专题六新型电源电解原理与应用

专题六新型电源、电解原理与应用1.理解原电池和电解池的构成、工作原理及应用，能正确书写电极反应式和总反应方程式。2.了解常见化学电源的种类及其工作原理，能够书写新型化学电源的电极反应式。3.了解金属发生电化学腐蚀的原因、金属腐蚀的危害及防止金属腐蚀的措施。考点一新型电池的分析应用1．原电池工作原理示意图2．原电池装置图的判断【特别提醒】(1)无论是装置①还是装置②，电子均不能通过电解质溶液。(2)在装置①中，由于不可避免会直接发生Zn＋Cu2＋=Zn2＋＋Cu而使化学能转化为热能，所以装置②的能量转化率高。(3)盐桥的作用：原电池装置由装置①到装置②的变化是由盐桥连接两个“半电池装置”，其中盐桥的作用有三种：a.隔绝正、负极反应物，避免直接接触，导致电流不稳定；b.通过离子的定向移动，构成闭合回路；c.平衡电极区的电荷。(4)离子交换膜作用：由装置②到装置③的变化是“盐桥”变成“质子交换膜”。离子交换膜是一种选择性透过膜，允许相应离子通过，离子迁移方向遵循电池中离子迁移方向。3.陌生原电池装置的知识迁移(1)燃料电池(2)二次电池4．识别“交换膜”情境下，书写电极反应式(1)如将燃煤产生的二氧化碳回收利用，可达到低碳排放的目的。如图是通过人工光合作用，以CO2和H2O为原料制备HCOOH和O2的原理示意图。负极：2H2O－4e－=O2＋4H＋。正极：2CO2＋4H＋＋4e－=2HCOOH。(2)液体燃料电池相比于气体燃料电池具有体积小等优点。一种以液态肼(N2H4)为燃料的电池装置如图所示。负极：N2H4－4e－＋4OH－=N2＋4H2O。正极：O2＋4e－＋2H2O=4OH－。5．辨析燃料电池不同“介质”情境下，书写电极反应式(1)按要求书写不同“介质”下甲醇燃料电池的电极反应式。①酸性介质，如H2SO4溶液：负极：CH3OH－6e－＋H2O=CO2＋6H＋。正极：eq\f(3,2)O2＋6e－＋6H＋=3H2O。②碱性介质，如KOH溶液：负极：CH3OH－6e－＋8OH－=COeq\o\al(2－,3)＋6H2O。正极：eq\f(3,2)O2＋6e－＋3H2O=6OH－。③熔融盐介质，如K2CO3：负极：CH3OH－6e－＋3COeq\o\al(2－,3)=4CO2＋2H2O。正极：eq\f(3,2)O2＋6e－＋3CO2=3COeq\o\al(2－,3)。④掺杂Y2O3的ZrO3固体作电解质，在高温下能传导O2－：负极：CH3OH－6e－＋3O2－=CO2＋2H2O。正极：eq\f(3,2)O2＋6e－=3O2－。【特别提醒】碱性介质C→COeq\o\al(2－,3)其余介质C→CO2酸性介质H→H＋其余介质H→H2O6.明确“充放电”情境下，书写电极反应式①镍镉(NiCd)可充电电池在现代生活中有广泛的应用。已知某镍镉电池的电解质溶液为KOH溶液，其充、放电按下式进行：Cd＋2NiOOH＋2H2Oeq\o(,\s\up7(放电),\s\do5(充电))Cd(OH)2＋2Ni(OH)2。负极：Cd－2e－＋2OH－=Cd(OH)2。阳极：2Ni(OH)2＋2OH－－2e－=2NiOOH＋2H2O。②某电动汽车配载一种可充放电的锂离子电池，放电时电池总反应为Li1－xCoO2＋LixC6eq\o(,\s\up7(放电),\s\do5(充电))LiCoO2＋C6(x＜1)。则：负极：LixC6－xe－=xLi＋＋C6。正极：Li1－xCoO2＋xe－＋xLi＋=LiCoO2。【方法技巧】锂离子电池充放电分析常见的锂离子电极材料正极材料：LiMO2(M：Co、Ni、Mn等)LiM2O4(M：Co、Ni、Mn等)LiMPO4(M：Fe等)负极材料：石墨(能吸附锂原子)负极反应：LixCn－xe－=xLi＋＋nC正极反应：Li1－xMO2＋xLi＋＋xe－=LiMO2总反应：Li1－xMO2＋LixCneq\o(,\s\up7(放电),\s\do5(充电))nC＋LiMO2。1．正误判断，正确的打“√”，错误的打“×”(1)原电池工作时，电子从负极流出经导线流入正极，然后通过溶液流回负极。(2)原电池工作时，溶液中的阳离子向正极移动。(3)两种活泼性不同的金属组成原电池的两极，较活泼的金属一定作负极。(4)铁与盐酸反应时加入少量CuSO4溶液，产生H2的速率不变。(5)C＋H2O(g)eq\o(=,\s\up7(高温))CO＋H2可设计成原电池。【提示】(1)×(2)√(3)×(4)×(5)×1.（2023·海南卷第8题）利用金属Al、海水及其中的溶解氧可组成电池，如图所示。下列说法正确的是A.b电极为电池正极B.电池工作时，海水中的Na+向a电极移动C.电池工作时，紧邻a电极区域的海水呈强碱性D.每消耗1kgAl，电池最多向外提供37mol电子的电量【答案】A【解析】铝为活泼金属，发生氧化反应为负极，则石墨为正极，b电极为电池正极，A正确；电池工作时，阳离子向正极移动，故海水中的Na+向b电极移动，B错误；电池工作时，a电极反应为铝失去电子生成铝离子，铝离子水解显酸性，C错误；每消耗1kgAl（为），电池最多向外提供mol电子的电量，D错误；故选A。2.（2023·新课标卷第10题）一种以V2O5和Zn为电极、水溶液为电解质的电池，其示意图如下所示。放电时，Zn2+可插入V2O5层间形成。下列说法错误的是A.放电时V2O5为正极B.放电时Zn2+由负极向正极迁移C.充电总反应：D.充电阳极反应：【答案】C【解析】由题中信息可知，该电池中Zn为负极、V2O5为正极，电池的总反应为。由题信息可知，放电时，Zn2+可插入V2O5层间形成，V2O5发生了还原反应，则放电时V2O5为正极，A说法正确；Zn为负极，放电时Zn失去电子变为Zn2+，阳离子向正极迁移，则放电时Zn2+由负极向正极迁移，B说法正确；电池在放电时的总反应为，则其在充电时的总反应为，C说法不正确；充电阳极上被氧化为V2O5，则阳极的电极反应为，D说法正确；故选C。3.（2023·全国乙卷第12题）室温钠硫电池被认为是一种成本低、比能量高的能源存储系统。一种室温钠硫电池的结构如图所示。将钠箔置于聚苯并咪唑膜上作为一个电极，表面喷涂有硫黄粉末的炭化纤维素纸作为另一电极。工作时，在硫电极发生反应：S8+e→S，S+e→S，2Na++S+2(1)e→Na2Sx下列叙述错误的是A.充电时Na+从钠电极向硫电极迁移B.放电时外电路电子流动的方向是a→bC.放电时正极反应为：2Na++S8+2e→Na2SxD.炭化纤维素纸的作用是增强硫电极导电性能【答案】A【解析】由题意可知放电时硫电极得电子，硫电极为原电池正极，钠电极为原电池负极。充电时为电解池装置，阳离子移向阴极，即钠电极，故充电时，Na+由硫电极迁移至钠电极，A错误；放电时Na在a电极失去电子，失去的电子经外电路流向b电极，硫黄粉在b电极上得电子与a电极释放出的Na+结合得到Na2Sx，电子在外电路的流向为a→b，B正确；由题给的的一系列方程式相加可以得到放电时正极的反应式为2Na++S8+2e→Na2Sx，C正确；炭化纤维素纸中含有大量的炭，炭具有良好的导电性，可以增强硫电极的导电性能，D正确；故选A。4.（2023·辽宁卷第11题）某低成本储能电池原理如下图所示。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.放电时右侧通过质子交换膜移向左侧D.充电总反应：【答案】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+SO42+2Fe3+，D错误；故选B。5.（2023·广东卷第6题）负载有和的活性炭，可选择性去除实现废酸的纯化，其工作原理如图。下列说法正确的是（）A.作原电池正极B.电子由经活性炭流向C.表面发生的电极反应：D.每消耗标准状况下的，最多去除【答案】B【解析】O2在Pt得电子发生还原反应，Pt为正极，Cl在Ag极失去电子发生氧化反应，Ag为负极。由分析可知，Cl在Ag极失去电子发生氧化反应，Ag为负极，A错误；电子由负极Ag经活性炭流向正极Pt，B正确；溶液为酸性，故Pt表面发生的电极反应为，C错误；每消耗标准状况下11.2L的O2，转移电子2mol，而失去2mol电子，故最多去除，D错误。故选B。1．（2023·广东·校联考一模）电化学“大气固碳”方法是我国科学家研究发现的，相关装置如图所示。下列说法错误的是A．放电时电极A为负极，该电池只可选用无水电解液B．充电时，电极B上发生的反应是C．充电时的移动方向是从电极B移向电极AD．放电时，电路中每通过1mol电子，正极区质量增加40g【答案】B【分析】放电时，A为负极，电极反应为，B为正极，电极反应为，充电时，A为阴极，电极反应式为，B为阳极，电极反应为，据此分析。【解析】A．放电时电极A为负极，电极材料为Li，会与水反应，因此该电池只可选用无水电解液，A正确；B．充电时，B为阳极，电极反应为，B错误；C．充电时，阳离子移向阴极，则的移动方向是从电极B移向电极A，C正确；D．放电时，正极电极反应为，增加的质量为二氧化碳与锂离子的总质量，当有4mol电子转移时，增加的质量为(3×44+4×7)g=160g，则电路中每通过1mol电子时，正极区质量增加40g，D正确；故选B。2．（2024·四川成都·统考模拟预测）下列电池模型实现了由自发反应向外输出能量，原理如图所示。下列说法错误的是A．右侧为正极，外电路电势右侧较高B．分别通过a膜、b膜向中间移动C．负极发生氧化反应D．该电池利用中和反应将化学能转变为电能【答案】B【分析】左侧氧元素被氧化生成氧气是负极，发生；右侧氧气得电子被还原是正极，发生；a膜与b膜间的钾离子向右边移动、硫酸根离子向左边移动，因此中间的硫酸钾溶液浓度变稀。【解析】A．据分析右侧为正极，正极的电势比负极高，故A正确；B．据分析a膜与b膜间的钾离子向右边移动、硫酸根离子向左边移动，因此中间的硫酸钾溶液浓度变稀，故B错误；C．据分析左侧为负极，发生，故C正确；D．该装置为原电池，是将化学能直接转化为电能的装置，故D正确；故选B。3．（2023·浙江·校联考模拟预测）科学家研发了一种新型短路膜电池，利用这种电池可以消除空气中的，其工作原理如图所示。下列说法正确的是A．甲电极为正极，发生氧化反应B．乙电极的电极反应式为：C．电子流向：负极→电解质→正极D．当捕获的时，理论上转移2mol电子【答案】C【分析】由图可知乙电极通入的是氢气，失去电子发生氧化反应是负极，甲电极一端通入的是二氧化碳，发生还原反应是正极，短路膜中可以移动的有电子和离子。【解析】A．甲电极为正极，发生还原反应，A错误；B．乙电极为负极发生失电子反应，电极反应式为：，B错误；C．从示意图可知，电子通过短路膜，因此电子流向：负极→电解质→正极，C正确；D．没有注明标准状况条件下，D错误；故选C。4．（2024·广西·校联考一模）微生物电池是指在微生物的作用下将化学能转化为电能的装置，其工作原理如图所示。下列有关微生物电池的说法正确的是A．该装置是原电池，b极是负极B．该电池工作时，应选用质子交换膜C．该电池工作时，电子从a经电流表A流向b，离子从右经交换膜向左迁移D．电极a反应：(C6H10O5)n24e+7H2O=6CO2↑+24H+【答案】B【分析】由题意利用一种微生物将废水中有机物[主要成分是(C6H10O5)n]的化学能转化为电能的装置，即为原电池，由图b极通O2，a极为有机物，则b极为正极氧气发生还原反应，a极为负极有机物发生氧化反应生成二氧化碳和氢离子，负极电极反应为(C6H10O5)n+7nH2O24ne﹣=6nCO2↑+24nH+，原电池中阳离子移向正极b极；【解析】A．由分析可知，该装置是原电池，b极是正极，A错误；B．该电池工作时，氢离子在通过交换膜移向正极，故应选用质子交换膜，B正确；C．该电池工作时，电子从负极a经电流表A流向正极b，离子从左侧经交换膜向右侧迁移，C错误；D．负极电极反应为(C6H10O5)n+7nH2O24ne﹣=6nCO2↑+24nH+，D错误；故选B。5．（2023·江西·校联考模拟预测）高压科学研究中心研究的一种通过压力梯度驱动化学反应产生电能的电池装置如图所示。金刚石压砧把H2压入储氢电极PdHx，它在压力梯度的驱动下生成质子，电子先后通过下层铂电极和外接线路转移到Pd电极参与反应，形成闭合回路。下列说法错误的是A．Pd电极为正极 B．交换膜为质子交换膜C．电池正极反应为 D．Pd与PdHx之间含氢差异和压力梯度都会导致电势差【答案】C【分析】PdHx是负极材料，它在压力梯度的驱动下发生反应：，生成的质子通过质子交换膜传输到上层钯电极(正极)，而电子先后通过下层铂电极和外接线路转移到钯电极，并在此与质子重新结合发生还原反应，至此形成闭合回路。【解析】A．PdHx是负极材料，它在压力梯度的驱动下发生反应：，生成的质子通过质子交换膜传输到上层钯电极(正极)，而电子先后通过下层铂电极和外接线路转移到钯电极，并在此与质子重新结合发生还原反应，至此形成闭合回路。Pd电极为正极，A项正确；B．交换膜需要H+通过并在正极发生反应；，所以交换膜为质子交换膜，B项正确；C．电池正极反应为，C错误；D．分析原理可知，Pd与PdHx之间含氢差异和压力梯度都会导致电势差，D正确；故选C。考点二电解原理及其应用1．电解池工作原理(阳极为惰性电极)2．电极产物的正确判断(1)阳极产物的判断首先看电极，如果是活性电极作阳极，则电极材料失电子，电极溶解(注意：铁作阳极溶解生成Fe2＋，而不是Fe3＋)；如果是惰性电极，则需看溶液中阴离子的失电子能力，阴离子放电顺序为S2－＞I－＞Br－＞Cl－＞OH－(水)＞含氧酸根离子。(2)阴极产物的判断直接根据阳离子的放电顺序进行判断：Ag＋＞Hg2＋＞Fe3＋＞Cu2＋＞H＋(酸)＞Pb2＋＞Fe2＋＞Zn2＋＞H＋(水)。3．电解规律(阳极为惰性电极)分析电解类型电解质实例溶液复原物质电解水NaOH、H2SO4或Na2SO4水电解电解质HCl或CuCl2原电解质放氢生碱型NaClHCl气体放氧生酸型CuSO4或AgNO3CuO或Ag2O【特别提醒】电解后有关电解质溶液恢复原态的问题应该用质量守恒法分析。一般是加入阳极产物和阴极产物的化合物，但也有特殊情况，如用惰性电极电解CuSO4溶液，Cu2＋完全放电之前，可加入CuO或CuCO3复原，而Cu2＋完全放电之后，溶液中H＋继续放电，应加入Cu(OH)2或Cu2(OH)2CO3复原。4．不同情境下，书写电极反应式(1)用惰性电极电解NaCl溶液：阳极：2Cl－－2e－=Cl2↑。阴极：2H2O＋2e－=H2↑＋2OH－。(2)用惰性电极电解CuSO4溶液：阳极：2H2O－4e－=O2↑＋4H＋。阴极：2Cu2＋＋4e－=2Cu。(3)铁作阳极，石墨作阴极电解NaOH溶液：阳极：Fe－2e－＋2OH－=Fe(OH)2。阴极：2H2O＋2e－=H2↑＋2OH－。(4)用惰性电极电解熔融MgCl2：阳极：2Cl－－2e－=Cl2↑。阴极：Mg2＋＋2e－=Mg。5．复杂电极反应式的书写(1)按要求书写电极反应式①以铝材为阳极，在H2SO4溶液中电解，铝材表面形成氧化膜，阳极反应式为2Al－6e－＋3H2O=Al2O3＋6H＋。②用Al单质作阳极，石墨作阴极，NaHCO3溶液作电解液进行电解，生成难溶物R，R受热分解生成化合物Q，写出阳极生成R的电极反应式：Al＋3HCOeq\o\al(－,3)－3e－=Al(OH)3↓＋3CO2↑。③离子液体是一种室温熔融盐，为非水体系。由有机阳离子、Al2Cleq\o\al(－,7)和AlCleq\o\al(－,4)组成的离子液体作电解液时，可在钢制品上电镀铝。已知电镀过程中不产生其他离子且有机阳离子不参与电极反应，则电极反应式为阳极：Al－3e－＋7AlCleq\o\al(－,4)=4Al2Cleq\o\al(－,7)。阴极：4Al2Cleq\o\al(－,7)＋3e－=Al＋7AlCleq\o\al(－,4)。④用惰性电极电解K2MnO4溶液能得到化合物KMnO4，则电极反应式为阳极：2MnOeq\o\al(2－,4)－2e－=2MnOeq\o\al(－,4)。阴极：2H＋＋2e－=H2↑。⑤将一定浓度的磷酸二氢铵(NH4H2PO4)、氯化锂混合液作为电解液，以铁棒作阳极，石墨为阴极，电解析出LiFePO4沉淀，则阳极反应式为Fe＋H2POeq\o\al(－,4)＋Li＋－2e－=LiFePO4↓＋2H＋。(2)按要求书写电极反应式①电解装置如图，电解槽内装有KI及淀粉溶液，中间用阴离子交换膜隔开。在一定的电压下通电，发现左侧溶液变蓝色，一段时间后，蓝色逐渐变浅。已知：3I2＋6OH－=IOeq\o\al(－,3)＋5I－＋3H2O阳极：2I－－2e－=I2。阴极：2H2O＋2e－=H2↑＋2OH－。②可用氨水作为吸收液吸收工业废气中的SO2，当吸收液失去吸收能力时，可通过电解法使吸收液再生而循环利用(电极均为石墨电极)，并生成化工原料硫酸。其工作示意如图：阳极：HSOeq\o\al(－,3)－2e－＋H2O=3H＋＋SOeq\o\al(2－,4)。阴极：2H2O＋2e－=H2↑＋2OH－。6．金属的腐蚀与电化学防护7．陌生电解池装置图的知识迁移(1)电解池(2)金属腐蚀2．正误判断，正确的打“√”，错误的打“×”(1)电解质溶液导电发生化学变化()(2)电解精炼铜和电镀铜，电解液的浓度均会发生很大的变化()(3)电解饱和食盐水，在阳极区得到NaOH溶液()(4)工业上可用电解MgCl2溶液、AlCl3溶液的方法制备Mg和Al()(5)电解精炼铜时，阳极泥可以作为提炼贵重金属的原料()(6)用惰性电极电解CuSO4溶液，若加入0.1molCu(OH)2固体可使电解质溶液复原，则整个电路中转移电子数为0.4NA()【提示】(1)√(2)×(3)×(4)×(5)√(6)√1.（2023·湖北卷第10题）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生成且KOH溶液的浓度不变，电解生成氢气的速率为。下列说法错误的是（）A.b电极反应式为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【答案】D【解析】由图可知，该装置为电解水制取氢气的装置，a电极与电源正极相连，为电解池的阳极，b电极与电源负极相连，为电解池的阴极，阴极反应为2H2O+2e=H2↑+2OH，阳极反应为4OH4e=O2↑+2H2O，电池总反应为2H2Oeq\o(=,\s\up7(通电))2H2↑+O2↑，据此解答。b电极反应式为b电极为阴极，发生还原反应，电极反应为2H2O+2e=H2↑+2OH，故A正确；该装置工作时阳极无Cl2生成且KOH浓度不变，阳极发生的电极反应为4OH4e=O2↑+2H2O，为保持OH离子浓度不变，则阴极产生的OH离子要通过离子交换膜进入阳极室，即离子交换膜应为阴离子交换摸，故B正确；电解时电解槽中不断有水被消耗，海水中的动能高的水可穿过PTFE膜，为电解池补水，故C正确；由电解总反应可知，每生成1molH2要消耗1molH2O，生成H2的速率为，则补水的速率也应是，故D错误；故选D。2.（2023·辽宁卷第7题）某无隔膜流动海水电解法制H2的装置如下图所示，其中高选择性催化剂可抑制产生。下列说法正确的是（）A.b端电势高于a端电势B.理论上转移生成C.电解后海水下降D.阳极发生：【答案】D【解析】由图可知，左侧电极产生氧气，则左侧电极为阳极，电极a为正极，右侧电极为阴极，b电极为负极，该装置的总反应产生氧气和氢气，相当于电解水，以此解题。由分析可知，a为正极，b电极为负极，则a端电势高于b端电势，A错误；右侧电极上产生氢气的电极方程式为：2H++2e=H2↑，则理论上转移生成，B错误；由图可知，该装置的总反应为电解海水的装置，随着电解的进行，海水的浓度增大，但是其pH基本不变，C错误；由图可知，阳极上的电极反应为：，D正确；故选D。3.（2023·浙江选考1月第11题）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：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【答案】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。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，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；故选C。4.（2023·广东卷第13题）利用活性石墨电极电解饱和食盐水，进行如图所示实验。闭合，一段时间后A.U型管两侧均有气泡冒出，分别是和 B.a处布条褪色，说明具有漂白性C.b处出现蓝色，说明还原性： D.断开，立刻闭合，电流表发生偏转【答案】D【解析】闭合K1，形成电解池，电解饱和食盐水，左侧为阳极，阳极氯离子失去电子生成氯气，电极反应为2Cl—2e=Cl2↑，右侧为阴极，阴极电极反应为2H++2e=H2↑，总反应为2NaCl+2H2O2NaOH+H2↑+Cl2↑，据此解答。根据分析，U型管两侧均有气泡冒出，分别是Cl2和H2，A错误；左侧生成氯气，氯气遇到水生成HClO，具有漂白性，则a处布条褪色，说明HClO具有漂白性，B错误；b处出现蓝色，发生Cl2+2KI=I2+2KCl，说明还原性：，C错误；断开K1，立刻闭合K2，此时构成氢氯燃料电池，形成电流，电流表发生偏转，D正确；故选D。5.（2023·广东卷第16题）用一种具有“卯榫”结构的双极膜组装电解池(下图)，可实现大电流催化电解溶液制氨。工作时，在双极膜界面处被催化解离成和，有利于电解反应顺利进行。下列说法不正确的是A.电解总反应：B.每生成，双极膜处有的解离C.电解过程中，阳极室中的物质的量不因反应而改变D.相比于平面结构双极膜，“卯榫”结构可提高氨生成速率【答案】B【解析】由信息大电流催化电解KNO3溶液制氨可知，在电极a处KNO3放电生成NH3，发生还原反应，故电极a为阴极，电极方程式为，电极b为阳极，电极方程式为，“卯榫”结构的双极膜中的H＋移向电极a，OH－移向电极b。由分析中阴阳极电极方程式可知，电解总反应为，故A正确；每生成，阴极得8mole－，同时双极膜处有8molH+进入阴极室，即有8mol的H2O解离，故B错误；电解过程中，阳极室每消耗4molOH，同时有4molOH通过双极膜进入阳极室，KOH的物质的量不因反应而改变，故C正确；相比于平面结构双极膜，“卯榫”结构具有更大的膜面积，有利于H2O被催化解离成H+和OH，可提高氨生成速率，故D正确；故选B。1．（2024·四川资阳·统考二模）铬酸钠主要用于有机合成氧化剂、印染等，现以铅蓄电池为电源，用电渗析法分离回收混合物浆液中的。装置如图所示，下列对分离过程的相关判断错误的是A．混合物浆液中穿过阴离子膜进入乙池B．电极a连接铅蓄电池负极，甲池中NaOH浓度逐渐增大C．铅蓄电池的正极反应为：D．若电路中通过0.2mole⁻，理论上铅蓄电池负极增重30.3g【答案】D【解析】A．从图中信息可以判断，穿过阴离子膜进入乙池，惰性电极b为阳极，A正确；B．惰性电极A为电解池的阴极，与铅蓄电池负极相连，电极反应式为：，甲池中NaOH浓度逐渐增大，B正确；C．铅蓄电池的正极材料为二氧化铅，发生还原反应生成硫酸铅，电极反应为：，C正确；D．铅蓄电池负极反应为：，电路中通过0.2mole⁻，理论上负极增加点质量为0.1mol的质量，为9.6g，D错误；故选D。2．（2024·陕西西安·校联考模拟预测）人工肾脏可用间接电化学方法除去代谢产物中的尿素，原理如图所示。下列说法错误的是A．B是电源的负极B．相同条件下，阴，阳两极产生气体的体积比为2：1C．电解后阳极区溶液的浓度基本不变D．阳极区发生的反应为【答案】B【分析】由图可知，左室氯离子失电子产物为Cl2，为阳极，右室水得电子产生H2，为阴极，则A为电源的正极，B为电源的负极；【解析】A．根据以上分析可知B为电源的负极，A正确；B．阳极室首先是氯离子放电生成氯气，氯气再氧化尿素生成氮气、二氧化碳，同时会生成HCl，因此阳极室中发生的反应依次为：、，阴极反应为（或），则同条件下，阴，阳两极产生气体的体积比不会是2:1，B错误；C．由B分析可知，电解转化氯离子转化为氯气，氯气又转化为氯离子，电解后阳极区溶液的浓度基本不变，C正确；D．由B分析可知，阳极区发生的反应正确，D正确；故选B。3．（2024·河北·校联考模拟预测）微生物电解池(MEC)作为一种新的CO2再利用技术，可通过将电活性微生物与电化学刺激相结合的方式，将CO2转化为低碳燃料CH4，从而实现CO2固定和能量回收，下列说法正确的是A．直流电源a极是负极，发生氧化反应B．N极上的电极反应为：C．在电解过程中H+从N极向M极移动D．电活性微生物可以加快电子转移【答案】D【分析】由图可知，该装置为电解池，与直流电源正极a极相连的M极为电解池的阳极，在微生物作用下有机物在阳极失去电子发生氧化反应二氧化碳，与负极b极相连的N电极为阴极，酸性条件下二氧化碳在阴极得到电子发生还原反应生成甲烷和水。【解析】A．由分析可知，与直流电源正极a极相连的M极为电解池的阳极，故A错误；B．由分析可知，与负极b极相连的N电极为阴极，酸性条件下二氧化碳在阴极得到电子发生还原反应生成甲烷和水，电极反应式为，故B错误；C．由图可知，M极为电解池的阳极、N电极为阴极，则在电解过程中氢离子从M极向N极移动，故C错误；D．电活性微生物可以使有机物被氧化的反应速率较快，从而加快电子转移，故D正确；故选D。4．（2023·四川成都·石室中学校考一模）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．电极为负极，发生氧化反应B．电极上的电极反应式为C．理论上，每有与结合，电路中转移的电子数为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【答案】C【解析】A．由图可知，NiYSZ电极CH4→CO2，C元素化合价升高，电极反应式为CH4＋2O24e=CO2＋2H2，为该电解池的阳极，发生氧化反应，A错误；B．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＋4e=C＋3O2−；B错误；C．Ni电极上每转移4mol电子会生成3molO2−，其中2molO2−用于参加阳极反应生成CO2，另1molO2−与生成的CO2结合成，故理论上，每有1molCO2与O2结合，电路中转移电子数为4NA，C正确；D．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。故选C。5．（2023·吉林长春·东北师大附中校考三模）实验小组研究金属电化学腐蚀，实验如下：实验装置5min时现象25min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。下列说法不正确的是A．实验Ⅱ中时出现红色区域，说明铁钉腐蚀速率比Ⅰ快B．实验Ⅱ中正极的电极反应式：C．实验I如果使用纯铁材质铁钉能减慢其腐蚀速率D．若将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【答案】A【分析】实验Ⅰ铁钉周边零星、随机出现极少量红色和蓝色区域，正极发生的是氧气得电子的还原反应，即2H2O+O2+4e=4OH，使酚酞溶液变红，负极是金属铁失电子的氧化反应，即Fe2e=Fe2+，与K3[Fe(CN)6]出现蓝色区域，Fe2++2OH=Fe(OH)2，合并得到：2Fe+2H2O+O2=2Fe(OH)2↓，4Fe(OH)2+2H2O+O2=4Fe(OH)3，有少量红棕色铁锈生成，实验Ⅱ5min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，25min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Zn保护了Fe，使铁的腐蚀速率比实验I慢，据此分析答题。【解析】A．实验Ⅱ5min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，25min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Zn保护了Fe，使铁的腐蚀速率比实验I慢，A错误；B．实验Ⅱ中金属铜是正极，氧气发生得电子的还原反应：O2+2H2O+4e═4OH，B正确；C．实验I如果使用纯铁材质铁钉只能进行化学腐蚀，而不纯的铁质材料则能够形成电化学腐蚀，电化学腐蚀速率比化学腐蚀快，故能减慢其腐蚀速率，C正确；D．将Zn片换成Cu片，铁做负极加快腐蚀，推测Cu片周边会出现红色，铁钉周边会出现蓝色，D正确；故选A。1．（2023·重庆·育才中学校联考模拟预测）下列文物修复与保护，主要运用“金属电化学腐蚀与金属保护”原理的是选项ABCD文物名称元青花四爱图梅瓶越王勾践剑云梦睡虎地秦简石家河玉人像【答案】B【解析】“瓶”主要成分是硅酸盐；“剑”主要成分是合金；“简”主要成分是纤维素；“玉”主要成分是硅酸盐等，剑的修复和保护要运用金属电化学腐蚀知识和金属保护知识；故选B。2．（2023·河北沧州·联考三模）出土于陕西的两千多年前的越王剑(主要成分为铁)，现藏于广州博物馆，该剑剑格左右侧皆以鸟虫书体铸刻“王戊”二字，剑色为水银古，时至如今，依然锋利。剑脊含铜量较多，韧性好，不易折断；刃部含锡高，硬度强，可见其性能优异，锻造技术优良。下列叙述错误的是已知：剑在地下因构成原电池发生了腐蚀，导致生锈(Fe2O3)。A．铁与铜、锡构成原电池时，铁为负极B．铁发生的电极反应为Fe3e=Fe3+C．酸性环境下剑腐蚀的过程中会产生氢气D．生成80gFe2O3时理论上转移3mol电子【答案】B【解析】A．铁与铜、锡构成原电池时，铁的活泼性强于铜和锡，铁作负极，A正确；B．铁电极反应为Fe2e=Fe2+，B错误；C．酸性环境下剑腐蚀的过程为析氢腐蚀，正极会产生氢气：2H++2e=H2，C正确；D．生成Fe2O3时理论上转移电子3mol，D正确；故选B。3．（2023·辽宁沈阳·校联考一模）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(普鲁士白)和(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：C．充电时，电路中每转移电子，阳极质量增加D．比能量：锂离子电池高于钠离子电池【答案】C【分析】根据图示，放电时，中的钠失去电子生成，因此为负极，据此答题。【解析】A．放电时，左边电极为正极，电极电势高，A正确；B．放电时，负极的电极反应式可表示为：，B正确；C．充电时，阳极反应式为：，电路中每转移电子，阳极质量减少，C错误；D．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为失去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，D正确；故选C。4．（2023·河北衡水·联考三模）钒电池是化学储能领域的一个研究热点，储能大、寿命长，利用该电池电解含的废水制备硝酸和氨水的原理如图所示，a、b、c、d电极均为惰性电极。下列说法中正确的是A．用钒电池处理废水时，a电极区溶液由蓝色变成黄色B．电势：a极高于c极C．膜2为阴离子交换膜，p口流出液为D．当钒电池有通过质子交换膜时，处理含的废水【答案】B【分析】钒电池放电时，阳离子向正极移动，则a为正极，b电极为负极，右图为电解池，电解含NH4NO3的废水制备硝酸和氨水，c电极为阴极，d电极为阳极，以此解答。【解析】A．钒电池放电时，a电极上VO→VO2+、发生得电子的还原反应、a电极为正极，b电极作负极，正极反应式为VO+2H++e=VO2++H2O，a电极区溶液由黄色变成蓝色，A错误；B．钒电池放电时，阳离子向正极移动，则a为正极，b电极为负极，电解池中c极为阴极，则电势：a极高于c极，B正确；C．右图为电解池，电解含NH4NO3的废水制备硝酸和氨水，c电极为阴极，d电极为阳极，阴极上H2O得电子生成H2和OH，废水中NH通过隔膜1进入X区，OH与NH反应生成NH3·H2O，阳极上H2O失电子生成O2和H+，废水中NO通过隔膜2进入Y区，H+与NO结合为HNO3，隔膜1为阳离子交换膜，隔膜2为阴离子交换膜，故q口流出液为硝酸，C错误；D．右图中阳极反应式为2H2O4e=O2↑+4H+，阴极反应式为2H2O+2e=H2↑+2OH，当左图装置中有2molH+通过质子交换膜时n()=2mol，所以质量为2mol×80g/mol=160g，D错误；故选B。5．（2024·陕西商洛·校联考一模）某新型光催化钠离子二次电池的工作原理如图所示。下列有关说法错误的是A．充电时，阴极的电极反应式为B．离子交换膜应选择阳离子交换膜C．放电时，每消耗，离子交换膜左室电解质溶液质量理论上增加46gD．适当提高电解液的浓度可提升该电池存储的能量【答案】C【分析】充电时，为电解池，石墨电极S元素被还原，为阴极，光催化电极I元素被氧化，作阳极；则放电时石墨电极为负极，光催化电极为正极，据此分析解题。【解析】A．充电时，石墨电极为阴极，电极反应式为，故A正确；B．放电时，钠离子由左侧向右侧迁移，充电时，钠离子由右侧向左侧迁移，故离子交换膜为阳离子交换膜，故B正确；C．放电时，消耗NaI3，电极反应式为，每消耗1molNaI3，转移电子数为，且钠离子由左侧向右侧迁移，离子交换膜左室电解质溶液质量减少46g，故C错误；D．适当提高电解液的浓度有利于提升该电池的存电量，故D正确；故选C。6．（2023·广东·惠州一中校联考三模）如图，某液态金属储能电池放电时产生金属化合物下列说法中正确的是A．放电时，电子从外电路进入M电极B．放电时，由M电极向N电极移动C．充电时，N电极反应为D．可用LiCl和KCl水溶液代替熔融LiCl和KCl【答案】C【分析】M极比活泼，也比N极的金属活泼，故放电时，M极作负极，电极反应为，N极为为正极，电极反应为。【解析】A．由分析可知，放电时，M极失去电子，A错误；B．放电时，M为负极，N为正极，由N电极向M电极移动,B错误；C．充电时，N电极反应为，C正确；D．不可用LiCl和KCl水溶液代替熔融LiCl和KCl，碱金属会与水反应，D错误；故选C。7．（2023·吉林长春·统考一模）我国科学家研发出一种新型的锌碘单液流电池，其原理如图所示。设为阿伏加德罗常数的值，下列说法错误的是A．放电时，B电极反应式：B．放电时，电解质储罐中离子总浓度增大C．M为阳离子交换膜，N为阴离子交换膜D．充电时，A极增重32.5g时，C区增加的离子数为【答案】C【分析】由装置图可知，放电时，Zn是负极，负极反应式为Zn2e═Zn2+，石墨是正极，反应式为I2+2e=2I，外电路中电流由正极经过导线流向负极，充电时，阳极反应式为2I2e=I2、阴极反应式为Zn2++2e=Zn,据此分析解答。【解析】A．放电时，B电极为正极，I2得到电子生成I，电极反应式为I2+2e=2I，故A正确；B．放电时，左侧即负极，电极反应式为Zn2e═Zn2+，所以储罐中的离子总浓度增大，故B正确；C．离子交换膜是防止正负极I2、Zn接触发生自发电，负极区生成Zn2+、正电荷增加，正极区生成I、负电荷增加，所以Cl通过M膜进入负极，K+通过N膜进入正极，所以M为阴离子交换膜，N为阳离子交换膜，故C错误；D．充电时，A极反应式Zn2++2e=Zn，A极增重32.5g转移1mol电子，所以C区增加1molK+、1molCl，离子总数为2NA，故D正确。故选C。8．（2023·河南新乡·统考一模）锌电池具有成本低、安全性强、可循环使用等优点。一种新型锌电池的工作原理如图所示(凝胶中允许离子生成或迁移)。下列说法错误的是A．基态锰原子价电子排布式为B．放电过程中，a极的电极反应式为C．放电过程中，转移时，b极消耗D．配离子中Zn采用的是杂化，该配离子为空间四面体结构【答案】B【分析】该新型锌电池放电时b极为负极，Zn发生失电子的氧化反应生成[Zn(OH)4]2，a极为正极，MnO2发生得电子的还原反应转化成Mn2+；充电时，b极为阴极，a极为阳极。【解析】A．Mn原子核外有25个电子，基态Mn原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d54s2，价电子排布式为3d54s2，A项正确；B．放电过程中a极为正极，a极上MnO2发生得电子的还原反应转化成Mn2+，电极反应式为MnO2+2e+4H+=Mn2++2H2O，B项错误；C．放电过程中，b极为负极，b极电极反应式为Zn2e+4OH=[Zn(OH)4]2，转移2mol电子b极消耗0.4molOH，则转移0.4mole时b极消耗0.8molOH，C项正确；D．[Zn(OH)4]2中中心离子Zn2+的价电子排布式为3d10、处于全充满，不参与成键，1个Zn2+与4个OH形成4个配位键，则Zn2+的4s、4p轨道采取sp3杂化，[Zn(OH)4]2为空间四面体结构，D项正确；故选B。9．（2023·宁夏银川·校考一模）目前可采用“双极膜组“电渗析法淡化海水，同时获得副产品A和B，其模拟工作原理如图所示。M和N为离子交换膜，在直流电作用下(BP)复合层间的H2O解离成H+和OH﹣，作为H+和OH﹣的离子源。下列说法正确的是A．X电极为阴极，电极反应式为2H2O+2e﹣=2OH﹣+H2↑B．“双极膜组”电渗析法可应用于从盐溶液(MX)制备相应的酸(HX)和碱(MOH)C．M为阳离子交换膜，N为阴离子交换膜，BP膜作用是选择性通过Cl﹣和Na+D．电路中每转移0.5mol电子，理论上获得副产品A和B各0.25mol【答案】B【分析】由BP双极膜中H+、OH﹣移动方向可知：X电极为电解池的阳极，电极反应式为：2Cl﹣﹣2e﹣=Cl2↑；Y电极为阴极，电极反应式为：2H++2e﹣=H2↑，电解总反应为2H2O+2Cl﹣Cl2↑+H2↑+2OH﹣。精制盐水中Na+经过M离子交换膜移向产品A室，与BP双极膜中转移过来的OH﹣结合生成NaOH，所以M膜为阳离子交换膜，盐室中Cl﹣经过N离子交换膜移向产品B室，与BP双极膜中转移过来的H+结合生成HCl，所以N膜为阴离子交换膜。【解析】A．由以上分析知，X电极反应式为：2Cl﹣﹣2e﹣=Cl2↑；Y电极为阴极2H++2e﹣=H2↑，故A错误；B．“双极膜组”电渗析法从NaCl溶液获得酸(HCl)和碱(NaOH)，故B正确；C．由题意可知：精制盐水中Na+经过M离子交换膜移向产品A室，Na+与BP双极膜中转移过来的OH﹣结合生成NaOH，所以M膜为阳离子交换膜，Cl﹣经过N离子交换膜移向产品B室，与BP双极膜中转移过来的H+结合生成HCl，所以N膜为阴离子交换膜，BP膜作用是选择性通过H+和OH，故C错误；D．阳极反应式为电极反应式为：2Cl﹣﹣2e﹣=Cl2↑，电路中每生成1molCl2，转移电子2mol，理论上获得副产品A(NaOH溶液)和B(HCl溶液)各2mol，则电路中每转移0.5mol电子，理论上获得副产品A和B各0.5mol，故D错误；故选B。10．（2023·浙江杭州·校考模拟预测）用惰性电极电解法制备硼酸[或]的工作原理如图所示(阳膜和阴膜分别只允许阳离子和阴离子通过)。下列有关说法正确的是A．1、3膜为阴膜，2膜为阳膜B．b极的电极反应式为C．每增加产品，NaOH溶液增重23gD．产品室中发生的反应是【答案】D【分析】由图可知，b电极为阳极，电解时阳极上水失电子生成O2和H+，a电极为阴极，电解时阴极上水得电子生成H2和OH，原料室中的Na+通过阳膜1进入a极室，溶液中c(NaOH)增大，原料室中的通过阴膜2进入产品室，b极室中氢离子通入阳膜3进入产品室，、H+发生反应生成H3BO3；a、b电极反应式分别为2H2O+2e=H2↑+2OH、2H2O4e=O2↑+4H+。【解析】A．由上述分析可知，1、3膜为阳膜，2膜为阴膜，故A错误；B．b极为阳极，电极反应为2H2O4e=O2↑+4H+，故B错误；C．每增加1molH3BO3产品，则有1molNa+移向NaOH溶液，同时有0.5molH2生成，因此NaOH溶液质量增加1mol×23g/mol0.5mol×2g/mol=22g，故C错误；D．产品室中、H+发生反应生成H3BO3，反应离子方程式为+H+=B(OH)3+H2O，故D正确；故选D。11．（2023·陕西汉中·统考一模）一种新型电池是利用催化剂Ag@AgBr/mp―可以光降解2萘酚，将其处理成无害物，装置如图。下列说法正确的是A．工作时的负极发生反应：B．装置只是将化学能转化为电能C．工作时，从负极迁移到正极D．b极电势高于a极【答案】A【分析】该装置为原电池，由图可知，a极氧元素价态降低得电子，故a极为正极，b极为负极，据此作答。【解析】A．b极为负极，电极反应式为：46e+23O2=10CO2↑+4H2O，故A正确；B．该装置为原电池，由图可知，光能和化学能转化为电能，故B错误；C．原电池工作时，O2(阴离子)从正极迁移到负极，故C错误；D．a极为正极，b极为负极，a极电势高于b极，故D错误。故选A。12．（2023·吉林长春·统考一模）科学家设想利用图示装置进行的固定，同时产生电能，该装置工作时，生成的碳附着在电极上，下列说法错误的是A．多孔催化剂电极为正极，放电时发生还原反应B．采用多孔催化剂电极有利于扩散到电极表面C．导线中流过，理论上就有由负极区进入正极区D．负极区可以选用水溶液作电解质溶液【答案】D【分析】由锂离子的移动方向可知，电解板(Li)为原电池的负极，锂在负极失去电子发生氧化反应生成锂离子，电极反应式为Li—e—=Li+，多孔催化剂电极为正极，二氧化碳在正极得到电子发生还原反应生成碳酸根离子和碳，电极反应式为3CO2+4e—=2CO+C。【解析】A．由分析可知，多孔催化剂电极为正极，二氧化碳在正极得到电子发生还原反应生成碳酸根离子和碳，故A正确；B．多孔催化剂电极可以增大电极的表面积，有利于二氧化碳扩散到电极表面参与放电，故B正确；C．由分析可知，导线中流过2mol电子，负极生成2mol的锂离子通过阳离子交换膜由负极区进入正极区，故C正确；D．锂能与水反应生成氢氧化锂和氢气，则负极区不能选用水溶液作电解质溶液，故D错误；故选D。13．（2024·浙江温州·统考一模）利用电化学富集海水中锂的电化学系统如图所示。该电化学系统的工作步骤如下：①启动电源1，所在腔室的海水中的进入结构而形成；②关闭电源1和海水通道，启动电源2，使中的脱出进入腔室2。下列说法不正确的是A．启动电源1时，电极1为阳极，发生氧化反应B．启动电源2时电极反应式为：C．电化学系统提高了腔室2中LiOH的浓度D．启动至关闭电源1，转化的与生成的之比为，可得中的x=1.2【答案】B【分析】由题意知，启动电源1，使海水中Li+进入MnO2结构形成LiMn2O4；可知二氧化锰中锰的化合价降低，为阴极，电极反应式为2MnO2+Li++e=LiMn2O4，电极1为阳极，连接电源正极；关闭电源1和海水通道，启动电源2，向电极2上通入空气，使中的Li+脱出进入室2，