2021届高考化学热点：新型电化学装置分析 （解析版）

新型电化学装置分析

1.（重庆市直属校2020届高三3月模拟）电解法利用CO?制备甲酸盐可实

现C02资源化利用，其装置如图所示：

0.1mol/LKHCCh溶液

下列说法错误的是

A.a极为正极，K*由左向右通过交换膜

2

B.乙池中的反应为C02+HC03+2e=HC00+C03"

C.电解过程中，Pt电极产生的气体可以用作燃料电池的负极反应

D.两池的溶液KHC03浓度均降低

【答案】C

【解析】【分析】根据电解CO2制甲酸盐的装置可知，Sn电极为阴极，阴极

-_-2-

CO2发生还原反应生成HC00，电极反应为：C02+HC03+2e=HC00+C03,阳极

为Pt电极，电解一段时间后，阳极氢氧根离子失电子生成氧气，促进水的电离,

电极附近氢离子浓度增大，HC03一浓度降低，电极反应式为4HC（V-4e-=021+4c

t+2H20O

【详解】A.根据以上分析，Sn电极为阴极，阴极CO?发生还原反应生成HC00

一，所以b是电源负极，a极为正极，IC由左向右通过交换膜，故A正确；

B.乙池Sn电极为阴极，阴极CO?发生还原反应生成HC00,电极反应为：

--

C02+HC03+2e-HCOO-+COr,故B正确；

C.阳极为Pt电极，电解一段时间后，阳极氢氧根离子失电子生成氧气，电

极反应式为4HC（V-4e-=（）21+4c1+2H2。，电解过程中，Pt电极产生的气体O2

和CO2可作氧化剂，不能用作燃料电池的负极反应，故C错误；

D.甲池为阳极，电极反应式为4HC03--4e=021+4c1+2H2。，乙池为阴极,

2-

电极反应为：C02+HC03~+2e-—HCOO-+CO3,则两池中KHCO3溶液浓度均降低，故

D正确；

故选C。

2.（内蒙古呼伦贝尔市海拉尔区2020届高三一模）镁一铺液态金属电池是

新型二次电池，白天利用太阳能给电池充电，夜晚电池可以给外电路供电。该电

池利用液体密度不同，在重力作用下分为三层，工作时中间层熔融盐的组成及浓

度不变。工作原理如图所示，下列有关该二次电池说法正确的是（）

电

流

方

向

A.该电池放电时，C「向下层方向移动

B.充电时，阴极的电极反应为：Mg2++2e=Mg

C.该电池充电时，Mg—Sb（液）层做阴极

D.放电时，Mg（液）层的质量增大

【答案】B

【解析】A.根据电流的方向，Mg—Sb（液）层做正极，Mg（液）层作负极，该

电池放电时，阴离子向正极移动，即C「向上层处移动，故A错误；

2

B.充电时，Mg（液）层作阴极，阳离子移向阴极，发生还原反应，阴极的电

极反应为：Mg2，+2e=Mg,故B正确；

C.根据电流的方向，该电池充电时，Mg—Sb（液）层做阳极，故C错误；

D.放电时，负极Mg失电子生成镁离子，则Mg（液）层的质量减小，故D错

误；

答案选B。

3.（云南省昆明市2020届高三“三诊一模”）钠离子电池相比锂离子电池具

有高安全、长寿命、低成本的特点，有望成为下一代电池。某钠离子电池放电时

的总反应为NaaaMOz+NaxCn—NaMOz+nC,如图表示其充电过程。有关该电池的说

法错误的是（）

A.充电时，a与外加电源正极相连

B.放电时，外电路电子由b流向a

C.充电时，无序碳上发生的反应为nC+xNa*+xe'_NaxCn

D.用该电池电解精炼铜，当电池中迁移lmolNa+时，理论上可获得64g纯铜

【答案】D

【解析】【分析】根据题意，该装置为电解池装置，根据电解池的工作原理,

以及Na+移动的方向，推出b电极为阴极，a电极为阳极，对电池充电时，电池

的正极接电源的正极，电池的负极接电源的负极，据此分析；

【详解】A.根据图示，Na+从左向右移动，根据电解池工作原理，阳离子向

3

阴极区移动，即电极b为阴极，电极a为阳极，电极a与外加电源正极相连，故

A说法正确；

B.充电时，电池的正极接电源的正极，电池的负极接电源的负极，推出放

电时电极a为正极，电极b为负极，外电路电子由b流向a,故B说法正确；

C.根据放电的总反应，推出充电时，无序碳上发生的反应式为nC+xNa++

xe-=NaxCn,故C说法正确；

D.精炼铜时，阴极反应式为Cu2++2e=Cu,当电池中迁移lmolNa+,说明

电路中通过Imole,即获得纯铜的质量为:molx64g/mol=32g,故D说法错误；

答案：Do

【点睛】难点是选项C的分析，可充电电池在充电时，电池的正极接电源的

正极，电池的负极接电源的负极，则阴阳两极反应式应是放电池时负极、正极反

应式的逆过程。

4.（重庆市凤鸣山中学2020届高三第一次诊断联考）如图是一种可充电锂

电池，反应原理是4Li+FeSz瞿Fe+2LizS,LiPFe是电解质，SO（CH3）2是溶剂。

下列说法正确的是（）

A.放电时，电子由a极经电解液流向b极

B.放电时，电解质溶液中PF6-向b极区迁移

C.充电时，b极反应式为Fe+2Li2s—4e-=FeS2+4Li+

D.充电时，b极消耗5.6gFe时在a极生成0.7gLi

4

【答案】c

【解析】【分析】由所给的反应原理可判断原电池时，Li易失电子作负极，

所以a是负极、b是正极，负极反应式为Li-e-LitLiPF6是电解质，则正极反

+

应式为FeS2+4Li+4e-Fe+2Li2So

【详解】A.电子从负极沿导线流向正极，电子不经过电解质溶液，A错误；

B.原电池中阴离子移向负极，电解质溶液中PF6一应向a极区迁移，B错误；

C.充电时，原电池中负极变阴极，正极变阳极，则电解时b极为阳极，反应式为

+

Fe+2Li2S-4e=FeS2+4Li,C正确；

D.由所给原理4Li+FeSz普Fe+2Li?S,可得关系式4Li+4e「Fe,b极

消耗5.6gFe时在a极生成2.8gLi,D错误；

故选C。

5.(安徽省淮北市2020届高三一模)银-铁碱性电池十分耐用，但其充电过

程中正负极得到的产物对电解水有很好的催化作用，因此电池过充时会产生氢气

和氧气，限制了其应用。科学家将电池和电解水结合在起，制成新型的集成式电

池电解器,可将富余的能量转化为氢能储存。已知银铁碱性电池总反应方程式为:

Fe+2NiOOH+2H2。二上Fe(OH)2+2Ni(OH)20下列有关说法错误的是()

A.电能、氢能属于二次能源

B.该储能装置中的交换膜为阴离子交换膜

5

C.该装置储氢能发生的反应为：2H2。迪2H21+02t

D.银-铁碱性电池放电时正极的反应为：Ni(OH)2+0H-e—Ni00H+H20

【答案】D

【解析】A.电能、氢能都是由其他能源转化得到的能源，为二次能源，故

A正确；

B.电解时氢氧根离子通过离子交换膜进入阳极，在阳极失电子生成氧气，

则该储能装置中的交换膜为阴离子交换膜，故B正确；

C.该装置储氢时，发生电解水的反应，电解水生成氢气和氧气，即反应为:

2H2。迪2H21+。23故C正确；

D.正极上发生得电子的还原反应，则银-铁碱性电池放电时正极的反应为：

Ni(OH)2+0F+e-Ni00H+H20,故D错误。

故选：Do

6.(广东省深圳市2020年普通高中高三年级线上统一测试)锂-硫电池具有

高能量密度、续航能力强等特点。使用新型碳材料复合型硫电极的锂-硫电池工

作原理示意图如图，下列说法正确的是

XI------1I---1Y

•破颗粒

Li

3聚合物粘介剂

A.电池放电时，X电极发生还原反应

B.电池充电时，Y电极接电源正极

C.电池放电时，电子由锂电极经有机电解液介质流向硫电极

D.向电解液中添加Li2sO,水溶液，可增强导电性，改善性能

6

【答案】B

【解析】A.X电极材料为Li,电池放电时，X电极发生氧化反应，故A错

误；

B.电池放电时，Y为正极，发生还原反应，充电时，丫发生氧化反应，接电

源正极，故B正确；

C.电池放电时，电子由锂电极经过导线流向硫电极，故C错误；

D.锂单质与水能够发生反应，因此不能向电解液中添加Li2sO,水溶液，故D

错误；

故答案为：Bo

7.（福建省厦门市2020届高三毕业班3月线上质量检查）我国科学家设计

了一种将电解饱和食盐水与电催化还原CO2相耦合的电解装置如图所示。下列叙

述错误的是

A.理论上该转化的原子利用率为100%

B.阴极电极反应式为CO2+2e+2H+=CO+H2。

C.Na,也能通过交换膜

D.每生成11.2L（标况下）C0转移电子数为M

【答案】C

【解析】A.总反应为COz+CUCO+Cl。，由方程式可以看出该转化的原子利

用率为100%,故A正确;

7

B.阴极发生还原反应，阴极电极反应式为CO2+2e+2H+=CO+Hq,故B正确;

C.右侧电极氯化钠生成次氯酸钠，根据反应物、生成物中钠、氯原子个数

比为1:1,Na,不能通过交换膜，故C错误；

D.阴极二氧化碳得电子生成CO,碳元素化合价由+4降低为+2,每生成11.2

L（标况下）CO转移电子数为吊，故D正确；

选C。

8.（黑龙江省齐齐哈尔市八中2019-2020学年高三一模）化石燃料开采、加

工过程中会产生剧毒气体硫化氢（ILS）,可通过间接电化学法除去，其原理如图

所示。下列说法错误的是

A.反应池中处理硫化氢的反应是H2s+2Fe3+=2Fe"+SI+2H+

B.电极a为阳极，电极b为阴极

C.若交换膜为质子®）交换膜，则NaOH溶液的浓度逐渐变大

D.若交换膜为阳离子交换膜，b电极区会产生红褐色沉淀

【答案】C

【解析】A.由图示知反应池中，Fe"与硫化氢发生氧化还原反应，反应的离

32++

子方程式为：H2S+2Fe=2Fe+SI+2H,故A正确；

B.a极产生Fe",发生氧化反应，所以为阳极，b为阴极，故B正确；

C.若交换膜为质子交换膜，则IT进入b极，则NaOH溶液的浓度逐渐变小，

8

故C错误

D.若交换膜为阳离子交换膜，Fe”会向阴极移动，与氢氧根离子生成红褐色

Fe(OH)沉淀3,故D正确；

故选C。

9.(宁夏石嘴山市第三中学2020届高三一模)利用CH4燃料电池电解制备

Ca(H2PoD2并得到副产物NaOH、4、Cl2,装置如图所示。下列说法正确的是

二氧

化碳

甲烷

a极电解质b极阳极室产品室原料室阴极室

2-

A.a极反应：CH4+8e-+40=C02+2H20

B.A膜和C膜均为阴离子交换膜

C.可用铁电极替换阴极的石墨电极

D.a极上通入2.24L甲烷，阳极室Ca?+减少0.4mol

【答案】C

【解析】A.a极为负极，负极上甲烷发生氧化反应，电极反应式为：CH4-8e

_2-

+40=C02+2H20,A错误；

B.根据题干信息：利用CL燃料电池电解制备Ca(H2P04)2并得到副产物NaOH、

乩、Cl2,,可知阳极室的电极反应式为：2Cl-2eCl2T,则阳极室内钙离子向产

品室移动，A膜为阳离子交换膜，阴极室的电极反应式为：2H2O+2e=2OH+H2T,

则原料室内钠离子向阴极室移动，C膜为阳离子交换膜，B错误；

C.阴极电极不参与反应，可用铁替换阴极的石墨电极，c正确；

9

D.a极上通入2.24L甲烷，没有注明在标准状况下，无法计算钙离子减少的

物质的量，D错误；

答案选C。

【点睛】D容易错，同学往往误以为Imol气体的体积就是22.4L,求气体体

积时一定要注意气体所处的状态。

10.（江西名师联盟2020届高三一模）2019年3月，我国科学家研发出一

种新型的锌碘单液流电池，其原理如图所示。下列说法不正确的是

|-----Jab-I----

MN

一

晅

一

—

一

应

1一

1:=

1

*子女校*

A.放电时B电极反应式为：L+2e-=2「

B.放电时电解质储罐中离子总浓度增大

C.M为阳离子交换膜，N为阴离子交换膜

D.充电时，A极增重65g时，C区增加离子数为4N

【答案】C

【解析X分析】由装置图可知，放电时,Zn是负极,负极反应式为Zn-2e=Zn2+,

石墨是正极，反应式为L+2e-=2「，外电路中电流由正极经过导线流向负极，充

电时，阳极反应式为2「-2e-=L、阴极反应式为Zn2++2e-=Zn,据此分析解答。

【详解】A.放电时，B电极为正极，L得到电子生成「，电极反应式为

I2+2e=2F,A正确;

io

B.放电时，左侧即负极，电极反应式为Zn-2e-=Zn*所以储罐中的离子总浓

度增大，B正确；

C.离子交换膜是防止正负极L、Zn接触发生反应，负极区生成Zn,正电荷

增加，正极区生成丁、负电荷增加，所以Cr通过M膜进入负极区，I通过N膜

进入正极区，所以M为阴离子交换膜，N为阳离子交换膜，C错误；

D.充电时，A极反应式Zn2++2e=Zn,A极增重65g转移2mol电子，所以C区

增加2moiI、2molCr,离子总数为4NA,D正确；

故合理选项是C。

【点睛】本题考查化学电源新型电池，根据电极上发生的反应判断放电时的

正、负极是解本题关键，要会根据原电池、电解池反应原理正确书写电极反应式,

注意交换膜的特点，选项是C为易错点。

11.（北京市平谷区2020届高三一模）工业上用Na2s溶液吸收硫酸工业尾

气中的SO2,并通过电解方法实现吸收液的循环再生。其中阴、阳离子交换膜组

合循环再生机理如图所示，下列有关说法中正确的是

--------1直流电源下丫--------

|NazSOs溶液||6%H2SO*溶液］

Pl(I)*-4—pt（n）

—Na+

HSOJ一fHSO；

so：—fSO：

G

|Na2sO^NaHSO,溶屐||a%H£Q溶液|

A.X应为直流电源的正极

B.电解过程中阴极区pH升高

C.图中的b%Va%

11

2--2-

D.S(V-在电极上发生的反应为S03+20H--2e=S04+2H20

【答案】B

【解析】A.因为电解池左室H+fH2,Pt(I)是阴极，X为直流电源的负极，A

项错误；

B.阴极区消耗T生成氢气，氢离子浓度减小，溶液的pH增大，B项正确；

2+2

C.电解池右室阳极区的发生反应HS03-2e+H20=S04-+3H和S03--2e+

2+

2H20=S04+4H,图中的b%>a%,C项错误；

-+2

D.解池右室阳极区的发生反应HS03-2e+H20=SO?-+3H和S03'-2e+2H20

2+

=S04-+4H,D项错误；

答案选B。

12.(河南等省五岳2020届高三4月联考)二茂铁［Fe(C5H5)2］可作为燃料

的节能消烟剂、抗爆剂。二茂铁的电化学制备装置与原理如图所示，下列说法正

确的是

A.a为电源的正极

B.电解质溶液是NaBr水溶液和DMF溶液的混合液

电解

C.电解池的总反应化学方程式为Fe+2c5H6——Fe(C5H5%+凡T

D.二茂铁制备过程中阴极的电极反应为2H++2e=H2T

【答案】C

12

【解析】【分析】由二茂铁的电化学制备装置与原理可知，与电源正极b相

连的铁为电解池的阳极，铁失电子发生氧化反应生成亚铁离子，与电源负极a相

连的镇为电解池的阴极,钠离子在阴极上得电子发生还原反应生成钠,钠与。发

生置换反应生成合和氢气，含与亚铁离子反应生成二茂铁和钠离子，制备二茂

Na-Na-

铁的总反应方程式为Fe+气）处a+H2to

【详解】A.由分析可知，a为电源的负极，b为电源的正极，故A错误；

B.与电源负极a相连的镇为电解池的阴极，钠离子在阴极上得电子发生还

原反应生成钠，钠能与水反应，则电解质溶液不可能为NaBr水溶液，故B错误;

C.由分析可知，制备二茂铁的总反应方程式为Fe+2Q处籍+压3故C

正确；

D.二茂铁制备过程中阴极上钠离子得电子发生还原反应生成钠，电极反应

式为Na,+e三Na,故D错误；

故选C。

【点睛】由二茂铁的电化学制备装置与原理可知，与电源正极b相连的铁为

电解池的阳极，与电源负极a相连的镇为电解池的阴极是解答关键，钠离子在阴

极上得电子发生还原反应生成钠是解答难点。

13.（云南省曲靖市第一中学2020届高三二模）用电解尿素［CO（NL）21的碱

性溶液制氢气的装置如图所示。下列说法错误的是

气体隔事

（仅阻止气体通过）

13

A.为增强导电性，可用金属铜作阳极

B.电解过程中阴、阳极产生的气体物质的量之比为3：1

C.阴极的电极反应式为：2H20+2e=H2+20H-

2

D.阳极的电极反应式为：CO（NH2）2-6e-+80H=C03+N2+6H20

【答案】A

【解析】A.如用金属铜作电解池的阳极，则阳极本身要发生氧化反应，影

响电解的目的，故A错误；B.根据电子守恒，电解过程中阴产生的玲、阳极产

生的弗的物质的量之比为3：L故B正确；C.阴极发生还原反应生成氢气的电

极反应式为2H20+2e-=H21+20H，故C正确；D.阳极发生氧化反应得到用的电极

2

反应式为CO（NH2）2-6e+80H-=C03+N2+6H20,故D正确；答案为A。

点睛：明确元素化合价变化是解本题关键，根据元素化合价变化与阴阳极的

关系来分析解答，该电池反应时中，氮元素化合价由-3价变为0价，H元素化合

价由+1价变为0价，所以生成氮气的电极a是阳极，生成氢气的电极b是阴极,

结合电解质溶液中氢氧根离子浓度的变化分析解答。

14.（东北三省三校2020届高三第一次联合模拟）新型锂空气电池具有使用

寿命长、可在自然空气环境下工作的优点。其原理如图所示（电解质为离子液体

和二甲基亚碉），电池总反应为：21.叶。，告1工（）：下列说法不正确的是（）

A.充电时电子由Li电极经外电路流入IA2O2

14

B.放电时正极反应式为2LM+O2+2e=Li202

C.充电时Li电极与电源的负极相连

D.碳酸锂涂层既可阻止锂电极的氧化又能让锂离子进入电解质

【答案】A

【解析】【分析】这是二次电池，放电时Li是负极，充电时Li是阴极；

【详解】A.充电时电子经外电路流入Li,A错误；

B.放电时正极为还原反应，得电子化合价降低，反应式为2LiZ02

+2e=Li202,B正确；

C.充电时Li电极为阴极，与电源的负极相连，C正确；

D.碳酸锂涂层的覆盖可阻止锂电极的氧化，但是涂层能让锂离子进入电解质

定向移动形成闭合回路，D正确；

答案选A。

【点睛】关键之一是正确判断电极。关于负极的判断可以从这几方面入手：

如果是二次电池，与电源负极相连的那一极，在放电时是负极；电子流出那一极

是负极；发生氧化反应的一极是负极；阴离子向负极移动。

15.（湖南省长郡中学2020届高三第三次适应性考试）在乏燃料后处理流程

中，四价铀作为铀杯分离的还原剂己广泛使用。在U02（N03）-2HN03-N2H4。HNO3体

4+

系下采用电解法制备四价铀，电解总反应为ZIKJ+N2H/+3IT期2U+N21+4H20,

电解装置如图所示。下列说法正确的是

15

A.若转移4mole',将有4molH*透过质子交换膜

2+4+

B.b极的电极反应式为U02+2H20+2e-=U+40H~

C.电解液中NOJ的移动方向：a->质子交换膜->b

D.当产生11.2mL弗时，同时生成U”的质量为0.2389

【答案】A

【解析】【分析】此装置为电解池模型，结合图像可知，a极接电源负极，

2+4

为电解池阴极，U（V+在阴极得到电子，发生的电极反应为：U02+2H20+2e-===U

++40H,b接电源正极，为电解池阳极，N2H5在阳极得到电子，发生的电极反应

+

为：N2H5-4e-===N21+5IT,IT经质子交换膜向阴极（a极）移动，据此可分析选

项。

【详解】A.根据上述分析，电极a是阴极，电极b是阳极，电解池中阳离

子向阴极移动，根据电荷守恒可知，导线中转移4moie\溶液中消耗4moIT,

IT透过质子交换膜向阴极（a极）移动，A选项正确；

++

B.酸性环境下，b电极发生的反应为：N2H5-4e-===N2f+5H,B选项错误;

C.NO3不能透过质子交换膜，C选项错误；

D.未注明标准状况，不能够准确计算，D选项错误；

答案选A。

16.（广西桂林市2020届高三第一次联合调研）钠硫电池以熔融金属钠、熔

16

+

融硫和多硫化钠（Na2Sx）分别作为两个电极的反应物，固体AI2O3陶瓷（可传导Na）

为电解质，总反应为2Na+xS晋Na?*,其反应原理如图所示。下列叙述正确的

是（）

A.放电时，电极a为正极

B.放电时，内电路中Na*的移动方向为从b到a

C.充电时，电极b的反应式为Sj--2e-=xS

D.充电时，Na.在电极b上获得电子，发生还原反应

【答案】C

【解析】A.放电时Na失电子，故电极a为负极，故A错误；

B.放电时该装置是原电池，Na*向正极移动，应从a到b,故B错误；

C.充电时该装置是电解池，电极b是阳极，失电子发生氧化反应，电极反

2

应式为：Sx-2e=xS,故C正确；

D.充电时，电极a是阴极，Na.在电极a上获得电子发生还原反应，故D错

误；

故答案为Co

17.“太阳水”电池装置如图所示，该电池由三个电极组成，其中a为TiOz

电极，b为Pt电极，c为阻电极，电解质溶液为pH=3的Li2s0「H2sO4溶液。锂

离子交换膜将电池分为A、B两个区，A区与大气相通，B区为封闭体系并有明

17

保护。下列关于该电池的说法错误的是（）

理离子

A.若用导线连接a、c,则a为负极，该电极附近pH减小

+

B.若用导线连接a、c,则c电极的电极反应式为LWO3-xe-=W03+xH

C.若用导线先连接a、c,再连接b、c,可实现太阳能向电能转化

D.若用导线连接b、c,b电极的电极反应式为02+4H++4e-=2H2（）

【答案】B

【解析】A.用导线连接a、c,a极发生氧化，为负极，发生的电极反应为

+

2H20-4e=4H+021,a电极周围H*浓度增大，溶液pH减小，故A正确；

B.用导线连接a、c,c极为正极，发生还原反应，电极反应为W（）3+xlf+xe-

=HXWO3,故B错误；

C.用导线先连接a、c,再连接b、c,由光电池转化为原电池，实现太阳能

向电能转化，故C正确；

D.用导线连接b、c,b电极为正极，电极表面是空气中的氧气得电子，发

生还原反应，电极反应式为02+4H」4e-=2H20,故D正确；

故答案为Bo

18.（山西运城市2020届高三一模）氮氧化物（N0,是有毒的大气污染物，

研究发现，可以