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【新高考】2023年高考化学二轮题型精讲精练——专题16 新型电化学装置分析
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专题16 新型电化学装置分析
目录
一、热点题型归纳………………………………………………………………………………………………………1
【题型一】新型一次电池分析…………………………………………………………………………………………1
【题型二】新型二次电池分析…………………………………………………………………………………………3
【题型三】新型燃料电池分析…………………………………………………………………………………………5
【题型四】新型电解池分析……………………………………………………………………………………………7
【题型五】隔膜式电化学装置分析……………………………………………………………………………………11
【题型六】金属腐蚀装置分析…………………………………………………………………………………………14
【题型七】金属防护装置分析…………………………………………………………………………………………15
【题型八】电化学的有关计算…………………………………………………………………………………………17
二、最新模考题组练……………………………………………………………………………………………………18
【题型一】新型一次电池分析
【典例分析】
【典例1】（2022·湖南省等级考）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
【解析】选C。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；M极上Li失去电子发生氧化反应，则M电极为负极，电极反应为Li－e－Li+，则N为正极，电极反应为2H2O+2e－2OH－+H2↑，故B正确；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，但不能传导离子，故C错误；该电池不可充电，属于一次电池，故D正确。
【提分秘籍】
1．电极反应
（1）反应要求：自发、氧化还原反应和放热反应
（2）根据化合价升降判断反应类型和电极类型
正极发生价降低的还原反应，负极发生价升高的氧化反应
2．电子流向：负极正极（电子不能在溶液中流动）
3．电流流向：正极负极正极
4．离子流向：离子只能在溶液中流动，不能在导线上流动
（1）原电池：阳离子→正极；阴离子→负极
（2）盐桥中：阳离子→正极；阴离子→负极
5．电解质溶液的选择
（1）碱金属电极：不选择水溶液及醇类，一般选择有机电解质或固体电解质
（2）盐桥式原电池：负极材料和与其反应的电解质在不同的容器中
6．电化学中溶液pH的变化
（1）电极pH变化
①看该电极反应是消耗还是产生H+或OH－
②若H+或OH－无变化，看该电极是消耗还是产生水
（2）溶液pH变化
①看总反应是消耗还是产生H+或OH－
②若H+或OH－无变化，看总反应是消耗还是产生水
7．判断电极方程式是否正确
（1）看电极反应是氧化反应还是还原反应
（2）看得反应是得电子还是失电子
（3）看产物能否与溶液反应
①酸性溶液：方程式中不能出现OH－
②碱性溶液：方程式中不能出现H+
③看电极产物能否和环境中的其他物质反应
CH4
酸性
碱性
CO32－
O2－
氧化产物
CO2
CO32－
HCO3－
CO32－
O2
酸性
碱性
中性
CO2
还原产物
H2O
OH－
OH－
CO32－
（4）看物质拆分是否正确
①强酸、强碱、可溶性盐溶液可拆
②非溶液和熔融状态下进行的反应不能写成离子方程式形式
③原子团不能拆分
（5）看有无隐含的酸碱性
①酸性溶液：产物是NH4+、Fe3+、Cu2+等弱阳离子
②碱性溶液：有金属氧化物、氢氧化物参与的反应
【变式演练】
1．（2021·广东选择考）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（ ）。
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】选B。在原电池的负极上Na失去电子生成Na+，发生氧化反应，故A错误；正极发生还原反应，则正极上CO2得到电子生成C，故B正确；在原电池中，阳离子由负极移向正极，故C错误；原电池是把化学能转化为电能的装置，故D错误。
2．（绍兴市2022学年第一学期选考模拟考试）Ag催化刻蚀Si晶片的反应原理示意图如下，刻蚀溶液有一定浓度的HF和H2O2混合而成，刻蚀时间为2~16min，由Ag薄膜覆盖的硅晶片部分逐渐被刻蚀掉，剩余部分就形成了硅纳米线。下列说法不正确的是（ ）。
A．Ag薄膜附近随着反应的进行，pH逐渐减小
B．Si极发生的反应为Si+2H2OSiO2+4H++4e－，SiO2+6HFH2SiF6+2H2O
C．该刻蚀的总反应可表示为SiO2+6HF+2H2O2H2SiF6+4H2O
D．该刻蚀过程的是由微小的Si、Ag、HF和H2O2的原电池组成
【解析】选A。该刻蚀过程Si、Ag、HF和H2O2构成原电池，D选项正确；Ag薄膜构成原电池的正极，发生的反应为：2H2O2+4H++4e－4H2O，反应过程中c（H+）减小，溶液的pH逐渐增大，A选项错误；Si极构成原电池的负极，发生的反应为：Si+2H2OSiO2+4H++4e－，SiO2+6HFH2SiF6↑+2H2O（或Si+6HFH2SiF6+4H++4e－），B选项正确；将正负两极反应相加消去电子即得总反应方程式为：SiO2+6HF+2H2O2H2SiF6+4H2O，C选项正确。
3．（2022·昆明一模）利用铜和石墨作电极，在盐酸介质中，铜与氢叠氮酸（HN3）构成原电池，总反应方程式为2Cu+2Cl－+HN3+3H+2CuCl（s）+N2↑+NH4+。下列判断正确的是（ ）。
A．电子从石墨电极流向铜电极
B．溶液中Cl－向石墨电极移动
C．每转移1mol电子，负极减重64 g
D．正极反应式为HN3+2e－+3H+N2↑+NH4+
【解析】选D。该装置为原电池，铜为负极，石墨为正极，电子从铜电极流向石墨电极，故A错误；溶液中Cl－向铜电极移动，故B错误；负极为铜电极，负极的电极反应式为Cu+Cl－－e－CuCl（s），负极生成了CuCl（s），质量增重了，故C错误；总反应方程式为2Cu+2Cl－+HN3+3H+2CuCl（s）+N2↑+NH4+，负极的电极反应式为2Cu+2Cl－－2e－2CuCl（s），用总反应式减去负极反应式得到正极反应式为HN3+2e－+3H+N2↑+NH4+，故D正确。
【题型二】新型二次电池分析
【典例分析】
【典例2】（2022·广东省等级考）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+2e－+2Na+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1molCl2，电极a质量理论上增加23g
【解析】选C。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；放电时电极反应和充电时相反，则由放电时电极a的反应为Na3Ti2（PO4）3－2e－NaTi2（PO4）3+2Na+可知，NaCl溶液的pH不变，故B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，故C正确；充电时阳极反应为2Cl－－2e－Cl2↑，阴极反应为NaTi2（PO4）3+2e－+2Na+Na3Ti2（PO4）3，由得失电子守恒可知，每生成1molCl2，电极a质量理论上增加23g/mol2mol＝46g，故D错误。
【提分秘籍】
1．可充电电池的特点
（1）放电时为原电池，电极属性为正负极
（2）充电时为电解池，电极属性为阴阳极
（3）阳极连正极，电极反应式相反，充电时变成阳极
（4）阴极连负极，电极反应式相反，充电时变成阴极
（5）充电时，电池上“－”极应接电源的负极
2．铅蓄电池：Pb+PbO2+2H2SO42PbSO4+2H2O
（1）a极：正极，电极反应式为：PbO2+2e－+4H++SO42－PbSO4+2H2O，充电时，变成阳极
（2）b极：负极，电极反应式为：Pb－2e－+SO42－PbSO4，充电时，变成阴极
（3）c极：阴极，电极反应式为：PbSO4+2e－Pb+SO42－，放电时，变成负极
（4）d极：阳极，电极反应式为：PbSO4+2H2OPbO2+SO42－+4H++2e－，放电时，变成正极
【变式演练】
1．（2020·天津等级考）熔融钠－硫电池性能优良，是具有应用前景的储能电池。如图中的电池反应为2Na+xSNa2Sx（x＝5~3，难溶于熔融硫）。下列说法错误的是（ ）。
A．Na2S4的电子式为Na+］2－Na+
B．放电时正极反应为xS+2Na++2e－Na2Sx
C．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】选C。Na2S4为离子化合物，构成离子为Na+、S42－，电子式为Na+］2－Na+，A项正确；根据电池总反应，放电时正极上S发生还原反应，且Na+向正极移动参与反应，电极反应为xS+2Na++2e－Na2Sx，B项正确；Na为电池的负极，S为电池的正极，C项错误；根据电池总反应及示意图，可知该电池是以Na－β－Al2O3为隔膜的二次电池，D项正确。
2．（2020·全国Ⅰ卷）科学家近年发明了一种新型Zn－CO2水介质电池。电池示意图如图，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）42−
B．放电时，1mol CO2转化为HCOOH，转移的电子数为2mol
C．充电时，电池总反应为2Zn（OH）42−2Zn+O2↑+4OH－+2H2O
D．充电时，正极溶液中OH−浓度升高
【解析】选D。放电时，负极上Zn发生氧化反应，电极反应式Zn－2e－+4OH－Zn（OH）42−，故A正确；放电时，CO2转化为HCOOH，C元素化合价降低2，则1molCO2转化为HCOOH时，转移电子数为2mol，故B正确；充电时，阳极上H2O转化为O2，负极上Zn（OH）42−转化为Zn，电池总反应为2Zn（OH）42−2Zn+O2↑+4OH－+2H2O，故C正确；充电时，正极即为阳极，电极反应式为2H2O－4e－4H++O2↑，溶液中H+浓度增大，溶液中c（H+）·c（OH－）＝KW，温度不变时，KW不变，因此溶液中OH－浓度降低，故D错误。
3．（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）ZnO（s）+2Ni（OH）2（s）。下列说法错误的是（ ）。
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】选D。三维多孔海绵状Zn具有较高的表面积，吸附能力强，所沉积的ZnO分散度高，A正确；充电相当于是电解池，阳极发生失去电子的氧化反应，根据总反应式可知阳极是Ni（OH）2失去电子转化为NiOOH，电极反应式为Ni（OH）2（s）+OH－（aq）－e－NiOOH（s）+H2O（l），B正确；放电时相当于是原电池，负极发生失去电子的氧化反应，根据总反应式可知负极反应式为Zn（s）+2OH－（aq）－2e－ZnO（s）+H2O（l），C正确；原电池中阳离子向正极移动，阴离子向负极移动，则放电过程中OH－通过隔膜从正极区移向负极区，D错误。
4．（河北省邯郸市2022届高三下学期3月一模）某科研团队研制并设计了一种基于阳离子型活性分子的中性水系有机液流电池，以［Pyr－TEMPO］和［Pyr－PV］Cl4分别作中性水系有机液流电池的正负极材料，已知放电时［Pyr－PV］2+先转化为［Pyr－PV］3+，后转化为［Pyr－PV］4+，电池工作原理如图所示。下列说法错误的是（ ）。
A．放电的过程中，氯离子由b电极向a电极移动
B．放电和充电时的电势均是a电极高于b电极
C．放电时，负极的电极反应式可能为［Pyr－PV］3+－e－［Pyr－PV］4+
D．放电时，b电极为负极；充电时，b电极为阳极
【解析】选AD。因为放电时［Pyr－PV］2+先转化为［Pyr－PV］3+，后转化为［Pyr－PV］4+，过程中发生氧化反应，所以b电极为原电池的负极，则a电极为原电池的正极。在原电池中，阴离子向负极移动，即氯离子由a电极向b电极移动，A选项错误；放电时a为正极，则充电时a为阳极，放电时b为负极，则充电时b为阴极，D选项错误；正极和阳极的电势均高于负极和阴极的电势，放电时为原电池，电势正极（a极）高于负极（b极），充电时是电解池，电势阳极（a极）高于阴极（b极），B选项正确；放电时，［Pyr－PV］2+先转化为［Pyr－PV］3+后转化为［Pyr－PV］4+，则负极反应式为：［Pyr－PV］2+－e－［Pyr－PV］3+、［Pyr－PV］3+－e－［Pyr－PV］4+，C选项正确。
【题型三】新型燃料电池分析
【典例分析】
【典例3】（2021·山东省等级考）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1molO2时，理论上N2H4－O2燃料电池气体产物的体积在标准状况下为11.2L
【解析】选C。碱性环境下，甲醇燃料电池总反应为：2CH3OH+3O2+4KOH2K2CO3+6H2O；N2H4－O2清洁燃料电池总反应为：N2H4+O2N2+2H2O；偏二甲肼［（CH3）2NNH2］中C和N的化合价均为－2价，H元素化合价为+1价，所以根据氧化还原反应原理可推知其燃料电池的总反应为：（CH3）2NNH2+4O2+4KOH2K2CO3+N2+6H2O。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；根据上述分析可知，N2H4－O2清洁燃料电池的产物为氮气和水，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mg，则甲醇、N2H4和（CH3）2NNH2放电量（物质的量表达式）分别是：×6、×4、×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1molO2生成的氮气的物质的量为1mol，在标准状况下为22.4L，D错误。
【提分秘籍】
1．燃料电池
2．燃料电池负极产物
（1）氢气：在酸性条件下变成H+，在碱性条件下变成H2O。
（2）含碳燃料：在酸性条件下变成CO2，在碱性条件下变成CO32－。
（3）含氮燃料：一般变成N2。
【变式演练】
1．（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（ ）。
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NH3
D．电池工作时质子通过交换膜由负极区向正极区移动
【解析】选B。A项，相比现有工业合成氨，该方法选用酶作催化剂，条件温和，同时利用MV+和MV2+的相互转化，化学能转化为电能，故可提供电能，故A正确；B项，左室为负极区而非阴极区，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。
2．（2019·1月浙江学考真题）氢氧燃料电池构造如图所示，其电池反应为：2H2+O22H2O。下列说法不正确的是（ ）。
A．多孔金属a作负极
B．多孔金属b上，O2发生还原反应
C．电池工作时，电解质溶液中OH－移向a极
D．正极的电极反应为：O2+4e－+4H+2H2O
【解析】选D。在氢氧燃料电池中，通入氢气的电极为负极，通入氧气的电极为正极。所以多孔金属a作负极，A选项正确；多孔金属b作正极，正极发生还原反应，B选项正确；原电池工作时，溶液中的阴离子向负极移动，C选项正确；在碱性条件下氧气在正极得到电子变成OH－，电极反应式为2H2O+O2+4e－4OH－，D选项错误。
3．“重油－氧气－熔融碳酸钠”燃料电池装置如图所示。下列说法错误的是（ ）。
A．O2在b极得电子，最终被还原为CO32－
B．放电过程中，电子由电极a经导线流向电极b
C．该电池工作时，CO32－经“交换膜2”移向b极
D．H2参与的电极反应为：H2－2e－+CO32－H2O+ CO2
【解析】选C。在燃料电池中，通入O2的电极为正极，即b极为正极，a极为负极。O2在b极得电子，生成的O2－与CO2反应，最终O2被还原为CO32－，A正确；放电过程中，电子由负极经导线流向正极，即由电极a经导线流向电极b，B正确；该电池工作时，因为b极不断生成CO32－，所以CO32－经“交换膜2”移向左侧，C错误；H2在负极失电子生成H+，与CO32－结合生成水和二氧化碳气体，参与的电极反应为：H2－2e－+CO32－H2O+ CO2，D正确。
4．（2022·湖北天门市高三3月模拟）微生物燃料电池是指在微生物的作用下将化学能转化为电能的装置。某微生物燃料电池的工作原理如下图所示，下列说法正确的是（ ）。
A．电子从b流出，经外电路流向a
B．该电池在高温下进行效率更高
C．HS－在硫氧化菌作用下转化为SO42－的反应是：HS－+4H2O－8e－SO42－+9H+
D．若该电池有0.4mol电子转移，则有0.45molH+通过质子交换膜
【解析】选C。由氢离子的移动方向可知，电极a为微生物燃料电池的负极，在硫氧化菌作用下，硫氢根离子在负极失去电子发生氧化反应生成硫酸根离子，电极反应式为HS－+4H2O－8e－SO42－+9H+，b极为正极，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。由分析可知，电极b是电池的正极，a是负极，则电子从a流出，经外电路流向b，故A错误；微生物的主要成分是蛋白质，若电池在高温下进行，蛋白质会发生变性，微生物的催化能力降低，电池的工作效率降低，故B错误；由分析可知，电极a为微生物燃料电池的负极，在硫氧化菌作用下，硫氢根离子在负极失去电子发生氧化反应生成硫酸根离子，电极反应式为HS－+4H2O－8e－SO42－+9H+，故C正确；由分析可知，正极的电极反应式为O2+4e－+4H+2H2O，则当电池有0.4mol电子转移时，负极区有0.4mol氢离子通过质子交换膜加入正极区，故D错误。
【题型四】新型电解池分析
【典例分析】
【典例4】（2022·浙江6月选考）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的电极发应：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
【解析】选C。由电解示意图可知，电极B上Mn2+转化为了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+失电子转化为了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。
【提分秘籍】
一、电解的原理
1．电极反应：阳极发生价升高的氧化反应，阴极发生价降低的还原反应
2．电子流向：阳极阴极（电子不能在溶液中流动）
3．电流流向：阴极阳极阴极
4．离子流向：阳离子→阴极；阴离子→阳极
5．阴阳两极上放电顺序
（1）阴极（与电极材料无关）：氧化性强的微粒先放电，放电顺序：
（2）阳极（与电极材料有关）：
①若是活性电极作阳极，则活性电极首先失电子，发生氧化反应。
②若是惰性电极作阳极，放电顺序为：
（3）三注意
①阴极不管是什么材料，电极本身都不反应，一定是溶液（或熔融电解质）中的阳离子放电。
②最常用、最重要的放电顺序为阳极：Cl－＞OH－；阴极：Ag+＞Cu2+＞H+。
③电解水溶液时，K+～Al3+不可能在阴极放电。
二、电解的应用
1．用活泼电极电解溶液
（1）电解精炼
①粗金属作阳极，纯金属作阴极，纯金属离子作溶液
②溶液中金属离子：纯金属离子和活泼的金属离子
③阳极泥：不活泼的金属
④电解后原电解质溶液浓度减小
（2）电镀
①镀层金属作阳极，被镀物品作阴极
②镀层金属离子作电解液
③电镀后原电解质溶液浓度不变
2．电冶炼：电解制备K、Ca、Na、Mg、Al等活泼金属
（1）原料
金属
Na
Mg
Al
原料（熔融）
NaCl
MgCl2
Al2O3
（2）炼铝的特殊性
①不用氯化铝的原因：AlCl3是共价化合物，熔融状态下不导电
②冰晶石的作用：降低氧化铝的熔点，节能
③阳极石墨被产生的氧气腐蚀，需定时更换
【变式演练】
1．（2022·广东省等级考）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
【解析】选C。阴极应该发生得电子的还原反应，实际上Mg在阳极失电子生成Mg2+，A错误；Al在阳极上被氧化生成Al3+，B错误；阳极材料中Cu和Si不参与氧化反应，在电解槽底部可形成阳极泥，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，根据电子转移数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。
2．（2022·海南省选择考）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
【解析】选A。由装置可知，b电极的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。由分析可得，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，即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，反应速率会加快，C错误；电解过程中，阴极电极反应式为N2+3H2O+6e－＝2NH3+3O2－，阳极电极反应式为2O2－+4e－＝O2，因此固体氧化物电解质中O2－不会改变，D错误。
3．（2022·北京市等级考）利用下图装置进行铁上电镀铜的实验探究。
装置示意图
序号
电解质溶液
实验现象
①
0.1mol·L－1 CuSO4+少量H2SO4
阴极表面有无色气体，一段时间后阴极表面有红色固体，气体减少。经检验电解液中有Fe2+
②
0.1mol·L－1 CuSO4+过量氨水
阴极表面未观察到气体，一段时间后阴极表面有致密红色固体。经检验电解液中无Fe元素
下列说法不正确的是（ ）。
A．①中气体减少，推测是由于溶液中c（H+）减少，且Cu覆盖铁电极，阻碍H+与铁接触
B．①中检测到Fe2+，推测可能发生反应：Fe+2H+Fe2++H2↑、Fe+Cu2+Fe2++Cu
C．随阴极析出Cu，推测②中溶液c（Cu2+）减少，Cu2++4NH3[Cu（NH3）4]2+平衡逆移
D．②中Cu2+生成[Cu(NH3)4]2+，使得c（Cu2+）比①中溶液的小，Cu缓慢析出，镀层更致密
【解析】选C。由实验现象可知，实验①时，铁做电镀池的阴极，铁会先与溶液中的氢离子、铜离子反应生成亚铁离子、氢气和铜，一段时间后，铜离子在阴极失去电子发生还原反应生成铜；实验②中铜离子与过量氨水反应生成四氨合铜离子，四氨合铜离子在阴极得到电子缓慢发生还原反应生成铜，在铁表面得到比实验①更致密的镀层。实验①时，铁会先与溶液中的氢离子、铜离子反应，当溶液中氢离子浓度减小，反应和放电生成的铜覆盖铁电极，阻碍氢离子与铁接触，导致产生的气体减少，故A正确；实验①时，铁做电镀池的阴极，铁会先与溶液中的氢离子、铜离子反应生成亚铁离子、氢气和铜，可能发生的反应为Fe+2H+Fe2++H2↑、Fe+Cu2+Fe2++Cu，故B正确；四氨合铜离子在阴极得到电子缓慢发生还原反应生成铜，随阴极析出铜，四氨合铜离子浓度减小，Cu2++4NH3[Cu(NH3)4]2+平衡向正反应方向移动，故C错误；实验②中铜离子与过量氨水反应生成四氨合铜离子，四氨合铜离子在阴极得到电子缓慢发生还原反应生成铜，在铁表面得到比实验①更致密的镀层，故D正确。
4．（2020·浙江7月选考·21）电解高浓度RCOONa（羧酸钠）的NaOH溶液，在阳极RCOO－放电可得到R－R（烷烃）。下列说法不正确的是（ ）。
A．电解总反应方程式：2RCOONa+2H2OR－R+2CO2↑+H2↑+2NaOH
B．RCOO－在阳极放电，发生氧化反应
C．阴极的电极反应：2H2O+2e－2OH－+H2↑
D．电解CH3COONa、CH3CH2COONa和NaOH混合溶液可得到乙烷、丙烷和丁烷
【解析】选A。因为阳极RCOO－放电可得到R－R（烷烃）和生成CO2，在强碱性环境中，CO2会与OH－反应生成CO32－和H2O，故阳极的电极反应式为2RCOO－－2e－+4OH－R－R+2CO32－+2H2O，阴极上H2O电离产生的H+放电生成H2，同时生成OH－，阴极的电极反应式为2H2O+2e－2OH－+H2↑，因而电解总反应方程式为2RCOONa+2NaOHR－R+2Na2CO3+H2↑，A说法不正确；RCOO－在阳极放电，电极反应式为2RCOO－－2e－+4OH－R－R+2CO32－+2H2O，－COO－中碳元素的化合价由+3价升高为+4价，发生氧化反应，烃基－R中元素的化合价没有发生变化，B说法正确；阴极上H2O电离产生的H+放电生成H2，同时生成OH－，阴极的电极反应为2H2O+2e－2OH－+H2↑，C说法正确；根据题中信息，由上述电解总反应方程式可以确定下列反应能够发生：2CH3COONa+2NaOHCH3－CH3+2Na2CO3+H2↑，2CH3CH2COONa+2NaOHCH3CH2－CH2CH3+2Na2CO3+H2↑，CH3COONa+CH3CH2COONa+2NaOHCH3－CH2CH3+2Na2CO3+H2↑。因此，电解CH3COONa、CH3CH2COONa和NaOH混合溶液可得到乙烷、丙烷和丁烷，D说法正确。
5．（2020·全国Ⅱ卷）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+注入到无色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（ ）。
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．总反应为：WO3+xAgAgxWO3
【解析】选C。由外加电源可知该装置为电解装置。由“通电时，Ag+注入到无色WO3薄膜中，生成AgxWO3”可知，Ag为阳极，Ag+由银电极向变色层（阴极）迁移，A、B正确；WO3生成AgxWO3，W的化合价降低x价，C错误；阳极电极反应式为xAg－xe－xAg+，阴极电极反应式为WO3+xe－+xAg+AgxWO3，两极电极反应式相加得总反应式为WO3+xAgAgxWO3。
【题型五】隔膜式电化学装置分析
【典例分析】
【典例5】（2022·山东省等级考）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LiCoO2（s）转化为Co2+，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，乙室应补充盐酸
C．乙室电极反应式为LiCoO2+e－+2H2O＝Li++Co2++4OH－
D．若甲室Co2+减少200mg，乙室Co2+增加300mg，则此时已进行过溶液转移
【解析】选BD。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，Co2+在另一个电极上得到电子，被还原产生Co单质，CH3COO－失去电子后，Na+通过阳膜进入阴极室，溶液变为NaCl溶液，溶液由碱性变为中性，溶液pH减小，A错误；对于乙室，正极上LiCoO2得到电子，被还原为Co2+，同时得到Li+，其中的O与溶液中的H+结合H2O，因此电池工作一段时间后应该补充盐酸，B正确；电解质溶液为酸性，不可能大量存在OH－，乙室电极反应式为：LiCoO2+e－+4H+Li++Co2++2H2O，C错误；若甲室Co2+减少200mg，电子转移物质的量为n（e－）＝×2＝0.0068mol，乙室Co2+增加300mg，转移电子的物质的量为n（e－）＝×1＝0.0051mol，说明此时已进行过溶液转移，D正确。
【提分秘籍】
1．离子交换膜在电解池中的作用
（1）隔离：将两极区隔离，阻止两极区产生的物质接触
①防止副反应发生，避免影响所制取产品的质量
②防止副反应发生，避免引发不安全因素（如爆炸）
（2）通透：能选择性的通过离子，起到平衡电荷、形成闭合回路的作用
（3）实例：氯碱工业中阳离子交换膜的作用
①平衡电荷，形成闭合回路；
②防止Cl2和H2混合而引起爆炸；
③避免Cl2与NaOH反应生成NaClO，影响NaOH的产量；
④避免Cl－进入阴极区导致制得的NaOH不纯。
2．常见的离子交换膜（隔膜）
（1）阳离子交换膜：简称阳膜，只允许阳离子通过
（2）阴离子交换膜：简称阴膜，只允许阴离子通过
（3）质子交换膜：只允许氢离子通过
3．含离子交换膜电化学装置的几个区域
（1）原料区
①主料区：加入原料的浓溶液，流出原料的稀溶液
②辅料区：加入辅料的稀溶液，流出辅料的浓溶液
（2）产品区：产品中的阴阳离子通过离子交换膜进入该区域
（3）缓冲区：两侧的离子交换膜属性相同，起防漏的保护作用
（4）计算含交换膜电化学装置中某一区域质量变化，注意离子的迁移
装置
问题
根据O2~4e－~4H+，阳极产生lmol O2时，有4mol H+由阳极移向阴极，则阳极溶液的质量减轻32g+4g＝36g
【变式演练】
1．（2022·全国甲卷）一种水性电解液Zn－MnO2离子选择双隔膜电池如图所示（KOH溶液中，Zn2+以Zn（OH）42－存在）。电池放电时，下列叙述错误的是（ ）。
A．Ⅱ区的K+通过隔膜向Ⅲ区迁移
B．Ⅰ区的SO42－通过隔膜向Ⅱ区迁移
C．MnO2电极反应：MnO2+2e－+4H+Mn2++2H2O
D．电池总反应：Zn+4OH－+MnO2+4H+Zn（OH）42－+Mn2++2H2O
【解析】选A。根据图示的电池结构和题目所给信息可知，Ⅲ区Zn为电池的负极，电极反应为Zn－2e－+4OH－Zn（OH）42－，Ⅰ区MnO2为电池的正极，电极反应为MnO2+2e－+4H+Mn2++2H2O；电池在工作过程中，由于两个离子选择隔膜没有指明的阳离子隔膜还是阴离子隔膜，故两个离子隔膜均可以通过阴、阳离子，因此可以得到Ⅰ区消耗H+，生成Mn2+，Ⅱ区的K+向Ⅰ区移动或Ⅰ区的SO42－向Ⅱ区移动，Ⅲ区消耗OH－，生成Zn（OH）42－，Ⅱ区的SO42－向Ⅲ区移动或Ⅲ区的K+向Ⅱ区移动。据此分析答题。根据分析，Ⅱ区的K+只能向Ⅰ区移动，A错误；根据分析，Ⅰ区的SO42－向Ⅱ区移动，B正确；MnO2电极的电极反应式为MnO2+2e－+4H+Mn2++2H2O，C正确；电池的总反应为Zn+4OH－+MnO2+4H+Zn（OH）42－+Mn2++2H2O，D正确。
2．（2021·河北选择考）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（ ）。
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2.22
D．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】选D。由图可知，a电极为原电池的负极，电极反应式为K－e－K+，b电极为正极，在钾离子作用下，氧气在正极得到电子发生还原反应生成超氧化钾；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，做电解池的为阳极，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/mol∶1mol×32g/mol≈2.22∶1，C正确；铅酸蓄电池充电时的总反应方程式为2PbSO4+2H2OPbO2+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×18g/mol＝1.8g，D错误。
3．（2021·浙江6月选考）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LiCoO2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amol电子时，LiPON薄膜电解质损失amol Li+
C．放电时，电极B为正极，反应可表示为Li1－xCoO2+xLi++xe－LiCoO2
D．电池总反应可表示为LixSi+Li1－xCoO2Si+LiCoO2
【解析】选B。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说法正确；放电时，外电路通过amol电子时，内电路中有amol 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说法不正确；放电时，电极B为正极，发生还原反应，反应可表示为Li1－xCoO2+xLi++xe－LiCoO2，C说法正确；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－xCoO2得到电子和Li+变为LiCoO2，故电池总反应可表示为LixSi+Li1－xCoO2Si+LiCoO2，D说法正确。
4．（2021·广东选考）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（ ）。
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16g
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：2Co2++2H2O2Co+O2↑+4H+
【解析】选D。由图可知，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++2H2O2Co+O2↑+4H+。由分析可知，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；由分析可知，阴极生成1mol钴，阳极有1mol水放电，则Ⅰ室溶液质量减少18g，故B错误；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；由分析可知，电解的总反应的离子方程式为2Co2++2H2O2Co+O2↑+4H+，故D正确。
5．（2021·全国甲卷）乙醛酸是一种重要的化工中间体，可采用如下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级迁移，下列说法中正确的是（ ）。
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：HO－－OH+2H++2e－HO－－H+H2O
C．制得2mol乙醛酸，理论上外电路中迁移了1mol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
【解析】选D。根据图示，石墨电极发生反应：2Br－－2e－Br2、OHC－CHO+Br2+H2O→HOOC－CHO+2HBr，总反应为：OHC－CHO－2e－+H2OHOOC－CHO+2H+，因此KBr不只是起到电解质的作用，还参与了电极反应，故A错误；石墨电极为阳极，阳极上发生氧化反应，电极反应为：OHC－CHO－2e－+H2OHOOC－CHO+2H+，故B错误；根据阳极反应：OHC－CHO－2e－+H2OHOOC－CHO+2H+、阴极反应：HOOC－COOH+2e－+2H+HOOC－CHO+H2O，可得总反应：OHC－CHO+HOOC－COOH2HOOC－CHO（转移电子数为2e－），故制得2mol乙醛酸，理论上外电路中迁移了2mol电子，故C错误；根据阴极（铅电极）反应，双极膜中间层的H+在外电场作用下向阴极（铅电极）迁移，故D正确。
【题型六】金属腐蚀装置分析
【典例分析】
【典例6】（2019·江苏高考）将铁粉和活性炭的混合物用NaCl溶液湿润后，置于如图所示装置中，进行铁的电化学腐蚀实验。下列有关该实验的说法正确的是（ ）。
A．铁被氧化的电极反应式为Fe－3e－Fe3+
B．铁腐蚀过程中化学能全部转化为电能
C．活性炭的存在会加速铁的腐蚀
D．以水代替NaCl溶液，铁不能发生吸氧腐蚀
【解析】选C。A项，铁和活性炭构成原电池，铁作负极，铁失去电子生成Fe2+，电极反应式为Fe－2e－Fe2+，错误；B项，能量转化形式不是唯一的，化学能除了转化为电能外，还有热能等，错误；C项，Fe和活性炭构成原电池后，反应速率变快，正确；D项，Fe和C在水中也可以构成原电池，Fe失去电子，空气中的O2得电子，发生吸氧腐蚀，如果在NaCl溶液中，铁发生吸氧腐蚀更快，错误。
【提分秘籍】
1．金属的腐蚀
（1）化学腐蚀
①反应类型：普通的化学反应
②特点：无电流产生，电子直接转移给氧化剂
（2）电化腐蚀
①反应类型：原电池反应
②特点：有电流产生，电子间接转移给氧化剂
③普遍性：电化腐蚀更为普遍
2．电化学腐蚀的类型
（1）析氢腐蚀
①形成条件：水膜酸性较强
②特点：在密闭容器中气体压强变大
（2）吸氧腐蚀
①形成条件：水膜酸性很弱或呈中性甚至碱性
②特点：在密闭容器中气体压强减小
③普遍性：吸氧腐蚀更为普遍
（3）在酸性条件下，氢前的活泼金属发生析氢腐蚀，氢后的不活泼金属发生吸氧腐蚀
【变式演练】
1．（湘豫名校联考2022年11月高三一轮复习诊断）青铜器文物腐蚀物以粉末状有害锈最为严重，某种碱式氯化铜粉状锈的形成过程分下面三个阶段：
阶段一.：铜在电解质溶液中发生一般腐蚀：Cu－e－→Cu+；Cu++Cl－→CuCl（灰白色）；CuCl+H2O→Cu2O+HCl
阶段二：Cu2O+H2O+HCl+O2→CuCl2·Cu（OH）2·H2O
阶段三：CuCl和O2具有很强穿透力，可深人铜体内部，产生粉状锈：CuCl+O2+H2O→CuCl2·3Cu（OH）2+HCl.
下列说法正确的是（ ）。
A．该粉状锈生成的条件中需要有：潮湿环境、可溶性的氯化物、氧化性的物质
B．上述过程涉及的化学反应有：电解反应、水解反应、氧化还原反应
C．依据反应CuCl+H2O→Cu2O+HCl，可以判断氧化亚铜不能溶于盐酸
D．利用外加电源保护法保护铜制文物时，青铜器应连接电源的正极
【解析】选A。由题意可知，该粉状锈生成的条件中需要有：潮湿环境、可溶性的氯化物、氧化性的物质，A正确；不涉及电解反应，B错误；水解生成的盐酸量少，氧化亚铜可以和一定浓度的盐酸反应，C错误；青铜器连接。电源的负极才能起到保护作用，D错误。
2．全世界每年因生锈损失的钢铁，约占世界年产量的四分之一。一种钢铁锈蚀原理示意图如下，下列说法中不正确的是（ ）。
A．缺氧区：Fe－2e－Fe2+
B．富氧区：O2+2H2O+4e－4OH－
C．Fe失去的电子通过电解质溶液传递给O2
D．隔绝氧气或电解质溶液均可有效防止铁生锈
【解析】选C。由钢铁锈蚀原理示意图可知，铁发生了吸氧腐蚀。缺氧区，铁发生氧化反应，电极反应式为Fe－2e－Fe2+，A正确；富氧区，氧气得电子发生还原反应，O2+2H2O+4e－4OH－，B正确；由图可知，Fe失去的电子通过金属导体传递给富氧区的O2，电子不能在电解质溶液中自由移动，C不正确；隔绝氧气或电解质溶液后，就不能形成原电池，所以均可有效防止铁生锈，D正确。
【题型七】金属防护装置分析
【典例分析】
【典例7】（2020·江苏高考）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。在下图所示的情境中，下列有关说法正确的是（ ）。
A．阴极的电极反应式为Fe－2e－Fe2+
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快
【解析】选C。A项，该装置为原电池，阴极处为正极，参与电极反应的可能是O2或是溶液中的H+，错误；B项，M比Fe活泼，M将电子转移至Fe处，错误；C项，Fe表面有M传过来的电子，则O2或H+得到的电子不是Fe失去的电子，故Fe被保护，正确；D项，海水中存在电解质溶液，所以更容易发生电化学腐蚀，错误。
【提分秘籍】
1．原电池防护法
（1）名称：牺牲阳极的阴极保护法
（2）方法：被保护的金属接更活泼的金属
（3）图示
2．电解池防护法
（1）名称：外加电流的阴极保护法
（2）方法：被保护的金属与电源的负极相连
（3）图示
【变式演练】
1．（2022·广东省等级考）为检验牺牲阳极的阴极保护法对钢铁防腐的效果，将镀层有破损的镀锌铁片放入酸化的3%NaCl溶液中。一段时间后，取溶液分别实验，能说明铁片没有被腐蚀的是（ ）。
A．加入AgNO3溶液产生沉淀
B．加入淀粉碘化钾溶液无蓝色出现
C．加入KSCN溶液无红色出现
D．加入K3［Fe（CN）6］溶液无蓝色沉淀生成
【解析】选D。氯化钠溶液中始终存在氯离子，所以加入硝酸银溶液后，不管铁片是否被腐蚀，均会出现白色沉淀，故A不符合题意；淀粉碘化钾溶液可检测氧化性物质，但不论铁片是否被腐蚀，均无氧化性物质可碘化钾发生反应，故B不符合题意；KSCN溶液可检测铁离子的存在，上述现象中不会出现铁离子，所以无论铁片是否被腐蚀，加入KSCN溶液后，均无红色出现，故C不符合题意；K3［Fe（CN）6］是用于检测Fe2+的试剂，若铁片没有被腐蚀，则溶液中不会生成亚铁离子，则加入K3［Fe（CN）6］溶液就不会出现蓝色沉淀，故D符合题意。
2．（2022·宁波选考模拟）氯盐可导致混凝土中的钢筋腐蚀。为防止混凝土中的钢筋腐蚀，可在混凝土表面敷置一定电解质溶液并将惰性金属导电网浸泡其中，惰性金属导电网与钢筋分别连接外部直流电源从而除去Cl－，装置如图，下列说法错误的是（ ）。
A．钢筋接电源的正极
B．金属导电网上发生的电极反应为2Cl－－2e－Cl2↑
C．混凝土中的钙离子向钢筋方向移动
D．电解一段时间后钢筋附近溶液的pH增大
【解析】选A。由Cl－移动的方向可知钢筋接电源的负极，故A错误；金属导电网为阳极，发生的电极反应为2Cl－－2e－Cl2↑，故B正确；混凝土一端为阴极，钙离子为阳离子，所以向钢筋方向移动，故C正确；钢筋附近发生的电极反应为：2H2O+2e－H2↑+2OH－，所以电解一段时间后钢筋附近溶液的pH增大，故D正确。
【题型八】电化学的有关计算
【典例分析】
【典例8】（2022·北京市等级考）已知：在催化剂作用下，煤在管式炉中燃烧，出口气体主要含O2、CO2、H2O、N2、SO2。通过干燥装置后，待测气体进入库仑测硫仪进行测定。已知：库仑测硫仪中电解原理示意图如下。检测前，电解质溶液中保持定值时，电解池不工作。待测气体进入电解池后，SO2溶解并将I3－还原，测硫仪便立即自动进行电解到又回到原定值，测定结束，通过测定电解消耗的电量可以求得煤中含硫量。
煤样为ag，电解消耗的电量为x库仑，煤样中硫的质量分数为___________。已知：电解中转移1mol电子所消耗的电量为96500库仑。
【解析】由题意可知，二氧化硫在电解池中被溶液中I3－氧化生成硫酸根离子。根据电子守恒和硫元素守恒，可得如下关系：S~SO2~SO42－~2e－，电解消耗的电量为x库仑，则电子的物质的量是：n（e－）＝＝mol，则样品中硫元素的物质的量是：n（S）＝n（e－）＝×mol，所以煤样中硫的质量分数为×100%＝%。
【答案】%
【提分秘籍】
1．基本方法：电子守恒和电荷守恒列关系式
（1）电子守恒和电荷守恒列关系式
O2~4e－~4Ag~2Cu~2H2~2Cl2~4OH－~4H+~Mn+
（3）几个注意问题
①气体体积相关计算时，必须注明标准状况
②计算含交换膜电化学装置中某一区域质量变化，注意离子的迁移
③注意某一电极发生多个电极反应
2．电化学计算的物理公式
（1）电量公式：Q＝It＝nNAq＝nF
①n——得失电子的物质的量（mol）
②NA——阿伏加德罗常数（6.02×1023mol－1）
③q——1个电子所带的电量（1.60×10－19C）
④I——电流强度（A）
⑤t——时间（s）
⑥F——法拉弟常数（96500C/mol）
（2）电能公式：W＝UIt＝UQ
【变式演练】
1．（2020·全国Ⅱ卷节选）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，其原理如下图所示：
（1）阴极上的反应式为___________________。
（2）若生成的乙烯和乙烷的体积比为2∶1，则消耗的CH4和CO2体积比为___________。
【解析】（1）由装置图知为电解装置，电极A为阴极，由球棍模型可知反应物为CO2，产物为CO，固体电解质传递O2－，则电极反应式为CO2+2e－CO+O2－。（2）由球棍模型知，阳极的反应物为甲烷，生成物为乙烷、乙烯和水。生成的乙烯和乙烷的体积比为2∶1，即物质的量之比为2∶1，设物质的量分别为2mol、1mol，由原子守恒知消耗的CH4的物质的量为（2mol+1mol）×2＝6mol，转移电子的物质的量为2mol×2×2+1mol×2×1＝10mol，则消耗的CO2的物质的量为10mol÷2＝5mol，则消耗的CH4和CO2的物质的量之比为6∶5，即体积比为6∶5。
【答案】（1）CO2+2e－CO+O2－（2）6∶5
2．（2020年·全国卷I）为验证不同化合价铁的氧化还原能力，利用下列电池装置进行实验。
电池反应一段时间后，测得铁电极溶液中c（Fe2+）增加了0.02mol·L−1。石墨电极上未见Fe析出。可知，石墨电极溶液中c（Fe2+）＝________。
【解析】铁电极的电极反应式为Fe－2e－＝Fe2+，石墨电极上未见Fe析出，石墨电极的电极反应式为Fe3++e－＝Fe2+，电池反应一段时间后，测得铁电极溶液中c（Fe2+）增加了0.02mol/L，根据得失电子守恒，石墨电极溶液中c（Fe2+）增加0.04mol/L，石墨电极溶液中c（Fe2+）＝0.05mol/L+0.04mol/L＝0.09mol/L。
【答案】0.09mol/L
1．（广东省深圳市光明区2023届高三上学期第一次模拟）我国有着丰富的海风资源，在海水中建立风电设备，防腐蚀是一个突出问题。下列说法正确的是（ ）。
A．钢铁构件表面的镀铜破损后依然会保护内部钢铁不被腐蚀
B．可将钢铁构件与电源负极连接臧缓腐蚀发生
C．钢铁发生吸氧腐蚀时负极发生的反应为Fe－3e－Fe3+
D．海水中发生化学腐蚀的速率大于电化学腐蚀速率
【解析】选B。铜镀层破损后，Cu、Fe和海水构成原电池，Fe失电子作负极，Fe加速被腐蚀，A项错误；将钢铁部件与电源负极连接减缓腐蚀是外加电流法，可以减缓腐蚀发生，B项正确；钢铁发生吸氧腐蚀时负极发生的反应为Fe－2e－Fe2+，C项错误；发生电化学腐蚀的速率大于化学腐蚀速率，D项错误。
2．（2022年湖北省新高考联考协作体高三3月模拟）已知Ag+的氧化性强于Co2+的氧化性，则关于下图所示原电池装置的说法中，正确的是（ ）。
A．Co电极是原电池的正极
B．盐桥中可填充KCl饱和溶液与琼脂的混合物
C．该原电池的正极反应式为Ag++e－Ag
D．盐桥中的电解质阴离子向右侧烧杯移动
【解析】选C。本题装置为原电池装置，因为Ag+的氧化性强于Co2+的氧化性，故Co比Ag易失电子，故Co电极为负极，Ag电极为正极，A错误；本装置的银半电池中离子为Ag+，若盐桥中填充KCl饱和溶液与琼脂的混合物，则Ag+与Cl－反应生成AgCl沉淀，因此盐桥中不可填充KCl饱和溶液与琼脂的混合物，B错误；由分析可知，银电极为正极，正极反应式为：Ag++e－Ag，C正确；原电池中阴离子移向负极，即阴离子向左侧烧杯移动，D错误。
3．（广东省茂名市2022届高三下学期第二次综合测试）搭载全气候电池的电动车在北京冬奥会零下30度的环境里亮相，成功地解决了锂离子电池不耐低温的问题，锂离子电池通常以碳材料（容纳锂离子）为负极，LiCoO2、LiMnPO4等锂的活性化合物为正极，放电时下列说法不正确的是（ ）。
A．化学能转化为电能
B．正极上发生氧化反应
C．Li+向正极迁移
D．当电路中转移0.1mol电子时，负极重量减少0.7g
【解析】选B。锂离子电池是化学能转化为电能的装置，A正确；阳离子移向正极，C正确；当电路中转移0.1mol电子时，负极中有0.1mol锂离子脱嵌，重量减少0.7g，D正确；原电池正极发生得电子的还原反应。
4．（广东省江门市2021~2022学年高三3月模拟）“自煮火锅”发热包的成分为碳酸钠、硅藻土、铁粉、铝粉、活性炭、焦炭粉、NaCl、生石灰，向发热包中加入冷水，可用来蒸煮食物。下列说法错误的是（ ）。
A．Na+由活性炭区向铝粉表面区迁移
B．负极反应为Al－3e－+4OH－AlO2－+2H2O
C．活性炭作正极，正极上发生还原反应
D．硅藻土结构疏松，使各物质分散并均匀混合，充分接触
【解析】选A。往发热包中加入冷水，形成铁碳原电池。反应CaO+H2OCa（OH）2放热使水迅速升温沸腾，反应Na2CO3+Ca（OH）22NaOH+CaCO3↓使得溶液呈碱性则溶液中发生反应2Al+2OH－+2H2O2AlO2－+3H2↑，该反应为原电池的总反应，负极反应为Al－3e－+4OH－AlO2－+2H2O，正极反应为2H2O+2e－2OH－+H2↑；钠离子向正极移动，故A错误；负极反应为Al－3e－+4OH－AlO2－+2H2O，故B正确；活性炭作正极，正极上得电子发生还原反应，故C正确；硅藻士结构疏松，孔大，能使各物质分散并均匀混合，充分接触，故D正确。
5．（广东省茂名市2022届高三下学期第二次综合测试）城市污水循环用作城市稳定的第二水源，对缓解城市水危机有重要意义。高铁酸盐［Fe（VI）］作为一种绿色环保水处理剂，兼具极强的氧化性和良好的絮凝效果，图为电解制备高铁酸盐的装置示意图（电解液为NaOH溶液），下列说法正确的是（ ）。
A．石墨作阳极，铁作阴极
B．阳极的电极方程式为：Fe－6e－+8OH－FeO42－+4H2O
C．生成1mol高铁酸盐，II室溶液质量理论上增大56g
D．工作时，I室和II室溶液的pH均增大
【解析】选B。根据电解装置示意图，可以判断铁作阳极，A错误；根据阳极的电极方程式：Fe－6e－+8OH－FeO42－+4H2O，可知生成1mol高铁酸盐，理论上会有6molNa+通过阳离子交换膜移向阴极，II室溶液质量理论上会减小，C错误；由阳极的电极方程式可知II室溶液的pH减小，D错误；阳极的电极方程式为：Fe－6e－+8OH－FeO42－+4H2O。
6．（2022~2023湖北咸宁市高三11月模拟）钛的电解冶炼法，如图所示。以含少量CaCl2的CaO熔融物作为介质，电解时阴极生成的Ca进一步还原TiO2得到钛。下列说法不正确的是（ ）。
A．Ca还原TiO2的化学方程式为2Ca+TiO2Ti+2CaO
B．阳极石墨稳定性强，在实际生产过程中质量几乎不会改变
C．CaCl2的作用可能是增强导电性，同时起到助熔剂的作用
D．已知F＝96500C·mol－1，当I＝0.5A，通电80分钟，理论上可得Ti的质量为 g
【解析】选B。Ca还原TiO2的化学方程式为2Ca+TiO2Ti+2CaO，故A正确；阳极的石墨会与生成的氧气反应生成CO或CO2，所以石墨质量变小，故B错误；CaCl2的熔点比CaO低，所以CaCl2的作用可能是增强导电性，同时起到助熔剂的作用，故C正确；当I＝0.5A，通电80分钟，转移电子的物质的量是＝mol，根据TiO2~Ti~4e－，所以生成钛的质量是×mol×48g/mol＝g，故D正确。
7．（2022届湖南新高考教学教研联盟高三第二次联考）“太阳水”电池装置如图所示，该电池由三个电极组成，其中a为TiO2电极，b为Pt电极，c为WO3电极，电解质溶液为pH＝3的Li2SO4－H2SO4溶液。锂离子交换膜将电池分为A、B两个区，A区与大气相通，B区为封闭体系并有N2保护。下列关于该电池的说法正确的是（ ）。
A．若用导线连接b、c，b电极附近pH增大，可实现太阳能向电能转化
B．若用导线连接b、c，c电极为负极，可实现HxWO3转化为WO3
C．若用导线连接a、c，则a为负极，该电极附近pH减小
D．若用导线连接a、c，则c电极的电极反应式为HxWO3－xe－WO3+xH+
【解析】选BC。用导线连接b、c，b电极发生O2→H2O，发生还原反应，为正极，电极反应式为O2+4e－+4H+＝2H2O，b电极附近pH增大，可实现化学能向电能转化，故A错误；c电极为负极，发生反应：HxWO3－xe－WO3+xH+，可实现HxWO3转化为WO3，故B正确；由图可知，连接a、c时，a电极上H2O→O2↑，发生失电子的氧化反应，则a电极为负极，电极反应式为2H2O－4e－O2↑+4H+，生成H+，a电极附近pH减小，故C正确；c电极为正极，正极上发生得电子的还原反应，电极反应式为WO3+xH++xe－HxWO3，故D错误。
8．（四川省遂宁市2022届高三下学期三诊）科学家发明了一种Al－PbO2电池，电解质为K2SO4、H2SO4、KOH，通过x和y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（a＞b），结构示意图如图所示。下列说法不正确的是（ ）。
A．K+通过x膜移向区域
B．R区域的电解质浓度逐渐减小
C．放电时，Al电极反应为：Al－3e－+4OH－AlO2－+2H2O
D．消耗1.8gAl时，N区域电解质溶液减少16.0g
【解析】选B。原电池工作时负极发生反应Al－3e－+4OH－AlO2－+2H2O，消耗OH－，K+向正极移动，向R区移动，A正确；正极得电子，SO42－经y离子交换膜移向R区，R区城K+与SO42－不断进入，所以电解质浓度逐渐增大，B错误；放电时，原电池负极发生反应为：Al－3e－+4OH－AlO2－+2H2O，C正确；正极反应为：PbO2+4H++SO42－+2e－PbSO4+2H2O，消耗1.8gAl，转移电子0.2mol，N区消耗0.4mol H+，0.1mol SO42－，同时有0.1mol SO42－移向R区，则相当于减少0.2mol H2SO4，同时生成0.2mol H2O，则N区实际减少质量为0.2mol×98g·mol－1－0.2mol×18 g·mol－1＝16.0g，D正确。
9．（新疆师大附中2022届高三年级一模）一种钌（Ru）基配合物光敏染料敏化太阳能电池，其工作原理如图所示。下列说法错误的是（ ）。
A．电池工作时，将太阳能转化为电能
B．X电极为电池的负极
C．Y电极发生的电极反应为I3－+2e－3I－
D．当电池工作从开始到结束时，电解质溶液中I－和I3－的浓度分别会发生很大变化
【解析】选D。电池工作时，太阳光使Ru（II）失电子转化为Ru（III），发生氧化还原反应，将太阳能转化为电能，选项A正确；X电极电子流岀，发生氧化反应，为电池的负极，选项B正确； Y电极电子流入，发生还原反应，电极反应为I3－+2e－3I－，选项C正确；电池工作时，I3－+2e－3I－，生成的I－又可与Ru（III）反应重新生成I3－，整个过程电解质溶液中I－和I3－的浓度基本不变，选项D错误。
10．（北京市西城区2022届高三下学期一模）ORP传感器（如下图）测定物质的氧化性的原理：将Pt电极插入待测溶液中，Pt电极、Ag/AgCl电极与待测溶液组成原电池，测得的电压越高，溶液的氧化性越强。向NaIO3溶液、FeCl3溶液中分别滴加2滴H2SO4溶液，测得前者的电压增大，后者的几乎不变。
下列说法不正确的是（ ）。
A．盐桥中的Cl－移向Ag/AgCl电极
B．Ag/AgCl电极反应是Ag－e－+Cl－AgCl
C．酸性越强，IO3－的氧化性越强
D．向FeCl3溶液中滴加浓NaOH溶液至碱性，测得电压几乎不变
【解析】选D。Ag/AgCl电极为负极，电极反应式为Ag－e－+Cl－AgCl，B选项正确；盐桥中的阴离子（Cl－）移向负极（Ag/AgCl电极），A选项正确；因为向NaIO3溶液中滴加2滴H2SO4溶液，测得电压增大，说明酸性越强，IO3－的氧化性越强，C选项正确；向FeCl3溶液中滴加浓NaOH溶液至碱性，生成氯化钠和氢氧化铁，c（Fe3+）减小，溶液氧化性减弱，测得电压减小，故D错误。
11．（福建省厦门市2022届高三下学期3月第二次质量检测）我国科学家设计的Mg－Li双盐电池工作原理如图所示，下列说法不正确的是（ ）。
A．放电时，正极电极反应式为FeS+2e－+2Li+Fe+Li2S
B．充电时，Mg电极连外接电源负极
C．充电时，每生成1molMg，电解质溶液质量减少24g
D．电解液含离子迁移速率更快的Li+提高了电流效率
【解析】选C。放电时Mg转化为Mg2+，所以右侧电极为负极，左侧电极为正极，FeS得电子生成Fe和Li2S，电极反应为FeS+2e－+2Li+Fe+Li2S，故A正确；充电时Mg2+转化Mg，被还原，为阴极，连接外接电源的负极，故B正确；充电时阳极反应为Fe+Li2S－2e－FeS+2Li+，每生成1molMg，消耗1mol Mg2+，转移2mol电子，同时生成2molLi+，所以电解质质量减少24g－2×7g＝10g，故C错误；电解液中含离子迁移速率更快的Li+，增强了导电性，提高了电流效率，故D正确。
12．（广东省汕尾市2022届高三上学期期末调研）近年来，我国在能源研发与能量转化领城所获得的成就领跑全球。下图是我国科学家研发的一种能量转化装置，利用该装置可实现将CO2转化为CO，并获得NaClO溶液。下列说法错误的是（ ）。
A．a为太阳能电池的正极
B．该装置可实现多种能量之间的转化
C．电极Y的反应为Cl－－2e－+H2OClO－+2H+
D．当有22.4LCO2参与反应时，外电路通过2NA个电子
【解析】选D。电极Y为阳极，与阳极相接的为电源正极，即a为正极，故A正确；该装置有太阳能电池为电源，太阳能电池将太阳能转化为电能，实现了CO2与NaCl电解生成CO和NaClO，电能转化为化学能，该装置工作时，至少实现了三种能量形式的转化，故B正确；C.电极Y为阳极，电极反应为Cl－－2e－+H2OClO－+2H+，故C正确；22.4LCO2是否处于标准状况未知，故D错误。
13．（广西南宁市2022届高三下学期二模）KIO3广泛用于化工、医学和生活中，工业上制备KIO3的工作原理如图所示，下列说法正确的是（ ）。
A．a为正极，B极上发生氧化反应
B．电子流向：A→a→b→B
C．X气体是H2，每转移2mole－，可产生22.4LX气体
D．A极的电极反应式为：32
【解析】选D。根据图示，该装置为电解池，A电极上I－发生失电子的氧化反应生成IO3－，A电极为阳极，则a为电源的正极，b为电源的负极，B电极为阴极；据此分析作答。a为电源的正极，B电极为阴极，B极，上发生得电子的还原反应，A错误；A电极为阳极，a为电源的正极，b为电源的负极，B电极为阴极，电子流向为：A→a、b→B，电子不通过电源的内电路，B错误；B极电极反应式为2H2O+2e－H2↑+2OH－，X气体是H2，每转移2mole－生成1molH2，由于H2所处温度和压强未知，不能计算H2的体积，C错误；A电极上I发生失电子的氧化反应生成IO3－，电极反应式为I－+6OH－－6e－IO3－+3H2O，D正确。
14．（河北省保定市2022届高三下学期一模）用镍制造的不锈钢和各种合金被广泛地用于飞机，坦克，舰艇、雷达，导弹，宇宙飞船等各种军工和民用机械制造业。如图所示为电解制备金属镍的装置示意图（已知：氧化性：H+＞Ni2+）。下列说法错误的是（ ）。
A．电势：石墨电极＞镍电极
B．工作时，中间室溶液的pH减小
C．若将石墨电极改为铂电极，该装置工作原理不变
D．消耗1Ah电量时，阴极生成Ni和阳极生成O2的物质的量之比为1∶2
【解析】选D。电解池中，阳极电势大于阴极，故A正确；由图可知，阴极的电极反应式为Ni2++2e－Ni，阳极的电极反应式为2H2O－4e－O2↑+4H+右室中的硫酸根离子经过阴离子交换膜进入中间室，左室的H+经过阳离子交换膜进入中间室，故中间室溶液的pH不断减小，故B正确；若将石墨电极改为铂电极，铂电极也是惰性电极，该装置工作原理不变，故C正确；阴极生成Ni和阳极生成2的物质的量之比为2∶1，故D错误。
15．（河北省九师联盟2022届高三下学期4月联考）利用电化学方法可将CO2同时转化为甲烷、乙烯等产物，实验装置如图所示，下列说法错误的是（ ）。
A．一段时间后，Cu极区溶液质量增大
B．若Pt极区产生8mol H+，则产生CH4与C2H4共2mol
C．生成乙烯的电极反应式为2CO2+12H++12e－C2H4+4H2O
D．若生成0.15mol CH4和0.30mol C2H4则外电路中转移4.8mol电子
【解析】选B。根据装置图，CO2生成CH4、C2H4，以CO2转化为C2H4为例，每2mol CO2转化为Imol C2H4质量变化为44×2+12×1－28×1＞0，所以对应电极区溶液的质量增大，同理，生成乙烯，溶液质量也会增大，A项正确；Pt极区产生8mol H+，移向Cu极区，因为生成CH4和C2H4的比不确定外，且氢离子还有一部分转化生成了H2O，所以无法根据迁移的氢离子具体计算有多少甲烷和乙烯生成，B项错误；铜电极为阴极，CO2参与反应，溶液呈酸性，因此产生乙烯的电极反应式为2CO2+12H++12e－C2H4+4H2O，C项正确；生成0.15mol CH4和0.30mnol C2H4，转移电子的物质的量为0.15mol×8+ 0.30mol×6×2＝ 4.8mol，D项正确。
16．（湖北宜昌四校2022届高三下学期模拟联考）在直流电源作用下，双极膜中间的H2O解离为H+和OH－，利用电解池产生强氧化性的羟基自由基（·OH），处理含苯酚废水和含SO2的烟气的工作原理如图所示。下列说法正确的是（ ）。
A．电势：N电极＜M电极
B．含SO2的烟气被吸收的反应为SO2+2·OHH2SO4
C．阴极电极反应式为·OH+e－OH－
D．每处理9.4g苯酚，理论上有2.8mol H+透过膜
【解析】选B。M极上O2得电子生成羟基自由基（·OH），说明M极为阴极，连接电源的负极，N极为阳极，故电势：N电极＞M电极，A错误；B略；阴极上O2得电子生成羟基自由基（·OH），电极反应式为O2+2e－+2H+2·OH，C错误；每1mol苯酚转化为CO2，转移电子28mol，每处理9.4g苯酚（即0.1mol），理论上有2.8mol电子转移，但是根据图示分析，应该是有2.8mol H+透过膜b而不是膜a，D错误。
17．（海南省2022届高三下学期学业水平诊断三）工业上常采用电渗析法从含萄糖酸钠（用GCOONa表示）的废水中提取化工产品葡萄糖酸（GCOOH）和烧碱，模拟装置如图所示（电极均为石墨）。
下列说法错误的是（ ）。
A．交换膜1、2分别为阳离子、阴离子交换膜
B．a电极为阴极，b电极上发生氧化反应
C．一段时间后，a、b电极产生气体的质量之比为8∶1
D．电路中通过1mol电子时，理论上回收40gNaOH
【解析】选C。a是阴极，阴极区域显示碱性，氢氧根离子浓度增大，同时溶液中的钠离子移向该区域，得到高浓度的氢氧化钠，所以交换膜1为阳离子交换膜，是阳极，阳极区域显示酸性，氢离子浓度逐渐增大 ，同时溶液中的酸根阴离子移向该区域，得到高浓度的葡萄糖酸（GCOOH），所以交换膜2为阴离子交换膜，故A正确；电解葡萄糖酸钠溶液实质是电解水，在阴极发生反应2H2O+2e－H2↑+2OH－，阳极上发生反应2H2O－4e－O2↑+4H+，阴极区域显示碱性，氢氧根离子浓度增大，a是阴极，b是阳极，发生氧化反应，故B正确；电解葡萄糖酸钠溶液实质是电解水，在阴极a发生反应2H2O+2e－H2↑+2OH－，阳极b上发生反应2H2O－4e－O2↑+4H+，a、b电极产生气体的质量之比为1∶8，故C错误；a是阴极，阴极区域显示碱性，氢氧根离子浓度增大，同时溶液中的钠离子移向该区域，得到高浓度的氢氧化钠，电路中通过1mol电子时，则在阴极区域产生1mol氢氧化钠，理论上回收40gNaOH，故D正确。
18．（河南省大联考2022届高三下学期第三次模拟）我国科学家成功研制出CO2/ Mg二次电池，在潮湿条件下的放电原理为2Mg+3CO2+2H2O2MgCO3·H2O+C，模拟装置如图所示（已知放电时，Mg2+由负极向正极迁移）。下列说法正确的是（ ）。
A．放电时，电流由镁极经外电路流向石墨极
B．放电时，正极的电极反应式为2Mg2++3CO2+2H2O+4e－2MgCO3·H2O+C
C．充电时，阴极上放出CO2，发生还原反应
D．充电时，当阳极质量净减12g时，转移了4mol电子
【解析】选B。放电时，电流由正极流向负极，镁极为负极，A项错误；充电时，阴极析出镁，C项错误；充电时，转移4mol电子，阳极减小的质量为：12g+（84+18）g×2＝216 g，D项错误。
19．（四川省成都市2021~2022学年高三4月模拟）太阳能、风能等可再生能源发电具有分散性和间隙性分缺点，需要配套能量密度高、循环寿命长、成本低的电化学储能系统。某种研究中的铝离子储能电池以二硒化钴（II）/纳米碳@石墨烯复合材料为正极，有机阳离子与氯铝酸阴离子组成的离子液体为电解质，电池总反应为：CoSe2+mAlAlmConSe2+（1－n）Co（其中m、n均小于1）。正极的工作原理如图所示（硒始终保持－1价）。下列叙述错误的是（ ）。
A．放电时，AlCl4－向负极迁移
B．放电时，正极的电极反应式为：CoSe2+4mAl2Cl7－+3me－＝AlmConSe2+（1－n）Co+7mAlCl4－
C．充电时，负极每消耗1molAl2Cl7－可转移3mole－
D．m与n的关系为3m＝2（1－n）
【解析】选C。电池总反应为：CoSe2+mAlAlmConSe2+（1－n）Co。放电时AlCl4－向负极迁移，故A正确；由正极的工作示意图可知，放电时Al2Cl7－在正极转化为AlCl4－，则正极反应为：CoSe2+4mAl2Cl7－+3me－＝AlmConSe2+（1－n）Co+7mAlCl4－，负极反应为：mAl－3me－+7mAlCl4－＝4mAl2Cl7－，故B正确；充电时，上述负极反应逆向进行，每消耗1molAl2Cl7－应转移mole－，故C错误；D.电池中钴的价态在+2和0间相互转化，铝则为0和+3相互转化，根据总反应方程式和电子转移守恒，可得3m＝2（1－n），故D正确。
20．（江苏省七市2022届高三下学期二模试题）一种锌钒超级电池的工作原理如图所示，电解质为（CH3COO）2Zn溶液，电池总反应为Zn+NaV2（PO4）3ZnNaV2（PO4）3。下列说法正确的是（ ）。
A．放电时，b电极为电池的负极
B．放电后，负极区c（Zn2+）增大
C．充电时，Zn2+向a电极移动
D．充电时，b电极发生的电极反应为ZnNaV2（PO4）3+2e－Zn2++NaV2（PO4）3
【解析】选C。放电时为原电池，a作负极，b作正极，故A错误；放电时负极反应式为Zn－2e－Zn2+，Zn2+通过阳离子交换膜移向正极，即负极区c（Zn2+）不变，故B错误；充电时为电解池，a作阴极，b作阳极，Zn2+通过阳离子交换膜移向a极，故C正确；放电时正极反应式为Zn2++NaV2（PO4）3+2e－NaV2（PO4）3，充电时为电解池，阳极反应与正极反应相反，即ZnNaV2（PO4）3－2e－Zn2++NaV2（PO4）3，故D错误。
21．（江苏省苏锡常镇四市2022届高三下学期4月教学情况调研）双极膜电渗析法固碳技术是将捕集的CO2转化为CaCO3而矿化封存，其工作原理如图所示。双极膜中间层中的H2O解离成H+和OH－，并在直流电场作用下分别向两极迁移。下列说法不正确的是（ ）。
A．两个双极膜中间层中的H+均向左侧迁移
B．若碱室中比值增大，则有利于CO2的矿化封存
C．电解一段时间后，酸室中盐酸的浓度增大
D．该技术中电解固碳总反应的离子方程式为2Ca2++2CO2+4H2O2CaCO3↓+2H2↑+O2↑+4H+
【解析】选B。左侧双极膜中氢氧根离子向碱室中迁移，氢离子向左室迁移，氯离子透过阴离子交换膜进入酸室，右侧双极膜中氢离子左侧迁移进入酸室，故A正确；碱室中碳酸根离子透过阴离子交换膜，与钙离子结合生成碳酸钙，若碱室中比值增大，不有利于CO2的矿化封存，故B错误；碱室中碳酸根离子透过阴离子交换膜，与钙离子结合生成碳酸钙，氯离子透过阴离子交换膜进入酸室，右侧双极膜中氢离子进入酸室，酸室中盐酸的浓度增大，故C正确；由两极反应和分析可知，电解固碳总反应的离子方程式为：2Ca2++2CO2+4H2O2CaCO3↓+2H2↑+O2↑+4H+，故D正确。
22．（2022届辽宁省高三实战猜题卷）酸碱中和反应能设计成原电池。某团队设计的装置如图所示。下列关于该原电池的说法正确的是（ ）。
A．Hg/HgO电极的电极反应式为4OH－－4e－2H2O+O2↑
B．b膜是阴离子交换膜
C．生成1molH2O时，放出的电能与KOH和稀硫酸反应的中和热相等
D．改变H2SO4溶液或KOH溶液浓度，电压会发生变化
【解析】选D。由题给信息可知该原电池总反应为H++OH－H2O，O2是氧化剂，所以通入O2的Hg/Hg2SO4电极为正极，得到电子，电极反应式为O2+4e－+4H+2H2O，Hg/HgO电极为负极，失去电子，电极反应式为4OH－－4e－2H2O+O2↑。为保证溶液呈电中性，正极需要补充阳离子，负极需要补充阴离子，中间室K+向正极（右）移动，SO42－向负极（左）移动，因此b膜是阳离子交换膜，a膜是阴离子交换膜。综上，A和B正确；原电池的能量转化率无法达到100% ，所以生成1mol H2O时，酸碱中和反应放出的热量与放出的电能不相等，C错误；H2SO4溶液或KOH溶液的浓度发生变化，会分别导致O2在正极得电子的能力和OH－在负极失电子的能力发生变化，进而导致电压发生变化，D正确。
23．（北京市房山区2022届高三一模）某同学为探究AgI是否可以转化为AgCl，进行如下实验：
装置
步骤
电压表读数
ⅰ.如图连接装置并加入试剂，闭合K
a
ⅱ.向B中滴入AgNO3（aq），至沉淀完全
b
ⅲ.再向B中投入一定量NaCl（s）
c
ⅳ.重复ⅰ，再向B中投入一定量NaCl（s）
a
v.重复ⅰ，再向A中加入适量AgNO3（s）
d
已知：①其他条件不变时，参与原电池反应的氧化剂（或还原剂）的氧化性（或还原性）越强，原电池的电压越大。②电压表读数：a＞c＞b＞0
下面说法不正确的是（ ）。
A．由a＞0可知，KI一定是被AgNO3氧化
B．由a＞b可知，I－离子的还原性与其浓度有关
C．由c＞b可知，增加Cl－的浓度，可使AgCl（s）+I－（aq）AgI（s）+Cl－（aq）平衡逆向进行
D．推测d＞a
【解析】选A。原电池中，Ag+在正极得到电子，被还原，I－在负极失去电子，被氧化，因此闭合K时，电压表读数a＞0，但I－不一定是被AgNO3所氧化，还可能是被空气中的氧气所氧化，故A错误；步骤i向B中滴入AgNO3（aq），至沉淀完全，溶液中I－浓度减小，已知其他条件不变时，参与原电池反应的氧化剂（或还原剂）的氧化性（或还原性）越强，原电池的电压越大，a＞b，说明溶液中I-浓度减小，还原性减弱，因此I－离子的还原性与其浓度有关，故B正确；c＞b，说明投入一定量NaCl （s）使得B中I－浓度增大，还原性增强，则推知增加Cl－的浓度，可使AgCl（s）+I－（aq）AgI（s）+Cl－（aq）平衡逆向进行，故C正确；再向A中加入与适量AgNO3（s），Ag+浓度增大，氧化性增强，电压越大，故d＞a，故D正确。
24．（湖南永州市2023年高考第一次适应性考试）双膜碱性多硫化物空气液流二次电池可用于再生能源储能和智能电网的备用电源等，电极I为掺杂Na2S2的电极，电极II为碳电极。电池工作原理如下图所示。下列说法错误的是（ ）。
A．离子交换膜a为阳离子交换膜，离子交换膜b为阴离子交换膜
B．放电时，中间储液器中NaOH的浓度不断减小
C．充电时，电极I的电极反应式为：2S22－－2e－S42－
D．充电时，电路中每通过1mol电子，阳极室溶液质量理论上增加9g
【解析】选BC。由图分析可知，电极II为碳电极，放电时，氧气发生还原反应生成氢氧根离子，为正极，则电极I为负极。放电时，正极发生还原反应，反应为O2+2H2O+4e－4OH－；负极发生氧化反应，反应为2S22－－2e－S42－；正极区氢氧根离子向左侧运动，离子交换膜b为阴离子交换膜；负极区钠离子向右侧运动，离子交换膜a为阳离子交换膜，中间储液器中NaOH的浓度不断变大，A正确；由A分析可知，中间储液器中NaOH的浓度不断变大，B错误；充电时，电极I为阴极，得到电子发生还原反应，C错误；充电时，电极II为阳极区，反应为4OH－－4e－O2+2H2O，电路中每通过1mol电子，阳极室从中间储液器进入1mol氢氧根离子、同时生成0.25mol氧气，溶液质量理论上增加17g－8g＝9g，D正确。
25．（湖南省三湘创新发展联合2022~2023学年高三上学期起点调研）超纯水微细电解加工是在常规电解加工原理的基础上，利用超纯水作电解液，并采用阳离子交换膜促进水解离来提高超纯水中OH－的浓度，使电解电流密度达到足够蚀刻材料的一种新型电解加工工艺。铜的微细电解加工如图，所用的阳离子交换膜为RSO3H，RSO3H自身能解离成固定基团RSO3－和自由离子H+。下列说法错误的是（ ）。
A．M为电源的正极
B．辅助电极上有气泡产生
C．工件电极上的电极反应式为Cu－2e－+2OH－Cu（OH）2
D．阳离子交换膜向上的面上发生的反应为RSO3－+H2ORSO3H+OH－
【解析】选D。根据题意知，采用阳离子交换膜促进水解离来提高超纯水中OH－的浓度，则辅助电极要消耗H+，故辅助电极为H+得电子生成氢气，为电解池的阴极，与其相连的N极为电源负极，M为电源正极，工件电极为阳极。据分析可知，M为电源的正极，A正确；辅助电极上有气泡产生，B正确；工件电极为阳极，其电极反应式为Cu－2e－+2OH－Cu（OH）2，C正确；辅助电极电解产生大量OH－，为了使溶液呈电中性，阳离子交换膜向上的面上发生的反应为RSO3HRSO3－+H+，D错误。
26．（唐山市2022~2023学年度高三年级摸底演练）以甲烷燃料电池为电源电解NaB（OH）4溶液制备H3BO3的工作原理如图所示，下列叙述错误的是（ ）。
A．燃料电池通入氧气的电极接电解池的Y电极
B．N室中：a%＞b%
C．膜I、III为阳离子交换膜，膜II为阴离子交换膜
D．理论上每生成1mol产品，需消耗甲烷的体积为2.8L（标况）
【解析】选AB。燃料电池通入氧气的电极为正极，接电解池的阳极，而N室中石墨为阴极，即Y电极为阴极，选项A错误；N室中石墨为阴极，电解时阴极上水得电子生成H2和OH－，原料室中的钠离子通过Ⅲ膜进入N室，溶液中c（NaOH）增大，所以N室：a%＜b%，选项B错误；原料室中的B（OH）4－通过Ⅱ膜进入产品室，M室中氢离子通入Ⅰ膜进入产品室，原料室中Na+的通过Ⅲ膜进入N室，则Ⅰ、Ⅲ为阳离子交换膜，Ⅱ为阴离子交换膜，选项C正确；理论上每生成1molH3BO3，则M室中就有1mol氢离子通入Ⅰ膜进入产品室即转移1mole－，甲烷在燃烧电池中发生电极反应消耗1molCH4转移8mole－，则转移1mole－应该消耗molCH4标准状况下2.8L，选项D正确。
27．（河北省邯郸市2022~2023学年高三上学期摸底）钛酸锂电池由于具有体积小、重量轻、能量密度高、安全稳定、绿色环保等特点，在通信电源领域具有非常广泛的应用前景。其工作原理如图所示，下列说法正确的是（ ）。
A．放电时，Li+移向N极
B．充电时，M极接外电源的负极
C．充电时，N极的电极反应式：Ti5O12+4Li++4e－Li4Ti5O12
D．用该电池电解精炼铜，当M、N两极质量变化差为14g时，理论上可生成64g精铜
【解析】选C。放电时，N极发生的反应为：Li4Ti5O12－4e－Ti5O12+4Li+
，该电极发生氧化反应，所以N电极为负极，充电时为阴极，所以M极放电为正极，充电时为阳极。N极为负极，吸引阴离子，所以Li+移向M极，A错误；充电时M极为正极，充电时为阳极，与电源正极相连，B错误；充电时，N极为阴极，发生还原反应，故电极反应式为Ti5O12+4Li++4e－Li4Ti5O12，C正确；放电时，M极质量减少的量为Li~e－，N极增加的量为Li~e－，当两级的质量差为14g时，转移的电子数为1mol，当精炼铜时，电池转移的电子数等于阴极增重时电子转移数，而阴极增重的质量为铜，铜与电子之间的关系为Cu~2e－，所以增重的质量为32g，D错误。
28．（广东省深圳市光明区2023届高三上学期第一次模拟）某科研小组利用下图装置完成乙炔转化为乙烯的同时为用电器供电。其中锌板处发生的反应有：①Zn－2e－Zn2+；②Zn+4OH－－2e－［Zn（OH）4］2－；③［Zn（OH）4］2－ZnO+2OH－+H2O。下列说法不正确的是（ ）。
A．电极a的电势高于电极b的电势
B．放电过程中正极区KOH溶液浓度保持不变
C．电极a上发生的电极反应式为C2H2+2H2O+2e－C2H4+2OH－
D．电解足量CuSO4溶液，理论上消耗2.24L（标准状况）C2H2时，生成6.4gCu
【解析】选C。由图可知锌板为负极，所以电极a的电势高于电极b的电势，A项正确；放电过程中正极区消耗水，导致KOH溶液浓度增大，B项错误；电极a上发生的电极反应式为C2H2+2H2O+2e－C2H4+2OH－，C项正确；电解硫酸铜时，生成铜的电极反应为Cu2++2e－Cu，理论上消耗2.24LC2H2（标准状况），即0.1mol，对应电子转移0.2mol，可生成铜6.4g，D项正确。
29．（四川省雅安市2023届高三上学期零诊）某微生物电化学法制甲烷是将电化学法和生物还原法有机结合，装置如图所示。有关说法错误的是（ ）。
A．该离子交换膜可为质子交换膜
B．右侧电极为阴极，发生还原反应
C．阳极附近溶液pH减小
D．每生成1molCH4，有8NA电子通过离子交换膜
【解析】选D。据图分析，CO2得电子生成甲烷，故b为负极，a为正极。则左侧电极为阳极，右侧电极为阴极，H+穿过离子交换膜到阴极参与反应，故该离子交换膜为质子交换膜，A正确；右侧为阴极，发生还原反应，B正确；阳极电极方程式：CH3COO－－8e－+2H2O2CO2↑+7H+，阳极附近pH降低，C正确；每生成1molCH4，则有8mol质子通过离子交换膜，D错误。
30．（四川省巴中市2023年高三“零诊”考试）下图为最新研制的一款车载双电极镍氢电池，放电时a、c电极的反应物为吸附了氢气的稀土合金，可表示为MH；充电时b、d电极的反应物为吸附的Ni（OH）2，下列叙述正确的是（ ）。
A．放电时电子的流动路径为：a→外电路→d→c→铜箔→b
B．放电时c极上的反应可表示为：MH－e－+OH－M+H2O
C．充电时a、b接电源的负极，c、d接电源的正极
D．充电时外电路每通过2mol电子，该电池正极共增重4g
【解析】选B。放电时电子的流动路径为：a→外电路→d，而d→c，c→b，b→a的导电过程均由离子完成，故A错误；已知放电时a、c电极的反应物为吸附了氢气的稀土合金，故放电时c极上的反应可表示为：MH－e－+OH－M+H2O，故B正确；放电时a、c电极的反应物为吸附了氢气的稀土合金，故放电时，a、c为负极，充电时为阴极，充电时b、d电极的反应物为吸附的Ni（OH）2，为阳极，故充电时a、c接电源的负极，b、d接电源的正极，故C错误；充电时，正极此时相当于阳极，发生反应Ni（OH）2－e－+OHNiO（OH）+H2O，根据Ni（OH）2~NiO（OH），故充电时正极质量是减小的，故D错误。
31．（宁波市2023学年第一学期选考模拟）铝的冶炼在工业上通常采用电解Al2O3的方法，装置示意图如图。研究表明，电解AlCl3－NaCl熔融盐也可得到Al，熔融盐中铝元素主要存在形式为AlCl4－和Al2Cl7－。下列说法不正确的是（ ）。
A．电解Al2O3装置中B电极为阴极，发生还原反应
B．电解Al2O3过程中碳素电极虽为惰性电极，但生产中会有损耗，需定期更换
C．电解AlCl3－NaCl时阴极反应式可表示为4Al2Cl7－+3e－Al+7AlCl4－
D．电解AlCl3－NaCl时AlCl4－从阳极流向阴极
【解析】选D。由图可知，电解氧化铝的装置中B电极为电解池的阴极，铝离子在阴极得到电子发生还原反应生成铝，电解A为电解池的阳极，氧离子在阳极失去电子发生氧化反应生成氧气，氧气高温下与碳素电极中的碳反应生成碳的氧化物。由分析可知，电解氧化铝的装置中B电极为电解池的阴极，铝离子在阴极得到电子发生还原反应生成铝，故A正确；由分析可知，电解A为电解池的阳极，氧离子在阳极失去电子发生氧化反应生成氧气，氧气高温下与碳素电极中的碳反应生成碳的氧化物，由于生产中碳素电极会有损耗，需定期更换，故B正确；由化合价变化可知，电解AlCl3－NaCl熔融盐制备金属铝时，Al2Cl7－离子在阴极得到电子发生还原反应生成铝和AlCl4－离子，电极反应式为4Al2Cl7－+3e－Al+7AlCl4－，故C正确；由化合价变化可知，电解AlCl3－NaCl熔融盐制备金属铝时，铝做电解池的阳极，在AlCl4－离子作用下铝在阳极失去电子发生氧化反应生成AlCl4－离子，电极反应式为Al+7AlCl4－－3e－4Al2Cl7－，则电解时AlCl4－从阴极流向阳极，故D错误。
32．（温州市普通高中2023届高三第一次适应性考试）一种新型的高性能、低成本的钠型双离子可充电电池，其结构如图所示。采用锡箔（不参与电极反应）作为电池电极及集流体，石墨（Cn）为另一极，电解液为NaPF6作为电解质的溶液。下列有关说法不正确的是（ ）。
A．放电时，锡箔与钠的合金为负极
B．充电时，图中所示的正八面体形离子嵌入石墨电极
C．电池总反应：xNa+Cn（PF6）xxNaPF6+Cn
D．当外电路通过nmol电子时，锡钠极板质量应减少23ng
【解析】选D。放电时Na失去电子，锡箔与钠的合金为负极，故A正确；放电时Cn（PF6）x+xe－xPF6－+Cn，充电时图中所示的正八面体形离子嵌入石墨电极，故B正确；根据负极电极反应为Na－e－+PF6－NaPF6，正极的电极反应Cn（PF6）x+xe－xPF6－+Cn，电池总反应：xNa+Cn（PF6）xxNaPF6+Cn，故C正确；根据负极电极反应为负极电极反应为Na－e－+PF6－NaPF6，当外电路通过nmol电子时，锡钠极板质量应增加nmol PF6－，增重50ng，故D错误。
33．（四川成都市2022届高三下学期二诊）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的浓度减小
B．充电时，阴极反应式为Zn（OH）42－+2e－Zn+4OH－
C．放电时，正极区溶液的pH减小
D．放电时，1molFQ转化为FQH2，可消耗65gZn
【解析】选C。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）42－被还原为Zn，则放电时左侧为负极，Zn被氧化为Zn（OH）42－，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）42－+2eZn+4OH－，阴离子增多，为平衡电荷，中性电解质溶液中的Na+经阳膜迁移至左侧，Cl－经阴膜迁移至右侧，NaCl的浓度减小，故A正确；根据分析可知，充电时左侧为阴极，阴极反应式为Zn（OH）42－+2e－Zn+4OH－，故B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，故C错误；放电时正极电极反应为FQ+2H++2e－FQH2，1molFQ转化为FQH2转移2mol电子，负极消耗1molZn，即可消耗65gZn，故D正确。
33．（2023年1月浙江省选考仿真模拟卷C）某二次电池充电时的原理如图所示，该过程可实现盐溶液的淡化。下列有关说法错误的是（ ）。
A．充电时，a为电源正极
B．充电时，Cl−向Bi电极移动
C．充电时，两电极新增加的物质中：n（Na+）∶n（Cl−）＝1∶3
D．放电时，正极的电极反应为：BiOCl+2H++3e−Bi+Cl−+H2O
【解析】选C。充电时，Bi电极上，Bi失电子生成BiOCl，反应为Bi+Cl－+H2O－3e－BiOCl+2H+，则Bi为阳极，所以a为电源正极，b为负极，NaTi2（PO4）3得电子发生还原反应，为阴极，电极反应为NaTi2（PO4）3+2Na++2e－Na3Ti2（PO4）3，放电时，Bi为正极，BiOCl得电子发生还原反应，NaTi2（PO4）3为负极。A项，充电时，Bi电极上，Bi失电子生成BiOCl，Bi为阳极，则a为电源正极，故A正确；B项，充电时，Cl−向阳极及Bi电极移动，Na+向阴极及NaTi2（PO4）3电极移动，故B正确；C项，充电时，Bi电极上，电极反应为Bi+Cl−+H2O−3e−BiOCl+2H+，NaTi2（PO4）3电极上，电极反应为NaTi2（PO4）3+2Na++2e−Na3Ti2（PO4）3，所以新增入电极中的物质：n（Na+）∶n（Cl−）＝3∶1，故C错误；D项，放电时，Bi为正极，正极的电极反应为BiOCl+2H++3e−Bi+Cl−+H2O，故D正确。
34．（2023年1月浙江省选考仿真模拟卷B）近日“宁德时代”宜布2023年实现钠离子电池产业化，钠离子电池以其低成本、高安全性及其优异电化学属性等成为锂离子电池的首选“备胎”，其充放电过程是Na+在正负极间的镶嵌与脱嵌。下列说法不正确的是（ ）。
A．放电时负极区钠单质失去电子
B．充电时Na+由“B极”向“A极”移动
C．由于未使用稀缺的锂钴元素，量产后该电池生产成本比锂离子电池低
D．该电池一种正极材料为NaFeFe（CN）6，充电时的电极反应为：Na1+xFeFe（CN）6－xe－NaFeFe（CN）6+xNa+
【解析】选A。由电子的流向知，充电时A极为负极，B极为正极；充电时A极为阴极，B极为阳极。A项，该电池充放电过程是Na+在正负极间的镶嵌与脱嵌，不存在钠单质的失电子，A错误；B项，充电时阳离子从阳极向阴极移动，即Na+由B极向A极移动，B正确；C项，稀缺的锂钴元素的价格比锂更高，该电池未使用稀缺的锂钴元素，量产后该电池生产成本比锂离子电池低，C正确；D项，充电时正极得电子，电极反应为：Na1+xFeFe（CN）6－xe－NaFeFe（CN）6+xNa+，D正确。
35．（2023年1月浙江省选考仿真模拟卷C）Zn−BiOI电池以ZnI2水溶液作为锌离子电池的氧化还原介质，可实现快速可逆的协同转化反应，具有超高的可逆容量和超长循环寿命。下列说法不正确的是（ ）。
A．ZnI2能加快电极反应速率
B．放电时，正极反应为3BiOI+3e−Bi+Bi2O3+3I−
C．充电时，Bi与外接电源正极相连
D．充电时，若转移2mole−，两电极总质量增加65g
【解析】选D。Zn−BiOI电池中，放电时，Zn作负极，BiOI作正极，充电时，Bi作阳极，连接电源正极，Bi2O3连接电源负极。A项，由图可知，ZnI2水溶液作为锌离子电池，发生氧化还原反应，在Zn−BiOI电池中转移电子，充当催化剂，可以加快电极反应速率，A正确；B项，放电时，BiOI作正极，正极反应为3BiOI+3e−Bi+Bi2O3+3I−，B正确；C项，充电时，Bi作阳极，Bi与外接电源正极相连，C正确；D项，充电时，总反应式为：3ZnI2+2Bi+2Bi2O36BiOI+3Zn，由B选项可知，该反应转移6个电子，若反应转移2mole−，两电极总质量增加1molZnI2，即增加319g，D错误。
专题16 新型电化学装置分析
目录
一、热点题型归纳………………………………………………………………………………………………………1
【题型一】新型一次电池分析…………………………………………………………………………………………1
【题型二】新型二次电池分析…………………………………………………………………………………………3
【题型三】新型燃料电池分析…………………………………………………………………………………………5
【题型四】新型电解池分析……………………………………………………………………………………………7
【题型五】隔膜式电化学装置分析……………………………………………………………………………………11
【题型六】金属腐蚀装置分析…………………………………………………………………………………………14
【题型七】金属防护装置分析…………………………………………………………………………………………15
【题型八】电化学的有关计算…………………………………………………………………………………………17
二、最新模考题组练……………………………………………………………………………………………………18
【题型一】新型一次电池分析
【典例分析】
【典例1】（2022·湖南省等级考）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
【解析】选C。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；M极上Li失去电子发生氧化反应，则M电极为负极，电极反应为Li－e－Li+，则N为正极，电极反应为2H2O+2e－2OH－+H2↑，故B正确；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，但不能传导离子，故C错误；该电池不可充电，属于一次电池，故D正确。
【提分秘籍】
1．电极反应
（1）反应要求：自发、氧化还原反应和放热反应
（2）根据化合价升降判断反应类型和电极类型
正极发生价降低的还原反应，负极发生价升高的氧化反应
2．电子流向：负极正极（电子不能在溶液中流动）
3．电流流向：正极负极正极
4．离子流向：离子只能在溶液中流动，不能在导线上流动
（1）原电池：阳离子→正极；阴离子→负极
（2）盐桥中：阳离子→正极；阴离子→负极
5．电解质溶液的选择
（1）碱金属电极：不选择水溶液及醇类，一般选择有机电解质或固体电解质
（2）盐桥式原电池：负极材料和与其反应的电解质在不同的容器中
6．电化学中溶液pH的变化
（1）电极pH变化
①看该电极反应是消耗还是产生H+或OH－
②若H+或OH－无变化，看该电极是消耗还是产生水
（2）溶液pH变化
①看总反应是消耗还是产生H+或OH－
②若H+或OH－无变化，看总反应是消耗还是产生水
7．判断电极方程式是否正确
（1）看电极反应是氧化反应还是还原反应
（2）看得反应是得电子还是失电子
（3）看产物能否与溶液反应
①酸性溶液：方程式中不能出现OH－
②碱性溶液：方程式中不能出现H+
③看电极产物能否和环境中的其他物质反应
CH4
酸性
碱性
CO32－
O2－
氧化产物
CO2
CO32－
HCO3－
CO32－
O2
酸性
碱性
中性
CO2
还原产物
H2O
OH－
OH－
CO32－
（4）看物质拆分是否正确
①强酸、强碱、可溶性盐溶液可拆
②非溶液和熔融状态下进行的反应不能写成离子方程式形式
③原子团不能拆分
（5）看有无隐含的酸碱性
①酸性溶液：产物是NH4+、Fe3+、Cu2+等弱阳离子
②碱性溶液：有金属氧化物、氢氧化物参与的反应
【变式演练】
1．（2021·广东选择考）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（ ）。
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】选B。在原电池的负极上Na失去电子生成Na+，发生氧化反应，故A错误；正极发生还原反应，则正极上CO2得到电子生成C，故B正确；在原电池中，阳离子由负极移向正极，故C错误；原电池是把化学能转化为电能的装置，故D错误。
2．（绍兴市2022学年第一学期选考模拟考试）Ag催化刻蚀Si晶片的反应原理示意图如下，刻蚀溶液有一定浓度的HF和H2O2混合而成，刻蚀时间为2~16min，由Ag薄膜覆盖的硅晶片部分逐渐被刻蚀掉，剩余部分就形成了硅纳米线。下列说法不正确的是（ ）。
A．Ag薄膜附近随着反应的进行，pH逐渐减小
B．Si极发生的反应为Si+2H2OSiO2+4H++4e－，SiO2+6HFH2SiF6+2H2O
C．该刻蚀的总反应可表示为SiO2+6HF+2H2O2H2SiF6+4H2O
D．该刻蚀过程的是由微小的Si、Ag、HF和H2O2的原电池组成
【解析】选A。该刻蚀过程Si、Ag、HF和H2O2构成原电池，D选项正确；Ag薄膜构成原电池的正极，发生的反应为：2H2O2+4H++4e－4H2O，反应过程中c（H+）减小，溶液的pH逐渐增大，A选项错误；Si极构成原电池的负极，发生的反应为：Si+2H2OSiO2+4H++4e－，SiO2+6HFH2SiF6↑+2H2O（或Si+6HFH2SiF6+4H++4e－），B选项正确；将正负两极反应相加消去电子即得总反应方程式为：SiO2+6HF+2H2O2H2SiF6+4H2O，C选项正确。
3．（2022·昆明一模）利用铜和石墨作电极，在盐酸介质中，铜与氢叠氮酸（HN3）构成原电池，总反应方程式为2Cu+2Cl－+HN3+3H+2CuCl（s）+N2↑+NH4+。下列判断正确的是（ ）。
A．电子从石墨电极流向铜电极
B．溶液中Cl－向石墨电极移动
C．每转移1mol电子，负极减重64 g
D．正极反应式为HN3+2e－+3H+N2↑+NH4+
【解析】选D。该装置为原电池，铜为负极，石墨为正极，电子从铜电极流向石墨电极，故A错误；溶液中Cl－向铜电极移动，故B错误；负极为铜电极，负极的电极反应式为Cu+Cl－－e－CuCl（s），负极生成了CuCl（s），质量增重了，故C错误；总反应方程式为2Cu+2Cl－+HN3+3H+2CuCl（s）+N2↑+NH4+，负极的电极反应式为2Cu+2Cl－－2e－2CuCl（s），用总反应式减去负极反应式得到正极反应式为HN3+2e－+3H+N2↑+NH4+，故D正确。
【题型二】新型二次电池分析
【典例分析】
【典例2】（2022·广东省等级考）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+2e－+2Na+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1molCl2，电极a质量理论上增加23g
【解析】选C。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；放电时电极反应和充电时相反，则由放电时电极a的反应为Na3Ti2（PO4）3－2e－NaTi2（PO4）3+2Na+可知，NaCl溶液的pH不变，故B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，故C正确；充电时阳极反应为2Cl－－2e－Cl2↑，阴极反应为NaTi2（PO4）3+2e－+2Na+Na3Ti2（PO4）3，由得失电子守恒可知，每生成1molCl2，电极a质量理论上增加23g/mol2mol＝46g，故D错误。
【提分秘籍】
1．可充电电池的特点
（1）放电时为原电池，电极属性为正负极
（2）充电时为电解池，电极属性为阴阳极
（3）阳极连正极，电极反应式相反，充电时变成阳极
（4）阴极连负极，电极反应式相反，充电时变成阴极
（5）充电时，电池上“－”极应接电源的负极
2．铅蓄电池：Pb+PbO2+2H2SO42PbSO4+2H2O
（1）a极：正极，电极反应式为：PbO2+2e－+4H++SO42－PbSO4+2H2O，充电时，变成阳极
（2）b极：负极，电极反应式为：Pb－2e－+SO42－PbSO4，充电时，变成阴极
（3）c极：阴极，电极反应式为：PbSO4+2e－Pb+SO42－，放电时，变成负极
（4）d极：阳极，电极反应式为：PbSO4+2H2OPbO2+SO42－+4H++2e－，放电时，变成正极
【变式演练】
1．（2020·天津等级考）熔融钠－硫电池性能优良，是具有应用前景的储能电池。如图中的电池反应为2Na+xSNa2Sx（x＝5~3，难溶于熔融硫）。下列说法错误的是（ ）。
A．Na2S4的电子式为Na+］2－Na+
B．放电时正极反应为xS+2Na++2e－Na2Sx
C．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】选C。Na2S4为离子化合物，构成离子为Na+、S42－，电子式为Na+］2－Na+，A项正确；根据电池总反应，放电时正极上S发生还原反应，且Na+向正极移动参与反应，电极反应为xS+2Na++2e－Na2Sx，B项正确；Na为电池的负极，S为电池的正极，C项错误；根据电池总反应及示意图，可知该电池是以Na－β－Al2O3为隔膜的二次电池，D项正确。
2．（2020·全国Ⅰ卷）科学家近年发明了一种新型Zn－CO2水介质电池。电池示意图如图，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）42−
B．放电时，1mol CO2转化为HCOOH，转移的电子数为2mol
C．充电时，电池总反应为2Zn（OH）42−2Zn+O2↑+4OH－+2H2O
D．充电时，正极溶液中OH−浓度升高
【解析】选D。放电时，负极上Zn发生氧化反应，电极反应式Zn－2e－+4OH－Zn（OH）42−，故A正确；放电时，CO2转化为HCOOH，C元素化合价降低2，则1molCO2转化为HCOOH时，转移电子数为2mol，故B正确；充电时，阳极上H2O转化为O2，负极上Zn（OH）42−转化为Zn，电池总反应为2Zn（OH）42−2Zn+O2↑+4OH－+2H2O，故C正确；充电时，正极即为阳极，电极反应式为2H2O－4e－4H++O2↑，溶液中H+浓度增大，溶液中c（H+）·c（OH－）＝KW，温度不变时，KW不变，因此溶液中OH－浓度降低，故D错误。
3．（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）ZnO（s）+2Ni（OH）2（s）。下列说法错误的是（ ）。
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】选D。三维多孔海绵状Zn具有较高的表面积，吸附能力强，所沉积的ZnO分散度高，A正确；充电相当于是电解池，阳极发生失去电子的氧化反应，根据总反应式可知阳极是Ni（OH）2失去电子转化为NiOOH，电极反应式为Ni（OH）2（s）+OH－（aq）－e－NiOOH（s）+H2O（l），B正确；放电时相当于是原电池，负极发生失去电子的氧化反应，根据总反应式可知负极反应式为Zn（s）+2OH－（aq）－2e－ZnO（s）+H2O（l），C正确；原电池中阳离子向正极移动，阴离子向负极移动，则放电过程中OH－通过隔膜从正极区移向负极区，D错误。
4．（河北省邯郸市2022届高三下学期3月一模）某科研团队研制并设计了一种基于阳离子型活性分子的中性水系有机液流电池，以［Pyr－TEMPO］和［Pyr－PV］Cl4分别作中性水系有机液流电池的正负极材料，已知放电时［Pyr－PV］2+先转化为［Pyr－PV］3+，后转化为［Pyr－PV］4+，电池工作原理如图所示。下列说法错误的是（ ）。
A．放电的过程中，氯离子由b电极向a电极移动
B．放电和充电时的电势均是a电极高于b电极
C．放电时，负极的电极反应式可能为［Pyr－PV］3+－e－［Pyr－PV］4+
D．放电时，b电极为负极；充电时，b电极为阳极
【解析】选AD。因为放电时［Pyr－PV］2+先转化为［Pyr－PV］3+，后转化为［Pyr－PV］4+，过程中发生氧化反应，所以b电极为原电池的负极，则a电极为原电池的正极。在原电池中，阴离子向负极移动，即氯离子由a电极向b电极移动，A选项错误；放电时a为正极，则充电时a为阳极，放电时b为负极，则充电时b为阴极，D选项错误；正极和阳极的电势均高于负极和阴极的电势，放电时为原电池，电势正极（a极）高于负极（b极），充电时是电解池，电势阳极（a极）高于阴极（b极），B选项正确；放电时，［Pyr－PV］2+先转化为［Pyr－PV］3+后转化为［Pyr－PV］4+，则负极反应式为：［Pyr－PV］2+－e－［Pyr－PV］3+、［Pyr－PV］3+－e－［Pyr－PV］4+，C选项正确。
【题型三】新型燃料电池分析
【典例分析】
【典例3】（2021·山东省等级考）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1molO2时，理论上N2H4－O2燃料电池气体产物的体积在标准状况下为11.2L
【解析】选C。碱性环境下，甲醇燃料电池总反应为：2CH3OH+3O2+4KOH2K2CO3+6H2O；N2H4－O2清洁燃料电池总反应为：N2H4+O2N2+2H2O；偏二甲肼［（CH3）2NNH2］中C和N的化合价均为－2价，H元素化合价为+1价，所以根据氧化还原反应原理可推知其燃料电池的总反应为：（CH3）2NNH2+4O2+4KOH2K2CO3+N2+6H2O。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；根据上述分析可知，N2H4－O2清洁燃料电池的产物为氮气和水，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mg，则甲醇、N2H4和（CH3）2NNH2放电量（物质的量表达式）分别是：×6、×4、×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1molO2生成的氮气的物质的量为1mol，在标准状况下为22.4L，D错误。
【提分秘籍】
1．燃料电池
2．燃料电池负极产物
（1）氢气：在酸性条件下变成H+，在碱性条件下变成H2O。
（2）含碳燃料：在酸性条件下变成CO2，在碱性条件下变成CO32－。
（3）含氮燃料：一般变成N2。
【变式演练】
1．（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（ ）。
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NH3
D．电池工作时质子通过交换膜由负极区向正极区移动
【解析】选B。A项，相比现有工业合成氨，该方法选用酶作催化剂，条件温和，同时利用MV+和MV2+的相互转化，化学能转化为电能，故可提供电能，故A正确；B项，左室为负极区而非阴极区，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。
2．（2019·1月浙江学考真题）氢氧燃料电池构造如图所示，其电池反应为：2H2+O22H2O。下列说法不正确的是（ ）。
A．多孔金属a作负极
B．多孔金属b上，O2发生还原反应
C．电池工作时，电解质溶液中OH－移向a极
D．正极的电极反应为：O2+4e－+4H+2H2O
【解析】选D。在氢氧燃料电池中，通入氢气的电极为负极，通入氧气的电极为正极。所以多孔金属a作负极，A选项正确；多孔金属b作正极，正极发生还原反应，B选项正确；原电池工作时，溶液中的阴离子向负极移动，C选项正确；在碱性条件下氧气在正极得到电子变成OH－，电极反应式为2H2O+O2+4e－4OH－，D选项错误。
3．“重油－氧气－熔融碳酸钠”燃料电池装置如图所示。下列说法错误的是（ ）。
A．O2在b极得电子，最终被还原为CO32－
B．放电过程中，电子由电极a经导线流向电极b
C．该电池工作时，CO32－经“交换膜2”移向b极
D．H2参与的电极反应为：H2－2e－+CO32－H2O+ CO2
【解析】选C。在燃料电池中，通入O2的电极为正极，即b极为正极，a极为负极。O2在b极得电子，生成的O2－与CO2反应，最终O2被还原为CO32－，A正确；放电过程中，电子由负极经导线流向正极，即由电极a经导线流向电极b，B正确；该电池工作时，因为b极不断生成CO32－，所以CO32－经“交换膜2”移向左侧，C错误；H2在负极失电子生成H+，与CO32－结合生成水和二氧化碳气体，参与的电极反应为：H2－2e－+CO32－H2O+ CO2，D正确。
4．（2022·湖北天门市高三3月模拟）微生物燃料电池是指在微生物的作用下将化学能转化为电能的装置。某微生物燃料电池的工作原理如下图所示，下列说法正确的是（ ）。
A．电子从b流出，经外电路流向a
B．该电池在高温下进行效率更高
C．HS－在硫氧化菌作用下转化为SO42－的反应是：HS－+4H2O－8e－SO42－+9H+
D．若该电池有0.4mol电子转移，则有0.45molH+通过质子交换膜
【解析】选C。由氢离子的移动方向可知，电极a为微生物燃料电池的负极，在硫氧化菌作用下，硫氢根离子在负极失去电子发生氧化反应生成硫酸根离子，电极反应式为HS－+4H2O－8e－SO42－+9H+，b极为正极，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。由分析可知，电极b是电池的正极，a是负极，则电子从a流出，经外电路流向b，故A错误；微生物的主要成分是蛋白质，若电池在高温下进行，蛋白质会发生变性，微生物的催化能力降低，电池的工作效率降低，故B错误；由分析可知，电极a为微生物燃料电池的负极，在硫氧化菌作用下，硫氢根离子在负极失去电子发生氧化反应生成硫酸根离子，电极反应式为HS－+4H2O－8e－SO42－+9H+，故C正确；由分析可知，正极的电极反应式为O2+4e－+4H+2H2O，则当电池有0.4mol电子转移时，负极区有0.4mol氢离子通过质子交换膜加入正极区，故D错误。
【题型四】新型电解池分析
【典例分析】
【典例4】（2022·浙江6月选考）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的电极发应：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
【解析】选C。由电解示意图可知，电极B上Mn2+转化为了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+失电子转化为了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。
【提分秘籍】
一、电解的原理
1．电极反应：阳极发生价升高的氧化反应，阴极发生价降低的还原反应
2．电子流向：阳极阴极（电子不能在溶液中流动）
3．电流流向：阴极阳极阴极
4．离子流向：阳离子→阴极；阴离子→阳极
5．阴阳两极上放电顺序
（1）阴极（与电极材料无关）：氧化性强的微粒先放电，放电顺序：
（2）阳极（与电极材料有关）：
①若是活性电极作阳极，则活性电极首先失电子，发生氧化反应。
②若是惰性电极作阳极，放电顺序为：
（3）三注意
①阴极不管是什么材料，电极本身都不反应，一定是溶液（或熔融电解质）中的阳离子放电。
②最常用、最重要的放电顺序为阳极：Cl－＞OH－；阴极：Ag+＞Cu2+＞H+。
③电解水溶液时，K+～Al3+不可能在阴极放电。
二、电解的应用
1．用活泼电极电解溶液
（1）电解精炼
①粗金属作阳极，纯金属作阴极，纯金属离子作溶液
②溶液中金属离子：纯金属离子和活泼的金属离子
③阳极泥：不活泼的金属
④电解后原电解质溶液浓度减小
（2）电镀
①镀层金属作阳极，被镀物品作阴极
②镀层金属离子作电解液
③电镀后原电解质溶液浓度不变
2．电冶炼：电解制备K、Ca、Na、Mg、Al等活泼金属
（1）原料
金属
Na
Mg
Al
原料（熔融）
NaCl
MgCl2
Al2O3
（2）炼铝的特殊性
①不用氯化铝的原因：AlCl3是共价化合物，熔融状态下不导电
②冰晶石的作用：降低氧化铝的熔点，节能
③阳极石墨被产生的氧气腐蚀，需定时更换
【变式演练】
1．（2022·广东省等级考）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
【解析】选C。阴极应该发生得电子的还原反应，实际上Mg在阳极失电子生成Mg2+，A错误；Al在阳极上被氧化生成Al3+，B错误；阳极材料中Cu和Si不参与氧化反应，在电解槽底部可形成阳极泥，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，根据电子转移数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。
2．（2022·海南省选择考）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
【解析】选A。由装置可知，b电极的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。由分析可得，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，即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，反应速率会加快，C错误；电解过程中，阴极电极反应式为N2+3H2O+6e－＝2NH3+3O2－，阳极电极反应式为2O2－+4e－＝O2，因此固体氧化物电解质中O2－不会改变，D错误。
3．（2022·北京市等级考）利用下图装置进行铁上电镀铜的实验探究。
装置示意图
序号
电解质溶液
实验现象
①
0.1mol·L－1 CuSO4+少量H2SO4
阴极表面有无色气体，一段时间后阴极表面有红色固体，气体减少。经检验电解液中有Fe2+
②
0.1mol·L－1 CuSO4+过量氨水
阴极表面未观察到气体，一段时间后阴极表面有致密红色固体。经检验电解液中无Fe元素
下列说法不正确的是（ ）。
A．①中气体减少，推测是由于溶液中c（H+）减少，且Cu覆盖铁电极，阻碍H+与铁接触
B．①中检测到Fe2+，推测可能发生反应：Fe+2H+Fe2++H2↑、Fe+Cu2+Fe2++Cu
C．随阴极析出Cu，推测②中溶液c（Cu2+）减少，Cu2++4NH3[Cu（NH3）4]2+平衡逆移
D．②中Cu2+生成[Cu(NH3)4]2+，使得c（Cu2+）比①中溶液的小，Cu缓慢析出，镀层更致密
【解析】选C。由实验现象可知，实验①时，铁做电镀池的阴极，铁会先与溶液中的氢离子、铜离子反应生成亚铁离子、氢气和铜，一段时间后，铜离子在阴极失去电子发生还原反应生成铜；实验②中铜离子与过量氨水反应生成四氨合铜离子，四氨合铜离子在阴极得到电子缓慢发生还原反应生成铜，在铁表面得到比实验①更致密的镀层。实验①时，铁会先与溶液中的氢离子、铜离子反应，当溶液中氢离子浓度减小，反应和放电生成的铜覆盖铁电极，阻碍氢离子与铁接触，导致产生的气体减少，故A正确；实验①时，铁做电镀池的阴极，铁会先与溶液中的氢离子、铜离子反应生成亚铁离子、氢气和铜，可能发生的反应为Fe+2H+Fe2++H2↑、Fe+Cu2+Fe2++Cu，故B正确；四氨合铜离子在阴极得到电子缓慢发生还原反应生成铜，随阴极析出铜，四氨合铜离子浓度减小，Cu2++4NH3[Cu(NH3)4]2+平衡向正反应方向移动，故C错误；实验②中铜离子与过量氨水反应生成四氨合铜离子，四氨合铜离子在阴极得到电子缓慢发生还原反应生成铜，在铁表面得到比实验①更致密的镀层，故D正确。
4．（2020·浙江7月选考·21）电解高浓度RCOONa（羧酸钠）的NaOH溶液，在阳极RCOO－放电可得到R－R（烷烃）。下列说法不正确的是（ ）。
A．电解总反应方程式：2RCOONa+2H2OR－R+2CO2↑+H2↑+2NaOH
B．RCOO－在阳极放电，发生氧化反应
C．阴极的电极反应：2H2O+2e－2OH－+H2↑
D．电解CH3COONa、CH3CH2COONa和NaOH混合溶液可得到乙烷、丙烷和丁烷
【解析】选A。因为阳极RCOO－放电可得到R－R（烷烃）和生成CO2，在强碱性环境中，CO2会与OH－反应生成CO32－和H2O，故阳极的电极反应式为2RCOO－－2e－+4OH－R－R+2CO32－+2H2O，阴极上H2O电离产生的H+放电生成H2，同时生成OH－，阴极的电极反应式为2H2O+2e－2OH－+H2↑，因而电解总反应方程式为2RCOONa+2NaOHR－R+2Na2CO3+H2↑，A说法不正确；RCOO－在阳极放电，电极反应式为2RCOO－－2e－+4OH－R－R+2CO32－+2H2O，－COO－中碳元素的化合价由+3价升高为+4价，发生氧化反应，烃基－R中元素的化合价没有发生变化，B说法正确；阴极上H2O电离产生的H+放电生成H2，同时生成OH－，阴极的电极反应为2H2O+2e－2OH－+H2↑，C说法正确；根据题中信息，由上述电解总反应方程式可以确定下列反应能够发生：2CH3COONa+2NaOHCH3－CH3+2Na2CO3+H2↑，2CH3CH2COONa+2NaOHCH3CH2－CH2CH3+2Na2CO3+H2↑，CH3COONa+CH3CH2COONa+2NaOHCH3－CH2CH3+2Na2CO3+H2↑。因此，电解CH3COONa、CH3CH2COONa和NaOH混合溶液可得到乙烷、丙烷和丁烷，D说法正确。
5．（2020·全国Ⅱ卷）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+注入到无色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（ ）。
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．总反应为：WO3+xAgAgxWO3
【解析】选C。由外加电源可知该装置为电解装置。由“通电时，Ag+注入到无色WO3薄膜中，生成AgxWO3”可知，Ag为阳极，Ag+由银电极向变色层（阴极）迁移，A、B正确；WO3生成AgxWO3，W的化合价降低x价，C错误；阳极电极反应式为xAg－xe－xAg+，阴极电极反应式为WO3+xe－+xAg+AgxWO3，两极电极反应式相加得总反应式为WO3+xAgAgxWO3。
【题型五】隔膜式电化学装置分析
【典例分析】
【典例5】（2022·山东省等级考）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LiCoO2（s）转化为Co2+，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，乙室应补充盐酸
C．乙室电极反应式为LiCoO2+e－+2H2O＝Li++Co2++4OH－
D．若甲室Co2+减少200mg，乙室Co2+增加300mg，则此时已进行过溶液转移
【解析】选BD。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，Co2+在另一个电极上得到电子，被还原产生Co单质，CH3COO－失去电子后，Na+通过阳膜进入阴极室，溶液变为NaCl溶液，溶液由碱性变为中性，溶液pH减小，A错误；对于乙室，正极上LiCoO2得到电子，被还原为Co2+，同时得到Li+，其中的O与溶液中的H+结合H2O，因此电池工作一段时间后应该补充盐酸，B正确；电解质溶液为酸性，不可能大量存在OH－，乙室电极反应式为：LiCoO2+e－+4H+Li++Co2++2H2O，C错误；若甲室Co2+减少200mg，电子转移物质的量为n（e－）＝×2＝0.0068mol，乙室Co2+增加300mg，转移电子的物质的量为n（e－）＝×1＝0.0051mol，说明此时已进行过溶液转移，D正确。
【提分秘籍】
1．离子交换膜在电解池中的作用
（1）隔离：将两极区隔离，阻止两极区产生的物质接触
①防止副反应发生，避免影响所制取产品的质量
②防止副反应发生，避免引发不安全因素（如爆炸）
（2）通透：能选择性的通过离子，起到平衡电荷、形成闭合回路的作用
（3）实例：氯碱工业中阳离子交换膜的作用
①平衡电荷，形成闭合回路；
②防止Cl2和H2混合而引起爆炸；
③避免Cl2与NaOH反应生成NaClO，影响NaOH的产量；
④避免Cl－进入阴极区导致制得的NaOH不纯。
2．常见的离子交换膜（隔膜）
（1）阳离子交换膜：简称阳膜，只允许阳离子通过
（2）阴离子交换膜：简称阴膜，只允许阴离子通过
（3）质子交换膜：只允许氢离子通过
3．含离子交换膜电化学装置的几个区域
（1）原料区
①主料区：加入原料的浓溶液，流出原料的稀溶液
②辅料区：加入辅料的稀溶液，流出辅料的浓溶液
（2）产品区：产品中的阴阳离子通过离子交换膜进入该区域
（3）缓冲区：两侧的离子交换膜属性相同，起防漏的保护作用
（4）计算含交换膜电化学装置中某一区域质量变化，注意离子的迁移
装置
问题
根据O2~4e－~4H+，阳极产生lmol O2时，有4mol H+由阳极移向阴极，则阳极溶液的质量减轻32g+4g＝36g
【变式演练】
1．（2022·全国甲卷）一种水性电解液Zn－MnO2离子选择双隔膜电池如图所示（KOH溶液中，Zn2+以Zn（OH）42－存在）。电池放电时，下列叙述错误的是（ ）。
A．Ⅱ区的K+通过隔膜向Ⅲ区迁移
B．Ⅰ区的SO42－通过隔膜向Ⅱ区迁移
C．MnO2电极反应：MnO2+2e－+4H+Mn2++2H2O
D．电池总反应：Zn+4OH－+MnO2+4H+Zn（OH）42－+Mn2++2H2O
【解析】选A。根据图示的电池结构和题目所给信息可知，Ⅲ区Zn为电池的负极，电极反应为Zn－2e－+4OH－Zn（OH）42－，Ⅰ区MnO2为电池的正极，电极反应为MnO2+2e－+4H+Mn2++2H2O；电池在工作过程中，由于两个离子选择隔膜没有指明的阳离子隔膜还是阴离子隔膜，故两个离子隔膜均可以通过阴、阳离子，因此可以得到Ⅰ区消耗H+，生成Mn2+，Ⅱ区的K+向Ⅰ区移动或Ⅰ区的SO42－向Ⅱ区移动，Ⅲ区消耗OH－，生成Zn（OH）42－，Ⅱ区的SO42－向Ⅲ区移动或Ⅲ区的K+向Ⅱ区移动。据此分析答题。根据分析，Ⅱ区的K+只能向Ⅰ区移动，A错误；根据分析，Ⅰ区的SO42－向Ⅱ区移动，B正确；MnO2电极的电极反应式为MnO2+2e－+4H+Mn2++2H2O，C正确；电池的总反应为Zn+4OH－+MnO2+4H+Zn（OH）42－+Mn2++2H2O，D正确。
2．（2021·河北选择考）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（ ）。
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2.22
D．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】选D。由图可知，a电极为原电池的负极，电极反应式为K－e－K+，b电极为正极，在钾离子作用下，氧气在正极得到电子发生还原反应生成超氧化钾；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，做电解池的为阳极，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/mol∶1mol×32g/mol≈2.22∶1，C正确；铅酸蓄电池充电时的总反应方程式为2PbSO4+2H2OPbO2+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×18g/mol＝1.8g，D错误。
3．（2021·浙江6月选考）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LiCoO2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amol电子时，LiPON薄膜电解质损失amol Li+
C．放电时，电极B为正极，反应可表示为Li1－xCoO2+xLi++xe－LiCoO2
D．电池总反应可表示为LixSi+Li1－xCoO2Si+LiCoO2
【解析】选B。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说法正确；放电时，外电路通过amol电子时，内电路中有amol 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说法不正确；放电时，电极B为正极，发生还原反应，反应可表示为Li1－xCoO2+xLi++xe－LiCoO2，C说法正确；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－xCoO2得到电子和Li+变为LiCoO2，故电池总反应可表示为LixSi+Li1－xCoO2Si+LiCoO2，D说法正确。
4．（2021·广东选考）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（ ）。
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16g
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：2Co2++2H2O2Co+O2↑+4H+
【解析】选D。由图可知，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++2H2O2Co+O2↑+4H+。由分析可知，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；由分析可知，阴极生成1mol钴，阳极有1mol水放电，则Ⅰ室溶液质量减少18g，故B错误；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；由分析可知，电解的总反应的离子方程式为2Co2++2H2O2Co+O2↑+4H+，故D正确。
5．（2021·全国甲卷）乙醛酸是一种重要的化工中间体，可采用如下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级迁移，下列说法中正确的是（ ）。
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：HO－－OH+2H++2e－HO－－H+H2O
C．制得2mol乙醛酸，理论上外电路中迁移了1mol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
【解析】选D。根据图示，石墨电极发生反应：2Br－－2e－Br2、OHC－CHO+Br2+H2O→HOOC－CHO+2HBr，总反应为：OHC－CHO－2e－+H2OHOOC－CHO+2H+，因此KBr不只是起到电解质的作用，还参与了电极反应，故A错误；石墨电极为阳极，阳极上发生氧化反应，电极反应为：OHC－CHO－2e－+H2OHOOC－CHO+2H+，故B错误；根据阳极反应：OHC－CHO－2e－+H2OHOOC－CHO+2H+、阴极反应：HOOC－COOH+2e－+2H+HOOC－CHO+H2O，可得总反应：OHC－CHO+HOOC－COOH2HOOC－CHO（转移电子数为2e－），故制得2mol乙醛酸，理论上外电路中迁移了2mol电子，故C错误；根据阴极（铅电极）反应，双极膜中间层的H+在外电场作用下向阴极（铅电极）迁移，故D正确。
【题型六】金属腐蚀装置分析
【典例分析】
【典例6】（2019·江苏高考）将铁粉和活性炭的混合物用NaCl溶液湿润后，置于如图所示装置中，进行铁的电化学腐蚀实验。下列有关该实验的说法正确的是（ ）。
A．铁被氧化的电极反应式为Fe－3e－Fe3+
B．铁腐蚀过程中化学能全部转化为电能
C．活性炭的存在会加速铁的腐蚀
D．以水代替NaCl溶液，铁不能发生吸氧腐蚀
【解析】选C。A项，铁和活性炭构成原电池，铁作负极，铁失去电子生成Fe2+，电极反应式为Fe－2e－Fe2+，错误；B项，能量转化形式不是唯一的，化学能除了转化为电能外，还有热能等，错误；C项，Fe和活性炭构成原电池后，反应速率变快，正确；D项，Fe和C在水中也可以构成原电池，Fe失去电子，空气中的O2得电子，发生吸氧腐蚀，如果在NaCl溶液中，铁发生吸氧腐蚀更快，错误。
【提分秘籍】
1．金属的腐蚀
（1）化学腐蚀
①反应类型：普通的化学反应
②特点：无电流产生，电子直接转移给氧化剂
（2）电化腐蚀
①反应类型：原电池反应
②特点：有电流产生，电子间接转移给氧化剂
③普遍性：电化腐蚀更为普遍
2．电化学腐蚀的类型
（1）析氢腐蚀
①形成条件：水膜酸性较强
②特点：在密闭容器中气体压强变大
（2）吸氧腐蚀
①形成条件：水膜酸性很弱或呈中性甚至碱性
②特点：在密闭容器中气体压强减小
③普遍性：吸氧腐蚀更为普遍
（3）在酸性条件下，氢前的活泼金属发生析氢腐蚀，氢后的不活泼金属发生吸氧腐蚀
【变式演练】
1．（湘豫名校联考2022年11月高三一轮复习诊断）青铜器文物腐蚀物以粉末状有害锈最为严重，某种碱式氯化铜粉状锈的形成过程分下面三个阶段：
阶段一.：铜在电解质溶液中发生一般腐蚀：Cu－e－→Cu+；Cu++Cl－→CuCl（灰白色）；CuCl+H2O→Cu2O+HCl
阶段二：Cu2O+H2O+HCl+O2→CuCl2·Cu（OH）2·H2O
阶段三：CuCl和O2具有很强穿透力，可深人铜体内部，产生粉状锈：CuCl+O2+H2O→CuCl2·3Cu（OH）2+HCl.
下列说法正确的是（ ）。
A．该粉状锈生成的条件中需要有：潮湿环境、可溶性的氯化物、氧化性的物质
B．上述过程涉及的化学反应有：电解反应、水解反应、氧化还原反应
C．依据反应CuCl+H2O→Cu2O+HCl，可以判断氧化亚铜不能溶于盐酸
D．利用外加电源保护法保护铜制文物时，青铜器应连接电源的正极
【解析】选A。由题意可知，该粉状锈生成的条件中需要有：潮湿环境、可溶性的氯化物、氧化性的物质，A正确；不涉及电解反应，B错误；水解生成的盐酸量少，氧化亚铜可以和一定浓度的盐酸反应，C错误；青铜器连接。电源的负极才能起到保护作用，D错误。
2．全世界每年因生锈损失的钢铁，约占世界年产量的四分之一。一种钢铁锈蚀原理示意图如下，下列说法中不正确的是（ ）。
A．缺氧区：Fe－2e－Fe2+
B．富氧区：O2+2H2O+4e－4OH－
C．Fe失去的电子通过电解质溶液传递给O2
D．隔绝氧气或电解质溶液均可有效防止铁生锈
【解析】选C。由钢铁锈蚀原理示意图可知，铁发生了吸氧腐蚀。缺氧区，铁发生氧化反应，电极反应式为Fe－2e－Fe2+，A正确；富氧区，氧气得电子发生还原反应，O2+2H2O+4e－4OH－，B正确；由图可知，Fe失去的电子通过金属导体传递给富氧区的O2，电子不能在电解质溶液中自由移动，C不正确；隔绝氧气或电解质溶液后，就不能形成原电池，所以均可有效防止铁生锈，D正确。
【题型七】金属防护装置分析
【典例分析】
【典例7】（2020·江苏高考）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。在下图所示的情境中，下列有关说法正确的是（ ）。
A．阴极的电极反应式为Fe－2e－Fe2+
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快
【解析】选C。A项，该装置为原电池，阴极处为正极，参与电极反应的可能是O2或是溶液中的H+，错误；B项，M比Fe活泼，M将电子转移至Fe处，错误；C项，Fe表面有M传过来的电子，则O2或H+得到的电子不是Fe失去的电子，故Fe被保护，正确；D项，海水中存在电解质溶液，所以更容易发生电化学腐蚀，错误。
【提分秘籍】
1．原电池防护法
（1）名称：牺牲阳极的阴极保护法
（2）方法：被保护的金属接更活泼的金属
（3）图示
2．电解池防护法
（1）名称：外加电流的阴极保护法
（2）方法：被保护的金属与电源的负极相连
（3）图示
【变式演练】
1．（2022·广东省等级考）为检验牺牲阳极的阴极保护法对钢铁防腐的效果，将镀层有破损的镀锌铁片放入酸化的3%NaCl溶液中。一段时间后，取溶液分别实验，能说明铁片没有被腐蚀的是（ ）。
A．加入AgNO3溶液产生沉淀
B．加入淀粉碘化钾溶液无蓝色出现
C．加入KSCN溶液无红色出现
D．加入K3［Fe（CN）6］溶液无蓝色沉淀生成
【解析】选D。氯化钠溶液中始终存在氯离子，所以加入硝酸银溶液后，不管铁片是否被腐蚀，均会出现白色沉淀，故A不符合题意；淀粉碘化钾溶液可检测氧化性物质，但不论铁片是否被腐蚀，均无氧化性物质可碘化钾发生反应，故B不符合题意；KSCN溶液可检测铁离子的存在，上述现象中不会出现铁离子，所以无论铁片是否被腐蚀，加入KSCN溶液后，均无红色出现，故C不符合题意；K3［Fe（CN）6］是用于检测Fe2+的试剂，若铁片没有被腐蚀，则溶液中不会生成亚铁离子，则加入K3［Fe（CN）6］溶液就不会出现蓝色沉淀，故D符合题意。
2．（2022·宁波选考模拟）氯盐可导致混凝土中的钢筋腐蚀。为防止混凝土中的钢筋腐蚀，可在混凝土表面敷置一定电解质溶液并将惰性金属导电网浸泡其中，惰性金属导电网与钢筋分别连接外部直流电源从而除去Cl－，装置如图，下列说法错误的是（ ）。
A．钢筋接电源的正极
B．金属导电网上发生的电极反应为2Cl－－2e－Cl2↑
C．混凝土中的钙离子向钢筋方向移动
D．电解一段时间后钢筋附近溶液的pH增大
【解析】选A。由Cl－移动的方向可知钢筋接电源的负极，故A错误；金属导电网为阳极，发生的电极反应为2Cl－－2e－Cl2↑，故B正确；混凝土一端为阴极，钙离子为阳离子，所以向钢筋方向移动，故C正确；钢筋附近发生的电极反应为：2H2O+2e－H2↑+2OH－，所以电解一段时间后钢筋附近溶液的pH增大，故D正确。
【题型八】电化学的有关计算
【典例分析】
【典例8】（2022·北京市等级考）已知：在催化剂作用下，煤在管式炉中燃烧，出口气体主要含O2、CO2、H2O、N2、SO2。通过干燥装置后，待测气体进入库仑测硫仪进行测定。已知：库仑测硫仪中电解原理示意图如下。检测前，电解质溶液中保持定值时，电解池不工作。待测气体进入电解池后，SO2溶解并将I3－还原，测硫仪便立即自动进行电解到又回到原定值，测定结束，通过测定电解消耗的电量可以求得煤中含硫量。
煤样为ag，电解消耗的电量为x库仑，煤样中硫的质量分数为___________。已知：电解中转移1mol电子所消耗的电量为96500库仑。
【解析】由题意可知，二氧化硫在电解池中被溶液中I3－氧化生成硫酸根离子。根据电子守恒和硫元素守恒，可得如下关系：S~SO2~SO42－~2e－，电解消耗的电量为x库仑，则电子的物质的量是：n（e－）＝＝mol，则样品中硫元素的物质的量是：n（S）＝n（e－）＝×mol，所以煤样中硫的质量分数为×100%＝%。
【答案】%
【提分秘籍】
1．基本方法：电子守恒和电荷守恒列关系式
（1）电子守恒和电荷守恒列关系式
O2~4e－~4Ag~2Cu~2H2~2Cl2~4OH－~4H+~Mn+
（3）几个注意问题
①气体体积相关计算时，必须注明标准状况
②计算含交换膜电化学装置中某一区域质量变化，注意离子的迁移
③注意某一电极发生多个电极反应
2．电化学计算的物理公式
（1）电量公式：Q＝It＝nNAq＝nF
①n——得失电子的物质的量（mol）
②NA——阿伏加德罗常数（6.02×1023mol－1）
③q——1个电子所带的电量（1.60×10－19C）
④I——电流强度（A）
⑤t——时间（s）
⑥F——法拉弟常数（96500C/mol）
（2）电能公式：W＝UIt＝UQ
【变式演练】
1．（2020·全国Ⅱ卷节选）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，其原理如下图所示：
（1）阴极上的反应式为___________________。
（2）若生成的乙烯和乙烷的体积比为2∶1，则消耗的CH4和CO2体积比为___________。
【解析】（1）由装置图知为电解装置，电极A为阴极，由球棍模型可知反应物为CO2，产物为CO，固体电解质传递O2－，则电极反应式为CO2+2e－CO+O2－。（2）由球棍模型知，阳极的反应物为甲烷，生成物为乙烷、乙烯和水。生成的乙烯和乙烷的体积比为2∶1，即物质的量之比为2∶1，设物质的量分别为2mol、1mol，由原子守恒知消耗的CH4的物质的量为（2mol+1mol）×2＝6mol，转移电子的物质的量为2mol×2×2+1mol×2×1＝10mol，则消耗的CO2的物质的量为10mol÷2＝5mol，则消耗的CH4和CO2的物质的量之比为6∶5，即体积比为6∶5。
【答案】（1）CO2+2e－CO+O2－（2）6∶5
2．（2020年·全国卷I）为验证不同化合价铁的氧化还原能力，利用下列电池装置进行实验。
电池反应一段时间后，测得铁电极溶液中c（Fe2+）增加了0.02mol·L−1。石墨电极上未见Fe析出。可知，石墨电极溶液中c（Fe2+）＝________。
【解析】铁电极的电极反应式为Fe－2e－＝Fe2+，石墨电极上未见Fe析出，石墨电极的电极反应式为Fe3++e－＝Fe2+，电池反应一段时间后，测得铁电极溶液中c（Fe2+）增加了0.02mol/L，根据得失电子守恒，石墨电极溶液中c（Fe2+）增加0.04mol/L，石墨电极溶液中c（Fe2+）＝0.05mol/L+0.04mol/L＝0.09mol/L。
【答案】0.09mol/L
1．（广东省深圳市光明区2023届高三上学期第一次模拟）我国有着丰富的海风资源，在海水中建立风电设备，防腐蚀是一个突出问题。下列说法正确的是（ ）。
A．钢铁构件表面的镀铜破损后依然会保护内部钢铁不被腐蚀
B．可将钢铁构件与电源负极连接臧缓腐蚀发生
C．钢铁发生吸氧腐蚀时负极发生的反应为Fe－3e－Fe3+
D．海水中发生化学腐蚀的速率大于电化学腐蚀速率
【解析】选B。铜镀层破损后，Cu、Fe和海水构成原电池，Fe失电子作负极，Fe加速被腐蚀，A项错误；将钢铁部件与电源负极连接减缓腐蚀是外加电流法，可以减缓腐蚀发生，B项正确；钢铁发生吸氧腐蚀时负极发生的反应为Fe－2e－Fe2+，C项错误；发生电化学腐蚀的速率大于化学腐蚀速率，D项错误。
2．（2022年湖北省新高考联考协作体高三3月模拟）已知Ag+的氧化性强于Co2+的氧化性，则关于下图所示原电池装置的说法中，正确的是（ ）。
A．Co电极是原电池的正极
B．盐桥中可填充KCl饱和溶液与琼脂的混合物
C．该原电池的正极反应式为Ag++e－Ag
D．盐桥中的电解质阴离子向右侧烧杯移动
【解析】选C。本题装置为原电池装置，因为Ag+的氧化性强于Co2+的氧化性，故Co比Ag易失电子，故Co电极为负极，Ag电极为正极，A错误；本装置的银半电池中离子为Ag+，若盐桥中填充KCl饱和溶液与琼脂的混合物，则Ag+与Cl－反应生成AgCl沉淀，因此盐桥中不可填充KCl饱和溶液与琼脂的混合物，B错误；由分析可知，银电极为正极，正极反应式为：Ag++e－Ag，C正确；原电池中阴离子移向负极，即阴离子向左侧烧杯移动，D错误。
3．（广东省茂名市2022届高三下学期第二次综合测试）搭载全气候电池的电动车在北京冬奥会零下30度的环境里亮相，成功地解决了锂离子电池不耐低温的问题，锂离子电池通常以碳材料（容纳锂离子）为负极，LiCoO2、LiMnPO4等锂的活性化合物为正极，放电时下列说法不正确的是（ ）。
A．化学能转化为电能
B．正极上发生氧化反应
C．Li+向正极迁移
D．当电路中转移0.1mol电子时，负极重量减少0.7g
【解析】选B。锂离子电池是化学能转化为电能的装置，A正确；阳离子移向正极，C正确；当电路中转移0.1mol电子时，负极中有0.1mol锂离子脱嵌，重量减少0.7g，D正确；原电池正极发生得电子的还原反应。
4．（广东省江门市2021~2022学年高三3月模拟）“自煮火锅”发热包的成分为碳酸钠、硅藻土、铁粉、铝粉、活性炭、焦炭粉、NaCl、生石灰，向发热包中加入冷水，可用来蒸煮食物。下列说法错误的是（ ）。
A．Na+由活性炭区向铝粉表面区迁移
B．负极反应为Al－3e－+4OH－AlO2－+2H2O
C．活性炭作正极，正极上发生还原反应
D．硅藻土结构疏松，使各物质分散并均匀混合，充分接触
【解析】选A。往发热包中加入冷水，形成铁碳原电池。反应CaO+H2OCa（OH）2放热使水迅速升温沸腾，反应Na2CO3+Ca（OH）22NaOH+CaCO3↓使得溶液呈碱性则溶液中发生反应2Al+2OH－+2H2O2AlO2－+3H2↑，该反应为原电池的总反应，负极反应为Al－3e－+4OH－AlO2－+2H2O，正极反应为2H2O+2e－2OH－+H2↑；钠离子向正极移动，故A错误；负极反应为Al－3e－+4OH－AlO2－+2H2O，故B正确；活性炭作正极，正极上得电子发生还原反应，故C正确；硅藻士结构疏松，孔大，能使各物质分散并均匀混合，充分接触，故D正确。
5．（广东省茂名市2022届高三下学期第二次综合测试）城市污水循环用作城市稳定的第二水源，对缓解城市水危机有重要意义。高铁酸盐［Fe（VI）］作为一种绿色环保水处理剂，兼具极强的氧化性和良好的絮凝效果，图为电解制备高铁酸盐的装置示意图（电解液为NaOH溶液），下列说法正确的是（ ）。
A．石墨作阳极，铁作阴极
B．阳极的电极方程式为：Fe－6e－+8OH－FeO42－+4H2O
C．生成1mol高铁酸盐，II室溶液质量理论上增大56g
D．工作时，I室和II室溶液的pH均增大
【解析】选B。根据电解装置示意图，可以判断铁作阳极，A错误；根据阳极的电极方程式：Fe－6e－+8OH－FeO42－+4H2O，可知生成1mol高铁酸盐，理论上会有6molNa+通过阳离子交换膜移向阴极，II室溶液质量理论上会减小，C错误；由阳极的电极方程式可知II室溶液的pH减小，D错误；阳极的电极方程式为：Fe－6e－+8OH－FeO42－+4H2O。
6．（2022~2023湖北咸宁市高三11月模拟）钛的电解冶炼法，如图所示。以含少量CaCl2的CaO熔融物作为介质，电解时阴极生成的Ca进一步还原TiO2得到钛。下列说法不正确的是（ ）。
A．Ca还原TiO2的化学方程式为2Ca+TiO2Ti+2CaO
B．阳极石墨稳定性强，在实际生产过程中质量几乎不会改变
C．CaCl2的作用可能是增强导电性，同时起到助熔剂的作用
D．已知F＝96500C·mol－1，当I＝0.5A，通电80分钟，理论上可得Ti的质量为 g
【解析】选B。Ca还原TiO2的化学方程式为2Ca+TiO2Ti+2CaO，故A正确；阳极的石墨会与生成的氧气反应生成CO或CO2，所以石墨质量变小，故B错误；CaCl2的熔点比CaO低，所以CaCl2的作用可能是增强导电性，同时起到助熔剂的作用，故C正确；当I＝0.5A，通电80分钟，转移电子的物质的量是＝mol，根据TiO2~Ti~4e－，所以生成钛的质量是×mol×48g/mol＝g，故D正确。
7．（2022届湖南新高考教学教研联盟高三第二次联考）“太阳水”电池装置如图所示，该电池由三个电极组成，其中a为TiO2电极，b为Pt电极，c为WO3电极，电解质溶液为pH＝3的Li2SO4－H2SO4溶液。锂离子交换膜将电池分为A、B两个区，A区与大气相通，B区为封闭体系并有N2保护。下列关于该电池的说法正确的是（ ）。
A．若用导线连接b、c，b电极附近pH增大，可实现太阳能向电能转化
B．若用导线连接b、c，c电极为负极，可实现HxWO3转化为WO3
C．若用导线连接a、c，则a为负极，该电极附近pH减小
D．若用导线连接a、c，则c电极的电极反应式为HxWO3－xe－WO3+xH+
【解析】选BC。用导线连接b、c，b电极发生O2→H2O，发生还原反应，为正极，电极反应式为O2+4e－+4H+＝2H2O，b电极附近pH增大，可实现化学能向电能转化，故A错误；c电极为负极，发生反应：HxWO3－xe－WO3+xH+，可实现HxWO3转化为WO3，故B正确；由图可知，连接a、c时，a电极上H2O→O2↑，发生失电子的氧化反应，则a电极为负极，电极反应式为2H2O－4e－O2↑+4H+，生成H+，a电极附近pH减小，故C正确；c电极为正极，正极上发生得电子的还原反应，电极反应式为WO3+xH++xe－HxWO3，故D错误。
8．（四川省遂宁市2022届高三下学期三诊）科学家发明了一种Al－PbO2电池，电解质为K2SO4、H2SO4、KOH，通过x和y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（a＞b），结构示意图如图所示。下列说法不正确的是（ ）。
A．K+通过x膜移向区域
B．R区域的电解质浓度逐渐减小
C．放电时，Al电极反应为：Al－3e－+4OH－AlO2－+2H2O
D．消耗1.8gAl时，N区域电解质溶液减少16.0g
【解析】选B。原电池工作时负极发生反应Al－3e－+4OH－AlO2－+2H2O，消耗OH－，K+向正极移动，向R区移动，A正确；正极得电子，SO42－经y离子交换膜移向R区，R区城K+与SO42－不断进入，所以电解质浓度逐渐增大，B错误；放电时，原电池负极发生反应为：Al－3e－+4OH－AlO2－+2H2O，C正确；正极反应为：PbO2+4H++SO42－+2e－PbSO4+2H2O，消耗1.8gAl，转移电子0.2mol，N区消耗0.4mol H+，0.1mol SO42－，同时有0.1mol SO42－移向R区，则相当于减少0.2mol H2SO4，同时生成0.2mol H2O，则N区实际减少质量为0.2mol×98g·mol－1－0.2mol×18 g·mol－1＝16.0g，D正确。
9．（新疆师大附中2022届高三年级一模）一种钌（Ru）基配合物光敏染料敏化太阳能电池，其工作原理如图所示。下列说法错误的是（ ）。
A．电池工作时，将太阳能转化为电能
B．X电极为电池的负极
C．Y电极发生的电极反应为I3－+2e－3I－
D．当电池工作从开始到结束时，电解质溶液中I－和I3－的浓度分别会发生很大变化
【解析】选D。电池工作时，太阳光使Ru（II）失电子转化为Ru（III），发生氧化还原反应，将太阳能转化为电能，选项A正确；X电极电子流岀，发生氧化反应，为电池的负极，选项B正确； Y电极电子流入，发生还原反应，电极反应为I3－+2e－3I－，选项C正确；电池工作时，I3－+2e－3I－，生成的I－又可与Ru（III）反应重新生成I3－，整个过程电解质溶液中I－和I3－的浓度基本不变，选项D错误。
10．（北京市西城区2022届高三下学期一模）ORP传感器（如下图）测定物质的氧化性的原理：将Pt电极插入待测溶液中，Pt电极、Ag/AgCl电极与待测溶液组成原电池，测得的电压越高，溶液的氧化性越强。向NaIO3溶液、FeCl3溶液中分别滴加2滴H2SO4溶液，测得前者的电压增大，后者的几乎不变。
下列说法不正确的是（ ）。
A．盐桥中的Cl－移向Ag/AgCl电极
B．Ag/AgCl电极反应是Ag－e－+Cl－AgCl
C．酸性越强，IO3－的氧化性越强
D．向FeCl3溶液中滴加浓NaOH溶液至碱性，测得电压几乎不变
【解析】选D。Ag/AgCl电极为负极，电极反应式为Ag－e－+Cl－AgCl，B选项正确；盐桥中的阴离子（Cl－）移向负极（Ag/AgCl电极），A选项正确；因为向NaIO3溶液中滴加2滴H2SO4溶液，测得电压增大，说明酸性越强，IO3－的氧化性越强，C选项正确；向FeCl3溶液中滴加浓NaOH溶液至碱性，生成氯化钠和氢氧化铁，c（Fe3+）减小，溶液氧化性减弱，测得电压减小，故D错误。
11．（福建省厦门市2022届高三下学期3月第二次质量检测）我国科学家设计的Mg－Li双盐电池工作原理如图所示，下列说法不正确的是（ ）。
A．放电时，正极电极反应式为FeS+2e－+2Li+Fe+Li2S
B．充电时，Mg电极连外接电源负极
C．充电时，每生成1molMg，电解质溶液质量减少24g
D．电解液含离子迁移速率更快的Li+提高了电流效率
【解析】选C。放电时Mg转化为Mg2+，所以右侧电极为负极，左侧电极为正极，FeS得电子生成Fe和Li2S，电极反应为FeS+2e－+2Li+Fe+Li2S，故A正确；充电时Mg2+转化Mg，被还原，为阴极，连接外接电源的负极，故B正确；充电时阳极反应为Fe+Li2S－2e－FeS+2Li+，每生成1molMg，消耗1mol Mg2+，转移2mol电子，同时生成2molLi+，所以电解质质量减少24g－2×7g＝10g，故C错误；电解液中含离子迁移速率更快的Li+，增强了导电性，提高了电流效率，故D正确。
12．（广东省汕尾市2022届高三上学期期末调研）近年来，我国在能源研发与能量转化领城所获得的成就领跑全球。下图是我国科学家研发的一种能量转化装置，利用该装置可实现将CO2转化为CO，并获得NaClO溶液。下列说法错误的是（ ）。
A．a为太阳能电池的正极
B．该装置可实现多种能量之间的转化
C．电极Y的反应为Cl－－2e－+H2OClO－+2H+
D．当有22.4LCO2参与反应时，外电路通过2NA个电子
【解析】选D。电极Y为阳极，与阳极相接的为电源正极，即a为正极，故A正确；该装置有太阳能电池为电源，太阳能电池将太阳能转化为电能，实现了CO2与NaCl电解生成CO和NaClO，电能转化为化学能，该装置工作时，至少实现了三种能量形式的转化，故B正确；C.电极Y为阳极，电极反应为Cl－－2e－+H2OClO－+2H+，故C正确；22.4LCO2是否处于标准状况未知，故D错误。
13．（广西南宁市2022届高三下学期二模）KIO3广泛用于化工、医学和生活中，工业上制备KIO3的工作原理如图所示，下列说法正确的是（ ）。
A．a为正极，B极上发生氧化反应
B．电子流向：A→a→b→B
C．X气体是H2，每转移2mole－，可产生22.4LX气体
D．A极的电极反应式为：32
【解析】选D。根据图示，该装置为电解池，A电极上I－发生失电子的氧化反应生成IO3－，A电极为阳极，则a为电源的正极，b为电源的负极，B电极为阴极；据此分析作答。a为电源的正极，B电极为阴极，B极，上发生得电子的还原反应，A错误；A电极为阳极，a为电源的正极，b为电源的负极，B电极为阴极，电子流向为：A→a、b→B，电子不通过电源的内电路，B错误；B极电极反应式为2H2O+2e－H2↑+2OH－，X气体是H2，每转移2mole－生成1molH2，由于H2所处温度和压强未知，不能计算H2的体积，C错误；A电极上I发生失电子的氧化反应生成IO3－，电极反应式为I－+6OH－－6e－IO3－+3H2O，D正确。
14．（河北省保定市2022届高三下学期一模）用镍制造的不锈钢和各种合金被广泛地用于飞机，坦克，舰艇、雷达，导弹，宇宙飞船等各种军工和民用机械制造业。如图所示为电解制备金属镍的装置示意图（已知：氧化性：H+＞Ni2+）。下列说法错误的是（ ）。
A．电势：石墨电极＞镍电极
B．工作时，中间室溶液的pH减小
C．若将石墨电极改为铂电极，该装置工作原理不变
D．消耗1Ah电量时，阴极生成Ni和阳极生成O2的物质的量之比为1∶2
【解析】选D。电解池中，阳极电势大于阴极，故A正确；由图可知，阴极的电极反应式为Ni2++2e－Ni，阳极的电极反应式为2H2O－4e－O2↑+4H+右室中的硫酸根离子经过阴离子交换膜进入中间室，左室的H+经过阳离子交换膜进入中间室，故中间室溶液的pH不断减小，故B正确；若将石墨电极改为铂电极，铂电极也是惰性电极，该装置工作原理不变，故C正确；阴极生成Ni和阳极生成2的物质的量之比为2∶1，故D错误。
15．（河北省九师联盟2022届高三下学期4月联考）利用电化学方法可将CO2同时转化为甲烷、乙烯等产物，实验装置如图所示，下列说法错误的是（ ）。
A．一段时间后，Cu极区溶液质量增大
B．若Pt极区产生8mol H+，则产生CH4与C2H4共2mol
C．生成乙烯的电极反应式为2CO2+12H++12e－C2H4+4H2O
D．若生成0.15mol CH4和0.30mol C2H4则外电路中转移4.8mol电子
【解析】选B。根据装置图，CO2生成CH4、C2H4，以CO2转化为C2H4为例，每2mol CO2转化为Imol C2H4质量变化为44×2+12×1－28×1＞0，所以对应电极区溶液的质量增大，同理，生成乙烯，溶液质量也会增大，A项正确；Pt极区产生8mol H+，移向Cu极区，因为生成CH4和C2H4的比不确定外，且氢离子还有一部分转化生成了H2O，所以无法根据迁移的氢离子具体计算有多少甲烷和乙烯生成，B项错误；铜电极为阴极，CO2参与反应，溶液呈酸性，因此产生乙烯的电极反应式为2CO2+12H++12e－C2H4+4H2O，C项正确；生成0.15mol CH4和0.30mnol C2H4，转移电子的物质的量为0.15mol×8+ 0.30mol×6×2＝ 4.8mol，D项正确。
16．（湖北宜昌四校2022届高三下学期模拟联考）在直流电源作用下，双极膜中间的H2O解离为H+和OH－，利用电解池产生强氧化性的羟基自由基（·OH），处理含苯酚废水和含SO2的烟气的工作原理如图所示。下列说法正确的是（ ）。
A．电势：N电极＜M电极
B．含SO2的烟气被吸收的反应为SO2+2·OHH2SO4
C．阴极电极反应式为·OH+e－OH－
D．每处理9.4g苯酚，理论上有2.8mol H+透过膜
【解析】选B。M极上O2得电子生成羟基自由基（·OH），说明M极为阴极，连接电源的负极，N极为阳极，故电势：N电极＞M电极，A错误；B略；阴极上O2得电子生成羟基自由基（·OH），电极反应式为O2+2e－+2H+2·OH，C错误；每1mol苯酚转化为CO2，转移电子28mol，每处理9.4g苯酚（即0.1mol），理论上有2.8mol电子转移，但是根据图示分析，应该是有2.8mol H+透过膜b而不是膜a，D错误。
17．（海南省2022届高三下学期学业水平诊断三）工业上常采用电渗析法从含萄糖酸钠（用GCOONa表示）的废水中提取化工产品葡萄糖酸（GCOOH）和烧碱，模拟装置如图所示（电极均为石墨）。
下列说法错误的是（ ）。
A．交换膜1、2分别为阳离子、阴离子交换膜
B．a电极为阴极，b电极上发生氧化反应
C．一段时间后，a、b电极产生气体的质量之比为8∶1
D．电路中通过1mol电子时，理论上回收40gNaOH
【解析】选C。a是阴极，阴极区域显示碱性，氢氧根离子浓度增大，同时溶液中的钠离子移向该区域，得到高浓度的氢氧化钠，所以交换膜1为阳离子交换膜，是阳极，阳极区域显示酸性，氢离子浓度逐渐增大 ，同时溶液中的酸根阴离子移向该区域，得到高浓度的葡萄糖酸（GCOOH），所以交换膜2为阴离子交换膜，故A正确；电解葡萄糖酸钠溶液实质是电解水，在阴极发生反应2H2O+2e－H2↑+2OH－，阳极上发生反应2H2O－4e－O2↑+4H+，阴极区域显示碱性，氢氧根离子浓度增大，a是阴极，b是阳极，发生氧化反应，故B正确；电解葡萄糖酸钠溶液实质是电解水，在阴极a发生反应2H2O+2e－H2↑+2OH－，阳极b上发生反应2H2O－4e－O2↑+4H+，a、b电极产生气体的质量之比为1∶8，故C错误；a是阴极，阴极区域显示碱性，氢氧根离子浓度增大，同时溶液中的钠离子移向该区域，得到高浓度的氢氧化钠，电路中通过1mol电子时，则在阴极区域产生1mol氢氧化钠，理论上回收40gNaOH，故D正确。
18．（河南省大联考2022届高三下学期第三次模拟）我国科学家成功研制出CO2/ Mg二次电池，在潮湿条件下的放电原理为2Mg+3CO2+2H2O2MgCO3·H2O+C，模拟装置如图所示（已知放电时，Mg2+由负极向正极迁移）。下列说法正确的是（ ）。
A．放电时，电流由镁极经外电路流向石墨极
B．放电时，正极的电极反应式为2Mg2++3CO2+2H2O+4e－2MgCO3·H2O+C
C．充电时，阴极上放出CO2，发生还原反应
D．充电时，当阳极质量净减12g时，转移了4mol电子
【解析】选B。放电时，电流由正极流向负极，镁极为负极，A项错误；充电时，阴极析出镁，C项错误；充电时，转移4mol电子，阳极减小的质量为：12g+（84+18）g×2＝216 g，D项错误。
19．（四川省成都市2021~2022学年高三4月模拟）太阳能、风能等可再生能源发电具有分散性和间隙性分缺点，需要配套能量密度高、循环寿命长、成本低的电化学储能系统。某种研究中的铝离子储能电池以二硒化钴（II）/纳米碳@石墨烯复合材料为正极，有机阳离子与氯铝酸阴离子组成的离子液体为电解质，电池总反应为：CoSe2+mAlAlmConSe2+（1－n）Co（其中m、n均小于1）。正极的工作原理如图所示（硒始终保持－1价）。下列叙述错误的是（ ）。
A．放电时，AlCl4－向负极迁移
B．放电时，正极的电极反应式为：CoSe2+4mAl2Cl7－+3me－＝AlmConSe2+（1－n）Co+7mAlCl4－
C．充电时，负极每消耗1molAl2Cl7－可转移3mole－
D．m与n的关系为3m＝2（1－n）
【解析】选C。电池总反应为：CoSe2+mAlAlmConSe2+（1－n）Co。放电时AlCl4－向负极迁移，故A正确；由正极的工作示意图可知，放电时Al2Cl7－在正极转化为AlCl4－，则正极反应为：CoSe2+4mAl2Cl7－+3me－＝AlmConSe2+（1－n）Co+7mAlCl4－，负极反应为：mAl－3me－+7mAlCl4－＝4mAl2Cl7－，故B正确；充电时，上述负极反应逆向进行，每消耗1molAl2Cl7－应转移mole－，故C错误；D.电池中钴的价态在+2和0间相互转化，铝则为0和+3相互转化，根据总反应方程式和电子转移守恒，可得3m＝2（1－n），故D正确。
20．（江苏省七市2022届高三下学期二模试题）一种锌钒超级电池的工作原理如图所示，电解质为（CH3COO）2Zn溶液，电池总反应为Zn+NaV2（PO4）3ZnNaV2（PO4）3。下列说法正确的是（ ）。
A．放电时，b电极为电池的负极
B．放电后，负极区c（Zn2+）增大
C．充电时，Zn2+向a电极移动
D．充电时，b电极发生的电极反应为ZnNaV2（PO4）3+2e－Zn2++NaV2（PO4）3
【解析】选C。放电时为原电池，a作负极，b作正极，故A错误；放电时负极反应式为Zn－2e－Zn2+，Zn2+通过阳离子交换膜移向正极，即负极区c（Zn2+）不变，故B错误；充电时为电解池，a作阴极，b作阳极，Zn2+通过阳离子交换膜移向a极，故C正确；放电时正极反应式为Zn2++NaV2（PO4）3+2e－NaV2（PO4）3，充电时为电解池，阳极反应与正极反应相反，即ZnNaV2（PO4）3－2e－Zn2++NaV2（PO4）3，故D错误。
21．（江苏省苏锡常镇四市2022届高三下学期4月教学情况调研）双极膜电渗析法固碳技术是将捕集的CO2转化为CaCO3而矿化封存，其工作原理如图所示。双极膜中间层中的H2O解离成H+和OH－，并在直流电场作用下分别向两极迁移。下列说法不正确的是（ ）。
A．两个双极膜中间层中的H+均向左侧迁移
B．若碱室中比值增大，则有利于CO2的矿化封存
C．电解一段时间后，酸室中盐酸的浓度增大
D．该技术中电解固碳总反应的离子方程式为2Ca2++2CO2+4H2O2CaCO3↓+2H2↑+O2↑+4H+
【解析】选B。左侧双极膜中氢氧根离子向碱室中迁移，氢离子向左室迁移，氯离子透过阴离子交换膜进入酸室，右侧双极膜中氢离子左侧迁移进入酸室，故A正确；碱室中碳酸根离子透过阴离子交换膜，与钙离子结合生成碳酸钙，若碱室中比值增大，不有利于CO2的矿化封存，故B错误；碱室中碳酸根离子透过阴离子交换膜，与钙离子结合生成碳酸钙，氯离子透过阴离子交换膜进入酸室，右侧双极膜中氢离子进入酸室，酸室中盐酸的浓度增大，故C正确；由两极反应和分析可知，电解固碳总反应的离子方程式为：2Ca2++2CO2+4H2O2CaCO3↓+2H2↑+O2↑+4H+，故D正确。
22．（2022届辽宁省高三实战猜题卷）酸碱中和反应能设计成原电池。某团队设计的装置如图所示。下列关于该原电池的说法正确的是（ ）。
A．Hg/HgO电极的电极反应式为4OH－－4e－2H2O+O2↑
B．b膜是阴离子交换膜
C．生成1molH2O时，放出的电能与KOH和稀硫酸反应的中和热相等
D．改变H2SO4溶液或KOH溶液浓度，电压会发生变化
【解析】选D。由题给信息可知该原电池总反应为H++OH－H2O，O2是氧化剂，所以通入O2的Hg/Hg2SO4电极为正极，得到电子，电极反应式为O2+4e－+4H+2H2O，Hg/HgO电极为负极，失去电子，电极反应式为4OH－－4e－2H2O+O2↑。为保证溶液呈电中性，正极需要补充阳离子，负极需要补充阴离子，中间室K+向正极（右）移动，SO42－向负极（左）移动，因此b膜是阳离子交换膜，a膜是阴离子交换膜。综上，A和B正确；原电池的能量转化率无法达到100% ，所以生成1mol H2O时，酸碱中和反应放出的热量与放出的电能不相等，C错误；H2SO4溶液或KOH溶液的浓度发生变化，会分别导致O2在正极得电子的能力和OH－在负极失电子的能力发生变化，进而导致电压发生变化，D正确。
23．（北京市房山区2022届高三一模）某同学为探究AgI是否可以转化为AgCl，进行如下实验：
装置
步骤
电压表读数
ⅰ.如图连接装置并加入试剂，闭合K
a
ⅱ.向B中滴入AgNO3（aq），至沉淀完全
b
ⅲ.再向B中投入一定量NaCl（s）
c
ⅳ.重复ⅰ，再向B中投入一定量NaCl（s）
a
v.重复ⅰ，再向A中加入适量AgNO3（s）
d
已知：①其他条件不变时，参与原电池反应的氧化剂（或还原剂）的氧化性（或还原性）越强，原电池的电压越大。②电压表读数：a＞c＞b＞0
下面说法不正确的是（ ）。
A．由a＞0可知，KI一定是被AgNO3氧化
B．由a＞b可知，I－离子的还原性与其浓度有关
C．由c＞b可知，增加Cl－的浓度，可使AgCl（s）+I－（aq）AgI（s）+Cl－（aq）平衡逆向进行
D．推测d＞a
【解析】选A。原电池中，Ag+在正极得到电子，被还原，I－在负极失去电子，被氧化，因此闭合K时，电压表读数a＞0，但I－不一定是被AgNO3所氧化，还可能是被空气中的氧气所氧化，故A错误；步骤i向B中滴入AgNO3（aq），至沉淀完全，溶液中I－浓度减小，已知其他条件不变时，参与原电池反应的氧化剂（或还原剂）的氧化性（或还原性）越强，原电池的电压越大，a＞b，说明溶液中I-浓度减小，还原性减弱，因此I－离子的还原性与其浓度有关，故B正确；c＞b，说明投入一定量NaCl （s）使得B中I－浓度增大，还原性增强，则推知增加Cl－的浓度，可使AgCl（s）+I－（aq）AgI（s）+Cl－（aq）平衡逆向进行，故C正确；再向A中加入与适量AgNO3（s），Ag+浓度增大，氧化性增强，电压越大，故d＞a，故D正确。
24．（湖南永州市2023年高考第一次适应性考试）双膜碱性多硫化物空气液流二次电池可用于再生能源储能和智能电网的备用电源等，电极I为掺杂Na2S2的电极，电极II为碳电极。电池工作原理如下图所示。下列说法错误的是（ ）。
A．离子交换膜a为阳离子交换膜，离子交换膜b为阴离子交换膜
B．放电时，中间储液器中NaOH的浓度不断减小
C．充电时，电极I的电极反应式为：2S22－－2e－S42－
D．充电时，电路中每通过1mol电子，阳极室溶液质量理论上增加9g
【解析】选BC。由图分析可知，电极II为碳电极，放电时，氧气发生还原反应生成氢氧根离子，为正极，则电极I为负极。放电时，正极发生还原反应，反应为O2+2H2O+4e－4OH－；负极发生氧化反应，反应为2S22－－2e－S42－；正极区氢氧根离子向左侧运动，离子交换膜b为阴离子交换膜；负极区钠离子向右侧运动，离子交换膜a为阳离子交换膜，中间储液器中NaOH的浓度不断变大，A正确；由A分析可知，中间储液器中NaOH的浓度不断变大，B错误；充电时，电极I为阴极，得到电子发生还原反应，C错误；充电时，电极II为阳极区，反应为4OH－－4e－O2+2H2O，电路中每通过1mol电子，阳极室从中间储液器进入1mol氢氧根离子、同时生成0.25mol氧气，溶液质量理论上增加17g－8g＝9g，D正确。
25．（湖南省三湘创新发展联合2022~2023学年高三上学期起点调研）超纯水微细电解加工是在常规电解加工原理的基础上，利用超纯水作电解液，并采用阳离子交换膜促进水解离来提高超纯水中OH－的浓度，使电解电流密度达到足够蚀刻材料的一种新型电解加工工艺。铜的微细电解加工如图，所用的阳离子交换膜为RSO3H，RSO3H自身能解离成固定基团RSO3－和自由离子H+。下列说法错误的是（ ）。
A．M为电源的正极
B．辅助电极上有气泡产生
C．工件电极上的电极反应式为Cu－2e－+2OH－Cu（OH）2
D．阳离子交换膜向上的面上发生的反应为RSO3－+H2ORSO3H+OH－
【解析】选D。根据题意知，采用阳离子交换膜促进水解离来提高超纯水中OH－的浓度，则辅助电极要消耗H+，故辅助电极为H+得电子生成氢气，为电解池的阴极，与其相连的N极为电源负极，M为电源正极，工件电极为阳极。据分析可知，M为电源的正极，A正确；辅助电极上有气泡产生，B正确；工件电极为阳极，其电极反应式为Cu－2e－+2OH－Cu（OH）2，C正确；辅助电极电解产生大量OH－，为了使溶液呈电中性，阳离子交换膜向上的面上发生的反应为RSO3HRSO3－+H+，D错误。
26．（唐山市2022~2023学年度高三年级摸底演练）以甲烷燃料电池为电源电解NaB（OH）4溶液制备H3BO3的工作原理如图所示，下列叙述错误的是（ ）。
A．燃料电池通入氧气的电极接电解池的Y电极
B．N室中：a%＞b%
C．膜I、III为阳离子交换膜，膜II为阴离子交换膜
D．理论上每生成1mol产品，需消耗甲烷的体积为2.8L（标况）
【解析】选AB。燃料电池通入氧气的电极为正极，接电解池的阳极，而N室中石墨为阴极，即Y电极为阴极，选项A错误；N室中石墨为阴极，电解时阴极上水得电子生成H2和OH－，原料室中的钠离子通过Ⅲ膜进入N室，溶液中c（NaOH）增大，所以N室：a%＜b%，选项B错误；原料室中的B（OH）4－通过Ⅱ膜进入产品室，M室中氢离子通入Ⅰ膜进入产品室，原料室中Na+的通过Ⅲ膜进入N室，则Ⅰ、Ⅲ为阳离子交换膜，Ⅱ为阴离子交换膜，选项C正确；理论上每生成1molH3BO3，则M室中就有1mol氢离子通入Ⅰ膜进入产品室即转移1mole－，甲烷在燃烧电池中发生电极反应消耗1molCH4转移8mole－，则转移1mole－应该消耗molCH4标准状况下2.8L，选项D正确。
27．（河北省邯郸市2022~2023学年高三上学期摸底）钛酸锂电池由于具有体积小、重量轻、能量密度高、安全稳定、绿色环保等特点，在通信电源领域具有非常广泛的应用前景。其工作原理如图所示，下列说法正确的是（ ）。
A．放电时，Li+移向N极
B．充电时，M极接外电源的负极
C．充电时，N极的电极反应式：Ti5O12+4Li++4e－Li4Ti5O12
D．用该电池电解精炼铜，当M、N两极质量变化差为14g时，理论上可生成64g精铜
【解析】选C。放电时，N极发生的反应为：Li4Ti5O12－4e－Ti5O12+4Li+
，该电极发生氧化反应，所以N电极为负极，充电时为阴极，所以M极放电为正极，充电时为阳极。N极为负极，吸引阴离子，所以Li+移向M极，A错误；充电时M极为正极，充电时为阳极，与电源正极相连，B错误；充电时，N极为阴极，发生还原反应，故电极反应式为Ti5O12+4Li++4e－Li4Ti5O12，C正确；放电时，M极质量减少的量为Li~e－，N极增加的量为Li~e－，当两级的质量差为14g时，转移的电子数为1mol，当精炼铜时，电池转移的电子数等于阴极增重时电子转移数，而阴极增重的质量为铜，铜与电子之间的关系为Cu~2e－，所以增重的质量为32g，D错误。
28．（广东省深圳市光明区2023届高三上学期第一次模拟）某科研小组利用下图装置完成乙炔转化为乙烯的同时为用电器供电。其中锌板处发生的反应有：①Zn－2e－Zn2+；②Zn+4OH－－2e－［Zn（OH）4］2－；③［Zn（OH）4］2－ZnO+2OH－+H2O。下列说法不正确的是（ ）。
A．电极a的电势高于电极b的电势
B．放电过程中正极区KOH溶液浓度保持不变
C．电极a上发生的电极反应式为C2H2+2H2O+2e－C2H4+2OH－
D．电解足量CuSO4溶液，理论上消耗2.24L（标准状况）C2H2时，生成6.4gCu
【解析】选C。由图可知锌板为负极，所以电极a的电势高于电极b的电势，A项正确；放电过程中正极区消耗水，导致KOH溶液浓度增大，B项错误；电极a上发生的电极反应式为C2H2+2H2O+2e－C2H4+2OH－，C项正确；电解硫酸铜时，生成铜的电极反应为Cu2++2e－Cu，理论上消耗2.24LC2H2（标准状况），即0.1mol，对应电子转移0.2mol，可生成铜6.4g，D项正确。
29．（四川省雅安市2023届高三上学期零诊）某微生物电化学法制甲烷是将电化学法和生物还原法有机结合，装置如图所示。有关说法错误的是（ ）。
A．该离子交换膜可为质子交换膜
B．右侧电极为阴极，发生还原反应
C．阳极附近溶液pH减小
D．每生成1molCH4，有8NA电子通过离子交换膜
【解析】选D。据图分析，CO2得电子生成甲烷，故b为负极，a为正极。则左侧电极为阳极，右侧电极为阴极，H+穿过离子交换膜到阴极参与反应，故该离子交换膜为质子交换膜，A正确；右侧为阴极，发生还原反应，B正确；阳极电极方程式：CH3COO－－8e－+2H2O2CO2↑+7H+，阳极附近pH降低，C正确；每生成1molCH4，则有8mol质子通过离子交换膜，D错误。
30．（四川省巴中市2023年高三“零诊”考试）下图为最新研制的一款车载双电极镍氢电池，放电时a、c电极的反应物为吸附了氢气的稀土合金，可表示为MH；充电时b、d电极的反应物为吸附的Ni（OH）2，下列叙述正确的是（ ）。
A．放电时电子的流动路径为：a→外电路→d→c→铜箔→b
B．放电时c极上的反应可表示为：MH－e－+OH－M+H2O
C．充电时a、b接电源的负极，c、d接电源的正极
D．充电时外电路每通过2mol电子，该电池正极共增重4g
【解析】选B。放电时电子的流动路径为：a→外电路→d，而d→c，c→b，b→a的导电过程均由离子完成，故A错误；已知放电时a、c电极的反应物为吸附了氢气的稀土合金，故放电时c极上的反应可表示为：MH－e－+OH－M+H2O，故B正确；放电时a、c电极的反应物为吸附了氢气的稀土合金，故放电时，a、c为负极，充电时为阴极，充电时b、d电极的反应物为吸附的Ni（OH）2，为阳极，故充电时a、c接电源的负极，b、d接电源的正极，故C错误；充电时，正极此时相当于阳极，发生反应Ni（OH）2－e－+OHNiO（OH）+H2O，根据Ni（OH）2~NiO（OH），故充电时正极质量是减小的，故D错误。
31．（宁波市2023学年第一学期选考模拟）铝的冶炼在工业上通常采用电解Al2O3的方法，装置示意图如图。研究表明，电解AlCl3－NaCl熔融盐也可得到Al，熔融盐中铝元素主要存在形式为AlCl4－和Al2Cl7－。下列说法不正确的是（ ）。
A．电解Al2O3装置中B电极为阴极，发生还原反应
B．电解Al2O3过程中碳素电极虽为惰性电极，但生产中会有损耗，需定期更换
C．电解AlCl3－NaCl时阴极反应式可表示为4Al2Cl7－+3e－Al+7AlCl4－
D．电解AlCl3－NaCl时AlCl4－从阳极流向阴极
【解析】选D。由图可知，电解氧化铝的装置中B电极为电解池的阴极，铝离子在阴极得到电子发生还原反应生成铝，电解A为电解池的阳极，氧离子在阳极失去电子发生氧化反应生成氧气，氧气高温下与碳素电极中的碳反应生成碳的氧化物。由分析可知，电解氧化铝的装置中B电极为电解池的阴极，铝离子在阴极得到电子发生还原反应生成铝，故A正确；由分析可知，电解A为电解池的阳极，氧离子在阳极失去电子发生氧化反应生成氧气，氧气高温下与碳素电极中的碳反应生成碳的氧化物，由于生产中碳素电极会有损耗，需定期更换，故B正确；由化合价变化可知，电解AlCl3－NaCl熔融盐制备金属铝时，Al2Cl7－离子在阴极得到电子发生还原反应生成铝和AlCl4－离子，电极反应式为4Al2Cl7－+3e－Al+7AlCl4－，故C正确；由化合价变化可知，电解AlCl3－NaCl熔融盐制备金属铝时，铝做电解池的阳极，在AlCl4－离子作用下铝在阳极失去电子发生氧化反应生成AlCl4－离子，电极反应式为Al+7AlCl4－－3e－4Al2Cl7－，则电解时AlCl4－从阴极流向阳极，故D错误。
32．（温州市普通高中2023届高三第一次适应性考试）一种新型的高性能、低成本的钠型双离子可充电电池，其结构如图所示。采用锡箔（不参与电极反应）作为电池电极及集流体，石墨（Cn）为另一极，电解液为NaPF6作为电解质的溶液。下列有关说法不正确的是（ ）。
A．放电时，锡箔与钠的合金为负极
B．充电时，图中所示的正八面体形离子嵌入石墨电极
C．电池总反应：xNa+Cn（PF6）xxNaPF6+Cn
D．当外电路通过nmol电子时，锡钠极板质量应减少23ng
【解析】选D。放电时Na失去电子，锡箔与钠的合金为负极，故A正确；放电时Cn（PF6）x+xe－xPF6－+Cn，充电时图中所示的正八面体形离子嵌入石墨电极，故B正确；根据负极电极反应为Na－e－+PF6－NaPF6，正极的电极反应Cn（PF6）x+xe－xPF6－+Cn，电池总反应：xNa+Cn（PF6）xxNaPF6+Cn，故C正确；根据负极电极反应为负极电极反应为Na－e－+PF6－NaPF6，当外电路通过nmol电子时，锡钠极板质量应增加nmol PF6－，增重50ng，故D错误。
33．（四川成都市2022届高三下学期二诊）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的浓度减小
B．充电时，阴极反应式为Zn（OH）42－+2e－Zn+4OH－
C．放电时，正极区溶液的pH减小
D．放电时，1molFQ转化为FQH2，可消耗65gZn
【解析】选C。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）42－被还原为Zn，则放电时左侧为负极，Zn被氧化为Zn（OH）42－，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）42－+2eZn+4OH－，阴离子增多，为平衡电荷，中性电解质溶液中的Na+经阳膜迁移至左侧，Cl－经阴膜迁移至右侧，NaCl的浓度减小，故A正确；根据分析可知，充电时左侧为阴极，阴极反应式为Zn（OH）42－+2e－Zn+4OH－，故B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，故C错误；放电时正极电极反应为FQ+2H++2e－FQH2，1molFQ转化为FQH2转移2mol电子，负极消耗1molZn，即可消耗65gZn，故D正确。
33．（2023年1月浙江省选考仿真模拟卷C）某二次电池充电时的原理如图所示，该过程可实现盐溶液的淡化。下列有关说法错误的是（ ）。
A．充电时，a为电源正极
B．充电时，Cl−向Bi电极移动
C．充电时，两电极新增加的物质中：n（Na+）∶n（Cl−）＝1∶3
D．放电时，正极的电极反应为：BiOCl+2H++3e−Bi+Cl−+H2O
【解析】选C。充电时，Bi电极上，Bi失电子生成BiOCl，反应为Bi+Cl－+H2O－3e－BiOCl+2H+，则Bi为阳极，所以a为电源正极，b为负极，NaTi2（PO4）3得电子发生还原反应，为阴极，电极反应为NaTi2（PO4）3+2Na++2e－Na3Ti2（PO4）3，放电时，Bi为正极，BiOCl得电子发生还原反应，NaTi2（PO4）3为负极。A项，充电时，Bi电极上，Bi失电子生成BiOCl，Bi为阳极，则a为电源正极，故A正确；B项，充电时，Cl−向阳极及Bi电极移动，Na+向阴极及NaTi2（PO4）3电极移动，故B正确；C项，充电时，Bi电极上，电极反应为Bi+Cl−+H2O−3e−BiOCl+2H+，NaTi2（PO4）3电极上，电极反应为NaTi2（PO4）3+2Na++2e−Na3Ti2（PO4）3，所以新增入电极中的物质：n（Na+）∶n（Cl−）＝3∶1，故C错误；D项，放电时，Bi为正极，正极的电极反应为BiOCl+2H++3e−Bi+Cl−+H2O，故D正确。
34．（2023年1月浙江省选考仿真模拟卷B）近日“宁德时代”宜布2023年实现钠离子电池产业化，钠离子电池以其低成本、高安全性及其优异电化学属性等成为锂离子电池的首选“备胎”，其充放电过程是Na+在正负极间的镶嵌与脱嵌。下列说法不正确的是（ ）。
A．放电时负极区钠单质失去电子
B．充电时Na+由“B极”向“A极”移动
C．由于未使用稀缺的锂钴元素，量产后该电池生产成本比锂离子电池低
D．该电池一种正极材料为NaFeFe（CN）6，充电时的电极反应为：Na1+xFeFe（CN）6－xe－NaFeFe（CN）6+xNa+
【解析】选A。由电子的流向知，充电时A极为负极，B极为正极；充电时A极为阴极，B极为阳极。A项，该电池充放电过程是Na+在正负极间的镶嵌与脱嵌，不存在钠单质的失电子，A错误；B项，充电时阳离子从阳极向阴极移动，即Na+由B极向A极移动，B正确；C项，稀缺的锂钴元素的价格比锂更高，该电池未使用稀缺的锂钴元素，量产后该电池生产成本比锂离子电池低，C正确；D项，充电时正极得电子，电极反应为：Na1+xFeFe（CN）6－xe－NaFeFe（CN）6+xNa+，D正确。
35．（2023年1月浙江省选考仿真模拟卷C）Zn−BiOI电池以ZnI2水溶液作为锌离子电池的氧化还原介质，可实现快速可逆的协同转化反应，具有超高的可逆容量和超长循环寿命。下列说法不正确的是（ ）。
A．ZnI2能加快电极反应速率
B．放电时，正极反应为3BiOI+3e−Bi+Bi2O3+3I−
C．充电时，Bi与外接电源正极相连
D．充电时，若转移2mole−，两电极总质量增加65g
【解析】选D。Zn−BiOI电池中，放电时，Zn作负极，BiOI作正极，充电时，Bi作阳极，连接电源正极，Bi2O3连接电源负极。A项，由图可知，ZnI2水溶液作为锌离子电池，发生氧化还原反应，在Zn−BiOI电池中转移电子，充当催化剂，可以加快电极反应速率，A正确；B项，放电时，BiOI作正极，正极反应为3BiOI+3e−Bi+Bi2O3+3I−，B正确；C项，充电时，Bi作阳极，Bi与外接电源正极相连，C正确；D项，充电时，总反应式为：3ZnI2+2Bi+2Bi2O36BiOI+3Zn，由B选项可知，该反应转移6个电子，若反应转移2mole−，两电极总质量增加1molZnI2，即增加319g，D错误。
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