化学能与电能-2025高考化学一轮复习易混易错专项复习（含解析）

（9）化学能与电能一2025高考化学一轮复习易混易错专项复习

一、燃料电池（以氢氧燃料电池为例）

介质负极反应式正极反应式

+

酸性2H2—4广===4H+O2+4H+4e===2H2O

+-

中性2H2-4e-===4HO2+2H2O+4e"===4OH

-

碱性2H2—4e"+4OH"===4H2OO2+2H2。+4e"===4OH

燃料电池电极反应书写的注意事项

（1）燃料电池的负极是可燃性气体，失去电子发生氧化反应；正极多为氧气或空气，得到电

子发生还原反应，可根据电荷守恒来配平。

（2）燃料电池的电极不参与反应，有很强的催化活性，起导电作用。

（3）燃料电池的电极反应中，酸性溶液中不能生成OH,碱性溶液中不能生成H+；水溶液

中不能生成，而熔融电解质中。2被还原为。2-。

（4）正负两极的电极反应在得失电子守恒的前提下，相加后的电池反应必然是燃料燃烧反应

和燃烧产物与电解质溶液反应的叠加反应。

二、电解池阴、阳两极的放电顺序

（1）阳极放电顺序

活性电极（Zn、Fe、Cu等）：电极材料失电子；

惰性阳极（Pt、Au、石墨等）：S2>厂>Br->C「>OH->含氧酸根。

（2）阴极放电顺序

Ag+>Fe3+>Cu2+>H+（酸中）>Fe2+>Zn2+o

【深化提高】以惰性电极电解电解质溶液的规律

电解质电解质溶

类型实例电极反应特点pH

浓度液复原

NaOH阴：4H.+4e-增大增大加水

-2H2f

电解

HSO,阳：4OH增大减小加水

水型2

4e■2H2。

增大加水

Na2SO,+。2t不变

HC1电解质电离出减小增大通氯化氢

电解电

的阴、阳离子分

解质型\

CuCl2别在两极放电减小加氯化铜

阴极：放

H2O

放HH生碱生成新

2NaCl2增大通氯化氢

生碱型阳极：电解质阴电解质

离子放电

阴极：电解质阳

放o离子放电生成新

2CuS()减小加氧化铜

4阳极：放

生酸型H2O电解质

o2生酸

三、电解原理的应用

1、电解饱和食盐水（氯碱工业）

湿氯气-------------CL

阳极反应式：2c「一2e-===CbT（氧化反应）

阴极反应式：2H++2e-===H2f（还原反应）

总反应方程式：2NaCl+2H2。用筵2NaOH+H2T+Cl2T

2、电解精炼铜

（1）电极材料：阳极为粗铜；阴极为纯铜。

（2）电解质溶液：含Cu2+的盐溶液。

(3)电极反应：

阳极：Zn—2e-===Zn2+>Fe—2e===Fe2+^Ni—2e-===Ni2+>Cu-2e-===Cu2+；

阴极：Cu2++2e-===Cuo

(4)阳极泥的形成：在电解过程中，活动性位于铜之后的银、金等杂质，难以在阳极失去电

子变成阳离子而溶解，它们以金属单质的形式沉积在电解槽底部，形成阳极泥。

3、电镀

图为金属表面镀银的工作示意图，据此回答下列问题：

(1)镀件作阴极，镀层金属银作阳极。

(2)电解质溶液是AgNO3溶液等含镀层金属阳离子的盐溶液。

++-

(3)电极反应：阳极：Ag—e"===Ag；阴极：Ag+e===Ago

(4)特点：阳极溶解，阴极沉积，电镀液的浓度不变。

1.如图所示原电池装置中，溶液为稀硫酸，电子流向如图所示。下列说法正确的是()

A.电子流动方向为：X电极一导线—Y电极―溶液—X电极

B.X电极上发生氧化反应，Y电极上发生还原反应

C.若两电极分别为Zn和石墨棒，则X为石墨棒，Y为Zn

D.氢气产生在X电极上，SOj移向Y电极

2.我国研究的新型Li-NO?电池，为NO?的治理和再利用提供了新的研究思路，其工作原理

如图所示。电池放电时的总反应为2Li+NC)2-LizO+NO。该电池工作时，下列说法错误

的是()

锂箔碳棒

A.外电路中电流的方向：b极—电流表—a极

B.b极的电极反应：NO2+2Li^+2e~—=Li2O+NO

C.当外电路中通过Imol电子时，理论上b极质量增加15g

D.电解液中Li+向a极附近迁移

3.如图所示，杠杆AB两端分别挂有体积相同、质量相等的空心铜球和空心铁球，调节杠杆并

使其在水中保持平衡，然后小心地向烧杯中央滴入M的浓溶液，一段时间后，下列有关杠杆

的偏向判断正确的是(实验过程中，不考虑两球的浮力变化)()

A.当M为FeCL溶液、杠杆为导体时，A端低，B端高

B.当M为AgNC)3溶液、杠杆为导体时，A端高，B端低

C.当M为盐酸、杠杆为导体时，A端高，B端低

D.当M为CuSC)4溶液、杠杆为绝缘体时，A端低，B端高

4.某同学组装了如图所示的电化学装置，电极I为A1,其他电极均为Cu,贝U()

A.电流方向：电极IVf,公”电极I

B.电极I发生还原反应

C.电极II逐渐溶解

D.电极HI的电极反应为Cu2++IQ-CXX

5.铅酸蓄电池在通信、工业、国防军工、光伏、新能源储能、交通等领域获得广泛应用。工

作时的电池总反应：Pb+PbO2+2H2SO4—2PbSO4+2H2O,其构造示意图如下。电池放电

过程中，下列说法正确的是（）

A.电解质溶液的酸性逐渐增强

B.Pb作负极，发生氧化反应，电极质量增加

C.PbC）2作正极，发生氧化反应，电极质量减小

D.SO1移向Pb。？电极，电子由Pb。?经外电路流向Pb

6.Na2Cr2（）7在酸性水溶液中随着H+浓度的增大会转化为CrC>3。电解法制备CrC）3的原理如图

所示。下列说法中错误的是（）

H2

酸性i1

NaOH

NaCrO■■

水2溶2法7H9水溶液

----------

离子交换膜

A.电解时只允许H+通过离子交换膜

B.生成。2和H2的质量比为8：1

C.电解一段时间后，阴极区溶液中OIF的浓度增大

+

D.生成CrO3的反应为Cr2O^+2H—2CrO3+H2O

7.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。下列说法中不正确的是

()

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Li—CoO2+xLi++xe-^LiCoO?

D.电池总反应可表示为Li,Si+Li-,CoC>2脩：搀Si+LiCo02

8.利用微生物燃料电池(MFC)可以将废水中的NH：降解为N?。某课题组设计出如图所示的微

生物燃料电池进行同步硝化和反硝化脱氮研究，下列说法不正确的是()

微

着

附

co用电器I石墨

生

石

物

的兀―N电/H*!酸性废水

墨

反硝化'硝化

L

H,20_NO；-E鼓入空气

T电痴一巾好氧电极方一

交换膜c

+

A.好氧电极b上发生的反硝化反应为2NO；+10e+12H—N2T+6H2O

B.好氧电极b上的副反应为。2+4曰+4日一2凡0

C.交换膜c为质子交换膜，质子从电极a区域通过质子交换膜移向电极b区域

D.理论上每消耗lmolC6H12O6,可以处理NH：的物质的量为4.8mol

9.铅酸蓄电池广泛应用于机动车辆，其构造如图所示，已知PbSC>4难溶于水，电池反应为

PbO2+Pb+2H2SO4—2PbSO4+2H2O,下列说法正确的是（）

稀硫酸

二氧化铅

A.电池工作时，PbC）2为负极，发生还原反应

B.电池工作时，电解质溶液pH保持不变

+

C.负极的电极反应式为PbO2+2e.+4H+S0；--PbSO4+2H2O

D.硫酸根离子在负极和正极都参与了反应，在放电时，两电极质量均增加。

10.一种电解法制备高纯铭和硫酸的简单装置如图所示。下列说法中正确的是（）

直流电源

A.b为直流电源的负极

B.阴极反应为2H++2e--H2T

C.工作时，乙池中溶液的pH不变

D.若有Imol离子通过A膜，理论上阳极生成0.25mol气体

U.一种生物电化学方法脱除水体中NH：的原理如图所示：

A.该装置工作时，化学能转化为电能

B.该装置工作时，a极周围溶液的pH降低

C.该装置内工作温度越高，NH；的脱除率一定越大

D.b极上发生的反应之一是2NO3-2e--N2T+3O2T

12.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

列说法中正确的是（）

A.钢铁设施表面的电极反应为Fe-2e-^=Fe?+

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大

13.硅（Te）被誉为尖端技术等工业的维生素。工业上常以粗铜精炼的阳极泥（主要成分是

Cu2Te,含Ag、Au等杂质）为原料提取硅并回收金属，Te与S同族，其工艺流程如图所

Zj\O

—Ag.Au施检X

怙10等京精声驾旦投

.加代一过沮

阳极泥

Mil'll

①回得事

下列说法错误的是（）

A.粗铜精炼和电镀铜的阴极电极反应相同

B.每回收ImolTe理论上步骤①中转移电子数为6必

C.步骤②电解后的溶液可以参与循环

D.可以用硝酸分离出滤渣X中的Au

14.（1）以反应N2H4+。2『2+2凡0为原理设计成燃料电池，其能量转化率高，装置如

图所示。

KOH溶液

①A处加入的是,a处的电极反应式是-

②当消耗标准状况下3.36LO2时，导线上转移电子的物质的量是。

（2）将一定量纯净的氨基甲酸镂置于恒容密闭真空容器中（固体试样体积忽略不计），在恒

s2NH

定温度下使其达到分解平衡：H2NCOONH4（）^^3（g）+CO2（g）o则以下情况不熊说

明该反应一定达到化学平衡状态的是（填序号）。

①V（NH3）正=2v（CC>2）逆②密闭容器中总压强不变

③密闭容器中混合气体的密度不变④密闭容器中CO2的体积分数不变

⑤密闭容器中混合气体的平均相对分子质量不变

（3）一定条件下，在5L密闭容器内，发生反应2NO2（g）^^N2（D4（g），NO2的物质的量随

时间变化如表：

时间/s012345

n（NO2）/mol0.0400.0200.0100.0050.0050.005

用N2O4表示。〜2s内该反应的平均速率为mol/（L-s）；到第5s末，NO?的转化率

为。

（4）已知：2N2O^^2N2+O2,不同温度（T）下，N2O分解半衰期随起始压强的变化关

系如图所示（图中半衰期指任一浓度N?。消耗一半时所需的相应时间），贝/T2

（填“>”、”=，，或，y”）。当温度为不起始压强为P。，反应至々min时，此时体系压强

P=（用Po表示）。

三

E

/

S

然

*-

P°起始压强/kPa

15.某小组同学利用如图所示的装置进行铁的电化学腐蚀原理的探究实验。

装置分别进行的操作现象

i.连好装置一段时间

!后，向烧杯中滴加酚醐

铁片二卜碳棒ii.连好装置一段时间

I1.0mol•L-1后，向烧杯中滴铁片表面产生蓝色沉淀

hl尸NaCl溶液

K31Fe（CN）6］溶液

（1）小组同学认为以上两种检验方法，均能证明铁发生了吸氧腐蚀。

①实验i中的现象是-

②用化学用语解释实验i中的现象：。

（2）查阅资料：K31Fe（CN）6］具有氧化性。

①据此有同学认为仅通过ii中现象不能证明铁发生了电化学腐蚀，理由是

②进行下列实验，在实验几分钟后的记录如下表所示:

实验滴管试管现象

iii蒸储水无明显变化

1

iv1.0mol-I71NaCl溶铁片表面产生大

r

液量蓝色沉淀

0.5mol[TK3[Fe(CN)6]

溶液

厂铁片V0.5mol-L1Na2s

无明显变化

溶液

21nL

a.以上实验表明：在____________条件下，《［FelCN%］溶液可以与铁片发生反应。

b.为探究C「的存在对反应的影响，小组同学将铁片酸洗（用稀硫酸浸泡后洗净）后再进行实

验iii,发现铁片表面产生蓝色沉淀。此补充实验表明C「的作用是。

（3）有同学认为上述实验仍不严谨。为进一步探究K31Fe（CN）6］的氧化性对实验ii结果的影

响，又利用（2）中装置继续实验。其中能证明以上影响确实存在的是（填字母）。

实验试齐IJ现象

A酸洗后的铁片、产生蓝色沉淀

VFeCN%]溶

液（已除。2）

酸洗后的铁片、

K3[Fe（CN）6]^

B产生蓝色沉淀

NaCI混合溶液

（未除。2）

铁片、

K3[Fe（CN）6]^

C产生蓝色沉淀

NaCI混合溶液

（已除。2）

铁片、

K3[Fe（CN）6]ff

D产生蓝色沉淀

盐酸混合溶液

（已除。2）

答案以及解析

L答案：B

解析：A.电子不能进入电解质溶液中，A错误；

B.由分析可知，X为负极、Y为正极，故X电极上发生氧化反应，Y电极上发生还原反应，B

正确；

C.锌为活泼金属，做负极，则Y为石墨棒，X为Zn,C错误；

D.氢得到电子发生还原反应，则氢气产生在Y电极上；阴离子向负极迁移，则S。；移向X电

极，D错误；

故选Bo

2.答案：D

解析：由放电时的总反应2Li+NC）2-LizO+N。可知，Li元素化合价升高，则a极为负

极，电极反应式为Li-片一Li+；b极为正极，N元素化合价降低，电极反应式为

+

NO2+2Li+2e--Li2O+NOo由分析可知，a极为负极，b极为正极，电流从正极流向负

极，即外电路中电流的方向为b极一电流表-a极，A项正确，不符合题意；b极为正极，N

元素化合价降低，发生还原反应，电极反应式为NOz+2e-+2Li+-Li2（D+NO,B项正

确，不符合题意；当外电路中通过Imole-时，理论上b极生成OSmolLizO,b极增加的质量

为0.5molx30g-molT=15g,C项正确，不符合题意；电解液中阳离子移向正极，则电解液中

Li+向b极附近迁移，D项错误，符合题意。故选D。

3.答案：A

解析：金属活动性Fe>Cu,故铁球作负极，铜球作正极，铁球失去e-,生成Fe?+,质量减

小。溶液中Fe3+在正极上得被还原生成Fe2+,铜球质量不变，因此是A端低，B端高，

A正确；溶液中Ag+在正极上得已，被还原生成Ag在铜球上析出，铜球质量增大，因此是A

端低，B端高，B错误；溶液中H+在正极上得e\被还原生成H?,铁球质量减少，铜球不

变，因此A端低，B端高，C错误；杠杆为绝缘体时，直接发生Fe与CuSC）4溶液的反应，Fe

置换出的Cu附着在Fe表面，质量变大，则A端高，B端低，D错误。

4.答案:A

解析：由题意可知，该装置的I和n是原电池的两极，其中I是负极，发生氧化反应；n是

正极，发生还原反应，有cu析出。in和w是电解池的两极，其中ni是阳极，发生氧化反

应，电极反应是Cu-2e--Cu2+,w是阴极，所以电流方向为电极IV-0-电极I。综上

分析可知，A正确。

5.答案：B

解析：A.根据分析，原电池放电的过程中消耗硫酸，所以溶液的酸性减弱，A错误；

B.根据分析，Pb为电池的负极，发生氧化反应，电极质量增加，B正确；

C.根据分析，Pb。2为电池的正极，Pb。?在放电过程中得到电子被还原，发生还原反应，C

错误；

D.原电池工作时，阴离子应该向负极Pb移动，D错误;

故选B。

6.答案：A

解析：电解池的左极区中的水失去电子生成氧气，为阳极，电极反应为

2H2O-4e--4H++O2T,用?%。,在酸性水溶液中随着H+浓度的增大会转化为CrC>3，

由质量守恒和电子转移守恒可知，生成CrC>3的反应为Cr2(D:+2H+-2©03+凡0,所以电

解时阳极区的H+不能通过离子交换膜，通过离子交换膜的应为钠离子，故A错误，D正确；

右极区中的水得到电子生成氢气，为阴极，电极反应为2H2。+2片——2。川+凡个，由得失

电子守恒可知，生成。2和H2的物质的量之比为1：2,则生成。2和H2的质量比为8：1,故

B正确；由阴极反应可知，电解一段时间后阴极区溶液中OIF的浓度增大，故C正确。

7.答案：B

解析：充电时为电解池，由电极A上“Li+得电子成为Li”可知，锂元素的化合价降低，发生

还原反应，故电极A作阴极，电极B作阳极。放电时为原电池，电解池的阴极为原电池的负

极，电解池的阳极为原电池的正极。由电池截面结构图可知，集流体A与电极A相连，充电

时电极A为阴极，集流体起导电作用，即集流体A与外接电源的负极相连，A正确；放电

时，LiPON薄膜电解质起传导Li+的作用，故没有Li+的损失，B不正确。

8.答案：D

解析：A.根据图示可知，好氧电极b上发生反硝化反应为硝酸根离子得电子生成氮气，故电

极反应式为2NO；+10eT12H+-电T+6H2O,A正确；

B.电极上除发生反硝化反应外，还有氧气得电子的副反应：。2+43+411+-2凡0,B正

确；

+

C.电极b为正极，电极方程式为：2NO-+10e+12H—N2T+6H2O,电极a为负极，电极

+

方程式为：C6H12O6+6H2O-24e=6CO2T+24H,正极产生的H+通过质子交换膜进入正极

区，C正确；

D.不考虑副反应，每消耗ImolC6Hl2。6,转移的电子数24mo1,根据电极反应

2N0/10曰+12氏一凡T+6H2。和元素守恒规律，则理论上可以处理NH；的物质的量应

4.8mol,由于电极b上副反应，故每消耗lmolC6H]2C)6，可以处理NH：的物质的量小于

4.8mol,D正确；

故选D。

9.答案:D

解析：A.电池工作时，Pb为负极，失电子发生氧化反应，A错误；

B.由题干化学方程式可知，电池工作时，电解质溶液中的硫酸逐渐被消耗，pH逐渐增大，B

错误；C.负极上硫酸根离子结合铅离子生成硫酸铅，正极上，硫酸根离子、氢离子与二氧化

铅反应生成硫酸铅，正极的电极反应式为PbO2+2e-+4H++SO；-PbSO4+2H2。，C错

误；D.负极的电极反应式为Pb-2e-+SO:-PbSC)4，PbfPbSO,电极质量均增加，正极

+

的电极反应式为Pb。？+2e+4H+SO；--PbSO4+2H2O,PbO2fPbSO4电极质量均增

加，D正确；

10.答案：D

解析：该装置制备高纯铭和硫酸，甲池中Cr棒上C产得到电子发生还原反应，则Cr棒为阴

极，阴极反应为CF++3e——Cr,石墨为阳极，阳极反应为2H2。-4e「一O2T+4H+，连

接阴极的电极a为负极，则b为正极，A、B项均错误；甲池中S。：通过交换膜进入乙池、

丙池中生成的H+通过交换膜进入乙池，所以乙池中硫酸浓度增大，溶液的pH减小，C项错

误；若有Imol离子通过A膜，则丙池生成ImolfT,由关系式。2~4H+可知，理论上阳极

生成0.25mol气体，D项正确。

1L答案：B

解析：该装置把电能转化为化学能，故A错误；a极为阳极，电极反应为

++

NH^+2H2O-6e—NO；+8H,NH^+3H2O-8e—NO；+10H,所以a极周围溶液的

pH降低，故B正确；该装置是在细菌生物作用下进行的，所以温度过高会导致细菌死亡，

NH；的脱除率会减小，故C错误；b极上发生的反应之一为

+

2NO3+12H+10e-N2T+6H2O,故D错误。

12.答案：C

解析：图中钢铁设施作原电池的正极，正极金属被保护不失去电子，A项错误；金属M为原

电池装置的负极，原电池中负极金属比正极金属活泼，因此M的活动性比Fe的活动性强，B

项错误；金属M失去电子，电子经导线流入钢铁设施，从而使钢铁设施表面积累大量电子，

自身金属不再失去电子而被保护，C项正确；海水中的离子浓度大于河水中的离子浓度，离

子浓度越大，溶液的导电性越强，因此钢铁设施在海水中的腐蚀速率比在河水中的大，D项

错误。

13.答案：B

解析：A.粗铜精炼和电镀铜的阴极电极反应均为Cu2++2e--Cu,电极反应相同，A正

确；

B.根据C%Te转化为TeO?和Cu2+,转移电子数为6+2,每回收ImolTe理论上步骤①中转移

电子数为8NA，B错误；

C.步骤②电解后的溶液主要成分为硫酸，可以参与循环，在步骤①中使用，C正确；

D.硝酸能溶解银而不能溶解Au,可以用硝酸分离出滤渣X中的Au,D正确；

答案选B。

14.答案：(1)①N2H-N2H4-4e-+4O^^-N2T+4H2O；②0.6mol

(2)④⑤；

(3)0.0015；87.5%

(4)＞；1.25°0

解析：(1)根据电子的流向可知，a电极为负极，在燃料电池中通入燃料的一极为负极，即

A处加入的是N2H仆a电极为负极，发生氧化反应，故a处的电极反应式是

N2H4-4e+4OH—N2T+4H2O；当消耗标准状况下3.36L