2022届新高考化学人教版二轮复习学案-专题九　电化学

eq\a\vs4\al(核心素养)eq\a\vs4\al(考情分析)变化观念与平衡思想证据推理与模型认知以新型电源及含有离子交换膜的原电池、电解池为背景，以选择题、填空题形式考查工作原理、离子或电子移动方向、电极反应的书写和判断、电解质溶液的判断和计算、交换膜的应用。考查考生的核心素养和探究能力考向一新型化学电源1．构建模型，掌握工作原理2．新型电源的破题——正负极判断(1)理论、现象判断(2)装置图判断3．新型电源的解题——电极反应式书写(1)理清书写步骤(2)燃料电池中不同环境下的电极反应式以甲醇、O2燃料电池为例：酸性介质，如稀H2SO4负极CH3OH－6e－＋H2O=CO2↑＋6H＋正极eq\f(3,2)O2＋6e－＋6H＋=3H2O碱性介质，如KOH溶液负极CH3OH－6e－＋8OH－=COeq\o\al(2－,3)＋6H2O正极eq\f(3,2)O2＋6e－＋3H2O=6OH－熔融盐介质，如K2CO3负极CH3OH－6e－＋3COeq\o\al(2－,3)=4CO2↑＋2H2O正极eq\f(3,2)O2＋6e－＋3CO2=3COeq\o\al(2－,3)高温下能传导O2－的固体作电解质负极CH3OH－6e－＋3O2－=CO2↑＋2H2O正极eq\f(3,2)O2＋6e－=3O2－4.新型电源的现象及计算利用正负极反应分析正、负极的现象，包括气体、溶液酸碱性变化、质量变化等，利用电子守恒进行相关计算。1．(2021·广东省学业水平选择性考试)火星大气中含有大量CO2，一种有CO2参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(B)A．负极上发生还原反应B．CO2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解析：放电时负极上Na发生氧化反应失去电子生成Na＋，A错误；放电时正极为CO2得到电子生成C，B正确；放电时阳离子移向还原电极，即阳离子由负极移向正极，C错误；放电时装置为原电池，能量转化关系为化学能转化为电能，D错误。2．(2020·山东卷)微生物脱盐电池是一种高效、经济的能源装置，利用微生物处理有机废水获得电能，同时可实现海水淡化。现以NaCl溶液模拟海水，采用惰性电极，用如图装置处理有机废水(以含CH3COO－的溶液为例)。下列说法错误的是(B)A．负极反应为CH3COO－＋2H2O－8e－=2CO2↑＋7H＋B．隔膜1为阳离子交换膜，隔膜2为阴离子交换膜C．当电路中转移1mol电子时，模拟海水理论上除盐58.5gD．电池工作一段时间后，正、负极产生气体的物质的量之比为21解析：图示装置为原电池，a极生物膜上CH3COO－失电子转化为CO2，则a极作负极，1molCH3COO－转化成CO2时，转移8mol电子，A项正确；该微生物脱盐电池可实现海水淡化，结合原电池中阴离子向负极移动，阳离子向正极移动，可知Cl－透过隔膜1向a极移动，Na＋透过隔膜2向b极移动，即隔膜l是阴离子交换膜，隔膜2是阳离子交换膜，B项错误；当电路中转移1mol电子时，根据电荷守恒可知，模拟海水中会有1molCl－移向负极，同时有1molNa＋移向正极，即除去1molNaCl，质量为58.5g，C项正确；正极上发生的电极反应式为2H＋＋2e－=H2↑，负极上发生的电极反应式为CH3COO－＋2H2O－8e－=2CO2↑＋7H＋，当有8mol电子通过时，正极产生4mol气体，负极产生2mol气体，故正、负极产生气体的物质的量之比为21，D项正确。3．(2019·全国卷Ⅰ)利用生物燃料电池原理研究室温下氨的合成，电池工作时MV2＋/MV＋在电极与酶之间传递电子，示意图如下所示。下列说法错误的是(B)A．相比现有工业合成氨，该方法条件温和，同时还可提供电能B．阴极区，在氢化酶作用下发生反应H2＋2MV2＋=2H＋＋2MV＋C．正极区，固氮酶为催化剂，N2发生还原反应生成NH3D．电池工作时质子通过交换膜由负极区向正极区移动解析：A正确，该方法可产生电流，反应条件比较温和，没有高温高压条件；B错误，该生物燃料电池中，左端电极反应式为MV＋－e－=MV2＋，则左端电极是负极，应为负极区，在氢化酶作用下，发生反应H2＋2MV2＋=2H＋＋2MV＋；C正确，右端电极反应式为MV2＋＋e－=MV＋，右端电极是正极，在正极区，N2得到电子生成NH3，发生还原反应；D正确，原电池内电路中，H＋通过交换膜由负极区向正极区移动。4．(2020·江苏卷)HCOOH燃料电池。研究HCOOH燃料电池性能的装置如图所示，两电极区间用允许K＋、H＋通过的半透膜隔开。(1)电池负极电极反应式为HCOO－＋2OH－－2e－=HCOeq\o\al(－,3)＋H2O；放电过程中需补充的物质A为H2SO4。(填化学式)(2)如图所示的HCOOH燃料电池放电的本质是通过HCOOH与O2的反应，将化学能转化为电能，其反应的离子方程式为2HCOOH＋2OH－＋O2=2HCOeq\o\al(－,3)＋2H2O(或2HCOO－＋O2=2HCOeq\o\al(－,3))。解析：(1)原电池工作时，负极发生失电子的氧化反应，根据图示中各电极上物质变化，负极上HCOO－被氧化生成HCOeq\o\al(－,3)，则负极的电极反应式为HCOO－＋2OH－－2e－=HCOeq\o\al(－,3)＋H2O。根据图示，加入A发生的离子反应为4Fe2＋＋4H＋＋O2=4Fe3＋＋2H2O，消耗H＋，K2SO4从装置中流出，故放电过程中加入的物质A为H2SO4。(2)该燃料电池的正极Fe2＋和Fe3＋存在着循环，正极上本质是O2得到电子，故燃料电池的总反应本质是HCOOH和O2反应生成HCOeq\o\al(－,3)，结合原子守恒和电荷守恒，配平离子方程式为2HCOOH＋2OH－＋O2=2HCOeq\o\al(－,3)＋2H2O。5．(2021·广西名校联盟模拟)NO2、O2和熔融NaNO3可制作燃料电池，其原理如下图，下列判断不正确的是(C)A．石墨电极Ⅰ为电池负极B．工作原理示意图中的Y为N2O5C．石墨Ⅱ电极发生的电极反应为O2＋2N2O5－4e－=4NOeq\o\al(－,3)D．每消耗0.1molNO2转移电子0.1mol解析：石墨Ⅱ极，通入氧气，所以石墨Ⅱ极为正极，则石墨电极Ⅰ为电池负极，A正确；石墨电极Ⅰ为电池负极，发生电极反应为NO2＋NOeq\o\al(－,3)－e－=N2O5，产物Y为N2O5，B正确；石墨Ⅱ极为正极，发生的是还原反应而不是氧化反应，发生的电极反应为O2＋2N2O5＋4e－=4NOeq\o\al(－,3)，C错误；消耗0.1molNO2，转移0.1mol电子，D正确，故选C。6．(2021·郑州质检二)某实验小组用以下装置探究了铝和铜组成的原电池在不同浓度的NaOH溶液中放电的情况，NaOH溶液浓度对铝—碱电池的放电电流和持续放电时间的影响如下表。c(NaOH)/mol·L－10.10.51.01.52.0放电电流I/mA0.130.260.400.520.65放电时间t/min4514987根据以上数据分析，下列说法错误的是(D)A．在铜电极上发生还原反应放出氢气B．负极反应为Al－3e－＋4OH－=[Al(OH)4]－C．NaOH溶液浓度越大，反应速率越快，放电电流越大D．该电池是一种二次电池，可充电后重复使用解析：Cu作正极，发生还原反应，电极反应为2H2O＋2e－=H2↑＋2OH－，反应放出氢气，A正确；Al作负极，发生氧化反应，电极反应为Al－3e－＋4OH－=[Al(OH)4]－，B正确；由表中数据可知，NaOH溶液浓度越大，电流越大，反应速率越快，C正确；该电池为一次电池，不可重复使用，D错误。7．(2021·山东省学业水平考试模拟)(双选)我国科学家最近发明了一种Zn－PbO2电池，电解质为K2SO4、H2SO4和KOH，通过a和b两种离子交换膜将电解质溶液隔开，形成M、R、N三个电解质溶液区域，结构示意图如下。下列说法正确的是(CD)A．b为阳离子交换膜B．R区域的电解质为H2SO4C．放电时，Zn电极反应为Zn－2e－＋4OH－=Zn(OH)eq\o\al(2－,4)D．消耗6.5gZn，N区域电解质溶液减少16.0g解析：正极(b)PbO2＋2e－＋4H＋＋SOeq\o\al(2－,4)=PbSO4＋2H2O，负极(a)Zn－2e－＋4OH－=Zn(OH)eq\o\al(2－,4)，溶液维持电中性，则a为阳离子交换膜，A错误；R区域的电解质为K2SO4，B错误；放电过程中，Zn电极反应为Zn－2e－＋4OH－=Zn(OH)eq\o\al(2－,4)，C正确；消耗6.5gZn，电子转移0.2mol，N区消耗0.4molH＋，0.1molSOeq\o\al(2－,4)，同时有0.1molSOeq\o\al(2－,4)移向R区，则相当于减少0.2molH2SO4，同时生成0.2molH2O，则N区实际减少质量为0.2mol×98g/mol－0.2mol×18g/mol＝16.0g，D正确，选CD。考向二电解原理及应用1．构建模型，掌握工作原理2．电解池的破题——阴、阳极判断3．电解池的解题——阴、阳极电极反应式的书写明确电解池的电极反应及其放电顺序(1)阳离子在阴极上的放电顺序：Ag＋>Hg2＋>Fe3＋>Cu2＋>H＋(酸)>Pb2＋>Fe2＋>Zn2＋>H＋(水)。(2)阴离子在阳极上的放电顺序：S2－>I－>Br－>Cl－>OH－。(3)新型阴、阳极反应式书写。1．(2021·全国乙卷)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。下列叙述错误的是(D)A．阳极发生将海水中的Cl－氧化生成Cl2的反应B．管道中可以生成氧化灭杀附着生物的NaClOC．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Mg(OH)2等积垢需要定期清理解析：海水中除了水，还含有大量的Na＋、Cl－、Mg2＋等，根据题干信息可知，装置的原理是利用惰性电极电解海水，阳极区海水中的Cl－会优先失去电子生成Cl2，发生氧化反应，A正确；阳极区生成的Cl2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；因为H2是易燃性气体，所以阴极区生成的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；阴极的电极反应式为2H2O＋2e－=H2↑＋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。2．(2020·全国卷Ⅱ)电致变色器件可智能调控太阳光透过率，从而实现节能。下图是某电致变色器件的示意图。当通电时，Ag＋注入无色WO3薄膜中，生成AgxWO3，器件呈现蓝色，对于该变化过程，下列叙述错误的是(C)A．Ag为阳极B．Ag＋由银电极向变色层迁移C．W元素的化合价升高D．总反应式为WO3＋xAg=AgxWO3解析：通电时，阳离子向阴极移动，由Ag＋注入无色WO3薄膜中，可知在该变色器件中，Ag作阳极，通电后Ag失去电子转化为Ag＋，通过固体电解质向变色层迁移，A、B两项正确；透明导电层为阴极，在阴极处WO3得到电子转化为WOeq\o\al(x－,3)，W的化合价降低，C项错误；根据题中信息推断，总反应式为WO3＋xAg=AgxWO3，D项正确。3．(2020·山东卷)采用惰性电极，以去离子水和氧气为原料通过电解法制备双氧水的装置如图所示。忽略温度变化的影响，下列说法错误的是(D)A．阳极反应为2H2O－4e－=4H＋＋O2↑B．电解一段时间后，阳极室的pH未变C．电解过程中，H＋由a极区向b极区迁移D．电解一段时间后，a极生成的O2与b极反应的O2等量解析：b极O2得电子生成H2O2，作阴极，a极生成O2，是阳极，发生氧化反应，电极反应式是2H2O－4e－=4H＋＋O2↑，A项正确；b极是阴极，发生反应2H＋＋O2＋2e－=H2O2，总反应为2H2O＋O2eq\o(=,\s\up15(通电))2H2O2，根据电解池中阳离子向阴极移动，阴离子向阳极移动知，电解过程中阳极产生的H＋由a极区通过质子交换膜向b极区迁移，则电解一段时间后，阳极室的pH不变，B、C正确；电解时，总反应为O2＋2H2Oeq\o(=,\s\up15(通电))2H2O2，消耗氧气，即a极生成的氧气的量小于b极消耗的氧气，D项错误。4．(2019·全国卷Ⅱ)环戊二烯可用于制备二茂铁[Fe(C5H5)2，结构简式为]，后者广泛应用于航天、化工等领域中。二茂铁的电化学制备原理如图所示，其中电解液为溶解有溴化钠(电解质)和环戊二烯的DMF溶液(DMF为惰性有机溶剂)。该电解池的阳极为Fe电极，总反应为Fe＋2=＋H2↑[或Fe＋2C5H6=Fe(C5H5)2＋H2↑]。电解制备需要在无水条件下进行，原因为水会阻碍中间物Na的生成；水会电解生成OH－，进一步与Fe2＋反应生成Fe(OH)2。解析：结合图示电解原理可知，Fe电极发生氧化反应，为阳极；在阴极上有H2生成，故电解时的总反应为Fe＋2=＋H2↑或Fe＋2C5H6=Fe(C5H5)2＋H2↑。结合相关反应可知，电解制备需在无水条件下进行，否则水会阻碍中间产物Na的生成，水电解生成OH－，OH－会进一步与Fe2＋反应生成Fe(OH)2，从而阻碍二茂铁的生成。5．(2019·北京卷)可利用太阳能光伏电池电解水制高纯氢，工作示意图如图。通过控制开关连接K1或K2，可交替得到H2和O2。(1)制H2时，连接K1，产生H2的电极反应式是2H2O＋2e－=H2↑＋2OH－。(2)改变开关连接方式，可得O2。(3)结合①和②中电极3的电极反应，说明电极3的作用：制H2时，电极3发生反应：Ni(OH)2＋OH－－e－=NiOOH＋H2O。制O2时，上述电极反应逆向进行，使电极3得以循环使用。解析：(1)电解碱性电解液时，H2O电离出的H＋在阴极得到电子产生H2，根据题图可知，电极1与电池负极连接，为阴极，所以制H2时，连接K1，产生H2的电极反应式为2H2O＋2e－=H2↑＋2OH－。(3)制备O2时碱性电解液中的OH－失去电子生成O2，连接K2，O2在电极2上产生。连接K1时，电极3为电解池的阳极，Ni(OH)2失去电子生成NiOOH，电极反应式为Ni(OH)2－e－＋OH－=NiOOH＋H2O，连接K2时，电极3为电解池的阴极，电极反应式为NiOOH＋e－＋H2O=Ni(OH)2＋OH－，使电极3得以循环使用。6．(2020·全国卷Ⅱ)CH4和CO2都是比较稳定的分子，科学家利用电化学装置实现两种分子的耦合转化，其原理如图所示：(1)阴极上的反应式为CO2＋2e－=CO＋O2－。(2)若生成的乙烯和乙烷的体积比为21，则消耗的CH4和CO2体积比为65。解析：(1)根据图中信息，二氧化碳在阴极得电子转化为一氧化碳，结合固体电解质可传导O2－，可知电极反应式为CO2＋2e－=CO＋O2－。(2)根据图中信息，CH4在阳极失去电子变成C2H6、C2H4和H2O，由于生成C2H4和C2H6的体积比为21，设生成了2molC2H4和1molC2H6，则有6molCH4发生反应，共转移10mol电子，根据得失电子守恒，阴极上有5molCO2参与电极反应，则此时消耗的CH4和CO2的体积比为65。7．(2021·九师联盟联考)肼(N2H4)是一种常见的还原剂，在酸性溶液中以N2Heq\o\al(＋,5)形式存在。利用如图电解装置，N2Heq\o\al(＋,5)可将UOeq\o\al(2＋,2)转化为U4＋(N2Heq\o\al(＋,5)转化为N2)。下列说法中错误的是(D)A．镀铂钛网上发生的电极反应式为N2Heq\o\al(＋,5)－4e－=N2↑＋5H＋B．若生成11.2L(标准状况)N2，则被还原的U元素为1molC．在该电解装置中，N2Heq\o\al(＋,5)还原性强于H2OD．电解一段时间后电解质溶液的pH基本上不发生变化解析：电解总反应为2UOeq\o\al(2＋,2)＋N2Heq\o\al(＋,5)＋3H＋eq\o(=,\s\up15(通电))2U4＋＋N2↑＋4H2O，由装置可知，钛板与电源负极相连，则为阴极，发生电极反应为2UOeq\o\al(2＋,2)＋4e－＋8H＋=2U4＋＋4H2O，镀铂钛网为阳极，发生电极反应为N2Heq\o\al(＋,5)－4e－=N2↑＋5H＋，A正确；根据电解总反应为2UOeq\o\al(2＋,2)＋N2Heq\o\al(＋,5)＋3H＋eq\o(=,\s\up15(通电))2U4＋＋N2↑＋4H2O，标况下，每生成22.4LN2，被还原的U元素为2mol，则若生成11.2L(标准状况)N2，则被还原的U元素为1mol，B正确；N2Heq\o\al(＋,5)失电子能力强于H2O，则还原性强于H2O，C正确；由电解总反应为2UOeq\o\al(2＋,2)＋N2Heq\o\al(＋,5)＋3H＋eq\o(=,\s\up15(通电))2U4＋＋N2↑＋4H2O，可知反应消耗H＋，电解一段时间后pH增大，D错误，故选D。8．(2021·保定期末)(双选)如图用石墨作电极的电解池中，放入某足量蓝色溶液500mL进行电解，观察到A电极表面有红色固体生成，B电极有无色气体生成；通电一段时间后，取出A电极，洗涤、干燥、称量，A电极增重1.6g。下列说法错误的是(BD)A．图中B电极同电源正极相连B．该蓝色溶液可能是CuSO4或CuCl2溶液C．电解后溶液的酸性增强D．要使电解后溶液完全恢复到电解前的状态，则可加入4gCuSO4解析：B电极有无色气体生成，为电解池阳极，与电池正极相连，A正确；根据阴离子放电顺序，SOeq\o\al(2－,4)在OH－后放电，Cl－在OH－前放电，蓝色溶液不能为CuCl2，B错误；B电极的电极方程式为4OH－－4e－=2H2O＋O2↑，电解过程中消耗水中的OH－，从而促进水的电离，使H＋浓度增大，即电解后溶液的酸性增强，C正确；电解时阴极上生成Cu，阳极上生成O2，所以要使电解后溶液完全恢复到电解前的状态应加入CuO，不能加CuSO4，D错误，故选BD。催化材料。放电时，温室气体CO2被转化为储氢物质甲酸等，为解决环境和能源问题提供了一种新途径。下列说法错误的是(D)A．放电时，负极反应为Zn－2e－＋4OH－=Zn(OH)eq\o\al(2－,4)B．放电时，1molCO2转化为HCOOH，转移的电子数为2molC．充电时，电池总反应为2Zn(OH)eq\o\al(2－,4)=2Zn＋O2↑＋4OH－＋2H2OD．充电时，正极溶液中OH－浓度升高解析：由题图知，放电时，活泼金属锌失去电子被氧化为Zn(OH)eq\o\al(2－,4)，故负极反应为Zn－2e－＋4OH－=Zn(OH)eq\o\al(2－,4)，A正确；放电时，CO2在正极得到电子被还原为HCOOH，碳的化合价由＋4价降低为＋2价，故1molCO2转化为HCOOH时，转移的电子数为2mol，B正确；图中虚线表示充电时物质变化过程，充电时阴极反应为2Zn(OH)eq\o\al(2－,4)＋4e－=2Zn＋8OH－，阳极反应为“放氧生酸”：2H2O－4e－=O2↑＋4H＋，两极生成的氢离子和氢氧根离子在双极隔膜上结合生成4个H2O，与阳极消耗的2个H2O抵消，故充电时，电池总反应为2Zn(OH)eq\o\al(2－,4)=2Zn＋O2↑＋4OH－＋2H2O，C正确；充电时，阳极反应为“放氧生酸”：2H2O－4e－=O2↑＋4H＋，正极(阳极)溶液中H＋浓度升高，OH－浓度降低，D错误。2．(2020·全国卷Ⅲ)一种高性能的碱性硼化钒(VB2)－空气电池如图所示，其中在VB2电极发生反应：VB2＋16OH－－11e－=VOeq\o\al(3－,4)＋2B(OH)eq\o\al(－,4)＋4H2O。该电池工作时，下列说法错误的是(B)A．负载通过0.04mol电子时，有0.224L(标准状况)O2参与反应B．正极区溶液的pH降低、负极区溶液的pH升高C．电池总反应为4VB2＋11O2＋20OH－＋6H2O=8B(OH)eq\o\al(－,4)＋4VOeq\o\al(3－,4)D．电流由复合碳电极经负载、VB2电极、KOH溶液回到复合碳电极解析：VB2电极发生失电子的氧化反应，所以VB2电极作负极，则通入空气的一极为电池的正极。正极的电极反应式为O2＋4e－＋2H2O=4OH－，负载通过0.04mol电子时，正极有0.01molO2参与反应，在标准状况下体积为0.224L，A正确；正极发生的是O2在碱性条件下得到电子生成OH－的还原反应，所以碱性增强、正极区溶液的pH升高，负极OH－参与反应使得负极区溶液的pH降低，B错误；电池总反应为正极反应和负极反应的加和，根据得失电子守恒，可得电池总反应为4VB2＋11O2＋20OH－＋6H2O=8B(OH)eq\o\al(－,4)＋4VOeq\o\al(3－,4)，C正确；电流由正极(复合碳电极)通过外电路流向负极(VB2电极)，电解质溶液中通过阴、阳离子的定向移动形成电流，D正确。3．(2020·天津卷)熔融钠－硫电池性能优良，是具有应用前景的储能电池。下图中的电池反应为2Na＋xSeq\o(,\s\up15(放电),\s\do15(充电))Na2Sx(x＝5～3，难溶于熔融硫)。下列说法错误的是(C)A．Na2S4的电子式为B．放电时正极反应为xS＋2Na＋＋2e－=Na2SxC．Na和Na2Sx分别为电池的负极和正极D．该电池是以Na－β－Al2O3为隔膜的二次电池解析：Na2S4由Na＋和Seq\o\al(2－,4)构成，电子式为，A项正确；放电时正极S得电子生成Na2Sx，电极反应式为xS＋2Na＋＋2e－=Na2Sx，B项正确；由电池反应式可知，该电池中Na为负极，S为正极，C项错误；由题图可知该电池是以熔融的Na、S为电极，以Na＋导电的Na－β－Al2O3作固体电解质的二次电池，D项正确。4．(2019·全国卷Ⅲ)为提升电池循环效率和稳定性，科学家近期利用三维多孔海绵状Zn(3D－Zn)可以高效沉积ZnO的特点，设计了采用强碱性电解质的3D－Zn－NiOOH二次电池，结构如下图所示。电池反应为Zn(s)＋2NiOOH(s)＋H2O(l)eq\o(,\s\up15(放电),\s\do15(充电))ZnO(s)＋2Ni(OH)2(s)。下列说法错误的是(D)A．三维多孔海绵状Zn具有较高的表面积，所沉积的ZnO分散度高B．充电时阳极反应为Ni(OH)2(s)＋OH－(aq)－e－=NiOOH(s)＋H2O(l)C．放电时负极反应为Zn(s)＋2OH－(aq)－2e－=ZnO(s)＋H2O(l)D．放电过程中OH－通过隔膜从负极区移向正极区解析：A正确，三维多孔海绵状Zn为多孔结构，具有较高的表面积，所沉积的ZnO分散度高；B正确，二次电池充电时遵循电解池原理，阳极发生氧化反应，元素化合价升高，原子失去电子，阳极反应为Ni(OH)2(s)＋OH－(aq)－e－=NiOOH(s)＋H2O(l)；C正确，二次电池放电时遵循原电池原理，负极发生氧化反应，元素化合价升高，原子失去电子，由电池总反应可知，负极反应为Zn(s)＋2OH－(aq)－2e－=ZnO(s)＋H2O(l)；D错误，二次电池放电时，阴离子从正极区向负极区移动。5．(2019·天津卷)我国科学家研制了一种新型的高比能量锌－碘溴液流电池，其工作原理示意图如图。图中贮液器可储存电解质溶液，提高电池的容量。下列叙述不正确的是(D)A．放电时，a电极反应为I2Br－＋2e－=2I－＋Br－B．放电时，溶液中离子的数目增大C．充电时，b电极每增重0.65g，溶液中有0.02molI－被氧化D．充电时，a电极接外电源负极解析：根据电池的工作原理示意图，可知放电时a电极上I2Br－转化为Br－和I－，电极反应为I2Br－＋2e－=2I－＋Br－，A项正确；放电时正极区I2Br－转化为Br－和I－，负极区Zn转化为Zn2＋，溶液中离子的数目增大，B项正确；充电时b电极发生反应Zn2＋＋2e－=Zn，b电极增重0.65g时，转移0.02mole－，a电极发生反应2I－＋Br－－2e－=I2Br－，根据各电极上转移电子数相同，则有0.02molI－被氧化，C项正确；放电时a电极为正极，充电时，a电极为阳极，接外电源正极，D项错误。6．(2021·昆明二模)一种新型锂离子电池的工作原理如图所示，电池总反应为LiMn2O4＋VO2eq\o(,\s\up15(放电),\s\do15(充电))Li1－xMn2O4＋LixVO2，下列说法错误的是(C)A．放电时，LiMn2O4电极的电势低于VO2电极的电势B．放电时，负极的电极反应为LiMn2O4－xe－=Li1－xMn2O4＋xLi＋C．充电时，Li＋移向VO2电极D．充电时，VO2电极质量减轻解析：放电时，LiMn2O4电极为负极，VO2电极为正极，则LiMn2O4电极的电势低于VO2电极的电势，A正确；放电时，负极的电极反应为LiMn2O4－xe－=Li1－xMn2O4＋xLi＋，B正确；充电时，阳离子移动向阴极，Li＋移向LiMn2O4电极，C错误；充电时，VO2电极的电极反应式为LixVO2－xe－=VO2＋xLi＋，故VO2电极质量减轻，D正确，故选C。7．(2021·贵阳一模)某锂铜二次电池工作原理如图所示。在该电池中，水系电解液和非水系电解液被锂离子固体电解质陶瓷片(LISICON)隔开。下列有关说法错误的是(C)A．放电时，N极电极反应式为Cu2＋＋2e－=CuB．Li＋可以通过陶瓷片，水分子不能C．充电时，接线柱B应与电源的负极相连D．充电时，M电极发生还原反应解析：放电时，N极是原电池的正极，电极反应式为Cu2＋＋2e－=Cu，A正确；非水系电解液和水系电解液被锂离子固体电解质陶瓷片(LISICON)隔开，则陶瓷片允许Li＋通过，不允许水分子通过，B正确；放电时，N极是原电池的正极，充电时，接线柱B应与电源的正极相连，C错误；充电时，M极是阴极，因此M电极发生还原反应，D正确，故选C。8．(2021·沧州三模)(双选)一种以锌—石墨烯纤维无纺布为负极，石墨烯气凝胶(嵌有Br2，可表示为CnBr2)为正极，盐—水“齐聚物”为电解质溶液的双离子电池如图所示。下列有关该电池的说法正确的是(BC)A．放电时，石墨烯气凝胶电极上的电极反应式为CnBr2－2e－=Cn＋2Br－B．多孔石墨烯可增大电极与电解质溶液的接触面积，也有利于Br2扩散至电极表面C．电池总反应为Zn＋CnBr2eq\o(,\s\up15(放电),\s\do5(充电))ZnBr2＋CnD．充电时，Zn2＋被还原，Zn在石墨烯纤维无纺布电极侧沉积，Br－被氧化后在阴极嵌入解析：放电时，石墨烯气凝胶电极为正极，发生还原反应，电极反应式为CnBr2＋2e－=Cn＋2Br－，A错误；多孔石墨烯可增大电极与电解质溶液的接触面积，能增大反应速率，也有利于Br2扩散至电极表面，B正确；电池总反应为Zn＋CnBr2eq\o(,\s\up15(放电),\s\do15(充电))ZnBr2＋Cn，C正确；充电时，Zn2＋被还原，Zn在石墨烯纤维无纺布电极侧沉积，Br－被氧化后在阳极嵌入，D错误，故选BC。考向四电化学离子交换膜的分析与应用(1)阳离子交换膜(只允许阳离子和水分子通过)阳离子→透过阳离子交换膜→原电池正极(或电解池的阴极)。(2)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H2H＋→透过质子交换膜→原电池正极(或电解池的阴极)。(3)阴离子交换膜(只允许阴离子和水分子通过)以Pt为电极电解淀粉－KI溶液，中间用阴离子交换膜隔开阴离子→透过阴离子交换膜→电解池阳极(或原电池的负极)。(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为金属活动性顺序表H之前的金属，Bn－为含氧酸根离子。1．(2021·河北省学业水平选择性考试)K－O2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(D)A．隔膜允许K＋通过，不允许O2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1Ah电量时，生成KO2的质量与消耗O2的质量比值约为2.22D．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水解析：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O2通过，A正确；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，作电解池的阳极，B正确；生成1mol超氧化钾时，消耗1mol氧气，两者的质量比值为1mol×71g/mol1mol×32g/mol≈2.22，C正确；铅酸蓄电池充电时的总反应方程式为2PbSO4＋2H2O=PbO2＋Pb＋2H2SO4，反应消耗2mol水，转移2mol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eq\f(3.9g,39g/mol)×18g/mol＝1.8g，D错误，故选D。2．(2021·湖南省学业水平选择性考试)锌/溴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/溴液流电池工作原理如图所示：下列说法错误的是(B)A．放电时，N极为正极B．放电时，左侧贮液器中ZnBr2的浓度不断减小C．充电时，M极的电极反应式为Zn2＋＋2e－=ZnD．隔膜允许阳离子通过，也允许阴离子通过解析：由题图可知，放电时，N电极为电池的正极，A正确；溴在正极上得到电子，发生还原反应生成溴离子，电极反应式为Br2＋2e－=2Br－，M电极为负极，锌失去电子发生氧化反应生成锌离子，电极反应式为Zn－2e－=Zn2＋，正极放电生成的溴离子通过离子交换膜进入左侧，同时锌离子通过交换膜进入右侧，维持两侧溴化锌溶液的浓度保持不变，B错误；充电时，M电极与直流电源的负极相连，作电解池的阴极，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Zn2＋＋2e－=Zn，C正确；放电或充电时，交换膜允许锌离子和溴离子通过，维持两侧溴化锌溶液的浓度保持不变，D正确，故选B。3．(2021·广东省学业水平选择性考试)钴(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钴的装置示意图。下列说法正确的是(D)A．工作时，Ⅰ室和Ⅱ室溶液的pH均增大B．生成1molCo，Ⅰ室溶液质量理论上减少16gC．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＋＋2H2Oeq\o(=,\s\up15(通电))2Co＋O2↑＋4H＋解析：由题图可知，该装置为电解池，石墨电极为阳极，水在阳极失去电子发生氧化反应生成氧气和氢离子，电极反应式为2H2O－4e－=O2↑＋4H＋，Ⅰ室中阳离子电荷数大于阴离子电荷数，放电生成的氢离子通过阳离子交换膜由Ⅰ室向Ⅱ室移动，钴电极为阴极，钴离子在阴极得到电子发生还原反应生成钴，电极反应式为Co2＋＋2e－=Co，Ⅲ室中阴离子电荷数大于阳离子电荷数，氯离子通过阴离子交换膜由Ⅲ室向Ⅱ室移动，电解的总反应的离子方程式为2Co2＋＋2H2Oeq\o(=,\s\up15(通电))2Co＋O2↑＋4H＋。放电生成的氢离子通过阳离子交换膜由Ⅰ室向Ⅱ室移动，使Ⅱ室中氢离子浓度增大，溶液pH减小，A错误；阴极生成1mol钴，阳极有1mol水放电，则Ⅰ室溶液质量减少18g，B错误；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，C错误；电解的总反应的离子方程式为2Co2＋＋2H2Oeq\o(=,\s\up15(通电))2Co＋O2↑＋4H＋，D正确。4．(2019·江苏卷)电解法转化CO2可实现CO2资源化利用。电解CO2制HCOOH的原理示意图如图。(1)写出阴极CO2还原为HCOO－的电极反应式：CO2＋H＋＋2e－=HCOO－(或CO2＋HCOeq\o\al(－,3)＋2e－=HCOO－＋COeq\o\al(2－,3))。(2)电解一段时间后，阳极区的KHCO3溶液浓度降低，其原因是阳极产生O2，pH减小，H＋与HCOeq\o\al(－,3)反应使其浓度降低；K＋部分迁移至阴极区。解析：(1)CO2中的C为＋4价，HCOO－中的C为＋2价，1molCO2转化为HCOO－时，得2mole－。(2)阳极上水放电，生成O2和H＋，H＋会与HCOeq\o\al(－,3)反应使HCOeq\o\al(－,3)减少，由电荷平衡可知，K＋会移向阴极区，所以KHCO3溶液浓度降低。5．(2021·吉林四调)某有机物电池如图所示，下方电池产生的电能供给上方电解池使用(已知A、B、X、Y都是多孔石墨电极)，下列说法正确的是(B)A．X电极是电解池的阴极，该电极处发生还原反应B．原电池负极电极反应式为2I－－2e－=I2C．原电池工作时，SOeq\o\al(2－,4)透过质子交换膜流向右侧D．若电解池中盛放的是足量的Na2SO4溶液，当电解池两极共产生3mol气体时，原电池中消耗的质量为108g解析：B电极碘离子被氧化为单质，是负极，则A电极是正极，所以X电极是电解池的阳极，该电极处发生氧化反应，A错误；B电极碘离子被氧化为单质，是负极，原电池负极电极反应式为2I－－2e－=I2，B正确；原电池中阴离子向负极移动，但SOeq\o\al(2－,4)不能通过质子交换膜，C错误；若电解池中盛放的是足量的Na2SO4溶液，当电解池两极共产生3mol气体时，生成的气体是氢气和氧气，其中氢气是2mol，氧气是1mol，转移4mol电子，原电池中正极反应式为6．(2021·长春联考三)以铜作催化剂的一种铝硫电池的示意图如图，电池放电时的反应原理为3CuxS＋2Al＋14AlCleq\o\al(－,4)=3xCu＋8Al2Cleq\o\al(－,7)＋3S2－，下列关于该电池的说法错误的是(A)A．放电时，正极电极反应式为Cu2＋＋2e－=CuB．充电时，两电极的质量均增加C．放电时，1molCuxS反应时，转移2mol电子D．充电时，Al为阴极，电极反应式为4Al2Cleq\o\al(－,7)＋3e－=Al＋7AlCleq\o\al(－,4)解析：放电时为原电池，正极得电子发生还原，根据总反应可知，正极反应式为CuxS＋2e－=xCu＋S2－，A错误；充电时为电解池，根据总反应可知Al为阴极，电极反应式为4Al2Cleq\o\al(－,7)＋3e－=Al＋7AlCleq\o\al(－,4)，电极上生成Al，电极质量增加；Cu/CuxS为阳极，电极反应式为xCu＋S2－－2e－=CuxS，电极上增加S元素，电极质量增加，B正确；放电时Cu/CuxS为正极，电极反应式为CuxS＋2e－=xCu＋S2－，1molCuxS反应时，转移2mol电子，C正确；充电时为电解池，阴极得电子发生还原反应，根据总反应可知Al为阴极，电极反应式为4Al2Cleq\o\al(－,7)＋3e－=Al＋7AlCleq\o\al(－,4)，D正确，故选A。7．(2021·张家口一模)(双选)电化学脱硫在金属冶炼和废水处理中均有应用。一种电化学脱硫工作原理示意图如图所示。该装置工作时，下列说法正确的是(AC)A．a为直流电源负极B．阴极区溶液pH减小C．Mn2＋、Mn3＋之间转化可加快电子转移D．导线中流过4.5mole－同时阳极区溶液质量增加44g解析：根据图示，与电源b极相连的电极上Mn2＋失去电子转化为Mn3＋，发生氧化反应，则该电极为阳极，b为电源的正极，则a为电源的负极，A正确；右侧电极为阳极，阳极上Mn2＋失去电子转化为Mn3＋，然后Mn3＋与FeS发生氧化还原反应生成Fe3＋和SOeq\o\al(2－,4)，反应的方程式为9Mn2＋－9e－=9Mn3＋、9Mn3＋＋FeS＋4H2O=Fe3＋＋SOeq\o\al(2－,4)＋9Mn2＋＋8H＋，阴极上的电极反应式为2H＋＋2e－=H2↑，氢离子通过质子交换膜移向阴极，阴极区溶液的pH基本不变，B错误；Mn2＋、Mn3＋之间转化可以不断提供Mn3＋，使得脱硫反应不断进行，右侧能够加快脱硫反应，加快电子的转移，C正确；阳极区的反应有9Mn2＋－9e－=9Mn3＋、9Mn3＋＋FeS＋4H2O=Fe3＋＋SOeq\o\al(2－,4)＋9Mn2＋＋8H＋，当导线中流过4.5mole－，有0.5molFeS溶解，质量为0.5mol×88g/mol＝44g，同时有4.5molH＋从阳极区移向阴极区，导致阳极区溶液质量增加少于44g，D错误，故选AC。考向五金属腐蚀与