2024年高考化学母题题源系列专题07电化学含解析

PAGEPAGE14专题07电化学【母题来源】2024年高考新课标Ⅰ卷【母题题文】利用生物燃料电池原理探讨室温下氨的合成，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A．相比现有工业合成氨，该方法条件温柔，同时还可供应电能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【答案】B:【试题解析】由生物燃料电池的示意图可知，左室电极为燃料电池的负极，MV+在负极失电子发生氧化反应生成MV2+，电极反应式为MV+−e−=MV2+，放电生成的MV2+在氢化酶的作用下与H2反应生成H+和MV+，反应的方程式为H2+2MV2+=2H++2MV+；右室电极为燃料电池的正极，MV2+在正极得电子发生还原反应生成MV+，电极反应式为MV2++e−=MV+，放电生成的MV+与N2在固氮酶的作用下反应生成NH3和MV2+，反应的方程式为N2+6H++6MV+=6MV2++NH3，电池工作时，氢离子通过交换膜由负极向正极移动。A项、相比现有工业合成氨，该方法选用酶作催化剂，条件温柔，同时利用MV+和MV2+的相互转化，化学能转化为电能，故可供应电能，故A正确；B项、左室为负极区，MV+在负极失电子发生氧化反应生成MV2+，电极反应式为MV+−e−=MV2+，放电生成的MV2+在氢化酶的作用下与H2反应生成H+和MV+，反应的方程式为H2+2MV2+=2H++2MV+，故B错误；C项、右室为正极区，MV2+在正极得电子发生还原反应生成MV+，电极反应式为MV2++e−=MV+，放电生成的MV+与N2在固氮酶的作用下反应生成NH3和MV2+，故C正确；D项、电池工作时，氢离子（即质子）通过交换膜由负极向正极移动，故D正确。故选B。【命题意图】本题考查原电池原理的应用，考察新情境下化学电源的工作原理及应用，很好的落实了宏观辨识与微观探析、证据推理与模型认知、科学精神与社会责任等学科素养。留意原电池反应的原理和离子流淌的方向，明确酶的作用是解题的关键。【命题方向】电化学是历年高考的重要考点之一，考查的内容为：供应电极材料和电解质溶液推断能否形成原电池，原电池电极名称推断及电极反应式的书写，供应反应方程式设计原电池、电解池（包括电镀池、精炼池），依据电解时电极质量或溶液pH的变更推断电极材料或电解质种类，电解产物的推断和计算，结合图像考查电极质量或电解质溶液质量分数的变更。展望2024年高考化学试题呈现仍旧会以我国化学领域最近取得的重大创新科研成果为载体考查考生的必备学问和关键实力，考查社会主义核心价值观个人层面的爱国精神，落实了立德树人的教化根本任务。【得分要点】化学反应主要是物质变更，同时也伴随着能量变更。电化学是化学能与电能转化关系的化学。电解池是把化学能转化为电能的装置，其构成条件为①能自发发生氧化还原反应。②具有活动性不同的两个电极(金属和金属或金属和非金属)。③形成闭合回路或在溶液中相互接触。驾驭原电池电极反应式的书写（1）精确推断原电池的正负极是书写电极反应的关键。假如原电池的正负极推断失误，电极反应式的书写肯定错误。推断正负极的方法不是肯定的，例如铜片和铝片同时插入浓硝酸溶液中，由于铝片表明的钝化，这时铜失去电子，是负极，其电极反应为：负极：Cu−2e−SKIPIF1<0Cu2+正极：2SKIPIF1<0+4H++2e−SKIPIF1<02H2O+2NO2↑再如镁片和铝片同时插入氢氧化钠溶液中，虽然镁比铝活泼，但由于镁不与氢氧化钠反应，而铝却反应，失去电子，是负极，其电极反应为：负极：2Al+8OH−−6e−SKIPIF1<02SKIPIF1<0+2H2O正极：6H2O+6e−SKIPIF1<06OH−+3H2↑（2）要留意电解质溶液的酸碱性。在正负极上发生的电极反应不是孤立的，它往往与电解质溶液紧密联系，如氢氧燃料电池有酸式和碱式，在酸溶液中，电极反应式中不能出现OH−，在碱溶液中，电极反应式中不能出现H+，像CH4、CH3OH等燃料电池，在碱溶液中碳（C）元素以SKIPIF1<0离子形式存在，而不是放出CO2气体。（3）要考虑电子的转移数目。（4）要利用总的反应方程式。从理论上讲，任何一个自发的氧化还原反应均可设计成原电池，而两个电极反应相加即得总反应方程式。所以只要知道总反应方程式和其中一个电极反应，便可以写出另一个电极反应方程式。留意：介质对电极反应式书写的影响①中性溶液反应物若是H+得电子或OH−失电子，则H+或OH−均来自于水的电离。②酸性溶液反应物或生成物中均没有OH−。③碱性溶液反应物或生成物中均没有H+。④水溶液中不能出现O2−。1．【安徽省合肥市2024年高三第三次教学质量检测】下列有关电化学原理及应用的相关说法正确的是A．电池是能量高效转扮装置，燃料电池放电时化学能全部转化为电能B．电热水器用牺牲阳极的阴极爱护法阻挡不锈钢内胆腐蚀，阳极选用铜棒C．工业上用电解法精炼铜过程中，阳极质量削减和阴极质量增加相同D．电解氧化法在铝制品表面形成氧化膜减缓腐蚀，铝件作为阳极【答案】D【解析】A．电池是能量高效转扮装置，但是燃料电池放电的时候化学能并不能完全转化为电能，如电池工作时，在电路中会产生热能，A项错误；B．牺牲阳极的阴极爱护法须要外接活泼金属，Cu的活动性比Fe的活动性低，因此起不到爱护的作用，B项错误；C．电解精炼铜的过程中，阳极除了Cu，还有Zn、Fe等比Cu活泼的金属也会失去电子，阴极始终是Cu2+被还原成Cu，所以阳极质量的削减和阴极质量的增加不相同，C项错误；D．利用电解法使铝的表面生成氧化铝，Al的化合价从0上升到＋3，失去电子，在电解池中作阳极，D项正确；本题答案选D。2．【山东省济南市2025届高三5月模拟】海水淡化是解决沿海城市饮用水问题的关键技术。下图是电渗析法淡化海水装置的工作原理示意图(电解槽内部的“┆”和“│”表示不同类型的离子交换膜)。工作过程中b电极上持续产生Cl2。下列关于该装置的说法错误的是A．工作过程中b极电势高于a极B．“┆”表示阴离子交换膜，“│”表示阳离子交换膜C．海水预处理主要是除去Ca2＋、Mg2＋等D．A口流出的是“浓水”，B口流出的是淡水【答案】D【解析】【分析】电解过程中b电极上持续产生Cl2，则电极b为电解池阳极，氯离子放电生成氯气，电极反应为：2Cl--2e-=Cl2↑，电极a为电解池的阴极，溶液中氢离子得到电子生成氢气，电极反应为2H++2e-=H2↑，工作过程中，氯离子向b移动，因此虚线为阴离子交换膜，钠离子向a移动，实线为阳离子交换膜，据此分析解答。【详解】A．电极b为电解池阳极，电极a为电解池的阴极，b极电势高于a极，故A正确；B．依据分析，“┆”表示阴离子交换膜，“│”表示阳离子交换膜，故B正确；C．为了防止海水中的Ca2＋、Mg2＋、SO42－等堵塞离子交换膜，影响电解，电解前，海水须要预处理，除去其中的Ca2＋、Mg2＋等，故C正确；D．依据分析，实线为阳离子交换膜，虚线为阴离子交换膜，钠离子向a移动，氯离子向b移动，各间隔室的排出液中，A口流出的是淡水，B口流出的是“浓水”，故D错误；答案选D。3．【天津市河西区2025届高三一模】银Ferrozine法检测甲醛的原理：①在原电池装置中，氧化银将甲醛充分氧化为CO2②Fe3+与①中产生的Ag定量反应生成Fe2+③Fe2+与Ferrozine形成有色物质④测定溶液的吸光度(吸光度与溶液中有色物质的浓度成正比)。下列说法不正确的是A．①中负极反应式：HCHO-4e-+H2O=CO2+4H+B．①溶液中的H+由Ag2O极板向另一极板迁移C．测试结果中若吸光度越大，则甲醛浓度越高D．理论上消耗的甲醛与生成的Fe2+的物质的量之比为1：4【答案】B【解析】A．①在原电池装置中，氧化银将甲醛充分氧化为CO2，则负极HCHO失电子变成CO2，其电极反应式为：HCHO-4e-+H2O=CO2+4H+，A项正确；B．Ag2O极板作正极，原电池中阳离子向正极移动，则①溶液中的H+由负极移向正极，B项错误；C．甲醛浓度越大，反应生成的Fe2+的物质的量浓度越大，形成有色协作物的浓度越大，吸光度越大，C项正确；D．甲醛充分氧化为CO2，碳元素的化合价从0价上升到+4价，转移电子数为4，Fe3+反应生成Fe2+转移电子数为1，则理论上消耗的甲醛与生成的Fe2+的物质的量之比为1：4，D项正确；答案选B。【点睛】本题的难点是D选项，原电池有关的计算主要抓住转移的电子数相等，依据关系式法作答。4．【江苏省盐城市2025届高三第四次模拟】ZulemaBorjas等设计的一种微生物脱盐池的装置如图所示，下列说法正确的是A．该装置可以在高温下工作B．X、Y依次为阳离子、阴离子选择性交换膜C．负极反应为CH3COO-+2H2O-8e-=2CO2↑+7H＋D．该装置工作时，电能转化为化学能【答案】C【解析】A．高温能使微生物蛋白质凝固变性，导致电池工作失效，所以该装置不能在高温下工作，A错误；B．原电池内电路中：阳离子移向正极、阴离子移向负极，从而达到脱盐目的，所以Y为阳离子交换膜、X为阴离子交换膜，B错误；C．由图片可知，负极为有机废水CH3COO-的电极，失电子发生氧化反应，电极反应为CH3COO-+2H2O-8e-=2CO2↑+7H+，C正确；D．该装置工作时为原电池，是将化学能转化为电能的装置，D错误；故合理选项是C。5．【安徽省六安市第一中学、合肥八中、阜阳一中三校2025届高三最终一卷】某高校的探讨人员探讨出一种方法，可实现水泥生产时CO2零排放，其基本原理如图所示，下列说法正确的是A．该装置可以将太阳能转化为电能B．阴极的电极反应式为3CO2+4e—＝C+2CO32—C．高温的目的只是为了将碳酸盐熔融，供应阴阳离子D．电解过程中电子由负极流向阴极，经过熔融盐到阳极，最终回到正极【答案】B【解析】A．该装置为电解池，将电能转化为化学能，故A错误；B．阴极发生还原反应，电极反应式为3CO2+4e—＝C+2CO32—，故B正确；C．高温的目的是将碳酸盐熔融供应阴阳离子，将碳酸钙分解为氧化钙和二氧化碳，故C错误；D．电解过程中电子由负极流向阴极，阳极流向正极，熔融盐中没有电子移动，故D错误。6．【山东省临沂市2025届高三5月三模】利用微生物燃料电池进行废水处理，实现碳氮联合转化。其工作原理如下图所示，其中M、N为厌氧微生物电极。下列有关叙述错误的是A．负极的电极反应为CH3COO-—8e-+2H2O==2CO2↑+7H+B．电池工作时，H+由M极移向N极C．相同条件下，M、N两极生成的CO2和N2的体积之比为3：2D．好氧微生物反应器中发生的反应为NH3+2O2==NO3-+2H++H2O【答案】C【解析】【分析】图示分析可知：N极NO3-离子得到电子生成氮气、发生还原反应，则N极正极。M极CH3COO-失电子、发生氧化反应生成二氧化碳气体，则M极为原电池负极，NH4+在好氧微生物反应器中转化为NO3-，据此分析解答。【详解】A．M极为负极，CH3COO-失电子、发生氧化反应生成二氧化碳气体，电极反应为CH3COO-—8e-+2H2O==2CO2↑+7H+，故A正确；B．原电池工作时，阳离子向正极移动，即H+由M极移向N极，故B正确；C．生成1molCO2转移4mole-，生成1molN2转移10mole-，依据电子守恒，M、N两极生成的CO2和N2的物质的量之比为10mol：4mol=5:2，相同条件下的体积比为5:2，故C错误；D．NH4+在好氧微生物反应器中转化为NO3-，则反应器中发生的反应为NH3+2O2==NO3-+2H++H2O，故D正确；故答案为C。7．【陕西省西北工业高校附属中学2025届高三下学期第十二次适应性训练】人工肾脏可用间接电化学方法除去代谢产物中的尿素[CO(NH2)2]。下列有关说法正确的是A．a为电源的负极B．电解结束后，阴极室溶液的pH与电解前相比将上升C．除去尿素的反应为：CO(NH2)2＋2Cl2＋H2O==N2＋CO2＋4HClD．若两极共收集到气体0.6mol，则除去的尿素为0.12mol(忽视气体溶解，假设氯气全部参加反应)【答案】D【解析】A、由图可以知道，左室电极产物为CO2和N2，发生氧化反应，故a为电源的正极，右室电解产物H2，发生还原反应，故b为电源的负极，故A错误；B、阴极反应为6H2O+6e-=6OH-+3H2↑，阳极反应为6Cl--6e-=3Cl2↑，CO（NH2）2+3Cl2+H2O=N2+CO2+6HCl，依据上述反应式可以看出在阴、阳极上产生的OH-、H+的数目相等，阳极室中反应产生的H+，通过质子交换膜进入阴极室与OH-恰好反应生成水，所以阴极室中电解前后溶液的pH不变，故B错误；C、由图可以知道，阳极室首先是氯离子放电生成氯气，氯气再氧化尿素生成氮气、二氧化碳，同时会生成HCl，阳极室中发生的反应依次为6Cl--6e-=3Cl2↑，CO（NH2）2+3Cl2+H2O=N2+CO2+6HCl，故C错误；D、如图所示，阴极反应为6H2O+6e-=6OH-+3H2↑，阳极反应为6Cl--6e-=3Cl2↑，CO（NH2）2+3Cl2+H2O=N2+CO2+6HCl，若两极共收集到气体0.6mol，则n(N2)=n(CO2)=0.6×1/5mol=0.12mol，由反应CO（NH2）2+3Cl2+H2O=N2+CO2+6HCl可知所消耗的CO（NH2）2的物质的量也为0.12mol，故D正确。答案选D。8．【2025届北京市通州区高三年级第三次模拟】我国科学家设计二氧化碳熔盐捕获及电化学转扮装置，其示意图如下：下列说法不正确的是A．b为电源的正极B．①②中，捕获CO2时碳元素的化合价发生了变更C．a极的电极反应式为2C2O52−−4e−==4CO2+O2D．上述装置存在反应：CO2=====C+O2【答案】B【解析】A．a电极反应是2C2O52--4e-═4CO2+O2，发生氧化反应，是电解池的阳极，则b为正极，故A正确；B．①捕获CO2时生成的C2O52-中碳元素的化合价仍为+4价，②捕获CO2时生成CO32-时碳元素的化合价仍为+4价，碳元素的化合价均未发生变更，故B错误；C．由电解装置示意图可知a电极反应是2C2O52--4e-═4CO2+O2，故C正确；D．由电解装置示意图可知a电极生成O2，d电极生成C，电解池总反应式为CO2=C+O2，故D正确；故答案为B。9．【山东省烟台市、菏泽市2025届高三5月高考适应性练习】已知过氧化氢在强碱性溶液中主要以HO2-存在。我国探讨的Al-H2O2燃料电池可用于深海资源的勘查、军事侦察等国防科技领域，装置示意图如下。下列说法错误的是A．电池工作时，溶液中OH-通过阴离子交换膜向Al极迁移B．Ni极的电极反应式是HO2-+2e-+H2O=3OH-C．电池工作结束后，电解质溶液的pH降低D．Al电极质量减轻13.5g，电路中通过9.03×1023个电子【答案】C【解析】A．根电池装置图分析，可知Al较活泼，作负极，而燃料电池中阴离子往负极移动，因而可推知OH-（阴离子）穿过阴离子交换膜，往Al电极移动，A正确；B．Ni为正极，电子流入的一端，因而电极旁边氧化性较强的氧化剂得电子，又已知过氧化氢在强碱性溶液中主要以HO2-存在，可知HO2-得电子变为OH-，故依据缺项配平的原则，Ni极的电极反应式是HO2-+2e-+H2O=3OH-，B正确；C．根电池装置图分析，可知Al较活泼，Al失电子变为Al3+，Al3+和过量的OH-反应得到AlO2-和水，Al电极反应式为Al-3e-+4OH-=AlO2-+2H2O，Ni极的电极反应式是HO2-+2e-+H2O=3OH-，因而总反应为2Al+3HO2-=2AlO2-+H2O+OH-，明显电池工作结束后，电解质溶液的pH上升，C错误；D．A1电极质量减轻13.5g，即Al消耗了0.5mol，Al电极反应式为Al-3e-+4OH-=AlO2-+2H2O，因而转移电子数为0.5×3NA=9.03×1023，D正确。故答案选C。【点睛】书写燃料电池电极反应式的步骤类似于一般原电池，在书写时应留意以下几点：1.电极反应式作为一种特别的离子反应方程式，也必需遵循原子守恒，得失电子守恒，电荷守恒；2.写电极反应时，肯定要留意电解质是什么，其中的离子要和电极反应中出现的离子相对应，在碱性电解质中，电极反应式不能出现氢离子，在酸性电解质溶液中，电极反应式不能出现氢氧根离子；3.正负两极的电极反应式在得失电子守恒的条件下，相叠加后的电池反应必需是燃料燃烧反应和燃料产物与电解质溶液反应的叠加反应式。10．【2024年北京市昌平区高三二模】某柔性屏手机的柔性电池以碳纳米管做电极材料，以汲取ZnSO4溶液的有机高聚物做固态电解质，其电池总反应为：MnO2+Zn+(1+QUOTE)H2O+QUOTEZnSO4QUOTEMnOOH+ZnSO4[Zn(OH)2]3·xH2O其电池结构如图1所示，图2是有机高聚物的结构片段。下列说法中，不正确的是A．碳纳米管具有导电性，可用作电极材料B．放电时，电池的正极反应为：MnO2+e−+H+==MnOOHC．充电时，Zn2+移向Zn膜D．合成有机高聚物的单体是：【答案】B【解析】A．该电池以碳纳米管做电极材料，可知碳纳米管具有导电性，故A正确；B．原电池正极发生还原反应，依据放电时的总反应式，放电时MnO2得电子发生还原反应，所以电池的正极反应为：MnO2+e−+H2O==MnOOH+OH-，故B错误；C．充电时该装置为电解池，阳离子移向阴极，充电时Zn膜充当阴极，所以Zn2+移向Zn膜，故C正确；D．依据高聚物的结构单元，该高聚物为加聚产物，合成有机高聚物的单体是：，故D正确；选B。11．【四川省成都市2025届高三下学期第三次诊断性检测】已知某高能锂离子电池的总反应为：2Li+FeS=Fe+Li2S，电解液为含LiPF6．SO(CH3)2的有机溶液（Li+可自由通过）。某小组以该电池为电源电解废水并获得单质镍，工作原理如图所示。下列分析正确的是A．该锂离子电池正极反应为FeS+2Li++2e-=Fe+Li2SB．X与电池的Li电极相连C．电解过程中c(BaC12)保持不变D．若去掉阳离子膜将左右两室合并，则X电极的反应不变【答案】A【解析】【分析】通过总反应可知，Li发生氧化反应，作负极，FeS发生还原反应，作正极；以该电池为电源电解废水并获得单质镍，即发生还原反应，故Y极为阴极，与Li电极相连，X为阳极，与FeS电极相连。据此解答。【详解】A．由上述分析可知，FeS发生还原反应作正极，电极反应式为：FeS+2Li++2e-=Fe+Li2S，故A正确；B．X为阳极，与FeS电极相连，故B错误；C．电解过程中，阳极发生氧化反应：4OH--4e-=2H2O+O2↑，阳极区的Ba2+通过阳离子交换膜进入BaCl2溶液中；阴极发生还原反应：Ni2++2e-=Ni，溶液中Cl-通过阴离子交换膜进入BaCl2溶液中。故电解过程中，BaCl2的物质的量浓度将不断增大，故C错误；D．若将阳离子交换膜去掉，因BaCl2溶液中含有C1-，故阳极电极反应式为：2C1--2e-=Cl2↑，故X电极的电极反应发生变更，选项D错误。答案选A。【点睛】本题考查原电池、电解池原理，本题的突破关键在于“以该电池为电源电解废水并获得单质镍”，由此推断X、Y电极名称，依据原电池总反应推断原电池中正负极以及相关反应。12．【湖南省长沙市雅礼中学2025届高三下学期二模】科学家发觉对冶金硅进行电解精炼提纯可降低高纯硅制备成本。相关电解槽装置如左下图所示，用Cu—Si合金作硅源，在950℃下利用三层液熔盐进行电解精炼，并利用某CH4燃料电池(如下图所示)作为电源。下列有关说法不正确的是A．电极c与b相连，d与a相连B．左侧电解槽中；Si优先于Cu被氧化C．a极的电极反应为CH4-8e—+4O2—===CO2+2H2OD．相同时间下，通入CH4、O2的体积不同，会影响硅的提纯速率【答案】A【解析】【分析】甲烷燃料电池中，通入甲烷的a电极为负极，甲烷在负极上失电子发生氧化反应生成二氧化碳，通入氧气的电极b为正极，氧气在正极上得电子发生还原反应生成阳离子，依据电解池中电子的移动方向可知，c为阴极，与a相连，Si4+在阴极上得电子发生还原反应生成Si，d为阳极，与b相连，Si在阳极上失电子发生氧化反应生成Si4+。【详解】A项、甲烷燃料电池中，通入甲烷的a电极为负极，通入氧气的电极b为正极，依据电解池中电子的移动方向可知，c为阴极，与a相连，d为阳极，与b相连，故A错误；B项、由图可知，d为阳极，Si在阳极上失去电子被氧化生成Si4+，而铜没被氧化，说明硅优先于钢被氧化，故B正确；C项、甲烷燃料电池中，通入甲烷的a电极为负极，甲烷在负极上失电子发生氧化反应生成二氧化碳，电极反应式为CH4-8e—+4O2—=CO2+2H2O，故C正确；D项、相同时间下，通入CH4、O2的的体积不同，反应转移电子的物质的量不同，会造成电流强度不同，影响硅的提纯速率，故D正确。故选A。【点睛】本题考查原电池和电解池原理的应用，留意原电池、电解池反应的原理和电子移动的方向，明确离子放电的先后依次是解题的关键。13．【辽宁省大连市2025届高三其次次模拟】以柏林绿Fe[Fe(CN)6]为代表的新型可充电钠离子电池，其放电工作原理如图所示。下列说法正确的是A．放电时，Mo箔上的电势比Mg箔上的低B