液酸性增强，B正确；C．将外接电源负极与金属相连，金属作电解池阴极，属于外加电流法保护，可以防止孔蚀发生，C正确；D．未指明状态，无法根据气体摩尔体积公式作出具体计算，D错误；故选D。【变式63】（2023·湖南·校联考二模）某同学利用如图所示装置探究金属的腐蚀与防护，下列说法不正确的是A．③区电极电势Cu高于FeB．①区Fe电极和③区Fe电极电极反应均为Fe—2e—=Fe2+C．②区Zn电极和④区Cu电极电极反应均为2H2O+2e—=H2↑+2OH—D．②区Fe电极和④区Fe电极附近滴加K3[Fe(CN)6]溶液，均会出现蓝色沉淀【答案】B【分析】由图可知，①区和③区为原电池，②区和④区构成电解池，①区中锌为负极、铁为正极，③区中铁为负极、铜为正极，②区中与与直流电源正极相连的铁为电解池的阳极、锌为阴极，④区中与直流电源正极相连的铁为电解池的阳极、铜为阴极。【解析】A．由分析可知，③区中铁为负极、铜为正极，则③区电极电势正极铜高于负极铁，故A正确；B．由分析可知，①区中铁为正极，氧气在正极得到电子发生还原反应生成氢氧根离子，电极反应式为O2+4e—+2H2O=4OH—，故B错误；C．由分析可知，②区锌电极和④区铜电极均为电解池的的阴极，电极反应式均为2H2O+2e—=H2↑+2OH—，故C正确；D．由分析可知，②区铁电极和④区铁电极均为电解池的的阳极，电极反应式均为Fe—2e—=Fe2+，放电生成的亚铁离子均能与铁氰化钾溶液反应生成蓝色沉淀，故D正确；故选B。【题型7考查金属防护】【例7】（2023·重庆市育才中学校联考模拟预测）下列文物修复与保护，主要运用“金属电化学腐蚀与金属保护”原理的是选项ABCD文物名称元青花四爱图梅瓶越王勾践剑云梦睡虎地秦简石家河玉人像【答案】B【解析】“瓶”主要成分是硅酸盐；“剑”主要成分是合金；“简”主要成分是纤维素；“玉”主要成分是硅酸盐等，剑的修复和保护要运用金属电化学腐蚀知识和金属保护知识；故选B。【变式71】（2023·北京海淀·统考二模）甲、乙同学分别用如图所示装置验证铁的电化学防腐原理，相同时间后继续进行实验。实验①：甲同学分别向Ⅰ、Ⅱ中Fe电极附近滴加K3[Fe(CN)6]溶液，Ⅰ中产生蓝色沉淀，Ⅱ中无沉淀。实验②：乙同学分别取Ⅰ、Ⅱ中Fe电极附近溶液，滴加K3[Fe(CN)6]溶液，Ⅰ、Ⅱ中均无沉淀。下列说法正确的是A．Ⅰ是牺牲阳极保护法，正极反应式为B．Ⅱ为外加电流阴极保护法，Fe电极与外接电源的正极相连C．由实验①中Ⅰ、Ⅱ现象的差异，推测K3[Fe(CN)6]在Ⅰ中氧化性强于ⅡD．由实验可知，两种保护法均能保护，且Ⅱ保护得更好【答案】D【解析】A．由图可知，Fe电极是正极，Zn电极是负极，属于牺牲阳极的阴极保护法，由于电解质溶液呈酸性，故正极上氢离子得电子，则正极的反应为：2H++2e═H2↑，A错误；B．外加电流阴极保护法中要保护的电极应与外接电源的负极相连，即Fe电极与外接电源的负极相连，B错误；C．由实验②现象可知，反应能否发生与K3[Fe(CN)6]在Ⅰ、Ⅱ中的氧化性无关，C错误；D．对比Ⅰ、Ⅱ现象的差异可知，两种保护法均能保护Fe，且电解法保护的更好，即Ⅱ保护得更好，D正确；故选D。【变式72】（2023·山东潍坊·统考二模）地下管道表面附着的硫酸盐会促进钢铁发生厌氧腐蚀，为减少腐蚀的发生，可使钢管与外接电源相连，使其表面形成致密的。下列说法错误的是A．钢管应与电源的负极相连 B．电压过高有可能会加剧腐蚀C．发生厌氧腐蚀会使土壤碱性增强 D．厌氧腐蚀过程中有生成【答案】A【解析】A．钢管表面形成，失去电子，作为阳极，应与正极相连，故A错误；B．电压过高，内层金属可能会继续失电子被氧化，加剧腐蚀，故B正确；C．厌氧腐蚀中氢离子浓度减小，氢氧根离子增大，碱性增强，故C正确；D．铁失电子生成Fe2+，与S2生成，故D正确；故选A。【变式73】（2023·上海崇明·统考一模）用如图示的方法可以保护钢质闸门。下列说法正确的是A．当a、b间用导线连接时，X可以是锌棒，X上发生氧化反应B．当a、b间用导线连接时，X可以是锌棒，电子经导线流入XC．当a、b与外接电源相连时，a应连接电源的正极D．当a、b与外接电源相连时，阴极的电极反应式：2Cl2e=Cl2↑【答案】A【解析】A．当a、b间用导体连接时构成原电池，X为Zn时，Zn发生氧化反应，属于牺牲阳极法，可以保护钢闸门，A正确；B．当a、b间用导体连接时构成原电池，X为Zn时，Zn为负极，电子从负极X流出，B错误；C．当a、b与外接电源相连时，属于外加电流法，a应连接电源的负极，C错误；D．当a、b与外接电源相连时，阴极发生得电子的还原反应，D错误；故选A。【题型8考查电化学的有关计算】【例8】（2024·浙江宁波镇海中学校考模拟预测）我国科学家开发出碱性海水里直接电解制氢的技术，工作原理如图1所示。隔水薄膜可以起到阻挡与电极催化剂活性中心接触的作用，电极A含有M金属的催化剂，发生的电极反应过程如图2所示，离子交换膜选择性透过参与电极A反应的物质。下列说法错误的是A．电极A上发生的反应存在极性键的断裂与生成B．若去掉隔水薄膜，会在A电极失去电子生成C．电解结束后，电极B处去掉海水隔水膜，所得溶液中加入适量溶液无混浊现象D．每当有标准状况下的气体生成时，就会有电子从电极A流向电极B【答案】C【分析】从图2可知，M金属催化剂，催化氢氧根离子在电极A发生失电子的氧化反应生成氧气，电极反应式为，所以电极A为阳极，电极B为阴极。【解析】A．由图可知，电极A上发生的反应存在氢氧极性键的断裂与氢氧极性键的生成，A正确；B．去掉隔水薄膜，氯离子会在阳极A电极失去电子发生氧化反应生成氯气，B正确；C．电极B为阴极，水放电发生还原反应生成氢气和氢氧根离子：，则加入铁离子会生成氢氧化铁沉淀变浑浊，C错误；

D．电解总反应为，每当有标准状况下的气体生成时，则生成氧气，，故会有电子从电极A流向电极，D正确；故选C。【变式81】（2024·广东广雅中学校联考模拟预测）NOx是主要大气污染物，利用反应消除NO2污染的电化学装置如图所示。下列说法错误的是A．外电路的电子方向为a→负载→bB．b极的电极反应为：C．若离子交换膜为阴离子交换膜，则左池NaOH溶液浓度将增大D．电路中转移4mol电子时理论上可消除标准状况下1molNO2的污染【答案】C【分析】利用反应消除NO2污染，a极氨气失去电子发生氧化反应，为负极；b极二氧化氮得到电子发生还原反应，为正极。【解析】A．电子由负极流向正极，故外电路的电子方向为a→负载→b，A正确；B．b极二氧化氮得到电子发生还原反应生成氮气和氢氧根离子，b极的电极反应为：，B正确；C．a极氨气失去电子发生氧化反应，反应为，若离子交换膜为阴离子交换膜，消耗氢氧根离子由右侧迁移过来，但是反应生成水导致左池NaOH溶液浓度将减少，C错误；D．根据电子转移可知，2NO2~8e−，电路中转移4mol电子时理论上可消除标准状况下1molNO2的污染，D正确；故选C。【变式82】（2024·江苏连云港·统考一模）用如图所示的新型电池可以处理含的碱性废水，同时还可以淡化海水。下列说法正确的是A．a极电极反应式：B．电池工作一段时间后，右室溶液的减小C．交换膜Ⅰ为阳离子交换膜，交换膜Ⅱ为阴离子交换膜D．若将含有的废水完全处理，理论上可除去的质量为【答案】D【分析】由图可知，a电极在碱性条件下失去电子生成氮气，电极反应为，a为负极，则b为正极，电极反应为：2H++2e=H2↑，以此解题。【解析】A．由分析可知，a极电极反应式：，A错误；B．由分析可知，b为正极，电极反应为：2H++2e=H2↑，则消耗氢离子，pH增大，B错误；C．由A分析可知，a电极附近负电荷减少，则阴离子通过交换膜Ⅰ向左移动，由B分析可知，b电极附近正电荷减少，则阳离子通过交换膜Ⅱ向右移动，C错误；D．的物质的量为1mol，根据选项A分析可知，消耗1molCN时转移5mol电子，根据电荷守恒可知，可同时处理5mol，其质量为，D正确；故选D。【变式83】（2024·河南·统考模拟预测）一种基于固体电解质的可充电熔融钠电池，具有安全、电流密度高、使用条件宽泛等优点，其工作示意图如下所示，已知电池放电时不断有生成。下列说法错误的是A．放电时电极为负极 B．固体电解质含钠离子C．充电时阳极反应式： D．转移时，区和区的质量差改变【答案】D【分析】电池放电时不断有生成，可知放电时a为负极，电极反应为：，固体电解质只允许阳离子通过，固体电解质含钠离子，通过转移保持两侧电荷守恒，放电时b为正极，电极反应为：；充电时a为阴极，b为阳极，b极反应为：，据此分析；【解析】A．根据分析，放电时电极为负极，A正确；B．根据分析，固体电解质含钠离子，通过转移保持两侧电荷守恒，B正确；C．充电时b为阳极，b极反应为：，C正确；D．放电转移时，从区移出，区移入，两区质量差改变，D错误；故选D。【题型9考查电化学综合应用】【例9】（2023·湖南长沙·长沙一中校考模拟预测）四甲基氢氧化铵常用作电子工业清洗剂，下图为以四甲基氯化铵为原料，利用光伏并网发电装置采用电渗析法合成，下列叙述正确的是A．a极电极反应式：B．制备0.4mol时，两极共产生6.72L气体(标准状况)C．c为阳离子交换膜，d，e均为阴离子交换膜D．保持电流恒定，升高温度可以加快合成的反应速率【答案】B【分析】根据de池中浓度变化得出，钠离子从b极池通过e膜，氯离子从cd池通过d膜，由电解池中阳离子向阴极移动，阴离子向阳极移动，则a为阴极，b为阳极，a与N型半导体相连，b与P型半导体相连，所以N型半导体为负极，P型半导体为正极，以此解答。【解析】A．由题中信息可知，a为阴极，发生得电子的还原反应，其电极反应式为，故A错误；B．a极电极反应式为2+2H2O+2e=2+H2↑，收集氢气0.2mol，转移电子为0.4mol，b极电极反应式为4OH4e=O2↑+2H2O，收集氧气为0.1mol，标况下两极可得气体体积为0.3mol22.4L/mol=6.72LL，故B正确；C．由题中图示信息可知，Na+离子通过e膜，Cl通过d膜，(CH3)4N+通过c膜，所以c、e膜为阳离子交换膜，d为阴离子交换膜，故C错误；D．保持电流恒定，则单位时间a极得到的电子数目是恒定的，升高温度，电极反应的速率不变，故D错误；故选B。【变式91】（2023·广东·惠州一中校联考三模）钒电池是化学储能领域的一个研究热点，储能大、寿命长，利用该电池电解含的废水制备硝酸和氨水的原理如图所示，a、b、c、d电极均为惰性电极。下列说法中正确的是A．用钒电池处理废水时，a电极区溶液由蓝色变成黄色B．电势：a极高于c极C．膜2为阴离子交换膜，p口流出液为D．当钒电池有通过质子交换膜时，处理含的废水【答案】B【分析】钒电池放电时，阳离子向正极移动，则a为正极，b电极为负极，右图为电解池，电解含NH4NO3的废水制备硝酸和氨水，c电极为阴极，d电极为阳极，以此解答。【解析】A．钒电池放电时，a电极上VO→VO2+、发生得电子的还原反应、a电极为正极，b电极作负极，正极反应式为VO+2H++e=VO2++H2O，a电极区溶液由黄色变成蓝色，A错误；B．钒电池放电时，阳离子向正极移动，则a为正极，b电极为负极，电解池中c极为阴极，则电势：a极高于c极，B正确；C．右图为电解池，电解含NH4NO3的废水制备硝酸和氨水，c电极为阴极，d电极为阳极，阴极上H2O得电子生成H2和OH，废水中NH通过隔膜1进入X区，OH与NH反应生成NH3·H2O，阳极上H2O失电子生成O2和H+，废水中NO通过隔膜2进入Y区，H+与NO结合为HNO3，隔膜1为阳离子交换膜，隔膜2为阴离子交换膜，故q口流出液为硝酸，C错误；D．右图中阳极反应式为2H2O4e=O2↑+4H+，阴极反应式为2H2O+2e=H2↑+2OH，当左图装置中有2molH+通过质子交换膜时n()=2mol，所以质量为2mol×80g/mol=160g，D错误；故选B。【变式92】（2023·广西南宁·南宁三中校联考模拟预测）如图是利用甲醇燃料电池进行电化学研究的装置图，下列说法正确的是A．甲池将化学能转化为电能，总反应为2CH3OH+3O2=2CO2+4H2OB．乙池中的Ag不断溶解C．反应一段时间后要使乙池恢复原状，可加入一定量CuO固体D．当甲池中有22.4LO2参与反应时，乙池中理论上可析出12.8g固体【答案】C【分析】由图可知，甲池为甲醇燃料原电池，是化学能转化为电能的装置，电解液为KOH，甲醇发生氧化反应生成碳酸根离子，为负极；氧气发生还原反应生成氢氧根离子，为正极，总反应为；则石墨电极为阳极、银电极为阴极；【解析】A．由分析可知，甲池将化学能转化为电能，总反应为，A错误；B．银电极为阴极，铜离子得到电子发生还原反应生成铜单质，B错误；C．乙池阳极水放电发生氧化反应生成氧气，则乙池减少的为铜和氧元素，故反应一段时间后要使乙池恢复原状，可加入一定量CuO固体，C正确；D．没有标况，不能计算反应的氧气的物质的量，不能计算乙池析出物质质量，D错误；故选C。【变式93】（2023·福建宁德·统考一模）羟基自由基是自然界中氧化性仅次于氟的氧化剂。我国科学家设计了一种能将苯酚氧化为CO2和H2O的原电池电解池组合装置，实现了发电、环保两位一体。下列说法错误的是A．a极1molCr2O参与反应，理论上NaCl溶液中减少的离子为12NAB．电池工作时，b极附近pH减小C．右侧装置中，c、d两极产生气体的体积比(相同条件下)为7：3D．d极区苯酚被氧化的化学方程式为【答案】A【分析】由图示结合题意分析可知左侧为原电池装置，右侧为电解池装置，且a极反应为，b极反应为，据此回答。【解析】A．a极得电子生成，所以a是正极、b是负极；又a极反应，则a极参与反应转移6mol电子，OH通过阴离子交换膜进入NaCl溶液中；b是负极，转移6mol电子时有6molH+通过阳离子交换膜进入NaCl溶液中，HO、H+反应生成水，理论上NaCl溶液中离子数不变，A错误；B．电池工作时，b极反应为，b极附近pH减小，B正确；C．右侧为电解装置，c是阴极，c极反应式为，d为阳极，d极反应式为，，转移28mol电子，c极生成14mol氢气，d极生成6mol二氧化碳气体，所以两极产生气体的体积比(相同条件下)为7∶3，C正确；D．d极区苯酚被·OH氧化为二氧化碳，反应的化学方程式为，D正确；故选A。1.（2023·海南卷第8题）利用金属Al、海水及其中的溶解氧可组成电池，如图所示。下列说法正确的是A.b电极为电池正极B.电池工作时，海水中的Na+向a电极移动C.电池工作时，紧邻a电极区域的海水呈强碱性D.每消耗1kgAl，电池最多向外提供37mol电子的电量【答案】A【解析】铝为活泼金属，发生氧化反应为负极，则石墨为正极，b电极为电池正极，A正确；电池工作时，阳离子向正极移动，故海水中的Na+向b电极移动，B错误；电池工作时，a电极反应为铝失去电子生成铝离子，铝离子水解显酸性，C错误；每消耗1kgAl（为），电池最多向外提供mol电子的电量，D错误；故选A。2.（2023·广东卷第6题）负载有和的活性炭，可选择性去除实现废酸的纯化，其工作原理如图。下列说法正确的是（）A.作原电池正极B.电子由经活性炭流向C.表面发生的电极反应：D.每消耗标准状况下的，最多去除【答案】B【解析】O2在Pt得电子发生还原反应，Pt为正极，Cl在Ag极失去电子发生氧化反应，Ag为负极。由分析可知，Cl在Ag极失去电子发生氧化反应，Ag为负极，A错误；电子由负极Ag经活性炭流向正极Pt，B正确；溶液为酸性，故Pt表面发生的电极反应为，C错误；每消耗标准状况下11.2L的O2，转移电子2mol，而失去2mol电子，故最多去除，D错误。故选B。3.（2023·广东卷第13题）利用活性石墨电极电解饱和食盐水，进行如图所示实验。闭合，一段时间后A.U型管两侧均有气泡冒出，分别是和 B.a处布条褪色，说明具有漂白性C.b处出现蓝色，说明还原性： D.断开，立刻闭合，电流表发生偏转【答案】D【解析】闭合K1，形成电解池，电解饱和食盐水，左侧为阳极，阳极氯离子失去电子生成氯气，电极反应为2Cl—2e=Cl2↑，右侧为阴极，阴极电极反应为2H++2e=H2↑，总反应为2NaCl+2H2O2NaOH+H2↑+Cl2↑，据此解答。根据分析，U型管两侧均有气泡冒出，分别是Cl2和H2，A错误；左侧生成氯气，氯气遇到水生成HClO，具有漂白性，则a处布条褪色，说明HClO具有漂白性，B错误；b处出现蓝色，发生Cl2+2KI=I2+2KCl，说明还原性：，C错误；断开K1，立刻闭合K2，此时构成氢氯燃料电池，形成电流，电流表发生偏转，D正确；故选D。4.（2023·广东卷第16题）用一种具有“卯榫”结构的双极膜组装电解池(下图)，可实现大电流催化电解溶液制氨。工作时，在双极膜界面处被催化解离成和，有利于电解反应顺利进行。下列说法不正确的是A.电解总反应：B.每生成，双极膜处有的解离C.电解过程中，阳极室中的物质的量不因反应而改变D.相比于平面结构双极膜，“卯榫”结构可提高氨生成速率【答案】B【解析】由信息大电流催化电解KNO3溶液制氨可知，在电极a处KNO3放电生成NH3，发生还原反应，故电极a为阴极，电极方程式为，电极b为阳极，电极方程式为，“卯榫”结构的双极膜中的H＋移向电极a，OH－移向电极b。由分析中阴阳极电极方程式可知，电解总反应为，故A正确；每生成，阴极得8mole－，同时双极膜处有8molH+进入阴极室，即有8mol的H2O解离，故B错误；电解过程中，阳极室每消耗4molOH，同时有4molOH通过双极膜进入阳极室，KOH的物质的量不因反应而改变，故C正确；相比于平面结构双极膜，“卯榫”结构具有更大的膜面积，有利于H2O被催化解离成H+和OH，可提高氨生成速率，故D正确；故选B。5.（2023·全国甲卷第6题）用可再生能源电还原时，采用高浓度的抑制酸性电解液中的析氢反应来提高多碳产物(乙烯、乙醇等)的生成率，装置如下图所示。下列说法正确的是A.析氢反应发生在电极上B.从电极迁移到电极C.阴极发生的反应有：D.每转移电子，阳极生成气体(标准状况)【答案】C【解析】由图可知，该装置为电解池，与直流电源正极相连的IrOxTi电极为电解池的阳极，水在阳极失去电子发生氧化反应生成氧气和氢离子，电极反应式为2H2O4e—=O2↑+4H+，铜电极为阴极，酸性条件下二氧化碳在阴极得到电子发生还原反应生成乙烯、乙醇等，电极反应式为2CO2+12H++12e−=C2H4+4H2O、2CO2+12H++12e−=C2H5OH+3H2O，电解池工作时，氢离子通过质子交换膜由阳极室进入阴极室。析氢反应为还原反应，应在阴极发生，即在铜电极上发生，故A错误；离子交换膜为质子交换膜，只允许氢离子通过，Cl不能通过，故B错误；由分析可知，铜电极为阴极，酸性条件下二氧化碳在阴极得到电子发生还原反应生成乙烯、乙醇等，电极反应式有2CO2+12H++12e−=C2H4+4H2O，故C正确；水在阳极失去电子发生氧化反应生成氧气和氢离子，电极反应式为2H2O4e—=O2↑+4H+，每转移1mol电子，生成0.25molO2，在标况下体积为5.6L，故D错误；故选C。6.（2023·新课标卷第10题）一种以V2O5和Zn为电极、水溶液为电解质的电池，其示意图如下所示。放电时，Zn2+可插入V2O5层间形成。下列说法错误的是A.放电时V2O5为正极B.放电时Zn2+由负极向正极迁移C.充电总反应：D.充电阳极反应：【答案】C【解析】由题中信息可知，该电池中Zn为负极、V2O5为正极，电池的总反应为。由题信息可知，放电时，Zn2+可插入V2O5层间形成，V2O5发生了还原反应，则放电时V2O5为正极，A说法正确；Zn为负极，放电时Zn失去电子变为Zn2+，阳离子向正极迁移，则放电时Zn2+由负极向正极迁移，B说法正确；电池在放电时的总反应为，则其在充电时的总反应为，C说法不正确；充电阳极上被氧化为V2O5，则阳极的电极反应为，D说法正确；故选C。7.（2023·浙江选考1月第11题）在熔融盐体系中，通过电解TiO2和SiO2获得电池材料（TiSi），电解装置如图，下列说法正确的是（）A.石墨电极为阴极，发生氧化反应B.电极A的电极反应：C.该体系中，石墨优先于Cl参与反应D.电解时，阳离子向石墨电极移动【答案】C【解析】由图可知，在外加电源下石墨电极上C转化为CO，失电子发生氧化反应，为阳极，与电源正极相连，则电极A作阴极，TiO2和SiO2获得电子产生电池材料（TiSi），电极反应为。在外加电源下石墨电极上C转化为CO，失电子发生氧化反应，为阳极，A错误；电极A的电极反应为，B错误；根据图中信息可知，该体系中，石墨优先于Cl参与反应，C正确；电解池中石墨电极为阳极，阳离子向阴极电极A移动，D错误；故选C。8.（2023·全国乙卷第12题）室温钠硫电池被认为是一种成本低、比能量高的能源存储系统。一种室温钠硫电池的结构如图所示。将钠箔置于聚苯并咪唑膜上作为一个电极，表面喷涂有硫黄粉末的炭化纤维素纸作为另一电极。工作时，在硫电极发生反应：S8+e→S，S+e→S，2Na++S+2(1)e→Na2Sx下列叙述错误的是A.充电时Na+从钠电极向硫电极迁移B.放电时外电路电子流动的方向是a→bC.放电时正极反应为：2Na++S8+2e→Na2SxD.炭化纤维素纸的作用是增强硫电极导电性能【答案】A【解析】由题意可知放电时硫电极得电子，硫电极为原电池正极，钠电极为原电池负极。充电时为电解池装置，阳离子移向阴极，即钠电极，故充电时，Na+由硫电极迁移至钠电极，A错误；放电时Na在a电极失去电子，失去的电子经外电路流向b电极，硫黄粉在b电极上得电子与a电极释放出的Na+结合得到Na2Sx，电子在外电路的流向为a→b，B正确；由题给的的一系列方程式相加可以得到放电时正极的反应式为2Na++S8+2e→Na2Sx，C正确；炭化纤维素纸中含有大量的炭，炭具有良好的导电性，可以增强硫电极的导电性能，D正确；故选A。9.（2023·辽宁卷第7题）某无隔膜流动海水电解法制H2的装置如下图所示，其中高选择性催化剂可抑制产生。下列说法正确的是（）A.b端电势高于a端电势B.理论上转移生成C.电解后海水下降D.阳极发生：【答案】D【解析】由图可知，左侧电极产生氧气，则左侧电极为阳极，电极a为正极，右侧电极为阴极，b电极为负极，该装置的总反应产生氧气和氢气，相当于电解水，以此解题。由分析可知，a为正极，b电极为负极，则a端电势高于b端电势，A错误；右侧电极上产生氢气的电极方程式为：2H++2e=H2↑，则理论上转移生成，B错误；由图可知，该装置的总反应为电解海水的装置，随着电解的进行，海水的浓度增大，但是其pH基本不变，C错误；由图可知，阳极上的电极反应为：，D正确；故选D。10.（2023·辽宁卷第11题）某低成本储能电池原理如下图所示。下