2021、2022年高考化学真题：电化学及其应用

2021、2022年高考化学真题：电化学及其应用

2021年

一、单选题

1.（2021•山东高考真题）以KOH溶液为离子导体，分别组成CH3OH—Ch、N2H4—Ch、

（CH3）2NNH2—。2清洁燃料电池，下列说法正确的是（）

A.放电过程中，K+均向负极移动

B.放电过程中，KOH物质的量均减小

C.消耗等质量燃料，（CH3）2NNH2—02燃料电池的理论放电量最大

D.消耗ImolCh时，理论上N2H4—02燃料电池气体产物的体积在标准状况下为1L2L

【答案】C

【解析】

A.放电过程为原电池工作原理，所以钾离子均向正极移动，A错误；

B.根据上述分析可知，N2H4-02清洁燃料电池的产物为氮气和水，其总反应中未消耗KOH,

所以KOH的物质的量不变，其他两种燃料电池根据总反应可知，KOH的物质的量减小，B错

误；

C.理论放电量与燃料的物质的量和转移电子数有关，设消耗燃料的质量均为mg,则甲醇、

mgmg

N2H4和（CH3）2NNH2放电量（物质的量表达式）分别是：一,,x6、&X4、

32g/mol32g/mol

mgi/

“,*6,通过比较可知（CH3”NNH2理论放电量最大，C正确；

6（）g/mol

D.根据转移电子数守恒和总反应式可知，消耗ImoKh生成的氮气的物质的量为Imol,在标

准状况下为22.4L,D错误；

故选Co

2.（2021•浙江）某全固态薄膜锂离子电池截面结构如图所示，电极A为非晶硅薄膜，充电时

Li.得电子成为Li嵌入该薄膜材料中；电极B为LiCoO?薄膜；集流体起导电作用。下列说法

不事硼的是（）

A.充电时，集流体A与外接电源的负极相连

B.放电时，外电路通过amol电子时，LiPON薄膜电解质损失amolLi*

C.放电时，电极B为正极，反应可表示为LJCoOz+xLr+xeFLiCoO2

D.电池总反应可表示为Li.Si+Li-CoOz、普、Si+LiCoO?

【答案】B

【解析】

A.由图可知，集流体A与电极A相连，充电时电极A作阴极，故充电时集流体A与外接电

源的负极相连，A说法正确；

B.放电时，外电路通过amol电子时，内电路中有amolLi*通过LiPON薄膜电解质从负极

迁移到正极，但是LiPON薄膜电解质没有损失Li\B说法不正确；

C.放电时，电极B为正极，发生还原反应，反应可表示为Li―CoO2+xLi++xe-=LiCoC）2,

C说法正确；

D.电池放电时，嵌入在非晶硅薄膜中的锂失去电子变成Li'正极上Li-Co。？得到电子和

充电

Li*变为LiCo。？，故电池总反应可表示为LiSi+LiC^O,^Si+LiCoO,,D说法正确。

xtX放电

综上所述，相关说法不正确的是B,本题选B。

3.（2021•全国高考真题）乙醛酸是一种重要的化工中间体，可果用如下图所示的电化学装置

合成。图中的双极膜中间层中的H?。解离为H+和OH,并在直流电场作用下分别问两极迁

移。下列说法正确的是（）

电源

OOO

HH

H&CC

-石

墨

铅-C使

亿

电电

极极

、O0

IIII

HO—C—C—0H

（乙二酸）（乙醛酸）

饱和乙二酸溶液双极膜乙二醛+KBr酸溶液

A.KBr在上述电化学合成过程中只起电解质的作用

oo

OOnn

++

B.阳极上的反应式为：।II+2H+2e-=ee

HO-C-C-OH

C.制得2moi乙醛酸，理论上外电路中迁移了1mol电子

D.双极膜中间层中的H+在外电场作用下向铅电极方向迁移

【答案】D

【解析】

A.KBr在上述电化学合成过程中除作电解质外，同时还是电解过程中阳极的反应物，生成的

Bn为乙二醛制备乙醛酸的中间产物，故A错误；

B.阳极上为Br失去电子生成Bn,Bn将乙二醛氧化为乙醛酸，故B错误；

C.电解过程中阴阳极均生成乙醛酸，Imol乙二酸生成Imol乙醛酸转移电子为2moi,Imol

乙二醛生成Imol乙醛酸转移电子为2mol,根据转移电子守恒可知每生成Imol乙醛酸转移电

子为Imol,因此制得2moi乙醛酸时，理论上外电路中迁移了2moi电子，故C错误；

D.由上述分析可知，双极膜中间层的H+在外电场作用下移向阴极，即H+移向铅电极，故D

正确；

综上所述，说法正确的是D项，故答案为D。

4.（2021•广东高考真题）钻（Co）的合金材料广泛应用于航空航天、机械制造等领域。如图为

水溶液中电解制备金属钻的装置示意图。下列说法正确的是（）

A.工作时，i室和n室溶液的PH均增大

B.生成ImolC。，I室溶液质量理论上减少16g

C.移除两交换膜后，石墨电极上发生的反应不变

D.电解总反应：2Co2++2H2。—2Co+。2T+4H+

【答案】D

【解析】

A.由分析可知，放电生成的氢离子通过阳离子交换膜由I室向n室移动，使n室中氢离子浓

度增大，溶液pH减小，故A错误；

B.由分析可知，阴极生成Imol钻，阳极有Imol水放电，则I室溶液质量减少18g,故B错

'口

灰；

C.若移除离子交换膜，氯离子的放电能力强于水，氯离子会在阳极失去电子发生氧化反应生

成氯气，则移除离子交换膜，石墨电极的电极反应会发生变化，故c错误；

D.由分析可知，电解的总反应的离子方程式为2co2++2H2O避奥2Co+O2T+4H+,故D正确；

故选D。

5.（2021•广东高考真题）火星大气中含有大量CO?,一种有CO?参加反应的新型全固态电池

有望为火星探测器供电。该电池以金属钠为负极，碳纳米管为正极，放电时（）

A.负极上发生还原反应B.C。?在正极上得电子

C.阳离子由正极移向负极D.将电能转化为化学能

【答案】B

【解析】

根据题干信息可知，放电时总反应为4Na+3co2=2Na2c03+C。

A.放电时负极上Na发生氧化反应失去电子生成Na+,故A错误；

B.放电时正极为C02得到电子生成C,故B正确；

C.放电时阳离子移向还原电极，即阳离子由负极移向正极，故C错误；

D.放电时装置为原电池，能量转化关系为化学能转化为电能和化学能等，故D错误；

综上所述，符合题意的为B项，故答案为B。

6.（2021•河北高考真题）K—02电池结构如图，a和b为两个电极，其中之一为单质钾片。

关于该电池，下列说法错误的是（）

有机电解'质1有疝电解质2

A.隔膜允许K+通过，不允许02通过

B.放电时，电流由b电极沿导线流向a电极；充电时，b电极为阳极

C.产生lAh电量时，生成KO2的质量与消耗02的质量比值约为2.22

D.用此电池为铅酸蓄电池充电，消耗3.9g钾时，铅酸蓄电池消耗0.9g水

【答案】D

【解析】

A.金属性强的金属钾易与氧气反应，为防止钾与氧气反应，电池所选择隔膜应允许K+通过,

不允许。2通过，故A正确；

B.由分析可知，放电时，a为负极，b为正极，电流由b电极沿导线流向a电极，充电时，b

电极应与直流电源的正极相连，做电解池的为阳极，故B正确；

C.由分析可知，生成Imol超氧化钾时，消耗Imol氧气，两者的质量比值为lmolX71g/mol：

1molX32g/mol;=»2.22：1,故C正确；

D.铅酸蓄电池充电时的总反应方程式为2PbSO4+2H2O=PbCh+Pb+2H2so4,反应消耗2moi

水，转移2moi电子，由得失电子数目守恒可知，耗3.9g钾时，铅酸蓄电池消耗水的质量为

与丽X18g/mol=L8g,故D错误;

故选D。

7.（2021•湖南高考真题）锌溪液流电池是一种先进的水溶液电解质电池，广泛应用于再生能

源储能和智能电网的备用电源等。三单体串联锌澳液流电池工作原理如图所：

循环回路

下列说法错误的是（）

A.放电时，N极为正极

B.放电时，左侧贮液器中ZnB。的浓度不断减小

C.充电时，M极的电极反应式为Zn2++2e-=Zn

D.隔膜允许阳离子通过，也允许阴离子通过

【答案】B

【解析】

A.由分析可知，放电时，N电极为电池的正极，故A正确；

B.由分析可知，放电或充电时，左侧储液器和右侧储液器中溟化锌的浓度维持不变，故B错

误；

C.由分析可知，充电时，M电极与直流电源的负极相连，做电解池的阴极，锌离子在阴极上

得到电子发生还原反应生成锌，电极反应式为ZM++2e—=Zn,故C正确；

D.由分析可知，放电或充电时，交换膜允许锌离子和漠离子通过，维持两侧滨化锌溶液的浓

度保持不变，故D正确；

故选B。

8.（2021•全国高考真题）沿海电厂采用海水为冷却水，但在排水管中生物的附着和滋生会阻

碍冷却水排放并降低冷却效率,为解决这一问题，通常在管道口设置一对惰性电极（如图所示）,

通入一定的电流。

/阳极

■*--------------------------------------*---海水

、阴极

下列叙述错误的是（）

A.阳极发生将海水中的c「氧化生成CL的反应

B.管道中可以生成氧化灭杀附着生物的NaClO

C.阴极生成的H2应及时通风稀释安全地排入大气

D.阳极表面形成的MglOH）2等积垢需要定期清理

【答案】D

【解析】

A.根据分析可知，阳极区海水中的C1-会优先失去电子生成C12,发生氧化反应，A正确；

B.设置的装置为电解池原理，根据分析知，阳极区生成的CL与阴极区生成的OH-在管道中

会发生反应生成NaCl、NaClO和H2O,其中NaClO具有强氧化性，可氧化灭杀附着的生物，

B正确；

C.因为H2是易燃性气体，所以阳极区生成的H2需及时通风稀释，安全地排入大气，以排除

安全隐患，C正确；

D.阴极的电极反应式为：2H2O+2e-=H2T+2OH,会使海水中的Mg2+沉淀积垢，所以阴极表面

会形成Mg（OH）2等积垢需定期清理，D错误。

故选D。

9.（2021•浙江高考真题）银镉电池是二次电池，其工作原理示意图如下（L为小灯泡，Ki、

也为开关，a、b为直流电源的两极）。

下列说法不氐确的是()

A.断开K2、合上Ki,银镉电池能量转化形式：化学能一电能

B.断开Ki、合上K2,电极A为阴极，发生还原反应

C.电极B发生氧化反应过程中，溶液中KOH浓度不变

放电

D.镇镉二次电池的总反应式：Cd+2NiOOH+2H2OCd(OH)2+2Ni(OH)2

充电

【答案】C

【解析】

A.断开K2、合上Ki,为放电过程，银镉电池能量转化形式：化学能-电能，A正确；

B.断开Ki、合上K2,为充电过程，电极A与直流电源的负极相连，电极A为阴极，发生还

原反应，电极反应式为Cd(OH)2+2e=Cd+2OH\B正确；

C.电极B发生氧化反应的电极反应式为2Ni(OH)2-2e+2OH-=2NiOOH+2H2O,则电极A发生

还原反应的电极反应式为Cd(OH)2+2e=Cd+2OH-,此时为充电过程，总反应为

Cd(OH)2+2Ni(OH)2—Cd+2NiOOH+2H2O,溶液中KOH浓度减小，C错误；

D.根据分析，放电时总反应为Cd+2NiOOH+2H2O=Cd(OH)2+2Ni(OH)2,则银镉二次电池总反

放电

应式为Cd+2NiOOH+2H2OUCd(OH)2+2Ni(OH)2,D正确；

充电

答案选C。

二、工业流程题

10.(2021•山东高考真题)工业上以铝铁矿(FeCr2O4,含Al、Si氧化物等杂质)为主要原料制

备红矶钠(Na2Cr2O7・2H2O)的工艺流程如图。回答下列问题：

母液

蒸发冷却

结晶结晶

副产品Na2Cr2（）7,2H2。

（1）焙烧的目的是将FeCnCh转化为NazCrCU并将AkSi氧化物转化为可溶性钠盐，焙烧时

气体与矿料逆流而行，目的是一。

（2）矿物中相关元素可溶性组分物质的量浓度c与pH的关系如图所示。当溶液中可溶组分浓

度cWLOXlOFmori/i时，可认为已除尽。

(

T

I

S

M

中和时pH的理论范围为一；酸化的目的是一；Fe元素在一（填操作单元的名称）过程中除

去。

（3）蒸发结晶时，过度蒸发将导致_；冷却结晶所得母液中，除NazCnCh外，可在上述流程

中循环利用的物质还有一。

（4）利用膜电解技术（装置如图所示），以NazCMh为主要原料制备NazCoO的总反应方程式

通电

_

为：4Na2CrO4+4H2O2Na2Cr2O7+4NaOH+2H2t+O2t»贝NazCwCh在—（填“阴”

或“阳”）极室制得，电解时通过膜的离子主要为一。

惰性电极I_■||||—I惰性电极

离子交换膜

【答案】增大反应物接触面积，提高化学反应速率4.5<pH<9.3使

2CrO：+2H+^^Cr2O；-+H2。平衡正向移动，提高NazCnCh的产率浸取所得

溶液中含有大量Na2sO47OH2OH2SO4阳Na+

【解析】

(1)焙烧时气体与矿料逆流而行，目的是利用热量使。2向上流动，增大固体与气体的接触面积,

提高化学反应速率，故答案为：增大反应物接触面积，提高化学反应速率。

(2)中和时调节溶液pH目的是将Al。？、SiO：转化为沉淀过滤除去，由图可知，当溶液

pH24.5时，AP除尽，当溶液pH>9.3时，HzSiCh会再溶解生成SiO：,因此中和时pH的

理论范围为4.5«pH<9.3；将Al元素和Si元素除去后，溶液中Cr元素主要以Cr?。；和

+

CrO；存在，溶液中存在平衡：2CrO；-+2H^^Cr2O^+H2O,降低溶液pH,平衡正

向移动，可提高NazCnCh的产率；由上述分析可知，Fe元素在“浸取”操作中除去，故答案

为：4.5<pH<9.3；使200：+2^{+^^(>20；-+1120平衡正向移动，提高NazCnCh

的产率；浸取。

⑶蒸发结晶时，Na2s04主要以Na2s047OFhO存在，Na2s0。10比0的溶解度随温度升高先

增大后减小，若蒸发结晶时，过度蒸发将导致所得溶液中含有大量NazSOLlOHzO；由上述分

析可知，流程中循环利用的物质除NazCnCh外，还有H2sCU,故答案为：所得溶液中含有大

量Na2soLlOIhO：H2so4。

通电

(4)由4Na2CrO4+4H2O=-------2Na2Cr2O7+4NaOH+2H2t+O2t可知，电解过程中实质是电

解水，阳极上水失去电子生成和02,阴极上H'得到电子生成H2,由

200；一+211+^^020；一+也。可知，Cr2。；在氢离子浓度较大的电极室中制得，即

NazCnCh在阳极室产生；电解过程中，阴极产生氢氧根离子，氢氧化钠在阴极生成，所以为

提高制备NazCnCh的效率，Na+通过离子交换膜移向阴极，故答案为：阳；Na\

三、原理综合题

H.（2021•湖南高考真题）氨气中氢含量高，是一种优良的小分子储氢载体，且安全、易储运,

可通过下面两种方法由氨气得到氢气。

方法I:氨热分解法制氢气

相关化学键的键能数据

化学键N三NH-HN-H

键能E/（kJ・mol」）946436.0390.8

一定温度下，利用催化剂将NH3分解为N?和H?。回答下列问题：

⑴反应2NH3（g）=N?（g）+3H2（g）AH=kJ-mol-1;

（2）已知该反应的△S=198.9J-moL-KT,在下列哪些温度下反应能自发进行？（填

标号）

A.25℃B.125℃C.225℃D.325℃

（3）某兴趣小组对该反应进行了实验探究。在一定温度和催化剂的条件下，将O.lmolNH,通入

3L的密闭容器中进行反应（此时容器内总压为200kPa）,各物质的分压随时间的变化曲线如图

所示。

2.0

£

i

W出

Q。8

4

O.

t\h

//min

①若保持容器体积不变，4时反应达到平衡，用H,的浓度变化表示0~4时间内的反应速率

1

V(H2)=molL'.min-(用含八的代数式表示)

②时将容器体积迅速缩小至原来的一半并保持不变，图中能正确表示压缩后N2分压变化趋

势的曲线是(用图中a、b、c、d表示)，理由是

③在该温度下，反应的标准平衡常数=。(已知：分压=总压x该组分物质的量分数,

(

PG.£H

0o

e

对于反应dD(g)+eE(g)UgG(g)+hH(g),K="V，其中=lOOkPa,pG、

PD|(丝

PH、PD、PE为各组分的平衡分压)。

方法II：氨电解法制氢气

利用电解原理，将氨转化为高纯氢气，其装置如图所示。

阴

离

子H

交2

NH3换

膜

KOH溶液

(4)电解过程中OH的移动方向为.(填“从左往右”或“从右往左”)

(5)阳极的电极反应式为

KOH溶液KOH溶液

0.02

【答案】+90.8CDb

开始体积减半，刈分压变为原来的2倍，随后由于加压平衡逆向移动，刈分压比原来2

倍要小0.48从右往左2NH3-6e+6OH-N2+6H2O

【解析】

(1)根据反应热=反应物的总键能-生成物的总键能，2NH3(g)=N2(g)+3H2(g),

❷H=390.8kJ•mor'x3x2-(946kJ-moH+436.0kJ,mol“x3)=+90.8kJ•moH,故答案为：+90.8；

❷H90.8xlO3J/mol

(2)若反应自发进行,则需❷H-T，S<0,T>------------7---------r=456.5K,即温度应高于

198.9J/(molK)

(456.5-273)℃=183.5℃,CD符合，故答案为：CD；

⑶①设t1时达到平衡，转化的NH3的物质的量为2x,列出三段式:

2NH3(g)-N2(g)+3H2(g)

起始/mol0.100

转化/mol2xX3x

平衡/mol0.1-2xX3x

根据同温同压下，混合气体的物质的量等于体积之比，°J=.20°_解得

0.1+2x120+120+40

0.02x3mol0.020.02

x=0.02mol,U(H2)=----------=-------mol-L1-min1,故答案为：-----；

3Lxtj4

②t2时将容器体积压缩到原来的一半，开始N2分压变为原来的2倍，随后由于加压平衡逆向

移动，N2分压比原来2倍要小，故b曲线符合，故答案为：b：开始体积减半，N2分压变为原

来的2倍，随后由于加压平衡逆向移动，N2分压比原来2倍要小；

③由图可知I,平衡时，NEB、N2、比的分压分别为120kPa、40kPa、120kPa,反应的标准平

衡常数K—=0.48,故答案为：0.48；

(4)由图可知，通NH3的一极氮元素化合价升高，发生氧化反应，为电解池的阳极，则另一电

极为阴极，电解过程中OH-移向阳极，则从右往左移动，故答案为：从右往左；

(5)阳极NEB失电子发生氧化反应生成N2,结合碱性条件，电极反应式为：2NH3-6e-+6OH-=

N2+6H2O,故答案为：2NH3-6e-+6OH=N2+6H2O。

2022年

1.（2022•广东卷）以熔融盐为电解液，以含Cu、Mg和Si等的铝合金废料为阳极进行电解,

实现A1的再生。该过程中（）

A.阴极发生的反应为Mg-2e-=Mg2*B.阴极上Al被氧化

C.在电解槽底部产生含Cu的阳极泥D.阳极和阴极的质量变化相等

【答案】C

【解析】根据电解原理可知，电解池中阳极发生失电子的氧化反应，阴极发生得电子的还原

反应,该题中以熔融盐为电解液，含Cu、Mg和Si等的铝合金废料为阳极进行电解，通过控

制一定的条件，从而可使阳极区Mg和AI发生失电子的氧化反应，分别生成Mg?+和AP+,Cu

和Si不参与反应，阴极区A伊得电子生成AI单质，从而实现AI的再生，据此分析解答。

A.阴极应该发生得电子的还原反应，实际上Mg在阳极失电子生成Mg?*,A错误：

B.Al在阳极上被氧化生成A中,B错误；

C.阳极材料中Cu和Si不参与氧化反应，在电解槽底部可形成阳极泥，C正确；

D.因为阳极除了铝参与电子转移，镁也参与了电子转移，且还会形成阳极泥，而阴极只有铝

离子得电子牛.成铝单质，根据电子转移数守恒及元素守恒可知，阳极与阴极的质量变化不相

等，D错误；

故选C。

2.（2022•全国甲卷）一种水性电解液Zn-MnCh离子选择双隔膜电池如图所示（KOH溶液中，

ZM+以Zn（OH）;存在）。电池放电时，下列叙述错误的是（）

MnO2电极离子选择隔膜Zn电极

/\JL

-H2s。4溶液

IIII

A.ii区的K+通过隔膜向in区迁移

B.I区的s。；-通过隔膜向n区迁移

+2+

C.MnO2电极反应：MnO2+2e+4H=Mn+2H2O

+2+

D.电池总反应：Zn+4OH+MnO2+4H=Zn(OH)4-+Mn+2H2O

【答案】A

【解析】根据图示的电池结构和题目所给信息可知，DI区Zn为电池的负极，电极反应为

Zn-2e+4OH=Zn(OH)4-,I区MnC>2为电池的正极，电极反应为MnO2+2e+4H*=1\/1科+2以。；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Mr?+,II区的K+向I区移动

或I区的SO：向II区移动，ID区消耗0H,生成Zn(OH)j,II区的S。；向W区移动或ID区的

K+向n区移动。据此分析答题。

A.根据分析，n区的K+只能向I区移动，A错误；

B.根据分析，I区的SO：-向n区移动，B正确；

C.Mn02电极的电极反应式为MnO2+2e+4H+=Mn2++2H2。，C正确；

D.电池的总反应为Zn+4OH-+MnO2+4H+=Zn(OH)f+Mn2++2H2。，D正确；

故答案选A。

3.(2022•全国乙卷)Li-O,电池比能量高，在汽车、航天等领域具有良好的应用前景。近年

来科学家研究了一种光照充电Li-O,电池(如图所示)。光照时，光催化电极产生电子(e)和空穴

(h)驱动阴极反应(Li++e=Li)和阳极反应(Li2O2+2h+=2Li++O2)对电池进行充电。下列叙述

错误的是()

光

金催

属化

锂电

极

i+Oz

ZL

iq/

反应L

的总

电池

时，

充电

A.

量有关

和空穴

的电子

照产生

率与光

充电效

B.

移

负极迁

换膜向

离子交

极穿过

F从正

时，L

放电

C.

2

Li2C>

2e=

Li++

2+2

反应O

发生

正极

时，

放电

D.

】C

【答案

反应

和阳极

=LD

r+e

应（L

极反

动阴

，驱

空穴

子和

生电

极产

化电

光催

光照

电时

】充

【解析

+

+

,

阴极

极为

Li电

金属