题型02 电化学图像分析(解析版)

题型02电化学图像分析电化学电化学图象题是高考中电化学最常见的呈现方式，通过陌生电化学装置图，考查学生接受、吸收、整合化学信息的能力，也体现了对“宏观辨识与微观探析”的学科核心素养考查。命题角度主要有新型一般电池、新型可充电电池、新型燃料电池、电解池原理及其应用，另外有无离子交换膜也是关注的角度。在复杂、陌生、新颖的研究对象和真实问题情境下，体现了对电化学知识基础性、综合性、创新性和应用性的考查。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3．原电池及其设计(1)原电池闭合回路的形成有多种方式，可以是导线连接两个电极，也可以是两电极相接触。(2)电解质溶液中阴、阳离子的定向移动，与导线中电子的定向移动共同组成了一个完整的闭合回路。(3)无论在原电池还是在电解池中，电子均不能通过电解质溶液。(4)原电池设计步骤4．二次电池结构原理5．锂离子电池充放电分析正极材料：LiMO2(M：Co、Ni、Mn等)；LiM2O4(M：Co、Ni、Mn等)；LiMPO4(M：Fe等)负极材料：石墨(能吸附锂原子)负极反应：LixCn－xe－=xLi＋＋Cn正极反应：Li1－xMO2＋xLi＋＋xe－=LiMO2总反应：Li1－xMO2＋LixCnCn＋LiMO2。6．燃料电池结构分析7．解答燃料电池题目的几个关键点①要注意介质是什么？是电解质溶液还是熔融盐或氧化物。②通入负极的物质为燃料，通入正极的物质为氧气。③通过介质中离子的移动方向，可判断电池的正负极，同时考虑该离子参与靠近一极的电极反应。8．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。9．离子交换膜的类型(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：Zn-2e-=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↑＋2OH-②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：CH3COOH-8e-＋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。1．(2023•全国新课标卷，10)一种以V2O5和Zn为电极、Zn(CF3SO3)2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：·2．(2023•全国乙卷，12)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3．(2023•湖北省选择性考试，10)我国科学家设计如图所示的电解池，实现了海水直接制备氢气技术的绿色化。该装置工作时阳极无Cl2生成且KOH溶液的浓度不变，电解生成氢气的速率为mol·-1。下列说法错误的是()A．b电极反应式为2H2O+2e-=H2↑+2OH-B．离子交换膜为阴离子交换膜C．电解时海水中动能高的水分子可穿过PTFE膜D．海水为电解池补水的速率为2mol·-14．(2023•山东卷，11)利用热再生氨电池可实现电镀废液的浓缩再生。电池装置如图所示，甲、乙两室均预加相同的电镀废液，向甲室加入足量氨水后电池开始工作。下列说法正确的是()A．甲室电极为正极B．隔膜为阳离子膜C．电池总反应为：D．NH3扩散到乙室将对电池电动势产生影响5．(2022•全国甲卷)一种水性电解液Zn-MnO2离子选择双隔膜电池如图所示(KOH溶液中，Zn2+以Zn(OH)42-存在)。电池放电时，下列叙述错误的是()A．Ⅱ区的K+通过隔膜向Ⅲ区迁移B．Ⅰ区的SO42-通过隔膜向Ⅱ区迁移C．MnO2电极反应：MnO2+2e-+4H+=Mn2++2H2OD．电池总反应：Zn+4OH-+MnO2+4H+=Zn(OH)42-+Mn2++2H2O1．铜锌原电池为电化学建构认识模型奠定了重要的基础，懂得原理才能真正做到举一反三，应用到其他复杂的电池分析中。盐桥中装有琼脂凝胶，内含氯化钾。下面两种原电池说法错误的是()A．原电池Ⅰ和Ⅱ的反应原理都是Zn+Cu2+=Zn2++CuB．电池工作时，导线中电子流向为Zn→CuC．正极反应为Zn-2e-=Zn2+，发生还原反应D．电池工作时，盐桥中的K+向右侧烧杯移动，Cl-向左侧烧杯移动2．风力发电输出功率的波动性导致其直接并网会对电网带来不良影响，需要连接储能电池装置，通过储能电池对电能的存储、汇集，再集中供电来提高并网性能，下图是水系铝离子储能电池工作机理，下列有关其说法不正确的是()A．单位质量的铝放出的电量高，并且价格低廉，储量丰富B．铝储能电池是二次电池C．放电时，Al3+从正极材料的空隙中脱出进入电解液，再以单质铝的形式沉积负极材料表面D．该电池中金属铝电极易形成致密的氧化铝钝化膜，阻断铝离子的传输从而降低电池效能3．科学家报道了一种新型可充电Na/Fe二次电池，其工作原理如图所示，下列有关说法正确的是()A．充电时，X极为阴极，发生了氧化反应B．充电时，Y极的电极反应式为CaFeO2.5＋0.5Na2O-e-=CaFeO3＋Na＋C．充电时，可用乙醇代替有机电解质溶液D．电极材料中，单位质量金属放出的电能：Na＞Li4．香港城市大学化学工作者首次提出了电池(如图)，该电池使用N2为原料，以离子液体()为电解质，既实现了能量的存储，又实现了的生产，和碱反应能产生NH3，可进一步生产氮肥。下列说法错误的是()A．极为负极，发生氧化反应B．电池总反应为2C．石墨烯电极反应式为D．生成标准状况下33.6LNH3，电池中转移3mol电子5．如图所示的锂-二氧化锰电池是以高氯酸锂或三氟甲基磺酸锂为电解质，其正极反应是一种典型的嵌入式反应，电池总反应为Li+MnO2LiMnO2。下列说法不正确的是()A．锂片做负极，发生氧化反应B．放电时，电子移动方向为：电极盖1→用电器→电极盖2→内电路→电极盖1C．高氯酸锂或三氟甲基磺酸锂应溶解在非水有机溶剂中D．放电时，正极反应为：MnO2+Li++e-═LiMnO26．(2024·河北邢台王岳联盟高三联考)我国最近在太阳能光电催化一化学耦合处理硫化氢研究中获得新进展，相关装置如图所示。下列说法错误的是()A．该装置中能量转化形式有化学能转化为电能B．该装置工作时，b极为正极C．a极的电极反应式为Fe2+-e-=Fe3+D．电路中每通过1mole-，可处理34gH2S7．如图，科学家基于易溶于C的性质，发展了一种无需离子交换膜的新型氯流电池，可作储能设备，总方程式为：NaTNaNa3T。下列说法正确的是()A．放电时Na溶液的减小B．放电时透过多孔活性炭电极向C中迁移C．充电时的阴极反应为NaTNaNa3TD．充电时，电路中每转移2mol，理论上从C中释放1mol8．光催化微生物燃料电池的工作原理如图所示：已知：电极a在光激发条件下会产生电子(e-)-空穴(h+)。下列说法错误的是()A．电极电势：电极a>电极bB．光激发时，光生电子会与O2结合，光生空穴会与电极b产生的电子结合C．电极b发生的电极反应式为D．电池工作一段时间后，右侧溶液pH保持不变(不考虑CO2的溶解)9．(2024·辽宁沈阳市第一二〇中学校高三期中)哈尔滨工业大学的研究团队发现，以非晶态Ni(Ⅲ)基硫化物为催化剂，能有效催化OER(析氧反应)和UOR(尿素氧化反应)，从而降低电解水制氢过程中的能耗，其工作原理和反应机理如图所示：下列说法正确的是()A．UOR的电化学反应总过程为CO(NH2)2-6e-+6OH-=CO2↑+N2↑+5H2OB．电解过程中，电极A附近溶液的pH不变C．OER分四步进行，其中没有非极性键的形成与断裂D．若将光伏电池换成铅蓄电池，电极A应连接铅蓄电池的PbO2电极10．(2024·山东德州高三期中)中国科学院将分子I2引入电解质中调整充电和放电反应途径，实现了高功率可充电LiSOCl2电池，工作原理如下图所示。下列有关说法错误的是()A．分子I2的引入催化了电池放电和充电过程B．电池工作环境必须在无水无氧的条件下进行C．充电时阴极反应式：2LiCl+I2+2e-=2ICl+2Li+D．电池的放电总反应：4Li+2SOCl2=4LiCl+S+SO2↑11．(2024·山东省新高考联合质量测评高三联考)中国科学技术大学某课题组发明一款可充放电的全固态钠电池，本发明提供的固态钠离子电解质的制备方法工艺简单、成本低廉、生产效率高，适用于大规模产业化生产。工作原理如图所示，下列说法正确的是()A．放电时，电极电势N极高于M极B．充电时，由M极迁移至N极C．充电时，M极电极反应式为Na3V2(PO4)3+2e-=NaV2(PO4)3+2Na+D．为了降低成本，可以将固态聚合物电解质换为Na3PO4溶液12．铜基配合物电催化还原CO2的装置原理如图所示，下列说法不正确的是()A．石墨烯为阳极，发生电极反应为CO2+2e-+2H+=HCOOHB．Pt电极附近溶液的pH值减小C．每转移2mol电子，阳极室、阴极室溶液质量变化量的差值为28gD．该装置可减少CO2在大气中累积和实现可再生能源有效利用13．某科研小组利用下图装置完成乙炔转化为乙烯的同时为用电器供电。其中锌板处发生的反应有：①ZnZn2+；②Zn2++4OH-=[Zn((OH)4]2-；③Zn[Zn((OH)4]2-=ZnO+2OH-+H2O。下列说法不正确的是()A．电极a的电势高于电极b的电势B．放电过程中正极区KOH溶液浓度保持不变C．电极a上发生的电极反应式为D．电解足量CuSO4溶液，理论上消耗2.24L(标准状况)C2H2时，生成6.4gCu14．高铁酸钠(Na2FeO4)是一种新型的消毒剂，以Fe、Ni为电极制取Na2FeO4的原理如图所示。下列叙述错误的是()A．Fe电极的电极反应式为Fe-6e-＋8OH-=FeO42-＋4H2OB．离子交换膜b为阴离子交换膜C．通入I室的水中加入少量NaOH，可以加快高铁酸钠的生成D．每生成0.1molNa2FeO4，II室中溶液减少的质量为32.0g15．一种电解法制备Ca(H2PO4)2并得到NaOH等副产物的示意装置如图，下列说法正确的是()A．与a、b相连的分别是电源的负极、正极B．NaOH溶液中石墨电极上的反应为2H2O+2e-=H2↑+2OH-C．A膜、C膜均为阴离子交换膜，B膜为阳离子交换膜D．产品室中的Ca2+和原料室的物质的量浓度同等程度增大16．(2024·江西赣州中学高三月考)利用细菌处理有机废水产生的电能可以进行脱硫，从而达到废物利用同时有利于环境保护。脱硫原理：利用羟基自由化基(，氧元素为-1价)将燃煤中的含硫物质(主要是)氧化除去，其装置示意图如图所示。下列说法错误的是()A．X为阴离子交换膜B．a为负极，电极反应式为CH3COO-+2H2O-8e-═2CO2↑+7H+C．理论上处理12.0gFeS2，b极消耗标况下空气(氧气占空气体积分数21%)约为42LD．利用羟基自由基除去煤中FeS2的离子方程式：FeS2+15·OH=Fe3++2SO42-+7H2O+H+17．钠硒电池是一类以单质硒或含硒化合物为正极、金属钠为负极的新型电池，具有能量密度大、导电率高、成本低等优点。以Cu2-xSe填充碳纳米管作为正极材料的一种钠硒电池工作原理如图所示，充放电过程中正极材料立方晶胞内未标出因放电产生的0价Cu原子。下列说法错误的是()A．每个Cu2-xSe晶胞中Cu2+个数为4xB．在Na2Se晶胞结构中，Se2-占据的位置是项点和面心C．充分放电时，正极的电极反应式为Cu2-xSe+2Na++2e-=Na2Se+(2-x)CuD．充电时外电路中转移lmol电子，两极质量变化差为23g题型02电化学图像分析电化学电化学图象题是高考中电化学最常见的呈现方式，通过陌生电化学装置图，考查学生接受、吸收、整合化学信息的能力，也体现了对“宏观辨识与微观探析”的学科核心素养考查。命题角度主要有新型一般电池、新型可充电电池、新型燃料电池、电解池原理及其应用，另外有无离子交换膜也是关注的角度。在复杂、陌生、新颖的研究对象和真实问题情境下，体现了对电化学知识基础性、综合性、创新性和应用性的考查。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3．原电池及其设计(1)原电池闭合回路的形成有多种方式，可以是导线连接两个电极，也可以是两电极相接触。(2)电解质溶液中阴、阳离子的定向移动，与导线中电子的定向移动共同组成了一个完整的闭合回路。(3)无论在原电池还是在电解池中，电子均不能通过电解质溶液。(4)原电池设计步骤4．二次电池结构原理5．锂离子电池充放电分析正极材料：LiMO2(M：Co、Ni、Mn等)；LiM2O4(M：Co、Ni、Mn等)；LiMPO4(M：Fe等)负极材料：石墨(能吸附锂原子)负极反应：LixCn－xe－=xLi＋＋Cn正极反应：Li1－xMO2＋xLi＋＋xe－=LiMO2总反应：Li1－xMO2＋LixCnCn＋LiMO2。6．燃料电池结构分析7．解答燃料电池题目的几个关键点①要注意介质是什么？是电解质溶液还是熔融盐或氧化物。②通入负极的物质为燃料，通入正极的物质为氧气。③通过介质中离子的移动方向，可判断电池的正负极，同时考虑该离子参与靠近一极的电极反应。8．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。9．离子交换膜的类型(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：Zn-2e-=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↑＋2OH-②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：CH3COOH-8e-＋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。1．(2023•全国新课标卷，10)一种以V2O5和Zn为电极、Zn(CF3SO3)2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·。A项，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正确；B项，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正确；C项，电池在放电时的总反应为·，则其在充电时的总反应为·，C不正确；D项，充电阳极上·被氧化为V2O5，则阳极的电极反应为·，D正确；故选C。 2．(2023•全国乙卷，12)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。A项，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；B项，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；C项，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；D项，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。3．(2023•湖北省选择性考试，10)我国科学家设计如图所示的电解池，实现了海水直接制备氢气技术的绿色化。该装置工作时阳极无Cl2生成且KOH溶液的浓度不变，电解生成氢气的速率为mol·-1。下列说法错误的是()A．b电极反应式为2H2O+2e-=H2↑+2OH-B．离子交换膜为阴离子交换膜C．电解时海水中动能高的水分子可穿过PTFE膜D．海水为电解池补水的速率为2mol·-1【答案】D【解析】由图可知，该装置为电解水制取氢气的装置，a电极与电源正极相连，为电解池的阳极，b电极与电源负极相连，为电解池的阴极，阴极反应为2H2O+2e-=H2↑+2OH-，阳极反应为4OH--4e-=O2↑+2H2O，电池总反应为2H2O2H2↑+O2↑。A项，b电极反应式为b电极为阴极，发生还原反应，电极反应为2H2O+2e-=H2↑+2OH-，故A正确；B项，该装置工作时阳极无Cl2生成且KOH浓度不变，阳极发生的电极反应为4OH--4e-=O2↑+2H2O，为保持OH-离子浓度不变，则阴极产生的OH-离子要通过离子交换膜进入阳极室，即离子交换膜应为阴离子交换摸，故B正确；C项，电解时电解槽中不断有水被消耗，海水中的动能高的水可穿过PTFE膜，为电解池补水，故C正确；D项，由电解总反应可知，每生成1molH2要消耗1molH2O，生成H2的速率为mol·-1，则补水的速率也应是mol·-1，故D错误；故选D。4．(2023•山东卷，11)利用热再生氨电池可实现电镀废液的浓缩再生。电池装置如图所示，甲、乙两室均预加相同的电镀废液，向甲室加入足量氨水后电池开始工作。下列说法正确的是()A．甲室电极为正极B．隔膜为阳离子膜C．电池总反应为：D．NH3扩散到乙室将对电池电动势产生影响【答案】CD【解析】A项，向甲室加入足量氨水后电池开始工作，则甲室电极溶解，变为铜离子与氨气形成，因此甲室电极为负极，故A错误；B项，再原电池内电路中阳离子向正极移动，若隔膜为阳离子膜，电极溶解生成的铜离子要向右侧移动，通入氨气要消耗铜离子，显然左侧阳离子不断减小，明显不利于电池反应正常进行，故B错误；C项，左侧负极是，正极是，则电池总反应为：，故C正确；D项，NH3扩散到乙室会与铜离子反应生成，铜离子浓度降低，铜离子得电子能力减弱，因此将对电池电动势产生影响，故D正确。故选CD。5．(2022•全国甲卷)一种水性电解液Zn-MnO2离子选择双隔膜电池如图所示(KOH溶液中，Zn2+以Zn(OH)42-存在)。电池放电时，下列叙述错误的是()A．Ⅱ区的K+通过隔膜向Ⅲ区迁移B．Ⅰ区的SO42-通过隔膜向Ⅱ区迁移C．MnO2电极反应：MnO2+2e-+4H+=Mn2++2H2OD．电池总反应：Zn+4OH-+MnO2+4H+=Zn(OH)42-+Mn2++2H2O【答案】A【解析】根据图示的电池结构和题目所给信息可知，Ⅲ区Zn为电池的负极，电极反应为Zn-2e-+4OH-=Zn(OH)42-，Ⅰ区MnO2为电池的正极，电极反应为MnO2+2e-+4H+=Mn2++2H2O；电池在工作过程中，由于两个离子选择隔膜没有指明的阳离子隔膜还是阴离子隔膜，故两个离子隔膜均可以通过阴、阳离子，因此可以得到Ⅰ区消耗H+，生成Mn2+，Ⅱ区的K+向Ⅰ区移动或Ⅰ区的SO42-向Ⅱ区移动，Ⅲ区消耗OH-，生成Zn(OH)42-，Ⅱ区的SO42-向Ⅲ区移动或Ⅲ区的K+向Ⅱ区移动。A项，Ⅱ区的K+只能向Ⅰ区移动，A错误；B项，Ⅰ区的SO42-向Ⅱ区移动，B正确；C项，MnO2电极的电极反应式为MnO2+2e-+4H+=Mn2++2H2O，C正确；D项，电池的总反应为Zn+4OH-+MnO2+4H+=Zn(OH)42-+Mn2++2H2O，D正确；故选A。1．铜锌原电池为电化学建构认识模型奠定了重要的基础，懂得原理才能真正做到举一反三，应用到其他复杂的电池分析中。盐桥中装有琼脂凝胶，内含氯化钾。下面两种原电池说法错误的是()A．原电池Ⅰ和Ⅱ的反应原理都是Zn+Cu2+=Zn2++CuB．电池工作时，导线中电子流向为Zn→CuC．正极反应为Zn-2e-=Zn2+，发生还原反应D．电池工作时，盐桥中的K+向右侧烧杯移动，Cl-向左侧烧杯移动【答案】C【解析】在原电池中，若两金属做电极，一般活泼金属做负极，不活泼金属做正极。Ⅰ和Ⅱ两个原电池装置中，都是锌做负极，铜做正极。A项，原电池Ⅰ和Ⅱ中，Zn为负极，Cu为正极，CuSO4为电解质溶液，工作原理都是Zn+Cu2+=Zn2++Cu，故A正确；B项，在原电池中，负极锌失去电子，经外电路流向正极铜，故B正确；C项，正极反应为Cu2++2e-=Cu，发生还原反应，故C错误；D项，在原电池内部，阳离子移向正极，阴离子移向负极，装置Ⅱ中，右侧烧杯中的铜为正极，左侧烧杯中的锌为负极，所以盐桥中的K+向右侧烧杯移动，Cl-向左侧烧杯移动，故D正确；故选C。2．风力发电输出功率的波动性导致其直接并网会对电网带来不良影响，需要连接储能电池装置，通过储能电池对电能的存储、汇集，再集中供电来提高并网性能，下图是水系铝离子储能电池工作机理，下列有关其说法不正确的是()A．单位质量的铝放出的电量高，并且价格低廉，储量丰富B．铝储能电池是二次电池C．放电时，Al3+从正极材料的空隙中脱出进入电解液，再以单质铝的形式沉积负极材料表面D．该电池中金属铝电极易形成致密的氧化铝钝化膜，阻断铝离子的传输从而降低电池效能【答案】D【解析】A项，铝在地壳中的含量丰富，且单位质量的铝放出的电量高，可以用于制造水系铝离子储能电池，故A正确；B项，根据题意，储能电池通过对电能的存储、汇集，再集中供电，说明铝储能电池是二次电池，故B正确；C项，放电时，铝失去电子变成Al3+，铝为负极，石墨为正极，Al3+从正极材料的空隙中脱出进入电解液，再以单质铝的形式沉积负极材料表面，故C正确；D项，该电池中没有氧气产生，金属铝电极表面不会形成致密的氧化铝钝化膜，故D错误；故选D。3．科学家报道了一种新型可充电Na/Fe二次电池，其工作原理如图所示，下列有关说法正确的是()A．充电时，X极为阴极，发生了氧化反应B．充电时，Y极的电极反应式为CaFeO2.5＋0.5Na2O-e-=CaFeO3＋Na＋C．充电时，可用乙醇代替有机电解质溶液D．电极材料中，单位质量金属放出的电能：Na＞Li【答案】B【解析】A项，放电时，X极上Na失电子、发生氧化反应、为负极，则充电时，X极为阴极，发生了还原反应，故A错误；B项，充电时，Y极做阳极，电极反应式为CaFeO2.5＋0.5Na2O-e-=CaFeO3＋Na＋，故B正确；C项，乙醇是非电解质，不能导电，不能作为电解质溶液，故C错误；D项，若Na和Li都失去1mol电子，则电极材料中消耗Na的质量为23g、Li的质量为7g，所以单位质量金属放出的电能：Li＞Na，故D错误；故选B。4．香港城市大学化学工作者首次提出了电池(如图)，该电池使用N2为原料，以离子液体()为电解质，既实现了能量的存储，又实现了的生产，和碱反应能产生NH3，可进一步生产氮肥。下列说法错误的是()A．极为负极，发生氧化反应B．电池总反应为2C．石墨烯电极反应式为D．生成标准状况下33.6LNH3，电池中转移3mol电子【答案】D【解析】A项，根据图中原电池的结构，极为负极，极电极反应式为，发生氧化反应，故A正确；B项，石墨烯电极为正极，正极反应式为，极电极反应式为，所以电池总反应为2，故B正确；C项，石墨烯电极为正极，正极发生还原反应，正极反应式为，故C正确；D项，标准状况下33.6LNH3的物质的量为1.5mol，和碱反应产生NH3的反应离子方程式为↑，生成1.5mol氨气消耗1.5molAlN，根据2，电池中转移了4.5mol电子，故D错误；故选D。5．如图所示的锂-二氧化锰电池是以高氯酸锂或三氟甲基磺酸锂为电解质，其正极反应是一种典型的嵌入式反应，电池总反应为Li+MnO2LiMnO2。下列说法不正确的是()A．锂片做负极，发生氧化反应B．放电时，电子移动方向为：电极盖1→用电器→电极盖2→内电路→电极盖1C．高氯酸锂或三氟甲基磺酸锂应溶解在非水有机溶剂中D．放电时，正极反应为：MnO2+Li++e-═LiMnO2【答案】B【解析】由图可知，Li片作负极，电极反应式为Li-e-═Li+，MnO2作正极，电极反应式为MnO2+Li++e-═LiMnO。A项，由分析可知，Li片作负极，失电子发生氧化反应，A正确；B项，原电池工作时，电子从负极经外电路流向正极，不经过电解质，B错误；C项，Li性质活泼，能与水反应，故高氯酸锂或三氟甲基磺酸锂应溶解在非水有机溶剂中，C正确；D项，MnO2作正极，电极反应式为MnO2+Li++e-═LiMnO2，D正确；故选B。6．(2024·河北邢台王岳联盟高三联考)我国最近在太阳能光电催化一化学耦合处理硫化氢研究中获得新进展，相关装置如图所示。下列说法错误的是()A．该装置中能量转化形式有化学能转化为电能B．该装置工作时，b极为正极C．a极的电极反应式为Fe2+-e-=Fe3+D．电路中每通过1mole-，可处理34gH2S【答案】D【解析】该装置中存在由化学能转化为电能的构成，因此存在原电池反应原理。负极上发生失去电子的氧化反应，正极上发生得到电子的还原反应，在同一闭合回路中电子转移数目相等。A项，根据图示可知：该装置中存在的能量转化形式有光能转化为化学能，化学能转化为电能，故该装置中能量转化形式有化学能转化为电能，A正确；B项，根据图示可知：在b电极上H+得到电子被还原产生H2，故b电极为原电池的正极，B正确；C项，根据图示可知在a极上Fe2+失去电子变为Fe3+，故a电极的电极反应式为Fe2+-e-=Fe3+，C正确；D项，H2S失去2个电子变为S和2个H+，故电路中若通过2mole-，可处理34gH2S，则若电路中每通过1mole-，可处理17gH2S，D错误；故选D。7．如图，科学家基于易溶于C的性质，发展了一种无需离子交换膜的新型氯流电池，可作储能设备，总方程式为：NaTNaNa3T。下列说法正确的是()A．放电时Na溶液的减小B．放电时透过多孔活性炭电极向C中迁移C．充电时的阴极反应为NaTNaNa3TD．充电时，电路中每转移2mol，理论上从C中释放1mol【答案】C【解析】由总反应可知多孔活性炭电极为电池的正极，钛电极为电池的负极。A项，放电时总反应式为：Na3TNaTNa，则放电时Na溶液的不变，A错误；B项，放电时，阴离子移向负极，即透过多孔活性炭电极移向Na溶液中，B错误；C项，根据总反应式可知，充电时的阴极反应为NaTNaNa3T，C正确；D项，充电时，阳极反应式为：2-2e－=2↑，电路中每转移2mol，理论上生成1mol进入到C中，D错误；故选C。8．光催化微生物燃料电池的工作原理如图所示：已知：电极a在光激发条件下会产生电子(e-)-空穴(h+)。下列说法错误的是()A．电极电势：电极a>电极bB．光激发时，光生电子会与O2结合，光生空穴会与电极b产生的电子结合C．电极b发生的电极反应式为D．电池工作一段时间后，右侧溶液pH保持不变(不考虑CO2的溶解)【答案】C【解析】A项，根据题图信息判断，(C6H10O5)n在电极b上失电子，转化为CO2，则电极b为负极，电极a为正极，原电池中，正极的电极电势高于负极的电极电势，则电极电势：电极a>电极b，A正确；B项，根据题图信息判断，电极a在光激发条件下会产生电子(e-)、空穴(h+)，光生电子会与O2结合，光生空穴会与电极b产生的电子结合，B正确；C项，根据得失电子守恒判断，电极b发生的电极反应式为，C错误；D项，根据电极反应判断，每转移24nmol电子时，右侧溶液中生成24nmolH+，同时会有24nmolH+通过阳离子交换膜移向左侧溶液，则右侧溶液的pH保持不变，D正确；故选C。9．(2024·辽宁沈阳市第一二〇中学校高三期中)哈尔滨工业大学的研究团队发现，以非晶态Ni(Ⅲ)基硫化物为催化剂，能有效催化OER(析氧反应)和UOR(尿素氧化反应)，从而降低电解水制氢过程中的能耗，其工作原理和反应机理如图所示：下列说法正确的是()A．UOR的电化学反应总过程为CO(NH2)2-6e-+6OH-=CO2↑+N2↑+5H2OB．电解过程中，电极A附近溶液的pH不变C．OER分四步进行，其中没有非极性键的形成与断裂D．若将光伏电池换成铅蓄电池，电极A应连接铅蓄电池的PbO2电极【答案】A【解析】由题意分析：该装置是电解池，电解水制氢，电极A上水得到电子生成氢气，电极反应式为2H2O+2e-=2OH-+H2↑，电极B上尿素失电子生成氮气，电极反应式为：CO(NH2)2-6e-+6OH-=CO2↑+N2↑+5H2O。A项，结合此题右图UOR为尿素氧化反应，生成二氧化碳，氮气和水，故其反应总过程为：CO(NH2)2-6e-+6OH-=CO2↑+N2↑+5H2O，A正确；B项，电解过程中，电极A为阴极，电极反应式为：2H2O+2e-=2OH-+H2↑，故电解过程中电极A附近不断生成氢氧根离子，电极A附近溶液的pH增大，B错误；C项，结合右图，OER分四步进行，其中过程Ⅱ涉及到了氧氧非极性键的形成，C错误；D项，电极A为电解池的阴极，应该与铅蓄电池的负极也即是Pb极相连，D错误；故选A。10．(2024·山东德州高三期中)中国科学院将分子I2引入电解质中调整充电和放电反应途径，实现了高功率可充电LiSOCl2电池，工作原理如下图所示。下列有关说法错误的是()A．分子I2的引入催化了电池放电和充电过程B．电池工作环境必须在无水无氧的条件下进行C．充电时阴极反应式：2LiCl+I2+2e-=2ICl+2Li+D．电池的放电总反应：4Li+2SOCl2=4LiCl+S+SO2↑【答案】C【解析】A项，由工作原理图可知，I2是催化剂，分子I2的引入催化了电池放电和充电过程，A项正确；B项，Li能与氧气、水反应，SOCl2易与水反应，故电池工作环境必须在无水无氧的条件下进行，B项正确；C项，由工作原理图可知，充电时，I2失电子转化为ICl，I2发生氧化反应，阳极反应式2LiCl+I2-2e-=2ICl+2Li+，阴极反应式Li++e-=Li，C项错误；D项，由工作原理图可知，放电时，正极上SOCl2转化为S、SO2，负极上Li转化为Li+，则电池的放电总反应为4Li+2SOCl2=4LiCl+S+SO2↑，D项正确；故选C。11．(2024·山东省新高考联合质量测评高三联考)中国科学技术大学某课题组发明一款可充放电的全固态钠电池，本发明提供的固态钠离子电解质的制备方法工艺简单、成本低廉、生产效率高，适用于大规模产业化生产。工作原理如图所示，下列说法正确的是()A．放电时，电极电势N极高于M极B．充电时，由M极迁移至N极C．充电时，M极电极反应式为Na3V2(PO4)3+2e-=NaV2(PO4)3+2Na+D．为了降低成本，可以将固态聚合物电解质换为Na3PO4溶液【答案】B【解析】由题意知该电池属于二次电池，示意图为放电过程，N极上钠失电子产生钠离子，发生氧化反应，为负极，M极上Na3V2(PO4)3转化为NaV2(PO4)3，发生得电子的还原反应，为正极，充电时为电解池，M极为阳极，N极为阴极。A项，根据分析可知，放电时，M为正极，N为负极，电极电势M极高于N极，A错误；B项，充电时，阳离子Na+由阳极M极迁移至阴极N极，B正确；C项，充电时，阳极M极电极上Na3V2(PO4)3转化为NaV2(PO4)3，反应式为Na3V2(PO4)3-2e-=NaV2(PO4)3+2Na+，C错误；D项，钠与水能反应，不能将固态聚合物电解质换为Na3PO4溶液，D错误；故选B。12．铜基配合物电催化还原CO2的装置原理如图所示，下列说法不正确的是()A．石墨烯为阳极，发生电极反应为CO2+2e-+2H+=HCOOHB．Pt电极附近溶液的pH值减小C．每转移2mol电子，阳极室、阴极室溶液质量变化量的差值为28gD．该装置可减少CO2在大气中累积和实现可再生能源有效利用【答案】A【解析】A项，石墨烯为阴极，A错误；B项，Pt电极上H2O失电子转化为O2，电极反应为2H2O-4e-=4H++O2↑，所以电极附近溶液的pH减小，B正确；C项，每转移2mol电子，由阴极电极反应式可知生成1molHCOOH，所以阴极室溶液|m阴|=46g/mol×1mol=46g；根据阳极室反应可知每转移2mol电子时阳极消耗1mol水，生成0.5mol氧气，同时有2molH+转移至阴极室，所以|m阳|=18g/mol×1mol=18g，所以|m阴||m阳|=46g-18g=28g，C正确；D项，该装置可减少CO2在大气中累计和实现可再生能源有效利用，D正确；故选A。13．某科研小组利用下图装置完成乙炔转化为乙烯的同时为用电器供电。其中锌板处发生的反应有：①ZnZn2+；②Zn2++4OH-=[Zn((OH)4]2-；③Zn[Zn((OH)4]2-=ZnO+2OH-+H2O。下列说法不正确的是()A．电极a的电势高于电极b的电势B．放电过程中正极区KOH溶液浓度保持不变C．电极a上发生的电极反应式为D．电解足量CuSO4溶液，理论上消耗2.24L(标准状况)C2H2时，生成6.4gCu【答案】B【解析】由题干可知，锌板处Zn失电子生成Zn2+，为原电池负极，则气体扩散电极a为正极。正极上C2H2得电子与水反应生成C2H4。A项，由图可知锌板为负极，所以电极a的电势高于电极b的电势，A正确；B项，放电过程中正极区消耗水，导致KOH溶液浓度增大，B错误；C项，电极a上发生的电极反应式为，C正确；D项，电解硫酸铜时，生成铜的电极反应为，理论上消耗2.24LC2H2(标准状况)，即0.1mol，对应电子转移0.2mol，可生成铜6.4g，D正确；故选B。14．高铁酸钠(Na2FeO4)是一种新型的消毒剂，以Fe、Ni为电极制取Na2FeO4的原理如图所示。下列叙述错误的是()A．Fe电极的电极反应式为Fe-6e-＋8OH-=FeO42-＋4H2OB．离子交换膜b为阴离子交换膜C．通入I室的水中加入少量NaOH，可以加快高铁酸钠的生成D．每生成0.1molNa2FeO4，II室中溶液减少的质量为32.0g【答案】D【解析】该装置以Fe、Ni为电极制取Na2FeO4，为电解池装置，Fe电极为阳极，Ni电极为阴极，阳极电极反应式为Fe-6e-＋8OH-=FeO42-＋4H2O，OH-移动向Ⅱ室，阴极电极反应式为2H2O+2e-=H2↑＋2OH-，Na+应移动向I室。A项，Fe电极为阳极，Fe失电子生成FeO42-，电极反应式为Fe-6e-＋8OH-=FeO42-＋4H2O，故A正确；B项，Fe电极为阳极，Ni电极为阴极，II室中的Na+移动向I室，OH-移动向Ⅱ室，故离子交换膜a、b分别为阳离子交换膜、阴离子交换膜，故B正确；C项，通入I室的水中加入少量NaOH，可以增强溶液的导电性，可以加快高铁酸钠的生成，故C正确；D项，每生成0.1molNa2FeO4，外电路中通过0.6mol电子，则II室溶液中减少的NaOH的物质的量为0.6mol，质量为24.0g，故D错误；故选D。15．一种电解法制备Ca(H2PO4)2并得到NaOH等副产物的示意装置如图，下列