【创新设计】2021高考化学(江苏专用)二轮专题提升练：第6讲-电化学基础(含新题及解析)

第6讲电化学基础一、小题对点练一、原电池原理及其应用1．(2022·南京盐城一调)硼化钒(VB2)—空气电池是目前储电力量最高的电池，电池示意图如右，该电池工作时反应为4VB2＋11O2=4B2O3＋2V2O5。下列说法正确的是 ()。A．电极a为电池负极B．图中选择性透过膜只能让阳离子选择性透过C．电子由VB2极经KOH溶液流向a电极D．VB2极发生的电极反应为2VB2＋22OH－－22e－=V2O5＋2B2O3＋11H2O解析依据总反应方程式，VB2是还原剂，是负极反应物，电极反应式是2VB2＋22OH－－22e－=V2O5＋2B2O3＋11H2O，电极a为正极，电极反应式是O2＋4e－＋2H2O=4OH－，负极消耗OH－，则正极产生的OH－透过阴离子选择性透过膜进入负极区，电子由负极经外电路流入正极，电解质溶液中不会有电子流淌，只有阴阳离子的迁移，选项D正确。答案D2．(2022·盐城三调)利用人工光合作用合成甲酸的原理为2CO2＋2H2Oeq\o(→,\s\up7(太阳能),\s\do5(光触媒))2HCOOH＋O2，装置如下图所示，下列说法不正确的是 ()。A．该装置将太阳能转化为化学能和电能B．电极1四周pH增大C．电极2上发生的反应为CO2＋2H＋＋2e－=HCOOHD．H＋由电极1室经过质子膜流向电极2室解析在太阳能作用下CO2和H2O转化为HCOOH和O2，并且有电子流淌，太阳能转化为化学能和电能，选项A正确；电极1流出电子，反应式是2H2O－4e－=4H＋＋O2↑，四周pH减小，选项B错误；依据总反应方程式推出电极2上发生的反应为CO2＋2H＋＋2e－=HCOOH，选项C正确；电极1反应产生H＋，电极2反应消耗H＋，故H＋由电极1室经过质子膜进入电极2室，选项D正确。答案B3．(2022·苏锡常镇二调)某种熔融碳酸盐燃料电池以Li2CO3、K2CO3为电解质、以CH4为燃料时，该电池工作原理如图，下列说法正确的是 ()。A．a为CH4，b为CO2B．COeq\o\al(2－,3)向负极移动C．此电池在常温时也能工作D．正极电极反应式为O2＋2CO2＋4e－=2COeq\o\al(2－,3)解析由从电子在电路中的流向可以确定左边电极是负极，所以a处通入的就是燃料甲烷，则右边电极是正极，b处充入的是氧化剂，从出去的氮气可以看出，该氧化剂就是空气，A不正确；原电池中阳离子向正极移动，阴离子向负极移动，所以COeq\o\al(2－,3)向负极移动，B正确；此电池是用熔融碳酸盐作电解质，只能是在高温下进行工作，C不正确；正极反应式为O2＋2CO2＋4e－=2COeq\o\al(2－,3)，D正确。答案BD4．(2022·南通三调)锌溴液流电池是一种新型电化学储能装置(如图所示)，电解液为溴化锌水溶液，电解液在电解质储罐和电池间不断循环。下列说法不正确的是 ()。A．充电时电极a连接电源的负极B．放电时负极的电极反应式为Zn－2e－=Zn2＋C．放电时左侧电解质储罐中的离子总浓度增大D．阳离子交换膜可阻挡Br2与Zn直接发生反应解析由题意可知，自发进行的氧化还原反应Zn＋Br2=ZnBr2为原电池反应，则其逆向反应即为电解(即充电)过程的反应，所以充电时电极a是将溴离子转化为溴单质，即发生了氧化反应，应为电解池的阳极，所以a接电源的负极，A不正确，负极发生氧化反应锌失去电子，B正确；放电时会生成溴离子，Zn2＋通过阳离子交换膜进入负极区，所以储罐中溶液离子浓度增大，C正确；阳离子交换膜只能让阳离子通过，不行能让分子或阴离子通过，所以可达到阻挡溴与锌直接发生反应的目的，D正确。答案A5．(2022·浙江理综，11)镍氢电池(NiMH)目前已经成为混合动力汽车的一种主要电池类型。NiMH中的M表示储氢金属或合金。该电池在充电过程中的总反应方程式是：Ni(OH)2＋M=NiOOH＋MH已知：6NiOOH＋NH3＋H2O＋OH－=6Ni(OH)2＋NOeq\o\al(－,2)下列说法正确的是 ()。A．NiMH电池放电过程中，正极的电极反应式为：NiOOH＋H2O＋e－=Ni(OH)2＋OH－B．充电过程中OH－离子从阳极向阴极迁移C．充电过程中阴极的电极反应式：H2O＋M＋e－=MH＋OH－，H2O中的H被M还原D．NiMH电池中可以用KOH溶液、氨水等作为电解质溶液解析A项，由NiMH充电的总反应方程式知，其逆反应为放电时的总反应，正极发生还原反应：NiOOH＋H2O＋e－=Ni(OH)2＋OH－，正确；B项，充电时相当于电解池，阴离子(OH－)向阳极移动，错误；C项，由于MH中M与H均为0价，反应前后M的化合价没有变化，故H2O中的H是由于电解而被还原，并不是被M还原，错误；D项，由信息可知NiOOH与KOH溶液、氨水反应，故电解质溶液不能用KOH溶液、氨水，错误。答案A二、电解原理及其应用6．(2022·扬州模拟)电浮选分散法处理污水的原理如图所示。电解过程生成的胶体能使污水中的悬浮物分散成团而除去，电解时阳极也会产生少量气体。下列说法正确的是 ()。A．可以用铝片或铜片代替铁片B．阳极产生的气体可能是O2C．电解过程中H＋向阳极移动D．若污水导电力量较弱，可加入足量硫酸解析电浮选分散法处理污水的原理是阳极产生Fe2＋，Fe2＋水解生成Fe(OH)2，氧化后形成Fe(OH)3胶体吸附悬浮物。将阳极的铁换成铝可以、换成铜不行以，选项A错误；阳极在Fe发生氧化反应的同时，也可发生电极反应4OH－－4e－=2H2O＋O2↑，选项B正确；电解过程H＋(阳离子)向阴极移动，选项C错误；硫酸会破坏Fe(OH)3胶体，不能用硫酸作增加水导电力量的试剂，可以用中性的硫酸钠溶液，D错误。答案B7．(2022·南京三模)右图装置可处理乙醛废水，乙醛在阴、阳极发生反应，分别转化为乙醇和乙酸。下列说法正确的是 ()。A．b电极为负极B．电解过程中，阴极区Na2SO4的物质的量增大C．阳极电极反应式为CH3CHO－2e－＋H2O=CH3COOH＋2H＋D．电解过程中，两极均有少量气体产生，则阳极产生的是H2解析与b连接的是阴极，则b是电源的负极，选项A正确；阳极电极反应式为CH3CHO－2e－＋H2O=CH3COOH＋2H＋，阴极电极反应式为CH3CHO＋2e－＋2H＋=CH3CH2OH，电解过程中，Na2SO4仅增加导电性，阴极区Na2SO4的物质的量不变，选项B错误、选项C正确；电解过程中，两极均有少量气体产生，则阳极产生的是O2，阴极产生的是H2，选项D错误。答案AC8．(2022·苏锡常镇一调)RFC是一种将水电解技术与氢氧燃料电池技术相结合的可充电电池，RFC工作原理如下图。下列有关说法正确的是 ()。A．转移0.1mol电子时，a电极产生标准状况下O21.12LB．b电极上发生的电极反应是2H2O＋2e－=H2↑＋2OH－C．c电极上进行还原反应，B池中的H＋可以通过隔膜进入A池D．d电极上发生的电极反应是O2＋4H＋＋4e－=2H2O解析该联合装置左装置是电解池，a是阴极，电极反应式是2H2O＋2e－=H2↑＋2OH－，b是阳极，电极反应式是2H2O－4e－=O2↑＋4H＋，选项A、B错误；右装置是原电池，c是正极，电极反应式是O2＋4H＋＋4e－=2H2O，d是负极，电极反应式是H2－2e－=2H＋，B中的H＋通过隔膜进入A池，选项C正确、选项D错误。答案C9．乙醛酸是合成贵重高档香料乙基香兰素的原料之一，可用草酸电解制备，装置如下图所示。下列说法正确的是 ()。A．电解时石墨电极应与直流电源的负极相连B．阴极反应式为：HOOCCOOH＋2H＋＋2e－→OHCCOOH＋H2OC．电解时石墨电极上有H2放出D．阴极上可能会发生副反应生成H2、OHC—CHO、HOCH2—COOH解析A项，由图中H＋的移动方向知，复合膜电极应为阴极，与直流电源负极相连，错误；B项，阴极发生还原反应，应为羧基被还原为醛基，即草酸得到电子生成乙醛酸，正确；C项，石墨为阳极，电极上应是阴离子放电，不行能生成H2，错误；D项，由B知，乙醛酸中的另一个—COOH也可能得电子变成—CHO，—CHO可以连续被还原成—OH，溶液中的H＋也可以得电子生成H2，正确。答案BD三、金属的腐蚀与防护10．化学在日常生产生活中有着重要的应用。下列说法不正确的是 ()。A．钢铁发生吸氧腐蚀的正极反应式为O2＋2H2O＋4e－=4OH－B．钢铁在海水中比在河水中更易腐蚀，主要缘由是海水含氧量高于河水C．在海轮外壳上镶入锌块，锌作负极，可减缓船体的腐蚀速率D．在潮湿的空气中，镀锌铁板比镀锡铁板更耐腐蚀解析选项A，钢铁发生吸氧腐蚀时，O2在正极获得电子，发生还原反应；选项B，钢铁在海水中比在河水中更易腐蚀，主要缘由是海水中电解质的浓度高于河水，钢铁在海水中更易发生电化学腐蚀；选项C，轮船外壳镶入比铁活泼的锌块，形成原电池，锌作负极，可减缓船体的腐蚀速率；选项D，在潮湿的空气中，铁板简洁发生电化学腐蚀，镀锌铁板中锌比铁活泼，锌铁构成原电池，铁作正极被爱护，不简洁被腐蚀；镀锡铁板中铁比锡活泼；铁锡构成原电池，铁作负极易被腐蚀。答案B11．下列与金属腐蚀有关的说法正确的是 ()。A．图a中，插入海水中的铁棒，越靠近底端腐蚀越严峻B．图b中，开关由M改置于N时，Cu­Zn合金的腐蚀速率减小C．图c中，接通开关时Zn腐蚀速率增大，Zn上放出气体的速率也增大D．图d中，Zn­MnO2干电池自放电腐蚀主要是由MnO2的氧化作用引起的解析图a中，铁棒发生吸氧腐蚀，靠近底端的部分与氧气接触少，腐蚀程度较轻，A项错误；图b中开关由M改置于N，Zn作负极，Cu­Zn作正极，腐蚀速率减小，B项正确；图c中接通开关时Zn作负极，腐蚀速率增大，但氢气在Pt上放出，C项错误；图d中干电池放电是由于Zn被氧化，MnO2不起氧化作用，其作用是除去电池中产生少量的H2，D项错误。答案B12．按如图所示装置进行下列不同的操作，说法不正确的是 ()。A．铁腐蚀的速度由大到小的挨次是：只接通K1＞只闭合K3＞都断开＞只闭合K2B．只接通K1，发生析氢腐蚀C．只接通K2，U形管左、右两端液面均下降D．只接通K3，发生析氢腐蚀解析A项，接通K1，铁作电解池的阳极，腐蚀加快；只闭合K3，铁作原电池的负极，腐蚀加快；都断开，为铁的正常腐蚀(吸氧腐蚀)；只闭合K2，铁为电解池的阴极，受到爱护，A正确；接通K1，铁作电解池的阳极，电极反应为：Fe－2e－=Fe2＋，阴极水中的H＋放电，生成的OH－与Fe2＋反应，生成Fe(OH)2白色沉淀，B正确；闭合K2，铁为电解池的阴极，阳极溶液中的Cl－放电，生成氯气，阴极水中的H＋放电生成H2，C正确；接通K3，铁作负极，石墨作正极，发生吸氧腐蚀，D错误。答案D二、大题冲关练13．(1)第三代混合动力车，可以用电动机、内燃机或二者结合推动车辆。汽车上坡或加速时，电动机供应推动力，降低汽油的消耗；在刹车或下坡时，电池处于充电状态。混合动力车目前一般使用镍氢电池，该电池中镍的化合物为正极，储氢金属(以M表示)为负极，碱液(主要为KOH)为电解质溶液。镍氢电池充放电原理如图1所示，其总反应式为H2＋2NiOOHeq\o(,\s\up7(放电),\s\do5(充电))2Ni(OH)2。图1依据所给信息推断，混合动力车上坡或加速时，乙电极四周溶液的pH________(填“增大”、“减小”或“不变”)，该电极的电极反应式为________________________________。(2)图2是一种新型燃料电池，以CO为燃料，肯定比例的Li2CO3和Na2CO3的熔融混合物为电解质，图3是粗铜精炼的装置图，现用燃料电池为电源进行粗铜的精炼试验。图2图3回答下列问题：①A极为电源________(填“正”或“负”)极，写出A极的电极反应式：________________________________。②要用燃料电池为电源进行粗铜的精炼试验，则B极应当与________极(填“C”或“D”)相连。③当消耗标准状况下2.24LCO时，C电极的质量变化为________。解析(1)上坡或加速时，电动机工作，为原电池，乙电极中NiOOH→Ni(OH)2，Ni的化合价降低，乙电极为正极，电极反应式为NiOOH＋e－＋H＋=Ni(OH)2，四周溶液的pH增大。(2)①在燃料电池中可燃性气体作负极，即A为负极，依据所给新型燃料电池的构成原理装置图，结合原电池的工作原理，可直接写出A极的电极反应式：CO－2e－＋COeq\o\al(2－,3)=2CO2。②依据电解精炼原理，粗铜应与电源的正极相连，精铜应与电源的负极相连，因B极是正极，所以B极应与D极相连。③标准状况下2.24LCO失去0.2mole－，依据得失电子守恒，C极上增加Cu的质量为6.4g。答案(1)增大NiOOH＋e－＋H＋=Ni(OH)2(2)①负CO－2e－＋COeq\o\al(2－,3)=2CO2②D③增加6.4g14．(高考题汇编)(1)[2022·四川，11(4)]①MnO2可作超级电容器材料。用惰性电极电解MnSO4溶液可制得MnO2，其阳极的电极反应式是________________________________________________________________。②MnO2是碱性锌锰电池的正极材料。碱性锌锰电池放电时，正极的电极反应式是________________________________。(2)[2022·重庆，11，(4)]肯定条件下，如图所示装置可实现有机物的电化学储氢(忽视其他有机物)。①导线中电子移动方向为________。(用A、D表示)②生成目标产物的电极反应式为________。③该储氢装置的电流效率η＝________(η＝eq\f(生成目标产物消耗的电子数,转移的电子总数)×100%，计算结果保留小数点后1位)解析(1)①依据Mn的化合价，从＋2价→＋4价，失电子发生氧化反应，则阳极电极反应式为Mn2＋＋2H2O－2e－=MnO2＋4H＋。②碱性锌锰干电池中，MnO2作为正极，发生还原反应，其电极反应式MnO2＋H2O＋e－=MnO(OH)＋OH－。(2)①由于从到发生了得电子的还原反应，故D为阴极，E为阳极，A为负极，B为正极，导线中电子移动方向为A→D。②由①知D电极生成目标产物的电极反应式为③由①知，E电极反应为2H2O－4e－=4H＋＋O2↑，则生成2.8molO2转移的电子为2.8mol×4＝11.2mol，电解过程中通过阴、阳极的电子数目相等，即阴极得到电子也为11.2mol，阴极上发生的电极反应式为C6H6＋6H＋＋6e－=C6H12,2H＋＋2e－=H2↑，设参与反应的苯的物质的量为x，其转移电子的物质的量为6x，生成的H2为eq\f(11.2－6x,2)mol，依题意得eq\f(10×24%－x,10＋\f(11.2－6x,2))×100%＝10%，x＝1.2。生成目标产物消耗的电子为1.2mol×6＝7.2mol，电流效率η＝eq\f(7.2mol,11.2mol)×100%≈64.3%。答案(1)①Mn2＋＋2H2O－2e－=MnO2＋4H＋②MnO2＋H2O＋e－=MnO(OH)＋OH－(2)①A→D②C6H6＋6H＋＋6e－=C6H12③64.3%15．甲烷作为一种新能源在化学领域应用广泛，请回答下列问题。(1)高炉冶铁过程中，甲烷在催化反应室中产生水煤气(CO和H2)还原氧化铁，有关反应为：CH4(g)＋CO2(g)=2CO(g)＋2H2(g)ΔH＝260kJ·mol－1已知：2CO(g)＋O2(g)=2CO2(g)ΔH＝－