专题02 电化学及其应用（期末复习专项训练）高二化学上学期鲁科版（解析版）

1/1专题02电化学及其应用题型1原电池的工作原理题型2可充电电池（重点）题型3燃料电池（难点）题型4新型电池（难点）题型5电解池的工作原理及规律（重点）题型6电解原理的应用（重点）题型7金属的腐蚀与防护题型8电化学的相关计算（难点）题型1原电池的工作原理1．【原电池工作原理】下图中a、b分别是原电池的两极，连通电路后发现x处的电势低于y处的电势，下列组合中符合题意的是a极板材料b极板材料a极名称z溶液ACuZn负极HBZnFe负极FeSOCCuAg正极CuSODZn石墨正极NaOHA．A B．B C．C D．D【答案】B【分析】a、b分别是原电池的两极，连通电路后发现x处的电势低于y处的电势，y是电解池阳极、x是电解池阴极，则b是原电池正极、a是原电池负极。【解析】铜、锌、硫酸构成原电池中，铜为原电池正极、锌为负极，故A错误；锌、铁、硫酸亚铁构成的原电池，锌为负极、铁为正极，故B正确；铜、银、硫酸铜不能发生自发氧化还原反应，不能构成原电池，故C错误；锌、石墨、氢氧化钠构成原电池，锌为负极，故D错误；故选B。2.【碳-铁原电池工作原理】关于如图所示原电池装置，下列说法正确的是A．外电路中电子由铁片流向碳棒B．该装置能将电能转化为化学能C．碳棒是负极D．该装置正极反应为：Fe【答案】A【分析】该装置为原电池，铁失电子沿外电路转移到碳棒，溶液中的H+在碳棒附近得电子生成氢气，实现化学能转化为电能，据此作答。【解析】外电路中电子从铁电极经电流表到正极（碳棒），A正确；该装置为原电池，实现化学能转化为电能，B错误；碳棒是电子流入的一极，也是电流流出的一极，碳棒为正极，C错误；正极的电极反应式为2H++2e-=H2↑，D错误；故选A。3．【海洋原电池工作原理】我国首创的海洋电池是以铝板和铂网为电极，海水为电解质溶液，电池总反应为4Al+3OA．电池工作时，铂网上发生还原反应B．电池工作时，铝板为负极C．电池工作时，正极反应为OD．电池工作时，铂网电极附近Na+的浓度增大【答案】C【解析】铝比铂活泼，故铂网为正极，氧气在正极得电子，发生还原反应，A不符合题意；铝比铂活泼，故铝板为负极，失去电子，被氧化，B不符合题意；正极反应应为氧气得电子生成OH⁻，故电极反应式为O2+2H2O题型2可充电电池4．【铅酸可充电电池工作原理】铅酸蓄电池是一种二次电池，其构造如图所示。关于该电池及其工作原理，下列说法错误的是A．放电时，二氧化铅发生还原反应B．放电时，H+C．放电时，负极反应为PbD．充电时，能量转化的主要形式：电能转化为化学能【答案】C【分析】铅酸蓄电池放电时负极为Pb，电极反应为Pb-2e-+SO42−=PbSO【解析】铅蓄电池中二氧化铅为正极，发生还原反应，A正确；原电池中阳离子向正极移动，B正确；放电时，负极反应为Pb-2e-+SO42−=PbSO解题要点(1)二次电池充电时的电极连接方法——正接正，负接负。(2)充电时的电极反应式的书写放电时的负极反应式充电时的阴极反应式放电时的正极反应式充电时的阳极反应式5．【光催化钠离子二次电池工作原理】光催化钠离子二次电池的应用研究取得重大进展，该电池工作原理如下图所示，放电时光催化电极发生反应：I3A．放电时，电子从石墨电极流出通过导线流向光催化电极B．放电时，每生成1 mol SC．充电时，S2−D．充电时，石墨电极的电极反应式为S【答案】C【分析】放电时，光催化电极发生反应I3−+2e【解析】放电时，石墨电极为负极、光催化电极是正极，电子从石墨电极流出通过导线流向光催化电极，故A正确；放电时，根据4S2−−6e−=S42−，每生成1 mol S42−，转移6mol电子，有6mol钠离子由左室通过离子交换膜进入右室，右室电解质溶液质量增加6mol×23g/mol=1386．【液流二次电池工作原理】液流电池是电化学储能领域的研究热点，其电解液置于电堆外部，在循环泵的推动下流经电堆，实现化学能与电能的转换。下图是全钒液流电池的结构及工作原理示意图。下列说法正确的是A．放电时，电子由A极流出，经负载到B极B．充电时A极应与电源的负极相连C．放电时每转移1mole-，有1molH+通过质子交换膜移向B极区D．放电时正极反应式：VO2++2H++e-=VO2++H【答案】D【分析】放电时，电子由负极流出经负载到正极，负极发生氧化反应，化合价升高，正极发生还原反应，化合价降低，所以A为正极，B为负极，充电时，则A为阳极，B为阴极，据此解答。【解析】放电时，电子由负极流出经负载到正极，则电子应从负极（B极）流出到A极，A错误；充电时，原电池的正极（A极）应作为电解池的阳极，与电源正极相连，B错误；放电时，H⁺作为阳离子移向正极（A极区），而非B极区，C错误；放电时正极发生还原反应，VO2+（V+5价）得1e⁻还原为VO²⁺（V+4价），反应式为VO2++2H++e-=VO2++H题型3燃料电池7．【肼燃料电池分析】如图所示是一种以液态肼N2H4A．放电时，电子的流向为电极甲→固体氧化物→电极乙B．放电时，电池内的O2−C．电池负极反应为：ND．当电路中通过4mole−时，电极乙上有【答案】C【分析】该电池中以液态肼为燃料，通入N2H4的电极为负极，即电极甲为负极，通入氧气的电极为正极，即电极乙为正极，据此解答。【解析】电子不能通过电解质，故A错误；原电池中阴离子移向负极，故放电时，电池内的O2-由电极乙移向电极甲，故B错误；反应生成物均为无毒无害的物质，所以N2H4被氧气氧化生成N2和H2O，电解质为固体氧化物，O2-在该固体氧化物电解质中自由移动，故负极反应为：N2H4−4e解题要点燃料电池正极反应式的书写(1)酸性电解质溶液环境下电极反应式：O2+4H++4e-2H2O；(2)碱性电解质溶液环境下电极反应式：O2+2H2O+4e-4OH-；(3)固体电解质(高温下能传导O2−)环境下电极反应式：O2+4e-2(4)熔融碳酸盐(如熔融K2CO3)环境下电极反应式：O2+2CO2+4e-2CO38．【NO-空气质子交换膜燃料电池分析】某科研小组研制的NO-空气质子交换膜燃料电池工作原理如图所示。下列说法错误的是A．左侧Pt电极为燃料电池的负极B．右侧电板反应式为O2+2H2O+4e-=4OH-C．产生1molHNO3，理论上消耗O216.8L(标准状况)D．该电池实现了制硝酸、发电、环保三位一体【答案】B【分析】由图可知，左边Pt电极上通入的NO转化成HNO3，NO失电子，作负极，电极反应式为：NO−3e−+2【解析】根据分析，左侧Pt电极为燃料电池的负极，A正确；根据分析，右侧Pt电极为正极，电极反应式为：O2+4e−+4H+=2H2O，B错误；根据分析的正负极电极反应式可知，产生1molHNO39．【过氧化氢燃料电池分析】在新型能源技术里，直接过氧化氢燃料电池(DPPFC)备受关注。它独特之处在于用H2O2A．该电池表明H2B．电极电势：石墨1<石墨2C．电池的总反应为2D．当外电路通过0.4mole−时，中间室生成K【答案】D【分析】由图中电子移动方向可知，石墨1为负极，在碱性条件下过氧化氢被氧化生成氧气和水，电极反应式为：H2O2-2e-+2OH-=2H2O+O2↑，负极室溶液中钾离子通过阳离子交换膜1进入中间室；石墨2为正极，在酸性条件下过氧化氢被还原生成水，电极反应式为：H2O2+2e-+2H+=2H2O，正极室溶液中的硫酸根离子通过阴离子交换膜2进入中间室，则电池总反应为2H【解析】由分析可知，石墨1为负极，在碱性条件下过氧化氢被氧化生成氧气和水；石墨2为正极，在酸性条件下过氧化氢被还原生成水，电极反应说明过氧化氢在酸性环境中的氧化性强于碱性环境，A正确；正极电势高于负极，石墨1是负极，石墨2是正极，所以电极电势：石墨1<石墨2，B正确；由分析可知，电池总反应为：2H2O2+2OH−+2H+=4H2O+O2↑，C正确题型4新型电池10．【锂离子电池分析】锂离子电池因其高能量密度、快速充电等优点受到广泛的应用。某种可充电锂离子电池装置如图所示，电池总反应为LixCyA．充电时，LixB．放电时，Li+C．放电时，LiCoO2侧电极反应为Li1−xD．充电时，Li+从LiCoO2侧移向【答案】B【分析】由电池总反应可知，放电时为原电池，LixCy电极发生氧化反应：LixCy-+Cy，作负极；LiCoO2电极发生还原反应：Li1−xCoO【解析】由分析可知，A正确；放电时为原电池，阳离子移向正极，即Li+从石墨中脱嵌移向正极，B错误；由分析可知，放电时LiCoO2侧电极反应为Li1−xCoO2+xLi++xe−=解题要点电极反应式的书写方法①首先写出较简单的电极反应式；②复杂电极反应式＝总反应式-简单电极反应式；③注意得失电子守恒。11．【水凝胶热化学电池分析】哈尔滨工业大学黄燕教授团队开发的一种水凝胶热化学电池的工作原理如图，用于水凝胶热化学电池的电解质主要为有机聚合物水凝胶，下列说法错误的是A．水凝胶热化学电池两电极之间没有温差时，两电极之间没有电流B．该装置的能量转化形式为：热能→化学能→电能C．电子流向为热端→负载→冷端→热端D．冷端为电池正极，发生还原反应【答案】C【分析】根据电池中微粒变化情况，右侧冷端是K3【解析】根据题意可知，水凝胶热化学电池依赖“温差”产生电势差，若两端无温差，则无外电流，A正确；装置利用热能驱动氧化还原反应，先将热能转变为化学能，再由该氧化还原反应放电产生电能，B正确；外电路中电子总是从负极(热端)经负载流向正极(冷端)，并不会再经电解质溶液从冷端回流到热端，C错误；冷端为正极，发生还原反应；热端为负极；发生氧化反应，D正确；故选C。12．【新型电池及其应用】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(主要成分为NaCl，还含有Na2SO4等杂质)。下列说法错误的是A．电池工作一段时间后，右室溶液的pH增大B．若将含有26gCNC．a极电极反应式：2CN−D．交换膜I为阳离子交换膜【答案】D【分析】由图可知，a电极上CN-在碱性条件下失去电子生成碳酸根、氮气，电极反应为2CN【解析】b为电池正极，电极反应式为2H++2e−=H2↑，该反应消耗氢离子，所以右室溶液的pH增大，A正确；26gCN-的物质的量为1mol，由a极电极反应式可知，消耗1molCN-时转移5mol电子，根据电荷守恒可知，可同时处理5molNaCl，其质量为mNaCl=5mol×58.5g/mol=292.5g，但由于海水中还含有题型5电解池的工作原理及规律13．【电解原理分析】一种基于电解原理的湿法冶铁装置如图所示，电解过程中，下列说法不正确的是A．阳极生成的气体为ClB．阳极区溶液的pH升高C．阴极反应：FeD．该工艺可同时获得Fe、Cl【答案】B【解析】阳极失去电子，在饱和食盐水中主要发生2Cl−

-2e⁻=Cl2的氧化反应，故A正确；由于该区与阴极区之间通过阳离子交换膜隔开，OH⁻无法跨膜迁移至阳极区，且阳极区副反应往往会使溶液产生一定的酸性，故阳极区溶液的pH实际上会降低而非升高，故B错误；阴极得到电子，阴极反应：Fe2O3+6e-+3H2O=2Fe+6OH−，故C正确；根据以上分析可知该工艺可同时获得Fe、Cl2、浓NaOH，故D正确解题要点电解池电极反应式的书写(1)用惰性电极电解，分析溶液中的阴阳离子：阳离子向阴极移动，分析阳离子在阴极上得电子的顺序；阴离子向阳极移动，分析阴离子在阳极上失电子的顺序。(2)金属被腐蚀溶解的作阳极，被保护不被腐蚀的作阴极。(3)在写电极反应式时，要考虑电解质溶液的酸碱性、离子交换膜、甚至反应的区域等对电极产物的影响。14．【电解池的装置分析】5N(表示纯度)高纯铜作为现代尖端领域的基础材料，与常规的4N铜相比，拥有更低的电阻率、更高的导热性能等。以4N铜为原料，H2O2A．4N铜应连接电源的正极B．阴极的副反应为NOC．每生成64g铜，电路中转移的电子数为2D．H2O2【答案】C【分析】图中4N钛极板附近，硝酸根、铜离子得电子发生还原反应生成亚硝酸根、铜单质，4N钛极板为阴极，则4N铜在电解池中失电子发生氧化反应，4N铜电极为阳极，应连接化学电源的正极。【解析】结合分析知，4N铜电极为阳极，应连接化学电源的正极，故A正确；图中4N钛极板为阴极，如图所示，阴极的副反应为硝酸根离子得电子生成亚硝酸根离子，根据电荷守恒、原子守恒知，该离子方程式无误，故B正确；当生成64g铜（1mol）时，铜元素的化合价：0价→+2价，转移2mol电子，但阴极还存在硝酸根得电子生成亚硝酸根离子的副反应，实际电路中转移的电子数大于2NA，故C错误；H2O2具有氧化性，可将副反应产生的亚硝酸根离子氧化成硝酸根离子，从而可以在一定程度上维持NO3−的浓度，故D正确15.【电解池制备CrO3】Na2Cr2O7的酸性水溶液随着A．电解时离子交换膜为质子交换膜B．生成O2和H2C．电解一段时间后阴极区溶液OH−D．CrO3的生成反应为：【答案】A【分析】由图可知，左侧电极上生成O2，右侧电极上生成H2，知左侧电极为阳极，发生反应：2H2O-4e−=4H++O2↑，右侧电极为阴极，发生反应：2H【解析】由以上分析知，电解时阳极生成的H+不能通过离子交换膜，故离子交换膜不能是质子交换膜，通过离子交换膜的是Na+，A错误；根据各电极上转移电子数相同，可知生成O2和H2的物质的量之比为1∶2，其质量比为8∶1，B正确；根据阴极反应2H2O+2e−=2OH-+H2↑知，电解一段时间后阴极区溶液OH−题型6电解原理的应用16．【氯碱工业中电解原理的应用】图为氯碱工业原理示意图。下列说法不正确的是A．电极a发生反应：2B．阴极室通入的是稀NaOH溶液C．改用阴离子交换膜不影响生产效果D．理论上，每生成22.4LCl2【答案】C【分析】图为氯碱工业原理示意图，根据Na+移动方向可知电极a为阳极，氯离子在阳极放电生成氯气，电极反应式为：2Cl−−2e−=Cl【解析】由分析可知，电极a为阳极，电极反应式为：2Cl−−2e−=Cl2↑，A正确；H2、NaOH在阴极生成，则阴极室的B处通入的是稀NaOH溶液，为了增强导电性，B正确；若改用阴离子交换膜，OH−会通过阴离子交换膜向阳极移动，与阳极产生的Cl2发生反应，会影响生产效果，C错误；阳极电极反应式为：2Cl−−217．【电化学脱硫中电解原理的应用】电化学脱硫在金属冶炼和废水处理中均有应用。一种电化学脱硫工作原理示意图如图所示。该装置工作时，下列说法错误的是A．a为直流电源负极B．导线中通过4.5mole−C．Mn2+和MnD．电解一段时间后，阴极区溶液pH无明显变化【答案】B【分析】该装置为电解池原理，右侧电极发生Mn2+失电子生成Mn3+，该电极为阳极，连接电源b极为正极，电解质溶液中发生9Mn3+【解析】根据上述反应可知，右侧电极发生Mn2+失电子生成Mn3+，该电极为阳极，连接电源b极为正极，a极为电源负极，A正确；阳极区发生Mn2+−e−=Mn3+，电解质溶液中发生9Mn3++FeS+4H2O=9Mn2++Fe3++SO42−+8H+，且H+从阳极区移向阴极区，转移4.5mole⁻时，有4.5molMn3+生成，能溶解0.5molFeS，使溶液增重质量0.5mol×88g/mol=44g18．【电解原理在物质制备方面的应用】以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OA．电极a连接电源负极B．电解总反应式为Br−+3C．Z为O2，加入的Y为D．催化阶段反应产物的物质的量之比n(【答案】D【分析】电极b为阳极，Br-被氧化为BrO3【解析】电极a发生水被还原生成氢气的反应，为阴极，连接电源负极，A正确；电解时，阳极Br-被氧化为BrO3−（Br：-1→+5，失6e⁻），阴极H₂O被还原为H2（2H2O+2e-=H2↑+2OH-，每生成1molH2得2e-）。电子守恒时，阳极1molBr-失6e-，阴极需生成3molH2得6e-，总反应为Br-+3H2O=通电BrO3−+3H2↑，B正确；催化阶段转化为BrO3−转化为Br-（Br：+5→-1，得电子），需另一物质失电子生成O2（O：-2→0），故Z为O2，Y为提供O的H2O，C正确；催化阶段，BrO3−→Br-（得6e-/Br-），O2←H2O（失4e-/O2）。电子守恒：n(Br-)×6=n(O题型7金属的腐蚀与防护19．【金属的腐蚀分析】下列与金属腐蚀有关的说法中，正确的是A．钢铁在潮湿空气中生锈属于析氢腐蚀B．金属腐蚀的本质是金属原子失去电子被还原的过程C．用牺牲阳极法保护船舶的外壳，钢铁做正极D．铝具有很强的抗腐蚀能力，是因为其不易与氧气发生反应【答案】C【解析】钢铁在潮湿空气中生锈主要是吸氧腐蚀，析氢腐蚀需酸性环境，A错误；金属腐蚀的本质是金属原子失去电子被氧化，而非被还原，B错误；牺牲阳极法中，活泼金属作负极，钢铁作为正极被保护，C正确；铝的抗腐蚀性源于其表面形成致密氧化膜，而非不易反应，D错误；故选C。20．【金属腐蚀的快慢比较】下列各容器中盛有海水，铁在其中被腐蚀时腐蚀速率由快到慢的顺序是A．3>1>2>4>5 B．4>3>2>1>5C．3>5>1>2>4 D．5>2>4>3>1【答案】C【解析】根据图示可知，1中铁发生化学腐蚀；2、5装置是原电池，2中金属铁作正极，被保护，5中金属铁作负极，失电子被腐蚀；3、4装置是电解池，3中金属铁作阳极，失电子被腐蚀，4中金属铁作阴极，被保护，对于同一种金属来说，电解原理引起的腐蚀>原电池原理引起的腐蚀>化学腐蚀>原电池原理保护的腐蚀>电解池原理保护的腐蚀，故腐蚀速率由快到慢的顺序为3>5>1>2>4，故C正确。21．【金属腐蚀与防护分析】下列关于电化学腐蚀、防护与利用的说法中，不正确的是A．铜板打上铁铆钉后，铜板不易被腐蚀B．暖气片表面刷油漆可防止金属腐蚀C．阴极的电极反应式为Fe-2e-=Fe2+D．连接锌棒后，电子由锌流向铁管道A．A B．B C．C D．D【答案】C【解析】铜板与铁铆钉以及周围的水膜形成原电池，由于金属铁比铜活泼，铁作原电池的负极被腐蚀，铜作正极而被保护，故铜板不易被腐蚀，A正确；在暖气片表面刷油漆可隔绝暖气片中金属与空气、水等腐蚀性介质的接触，从而能够防止金属发生腐蚀，B正确；在电解时铁管道与电源的负极连接作阴极，发生还原反应，电极反应式应该是得电子的还原反应，在阳极上废铁失去电子发生氧化反应，阳极的电极反应式是：Fe-2e⁻=Fe2+，C错误；由于金属锌比铁活泼，当铁管道连接锌棒后，会金属表面上，Zn-Fe-水膜的形成原电池，活动性强的锌作负极，铁管道作正极，电子由负极锌流向正极铁管道，D正确；故选C。题型8电化学的相关计算22．【燃料电池中有关体积的计算】微生物燃料电池是一种利用微生物将有机物中的化学能直接转化成电能的装置，以葡萄糖为燃料的微生物燃料电池结构示意图如图1所示，并利用此电池为电源模拟电化学降解NO3−，其原理如图2所示。下列说法A．电解过程中，Pt电极为电解池的阳极B．燃料电池工作时，电极A的电极反应式为：OC．燃料电池工作时，电子由B极经电解质溶液流向A极D．理论上，图1中每生成1molCO2，图2中生成标准状况下N【答案】C【分析】图1（微生物燃料电池）：葡萄糖在负极（B）氧化为CO2，电极反应式为：C6H12O6−24图2（电解池）：利用燃料电池供电，NO3−在阴极（Ag-Pt电极）被还原为N2【解析】图2中NO3−在阴极（Ag-Pt电极）被还原为N2，故Pt电极为阳极，连接电源正极，A不符合题意；燃料电池正极（A）发生还原反应，电极反应