《高考快车道》选择题突破9　化学反应与电能（课后习题）（学生版）（有答案）高三 二轮专题复习讲义 化学

选择题突破九　化学反应与电能
A组　基础巩固练
题组一　新型化学电源
1.“软电池”采用薄层纸片作为载体和传导体,在一边附着锌,在另一边附着二氧化锰。电池总反应式为Zn+2MnO2+H2OZnO+2MnOOH。下列说法不正确的是(　　)
A.该电池中Zn为负极,MnO2为正极
B.该电池的正极反应式为MnO2+e-+H2OMnOOH+OH-
C.电池工作时水分子和OH-都能通过薄层纸片
D.导电时外电路电子由Zn流向MnO2,内电路电子由MnO2流向Zn
2.(2024·上海卷)关于下述电化学反应过程,描述正确的是(　　)
A.该装置实现电能转化为化学能
B.电极b是负极
C.电子从电极a经过负载到电极b再经过水体回到电极a
D.每1 mol (CH2O)n参与反应时,转移4 mol电子
3.(2025·黑龙江吉林一模)近期我国科技工作者研发了一种酸碱混合硝酸锌电池,其工作原理如图所示。图中“双极膜”中间层中的H2O解离为H+和OH-,并在电场作用下分别向两极迁移。下列说法错误的是(　　)
A.M膜是阴离子交换膜,N膜是阳离子交换膜
B.锌电极上的电势比催化电极上的高
C.负极的反应式为Zn-2e-+4OH-Zn(OH
D.当双极膜中有2 mol H2O解离时,催化电极区H+减少0.5 mol
4.(2024·辽宁沈阳一模)2023年星恒电源发布“超钠F1”开启钠电在电动车上产业化元年。该二次电池的电极材料为Na2Mn[Fe(CN)6](普鲁士白)和NaxCy(嵌钠硬碳)。下列说法中错误的是(　　)
A.放电时,左边电极电势高
B.放电时,负极的电极反应式可表示为Na(x+1)Cy-e-NaxCy+Na+
C.充电时,电路中每转移1 mol电子,阳极质量增加23 g
D.比能量:锂离子电池高于钠离子电池
题组二　金属腐蚀与防护
5.“北溪”天然气管道至少泄漏8万吨天然气,近20年间甲烷的温室效应率是CO2的84倍。已知管道接口处有钢铁材料等,海水的pH约为8.0。设NA为阿伏加德罗常数的值。下列有关叙述不正确的是 (　　)
A.损坏的钢铁材料在海水中主要发生吸氧腐蚀
B.制造管道时表面涂层能起到抗腐蚀作用
C.w g铁在海水中完全发生电化学腐蚀时转移电子数一定为×NA
D.修复管道时在钢管表面镶嵌锌块,这种方法叫牺牲阳极法
6.钢铁工业是我国国民经济的基础产业,研究钢铁的防腐有着重要的意义。某课题组进行如下实验:
实验 装置 5 min时现象 25 min时现象
Ⅰ 铁钉表面及周边未见明显变化 铁钉周边出现少量红色和蓝色区域,有少量红棕色铁锈生成
Ⅱ 铁钉周边出现红色区域,未见蓝色出现,锌片周边未见明显变化 铁钉周边红色加深,区域变大,未见蓝色出现,锌片周边未见明显变化
下列说法正确的是(　　)
A.实验Ⅱ中正极的电极反应式为4H++O2+4e-2H2O
B.实验Ⅱ中5 min时出现红色区域,说明铁钉腐蚀速率比Ⅰ快
C.由K3[Fe(CN)6]的阴离子配位数可推出其空间结构为正六边形
D.若将Ⅱ中Zn片换成Cu片,推测Cu片周边会出现红色,铁钉周边会出现蓝色
题组三　电解原理及应用
7.(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
8.(2023·北京卷)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HC的水解程度大于HC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S+CO2+H2OHCOOH+S
9.(2024·四川成都一模)我国科学家报道了机理如图所示的电化学过程。下列说法正确的是(　　)
A.Ni-YSZ电极为负极,发生氧化反应
B.Ni电极上的电极反应式为3CO2+4e-C+2C
C.理论上,每有1 mol CO2与O2-结合,电路中转移的电子数为4NA
D.该过程是将甲烷转化成了二氧化碳,比甲烷燃烧更高效地利用了甲烷的化学能
题组四　交换膜在电化学中的应用
10.(2024·浙江浙南联盟一模)太阳能光电催化-化学耦合分解H2S的装置如图所示。下列说法不正确的是(　　)
A.若接铅酸蓄电池进行电解,b极接Pb电极
B.a极的电极反应为:H2S-2e-S+2H+
C.理论上每生成1 mol氢气则消耗2 mol Fe2+
D.利用太阳能进行电催化可以节约能源并产生清洁能源
B组　能力提升练
1.(2025·山东临沂一模)电解法制备Cu2O的装置如图所示,已知生成Cu2O的反应为Cu2Cl2+2OH-Cu2O+H2O+2Cl-,下列说法错误的是(　　)
A.铂电极连接电源的负极
B.离子交换膜为阴离子交换膜
C.铜电极反应为2Cu-2e-+2Cl-Cu2Cl2
D.制备7.2 g Cu2O,阴极区溶液质量减少0.1 g
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
3.(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+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
4.(2024·黑龙江哈尔滨一模)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.放电时Zn作负极,反应式为Zn+4OH--2e-[Zn(OH)4]2-,负极区溶液pH减小
B.放电时正极反应式为FQ+2e-+2H2OFQH2+2OH-
C.充电时电路中每转移2 mol电子,理论上负极增重65 g
D.充电时中性电解质NaCl的浓度减小
5.(2024·福建泉州一模)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+H2OBiOCl+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Ag++e-Ag
B.甲系统充电时,Bi电极附近溶液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个电子通过则产生标准状况下44.8 L CO2
6.(2025·江西上饶一模)有机物电化学合成是化学研究的重要方向。下图所示电解装置可以生成葡萄糖酸(C6H12O7)和山梨醇(C6H14O6)。葡萄糖酸是制备补钙剂的重要原料,山梨醇也是一种常见的食品添加剂。
下列说法错误的是(　　)
A.葡萄糖酸能通过分子内反应生成含有六元环状结构的产物
B.在“电解质溶液1”中,1 mol葡萄糖被HBrO还原成葡萄糖酸转移2 mol电子
C.H+通过阳离子交换膜向电极N移动
D.阴极反应为C6H12O6+2H++2e-C6H14O6
7.(2025·黑龙江大庆模拟预测)全钒液流储能电池是利用不同价态离子发生氧化还原反应来实现化学能和电能相互转化的,其装置原理如图,下列说法错误的是(　　)
A.当左槽溶液逐渐由黄变蓝,其电极反应式为V+2H++e-VO2++H2O
B.充电过程中,右槽溶液颜色逐渐由绿色变为紫色
C.放电过程中氢离子的作用只是参与正极反应
D.充电时若转移的电子数为6.02×1023,左槽溶液中n(H+)的变化量为1 mol
8.(2024·黑吉辽卷)“绿色零碳”氢能前景广阔。为解决传统电解水制“绿氢”阳极电势高、反应速率缓慢的问题,科技工作者设计耦合HCHO高效制H2的方法,装置如图所示。部分反应机理为+H2。下列说法错误的是(　　)
A.相同电量下H2理论产量是传统电解水的1.5倍
B.阴极反应:2H2O+2e-2OH-+H2↑
C.电解时OH-通过阴离子交换膜向b极方向移动
D.阳极反应:2HCHO-2e-+4OH-2HCOO-+2H2O+H2↑
参考答案
A组　基础巩固练
1.D　2.B
3.B　解析 根据图中所示,锌电极中的Zn在碱性溶液中失去电子生成Zn(OH,锌电极为负极;N在催化电极上发生反应转化为N,N元素化合价降低,发生还原反应,催化电极为正极。电池放电时,阴离子移向负极,阳离子移向正极,双极膜中的OH-通过M膜向负极移动,则M膜为阴离子交换膜,H+通过N膜向正极移动,则N膜为阳离子交换膜,A正确;催化电极是正极,锌电极是负极,因此催化电极上的电势比锌电极上的高,B错误;锌电极作负极,负极区的反应式为Zn-2e-+4OH-Zn(OH,C正确;当双极膜中有2 mol H2O解离时,转移2 mol e-,同时会有2 mol H+移向催化电极(正极)区,正极电极反应式N+8e-+10H+N+3H2O,根据电极反应可知,转移2 mol e-,消耗2.5 mol H+,则催化电极区H+减少0.5 mol,D正确。
4.C　解析 根据图示,放电时,NaxCy中的钠失去电子生成Na+,因此NaxCy为负极。放电时,左边电极为正极,电极电势高,A正确;放电时,负极的电极反应式可表示为Na(x+1)Cy-e-NaxCy+Na+,B正确;充电时,阳极反应式为Na2Mn[Fe(CN)6]-2e-2Na++Mn[Fe(CN)6],电路中每转移1 mol电子,阳极质量减少23 g,C错误;比能量就是参与电极反应的单位质量的电极材料放出电能的大小,Li、Na原子正常状态下反应时均失去1个电子,但Li的相对原子质量小于Na的,故锂离子电池的比能量高于钠离子电池的,D正确。
5.C　解析 钢铁在弱碱性环境中主要发生吸氧腐蚀,A正确;表面涂层能防止钢铁管道和水、O2等物质接触,从而起到抗腐蚀作用,B正确;钢铁腐蚀时负极电极反应式为Fe-2e-Fe2+,w g铁在海水中完全发生电化学腐蚀时转移电子数为×NA,后续发生反应4Fe(OH)2+O2+2H2O4Fe(OH)3,不属于电化学腐蚀,C错误;锌比铁活泼,在海水中构成原电池,锌为负极,铁为正极,这种保护钢铁的方法叫牺牲阳极法,D正确。
6.D　解析 实验Ⅰ中铁钉周边出现少量红色和蓝色区域,有少量红棕色铁锈生成说明铁作原电池的负极,铁钉发生吸氧腐蚀被损耗,实验Ⅱ中铁钉周边红色加深,区域变大,未见蓝色出现,锌片周边未见明显变化说明锌作原电池的负极被损耗,铁作正极被保护,使铁的腐蚀速率比实验Ⅰ慢。由分析可知,实验Ⅱ中铁为原电池的正极,水分子作用下氧气在正极得到电子发生还原反应生成氢氧根离子,电极反应式为2H2O+O2+4e-4OH-,A错误;由分析可知,实验Ⅱ中锌作原电池的负极被损耗,铁作正极被保护,使铁的腐蚀速率比实验Ⅰ慢,B错误;由铁氰化钾的阴离子配位数为6可知,配离子的空间结构为正八边形,C错误;若将Ⅱ中锌片换成铜片,金属性强于铜的铁为原电池的负极,失去电子发生氧化反应生成的亚铁离子能与铁氰化钾溶液反应生成蓝色沉淀,铜为正极,在水分子作用下氧气在正极得到电子发生还原反应生成氢氧根离子使溶液变为红色,D正确。
7.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。
8.C　解析 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,A正确;装置a中溶液的溶质为NaHCO3,溶液显碱性,说明HC的水解程度大于电离程度,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,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S+CO2+H2OHCOOH+S,D正确。
9.C　解析 由图可知,Ni-YSZ电极上CH4→CO2,C元素化合价升高,电极反应式为CH4+2O2--4e-CO2+2H2,为该电解池的阳极,发生氧化反应,A错误;Ni电极C元素化合价降低得电子,故Ni电极为阴极,电极反应式为C+4e-C+3O2-,B错误;Ni电极上每转移4 mol电子会生成3 mol O2-,其中2 mol O2-用于参加阳极反应生成CO2,另外1 mol O2-与生成的CO2结合成C,故理论上,每有1 mol CO2与O2-结合,电路中转移电子数为4NA,C正确;该过程是利用电解的条件,将甲烷分解成碳和氢气,是电能转化为化学能的过程,不是甲烷氧化提供能量的过程,D错误。
10.B　解析 从图中可以看出,b极H+得电子生成H2,则b极为阴极,若接铅酸蓄电池进行电解,b极接Pb电极(负极),A正确;a极的电极反应式为Fe2+-e-Fe3+,B不正确;理论上每生成1 mol氢气,线路中转移2 mol e-,则消耗2 mol Fe2+,C正确;利用太阳能进行电催化,将光能转化为化学能,不需消耗电能,可以节约能源,并产生清洁能源,D正确。
B组　能力提升练
1.D　解析 由题意可知,铜电极为电解池的阳极,氯离子作用下,铜在阳极失去电子发生氧化反应生成Cu2Cl2,铂电极为阴极,水分子在阴极得到电子发生还原反应生成氢气和氢氧根离子,放电生成的氢氧根离子通过阴离子交换膜进入阳极区。由分析可知,铂电极为连接电源负极的阴极,A正确;由分析可知,电解池工作时,氢氧根离子通过阴离子交换膜进入阳极区,B正确;由分析可知,铜电极为电解池的阳极,氯离子作用下,铜在阳极失去电子发生氧化反应生成Cu2Cl2,电极反应式为2Cu-2e-+2Cl-Cu2Cl2,C正确;据分析,结合得失电子数目守恒可知,电解制备得到7.2 g氧化亚铜时,阴极区溶液减少水的质量为×2×18 g·mol-1=1.8 g,故D错误。
2.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.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+e-3I-,则放电时电池总反应为+ZnZn2++3I-;充电时的反应是其逆反应,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。
4.B　解析 高电压水系锌—有机混合液流电池工作原理为:放电时为原电池,金属Zn发生失电子的氧化反应生成Zn2+,为负极,则FQ所在电极为正极,正极反应式为FQ+2e-+2H+FQH2,负极反应式为Zn-2e-+4OH-[Zn(OH)4]2-。放电时为原电池,金属Zn为负极,负极反应式为Zn-2e-+4OH-[Zn(OH)4]2-,负极区消耗氢氧根离子则溶液pH减小,A正确;放电时为原电池,正极反应式为FQ+2e-+2H+FQH2,B错误;负极反应式为Zn-2e-+4OH-[Zn(OH)4]2-,每转移2 mol电子,理论上负极增重1 mol Zn,质量为m=n·M=1 mol×65 g·mol-1=65 g,C正确;充电时为电解池,电解质中阳离子移向阴极、阴离子移向阳极,NaCl溶液中的钠离子和氯离子分别发生定向移动,即电解质NaCl的浓度减小,D正确。
5.B　解析 由图结合总反应可知,放电时,甲中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错误;甲系统充电时,则Bi电极为阴极,BiOCl发生还原反应:BiOCl+3e-+2H+Bi+Cl-+H2O,反应消耗氢离子,导致附近溶液pH变大,B正确;乙系统放电时,则甲系统充电,甲中氯化银极为阳极,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、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。
6.B　解析 根据图示,在电极M上Br-失去电子生成Br2,发生氧化反应,则该电极为阳极,在电极N上C6H12O6得到电子生成C6H14O6,发生还原反应,则该电极为阴极,因此a为电源正极,b为电源负极。葡萄糖酸分子内既有羧基又有羟基,因此,羟基和羧基可发生酯化反应生成含有六元环状结构的酯,A正确;根据图示,在“电解质溶液1”中,HBrO被还原为Br-,则葡萄糖被HBrO氧化成葡萄糖酸,B错误;在电解池中,阳极区的H+通过阳离子交换膜向阴极区移动,C正确;阴极上C6H12O6得到电子生成C6H14O6,发生还原反应,电极反应为C6H12O6+2H++2e-C6H14O6,D正确。
7.C　解析 由图可知,放电时,右侧电极是负极,发生氧化反应,负极反应为V2+-e-V3+,左侧为正极,发生还原反应,正极反应为V+2H++e-VO2++H2O,充电时,左槽为阳极,发生氧化反应,右槽为阴极,发生还原反应。
根据图示信息,当左槽溶液逐渐由黄变蓝,则V转化为VO2+,其电极反应式为V+2H++e-VO2++H2O,A正确;充电过程中,右槽为阴极,发生还原反应:V3++e-V2+,右槽溶液颜色逐渐由绿色变为紫色,B正确;放电过程中溶液中的氢离子通过交换膜进入正极区,正极反应为V+2H++e-VO2++H2O,氢离子的作用是参与正极反应、平衡电荷,C错误;充电时若转移的电子数为6.02×1023,其物质的量为1 mol,结合解析可知,左槽反应为VO2++H2O-e-V+2H+,则生成2 mol H+,同时有1 mol H+从左槽移出,所以左槽溶液中H+的物质的量实际增加了1 mol,左槽溶液中n(H+)的变化量为1 mol,D正确。
8.A　解析 由题中反应机理分析可知,HCHO在阳极发生反应,阳极总反应为2HCHO-2e-+4OH-2HCOO-+H2↑+2H2O。而阴极水中的H+放电得H2,电极反应式为2H2O+2e-H2↑+2OH-。
传统电解水时每转移2 mol电子可生成1 mol H2,而此原理中两电极均生成H2,每转移2 mol电子共可得到2 mol H2,所以相同电量下H2理论产量是传统电解水的2倍,A错误;由上述分析可知,B正确;根据电解原理可知,阴离子向阳极移动,则OH-通过阴离子交换膜向阳极(b极)移动,C正确;由上述分析可知,D正确。