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【高考真题解密】高考化学真题题源——专题09《电化学基础》母题解密（全国通用）
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专题09 电化学基础
【母题来源】2022年全国甲卷
【母题题文】一种水性电解液Zn-MnO2离子选择双隔膜电池如图所示(KOH溶液中，Zn2+以Zn(OH)存在)。电池放电时，下列叙述错误的是
A．Ⅱ区的K+通过隔膜向Ⅲ区迁移
B．Ⅰ区的SO通过隔膜向Ⅱ区迁移
C． MnO2电极反应：MnO2+2e-+4H+=Mn2++2H2O
D．电池总反应：Zn+4OH-+MnO2+4H+=Zn(OH)+Mn2++2H2O
【答案】A
【试题解析】
根据图示的电池结构和题目所给信息可知，Ⅲ区Zn为电池的负极，电极反应为Zn-2e-+4OH-=Zn(OH)，Ⅰ区MnO2为电池的正极，电极反应为MnO2+2e-+4H+=Mn2++2H2O；电池在工作过程中，由于两个离子选择隔膜没有指明的阳离子隔膜还是阴离子隔膜，故两个离子隔膜均可以通过阴、阳离子，因此可以得到Ⅰ区消耗H+，生成Mn2+，Ⅱ区的K+向Ⅰ区移动或Ⅰ区的SO向Ⅱ区移动，Ⅲ区消耗OH-，生成Zn(OH)，Ⅱ区的SO向Ⅲ区移动或Ⅲ区的K+向Ⅱ区移动。据此分析答题。
A．根据分析，Ⅱ区的K+只能向Ⅰ区移动，A错误；
B．根据分析，Ⅰ区的SO向Ⅱ区移动，B正确；
C．MnO2电极的电极反应式为MnO2+2e-+4H+=Mn2++2H2O，C正确；
D．电池的总反应为Zn+4OH-+MnO2+4H+=Zn(OH)+Mn2++2H2O，D正确；
故答案选A。
【母题来源】2022年全国乙卷
【母题题文】电池比能量高，在汽车、航天等领域具有良好的应用前景。近年来科学家研究了一种光照充电电池(如图所示)。光照时，光催化电极产生电子和空穴，驱动阴极反应和阳极反应(Li2O2+2h+=2Li++O2)对电池进行充电。下列叙述错误的是
A．充电时，电池的总反应
B．充电效率与光照产生的电子和空穴量有关
C．放电时，Li+从正极穿过离子交换膜向负极迁移
D．放电时，正极发生反应
【答案】C
【试题解析】
充电时光照光催化电极产生电子和空穴，驱动阴极反应（Li++e-=Li+）和阳极反应（Li2O2+2h+=2Li++O2），则充电时总反应为Li2O2=2Li+O2，结合图示，充电时金属Li电极为阴极，光催化电极为阳极；则放电时金属Li电极为负极，光催化电极为正极；据此作答。
A．光照时，光催化电极产生电子和空穴，驱动阴极反应和阳极反应对电池进行充电，结合阴极反应和阳极反应，充电时电池的总反应为Li2O2=2Li+O2，A正确；
B．充电时，光照光催化电极产生电子和空穴，阴极反应与电子有关，阳极反应与空穴有关，故充电效率与光照产生的电子和空穴量有关，B正确；
C．放电时，金属Li电极为负极，光催化电极为正极，Li+从负极穿过离子交换膜向正极迁移，C错误；
D．放电时总反应为2Li+O2=Li2O2，正极反应为O2+2Li++2e-=Li2O2，D正确；
答案选C。
【命题意图】考查电化学原理的应用，考查新情境下电解池和原电池的工作原理及应用，很好的落实了宏观辨识与微观探析、证据推理与模型认知、科学精神与社会责任等学科素养。明确电解池过程、原电池过程、图示中的物质转化是解题的关键。
【命题方向】
电化学是历年高考的重要考点之一，考查的内容为：提供电极材料和电解质溶液判断能否形成原电池，原电池电极名称判断及电极反应式的书写，提供反应方程式设计原电池、电解池（包括电镀池、精炼池），根据电解时电极质量或溶液pH的变化判断电极材料或电解质种类，电解产物的判断和计算，结合图像考查电极质量或电解质溶液质量分数的变化。展望2023年高考化学试题呈现仍然会以我国化学领域最近取得的重大创新科研成果为载体考查考生的必备知识和关键能力，考查社会主义核心价值观个人层面的爱国精神，落实了立德树人的教育根本任务。
【得分要点】
化学反应主要是物质变化，同时也伴随着能量变化。电化学是化学能与电能转化关系的化学。电解池是把化学能转化为电能的装置，其构成条件为①能自发发生氧化还原反应。②具有活动性不同的两个电极(金属和金属或金属和非金属)。③形成闭合回路或在溶液中相互接触。
一．掌握原电池电极反应式的书写
（1）准确判断原电池的正负极是书写电极反应的关键。
如果原电池的正负极判断失误，电极反应式的书写一定错误。判断正负极的方法不是绝对的，例如铜片和铝片同时插入浓硝酸溶液中，由于铝片表明的钝化，这时铜失去电子，是负极，其电极反应为：
负极：Cu−2e−Cu2+
正极：2+ 4H+ + 2e−2H2O + 2NO2↑
再如镁片和铝片同时插入氢氧化钠溶液中，虽然镁比铝活泼，但由于镁不与氢氧化钠反应，而铝却反应，失去电子，是负极，其电极反应为：
负极：2Al + 8OH−−6e−2+ 2H2O
正极：6H2O+6e−6OH−+3H2↑
（2）要注意电解质溶液的酸碱性。
在正负极上发生的电极反应不是孤立的，它往往与电解质溶液紧密联系，如氢氧燃料电池有酸式和碱式，在酸溶液中，电极反应式中不能出现OH−，在碱溶液中，电极反应式中不能出现H+，像CH4、CH3OH等燃料电池，在碱溶液中碳（C）元素以离子形式存在，而不是放出CO2气体。
（3）要考虑电子的转移数目。
在同一个原电池中，负极失去电子数必然等于正极得到的电子数，所以在书写电极反应时，一定要考虑电荷守恒。防止由总反应方程式改写成电极反应式时所带来的失误，同时也可避免在有关计算中产生误差。
（4）要利用总的反应方程式。
从理论上讲，任何一个自发的氧化还原反应均可设计成原电池，而两个电极反应相加即得总反应方程式。所以只要知道总反应方程式和其中一个电极反应，便可以写出另一个电极反应方程式。
注意：介质对电极反应式书写的影响
①中性溶液反应物若是H+得电子或OH−失电子，则H+或OH−均来自于水的电离。
②酸性溶液反应物或生成物中均没有OH−。
③碱性溶液反应物或生成物中均没有H+。
④水溶液中不能出现O2−。
二．“三池”的判断技巧：
原电池、电解池、电镀池判定规律：若无外接电源，可能是原电池，然后依据原电池的形成条件分析判定，若有外接电源，两极插入电解质溶液中，则可能是电解池或电镀池。当阳极金属与电解质溶液中的金属阳离子相同则为电镀池，其他情况为电解池。
三．电解时电极产物的判断——“阳失阴得”，即
1．（2022·北京市十一学校三模）太阳能电池阵-镍镉蓄电池组可作为神舟飞船的电源系统，其基本原理可简化为镍镉二次电池，电极反应物分别是(负极)和(正极)，采用碱性电解液。已知二次电池长时间充电时可能发生“过充”，此时电极反应物已消耗完，但仍有电解反应持续进行。下列说法不正确的是
A．飞船处于太阳照射区域时，电源系统的主要能量转化形式为化学能→电能
B．镍镉电池放电时的反应为
C．“过充”时蓄电池中可能生成和造成危险
D．充电时，阳极附近电解质的值变小
【答案】A
【解析】A．飞船处于太阳照射区域时，太阳能电池给蓄电池充电，电源系统的主要能量转化形式为光能→电能→化学能，故A错误；
B．镍镉电池放电时，负极发生氧化反应、正极发生还原反应，总反应为，故B正确；
C． “过充”时电极反应物已消耗完，但仍有电解反应持续进行，此时为电解水，“过充”时蓄电池中可能生成和造成危险，故C正确；
D．充电时，阳极反应为，阳极消耗氢氧根离子，附近电解质的值变小，故D正确；
选A。
2．（2022·北京·首都师范大学附属中学三模）下列根据实验操作及现象进行的分析和推断中，不正确的是
操作
现象
一段时间后：①中，铁钉裸露在外的附近区域变红；②中……
A．NaCl的琼脂水溶液为离子迁移的通路
B．①中变红是因为发生反应，促进了水的电离
C．②中可观察到铁钉裸露在外的附近区域产生蓝色沉淀，铜丝附近区域变红
D．①和②中发生的氧化反应均可表示为(M代表锌或铁)
【答案】B
【解析】A．①和②中，Zn和Fe分别发生了电化学腐蚀，NaCl的琼脂水溶液的作用是形成闭合回路，即NaCl的琼脂水溶液为离子迁移的通路，A正确；
B．①中，由于Zn的活动性比Fe强，故Zn作负极，Fe作正极，正极的电极反应式为O2+2H2O+4e-=4OH-，正极附近区域OH-使酚酞变红，B错误；
C．②中，由于Fe的活动性比Cu强，故Fe作负极，Cu作正极，负极的电极反应式为Fe-2e-=Fe2+，正极的电极反应式为O2+2H2O+4e-=4OH-，负极附近区域Fe2+和反应生成蓝色沉淀，正极附近区域OH-使酚酞变红，C正确；
D．①中Zn作负极，电极反应式为Zn-2e-=Zn2+，②中Fe作负极，电极反应式为Fe-2e-=Fe2+，D正确；
故选B。
3．（2022·北京海淀·二模）液流电池可以实现光伏发电和风力发电电能的储存和释放。一种非金属有机物液流电池的工作原理如图。
下列说法不正确的是
A．放电时，正极反应式为Br2+2e-=2Br-
B．放电时，物质a为AQDSH2
C．充电时，AQDS/AQDSH2储液罐中的pH减小，H+通过质子交换膜到达溴极室
D．增大储液罐体积，可提高液流电池的储能容量
【答案】C
【解析】A．放电时，溴元素价态降低得电子，故右侧电极为正极，电极反应式为Br2 + 2e- = 2Br-，A项正确；
B，放电时，左侧电极为负极，电极反应式为AQDSH2-2e-= AQDS+ 2H+，物质a为AQDSH2，B项正确；
C．充电时，左侧电极为阴极，电极反应式为AQDS+ 2e-+2H+ = AQDSH2，氢离子被消耗，pH增大，氢离子通过质子交换膜到达左侧，C项错误；
D．增大储液罐体积，储存的反应物增加，可提高液流电池的储能容量，D项正确；
答案选 C。
4．（2022·河北沧州·二模）火星大气约95%是CO2，Li-CO2电池在未来的火星探测领域有着重要的应用前景。科学家设计了一系列Ru/M-CPY@ CNT(碳纳米管)杂化材料(M = Co、Zn、Ni、Mn， CNTs碳纳米管是一种电导率高、比表面积大、通道和孔隙率丰富的导电基底)作为电极。已知该电池放电时的反应为4Li+3CO2=2Li2CO3+C，下列说法错误的是
A．放电时，Li电极作电池负极，有电子经导线流出
B．充电时，每转移1mol电子，两电极的质量变化差值为7g
C．充电时，阳极的电极反应式为C-4e-+2Li2CO3 =3CO2↑+4Li+
D．杂化材料中CNTs增多了CO2的吸附位点，可使该电池表现出优异的电化学性能
【答案】B
【解析】由电池放电时的反应可知，Li化合价由0价变成+1价，故是原电池的负极，复杂材料电极是正极。
A．由以上分析可知，放电时，Li电极作电池负极，有电子经导线流出，A正确；
B．充电时，阳极C变成二氧化碳，阴极Li+变成Li，故每转移1mol电子，消耗0.25molC质量为3g，生成1molLi质量为7g，故两电极的质量变化差值为3g+7g=10g，B错误；
C．充电时，阳极上C失电子变成二氧化碳，故阳极的电极反应式为C-4e-+2Li2CO3 =3CO2↑+4Li+，C正确；
D．CNTs碳纳米管是一种电导率高、比表面积大、通道和孔隙率丰富的导电基底，增加二氧化碳的吸收效率，故可使该电池表现出优异的电化学性能，D正确；
故选B。
5．（2022·河北石家庄·二模）电致变色材料在飞机的舷窗和智能太阳镜等方面具有广泛应用。一种新一代集电致变色功能和储能功能于一体的电子器件的工作原理如图所示，放电时该器件的透光率逐渐增强。
下列说法错误的是
A．放电时，Li+移向a极
B．充电时，b极接外电源的负极
C．充电时，a极的电极反应式：LiFePO4-e-=FePO4+Li+
D．以该器件为电源精炼铜，当a、b两极质量变化差为14g时，理论上可生成64g精铜
【答案】D
【解析】该电池放电时器件的透光率逐渐增强，说明a电极由FePO4转化为透明的LiFePO4，铁的化合价降低，则该电极为正极，故b电极为负极，据此解答。
A．放电时，该电池为原电池，阳离子向正极移动，即Li+移向a极，A项正确；
B．放电时，b极为负极，则充电时b极为阴极，接外电源的负极，B项正确；
C．充电时，a极物质由LiFePO4转化为FePO4，电极方程式为LiFePO4-e-=FePO4+Li+，C项正确；
D．以该器件为电源精炼铜，当生成64g精铜时，反应中转移了2mol电子，则原电池a极质量增加2mol锂，即增加14g，b极质量减少2mol锂，即减少14g，a、b两极质量变化差为28g，D项错误；
故答案选D。
6．（2022·河南开封·模拟预测）利用光电催化技术分解水，并实现CO2转化为CH3OH，其简易电化学装置如图所示。下列说法中错误的是
A．交换膜为质子(H+ )交换膜
B．该电化学装置中能量转化形式不止一种
C．N电极反应式之一为6H++CO2+6e-=CH3OH+H2O
D．若电极M上分解18g水，则电极N有2g H2生成
【答案】D
【解析】由图可知，M极氧元素价态升高失电子，故M极为负极，电极反应式为2H2O-4e-═O2↑+4H+，N极为正极，电极反应式为6H++CO2+6e-═CH3OH+H2O，2H++2e-═H2↑，据此分析作答。
A．氢离子透过交换膜由左侧向右侧迁移，故交换膜为质子交换膜，A正确；
B．该装置中太阳能转化为化学能，化学能转化为电能，电能转化为光能、热能等，B正确；
C．N极为正极，电极反应式为6H++CO2+6e-═CH3OH+H2O，2H++2e-═H2↑，C正确；
D．N极二氧化碳和氢离子均得电子，无法计算实际生成氢气的量，D错误；
故答案为：D。
7．（2022·河南·三模）最近我国科学家设计了一种CO2+H2S协同转化装置，实现对天然气中CO2和H2S的高效去除。示意图如图所示，其中电极分别为ZnO@石墨烯(石墨烯包裹的ZnO)和石墨烯，石墨烯电极区发生反应为：①EDTA-Fe2+-e-=EDTA-Fe3+；②2EDTA-Fe3++H2S=2H++S+2EDTA-Fe2+。该装置工作时，下列叙述不正确的是
A．协同转化总反应：CO2+H2S=CO+H2O+S
B．ZnO@石墨烯电极的反应：CO2+2e-+2H+=CO+H2O
C．石墨烯上的电势比ZnO@石墨烯上的低
D．整个过程中主要能量转化：光能→电能→化学能
【答案】C
【解析】由图可知这是一个利用光伏电池将太阳能转化为电能，继而在通电条件下，两极周围发生氧化还原反应的电解过程。由石墨烯电极区发生①反应可知右侧石墨烯流出电子作阳极，CO2得电子的左侧ZnO@石墨烯为阴极，据此分析可解答。
A．由图可知协同总反应是将CO2和H2S转化为CO和S，故总反应为CO2+H2S=CO+H2O+S，A选项正确；
B．ZnO@石墨烯为阴极，电极反应式为CO2+2e-+2H+=CO+H2O，B选项正确；
C．石墨烯作阳极，ZnO@石墨烯作阴极，阳极电动势高于阴极，C选项错误；
D．整个过程的主要能量变化形式为：光能→电能→化学能，D选项正确；
答案选C。
8．（2022·安徽·合肥市第八中学模拟预测）如图是一种电解精炼废钢的工艺原理图，通过O2-在两极间的定向移动可实现废钢脱碳从而得到超低碳钢，同时还可以回收硅作为副产品。下列说法正确的是
A．电解时，阴极的电极反应为：
B．若阴极产生22.4LCO(标准状况下)，阳极所得硅的质量为14g
C．炉渣和废钢之间可以选用酸性电解质溶液
D．电流方向：电源负极→阴极→阳极→电源正极
【答案】A
【解析】A．结合图中所给信息可知阴极得电子生成硅单质和氧离子，电极反应为，选项A正确；
B．产生22.4LCO(标准状况下)，C由0价变为+2价，该电极是阳极，转移电子的物质的量为2mol，阴极只有当硅的价态由+4变为0时，所得硅的质量为=14g，但无法确定中硅的价态，选项B错误；
C．废钢和炉渣之间若使用酸性电解质溶液，铁会与酸性溶液发生反应，且使用酸性电解质溶液时，O2-会转化为水，选项C错误；
D．阴极和阳极两极之间没有电子移动，而是存在O2-的定向运动，选项D错误；
答案选A。
9．（2022·安徽·模拟预测）我国科研人员以二硫化钼(MoS2)作为电极催化剂，研发出一种Zn-NO电池系统，该电池同时具备合成氨和对外供电的功能，其工作原理如图所示(双极膜可将水解离成H+和OH-，并实现其定向通过)。下列说法正确的是
A．外电路中电子从MoS2电极流向Zn/ZnO电极
B．双极膜右侧为阴离子交换膜
C．当电路中转移0.2 mol电子时负极质量减小6.5 g
D．使用MoS2电极能加快合成氨的速率
【答案】D
【解析】Zn/ZnO电极为负极，失电子发生氧化反应，电极反应式为Zn-2e-+2OH-=ZnO+H2O，MoS2电极为正极，电极反应式为NO+4H2O+5e-=NH3+5OH-；
A．电子流向：负极→负载→正极，Zn/ZnO电极为负极，MoS2电极为正极，外电路中电子从Zn/ZnO电极流向MoS2电极，故A错误；
B．Zn/ZnO电极为负极，电极反应式为Zn-2e-+2OH-=ZnO+H2O，OH-移向Zn/ZnO电极，双极膜左侧为阴离子交换膜，故B错误；
C．负极电极反应式为Zn-2e-+2OH-=ZnO+H2O，负极由Zn→ZnO，质量增加为O元素质量，转移0.2 mol电子时增加0.1mol氧原子，负极质量增加m=nM=0.1mol×16g/mol=1.6 g，故C错误；
D．结合提示，科研人员以二硫化钼MoS2作为电极催化剂，催化剂可以降低反应活化能，加快合成氨的反应速率，故D正确；
故选：D。
10．（2022·湖北·华中师大一附中模拟预测）利用硫酸锰溶液可通过离子交换膜组合工艺获得Mn、、，原理如图所示：
下列说法中正确的是
A．交换膜a为阴离子交换膜
B．阳极电极反应式为
C．阴极区若pH过低，则锰的产率降低，此时阴极副产物为
D．电解过程中，每有0.2NA个电子通过，可产生
【答案】C
【解析】A．阳离子在溶液中向右移动，所以阳极产生的通过膜a进入中间室，故膜a为阳离子交换膜，A错误；
B．由图可知左侧为阳极，，电极反应式为，B错误；
C．阴极区若pH过低，即溶液中过大，则阴极可能发生反应，则锰的产率降低，C正确；
D．电解总反应为，所以电解过程中，每有个电子通过，可产生，D错误；
故选C。
11．（2022·湖南·长郡中学模拟预测）微生物燃料电池(MFC)耦合人工湿地(CW)系统可用于生产、生活废水处理并提供电能，系统内产电微生物由根沉积物和废水提供，其原理如图所示：
下列有关叙述正确的是
A．MFC-CW系统中电子由A极流向B极
B．若A极处溶解不足，则电路中无电流通过
C．若电路中转移，则A极消耗
D．B极反应式为
【答案】D
【解析】由移向A电极可知，A电极为正极，B电极为负极。
电极
电极名称
电极反应式
A电极
正极
B电极
负极
A．在原电池中，电子由负极(B电极)经导线流向正极(A电极)，A错误；
B．若A极处(即好氧上部)不充足，可发生得电子的反应，生成，也可构成原电池，有微弱电流通过，B错误；
C．没有说明是标准状况，没办法计算，C错误；
D．根据分析可知，B电极的电极反应式为，D正确;
故选D。
12．（2022·陕西·西安中学模拟预测）香港中文大学机械与自动化工程学系最近研发了一种高能量新型电池，能量密度达每升101瓦时，刷新了该类型电池能量密度的纪录。该电池的工作原理示意图如图所示，下列有关该电池的叙述不正确的是
A．放电时，电极b处发生的反应为Zn-2e-=Zn2+
B．放电后，取出电解质溶液，溶液的导电性比放电前好(忽略放电前后溶液体积变化)
C．为防止阴离子穿过隔膜直接和锌反应，隔膜适宜用阳离子交换膜
D．如果用铅蓄电池给该电源充电，铅蓄电池正极增重32g，电极a附近的溶液(含左侧贮液器中的)离子减少1mol
【答案】D
【解析】A．放电时为原电池，电极b上Zn失电子生成Zn2+，发生的反应为Zn-2e-=Zn2+，故A正确；
B．放电时，负极反应式为Zn-2e-=Zn2+，正极反应式为I2Br- +2e- =Br-+2I-，溶液中阴阳离子的浓度均增大，则放电后，溶液的导电性比放电前好，故B正确；
C．I2Br-是I2和Br-的络合物，具有I2的性质，具有氧化性，能氧化Zn，使放电效率降低，所以应该选择阳离子交换膜阻止I2Br-和Zn直接反应，故C正确；
D．铅蓄电池正极反应为，转移2mole-时电极增重(303g-239g) = 64g，则铅蓄电池正极增重32g时电路中转移1mole，阳极反应为，反应时阳极区离子减小总量为1mol，但从阳极移向阴极区的Zn2+总量为0.5mol，所以阳极a附近的溶液(含左侧贮液器中的)中离子减少1.5mol，故D错误；
故选D。
13．（2022·陕西·西安中学模拟预测）某科研小组用碱性甲烷燃料电池制备Co(H2PO2)2，其工作原理如图所示(已知电解装置的电极材料分别为Co和不锈钢)，下列说法正确的是
A．N电极为Co
B．电极n处电极反应方程式为：CH4-8e-+8OH-=CO2+6H2O
C．膜a为阳离子交换膜，膜b为阴离子交换膜
D．电解一段时间后，N极区溶液pH减小
【答案】C
【解析】该装置用碱性甲烷燃料电池制备Co(H2PO2)2，由装置图可知，在产品室中得到Co(H2PO2)2，故应从原料室移动进入产品室，则膜b为阴离子交换膜，M极应为阳极，电极材料为Co，发生反应Co-2e-= Co2+，Co2+通过膜a进入产品室，则膜a为阳离子交换膜，电极N为阴极，电极材料为不锈钢，发生反应H2O +2e-=H2↑+2OH-，膜c为阳离子交换膜，原料室中的钠离子进入阴极室，则燃料电池中m极为正极，n为负极。
A. 电极N为阴极，电极材料为不锈钢，故A错误；
B. n为燃料电池的负极，但是为碱性环境，故电极n处电极反应方程式为：CH4-8e-+10OH-=+7H2O，故B错误；
C. 由分析知，膜a为阳离子交换膜，膜b为阴离子交换膜，故C正确；
D. N极发生反应H2O +2e-=H2↑+2OH-，则电解一段时间后，N极区溶液pH增大，故D错误；
故选C。
专题09 电化学基础
【母题来源】2022年全国甲卷
【母题题文】一种水性电解液Zn-MnO2离子选择双隔膜电池如图所示(KOH溶液中，Zn2+以Zn(OH)存在)。电池放电时，下列叙述错误的是
A．Ⅱ区的K+通过隔膜向Ⅲ区迁移
B．Ⅰ区的SO通过隔膜向Ⅱ区迁移
C． MnO2电极反应：MnO2+2e-+4H+=Mn2++2H2O
D．电池总反应：Zn+4OH-+MnO2+4H+=Zn(OH)+Mn2++2H2O
【答案】A
【试题解析】
根据图示的电池结构和题目所给信息可知，Ⅲ区Zn为电池的负极，电极反应为Zn-2e-+4OH-=Zn(OH)，Ⅰ区MnO2为电池的正极，电极反应为MnO2+2e-+4H+=Mn2++2H2O；电池在工作过程中，由于两个离子选择隔膜没有指明的阳离子隔膜还是阴离子隔膜，故两个离子隔膜均可以通过阴、阳离子，因此可以得到Ⅰ区消耗H+，生成Mn2+，Ⅱ区的K+向Ⅰ区移动或Ⅰ区的SO向Ⅱ区移动，Ⅲ区消耗OH-，生成Zn(OH)，Ⅱ区的SO向Ⅲ区移动或Ⅲ区的K+向Ⅱ区移动。据此分析答题。
A．根据分析，Ⅱ区的K+只能向Ⅰ区移动，A错误；
B．根据分析，Ⅰ区的SO向Ⅱ区移动，B正确；
C．MnO2电极的电极反应式为MnO2+2e-+4H+=Mn2++2H2O，C正确；
D．电池的总反应为Zn+4OH-+MnO2+4H+=Zn(OH)+Mn2++2H2O，D正确；
故答案选A。
【母题来源】2022年全国乙卷
【母题题文】电池比能量高，在汽车、航天等领域具有良好的应用前景。近年来科学家研究了一种光照充电电池(如图所示)。光照时，光催化电极产生电子和空穴，驱动阴极反应和阳极反应(Li2O2+2h+=2Li++O2)对电池进行充电。下列叙述错误的是
A．充电时，电池的总反应
B．充电效率与光照产生的电子和空穴量有关
C．放电时，Li+从正极穿过离子交换膜向负极迁移
D．放电时，正极发生反应
【答案】C
【试题解析】
充电时光照光催化电极产生电子和空穴，驱动阴极反应（Li++e-=Li+）和阳极反应（Li2O2+2h+=2Li++O2），则充电时总反应为Li2O2=2Li+O2，结合图示，充电时金属Li电极为阴极，光催化电极为阳极；则放电时金属Li电极为负极，光催化电极为正极；据此作答。
A．光照时，光催化电极产生电子和空穴，驱动阴极反应和阳极反应对电池进行充电，结合阴极反应和阳极反应，充电时电池的总反应为Li2O2=2Li+O2，A正确；
B．充电时，光照光催化电极产生电子和空穴，阴极反应与电子有关，阳极反应与空穴有关，故充电效率与光照产生的电子和空穴量有关，B正确；
C．放电时，金属Li电极为负极，光催化电极为正极，Li+从负极穿过离子交换膜向正极迁移，C错误；
D．放电时总反应为2Li+O2=Li2O2，正极反应为O2+2Li++2e-=Li2O2，D正确；
答案选C。
【命题意图】考查电化学原理的应用，考查新情境下电解池和原电池的工作原理及应用，很好的落实了宏观辨识与微观探析、证据推理与模型认知、科学精神与社会责任等学科素养。明确电解池过程、原电池过程、图示中的物质转化是解题的关键。
【命题方向】
电化学是历年高考的重要考点之一，考查的内容为：提供电极材料和电解质溶液判断能否形成原电池，原电池电极名称判断及电极反应式的书写，提供反应方程式设计原电池、电解池（包括电镀池、精炼池），根据电解时电极质量或溶液pH的变化判断电极材料或电解质种类，电解产物的判断和计算，结合图像考查电极质量或电解质溶液质量分数的变化。展望2023年高考化学试题呈现仍然会以我国化学领域最近取得的重大创新科研成果为载体考查考生的必备知识和关键能力，考查社会主义核心价值观个人层面的爱国精神，落实了立德树人的教育根本任务。
【得分要点】
化学反应主要是物质变化，同时也伴随着能量变化。电化学是化学能与电能转化关系的化学。电解池是把化学能转化为电能的装置，其构成条件为①能自发发生氧化还原反应。②具有活动性不同的两个电极(金属和金属或金属和非金属)。③形成闭合回路或在溶液中相互接触。
一．掌握原电池电极反应式的书写
（1）准确判断原电池的正负极是书写电极反应的关键。
如果原电池的正负极判断失误，电极反应式的书写一定错误。判断正负极的方法不是绝对的，例如铜片和铝片同时插入浓硝酸溶液中，由于铝片表明的钝化，这时铜失去电子，是负极，其电极反应为：
负极：Cu−2e−Cu2+
正极：2+ 4H+ + 2e−2H2O + 2NO2↑
再如镁片和铝片同时插入氢氧化钠溶液中，虽然镁比铝活泼，但由于镁不与氢氧化钠反应，而铝却反应，失去电子，是负极，其电极反应为：
负极：2Al + 8OH−−6e−2+ 2H2O
正极：6H2O+6e−6OH−+3H2↑
（2）要注意电解质溶液的酸碱性。
在正负极上发生的电极反应不是孤立的，它往往与电解质溶液紧密联系，如氢氧燃料电池有酸式和碱式，在酸溶液中，电极反应式中不能出现OH−，在碱溶液中，电极反应式中不能出现H+，像CH4、CH3OH等燃料电池，在碱溶液中碳（C）元素以离子形式存在，而不是放出CO2气体。
（3）要考虑电子的转移数目。
在同一个原电池中，负极失去电子数必然等于正极得到的电子数，所以在书写电极反应时，一定要考虑电荷守恒。防止由总反应方程式改写成电极反应式时所带来的失误，同时也可避免在有关计算中产生误差。
（4）要利用总的反应方程式。
从理论上讲，任何一个自发的氧化还原反应均可设计成原电池，而两个电极反应相加即得总反应方程式。所以只要知道总反应方程式和其中一个电极反应，便可以写出另一个电极反应方程式。
注意：介质对电极反应式书写的影响
①中性溶液反应物若是H+得电子或OH−失电子，则H+或OH−均来自于水的电离。
②酸性溶液反应物或生成物中均没有OH−。
③碱性溶液反应物或生成物中均没有H+。
④水溶液中不能出现O2−。
二．“三池”的判断技巧：
原电池、电解池、电镀池判定规律：若无外接电源，可能是原电池，然后依据原电池的形成条件分析判定，若有外接电源，两极插入电解质溶液中，则可能是电解池或电镀池。当阳极金属与电解质溶液中的金属阳离子相同则为电镀池，其他情况为电解池。
三．电解时电极产物的判断——“阳失阴得”，即
1．（2022·北京市十一学校三模）太阳能电池阵-镍镉蓄电池组可作为神舟飞船的电源系统，其基本原理可简化为镍镉二次电池，电极反应物分别是(负极)和(正极)，采用碱性电解液。已知二次电池长时间充电时可能发生“过充”，此时电极反应物已消耗完，但仍有电解反应持续进行。下列说法不正确的是
A．飞船处于太阳照射区域时，电源系统的主要能量转化形式为化学能→电能
B．镍镉电池放电时的反应为
C．“过充”时蓄电池中可能生成和造成危险
D．充电时，阳极附近电解质的值变小
【答案】A
【解析】A．飞船处于太阳照射区域时，太阳能电池给蓄电池充电，电源系统的主要能量转化形式为光能→电能→化学能，故A错误；
B．镍镉电池放电时，负极发生氧化反应、正极发生还原反应，总反应为，故B正确；
C． “过充”时电极反应物已消耗完，但仍有电解反应持续进行，此时为电解水，“过充”时蓄电池中可能生成和造成危险，故C正确；
D．充电时，阳极反应为，阳极消耗氢氧根离子，附近电解质的值变小，故D正确；
选A。
2．（2022·北京·首都师范大学附属中学三模）下列根据实验操作及现象进行的分析和推断中，不正确的是
操作
现象
一段时间后：①中，铁钉裸露在外的附近区域变红；②中……
A．NaCl的琼脂水溶液为离子迁移的通路
B．①中变红是因为发生反应，促进了水的电离
C．②中可观察到铁钉裸露在外的附近区域产生蓝色沉淀，铜丝附近区域变红
D．①和②中发生的氧化反应均可表示为(M代表锌或铁)
【答案】B
【解析】A．①和②中，Zn和Fe分别发生了电化学腐蚀，NaCl的琼脂水溶液的作用是形成闭合回路，即NaCl的琼脂水溶液为离子迁移的通路，A正确；
B．①中，由于Zn的活动性比Fe强，故Zn作负极，Fe作正极，正极的电极反应式为O2+2H2O+4e-=4OH-，正极附近区域OH-使酚酞变红，B错误；
C．②中，由于Fe的活动性比Cu强，故Fe作负极，Cu作正极，负极的电极反应式为Fe-2e-=Fe2+，正极的电极反应式为O2+2H2O+4e-=4OH-，负极附近区域Fe2+和反应生成蓝色沉淀，正极附近区域OH-使酚酞变红，C正确；
D．①中Zn作负极，电极反应式为Zn-2e-=Zn2+，②中Fe作负极，电极反应式为Fe-2e-=Fe2+，D正确；
故选B。
3．（2022·北京海淀·二模）液流电池可以实现光伏发电和风力发电电能的储存和释放。一种非金属有机物液流电池的工作原理如图。
下列说法不正确的是
A．放电时，正极反应式为Br2+2e-=2Br-
B．放电时，物质a为AQDSH2
C．充电时，AQDS/AQDSH2储液罐中的pH减小，H+通过质子交换膜到达溴极室
D．增大储液罐体积，可提高液流电池的储能容量
【答案】C
【解析】A．放电时，溴元素价态降低得电子，故右侧电极为正极，电极反应式为Br2 + 2e- = 2Br-，A项正确；
B，放电时，左侧电极为负极，电极反应式为AQDSH2-2e-= AQDS+ 2H+，物质a为AQDSH2，B项正确；
C．充电时，左侧电极为阴极，电极反应式为AQDS+ 2e-+2H+ = AQDSH2，氢离子被消耗，pH增大，氢离子通过质子交换膜到达左侧，C项错误；
D．增大储液罐体积，储存的反应物增加，可提高液流电池的储能容量，D项正确；
答案选 C。
4．（2022·河北沧州·二模）火星大气约95%是CO2，Li-CO2电池在未来的火星探测领域有着重要的应用前景。科学家设计了一系列Ru/M-CPY@ CNT(碳纳米管)杂化材料(M = Co、Zn、Ni、Mn， CNTs碳纳米管是一种电导率高、比表面积大、通道和孔隙率丰富的导电基底)作为电极。已知该电池放电时的反应为4Li+3CO2=2Li2CO3+C，下列说法错误的是
A．放电时，Li电极作电池负极，有电子经导线流出
B．充电时，每转移1mol电子，两电极的质量变化差值为7g
C．充电时，阳极的电极反应式为C-4e-+2Li2CO3 =3CO2↑+4Li+
D．杂化材料中CNTs增多了CO2的吸附位点，可使该电池表现出优异的电化学性能
【答案】B
【解析】由电池放电时的反应可知，Li化合价由0价变成+1价，故是原电池的负极，复杂材料电极是正极。
A．由以上分析可知，放电时，Li电极作电池负极，有电子经导线流出，A正确；
B．充电时，阳极C变成二氧化碳，阴极Li+变成Li，故每转移1mol电子，消耗0.25molC质量为3g，生成1molLi质量为7g，故两电极的质量变化差值为3g+7g=10g，B错误；
C．充电时，阳极上C失电子变成二氧化碳，故阳极的电极反应式为C-4e-+2Li2CO3 =3CO2↑+4Li+，C正确；
D．CNTs碳纳米管是一种电导率高、比表面积大、通道和孔隙率丰富的导电基底，增加二氧化碳的吸收效率，故可使该电池表现出优异的电化学性能，D正确；
故选B。
5．（2022·河北石家庄·二模）电致变色材料在飞机的舷窗和智能太阳镜等方面具有广泛应用。一种新一代集电致变色功能和储能功能于一体的电子器件的工作原理如图所示，放电时该器件的透光率逐渐增强。
下列说法错误的是
A．放电时，Li+移向a极
B．充电时，b极接外电源的负极
C．充电时，a极的电极反应式：LiFePO4-e-=FePO4+Li+
D．以该器件为电源精炼铜，当a、b两极质量变化差为14g时，理论上可生成64g精铜
【答案】D
【解析】该电池放电时器件的透光率逐渐增强，说明a电极由FePO4转化为透明的LiFePO4，铁的化合价降低，则该电极为正极，故b电极为负极，据此解答。
A．放电时，该电池为原电池，阳离子向正极移动，即Li+移向a极，A项正确；
B．放电时，b极为负极，则充电时b极为阴极，接外电源的负极，B项正确；
C．充电时，a极物质由LiFePO4转化为FePO4，电极方程式为LiFePO4-e-=FePO4+Li+，C项正确；
D．以该器件为电源精炼铜，当生成64g精铜时，反应中转移了2mol电子，则原电池a极质量增加2mol锂，即增加14g，b极质量减少2mol锂，即减少14g，a、b两极质量变化差为28g，D项错误；
故答案选D。
6．（2022·河南开封·模拟预测）利用光电催化技术分解水，并实现CO2转化为CH3OH，其简易电化学装置如图所示。下列说法中错误的是
A．交换膜为质子(H+ )交换膜
B．该电化学装置中能量转化形式不止一种
C．N电极反应式之一为6H++CO2+6e-=CH3OH+H2O
D．若电极M上分解18g水，则电极N有2g H2生成
【答案】D
【解析】由图可知，M极氧元素价态升高失电子，故M极为负极，电极反应式为2H2O-4e-═O2↑+4H+，N极为正极，电极反应式为6H++CO2+6e-═CH3OH+H2O，2H++2e-═H2↑，据此分析作答。
A．氢离子透过交换膜由左侧向右侧迁移，故交换膜为质子交换膜，A正确；
B．该装置中太阳能转化为化学能，化学能转化为电能，电能转化为光能、热能等，B正确；
C．N极为正极，电极反应式为6H++CO2+6e-═CH3OH+H2O，2H++2e-═H2↑，C正确；
D．N极二氧化碳和氢离子均得电子，无法计算实际生成氢气的量，D错误；
故答案为：D。
7．（2022·河南·三模）最近我国科学家设计了一种CO2+H2S协同转化装置，实现对天然气中CO2和H2S的高效去除。示意图如图所示，其中电极分别为ZnO@石墨烯(石墨烯包裹的ZnO)和石墨烯，石墨烯电极区发生反应为：①EDTA-Fe2+-e-=EDTA-Fe3+；②2EDTA-Fe3++H2S=2H++S+2EDTA-Fe2+。该装置工作时，下列叙述不正确的是
A．协同转化总反应：CO2+H2S=CO+H2O+S
B．ZnO@石墨烯电极的反应：CO2+2e-+2H+=CO+H2O
C．石墨烯上的电势比ZnO@石墨烯上的低
D．整个过程中主要能量转化：光能→电能→化学能
【答案】C
【解析】由图可知这是一个利用光伏电池将太阳能转化为电能，继而在通电条件下，两极周围发生氧化还原反应的电解过程。由石墨烯电极区发生①反应可知右侧石墨烯流出电子作阳极，CO2得电子的左侧ZnO@石墨烯为阴极，据此分析可解答。
A．由图可知协同总反应是将CO2和H2S转化为CO和S，故总反应为CO2+H2S=CO+H2O+S，A选项正确；
B．ZnO@石墨烯为阴极，电极反应式为CO2+2e-+2H+=CO+H2O，B选项正确；
C．石墨烯作阳极，ZnO@石墨烯作阴极，阳极电动势高于阴极，C选项错误；
D．整个过程的主要能量变化形式为：光能→电能→化学能，D选项正确；
答案选C。
8．（2022·安徽·合肥市第八中学模拟预测）如图是一种电解精炼废钢的工艺原理图，通过O2-在两极间的定向移动可实现废钢脱碳从而得到超低碳钢，同时还可以回收硅作为副产品。下列说法正确的是
A．电解时，阴极的电极反应为：
B．若阴极产生22.4LCO(标准状况下)，阳极所得硅的质量为14g
C．炉渣和废钢之间可以选用酸性电解质溶液
D．电流方向：电源负极→阴极→阳极→电源正极
【答案】A
【解析】A．结合图中所给信息可知阴极得电子生成硅单质和氧离子，电极反应为，选项A正确；
B．产生22.4LCO(标准状况下)，C由0价变为+2价，该电极是阳极，转移电子的物质的量为2mol，阴极只有当硅的价态由+4变为0时，所得硅的质量为=14g，但无法确定中硅的价态，选项B错误；
C．废钢和炉渣之间若使用酸性电解质溶液，铁会与酸性溶液发生反应，且使用酸性电解质溶液时，O2-会转化为水，选项C错误；
D．阴极和阳极两极之间没有电子移动，而是存在O2-的定向运动，选项D错误；
答案选A。
9．（2022·安徽·模拟预测）我国科研人员以二硫化钼(MoS2)作为电极催化剂，研发出一种Zn-NO电池系统，该电池同时具备合成氨和对外供电的功能，其工作原理如图所示(双极膜可将水解离成H+和OH-，并实现其定向通过)。下列说法正确的是
A．外电路中电子从MoS2电极流向Zn/ZnO电极
B．双极膜右侧为阴离子交换膜
C．当电路中转移0.2 mol电子时负极质量减小6.5 g
D．使用MoS2电极能加快合成氨的速率
【答案】D
【解析】Zn/ZnO电极为负极，失电子发生氧化反应，电极反应式为Zn-2e-+2OH-=ZnO+H2O，MoS2电极为正极，电极反应式为NO+4H2O+5e-=NH3+5OH-；
A．电子流向：负极→负载→正极，Zn/ZnO电极为负极，MoS2电极为正极，外电路中电子从Zn/ZnO电极流向MoS2电极，故A错误；
B．Zn/ZnO电极为负极，电极反应式为Zn-2e-+2OH-=ZnO+H2O，OH-移向Zn/ZnO电极，双极膜左侧为阴离子交换膜，故B错误；
C．负极电极反应式为Zn-2e-+2OH-=ZnO+H2O，负极由Zn→ZnO，质量增加为O元素质量，转移0.2 mol电子时增加0.1mol氧原子，负极质量增加m=nM=0.1mol×16g/mol=1.6 g，故C错误；
D．结合提示，科研人员以二硫化钼MoS2作为电极催化剂，催化剂可以降低反应活化能，加快合成氨的反应速率，故D正确；
故选：D。
10．（2022·湖北·华中师大一附中模拟预测）利用硫酸锰溶液可通过离子交换膜组合工艺获得Mn、、，原理如图所示：
下列说法中正确的是
A．交换膜a为阴离子交换膜
B．阳极电极反应式为
C．阴极区若pH过低，则锰的产率降低，此时阴极副产物为
D．电解过程中，每有0.2NA个电子通过，可产生
【答案】C
【解析】A．阳离子在溶液中向右移动，所以阳极产生的通过膜a进入中间室，故膜a为阳离子交换膜，A错误；
B．由图可知左侧为阳极，，电极反应式为，B错误；
C．阴极区若pH过低，即溶液中过大，则阴极可能发生反应，则锰的产率降低，C正确；
D．电解总反应为，所以电解过程中，每有个电子通过，可产生，D错误；
故选C。
11．（2022·湖南·长郡中学模拟预测）微生物燃料电池(MFC)耦合人工湿地(CW)系统可用于生产、生活废水处理并提供电能，系统内产电微生物由根沉积物和废水提供，其原理如图所示：
下列有关叙述正确的是
A．MFC-CW系统中电子由A极流向B极
B．若A极处溶解不足，则电路中无电流通过
C．若电路中转移，则A极消耗
D．B极反应式为
【答案】D
【解析】由移向A电极可知，A电极为正极，B电极为负极。
电极
电极名称
电极反应式
A电极
正极
B电极
负极
A．在原电池中，电子由负极(B电极)经导线流向正极(A电极)，A错误；
B．若A极处(即好氧上部)不充足，可发生得电子的反应，生成，也可构成原电池，有微弱电流通过，B错误；
C．没有说明是标准状况，没办法计算，C错误；
D．根据分析可知，B电极的电极反应式为，D正确;
故选D。
12．（2022·陕西·西安中学模拟预测）香港中文大学机械与自动化工程学系最近研发了一种高能量新型电池，能量密度达每升101瓦时，刷新了该类型电池能量密度的纪录。该电池的工作原理示意图如图所示，下列有关该电池的叙述不正确的是
A．放电时，电极b处发生的反应为Zn-2e-=Zn2+
B．放电后，取出电解质溶液，溶液的导电性比放电前好(忽略放电前后溶液体积变化)
C．为防止阴离子穿过隔膜直接和锌反应，隔膜适宜用阳离子交换膜
D．如果用铅蓄电池给该电源充电，铅蓄电池正极增重32g，电极a附近的溶液(含左侧贮液器中的)离子减少1mol
【答案】D
【解析】A．放电时为原电池，电极b上Zn失电子生成Zn2+，发生的反应为Zn-2e-=Zn2+，故A正确；
B．放电时，负极反应式为Zn-2e-=Zn2+，正极反应式为I2Br- +2e- =Br-+2I-，溶液中阴阳离子的浓度均增大，则放电后，溶液的导电性比放电前好，故B正确；
C．I2Br-是I2和Br-的络合物，具有I2的性质，具有氧化性，能氧化Zn，使放电效率降低，所以应该选择阳离子交换膜阻止I2Br-和Zn直接反应，故C正确；
D．铅蓄电池正极反应为，转移2mole-时电极增重(303g-239g) = 64g，则铅蓄电池正极增重32g时电路中转移1mole，阳极反应为，反应时阳极区离子减小总量为1mol，但从阳极移向阴极区的Zn2+总量为0.5mol，所以阳极a附近的溶液(含左侧贮液器中的)中离子减少1.5mol，故D错误；
故选D。
13．（2022·陕西·西安中学模拟预测）某科研小组用碱性甲烷燃料电池制备Co(H2PO2)2，其工作原理如图所示(已知电解装置的电极材料分别为Co和不锈钢)，下列说法正确的是
A．N电极为Co
B．电极n处电极反应方程式为：CH4-8e-+8OH-=CO2+6H2O
C．膜a为阳离子交换膜，膜b为阴离子交换膜
D．电解一段时间后，N极区溶液pH减小
【答案】C
【解析】该装置用碱性甲烷燃料电池制备Co(H2PO2)2，由装置图可知，在产品室中得到Co(H2PO2)2，故应从原料室移动进入产品室，则膜b为阴离子交换膜，M极应为阳极，电极材料为Co，发生反应Co-2e-= Co2+，Co2+通过膜a进入产品室，则膜a为阳离子交换膜，电极N为阴极，电极材料为不锈钢，发生反应H2O +2e-=H2↑+2OH-，膜c为阳离子交换膜，原料室中的钠离子进入阴极室，则燃料电池中m极为正极，n为负极。
A. 电极N为阴极，电极材料为不锈钢，故A错误；
B. n为燃料电池的负极，但是为碱性环境，故电极n处电极反应方程式为：CH4-8e-+10OH-=+7H2O，故B错误；
C. 由分析知，膜a为阳离子交换膜，膜b为阴离子交换膜，故C正确；
D. N极发生反应H2O +2e-=H2↑+2OH-，则电解一段时间后，N极区溶液pH增大，故D错误；
故选C。
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