资料中包含下列文件，点击文件名可预览资料内容
还剩26页未读，
继续阅读
所属成套资源：2023年新高考化学二轮复习
成套系列资料，整套一键下载
2023年高考化学二轮复习（新高考版） 专题12 新型电池和电解原理的应用
展开
这是一份2023年高考化学二轮复习（新高考版） 专题12 新型电池和电解原理的应用，文件包含2023年高考化学二轮复习新高考版专题12新型电池和电解原理的应用docx、专题12新型电池和电解原理的应用docx等2份试卷配套教学资源，其中试卷共45页， 欢迎下载使用。
考点一 新型电池的分析应用
1．识别“交换膜”提取信息，书写电极反应式
(1)如将燃煤产生的二氧化碳回收利用，可达到低碳排放的目的。如图是通过人工光合作用，以CO2和H2O为原料制备HCOOH和O2的原理示意图。
负极：2H2O－4e－===O2＋4H＋。
正极：2CO2＋4H＋＋4e－===2HCOOH。
(2)液体燃料电池相比于气体燃料电池具有体积小等优点。一种以液态肼(N2H4)为燃料的电池装置如图所示。
负极：N2H4－4e－＋4OH－===N2＋4H2O。
正极：O2＋4e－＋2H2O===4OH－。
2．辨析燃料电池不同“介质”，书写电极反应式
(1)按要求书写不同“介质”下甲醇燃料电池的电极反应式。
①酸性介质，如H2SO4溶液：
负极：CH3OH－6e－＋H2O===CO2＋6H＋。
正极：eq \f(3,2)O2＋6e－＋6H＋===3H2O。
②碱性介质，如KOH溶液：
负极：CH3OH－6e－＋8OH－===COeq \\al(2－,3)＋6H2O。
正极：eq \f(3,2)O2＋6e－＋3H2O===6OH－。
③熔融盐介质，如K2CO3：
负极：CH3OH－6e－＋3COeq \\al(2－,3)===4CO2＋2H2O。
正极：eq \f(3,2)O2＋6e－＋3CO2===3COeq \\al(2－,3)。
④掺杂Y2O3的ZrO3固体作电解质，在高温下能传导O2－：
负极：CH3OH－6e－＋3O2－===CO2＋2H2O。
正极：eq \f(3,2)O2＋6e－===3O2－。
碱性介质 C―→COeq \\al(2－,3) 其余介质 C―→CO2
酸性介质 H―→H＋ 其余介质 H―→H2O
(2)明确“充放电”书写电极反应式
①镍镉(Ni-Cd)可充电电池在现代生活中有广泛的应用。已知某镍镉电池的电解质溶液为KOH溶液，其充、放电按下式进行：Cd＋2NiOOH＋2H2Oeq \(,\s\up7(放电),\s\d5(充电))Cd(OH)2＋2Ni(OH)2。
负极：Cd－2e－＋2OH－===Cd(OH)2。
阳极：2Ni(OH)2＋2OH－－2e－===2NiOOH＋2H2O。
②某电动汽车配载一种可充放电的锂离子电池，放电时电池总反应为Li1－xCO2＋LixC6eq \(,\s\up7(放电),\s\d5(充电))LiCO2＋C6(x＜1)。则：
负极：LixC6－xe－===xLi＋＋C6。
正极：Li1－xCO2＋xe－＋xLi＋===LiCO2。
锂离子电池充放电分析
常见的锂离子电极材料
正极材料：LiMO2(M：C、Ni、Mn等)
LiM2O4(M：C、Ni、Mn等)
LiMPO4(M：Fe等)
负极材料：石墨(能吸附锂原子)
负极反应：LixCn－xe－===xLi＋＋nC
正极反应：Li1－xMO2＋xLi＋＋xe－===LiMO2
总反应：Li1－xMO2＋LixCneq \(,\s\up7(放电),\s\d5(充电))nC＋LiMO2。
1．图解原电池工作原理
2．原电池装置图的升级考查
说明 (1)无论是装置①还是装置②，电子均不能通过电解质溶液。
(2)在装置①中，由于不可避免会直接发生Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu而使化学能转化为热能，所以装置②的能量转化率高。
(3)盐桥的作用：原电池装置由装置①到装置②的变化是由盐桥连接两个“半电池装置”，其中盐桥的作用有三种：a.隔绝正、负极反应物，避免直接接触，导致电流不稳定；b.通过离子的定向移动，构成闭合回路；c.平衡电极区的电荷。
(4)离子交换膜作用：由装置②到装置③的变化是“盐桥”变成“质子交换膜”。离子交换膜是一种选择性透过膜，允许相应离子通过，离子迁移方向遵循电池中离子迁移方向。
3．陌生原电池装置的知识迁移
(1)燃料电池
(2)二次电池
1．(2022·广东，16)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＋＋2e－===Na3Ti2(PO4)3。下列说法正确的是( )
A．充电时电极b是阴极
B．放电时NaCl溶液的pH减小
C．放电时NaCl溶液的浓度增大
D．每生成1 ml Cl2，电极a质量理论上增加23 g
答案 C
解析 由充电时电极a的反应可知，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，故A错误；放电时负极反应为Na3Ti2(PO4)3－2e－===NaTi2(PO4)3＋2Na＋，正极反应为Cl2＋2e－===2Cl－，反应后Na＋和Cl－浓度都增大，则放电时NaCl溶液的浓度增大，pH不变，故B错误、C正确；充电时阳极反应为2Cl－－2e－===Cl2↑，阴极反应为NaTi2(PO4)3＋2Na＋＋2e－===Na3Ti2(PO4)3，由得失电子守恒可知，每生成1 ml Cl2，电极a质量理论上增加23 g·ml－1×2 ml＝46 g，故D错误。
2．(2022·全国乙卷，12)Li-O2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Li-O2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＋＋e－===Li)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，电池的总反应为Li2O2===2Li＋O2
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．放电时，正极发生反应：O2＋2Li＋＋2e－===Li2O2
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＋＋e－===Li)和阳极反应(Li2O2＋2h＋===2Li＋＋O2)，则充电时总反应为Li2O2===2Li＋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；据此作答。由以上分析可知，充电时，电池的总反应为Li2O2===2Li＋O2，A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错误；放电时总反应为2Li＋O2===Li2O2，则正极反应为O2＋2Li＋＋2e－===Li2O2，D正确。
3．(2022·湖南，8)海水电池在海洋能源领域备受关注，一种锂-海水电池构造示意图如下。下列说法错误的是( )
A．海水起电解质溶液作用
B．N极仅发生的电极反应：2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑
C．玻璃陶瓷具有传导离子和防水的功能
D．该锂-海水电池属于一次电池
答案 B
解析 海水中含有丰富的电解质，如氯化钠、氯化镁等，可作为电解质溶液，故A正确；N为正极，电极反应主要为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，故B错误；Li为活泼金属，易与水反应，玻璃陶瓷的作用是防止水和Li反应，并能传导离子，故C正确；该电池不可充电，属于一次电池，故D正确。
4．(2022·山东，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LiCO2(s)转化为C2＋，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，甲室溶液pH逐渐增大
B．装置工作一段时间后，乙室应补充水
C．乙室电极反应式为LiCO2＋2H2O＋e－===Li＋＋C2＋＋4OH－
D．若甲室C2＋减少200 mg，乙室C2＋增加300 mg，则此时已进行过溶液转移
答案 D
解析 由于右侧装置为原电池，所以乙室是原电池，甲室是电解池。电池工作时，甲室中细菌上乙酸盐的阴离子失去电子被氧化为CO2气体，C2＋在另一个电极上得到电子，被还原为C单质，甲室总反应为CH3COO－＋4C2＋＋2H2Oeq \(=====,\s\up7(电解))2CO2↑＋4C＋7H＋，溶液pH减小，A错误；乙室电解质溶液呈酸性，不可能大量存在OH－，乙室电极反应式为LiCO2＋e－＋4H＋===Li＋＋C2＋＋2H2O，消耗H＋，因此电池工作一段时间后应该补充盐酸，B、C错误；若甲室C2＋减少200 mg，转移电子的物质的量为n(e－)＝eq \f(0.2 g,59 g·ml－1)×2≈0.006 8 ml，乙室C2＋增加300 mg，转移电子的物质的量为n(e－)＝eq \f(0.3 g,59 g·ml－1)×1≈0.005 1 ml，说明此时已进行过溶液转移，D正确。
5．(2020·全国卷Ⅰ，12)科学家近年发明了一种新型Zn-CO2水介质电池。电池示意图如下，电极为金属锌和选择性催化材料，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( )
A．放电时，负极反应为Zn－2e－＋4OH－===Zn(OH)eq \\al(2－,4)
B．放电时，1 ml CO2转化为HCOOH，转移的电子数为2 ml
C．充电时，电池总反应为2Zn(OH)eq \\al(2－,4)===2Zn＋O2↑＋4OH－＋2H2O
D．充电时，正极溶液中OH－浓度升高
答案 D
解析 由装置示意图可知，放电时负极反应为Zn－2e－＋4OH－===Zn(OH)eq \\al(2－,4)，A项正确；放电时CO2转化为HCOOH，C元素化合价降低2，则1 ml CO2转化为HCOOH时，转移电子数为2 ml，B项正确；由装置示意图可知充电时正极(阳极)产生O2，负极(阴极)产生Zn，C项正确；充电时正极(阳极)上发生反应：2H2O－4e－===4H＋＋O2↑，OH－浓度降低，D项错误。
6．(2021·山东，10)以KOH溶液为离子导体，分别组成CH3OH-O2、N2H4-O2、(CH3)2NNH2-O2清洁燃料电池，下列说法正确的是( )
A．放电过程中，K＋均向负极移动
B．放电过程中，KOH物质的量均减小
C．消耗等质量燃料，(CH3)2NNH2-O2燃料电池的理论放电量最大
D．消耗1 ml O2时，理论上N2H4-O2燃料电池气体产物的体积在标准状况下为11.2 L
答案 C
解析 放电过程为原电池工作原理，所以钾离子均向正极移动，A错误；碱性环境下，N2H4-O2清洁燃料电池总反应为N2H4＋O2===N2＋2H2O，其总反应中未消耗KOH，所以KOH的物质的量不变，其他两种燃料电池根据总反应可知，KOH的物质的量均减小，B错误；理论放电量与燃料的物质的量和转移电子数有关，设消耗燃料的质量均为m g，则甲醇、N2H4和(CH3)2NNH2放电量(物质的量表达式)分别是eq \f(m g,32 g·ml－1)×6、eq \f(m g,32 g·ml－1)×4、eq \f(m g,60 g·ml－1)×16，通过比较可知(CH3)2NNH2理论放电量最大，C正确；根据转移电子数守恒和总反应式可知，消耗1 ml O2生成的氮气的物质的量为1 ml，在标准状况下为22.4 L，D错误。
7．(2021·湖南，10)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( )
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－===Zn
D．隔膜允许阳离子通过，也允许阴离子通过
答案 B
解析 由题意分析可知，放电时，N极为正极，故A正确；充电时，M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，故C正确。
1．(2022·湘豫名校联考高三下学期模拟)锌-空气燃料电池的能量密度较高，广泛应用于需要长时间在低电流下进行的设备，如助听器等，其装置示意图如图所示。下列说法正确的是( )
A．放电时，A极为正极，电极反应式为O2＋4e－===2O2－
B．放电时，电子由B极流出经外电路到达A极，再进入电解质溶液回到B极构成闭合回路
C．充电时，B极电极反应式为ZnO＋H2O＋2e－===Zn＋2OH－
D．电池工作一段时间后，电解质溶液pH降低
答案 C
解析 放电时，A极上通入的氧气会被还原，A极为正极，电解质为KOH溶液，所以电极反应为2H2O＋O2＋4e－===4OH－，A错误；电子不能在电解质溶液中移动，B错误；放电时，B极上Zn被氧化，则充电时，B极为阴极，ZnO被还原，电极反应为ZnO＋H2O＋2e－===Zn＋2OH－，C正确；放电过程中的总反应为2Zn＋O2===2ZnO，溶液体积不变，KOH的物质的量不变，电解质溶液的pH不变，D错误。
2．(2022·河南省十所名校高中理综)研究发现，在肼(N2H4)酸性燃料电池中添加少量Fe2(SO4)3能持续大电流放电，工作原理如图所示。
下列说法错误的是( )
A．交换膜M为质子交换膜
B．Fe3＋能够降低正极区反应的活化能
C．放电时正极区溶液的pH下降
D．负极反应式为N2H4－4e－===N2↑＋4H＋
答案 C
解析 由图可知，N2H4失去电子发生氧化反应为负极，反应为N2H4－4e－===N2↑＋4H＋，铁离子得到电子发生还原反应生成亚铁离子，亚铁离子和氧气反应的离子方程式为4Fe2＋＋4H＋＋O2===4Fe3＋＋2H2O，反应中氢离子向正极运动，交换膜M为质子交换膜，A、D正确；由图可知，铁离子参与反应后又生成，即做催化剂，Fe3＋能够降低正极区反应的活化能，B正确；由A项分析，放电时正极区溶液的酸性减弱，pH升高，C错误。
3．(2022·成都市高三第二次诊断)钠离子电池易获取，正负极材料均采用铝箔(可减少铜箔用量)，因此钠离子电池理论成本低于锂离子电池。现有一种正极材料为KFe2(CN)6，固体电解质为Na3PS4，负极材料为Na2Ti3O7的钠离子电池。下列有关叙述错误的是( )
A．正极KFe2(CN)6中Fe的化合价为＋2、＋3
B．放电时，正极可能发生Fe2(CN)eq \\al(－,6)＋e－===Fe2(CN)eq \\al(2－,6)
C．放电时，电子从负极流经固体电解质到达正极
D．充电时，阴极发生还原反应，并且Na＋增多
答案 C
解析 钾离子呈＋1价、CN－为－1价，化合物中元素的正负化合价代数和为0，则正极KFe2(CN)6中Fe的化合价为＋2、＋3，A正确；放电时，正极发生还原反应，可能发生Fe2(CN)eq \\al(－,6)＋e－===Fe2(CN)eq \\al(2－,6)，B正确；放电时，电子从负极流经外电路到达正极，电子不流经固体电解质，C不正确；充电时，阴极发生还原反应，阳离子向阴极移动，则Na＋增多，D正确。
4．(2022·山西省高三下学期高考考前适应性测试)利用微生物电池处理有机废水同时也可实现海水淡化。现以NaCl溶液模拟海水，采用惰性电极，用下图装置处理有机废水(含CH3COO－的溶液)。下列说法错误的是( )
A．电极电势a极低于b极
B．当b极上产生11.2 L(标准状况)气体时，会有1 ml Cl－通过隔膜1
C．a极反应为CH3COO－－8e－＋2H2O===2CO2↑＋7H＋
D．当电路中通过4 ml电子时，负极区溶液的质量理论上减少44 g
答案 D
解析 在a极，CH3COO－转化为CO2，C元素化合价升高，则a极为负极，b极为正极。a极发生的电极反应为CH3COO－－8e－＋2H2O===2CO2↑＋7H＋，b极发生的电极反应为2H＋＋2e－===H2↑。隔膜1为阴离子交换膜，隔膜2为阳离子交换膜。a极为负极，b极为正极，则电极电势a极低于b极，A正确；b极为正极，发生的电极反应为2H＋＋2e－===H2↑，当b极上产生11.2 L(标准状况)气体时，线路中有1 ml e－转移，则有1 ml Cl－通过隔膜1，B正确；负极反应为CH3COO－－8e－＋2H2O===2CO2↑＋7H＋，当电路中通过4 ml电子时，负极区溶液中释放1 ml CO2，同时有4 ml Cl－通过隔膜1进入负极区，则负极区溶液的质量理论上增加4 ml×35.5 g·ml－1－1 ml×44 g·ml－1＝98 g，D错误。
考点二 电解原理的分析应用
1．正误判断，正确的打“√”，错误的打“×”
(1)电解质溶液导电发生化学变化( )
(2)电解精炼铜和电镀铜，电解液的浓度均会发生很大的变化( )
(3)电解饱和食盐水，在阳极区得到NaOH溶液( )
(4)工业上可用电解MgCl2溶液、AlCl3溶液的方法制备Mg和Al( )
(5)电解精炼铜时，阳极泥可以作为提炼贵重金属的原料( )
(6)用惰性电极电解CuSO4溶液，若加入0.1 ml Cu(OH)2固体可使电解质溶液复原，则整个电路中转移电子数为0.4NA( )
答案 (1)√ (2)× (3)× (4)× (5)√ (6)√
2．按要求书写电极反应式
(1)用惰性电极电解NaCl溶液：
阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑。
阴极：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－。
(2)用惰性电极电解CuSO4溶液：
阳极：2H2O－4e－===O2↑＋4H＋。
阴极：2Cu2＋＋4e－===2Cu。
(3)铁作阳极，石墨作阴极电解NaOH溶液：
阳极：Fe－2e－＋2OH－===Fe(OH)2。
阴极：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－。
(4)用惰性电极电解熔融MgCl2：
阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑。
阴极：Mg2＋＋2e－===Mg。
3．复杂电极反应式的书写
(1)按要求书写电极反应式
①以铝材为阳极，在H2SO4溶液中电解，铝材表面形成氧化膜，阳极反应式为2Al－6e－＋3H2O===Al2O3＋6H＋。
②用Al单质作阳极，石墨作阴极，NaHCO3溶液作电解液进行电解，生成难溶物R，R受热分解生成化合物Q，写出阳极生成R的电极反应式：Al＋3HCOeq \\al(－,3)－3e－===Al(OH)3↓＋3CO2↑。
③离子液体是一种室温熔融盐，为非水体系。由有机阳离子、Al2Cleq \\al(－,7)和AlCleq \\al(－,4)组成的离子液体作电解液时，可在钢制品上电镀铝。已知电镀过程中不产生其他离子且有机阳离子不参与电极反应，则电极反应式为
阳极：Al－3e－＋7AlCleq \\al(－,4)===4Al2Cleq \\al(－,7)。
阴极：4Al2Cleq \\al(－,7)＋3e－===Al＋7AlCleq \\al(－,4)。
④用惰性电极电解K2MnO4溶液能得到化合物KMnO4，则电极反应式为
阳极：2MnOeq \\al(2－,4)－2e－===2MnOeq \\al(－,4)。
阴极：2H＋＋2e－===H2↑。
⑤将一定浓度的磷酸二氢铵(NH4H2PO4)、氯化锂混合液作为电解液，以铁棒作阳极，石墨为阴极，电解析出LiFePO4沉淀，则阳极反应式为Fe＋H2POeq \\al(－,4)＋Li＋－2e－===LiFePO4↓＋2H＋。
(2)按要求书写电极反应式
①电解装置如图，电解槽内装有KI及淀粉溶液，中间用阴离子交换膜隔开。在一定的电压下通电，发现左侧溶液变蓝色，一段时间后，蓝色逐渐变浅。
已知：3I2＋6OH－===IOeq \\al(－,3)＋5I－＋3H2O
阳极：2I－－2e－===I2。
阴极：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－。
②可用氨水作为吸收液吸收工业废气中的SO2，当吸收液失去吸收能力时，可通过电解法使吸收液再生而循环利用(电极均为石墨电极)，并生成化工原料硫酸。其工作示意如图：
阳极：HSOeq \\al(－,3)－2e－＋H2O===3H＋＋SOeq \\al(2－,4)。
阴极：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－。
1．图解电解池工作原理(阳极为惰性电极)
2．正确判断电极产物
(1)阳极产物的判断首先看电极，如果是活性电极作阳极，则电极材料失电子，电极溶解(注意：铁作阳极溶解生成Fe2＋，而不是Fe3＋)；如果是惰性电极，则需看溶液中阴离子的失电子能力，阴离子放电顺序为S2－＞I－＞Br－＞Cl－＞OH－(水)＞含氧酸根离子。
(2)阴极产物的判断直接根据阳离子的放电顺序进行判断：
Ag＋＞Hg2＋＞Fe3＋＞Cu2＋＞H＋(酸)＞Pb2＋＞Fe2＋＞Zn2＋＞H＋(水)。
3．对比掌握电解规律(阳极为惰性电极)
注意 电解后有关电解质溶液恢复原态的问题应该用质量守恒法分析。一般是加入阳极产物和阴极产物的化合物，但也有特殊情况，如用惰性电极电解CuSO4溶液，Cu2＋完全放电之前，可加入CuO或CuCO3复原，而Cu2＋完全放电之后，溶液中H＋继续放电，应加入Cu(OH)2或Cu2(OH)2CO3复原。
4．金属的腐蚀与电化学防护
5．陌生电解池装置图的知识迁移
(1)电解池
(2)金属腐蚀
1．(2022·湖北，14)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)。下列说法正确的是( )
A．生成1 ml Li[P(CN)2]，理论上外电路需要转移2 ml电子
B．阴极上的电极反应为：P4＋8CN－－4e－===4[P(CN)2]－
C．在电解过程中CN－向铂电极移动
D．电解产生的H2中的氢元素来自于LiOH
答案 D
解析 石墨电极为阳极，对应的电极反应式为P4＋8CN－－4e－===4[P(CN)2]－，则生成1 ml Li[P(CN)2]，理论上外电路需要转移1 ml电子，A错误；阴极上发生还原反应，应该得电子，电极反应式为2HCN＋2e－===H2↑＋2CN－，B错误；石墨电极为阳极，铂电极为阴极，CN－应该向阳极移动，即移向石墨电极，C错误；由所给图示可知HCN在阴极放电，产生CN－和H2，而HCN中的H来自于LiOH，则电解产生的H2中的氢元素来自于LiOH，D正确。
2．(2022·广东，10)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Mg－2e－===Mg2＋
B．阴极上Al被氧化
C．在电解槽底部产生含Cu的阳极泥
D．阳极和阴极的质量变化相等
答案 C
解析 该题中以熔融盐为电解液，以含Cu、Mg和Si等的铝合金废料为阳极进行电解，通过控制一定的条件，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，A、B错误；阳极材料中Cu和Si不参与氧化反应，在电解槽底部可生成含Cu的阳极泥，C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，而阴极只有铝离子得电子生成铝单质，根据得失电子守恒及元素守恒可知，阳极与阴极的质量变化不相等，D错误。
3．(2021·广东，16)钴(C)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( )
A．工作时，Ⅰ室和Ⅱ室溶液的pH均增大
B．生成1 ml C，Ⅰ室溶液质量理论上减少16 g
C．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：2C2＋＋2H2Oeq \(=====,\s\up7(电解))2C＋O2↑＋4H＋
答案 D
解析 由装置图可知，水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，故A错误；阴极生成1 ml钴，阳极有1 ml水放电，则Ⅰ室溶液质量减少18 g，故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，故C错误；电解总反应的离子方程式为2C2＋＋2H2Oeq \(=====,\s\up7(电解))2C＋O2↑＋4H＋，故D正确。
4．(2022·浙江6月选考，21)通过电解废旧锂电池中的LiMn2O4可获得难溶性的Li2CO3和MnO2，电解示意图如下(其中滤布的作用是阻挡固体颗粒，但离子可自由通过。电解过程中溶液的体积变化忽略不计)。下列说法不正确的是( )
A．电极A为阴极，发生还原反应
B．电极B的电极反应：2H2O＋Mn2＋－2e－===MnO2＋4H＋
C．电解一段时间后溶液中Mn2＋浓度保持不变
D．电解结束，可通过调节pH除去Mn2＋，再加入Na2CO3溶液以获得Li2CO3
答案 C
解析 由电解示意图可知，电极B上Mn2＋转化为MnO2，锰元素化合价升高，失电子，则电极B为阳极，电极A为阴极，得电子，发生还原反应，A正确；由电解示意图可知，电极B上Mn2＋失电子转化为MnO2，电极反应式为2H2O＋Mn2＋－2e－===MnO2＋4H＋，B正确；电极A为阴极，LiMn2O4得电子，电极反应式为2LiMn2O4＋6e－＋16H＋===2Li＋＋4Mn2＋＋8H2O，依据得失电子守恒，电解池总反应为2LiMn2O4＋4H＋===2Li＋＋Mn2＋＋3MnO2＋2H2O，反应生成了Mn2＋，Mn2＋浓度增大，C错误；电解池总反应为2LiMn2O4＋4H＋===2Li＋＋Mn2＋＋3MnO2＋2H2O，电解结束后，可通过调节溶液pH将锰离子转化为沉淀除去，然后再加入碳酸钠溶液，从而获得碳酸锂，D正确。
5．(2022·海南，9)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．在b电极上，N2被还原
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．电解过程中，固体氧化物电解质中O2－不断减少
答案 A
解析 由装置示意图可知，b电极上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，电极反应式为N2＋3H2O＋6e－===2NH3＋3O2－，a为阳极，电极反应式为2O2－－4e－===O2，据此分析解答。由分析可得，在b电极上，N2被还原，A正确；a为阳极，若金属Ag作a的电极材料，则金属Ag优先失去电子，B错误；改变工作电源的电压，导致电流大小改变，反应速率也会改变，C错误；电解过程中，阴极电极反应式为2N2＋6H2O＋12e－===4NH3＋6O2－，阳极电极反应式为6O2－－12e－===3O2，因此固体氧化物电解质中O2－不会减少，D错误。
6．(2021·全国甲卷，13)乙醛酸是一种重要的化工中间体，可采用如图所示的电化学装置合成。图中的双极膜中间层中的H2O解离为H＋和OH－，并在直流电场作用下分别向两极迁移。下列说法正确的是( )
A．KBr在上述电化学合成过程中只起电解质的作用
B．阳极上的反应式为：＋2H＋＋2e－―→＋H2O
C．制得2 ml乙醛酸，理论上外电路中迁移了1 ml电子
D．双极膜中间层中的H＋在外电场作用下向铅电极方向迁移
答案 D
解析 KBr在上述电化学合成过程中除作电解质外，同时还是电解过程中阳极的反应物，生成的Br2为乙二醛制备乙醛酸的中间产物，故A错误；阳极上Br－失去电子生成Br2，Br2将乙二醛氧化为乙醛酸，故B错误；电解过程中阴、阳极均生成乙醛酸，1 ml乙二酸生成1 ml乙醛酸转移的电子为2 ml，1 ml乙二醛生成1 ml乙醛酸转移电子为2 ml，根据转移电子守恒可知制得2 ml乙醛酸时，理论上外电路中迁移了2 ml电子，故C错误；由上述分析可知，双极膜中间层的H＋在外电场作用下移向阴极，即H＋移向铅电极，故D正确。
7．[2021·湖南，16Ⅱ(4)(5)]氨气中氢含量高，是一种优良的小分子储氢载体，且安全、易储运，可通过下面两种方法由氨气得到氢气。
方法Ⅱ.氨电解法制氢气
利用电解原理，将氨转化为高纯氢气，其装置如图所示。
(4)电解过程中OH－的移动方向为____________(填“从左往右”或“从右往左”)。
(5)阳极的电极反应式为_____________________________________________________。
答案 (4)从右往左 (5)2NH3－6e－＋6OH－===N2＋6H2O
解析 (4)由图可知，通NH3的一极氮元素化合价升高，发生氧化反应，为电解池的阳极，则另一电极为阴极，电解过程中OH－移向阳极，则从右往左移动。
(5)阳极NH3失电子发生氧化反应生成N2，结合碱性条件，电极反应式为2NH3－6e－＋6OH－===N2＋6H2O。
8．[2021·山东，17(4)]利用膜电解技术(装置如图所示)，以Na2CrO4为主要原料制备Na2Cr2O7的总反应方程式为：4Na2CrO4＋4H2Oeq \(=====,\s\up7(电解))2Na2Cr2O7＋4NaOH＋2H2↑＋O2↑。则Na2Cr2O7在____(填“阴”或“阳”)极室制得，电解时通过膜的离子主要为______________________
__________________________________________________。
答案 阳 CrOeq \\al(2－,4)
解析 由4Na2CrO4＋4H2Oeq \(=====,\s\up7(电解))2Na2Cr2O7＋4NaOH＋2H2↑＋O2↑可知，电解过程中实质是电解水，阳极上OH－失去电子生成H2O和O2，阴极上H＋得到电子生成H2，由2CrOeq \\al(2－,4)＋H2OCr2Oeq \\al(2－,7)＋2OH－可知，Cr2Oeq \\al(2－,7)在c(OH－)减小的电极室中制得，即Na2Cr2O7在阳极室产生；电解过程中，阳极室中c(OH－)减小，CrOeq \\al(2－,4)水解平衡正向移动，c(CrOeq \\al(2－,4))减小，c(Cr2Oeq \\al(2－,7))增大，为提高制备Na2Cr2O7的效率，CrOeq \\al(2－,4)通过离子交换膜移向阳极。
1．(2022·太原市高三下学期模拟)我国科学家开发出一种双极制氢系统，在低电池电压下的KOH介质中，可将醛类物质电催化转化为相应的羧酸盐和氢气，其工作原理如图所示。下列说法不正确的是( )
A．泡沫铜与直流电源的正极相连
B．制得1 ml氢气，理论上外电路中迁移了2 ml电子
C．高电压下不能实现双极制氢的原因可能是Cu被氧化从而使催化剂失活
D．泡沫铜电极上发生的反应可能为2R—CHO＋4OH－－2e－===2R—COO－＋H2↑＋2H2O
答案 B
解析 泡沫铜上醛基转化为羧基，发生氧化反应，所以泡沫铜为阳极，与直流电源的正极相连，A正确；阳极反应为2R—CHO＋4OH－－2e－===2R—COO－＋H2↑＋2H2O，阴极反应为2H2O＋2e－===2OH－＋ H2↑，制得1 ml氢气，则阳极、阴极各产生0.5 ml氢气，转移1 ml电子，B错误、D正确；铜为金属，作为阳极，若电压过高，Cu会被氧化，使催化剂失活，C正确。
2．(2022·山东省烟台市、德州市高三一模)电解法处理含有Cl－、NOeq \\al(－,3)的酸性废水，其工作原理及电极b中铁的化合物的催化机理如图所示，H表示氢原子。下列说法错误的是( )
A．电极b接电源负极
B．处理1 ml NOeq \\al(－,3)，电路中转移5 ml e－
C．HClO在阳极生成：Cl－＋H2O－2e－===HClO＋H＋
D．H＋与NOeq \\al(－,3)反应的电极反应式为10H＋＋NOeq \\al(－,3)＋8e－===NHeq \\al(＋,4)＋3H2O
答案 B
解析 由图知，电极b上硝酸根离子转变为铵根离子，被还原，则电极b为阴极，接电源负极，A正确；硝酸根离子转变为铵根离子，N元素化合价从＋5价降低到－3价，则处理1 ml NOeq \\al(－,3)，电路中转移8 ml e－，B不正确；阳极氯离子失去电子被氧化，生成HClO：Cl－＋H2O－2e－===HClO＋H＋，C正确；电极b上硝酸根离子转变为铵根离子，H＋与NOeq \\al(－,3)反应的电极反应式为10H＋＋NOeq \\al(－,3)＋8e－===NHeq \\al(＋,4)＋3H2O，D正确。
3．(2022·郑州市高三第二次质量预测)钛铁合金具有优异的性能，在航天和生物医学等领域有广泛的应用。下图是以二氧化钛、氧化亚铁混合粉末压制的块体和石墨坩埚分别做电极材料，以CaCl2熔盐为离子导体(不参与电极反应)制备钛铁合金的电解装置示意图。下列相关说法正确的是( )
A．石墨坩埚连接直流电源的负极
B．通入Ar气主要是为了保护石墨坩埚不被氧化
C．TiO2发生的电极反应为TiO2－4e－===Ti＋2O2－
D．每生成16.0 g TiFe2时，流出气体在标准状况下的体积大于4.48 L
答案 D
解析 该装置的目的是制备钛铁合金，所以Fe2＋、Ti4＋发生还原反应，所以以二氧化钛、氧化亚铁混合粉末压制的块体应为阴极，连接电源的负极，A错误；Ti、Fe性质活泼，容易被生成的氧气氧化，所以通入Ar气主要是为了保护钛铁合金不被氧化，B错误；TiO2得电子发生还原反应，电极反应应为TiO2＋4e－===Ti＋2O2－，C错误；16.0 g TiFe2，即eq \f(16 g,160 g·ml－1)＝0.1 ml，需生成0.1 ml Ti、0.2 ml Fe，根据电极反应TiO2＋4e－===Ti＋2O2－、FeO＋2e－===Fe＋O2－可知，共转移0.8 ml电子，O2－在阳极被还原，电极反应为2O2－－4e－===O2↑，所以生成0.2 ml氧气，标况下体积为0.2 ml×22.4 L·ml－1＝4.48 L，但同时流出的气体还有Ar，所以流出气体在标准状况下的体积大于4.48 L，D正确。
4．电渗析法淡化海水装置示意图如图，电解槽中阴离子交换膜和阳离子交换膜相间排列，将电解槽分隔成多个独立的间隔室，海水充满在各个间隔室中。通电后，一个间隔室的海水被淡化，而其相邻间隔室的海水被浓缩，从而实现了淡水和浓缩海水分离。下列说法正确的是( )
A．离子交换膜b为阳离子交换膜
B．各间隔室的排出液中，①③⑤⑦为淡水
C．通电时，电极1附近溶液的pH比电极2附近溶液的pH变化明显
D．淡化过程中，得到的浓缩海水没有任何使用价值
答案 B
解析 A项，由图分析可知，电极1为电解池的阳极，氯离子放电生成氯气，电极反应为2Cl－－2e－===Cl2↑，电极2为阴极，溶液中氢离子得到电子生成氢气，电极反应为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，离子交换膜a是阳离子交换膜，离子交换膜b是阴离子交换膜，错误；B项，结合阴、阳离子的移向可知，各间隔室的排出液中，①③⑤⑦为淡水，正确；C项，通电时，阳极电极反应式：2Cl－－2e－===Cl2↑，阴极电极反应式：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，电极2附近溶液的pH比电极1附近溶液的pH变化明显，错误；D项，淡化过程中，得到的浓缩海水可以提取氯化钠、镁、溴等，有使用价值，错误。
专题强化练
1．(2022·湖北省八市高三3月联考)熔融钠-硫电池以钠和硫分别作电池两极的活性物质，以固态β-Al2O3陶瓷作隔膜和电解质。如图用铅酸蓄电池给熔融钠-硫电池充电，已知铅酸蓄电池工作时的反应为Pb＋PbO2＋2H2SO4===2PbSO4＋2H2O。下列说法错误的是( )
A．铅酸蓄电池工作时，b极附近溶液pH变大
B．熔融钠-硫电池的反应是Na2Sxeq \(,\s\up7(充电),\s\d5(放电))2Na＋xS
C．充电时，Na＋通过β-Al2O3向熔融钠的方向移动
D．充电时，每转移1 ml e－，生成16 g硫
答案 D
解析 熔融钠-硫电池中钠比较活泼为负极、硫为正极；由图可知，b连接熔融钠-硫电池的右侧，则b为铅酸蓄电池的正极，工作时b极反应为PbO2＋4H＋＋SOeq \\al(2－,4)＋2e－===PbSO4＋2H2O，反应消耗氢离子，附近溶液pH变大，A正确；熔融钠-硫电池放电时钠失去电子生成钠离子，充电时钠离子得到电子生成钠，反应是Na2Sxeq \(,\s\up7(充电),\s\d5(放电))2Na＋xS，B正确；充电时，阳离子向阴极移动，故Na＋通过β-Al2O3向熔融钠的方向移动，C正确；充电时，阳极反应为Na2Sx－2e－===2Na＋＋xS，则每转移1 ml e－，生成16x g硫，D错误。
2．(2022·晋中市高三下学期3月第一次模拟)沉积物微生物燃料电池(SMFC)可以将沉积物中的化学能直接转化为电能，同时加速沉积物中污染物的去除，用SMFC处理含硫废水的工作原理如图所示，酸性增强不利于菌落存活。下列说法错误的是( )
A．碳棒b电势比碳棒a电势低
B．碳棒a附近酸性增强
C．碳棒b存在电极反应：S－6e－＋4H2O===SOeq \\al(2－,4)＋8H＋
D．工作一段时间后，电池效率降低
答案 B
解析 光合菌产生的O2得电子结合H＋生成H2O，碳棒a为正极，FeSx在硫氧化菌的作用下被氧化为S，S在硫氧化菌的作用下被氧化为硫酸根离子，碳棒b为负极，正极的电势高于负极，A正确；a为正极，电极反应为O2＋4e－＋4H＋===2H2O，酸性减弱，B错误；根据图示，碳棒b存在电极反应：S－6e－＋4H2O===SOeq \\al(2－,4)＋8H＋，C正确；酸性增强不利于菌落存活，负极失电子发生的氧化反应会减慢，故工作一段时间后，电池效率降低，D正确。
3．(2022·河南省信阳市高三第二次质量检测)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LiCO2薄膜；集流体起导电作用。下列说法不正确的是( )
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a ml电子时，LiPON薄膜电解质损失a ml Li＋
C．放电时，电极B为正极，反应可表示为Li1－xCO2＋xLi＋＋xe－===LiCO2
D．电池总反应可表示为LixSi＋Li1－xCO2eq \(,\s\up7(放电),\s\d5(充电))Si＋LiCO2
答案 B
解析 由图可知，集流体A与电极A相连，充电时电极A作阴极，故充电时集流体A与外接电源的负极相连，A正确；放电时，外电路通过a ml电子时，内电路中有a ml Li＋通过LiPON薄膜电解质从负极迁移到正极，但是LiPON薄膜电解质没有损失Li＋，B不正确；放电时，电极B为正极，发生还原反应，反应可表示为Li1－xCO2＋xLi＋＋xe－===LiCO2，C正确；电池放电时，嵌入在非晶硅薄膜中的锂失去电子变成Li＋，正极上Li1－xCO2得到电子和Li＋变为LiCO2，故电池总反应可表示为LixSi＋Li1－xCO2eq \(,\s\up7(放电),\s\d5(充电))Si＋LiCO2，D正确。
4．(2022·安徽省江南十校高三下学期一模联考)我国某公司开发的“刀片电池”外观上类似普通干电池，但内部结构看上去像一堆排列整齐的裁纸刀，每一个刀片里又被分成很多个容纳腔，每个容纳腔里都包含一个电芯，整个刀片是由多个极芯串联而成的模组。该电池本质上还是磷酸铁锂电池，电池的总反应方程式为LiM1－xFexPO4＋6Ceq \(,\s\up7(充电),\s\d5(放电))M1－xFexPO4＋LiC6，其装置工作原理如图所示。下列说法错误的是( )
A．该电池工作时，负极的电极反应式为LiM1－x FexPO4－e－===M1－xFexPO4＋Li＋
B．该电池中的聚合物隔膜是阳离子交换膜，在充电时，阳离子由左向右移动
C．该电池充电时阴极的电极反应式为Li＋＋6C＋e－===LiC6
D．刀片电池可以搭载在新能源汽车上，作为动力来源
答案 A
解析 根据电池装置图知，该电池工作时，石墨为负极，电极反应式为LiC6－e－===Li＋＋6C，磷酸铁锂为正极，电极反应式为M1－xFexPO4＋e－＋Li＋===LiM1－xFexPO4，充电时，阴极、阳极反应式与负极、正极反应式正好相反，据此分析解题。充电时，石墨电极与电源负极相连，作为阴极，电极反应为Li＋＋6C＋e－===LiC6，需结合Li＋，阳极电极反应为LiM1－xFexPO4－e－===M1－xFexPO4＋Li＋，释放出Li＋，该电池中的聚合物隔膜是阳离子交换膜，在充电时，阳离子由阳极移向阴极即由左向右移动，B、C正确；由题干信息可知，刀片电池是一种新型的可充电电池，故可以搭载在新能源汽车上，作为动力来源，D正确。
5．(2022·辽宁省丹东市高三总复习质量测试)下图是Zn-空气二次电池(锌和铝的某些性质相似)，电池内聚丙烯酸钠吸收了KOH溶液形成导电凝胶。下列说法错误的是( )
A．放电时，K＋向Pt/C－RuO2电极移动
B．放电时，锌电极发生反应为Zn－2e－＋4OH－===ZnOeq \\al(2－,2)＋2H2O
C．充电时，阳极附近pH减小
D．充电时，导线中每通过4 ml电子，阴极产生22.4 L(标况下)O2
答案 D
解析 放电时Zn极为负极，Pt/C－RuO2电极为正极，所以K＋向Pt/C－RuO2电极移动，A正确；放电时，锌电极发生失电子的氧化反应，其电极反应式为Zn－2e－＋4OH－===ZnOeq \\al(2－,2)＋2H2O，B正确；充电时，阳极区的电极反应式为4OH－－4e－===O2↑＋2H2O，消耗氢氧根离子同时生成水，所以阳极附近pH减小，C正确；充电时，导线中每通过4 ml电子，阳极产生氧气的物质的量为1 ml，所以标况下其体积为1 ml×22.4 L·ml－1＝22.4 L，D错误。
6．(2022·湖南省部分学校高三3月调研)《Science》杂志报道了王浩天教授团队发明的制取H2O2的绿色方法，原理如图所示(已知：H2O2H＋＋HOeq \\al(－,2)，Ka＝2.4×10－12)。下列说法正确的是( )
A．X膜为阴离子交换膜
B．每生成1 ml H2O2，外电路通过4 ml e－
C．催化剂可加快单位时间内反应中电子的转移数目
D．a极上发生还原反应
答案 C
解析 由图可知，通入氢气的a极为原电池的负极，氢气在负极失去电子发生氧化反应生成氢离子，氢离子通过阳离子交换膜进入中间室，通入氧气的b极为正极，氧气在正极得到电子发生还原反应生成HOeq \\al(－,2)和氢氧根离子，HOeq \\al(－,2)和氢氧根离子通过阴离子交换膜进入中间室，中间室中HOeq \\al(－,2)和氢氧根离子与氢离子反应，最终生成过氧化氢，故A、D错误；反应总方程式为H2＋O2===H2O2，由方程式可知，生成1 ml过氧化氢，外电路通过2 ml电子，故B错误；催化剂能降低反应的活化能，加快反应速率，使单位时间内反应中电子转移的数目加快，故C正确。
7．(2022·许昌市高中毕业班下学期阶段性测试)高电压水系锌-有机混合液流电池的装置如图所示。下列说法错误的是( )
A．充电时，中性电解质NaCl的浓度增大
B．放电时，负极反应式为Zn－2e－＋4OH－===Zn(OH)eq \\al(2－,4)
C．充电时，1 ml FQH2转化为FQ转移2 ml电子
D．放电时，正极区溶液的pH增大
答案 A
解析 根据题意，充电时，FQH2生成FQ，被氧化，所以充电时右侧为阳极，左侧为阴极，Zn(OH)eq \\al(2－,4)被还原为Zn；则放电时左侧为负极，Zn被氧化为Zn(OH)eq \\al(2－,4)，右侧为正极，FQ被还原为FQH2。充电时，左侧阴极的电极反应为Zn(OH)eq \\al(2－,4)＋2e－===Zn＋4OH－，阴离子增多，为平衡电荷，中性电解质中的Na＋经阳膜迁移至左侧，Cl－经阴膜迁移至右侧，NaCl的浓度减小，A错误；放电时，左侧为负极，Zn被氧化为Zn(OH)eq \\al(2－,4)，电极反应为Zn－2e－＋4OH－===Zn(OH)eq \\al(2－,4)，B正确；充电时，右侧FQH2被氧化为FQ，电极反应为FQH2－2e－===FQ＋2H＋，所以1 ml FQH2转化为FQ转移2 ml电子，C正确；放电时右侧为正极，电极反应为FQ＋2H＋＋2e－===FQH2，氢离子被消耗，pH增大，D正确。
8．(2022·唐山市高三下学期第一次模拟)钠离子电池比锂离子电池更稳定，造价更低，可实现5～10 min内快速充电，电池结构如图。总反应为NaC6＋Na1－xMO2eq \(,\s\up7(放电),\s\d5(充电))NaMO2＋Na1－xC6(0≤x≤0.55，M为过渡金属)，下列叙述正确的是( )
A．单位质量的负极材料，钠离子电池比锂离子电池可以提供更多的电量
B．放电时，Na＋从石墨烯纳米片中脱嵌，经电解质嵌入过渡金属氧化物
C．充电时，阴极上发生的电极反应为Na1－xMO2＋xe－＋xNa＋===NaMO2(0≤x≤0.55)
D．充电时，外电路中每转移0.2 ml e－，理论上石墨烯纳米片将增重2.3 g
答案 B
解析 由图可知，放电时，石墨烯纳米片为负极，NaC6在负极失去电子发生氧化反应生成钠离子和Na1－xC6，电极反应式为NaC6－xe－===Na1－xC6＋xNa＋(0≤x≤0.55)，过渡金属氧化物为正极，在钠离子作用下，Na1－xMO2在正极得到电子发生还原反应生成NaMO2，电极反应式为Na1－xMO2＋xe－＋xNa＋===NaMO2(0≤x≤0.55)，充电时，石墨烯纳米片与直流电源负极相连，做电解池的阴极，过渡金属氧化物与直流电源正极相连，做电解池的阳极。金属钠的摩尔质量大于金属锂，单位质量的钠失去电子的物质的量小于金属锂，则钠离子电池提供的电量少于锂离子电池，故A错误；放电时，钠离子从石墨烯纳米片中脱嵌，经电解质嵌入过渡金属氧化物，故B正确；充电时，石墨烯纳米片做电解池的阴极，Na1－xC6在钠离子作用下得到电子发生还原反应生成NaC6，电极反应式为Na1－xC6＋xNa＋＋xe－===NaC6，由电极反应式可知，外电路中每转移0.2 ml e－，理论上石墨烯纳米片将增重0.2 ml×23 g·ml－1＝4.6 g，故C、D错误。
9．(2022·泰安市高三下学期一模)氨气中氢含量高，是一种优良的小分子储氢载体。利用太阳能电池电解NH3得到高纯H2的装置如图所示。下列说法正确的是( )
A．该装置工作时，只发生两种形式能量的转化
B．电解过程中OH－由b极区向a极区迁移
C．电解时b极区溶液中n(KOH)减少
D．电解过程中1 ml NH3参与反应，得到3×6.02×1023个电子
答案 B
解析 该装置中有：太阳能转化为电能，电能转化为化学能，有3种能量的转化，A错误；a极，NH3转化为N2，N元素的化合价升高，失去电子，则电极a为阳极，OH－移向阳极，B正确；b极为阴极，电极反应式为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，每当有2 ml e－转移时，会有2 ml OH－通过阴离子交换膜进入a极，b极区溶液中n(KOH)不变，C错误；1 ml NH3转化为N2时，失去3 ml e－，D错误。
10．(2022·抚顺市普通高中高三下学期一模)利用膜技术原理和电化学原理制备少量硫酸和绿色硝化剂N2O5，装置如图所示，下列说法正确的是( )
A．电极a和电极d上都发生氧化反应
B．电极c上的电极反应式为N2O4－2e－＋H2O===N2O5＋2H＋
C．乙装置电极d附近溶液的pH增大
D．电路中每转移2 ml e－，甲池质子膜右侧溶液质量变化为18 g
答案 D
解析 由图可知，甲池为原电池，电极a为负极，在水分子作用下，二氧化硫在负极失去电子发生氧化反应生成硫酸，电极反应式为SO2－2e－＋2H2O===SOeq \\al(2－,4)＋4H＋，电极b为正极，酸性条件下，氧气在正极得到电子发生还原反应生成水，电极反应式为O2＋4e－＋4H＋===2H2O；乙池为电解池，与正极相连的电极c为电解池的阳极，在无水硝酸作用下，四氧化二氮在阳极失去电子发生氧化反应生成五氧化二氮和氢离子，电极反应式为N2O4－2e－＋2HNO3===2N2O5＋2H＋，电极d为阴极，氢离子在阴极得到电子发生还原反应生成氢气，电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑，阳极区的氢离子通过隔膜进入阴极区，电极d附近溶液的pH不变，故A、B、C错误；电极b为正极，电极反应式为O2＋4e－＋4H＋===2H2O，则电路中每转移2 ml e－，甲池质子膜右侧溶液质量变化为2 ml×eq \f(1,2)×18 g·ml－1＝18 g，故D正确。
11．(2022·河北省五校联盟高三下学期模拟)电芬顿技术常用来处理废水中的有害物质苯酚。电芬顿技术是通过化学芬顿技术发展而来的，化学芬顿技术主要向废水中投加Fe2＋和H2O2试剂，两者反应后生成强氧化剂羟基自由基，将废水中的有害有机物氧化成CO2和H2O。下列有关说法错误的是( )
A．a电极为Fe电极，外接电源正极
B．阴极反应为O2＋2e－===Oeq \\al(2－,2)
C．消耗标准状况下11.2 L O2，生成1 ml·OH
D．处理苯酚的反应为28HO·＋―→6CO2↑＋17H2O
答案 C
解析 电芬顿技术采用Fe作阳极，Fe失电子生成的亚铁离子与过氧化氢反应生成羟基自由基，A正确；阴极氧气得电子生成过氧根离子，在酸性条件下反应生成过氧化氢，B正确；酸性条件下，三价铁离子与过氧化氢反应生成羟基自由基的反应为H2O2＋Fe2＋＋H＋===Fe3＋＋·OH＋H2O,11.2 L O2在标况下为0.5 ml，O2～H2O2～·OH，0.5 ml O2生成0.5 ml·OH，C错误；根据元素守恒可以得出羟基自由基做强氧化剂处理苯酚的反应为28HO·＋―→6CO2↑＋17H2O，D正确。
12．为实现“双碳”目标，我国科学家研发了一种水系可逆Zn-CO2电池，电池工作时，复合膜(由a、b膜复合而成)层间的H2O解离成H＋和OH－，在外加电场作用下可透过相应的离子膜定向移动。当闭合K1时，Zn-CO2电池工作原理如图所示。下列说法不正确的是( )
A．闭合K1时，OH－通过b膜向Zn电极方向移动
B．闭合K1时，Zn表面的电极反应式为Zn＋4OH－－2e－===Zn(OH)eq \\al(2－,4)
C．闭合K2时，Zn电极与直流电源正极相连
D．闭合K2时，在Pd电极上有2.24 L CO2(标况下)生成，则析出Zn 6.5 g
答案 C
解析 闭合K1时，该装置为原电池，Zn电极为负极，Pd电极为正极，OH－通过b膜移向Zn电极，故A正确；闭合K1时，该装置为原电池，Zn发生失电子的氧化反应生成Zn(OH)eq \\al(2－,4)，电极反应式为Zn＋4OH－－2e－===Zn(OH)eq \\al(2－,4)，故B正确；闭合K1时，Zn-CO2电池中Zn电极为负极，Pd电极为正极，闭合K2时，该装置为电解池，Zn电极为阴极，与直流电源负极相连，故C错误；闭合K2时，该装置为电解池，Pd电极为阳极，阳极上HCOOH发生失电子的氧化反应生成CO2，Zn电极为阴极，阴极上析出锌，利用得失电子守恒可知，2e－～CO2～Zn，即有2.24 L CO2(标况下)生成，则析出Zn 6.5 g，故D正确。电解类型
电解质实例
溶液复原物质
电解水
NaOH、H2SO4
或Na2SO4
水
电解电解质
HCl或CuCl2
原电解质
放氢生碱型
NaCl
HCl气体
放氧生酸型
CuSO4或AgNO3
CuO或Ag2O
考点一 新型电池的分析应用
1．识别“交换膜”提取信息，书写电极反应式
(1)如将燃煤产生的二氧化碳回收利用，可达到低碳排放的目的。如图是通过人工光合作用，以CO2和H2O为原料制备HCOOH和O2的原理示意图。
负极：2H2O－4e－===O2＋4H＋。
正极：2CO2＋4H＋＋4e－===2HCOOH。
(2)液体燃料电池相比于气体燃料电池具有体积小等优点。一种以液态肼(N2H4)为燃料的电池装置如图所示。
负极：N2H4－4e－＋4OH－===N2＋4H2O。
正极：O2＋4e－＋2H2O===4OH－。
2．辨析燃料电池不同“介质”，书写电极反应式
(1)按要求书写不同“介质”下甲醇燃料电池的电极反应式。
①酸性介质，如H2SO4溶液：
负极：CH3OH－6e－＋H2O===CO2＋6H＋。
正极：eq \f(3,2)O2＋6e－＋6H＋===3H2O。
②碱性介质，如KOH溶液：
负极：CH3OH－6e－＋8OH－===COeq \\al(2－,3)＋6H2O。
正极：eq \f(3,2)O2＋6e－＋3H2O===6OH－。
③熔融盐介质，如K2CO3：
负极：CH3OH－6e－＋3COeq \\al(2－,3)===4CO2＋2H2O。
正极：eq \f(3,2)O2＋6e－＋3CO2===3COeq \\al(2－,3)。
④掺杂Y2O3的ZrO3固体作电解质，在高温下能传导O2－：
负极：CH3OH－6e－＋3O2－===CO2＋2H2O。
正极：eq \f(3,2)O2＋6e－===3O2－。
碱性介质 C―→COeq \\al(2－,3) 其余介质 C―→CO2
酸性介质 H―→H＋ 其余介质 H―→H2O
(2)明确“充放电”书写电极反应式
①镍镉(Ni-Cd)可充电电池在现代生活中有广泛的应用。已知某镍镉电池的电解质溶液为KOH溶液，其充、放电按下式进行：Cd＋2NiOOH＋2H2Oeq \(,\s\up7(放电),\s\d5(充电))Cd(OH)2＋2Ni(OH)2。
负极：Cd－2e－＋2OH－===Cd(OH)2。
阳极：2Ni(OH)2＋2OH－－2e－===2NiOOH＋2H2O。
②某电动汽车配载一种可充放电的锂离子电池，放电时电池总反应为Li1－xCO2＋LixC6eq \(,\s\up7(放电),\s\d5(充电))LiCO2＋C6(x＜1)。则：
负极：LixC6－xe－===xLi＋＋C6。
正极：Li1－xCO2＋xe－＋xLi＋===LiCO2。
锂离子电池充放电分析
常见的锂离子电极材料
正极材料：LiMO2(M：C、Ni、Mn等)
LiM2O4(M：C、Ni、Mn等)
LiMPO4(M：Fe等)
负极材料：石墨(能吸附锂原子)
负极反应：LixCn－xe－===xLi＋＋nC
正极反应：Li1－xMO2＋xLi＋＋xe－===LiMO2
总反应：Li1－xMO2＋LixCneq \(,\s\up7(放电),\s\d5(充电))nC＋LiMO2。
1．图解原电池工作原理
2．原电池装置图的升级考查
说明 (1)无论是装置①还是装置②，电子均不能通过电解质溶液。
(2)在装置①中，由于不可避免会直接发生Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu而使化学能转化为热能，所以装置②的能量转化率高。
(3)盐桥的作用：原电池装置由装置①到装置②的变化是由盐桥连接两个“半电池装置”，其中盐桥的作用有三种：a.隔绝正、负极反应物，避免直接接触，导致电流不稳定；b.通过离子的定向移动，构成闭合回路；c.平衡电极区的电荷。
(4)离子交换膜作用：由装置②到装置③的变化是“盐桥”变成“质子交换膜”。离子交换膜是一种选择性透过膜，允许相应离子通过，离子迁移方向遵循电池中离子迁移方向。
3．陌生原电池装置的知识迁移
(1)燃料电池
(2)二次电池
1．(2022·广东，16)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＋＋2e－===Na3Ti2(PO4)3。下列说法正确的是( )
A．充电时电极b是阴极
B．放电时NaCl溶液的pH减小
C．放电时NaCl溶液的浓度增大
D．每生成1 ml Cl2，电极a质量理论上增加23 g
答案 C
解析 由充电时电极a的反应可知，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，故A错误；放电时负极反应为Na3Ti2(PO4)3－2e－===NaTi2(PO4)3＋2Na＋，正极反应为Cl2＋2e－===2Cl－，反应后Na＋和Cl－浓度都增大，则放电时NaCl溶液的浓度增大，pH不变，故B错误、C正确；充电时阳极反应为2Cl－－2e－===Cl2↑，阴极反应为NaTi2(PO4)3＋2Na＋＋2e－===Na3Ti2(PO4)3，由得失电子守恒可知，每生成1 ml Cl2，电极a质量理论上增加23 g·ml－1×2 ml＝46 g，故D错误。
2．(2022·全国乙卷，12)Li-O2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Li-O2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＋＋e－===Li)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，电池的总反应为Li2O2===2Li＋O2
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．放电时，正极发生反应：O2＋2Li＋＋2e－===Li2O2
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＋＋e－===Li)和阳极反应(Li2O2＋2h＋===2Li＋＋O2)，则充电时总反应为Li2O2===2Li＋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；据此作答。由以上分析可知，充电时，电池的总反应为Li2O2===2Li＋O2，A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错误；放电时总反应为2Li＋O2===Li2O2，则正极反应为O2＋2Li＋＋2e－===Li2O2，D正确。
3．(2022·湖南，8)海水电池在海洋能源领域备受关注，一种锂-海水电池构造示意图如下。下列说法错误的是( )
A．海水起电解质溶液作用
B．N极仅发生的电极反应：2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑
C．玻璃陶瓷具有传导离子和防水的功能
D．该锂-海水电池属于一次电池
答案 B
解析 海水中含有丰富的电解质，如氯化钠、氯化镁等，可作为电解质溶液，故A正确；N为正极，电极反应主要为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，故B错误；Li为活泼金属，易与水反应，玻璃陶瓷的作用是防止水和Li反应，并能传导离子，故C正确；该电池不可充电，属于一次电池，故D正确。
4．(2022·山东，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LiCO2(s)转化为C2＋，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，甲室溶液pH逐渐增大
B．装置工作一段时间后，乙室应补充水
C．乙室电极反应式为LiCO2＋2H2O＋e－===Li＋＋C2＋＋4OH－
D．若甲室C2＋减少200 mg，乙室C2＋增加300 mg，则此时已进行过溶液转移
答案 D
解析 由于右侧装置为原电池，所以乙室是原电池，甲室是电解池。电池工作时，甲室中细菌上乙酸盐的阴离子失去电子被氧化为CO2气体，C2＋在另一个电极上得到电子，被还原为C单质，甲室总反应为CH3COO－＋4C2＋＋2H2Oeq \(=====,\s\up7(电解))2CO2↑＋4C＋7H＋，溶液pH减小，A错误；乙室电解质溶液呈酸性，不可能大量存在OH－，乙室电极反应式为LiCO2＋e－＋4H＋===Li＋＋C2＋＋2H2O，消耗H＋，因此电池工作一段时间后应该补充盐酸，B、C错误；若甲室C2＋减少200 mg，转移电子的物质的量为n(e－)＝eq \f(0.2 g,59 g·ml－1)×2≈0.006 8 ml，乙室C2＋增加300 mg，转移电子的物质的量为n(e－)＝eq \f(0.3 g,59 g·ml－1)×1≈0.005 1 ml，说明此时已进行过溶液转移，D正确。
5．(2020·全国卷Ⅰ，12)科学家近年发明了一种新型Zn-CO2水介质电池。电池示意图如下，电极为金属锌和选择性催化材料，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( )
A．放电时，负极反应为Zn－2e－＋4OH－===Zn(OH)eq \\al(2－,4)
B．放电时，1 ml CO2转化为HCOOH，转移的电子数为2 ml
C．充电时，电池总反应为2Zn(OH)eq \\al(2－,4)===2Zn＋O2↑＋4OH－＋2H2O
D．充电时，正极溶液中OH－浓度升高
答案 D
解析 由装置示意图可知，放电时负极反应为Zn－2e－＋4OH－===Zn(OH)eq \\al(2－,4)，A项正确；放电时CO2转化为HCOOH，C元素化合价降低2，则1 ml CO2转化为HCOOH时，转移电子数为2 ml，B项正确；由装置示意图可知充电时正极(阳极)产生O2，负极(阴极)产生Zn，C项正确；充电时正极(阳极)上发生反应：2H2O－4e－===4H＋＋O2↑，OH－浓度降低，D项错误。
6．(2021·山东，10)以KOH溶液为离子导体，分别组成CH3OH-O2、N2H4-O2、(CH3)2NNH2-O2清洁燃料电池，下列说法正确的是( )
A．放电过程中，K＋均向负极移动
B．放电过程中，KOH物质的量均减小
C．消耗等质量燃料，(CH3)2NNH2-O2燃料电池的理论放电量最大
D．消耗1 ml O2时，理论上N2H4-O2燃料电池气体产物的体积在标准状况下为11.2 L
答案 C
解析 放电过程为原电池工作原理，所以钾离子均向正极移动，A错误；碱性环境下，N2H4-O2清洁燃料电池总反应为N2H4＋O2===N2＋2H2O，其总反应中未消耗KOH，所以KOH的物质的量不变，其他两种燃料电池根据总反应可知，KOH的物质的量均减小，B错误；理论放电量与燃料的物质的量和转移电子数有关，设消耗燃料的质量均为m g，则甲醇、N2H4和(CH3)2NNH2放电量(物质的量表达式)分别是eq \f(m g,32 g·ml－1)×6、eq \f(m g,32 g·ml－1)×4、eq \f(m g,60 g·ml－1)×16，通过比较可知(CH3)2NNH2理论放电量最大，C正确；根据转移电子数守恒和总反应式可知，消耗1 ml O2生成的氮气的物质的量为1 ml，在标准状况下为22.4 L，D错误。
7．(2021·湖南，10)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( )
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－===Zn
D．隔膜允许阳离子通过，也允许阴离子通过
答案 B
解析 由题意分析可知，放电时，N极为正极，故A正确；充电时，M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，故C正确。
1．(2022·湘豫名校联考高三下学期模拟)锌-空气燃料电池的能量密度较高，广泛应用于需要长时间在低电流下进行的设备，如助听器等，其装置示意图如图所示。下列说法正确的是( )
A．放电时，A极为正极，电极反应式为O2＋4e－===2O2－
B．放电时，电子由B极流出经外电路到达A极，再进入电解质溶液回到B极构成闭合回路
C．充电时，B极电极反应式为ZnO＋H2O＋2e－===Zn＋2OH－
D．电池工作一段时间后，电解质溶液pH降低
答案 C
解析 放电时，A极上通入的氧气会被还原，A极为正极，电解质为KOH溶液，所以电极反应为2H2O＋O2＋4e－===4OH－，A错误；电子不能在电解质溶液中移动，B错误；放电时，B极上Zn被氧化，则充电时，B极为阴极，ZnO被还原，电极反应为ZnO＋H2O＋2e－===Zn＋2OH－，C正确；放电过程中的总反应为2Zn＋O2===2ZnO，溶液体积不变，KOH的物质的量不变，电解质溶液的pH不变，D错误。
2．(2022·河南省十所名校高中理综)研究发现，在肼(N2H4)酸性燃料电池中添加少量Fe2(SO4)3能持续大电流放电，工作原理如图所示。
下列说法错误的是( )
A．交换膜M为质子交换膜
B．Fe3＋能够降低正极区反应的活化能
C．放电时正极区溶液的pH下降
D．负极反应式为N2H4－4e－===N2↑＋4H＋
答案 C
解析 由图可知，N2H4失去电子发生氧化反应为负极，反应为N2H4－4e－===N2↑＋4H＋，铁离子得到电子发生还原反应生成亚铁离子，亚铁离子和氧气反应的离子方程式为4Fe2＋＋4H＋＋O2===4Fe3＋＋2H2O，反应中氢离子向正极运动，交换膜M为质子交换膜，A、D正确；由图可知，铁离子参与反应后又生成，即做催化剂，Fe3＋能够降低正极区反应的活化能，B正确；由A项分析，放电时正极区溶液的酸性减弱，pH升高，C错误。
3．(2022·成都市高三第二次诊断)钠离子电池易获取，正负极材料均采用铝箔(可减少铜箔用量)，因此钠离子电池理论成本低于锂离子电池。现有一种正极材料为KFe2(CN)6，固体电解质为Na3PS4，负极材料为Na2Ti3O7的钠离子电池。下列有关叙述错误的是( )
A．正极KFe2(CN)6中Fe的化合价为＋2、＋3
B．放电时，正极可能发生Fe2(CN)eq \\al(－,6)＋e－===Fe2(CN)eq \\al(2－,6)
C．放电时，电子从负极流经固体电解质到达正极
D．充电时，阴极发生还原反应，并且Na＋增多
答案 C
解析 钾离子呈＋1价、CN－为－1价，化合物中元素的正负化合价代数和为0，则正极KFe2(CN)6中Fe的化合价为＋2、＋3，A正确；放电时，正极发生还原反应，可能发生Fe2(CN)eq \\al(－,6)＋e－===Fe2(CN)eq \\al(2－,6)，B正确；放电时，电子从负极流经外电路到达正极，电子不流经固体电解质，C不正确；充电时，阴极发生还原反应，阳离子向阴极移动，则Na＋增多，D正确。
4．(2022·山西省高三下学期高考考前适应性测试)利用微生物电池处理有机废水同时也可实现海水淡化。现以NaCl溶液模拟海水，采用惰性电极，用下图装置处理有机废水(含CH3COO－的溶液)。下列说法错误的是( )
A．电极电势a极低于b极
B．当b极上产生11.2 L(标准状况)气体时，会有1 ml Cl－通过隔膜1
C．a极反应为CH3COO－－8e－＋2H2O===2CO2↑＋7H＋
D．当电路中通过4 ml电子时，负极区溶液的质量理论上减少44 g
答案 D
解析 在a极，CH3COO－转化为CO2，C元素化合价升高，则a极为负极，b极为正极。a极发生的电极反应为CH3COO－－8e－＋2H2O===2CO2↑＋7H＋，b极发生的电极反应为2H＋＋2e－===H2↑。隔膜1为阴离子交换膜，隔膜2为阳离子交换膜。a极为负极，b极为正极，则电极电势a极低于b极，A正确；b极为正极，发生的电极反应为2H＋＋2e－===H2↑，当b极上产生11.2 L(标准状况)气体时，线路中有1 ml e－转移，则有1 ml Cl－通过隔膜1，B正确；负极反应为CH3COO－－8e－＋2H2O===2CO2↑＋7H＋，当电路中通过4 ml电子时，负极区溶液中释放1 ml CO2，同时有4 ml Cl－通过隔膜1进入负极区，则负极区溶液的质量理论上增加4 ml×35.5 g·ml－1－1 ml×44 g·ml－1＝98 g，D错误。
考点二 电解原理的分析应用
1．正误判断，正确的打“√”，错误的打“×”
(1)电解质溶液导电发生化学变化( )
(2)电解精炼铜和电镀铜，电解液的浓度均会发生很大的变化( )
(3)电解饱和食盐水，在阳极区得到NaOH溶液( )
(4)工业上可用电解MgCl2溶液、AlCl3溶液的方法制备Mg和Al( )
(5)电解精炼铜时，阳极泥可以作为提炼贵重金属的原料( )
(6)用惰性电极电解CuSO4溶液，若加入0.1 ml Cu(OH)2固体可使电解质溶液复原，则整个电路中转移电子数为0.4NA( )
答案 (1)√ (2)× (3)× (4)× (5)√ (6)√
2．按要求书写电极反应式
(1)用惰性电极电解NaCl溶液：
阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑。
阴极：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－。
(2)用惰性电极电解CuSO4溶液：
阳极：2H2O－4e－===O2↑＋4H＋。
阴极：2Cu2＋＋4e－===2Cu。
(3)铁作阳极，石墨作阴极电解NaOH溶液：
阳极：Fe－2e－＋2OH－===Fe(OH)2。
阴极：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－。
(4)用惰性电极电解熔融MgCl2：
阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑。
阴极：Mg2＋＋2e－===Mg。
3．复杂电极反应式的书写
(1)按要求书写电极反应式
①以铝材为阳极，在H2SO4溶液中电解，铝材表面形成氧化膜，阳极反应式为2Al－6e－＋3H2O===Al2O3＋6H＋。
②用Al单质作阳极，石墨作阴极，NaHCO3溶液作电解液进行电解，生成难溶物R，R受热分解生成化合物Q，写出阳极生成R的电极反应式：Al＋3HCOeq \\al(－,3)－3e－===Al(OH)3↓＋3CO2↑。
③离子液体是一种室温熔融盐，为非水体系。由有机阳离子、Al2Cleq \\al(－,7)和AlCleq \\al(－,4)组成的离子液体作电解液时，可在钢制品上电镀铝。已知电镀过程中不产生其他离子且有机阳离子不参与电极反应，则电极反应式为
阳极：Al－3e－＋7AlCleq \\al(－,4)===4Al2Cleq \\al(－,7)。
阴极：4Al2Cleq \\al(－,7)＋3e－===Al＋7AlCleq \\al(－,4)。
④用惰性电极电解K2MnO4溶液能得到化合物KMnO4，则电极反应式为
阳极：2MnOeq \\al(2－,4)－2e－===2MnOeq \\al(－,4)。
阴极：2H＋＋2e－===H2↑。
⑤将一定浓度的磷酸二氢铵(NH4H2PO4)、氯化锂混合液作为电解液，以铁棒作阳极，石墨为阴极，电解析出LiFePO4沉淀，则阳极反应式为Fe＋H2POeq \\al(－,4)＋Li＋－2e－===LiFePO4↓＋2H＋。
(2)按要求书写电极反应式
①电解装置如图，电解槽内装有KI及淀粉溶液，中间用阴离子交换膜隔开。在一定的电压下通电，发现左侧溶液变蓝色，一段时间后，蓝色逐渐变浅。
已知：3I2＋6OH－===IOeq \\al(－,3)＋5I－＋3H2O
阳极：2I－－2e－===I2。
阴极：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－。
②可用氨水作为吸收液吸收工业废气中的SO2，当吸收液失去吸收能力时，可通过电解法使吸收液再生而循环利用(电极均为石墨电极)，并生成化工原料硫酸。其工作示意如图：
阳极：HSOeq \\al(－,3)－2e－＋H2O===3H＋＋SOeq \\al(2－,4)。
阴极：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－。
1．图解电解池工作原理(阳极为惰性电极)
2．正确判断电极产物
(1)阳极产物的判断首先看电极，如果是活性电极作阳极，则电极材料失电子，电极溶解(注意：铁作阳极溶解生成Fe2＋，而不是Fe3＋)；如果是惰性电极，则需看溶液中阴离子的失电子能力，阴离子放电顺序为S2－＞I－＞Br－＞Cl－＞OH－(水)＞含氧酸根离子。
(2)阴极产物的判断直接根据阳离子的放电顺序进行判断：
Ag＋＞Hg2＋＞Fe3＋＞Cu2＋＞H＋(酸)＞Pb2＋＞Fe2＋＞Zn2＋＞H＋(水)。
3．对比掌握电解规律(阳极为惰性电极)
注意 电解后有关电解质溶液恢复原态的问题应该用质量守恒法分析。一般是加入阳极产物和阴极产物的化合物，但也有特殊情况，如用惰性电极电解CuSO4溶液，Cu2＋完全放电之前，可加入CuO或CuCO3复原，而Cu2＋完全放电之后，溶液中H＋继续放电，应加入Cu(OH)2或Cu2(OH)2CO3复原。
4．金属的腐蚀与电化学防护
5．陌生电解池装置图的知识迁移
(1)电解池
(2)金属腐蚀
1．(2022·湖北，14)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)。下列说法正确的是( )
A．生成1 ml Li[P(CN)2]，理论上外电路需要转移2 ml电子
B．阴极上的电极反应为：P4＋8CN－－4e－===4[P(CN)2]－
C．在电解过程中CN－向铂电极移动
D．电解产生的H2中的氢元素来自于LiOH
答案 D
解析 石墨电极为阳极，对应的电极反应式为P4＋8CN－－4e－===4[P(CN)2]－，则生成1 ml Li[P(CN)2]，理论上外电路需要转移1 ml电子，A错误；阴极上发生还原反应，应该得电子，电极反应式为2HCN＋2e－===H2↑＋2CN－，B错误；石墨电极为阳极，铂电极为阴极，CN－应该向阳极移动，即移向石墨电极，C错误；由所给图示可知HCN在阴极放电，产生CN－和H2，而HCN中的H来自于LiOH，则电解产生的H2中的氢元素来自于LiOH，D正确。
2．(2022·广东，10)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Mg－2e－===Mg2＋
B．阴极上Al被氧化
C．在电解槽底部产生含Cu的阳极泥
D．阳极和阴极的质量变化相等
答案 C
解析 该题中以熔融盐为电解液，以含Cu、Mg和Si等的铝合金废料为阳极进行电解，通过控制一定的条件，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，A、B错误；阳极材料中Cu和Si不参与氧化反应，在电解槽底部可生成含Cu的阳极泥，C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，而阴极只有铝离子得电子生成铝单质，根据得失电子守恒及元素守恒可知，阳极与阴极的质量变化不相等，D错误。
3．(2021·广东，16)钴(C)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( )
A．工作时，Ⅰ室和Ⅱ室溶液的pH均增大
B．生成1 ml C，Ⅰ室溶液质量理论上减少16 g
C．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：2C2＋＋2H2Oeq \(=====,\s\up7(电解))2C＋O2↑＋4H＋
答案 D
解析 由装置图可知，水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，故A错误；阴极生成1 ml钴，阳极有1 ml水放电，则Ⅰ室溶液质量减少18 g，故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，故C错误；电解总反应的离子方程式为2C2＋＋2H2Oeq \(=====,\s\up7(电解))2C＋O2↑＋4H＋，故D正确。
4．(2022·浙江6月选考，21)通过电解废旧锂电池中的LiMn2O4可获得难溶性的Li2CO3和MnO2，电解示意图如下(其中滤布的作用是阻挡固体颗粒，但离子可自由通过。电解过程中溶液的体积变化忽略不计)。下列说法不正确的是( )
A．电极A为阴极，发生还原反应
B．电极B的电极反应：2H2O＋Mn2＋－2e－===MnO2＋4H＋
C．电解一段时间后溶液中Mn2＋浓度保持不变
D．电解结束，可通过调节pH除去Mn2＋，再加入Na2CO3溶液以获得Li2CO3
答案 C
解析 由电解示意图可知，电极B上Mn2＋转化为MnO2，锰元素化合价升高，失电子，则电极B为阳极，电极A为阴极，得电子，发生还原反应，A正确；由电解示意图可知，电极B上Mn2＋失电子转化为MnO2，电极反应式为2H2O＋Mn2＋－2e－===MnO2＋4H＋，B正确；电极A为阴极，LiMn2O4得电子，电极反应式为2LiMn2O4＋6e－＋16H＋===2Li＋＋4Mn2＋＋8H2O，依据得失电子守恒，电解池总反应为2LiMn2O4＋4H＋===2Li＋＋Mn2＋＋3MnO2＋2H2O，反应生成了Mn2＋，Mn2＋浓度增大，C错误；电解池总反应为2LiMn2O4＋4H＋===2Li＋＋Mn2＋＋3MnO2＋2H2O，电解结束后，可通过调节溶液pH将锰离子转化为沉淀除去，然后再加入碳酸钠溶液，从而获得碳酸锂，D正确。
5．(2022·海南，9)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．在b电极上，N2被还原
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．电解过程中，固体氧化物电解质中O2－不断减少
答案 A
解析 由装置示意图可知，b电极上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，电极反应式为N2＋3H2O＋6e－===2NH3＋3O2－，a为阳极，电极反应式为2O2－－4e－===O2，据此分析解答。由分析可得，在b电极上，N2被还原，A正确；a为阳极，若金属Ag作a的电极材料，则金属Ag优先失去电子，B错误；改变工作电源的电压，导致电流大小改变，反应速率也会改变，C错误；电解过程中，阴极电极反应式为2N2＋6H2O＋12e－===4NH3＋6O2－，阳极电极反应式为6O2－－12e－===3O2，因此固体氧化物电解质中O2－不会减少，D错误。
6．(2021·全国甲卷，13)乙醛酸是一种重要的化工中间体，可采用如图所示的电化学装置合成。图中的双极膜中间层中的H2O解离为H＋和OH－，并在直流电场作用下分别向两极迁移。下列说法正确的是( )
A．KBr在上述电化学合成过程中只起电解质的作用
B．阳极上的反应式为：＋2H＋＋2e－―→＋H2O
C．制得2 ml乙醛酸，理论上外电路中迁移了1 ml电子
D．双极膜中间层中的H＋在外电场作用下向铅电极方向迁移
答案 D
解析 KBr在上述电化学合成过程中除作电解质外，同时还是电解过程中阳极的反应物，生成的Br2为乙二醛制备乙醛酸的中间产物，故A错误；阳极上Br－失去电子生成Br2，Br2将乙二醛氧化为乙醛酸，故B错误；电解过程中阴、阳极均生成乙醛酸，1 ml乙二酸生成1 ml乙醛酸转移的电子为2 ml，1 ml乙二醛生成1 ml乙醛酸转移电子为2 ml，根据转移电子守恒可知制得2 ml乙醛酸时，理论上外电路中迁移了2 ml电子，故C错误；由上述分析可知，双极膜中间层的H＋在外电场作用下移向阴极，即H＋移向铅电极，故D正确。
7．[2021·湖南，16Ⅱ(4)(5)]氨气中氢含量高，是一种优良的小分子储氢载体，且安全、易储运，可通过下面两种方法由氨气得到氢气。
方法Ⅱ.氨电解法制氢气
利用电解原理，将氨转化为高纯氢气，其装置如图所示。
(4)电解过程中OH－的移动方向为____________(填“从左往右”或“从右往左”)。
(5)阳极的电极反应式为_____________________________________________________。
答案 (4)从右往左 (5)2NH3－6e－＋6OH－===N2＋6H2O
解析 (4)由图可知，通NH3的一极氮元素化合价升高，发生氧化反应，为电解池的阳极，则另一电极为阴极，电解过程中OH－移向阳极，则从右往左移动。
(5)阳极NH3失电子发生氧化反应生成N2，结合碱性条件，电极反应式为2NH3－6e－＋6OH－===N2＋6H2O。
8．[2021·山东，17(4)]利用膜电解技术(装置如图所示)，以Na2CrO4为主要原料制备Na2Cr2O7的总反应方程式为：4Na2CrO4＋4H2Oeq \(=====,\s\up7(电解))2Na2Cr2O7＋4NaOH＋2H2↑＋O2↑。则Na2Cr2O7在____(填“阴”或“阳”)极室制得，电解时通过膜的离子主要为______________________
__________________________________________________。
答案 阳 CrOeq \\al(2－,4)
解析 由4Na2CrO4＋4H2Oeq \(=====,\s\up7(电解))2Na2Cr2O7＋4NaOH＋2H2↑＋O2↑可知，电解过程中实质是电解水，阳极上OH－失去电子生成H2O和O2，阴极上H＋得到电子生成H2，由2CrOeq \\al(2－,4)＋H2OCr2Oeq \\al(2－,7)＋2OH－可知，Cr2Oeq \\al(2－,7)在c(OH－)减小的电极室中制得，即Na2Cr2O7在阳极室产生；电解过程中，阳极室中c(OH－)减小，CrOeq \\al(2－,4)水解平衡正向移动，c(CrOeq \\al(2－,4))减小，c(Cr2Oeq \\al(2－,7))增大，为提高制备Na2Cr2O7的效率，CrOeq \\al(2－,4)通过离子交换膜移向阳极。
1．(2022·太原市高三下学期模拟)我国科学家开发出一种双极制氢系统，在低电池电压下的KOH介质中，可将醛类物质电催化转化为相应的羧酸盐和氢气，其工作原理如图所示。下列说法不正确的是( )
A．泡沫铜与直流电源的正极相连
B．制得1 ml氢气，理论上外电路中迁移了2 ml电子
C．高电压下不能实现双极制氢的原因可能是Cu被氧化从而使催化剂失活
D．泡沫铜电极上发生的反应可能为2R—CHO＋4OH－－2e－===2R—COO－＋H2↑＋2H2O
答案 B
解析 泡沫铜上醛基转化为羧基，发生氧化反应，所以泡沫铜为阳极，与直流电源的正极相连，A正确；阳极反应为2R—CHO＋4OH－－2e－===2R—COO－＋H2↑＋2H2O，阴极反应为2H2O＋2e－===2OH－＋ H2↑，制得1 ml氢气，则阳极、阴极各产生0.5 ml氢气，转移1 ml电子，B错误、D正确；铜为金属，作为阳极，若电压过高，Cu会被氧化，使催化剂失活，C正确。
2．(2022·山东省烟台市、德州市高三一模)电解法处理含有Cl－、NOeq \\al(－,3)的酸性废水，其工作原理及电极b中铁的化合物的催化机理如图所示，H表示氢原子。下列说法错误的是( )
A．电极b接电源负极
B．处理1 ml NOeq \\al(－,3)，电路中转移5 ml e－
C．HClO在阳极生成：Cl－＋H2O－2e－===HClO＋H＋
D．H＋与NOeq \\al(－,3)反应的电极反应式为10H＋＋NOeq \\al(－,3)＋8e－===NHeq \\al(＋,4)＋3H2O
答案 B
解析 由图知，电极b上硝酸根离子转变为铵根离子，被还原，则电极b为阴极，接电源负极，A正确；硝酸根离子转变为铵根离子，N元素化合价从＋5价降低到－3价，则处理1 ml NOeq \\al(－,3)，电路中转移8 ml e－，B不正确；阳极氯离子失去电子被氧化，生成HClO：Cl－＋H2O－2e－===HClO＋H＋，C正确；电极b上硝酸根离子转变为铵根离子，H＋与NOeq \\al(－,3)反应的电极反应式为10H＋＋NOeq \\al(－,3)＋8e－===NHeq \\al(＋,4)＋3H2O，D正确。
3．(2022·郑州市高三第二次质量预测)钛铁合金具有优异的性能，在航天和生物医学等领域有广泛的应用。下图是以二氧化钛、氧化亚铁混合粉末压制的块体和石墨坩埚分别做电极材料，以CaCl2熔盐为离子导体(不参与电极反应)制备钛铁合金的电解装置示意图。下列相关说法正确的是( )
A．石墨坩埚连接直流电源的负极
B．通入Ar气主要是为了保护石墨坩埚不被氧化
C．TiO2发生的电极反应为TiO2－4e－===Ti＋2O2－
D．每生成16.0 g TiFe2时，流出气体在标准状况下的体积大于4.48 L
答案 D
解析 该装置的目的是制备钛铁合金，所以Fe2＋、Ti4＋发生还原反应，所以以二氧化钛、氧化亚铁混合粉末压制的块体应为阴极，连接电源的负极，A错误；Ti、Fe性质活泼，容易被生成的氧气氧化，所以通入Ar气主要是为了保护钛铁合金不被氧化，B错误；TiO2得电子发生还原反应，电极反应应为TiO2＋4e－===Ti＋2O2－，C错误；16.0 g TiFe2，即eq \f(16 g,160 g·ml－1)＝0.1 ml，需生成0.1 ml Ti、0.2 ml Fe，根据电极反应TiO2＋4e－===Ti＋2O2－、FeO＋2e－===Fe＋O2－可知，共转移0.8 ml电子，O2－在阳极被还原，电极反应为2O2－－4e－===O2↑，所以生成0.2 ml氧气，标况下体积为0.2 ml×22.4 L·ml－1＝4.48 L，但同时流出的气体还有Ar，所以流出气体在标准状况下的体积大于4.48 L，D正确。
4．电渗析法淡化海水装置示意图如图，电解槽中阴离子交换膜和阳离子交换膜相间排列，将电解槽分隔成多个独立的间隔室，海水充满在各个间隔室中。通电后，一个间隔室的海水被淡化，而其相邻间隔室的海水被浓缩，从而实现了淡水和浓缩海水分离。下列说法正确的是( )
A．离子交换膜b为阳离子交换膜
B．各间隔室的排出液中，①③⑤⑦为淡水
C．通电时，电极1附近溶液的pH比电极2附近溶液的pH变化明显
D．淡化过程中，得到的浓缩海水没有任何使用价值
答案 B
解析 A项，由图分析可知，电极1为电解池的阳极，氯离子放电生成氯气，电极反应为2Cl－－2e－===Cl2↑，电极2为阴极，溶液中氢离子得到电子生成氢气，电极反应为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，离子交换膜a是阳离子交换膜，离子交换膜b是阴离子交换膜，错误；B项，结合阴、阳离子的移向可知，各间隔室的排出液中，①③⑤⑦为淡水，正确；C项，通电时，阳极电极反应式：2Cl－－2e－===Cl2↑，阴极电极反应式：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，电极2附近溶液的pH比电极1附近溶液的pH变化明显，错误；D项，淡化过程中，得到的浓缩海水可以提取氯化钠、镁、溴等，有使用价值，错误。
专题强化练
1．(2022·湖北省八市高三3月联考)熔融钠-硫电池以钠和硫分别作电池两极的活性物质，以固态β-Al2O3陶瓷作隔膜和电解质。如图用铅酸蓄电池给熔融钠-硫电池充电，已知铅酸蓄电池工作时的反应为Pb＋PbO2＋2H2SO4===2PbSO4＋2H2O。下列说法错误的是( )
A．铅酸蓄电池工作时，b极附近溶液pH变大
B．熔融钠-硫电池的反应是Na2Sxeq \(,\s\up7(充电),\s\d5(放电))2Na＋xS
C．充电时，Na＋通过β-Al2O3向熔融钠的方向移动
D．充电时，每转移1 ml e－，生成16 g硫
答案 D
解析 熔融钠-硫电池中钠比较活泼为负极、硫为正极；由图可知，b连接熔融钠-硫电池的右侧，则b为铅酸蓄电池的正极，工作时b极反应为PbO2＋4H＋＋SOeq \\al(2－,4)＋2e－===PbSO4＋2H2O，反应消耗氢离子，附近溶液pH变大，A正确；熔融钠-硫电池放电时钠失去电子生成钠离子，充电时钠离子得到电子生成钠，反应是Na2Sxeq \(,\s\up7(充电),\s\d5(放电))2Na＋xS，B正确；充电时，阳离子向阴极移动，故Na＋通过β-Al2O3向熔融钠的方向移动，C正确；充电时，阳极反应为Na2Sx－2e－===2Na＋＋xS，则每转移1 ml e－，生成16x g硫，D错误。
2．(2022·晋中市高三下学期3月第一次模拟)沉积物微生物燃料电池(SMFC)可以将沉积物中的化学能直接转化为电能，同时加速沉积物中污染物的去除，用SMFC处理含硫废水的工作原理如图所示，酸性增强不利于菌落存活。下列说法错误的是( )
A．碳棒b电势比碳棒a电势低
B．碳棒a附近酸性增强
C．碳棒b存在电极反应：S－6e－＋4H2O===SOeq \\al(2－,4)＋8H＋
D．工作一段时间后，电池效率降低
答案 B
解析 光合菌产生的O2得电子结合H＋生成H2O，碳棒a为正极，FeSx在硫氧化菌的作用下被氧化为S，S在硫氧化菌的作用下被氧化为硫酸根离子，碳棒b为负极，正极的电势高于负极，A正确；a为正极，电极反应为O2＋4e－＋4H＋===2H2O，酸性减弱，B错误；根据图示，碳棒b存在电极反应：S－6e－＋4H2O===SOeq \\al(2－,4)＋8H＋，C正确；酸性增强不利于菌落存活，负极失电子发生的氧化反应会减慢，故工作一段时间后，电池效率降低，D正确。
3．(2022·河南省信阳市高三第二次质量检测)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LiCO2薄膜；集流体起导电作用。下列说法不正确的是( )
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a ml电子时，LiPON薄膜电解质损失a ml Li＋
C．放电时，电极B为正极，反应可表示为Li1－xCO2＋xLi＋＋xe－===LiCO2
D．电池总反应可表示为LixSi＋Li1－xCO2eq \(,\s\up7(放电),\s\d5(充电))Si＋LiCO2
答案 B
解析 由图可知，集流体A与电极A相连，充电时电极A作阴极，故充电时集流体A与外接电源的负极相连，A正确；放电时，外电路通过a ml电子时，内电路中有a ml Li＋通过LiPON薄膜电解质从负极迁移到正极，但是LiPON薄膜电解质没有损失Li＋，B不正确；放电时，电极B为正极，发生还原反应，反应可表示为Li1－xCO2＋xLi＋＋xe－===LiCO2，C正确；电池放电时，嵌入在非晶硅薄膜中的锂失去电子变成Li＋，正极上Li1－xCO2得到电子和Li＋变为LiCO2，故电池总反应可表示为LixSi＋Li1－xCO2eq \(,\s\up7(放电),\s\d5(充电))Si＋LiCO2，D正确。
4．(2022·安徽省江南十校高三下学期一模联考)我国某公司开发的“刀片电池”外观上类似普通干电池，但内部结构看上去像一堆排列整齐的裁纸刀，每一个刀片里又被分成很多个容纳腔，每个容纳腔里都包含一个电芯，整个刀片是由多个极芯串联而成的模组。该电池本质上还是磷酸铁锂电池，电池的总反应方程式为LiM1－xFexPO4＋6Ceq \(,\s\up7(充电),\s\d5(放电))M1－xFexPO4＋LiC6，其装置工作原理如图所示。下列说法错误的是( )
A．该电池工作时，负极的电极反应式为LiM1－x FexPO4－e－===M1－xFexPO4＋Li＋
B．该电池中的聚合物隔膜是阳离子交换膜，在充电时，阳离子由左向右移动
C．该电池充电时阴极的电极反应式为Li＋＋6C＋e－===LiC6
D．刀片电池可以搭载在新能源汽车上，作为动力来源
答案 A
解析 根据电池装置图知，该电池工作时，石墨为负极，电极反应式为LiC6－e－===Li＋＋6C，磷酸铁锂为正极，电极反应式为M1－xFexPO4＋e－＋Li＋===LiM1－xFexPO4，充电时，阴极、阳极反应式与负极、正极反应式正好相反，据此分析解题。充电时，石墨电极与电源负极相连，作为阴极，电极反应为Li＋＋6C＋e－===LiC6，需结合Li＋，阳极电极反应为LiM1－xFexPO4－e－===M1－xFexPO4＋Li＋，释放出Li＋，该电池中的聚合物隔膜是阳离子交换膜，在充电时，阳离子由阳极移向阴极即由左向右移动，B、C正确；由题干信息可知，刀片电池是一种新型的可充电电池，故可以搭载在新能源汽车上，作为动力来源，D正确。
5．(2022·辽宁省丹东市高三总复习质量测试)下图是Zn-空气二次电池(锌和铝的某些性质相似)，电池内聚丙烯酸钠吸收了KOH溶液形成导电凝胶。下列说法错误的是( )
A．放电时，K＋向Pt/C－RuO2电极移动
B．放电时，锌电极发生反应为Zn－2e－＋4OH－===ZnOeq \\al(2－,2)＋2H2O
C．充电时，阳极附近pH减小
D．充电时，导线中每通过4 ml电子，阴极产生22.4 L(标况下)O2
答案 D
解析 放电时Zn极为负极，Pt/C－RuO2电极为正极，所以K＋向Pt/C－RuO2电极移动，A正确；放电时，锌电极发生失电子的氧化反应，其电极反应式为Zn－2e－＋4OH－===ZnOeq \\al(2－,2)＋2H2O，B正确；充电时，阳极区的电极反应式为4OH－－4e－===O2↑＋2H2O，消耗氢氧根离子同时生成水，所以阳极附近pH减小，C正确；充电时，导线中每通过4 ml电子，阳极产生氧气的物质的量为1 ml，所以标况下其体积为1 ml×22.4 L·ml－1＝22.4 L，D错误。
6．(2022·湖南省部分学校高三3月调研)《Science》杂志报道了王浩天教授团队发明的制取H2O2的绿色方法，原理如图所示(已知：H2O2H＋＋HOeq \\al(－,2)，Ka＝2.4×10－12)。下列说法正确的是( )
A．X膜为阴离子交换膜
B．每生成1 ml H2O2，外电路通过4 ml e－
C．催化剂可加快单位时间内反应中电子的转移数目
D．a极上发生还原反应
答案 C
解析 由图可知，通入氢气的a极为原电池的负极，氢气在负极失去电子发生氧化反应生成氢离子，氢离子通过阳离子交换膜进入中间室，通入氧气的b极为正极，氧气在正极得到电子发生还原反应生成HOeq \\al(－,2)和氢氧根离子，HOeq \\al(－,2)和氢氧根离子通过阴离子交换膜进入中间室，中间室中HOeq \\al(－,2)和氢氧根离子与氢离子反应，最终生成过氧化氢，故A、D错误；反应总方程式为H2＋O2===H2O2，由方程式可知，生成1 ml过氧化氢，外电路通过2 ml电子，故B错误；催化剂能降低反应的活化能，加快反应速率，使单位时间内反应中电子转移的数目加快，故C正确。
7．(2022·许昌市高中毕业班下学期阶段性测试)高电压水系锌-有机混合液流电池的装置如图所示。下列说法错误的是( )
A．充电时，中性电解质NaCl的浓度增大
B．放电时，负极反应式为Zn－2e－＋4OH－===Zn(OH)eq \\al(2－,4)
C．充电时，1 ml FQH2转化为FQ转移2 ml电子
D．放电时，正极区溶液的pH增大
答案 A
解析 根据题意，充电时，FQH2生成FQ，被氧化，所以充电时右侧为阳极，左侧为阴极，Zn(OH)eq \\al(2－,4)被还原为Zn；则放电时左侧为负极，Zn被氧化为Zn(OH)eq \\al(2－,4)，右侧为正极，FQ被还原为FQH2。充电时，左侧阴极的电极反应为Zn(OH)eq \\al(2－,4)＋2e－===Zn＋4OH－，阴离子增多，为平衡电荷，中性电解质中的Na＋经阳膜迁移至左侧，Cl－经阴膜迁移至右侧，NaCl的浓度减小，A错误；放电时，左侧为负极，Zn被氧化为Zn(OH)eq \\al(2－,4)，电极反应为Zn－2e－＋4OH－===Zn(OH)eq \\al(2－,4)，B正确；充电时，右侧FQH2被氧化为FQ，电极反应为FQH2－2e－===FQ＋2H＋，所以1 ml FQH2转化为FQ转移2 ml电子，C正确；放电时右侧为正极，电极反应为FQ＋2H＋＋2e－===FQH2，氢离子被消耗，pH增大，D正确。
8．(2022·唐山市高三下学期第一次模拟)钠离子电池比锂离子电池更稳定，造价更低，可实现5～10 min内快速充电，电池结构如图。总反应为NaC6＋Na1－xMO2eq \(,\s\up7(放电),\s\d5(充电))NaMO2＋Na1－xC6(0≤x≤0.55，M为过渡金属)，下列叙述正确的是( )
A．单位质量的负极材料，钠离子电池比锂离子电池可以提供更多的电量
B．放电时，Na＋从石墨烯纳米片中脱嵌，经电解质嵌入过渡金属氧化物
C．充电时，阴极上发生的电极反应为Na1－xMO2＋xe－＋xNa＋===NaMO2(0≤x≤0.55)
D．充电时，外电路中每转移0.2 ml e－，理论上石墨烯纳米片将增重2.3 g
答案 B
解析 由图可知，放电时，石墨烯纳米片为负极，NaC6在负极失去电子发生氧化反应生成钠离子和Na1－xC6，电极反应式为NaC6－xe－===Na1－xC6＋xNa＋(0≤x≤0.55)，过渡金属氧化物为正极，在钠离子作用下，Na1－xMO2在正极得到电子发生还原反应生成NaMO2，电极反应式为Na1－xMO2＋xe－＋xNa＋===NaMO2(0≤x≤0.55)，充电时，石墨烯纳米片与直流电源负极相连，做电解池的阴极，过渡金属氧化物与直流电源正极相连，做电解池的阳极。金属钠的摩尔质量大于金属锂，单位质量的钠失去电子的物质的量小于金属锂，则钠离子电池提供的电量少于锂离子电池，故A错误；放电时，钠离子从石墨烯纳米片中脱嵌，经电解质嵌入过渡金属氧化物，故B正确；充电时，石墨烯纳米片做电解池的阴极，Na1－xC6在钠离子作用下得到电子发生还原反应生成NaC6，电极反应式为Na1－xC6＋xNa＋＋xe－===NaC6，由电极反应式可知，外电路中每转移0.2 ml e－，理论上石墨烯纳米片将增重0.2 ml×23 g·ml－1＝4.6 g，故C、D错误。
9．(2022·泰安市高三下学期一模)氨气中氢含量高，是一种优良的小分子储氢载体。利用太阳能电池电解NH3得到高纯H2的装置如图所示。下列说法正确的是( )
A．该装置工作时，只发生两种形式能量的转化
B．电解过程中OH－由b极区向a极区迁移
C．电解时b极区溶液中n(KOH)减少
D．电解过程中1 ml NH3参与反应，得到3×6.02×1023个电子
答案 B
解析 该装置中有：太阳能转化为电能，电能转化为化学能，有3种能量的转化，A错误；a极，NH3转化为N2，N元素的化合价升高，失去电子，则电极a为阳极，OH－移向阳极，B正确；b极为阴极，电极反应式为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，每当有2 ml e－转移时，会有2 ml OH－通过阴离子交换膜进入a极，b极区溶液中n(KOH)不变，C错误；1 ml NH3转化为N2时，失去3 ml e－，D错误。
10．(2022·抚顺市普通高中高三下学期一模)利用膜技术原理和电化学原理制备少量硫酸和绿色硝化剂N2O5，装置如图所示，下列说法正确的是( )
A．电极a和电极d上都发生氧化反应
B．电极c上的电极反应式为N2O4－2e－＋H2O===N2O5＋2H＋
C．乙装置电极d附近溶液的pH增大
D．电路中每转移2 ml e－，甲池质子膜右侧溶液质量变化为18 g
答案 D
解析 由图可知，甲池为原电池，电极a为负极，在水分子作用下，二氧化硫在负极失去电子发生氧化反应生成硫酸，电极反应式为SO2－2e－＋2H2O===SOeq \\al(2－,4)＋4H＋，电极b为正极，酸性条件下，氧气在正极得到电子发生还原反应生成水，电极反应式为O2＋4e－＋4H＋===2H2O；乙池为电解池，与正极相连的电极c为电解池的阳极，在无水硝酸作用下，四氧化二氮在阳极失去电子发生氧化反应生成五氧化二氮和氢离子，电极反应式为N2O4－2e－＋2HNO3===2N2O5＋2H＋，电极d为阴极，氢离子在阴极得到电子发生还原反应生成氢气，电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑，阳极区的氢离子通过隔膜进入阴极区，电极d附近溶液的pH不变，故A、B、C错误；电极b为正极，电极反应式为O2＋4e－＋4H＋===2H2O，则电路中每转移2 ml e－，甲池质子膜右侧溶液质量变化为2 ml×eq \f(1,2)×18 g·ml－1＝18 g，故D正确。
11．(2022·河北省五校联盟高三下学期模拟)电芬顿技术常用来处理废水中的有害物质苯酚。电芬顿技术是通过化学芬顿技术发展而来的，化学芬顿技术主要向废水中投加Fe2＋和H2O2试剂，两者反应后生成强氧化剂羟基自由基，将废水中的有害有机物氧化成CO2和H2O。下列有关说法错误的是( )
A．a电极为Fe电极，外接电源正极
B．阴极反应为O2＋2e－===Oeq \\al(2－,2)
C．消耗标准状况下11.2 L O2，生成1 ml·OH
D．处理苯酚的反应为28HO·＋―→6CO2↑＋17H2O
答案 C
解析 电芬顿技术采用Fe作阳极，Fe失电子生成的亚铁离子与过氧化氢反应生成羟基自由基，A正确；阴极氧气得电子生成过氧根离子，在酸性条件下反应生成过氧化氢，B正确；酸性条件下，三价铁离子与过氧化氢反应生成羟基自由基的反应为H2O2＋Fe2＋＋H＋===Fe3＋＋·OH＋H2O,11.2 L O2在标况下为0.5 ml，O2～H2O2～·OH，0.5 ml O2生成0.5 ml·OH，C错误；根据元素守恒可以得出羟基自由基做强氧化剂处理苯酚的反应为28HO·＋―→6CO2↑＋17H2O，D正确。
12．为实现“双碳”目标，我国科学家研发了一种水系可逆Zn-CO2电池，电池工作时，复合膜(由a、b膜复合而成)层间的H2O解离成H＋和OH－，在外加电场作用下可透过相应的离子膜定向移动。当闭合K1时，Zn-CO2电池工作原理如图所示。下列说法不正确的是( )
A．闭合K1时，OH－通过b膜向Zn电极方向移动
B．闭合K1时，Zn表面的电极反应式为Zn＋4OH－－2e－===Zn(OH)eq \\al(2－,4)
C．闭合K2时，Zn电极与直流电源正极相连
D．闭合K2时，在Pd电极上有2.24 L CO2(标况下)生成，则析出Zn 6.5 g
答案 C
解析 闭合K1时，该装置为原电池，Zn电极为负极，Pd电极为正极，OH－通过b膜移向Zn电极，故A正确；闭合K1时，该装置为原电池，Zn发生失电子的氧化反应生成Zn(OH)eq \\al(2－,4)，电极反应式为Zn＋4OH－－2e－===Zn(OH)eq \\al(2－,4)，故B正确；闭合K1时，Zn-CO2电池中Zn电极为负极，Pd电极为正极，闭合K2时，该装置为电解池，Zn电极为阴极，与直流电源负极相连，故C错误；闭合K2时，该装置为电解池，Pd电极为阳极，阳极上HCOOH发生失电子的氧化反应生成CO2，Zn电极为阴极，阴极上析出锌，利用得失电子守恒可知，2e－～CO2～Zn，即有2.24 L CO2(标况下)生成，则析出Zn 6.5 g，故D正确。电解类型
电解质实例
溶液复原物质
电解水
NaOH、H2SO4
或Na2SO4
水
电解电解质
HCl或CuCl2
原电解质
放氢生碱型
NaCl
HCl气体
放氧生酸型
CuSO4或AgNO3
CuO或Ag2O
相关试卷
专题复习 高考化学 考点33 原电池的工作原理及应用 讲义： 这是一份专题复习 高考化学 考点33 原电池的工作原理及应用 讲义，共19页。试卷主要包含了原电池，原电池原理的应用等内容，欢迎下载使用。
统考版2024届高考化学二轮专项分层特训卷练13新型电池电解池的工作原理及应用（附解析）： 这是一份统考版2024届高考化学二轮专项分层特训卷练13新型电池电解池的工作原理及应用（附解析），共7页。试卷主要包含了25mlO2，在标况下体积为5等内容，欢迎下载使用。
新高考化学二轮复习重难点11 新型电池和电解原理的应用（含解析）： 这是一份新高考化学二轮复习重难点11 新型电池和电解原理的应用（含解析），共15页。
