专题十四 电化学原理及其应用
课标要求 考情分析 核心素养
1.认识化学能与电能相互转化的实际意义及其重要应用； 2.了解原电池及常见化学电源的工作原理； 3.了解电解池的工作原理，认识电解在实现物质转化和储存能量中的具体应用； 4.了解金属发生电化学腐蚀的本质，知道金属腐蚀的危害，了解防止金属腐蚀的措施。 新高考3年考频 100% 证据推理与模型认知 科学态度与社会责任
试题难度 一般
考查形式 选择题/ 非选择题
高频考向: 原电池及其应用 电解池及其应用 二次电池的综合应用 新型电池的原理和应用
命题趋势：
电化学是氧化还原反应知识的应用和延伸，是热点考查内容，通常会以新型二次电池为载体考查电极方程式的书写、离子的移动方向、离子交换膜应用、金属的电化学腐蚀及防护、计算等，同时也对图像及信息的提取、应用等能力进行考查。
预计在2023年高考中，以环保型二次电池以及含有离子交换膜的电解池为背景的命题将继续成为热点题材，命题角度丰富，考查电化学装置工作原理及考生的探究能力。
解题思路：
电化学原理及其应用的解题方法：
判断是电解池还是原电池：提取材料信息或观察装置是否有有外接电源或者用电器。
判断电化学装置的两极
根据得反应物和产物判断失电子确定两极
离子导体中离子移动方向
利用反应物生成产物的自发和非自发性
电极方程式书写：通过反应物和生成物的化合价判断得失电子数目，再考虑离子导体的环境进行电荷配平
计算：通过两极得失电子是守恒进行计算。
真题溯源
[2022·广东卷]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】
根据电解原理可知，电解池中阳极发生失电子的氧化反应，阴极发生得电子的还原反应，该题中以熔融盐为电解液，含Cu、Mg和Si等的铝合金废料为阳极进行电解，利用金属活动性顺序并通过控制一定的条件，从而可使阳极区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，据此分析解答。
A．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；
B．Al在阳极上被氧化生成Al3+，B错误；
C．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；
D．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；
故选C。
[2022·海南卷]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（ ）
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↑，据此分析解答；
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，电流强度发生改变，单位时间内运输电荷数目发生改变，所以反应速率也会改变，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↑，在得失电子守恒的情况下，固体氧化物电解质中O2-不会改变，D错误；
答案选A。
3.[2022·河北卷]（多选）科学家研制了一种能在较低电压下获得氧气和氢气的电化学装置，工作原理示意图如图。
下列说法正确的是( )
A. 电极b为阳极
B. 隔膜为阴离子交换膜
C. 生成气体M与N物质的量之比为2：1
D. 反应器I中反应的离子方程式为4[Fe(CN)6]3—+4OH—4[Fe(CN)6]4—+O2↑+2H2O
【答案】BD
【解析】
由图可知，碱性条件下[Fe(CN)6]4—离子失去电子发生氧化反应生成[Fe(CN)6]3—离子，所以a电极为阳极，碱性条件下[Fe(CN)6]4—离子在阳极失去电子发生氧化反应生成[Fe(CN)6]3—离子，催化剂作用下，[Fe(CN)6]3—离子与氢氧根离子反应生成[Fe(CN)6]4—离子、氧气和水，b电极为阴极，水分子作用下DHPS在阴极得到电子发生还原反应生成DHPS—2H和氢氧根离子，催化剂作用下，DHPS—2H与水反应生成DHPS和氢气，氢氧根离子通过阴离子交换膜由阴极室向阳极室移动，则M为氧气、N为氢气。
A．由分析可知，b电极为电解池的阴极，故A错误；
B．由分析可知，氢氧根离子通过阴离子交换膜由阴极室向阳极室移动，则隔膜为阴离子交换膜，故B正确；
C．由分析可知，M为氧气、N为氢气，由得失电子数目守恒可知，氧气和氢气的物质的量之比为1：2，故C错误；
D．由分析可知，反应器I中发生的反应为催化剂作用下，[Fe(CN)6]3—离子与氢氧根离子反应生成[Fe(CN)6]4—离子、氧气和水，反应的离子方程式为4[Fe(CN)6]3—+4OH—4[Fe(CN)6]4—+O2↑+2H2O，故D正确；
故选BD。
4.[2022·湖北卷]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1mol Li[P(CN)2]，理论上外电路需要转移2mol电子
B．阴极上的电极反应为：
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】
A．石墨电极发生反应的物质：P4→Li[P(CN)2]化合价升高发生氧化反应，所以石墨电极为阳极，对应的电极反应式为：，则生成1mol Li[P(CN)2]，理论上外电路需要转移1mol电子，A错误；
B．阴极上发生还原反应，应该得电子，为阳极发生的反应，B错误；
C．石墨电极：P4→Li[P(CN)2]发生氧化反应，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；
D．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LiOH，则电解产生的H2中的氢元素来自于LiOH，D正确；
故选D。
5.[2022·湖南卷]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：
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】
锂海水电池的总反应为2Li+2H2O═2LiOH+H2↑，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+，N极为正极，电极反应为2H2O+2e-=2OH-+H2↑。
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；
由上述分析可知，N为正极，电极反应为2H2O+2e-=2OH-+H2↑，和反应O2+4e-+2H2O=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反应并且传导离子，故C正确；
该电池不可充电，属于一次电池，故D正确；
答案选B。
6．[2022·江苏卷]氢气是一种清洁能源，绿色环保制氢技术研究具有重要意义。
(1)“热电循环制氢”经过溶解、电解、热水解和热分解4个步骤，其过程如图所示。
①电解在质子交换膜电解池中进行。阳极区为酸性溶液，阴极区为盐酸，电解过程中转化为。电解时阳极发生的主要电极反应为_______(用电极反应式表示)。
②电解后，经热水解和热分解的物质可循环使用。在热水解和热分解过程中，发生化合价变化的元素有_______(填元素符号)。
【答案】(1) ① ② Cu、O
【解析】
(1)①电解在质子交换膜电解池中进行，H+可自由通过，阳极区为酸性溶液，电解过程中转化为，电解时阳极发生的主要电极反应为：；
②电解后得到，铜离子价态为+2，经热水解得到的CuCl，铜离子价态为+1，经热水解得到的HCl和热分解得到的CuCl等物质可循环使用，从图中可知，热分解产物还有O2，从①的解析中得知，进入热水解的物质有，故发生化合价变化的元素有Cu、O。
7.[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)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SO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)+Mn2++2H2O
【答案】A
【解析】
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)，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是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SO向Ⅱ区移动，Ⅲ区消耗OH-，生成Zn(OH)，Ⅱ区的SO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SO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)+Mn2++2H2O，D正确；
故答案选A。
[2022·全国乙卷]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
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
【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。
光照时，光催化电极产生电子和空穴，驱动阴极反应和阳极反应对电池进行充电，结合阴极反应和阳极反应，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，正极反应为O2+2Li++2e-=Li2O2，D正确；
答案选C。
[2022·山东卷]（多选）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
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
【答案】BD
【解析】
由题意可知，右侧装置为原电池，则左侧装置为电解池，然后根据原电池、电解池反应原理分析解答。
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，同时生成H+，电极反应式为CH3COO--8 e-+2H2O =2CO2↑+7H+，H+通过阳膜进入阴极室，甲室的电极反应式为Co2++2e-=Co，因此，甲室溶液pH逐渐减小，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O2-与溶液中的H+结合H2O，电极反应式为2LiCoO2+2e-+8H+=2Li++2Co2++4H2O，负极发生的反应为CH3COO--8e-+2H2O =2CO2↑+7H+，负极产生的H+通过阳膜进入正极室，但是在得失电子守恒的情况下，乙室的H+浓度仍然是减小的，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-，利用H+和H2O调节电极反应两边电荷，乙室电极反应式为：LiCoO2+4H+=Li++Co2++2H2O，C错误；
若甲室Co2+减少200 mg，则电子转移物质的量为n(e-)=；若乙室Co2+增加300 mg，则转移电子的物质的量为n(e-)=，由于电子转移的物质的量不等，说明此时已进行过溶液转移，即将乙室部分溶液转移至甲室，D正确；
故合理选项是BD。
[2022·浙江卷]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：
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，电解液为酸性环境，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，依题意碳酸锂也为难溶物然后再加入碳酸钠溶液，从而获得碳酸锂沉淀，D正确；
答案选C。
2专题十四 电化学原理及其应用
课标要求 考情分析 核心素养
1.认识化学能与电能相互转化的实际意义及其重要应用； 2.了解原电池及常见化学电源的工作原理； 3.了解电解池的工作原理，认识电解在实现物质转化和储存能量中的具体应用； 4.了解金属发生电化学腐蚀的本质，知道金属腐蚀的危害，了解防止金属腐蚀的措施。 新高考3年考频 100% 证据推理与模型认知 科学态度与社会责任
试题难度 一般
考查形式 选择题/ 非选择题
高频考向: 原电池及其应用 电解池及其应用 二次电池的综合应用 新型电池的原理和应用
命题趋势：
电化学是氧化还原反应知识的应用和延伸，是热点考查内容，通常会以新型二次电池为载体考查电极方程式的书写、离子的移动方向、离子交换膜应用、金属的电化学腐蚀及防护、计算等，同时也对图像及信息的提取、应用等能力进行考查。
预计在2023年高考中，以环保型二次电池以及含有离子交换膜的电解池为背景的命题将继续成为热点题材，命题角度丰富，考查电化学装置工作原理及考生的探究能力。
解题思路：
电化学原理及其应用的解题方法：
判断是电解池还是原电池：提取材料信息或观察装置是否有有外接电源或者用电器。
判断电化学装置的两极
根据得反应物和产物判断失电子确定两极
离子导体中离子移动方向
利用反应物生成产物的自发和非自发性
电极方程式书写：通过反应物和生成物的化合价判断得失电子数目，再考虑离子导体的环境进行电荷配平
计算：通过两极得失电子是守恒进行计算。
真题溯源
[2022·广东卷]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
[2022·海南卷]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（ ）
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
3.[2022·河北卷]（多选）科学家研制了一种能在较低电压下获得氧气和氢气的电化学装置，工作原理示意图如图。
下列说法正确的是( )
A. 电极b为阳极
B. 隔膜为阴离子交换膜
C. 生成气体M与N物质的量之比为2：1
D. 反应器I中反应的离子方程式为4[Fe(CN)6]3—+4OH—4[Fe(CN)6]4—+O2↑+2H2O
4.[2022·湖北卷]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1mol Li[P(CN)2]，理论上外电路需要转移2mol电子
B．阴极上的电极反应为：
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
5.[2022·湖南卷]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：
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
6．[2022·江苏卷]氢气是一种清洁能源，绿色环保制氢技术研究具有重要意义。
(1)“热电循环制氢”经过溶解、电解、热水解和热分解4个步骤，其过程如图所示。
①电解在质子交换膜电解池中进行。阳极区为酸性溶液，阴极区为盐酸，电解过程中转化为。电解时阳极发生的主要电极反应为_______(用电极反应式表示)。
②电解后，经热水解和热分解的物质可循环使用。在热水解和热分解过程中，发生化合价变化的元素有_______(填元素符号)。
7.[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)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SO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)+Mn2++2H2O
[2022·全国乙卷]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
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
[2022·山东卷]（多选）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
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
[2022·浙江卷]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：
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
2
