高中化学专题06 电化学及其应用（解析版）

PAGE1PAGE专题06电化学及其应用考点一原电池原理与化学电源1．（2024·安徽卷）我国学者研发出一种新型水系锌电池，其示意图如下。该电池分别以(局部结构如标注框内所示)形成的稳定超分子材料和为电极，以和混合液为电解质溶液。下列说法错误的是A．标注框内所示结构中存在共价键和配位键B．电池总反应为：C．充电时，阴极被还原的主要来自D．放电时，消耗，理论上转移电子【答案】C【解析】由图中信息可知，该新型水系锌电池的负极是锌、正极是超分子材料；负极的电极反应式为，则充电时，该电极为阴极，电极反应式为；正极上发生，则充电时，该电极为阳极，电极反应式为。标注框内所示结构属于配合物，配位体中存在碳碳单键、碳碳双键、碳氮单键、碳氮双键和碳氢键等多种共价键，还有由提供孤电子对、提供空轨道形成的配位键，A正确；由以上分析可知，该电池总反应为，B正确；充电时，阴极电极反应式为，被还原的Zn2+主要来自电解质溶液，C错误；放电时，负极的电极反应式为，因此消耗0.65gZn（物质的量为0.01mol），理论上转移0.02mol电子，D正确。2．（2024·河北卷）我国科技工作者设计了如图所示的可充电电池，以为电解质，电解液中加入1，3-丙二胺()以捕获，使放电时还原产物为。该设计克服了导电性差和释放能力差的障碍，同时改善了的溶剂化环境，提高了电池充放电循环性能。下列说法错误的是A．放电时，电池总反应为B．充电时，多孔碳纳米管电极与电源正极连接C．充电时，电子由电极流向阳极，向阴极迁移D．放电时，每转移电子，理论上可转化【答案】C【分析】放电时CO2转化为MgC2O4，碳元素化合价由+4价降低为+3价，发生还原反应，所以放电时，多孔碳纳米管电极为正极、电极为负极，则充电时多孔碳纳米管电极为阳极、电极为阴极：定位：二次电池，放电时阳离子向正极移动，充电时阳离子向阴极移动。电极过程电极反应式电极放电充电多孔碳纳米管电极放电充电【解析】A．根据以上分析，放电时正极反应式为、负极反应式为，将放电时正、负电极反应式相加，可得放电时电池总反应：，故A正确；B．充电时，多孔碳纳米管电极上发生失电子的氧化反应，则多孔碳纳米管在充电时是阳极，与电源正极连接，故B正确；C．充电时，电极为阴极，电子从电源负极经外电路流向电极，同时向阴极迁移，故C错误；D．根据放电时的电极反应式可知，每转移电子，有参与反应，因此每转移电子，理论上可转化，故D正确；故答案为：C。3．（2024·江苏卷）碱性锌锰电池的总反应为，电池构造示意图如图所示。下列有关说法正确的是A．电池工作时，发生氧化反应B．电池工作时，通过隔膜向正极移动C．环境温度过低，不利于电池放电D．反应中每生成，转移电子数为【答案】C【分析】Zn为负极，电极反应式为：，MnO2为正极，电极反应式为：。【详解】A．电池工作时，为正极，得到电子，发生还原反应，故A错误；B．电池工作时，通过隔膜向负极移动，故B错误；C．环境温度过低，化学反应速率下降，不利于电池放电，故C正确；D．由电极反应式可知，反应中每生成，转移电子数为，故D错误；故选C。4．（2024·全国甲卷）科学家使用研制了一种可充电电池(如图所示)。电池工作一段时间后，电极上检测到和少量。下列叙述正确的是A．充电时，向阳极方向迁移B．充电时，会发生反应C．放电时，正极反应有D．放电时，电极质量减少，电极生成了【答案】C【分析】Zn具有比较强的还原性，具有比较强的氧化性，自发的氧化还原反应发生在Zn与MnO2之间，所以电极为正极，Zn电极为负极，则充电时电极为阳极、Zn电极为阴极。【解析】A．充电时该装置为电解池，电解池中阳离子向阴极迁移，即向阴极方向迁移，A不正确；B．放电时，负极的电极反应为，则充电时阴极反应为Zn2++2e-=Zn，即充电时Zn元素化合价应降低，而选项中Zn元素化合价升高，B不正确；C．放电时电极为正极，正极上检测到和少量，则正极上主要发生的电极反应是，C正确；D．放电时，Zn电极质量减少0.65g（物质的量为0.010mol），电路中转移0.020mol电子，由正极的主要反应可知，若正极上只有生成，则生成的物质的量为0.020mol，但是正极上还有生成，因此，的物质的量小于0.020mol，D不正确；综上所述，本题选C。5．（2024·新课标卷）一种可植入体内的微型电池工作原理如图所示，通过CuO催化消耗血糖发电，从而控制血糖浓度。当传感器检测到血糖浓度高于标准，电池启动。血糖浓度下降至标准，电池停止工作。(血糖浓度以葡萄糖浓度计)电池工作时，下列叙述错误的是A．电池总反应为B．b电极上CuO通过Cu(Ⅱ)和Cu(Ⅰ)相互转变起催化作用C．消耗18mg葡萄糖，理论上a电极有0.4mmol电子流入D．两电极间血液中的在电场驱动下的迁移方向为b→a【答案】C【分析】由题中信息可知，b电极为负极，发生反应，然后再发生；a电极为正极，发生反应，在这个过程中发生的总反应为。【解析】A．由题中信息可知，当电池开始工作时，a电极为电池正极，血液中的在a电极上得电子生成，电极反应式为；b电极为电池负极，在b电极上失电子转化成CuO，电极反应式为，然后葡萄糖被CuO氧化为葡萄糖酸，CuO被还原为，则电池总反应为，A正确；B．b电极上CuO将葡萄糖被CuO氧化为葡萄糖酸后被还原为，在b电极上失电子转化成CuO，在这个过程中CuO的质量和化学性质保持不变，因此，CuO通过Cu(Ⅱ)和Cu(Ⅰ)相互转变起催化作用，B正确；C．根据反应可知，参加反应时转移2mol电子，的物质的量为0.1mmol，则消耗18mg葡萄糖时，理论上a电极有0.2mmol电子流入，C错误；D．原电池中阳离子从负极移向正极迁移，故迁移方向为b→a，D正确。综上所述，本题选C。考点二电解池的原理及应用6．（2024·湖北卷）我国科学家设计了一种双位点电催化剂，用和电化学催化合成甘氨酸，原理如图，双极膜中解离的和在电场作用下向两极迁移。已知在溶液中，甲醛转化为，存在平衡。电极上发生的电子转移反应为。下列说法错误的是A．电解一段时间后阳极区减小B．理论上生成双极膜中有解离C．阳极总反应式为D．阴极区存在反应【答案】B【分析】在KOH溶液中HCHO转化为HOCH2O-：HCHO+OH-→HOCH2O-，存在平衡HOCH2O-+OH-[OCH2O]2-+H2O，Cu电极上发生的电子转移反应为[OCH2O]2--e-=HCOO-+H∙，H∙结合成H2，Cu电极为阳极；PbCu电极为阴极，首先HOOC—COOH在Pb上发生得电子的还原反应转化为OHC—COOH：H2C2O4+2e-+2H+=OHC—COOH+H2O，OHC—COOH与HO—N+H3反应生成HOOC—CH=N—OH：OHC—COOH+HO—N+H3→HOOC—CH=N—OH+H2O+H+，HOOC—CH=N—OH发生得电子的还原反应转化成H3N+CH2COOH：HOOC—CH=N—OH+4e-+5H+=H3N+CH2COOH+H2O。【解析】A．根据分析，电解过程中，阳极区消耗OH-、同时生成H2O，故电解一段时间后阳极区c(OH-)减小，A项正确；B．根据分析，阴极区的总反应为H2C2O4+HO—N+H3+6e-+6H+=H3N+CH2COOH+3H2O，1molH2O解离成1molH+和1molOH-，故理论上生成1molH3N+CH2COOH双极膜中有6molH2O解离，B项错误；C．根据分析，结合装置图，阳极总反应为2HCHO-2e-+4OH-=2HCOO-+H2↑+2H2O，C项正确；D．根据分析，阴极区的Pb上发生反应H2C2O4+2e-+2H+=OHC—COOH+H2O，D项正确；答案选B。7．（2024·甘肃卷）某固体电解池工作原理如图所示，下列说法错误的是A．电极1的多孔结构能增大与水蒸气的接触面积B．电极2是阴极，发生还原反应：C．工作时从多孔电极1迁移到多孔电极2D．理论上电源提供能分解【答案】B【分析】多孔电极1上H2O(g)发生得电子的还原反应转化成H2(g)，多孔电极1为阴极，电极反应为2H2O+4e-=2H2+2O2-；多孔电极2上O2-发生失电子的氧化反应转化成O2(g)，多孔电极2为阳极，电极反应为2O2--4e-=O2。【解析】A．电极1的多孔结构能增大电极的表面积，增大与水蒸气的接触面积，A项正确；B．根据分析，电极2为阳极，发生氧化反应：2O2--4e-=O2，B项错误；C．工作时，阴离子O2-向阳极移动，即O2-从多孔电极1迁移到多孔电极2，C项正确；D．根据分析，电解总反应为2H2O(g)2H2+O2，分解2molH2O转移4mol电子，则理论上电源提供2mol电子能分解1molH2O，D项正确；答案选B。8．（2024·山东卷）以不同材料修饰的为电极，一定浓度的溶液为电解液，采用电解和催化相结合的循环方式，可实现高效制和，装置如图所示。下列说法错误的是A．电极a连接电源负极B．加入Y的目的是补充C．电解总反应式为D．催化阶段反应产物物质的量之比【答案】B【分析】电极b上Br-发生失电子的氧化反应转化成，电极b为阳极，电极反应为Br--6e-+3H2O=+6H+；则电极a为阴极，电极a的电极反应为6H++6e-=3H2↑；电解总反应式为Br-+3H2O+3H2↑；催化循环阶段被还原成Br-循环使用、同时生成O2，实现高效制H2和O2，即Z为O2。【解析】A．根据分析，电极a为阴极，连接电源负极，A项正确；B．根据分析电解过程中消耗H2O和Br-，而催化阶段被还原成Br-循环使用，故加入Y的目的是补充H2O，维持NaBr溶液为一定浓度，B项错误；C．根据分析电解总反应式为Br-+3H2O+3H2↑，C项正确；D．催化阶段，Br元素的化合价由+5价降至-1价，生成1molBr-得到6mol电子，O元素的化合价由-2价升至0价，生成1molO2失去4mol电子，根据得失电子守恒，反应产物物质的量之比n(O2)∶n(Br-)=6∶4=3∶2，D项正确；答案选B。9．（2024·湖南卷）在水溶液中，电化学方法合成高能物质时，伴随少量生成，电解原理如图所示，下列说法正确的是A．电解时，向Ni电极移动B．生成的电极反应：C．电解一段时间后，溶液pH升高D．每生成的同时，生成【答案】B【分析】由电解原理图可知，Ni电极产生氢气，作阴极，发生还原反应，电解质溶液为KOH水溶液，则电极反应为：；Pt电极失去电子生成，作阳极，电极反应为：，同时，Pt电极还伴随少量生成，电极反应为：。【详解】A．由分析可知，Ni电极为阴极，Pt电极为阳极，电解过程中，阴离子向阳极移动，即向Pt电极移动，A错误；B．由分析可知，Pt电极失去电子生成，电解质溶液为KOH水溶液，电极反应为：，B正确；C．由分析可知，阳极主要反应为：，阴极反应为：，则电解过程中发生的总反应主要为：，反应消耗，生成，电解一段时间后，溶液pH降低，C错误；D．根据电解总反应：可知，每生成1mol，生成0.5mol，但Pt电极伴随少量生成，发生电极反应：，则生成1molH2时得到的部分电子由OH-放电产生O2提供，所以生成小于0.5mol，D错误；故选B。10．（2024·黑吉辽卷）“绿色零碳”氢能前景广阔。为解决传统电解水制“绿氢”阳极电势高、反应速率缓慢的问题，科技工作者设计耦合高效制的方法，装置如图所示。部分反应机理为：。下列说法错误的是A．相同电量下理论产量是传统电解水的1.5倍B．阴极反应：C．电解时通过阴离子交换膜向b极方向移动D．阳极反应：【答案】A【分析】据图示可知，b电极上HCHO转化为HCOO-，而HCHO转化为HCOO-为氧化反应，所以b电极为阳极，a电极为阴极，HCHO为阳极反应物，由反应机理可知：反应后生成的转化为HCOOH。由原子守恒和电荷守恒可知，在生成HCOOH的同时还生成了H-，生成的HCOOH再与氢氧化钾酸碱中和：HCOOH+OH-=HCOO-+H2O，而生成的H-在阳极失电子发生氧化反应生成氢气，即2H--2e-=H2↑，阴极水得电子生成氢气：2H2O-2e-=H2↑+2OH-。【解析】A．由以上分析可知，阳极反应：①HCHO+OH--e-→HCOOH+H2，②HCOOH+OH-=HCOO-+H2O，阴极反应2H2O-2e-=H2↑+2OH-，即转移2mol电子时，阴、阳两极各生成1molH2，共2molH2，而传统电解水：，转移2mol电子，只有阴极生成1molH2，所以相同电量下理论产量是传统电解水的2倍，故A错误；B．阴极水得电子生成氢气，阴极反应为2H2O-2e-=H2↑+2OH-，故B正确；C．由电极反应式可知，电解过程中阴极生成OH-，负电荷增多，阳极负电荷减少，要使电解质溶液呈电中性，通过阴离子交换膜向阳极移动，即向b极方向移动，故C正确；D．由以上分析可知，阳极反应涉及到：①HCHO+OH--e-→HCOOH+H2，②HCOOH+OH-=HCOO-+H2O，由(①+②)×2得阳极反应为：，故D正确；答案选A。考点三金属的腐蚀与防护11．（2024·湖北卷）2024年5月8日，我国第三艘航空母舰福建舰顺利完成首次海试。舰体表面需要采取有效的防锈措施，下列防锈措施中不形成表面钝化膜的是A．发蓝处理 B．阳极氧化 C．表面渗镀 D．喷涂油漆【答案】D【解析】A．发蓝处理技术通常用于钢铁等黑色金属，通过在空气中加热或直接浸泡于浓氧化性溶液中来实现，可在金属表面形成一层极薄的氧化膜，这层氧化膜能有效防锈，A不符合题意；B．阳极氧化是将待保护的金属与电源正极连接，在金属表面形成一层氧化膜的过程，B不符合题意；C．表面渗镀是在高温下将气态、固态或熔化状态的欲渗镀的物质(金属或非金属元素)通过扩散作用从被渗镀的金属的表面渗入内部以形成表层合金镀层的一种表面处理的方法，C不符合题意；D．喷涂油漆是将油漆涂在待保护的金属表面并没有在表面形成钝化膜，D符合题意；故答案选D。12．（2024·浙江6月卷）金属腐蚀会对设备产生严重危害，腐蚀快慢与材料种类、所处环境有关。下图为两种对海水中钢闸门的防腐措施示意图：下列说法正确的是A．图1、图2中，阳极材料本身均失去电子B．图2中，外加电压偏高时，钢闸门表面可发生反应：C．图2中，外加电压保持恒定不变，有利于提高对钢闸门的防护效果D．图1、图2中，当钢闸门表面的腐蚀电流为零时，钢闸门、阳极均不发生化学反应【答案】B【解析】A．图1为牺牲阳极的阴极瓮中保护法，牺牲阳极一般为较活泼金属，其作为原电池的负极，其失去电子被氧化；图2为外加电流的阴极保护法，阳极材料为辅助阳极，其通常是惰性电极，其本身不失去电子，电解质溶液中的阴离子在其表面失去电子，如海水中的，A不正确；B．图2中，外加电压偏高时，钢闸门表面积累的电子很多，除了海水中的放电外，海水中溶解的也会竞争放电，故可发生，B正确；C．图2为外加电流的阴极保护法，理论上只要能对抗钢闸门表面的腐蚀电流即可，当钢闸门表面的腐蚀电流为零时保护效果最好；腐蚀电流会随着环境的变化而变化，若外加电压保持恒定不变，则不能保证抵消腐蚀电流，不利于提高对钢闸门的防护效果，C不正确；D．图1、图2中，当钢闸门表面的腐蚀电流为零时，说明从牺牲阳极或外加电源传递过来的电子阻止了的发生，钢闸门不发生化学反应，但是牺牲阳极和发生了氧化反应，辅助阳极上也发生了氧化反应，D不正确；综上所述，本题选B。13．（2024·浙江1月卷）破损的镀锌铁皮在氨水中发生电化学腐蚀，生成和，下列说法不正确的是A．氨水浓度越大，腐蚀趋势越大B．随着腐蚀的进行，溶液变大C．铁电极上的电极反应式为：D．每生成标准状况下，消耗【答案】C【解析】A．氨水浓度越大，越容易生成，腐蚀趋势越大，A正确；B．腐蚀的总反应为Zn+4NH3•H2O=+H2↑+2H2O+2OH-，有OH-离子生成，溶液变大，B正确；C．该电化学腐蚀中Zn作负极，Fe作正极，正极上氢离子得电子生成氢气，铁电极上的电极反应式为：，C错误；D．根据得失电子守恒，每生成标准状况下，转移电子数为，消耗，D正确；故选C。考点一原电池原理与化学电源1．（2024·辽宁丹东总复习质量测试）如图，b为标准氢电极，可发生还原反应（）或氧化反应（），a、c分别为电极。实验发现：1与2相连a电极质量增大，2与3相连c电极质量减小，下列说法正确的是A．1与2相连，a电极发生氧化反应B．2与3相连，电池反应为C．1与3相连，盐桥1中的阳离子向a电极移动D．1与2、2与3相连，b电极均为电子流出极【答案】A【分析】1与2相连，左侧两池构成原电池，a电极质量增大，Ag转化为AgCN，说明a为负极，b为正极，b极反应为2H++2e-=H2；2与3相连，右侧两池构成原电池，c电极质量减小，AgBr转化为Ag，说明c为正极，b为负极，b极反应为：H2-2e-=2H+，据此分析。【解析】A．由分析可知，a为负极失去电子发生氧化反应，A正确；B．2与3相连，右侧两池构成原电池，b极反应为：H2-2e-=2H+，c电极AgBr转化为Ag，电池反应为H2+2AgBr=2Ag+2Br-+2H+，B错误；C．1与3相连，由于AgCN更难溶，则反应过程中AgBr转化为AgCN，a电极生成AgCN，说明a为负极，c为正极，则盐桥1中的阳离子向c电极移动，C错误；D．由分析可知，1与2相连，b为正极，为电子流入极，2与3相连，b为负极，为电子流出极，D错误；故选A。2．（2024·湖北圆创联盟一模）为了保护环境、充分利用铅资源，科学家设计了如下的-铅化合物燃料电池实现铅单质的回收。下列有关说法错误的是A．正极区溶液pH升高，负极区溶液pH降低B．电子流向：电极b→负载→电极aC．阴极区电极反应式为D．为了提高的回收率，离子交换膜为阴离子交换膜【答案】D【分析】该装置为-铅化合物燃料电池，通入燃料氢气的电极b为负极，发生失电子的氧化反应，则电极a为正极，发生得电子的还原反应。【解析】A．根据分析，负极氢气失电子、产生氢离子消耗氢氧根，pH降低，正极产生氢氧根离子，pH升高，A正确；B．根据分析电极b为负极，电极a为正极，电子流向：电极b→负载→电极a，B正确；C．根据题干信息，通过电化学装置实现铅单质的回收，阴极区电极反应式为，C正确；D．离子交换膜应使用阳离子交换膜，防止移动至电极b，D错误；答案选D。3．（2024·宁夏银川一中模拟）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【分析】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。【解析】A．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．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．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．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；故答案选A。4．（2024·广东湛江第二十一中学模拟）低品质能源利用是指对热值较低、含杂物较高等特点的一类能源的利用。如图所示装置，可同时利用低温废热和含铜废液，并达到对含铜废液富集和产生电能的目的。起始时电极均为泡沫铜且质量相等，含铜废液的浓度为0.1，以2.5溶液作为电解质溶液，向M极区液体中加入2氨水开始反应。下列说法正确的是A．向M极区液体中加入氨水可使M极电势高于N极电势B．含铜废液Ⅰ、Ⅲ中的均高于含铜废液Ⅱ中的C．电子由M极经导线移向N极D．电极质量差为6.4g时，电路中通过0.2mol电子【答案】C【解析】A．向M极区液体中加入氨水用于产生电势差，使两侧铜离子浓度不同，M极是负极，Cu失去电子生成，与形成，N极是正极，得到电子生成Cu，正极电势高于负极电势，即N极电势高于M极电势，A错误；B．由图可知；含铜废液Ⅰ＞含铜废液Ⅱ＞含铜废液Ⅲ，B错误；C．电子由M极（负极）经导线移向N极（正极），C正确；D．电极质量差为6.4g时，M极质量减少3.2g（即0.05mol），N极质量增加3.2g，根据关系式Cu～2可知，电路中通过0.1mol电子，D错误；故选C。5．（2024·北京师范大学附属中学三模）盐酸酸洗钢材的废液中含有大量的盐酸、。研究人员利用如图装置可将部分铁元素在a极区转化为沉淀，实现资源和能源的再利用。下列说法不正确的是A．电子由b极流向a极B．离子交换膜为阴离子交换膜C．该装置实现了化学能向电能转化D．a极可发生电极反应：【答案】B【分析】由图可知，该装置为原电池，通入空气的电极a为正极，电极反应为：，电极b是负极，负极区盐酸酸洗的废液含有大量的盐酸、，负极的电极反应为Fe2+-e-=Fe3+，负极区的H+通过阳离子交换膜进入正极区，使该区溶液pH增大，Fe3+转化为Fe(OH)3沉淀，据此分析解答。【解析】A．电池中电子由负极经外电路流向正极，即电子由b极流向a极，故A正确；B．a极的电极反应为：，为维持电荷守恒，H+由右池通过离子交换膜向左池迁移，则离子交换膜为质子交换膜，故B错误；C．该装置为原电池，实现了化学能向电能转化，故C正确；D．a极为原电池正极，该极通入空气，氧气得电子，电极反应为：，故D正确；答案选B。6．（2024·辽宁名校联盟高考模拟）一种双膜二次电池的结构及放电时的工作原理如图所示。已知：①M、N均为多孔石墨烯电极；②起始时Ⅰ室(含储液罐)中只含；③盐的水解忽略不计。下列说法正确的是A．充电时，Ⅱ室中向Ⅰ室迁移B．充电时，N极电极反应式为C．X膜为阴离子交换膜，Y膜为阳离子交换膜D．放电时，Ⅲ室中电路上转移电子，此时Ⅰ室中，则起始时Ⅰ室中含有【答案】D【分析】由图可知，放电时在M极失去电子生成，即转化为极是负极；为了维持电荷守恒，溶液中的溴离子要通过X膜进入Ⅰ室，X膜为阴离子交换膜；Ⅲ室中在N极得到电子生成溴离子并转移到Ⅱ室，则N极为正极，Y膜为阴离子交换膜。【解析】A．充电时，N极为阳极，M极为阴极，阴离子向阳极迁移，A项错误；B．充电时，N极电极反应式为，B项错误；C．X膜、Y膜均为阴离子交换膜，C项错误；D．设起始时Ⅰ室，D项正确；故选D。7．（2024·湖南长沙雅礼中学模拟）一种新型短路膜电池分离装置如下图所示。下列说法中正确的是A．负极反应为：B．正极反应消耗，理论上需要转移电子C．该装置用于空气中的捕获，最终由出口A流出D．短路膜和常见的离子交换膜不同，它既能传递离子，还可以传递电子【答案】D【分析】由图可知，通入氢气的一极为负极，电极反应式为，氢离子与离子反应生成CO2，通入氧气的一极为正极，电极反应式为，二氧化碳与氢氧根离子反应生成碳酸根离子。【解析】A．负极的电极反应方程式为，A错误；B．正极反应消耗标准状况下22.4L氧气，理论上需要转移电子，题目中未指明在标准状况下，B错误；C．由图可知，该装置吸收含二氧化碳的空气，二氧化碳与氢氧根离子反应生成碳酸根离子，故A口流出的空气不含CO2，C错误；D．由图可知，短路膜中存在电子运动，与常见的离子交换膜不同，它既能传递离子，还可以传递电子，D正确；故选D。8．（2024·湖北宜荆荆第四次适应性考试）盐酸羟胺(NH2OH﹒HCl)是一种常见的还原剂和显像剂，工业可采用如下电化学方法制备。装置和正极反应机理如下图所示。下列有关说法不正确的是A．X为H+，Y为NH3OH+B．含Fe电极起到导电和催化的作用C．Pt电极上的反应：H2+2e-=2H+D．消耗1molNO，有3molH+通过交换膜【答案】C【分析】由图可知，含铁的催化电极为原电池的正极，盐酸作用下一氧化氮在正极得到电子发生还原反应生成盐酸羟胺，电极反应式为NO+3e-+4H+=NH3OH+，铂电极为负极，氢气在负极失去电子发生氧化反应生成氢离子，电极反应式为H2-2e-=2H+，原电池工作时氢离子通过氢离子交换膜由负极区进入正极区。【解析】A．Y为反应机理最终产物，故Y为盐酸羟胺的阳离子，分析正极反应机理，结合元素守恒可以判断X为氢离子，A正确；B．Fe电极为正极，导电，同时根据反应机理可知，铁起着催化剂的作用，故含Fe电极起到导电和催化的作用，B正确；C．由分析，铂电极为负极，氢分子失去电子生成氢离子，正确的电极反应式为H2-2e-=2H+，C错误；D．根据分析中正极电极反应式，消耗1molNO，外电流有3mol电子转移，同时有3molH+通过交换膜，D正确；故选C。9．（2024·山东淄博三模）一种新型双功能催化剂电池的工作原理及催化路径如图所示。*R表示R基团在催化剂表面的吸附态。下列说法错误的是A．放电时，b极电势高于a极B．放电时，与起始相比右室n(OH-)减少C．充电时，决速步反应为D．充电时，a极电极反应式【答案】B【分析】由题干装置图可知，放电时，锌失去电子，作负极即a为负极，负极反应式为：Zn-2e-+4OH-=[Zn(OH)4]2-，b为正极，电极反应式为：O2+2H2O+4e-=4OH-，据此分析解题。【解析】A．由分析可知，放电时，a极为负极，b极为正极，则b极电势高于a极，A正确；B．由分析可知，放电时，b为正极，电极反应式为：O2+2H2O+4e-=4OH-，根据电荷守恒可知，每生成4molOH-电路上转移4mol电子，则有4molOH-移向负极，故与起始相比右室n(OH-)不变，B错误；C．由反应活化能越大反应速率越慢，多步反应中速率最慢的一步为决速步骤并结合题干图示信息可知，充电时，决速步反应为，C正确；D．由分析可知，放电时，a为负极，负极反应式为：Zn-2e-+4OH-=[Zn(OH)4]2-，则充电时，a极为阴极，其电极反应式为，D正确；故答案为：B。10．（2024·重庆十八中两江实验学校一诊）一种稳定且具有低成本效益的碱性混合多硫化物-空气氧化还原液流电池结构如图所示。下列说法正确的是A．膜a为阴离子膜，膜b为阳离子膜B．充电时的总反应为：4OH-+2=4+O2+2H2OC．放电时，左侧贮液室中含的多硫电解质减少D．放电时，外电路通过2mol电子，理论上II室及右侧贮液器中的NaOH总共减少2mol【答案】B【解析】A．膜a为阳离子膜，放电过程中1室发生氧化反应，钠离子交换到2室；b为阴离子交换膜；故A错误；B．充电时，氢氧根氧化得到氧气，被还原为，总反应为4OH-+2=4+O2+2H2O，故B正确；C．放电时，转化为，所以含的多硫电解质增加，故C错误；D．放电时，氧气和水反应产生氢氧根，所以NaOH增加，故D错误；故答案选B。11．（2024·河南许昌部分学校高考冲刺）铝-石墨双离子电池采用廉价且易得的石墨替代传统锂电池中的正极材料，全面提升了电池的能量密度。图甲和图乙表示该电池的充电或者放电时工作原理。X、Y表示可能为用电器或电源。已知充电时正极发生阴离子插层反应生成，下列有关分析正确的是A．图甲表示电池充电过程，电极a与电源的正极相连B．图甲中电极b电极反应式为：C．图乙中电极c电势高于电极dD．图乙中当电路转移电子数为2mol时，理论上电极c质量减少14g【答案】D【分析】由图中所给电极材料及电子转移方向判断，图乙是放电装置，电极c为原电池的负极，d为正极；图甲为充电装置，电极a与电源负极连接，为电解池的阴极，电极b为阳极；【解析】A．据分析，图甲为充电装置，电极a与电源负极连接，A错误：B．图甲中电极b与电源正极连接，电极反应式为：，B错误；C．图乙中c是原电池负极，d是正极，因此电极d的电势高于电极c，C错误；D．图乙，c电极反应为，因此当电路转移电子数为2mol时即物质的量为2mol，理论上电极c上2molLi参加反应，理论上电极c质量减少，D正确；选D。12．（2024·湖北襄阳四中一模）某双离子电池如下图。该电池以并五苯四酮（PCT）和石墨为电极，以室温离子液体为电解液，离子可逆地嵌入电极或从电极上脱离返回电解液中。已知充电时，PCT电极发生还原反应。下列说法错误的是A．充电时，PCT电极是阴极B．脱离PCT电极时，电池处于放电过程C．充电时，石墨电极发生反应D．0.5molPCT完全反应，理论上嵌入石墨电极2mol【答案】C【分析】已知充电时，PCT电极发生还原反应,则PCT电极为阴极，石墨电极为阳极，则放电时，PCT电极为负极，石墨电极为正极。【解析】A．已知充电时，PCT电极发生还原反应,则PCT电极为阴极，A正确；B．充电时，PCT电极为阴极，阳离子向阴极移动，向电极移动，因此，脱离PCT电极时，电池处于放电过程，B正确；C．充电时，石墨电极发生氧化反应，嵌入电极，反应式为：，C错误；D．由图可知，完全反应时C22H10O4+4e-=C22H10O，PCT完全反应，转移2mol电子，理论上嵌入石墨电极2mol，D正确；故选C。13．（2024·四川绵阳南山中学仿真演练）浙江大学高超教授团队研究的水系双离子电池原理如下图所示，下列说法错误的是A．放电时a极附近溶液pH增大B．放电时b极的电极反应式为：C．充电时b极作阴极，发生还原反应D．充电时1molCu完全转化为Cu3(PO4)2，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→，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；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；【解析】A．由图可知，放电时a极水也会放电生成氢氧根离子，碱性增强，溶液pH增大，故A正确；B．放电时b极为负极，负极反应式为，故B正确；C．充电时为电解池，a极为阳极、b极为阴极，阴极发生还原反应，故C正确；D．充电时Cu→Cu2O→Cu3(PO4)2，1molCu完全转化为Cu3(PO4)2转移电子2mol，有2molNa+发生迁移，故D错误；故选D。考点二电解池的原理及应用14．（2024·河北保定一模）用一种阴、阳离子双隔膜三室电解槽处理废液中的，实现其回收利用。a、b分别是一类离子选择透过膜，模拟装置如图所示。下列说法正确的是A．电路中转移1mol电子时，有生成B．a是阳离子选择透过膜C．最终的处理产物中可能有D．电解一段时间后，阴极室溶液中的先升高后降低【答案】C【分析】根据图片知，Fe为阳极，阳极上Fe失电子发生氧化反应生成Fe2+，电极反应式为Fe-2e-=Fe2+，C为阴极，电极方程式为：2H++2e-=H2，以此解答。【解析】A．由分析可知，C为阴极，电极方程式为：2H++2e-=H2，则当电路中通过1mol电子的电量时，阴极有0.5mol的气体生成，题干未说是标准状况下，无法计算其体积，故A错误；B．根据图片知，Fe为阳极，阳极上Fe失电子发生氧化反应生成Fe2+，电极反应式为Fe-2e-=Fe2+，该电极装置处理废液中的，则通过阳离子交换膜进入阴极区，SO通过阴离子交换膜进入阳极区，因此a是阴离子选择透过膜，故B错误；C．电解时，溶液中NH向阴极室移动，H+放电生成H2，溶液中OH-和NH结合生成电解质NH3·H2O，OH-也可以和磷酸反应生成或、，故C正确；D．根据上述分析，电解时阴极区电极方程式为：2H++2e-=H2，氢离子浓度减少，pH增大，D错误；故选C。15．（2024·北京东城一模）-种能捕获和释放的电化学装置如下图所示。其中a、b均为惰性电极，电解质溶液均为KCl溶液。当K连接时，b极区溶液能捕获通入的。下列说法不正确的是A．K连接时，b极发生反应：B．K连接时。a连接电源正极C．K连接时，a极区的值增大D．该装置通过“充电”和“放电”调控b极区溶液pH，捕获和释放【答案】C【分析】当K连接时，b极区溶液能捕获通入的，右侧为b极，充电时b为阴极，得电子发生还原反应，a为阳极失电子发生氧化反应；放电时a为正极发生还原反应，得电子，b为负极发生氧化反应，失电子，据此分析解题。【解析】A．K连接时，为电解池，阴极得电子，发生还原反应，b极发生反应：，A正确；B．K连接时，a为阳极，与连接电源正极相连，B正确；C．K连接时，为原电池，a极为正极，发生还原反应，得电子，，a极区的值减小，C错误；D．该装置通过“充电”和“放电”OH-浓度调控b极区溶液pH，捕获和释放，D正确；故选C。16．（2024·湖南岳阳第一中学6月考前强化训练）有机物电化学合成是化学研究的重要方向。下图所示电解装置可以生成葡萄糖酸(C6H12O7)和山梨醇(C6H14O6)。葡萄糖酸是制备补钙剂的重要原料，山梨醇也是一种常见的食品添加剂。下列说法错误的是A．葡萄糖酸能通过分子内反应生成含有六元环状结构的产物B．在“电解质溶液1”中，1mol葡萄糖被HBrO还原成葡萄糖酸转移2mol电子C．H+通过阳离子交换膜向电极N移动D．阴极反应为C6Hl2O6+2H++2e－=C6H14O6【答案】B【分析】根据图示，在电极M上Br－失去电子生成Br2，发生氧化反应，则该电极为阳极，在电极N上C6H12O6得到电子生成C6H14O6，发生还原反应，则该电极为阴极，因此a为电源正极，b为电源负极，据此分析解答。【解析】A．葡萄糖酸分子内既有羧基又有羟基，因此，羟基和羧基可发生酯化反应生成含有六元环状结构的酯，A正确；B．根据图示，“在电解质溶液1”中，HBrO被还原为Br－，则葡萄糖被HBrO氧化成葡萄糖酸，B错误；C．在电解池中，阳极区的H+通过阳离子交换膜向阴极区移动，C正确；D．阴极上C6H12O6得到电子生成C6H14O6，发生还原反应，电极反应为C6H12O6+2H++2e－=C6H14O6，D正确；故答案为：B。17．（2024·湖北华中师大一附中适应性考试）二苯亚砜（，Ph表示苯基）是重要的有机合成中间体，可采用“成对间接电氧化”法合成。电解槽中含水导电介质的主要成分及反应过程如图所示（PMn表示含锰配合物）。下列说法错误的是A．惰性电极1为阴极B．电解合成速率受溶液pH的影响C．消耗1mol氧气，可得到2mol二苯亚砜D．外电路通过2mol电子，净生成1mol水【答案】D【分析】惰性电极1，1mol氧气得到2mol电子生成1molH2O2，则惰性电极1为阴极，惰性电极2上发生氧化反应，为阳极，二苯亚砜、二苯硫醚循环反应，阴极产生的H2O2可以作为氧化剂氧化PMn，据此作答。【解析】A．根据分析可知，惰性电极1为阴极，故A正确；B．惰性电极1中，需要消耗H+，若H+浓度大则反应速率会加快，故B正确；C．阴极消耗1mol氧气转移的电子为2mol，二苯硫醚发生氧化反应生成二苯亚砜，加1个氧原子，失去2个电子，但由于惰性电极产生的物质也同样也可以氧化二苯硫醚为二苯亚砜，因此共得到2mol二苯亚砜，故C正确；D．外电路通过2mol电子，消耗1molO2，产生1molH2O2，而阴极产生的H2O2可以作为氧化剂氧化PMn，1个H2O2反应生成水转移2个电子，，净生成2mol水，故D错误；故答案选D。18．（2024·北京海淀一模）用热再生氨电池处理含Cu2+电镀废液的装置如图。该装置由电池部分和热再生部分组成：电池部分中，a极室为(NH4)2SO4-NH3混合液，b极室为(NH4)2SO4溶液；热再生部分加热a极室流出液，使[Cu(NH3)4]2+分解。下列说法不正确的是A．装置中的离子交换膜为阳离子交换膜B．a极的电极反应为：Cu-2e-+4NH3=[Cu(NH3)4]2+C．电池部分的总反应为：Cu2++4NH3=[Cu(NH3)4]2+D．该方法可以富集Cu2+并产生电能，同时循环利用NH3【答案】A【分析】甲、乙两室均预加相同的Cu2+电镀废液，a室铜失去电子发生氧化反应生成[Cu(NH3)4]2+为负极：Cu-2e-+4NH3=[Cu(NH3)4]2+，b端为原电池正极，铜离子得到电子发生还原反应生成铜，电极反应Cu2++2e-=Cu；中间为阴离子交换膜，硫酸根离子由正极迁移到负极。【解析】A．在原电池内电路中阳离子向正极移动，如隔膜为阳离子交换膜，电极溶解生成的铜离子要向右侧移动，通入NH3要消耗Cu2+，显然左侧阳离子不断减小，明显不利于电池反应正常进行，故离子交换膜为阴离子交换膜，A错误；B．由分析可知，a极的电极反应为：Cu-2e-+4NH3=[Cu(NH3)4]2+，B正确；C．由分析可知，a：Cu-2e-+4NH3=[Cu(NH3)4]2+，b：Cu2++2e-=Cu；则总反应为：Cu2++4NH3=[Cu(NH3)4]2+，C正确；D．该装置为原电池装置，可以富集Cu2+并产生电能，同时回收液受热分解释放出氨气，能循环利用NH3，D正确；故选A。19．（2024·辽宁丹东总复习质量测试）利用电解原理，可将氨转化为高纯氢气，其装置如图所示。下列说法正确的是A．a为电解池阳极B．电解后左侧电极室KOH溶液增大C．阴极电极反应式为D．电解过程中阴离子通过交换膜从右向左迁移【答案】B【分析】电解池中，右侧电极上NH3发生失电子的氧化反应生成N2，则右侧电极b为阳极，阳极电极反应式为；左侧电极a为阴极，H2O在阴极上得电子生成H2，阴极反应式为；电解池工作时，OH-从左侧区向右侧区移动，据此分析解答。【解析】A．由分析可知，左侧电极a为电解池阴极、与电源负极相接，故A错误；B．左侧电极a为阴极，H2O在阴极上得电子生成H2，阴极反应式为；因左侧生成的OH-和从左侧区向右侧区移动OH-一样多，KOH物质的量不变，但因左侧电极室水的减少使得KOH物质的量浓度增大溶液碱性增强，pH增大，故B正确；C．左侧电极a为阴极，H2O在阴极上得电子生成H2，阴极反应式为，故C错误；D．电解过程中阴离子移向阳极，故阴离子通过交换膜从左侧向右侧迁移，故D错误；故答案为：B。20．（2024·天津耀华中学一模）科研工作者用金催化电极实现了常温、常压条件下合成氨，其工作原理示意图如图所示。下列说法错误的是A．和的主要作用均为增强溶液导电性B．金催化电极接直流电源的负极C．理论上合成1mol，左室溶液质量减少24gD．理论上反应消耗的与惰性电极生成的气体的物质的量之比为2∶3【答案】C【分析】根据如图所示，金催化电极上，发生还原反应，为电解池的阴极，惰性电极为阳极，发生反应为：。【解析】A．和为电解质溶液，没有发生反应，主要作用均为增强溶液导电性，故A正确；B．根据如图所示，金催化电极上，发生还原反应，为电解池的阴极，与电源的负极相连，故B正确；C．金催化电极上，，合成1mol转移电子3mol，惰性电极为阳极，发生反应：，生成氧气0.75mol，左室氧气0.75mol从溶液中逸出同时3mol从左室通过质子交换膜移向右室，左室溶液减少，故C错误；D．金催化电极上，为电解池的阴极发生反应，惰性电极为阳极，发生反应，根据得失电子守恒，当电路中转移12mol电子时，消耗，生成，消耗的与惰性电极生成的气体的物质的量之比为，故D正确；故答案为：C。21．（2024·山东淄博三模）一种自生酸和碱的电化学回收体系如图所示。表示等含磷微粒，为。下列说法错误的是A．a、c为阴离子交换膜，b为阳离子交换膜B．X为，将其泵入吸收室用于吸收C．当电路中通过电子，阴极增重D．Ⅲ室可发生反应：【答案】AC【分析】由I室电极产生O2，III室电极产生H2可知，左侧为阳极，右侧为阴极，I室产生H+进入II室溶液，为了保证II室溶液电中性，脱盐室中硫酸根离子进入II室，II室物质X为硫酸，故a膜为阳离子交换膜，b膜为阴离子交换膜，II室硫酸泵入吸收室用于吸收NH3，脱盐室中硫酸根经过b膜进入II室，则Na+通过c膜进入III室，c膜为阳离子交换膜。【解析】A．根据分析，a、c为阳离子交换膜，b为阴离子交换膜，A错误；B．根据分析可知，II室物质X为硫酸，硫酸泵入吸收室用于吸收NH3，B正确；C．III室电极为阴极，电极反应式，转移0.14mol电子，共生成0.14mol，除了生成羟基磷灰石，还要与铵根反应，根据，当参与反应的OH-少于0.14mol，生成的羟基磷灰石少于0.01mol，0.01mol羟基磷灰石为10.04g，故阴极增重小于10.04g，C错误；D．III室要生成羟基磷灰石，根据得失电子守恒及电荷守恒：，D正确；答案选AC。22．（2024·辽宁沈阳第二中模拟）利用可再生能源驱动耦合电催化HCHO氧化与CO2还原，同步实现CO2与HCHO高效转化为高附加值的化学产品，可有效消除酸性工业废水中的甲醛，减少碳排放，实现碳中和。耦合电催化反应系统原理如图所示。下列说法正确的是A．电源a极为正极，通过质子交换膜从右侧移向左侧B．阳极的电极反应式为：C．外电路转移时，理论上可消除废水中0.5molHCHOD．电解生成1molHCOOH，理论上可消耗标准状况下【答案】C【分析】由题干电解池装置图可知，碳纸负载MnO2纳米片中HCHO转化为HCOOH，发生氧化反应，故为阳极，电极反应为：HCHO+H2O-2e-=HCOOH+2H+，即电源b电极为正极，Cu箔负载Cu纳米绒为阴极，发生还原反应，电极反应为：CO2+2H++2e-=HCOOH，据此分析解题。【解析】A．由分析可知，电源b电极为正极，电源a极为负极，H+通过质子交换膜从左侧阳极区移向右侧阴极区，A错误；B．由分析可知，阳极发生氧化反应，阳极的电极反应式为：HCHO+H2O-2e-=HCOOH+2H+，B错误；C．由分析可知，阳极区发生的电极反应为：HCHO+H2O-2e-=HCOOH+2H+，根据电子守恒可知，外电路转移时，理论上可消除废水中0.5molHCHO，C正确；D．由题干信息可知，阳极区生成HCOOH，阴极区也能生成HCOOH，结合电极反应式HCHO+H2O-2e-=HCOOH+2H+、CO2+2H++2e-=HCOOH可知，电解生成1molHCOOH，理论上可消耗0.5molCO2，则其标准状况下的体积为：0.5mol×22.4L/mol=11.2L，D错误；故答案为：C。23．（2024·福建泉州第五中学适应性检测）羟基自由基具有很强的氧化性，能将苯酚氧化为和。我国科学家开发出如图所示装置，能实现制备氢气、处理含苯酚废水二位一体。下列说法正确的是A．d电极的电极反应式：B．再生池中发生的反应：C．a为电源负极，m为阴离子交换膜，能增强导电性D．气体X与Y在相同条件下的体积比为【答案】A【分析】c电极发生反应V3++e-=V2+，得电子被还原，所以c是阴极，a是负极，b是正极，d是阳极，结合图示，电极反应中产生羟基自由基(·OH)和H+，没有生成氧气，电极反应：。据此分析作答。【解析】A．根据分析，d电极的电极反应式：，A正确；B．题中所给反应未配平，B错误；C．根据分析，a为电源负极，比起纯水，能增强溶液的导电性，d电极的电极反应式：，产生的H+经阳离子交换膜移向阴极，故m为阳离子交换膜，C错误；D．根据，产生1mol气体H2，需要消耗V2+2mol，对应c电极发生反应V3++e-=V2+，则转移电子数为2mol，根据，则产生的为2mol，根据反应，生成CO2为mol，所以两种气体体积比为1∶=7∶3，D错误；故选A。24．（2024·湖北宜荆一模）科学家发现金属钙可用于电化学驱动将还原为。已知：电解质溶液由和少量溶于有机溶剂形成。下列说法错误的是A．阴极反应式为：B．推测用代替更有利于生成C．理论上电解一段时间后浓度基本不变D．总反应方程式：【答案】B【分析】有电解池工作原理可知，左边电极为阳极，电极反应式为；右边电极为阴极，电极反应式为，；过程II将N2还原为NH3原理是；【解析】A．根据分析可知，阴极反应式为，A正确；B．NH3为碱性气体，易溶于乙酸，用乙酸代替乙醇不利于生成NH3，B错误；C．在电解池中，存在着Ca2+—Ca—Ca2+的相互转化，理论上一段时间后Ca2+的浓度不变，C正确；D．根据阴阳极电极反应式可知，总反应方程式为，D正确；答案选B。考点三金属的腐蚀与防护25．（2024·山东师范大学附属中学考前适应性测试）下列实验描述正确的是A．用酸碱中和滴定法可同时测定中和反应的反应热和待测液浓度B．利用上图该装置验证牺牲阳极保护法C．用98%的浓硫酸配制10%的稀硫酸，所需玻璃仪器为烧杯、玻璃棒D．将镀锌铁皮放入稀硫酸中，待产生氢气的速率突然减小，可以判断锌镀层已反应完全【答案】D【解析】A．酸碱中和滴定法是测定未知酸或碱溶液的浓度的，不能测定中和反应的反应热，故A错误；B．利用上图该装置验证牺牲阳极保护法，为了验证Fe未被腐蚀，不应该用KSCN溶液，而应该用铁氰化钾溶液，用于验证Fe2+，故B错误；C．用98%浓硫酸配制10%的稀硫酸，需要的仪器为量筒、烧杯、玻璃棒、容量瓶、胶头滴管，故C错误；D．锌、铁和稀硫酸构成原电池，锌作负极，铁作正极，原电池能加快锌被腐蚀的速率，铁的活泼性小于锌，且只有铁时，不能构成原电池，所以生成氢气的速率减小，所以当产生氢气的速率速率突然减小，可以判断锌镀层已反应完全，故D正确；故选D。26．（2024·广东湛江第二十一中学模拟）航母山东舰采用模块制造再焊接组装而成。实验室模拟海水和淡水对焊接金属材料的影响，结果如图所示。下列分析正确的是A．舰艇腐蚀是因为形成了电解池 B．图甲是海水环境下的腐蚀情况C．腐蚀时负极反应为： D．焊点附近可用锌块打“补丁”延缓腐蚀