2023届高三化学专题复习必考选择题专项训练 电化学原理及应用

电化学原理及应用1.新型化学电源工作原理的判断1．(2022·大连模拟)“碳呼吸电池”是一种新型能源装置，其工作原理如图所示。下列有关说法错误的是()A．通入CO2的一极电极反应式为2CO2＋2e－=C2Oeq\o\al(2－,4)B．金属铝电极发生氧化反应C．每得到1molAl2(C2O4)3，电路中转移3mol电子2．如图所示是一种以液态肼(N2H4)为燃料，氧气为氧化剂，某固体氧化物为电解质的新型燃料电池。该固体氧化物电解质的工作温度在700～900℃时，O2－可在该固体氧化物电解质中自由移动，反应产物均为无毒无害的物质。下列说法正确的是()A．电池内的O2－由电极乙移向电极甲B．电池总反应为N2H4＋2O2=2NO＋2H2OC．当电极甲上有1molN2H4消耗时，电极乙上有22.4LO2参与反应D．电池外电路的电子由电极乙移向电极甲3．中科院功能纳米结构设计与组装重点实验室科研团队以“铆合”了纳米金属Ni催化剂的SrTiO3基陶瓷为电极，以固体氧化物为电解质，通过电解CO2制备CO，其原理如图所示。下列说法错误的是()A．a接电源的负极B．陶瓷电极A的电极反应式为CO2＋2e－=CO＋O2－C．该电解池工作时，固体电解质中O2－向电极B移动D．可以用Fe作电极B，电极反应式为2O2－－4e－=O2↑4．某单液电池如图所示，其反应原理为H2＋2AgCl(s)eq\o(,\s\up7(放电),\s\do5(充电))2Ag(s)＋2HCl。下列说法错误的是()A．放电时，左边电极为负极B．放电时，溶液中H＋向右边电极移动C．充电时，右边电极上发生的电极反应式：Ag－e－＋Cl－=AgClD．充电时，当左边电极生成1molH2时，电解质溶液减轻2g5．如图是常温钠离子全固态浓差电池工作示意图。正极材料为层状含钠过渡金属氧化物，负极为钠锡合金(Na15Sn4)。下列说法合理的是()A．该电池工作时不发生氧化还原反应B．放电时，负极的反应为Na15Sn4－15e－=15Na＋＋4SnC．充电时，Na＋会被吸附进入过渡金属氧化层D．充电时，b极接电源的正极，a极接电源的负极6．近年来AIST报告正在研制一种“高容量、低成本”锂-铜空气燃料电池。该电池通过一种复杂的铜腐蚀现象产生电流，其中放电过程为2Li＋Cu2O＋H2O=2Cu＋2Li＋＋2OH－，下列说法正确的是()A．放电时，正极的电极反应式为O2＋2H2O＋4e－=4OH－B．通空气时，铜被腐蚀，表面产生Cu2OC．放电时，Cu极区域水溶液的pH减小D．放电过程中，电子由锂电极经过锗酸锌锂固体电解质到达铜电极7．某种新型热激活电池的结构如图所示，电极a的材料是氧化石墨烯(CP)和铂纳米粒子，电极b的材料是聚苯胺(PANI)，电解质溶液中含有Fe3＋和Fe2＋。加热使电池工作时电极b发生的反应是PANI－2e－＋H2O=PANIO(氧化态聚苯胺，绝缘体)＋2H＋，电池冷却时Fe2＋在电极b表面与PANIO反应可使电池再生。下列说法不正确的是()A．电池工作时电极a为正极，且发生的反应是Fe3＋＋e－=Fe2＋B．电池工作时，若在电极b周围滴加几滴紫色石蕊溶液，电极b周围慢慢变红C．电池冷却时，若该装置正负极间接有电流表，指针会发生偏转D．电池冷却过程中发生的反应是2Fe2＋＋PANIO＋2H＋=2Fe3＋＋PANI＋H2O2.陌生电解池工作原理的判断1．(2022·广东茂名一模)粗银中含有Cu、Pt等杂质，用电解法以硝酸银为电解质提纯银。下列说法正确的是()A．粗银与电源负极相连B．阴极反应式为Ag＋＋e－=AgC．Cu、Pt在阳极区中沉积D．电解液中c(Ag＋)先增大后减小2．三氧化二镍(Ni2O3)可用于制造高能电池，其电解法制备过程如下：用NaOH调NiCl2溶液pH至7.5，加入适量硫酸钠后进行电解。电解过程中产生的Cl2在弱碱性条件下生成ClO－，把二价镍氧化为三价镍。下列说法正确的是()A．可用铁作阳极材料B．电解过程中阳极附近溶液的pH升高C．阳极反应式为2Cl－－2e－=Cl2↑D．制备1molNi2O3时，外电路中通过了1mol电子3．(2022·辽宁一模)实验小组用锂电池作电源，用石墨和汞作电极电解饱和食盐水(如图)，下列说法正确的是()A．电子沿石墨→a→b→Hg路径流动B．石墨电极上发生还原反应C．汞电极发生主要反应的电极方程式：Na＋＋e－=NaD．电解过程中转移0.2mol电子，阳极产生2.24LCl24．电化学脱硫是近几年国内外发展起来的一种新型脱硫方法，某种电化学脱硫方法装置如图所示，不仅可以脱去烟气中的SO2还可以制得硫酸。下列说法不正确的是()A．该装置能够将电能转化为化学能B．净化气的成分为二氧化碳和氧气C．电极1的电极反应式为O2＋4e－＋2SO3=2SOeq\o\al(2－,4)D．电极2的电极反应式为2SOeq\o\al(2－,4)－4e－=2SO3＋O25．纳米Fe2O3在常压电化学法合成氨过程中起催化作用。该电解装置如图所示。已知熔融NaOH-KOH为电解液，Fe2O3在发生反应时生成中间体Fe。下列说法正确的是()A．惰性电极Ⅱ是电解池的阴极，发生还原反应B．产生2.24LO2时，转移的电子数为0.4NAC．惰性电极Ⅰ的电极反应：Fe2O3＋3H2O－6e－=2Fe＋6OH－D．生成氨气的反应：2Fe＋N2＋3H2O=Fe2O3＋2NH36．(2022·济南一模)采用电渗析法可以从含NH4H2PO4和(NH4)2HPO4的废水中回收NH3·H2O和H3PO4，电解装置如图所示。下列说法正确的是()A．X电极应连电源的正极B．M口处回收产生的浓氨水C．膜ab为阳离子交换膜，膜cd为阴离子交换膜D．电解一段时间后，产生的NH3·H2O和H3PO4物质的量相等7．雾霾主要由二氧化硫、氮氧化物和可吸入颗粒物这三项组成，它们与雾气结合在一起，让天空瞬间变得阴沉灰暗，若选择乙醇(H2SO4)燃料电池将雾霾中的NO、SO2转化为硫酸铵，从而实现废气的回收再利用，其回收利用装置如图所示。下列有关说法正确的是()A．b电极发生的反应为CH3CH2OH－12e－＋H2O=2COeq\o\al(2－,3)＋16H＋B．通入NO的电极为阴极，发生氧化反应C．该装置实际工作过程中不通入NH3也能达到相同的效果D．当消耗46g乙醇时(不计算电解过程中的能量损耗)，则通入的NH3的物质的量为9.6mol3.含“膜”电化学装置的分析与判断1．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＋CC．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2．电渗析法淡化海水装置示意图如图，电解槽中阴离子交换膜和阳离子交换膜相间排列，将电解槽分隔成多个独立的间隔室，海水充满在各个间隔室中。通电后，一个间隔室的海水被淡化，而其相邻间隔室的海水被浓缩，从而实现了淡水和浓缩海水的分离。下列说法正确的是()A．离子交换膜b为阳离子交换膜B．各间隔室的排出液中，①③⑤⑦为淡水C．通电时，电极1附近溶液的pH比电极2附近溶液的pH变化明显D．淡化过程中，得到的浓缩海水没有任何使用价值3．再生铅行业是我国在重视环境保护和充分利用有色金属再生资源的情况下逐步发展起来的新兴产业。从废旧铅酸蓄电池中回收铅的工艺为eq\x(废铅)→eq\x(PbO)eq\x(Na2PbCl4)eq\x(Pb)电解原理如图所示：下列说法正确的是()A．阴极区电极反应式为2H＋＋2e－=H2↑B．电解过程中阳极附近pH升高C．Na2PbCl4浓度下降后，在阴极区加入PbO，可实现电解质溶液的再生使用D．电路中流经4mol电子时，阴极可得207g铅4．(2022·南京高三期中)一种Zn-PbO2电池工作原理如装置图所示。下列说法正确的是()A．电池工作时电能转化为化学能B．放电过程中电极a区溶液的pH增大C．电池工作一段时间后K2SO4浓度增大D．b极区的反应为PbO2＋4H＋＋4e－=Pb2＋＋2H2O5．微生物燃料电池(MFCs)技术以污水中的有机物为电子供体，在微生物的参与下将蕴含在污水中的化学能直接转化为电能，可在常温下运行，且污泥产率远低于活性污泥法，是一种集污水净化和能源转化于一体的新型污水处理与能源回收技术，为有机污水的低成本处理提供了一条新路径。下列关于MFCs的说法错误的是()A．有机物在阳极微生物作用下被氧化，释放质子和电子B．将碳纳米材料应用于MFCs可以大幅增加阳极的导电性和比表面积，从而使微生物与阳极之间的电子传递更容易C．阴极发生的电极反应为O2＋4e－＋4H＋=2H2O、2NOeq\o\al(－,3)＋10e－＋12H＋=N2↑＋6H2OD．若该有机物为CH3OH，则当反应32gCH3OH时，理论上转移4mole－6．(2022·武汉联考)科学家设计了一种电催化装置(如图所示)，实现了CO2在双电极电解体系中，阴、阳两极高效协同合成甲酸盐。双极膜由阴离子交换膜和阳离子交换膜组成，能将水分子解离成H＋和OH－。下列说法正确的是()A．催化电极M的电势高于催化电极N的电势B．a膜为阴离子交换膜C．阳极的电极反应式为CO2＋2e－＋H＋=HCOO－D．电路中转移电子数为4NA时，生成HCOO－的物质的量为3mol7．利用(Q)与(QH2)电解转化法从烟气中分离CO2的原理如图。已知气体可选择性通过膜电极，溶液不能通过。下列说法错误的是()A．a为电源负极B．溶液中Q的物质的量保持不变C．CO2在M极被还原D．分离出的CO2从出口2排出四、含“协同反应”电化学装置的分析与判断1．(2022·山东枣庄期中)2019年诺贝尔化学奖授予三位开发锂离子电池的科学家。某高能锂离子电池的总反应为Li1－xCoO2＋LixC6eq\o(,\s\up7(放电),\s\do5(充电))LiCoO2＋C6(x<1)，以该锂离子电池为电源、苯乙酮为原料制备苯甲酸的装置如图所示(苯甲酸盐溶液酸化后可以析出苯甲酸)。下列说法正确的是()A．锂离子电池放电时，Li＋向b极移动B．锂离子电池充电时，a极的电极反应式为LiCoO2＋xe－=Li1－xCoO2＋xLi＋C．交换膜M为阳离子交换膜D．生成苯甲酸盐的反应为＋3ClO－→＋CHCl3＋2OH－2．图中是利用垃圾假单胞菌株分解有机物的电化学原理图。下列说法正确的是()A．电子流向：B电极→用电器→A电极，该过程将化学能转化为电能B．A电极上发生氧化反应，电极反应式为X－4e－=Y＋4H＋C．若有机物为麦芽糖，处理0.25mol有机物，12molH＋透过质子交换膜移动到右室D．若B电极上消耗标准状况下氧气56mL，则A电极上生成1.64gY3．(2021·湖北1月选考模拟，10)研究发现，在酸性乙醇燃料电池中加入硝酸，可使电池持续大电流放电，其工作原理如图所示：下列说法错误的是()A．加入HNO3降低了正极反应的活化能B．电池工作时正极区溶液的pH降低C．1molCH3CH2OH被完全氧化时有3molO2被还原D．负极反应为CH3CH2OH＋3H2O－12e－=2CO2＋12H＋4．(2021·辽宁1月适应性测试，9)在N-羟基邻苯二甲酰亚胺(NHPI)介质中，可实现醇向醛的转化，原理如图。下列说法错误的是()A．理论上NHPI的总量在反应前后不变B．海绵Ni电极作阳极C．总反应为＋H2↑D．每消耗1mmol苯甲醇，产生22.4mL氢气5．(2022·湖南模拟预测)如图所示，甲池是一种偏二甲肼[(CH3)2NNH2]燃料电池。一段时间乙池内，D中进入8mol混合气体，其中环戊二烯的物质的量分数为20%(杂质不参与反应)，C出来的是含环戊二烯的物质的量分数为15%的混合气体(不含H2，该条件下环戊烷、环戊二烯都为气态)。下列说法正确的是()A．甲池中B处通入O2，E处有O2放出，且体积一样(标况下测定)B．乙池中惰性电极上发生反应：C．甲池中OH－由G极移向F极，乙池中H＋由惰性电极移向多孔惰性电极D．导线中共传导1.2mol电子6．复旦大学研究团队研究PTO和PTO-2H之间的可逆转化；二氧化锰在石墨毡上可逆的沉积和溶解，储存、释放电解液中的水合氢离子；设计出能在－70℃工作的电池，该电池放电时的总反应为PTO-2H＋MnO2＋2H3O＋=PTO＋Mn2＋＋4H2O，下列说法错误的是()A．放电时，负极反应为PTO-2H－2e－＋2H2O=PTO＋2H3O＋B．放电时，H3O＋移向b电极C．充电时，阳极反应为Mn2＋－2e－＋6H2O=MnO2＋4H3O＋D．充电时，电路中通过1mole－，阳极附近电解质溶液质量减少19g7．最近，我国科学家设计了一种高效电解水制氢的系统，实现了在催化剂作用下析氢和析氧反应的分离。该系统的工作原理如图所示，其中电极均为惰性电极，电解液中含NaOH。下列关于该装置工作时的说法错误的是()A．阳极的电极反应为[Fe(CN)6]4－－e－=[Fe(CN)6]3－B．OH－通过离子交换膜由B极室向A极室移动C．催化析氢室的反应为DHPS-2H＋2H＋＋2e－=DHPS＋2H2↑D．理论上，该过程中[Fe(CN)6]4－和DHPS可自行补充循环答案和解析1.新型化学电源工作原理的判断1．C2.A3.D4.D5.B6．B[放电时，正极上并非是氧气直接放电，正极的电极反应式为Cu2O＋H2O＋2e－=2Cu＋2OH－，故A错误；由放电过程总反应：2Li＋Cu2O＋H2O=2Cu＋2Li＋＋2OH－可知，通空气时，铜被腐蚀，表面产生Cu2O，故B正确；放电时，Cu极电极反应式：Cu2O＋H2O＋2e－=2Cu＋2OH－，Cu电极上有氢氧根离子生成，该区域水溶液的pH增大，故C错误；放电过程中，电子由锂电极通过外电路导线经过负载到达铜电极，电子无法在有机电解质和锗酸锌锂固体电解质中传递，故D错误。]7．C[根据电池工作时电极b发生的电极反应判断电极a是正极，电极b是负极，电池工作时电极a上发生的反应是Fe3＋＋e－=Fe2＋，A正确；电池工作时电极b发生的反应是PANI－2e－＋H2O=PANIO＋2H＋，溶液显酸性，若在电极b周围滴加几滴紫色石蕊溶液，电极b周围慢慢变红，B正确；电池冷却时，Fe2＋在电极b表面与PANIO反应使电池再生：2Fe2＋＋PANIO＋2H＋=2Fe3＋＋PANI＋H2O，因此冷却再生过程电极a上无电子得失，导线中没有电子通过，C不正确、D正确。]2.陌生电解池工作原理的判断1．B2.C3.C4.B5.D6．C[由题图可知，左侧电极室通入稀氨水，说明左侧电极室的产品为NH3·H2O，说明废水中的NHeq\o\al(＋,4)通过离子交换膜ab进入左侧电极室，故膜ab为阳离子交换膜，然后NHeq\o\al(＋,4)＋OH－=NH3·H2O，说明X电极的电极反应式为2H2O＋2e－=H2↑＋2OH－，则X电极为阴极，与电源的负极相连，右侧电极室的产品为H3PO4，即废水中的H2POeq\o\al(－,4)、HPOeq\o\al(2－,4)经过离子交换膜cd进入右侧电极室，与H＋结合生成H3PO4，即膜cd为阴离子交换膜，Y电极为阳极，电极反应式为2H2O－4e－=O2↑＋4H＋，A、B错误，C正确；根据电子守恒可知，阴极产生的OH－和阳极产生的H＋的数目相等，但由于NHeq\o\al(＋,4)＋OH－=NH3·H2O、H2POeq\o\al(－,4)＋H＋=H3PO4、HPOeq\o\al(2－,4)＋2H＋=H3PO4，故电解一段时间后，产生的NH3·H2O和H3PO4物质的量不相等，D错误。]7．D[c极二氧化硫被氧化，是阳极，a极是正极，d极NO得电子被还原，是阴极，b极是负极，故B错误；b电极发生的反应为CH3CH2OH－12e－＋3H2O=2CO2↑＋12H＋，故A错误；电池的总反应为5SO2＋2NO＋8H2O=(NH4)2SO4＋4H2SO4，产生的H2SO4需要通入NH3，转化为(NH4)2SO4，故C错误；由C项分析得5SO2～10e－～4H2SO4～8NH3，又因为CH3CH2OH～12e－，由得失电子守恒可得8NH3～10e－～eq\f(5,6)CH3CH2OH，所以当消耗46g乙醇时，则通入的NH3的物质的量为n(NH3)＝eq\f(48,5)n(CH3CH2OH)＝eq\f(48,5)×eq\f(46g,46g·mol－1)＝9.6mol，故D正确。]3.含“膜”电化学装置的分析与判断1．B2.B3.C4.C5.D6．D[由题图知，装置左侧发生还原反应，催化电极M为阴极；装置右侧发生甲醇的催化氧化反应，催化电极N为阳极，电解池中阳极的电势比阴极的高，A错误；电解池中，阳离子移向阴极，故a膜为阳离子交换膜，b膜为阴离子交换膜，B错误；电解池阳极的电极反应式为CH3OH－4e－＋5OH－=HCOO－＋4H2O，C错误；电解产物为HCOO－，说明电解质溶液呈碱性，则阴极的电极反应式为CO2＋H2O＋2e－=HCOO－＋OH－，电路中转移4mol电子时