原电池与新型化学电源
(1)电极的判定及其电极反应正误判断。
(2)溶液中离子的移动方向和电极附近溶液浓度变化或pH变化等。
(3)二次电池的电极连接及充、放电时反应原理的分析。
(4)定量计算等。
1．(2024·北京卷，T3)酸性锌锰干电池的构造示意图如图。关于该电池及其工作原理，下列说法正确的是( )
A．石墨作电池的负极材料
B．电池工作时向负极方向移动
C．MnO2发生氧化反应
D．锌筒发生的电极反应为Zn－2e－===Zn2+
D [酸性锌锰干电池中锌筒为负极，石墨电极为正极，故A错误；原电池工作时，阳离子向正极方向移动，故B错误；MnO2发生得电子的还原反应，故C错误；锌筒为负极，负极发生失电子的氧化反应：Zn－2e－===Zn2+，故D正确。]
2．(2023·辽宁卷，T11)某低成本储能电池原理如图所示。下列说法正确的是( )
A．放电时负极质量减小
B．储能过程中电能转变为化学能
C．放电时右侧H＋通过质子交换膜移向左侧
D．充电总反应：＋2Fe3+===PbSO4＋2Fe2+
B [放电时，负极发生反应：－2e－===PbSO4，正极发生反应：Fe3+＋e－===Fe2+；充电时，阴极反应为===，阳极反应为Fe2+－e－===Fe3+。由上述分析可知，放电时，负极由Pb变为PbSO4，电极质量增加，A错误；储能过程为充电过程，充电过程中电能转化为化学能，B正确；放电时，阳离子向电池正极移动，故放电时左侧H＋通过质子交换膜移向右侧，C错误；充电过程的总反应为===＋2Fe3+，D错误。]
3．(2023·福建卷，T9)一种可在较高温度下安全快充的铝-硫电池的工作原理如图，电解质为熔融氯铝酸盐(由NaCl、KCl和AlCl3形成熔点为93 ℃的共熔物)，其中氯铝酸根(n≥1)]起到结合或释放Al3+的作用。电池总反应：2Al＋3xS。下列说法错误的是( )
A．含4n个Al—Cl键
B．中同时连接2个Al原子的Cl原子有(n－1)个
C．充电时，再生1 mol Al单质至少转移3 mol电子
D．放电时间越长，负极附近熔融盐中n值小的浓度越高
D [根据题中工作原理图可推知放电时铝为负极，硫为正极。的结构为，所以含4n个Al—Cl键，A正确；由的结构可知，同时连接2个Al原子的Cl原子有(n－1)个，B正确；由电池总反应可知充电时，再生1 mol Al单质需由铝离子得到电子生成，所以至少转移3 mol电子，C正确；由总反应可知放电时间越长，负极铝失去电子生成的铝离子越多，所以n值大的浓度越高，D错误。]
(1)原电池工作时，电子流向为负极→导线→正极→电解质溶液→负极。 (×)
(2)原电池工作时，盐桥中的阴离子移向正极区。 (×)
(3)原电池的正极电势高于负极。 (√)
(4)新型电源的负极发生氧化反应，正极发生还原反应。 (√)
(5)二次电池充电时，电池的负极外接电源的正极。 (×)
(6)任何燃料电池的负极通入燃料发生氧化反应，正极通入O2或其他助燃剂发生还原反应。 (√)
1．二次充电电池的工作原理及充电连接
(1)二次电池充电时，电池正极连接电源正极，电池负极连接电源负极，即“正接正，负接负”。
(2)放电时负极反应与充电时的阴极反应相反，同理放电时正极反应与充电时阳极反应相反。
2．分析燃料电池类题目的思维模型
3．新型化学电源解答思路
1．(2024·汕头一模)液流电池在储能领域发挥着重要作用。下图是碱性锌铁液流电池，其具有电压高、成本低的优点。已知该电池放电时正极发生反应：＋e－===[Fe(CN)6]4-，下列叙述正确的是( )
A．放电时，M极处发生氧化反应，N极为负极
B．放电时，右侧贮液器中溶液浓度减小
C．充电时，N极电极反应为[Zn(OH)4]2-＋2e－===Zn＋4OH－
D．该离子交换膜为阴离子交换膜，当有65 g Zn发生反应时，有1 mol OH－通过
C [碱性锌铁液流电池放电时，右侧N极为负极，负极电极反应为===；左侧M极为正极，正极电极反应为[Fe(CN)6]3-＋e－===[Fe(CN)6]4-，充电时和放电时刚好相反，电池连接方式是正极与电源正极相连，负极与电源负极连接。放电时，M极为正极，发生还原反应，N极为负极，发生失去电子的氧化反应，A错误；放电时，右侧电极发生反应：Zn＋4OH－－2e－===[Zn(OH)4]2-，贮液器中溶液浓度增大，B错误；当N极左侧有65 g Zn反应时，转移2 mol电子，N极右侧反应产生1 mol的[Zn(OH)4]2-，负电荷减少2 mol，为维持电荷守恒，就会有2 mol OH－通过阴离子交换膜由左侧移向右侧的负极N极， D错误。]
2．(2024·鞍山二模)室温时，纳米Fe2O3-Li(C石墨)锂离子电池可通过循环充放电实现对磁性的可逆调控(如图所示)，下列说法正确的是( )
A．X过程为充电过程，完成后电池被磁铁吸引
B．该电池可以用水溶液作电解质溶液
C．充电时，Li＋向阴极移动发生氧化反应
D．放电时，正极的电极反应为Fe2O3＋6Li＋＋6e－===2Fe＋3Li2O
D [Fe2O3＋Li电极中Li转化为Li2O，元素化合价升高，为原电池的负极，Fe＋Li2O为电池的正极，X过程为放电过程，A错误；Li与水反应，该电池不能用水溶液作电解质溶液，B错误；电解池中阳离子移向阴极，充电时Li＋向阴极移动，在阴极得电子发生还原反应，C错误。]
3．(2024·重庆一诊)我国科学家发明了一款可充放电的全固态钠电池，工作原理如图所示。下列说法正确的是( )
A．放电时，Na＋由M极迁移至N极
B．放电时，M极电极反应为NaV2(PO4)3＋2Na＋＋2e－===Na3V2(PO4)3
C．充电时，M极为阳极，发生还原反应
D．充电时，每消耗1 mol Na3V2(PO4)3，理论上生成23 g Na
B [N极为负极，M极为正极，放电时阳离子移向正极，Na＋应由N极迁移至M极，A错误；M为正极，放电时电极反应为NaV2(PO4)3＋2Na＋＋2e－===Na3V2(PO4)3，B正确；电解池的阳极连接原电池的正极，充电时，M极为阳极，发生氧化反应，C错误；充电时，每消耗1 mol Na3V2(PO4)3，转移2 mol 电子，由Na＋＋e－===Na可知生成2 mol Na，理论上生成46 g Na，D错误。]
电解原理及其应用
(1)电解原理及其电极反应书写。
(2)利用电解原理进行物质制备、废水处理、海水淡化等工业应用。
1．(2024·湖南卷，T10)在KOH水溶液中，电化学方法合成高能物质K4C6N16时，伴随少量O2生成，电解原理如图所示，下列说法正确的是( )
A．电解时，OH－向Ni电极移动
B．生成的电极反应：＋8H2O
C．电解一段时间后，溶液pH升高
D．每生成1 mol H2的同时，生成0.5 mol K4C6N16
B [由题中电解原理图可知，Ni电极产生氢气，作阴极，发生还原反应，电解质溶液为KOH溶液，则电极反应为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－；Pt电极C3N8H4失去电子生成，作阳极，电极反应为===＋8H2O，同时，Pt电极还伴随少量O2生成，电极反应为4OH－－4e－===O2↑＋2H2O。由分析可知，Ni电极为阴极，Pt电极为阳极，电解过程中，阴离子向阳极移动，即OH－向Pt电极移动，A错误；由分析可知，Pt电极C3N8H4失去电子生成，电解质溶液为KOH溶液，电极反应为===＋8H2O，B正确；由分析可知，阳极主要反应为===＋8H2O，阴极反应为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，则电解过程中发生的总反应主要为===＋4H2O＋2H2↑，反应消耗OH－，生成H2O，电解一段时间后，溶液pH降低，C错误；根据电解总反应：===＋4H2O＋2H2↑可知，每生成1 mol H2，生成0.5 mol K4C6N16，但Pt电极伴随少量O2生成，发生电极反应：4OH－－4e－===O2↑＋2H2O，则生成1 mol H2时得到的部分电子由OH－放电产生的O2提供，所以生成K4C6N16的物质的量小于0.5 mol，D错误。]
2．(2024·甘肃卷，T7)某固体电解池工作原理如图所示，下列说法错误的是( )
A．电极1的多孔结构能增大与水蒸气的接触面积
B．电极2是阴极，发生还原反应：O2＋4e－===2O2-
C．工作时O2-从多孔电极1迁移到多孔电极2
D．理论上电源提供2 mol e－能分解1 mol H2O
B [多孔电极1上H2O(g)发生得电子的还原反应转化成H2(g)，多孔电极1为阴极，电极反应为2H2O(g)＋4e－===2H2＋2O2-；多孔电极2上O2-发生失电子的氧化反应转化成O2(g)，多孔电极2为阳极，电极反应为2O2-－4e－===O2↑。电极1的多孔结构能增大电极的表面积，增大与水蒸气的接触面积，A项正确；根据分析，电极2为阳极，发生氧化反应：2O2-－4e－===O2↑，B项错误；工作时，阴离子O2-向阳极移动，即O2-从多孔电极1迁移到多孔电极2，C项正确；根据分析，电解总反应为2H2O(g)2H2＋O2，分解2 mol H2O转移4 mol电子，则理论上电源提供2 mol电子能分解1 mol H2O，D项正确。]
3．(2024·广东卷，T16)一种基于氯碱工艺的新型电解池(如图)，可用于湿法冶铁的研究。电解过程中，下列说法不正确的是( )
A．阳极反应：2Cl－－2e－===Cl2↑
B．阴极区溶液中OH－浓度逐渐升高
C．理论上每消耗1 mol Fe2O3，阳极室溶液减少213 g
D．理论上每消耗1 mol Fe2O3，阴极室物质最多增加138 g
C [右侧溶液为饱和食盐水，右侧电极产生气体，则右侧电极为阳极，Cl－放电产生氯气，电极反应为2Cl－－2e－===Cl2↑；左侧电极为阴极，发生还原反应，Fe2O3在碱性条件下转化为Fe，电极反应为Fe2O3＋3H2O＋6e－===2Fe＋6OH－；中间为阳离子交换膜，Na＋由阳极向阴极移动。由分析可知，阳极反应为2Cl－－2e－===Cl2↑，A正确；由分析可知，阴极反应为Fe2O3＋3H2O＋6e－===2Fe＋6OH－，消耗水产生OH－，阴极区溶液中OH－浓度逐渐升高，B正确；由分析可知，理论上每消耗1 mol Fe2O3，转移6 mol电子，产生3 mol Cl2，同时有6 mol Na＋由阳极转移至阴极，则阳极室溶液减少3×71 g＋6×23 g＝351 g，C错误；由分析可知，理论上每消耗1 mol Fe2O3，转移6 mol电子，有6 mol Na＋由阳极转移至阴极，阴极室物质最多增加6×23 g＝138 g，D正确。]
1．电解池工作原理模型图
[提醒] (1)阳离子在阴极上的放电顺序：Ag＋＞Fe3+＞Cu2+＞H＋＞……
(2)阴离子在阳极上的放电顺序：S2-＞I－＞Br－＞Cl－＞OH－＞含氧酸根离子＞……
(3)当阳极是金属(Au、Pt除外)电极时，溶液中的离子不再放电而是金属失电子生成金属阳离子。
(4)微粒的放电顺序受温度、浓度、电压、电极材料等因素的影响。
2．电解原理的应用
(1)粗金属(阳极)的精炼
(2)电镀(镀层金属作阳极)
(3)氯碱工业—电解饱和食盐水
(4)有机化合物制备
丙烯腈(CH2===CHCN)制备己二腈的原理：
阳极：H2O－2e－===O2↑＋2H＋；
阴极： 2CH2===CHCN＋2H＋＋2e－===NC(CH2)4CN。
(5)电化学保护金属：被保护金属作阴极。
1．(2024·宁德三校联考)近年研究发现，电催化CO2和含氮物质等)在常温常压下合成尿素，有助于实现碳中和及解决含氮废水污染问题。向一定浓度的KNO3溶液中通CO2至饱和，在电极上反应生成CO(NH2)2，电解原理如图所示。下列说法不正确的是( )
A．电极b连接电源的正极，发生氧化反应
B．电极a发生的电极反应为＋CO2＋18H＋＋16e－===CO(NH2)2＋7H2O
C．当电极a区生成3.0 g尿素时，电极b区质量减少6.4 g
D．电极a区电解质溶液pH增大
C [由题图可推知，电极a为阴极，电极b为阳极。3.0 g尿素的物质的量为＝0.05 mol，转移电子的物质的量为0.8 mol，b极的电极反应为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，转移0.8 mol电子时，会消耗0.4 mol H2O，减少的质量为7.2 g，C错误。]
2．(2024·淮北一模)利用废旧锂电池中LiMn2O4制备MnO2的装置如图所示，下列说法错误的是( )
A．电极A为阴极
B．电极B发生的电极反应为Mn2+＋2H2O－2e－===MnO2↓＋4H＋
C．LiMn2O4中的锰元素转移到了MnO2中
D．Mn2+和H＋的迁移方向相同
C [根据题中装置图中两极变化，可知电极A为阴极，电极B为阳极，电极反应分别为LiMn2O4＋8H＋＋3e－===Li＋＋2Mn2+＋4H2O，2H2O＋Mn2+－2e－===MnO2↓＋4H＋。LiMn2O4中的Mn转移到MnO2和Mn2+中，C错误。]
3．氢气具有广泛的用途，可以采用如图所示的电化学装置制备。下列说法正确的是( )
A．a电极为电源的正极
B．惰性电极M的电极反应为2RCHO＋4OH－－2e－===2RCOO－＋H2↑＋2H2O
C．制得2 mol H2，理论上有4 mol OH－通过阴离子交换膜移向右室
D．电解一段时间后，右室KOH溶液的浓度不变
B [根据题中装置图可知Ni为阴极(a为负极)，M为阳极(b为正极)，电极反应分别为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，2RCHO＋4OH－－2e－===2RCOO－＋H2↑＋2H2O。当装置中转移2 mol e－时，右室消耗4 mol OH－，左室产生2 mol OH－且移向右室，右室的c(OH－)减小。故A、C、D错误，B正确。]
4．(2024·长沙雅礼中学一模)镍离子(Ni2+)和钴离子(Co2+)性质相似，可用如图所示装置实现二者分离。图中的双极膜中间层中的H2O解离为H＋和OH－，并在直流电场作用下分别向两极迁移；Co2+与乙酰丙酮不反应。下列说法正确的是( )
A．石墨M电极上的电势低于石墨N电极上的电势
B．石墨M电极的电极反应为Co2+＋2e－===Co
C．水解离出的OH－可以抑制Ⅱ室中的转化反应
D．导线中流过2 mol e－，Ⅰ室与Ⅲ室溶液质量变化之差约为130 g
D [H＋向石墨N电极方向移动，则石墨N电极为阴极、石墨M电极为阳极，石墨M电极上的电势更高，A错误；石墨M电极上由Cl－失电子，电极反应为2Cl－－2e－===Cl2↑，B错误；由元素守恒和电荷守恒知，Ⅱ室中的转化反应生成H＋，故水解离出的OH－可以促进Ⅱ室中的转化反应，C错误；导线中流过2 mol e－，Ⅰ室移入Ⅱ室的Ni2+和Co2+的总物质的量为1 mol，同时有2 mol Cl－生成Cl2，质量减少130 g，Ⅲ室中阴极反应消耗的H＋由水解离出的H＋等量补充，溶液质量不变，故两室溶液质量变化之差约为130 g，D正确。]
含“隔膜”的电化学装置分析
(1)电化学装置中隔膜的作用。
(2)电化学装置中隔膜类型的选择。
1．(2024·湖北卷，T14)我国科学家设计了一种双位点PbCu电催化剂，用H2C2O4和NH2OH电化学催化合成甘氨酸，原理如图，双极膜中H2O解离的H＋和OH－在电场作用下向两极迁移。已知在KOH溶液中，甲醛转化为HOCH2O－，存在平衡HOCH2O－＋OH－ [OCH2O]2-＋H2O。Cu电极上发生的电子转移反应为[OCH2O]2-－e－===HCOO－＋H·。下列说法错误的是( )
A．电解一段时间后阳极区c(OH－)减小
B．理论上生成1 mol H3N＋CH2COOH双极膜中有4 mol H2O解离
C．阳极总反应式为2HCHO＋4OH－－2e－===2HCOO－＋H2↑＋2H2O
D．阴极区存在反应H2C2O4＋2H＋＋2e－===CHOCOOH＋H2O
B [在KOH溶液中，HCHO转化为HOCH2O－：HCHO＋OH－―→HOCH2O－，存在平衡HOCH2O－＋OH－ [OCH2O]2-＋H2O，Cu电极上发生的电子转移反应为[OCH2O]2-－e－===HCOO－＋H·，H·结合成H2，Cu电极为阳极；PbCu电极为阴极，首先HOOC—COOH在Pb上发生得电子的还原反应转化为OHC—COOH：H2C2O4＋2e－＋2H＋===OHC—COOH＋H2O，OHC—COOH与HO—N＋H3反应生成HOOC—CH==N—OH：―→HOOC—CH==N—OH＋H2O＋H＋，HOOC—CH==N—OH发生得电子的还原反应转化成H3N＋CH2COOH：HOOC—CH==N—OH＋4e－＋5H＋===H3N＋CH2COOH＋H2O。根据分析，电解过程中，阳极区消耗OH－、同时生成H2O，故电解一段时间后阳极区c(OH－)减小，A项正确；根据分析，阴极区的总反应为H2C2O4＋HO—N＋H3＋6H＋＋6e－===H3N＋CH2COOH＋3H2O，1 mol H2O解离成1 mol H＋和1 mol OH－，故理论上生成1 mol H3N＋CH2COOH双极膜中有6 mol H2O解离，B项错误；根据分析，结合装置图，阳极总反应为2HCHO＋4OH－－2e－===2HCOO－＋H2↑＋2H2O，C项正确；根据分析，阴极区的Pb上发生反应H2C2O4＋2H＋＋2e－===OHCCOOH＋H2O，D项正确。]
2．(2023·河北卷，T13)我国科学家发明了一种以和MnO2为电极材料的新型电池，其内部结构如图所示，其中①区、②区、③区电解质溶液的酸碱性不同。放电时，电极材料转化为。下列说法错误的是( )
A．充电时，b电极上发生还原反应
B．充电时，外电源的正极连接b电极
C．放电时，①区溶液中的向②区迁移
D．放电时，a电极的电极反应式为MnO2＋4H＋＋2e－===Mn2+＋2H2O
B [放电时，电极反应为－2ne－===＋2nK＋，是原电池的负极，阳离子增多需要通过阳离子交换膜进入②区；二氧化锰得到电子变成锰离子，是原电池的正极，电极反应：MnO2＋4H＋＋2e－===Mn2+＋2H2O，阳离子减少，多余的阴离子需要通过阴离子交换膜进入②区，故③区为碱性溶液，①区为酸性溶液。充电时，b电极上得到电子，发生还原反应，A正确；充电时，外电源的正极与a电极相连，a电极区发生失去电子的反应，电极反应为Mn2+＋2H2O－2e－===MnO2↓＋4H＋，B错误；放电时，①区溶液中多余的向②区迁移，C正确；放电时，a电极发生的电极反应为MnO2＋4H＋＋2e－===Mn2+＋2H2O，D正确。]
3．(2023·湖北卷，T10)我国科学家设计如图所示的电解池，实现了海水直接制备氢气技术的绿色化。该装置工作时阳极无Cl2生成且KOH溶液的浓度不变，电解生成氢气的速率为x mol·h-1。下列说法错误的是( )
A．b电极反应式为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－
B．离子交换膜为阴离子交换膜
C．电解时海水中动能高的水分子可穿过PTFE膜
D．海水为电解池补水的速率为2x mol·h-1
D [b电极为阴极，发生的电极反应为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，A正确；根据题意可知阳极没有氯气产生，溶液环境为碱性，a电极为阳极，发生的电极反应为4OH－－4e－===O2↑＋2H2O，总反应为2H2OO2↑＋2H2↑，要想维持体系内OH－浓度不变，结合电解池中阴、阳离子迁移的规律，应该选用阴离子交换膜，B正确；根据总反应可知，反应消耗水，而要使KOH溶液浓度不变，海水中动能高的水分子可以穿透PTFE膜进入KOH溶液，C正确；根据上述总反应可知生成1 mol H2消耗1 mol水，故海水为电解池补水的速率为x mol·h-1，D错误。]
1．各种膜的用途分析
(1)电化学装置中常见的离子交换膜
种类 允许通过的离子及移动方向 说明
阳离子交换膜 阳离子→移向电解池的阴极或原电池的正极 阴离子和气体不能通过
阴离子交换膜 阴离子→移向电解池的阳极或原电池的负极 阳离子和气体不能通过
质子交换膜 质子→移向电解池的阴极或原电池的正极 只允许H＋通过
(2)离子交换膜的定量关系
外电路转移的电子数＝阴、阳离子迁移的电荷数。
(3)离子交换膜的功能
①原电池中一般是“单膜(正、负极之间)”。主要作用是隔离正、负极区域的某些粒子，防止其发生反应；或防止某些粒子在电极表面沉淀析出，导致电极活性降低。
②电解池中很多时候是“双膜”或“多膜”。多膜会把整个电解池分割成若干不同的“室”，比如有“阳极室”“阴极室”“产品室”等。其主要作用是控制离子的移动以获得所需的产品或达到除杂、提纯等目的。
2．利用双极膜电解海水
1．(2024·绥化一模)如图所示电解装置中，通电后石墨电极Ⅱ上有O2生成，Fe2O3逐渐溶解，下列判断错误的是( )
A．a极电势低于b极电势
B．交换膜c为质子交换膜
C．随着电解的进行，CuCl2溶液浓度变小
D．当0.01 mol Fe2O3完全溶解时，外电路中通过0.03 mol电子
D [由题意可知，石墨电极Ⅱ为电解池的阳极，水在阳极失去电子发生氧化反应生成氧气和氢离子，氢离子通过质子交换膜c进入中间室，与氧化铁反应生成铁离子和水，则a为直流电源的负极、b为正极，石墨电极Ⅰ为阴极，铜离子在阴极得到电子发生还原反应生成铜，氯离子通过阴离子交换膜进入中间室。氧化铁与氢离子反应生成铁离子和水，0.01 mol氧化铁溶解消耗氢离子的物质的量为0.06 mol，则0.01 mol氧化铁溶解，外电路中通过0.06 mol电子，D错误。]
2．(2024·湖北十一校二模)利用如图所示装置可合成己二腈[NC(CH2)4CN]。充电时生成己二腈，放电时生成O2，其中a、b是互为反置的双极膜，双极膜中的H2O会解离出H＋和OH－向两极移动。下列说法错误的是( )
A．N极的电势低于M极的电势
B．充电时双极膜中OH－向N极移动，放电时双极膜中H＋向N极移动
C．若充电时制得1 mol NC(CH2)4CN，则放电时需生成0.5 mol O2，才能使左室溶液恢复至初始状态
D．充电时，N极的电极反应为2CH2===CHCN＋2H＋＋2e－===NC(CH2)4CN
B [放电时N极为负极，M极为正极，正极电势高于负极电势，因此N极的电势低于M极的电势，A正确；充电时双极膜中OH－向阳极即M极移动，放电时双极膜中H＋向正极即M极移动，B错误；充电时，N极的电极反应为2CH2===CHCN＋2H＋＋2e－===NC(CH2)4CN，若充电时制得1 mol NC(CH2)4CN，则转移2 mol e－，所以放电时需生成0.5 mol O2才能使左室溶液恢复至初始状态，C、D均正确。]
3．镍离子(Ni2+)和钴离子(Co2+)性质相似，工业上可通过电化学装置将废水中的Co2+和Ni2+分离，装置如图所示。已知Co2+和乙酰丙酮不反应，下列说法错误的是( )
A．膜a为阴离子交换膜，膜b为阳离子交换膜
B．通电过程中Ⅳ室内稀硫酸浓度逐渐增大
C．Ⅲ室中Ni2+参与的反应为===＋2H2O
D．通电过程中N极每产生11.2 L(标准状况)气体，双极膜内减少18 g H2O
B [根据H＋和OH－的移动方向可以确定M为阳极，N为阴极；根据Ⅲ室转化可知Ni2+进入Ⅲ室，膜b为阳离子交换膜，膜a为阴离子交换膜。通电过程中，N极产生标准状况下11.2 L(0.5 mol) H2，双极膜减少1 mol H＋和1 mol OH－即18 g H2O。Ⅳ室消耗的H＋与迁移过来的H＋数目相同，稀硫酸浓度不变，B错误。]
电化学
选择题专练 原电池与新型化学电源
1．(2024·湛江一模)如图是一种酸性燃料电池酒精检测仪，具有自动吹气流量侦测与控制的功能，非常适合进行现场酒精检测。下列说法正确的是( )
A．电子由通入氧气的Pt电极流出
B．质子(H＋)通过质子交换膜从负极流向正极
C．每消耗22.4 L O2，会产生1 mol醋酸
D．左侧Pt电极表面发生的反应：CH3CH2OH＋2e－===CH3COOH＋2H＋
B [通O2的Pt电极为正极，通呼气的Pt电极为负极，正极反应为O2＋4H＋＋4e－===2H2O，负极反应为CH3CH2OH－4e－＋H2O===CH3COOH＋4H＋，A、D错误；未指明在标准状况下，不能确定O2的物质的量，C错误。]
2．(2024·张家界一模)我国科学家研发了一种可逆电池装置，充电时该装置可吸收CO2合成甲酸，其具体工作原理如图所示。已知将阴离子、阳离子复合组成双极膜，双极膜中间层中的H2O解离为H＋和OH－，并在直流电场作用下分别向两极迁移。下列说法错误的是( )
A．L膜是阴离子膜，P膜是阳离子膜
B．充电时，N极上发生的电极反应式为CO2＋2e－＋2H＋===HCOOH
C．放电时，电子由a流向电源的M极
D．充电时，外电路中每通过1 mol电子，理论上复合膜层间有0.5 mol H2O解离
D [由题干信息可知，充电时该装置可吸收CO2合成甲酸，即N极将CO2转化为HCOOH，发生还原反应，则N极为阴极，电极反应为CO2＋2H＋＋2e－===HCOOH，此时M极为阳极发生氧化反应，电极反应为[Fe(CN)6]4-－e－===[Fe(CN)6]3-，电源a电极为正极，b电极为负极，阳离子移向阴极区，即P膜为阳离子膜，L膜为阴离子膜。复合膜中，由于电子所带电荷数与H＋或OH－所带电荷数相等，则外电路中每通过1 mol电子，通过P膜的H＋或L膜的OH－物质的量均为1 mol，即充电时，外电路中每通过1 mol电子，复合膜层间有1 mol H2O解离，D错误。]
3．最新研究发现一种“氯介导电化学pH变化”系统，通过调节海水的pH去除海水中CO2，电化学原理为Bi＋3AgCl＋H2O BiOCl＋3Ag＋2H＋＋2Cl－，甲系统放电时的原理如图所示，该装置可实现充、放电交替运行，达到节约成本的目的；碱化的海水继续吸收空气中的CO2可缓解温室效应。下列说法正确的是( )
A．甲系统放电时，正极反应式为AgCl＋e－===Ag＋Cl－
B．甲系统充电时，Bi极附近溶液pH变大
C．乙系统放电时，Ag极作负极
D．乙系统充电时，若有3NA(NA为阿伏加德罗常数的值)个电子通过则产生标准状况下44.8 L CO2
AB [由图结合总反应可知，放电时，甲系统中Bi极发生氧化反应，为负极，氯化银极发生还原反应，为正极。甲系统放电时，氯化银极发生还原反应，为正极，正极反应式为AgCl＋e－===Ag＋Cl－，A正确；甲系统充电时，则Bi极为阴极，BiOCl发生还原反应：BiOCl＋3e－＋2H＋===Bi＋Cl－＋H2O，反应消耗氢离子，导致Bi极附近溶液pH变大，B正确；乙系统放电时，则甲系统充电，甲系统中氯化银极为阳极，则与之相连的Ag极作正极，C错误；乙系统充电时，则甲系统放电，Bi极反应为Bi＋Cl－＋H2O－3e－===BiOCl＋2H＋，若有3NA个电子通过，则生成2 mol氢离子，2 mol氢离子和碳酸根离子生成1 mol二氧化碳、2 mol氢离子和碳酸氢根离子生成2 mol二氧化碳，则产生标准状况下CO2的体积小于44.8 L，D错误。]
4．(2024·赣州模拟)我国科研工作者基于生物质平台分子糠醛开发出的一种“生物质电池”，在充、放电时分别得到高附加值的醇和羧酸盐，其工作原理如图所示。下列说法正确的是( )
A．充电时，a极接电源正极
B．充电时，K＋由a极区移向b极区
C．放电时，消耗1 mol Co0.2Ni0.8OOH，外电路转移1 mol电子
D．放电时，负极反应式为＋3OH－＋2e－===＋2H2O
C [在充电时得到醇，则a极的化合物得到电子，所以a极为阴极，接电源负极，A错误；充电时钾离子从b极区移动到a极区，B错误；放电时，消耗1 mol Co0.2Ni0.8OOH，则得到1 mol电子，外电路转移1 mol电子，C正确；放电时，负极失电子，D错误。]
5．(2024·湛江一模)我国某科研团队设计了一种新型能量存储/转化装置。闭合K2、断开K1时，制氢并储能；断开K2、闭合K1时，供能。已知Zn(OH)2与Al(OH)3的性质相似。下列说法正确的是( )
A．闭合K2、断开K1时，X电极发生还原反应
B．闭合K2、断开K1时，溶液pH不变
C．闭合K1、断开K2时，Zn电极表面生成沉淀
D．该装置能直接将光能转化成化学能
B [闭合K2、断开K1时，X电极反应为Ni(OH)2＋OH－－e－===NiOOH＋H2O，X电极发生氧化反应，Pt电极发生还原反应，H2O＋e－===OH－＋H2↑，c(OH－)不变，pH不变，A错误，B正确；闭合K1、断开K2时，Zn电极发生氧化反应===，Zn(OH)2又与OH－反应，C错误；该装置将光能先转化为电能，再转化为化学能储能，D错误。]
6．科学家设计了一种以Cu和CuS为电极的可循环电池，电解液为AlCl3等溶液，其工作原理如图所示。电池放电时，Cu电极发生氧化反应。下列说法正确的是( )
A．电池工作时，电解液中Al3+的浓度保持不变
B．充电时，Cl－向CuS电极方向移动
C．充电时CuS电极连接电源的负极
D．当0.15 mol Cu转化成时，溶液中Al3+减少0.1 mol
B [电池放电时，Cu电极发生氧化反应，Cu电极作负极，CuS电极作正极；放电时，铜电极为负极，铜失去电子，发生氧化反应，生成二氯合亚铜离子，电极反应式为===，硫化铜电极为正极，硫化铜得到电子，发生还原反应，生成Al3CuS，电极反应式为CuS＋9e－＋3Al3+===Al3CuS。由分析可知，放电时，硫化铜电极为正极，硫化铜得到电子，发生还原反应，和Al3+反应生成Al3CuS，溶液中铝离子数目减少，A错误；电池充电时，Cu电极作阴极，CuS电极作阳极，Cl－向CuS电极方向移动，B正确；充电时，CuS电极作阳极，CuS电极与电源正极相连，C错误；放电时，铜电极为负极，生成二氯合亚铜离子，硫化铜电极为正极，生成Al3CuS，则当0.15 mol铜转化成二氯合亚铜离子时，溶液中铝离子减少0.05 mol，D错误。]
7．(2024·东北三省模考)如图，b为H＋/H2标准氢电极，可发生还原反应(2H＋＋2e－===H2↑)或氧化反应(H2－2e－===2H＋)，a、c分别为AgCl/Ag、AgI/Ag电极。实验发现：1与2相连a电极质量减小，2与3相连c电极质量增大。下列说法正确的是( )
A．1与2相连，盐桥1中阳离子向b电极移动
B．2与3相连，电池反应为2Ag＋2I－＋2H＋===2AgI＋H2↑
C．1与3相连，a电极减小的质量等于c电极增大的质量
D．1与2、2与3相连，b电极均为e－流出极
B [1与2相连，左侧两池构成原电池，a电极质量减小，AgCl转化为Ag，说明a电极为正极，b电极为负极，b电极反应为H2－2e－===2H＋；2与3相连，右侧两池构成原电池，c电极质量增大，Ag转化为AgI，说明c电极为负极，b电极为正极，b电极反应为2H＋＋2e－===H2↑。]
8．钠基海水电池是一种能量密度高、环境友好的储能电池(如图所示)，电极材料为钠基材料和选择性催化材料(能抑制海水中Cl－的吸附和氧化)，固体电解质只允许Na＋通过。下列说法正确的是( )
A．放电时，a电极发生还原反应
B．放电时，b电极的电势高于a电极
C．充电时，b电极的电极反应式为2Cl－－2e－===Cl2↑
D．充电时，每转移2 mol电子，理论上有2 mol Na＋由b电极迁移到a电极
BD [放电时，a电极为负极，钠失去电子发生氧化反应，A错误；放电时，a电极为负极，b电极为正极，b电极的电势高于a电极，B正确；放电时，a电极为负极，b电极为正极，充电时，b电极为阳极，由于选择性催化材料能抑制海水中Cl－的吸附和氧化，故电极上不是Cl－放电，C错误；充电时，a电极为阴极，b电极为阳极，阳离子向阴极移动，故每转移2 mol电子，理论上有2 mol Na＋由b电极迁移到a电极，D正确。]
选择题专练 电解原理及其应用
1．(2024·九江二模)我国科学家设计了CO2与氯碱耦合电解池装置如图。这种方法的优点是可以得到氯气和氢氧化钠，实现与氯碱工业的联合。下列说法正确的是( )
A．离子交换膜为阴离子交换膜
B．工作一段时间阴极附近溶液的pH减小
C．电解总反应式为CO2＋2NaCl＋H2OHCOONa＋Cl2＋NaOH
D．标准状况下，每生成2.24 L Cl2，溶液中通过的电子为0.2 mol
C [由图示可知，阴极的电极反应式为CO2＋2e－＋H2O===HCOO－＋OH－，阳极的电极反应式为2Cl－－2e－===Cl2↑。离子交换膜为阳离子交换膜，Na＋通过，A错误；工作一段时间阴极产生OH－，阴极附近pH变大，B错误；电子不能进入溶液中，D错误。]
2．苯甲醇电催化氧化制备苯甲醛的反应原理如下图所示。下列说法正确的是( )
A．理论上，1 mol 苯甲醇被氧化成苯甲醛时，电极B上有22.4 L H2放出
B．电解过程中，电极室A和电极室B的pH均不变
C．电极A的电极反应式：Mn2+＋2H2O－2e－===MnO2＋4H＋
D．b端电势高于a端电势
BC [根据图示可知电极A为阳极，电极B为阴极，电极反应式分别为Mn2+＋2H2O－2e－===MnO2＋4H＋，2H＋＋2e－===H2↑。没有给出气体所处的温度和压强，不确定生成氢气的体积，A错误；电极A锰离子失去电子发生氧化反应生成二氧化锰，二氧化锰氧化苯甲醇为苯甲醛同时生成锰离子，总反应为C6H5CH2OH－2e－===C6H5CHO＋2H＋；电极B反应为氢离子得电子发生还原反应生成氢气：2H＋＋2e－===H2↑，电极室A氢离子迁移到电极室B，结合得失电子守恒可知，电极室A、B的pH不变，B正确；电极A上Mn2+失去电子发生氧化反应生成MnO2，电极反应式为Mn2+－2e－＋2H2O===MnO2＋4H＋，C正确；a端为正极、b端为负极，b端电势低于a端电势，D错误。]
3．(2024·青岛一模)我国科学家研发了一种在废水处理中实现碳中和的绿色化学装置，同时获得乙酰胺，其原理如图。下列说法错误的是( )
A．石墨电极b为阳极，Na＋由Ⅱ室移向Ⅰ室
B．电解一段时间后，Ⅰ、Ⅱ室溶液的pH均逐渐增大
发生还原反应：＋4e－＋4H2O===NH2OH＋5OH－
D．理论上，每产生0.1 mol乙酰胺的同时电极b有15.68 L(标准状况)O2生成
D [根据石墨电极a的物质转化，可知石墨电极a为阴极，石墨电极b为阳极，电极反应式分别为===＋4e－＋4H2O===NH2OH＋5OH－；4OH－－4e－===O2↑＋2H2O。产生乙酰胺的转化为＋2CO2―→CH3CONH2，每产生1个乙酰胺分子转移电子数为14，理论上，每产生0.1 mol乙酰胺的同时石墨电极b有×22.4 L/mol＝7.84 L O2生成，D错误。]
4．我国科学家设计的间接电化学氧化法可同时去除烟气中的SO2和NO2，原理如图。下列说法正确的是( )
A．H＋通过质子交换膜向n电极移动
B．NO2发生的反应：===＋Ce3+＋2H＋
C．n电极的电极反应式：H2O＋2e－===H2↑＋2OH－
D．若产生22.4 L H2(标准状况)，则气-液吸收柱中处理了64 g SO2
AB [由图可知，H＋在n电极得到电子，变为H2，n电极为阴极，电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑，Ce3+在m电极失去电子变为Ce4+，m电极为阳极， SO2、NO2被Ce4+氧化为、。m电极为阳极，H＋通过质子交换膜向阴极(n电极)移动，A正确；NO2被Ce4+氧化为，离子方程式为===＋Ce3+＋2H＋，B正确；n电极为阴极，电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑，C错误；n电极的电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑，若产生22.4 L H2(标准状况)，转移2 mol电子，SO2被Ce4+氧化为，反应的离子方程式为===＋2Ce3+＋4H＋，当转移2 mol电子时，消耗1 mol SO2，质量为64 g，但实际上SO2、NO2同时与Ce4+反应，因此处理的SO2小于64 g，D错误。]
5．(2024·佛山二模)畜禽废水中含大量N、P元素，通过电解形成MgNH4PO4·6H2O沉淀(鸟粪石)进行回收。用如图装置模拟该过程，其中含P微粒共有1 mol。下列说法错误的是( )
A．阳极反应：＋6H2O===MgNH4PO4·6H2O
B．若电路中转移1.98 mol e－，则溶液中剩余含P微粒为0.01 mol
C．强酸或强碱环境更有利于去除氮、磷元素
D．鸟粪石可用作缓释肥，实现变废为宝
C [结合图和题意分析，Mg电极为阳极，电极反应式为＋6H2O===MgNH4PO4·6H2O，惰性电极为阴极，电极反应式为2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑。强酸性环境下会生成H3PO4，强碱性环境下会生成氨水，不利于去除氮、磷元素，C错误。]
选择题专练 含“隔膜”的电化学装置分析
1．(2024·哈尔滨师大附中等名校联考)某电化学锂富集装置如图，工作步骤如下：Ⅰ．向MnO2所在腔室通入海水，启动电源乙，使海水中Li＋进入MnO2结构形成LixMn2O4；Ⅱ．关闭电源乙和海水通道，启动电源甲，同时向电极a上通入O2。下列说法错误的是( )
A．电极b与电源乙的正极相连
B．步骤Ⅰ时，腔室2中的Na＋进入MnO2所在腔室
C．步骤Ⅱ时，阳极的电极反应式为LixMn2O4－xe－===xLi＋＋2MnO2
D．在电极a上每消耗5.6 L O2(标准状况)，腔室1质量增加7 g
D [启动电源乙，使海水中Li＋进入MnO2结构形成LixMn2O4，MnO2中锰元素的化合价降低，作阴极，与电源乙的负极相连，电极反应式为2MnO2＋xLi＋＋xe－===LixMn2O4；电极b作阳极，连接电源乙正极，电极反应式为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋。关闭电源乙和海水通道，启动电源甲，向电极a上通入空气，使LixMn2O4中的Li＋脱出进入腔室1，则电极a为阴极，电极反应式为2H2O＋O2＋4e－===4OH－，阳极的电极反应式为LixMn2O4－xe－===xLi＋＋2MnO2。电极a为阴极，电极反应式为2H2O＋O2＋4e－===4OH－，每消耗5.6 L O2(标准状况)，即0.25 mol O2，转移电子为1 mol，即有1 mol Li＋进入腔室1，腔室1增重：0.25 mol×32 g·mol-1＋1 mol×7 g·mol-1＝15 g，故D错误。]
2．(2024·连云港一模)用如图所示的新型电池可以处理含CN－的碱性废水，同时还可以淡化海水。
下列说法正确的是( )
A．a极电极反应：===＋N2↑＋6H2O
B．电池工作一段时间后，右室溶液的pH减小
C．交换膜Ⅰ为阳离子交换膜，交换膜Ⅱ为阴离子交换膜
D．若将含有26 g CN－的废水完全处理，理论上可除去NaCl的质量为292.5 g
D [由图可知，a极CN－在碱性条件下失去电子生成氮气，电极反应为===＋N2↑＋6H2O，则b极为正极，电极反应为2H＋＋2e－===H2↑。由分析知，A错误；b为正极，消耗氢离子，pH增大，B错误；a极附近负电荷减少，则阴离子通过交换膜Ⅰ向左移动，b极附近正电荷减少，则阳离子通过交换膜Ⅱ向右移动，C错误。]
3．用一种具有“卯榫”结构的双极膜组装的电解池可实现大电流催化电解氯化铵废水，同时制得盐酸和氨水。工作时，H2O在双极膜界面处被催化解离成H＋和OH－，有利于电解反应顺利进行，装置如图所示(M、N均为惰性电极)。下列说法正确的是( )
A．a膜是阳离子交换膜，b膜是阴离子交换膜
B．Ⅰ室生成盐酸，Ⅱ室生成氨水
C．每生成0.1 mol HCl，双极膜处共有0.2 mol H2O解离
D．与平面结构相比，“卯榫”结构双极膜表面积大，更有利于电子通过
BC [处理氯化铵废水，同时制得盐酸和氨水，阳离子向阴极移动、阴离子向阳极移动，氯离子透过a膜进入Ⅰ室，铵根离子透过b膜进入Ⅱ室，可知在Ⅰ、Ⅱ两室分别得到盐酸和氨水，a膜是阴离子交换膜、b膜是阳离子交换膜，A错误，B正确；每生成0.1 mol HCl，Ⅰ室处双极膜有0.1 mol H2O解离、Ⅱ室处双极膜有0.1 mol H2O解离，所以双极膜处共有0.2 mol H2O解离，C正确；与平面结构的双极膜相比，“卯榫”结构增大双极膜面积，可提高产品生成速率，电子不能通过双极膜，D错误。]
4．(2024·怀化二模)某研究机构使用Li-SO2Cl2电池作为电源电解制备Ni(H2PO2)2，其工作原理如下图所示，已知电池反应为2Li＋SO2Cl2===2LiCl＋SO2↑，下列说法错误的是( )
A．膜a、膜c是阴离子交换膜，膜b是阳离子交换膜
B．电池的e极连接电解池的h
C．电池中C电极的电极反应式为SO2Cl2＋2e－===2Cl－＋SO2↑
D．生成0.5 mol Ni(H2PO2)2时，理论上电解池中不锈钢电极附近溶液质量增加22克
A [由电池反应可知，Li电极是原电池的负极，氯离子作用下，锂在负极失去电子发生氧化反应生成氯化锂，C电极是正极，SO2Cl2在正极得到电子发生还原反应生成氯离子和二氧化硫；与直流电源直接相连的镍电极是电解池的阳极，镍在阳极失去电子发生氧化反应生成镍离子，生成的镍离子通过阳离子交换膜进入产品室，不锈钢电极为阴极，水在阴极得到电子发生还原反应生成氢气和氢氧根离子，Ⅲ室中的钠离子通过阳离子交换膜进入Ⅳ室，次磷酸根离子通过阴离子交换膜进入产品室。膜a、c是阳离子交换膜，膜b是阴离子交换膜，故A错误。]
5．(2024·济南一模)我国科学家发现利用如图装置可以将邻苯二醌类物质转化为邻苯二酚类物质，已知双极膜(膜a、膜b)中间层中的H2O可解离为H＋和OH－。下列说法错误的是( )
A．电极电势：MB．M极电极反应式为===＋10H2O
C．工作一段时间后，装置中需要定期补充H2SO4和NaOH
D．制取0.2 mol邻苯二酚类物质时，理论上有0.8 mol OH－透过膜a
C [该装置为原电池，M极作负极，B2H6在该极失电子发生氧化反应，电极反应式为===＋10H2O；N极作正极，该极上邻苯二醌类物质得电子转化为邻苯二酚类物质。双极膜中间层中的 H2O解离为H＋和 OH－，氢离子通过膜b移向正极，膜b为阳离子交换膜；氢氧根离子通过膜a移向负极，膜a为阴离子交换膜。N极为正极，双极膜的膜b产生氢离子移向N极，膜a产生氢氧根离子移向M极，根据电极反应式，可知需要定期补充H2O和NaOH，故C错误。]
6．利用光伏并网发电装置电解NH3得到高纯度H2的装置如图所示。下列说法正确的是( )
A．m极电势高于n极电势
B．离子交换膜最好为阳离子交换膜
C．b电极的电极反应式为2NH3＋6OH－－6e－===N2＋6H2O
D．电解产生2.24 L H2时导线中通过0.2 mol电子
C [该装置为原电池和电解池的组合装置，光伏并网发电装置为原电池，另一个为电解池，通入NH3的电极为阳极，因此a电极为阴极，发生的电极反应式为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，b电极为阳极，发生的电极反应式为2NH3＋6OH－－6e－===N2＋6H2O，对应可知n极为正极，m极为负极。正极电势高于负极，n极电势高于m极电势，故A错误；OH－由阴极室经过离子交换膜到阳极室，离子交换膜应选择阴离子交换膜，故B错误；b电极的电极反应式为2NH3＋6OH－－6e－===N2＋6H2O，故C正确；未说明气体所处的温度和压强，无法计算2.24 L H2物质的量，故D错误。]
7．(2024·邯郸二模)羟基自由基(·OH)是自然界中氧化性仅次于氟的氧化剂。我国科学家设计了一种能将苯酚氧化为CO2和H2O的原电池－电解池组合装置，实现了发电、环保两位一体。下列说法错误的是( )
A．a极是正极，c极是阴极
B．氧化1 mol苯酚，理论上NaCl溶液中减少的离子数为20NA(NA为阿伏加德罗常数的值)
C．电池工作时，b极电极反应为C6H5OH－28e－＋11H2O===6CO2↑＋28H＋
D．d极电极反应为H2O－e－===H＋＋·OH
B [题图中装置，左边为原电池，a极上铬元素由＋6价变为＋3价得电子发生还原反应，是正极，b极是负极，右边是电解池，c极是阴极，d极是阳极。原电池工作时，a极得电子生成Cr(OH)3，电极反应为＋6e－＋7H2O===2Cr(OH)3↓＋8OH－，b极电极反应为C6H5OH－28e－＋11H2O===6CO2↑＋28H＋，1 mol C6H5OH参与反应，转移28 mol电子，理论上a极有28 mol OH－、b极有28 mol H＋进入氯化钠溶液中生成水，NaCl溶液中离子数不变，B错误。]
8．以丙烯腈(CH2==CHCN)为原料电解合成己二腈[NC(CH2)4CN]，电解原理如图所示(两极均为惰性电极)，电解过程会产生丙腈(C2H5CN)等副产物，向电极Y区电解液中加入少量季铵盐四丁基氢氧化铵[季铵盐阳离子(R)4N＋，R为烃基]，当溶液的pH＝8时，己二腈的产率最高。下列说法正确的是( )
A．电极Y的电势高于电极X的电势
B．电解池中H＋的移动方向：右室→质子交换膜→左室
C．电极Y上反应ⅰ的电极反应式为2CH2===CHCN＋2H＋＋2e－===NC(CH2)4CN
D．生成2.24 L O2(标准状况)时，电极X区溶液的质量减少3.6 g
CD [根据电极Y上的转化反应可知Y为阴极，连接电源的负极，X为阳极，连接电源的正极，电极X的电势高于电极Y，A错误；H＋移动方向为左室→质子交换膜→右室，B错误；电极X为阳极，电极反应式为2H2O－4e－===4H＋＋O2↑，生成2.24 L O2(标准状况)时，X极区有0.1 mol O2放出，电路中转移0.4 mol电子，则有0.4 mol H＋通过质子交换膜迁移至电极Y区，即电极X区溶液的质量减少0.1 mol×32 g·mol-1＋0.4 mol×1 g·mol-1＝3.6 g，D正确。]
高考题集训 电化学
1．(2024·山东卷，T13)以不同材料修饰的Pt为电极，一定浓度的NaBr溶液为电解液，采用电解和催化相结合的循环方式，可实现高效制H2和O2，装置如图所示，下列说法错误的是( )
A．电极a连接电源负极
B．加入Y的目的是补充NaBr
C．电解总反应为Br－＋3H2O＋3H2↑
D．催化阶段反应产物物质的量之比n(Z)∶n(Br－)＝3∶2
B [电极b上Br－发生失电子的氧化反应转化成，电极b为阳极，电极反应为===＋6H＋；电解总反应为Br－＋3H2O＋3H2↑；催化阶段被还原成Br－循环使用同时生成O2，实现高效制H2和O2，即Z为O2。根据分析，电极a为阴极，连接电源负极，A项正确；根据分析电解过程中消耗H2O和Br－，而催化阶段被还原成Br－循环使用，故加入Y的目的是补充H2O，维持NaBr溶液为一定浓度，B项错误；根据分析电解总反应为Br－＋3H2O＋3H2↑，C项正确；催化阶段，Br元素的化合价由＋5价降至－1价，生成1 mol Br－得到6 mol电子，O元素的化合价由－2价升至0价，生成1 mol O2失去4 mol电子，根据得失电子守恒，反应产物物质的量之比n(O2)∶n(Br－)＝6∶4＝3∶2，D项正确。]
2．(2024·安徽卷，T11)我国学者研发出一种新型水系锌电池，其示意图如下。该电池分别以Zn-TCPP(局部结构如标注框内所示)形成的稳定超分子材料和Zn为电极，以ZnSO4和KI混合液为电解质溶液。下列说法错误的是( )
A．标注框内所示结构中存在共价键和配位键
B．电池总反应为＋ZnZn2+＋3I－
C．充电时，阴极被还原的Zn2+主要来自Zn-TCPP
D．放电时，消耗0.65 g Zn，理论上转移0.02 mol电子
C [由图中信息可知，该新型水系锌电池的负极是锌、正极是超分子材料；负极的电极反应式为Zn－2e－===Zn2+，则充电时，该电极为阴极，电极反应式为Zn2+＋2e－===Zn；正极上发生＋2e－===3I－，则充电时，该电极为阳极，电极反应式为3I－===。标注框内所示结构属于配合物，配位体中存在碳碳单键、碳碳双键、碳氮单键、碳氮双键和碳氢键等多种共价键，还有由N提供孤电子对、Zn2+提供空轨道形成的配位键，A正确；由以上分析可知，该电池总反应为＋ZnZn2+＋3I－，B正确；充电时，阴极电极反应式为Zn2+＋2e－===Zn，被还原的Zn2+主要来自电解质溶液，C错误；放电时，负极的电极反应式为Zn－2e－===Zn2+，因此消耗0.65 g Zn(物质的量为0.01 mol)，理论上转移0.02 mol电子，D正确。]
3．(2023·北京卷，T5)回收利用工业废气中的CO2和SO2，实验原理示意图如下。
下列说法不正确的是( )
A．废气中SO2排放到大气中会形成酸雨
B．装置a中溶液显碱性的原因是的水解程度大于的电离程度
C．装置a中溶液的作用是吸收废气中的CO2和SO2
D．装置b中的总反应为＋CO2＋H2O
C [SO2是酸性氧化物，废气中SO2排放到空气中会形成硫酸型酸雨，故A正确；装置a中溶液的溶质为NaHCO3，溶液显碱性，说明的水解程度大于其电离程度，故B正确；装置a中NaHCO3溶液的作用是吸收SO2气体，CO2与NaHCO3溶液不反应，不能吸收CO2，故C错误；由电解池阴极和阳极反应式可知，装置b中总反应为＋CO2＋H2O，故D正确。]
4．(2024·贵州卷，T11)一种太阳能驱动环境处理的自循环光催化芬顿系统工作原理如图。光阳极发生反应：======＋H2O2。体系中H2O2与Mn(Ⅱ)/Mn(Ⅳ)发生反应产生的活性氧自由基可用于处理污水中的有机污染物。
下列说法错误的是( )
A．该芬顿系统能量转化形式为太阳能→电能→化学能
B．阴极反应式为O2＋2H＋＋2e－===H2O2
C．光阳极每消耗1 mol H2O，体系中生成2 mol H2O2
D．H2O2在Mn(Ⅱ)/Mn(Ⅳ)的循环反应中表现出氧化性和还原性
C [该装置为电解池，光阳极上水失电子生成氧气和氢离子，电极反应式为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，阴极上氧气和氢离子得电子生成过氧化氢，电极反应式为O2＋2H＋＋2e－===H2O2。该装置为电解池，利用光能提供能量转化为电能，在电解池中将电能转化为化学能，A正确；由题图可知，阴极上氧气和氢离子得电子生成过氧化氢，电极反应式为O2＋2H＋＋2e－===H2O2，B正确；光阳极上水失电子生成氧气和氢离子，电极反应式为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，每消耗1 mol H2O，转移2 mol电子，由O2＋2H＋＋2e－===H2O2，则体系中生成1 mol H2O2，C错误；由Mn(Ⅳ)和过氧化氢转化为Mn(Ⅱ)过程中，锰元素化合价降低，H2O2作还原剂，表现还原性，由Mn(Ⅱ)转化为Mn(Ⅳ)时，H2O2中O元素化合价降低，作氧化剂，表现氧化性，D正确。]
21世纪教育网(www.21cnjy.com)原电池与新型化学电源
(1)电极的判定及其电极反应正误判断。
(2)溶液中离子的移动方向和电极附近溶液浓度变化或pH变化等。
(3)二次电池的电极连接及充、放电时反应原理的分析。
(4)定量计算等。
1．(2024·北京卷，T3)酸性锌锰干电池的构造示意图如图。关于该电池及其工作原理，下列说法正确的是( )
A．石墨作电池的负极材料
B．电池工作时向负极方向移动
C．MnO2发生氧化反应
D．锌筒发生的电极反应为Zn－2e－===Zn2+
2．(2023·辽宁卷，T11)某低成本储能电池原理如图所示。下列说法正确的是( )
A．放电时负极质量减小
B．储能过程中电能转变为化学能
C．放电时右侧H＋通过质子交换膜移向左侧
D．充电总反应：＋2Fe3+===PbSO4＋2Fe2+
3．(2023·福建卷，T9)一种可在较高温度下安全快充的铝-硫电池的工作原理如图，电解质为熔融氯铝酸盐(由NaCl、KCl和AlCl3形成熔点为93 ℃的共熔物)，其中氯铝酸根(n≥1)]起到结合或释放Al3+的作用。电池总反应：2Al＋3xS。下列说法错误的是( )
A．含4n个Al—Cl键
B．中同时连接2个Al原子的Cl原子有(n－1)个
C．充电时，再生1 mol Al单质至少转移3 mol电子
D．放电时间越长，负极附近熔融盐中n值小的浓度越高
(1)原电池工作时，电子流向为负极→导线→正极→电解质溶液→负极。 (×)
(2)原电池工作时，盐桥中的阴离子移向正极区。 (×)
(3)原电池的正极电势高于负极。 (√)
(4)新型电源的负极发生氧化反应，正极发生还原反应。 (√)
(5)二次电池充电时，电池的负极外接电源的正极。 (×)
(6)任何燃料电池的负极通入燃料发生氧化反应，正极通入O2或其他助燃剂发生还原反应。 (√)
1．二次充电电池的工作原理及充电连接
(1)二次电池充电时，电池正极连接电源正极，电池负极连接电源负极，即“正接正，负接负”。
(2)放电时负极反应与充电时的阴极反应相反，同理放电时正极反应与充电时阳极反应相反。
2．分析燃料电池类题目的思维模型
3．新型化学电源解答思路
1．(2024·汕头一模)液流电池在储能领域发挥着重要作用。下图是碱性锌铁液流电池，其具有电压高、成本低的优点。已知该电池放电时正极发生反应：＋e－===[Fe(CN)6]4-，下列叙述正确的是( )
A．放电时，M极处发生氧化反应，N极为负极
B．放电时，右侧贮液器中溶液浓度减小
C．充电时，N极电极反应为[Zn(OH)4]2-＋2e－===Zn＋4OH－
D．该离子交换膜为阴离子交换膜，当有65 g Zn发生反应时，有1 mol OH－通过
2．(2024·鞍山二模)室温时，纳米Fe2O3-Li(C石墨)锂离子电池可通过循环充放电实现对磁性的可逆调控(如图所示)，下列说法正确的是( )
A．X过程为充电过程，完成后电池被磁铁吸引
B．该电池可以用水溶液作电解质溶液
C．充电时，Li＋向阴极移动发生氧化反应
D．放电时，正极的电极反应为Fe2O3＋6Li＋＋6e－===2Fe＋3Li2O
3．(2024·重庆一诊)我国科学家发明了一款可充放电的全固态钠电池，工作原理如图所示。下列说法正确的是( )
A．放电时，Na＋由M极迁移至N极
B．放电时，M极电极反应为NaV2(PO4)3＋2Na＋＋2e－===Na3V2(PO4)3
C．充电时，M极为阳极，发生还原反应
D．充电时，每消耗1 mol Na3V2(PO4)3，理论上生成23 g Na
电解原理及其应用
(1)电解原理及其电极反应书写。
(2)利用电解原理进行物质制备、废水处理、海水淡化等工业应用。
1．(2024·湖南卷，T10)在KOH水溶液中，电化学方法合成高能物质K4C6N16时，伴随少量O2生成，电解原理如图所示，下列说法正确的是( )
A．电解时，OH－向Ni电极移动
B．生成的电极反应：＋8H2O
C．电解一段时间后，溶液pH升高
D．每生成1 mol H2的同时，生成0.5 mol K4C6N16
2．(2024·甘肃卷，T7)某固体电解池工作原理如图所示，下列说法错误的是( )
A．电极1的多孔结构能增大与水蒸气的接触面积
B．电极2是阴极，发生还原反应：O2＋4e－===2O2-
C．工作时O2-从多孔电极1迁移到多孔电极2
D．理论上电源提供2 mol e－能分解1 mol H2O
3．(2024·广东卷，T16)一种基于氯碱工艺的新型电解池(如图)，可用于湿法冶铁的研究。电解过程中，下列说法不正确的是( )
A．阳极反应：2Cl－－2e－===Cl2↑
B．阴极区溶液中OH－浓度逐渐升高
C．理论上每消耗1 mol Fe2O3，阳极室溶液减少213 g
D．理论上每消耗1 mol Fe2O3，阴极室物质最多增加138 g
1．电解池工作原理模型图
[提醒] (1)阳离子在阴极上的放电顺序：Ag＋＞Fe3+＞Cu2+＞H＋＞……
(2)阴离子在阳极上的放电顺序：S2-＞I－＞Br－＞Cl－＞OH－＞含氧酸根离子＞……
(3)当阳极是金属(Au、Pt除外)电极时，溶液中的离子不再放电而是金属失电子生成金属阳离子。
(4)微粒的放电顺序受温度、浓度、电压、电极材料等因素的影响。
2．电解原理的应用
(1)粗金属(阳极)的精炼
(2)电镀(镀层金属作阳极)
(3)氯碱工业—电解饱和食盐水
(4)有机化合物制备
丙烯腈(CH2===CHCN)制备己二腈的原理：
阳极：H2O－2e－===O2↑＋2H＋；
阴极： 2CH2===CHCN＋2H＋＋2e－===NC(CH2)4CN。
(5)电化学保护金属：被保护金属作阴极。
1．(2024·宁德三校联考)近年研究发现，电催化CO2和含氮物质等)在常温常压下合成尿素，有助于实现碳中和及解决含氮废水污染问题。向一定浓度的KNO3溶液中通CO2至饱和，在电极上反应生成CO(NH2)2，电解原理如图所示。下列说法不正确的是( )
A．电极b连接电源的正极，发生氧化反应
B．电极a发生的电极反应为＋CO2＋18H＋＋16e－===CO(NH2)2＋7H2O
C．当电极a区生成3.0 g尿素时，电极b区质量减少6.4 g
D．电极a区电解质溶液pH增大
2．(2024·淮北一模)利用废旧锂电池中LiMn2O4制备MnO2的装置如图所示，下列说法错误的是( )
A．电极A为阴极
B．电极B发生的电极反应为Mn2+＋2H2O－2e－===MnO2↓＋4H＋
C．LiMn2O4中的锰元素转移到了MnO2中
D．Mn2+和H＋的迁移方向相同
3．氢气具有广泛的用途，可以采用如图所示的电化学装置制备。下列说法正确的是( )
A．a电极为电源的正极
B．惰性电极M的电极反应为2RCHO＋4OH－－2e－===2RCOO－＋H2↑＋2H2O
C．制得2 mol H2，理论上有4 mol OH－通过阴离子交换膜移向右室
D．电解一段时间后，右室KOH溶液的浓度不变
4．(2024·长沙雅礼中学一模)镍离子(Ni2+)和钴离子(Co2+)性质相似，可用如图所示装置实现二者分离。图中的双极膜中间层中的H2O解离为H＋和OH－，并在直流电场作用下分别向两极迁移；Co2+与乙酰丙酮不反应。下列说法正确的是( )
A．石墨M电极上的电势低于石墨N电极上的电势
B．石墨M电极的电极反应为Co2+＋2e－===Co
C．水解离出的OH－可以抑制Ⅱ室中的转化反应
D．导线中流过2 mol e－，Ⅰ室与Ⅲ室溶液质量变化之差约为130 g
含“隔膜”的电化学装置分析
(1)电化学装置中隔膜的作用。
(2)电化学装置中隔膜类型的选择。
1．(2024·湖北卷，T14)我国科学家设计了一种双位点PbCu电催化剂，用H2C2O4和NH2OH电化学催化合成甘氨酸，原理如图，双极膜中H2O解离的H＋和OH－在电场作用下向两极迁移。已知在KOH溶液中，甲醛转化为HOCH2O－，存在平衡HOCH2O－＋OH－ [OCH2O]2-＋H2O。Cu电极上发生的电子转移反应为[OCH2O]2-－e－===HCOO－＋H·。下列说法错误的是( )
A．电解一段时间后阳极区c(OH－)减小
B．理论上生成1 mol H3N＋CH2COOH双极膜中有4 mol H2O解离
C．阳极总反应式为2HCHO＋4OH－－2e－===2HCOO－＋H2↑＋2H2O
D．阴极区存在反应H2C2O4＋2H＋＋2e－===CHOCOOH＋H2O
2．(2023·河北卷，T13)我国科学家发明了一种以和MnO2为电极材料的新型电池，其内部结构如图所示，其中①区、②区、③区电解质溶液的酸碱性不同。放电时，电极材料转化为。下列说法错误的是( )
A．充电时，b电极上发生还原反应
B．充电时，外电源的正极连接b电极
C．放电时，①区溶液中的向②区迁移
D．放电时，a电极的电极反应式为MnO2＋4H＋＋2e－===Mn2+＋2H2O
3．(2023·湖北卷，T10)我国科学家设计如图所示的电解池，实现了海水直接制备氢气技术的绿色化。该装置工作时阳极无Cl2生成且KOH溶液的浓度不变，电解生成氢气的速率为x mol·h-1。下列说法错误的是( )
A．b电极反应式为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－
B．离子交换膜为阴离子交换膜
C．电解时海水中动能高的水分子可穿过PTFE膜
D．海水为电解池补水的速率为2x mol·h-1
1．各种膜的用途分析
(1)电化学装置中常见的离子交换膜
种类 允许通过的离子及移动方向 说明
阳离子交换膜 阳离子→移向电解池的阴极或原电池的正极 阴离子和气体不能通过
阴离子交换膜 阴离子→移向电解池的阳极或原电池的负极 阳离子和气体不能通过
质子交换膜 质子→移向电解池的阴极或原电池的正极 只允许H＋通过
(2)离子交换膜的定量关系
外电路转移的电子数＝阴、阳离子迁移的电荷数。
(3)离子交换膜的功能
①原电池中一般是“单膜(正、负极之间)”。主要作用是隔离正、负极区域的某些粒子，防止其发生反应；或防止某些粒子在电极表面沉淀析出，导致电极活性降低。
②电解池中很多时候是“双膜”或“多膜”。多膜会把整个电解池分割成若干不同的“室”，比如有“阳极室”“阴极室”“产品室”等。其主要作用是控制离子的移动以获得所需的产品或达到除杂、提纯等目的。
2．利用双极膜电解海水
1．(2024·绥化一模)如图所示电解装置中，通电后石墨电极Ⅱ上有O2生成，Fe2O3逐渐溶解，下列判断错误的是( )
A．a极电势低于b极电势
B．交换膜c为质子交换膜
C．随着电解的进行，CuCl2溶液浓度变小
D．当0.01 mol Fe2O3完全溶解时，外电路中通过0.03 mol电子
2．(2024·湖北十一校二模)利用如图所示装置可合成己二腈[NC(CH2)4CN]。充电时生成己二腈，放电时生成O2，其中a、b是互为反置的双极膜，双极膜中的H2O会解离出H＋和OH－向两极移动。下列说法错误的是( )
A．N极的电势低于M极的电势
B．充电时双极膜中OH－向N极移动，放电时双极膜中H＋向N极移动
C．若充电时制得1 mol NC(CH2)4CN，则放电时需生成0.5 mol O2，才能使左室溶液恢复至初始状态
D．充电时，N极的电极反应为2CH2===CHCN＋2H＋＋2e－===NC(CH2)4CN
3．镍离子(Ni2+)和钴离子(Co2+)性质相似，工业上可通过电化学装置将废水中的Co2+和Ni2+分离，装置如图所示。已知Co2+和乙酰丙酮不反应，下列说法错误的是( )
A．膜a为阴离子交换膜，膜b为阳离子交换膜
B．通电过程中Ⅳ室内稀硫酸浓度逐渐增大
C．Ⅲ室中Ni2+参与的反应为===＋2H2O
D．通电过程中N极每产生11.2 L(标准状况)气体，双极膜内减少18 g H2O
21世纪教育网(www.21cnjy.com)(共135张PPT)
选择题命题区间八 电化学
命题角度1 原电池与新型化学电源
(1)电极的判定及其电极反应正误判断。
(2)溶液中离子的移动方向和电极附近溶液浓度变化或pH变化等。
(3)二次电池的电极连接及充、放电时反应原理的分析。
(4)定量计算等。
√
D [酸性锌锰干电池中锌筒为负极，石墨电极为正极，故A错误；原电池工作时，阳离子向正极方向移动，故B错误；MnO2发生得电子的还原反应，故C错误；锌筒为负极，负极发生失电子的氧化反应：Zn－2e－===Zn2+，故D正确。]
√
√
(1)原电池工作时，电子流向为负极→导线→正极→电解质溶液→负极。 ( )
(2)原电池工作时，盐桥中的阴离子移向正极区。 ( )
(3)原电池的正极电势高于负极。 ( )
(4)新型电源的负极发生氧化反应，正极发生还原反应。 ( )
(5)二次电池充电时，电池的负极外接电源的正极。 ( )
(6)任何燃料电池的负极通入燃料发生氧化反应，正极通入O2或其他助燃剂发生还原反应。 ( )
√
×
×
√
×
√
1．二次充电电池的工作原理及充电连接
(1)二次电池充电时，电池正极连接电源正极，电池负极连接电源负极，即“正接正，负接负”。
(2)放电时负极反应与充电时的阴极反应相反，同理放电时正极反应与充电时阳极反应相反。
2．分析燃料电池类题目的思维模型
3．新型化学电源解答思路
A．放电时，M极处发生氧化反应，N极为负极
B．放电时，右侧贮液器中溶液浓度减小
C．充电时，N极电极反应为[Zn(OH)4]2-＋2e－===Zn＋4OH－
D．该离子交换膜为阴离子交换膜，当有65 g Zn发生反应时，有
1 mol OH－通过
√
2．(2024·鞍山二模)室温时，纳米Fe2O3-Li(C石墨)锂离子电池可通过循环充放电实现对磁性的可逆调控(如图所示)，下列说法正确的是( )
A．X过程为充电过程，完成后电池被磁铁吸引
B．该电池可以用水溶液作电解质溶液
C．充电时，Li＋向阴极移动发生氧化反应
D．放电时，正极的电极反应为Fe2O3＋6Li＋＋6e－===2Fe＋3Li2O
√
D [Fe2O3＋Li电极中Li转化为Li2O，元素化合价升高，为原电池的负极，Fe＋Li2O为电池的正极，X过程为放电过程，A错误；Li与水反应，该电池不能用水溶液作电解质溶液，B错误；电解池中阳离子移向阴极，充电时Li＋向阴极移动，在阴极得电子发生还原反应，C错误。]
3．(2024·重庆一诊)我国科学家发明了一款可充放电的全固态钠电池，工作原理如图所示。下列说法正确的是( )
A．放电时，Na＋由M极迁移至N极
B．放电时，M极电极反应为
NaV2(PO4)3＋2Na＋＋2e－===Na3V2(PO4)3
C．充电时，M极为阳极，发生还原反应
D．充电时，每消耗1 mol Na3V2(PO4)3，
理论上生成23 g Na
√
B [N极为负极，M极为正极，放电时阳离子移向正极，Na＋应由N极迁移至M极，A错误；M为正极，放电时电极反应为NaV2(PO4)3＋2Na＋＋2e－===Na3V2(PO4)3，B正确；电解池的阳极连接原电池的正极，充电时，M极为阳极，发生氧化反应，C错误；充电时，每消耗1 mol Na3V2(PO4)3，转移2 mol 电子，由Na＋＋e－===Na可知生成2 mol Na，理论上生成46 g Na，D错误。]
命题角度2 电解原理及其应用
(1)电解原理及其电极反应书写。
(2)利用电解原理进行物质制备、废水处理、海水淡化等工业应用。
√
2．(2024·甘肃卷，T7)某固体电解池工作原理如图所示，下列说法错误的是( )
A．电极1的多孔结构能增大与水蒸气的接触面积
B．电极2是阴极，发生还原反应：O2＋4e－===2O2-
C．工作时O2-从多孔电极1迁移到多孔电极2
D．理论上电源提供2 mol e－能分解1 mol H2O
√
3．(2024·广东卷，T16)一种基于氯碱工艺的新型电解池(如图)，可用于湿法冶铁的研究。电解过程中，下列说法不正确的是( )
A．阳极反应：2Cl－－2e－===Cl2↑
B．阴极区溶液中OH－浓度逐渐升高
C．理论上每消耗1 mol Fe2O3，阳极室溶液减少213 g
D．理论上每消耗1 mol Fe2O3，阴极室物质最多增加138 g
√
C [右侧溶液为饱和食盐水，右侧电极产生气体，则右侧电极为阳极，Cl－放电产生氯气，电极反应为2Cl－－2e－===Cl2↑；左侧电极为阴极，发生还原反应，Fe2O3在碱性条件下转化为Fe，电极反应为Fe2O3＋3H2O＋6e－===2Fe＋6OH－；中间为阳离子交换膜，Na＋由阳极向阴极移动。由分析可知，阳极反应为2Cl－－2e－===Cl2↑，A正确；由分析可知，阴极反应为Fe2O3＋3H2O＋6e－===2Fe＋6OH－，消耗水产生OH－，阴极区溶液中OH－浓度逐渐升高，B正确；由分析可知，理论上每消耗1 mol Fe2O3，转移6 mol电子，产生3 mol Cl2，同时有6 mol Na＋由阳极转移至阴极，则阳极室溶液减少3×71 g＋6×23 g＝
351 g，C错误；由分析可知，理论上每消耗1 mol Fe2O3，转移6 mol电子，有
6 mol Na＋由阳极转移至阴极，阴极室物质最多增加6×23 g＝138 g，D正确。]
1．电解池工作原理模型图
[提醒] (1)阳离子在阴极上的放电顺序：Ag＋＞Fe3+＞Cu2+＞H＋＞……
(2)阴离子在阳极上的放电顺序：S2-＞I－＞Br－＞Cl－＞OH－＞含氧酸根离子＞……
(3)当阳极是金属(Au、Pt除外)电极时，溶液中的离子不再放电而是金属失电子生成金属阳离子。
(4)微粒的放电顺序受温度、浓度、电压、电极材料等因素的影响。
2．电解原理的应用
(1)粗金属(阳极)的精炼
(2)电镀(镀层金属作阳极)
(3)氯碱工业—电解饱和食盐水
2
4
1
3
题号
√
2
4
1
3
题号
√
2
4
1
3
题号
2．(2024·淮北一模)利用废旧锂电池中LiMn2O4制备MnO2的装置如图所示，下列说法错误的是( )
A．电极A为阴极
B．电极B发生的电极反应为Mn2+＋
2H2O－2e－===MnO2↓＋4H＋
C．LiMn2O4中的锰元素转移到了
MnO2中
D．Mn2+和H＋的迁移方向相同
2
4
1
3
题号
C [根据题中装置图中两极变化，可知电极A为阴极，电极B为阳极，电极反应分别为LiMn2O4＋8H＋＋3e－===Li＋＋2Mn2+＋4H2O，2H2O＋Mn2+－2e－===MnO2↓＋4H＋。LiMn2O4中的Mn转移到MnO2和Mn2+中，C错误。]
√
2
4
1
3
题号
3．氢气具有广泛的用途，可以采用如图所示的电化学装置制备。下列说法正确的是( )
A．a电极为电源的正极
B．惰性电极M的电极反应为2RCHO＋
4OH－－2e－===2RCOO－＋H2↑＋2H2O
C．制得2 mol H2，理论上有4 mol OH－通过阴离子交换膜移向右室
D．电解一段时间后，右室KOH溶液的浓度不变
2
4
1
3
题号
B [根据题中装置图可知Ni为阴极(a为负极)，M为阳极(b为正极)，电极反应分别为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，2RCHO＋4OH－－2e－===2RCOO－＋H2↑＋2H2O。当装置中转移2 mol e－时，右室消耗4 mol OH－，左室产生2 mol OH－且移向右室，右室的c(OH－)减小。故A、C、D错误，B正确。]
2
4
1
3
题号
4．(2024·长沙雅礼中学一模)镍离子(Ni2+)和钴离子(Co2+)性质相似，可用如图所示装置实现二者分离。图中的双极膜中间层中的H2O解离为H＋和OH－，并在直流电场作用下分别向两极迁移；Co2+与乙酰丙酮不反应。下列说法正确的是( )
A．石墨M电极上的电势低于石墨N电极上的电势
B．石墨M电极的电极反应为Co2+＋2e－===Co
C．水解离出的OH－可以抑制Ⅱ室中的转化反应
D．导线中流过2 mol e－，Ⅰ室与Ⅲ室溶液质量变化之差约为
130 g
√
2
4
1
3
题号
2
4
1
3
题号
D [H＋向石墨N电极方向移动，则石墨N电极为阴极、石墨M电极为阳极，石墨M电极上的电势更高，A错误；石墨M电极上由Cl－失电子，电极反应为2Cl－－2e－===Cl2↑，B错误；由元素守恒和电荷守恒知，Ⅱ室中的转化反应生成H＋，故水解离出的OH－可以促进Ⅱ室中的转化反应，C错误；导线中流过2 mol e－，Ⅰ室移入Ⅱ室的Ni2+和Co2+的总物质的量为1 mol，同时有2 mol Cl－生成Cl2，质量减少130 g，Ⅲ室中阴极反应消耗的H＋由水解离出的H＋等量补充，溶液质量不变，故两室溶液质量变化之差约为130 g，D正确。]
(1)电化学装置中隔膜的作用。
(2)电化学装置中隔膜类型的选择。
命题角度3 含“隔膜”的电化学装置分析
1．(2024·湖北卷，T14)我国科学家设计了一种双位点PbCu电催化剂，用H2C2O4和NH2OH电化学催化合成甘氨酸，原理如图，双极膜中H2O解离的H＋和OH－在电场作用下向两极迁移。已知在KOH溶液中，甲醛转化为
HOCH2O－，存在平衡HOCH2O－＋OH－ [OCH2O]2-＋H2O。Cu电极上发生的电子转移反应为[OCH2O]2-－e－===HCOO－＋H·。下列说法错误的是( )
A．电解一段时间后阳极区c(OH－)减小
B．理论上生成1 mol H3N＋CH2COOH双极膜中有4 mol H2O解离
C．阳极总反应式为2HCHO＋4OH－－2e－===2HCOO－＋H2↑＋2H2O
D．阴极区存在反应H2C2O4＋2H＋＋2e－===CHOCOOH＋H2O
√
消耗OH－、同时生成H2O，故电解一段时间后阳极区c(OH－)减小，A项正确；根据分析，阴极区的总反应为H2C2O4＋HO—N＋H3＋6H＋＋6e－===H3N＋CH2COOH＋3H2O，1 mol H2O解离成1 mol H＋和1 mol OH－，故理论上生成1 mol H3N＋CH2COOH双极膜中有6 mol H2O解离，B项错误；根据分析，结合装置图，阳极总反应为2HCHO＋4OH－－2e－===2HCOO－＋H2↑＋2H2O，C项正确；根据分析，阴极区的Pb上发生反应H2C2O4＋2H＋＋2e－===OHCCOOH＋H2O，D项正确。]
2．(2023·河北卷，T13)我国科学家发明了一种以 和MnO2为电极材料的新型电池，其内部结构如图所示，其中①区、②区、③区电解质溶液的酸碱性不同。放电时，电极材料
转化为 。下列说法错误的是( )
√
3．(2023·湖北卷，T10)我国科学家设计如图所示的电解池，实现了海水直接制备氢气技术的绿色化。该装置工作时阳极无Cl2生成且KOH溶液的浓度不变，电解生成氢气的速率为x mol·h-1。下列说法错误的是( )
A．b电极反应式为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－
B．离子交换膜为阴离子交换膜
C．电解时海水中动能高的水分子可穿过PTFE膜
D．海水为电解池补水的速率为2x mol·h-1
√
1．各种膜的用途分析
(1)电化学装置中常见的离子交换膜
种类 允许通过的离子及移动方向 说明
阳离子交换膜 阳离子→移向电解池的阴极或原电池的正极 阴离子和气体不能通过
阴离子交换膜 阴离子→移向电解池的阳极或原电池的负极 阳离子和气体不能通过
质子交换膜 质子→移向电解池的阴极或原电池的正极 只允许H＋通过
(2)离子交换膜的定量关系
外电路转移的电子数＝阴、阳离子迁移的电荷数。
(3)离子交换膜的功能
①原电池中一般是“单膜(正、负极之间)”。主要作用是隔离正、负极区域的某些粒子，防止其发生反应；或防止某些粒子在电极表面沉淀析出，导致电极活性降低。
②电解池中很多时候是“双膜”或“多膜”。多膜会把整个电解池分割成若干不同的“室”，比如有“阳极室”“阴极室”“产品室”等。其主要作用是控制离子的移动以获得所需的产品或达到除杂、提纯等目的。
2．利用双极膜电解海水
1．(2024·绥化一模)如图所示电解装置中，通电后石墨电极Ⅱ上有O2生成，Fe2O3逐渐溶解，下列判断错误的是( )
A．a极电势低于b极电势
B．交换膜c为质子交换膜
C．随着电解的进行，CuCl2溶液浓度变小
D．当0.01 mol Fe2O3完全溶解时，外电路中通过0.03 mol电子
√
D [由题意可知，石墨电极Ⅱ为电解池的阳极，水在阳极失去电子发生氧化反应生成氧气和氢离子，氢离子通过质子交换膜c进入中间室，与氧化铁反应生成铁离子和水，则a为直流电源的负极、b为正极，石墨电极Ⅰ为阴极，铜离子在阴极得到电子发生还原反应生成铜，氯离子通过阴离子交换膜进入中间室。氧化铁与氢离子反应生成铁离子和水，0.01 mol氧化铁溶解消耗氢离子的物质的量为
0.06 mol，则0.01 mol氧化铁溶解，外电路中通过0.06 mol电子，D错误。]
2．(2024·湖北十一校二模)利用如图所示装置可合成己二腈[NC(CH2)4CN]。充电时生成己二腈，放电时生成O2，其中a、b是互为反置的双极膜，双极膜中的H2O会解离出H＋和OH－向两极移动。下列说法错误的是( )
A．N极的电势低于M极的电势
B．充电时双极膜中OH－向N极移动，放电时双极膜中H＋向N极移动
C．若充电时制得1 mol NC(CH2)4CN，则放电时需生成0.5 mol O2，才能使左室溶液恢复至初始状态
D．充电时，N极的电极反应为2CH2===CHCN＋2H＋＋2e－===NC(CH2)4CN
√
B [放电时N极为负极，M极为正极，正极电势高于负极电势，因此N极的电势低于M极的电势，A正确；充电时双极膜中OH－向阳极即M极移动，放电时双极膜中H＋向正极即M极移动，B错误；充电时，N极的电极反应为2CH2===CHCN＋2H＋＋2e－===NC(CH2)4CN，若充电时制得1 mol NC(CH2)4CN，则转移2 mol e－，所以放电时需生成
0.5 mol O2才能使左室溶液恢复至初始状态，C、D均正确。]
3．镍离子(Ni2+)和钴离子(Co2+)性质相似，工业上可通过电化学装置将废水中的Co2+和Ni2+分离，装置如图所示。已知Co2+和乙酰丙酮不反应，下列说法错误的是( )
√
B [根据H＋和OH－的移动方向可以确定M为阳极，N为阴极；根据Ⅲ室转化可知Ni2+进入Ⅲ室，膜b为阳离子交换膜，膜a为阴离子交换膜。通电过程中，N极产生标准状况下11.2 L(0.5 mol) H2，双极膜减少1 mol H＋和1 mol OH－即18 g H2O。Ⅳ室消耗的H＋与迁移过来的H＋数目相同，稀硫酸浓度不变，B错误。]
选择题专练 原电池与新型化学电源
1．(2024·湛江一模)如图是一种酸性燃料电池酒精检测仪，具有自动吹气流量侦测与控制的功能，非常适合进行现场酒精检测。下列说法正确的是( )
题号
1
3
5
2
4
6
8
7
多维训练十一 电化学
A．电子由通入氧气的Pt电极流出
B．质子(H＋)通过质子交换膜从负极流向正极
C．每消耗22.4 L O2，会产生1 mol醋酸
D．左侧Pt电极表面发生的反应：CH3CH2OH＋2e－===CH3COOH＋2H＋
√
题号
1
3
5
2
4
6
8
7
B [通O2的Pt电极为正极，通呼气的Pt电极为负极，正极反应为O2＋4H＋＋4e－===2H2O，负极反应为CH3CH2OH－4e－＋H2O===CH3COOH＋4H＋，A、D错误；未指明在标准状况下，不能确定O2的物质的量，C错误。]
题号
1
3
5
2
4
6
8
7
2．(2024·张家界一模)我国科学家研发了一种可逆电池装置，充电时该装置可吸收CO2合成甲酸，其具体工作原理如图所示。已知将阴离子、阳离子复合组成双极膜，双极膜中间层中的H2O解离为H＋和OH－，并在直流电场作用下分别向两极迁移。下列说法错误的是( )
题号
1
3
5
2
4
6
8
7
A．L膜是阴离子膜，P膜是阳离子膜
B．充电时，N极上发生的电极反应式为CO2＋2e－＋2H＋===HCOOH
C．放电时，电子由a流向电源的M极
D．充电时，外电路中每通过1 mol电子，理论上复合膜层间有
0.5 mol H2O解离
√
题号
1
3
5
2
4
6
8
7
D [由题干信息可知，充电时该装置可吸收CO2合成甲酸，即N极将CO2转化为HCOOH，发生还原反应，则N极为阴极，电极反应为CO2＋2H＋＋2e－===HCOOH，此时M极为阳极发生氧化反应，电极反应为[Fe(CN)6]4-－e－===[Fe(CN)6]3-，电源a电极为正极，b电极为负极，阳离子移向阴极区，即P膜为阳离子膜，L膜为阴离子膜。复合膜中，由于电子所带电荷数与H＋或OH－所带电荷数相等，则外电路中每通过1 mol电子，通过P膜的H＋或L膜的OH－物质的量均为1 mol，即充电时，外电路中每通过1 mol电子，复合膜层间有
1 mol H2O解离，D错误。]
题号
1
3
5
2
4
6
8
7
3．(2024·泉州三检)最新研究发现一种“氯介导电化学pH变化”系统，通过调节海水的pH去除海水中CO2，电化学原理为Bi＋3AgCl＋H2O BiOCl＋3Ag＋2H＋＋2Cl－，甲系统放电时的原理如图所示，该装置可实现充、放电交替运行，达到节约成本的目的；碱化的海水继续吸收空气中的CO2可缓解温室效应。下列说法正确的是( )
题号
1
3
5
2
4
6
8
7
A．甲系统放电时，正极反应式为AgCl＋e－===Ag+Cl－
B．甲系统充电时，Bi极附近溶液pH变大
C．乙系统放电时，Ag极作负极
D．乙系统充电时，若有3NA(NA为阿伏加德罗常数的值)个电子通过则产生标准状况下44.8 L CO2
√
题号
1
3
5
2
4
6
8
7
√
AB [由图结合总反应可知，放电时，甲系统中Bi极发生氧化反应，为负极，氯化银极发生还原反应，为正极。甲系统放电时，氯化银极发生还原反应，为正极，正极反应式为AgCl＋e－===Ag＋Cl－，A正确；甲系统充电时，则Bi极为阴极，BiOCl发生还原反应：BiOCl＋3e－＋2H＋===Bi＋Cl－＋H2O，反应消耗氢离子，导致Bi极附近溶液pH变大，B正确；乙系统放电时，则甲系统充电，甲系统中氯化银极为阳极，则与之相连的Ag极作正极，C错误；乙系统充电时，则甲系统放电，Bi极反应为Bi＋Cl－＋H2O－3e－===BiOCl＋2H＋，若有3NA个电子通过，则生成2 mol氢离子，2 mol氢离子和碳酸根离子生成1 mol二氧化碳、2 mol氢离子和碳酸氢根离子生成2 mol二氧化碳，则产生标准状况下CO2的体积小于44.8 L，D错误。]
题号
1
3
5
2
4
6
8
7
4．(2024·赣州模拟)我国科研工作者基于生物质平台分子糠醛开发出的一种“生物质电池”，在充、放电时分别得到高附加值的醇和羧酸盐，其工作原理如图所示。下列说法正确的是( )
题号
1
3
5
2
4
6
8
7
A．充电时，a极接电源正极
B．充电时，K＋由a极区移向b极区
C．放电时，消耗1 mol Co0.2Ni0.8OOH，外电路转移1 mol电子
D．放电时，负极反应式为 ＋3OH－＋2e－=== ＋2H2O
√
题号
1
3
5
2
4
6
8
7
C [在充电时得到醇，则a极的化合物得到电子，所以a极为阴极，接电源负极，A错误；充电时钾离子从b极区移动到a极区，B错误；放电时，消耗1 mol Co0.2Ni0.8OOH，则得到1 mol电子，外电路转移1 mol电子，C正确；放电时，负极失电子，D错误。]
题号
1
3
5
2
4
6
8
7
5．(2024·湛江一模)我国某科研团队设计了一种新型能量存储/转化装置。闭合K2、断开K1时，制氢并储能；断开K2、闭合K1时，供能。已知Zn(OH)2与Al(OH)3的性质相似。下列说法正确的是( )
题号
1
3
5
2
4
6
8
7
A．闭合K2、断开K1时，X电极发生还原反应
B．闭合K2、断开K1时，溶液pH不变
C．闭合K1、断开K2时，Zn电极表面生成沉淀
D．该装置能直接将光能转化成化学能
√
题号
1
3
5
2
4
6
8
7
题号
1
3
5
2
4
6
8
7
6．科学家设计了一种以Cu和CuS为电极的可循环电池，电解液为AlCl3等溶液，其工作原理如图所示。电池放电时，Cu电极发生氧化反应。下列说法正确的是( )
题号
1
3
5
2
4
6
8
7
√
题号
1
3
5
2
4
6
8
7
题号
1
3
5
2
4
6
8
7
7．(2024·东北三省模考)如图，b为H＋/H2标准氢电极，可发生还原反应(2H＋＋2e－===H2↑)或氧化反应(H2－2e－===2H＋)，a、c分别为AgCl/Ag、AgI/Ag电极。实验发现：1与2相连a电极质量减小，2与3相连c电极质量增大。下列说法正确的是( )
题号
1
3
5
2
4
6
8
7
A．1与2相连，盐桥1中阳离子向b电极移动
B．2与3相连，电池反应为2Ag＋2I－＋2H＋===2AgI＋H2↑
C．1与3相连，a电极减小的质量等于c电极增大的质量
D．1与2、2与3相连，b电极均为e－流出极
√
题号
1
3
5
2
4
6
8
7
B [1与2相连，左侧两池构成原电池，a电极质量减小，AgCl转化为Ag，说明a电极为正极，b电极为负极，b电极反应为H2－2e－===
2H＋；2与3相连，右侧两池构成原电池，c电极质量增大，Ag转化为AgI，说明c电极为负极，b电极为正极，b电极反应为2H＋＋2e－===H2↑。]
题号
1
3
5
2
4
6
8
7
8．钠基海水电池是一种能量密度高、环境友好的储能电池(如图所示)，电极材料为钠基材料和选择性催化材料(能抑制海水中Cl－的吸附和氧化)，固体电解质只允许Na＋通过。下列说法正确的是( )
题号
1
3
5
2
4
6
8
7
A．放电时，a电极发生还原反应
B．放电时，b电极的电势高于a电极
C．充电时，b电极的电极反应式为2Cl－－2e－===Cl2↑
D．充电时，每转移2 mol电子，理论上有2 mol Na＋由b电极迁移到a电极
√
题号
1
3
5
2
4
6
8
7
√
BD [放电时，a电极为负极，钠失去电子发生氧化反应，A错误；放电时，a电极为负极，b电极为正极，b电极的电势高于a电极，B正确；放电时，a电极为负极，b电极为正极，充电时，b电极为阳极，由于选择性催化材料能抑制海水中Cl－的吸附和氧化，故电极上不是Cl－放电，C错误；充电时，a电极为阴极，b电极为阳极，阳离子向阴极移动，故每转移2 mol电子，理论上有2 mol Na＋由b电极迁移到a电极，D正确。]
题号
1
3
5
2
4
6
8
7
选择题专练 电解原理及其应用
1．(2024·九江二模)我国科学家设计了CO2与氯碱耦合电解池装置如图。这种方法的优点是可以得到氯气和氢氧化钠，实现与氯碱工业的联合。下列说法正确的是( )
2
4
1
3
题号
5
√
2
4
1
3
题号
5
2
4
1
3
题号
5
C [由图示可知，阴极的电极反应式为CO2＋2e－＋H2O===HCOO－＋OH－，阳极的电极反应式为2Cl－－2e－===Cl2↑。离子交换膜为阳离子交换膜，Na＋通过，A错误；工作一段时间阴极产生OH－，阴极附近pH变大，B错误；电子不能进入溶液中，D错误。]
√
2
4
1
3
题号
5
2．苯甲醇电催化氧化制备苯甲醛的反应原理如下图所示。下列说法正确的是( )
A．理论上，1 mol 苯甲醇被氧化成苯甲醛时，电极B上有22.4 L H2放出
B．电解过程中，电极室A和电极室B的pH均不变
C．电极A的电极反应式：Mn2+＋2H2O－2e－===MnO2＋4H＋
D．b端电势高于a端电势
√
2
4
1
3
题号
5
BC [根据图示可知电极A为阳极，电极B为阴极，电极反应式分别为Mn2+＋2H2O－2e－===MnO2＋4H＋，2H＋＋2e－===H2↑。没有给出气体所处的温度和压强，不确定生成氢气的体积，A错误；电极A锰离子失去电子发生氧化反应生成二氧化锰，二氧化锰氧化苯甲醇为苯甲醛同时生成锰离子，总反应为C6H5CH2OH－2e－===C6H5CHO＋2H＋；电极B反应为氢离子得电子发生还原反应生成氢气：2H＋＋2e－===H2↑，电极室A氢离子迁移到电极室B，结合得失电子守恒可知，电极室A、B的pH不变，B正确；电极A上Mn2+失去电子发生氧化反应生成MnO2，电极反应式为Mn2+－2e－＋2H2O===MnO2＋4H＋，C正确；a端为正极、b端为负极，b端电势低于a端电势，D错误。]
2
4
1
3
题号
5
3．(2024·青岛一模)我国科学家研发了一种在废水处理中实现碳中和的绿色化学装置，同时获得乙酰胺，其原理如图。下列说法错误的是( )
√
2
4
1
3
题号
5
2
4
1
3
题号
5
2
4
1
3
题号
5
4．我国科学家设计的间接电化学氧化法可同时去除烟气中的SO2和NO2，原理如图。下列说法正确的是( )
√
2
4
1
3
题号
5
√
2
4
1
3
题号
5
2
4
1
3
题号
5
5．(2024·佛山二模)畜禽废水中含大量N、P元素，通过电解形成MgNH4PO4·6H2O沉淀(鸟粪石)进行回收。用如图装置模拟该过程，其中含P微粒共有1 mol。下列说法错误的是( )
2
4
1
3
题号
5
√
选择题专练 含“隔膜”的电化学装置分析
1．(2024·哈尔滨师大附中等名校联考)某电化学锂富集装置如图，工作步骤如下：Ⅰ．向MnO2所在腔室通入海水，启动电源乙，使海水中Li＋进入MnO2结构形成LixMn2O4；Ⅱ．关闭电源乙和海水通道，启动电源甲，同时向电极a上通入O2。下列说法错误的是( )
题号
1
3
5
2
4
6
8
7
A．电极b与电源乙的正极相连
B．步骤Ⅰ时，腔室2中的Na＋进入MnO2所在腔室
C．步骤Ⅱ时，阳极的电极反应式为LixMn2O4－xe－===xLi＋＋2MnO2
D．在电极a上每消耗5.6 L O2(标准状况)，腔室1质量增加7 g
√
题号
1
3
5
2
4
6
8
7
D [启动电源乙，使海水中Li＋进入MnO2结构形成LixMn2O4，MnO2中锰元素的化合价降低，作阴极，与电源乙的负极相连，电极反应式为2MnO2＋xLi＋＋xe－===LixMn2O4；电极b作阳极，连接电源乙正极，电极反应式为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋。关闭电源乙和海水通道，启动电源甲，向电极a上通入空气，使LixMn2O4中的Li＋脱出进入腔室1，则电极a为阴极，电极反应式为2H2O＋O2＋4e－===4OH－，阳极的电极反应式为LixMn2O4－
xe－===xLi＋＋2MnO2。电极a为阴极，电极反应式为2H2O＋O2＋4e－===4OH－，每消耗5.6 L O2(标准状况)，即0.25 mol O2，转移电子为1 mol，即有1 mol Li＋进入腔室1，腔室1增重：0.25 mol×32 g·mol-1＋1 mol×
7 g·mol-1＝15 g，故D错误。]
题号
1
3
5
2
4
6
8
7
√
题号
1
3
5
2
4
6
8
7
题号
1
3
5
2
4
6
8
7
3．用一种具有“卯榫”结构的双极膜组装的电解池可实现大电流催化电解氯化铵废水，同时制得盐酸和氨水。工作时，H2O在双极膜界面处被催化解离成H＋和OH－，有利于电解反应顺利进行，装置如图所示(M、N均为惰性电极)。下列说法正确的是( )
题号
1
3
5
2
4
6
8
7
A．a膜是阳离子交换膜，b膜是阴离子交换膜
B．Ⅰ室生成盐酸，Ⅱ室生成氨水
C．每生成0.1 mol HCl，双极膜处共有0.2 mol H2O解离
D．与平面结构相比，“卯榫”结构双极膜表面积大，更有利于电子通过
√
题号
1
3
5
2
4
6
8
7
√
BC [处理氯化铵废水，同时制得盐酸和氨水，阳离子向阴极移动、阴离子向阳极移动，氯离子透过a膜进入Ⅰ室，铵根离子透过b膜进入Ⅱ室，可知在Ⅰ、Ⅱ两室分别得到盐酸和氨水，a膜是阴离子交换膜、b膜是阳离子交换膜，A错误，B正确；每生成0.1 mol HCl，Ⅰ室处双极膜有0.1 mol H2O解离、Ⅱ室处双极膜有0.1 mol H2O解离，所以双极膜处共有0.2 mol H2O解离，C正确；与平面结构的双极膜相比，“卯榫”结构增大双极膜面积，可提高产品生成速率，电子不能通过双极膜，D错误。]
题号
1
3
5
2
4
6
8
7
4．(2024·怀化二模)某研究机构使用Li-SO2Cl2电池作为电源电解制备Ni(H2PO2)2，其工作原理如下图所示，已知电池反应为2Li＋SO2Cl2===2LiCl＋SO2↑，下列说法错误的是( )
题号
1
3
5
2
4
6
8
7
A．膜a、膜c是阴离子交换膜，膜b是阳离子交换膜
B．电池的e极连接电解池的h
C．电池中C电极的电极反应式为SO2Cl2＋2e－===2Cl－＋SO2↑
D．生成0.5 mol Ni(H2PO2)2时，理论上电解池中不锈钢电极附近溶液质量增加22克
√
题号
1
3
5
2
4
6
8
7
A [由电池反应可知，Li电极是原电池的负极，氯离子作用下，锂在负极失去电子发生氧化反应生成氯化锂，C电极是正极，SO2Cl2在正极得到电子发生还原反应生成氯离子和二氧化硫；与直流电源直接相连的镍电极是电解池的阳极，镍在阳极失去电子发生氧化反应生成镍离子，生成的镍离子通过阳离子交换膜进入产品室，不锈钢电极为阴极，水在阴极得到电子发生还原反应生成氢气和氢氧根离子，Ⅲ室中的钠离子通过阳离子交换膜进入Ⅳ室，次磷酸根离子通过阴离子交换膜进入产品室。膜a、c是阳离子交换膜，膜b是阴离子交换膜，故A错误。]
题号
1
3
5
2
4
6
8
7
5．(2024·济南一模)我国科学家发现利用如图装置可以将邻苯二醌类物质转化为邻苯二酚类物质，已知双极膜(膜a、膜b)中间层中的H2O可解离为H＋和OH－。下列说法错误的是( )
题号
1
3
5
2
4
6
8
7
√
题号
1
3
5
2
4
6
8
7
题号
1
3
5
2
4
6
8
7
6．利用光伏并网发电装置电解NH3得到高纯度H2的装置如图所示。下列说法正确的是( )
题号
1
3
5
2
4
6
8
7
A．m极电势高于n极电势
B．离子交换膜最好为阳离子交换膜
C．b电极的电极反应式为2NH3＋6OH－－6e－===N2＋6H2O
D．电解产生2.24 L H2时导线中通过0.2 mol电子
√
题号
1
3
5
2
4
6
8
7
C [该装置为原电池和电解池的组合装置，光伏并网发电装置为原电池，另一个为电解池，通入NH3的电极为阳极，因此a电极为阴极，发生的电极反应式为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，b电极为阳极，发生的电极反应式为2NH3＋6OH－－6e－===N2＋6H2O，对应可知n极为正极，m极为负极。正极电势高于负极，n极电势高于m极电势，故A错误；OH－由阴极室经过离子交换膜到阳极室，离子交换膜应选择阴离子交换膜，故B错误；b电极的电极反应式为2NH3＋6OH－－6e－===N2＋6H2O，故C正确；未说明气体所处的温度和压强，无法计算2.24 L H2物质的量，故D错误。]
题号
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7．(2024·邯郸二模)羟基自由基(·OH)是自然界中氧化性仅次于氟的氧化剂。我国科学家设计了一种能将苯酚氧化为CO2和H2O的原电池－电解池组合装置，实现了发电、环保两位一体。下列说法错误的是( )
题号
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7
A．a极是正极，c极是阴极
B．氧化1 mol苯酚，理论上NaCl溶液中减少的离子数为20NA(NA为阿伏加德罗常数的值)
C．电池工作时，b极电极反应为C6H5OH－28e－＋11H2O===
6CO2↑＋28H＋
D．d极电极反应为H2O－e－===H＋＋·OH
√
题号
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题号
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8．以丙烯腈(CH2===CHCN)为原料电解合成己二腈[NC(CH2)4CN]，电解原理如图所示(两极均为惰性电极)，电解过程会产生丙腈(C2H5CN)等副产物，向电极Y区电解液中加入少量季铵盐四丁基氢氧化铵[季铵盐阳离子(R)4N＋，R为烃基]，当溶液的pH＝8时，己二腈的产率最高。下列说法正确的是( )
题号
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A．电极Y的电势高于电极X的电势
B．电解池中H＋的移动方向：右室→质子交换膜→左室
C．电极Y上反应ⅰ的电极反应式为2CH2===CHCN＋2H＋＋2e－===NC(CH2)4CN
D．生成2.24 L O2(标准状况)时，电极X区溶液的质量减少3.6 g
√
题号
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7
√
CD [根据电极Y上的转化反应可知Y为阴极，连接电源的负极，X为阳极，连接电源的正极，电极X的电势高于电极Y，A错误；H＋移动方向为左室→质子交换膜→右室，B错误；电极X为阳极，电极反应式为2H2O－4e－===4H＋＋O2↑，生成2.24 L O2(标准状况)时，X极区有0.1 mol O2放出，电路中转移0.4 mol电子，则有0.4 mol H＋通过质子交换膜迁移至电极Y区，即电极X区溶液的质量减少
0.1 mol×32 g·mol-1＋0.4 mol×1 g·mol-1＝3.6 g，D正确。]
题号
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题号
高考题集训 电化学
1．(2024·山东卷，T13)以不同材料修饰的Pt为电极，一定浓度的NaBr溶液为电解液，采用电解和催化相结合的循环方式，可实现高效制H2和O2，装置如图所示，下列说法错误的是( )
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题号
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题号
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题号
2．(2024·安徽卷，T11)我国学者研发出一种新型水系锌电池，其示意图如下。该电池分别以Zn-TCPP(局部结构如标注框内所示)形成的稳定超分子材料和Zn为电极，以ZnSO4和KI混合液为电解质溶液。下列说法错误的是( )
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题号
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题号
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题号
3．(2023·北京卷，T5)回收利用工业废气中的CO2和SO2，实验原理示意图如下。
√
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题号
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题号
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题号
下列说法错误的是( )
A．该芬顿系统能量转化形式为太阳能→电能→化学能
B．阴极反应式为O2＋2H＋＋2e－===H2O2
C．光阳极每消耗1 mol H2O，体系中生成2 mol H2O2
D．H2O2在Mn(Ⅱ)/Mn(Ⅳ)的循环反应中表现出氧化性和还原性
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题号
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题号
C [该装置为电解池，光阳极上水失电子生成氧气和氢离子，电极反应式为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，阴极上氧气和氢离子得电子生成过氧化氢，电极反应式为O2＋2H＋＋2e－===H2O2。该装置为电解池，利用光能提供能量转化为电能，在电解池中将电能转化为化学能，A正确；由题图可知，阴极上氧气和氢离子得电子生成过氧化氢，电极反应式为O2＋
2H＋＋2e－===H2O2，B正确；光阳极上水失电子生成氧气和氢离子，电极反应式为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，每消耗1 mol H2O，转移2 mol电子，由O2＋2H＋＋2e－===H2O2，则体系中生成1 mol H2O2，C错误；由Mn(Ⅳ)和过氧化氢转化为Mn(Ⅱ)过程中，锰元素化合价降低，H2O2作还原剂，表现还原性，由Mn(Ⅱ)转化为Mn(Ⅳ)时，H2O2中O元素化合价降低，作氧化剂，表现氧化性，D正确。]
