专题四　选择题专攻　常见电化学装置图分析（含解析）-2025高考化学二轮复习

专题四　选择题专攻　常见电化学装置图分析
题型突破练　电化学装置图(一)——原电池　［分值：50分］
(选择题1~10题，每小题4分，11~12题，每小题5分，共50分)
1.(2024·苏州高三三模)如图所示装置中，C1、C2是石墨电极。A中盛有棕色的KI和I2的混合溶液，B中盛有无色的Na3AsO4和Na3AsO3的混合溶液。当连接开关K，并向B中滴加浓盐酸时，发现电流表的指针向右偏转。一段时间后，当电流表指针回到中间“0”位置时，再向B中滴加过量浓NaOH溶液，可观察到电流表指针向左偏转。下列说法正确的是(　　)
A.电流表的指针向右偏转时，化学能转变为电能；向左偏转时，电能转变为化学能
B.电流表的指针向右偏转时，C1电极反应为2I--2e-===I2
C.电流表的指针向左偏转时，C2电极反应为-2e-+H2O===As+2H+
D.由上述实验现象可知，氧化性：>I2
2.(2024·南京市玄武高级中学高三模拟)热电厂尾气经处理得到较纯的SO2，可用于原电池法生产硫酸，其工作原理如图所示。电池工作时，下列说法不正确的是(　　)
A.电极b为正极
B.溶液中H+由a极区向b极区迁移
C.电极a的电极反应式：SO2-2e-+2H2O===4H++
D.a极消耗SO2与b极消耗O2两者物质的量相等
3.下列关于四种装置的叙述不正确的是(　　)
A.电池Ⅰ：正极发生的反应为2H++2e-===H2↑
B.电池Ⅱ：锌筒做负极，发生氧化反应
C.电池Ⅲ：是汽车使用的充电电池，又称为二次电池
D.电池Ⅳ：电极b发生的电极反应式为O2+4e-+2H2O===4OH-
4.银锌纽扣电池是一种常见的化学电源，其反应原理：Zn+Ag2O+H2O===Zn(OH)2+2Ag，其工作示意图如图。下列说法不正确的是(　　)
A.Zn电极是负极
B.Ag2O电极发生还原反应
C.正极的电极反应式为Ag2O+2e-+H2O===2Ag+2OH-
D.放电前后电解质溶液的pH保持不变
5.(2024·南京师范大学附属中学高三模拟)甲酸燃料电池装置如图所示。下列说法错误的是(　　)
A.物质A是H2SO4
B.膜B是阳离子交换膜
C.a极电极反应式：HCOO-+2e-+2H+===+H2O
D.Fe3+可以看作是该反应的催化剂，可以循环利用
6.(2024·南通高三开学考试)微生物电池具有高效、清洁、环保等优点。某微生物电池工作原理如图所示，下列说法正确的是(　　)
A.电极a为该电池的正极
B.放电过程中a极附近溶液pH增大
C.电极b的电极反应式为[Fe(CN)6]4--e-===[Fe(CN)6]3-
D.每消耗23 g CH3CH2OH，理论上会有6 mol H+通过质子交换膜移向b极
7.一种利用分子筛除去空气中的H2O、CO2、N2等杂质，获得纯氧气并构建锂 氧气电池，工作原理如图所示。下列叙述正确的是(　　)
A.放电时，a极为负极，发生还原反应
B.放电时，空气通入分子筛发生分解反应生成O2
C.充电时，b极反应式为-2e-===O2↑
D.充电时，a极质量净减3.2 g时，外电路中有0.1 mol电子转移
8.(2024·江苏模拟)一种以钒基氧化物(V6O13)为正极材料的水系锌离子电池的工作原理如图所示。通过使用孔径大小合适且分布均匀的新型离子交换膜，可提高离子传输通量的均匀性，从而保持电池的稳定性。下列说法正确的是(　　)
A.放电过程中，Zn2+向Zn极一侧移动
B.放电过程中，电子由Zn极经电解质溶液向V6O13极移动
C.充电时，V6O13极与外接直流电源正极相连
D.充电时，阳极发生的电极反应可能为V6O13+xZn2++2xe-===ZnxV6O13
9.中国科学院将分子I2引入电解质中调整充电和放电反应途径，研制出了高功率可充电Li-SOCl2电池，工作原理如图所示，已知SOCl2可与水发生反应。下列说法正确的是(　　)
A.该电池既可选用含水电解液，也可选无水电解液
B.放电时，SOCl2最终被氧化为S
C.充电时，阴极反应式：2LiCl+I2+2e-===2ICl+2Li+
D.放电时，每产生11.2 L(标准状况下)SO2时，电路中转移2 mol电子
10.(2024·苏州市八校联考高三下学期三模)锂/氟化碳电池稳定性很高。电解质为LiClO4的乙二醇二甲醚溶液，总反应为xLi+CFx===xLiF+C，放电产物LiF沉积在正极，工作原理如图所示。下列说法正确的是(　　)
A.离子交换膜为阴离子交换膜
B.正极的电极反应式为CFx+xe-+xLi+===xLiF+C
C.电解质溶液可用LiClO4的乙醇溶液代替
D.a极电势高于b极电势
11.我国科学家设计了一种新型Zn S可充电电池，该电池放电时硫电极发生两步反应，分别为S+2Cu2++4e-===Cu2S、5Cu2++O2+10e-===Cu+2Cu2O，下列说法错误的是(　　)
A.放电时锌电极发生的反应为Zn-2e-===Zn2+
B.该电池充电时Cu2+的浓度增大
C.该电池放电时电子从锌电极流出
D.每生成1 mol铜，外电路中通过10 mol电子
12.(2024·常州市第一中学高三模拟)LTO材料(Li4Ti5O12和Li4+xTi5O12)是新型锂离子电池的核心材料之一，放电时的工作原理如图1所示(为方便表示，忽略原子半径大小)，LTO材料在充放电过程中的相互转化如图2所示，下列说法正确的是(　　)
A.KCl的有机溶液可以用KCl的水溶液代替
B.每转移1 mol电子，正极材料质量减少7 g
C.图2所示A→B的转化为放电时LTO材料中晶胞的变化
D.充电时，阳极的电极反应式为Li++e-===Li
题型突破练　电化学装置图(二)——电解池　［分值：50分］
　　　　　　　　　　　　　　　　
(选择题1~10题，每小题4分，11~12题，每小题5分，共50分)
1.(2024·南通市高三下学期期中)利用CoP催化剂可实现肼氧化辅助制氢，下列叙述正确的是(　　)
A.图中甲池是电解池，乙池是原电池
B.电极C附近溶液pH下降
C.该装置可实现N2H4循环制氢
D.制得1 mol H2的同时可制得1 mol N2
2.(2024·苏州高三模拟)利用电解产生的H2O2与Fe2+发生反应生成高活性的羟基自由基(·OH，有很强氧化性)，能有效降解水体中的有机污染物，原理如图所示。下列说法正确的是(　　)
A.电源的B极为负极
B.生成羟基自由基的反应仅有一个
C.利用羟基自由基来处理有机物，效率高、无污染
D.电解池外电路转移2 mol电子，理论上可产生的·OH为2 mol
3.(2024·南通市高三下学期模拟)利用如图所示装置可实现化学储氢。下列说法正确的是(　　)
A.Y为电源负极
B.电解后硫酸溶液的物质的量浓度减小
C.电极a上发生的反应为+6H++6e-===
D.电解过程中每生成11.2 L O2，理论上可储存1 mol H2
4.(2024·南京、盐城高三模拟)一种电解法制备Na2FeO4的装置如图所示。下列说法正确的是(　　)
A.电解时化学能转化为电能
B.电解时应将铂电极与直流电源正极相连
C.电解过程中转移2 mol e-，理论上可获得标准状况下的H2 11.2 L
D.电解时铁电极反应式：Fe-6e-+8OH-===Fe+4H2O
5.(2024·南京市高三下学期第二次模拟)一种电解乙酰基吡嗪废水中的SO4制备S2O8的电化学装置如图所示。下列说法正确的是(　　)
A.石墨电极与直流电源正极相连
B.电解时，铂网电极附近pH增大
C.离子交换膜应选择性透过阴离子
D.阴极上的电极反应为2+2e-===S2
6.(2024·南京市第十三中学高三下学期适应性考试)科学家设计了一种CO2-HMF协同转化装置，如图所示。图中的双极膜中间层中的H2O解离为H+和OH-，并在直流电源作用下分别向两极迁移。下列叙述正确的是(　　)
A.催化电极A的电势高于催化电极B
B.阳极的电极反应式为
C.每生成1 mol甲酸，双极膜处有1 mol的水解离
D.转移相同电子时，理论上消耗的CO2和HMF物质的量之比为1∶3
7.利用燃料电池原理可处理高浓度的氨氮废水，同时电解含有苯酚、乙腈(CH3CN)的水溶液合成扑热息痛()，装置如图所示，其中a、b的电极材料为石墨。下列说法正确的是(　　)
A.溶液中的H+由甲室向乙室迁移
B.工作一段时间后，甲室溶液pH下降
C.乙室每产生1 mol N2，a电极理论上可产生H2 33.6 L(标准状况下)
D.丙室中发生反应的总化学方程式为
8.(2024·南通如皋市高三模拟)以甲苯为原料通过间接氧化法可以制取苯甲醛、苯甲酸等物质，反应原理如图所示。下列说法正确的是(　　)
A.电解时的阳极反应为2Cr3++6e-+7H2O===Cr2+14H+
B.电解结束后，阴极区溶液pH升高
C.1 mol甲苯氧化为0.5 mol苯甲醛和0.5 mol苯甲酸时，共消耗 mol Cr2
D.甲苯、苯甲醛、苯甲酸的混合物可以通过分液的方法分离
9.(2024·南通市高三下学期第二次调研)一种电解装置如图所示，电解时H+从右室移向左室。通过电解获得的电解液可实现。下列说法正确的是(　　)
A.左室电解获得的电解液可用于实现“转化Ⅰ”
B.右室发生的电极反应为Cr2+14H++6e-===2Cr3++7H2O
C.“转化Ⅱ”发生的反应为+6Ti3++6H+===+6Ti4++2H2O
D.“转化Ⅰ”生成1 mol，理论上电路中通过3 mol e-
10.(2024·江苏省姜堰中学、如东中学、前黄中学三校高三模拟)乙醛酸(OHC—COOH)是一种重要的化工中间体。工业上以乙二醛为原料制备乙醛酸的装置如图所示，通电后，阳极产物将乙二醛氧化为乙醛酸。下列说法错误的是(　　)
A.a极电势高于b极
B.离子交换膜为阴离子交换膜
C.当有0.5 mol离子通过离子交换膜时，理论上最多可生成乙醛酸的质量为18.5 g
D.乙二醛被氧化的化学方程式：+H2O+Cl2+2HCl
11.(2024·江苏省部分重点高中高三模拟)利用如图的电化学装置，可实现对CO2的固定。下列说法错误的是(　　)
A.向b电极移动
B.a电极的电极反应式为
C.电解过程中有H+生成
D.b电极的Pt用Cu代替后总反应不变
12.(2023·南京师范大学附属中学高三模拟)科研人员发现利用低温固体质子导体作电解质，催化合成NH3，与传统的热催化合成氨相比，催化效率较高。其合成原理如图1所示，电源电压改变与生成NH3速率的关系如图2所示，下列说法不正确的是(　　)
A.Pt-C是该合成氨装置的阳极
B.Pt-C3N4电极上发生的反应为N2+6H++6e-===2NH3
C.若H2的进出口流量差为22.4 L·min-1，则固体质子导体中H+的流速为2 mol·min-1
D.当电压高于1.2 V时，混合气体中N2和NH3的体积分数之和小于100%
答案精析
电化学装置图(一)——原电池
1.B　［当连接开关K，并向B中滴加浓盐酸时，发现电流表的指针向右偏转，说明此时C2电极是正极，C1电极是负极。一段时间后，当电流表指针回到中间“0”位置，再向B中滴加过量浓NaOH溶液，可观察到电流表指针向左偏转，说明此时C2电极是负极，C1电极是正极，据此解答。不论电流表的指针向右偏转还是向左偏转，均是原电池，都是化学能转变为电能，A错误；电流表的指针向右偏转时，C1电极是负极，其电极反应为2I--2e-I2，B正确；电流表的指针向左偏转时，C2电极是负极，其电极反应为-2e-+2OH-As+H2O，C错误；根据以上分析可知在酸性溶液中氧化性：>I2，在碱性溶液中氧化性：2.D　［该装置为原电池，SO2转化成较浓H2SO4，S元素的化合价升高，失电子发生氧化反应，则电极a为负极，电极反应式为SO2-2e-+2H2O4H++S，电极b为正极，O2得电子发生还原反应，电极反应式为O2+4e-+4H+2H2O，H+从a极区移向b极区，根据得失电子守恒，a极消耗SO2与b极消耗O2两者物质的量之比为2∶1，故A、B、C正确，D错误。］
3.D　［电池Ⅰ为Zn Cu 硫酸电池，Zn作负极，Cu作正极，氢离子在正极得电子生成氢气，电极反应为2H++2e-H2↑，故A正确；锌锰干电池中，Zn作负极，失电子发生氧化反应，故B正确；酸性条件下，电极b发生的电极反应式为O2+4e-+4H+2H2O，故D错误。］
4.D　［Ag2O电极作正极，得电子发生还原反应，其电极反应为Ag2O+H2O+2e-2Ag+2OH-，B、C正确；氢氧根离子的物质的量虽然不变，但水的量减少，KOH的浓度增大，pH增大，D错误。］
5.C　［Fe2+、Fe3+的存在环境为酸性，且生成物为K2SO4，故物质A为H2SO4，A正确；装置中K+由负极移向正极，则膜B是阳离子交换膜，B正确；a电极上HCOO-被氧化为HC，其电极反应式为HCOO--2e-+2OH-+H2O，C错误；Fe3+先被还原为Fe2+，Fe2+又被O2氧化生成Fe3+，Fe3+可以循环利用，可看作是该反应的催化剂，D正确。］
6.D　［电极b为正极，电极反应为［Fe(CN)6］3-+e-［Fe(CN)6］4-，电极a为负极，电极反应为CH3CH2OH-12e-+3H2O2CO2↑+12H+，A、B、C错误；根据a极的电极反应式可知每消耗23 g CH3CH2OH(即0.5 mol)，有6 mol H+通过质子交换膜移向b极，D正确。］
7.C　［放电时，a极为负极，发生氧化反应，A错误；分子筛分离出氧气，属于物理变化，B错误；充电时，b极为阳极，过氧根离子发生氧化反应生成氧气，C正确；充电时，a极为阴极，电极反应式为Li2O2+2e-2Li+，阴极减少的质量等于脱去过氧根离子的质量，阴极净减3.2 g，相当于脱离0.1 mol ，电路中应有0.2 mol电子转移，D错误。］
8.C　［放电过程中，Zn极为负极，Zn失电子生成Zn2+进入溶液，Zn2+向正极一侧移动，A不正确；电子不能经过电解质溶液，B不正确；充电时，V6O13极作阳极，与外接直流电源正极相连，C正确；充电时，阳极发生的电极反应可能为ZnxV6O13-2xe-V6O13+xZn2+，D不正确。］
9.D　［Li能与氧气、水反应，SOCl2可与水反应，故电池工作环境必须在无水无氧的条件下进行，A错误；由工作原理图可知，放电时，正极上SOCl2转化为SOICl，SOICl再转化为S、SO2，SOCl2最终被还原，B错误；充电时，I2失电子发生氧化反应转化为ICl，阳极反应式为2LiCl+I2-2e-2ICl+2Li+，C错误；放电时，正极反应式为2SOCl2+4e-S+SO2↑+4Cl-，每产生11.2 L(标准状况下)SO2时，电路中转移2 mol电子，D正确。］
10.B　［a极上Li失电子生成Li+，Li+通过离子交换膜在正极b上形成LiF，所以交换膜为阳离子交换膜，A错误；石墨棒电极为正极，在正极上附着的CFx得电子，正极的电极反应式为CFx+xe-+xLi+xLiF+C，B正确； 金属Li是活泼金属，能与乙醇反应，所以不能用乙醇溶液做电解质溶液，C错误；a为负极，b为正极，b极电势高于a极电势，D错误。］
11.D　［由题意知放电时硫作正极，锌作负极，锌失去电子发生氧化反应：Zn-2e-Zn2+，A正确；放电时，铜离子转化为Cu2S、Cu2O、Cu，则充电时Cu2S、Cu2O、Cu转化为铜离子，Cu2+的浓度增大，B正确；该电池放电时电子从负极(锌电极)流出，C正确；由反应5Cu2++O2+10e-Cu+2Cu2O可知，每生成1 mol铜，通过10 mol电子，由于该电池放电时硫电极发生两步反应，故外电路中通过的电子大于10 mol，D错误。］
12.C　［锂能与水反应生成氢氧化锂和氢气，所以氯化钾的有机溶液不能用氯化钾的水溶液代替，故A错误；放电时，LTO材料电极为正极，锂离子与Li4Ti5O12在正极反应生成Li4+xTi5O12，则转移1 mol电子时，正极材料增加7 g，故B错误；充电时，锂离子在阴极得到电子发生还原反应生成锂，电极反应式为Li++e-Li，故D错误。］
电化学装置图(二)——电解池
1.D　［由图可知甲装置能自发的进行氧化还原反应，所以甲是原电池，电极B为负极，电极反应为N2H4-4e-+4OH-4H2O+N2，则电极A为正极，电极反应为O2+2H2O+4e-4OH-，总反应为N2H4+O22H2O+N2；乙装置属于电解池，与电源的负极B相连的电极C为阴极，电极反应为2H2O+2e-H2↑+2OH-，电极D为阳极，电极反应为N2H4-4e-+4OH-4H2O+N2↑，据此分析解题。图中甲池是原电池，乙池是电解池，A错误；电极C附近溶液pH增大，B错误；该装置消耗N2H4，无法实现N2H4循环制氢，C错误；当电极C上制得1 mol H2时，电极B、D上共制得1 mol N2，D正确。］
2.C　［该装置为电解池，其中与电源A极相连的左侧电极的电极反应为Fe3++e-Fe2+、O2+2H++2e-H2O2，该电极为阴极，A极为电源负极，B极为正极，A错误；生成羟基自由基的反应有两个：H2O-e-H++·OH、H2O2+Fe2+Fe(OH)2++·OH，B错误；根据生成羟基自由基的反应，电解池外电路转移2 mol电子，则阳极反应：H2O-e-H++·OH，有2 mol·OH生成，阴极区也可生成·OH，故理论上可产生的·OH大于2 mol，D错误。］
3.C　［由图可知，在惰性电极a得到电子生成，惰性电极a为阴极，惰性电极b为阳极，与电源的正极相连，Y为电源正极，A错误；惰性电极b为阳极，H2O在阳极失去电子生成O2，电极反应式为2H2O-4e-O2↑+4H+，H+通过质子交换膜进入阴极区，硫酸溶液中H+物质的量不变，但水消耗了，硫酸溶液的物质的量浓度增大，B错误；未说明11.2 L O2所处的温度和压强，无法计算O2的物质的量，D错误。］
4.D　［该装置为电解池，将电能转化成化学能，故A错误；电解法制备Na2FeO4，铁元素化合价由0价升高到+6价，则铁电极作阳极，铂电极为阴极，与电源负极相连，故B错误；阴极反应式为2H2O+2e-H2↑+2OH-，转移2 mol电子，生成1 mol氢气，则标准状况下，生成氢气体积为22.4 L，故C错误；铁电极为阳极，电极反应式为Fe-6e-+8OH-Fe+4H2O，故D正确。］
5.B　［电解乙酰基吡嗪废水中的SO4制备S2O8，由图可知，铂网电极上SO4失去电子发生氧化反应生成S2O8，为阳极，则石墨电极为阴极，与直流电源负极相连，A错误；电解时，铂网电极为阳极，电极反应式为-2e-S2，阴极反应式为2H++2e-H2↑，则右侧氢离子通过阳离子交换膜进入左侧，使得铂网电极附近pH增大，B正确，C、D错误。］
6.B　［由图可知，二氧化碳得电子发生还原反应转化为甲酸，则催化电极A为阴极，催化电极B为阳极。阳极电势高于阴极，故催化电极A的电势低于催化电极B，A错误；在碱性条件下，阳极的失去电子发生氧化反应，电极反应式为，B正确；二氧化碳得电子发生还原反应生成甲酸：CO2+2e-+2H+HCOOH，则每生成1 mol甲酸，转移2 mol电子，双极膜处有2 mol的水解离，C错误；结合电极反应可知，转移相同电子时，理论上消耗的CO2和HMF物质的量之比为3∶1，D错误。］
7.D　［燃料电池甲通入空气为正极，发生得电子的还原反应，乙中铵根离子发生氧化反应生成氮气，为负极；b极为阳极，a极为阴极；原电池中阳离子由负极移向正极，即溶液中的H+由乙室向甲室迁移，A错误；甲室为燃料电池的正极区，电极反应：O2+4e-+4H+2H2O，溶液pH增大，B错误；乙室每产生1 mol N2，转移6 mol电子，根据得失电子守恒，可生成标准状况下3 mol H2，对应气体体积为67.2 L，C错误。］
8.C　［电解时阳极发生氧化反应，电极反应为2Cr3+-6e-+7H2OCr2+14H+，A错误；阳极区产生的氢离子透过质子交换膜进入阴极区，阴极上氢离子放电，电极反应为2H++2e-H2↑，电极上每消耗2 mol H+，就有2 mol H+进入阴极区，故电解结束后，阴极区溶液pH不变，B错误；结合3C6H5—CH3+2Cr2+16H+3C6H5—CHO +4Cr3++11H2O，0.5 mol甲苯被氧化为0.5 mol苯甲醛时消耗 mol Cr2，根据C6H5—CH3+Cr2+8H+C6H5—COOH +2Cr3++5H2O，0.5 mol甲苯被氧化为0.5 mol苯甲酸时消耗0.5 mol Cr2，则1 mol甲苯被氧化为0.5 mol苯甲醛和0.5 mol苯甲酸时，共消耗 mol Cr2，C正确；甲苯、苯甲醛、苯甲酸互溶，不可以通过分液的方法分离，D错误。］
9.C　［根据氢离子在电解池中移动方向可知，a电极为阴极，b电极为阳极，阳极反应：2Cr3+-6e-+7H2OCr2+14H+，阴极反应：Ti4++e-Ti3+，阳极生成的Cr2具有强氧化性，阴极生成的Ti3+具有还原性，“转化 Ⅰ”为氧化反应，可加入右室电解获得的电解液氧化实现，“转化 Ⅱ”为还原反应，可加入左室电解获得的电解液还原实现：+6Ti3++6H++6Ti4++2H2O，A、B错误，C正确；~6e-~，根据得失电子守恒，生成1 mol 理论上电路中通过6 mol e-，D错误。］
10.B　［通电后，阳极产物将乙二醛氧化为乙醛酸，结合题中装置图，可知a电极为阳极，生成的Cl2与乙二醛发生氧化还原反应，b电极为阴极，发生还原反应，生成H2，阳极的电极反应式为2Cl--2e-Cl2↑，阴极的电极反应式为2H++2e-H2↑。a极为阳极，b极为阴极，因此a极电势高于b极，故A正确；氢离子由左侧经离子交换膜进入右侧，则离子交换膜为阳离子交换膜，故B错误；根据得失电子守恒有1 mol OHC—COOH~1 mol Cl2~2 mol e-，则当有0.5 mol离子通过离子交换膜时，理论上最多可生成乙醛酸的质量为 mol×74 g·mol-1=18.5 g，故C正确；氯气将乙二醛氧化为乙醛酸，自身被还原为氯离子，化学方程式为+H2O+Cl2+2HCl，故D正确。］
11.D　［由图可知，a电极上和CO2得电子，发生还原反应，为阴极，则b为阳极，电解池中阴离子移向阳极，向b电极移动，A正确；a电极上和CO2得电子，电极反应式为，B正确；b为阳极发生氧化反应，水放电生成O2和H+，C正确；b电极为阳极，Pt用Cu代替后，Cu放电生成Cu2+，D错误。］
12.C　［图1可知，Pt C电极是电解池的阳极，氢气在阳极失去电子发生氧化反应生成氢离子，电极反应式为H2-2e-2H+，Pt C3N4电极为阴极，酸性条件下氮气在阴极得到电子发生还原反应生成氨气，电极反应式为N2+6H++6e-2NH3，故A、B正确；未说明标准状况下，无法计算22.4 L氢气的物质的量和反应生成氢离子的物质的量，则无法计算固体质子导体中氢离子的流速，故C错误；由图2可知，当电压高于1.2 V时，生成氨气速率变慢，说明氢离子在阴极得到电子生成氢气，导致混合气体中氮气和氨气的体积分数之和小于100%，故D正确。］