2024年高考化学二轮复习-新型电化学装置分析（新高考专用）

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+2H2O①

C02+2NaOH=Na2CO3+H20②

①+②可得甲烷燃料电池的总反应式：CH4+2O2+2NaOH-Na2co3+3氏。。

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。2,因电解质溶液不同，故其电极反应也会

有所不同：

+-

⑴酸性电解质：O2+4H+4e=2H2Oo

--

（2）碱性电解质：O2+2H2O+4e=4OHo

（3）固体电解质（高温下能传导。2一）：O2+4e-=2O2-o

（4）熔融碳酸盐（如熔融K2co3）：O2+2CO2+4e=2C0F»

第三步，电池的总反应式一电池的正极反应式=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：

Ag+Fe3+CU2+H+酸Fe2+Zn2+H+水Al3+Mg2+Na+Ca2+K+

----------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:

活泼电极>S2->「>Bd>Cr>OH->含氧酸根离子》F-

----------失去电子一由易到难----------*

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—===C12f（氧化反应）

阴极反应式：2H++2e—===H2f（还原反应）

总反应方程式：2NaCl+2H20=里醛2NaOH+H2f+Cl2T

（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AgNCh溶液等含镀层金属阳离子的盐溶液。

电极反应：阳极：Ag一^^=Ag+；阴极：Ag++e-^=Ago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】

L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

.金属的防

条件水膜酸性较强（PHW4.3）水膜酸性很弱或呈中性3

护⑴电化

电极负极Fe-2e===Fe2+

学防护。

反应正极2H++2屋===H2f02+2H2。+4e-===4OJT

①牺牲阳

总反应式Fe+2H+===Fe?++H2T

2Fe+Ch+2H2O=2Fe(OH)2极的阴极

保护法一

联系吸氧腐蚀更普遍

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一电解原理

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】

L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

锌铜原电池

①负极反应式：Zn2e=Zn2+

ZnL

②正极反应式：Cu2++2e=Cu

甲哥乙

/阳•子

1mol-L-1③Zi?+通过阳离子交换膜进入正极区

1mol-L_,

交换膜CuSO4(aq)

ZnSO4(aq)

④阳离子一透过阳离子交换膜-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

■1

①阴极反应式：

-2H2O+2e=H2f+20H

△

②阳极反应式：2I2e=I2

Pt、-Pt

———阴离子③阴极产生的0H移向阳极与阳极产物反应：3I+6OH=IO+5I+3HO

三交换膜232

④阴离子一透过阴离子交换膜一电解池阳极（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CH3co0H),可获得清洁能源H2

AB

『电源H

t①阴极反应式：2H++2e=H2T

惰+

性r②阳极反应式：CH3COOH8e+2H2O=2CO2t+8H

电

极:酸

迤

稀6③阳极产生的H+通过质子交换膜移向阴极

/

质子交换膜

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

竞争放电:H+>A/竞争放电：OH->B“-

+

2H2O+2e=H2f+2OH-2H2O-4e=4H+O2f

阴极阳极

有膜:纯净的H2、A(OH)m有膜:纯净的C>2、H.B

无膜：包和。2的混合气体无膜：也和。2的混合气体

将含AnBm的废水再生为HnB和

的原理：已知为金属

A(OH)mA11阳中子交换膜阴离子、交换膜I

活动顺序表H之前的金属，B。为

------不

产：—,

含氧酸根离子Am+

gL>!卫打不

通过能通过

—I—

A(OH)m浓AaBm(aq)H„B

若无膜只能得到A”Bm浓溶液

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pH变化：0H生成区，H，消耗区，pH增大；0H消耗区，生成区，pH减小。

【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Lii-xC6+xLi+xe=LiC6,Li[GS/Si]O2-xe-=Lii-x[GS/Si]O2+xLis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Lii£GS/Si]O2+xLi++xe-=Li[GS/Si]C>2

D.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—x/=Li-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Bo

【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LiClO,的乙二醇二甲醛

（CH3。CH2CH2。CH3）溶液，总反应为xLi+CFx—xLiF+C,放电产物LiF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a

B.离子交换膜为阴离子交换膜

C.电解质溶液可用LiClO"的乙醇溶液代替

D.正极的电极反应式为CF'+xe—xLi*-xLiF+C

【答案】D

【分析】电解质为LiCICM的乙二醇二甲醛溶液，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：a；+xe+xLi+=xLiF+C,故D正确。

故选D。

【变式12］（2023•四川泸州模拟预测）如图a酸性锌锦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，二氧化铳，氯化锌和氯化镂等组成的填充物，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/℃

020406080100

化合物

NH4cl29.337.245.855.365.677.3

ZnCh343395452488541614

A.该电池的正极反应式为MnO2+e-+H+=MnOOH

B.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1:1

C.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镂，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锦、碳粉和MnOOH,欲从中得到较纯的二

氧化镒，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MnCh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+CO2电解H2+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镂，C项正

确；

D.在空气中加热碳粉会转化为二氧化碳，MnOOH分解生成二氧化锦，所以加热法可以除去二氧化铳中的

MnOOH和碳粉，得到较纯的二氧化镐，D项正确；

故选B。

【变式13]（2023•浙江•统考一模）普通锌锦干电池的简图（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锌和炭黑的混合物，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、氯化镂和淀粉等调成糊状作电解质溶液；该电池工

2+

作时的总反应为：Zn+2NH4++2MnO2=[Zn（NH3）2]+Mn2O3+H2O

关于锌锦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=M112O3+2NH3+H2O

C.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」mol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；

+-2++

B、根据原电池工作原理，负极应是失电子的，Zn+2NH4-2e=[Zn（NH3）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O.lmol电子消耗锌的质量是65x0.1/2g=3.25g,故D错误。

故选Co

【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

xFeS2+4LixSi.41xFe+2xLi2s+4Si。

下列说法不正确的是

A.电解液不能选用Li2SO4或者LiCl的水溶液

B.电池放电时Li+从b极脱嵌，而充电时，Li+从a极脱嵌

C.充电时，a极反应式为xFe+2xLi2s-4x—=4xLi++xFeS?

D.该电池工作时，每转移ImoleZ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4xLi++xFeS2+4xe=xFe+2xLi2S；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xFe+2xLi2s-4xe-=4xLi++xFeSz，故C正确；

D.由分析可知，电池工作时，转移Imol电子，负极减少Imol锂离子，正极增加Imol锂离子，则两极质

量变化之差为1molx7g/mol+1molx7g/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，与涂覆氢氧化银的银基电极组成可

充电电池，其示意图如下。放电时，Zn转化为2ZnC(V3Zn(OH)2。下列说法错误的是

A.放电时，正极反应为：Ni(OH)2+2e-=Ni+2OH-

B.放电时，若外电路有0.2mol电子转移，则有O.lmolZn?+向正极迁移

C.充电时，a为外接电源负极

D.充电时，阴极反应为：2ZnCO3-3Zn(OH)2+10e-=5Zn+2CO^~+6OH-

【答案】B

【分析】放电时，锌基电极为负极，Zn转化为2ZnCCV3Zn(OH)2，电极反应式为：

5Zn+2CO^+6OH-10e=2ZnCO3-3Zn(OH)2,银基电极为正极，电极反应式为：

Ni(OH)2+2e=Ni+2OH-,充电时，a接电源负极，锌基电极为阴极，电极反应式为：

2ZnCC)3-3Zn(OH)2+10e-=5Zn+2CO；+6OH-,b接电源正极，银基电极为阳极，电极反应式为：

Ni+2OH-2e-=Ni(OH)2。

【解析】A.放电时，银基电极为正极，电极反应式为：Ni(OH)2+2e-=Ni+2OH-,A正确；

B.放电时，锌基电极为负极，Zn转化为2ZnC(V3Zn(OH)2，电极反应式为：

5Zn+2COl-+6OH-lOe"=2ZnCO3-3Zn(OH)2,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：2ZnCO3-3Zn(OH)2+10e-=5Zn+2CO；-+6OH，D正确；

故选Bo

【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Cu

B.充电时，水系电池中，a电极附近的碱性增强

C.充电时，Nao.44MnChxe=Nao.44xMn02+xNa+

D.当1moicU3(PO4)2完全放电时，则电池内部有6moiNa+发生迁移

【答案】D

【分析】由图可知，放电时为原电池，a极上Cu3(PC)4)2一CsOfCu、发生得电子的还原反应，b极上

Nao.44Mn02TNa().44xMn02、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

+

Nao.44Mn02xe=Nao.44xMn02+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Nao.44xMn02+xNa++xe=Nao.44Mn02,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lmolCu3（PO4）2完全放电时，转移电子6mol,

有6moiNa+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，C0S2电极的电势高于Mg电极

B.放电时，每转移2moie,正极质量减少14g

C.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：Co+2Li2S-4e-=CoS2+4Li

【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，C0S2电极为正极，正极的电势高于负极，则C0S2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2mole正极质量增加

2molx7g/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Bo

【题型3考查新型燃料电池】

【例3】（2023•江苏•校联考模拟预测）期可以用作燃料电池的燃料，一种脱燃料电池的工作原理如图所示,

电池工作过程中会有少量NR,在电极表面发生自分解反应生成NH3、N2,凡逸出。

下列关于N2H4-O2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：N2H4-4e-=N2+4H

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，O2+4e+2H2O=4OH,

加入燃料肿的电极为负极，发生反应NR4-4e+40HWHQ+N2,该反应的总电极反应式为，

N2H4+O2=N2+2H2。。

【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0H\pH减小，B错误；

C.由分析可知，负极反应式是NRaTe-+4OT=N2+4HQ,C错误；

D.该电池放电总反应是N2H4+O2=N2+2H2O,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O2+2c+4e-=2COj

C.电池工作时，CO：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.0”CC）2共同参与反应，电极反应式为O2+2CO2+4e-=2CO>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CH4+2O2=CO2+2HQ,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Pti电极迁移至Pt2电极

B.Pti的电极反应式为：HCOOH+3OH2e=HCO'+2H2O

C.Pt2的电极反应式为：Ch+2e+2H2O=4OH

D.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=HCO3+2H2O,正极Pt2上氧气得电子生成水,

其电极反应式为：Ch+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Pti电极迁移至

Pt2电极，A正确；

B.根据上述分析可知，Pti的电极反应式为：HCOOH+3OH2e=HCO3+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KHCCh,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H+透过质子交换膜从右向左移动

+

C.b电极的电极反应：NO-3e+2H2O=4H+NO；

D.当外电路中通过02mol电子时，a电极处消耗O4.12L

【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H+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：NO-3e+2H2O=4H+NO-,C正确；

D.没有标况，不能计算氧气的体积，D错误；

故选Co

【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Imol苯甲酸盐，转移4moi电子

C.电路中转移2moi电子，阴极区溶液质量减少18g

D.若用铅蓄电池作电源，a电极应与PbOz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

Imol苯甲酸盐，转移6moi电子，B错误；

C.阴极反应式：2H2。+2『=H2T+2OH，电路中转移2moi电子，阴极区产生Imol七，移向阳极区2moi

OH,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PM）2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H?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2moi片生成4gH2

由解

C.电解过程中主要发生②和③D.电解的总反应主要为：2凡0=2凡，+。2，

【答案】C

【分析】根据图示，钛网上海水中C1、氏。发生失电子的氧化反应生成HC1O、02,钛网为阳极，电极反应

式为Cr+Hq-2e=HClO+H+,钛箔上生成H2,钛箔上生成H2的电极反应为2H，，钛箔为阴极，

b为负极，a为正极。高选择性催化剂PRT可抑制02产生，电解的主要总反应为

电解

C1+2H,O=HC1O+H,t+OH，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：2H++2白=凡九则理论上转移2moi片生成2gH”B错误；

C.钛网为阳极，电极反应式为②Cr+H2O-2e=HClO+H+。钛箔为阴极，生成H2的电极反应为③

+

2H+2e=H2T,C正确；

申解

D.由分析可知，电解的主要总反应为C1+2HQ=HC1O+H,，+OlT，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：CO2+8e-+6H2O=CH4+8OH

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CG>2+8e-+8H+=CH4+2H2。，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Q-OH（苯酚）］,其工作原理如图所示（OH表示自由基，有强

氧化性）。下列说法错误的是

A.HMC-3应与电源的负极相连

B.Fe?+在该电芬顿工艺中作催化剂

C.HMC-3上电极反应式之一为。2+211++2b=凡02

D.若处理Imol苯酚，则理论上电路中通过14moi电子

【答案】D

【分析】由图分析可知，此为电解池，且HMC-3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.HMC-3为电解池的阴极，接电源的负极，A正确；

B.Fe3+转化为Fe?+,Fe?+和过氧化氢生成羟基自由基和Fe3+,Fe3+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Fe3++e-=Fe?+、O2+2H+2e-=H2O2,C正确；

+2+3++

D.由反应C6H6O+28OH=6CO2+17H2O,H+Fe+H2O2=H2O+OH+Fe和O2+2H+2e「=H2O2,

Fe3++F=Fe2+可知，消耗Imol苯酚，电路中转移84moia，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O.lmol电子，A极质量减少0.7g

C.放电时，正极反应为LiiaNixCoyMnzO2+aLi++ae=LiNixCoyMnzCh

D.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O.lmol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，LiiaNixCoyMnzCh得电子结合Li+生成LiNixCoyMnzCh,

+

正极反应为LiiaNixCoyMnzO2+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(CHb)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+CO^+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+H2O

C.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90gH2。

【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+20H=10+压0,故B正确；

C.电解过程中阴极区每消耗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45gH2。，故D错误；

故选Bo

【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吠喃二甲酸。下列说法母族的是

A.催化电极能降低电极反应的活化能

B.ImolNi2+在催化电极a放电可得到26g吹喃二甲酸

C.阴极反应为HO——NO?+6el+6JT=HO—<~\—NH2+2H2O

D.电路中每转移Imolel阳极区与阴极区质量变化的差为lg

【答案】D

【分析】由图可知，a极上银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，ImolNi?+在催化电极a放电生成ImolNiO(OH),然后发生反应6NiO(OH)+

HOCHh^r^CHO+i2H+=6Ni2++HOOC、^^^COOH+10H2O,则imolNi2+在催化

电极a放电可得到!molx156g/mol=26g映喃二甲酸，B正确；

6

C.阴极反应为分子中硝基被还原为氨基的过程，反应为HOTQKNOZ+6e+6H+=

HO一《~~〉—NH2+2比0'C1E确；

D.反应时阳离子向阴极迁移，电路中每转移Imolel会有Imol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HzOz-HQ?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：H2O2+2e-+2H=2H2O

C.电池总反应为：2H2O2=O2T+2H2O

D.当电路中转移O.lmol电子时，通过阳离子交换膜的K+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=O2T+2H2O,正极：H2O2+2e-+2H=2H2Oo

【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：H2O2+2e-+2H=2H2O,B正确；

C.该电池放电过程中，负极区的OH来自KOH,正极区的H+来自H2s04,K+通过阳离子交换膜进入正

极区与硫酸根结合生成K2s04,因此电池总反应为：2H2O2+2KOH+H2SO4=O2T+K2SG>4+4H,O,C错误;

D.当电路中转移O.lmol电子时，通过阳离子交换膜的K+为O.lmol,即3.9g,D正确；

故选Co

【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H2

B.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+4—+4H+=2凡。

D.整个过程中，负极电极反应式为Fe-2e「=Fe?+

【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02的还原反应，电极反应式为

+

O2+4e-+4H=