高中化学知识点归纳与分类突破专题九电化学

专题九电化学▷对应学生书第69页知识点一原电池及其工作原理装置图解可充电电池关系图示解题模型例:xMg+Mo3S4MgxMo3S4知识点二电极名称的判断原电池电解池知识点三新型电池电极反应1.燃料电池以CH3OH燃料电池为例,体会不同介质对电极反应的影响酸性燃料电池H+总反应:2CH3OH+3O22CO2+4H2O正极3O2+12e+12H+6H2O负极2CH3OH12e+2H2O2CO2↑+12H+碱性燃料电池OH总反应:2CH3OH+3O2+4OH2CO32-+6H正极3O2+12e+6H2O12OH负极2CH3OH12e+16OH2CO32-+12H熔融碳酸盐燃料电池CO总反应:2CH3OH+3O22CO2+4H2O正极3O2+12e+6CO26CO3负极2CH3OH12e+6CO32-8CO2↑+4H固态氧化物燃料电池O2总反应:2CH3OH+3O22CO2+4H2O正极3O2+12e6O2负极2CH3OH12e+6O22CO2↑+4H2O质子交换膜燃料电池H+总反应:2CH3OH+3O22CO2+4H2O正极3O2+12e+12H+6H2O负极2CH3OH12e+2H2O2CO2↑+12H+2.新型一次电池MgH2O2电池总反应:H2O2+2H++MgMg2++2H2O正极H2O2+2H++2e2H2O负极Mg2eMg2+MgAgCl电池总反应:Mg+2AgCl2Ag+MgCl2正极2AgCl+2e2Cl+2Ag负极Mg2eMg2+(续表)钠硫电池总反应:2Na+xSNa2Sx正极xS+2eSx负极2Na2e2Na+锂铜电池总反应:2Li+Cu2O+H2O2Cu+2Li++2OH正极Cu2O+H2O+2e2Cu+2OH负极2Li2e2Li+锂钒氧化物电池总反应:xLi+LiV3O8Li1+xV3O8正极xLi++LiV3O8+xeLi1+xV3O8负极xLixexLi+3.新型充电(可逆)电池锌银电池总反应:Ag2O+Zn+H2O2Ag+Zn(OH)2正极:Ag2O+H2O+2e2Ag+2OH负极:Zn+2OH2eZn(OH)2阳极:2Ag+2OH2eAg2O+H2O阴极:Zn(OH)2+2eZn+2OH镍铁电池总反应:NiO2+Fe+2H2OFe(OH)2+Ni(OH)2正极:NiO2+2e+2H2ONi(OH)2+2OH负极:Fe2e+2OHFe(OH)2阳极:Ni(OH)2+2OH2eNiO2+2H2O阴极:Fe(OH)2+2eFe+2OH高铁电池总反应:3Zn+2K2FeO4+8H2O3Zn(OH)2+2Fe(OH)3+4KOH正极:2FeO42-+6e+8H2O2Fe(OH)负极:3Zn6e+6OH3Zn(OH)2阳极:2Fe(OH)3+10OH6e2FeO42-+8H阴极:3Zn(OH)2+6e3Zn+6OH锂离子电池总反应:Li1-xCoO2+LixC6LiCoO2+C6(x正极:Li1-xCoO2+xe+xLi+负极:LixC6xexLi++C6阳极:LiCoO2xeLi1-xCoO2+x阴极:xLi++xe+C6LixC6(续表)钠硫蓄电池总反应:2Na2S2+NaBr3Na2S4+3NaBr正极:NaBr3+2e+2Na+3NaBr负极:2Na2S22eNa2S4+2Na+阳极:3NaBr2eNaBr3+2Na+阴极:Na2S4+2Na++2e2Na2S2钠离子电池总反应:Na1-mCoO2+NamCnNaCoO2正极:Na1-mCoO2+me+mNa+负极:NamCnmemNa++Cn阳极:NaCoO2meNa1-mCoO2+m阴极:mNa++Cn+meNamCn全钒液流电池总反应:VO2++2H++V2+V3++VO2++H2正极:VO2++2H++eVO2++H2负极:V2+eV3+阳极:VO2++H2OeVO2++2H阴极:V3++eV2+知识点四电解池及其工作原理电解池模型惰性电极电解CuCl2溶液多室电解池三室电渗析法处理Na2SO4废水题型1原电池原理和化学电源例1(2023·辽宁卷,11)某低成本储能电池原理如下图所示。下列说法正确的是()。A.放电时负极质量减小B.储能过程中电能转变为化学能C.放电时右侧H+通过质子交换膜移向左侧D.充电总反应:Pb+SO42-+2Fe3+PbSO4答案B【装置分析】解析放电时,负极上Pb失电子结合硫酸根离子生成PbSO4附着在负极上,负极质量增大,A项错误;储能过程中,该装置为电解池,将电能转化为化学能,B项正确;放电时,右侧电极为正极,电解质溶液中的阳离子向正极移动,左侧的H+通过质子交换膜移向右侧,C项错误;充电时,总反应为PbSO4+2Fe2+Pb+SO42-+2Fe3+,变式1(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:12S8+e12S82-,12S82-+eS42-,2Na++x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++x8S8+2eNa2SxD.炭化纤维素纸的作用是增强硫电极的导电性能答案A【装置分析】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。解析充电时,该装置为电解池,阳离子移向阴极(钠电极),故充电时,Na+由硫电极迁移至钠电极,A项错误;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,B项正确;将题给方程式相加,可以得到放电时正极反应为2Na++x8S8+2eNa2Sx,C项正确;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项正确。题型2电解原理及应用例2(2023·浙江1月选考,11)在熔融盐体系中,通过电解TiO2和SiO2获得电池材料(TiSi),电解装置如图,下列说法正确的是()。A.石墨电极为阴极,发生氧化反应B.电极A的电极反应:8H++TiO2+SiO2+8eTiSi+4H2OC.该体系中,石墨优先于Cl参与反应D.电解时,阳离子向石墨电极移动答案C【装置分析】解析在外加电源下,石墨电极上C转化为CO,失电子发生氧化反应,为阳极,A项错误;电极A的电极反应为TiO2+SiO2+8eTiSi+4O2,B项错误;根据图中信息可知,该体系中,石墨优先于Cl参与反应,C项正确;电解池中石墨电极为阳极,阳离子向阴极(电极A)移动,D项错误。变式2(2023·辽宁卷,7)某无隔膜流动海水电解法制H2的装置如下图所示,其中高选择性催化剂PRT可抑制O2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2mole生成4gH2C.电解后海水pH下降D.阳极发生:Cl+H2O2eHClO+H+答案D解析由题可得,钛网发生氧化反应,为阳极,故a为正极,b为负极,则a端电势高于b端电势,A项错误;右侧电极上产生氢气的电极反应为2H2O+2eH2↑+2OH,则理论上转移2mole生成2gH2,B项错误;由图可知,高选择性催化剂PRT可抑制O2产生,则阳极反应为Cl+H2O2eHClO+H+,总反应为NaCl+H2ONaClO+H2↑,NaClO水溶液显碱性,海水pH略升高,C项错误,D项正确。解题技法题型3电化学腐蚀与防护例3(2022·广东卷,11)为检验牺牲阳极的阴极保护法对钢铁防腐的效果,将镀层有破损的镀锌铁片放入酸化的3%NaCl溶液中。一段时间后,取溶液分别实验,能说明铁片没有被腐蚀的是()。A.加入AgNO3溶液产生沉淀B.加入淀粉碘化钾溶液无蓝色出现C.加入KSCN溶液无红色出现D.加入K3[Fe(CN)6]溶液无蓝色沉淀生成答案D【思路导航】镀层有破损的镀锌铁片放入酸化的3%NaCl溶液中,会构成原电池,由于锌比铁活泼,锌作原电池的负极,而铁作正极,溶液中破损的位置会变大,铁也会继续和酸化的氯化钠溶液反应产生氢气,溶液中会有亚铁离子生成。解析氯化钠溶液中始终存在氯离子,所以加入硝酸银溶液后,不管铁片是否被腐蚀,均会出现白色沉淀,A项不符合题意;淀粉碘化钾溶液可检测氧化性物质,但不论铁片是否被腐蚀,均无氧化性物质可与碘化钾发生反应,B项不符合题意;KSCN溶液可检测铁离子的存在,反应中不会出现铁离子,所以无论铁片是否被腐蚀,加入KSCN溶液后,均无红色出现,C项不符合题意;K3[Fe(CN)6]溶液是用于检测Fe2+的试剂,若铁片没有被腐蚀,则溶液中不会生成亚铁离子,则加入K3[Fe(CN)6]溶液就不会出现蓝色沉淀,D项符合题意。变式3(2020·江苏卷,11)将金属M连接在钢铁设施表面,可减缓水体中钢铁设施的腐蚀。在如图所示的情境中,下列有关说法正确的是()。A.阴极的电极反应式为Fe2eFe2+B.金属M的活动性比Fe的活动性弱C.钢铁设施表面因积累大量电子而被保护D.钢铁设施在河水中的腐蚀速率比在海水中的快答案C【思路导航】根据图示可知,金属M失电子,为原电池的负极(图示为阳极),钢铁设施为原电池的正极(图示为阴极),此方法属于牺牲阳极法。解析该装置中阴极发生还原反应,A项错误;金属M被氧化,即金属活动性:M>Fe,B项错误;钢铁设施为原电池的正极,表面积累大量电子而被保护,C项正确;海水中含有大量的NaCl等电解质,而河水中电解质较少,故钢铁设施在河水中的腐蚀速率比在海水中的慢,D项错误。解题技法题型4多池多室带膜电化学装置例4(2023·湖北卷,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xmol·h1。下列说法错误的是()。A.b电极反应式为2H2O+2eH2↑+2OHB.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2xmol·h1答案D【装置分析】解析b电极为电解池的阴极,发生还原反应,电极反应为2H2O+2eH2↑+2OH,A项正确;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4OH4eO2↑+2H2O,为保持OH浓度不变,则阴极产生的OH要通过离子交换膜进入阳极室,故离子交换膜应为阴离子交换膜,B项正确;电解时,电解槽中不断有水被消耗,海水中动能高的水可穿过PTFE膜,为电解池补水,C项正确;由电解总反应2H2OO2↑+2H2↑可知,每生成1molH2要消耗1molH2O,生成H2的速率为xmol·h1,则补水的速率也应是xmol·h1,D项错误。变式4(2023·浙江6月选考,13)氯碱工业能耗大,通过如图改进的设计可大幅度降低能耗,下列说法不正确的是()。A.电极A接电源正极,发生氧化反应B.电极B的电极反应式为2H2O+2eH2↑+2OHC.应选用阳离子交换膜,在右室获得浓度较高的NaOH溶液D.改进设计中通过提高电极B上反应物的氧化性来降低电解电压,减少能耗答案B解析电极A上氯离子变为氯气,化合价升高,失去电子,电极A是电解池阳极,因此电极A接电源正极,发生氧化反应,A项正确;电极B为阴极,通入氧气,氧气得到电子,其电极反应为O2+2H2O+4e4OH,B项错误;右室生成氢氧根离子,应选用阳离子交换膜,左边的钠离子进入右边,在右室获得浓度较高的NaOH溶液,C项正确;改进设计中增大了氧气的量,增强了电极B处反应物的氧化性,通过提高电极B上反应物的氧化性来降低电解电压,减少能耗,D项正确。解题技法第一步,分清隔膜类型。即交换膜属于阳膜、阴膜或质子膜中的哪一种,判断允许哪种离子通过隔膜。第二步,写出电极反应式。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害。题型5电化学原理综合应用例5(2023·全国甲卷,12)用可再生能源电还原CO2时,采用高浓度的K+抑制酸性电解液中的析氢反应来提高多碳产物(乙烯、乙醇等)的生成率,装置如下图所示。下列说法正确的是()。A.析氢反应发生在IrOxTi电极上B.Cl从Cu电极迁移到IrOxTi电极C.阴极发生的反应有2CO2+12H++12eC2H4+4H2OD.每转移1mol电子,阳极生成11.2L气体(标准状况)答案C【装置分析】解析析氢反应为还原反应,应在阴极发生,即在铜电极上发生,A项错误;离子交换膜为质子交换膜,只允许氢离子通过,Cl不能通过,B项错误;铜电极为阴极,酸性条件下二氧化碳在阴极得到电子发生还原反应生成乙烯、乙醇等,电极反应有2CO2+12H++12eC2H4+4H2O,C项正确;水在阳极失去电子发生氧化反应生成氧气和氢离子,电极反应为2H2O4eO2↑+4H+,每转移1mol电子,生成0.25molO2,在标准状况下体积为5.6L,D项错误。变式5(双选)(2023·山东卷,11)利用热再生氨电池可实现CuSO4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CuSO4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Cu电极为正极B.隔膜为阳离子膜C.电池总反应为Cu2++4NH3[Cu(NH3)4]2+D.NH3扩散到乙室将对电池电动势产生影响答案CD解析向甲室加入足量氨水后电池开始工作,则甲室Cu电极溶解,变为铜离子与氨气形成[Cu(NH3)4]2+,因此甲室Cu电极为负极,A项错误;在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,不利于左侧形成[Cu(NH3)4]2+,降低了Cu2+的回收率,B项错误;负极反应是Cu+4NH32e[Cu(NH3)4]2+,正极反应是Cu2++2eCu,则电池总反应为Cu2++4NH3[Cu(NH3)4]2+,C项正确;NH3扩散到乙室会与铜离子反应生成[Cu(NH3)4]2+,铜离子浓度降低,得电子能力减弱,将对电池电动势产生影响,D项正确。解题技法1.(2022·广东卷,10改编)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Al的再生。该过程中()。A.阴极发生的反应为Mg2eMg2+B.阴极上Al3+被氧化为Al,实现Al的再生C.在电解槽底部产生含Cu的阳极泥D.当电路中转移3mole时,铝合金废料的质量减少27g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等的铝合金废料作为阳极进行电解,通过控制一定的条件,从而可使阳极区Mg和Al发生失电子的氧化反应,分别生成Mg2+和Al3+,Cu和Si不参与反应,阴极区Al3+得电子生成Al单质,从而实现Al的再生。Mg在阳极失电子生成Mg2+,A项错误;Al3+在阴极区得电子,被还原生成Al,B项错误;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项正确;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,因此当电路中转移3mole—时,铝合金废料减少的质量大于27g,D项错误。2.(2022·海南卷,9改编)一种采用H2O(g)和N2(g)为原料制备NH3(g)的装置示意图如下。下列有关说法正确的是()。A.a电极电势大于b电极B.金属Ag可作为a电极的材料C.改变工作电源电压,反应速率不变D.当阳极产生22.4LO2时,电路转移4mole答案A解析由装置可知,b电极的N2转化为NH3,N元素的化合价降低,得到电子发生还原反应,因此b为阴极,电极反应为N2+3H2O+6e2NH3+3O2,a为阳极,电极反应为2O24eO2↑。由上述分析可得,a电极为阳极,与电源正极连接,故其电势大于b电极,A项正确;a电极为阳极,若金属Ag作a电极的材料,则金属Ag优先失去电子,B项错误;改变工作电源的电压,反应速率会变化,C项错误;温度和压强未知,故Vm未知,无法求出氧气的物质的量,故电子转移的物质的量无法计算,D项错误。3.(2023·全国新课标卷,10改编)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ZnxV2O5·nH2O。下列说法错误的是()。A.放电时V2O5为正极B.充电时Zn2+由阳极向阴极迁移C.用该电池作电源精炼铜,则当负极减少65g时,阳极减少64gD.充电阳极反应:ZnxV2O5·nH2O2xexZn2++V2O5+nH2O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xZn+V2O5+nH2OZnxV2O5·nH2O。由题给信息可知,放电时,Zn2+可插入V2O5层间形成ZnxV2O5·nH2O,V2O5发生了还原反应,则放电时V2O5为正极,A项正确;充电时,Zn2+从阳极脱嵌出来,往阴极移动,在阴极发生还原反应生成Zn,B项正确;精炼铜时,粗铜作阳极,电解时,不仅仅有铜参与电极反应,还有其他金属参与,并且有阳极泥生成,故无法确定阳极减少的质量,C项错误;充电时,阳极上ZnxV2O5·nH2O被氧化为V2O5,则阳极的电极反应为ZnxV2O5·nH2O2xexZn2++V2O5+nH2O,D项正确。4.(2022·全国乙卷,12改编)LiO2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LiO2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++eLi)和阳极反应(Li2O2+2h+2Li++O2↑)对电池进行充电。下列叙述错误的是()。A.充电时,能量转换形式为光能→电能→化学能B.充电效率与光照产生的电子和空穴量有关C.放电时,Li+从正极穿过离子交换膜向负极迁移D.正极区的电解液不能是水溶液答案C解析充电时,光照光催化电极产生电子和空穴,驱动阴极反应(Li++eLi)和阳极反应(Li2O2+2h+2Li++O2↑),则充电时总反应为Li2O22Li+O2↑,结合图示,充电时金属Li电极为阴极,光催化电极为阳极;则放电时金属Li电极为负极,光催化电极为正极。充电时,光催化电极产生电子(e)和空穴(h+),进而对电池进行充电,故能量转换形式为光能→电能→化学能,A项正确;充电时,光照光催化电极产生电子和空穴,阴极反应与电子有关,阳极反应与空穴有关,故充电效率与光照产生的电子和空穴量有关,B项正确;放电时,金属Li电极为负极,光催化电极为正极,Li+从负极穿过离子交换膜向正极迁移,C项错误;正极区产生Li2O2,其能和水反应生成氢氧化锂和氧气,故电解液不能含水,D项正确。5.(2022·广东卷,16改编)科学家基于Cl2易溶于CCl4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(如图)。充电时电极a的反应为NaTi2(PO4)3+2Na++2eNa3Ti2(PO4)3。下列说法正确的是()。A.充电时电极b是阴极B.放电时,电子从电极a经NaCl溶液往电极b移动C.放电时消耗0.1molCl2,则外电路流过的电量为19300C(法拉第常数为96500C·mol1)D.每生成1molCl2,电极a质量理论上增加23g答案C解析充电时电极a发生还原反应,所以电极a是阴极,则电极b是阳极,A项错误;电子只会在外电路移动,不会进入电解液,B项错误;放电时,正极反应为Cl2+2e2Cl,消耗0.1molCl2,则转移电子的物质的量为0.2mol,则外电路流过的电量为0.2mol×96500C·mol1=19300C,C项正确;充电时,阳极反应为2Cl2eCl2↑,阴极反应为NaTi2(PO4)3+2Na++2eNa3Ti2(PO4)3,由得失电子守恒可知,每生成1molCl2,电极a质量理论上增加23g·mol1×2mol=46g,D项错误。6.(2022·湖北卷,14改编)含磷有机物应用广泛。电解法可实现由白磷直接制备Li[P(CN)2],过程如图所示(Me为甲基)。下列说法错误的是()。A.生成1molLi[P(CN)2],理论上外电路需要转移2mol电子B.阳极上的电极反应为P4+8CN4e4[P(CN)2]C.O(SiMe3)2中O、Si、C的杂化方式均为sp3D.电解产生的H2中的氢元素来自LiOH答案A解析石墨电极上:P4→Li[P(CN)2],P元素化合价升高发生氧化反应,所以石墨电极为阳极,对应的电极反应为P4+8CN4e4[P(CN)2],则生成1molLi[P(CN)2],理论上外电路需要转移1mol电子,A项错误,B项正确;O(SiMe3)2的结构为,Si和C都有4个σ键电子对,无孤电子对,O有2个σ键电子对,2个孤电子对,它们的价层电子对数都为4,故均为sp3杂化,C项正确;由所给图示可知,HCN在阴极放电,产生CN和H2,而HCN中的氢元素来自LiOH,则电解产生的H2中的氢元素来自LiOH,D项正确。7.(2022·全国甲卷,10改编)一种水性电解液ZnMnO2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.MnO2电极电势小于Zn电极电势B.Ⅰ区的SO42-C.若右侧隔膜为阳离子交换膜,电路转移2mole,则Ⅲ区电解液减重13gD.电池总反应:Zn+4OH+MnO2+4H+Zn(OH)42-+Mn2++2H答案A解析根据图示的电池结构和题目所给信息可知,Zn电极为电池的负极,电极反应为Zn2e+4OHZn(OH)42-,MnO2电极为电池的正极,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是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Ⅰ区消耗H+,生成Mn2+,Ⅱ区的K+向Ⅰ区移动,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,Ⅲ区的K+向Ⅱ区移动。由上述分析可知,MnO2电极为正极,Zn电极为负极,故MnO2电极电势大于Zn电极电势,A项错误;Ⅰ区的SO42-向Ⅱ区移动,B项正确;Ⅲ区Zn为电池的负极,电极反应为Zn2e+4OHZn(OH)42-,当电路转移2mole—时,有2molK+从Ⅲ区迁移至Ⅱ区,故Ⅲ区电解液质量减少量m=39×2g65g=13g,C项正确;电池的总反应为Zn+4OH+MnO28.(2022·山东卷,13改编)设计如图装置回收金属钴。保持细菌所在环境pH稳定,借助其降解乙酸盐生成CO2,将废旧锂离子电池的正极材料LiCoO2(s)转化为Co2+,工作时保持厌氧环境,并定时将乙室溶液转移至甲室。已知电极材料均为石墨材质,右侧装置为原电池。下列说法正确的是()。A.装置工作时,左侧装置的左侧电极为阴极B.基态Co2+的价层电子排布式为3d54s2C.乙室电极反应为LiCoO2+2H2O+e+4H+Li++Co2++4OHD.若甲室Co2+减少200mg,乙室Co2+增加300mg,则此时已进行过溶液转移答案D解析依据题意右侧装置为原电池,电池工作时,正极材料LiCoO2转化为Co2+,LiCoO2电极为正极,与正极连接的为阳极,故左侧装置的左侧电极为阳极,A项错误;基态Co的核外电子排布式为[Ar]3d74s2,失电子时,先失外层电子,再失内层电子,故基态Co2+的价层电子排布式为3d7,B项错误;电解质溶液呈酸性,不可能大量存在OH,乙室电极反应为LiCoO2+4H++eLi++Co2++2H2O,C项错误;甲室的电极反应为Co2++2eCo,若甲室Co2+减少200mg,转移的n(e)=0.2g59g·mol-1×2≈0.0068mol,乙室Co2+增加300mg,转移的n(e)=0.31.(2023·广东省佛山市二模)过硫酸铵[(NH4)2S2O8]可用作氧化剂、漂白剂。利用电解法在两极分别生产过硫酸铵和过氧化氢的装置如图所示。下列说法错误的是()。A.a为外接电源的负极B.电解总反应:O2+2H++2SO42-H2O2+SC.阴离子交换膜可用阳离子交换膜替代D.电解池工作时,Ⅰ室溶液质量理论上逐渐减小答案C解析Ⅱ室中O元素化合价由2价升高为1价,被氧化,故右侧Pt电极为阳极,b为外接电源正极,a为外接电源负极,左侧Pt电极为阴极。a为外接电源的负极,A项正确;阴极上氧气被还原,阳极上硫酸根离子被氧化,电解总反应为O2+2H++2SO42-H2O2+S2O82-,B项正确;根据阳极产物可知,反应需要消耗硫酸根离子,阴离子交换膜不可用阳离子交换膜替代,C项错误;电解池工作时,阴极反应为2H++O2+2eH2O2,因此当转移2mole时,有2mol氧原子进入溶液,同时有1molSO42-离开Ⅰ室进入Ⅱ室,所以溶液质量减少量m=96g32g=642.(2023·辽宁省锦州市高三统考)我国科学家设计的“海泥电池”,既可用于深海水下仪器的电源补给,又有利于海洋环境污染治理,其中微生物代谢产物显酸性,电池工作原理如图所示。下列说法错误的是()。A.A电极的电势高于B电极B.质子从海底沉积层通过交接面向海水层移动C.负极的电极反应为CH2O4e+H2OCO2+4H+D.海水和海泥作为电解质的一部分,富含盐分,导电性高,有利于输出电能答案C解析由图可知,A电极上氧气转化为水,氧元素化合价降低,所以A电极是正极,B电极是负极,正极的电势高于负极电势,所以A电极的电势高于B电极,A项正确;A电极是正极,B电极是负极,质子带正电荷,放电时向正极移动,所以质子从海底沉积层通过交接面向海水层移动,B项正确;CH2O在微生物作用下与硫酸根离子反应生成CO2和HS,并不是在负极的电极反应,负极上HS失去电子发生氧化反应生成硫单质,电极反应为HS2eS↓+H+,C项错误;海水和海泥作为电解质一部分,富含盐分,可增强水的导电性,有利于电池电能的输出,D项正确。3.(2023·浙江省高三联考)科学家利用多晶铜高效催化电解CO2制乙烯,原理如图所示。已知:电解前后电解液浓度几乎不变。下列说法正确的是()。A.铂电极为阳极,产生的气体是O2和CO2B.铜电极的电极反应为2CO2+12HCO3-+12eC2H4+12CO32C.通电过程中,溶液中HCO3D.当电路中通过0.6mol电子时,理论上能产生C2H41.12L答案A解析该电解池的总反应为2CO2+2H2OC2H4+3O2,铜电极为阴极,该电极的电极反应为14CO2+8H2O+12eC2H4+12HCO3-,铂电极为阳极,该电极的电极反应为2H2O4eO2↑+4H+,后发生反应H++HCO3-CO2↑+H2O。由分析可知,铂电极为阳极,产生的气体是O2和CO2,A项正确,B项错误;HCO3-在铂电极发生反应,并且电解前后电解液浓度几乎不变,所以溶液中HCO3-通过阴离子交换膜向左槽移动,C项错误;4.(2023·浙江省温州市高三模拟考试)科学家通过NO协同耦合反应,实现了NO的电催化歧化,并同时合成了双氮产物(NH3和硝酸盐),是实现可持续固氮的一种极具潜力的方法,装置如图。下列说法正确的是()。A.电解液E为阳极电解液,呈酸性B.电极B的电极反应:NO+2H2O3eHNO3+3H+C.中间层的OH、H+分别透过选择性离子膜向A、B电极迁移D.若电解一段时间后,取两电极所有产物于溶液中反应,可得硝酸盐和硝酸答案D解析由图可知,A电极氮元素化合价降低,得电子,故A电极为阴极,电极反应为NO+4H2O+5eNH3+5OH,则电解液E为阴极电解液,呈碱性,A项错误;B电极为阳极,电极反应为NO+2H2O3eNO3-+4H+,B项错误;由两电极反应可知,阳极区产生氢离子,阴极区产生OH,保持溶液呈电中性,故中间层的OH、H+分别透过选择性离子膜向B、A电极迁移,C项错误;由图可知,A电极:NO→NH3~5e,B电极:NO→HNO3~3e,根据电子得失守恒,电解一段时间后,取两电极所有产物于溶液中反应,可得硝酸盐和硝酸,D项正确。5.(2023·浙江省高三联考)利用电解池原理可将CO2转化为燃料或者化学品。下图通过将CO2与辛胺反应耦合,实现了两电极体系中产物的高选择性合成。下列说法正确的是()。A.装置中电极b为阴极,发生还原反应B.电极a的电极反应可能为CO2+H2O+2eHCOO+OHC.中间的离子交换膜一定是质子交换膜D.电解过程中,a、b两电极反应物物质的量之比为2∶1答案B解析利用电解池原理可将CO2转化为燃料或者化学品,反应过程中碳元素的化合价降低,得到电子,则电极a为阴极,电极b为阳极,辛胺转化为辛氰。装置中电极b为阳极,失去电子,发生氧化反应,A项错误;电极a为阴极,电极反应可能为CO2+H2O+2eHCOO+OH,B项正确;采用阴离子交换膜也不会影响产物的生成,故交换膜不一定是质子交换膜,C项错误;电解过程中,由于电极a的产物不确定,反应物物质的量之比不确定,D项错误。6.(2023·浙江省高三选考模拟)利用双极膜电渗析法处理废水,可实现废水的高效净化,其原理如图所示。双极膜是特种离子交换膜,它是由一张阳膜和一张阴膜制成的阴阳复合膜。在直流电场的作用下,阴阳膜复合层间的H2O分子解离成H+和OH并分别通过阳膜和阴膜。下列说法正确的是()。A.电极X连接电源的正极,其电极反应为4OH4eO2↑+2H2OB.Z为淡水,M为H2SO4溶液,b膜为阳离子交换膜C.理论上,每转移2mol电子,两电极共产生1.5mol气体D.该装置中,电子的转移方向为电极X→电解质溶液→电极Y答案C解析电解过程中,H+向阴极移动,则电极X为阴极,连接电源的负极,A项错误;Na+、Ni2+向阴极移动,a膜为阳离子交换膜,SO42-向阳极移动,b膜为阴离子交换膜,Z为淡水,N为H2SO4溶液,B项错误;阴极上H+放电,产生H2,阳极上OH放电,产生O2,根据得失电子守恒,理论上每转移2mol电子,产生1molH2和0.5molO2,C项正确;电子通过外电路移动,不会经过电解质溶液7.(2023·安徽省高三模拟)乙醛酸(OHCCOOH)是非常重要的化工产品,利用双极膜(由阴离子交换膜和阳离子交换膜组成,双极膜中间层中的水解离成H+和OH,并在直流电场作用下,分别向两极迁移)技术电解制备乙醛酸的装置如图所示。下列说法错误的是()。A.M为电源的负极B.双极膜b为阴离子交换膜C.得到1molOHCCOOH,电路中转移2moleD.Pb电极的电极反应为HOOCCOOH+2H++2eOHCCOOH+H2O答案C解析电解池中,乙二酸在铅电极上被还原为乙醛酸,故铅电极为阴极,电极反应为HOOCCOOH+2e+2H+HOOCCHO+H2O,石墨电极为阳极,电极反应为2Br2eBr2,H+移向铅电极,OH移向石墨电极。铅电极为阴极,M为电源的负极,A项正确;H+移向铅电极,OH移向石墨电极,故双极膜b为阴离子交换膜,B项正确;设阴极区生成乙醛酸的物质的量为xmol,阳极区生成乙醛酸的物质的量为ymol,则x+y=1,根据阴极反应HOOCCOOH+2e+2H+HOOCCHO+H2O可知,阴极区生成的乙醛酸与得到电子的物质的量之比为1∶2,故阴极区得到电子物质的量为2xmol,阳极区生成乙醛酸的反应为OHCCHO+Br2+2OHHOOCCHO+H2O+2Br,生成的乙醛酸与消耗的Br2的物质的量之比为1∶1,根据阳极反应2Br2eBr2可知,阳极区生成的乙醛酸与阳极区失去电子的物质的量之比为1∶2,故阳极区失电子的物质的量为2ymol,根据得失电子守恒,2x=2y,x=y=0.5,故制得1mol乙醛酸,理论上外电路中迁移电子的物质的量=2×0.5mol=1mol,C项错误;Pb电极的电极反应为HOOCCOOH+2H++2eOHCCOOH+H2O,D项正确。8.(2023·湖北省武汉市高三调研)我国某科研团队借助氧化还原介质RM,将LiCO2电池的放电电压提高至3V以上,该电池的工作原理如图。下列说法正确的是()。A.LiFePO4电极的电势比多孔碳电极的高B.负极反应:LiFePO4xeLi1xFePO4+xLi+C.RM和RM+CO2-D.LiFePO4电极每减重7g,就有22gCO2被固定答案B解析由图可知,原电池中Li+向右侧电极移动,则左侧电极为负极,右侧电极为正极。LiFePO4电极为负极,多孔碳电极为正极,故LiFePO4电极的电势比多孔碳电极的低,A项错误;LiFePO4电极为负极,失去电子发生氧化反应,负极反应为LiFePO4xeLi1xFePO4+xLi+,B项正确;由图可知,RM为该电池反应的催化剂,RM+CO2-为该电池反应的中间产物,C项错误;由负极反应可知,LiFePO4电极每减重7g则转移1mol电子,反应中碳元素化合价由+4变为+3,则根据得失电子守恒可知,有1mol(44g)CO2被固定,D9.(2023·吉林省长春市三模)羟基自由基(·OH)具有极强的氧化能力,它能有效地氧化降解废水中的有机污染物。在直流电源作用下,利用双极膜电解池产生羟基自由基(·OH)处理含苯酚废水和含甲醛废水,原理如图所示。已知:双极膜中间层中的H2O解离为H+和OH。下列说法错误的是()。A.M极为阴极,电极反应:O2+2e+2H+2·OHB.双极膜中H2O解离出的OH透过膜a向N极移动C.每处理6.0g甲醛,理论上有0.4molH+透过膜bD.通电一段时间后,理论上苯酚和甲醛转化生成CO2的物质的量之比为6∶7答案C解析M电极通入O2,发生反应生成·OH,电极反应为O2+2e+2H+2·OH,M电极作阴极,A项正确;N电极为阳极,电解时阴离子向阳极移动,所以OH透过膜a向N电极移动,B项正确;甲醛与·OH反应生成CO2的反应为HCHO+4·OHCO2+3H2O,6.0g甲醛为0.2mol,理论上有0.8molH+透过膜b,C项错误;1mol甲醛转化成1molCO2转移4mole,1molC6H6O转化成6molCO2转移28mole,理论上苯酚和甲醛转化生成CO2的物质的量之比为6∶7,D项正确。10.(2023·辽宁省大连市一模)我国科研人员将单独脱除SO2的反应与制备H2O2的反应相结合,实现协同转化。已知:反应①单独制备H2O2:2H2O+O22H2O2,不能自发进行;反应②单独脱除SO2:4OH+2SO2+O22SO42-+2H2O,协同转化装置如图(在电场作用下,双极膜中间层的H2O解离为OH和H+,并向两极迁移)。下列分析错误的是()。A.反应②释放的能量可以用于反应①B.产生H2O2的电极反应:O2+2H++2eH2O2C.当生成0.1molH2O2时