【高考快车道】第一部分 高考热点突破 选择题突破8 化学反应与电能（课件）-化学高考二轮复习

(共80张PPT)
选择题突破八　化学反应与电能
突破点1　新型化学电源
突破点2　电解原理及应用　金属的腐蚀与防护
目录索引
突破点1　新型化学电源
必备知识 梳理
1.原电池工作原理示意图
2.原电池电极反应式的书写
链接高考
1.(2024·北京卷)酸性锌锰干电池的构造示意图如下。关于该电池及其工作原理,下列说法正确的是(　　)
A.石墨棒作电池的负极材料
B.电池工作时,N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
解析:酸性锌锰干电池,锌筒为负极,石墨棒为正极,A错误;原电池工作时,阳离子向正极(石墨棒电极)方向移动,B错误;MnO2发生得电子的还原反应,C错误;锌筒为负极,负极发生失电子的氧化反应Zn-2e-══Zn2+,D正确。
2.(2025·黑吉辽蒙卷)一种基于Cu2O的储氯电池装置如图,放电过程中a、b极均增重。若将b极换成Ag/AgCl电极,b极仍增重。关于图中装置所示电池,下列说法错误的是(　　)

A.放电时Na+向b极迁移
B.该电池可用于海水脱盐
C.a极反应:Cu2O+2H2O+Cl--2e-══Cu2(OH)3Cl+H+
D.若以Ag/AgCl电极代替a极,电池将失去储氯能力
D
解析:依据信息“放电过程中a、b极均增重”可知,放电时,a极变化为Cu2O→Cu2(OH)3Cl,b极变化为NaTi2(PO4)3→Na3Ti2(PO4)3,由此可知,a极为负极,b极为正极。放电时,Na+(阳离子)向b极(正极)迁移,A项正确;该电池工作时,负极吸收Cl-,正极吸收Na+,故可用于海水脱盐,B项正确;放电时,a为负极,Cu2O失e-生成Cu2(OH)3Cl,同时储氯,电极反应式为Cu2O-2e-+2H2O+Cl-══Cu2(OH)3Cl+H+,C项正确;由题意可知,Ag的失电子能力比Cu2O强,若以Ag/AgCl电极代替a极(负极),将发生反应:Ag-e-+Cl-══AgCl,电池仍具有储氢能力,D项错误。
3.(2023·辽宁卷)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:Pb+S+2Fe3+══PbSO4+2Fe2+
B
解析:该储能电池放电时,Pb为负极,失电子结合硫酸根离子生成PbSO4,则多孔碳电极为正极,正极上Fe3+得电子转化为Fe2+,充电时,多孔碳电极为阳极,Fe2+失电子生成Fe3+,PbSO4电极为阴极,PbSO4得电子生成Pb和硫酸。放电时负极上Pb失电子结合硫酸根离子生成PbSO4附着在负极上,负极质量增大,A错误;储能过程中,该装置为电解池,将电能转化为化学能,B正确;放电时,右侧为正极,电解质溶液中的阳离子向正极移动,左侧的H+通过质子交换膜移向右侧,C错误;充电时,总反应为PbSO4+2Fe2+══Pb+S+2Fe3+,D错误。
关键能力 提升
提升1　二次电池及其分析
1.(2025·安徽卷)研究人员开发出一种锂-氢可充电电池(如图所示),使用前需先充电,其固体电解质仅允许Li+通过。下列说法正确的是(　　)
A.放电时电解质溶液质量减小
B.放电时电池总反应为H2+2Li══2LiH
C.充电时Li+移向惰性电极
D.充电时每转移1 mol电子,c(H+)降低1 mol·L-1
C
解析:结合信息“使用前需先充电”,分析图示知:充电时,惰性电极为阴极,电极反应为Li++e-══Li,阳极为气体扩散电极,电极反应为H2-2e-+2H2P ══2H3PO4,放电时惰性电极(实际是充电后沉积的Li)为负极,电极反应为Li-e-══Li+,Li+通过固体电解质进入电解质溶液,气体扩散电极为正极,电极反应为2H3PO4+2e-══2H2P+H2↑。转移2 mol e-时,电解质溶液质量增加:(2×7-2) g=12 g,A项错误;放电时电池总反应为2Li+2H3PO4══2LiH2PO4+H2↑,B项错误;充电时,惰性电极为阴极,Li+移向阴极,C项正确;题目中没有体积,无法确定c(H+)变化,D项错误。
2.(2025·广东卷)一种高容量水系电池示意图如图。已知:放电时,电极Ⅱ上MnO2减少;电极材料每转移1 mol电子,对应的理论容量为26.8 A·h。下列说法错误的是(　　)
A.充电时Ⅱ为阳极
B.放电时Ⅱ极室中溶液的pH降低
C.放电时负极反应为MnS-2e-══S+Mn2+
D.充电时16 g S能提供的理论容量为26.8 A·h
B
解析:由信息“放电时,电极Ⅱ上MnO2减少”,说明电极Ⅱ为原电池正极,反应式为MnO2+2e-+4H+══Mn2++2H2O;电极Ⅰ为原电池负极,反应式为MnS-2e-══S+Mn2+。
依据上述分析,可确定充电时电极Ⅱ为阳极,A项正确;放电时电极Ⅱ的反应消耗H+,溶液的pH升高,B项错误;原电池负极反应为MnS-2e-══S+Mn2+,C项正确;电极材料每转移1 mol 电子,对应理论容量为26.8 A·h,充电时16 g S得到1 mol电子,能提供的理论容量为26.8 A·h,D项正确。
3.(2024·全国甲卷)科学家使用δ-MnO2研制了一种MnO2-Zn可充电电池(如图所示)。电池工作一段时间后,MnO2电极上检测到MnOOH和少量ZnMn2O4。下列叙述正确的是(　　)
A.充电时,Zn2+向阳极方向迁移
B.充电时,会发生反应Zn+2MnO2══ZnMn2O4
C.放电时,正极反应有MnO2+H2O+e-══MnOOH+OH-
D.放电时,Zn电极质量减少0.65 g,MnO2电极生成了0.020 mol MnOOH
C
解析:根据化合价代数和为0,MnOOH和ZnMn2O4中Mn的化合价为+3价,则MnO2发生了还原反应,该电极为正极,Zn电极为负极。
充电时,阳离子Zn2+应移向阴极(Zn),A项错误;根据价态变化, Zn+2MnO2══ZnMn2O4为放电时的反应,B项错误;MnOOH为正极放电产物,根据电子守恒和电荷守恒配平方程式:MnO2+H2O+e-══MnOOH+OH-,C项正确;放电时,Zn电极质量减少0.65 g,转移电子0.02 mol,MnO2得电子转化的产物有MnOOH和ZnMn2O4两种形式,D项错误。
提升2　新型化学电源及分析
4.(2025·北京卷)用电解Na2SO4溶液(图1)后的石墨电极1、2探究氢氧燃料电池,重新取Na2SO4溶液并用图2装置按ⅰ→ⅳ顺序依次完成实验。
图1
图2
实验 电极Ⅰ 电极Ⅱ 电压/V 关系
ⅰ 石墨1 石墨2 a a>d>c>b>0
ⅱ 石墨1 新石墨 b ⅲ 新石墨 石墨2 c ⅳ 石墨1 石墨2 d 下列分析不正确的是(　　)
A.a>0,说明实验ⅰ中形成原电池,反应为2H2+O2══2H2O
B.bC.c>0,说明ⅲ中电极Ⅰ上有O2发生反应
D.d>c,是因为电极Ⅰ上吸附H2的量:ⅳ>ⅲ
D
解析:图1为电解池,阳极反应式:2H2O-4e-══O2↑+4H+,阴极反应式4H2O+4e-══2H2↑+4OH-,故电解后阳极区(石墨1)储存O2,阴极区(石墨2)储存H2;重新取Na2SO4溶液作电解质溶液,利用图1电解产物(H2、O2)进行氢氧燃料电池实验探究,则石墨1为正极,石墨2为负极。
实验ⅰ中石墨1(O2)为正极,石墨2(H2)为负极,发生自发氧化还原反应,2H2+O2══2H2O,则a>0,A项正确;ⅲ中,c>0说明新石墨为正极,新石墨可能含有空气中的少量氧气或溶于水的少量O2,O2发生还原反应,C项正确;ⅱ和ⅳ区别在于ⅱ中负极更换为新石墨,则bc则说明ⅲ中电极Ⅰ上吸附O2的量不足,D项错误。
5.(2024·全国新课标卷)一种可植入体内的微型电池工作原理如图所示,通过CuO催化消耗血糖发电,从而控制血糖浓度。当传感器检测到血糖浓度高于标准,电池启动。血糖浓度下降至标准,电池停止工作。(血糖浓度以葡萄糖浓度计)
电池工作时,下列叙述错误的是(　　)
A.电池总反应为2C6H12O6+O2→2C6H12O7
B.b电极上CuO通过Cu(Ⅱ)和Cu(Ⅰ)相互转变起催化作用
C.消耗18 mg葡萄糖,理论上a电极有0.4 mmol电子流入
D.两电极间血液中的Na+在电场驱动下的迁移方向为b→a
C
解析:由题中信息可知,当电池开始工作时,a电极为电池正极,血液中的O2在a电极上得电子生成OH-,电极反应式为O2+4e-+2H2O══4OH-;b电极为电池负极,Cu2O在b电极上失电子转化成CuO,电极反应式为Cu2O-2e-+2OH-══2CuO+H2O,然后葡萄糖被CuO氧化为葡萄糖酸,CuO被还原为Cu2O,则电池总反应为2C6H12O6+O2══2C6H12O7,A正确;b电极上CuO将葡萄糖氧化为葡萄糖酸后被还原为Cu2O,Cu2O在b电极上失电子转化成CuO,在这个过程中CuO的质量和化学性质保持不变,因此,CuO通过Cu(Ⅱ)和Cu(Ⅰ)相互转变起催化作用,B正确;根据反应2C6H12O6+O2══2C6H12O7可知,1 mol C6H12O6参加反应时转移2 mol电子,18 mg C6H12O6的物质的量为0.1 mmol,则消耗18 mg葡萄糖时,理论上a电极有0.2 mmol电子流入,C错误;原电池中阳离子从负极移向正极,故Na+迁移方向为b→a,D正确。
学科素养 发展
1.(2025·湖北卷)某电池的正极材料为LiFePO4,负极材料为嵌锂石墨。利用人工智能筛选出的补锂试剂LiSO2CF3,能使失活的电池再生并延长寿命,且保持电池原结构。将LiSO2CF3注入电池后充电补锂,过程中[SO2CF3]-转化为气体离去。下列有关充电补锂的说法错误的是(　　)
A.[SO2CF3]-在阳极失去电子
B.生成气体中含有氟代烃
C.过程中铁元素的价态降低
D.[SO2CF3]-反应并离去是该电池保持原结构的原因
C
解析:原电池负极材料为嵌锂石墨,正极材料为LiFePO4,充电时,阴极为石墨,阳极为LiFePO4。将LiSO2CF3注入电池后,释放出的Li+向阴极移动,发生还原反应生成单质锂嵌入石墨中,[SO2CF3]-向阳极移动,在阳极上失去电子转变为气体SO2和C2F6(氟代烃),排出电池外,故A、B、D均正确;由上述分析知,充电补锂过程中铁元素未参与电极反应,价态不变,C项错误。
2.(2024·安徽卷)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+Zn Zn2++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
解析:由图中信息可知标注框内所示结构中存在共价键,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,放电时负极反应是Zn-2e-══Zn2+,正极反应是+2e-══3I-,则放电时电池总反应为+Zn══Zn2++3I-;充电时的反应是其逆过程,B正确。充电时,阴极反应为Zn2++2e-══Zn,被还原的Zn2+主要来自电解质溶液,C错误。放电时,负极反应为Zn-2e-══Zn2+,消耗0.65 g Zn(即0.01 mol Zn)理论上转移0.02 mol电子,D正确。
3.(2025·江苏无锡一模)用热再生氨电池处理含Cu2+电镀废液的装置如图,该装置由电池部分和热再生部分组成。电池部分中,a极室为(NH4)2SO4-NH3混合液,B极室为(NH4)2SO4溶液;热再生部分加热a极室流出液,使[Cu(NH3)4]2+分解。下列说法不正确的是(　　)
A.装置中的离子交换膜为阳离子交换膜
B.a极的电极反应为Cu-2e-+4NH3══[Cu(NH3)4]2+
C.电池部分的总反应为Cu2++4NH3══[Cu(NH3)4]2+
D.该方法可以富集Cu2+并产生电能,同时循环利用NH3
A
解析:由图可知,b电极反应式为Cu2++2e-══Cu,则b电极为正极,a电极为负极,溶液中硫酸根离子通过阴离子交换膜由正极迁移到负极,A错误;a极为原电池的负极,氨分子作用下铜在负极失去电子发生氧化反应生成四氨合铜离子,电极反应为Cu-2e-+4NH3══[Cu(NH3)4]2+,B正确;电池部分的总反应为Cu2++4NH3══[Cu(NH3)4]2+,C正确;该装置为原电池装置,可以富集铜离子并产生电能,同时回收液受热分解释放出氨气,能循环利用氨气,D正确。
4.(2025·黑龙江齐齐哈尔一模)吉林大学科研团队采用等离子体Au纳米粒子(可吸收可见光,产生电子)修饰的缺陷氮化碳(Au-Nv-C3N4)光电正极,建立了一种新型双功能辅助Li-N2电池系统,总反应为6Li+N2══2Li3N,结构示意图和光电正极的工作原理如图所示,下列说法正确的是(　　)
A.Nv可以捕获光生电子用于氧化N2
B.放电时,电流由a电极沿导线流向b电极
C.产生1 A·h电荷量时,生成Li3N的质量与消耗N2的质量比为5∶2
D.用此电池为铅酸蓄电池充电,消耗0.7 g Li时,铅酸蓄电池消耗0.9 g水
C
解析:由电子移动方向可知,a电极为原电池的负极,锂失去电子发生氧化反应生成锂离子,电极反应式为Li-e-══Li+,b电极为正极,锂离子作用下氮气在催化剂表面得到电子发生还原反应生成氮化锂,电极反应式为N2+6e-+6Li+══2Li3N,A错误;a电极为原电池的负极,b电极为正极,则放电时,电流由b电极沿导线流向a电极,B错误;b电极为正极,电极反应式为N2+6e-+6Li+══2Li3N,由电极反应式可知,生成氮化锂和消耗氮气的质量比为70∶28=5∶2,C正确;铅酸蓄电池充电时的总反应为2PbSO4+2H2O══Pb+PbO2+2H2SO4,反应消耗2 mol水时,转移2 mol电子,则由得失电子数目守恒可知,充电消耗0.7 g锂时,铅酸蓄电池消耗水的质量为×1×18 g·mol-1=1.8 g,D错误。
5.(2024·河北卷)我国科技工作者设计了如图所示的可充电Mg-CO2电池,以Mg(TFSI)2为电解质,电解液中加入1,3-丙二胺(PDA)以捕获CO2,使放电时CO2还原产物为MgC2O4。该设计克服了MgCO3导电性差和释放CO2能力差的障碍,同时改善了Mg2+的溶剂化环境,提高了电池充放电循环性能。
下列说法错误的是(　　)
A.放电时,电池总反应为2CO2+Mg══MgC2O4
B.充电时,多孔碳纳米管电极与电源正极连接
C.充电时,电子由Mg电极流向阳极,Mg2+向阴极迁移
D.放电时,每转移1 mol电子,理论上可转化1 mol CO2
C
解析:二次电池放电时阳离子向正极移动,充电时阳离子向阴极移动。Mg电极上放电时反应式为Mg-2e-══Mg2+;充电时反应式为Mg2++2e-══Mg。多孔碳纳米管电极上放电时反应式为Mg2++2CO2+2e-══MgC2O4;充电时反应式为MgC2O4-2e-══Mg2++2CO2↑。将放电时两个电极反应式相加,可得放电时的电池总反应:Mg+2CO2══MgC2O4,A项正确。充电时,多孔碳纳米管电极上发生氧化反应,则多孔碳纳米管在充电时是阳极,与电源正极连接,B项正确。充电时,Mg电极为阴极,电子从电源负极经外电路流向Mg电极,同时Mg2+向阴极迁移,C项错误。根据放电时的电极反应式可知,每转移2 mol电子,有2 mol CO2参与反应,因此每转移1 mol电子,理论上可转化1 mol CO2,D项正确。
突破点2
电解原理及应用　金属的腐蚀与防护
必备知识 梳理
1.电解原理及应用
(1)电解过程的三个流向
①电子流向:电源负极→电解池阴极;电解池阳极→电源正极;
②离子流向:阳离子→电解池的阴极,阴离子→电解池的阳极。
③电流方向:电源正极→电解池阳极→电解质溶液→电解池阴极→电源负极。
(2)判断电极产物及电极反应式的方法
链接高考1
1.(2025·江苏卷)以稀硫酸为电解质溶液的光解水装置如图所示,总反应为2H2O 2H2↑+O2↑。下列说法正确的是(　　)
A.电极a上发生氧化反应生成O2
B.H+通过质子交换膜从右室移向左室
C.光解前后,H2SO4溶液的pH不变
D.外电路每通过0.01 mol电子,电极b上产生0.01 mol H2
A
2.(2023·浙江1月卷)在熔融盐体系中,通过电解TiO2和SiO2获得电池材料(TiSi),电解装置如图。
下列说法正确的是(　　)
A.石墨电极为阴极,发生氧化反应
B.电极A的电极反应:8H++TiO2+SiO2+8e-══TiSi+4H2O
C.该体系中,石墨优先于Cl-参与反应
D.电解时,阳离子向石墨电极移动
C
解析:由图可知,在外加电源下石墨电极上C转化为CO,失电子发生氧化反应,为阳极,与电源正极相连,则电极A作阴极,TiO2和SiO2获得电子产生电池材料(TiSi),电极反应为TiO2+SiO2+8e-══TiSi+4O2-。在外加电源下石墨电极上C转化为CO,失电子发生氧化反应,为阳极,A错误;电极A的电极反应为TiO2+SiO2+8e-══TiSi+4O2-,B错误;根据图中信息可知,该体系中,石墨优先于Cl-参与反应,C正确;电解池中石墨电极为阳极,阳离子向阴极电极A移动,D错误。
2.金属的腐蚀与防护
(1)电化学腐蚀
析氢腐蚀与吸氧腐蚀(以钢铁的腐蚀为例):
类型 析氢腐蚀 吸氧腐蚀
条件 水膜酸性较强(pH≤4.3) 水膜酸性很弱或呈中性
电极反应 负极 Fe-2e-══Fe2+ 正极 2H++2e-══H2↑ O2+2H2O+4e-══4OH-
总反应式 Fe+2H+══Fe2++H2↑ 2Fe+O2+2H2O══2Fe(OH)2
联系 吸氧腐蚀更普遍 (2)金属的防护
①电化学防护。
方法 原理 正负极
牺牲阳极法 原电池原理 负极:比被保护金属活泼的金属
正极:被保护的金属设备
外加电流法 电解原理 阴极:被保护的金属设备
阳极:惰性金属或石墨
②改变金属的内部结构,如制成合金、不锈钢等。
③加防护层,如在金属表面喷油漆、涂油脂、电镀、喷镀或表面钝化等方法。
链接高考2
1.(经典真题)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。
下列说法正确的是(　　)
A.金属M的活动性比Fe的活动性弱
B.钢铁设施表面因积累大量电子而被保护
C.钢铁设施在河水中的腐蚀速率比在海水中的快
D.阴极的电极反应式为Fe-2e-══Fe2+
B
解析:阳极金属M实际为原电池装置的负极,电子流出,原电池中负极金属比正极活泼,因此M活动性比Fe的活动性强,A错误;金属M失电子,电子经导线流入钢铁设备,从而使钢铁设施表面积累大量电子,自身金属不再失电子从而被保护,B正确;海水中的离子浓度大于河水中的离子浓度,离子浓度越大,溶液的导电性越强,因此钢铁设施在海水中的腐蚀速率比在河水中快,C错误;阴极的钢铁设施实际作原电池的正极,正极金属被保护不失电子,D错误。
2.(经典真题)将铁粉和活性炭的混合物用NaCl溶液润湿后,置于如图所示装置中,进行铁的电化学腐蚀实验。
下列说法正确的是(　　)
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
C
解析:该装置中发生吸氧腐蚀,Fe作负极,Fe失电子生成亚铁离子,电极反应式为Fe-2e-══Fe2+,A错误;铁腐蚀过程发生电化学反应,部分化学能转化为电能,放热,所以还存在化学能转化为热能的变化,B错误;Fe、C和电解质溶液构成原电池,Fe易失电子被腐蚀,加速Fe的腐蚀,C正确;弱酸性或中性条件下铁发生吸氧腐蚀,水代替NaCl溶液,溶液仍然呈中性,Fe发生吸氧腐蚀,D错误。
关键能力 提升
提升1　电解原理分析
1.(2025·河北卷)科研工作者设计了一种用于废弃电极材料LixCoO2(x<1)再锂化的电化学装置,其示意图如下:
已知:参比电极的作用是确定LixCoO2再锂化为LiCoO2的最优条件,不干扰电极反应。
下列说法正确的是(　　)
A.LixCoO2电极上发生的反应:LixCoO2+xe-+xLi+══LiCoO2
B.产生标准状况下5.6 L O2时,理论上可转化 mol的LixCoO2
C.再锂化过程中,S向LixCoO2电极迁移
D.电解过程中,阳极附近溶液pH升高
B
解析:由图可知,Pt电极产生O2,说明Pt电极为电解池阳极,则LixCoO2电极为阴极。阳极反应为2H2O-4e-══O2↑+4H+,阳极区生成H+且消耗H2O,故阳极附近溶液pH降低,D项错误;产生标准状况下5.6 L O2时,即产生0.25 mol O2,转移1 mol e-,阴极LixCoO2得e-发生还原反应,电极反应为LixCoO2+(1-x)e-+(1-x)Li+══LiCoO2,故转移1 mol e-时,理论上转化 mol的LixCoO2, A项错误、B项正确;电解池中阴离子(S)向阳极(Pt电极)方向迁移,C项错误。
2.(2024·山东卷)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.电解总反应式为Br-+3H2O Br+3H2↑
D.催化阶段反应产物物质的量之比n(Z)∶n(Br-)=3∶2
B
解析:电极b上Br-发生失电子的氧化反应转化成Br,电极b为阳极,电极反应为Br--6e-+3H2O══Br+6H+;电极a为阴极,电极a的电极反应为6H++6e-══3H2↑;电解总反应式为Br-+3H2O Br+3H2↑;催化循环阶段Br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Br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式为Br-+3H2O Br+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。
提升2　电解原理的应用
3.(2024·湖南卷)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C6的电极反应:2C3N8H4+8OH--4e-══C6+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
解析:由电解原理图可知,Ni电极上产生氢气,作阴极,发生还原反应,电解质溶液为KOH溶液,电极反应为2H2O+2e-══H2↑+2OH-;Pt电极上C3N8H4失去电子生成C6,作阳极,电解过程中,阴离子向阳极移动,即OH-向Pt电极移动,A项错误;由分析可知,Pt电极上C3N8H4失去电子生成C6,电极反应为2C3N8H4+8OH--4e-══C6+8H2O,B项正确;由分析可知,阳极主要反应为2C3N8H4+8OH--4e-══C6+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2C3N8H4+4OH-══C6+4H2O +2H2↑,反应消耗OH-,生成H2O,电解一段时间后,溶液pH降低,C项错误;根据反应2C3N8H4+4OH-══C6+4H2O+2H2↑可知,理论上每生成1 mol H2,生成0.5 mol K4C6N16,但Pt电极上还伴随少量O2生成,发生电极反应4OH--4e-══O2↑+2H2O,则生成1 mol H2时Ni电极得到的部分电子由OH-在Pt电极上放电产生O2提供,所以实际生成K4C6N16的物质的量小于0.5 mol,D项错误。
4.(2024·广东卷)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
解析: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+6e-+3H2O══2Fe+6OH-,右侧电极为阳极,溶液为饱和食盐水, Cl-放电产生氯气,电极反应为2Cl--2e-══Cl2↑,中间为阳离子交换膜,Na+由阳极向阴极移动,A、B正确;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+由阳极室转移至阴极室,则阳极室溶液减少3×71 g+6×23 g=351 g,阴极室物质最多增加6×23 g=138 g,C错误、D正确。
提升3　有交换膜的电解装置分析
5.(2025·河南卷)一种液流电解池在工作时可以实现海水淡化,并以LiCl形式回收含锂废弃物中的锂元素,其工作原理如图所示。
下列说法正确的是(　　)
A.Ⅱ为阳离子交换膜
B.电极a附近溶液的pH减小
C.电极b上发生的电极反应式为[Fe(CN)6]4-+e-══[Fe(CN)6]3-
D.若海水用NaCl溶液模拟,则每脱除58.5 g NaCl,理论上可回收1 mol LiCl
D
解析:由图可知电极a为阴极,电极b为阳极,题干中描述电解池工作的目的有:①淡化海水,②回收含锂废弃物中的锂元素;则电极a的电极反应式为O2+4e-+2H2O══4OH-,Na+透过离子交换膜Ⅰ向左移动,Ⅰ为阳离子交换膜,Cl-向右移动,所以离子交换膜Ⅱ为阴离子交换膜,A项错误;由于电极a附近生成OH-,则电极a附近溶液的pH增大,B项错误;电极b为阳极,发生氧化反应,电极反应式为[Fe(CN)6]4--e-══ [Fe(CN)6]3-,C项错误;脱除58.5 g NaCl,就有1 mol Cl-跟Li+结合生成1 mol LiCl,D项正确。
6.(2024·湖北卷)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-══OHC—COOH+H2O
B
解析:根据题述信息,在KOH溶液中HCHO转化为HOCH2O-,离子方程式为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·,2个H·结合生成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,电极反应式为H2C2O4+2e-+2H+ ══OHC—COOH+H2O,再是OHC—COOH与HO—N+H3反应生成HOOC—CH═N—OH,离子方程式为OHC—COOH+HO—N+H3→HOOC—CH═N—OH+H2O+H+,最后HOOC—CH═N—OH在Cu上发生得电子的还原反应转化成H3N+CH2COOH,电极反应式为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 +6e-+6H+══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-2e-+4OH-══2HCOO-+H2↑+2H2O,C项正确;根据分析,阴极区的Pb上发生反应H2C2O4+2e-+2H+══OHC—COOH+H2O,D项正确。
提升4　金属的腐蚀与防护
7.(2024·广东卷)我国自主设计建造的浮式生产储油装置“海葵一号”将在珠江口盆地海域使用,其钢铁外壳镶嵌了锌块,以利用电化学原理延缓外壳的腐蚀。下列有关说法正确的是(　　)
A.钢铁外壳为负极
B.镶嵌的锌块可永久使用
C.该法为外加电流法
D.锌发生反应:Zn-2e-══Zn2+
D
解析:由于金属活动性Zn>Fe,钢铁外壳为正极,锌块为负极,故A错误;Zn失去电子,发生氧化反应:Zn-2e-══Zn2+,镶嵌的锌块会被逐渐消耗,需根据腐蚀情况进行维护和更换,不能永久使用,故B错误、D正确;该方法为牺牲阳极法,故C错误。
8.(2024·浙江6月卷)金属腐蚀会对设备产生严重危害,腐蚀快慢与材料种类、所处环境有关。下图为两种对海水中钢闸门的防腐措施示意图。
图1
图2
下列说法正确的是(　　)
A.图1、图2中,阳极材料本身均失去电子
B.图2中,外加电压偏高时,钢闸门表面可发生反应:O2+4e-+2H2O══4OH-
C.图2中,外加电压保持恒定不变,有利于提高对钢闸门的防护效果
D.图1、图2中,当钢闸门表面的腐蚀电流为零时,钢闸门、阳极均不发生化学反应
B
解析:图1为牺牲阳极法,牺牲的阳极一般为较活泼金属,其作为原电池的负极,失去电子被氧化;图2为外加电流法,阳极材料为辅助阳极,其通常是惰性电极,本身不失去电子,电解质溶液中的阴离子在其表面失去电子,如海水中的Cl-,A项错误;图2中,外加电压偏高时,钢闸门表面积累的电子很多,除了海水中的H+放电外,海水中溶解的O2也会竞争放电,故可发生O2+4e-+2H2O══4OH-,B项正确;腐蚀电流会随着环境的变化而变化,若外加电压保持恒定不变,则不能保证抵消腐蚀电流,不利于提高对钢闸门的防护效果,C项错误;图1、图2中,当钢闸门表面的腐蚀电流为零时,说明从牺牲阳极或外加电源传递过来的电子阻止了Fe-2e-══Fe2+的发生,钢闸门表面其他离子放电发生还原反应,牺牲阳极和辅助阳极上发生氧化反应,D项错误。
学科素养 发展
1.(2025·甘肃卷)我国科研工作者设计了一种Mg-海水电池驱动海水(pH=8.2)电解系统(如下图),以新型MoNi/NiMoO4为催化剂(生长在泡沫镍电极上),在电池和电解池中同时产生氢气。下列关于该系统的说法错误的是(　　)
A.将催化剂生长在泡沫镍电极上可提高催化效率
B.在外电路中,电子从电极1流向电极4
C.电极3的反应为4OH--4e-══2H2O+O2↑
D.理论上,每通过2 mol电子,可产生1 mol H2
D
解析:由题干中的“Mg-海水电池”,可判断电极1为负极(Mg失电子),则电极2为正极,电极3为阳极,电极4为阴极。使用催化剂可加快反应速率,将催化剂生长在泡沫镍电极上可增大接触面积,提高催化效率,A项正确;在外电路中,电子从负极流出,可判断电子从电极1流向电极4,B项正确;电极3为阳极,发生的电极反应为4OH--4e-══2H2O+O2↑,C项正确;电极2为正极,由题干信息可知在电池和电解池中同时产生氢气,则正极发生电极反应:2H2O+2e-══H2↑+2OH-,电极4为阴极,可发生电极反应:2H2O+2e-══H2↑+2OH-,故理论上每通过2 mol电子,可产生2 mol H2,D项错误。
2.(2023·浙江6月卷)氯碱工业能耗大,通过如图改进的设计可大幅度降低能耗,下列说法不正确的是(　　)
A.电极A接电源正极,发生氧化反应
B.电极B的电极反应式为2H2O+2e-══H2↑+2OH-
C.应选用阳离子交换膜,在右室获得浓度较高的NaOH溶液
D.改进设计中通过提高电极B上反应物的氧化性来降低电解电压,减少能耗
B
解析:电极A是氯离子变为氯气,化合价升高,失去电子,是电解池阳极,因此电极A接电源正极,发生氧化反应,故A正确;电极B为阴极,通入氧气,氧气得到电子,其电极反应式为O2+2H2O+4e-══4OH-,故B错误;右室生成氢氧根,应选用阳离子交换膜,左边的钠离子进入右边,在右室获得浓度较高的NaOH溶液,故C正确;改进设计中增大了氧气的量,提高了电极B处的氧化性,通过提高反应物的氧化性来降低电解电压,减少能耗,故D正确。
3.(2025·安徽安庆二模)一种采用新型双极膜电解硝酸盐制备NH3的方法,可以提高NH3的法拉第效率FE[FE(B)=]。工作时H2O在双极膜界面处被催化解离成H+和OH-并向两极移动,阴极副产物有N2H4。该装置工作原理如图所示,下列说法正确的是(　　)

A.电势:c>d
B.装置工作时,阴极区的N穿透双极膜进入阳极区
C.阴极反应式为N+8e-+9H+══NH3·H2O+2H2O
D.当阳极产生22.4 L气体(标准状况)时,阴极产生0.47 mol NH3,则FE(NH3)=94%
D
解析:电极c发生的是N转化为NH3和N2H4的过程,因此c为阴极,d为阳极;阴极主要反应为N+8e-+6H2O══NH3↑+9OH-;阳极反应为4OH--4e-══O2↑+2H2O。阳极电势高于阴极,因此电势:d>c,A错误;N不能透过双极膜,B错误;由上述分析可知,阴极主要反应为N+8e-+6H2O ══NH3↑+9OH-,C错误;由电极反应可知,阳极产生22.4 L气体(标准状况)时,即1 mol O2,共转移4 mol电子,阴极产生0.47 mol NH3,产生NH3转移电子的物质的量为0.47×8 mol,FE(NH3)=×100%=94%,D正确。
4.(2025·湖北武汉调研)某课题组提出碱性条件下的两极制氢方案,其工作示意图如下。
下列说法错误的是(　　)
A.CuO电极的电势高于Pt电极
B.装置工作时Pt电极附近pH升高
C.阳极反应式为2DAT-2e-+2OH-══DAAT+2H2O+H2↑
D.Pt电极上每消耗1 mol H2O,共制得2 mol H2
D
解析:如图所示,左侧电极为CuO,两个DAT转化为DAAT、H2和水,右侧电极为Pt,Pt表面发生氢还原,因此Pt接电源负极,CuO接电源正极,CuO为阳极,Pt为阴极,则CuO电极的电势高于Pt电极,A正确;碱性条件下氢还原反应的电极方程式为2H2O+2e-══H2↑+2OH-,Pt附近OH-浓度增加,pH增大,B正确;阳极两个DAT转化为DAAT、H2和水,电极反应式为2DAT-2e-+2OH-══ DAAT+2H2O+H2↑,C正确;Pt表面电极方程式为2H2O+2e-══H2↑+2OH-,每消耗1 mol H2O,Pt电极制得0.5 mol H2,阳极产生0.5 mol H2,D错误。
5.(2025·安徽安庆二模)为了更好模拟在pH=2的混合溶液中钢铁电化学腐蚀的过程,利用压强传感器、氧气传感器进行数字化实验,得出相应的图像数据如图所示。
下列说法错误的是(　　)
A.20~40 s内平均反应速率v(O2)=0.03 kPa·s-1
B.反应初期氧气减少,总压强增大,说明初期以析氢腐蚀为主,不受其他因素影响
C.以析氢腐蚀为主时,pH越小,腐蚀越快
D.40 s后,炭粉表面发生的主要电极反应是O2+2H2O+4e-══4OH-
B
解析:由图可知20 s时氧气的压强为20.6 kPa,40 s时氧气的压强为20 kPa, 20~40 s内压强变化了0.6 kPa,20~40 s内平均反应速率v(O2)=0.03 kPa·s-1,A正确;反应初期总压强增大还可能受温度影响,铁的腐蚀是放热反应,B错误;pH越小,氢离子的浓度越大,腐蚀速率越快,C正确;40 s后总压强和氧气的压强均减小,此时主要发生了吸氧腐蚀,D正确。