还剩26页未读，
继续阅读
所属成套资源：2023版高考化学步步高大二轮复习讲义【解析版】
成套系列资料，整套一键下载
- 2023版高考化学步步高大二轮复习讲义第一部分 专题11 热化学方程式的书写与盖斯定律【解析版】 学案 0 次下载
- 2023版高考化学步步高大二轮复习讲义第一部分 专题12 题型专攻4 电化学离子交换膜的分析与应用【解析版】 学案 0 次下载
- 2023版高考化学步步高大二轮复习讲义第一部分 专题13 化学反应速率、化学平衡选择题突破【解析版】 学案 1 次下载
- 2023版高考化学步步高大二轮复习讲义第一部分 专题14 化学反应速率与化学平衡归因分析【解析版】 学案 0 次下载
- 2023版高考化学步步高大二轮复习讲义第一部分 专题15 题型专攻5 化学反应历程图像分析【解析版】 学案 0 次下载
2023版高考化学步步高大二轮复习讲义第一部分 专题12 新型电池和电解原理的应用【解析版】
展开
这是一份2023版高考化学步步高大二轮复习讲义第一部分 专题12 新型电池和电解原理的应用【解析版】，共29页。
考点一 新型电池的分析应用
1．识别“交换膜”提取信息，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－。
2．辨析燃料电池不同“介质”，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 \\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 \\al(2－,3)===4CO2＋2H2O。
正极：eq \f(3,2)O2＋6e－＋3CO2===3COeq \\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－。
碱性介质 C―→COeq \\al(2－,3) 其余介质 C―→CO2
酸性介质 H―→H＋ 其余介质 H―→H2O
(2)明确“充放电”书写电极反应式
①镍镉(Ni-Cd)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 \(,\s\up7(放电),\s\d5(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－xCO2＋LixC6eq \(,\s\up7(放电),\s\d5(充电))LiCO2＋C6(x＜1)。则：
负极：LixC6－xe－===xLi＋＋C6。
正极：Li1－xCO2＋xe－＋xLi＋===LiCO2。
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：C、Ni、Mn等)
LiM2O4(M：C、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 \(,\s\up7(放电),\s\d5(充电))nC＋LiMO2。
1．图解原电池工作原理
2．原电池装置图的升级考查
说明 (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
1．(2022·广东，16)科学家基于Cl2易溶于CCl4的性质，发展了一种无需离子交换膜的新型氯流电池，可作储能设备(如图)。充电时电极a的反应为NaTi2(PO4)3＋2Na＋＋2e－===Na3Ti2(PO4)3。下列说法正确的是( )
A．充电时电极b是阴极
B．放电时NaCl溶液的pH减小
C．放电时NaCl溶液的浓度增大
D．每生成1 ml Cl2，电极a质量理论上增加23 g
答案 C
解析 由充电时电极a的反应可知，充电时电极a发生还原反应，所以电极a是阴极，则电极b是阳极，故A错误；放电时负极反应为Na3Ti2(PO4)3－2e－===NaTi2(PO4)3＋2Na＋，正极反应为Cl2＋2e－===2Cl－，反应后Na＋和Cl－浓度都增大，则放电时NaCl溶液的浓度增大，pH不变，故B错误、C正确；充电时阳极反应为2Cl－－2e－===Cl2↑，阴极反应为NaTi2(PO4)3＋2Na＋＋2e－===Na3Ti2(PO4)3，由得失电子守恒可知，每生成1 ml Cl2，电极a质量理论上增加23 g·ml－1×2 ml＝46 g，故D错误。
2．(2022·全国乙卷，12)Li-O2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Li-O2电池(如图所示)。光照时，光催化电极产生电子(e－)和空穴(h＋)，驱动阴极反应(Li＋＋e－===Li)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，电池的总反应为Li2O2===2Li＋O2
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：O2＋2Li＋＋2e－===Li2O2
答案 C
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。由以上分析可知，充电时，电池的总反应为Li2O2===2Li＋O2，A正确；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；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；放电时总反应为2Li＋O2===Li2O2，则正极反应为O2＋2Li＋＋2e－===Li2O2，D正确。
3．(2022·湖南，8)海水电池在海洋能源领域备受关注，一种锂-海水电池构造示意图如下。下列说法错误的是( )
A．海水起电解质溶液作用
B．N极仅发生的电极反应：2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑
C．玻璃陶瓷具有传导离子和防水的功能
D．该锂-海水电池属于一次电池
答案 B
解析 海水中含有丰富的电解质，如氯化钠、氯化镁等，可作为电解质溶液，故A正确；N为正极，电极反应主要为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，故B错误；Li为活泼金属，易与水反应，玻璃陶瓷的作用是防止水和Li反应，并能传导离子，故C正确；该电池不可充电，属于一次电池，故D正确。
4．(2022·山东，13改编)设计如图装置回收金属钴。保持细菌所在环境pH稳定，借助其降解乙酸盐生成CO2，将废旧锂离子电池的正极材料LiCO2(s)转化为C2＋，工作时保持厌氧环境，并定时将乙室溶液转移至甲室。已知电极材料均为石墨材质，右侧装置为原电池。下列说法正确的是( )
A．装置工作时，甲室溶液pH逐渐增大
B．装置工作一段时间后，乙室应补充水
C．乙室电极反应式为LiCO2＋2H2O＋e－===Li＋＋C2＋＋4OH－
D．若甲室C2＋减少200 mg，乙室C2＋增加300 mg，则此时已进行过溶液转移
答案 D
解析 由于右侧装置为原电池，所以乙室是原电池，甲室是电解池。电池工作时，甲室中细菌上乙酸盐的阴离子失去电子被氧化为CO2气体，C2＋在另一个电极上得到电子，被还原为C单质，甲室总反应为CH3COO－＋4C2＋＋2H2Oeq \(=====,\s\up7(电解))2CO2↑＋4C＋7H＋，溶液pH减小，A错误；乙室电解质溶液呈酸性，不可能大量存在OH－，乙室电极反应式为LiCO2＋e－＋4H＋===Li＋＋C2＋＋2H2O，消耗H＋，因此电池工作一段时间后应该补充盐酸，B、C错误；若甲室C2＋减少200 mg，转移电子的物质的量为n(e－)＝eq \f(0.2 g,59 g·ml－1)×2≈0.006 8 ml，乙室C2＋增加300 mg，转移电子的物质的量为n(e－)＝eq \f(0.3 g,59 g·ml－1)×1≈0.005 1 ml，说明此时已进行过溶液转移，D正确。
5．(2020·全国卷Ⅰ，12)科学家近年发明了一种新型Zn-CO2水介质电池。电池示意图如下，电极为金属锌和选择性催化材料，放电时，温室气体CO2被转化为储氢物质甲酸等，为解决环境和能源问题提供了一种新途径。
下列说法错误的是( )
A．放电时，负极反应为Zn－2e－＋4OH－===Zn(OH)eq \\al(2－,4)
B．放电时，1 ml CO2转化为HCOOH，转移的电子数为2 ml
C．充电时，电池总反应为2Zn(OH)eq \\al(2－,4)===2Zn＋O2↑＋4OH－＋2H2O
D．充电时，正极溶液中OH－浓度升高
答案 D
解析 由装置示意图可知，放电时负极反应为Zn－2e－＋4OH－===Zn(OH)eq \\al(2－,4)，A项正确；放电时CO2转化为HCOOH，C元素化合价降低2，则1 ml CO2转化为HCOOH时，转移电子数为2 ml，B项正确；由装置示意图可知充电时正极(阳极)产生O2，负极(阴极)产生Zn，C项正确；充电时正极(阳极)上发生反应：2H2O－4e－===4H＋＋O2↑，OH－浓度降低，D项错误。
6．(2021·山东，10)以KOH溶液为离子导体，分别组成CH3OH-O2、N2H4-O2、(CH3)2NNH2-O2清洁燃料电池，下列说法正确的是( )
A．放电过程中，K＋均向负极移动
B．放电过程中，KOH物质的量均减小
C．消耗等质量燃料，(CH3)2NNH2-O2燃料电池的理论放电量最大
D．消耗1 ml O2时，理论上N2H4-O2燃料电池气体产物的体积在标准状况下为11.2 L
答案 C
解析 放电过程为原电池工作原理，所以钾离子均向正极移动，A错误；碱性环境下，N2H4-O2清洁燃料电池总反应为N2H4＋O2===N2＋2H2O，其总反应中未消耗KOH，所以KOH的物质的量不变，其他两种燃料电池根据总反应可知，KOH的物质的量均减小，B错误；理论放电量与燃料的物质的量和转移电子数有关，设消耗燃料的质量均为m g，则甲醇、N2H4和(CH3)2NNH2放电量(物质的量表达式)分别是eq \f(m g,32 g·ml－1)×6、eq \f(m g,32 g·ml－1)×4、eq \f(m g,60 g·ml－1)×16，通过比较可知(CH3)2NNH2理论放电量最大，C正确；根据转移电子数守恒和总反应式可知，消耗1 ml O2生成的氮气的物质的量为1 ml，在标准状况下为22.4 L，D错误。
7．(2021·湖南，10)锌/溴液流电池是一种先进的水溶液电解质电池，广泛应用于再生能源储能和智能电网的备用电源等。三单体串联锌/溴液流电池工作原理如图所示：
下列说法错误的是( )
A．放电时，N极为正极
B．放电时，左侧贮液器中ZnBr2的浓度不断减小
C．充电时，M极的电极反应式为Zn2＋＋2e－===Zn
D．隔膜允许阳离子通过，也允许阴离子通过
答案 B
解析 由题意分析可知，放电时，N极为正极，故A正确；充电时，M极与直流电源的负极相连，作电解池的阴极，锌离子在阴极上得到电子发生还原反应生成锌，电极反应式为Zn2＋＋2e－===Zn，故C正确。
1．(2022·湘豫名校联考高三下学期模拟)锌-空气燃料电池的能量密度较高，广泛应用于需要长时间在低电流下进行的设备，如助听器等，其装置示意图如图所示。下列说法正确的是( )
A．放电时，A极为正极，电极反应式为O2＋4e－===2O2－
B．放电时，电子由B极流出经外电路到达A极，再进入电解质溶液回到B极构成闭合回路
C．充电时，B极电极反应式为ZnO＋H2O＋2e－===Zn＋2OH－
D．电池工作一段时间后，电解质溶液pH降低
答案 C
解析 放电时，A极上通入的氧气会被还原，A极为正极，电解质为KOH溶液，所以电极反应为2H2O＋O2＋4e－===4OH－，A错误；电子不能在电解质溶液中移动，B错误；放电时，B极上Zn被氧化，则充电时，B极为阴极，ZnO被还原，电极反应为ZnO＋H2O＋2e－===Zn＋2OH－，C正确；放电过程中的总反应为2Zn＋O2===2ZnO，溶液体积不变，KOH的物质的量不变，电解质溶液的pH不变，D错误。
2．(2022·河南省十所名校高中理综)研究发现，在肼(N2H4)酸性燃料电池中添加少量Fe2(SO4)3能持续大电流放电，工作原理如图所示。
下列说法错误的是( )
A．交换膜M为质子交换膜
B．Fe3＋能够降低正极区反应的活化能
C．放电时正极区溶液的pH下降
D．负极反应式为N2H4－4e－===N2↑＋4H＋
答案 C
解析 由图可知，N2H4失去电子发生氧化反应为负极，反应为N2H4－4e－===N2↑＋4H＋，铁离子得到电子发生还原反应生成亚铁离子，亚铁离子和氧气反应的离子方程式为4Fe2＋＋4H＋＋O2===4Fe3＋＋2H2O，反应中氢离子向正极运动，交换膜M为质子交换膜，A、D正确；由图可知，铁离子参与反应后又生成，即做催化剂，Fe3＋能够降低正极区反应的活化能，B正确；由A项分析，放电时正极区溶液的酸性减弱，pH升高，C错误。
3．(2022·成都市高三第二次诊断)钠离子电池易获取，正负极材料均采用铝箔(可减少铜箔用量)，因此钠离子电池理论成本低于锂离子电池。现有一种正极材料为KFe2(CN)6，固体电解质为Na3PS4，负极材料为Na2Ti3O7的钠离子电池。下列有关叙述错误的是( )
A．正极KFe2(CN)6中Fe的化合价为＋2、＋3
B．放电时，正极可能发生Fe2(CN)eq \\al(－,6)＋e－===Fe2(CN)eq \\al(2－,6)
C．放电时，电子从负极流经固体电解质到达正极
D．充电时，阴极发生还原反应，并且Na＋增多
答案 C
解析 钾离子呈＋1价、CN－为－1价，化合物中元素的正负化合价代数和为0，则正极KFe2(CN)6中Fe的化合价为＋2、＋3，A正确；放电时，正极发生还原反应，可能发生Fe2(CN)eq \\al(－,6)＋e－===Fe2(CN)eq \\al(2－,6)，B正确；放电时，电子从负极流经外电路到达正极，电子不流经固体电解质，C不正确；充电时，阴极发生还原反应，阳离子向阴极移动，则Na＋增多，D正确。
4．(2022·山西省高三下学期高考考前适应性测试)利用微生物电池处理有机废水同时也可实现海水淡化。现以NaCl溶液模拟海水，采用惰性电极，用下图装置处理有机废水(含CH3COO－的溶液)。下列说法错误的是( )
A．电极电势a极低于b极
B．当b极上产生11.2 L(标准状况)气体时，会有1 ml Cl－通过隔膜1
C．a极反应为CH3COO－－8e－＋2H2O===2CO2↑＋7H＋
D．当电路中通过4 ml电子时，负极区溶液的质量理论上减少44 g
答案 D
解析 在a极，CH3COO－转化为CO2，C元素化合价升高，则a极为负极，b极为正极。a极发生的电极反应为CH3COO－－8e－＋2H2O===2CO2↑＋7H＋，b极发生的电极反应为2H＋＋2e－===H2↑。隔膜1为阴离子交换膜，隔膜2为阳离子交换膜。a极为负极，b极为正极，则电极电势a极低于b极，A正确；b极为正极，发生的电极反应为2H＋＋2e－===H2↑，当b极上产生11.2 L(标准状况)气体时，线路中有1 ml e－转移，则有1 ml Cl－通过隔膜1，B正确；负极反应为CH3COO－－8e－＋2H2O===2CO2↑＋7H＋，当电路中通过4 ml电子时，负极区溶液中释放1 ml CO2，同时有4 ml Cl－通过隔膜1进入负极区，则负极区溶液的质量理论上增加4 ml×35.5 g·ml－1－1 ml×44 g·ml－1＝98 g，D错误。
考点二 电解原理的分析应用
1．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0.1 ml Cu(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( )
答案 (1)√ (2)× (3)× (4)× (5)√ (6)√
2．按要求书写电极反应式
(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。
3．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 \\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 \\al(－,7)和AlCleq \\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 \\al(－,4)===4Al2Cleq \\al(－,7)。
阴极：4Al2Cleq \\al(－,7)＋3e－===Al＋7AlCleq \\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 \\al(2－,4)－2e－===2MnOeq \\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 \\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 \\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 \\al(－,3)－2e－＋H2O===3H＋＋SOeq \\al(2－,4)。
阴极：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－。
1．图解电解池工作原理(阳极为惰性电极)
2．正确判断电极产物
(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．对比掌握电解规律(阳极为惰性电极)
注意 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．金属的腐蚀与电化学防护
5．陌生电解池装置图的知识迁移
(1)电解池
(2)金属腐蚀
1．(2022·湖北，14)含磷有机物应用广泛。电解法可实现由白磷直接制备Li[P(CN)2]，过程如图所示(Me为甲基)。下列说法正确的是( )
A．生成1 ml Li[P(CN)2]，理论上外电路需要转移2 ml电子
B．阴极上的电极反应为：P4＋8CN－－4e－===4[P(CN)2]－
C．在电解过程中CN－向铂电极移动
D．电解产生的H2中的氢元素来自于LiOH
答案 D
解析 石墨电极为阳极，对应的电极反应式为P4＋8CN－－4e－===4[P(CN)2]－，则生成1 ml Li[P(CN)2]，理论上外电路需要转移1 ml电子，A错误；阴极上发生还原反应，应该得电子，电极反应式为2HCN＋2e－===H2↑＋2CN－，B错误；石墨电极为阳极，铂电极为阴极，CN－应该向阳极移动，即移向石墨电极，C错误；由所给图示可知HCN在阴极放电，产生CN－和H2，而HCN中的H来自于LiOH，则电解产生的H2中的氢元素来自于LiOH，D正确。
2．(2022·广东，10)以熔融盐为电解液，以含Cu、Mg和Si等的铝合金废料为阳极进行电解，实现Al的再生。该过程中( )
A．阴极发生的反应为Mg－2e－===Mg2＋
B．阴极上Al被氧化
C．在电解槽底部产生含Cu的阳极泥
D．阳极和阴极的质量变化相等
答案 C
解析 该题中以熔融盐为电解液，以含Cu、Mg和Si等的铝合金废料为阳极进行电解，通过控制一定的条件，可使阳极区Mg和Al发生失电子的氧化反应，分别生成Mg2＋和Al3＋，Cu和Si不参与反应，阴极区Al3＋得电子生成Al单质，从而实现Al的再生，A、B错误；阳极材料中Cu和Si不参与氧化反应，在电解槽底部可生成含Cu的阳极泥，C正确；因为阳极除了铝参与电子转移，镁也参与了电子转移，且还会形成阳极泥，而阴极只有铝离子得电子生成铝单质，根据得失电子守恒及元素守恒可知，阳极与阴极的质量变化不相等，D错误。
3．(2021·广东，16)钴(C)的合金材料广泛应用于航空航天、机械制造等领域。如图为水溶液中电解制备金属钴的装置示意图。下列说法正确的是( )
A．工作时，Ⅰ室和Ⅱ室溶液的pH均增大
B．生成1 ml C，Ⅰ室溶液质量理论上减少16 g
C．移除两交换膜后，石墨电极上发生的反应不变
D．电解总反应：2C2＋＋2H2Oeq \(=====,\s\up7(电解))2C＋O2↑＋4H＋
答案 D
解析 由装置图可知，水放电生成的氢离子通过阳离子交换膜由Ⅰ室向Ⅱ室移动，使Ⅱ室中氢离子浓度增大，溶液pH减小，故A错误；阴极生成1 ml钴，阳极有1 ml水放电，则Ⅰ室溶液质量减少18 g，故B错误；若移除离子交换膜，氯离子的放电能力强于水，氯离子会在阳极失去电子发生氧化反应生成氯气，则移除离子交换膜，石墨电极的电极反应会发生变化，故C错误；电解总反应的离子方程式为2C2＋＋2H2Oeq \(=====,\s\up7(电解))2C＋O2↑＋4H＋，故D正确。
4．(2022·浙江6月选考，21)通过电解废旧锂电池中的LiMn2O4可获得难溶性的Li2CO3和MnO2，电解示意图如下(其中滤布的作用是阻挡固体颗粒，但离子可自由通过。电解过程中溶液的体积变化忽略不计)。下列说法不正确的是( )
A．电极A为阴极，发生还原反应
B．电极B的电极反应：2H2O＋Mn2＋－2e－===MnO2＋4H＋
C．电解一段时间后溶液中Mn2＋浓度保持不变
D．电解结束，可通过调节pH除去Mn2＋，再加入Na2CO3溶液以获得Li2CO3
答案 C
解析 由电解示意图可知，电极B上Mn2＋转化为MnO2，锰元素化合价升高，失电子，则电极B为阳极，电极A为阴极，得电子，发生还原反应，A正确；由电解示意图可知，电极B上Mn2＋失电子转化为MnO2，电极反应式为2H2O＋Mn2＋－2e－===MnO2＋4H＋，B正确；电极A为阴极，LiMn2O4得电子，电极反应式为2LiMn2O4＋6e－＋16H＋===2Li＋＋4Mn2＋＋8H2O，依据得失电子守恒，电解池总反应为2LiMn2O4＋4H＋===2Li＋＋Mn2＋＋3MnO2＋2H2O，反应生成了Mn2＋，Mn2＋浓度增大，C错误；电解池总反应为2LiMn2O4＋4H＋===2Li＋＋Mn2＋＋3MnO2＋2H2O，电解结束后，可通过调节溶液pH将锰离子转化为沉淀除去，然后再加入碳酸钠溶液，从而获得碳酸锂，D正确。
5．(2022·海南，9)一种采用H2O(g)和N2(g)为原料制备NH3(g)的装置示意图如下。
下列有关说法正确的是( )
A．在b电极上，N2被还原
B．金属Ag可作为a电极的材料
C．改变工作电源电压，反应速率不变
D．电解过程中，固体氧化物电解质中O2－不断减少
答案 A
解析 由装置示意图可知，b电极上N2转化为NH3，N元素的化合价降低，得到电子发生还原反应，因此b为阴极，电极反应式为N2＋3H2O＋6e－===2NH3＋3O2－，a为阳极，电极反应式为2O2－－4e－===O2，据此分析解答。由分析可得，在b电极上，N2被还原，A正确；a为阳极，若金属Ag作a的电极材料，则金属Ag优先失去电子，B错误；改变工作电源的电压，导致电流大小改变，反应速率也会改变，C错误；电解过程中，阴极电极反应式为2N2＋6H2O＋12e－===4NH3＋6O2－，阳极电极反应式为6O2－－12e－===3O2，因此固体氧化物电解质中O2－不会减少，D错误。
6．(2021·全国甲卷，13)乙醛酸是一种重要的化工中间体，可采用如图所示的电化学装置合成。图中的双极膜中间层中的H2O解离为H＋和OH－，并在直流电场作用下分别向两极迁移。下列说法正确的是( )
A．KBr在上述电化学合成过程中只起电解质的作用
B．阳极上的反应式为：＋2H＋＋2e－―→＋H2O
C．制得2 ml乙醛酸，理论上外电路中迁移了1 ml电子
D．双极膜中间层中的H＋在外电场作用下向铅电极方向迁移
答案 D
解析 KBr在上述电化学合成过程中除作电解质外，同时还是电解过程中阳极的反应物，生成的Br2为乙二醛制备乙醛酸的中间产物，故A错误；阳极上Br－失去电子生成Br2，Br2将乙二醛氧化为乙醛酸，故B错误；电解过程中阴、阳极均生成乙醛酸，1 ml乙二酸生成1 ml乙醛酸转移的电子为2 ml，1 ml乙二醛生成1 ml乙醛酸转移电子为2 ml，根据转移电子守恒可知制得2 ml乙醛酸时，理论上外电路中迁移了2 ml电子，故C错误；由上述分析可知，双极膜中间层的H＋在外电场作用下移向阴极，即H＋移向铅电极，故D正确。
7．[2021·湖南，16Ⅱ(4)(5)]氨气中氢含量高，是一种优良的小分子储氢载体，且安全、易储运，可通过下面两种方法由氨气得到氢气。
方法Ⅱ.氨电解法制氢气
利用电解原理，将氨转化为高纯氢气，其装置如图所示。
(4)电解过程中OH－的移动方向为____________(填“从左往右”或“从右往左”)。
(5)阳极的电极反应式为_____________________________________________________。
答案 (4)从右往左 (5)2NH3－6e－＋6OH－===N2＋6H2O
解析 (4)由图可知，通NH3的一极氮元素化合价升高，发生氧化反应，为电解池的阳极，则另一电极为阴极，电解过程中OH－移向阳极，则从右往左移动。
(5)阳极NH3失电子发生氧化反应生成N2，结合碱性条件，电极反应式为2NH3－6e－＋6OH－===N2＋6H2O。
8．[2021·山东，17(4)]利用膜电解技术(装置如图所示)，以Na2CrO4为主要原料制备Na2Cr2O7的总反应方程式为：4Na2CrO4＋4H2Oeq \(=====,\s\up7(电解))2Na2Cr2O7＋4NaOH＋2H2↑＋O2↑。则Na2Cr2O7在____(填“阴”或“阳”)极室制得，电解时通过膜的离子主要为______________________
__________________________________________________。
答案 阳 CrOeq \\al(2－,4)
解析 由4Na2CrO4＋4H2Oeq \(=====,\s\up7(电解))2Na2Cr2O7＋4NaOH＋2H2↑＋O2↑可知，电解过程中实质是电解水，阳极上OH－失去电子生成H2O和O2，阴极上H＋得到电子生成H2，由2CrOeq \\al(2－,4)＋H2OCr2Oeq \\al(2－,7)＋2OH－可知，Cr2Oeq \\al(2－,7)在c(OH－)减小的电极室中制得，即Na2Cr2O7在阳极室产生；电解过程中，阳极室中c(OH－)减小，CrOeq \\al(2－,4)水解平衡正向移动，c(CrOeq \\al(2－,4))减小，c(Cr2Oeq \\al(2－,7))增大，为提高制备Na2Cr2O7的效率，CrOeq \\al(2－,4)通过离子交换膜移向阳极。
1．(2022·太原市高三下学期模拟)我国科学家开发出一种双极制氢系统，在低电池电压下的KOH介质中，可将醛类物质电催化转化为相应的羧酸盐和氢气，其工作原理如图所示。下列说法不正确的是( )
A．泡沫铜与直流电源的正极相连
B．制得1 ml氢气，理论上外电路中迁移了2 ml电子
C．高电压下不能实现双极制氢的原因可能是Cu被氧化从而使催化剂失活
D．泡沫铜电极上发生的反应可能为2R—CHO＋4OH－－2e－===2R—COO－＋H2↑＋2H2O
答案 B
解析 泡沫铜上醛基转化为羧基，发生氧化反应，所以泡沫铜为阳极，与直流电源的正极相连，A正确；阳极反应为2R—CHO＋4OH－－2e－===2R—COO－＋H2↑＋2H2O，阴极反应为2H2O＋2e－===2OH－＋ H2↑，制得1 ml氢气，则阳极、阴极各产生0.5 ml氢气，转移1 ml电子，B错误、D正确；铜为金属，作为阳极，若电压过高，Cu会被氧化，使催化剂失活，C正确。
2．(2022·山东省烟台市、德州市高三一模)电解法处理含有Cl－、NOeq \\al(－,3)的酸性废水，其工作原理及电极b中铁的化合物的催化机理如图所示，H表示氢原子。下列说法错误的是( )
A．电极b接电源负极
B．处理1 ml NOeq \\al(－,3)，电路中转移5 ml e－
C．HClO在阳极生成：Cl－＋H2O－2e－===HClO＋H＋
D．H＋与NOeq \\al(－,3)反应的电极反应式为10H＋＋NOeq \\al(－,3)＋8e－===NHeq \\al(＋,4)＋3H2O
答案 B
解析 由图知，电极b上硝酸根离子转变为铵根离子，被还原，则电极b为阴极，接电源负极，A正确；硝酸根离子转变为铵根离子，N元素化合价从＋5价降低到－3价，则处理1 ml NOeq \\al(－,3)，电路中转移8 ml e－，B不正确；阳极氯离子失去电子被氧化，生成HClO：Cl－＋H2O－2e－===HClO＋H＋，C正确；电极b上硝酸根离子转变为铵根离子，H＋与NOeq \\al(－,3)反应的电极反应式为10H＋＋NOeq \\al(－,3)＋8e－===NHeq \\al(＋,4)＋3H2O，D正确。
3．(2022·郑州市高三第二次质量预测)钛铁合金具有优异的性能，在航天和生物医学等领域有广泛的应用。下图是以二氧化钛、氧化亚铁混合粉末压制的块体和石墨坩埚分别做电极材料，以CaCl2熔盐为离子导体(不参与电极反应)制备钛铁合金的电解装置示意图。下列相关说法正确的是( )
A．石墨坩埚连接直流电源的负极
B．通入Ar气主要是为了保护石墨坩埚不被氧化
C．TiO2发生的电极反应为TiO2－4e－===Ti＋2O2－
D．每生成16.0 g TiFe2时，流出气体在标准状况下的体积大于4.48 L
答案 D
解析 该装置的目的是制备钛铁合金，所以Fe2＋、Ti4＋发生还原反应，所以以二氧化钛、氧化亚铁混合粉末压制的块体应为阴极，连接电源的负极，A错误；Ti、Fe性质活泼，容易被生成的氧气氧化，所以通入Ar气主要是为了保护钛铁合金不被氧化，B错误；TiO2得电子发生还原反应，电极反应应为TiO2＋4e－===Ti＋2O2－，C错误；16.0 g TiFe2，即eq \f(16 g,160 g·ml－1)＝0.1 ml，需生成0.1 ml Ti、0.2 ml Fe，根据电极反应TiO2＋4e－===Ti＋2O2－、FeO＋2e－===Fe＋O2－可知，共转移0.8 ml电子，O2－在阳极被还原，电极反应为2O2－－4e－===O2↑，所以生成0.2 ml氧气，标况下体积为0.2 ml×22.4 L·ml－1＝4.48 L，但同时流出的气体还有Ar，所以流出气体在标准状况下的体积大于4.48 L，D正确。
4．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
答案 B
解析 A项，由图分析可知，电极1为电解池的阳极，氯离子放电生成氯气，电极反应为2Cl－－2e－===Cl2↑，电极2为阴极，溶液中氢离子得到电子生成氢气，电极反应为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，离子交换膜a是阳离子交换膜，离子交换膜b是阴离子交换膜，错误；B项，结合阴、阳离子的移向可知，各间隔室的排出液中，①③⑤⑦为淡水，正确；C项，通电时，阳极电极反应式：2Cl－－2e－===Cl2↑，阴极电极反应式：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，电极2附近溶液的pH比电极1附近溶液的pH变化明显，错误；D项，淡化过程中，得到的浓缩海水可以提取氯化钠、镁、溴等，有使用价值，错误。
专题强化练
1．(2022·湖北省八市高三3月联考)熔融钠-硫电池以钠和硫分别作电池两极的活性物质，以固态β-Al2O3陶瓷作隔膜和电解质。如图用铅酸蓄电池给熔融钠-硫电池充电，已知铅酸蓄电池工作时的反应为Pb＋PbO2＋2H2SO4===2PbSO4＋2H2O。下列说法错误的是( )
A．铅酸蓄电池工作时，b极附近溶液pH变大
B．熔融钠-硫电池的反应是Na2Sxeq \(,\s\up7(充电),\s\d5(放电))2Na＋xS
C．充电时，Na＋通过β-Al2O3向熔融钠的方向移动
D．充电时，每转移1 ml e－，生成16 g硫
答案 D
解析 熔融钠-硫电池中钠比较活泼为负极、硫为正极；由图可知，b连接熔融钠-硫电池的右侧，则b为铅酸蓄电池的正极，工作时b极反应为PbO2＋4H＋＋SOeq \\al(2－,4)＋2e－===PbSO4＋2H2O，反应消耗氢离子，附近溶液pH变大，A正确；熔融钠-硫电池放电时钠失去电子生成钠离子，充电时钠离子得到电子生成钠，反应是Na2Sxeq \(,\s\up7(充电),\s\d5(放电))2Na＋xS，B正确；充电时，阳离子向阴极移动，故Na＋通过β-Al2O3向熔融钠的方向移动，C正确；充电时，阳极反应为Na2Sx－2e－===2Na＋＋xS，则每转移1 ml e－，生成16x g硫，D错误。
2．(2022·晋中市高三下学期3月第一次模拟)沉积物微生物燃料电池(SMFC)可以将沉积物中的化学能直接转化为电能，同时加速沉积物中污染物的去除，用SMFC处理含硫废水的工作原理如图所示，酸性增强不利于菌落存活。下列说法错误的是( )
A．碳棒b电势比碳棒a电势低
B．碳棒a附近酸性增强
C．碳棒b存在电极反应：S－6e－＋4H2O===SOeq \\al(2－,4)＋8H＋
D．工作一段时间后，电池效率降低
答案 B
解析 光合菌产生的O2得电子结合H＋生成H2O，碳棒a为正极，FeSx在硫氧化菌的作用下被氧化为S，S在硫氧化菌的作用下被氧化为硫酸根离子，碳棒b为负极，正极的电势高于负极，A正确；a为正极，电极反应为O2＋4e－＋4H＋===2H2O，酸性减弱，B错误；根据图示，碳棒b存在电极反应：S－6e－＋4H2O===SOeq \\al(2－,4)＋8H＋，C正确；酸性增强不利于菌落存活，负极失电子发生的氧化反应会减慢，故工作一段时间后，电池效率降低，D正确。
3．(2022·河南省信阳市高三第二次质量检测)某全固态薄膜锂离子电池截面结构如图所示，电极A为非晶硅薄膜，充电时Li＋得电子成为Li嵌入该薄膜材料中；电极B为LiCO2薄膜；集流体起导电作用。下列说法不正确的是( )
A．充电时，集流体A与外接电源的负极相连
B．放电时，外电路通过a ml电子时，LiPON薄膜电解质损失a ml Li＋
C．放电时，电极B为正极，反应可表示为Li1－xCO2＋xLi＋＋xe－===LiCO2
D．电池总反应可表示为LixSi＋Li1－xCO2eq \(,\s\up7(放电),\s\d5(充电))Si＋LiCO2
答案 B
解析 由图可知，集流体A与电极A相连，充电时电极A作阴极，故充电时集流体A与外接电源的负极相连，A正确；放电时，外电路通过a ml电子时，内电路中有a ml Li＋通过LiPON薄膜电解质从负极迁移到正极，但是LiPON薄膜电解质没有损失Li＋，B不正确；放电时，电极B为正极，发生还原反应，反应可表示为Li1－xCO2＋xLi＋＋xe－===LiCO2，C正确；电池放电时，嵌入在非晶硅薄膜中的锂失去电子变成Li＋，正极上Li1－xCO2得到电子和Li＋变为LiCO2，故电池总反应可表示为LixSi＋Li1－xCO2eq \(,\s\up7(放电),\s\d5(充电))Si＋LiCO2，D正确。
4．(2022·安徽省江南十校高三下学期一模联考)我国某公司开发的“刀片电池”外观上类似普通干电池，但内部结构看上去像一堆排列整齐的裁纸刀，每一个刀片里又被分成很多个容纳腔，每个容纳腔里都包含一个电芯，整个刀片是由多个极芯串联而成的模组。该电池本质上还是磷酸铁锂电池，电池的总反应方程式为LiM1－xFexPO4＋6Ceq \(,\s\up7(充电),\s\d5(放电))M1－xFexPO4＋LiC6，其装置工作原理如图所示。下列说法错误的是( )
A．该电池工作时，负极的电极反应式为LiM1－x FexPO4－e－===M1－xFexPO4＋Li＋
B．该电池中的聚合物隔膜是阳离子交换膜，在充电时，阳离子由左向右移动
C．该电池充电时阴极的电极反应式为Li＋＋6C＋e－===LiC6
D．刀片电池可以搭载在新能源汽车上，作为动力来源
答案 A
解析 根据电池装置图知，该电池工作时，石墨为负极，电极反应式为LiC6－e－===Li＋＋6C，磷酸铁锂为正极，电极反应式为M1－xFexPO4＋e－＋Li＋===LiM1－xFexPO4，充电时，阴极、阳极反应式与负极、正极反应式正好相反，据此分析解题。充电时，石墨电极与电源负极相连，作为阴极，电极反应为Li＋＋6C＋e－===LiC6，需结合Li＋，阳极电极反应为LiM1－xFexPO4－e－===M1－xFexPO4＋Li＋，释放出Li＋，该电池中的聚合物隔膜是阳离子交换膜，在充电时，阳离子由阳极移向阴极即由左向右移动，B、C正确；由题干信息可知，刀片电池是一种新型的可充电电池，故可以搭载在新能源汽车上，作为动力来源，D正确。
5．(2022·辽宁省丹东市高三总复习质量测试)下图是Zn-空气二次电池(锌和铝的某些性质相似)，电池内聚丙烯酸钠吸收了KOH溶液形成导电凝胶。下列说法错误的是( )
A．放电时，K＋向Pt/C－RuO2电极移动
B．放电时，锌电极发生反应为Zn－2e－＋4OH－===ZnOeq \\al(2－,2)＋2H2O
C．充电时，阳极附近pH减小
D．充电时，导线中每通过4 ml电子，阴极产生22.4 L(标况下)O2
答案 D
解析 放电时Zn极为负极，Pt/C－RuO2电极为正极，所以K＋向Pt/C－RuO2电极移动，A正确；放电时，锌电极发生失电子的氧化反应，其电极反应式为Zn－2e－＋4OH－===ZnOeq \\al(2－,2)＋2H2O，B正确；充电时，阳极区的电极反应式为4OH－－4e－===O2↑＋2H2O，消耗氢氧根离子同时生成水，所以阳极附近pH减小，C正确；充电时，导线中每通过4 ml电子，阳极产生氧气的物质的量为1 ml，所以标况下其体积为1 ml×22.4 L·ml－1＝22.4 L，D错误。
6．(2022·湖南省部分学校高三3月调研)《Science》杂志报道了王浩天教授团队发明的制取H2O2的绿色方法，原理如图所示(已知：H2O2H＋＋HOeq \\al(－,2)，Ka＝2.4×10－12)。下列说法正确的是( )
A．X膜为阴离子交换膜
B．每生成1 ml H2O2，外电路通过4 ml e－
C．催化剂可加快单位时间内反应中电子的转移数目
D．a极上发生还原反应
答案 C
解析 由图可知，通入氢气的a极为原电池的负极，氢气在负极失去电子发生氧化反应生成氢离子，氢离子通过阳离子交换膜进入中间室，通入氧气的b极为正极，氧气在正极得到电子发生还原反应生成HOeq \\al(－,2)和氢氧根离子，HOeq \\al(－,2)和氢氧根离子通过阴离子交换膜进入中间室，中间室中HOeq \\al(－,2)和氢氧根离子与氢离子反应，最终生成过氧化氢，故A、D错误；反应总方程式为H2＋O2===H2O2，由方程式可知，生成1 ml过氧化氢，外电路通过2 ml电子，故B错误；催化剂能降低反应的活化能，加快反应速率，使单位时间内反应中电子转移的数目加快，故C正确。
7．(2022·许昌市高中毕业班下学期阶段性测试)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．充电时，中性电解质NaCl的浓度增大
B．放电时，负极反应式为Zn－2e－＋4OH－===Zn(OH)eq \\al(2－,4)
C．充电时，1 ml FQH2转化为FQ转移2 ml电子
D．放电时，正极区溶液的pH增大
答案 A
解析 根据题意，充电时，FQH2生成FQ，被氧化，所以充电时右侧为阳极，左侧为阴极，Zn(OH)eq \\al(2－,4)被还原为Zn；则放电时左侧为负极，Zn被氧化为Zn(OH)eq \\al(2－,4)，右侧为正极，FQ被还原为FQH2。充电时，左侧阴极的电极反应为Zn(OH)eq \\al(2－,4)＋2e－===Zn＋4OH－，阴离子增多，为平衡电荷，中性电解质中的Na＋经阳膜迁移至左侧，Cl－经阴膜迁移至右侧，NaCl的浓度减小，A错误；放电时，左侧为负极，Zn被氧化为Zn(OH)eq \\al(2－,4)，电极反应为Zn－2e－＋4OH－===Zn(OH)eq \\al(2－,4)，B正确；充电时，右侧FQH2被氧化为FQ，电极反应为FQH2－2e－===FQ＋2H＋，所以1 ml FQH2转化为FQ转移2 ml电子，C正确；放电时右侧为正极，电极反应为FQ＋2H＋＋2e－===FQH2，氢离子被消耗，pH增大，D正确。
8．(2022·唐山市高三下学期第一次模拟)钠离子电池比锂离子电池更稳定，造价更低，可实现5～10 min内快速充电，电池结构如图。总反应为NaC6＋Na1－xMO2eq \(,\s\up7(放电),\s\d5(充电))NaMO2＋Na1－xC6(0≤x≤0.55，M为过渡金属)，下列叙述正确的是( )
A．单位质量的负极材料，钠离子电池比锂离子电池可以提供更多的电量
B．放电时，Na＋从石墨烯纳米片中脱嵌，经电解质嵌入过渡金属氧化物
C．充电时，阴极上发生的电极反应为Na1－xMO2＋xe－＋xNa＋===NaMO2(0≤x≤0.55)
D．充电时，外电路中每转移0.2 ml e－，理论上石墨烯纳米片将增重2.3 g
答案 B
解析 由图可知，放电时，石墨烯纳米片为负极，NaC6在负极失去电子发生氧化反应生成钠离子和Na1－xC6，电极反应式为NaC6－xe－===Na1－xC6＋xNa＋(0≤x≤0.55)，过渡金属氧化物为正极，在钠离子作用下，Na1－xMO2在正极得到电子发生还原反应生成NaMO2，电极反应式为Na1－xMO2＋xe－＋xNa＋===NaMO2(0≤x≤0.55)，充电时，石墨烯纳米片与直流电源负极相连，做电解池的阴极，过渡金属氧化物与直流电源正极相连，做电解池的阳极。金属钠的摩尔质量大于金属锂，单位质量的钠失去电子的物质的量小于金属锂，则钠离子电池提供的电量少于锂离子电池，故A错误；放电时，钠离子从石墨烯纳米片中脱嵌，经电解质嵌入过渡金属氧化物，故B正确；充电时，石墨烯纳米片做电解池的阴极，Na1－xC6在钠离子作用下得到电子发生还原反应生成NaC6，电极反应式为Na1－xC6＋xNa＋＋xe－===NaC6，由电极反应式可知，外电路中每转移0.2 ml e－，理论上石墨烯纳米片将增重0.2 ml×23 g·ml－1＝4.6 g，故C、D错误。
9．(2022·泰安市高三下学期一模)氨气中氢含量高，是一种优良的小分子储氢载体。利用太阳能电池电解NH3得到高纯H2的装置如图所示。下列说法正确的是( )
A．该装置工作时，只发生两种形式能量的转化
B．电解过程中OH－由b极区向a极区迁移
C．电解时b极区溶液中n(KOH)减少
D．电解过程中1 ml NH3参与反应，得到3×6.02×1023个电子
答案 B
解析 该装置中有：太阳能转化为电能，电能转化为化学能，有3种能量的转化，A错误；a极，NH3转化为N2，N元素的化合价升高，失去电子，则电极a为阳极，OH－移向阳极，B正确；b极为阴极，电极反应式为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，每当有2 ml e－转移时，会有2 ml OH－通过阴离子交换膜进入a极，b极区溶液中n(KOH)不变，C错误；1 ml NH3转化为N2时，失去3 ml e－，D错误。
10．(2022·抚顺市普通高中高三下学期一模)利用膜技术原理和电化学原理制备少量硫酸和绿色硝化剂N2O5，装置如图所示，下列说法正确的是( )
A．电极a和电极d上都发生氧化反应
B．电极c上的电极反应式为N2O4－2e－＋H2O===N2O5＋2H＋
C．乙装置电极d附近溶液的pH增大
D．电路中每转移2 ml e－，甲池质子膜右侧溶液质量变化为18 g
答案 D
解析 由图可知，甲池为原电池，电极a为负极，在水分子作用下，二氧化硫在负极失去电子发生氧化反应生成硫酸，电极反应式为SO2－2e－＋2H2O===SOeq \\al(2－,4)＋4H＋，电极b为正极，酸性条件下，氧气在正极得到电子发生还原反应生成水，电极反应式为O2＋4e－＋4H＋===2H2O；乙池为电解池，与正极相连的电极c为电解池的阳极，在无水硝酸作用下，四氧化二氮在阳极失去电子发生氧化反应生成五氧化二氮和氢离子，电极反应式为N2O4－2e－＋2HNO3===2N2O5＋2H＋，电极d为阴极，氢离子在阴极得到电子发生还原反应生成氢气，电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑，阳极区的氢离子通过隔膜进入阴极区，电极d附近溶液的pH不变，故A、B、C错误；电极b为正极，电极反应式为O2＋4e－＋4H＋===2H2O，则电路中每转移2 ml e－，甲池质子膜右侧溶液质量变化为2 ml×eq \f(1,2)×18 g·ml－1＝18 g，故D正确。
11．(2022·河北省五校联盟高三下学期模拟)电芬顿技术常用来处理废水中的有害物质苯酚。电芬顿技术是通过化学芬顿技术发展而来的，化学芬顿技术主要向废水中投加Fe2＋和H2O2试剂，两者反应后生成强氧化剂羟基自由基，将废水中的有害有机物氧化成CO2和H2O。下列有关说法错误的是( )
A．a电极为Fe电极，外接电源正极
B．阴极反应为O2＋2e－===Oeq \\al(2－,2)
C．消耗标准状况下11.2 L O2，生成1 ml·OH
D．处理苯酚的反应为28HO·＋―→6CO2↑＋17H2O
答案 C
解析 电芬顿技术采用Fe作阳极，Fe失电子生成的亚铁离子与过氧化氢反应生成羟基自由基，A正确；阴极氧气得电子生成过氧根离子，在酸性条件下反应生成过氧化氢，B正确；酸性条件下，三价铁离子与过氧化氢反应生成羟基自由基的反应为H2O2＋Fe2＋＋H＋===Fe3＋＋·OH＋H2O,11.2 L O2在标况下为0.5 ml，O2～H2O2～·OH，0.5 ml O2生成0.5 ml·OH，C错误；根据元素守恒可以得出羟基自由基做强氧化剂处理苯酚的反应为28HO·＋―→6CO2↑＋17H2O，D正确。
12．为实现“双碳”目标，我国科学家研发了一种水系可逆Zn-CO2电池，电池工作时，复合膜(由a、b膜复合而成)层间的H2O解离成H＋和OH－，在外加电场作用下可透过相应的离子膜定向移动。当闭合K1时，Zn-CO2电池工作原理如图所示。下列说法不正确的是( )
A．闭合K1时，OH－通过b膜向Zn电极方向移动
B．闭合K1时，Zn表面的电极反应式为Zn＋4OH－－2e－===Zn(OH)eq \\al(2－,4)
C．闭合K2时，Zn电极与直流电源正极相连
D．闭合K2时，在Pd电极上有2.24 L CO2(标况下)生成，则析出Zn 6.5 g
答案 C
解析 闭合K1时，该装置为原电池，Zn电极为负极，Pd电极为正极，OH－通过b膜移向Zn电极，故A正确；闭合K1时，该装置为原电池，Zn发生失电子的氧化反应生成Zn(OH)eq \\al(2－,4)，电极反应式为Zn＋4OH－－2e－===Zn(OH)eq \\al(2－,4)，故B正确；闭合K1时，Zn-CO2电池中Zn电极为负极，Pd电极为正极，闭合K2时，该装置为电解池，Zn电极为阴极，与直流电源负极相连，故C错误；闭合K2时，该装置为电解池，Pd电极为阳极，阳极上HCOOH发生失电子的氧化反应生成CO2，Zn电极为阴极，阴极上析出锌，利用得失电子守恒可知，2e－～CO2～Zn，即有2.24 L CO2(标况下)生成，则析出Zn 6.5 g，故D正确。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
NaCl
HCl气体
放氧生酸型
CuSO4或AgNO3
CuO或Ag2O
考点一 新型电池的分析应用
1．识别“交换膜”提取信息，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－。
2．辨析燃料电池不同“介质”，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 \\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 \\al(2－,3)===4CO2＋2H2O。
正极：eq \f(3,2)O2＋6e－＋3CO2===3COeq \\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－。
碱性介质 C―→COeq \\al(2－,3) 其余介质 C―→CO2
酸性介质 H―→H＋ 其余介质 H―→H2O
(2)明确“充放电”书写电极反应式
①镍镉(Ni-Cd)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 \(,\s\up7(放电),\s\d5(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－xCO2＋LixC6eq \(,\s\up7(放电),\s\d5(充电))LiCO2＋C6(x＜1)。则：
负极：LixC6－xe－===xLi＋＋C6。
正极：Li1－xCO2＋xe－＋xLi＋===LiCO2。
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：C、Ni、Mn等)
LiM2O4(M：C、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 \(,\s\up7(放电),\s\d5(充电))nC＋LiMO2。
1．图解原电池工作原理
2．原电池装置图的升级考查
说明 (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
1．(2022·广东，16)科学家基于Cl2易溶于CCl4的性质，发展了一种无需离子交换膜的新型氯流电池，可作储能设备(如图)。充电时电极a的反应为NaTi2(PO4)3＋2Na＋＋2e－===Na3Ti2(PO4)3。下列说法正确的是( )
A．充电时电极b是阴极
B．放电时NaCl溶液的pH减小
C．放电时NaCl溶液的浓度增大
D．每生成1 ml Cl2，电极a质量理论上增加23 g
答案 C
解析 由充电时电极a的反应可知，充电时电极a发生还原反应，所以电极a是阴极，则电极b是阳极，故A错误；放电时负极反应为Na3Ti2(PO4)3－2e－===NaTi2(PO4)3＋2Na＋，正极反应为Cl2＋2e－===2Cl－，反应后Na＋和Cl－浓度都增大，则放电时NaCl溶液的浓度增大，pH不变，故B错误、C正确；充电时阳极反应为2Cl－－2e－===Cl2↑，阴极反应为NaTi2(PO4)3＋2Na＋＋2e－===Na3Ti2(PO4)3，由得失电子守恒可知，每生成1 ml Cl2，电极a质量理论上增加23 g·ml－1×2 ml＝46 g，故D错误。
2．(2022·全国乙卷，12)Li-O2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Li-O2电池(如图所示)。光照时，光催化电极产生电子(e－)和空穴(h＋)，驱动阴极反应(Li＋＋e－===Li)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，电池的总反应为Li2O2===2Li＋O2
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：O2＋2Li＋＋2e－===Li2O2
答案 C
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。由以上分析可知，充电时，电池的总反应为Li2O2===2Li＋O2，A正确；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；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；放电时总反应为2Li＋O2===Li2O2，则正极反应为O2＋2Li＋＋2e－===Li2O2，D正确。
3．(2022·湖南，8)海水电池在海洋能源领域备受关注，一种锂-海水电池构造示意图如下。下列说法错误的是( )
A．海水起电解质溶液作用
B．N极仅发生的电极反应：2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑
C．玻璃陶瓷具有传导离子和防水的功能
D．该锂-海水电池属于一次电池
答案 B
解析 海水中含有丰富的电解质，如氯化钠、氯化镁等，可作为电解质溶液，故A正确；N为正极，电极反应主要为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，故B错误；Li为活泼金属，易与水反应，玻璃陶瓷的作用是防止水和Li反应，并能传导离子，故C正确；该电池不可充电，属于一次电池，故D正确。
4．(2022·山东，13改编)设计如图装置回收金属钴。保持细菌所在环境pH稳定，借助其降解乙酸盐生成CO2，将废旧锂离子电池的正极材料LiCO2(s)转化为C2＋，工作时保持厌氧环境，并定时将乙室溶液转移至甲室。已知电极材料均为石墨材质，右侧装置为原电池。下列说法正确的是( )
A．装置工作时，甲室溶液pH逐渐增大
B．装置工作一段时间后，乙室应补充水
C．乙室电极反应式为LiCO2＋2H2O＋e－===Li＋＋C2＋＋4OH－
D．若甲室C2＋减少200 mg，乙室C2＋增加300 mg，则此时已进行过溶液转移
答案 D
解析 由于右侧装置为原电池，所以乙室是原电池，甲室是电解池。电池工作时，甲室中细菌上乙酸盐的阴离子失去电子被氧化为CO2气体，C2＋在另一个电极上得到电子，被还原为C单质，甲室总反应为CH3COO－＋4C2＋＋2H2Oeq \(=====,\s\up7(电解))2CO2↑＋4C＋7H＋，溶液pH减小，A错误；乙室电解质溶液呈酸性，不可能大量存在OH－，乙室电极反应式为LiCO2＋e－＋4H＋===Li＋＋C2＋＋2H2O，消耗H＋，因此电池工作一段时间后应该补充盐酸，B、C错误；若甲室C2＋减少200 mg，转移电子的物质的量为n(e－)＝eq \f(0.2 g,59 g·ml－1)×2≈0.006 8 ml，乙室C2＋增加300 mg，转移电子的物质的量为n(e－)＝eq \f(0.3 g,59 g·ml－1)×1≈0.005 1 ml，说明此时已进行过溶液转移，D正确。
5．(2020·全国卷Ⅰ，12)科学家近年发明了一种新型Zn-CO2水介质电池。电池示意图如下，电极为金属锌和选择性催化材料，放电时，温室气体CO2被转化为储氢物质甲酸等，为解决环境和能源问题提供了一种新途径。
下列说法错误的是( )
A．放电时，负极反应为Zn－2e－＋4OH－===Zn(OH)eq \\al(2－,4)
B．放电时，1 ml CO2转化为HCOOH，转移的电子数为2 ml
C．充电时，电池总反应为2Zn(OH)eq \\al(2－,4)===2Zn＋O2↑＋4OH－＋2H2O
D．充电时，正极溶液中OH－浓度升高
答案 D
解析 由装置示意图可知，放电时负极反应为Zn－2e－＋4OH－===Zn(OH)eq \\al(2－,4)，A项正确；放电时CO2转化为HCOOH，C元素化合价降低2，则1 ml CO2转化为HCOOH时，转移电子数为2 ml，B项正确；由装置示意图可知充电时正极(阳极)产生O2，负极(阴极)产生Zn，C项正确；充电时正极(阳极)上发生反应：2H2O－4e－===4H＋＋O2↑，OH－浓度降低，D项错误。
6．(2021·山东，10)以KOH溶液为离子导体，分别组成CH3OH-O2、N2H4-O2、(CH3)2NNH2-O2清洁燃料电池，下列说法正确的是( )
A．放电过程中，K＋均向负极移动
B．放电过程中，KOH物质的量均减小
C．消耗等质量燃料，(CH3)2NNH2-O2燃料电池的理论放电量最大
D．消耗1 ml O2时，理论上N2H4-O2燃料电池气体产物的体积在标准状况下为11.2 L
答案 C
解析 放电过程为原电池工作原理，所以钾离子均向正极移动，A错误；碱性环境下，N2H4-O2清洁燃料电池总反应为N2H4＋O2===N2＋2H2O，其总反应中未消耗KOH，所以KOH的物质的量不变，其他两种燃料电池根据总反应可知，KOH的物质的量均减小，B错误；理论放电量与燃料的物质的量和转移电子数有关，设消耗燃料的质量均为m g，则甲醇、N2H4和(CH3)2NNH2放电量(物质的量表达式)分别是eq \f(m g,32 g·ml－1)×6、eq \f(m g,32 g·ml－1)×4、eq \f(m g,60 g·ml－1)×16，通过比较可知(CH3)2NNH2理论放电量最大，C正确；根据转移电子数守恒和总反应式可知，消耗1 ml O2生成的氮气的物质的量为1 ml，在标准状况下为22.4 L，D错误。
7．(2021·湖南，10)锌/溴液流电池是一种先进的水溶液电解质电池，广泛应用于再生能源储能和智能电网的备用电源等。三单体串联锌/溴液流电池工作原理如图所示：
下列说法错误的是( )
A．放电时，N极为正极
B．放电时，左侧贮液器中ZnBr2的浓度不断减小
C．充电时，M极的电极反应式为Zn2＋＋2e－===Zn
D．隔膜允许阳离子通过，也允许阴离子通过
答案 B
解析 由题意分析可知，放电时，N极为正极，故A正确；充电时，M极与直流电源的负极相连，作电解池的阴极，锌离子在阴极上得到电子发生还原反应生成锌，电极反应式为Zn2＋＋2e－===Zn，故C正确。
1．(2022·湘豫名校联考高三下学期模拟)锌-空气燃料电池的能量密度较高，广泛应用于需要长时间在低电流下进行的设备，如助听器等，其装置示意图如图所示。下列说法正确的是( )
A．放电时，A极为正极，电极反应式为O2＋4e－===2O2－
B．放电时，电子由B极流出经外电路到达A极，再进入电解质溶液回到B极构成闭合回路
C．充电时，B极电极反应式为ZnO＋H2O＋2e－===Zn＋2OH－
D．电池工作一段时间后，电解质溶液pH降低
答案 C
解析 放电时，A极上通入的氧气会被还原，A极为正极，电解质为KOH溶液，所以电极反应为2H2O＋O2＋4e－===4OH－，A错误；电子不能在电解质溶液中移动，B错误；放电时，B极上Zn被氧化，则充电时，B极为阴极，ZnO被还原，电极反应为ZnO＋H2O＋2e－===Zn＋2OH－，C正确；放电过程中的总反应为2Zn＋O2===2ZnO，溶液体积不变，KOH的物质的量不变，电解质溶液的pH不变，D错误。
2．(2022·河南省十所名校高中理综)研究发现，在肼(N2H4)酸性燃料电池中添加少量Fe2(SO4)3能持续大电流放电，工作原理如图所示。
下列说法错误的是( )
A．交换膜M为质子交换膜
B．Fe3＋能够降低正极区反应的活化能
C．放电时正极区溶液的pH下降
D．负极反应式为N2H4－4e－===N2↑＋4H＋
答案 C
解析 由图可知，N2H4失去电子发生氧化反应为负极，反应为N2H4－4e－===N2↑＋4H＋，铁离子得到电子发生还原反应生成亚铁离子，亚铁离子和氧气反应的离子方程式为4Fe2＋＋4H＋＋O2===4Fe3＋＋2H2O，反应中氢离子向正极运动，交换膜M为质子交换膜，A、D正确；由图可知，铁离子参与反应后又生成，即做催化剂，Fe3＋能够降低正极区反应的活化能，B正确；由A项分析，放电时正极区溶液的酸性减弱，pH升高，C错误。
3．(2022·成都市高三第二次诊断)钠离子电池易获取，正负极材料均采用铝箔(可减少铜箔用量)，因此钠离子电池理论成本低于锂离子电池。现有一种正极材料为KFe2(CN)6，固体电解质为Na3PS4，负极材料为Na2Ti3O7的钠离子电池。下列有关叙述错误的是( )
A．正极KFe2(CN)6中Fe的化合价为＋2、＋3
B．放电时，正极可能发生Fe2(CN)eq \\al(－,6)＋e－===Fe2(CN)eq \\al(2－,6)
C．放电时，电子从负极流经固体电解质到达正极
D．充电时，阴极发生还原反应，并且Na＋增多
答案 C
解析 钾离子呈＋1价、CN－为－1价，化合物中元素的正负化合价代数和为0，则正极KFe2(CN)6中Fe的化合价为＋2、＋3，A正确；放电时，正极发生还原反应，可能发生Fe2(CN)eq \\al(－,6)＋e－===Fe2(CN)eq \\al(2－,6)，B正确；放电时，电子从负极流经外电路到达正极，电子不流经固体电解质，C不正确；充电时，阴极发生还原反应，阳离子向阴极移动，则Na＋增多，D正确。
4．(2022·山西省高三下学期高考考前适应性测试)利用微生物电池处理有机废水同时也可实现海水淡化。现以NaCl溶液模拟海水，采用惰性电极，用下图装置处理有机废水(含CH3COO－的溶液)。下列说法错误的是( )
A．电极电势a极低于b极
B．当b极上产生11.2 L(标准状况)气体时，会有1 ml Cl－通过隔膜1
C．a极反应为CH3COO－－8e－＋2H2O===2CO2↑＋7H＋
D．当电路中通过4 ml电子时，负极区溶液的质量理论上减少44 g
答案 D
解析 在a极，CH3COO－转化为CO2，C元素化合价升高，则a极为负极，b极为正极。a极发生的电极反应为CH3COO－－8e－＋2H2O===2CO2↑＋7H＋，b极发生的电极反应为2H＋＋2e－===H2↑。隔膜1为阴离子交换膜，隔膜2为阳离子交换膜。a极为负极，b极为正极，则电极电势a极低于b极，A正确；b极为正极，发生的电极反应为2H＋＋2e－===H2↑，当b极上产生11.2 L(标准状况)气体时，线路中有1 ml e－转移，则有1 ml Cl－通过隔膜1，B正确；负极反应为CH3COO－－8e－＋2H2O===2CO2↑＋7H＋，当电路中通过4 ml电子时，负极区溶液中释放1 ml CO2，同时有4 ml Cl－通过隔膜1进入负极区，则负极区溶液的质量理论上增加4 ml×35.5 g·ml－1－1 ml×44 g·ml－1＝98 g，D错误。
考点二 电解原理的分析应用
1．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0.1 ml Cu(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( )
答案 (1)√ (2)× (3)× (4)× (5)√ (6)√
2．按要求书写电极反应式
(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。
3．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 \\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 \\al(－,7)和AlCleq \\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 \\al(－,4)===4Al2Cleq \\al(－,7)。
阴极：4Al2Cleq \\al(－,7)＋3e－===Al＋7AlCleq \\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 \\al(2－,4)－2e－===2MnOeq \\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 \\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 \\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 \\al(－,3)－2e－＋H2O===3H＋＋SOeq \\al(2－,4)。
阴极：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－。
1．图解电解池工作原理(阳极为惰性电极)
2．正确判断电极产物
(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．对比掌握电解规律(阳极为惰性电极)
注意 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．金属的腐蚀与电化学防护
5．陌生电解池装置图的知识迁移
(1)电解池
(2)金属腐蚀
1．(2022·湖北，14)含磷有机物应用广泛。电解法可实现由白磷直接制备Li[P(CN)2]，过程如图所示(Me为甲基)。下列说法正确的是( )
A．生成1 ml Li[P(CN)2]，理论上外电路需要转移2 ml电子
B．阴极上的电极反应为：P4＋8CN－－4e－===4[P(CN)2]－
C．在电解过程中CN－向铂电极移动
D．电解产生的H2中的氢元素来自于LiOH
答案 D
解析 石墨电极为阳极，对应的电极反应式为P4＋8CN－－4e－===4[P(CN)2]－，则生成1 ml Li[P(CN)2]，理论上外电路需要转移1 ml电子，A错误；阴极上发生还原反应，应该得电子，电极反应式为2HCN＋2e－===H2↑＋2CN－，B错误；石墨电极为阳极，铂电极为阴极，CN－应该向阳极移动，即移向石墨电极，C错误；由所给图示可知HCN在阴极放电，产生CN－和H2，而HCN中的H来自于LiOH，则电解产生的H2中的氢元素来自于LiOH，D正确。
2．(2022·广东，10)以熔融盐为电解液，以含Cu、Mg和Si等的铝合金废料为阳极进行电解，实现Al的再生。该过程中( )
A．阴极发生的反应为Mg－2e－===Mg2＋
B．阴极上Al被氧化
C．在电解槽底部产生含Cu的阳极泥
D．阳极和阴极的质量变化相等
答案 C
解析 该题中以熔融盐为电解液，以含Cu、Mg和Si等的铝合金废料为阳极进行电解，通过控制一定的条件，可使阳极区Mg和Al发生失电子的氧化反应，分别生成Mg2＋和Al3＋，Cu和Si不参与反应，阴极区Al3＋得电子生成Al单质，从而实现Al的再生，A、B错误；阳极材料中Cu和Si不参与氧化反应，在电解槽底部可生成含Cu的阳极泥，C正确；因为阳极除了铝参与电子转移，镁也参与了电子转移，且还会形成阳极泥，而阴极只有铝离子得电子生成铝单质，根据得失电子守恒及元素守恒可知，阳极与阴极的质量变化不相等，D错误。
3．(2021·广东，16)钴(C)的合金材料广泛应用于航空航天、机械制造等领域。如图为水溶液中电解制备金属钴的装置示意图。下列说法正确的是( )
A．工作时，Ⅰ室和Ⅱ室溶液的pH均增大
B．生成1 ml C，Ⅰ室溶液质量理论上减少16 g
C．移除两交换膜后，石墨电极上发生的反应不变
D．电解总反应：2C2＋＋2H2Oeq \(=====,\s\up7(电解))2C＋O2↑＋4H＋
答案 D
解析 由装置图可知，水放电生成的氢离子通过阳离子交换膜由Ⅰ室向Ⅱ室移动，使Ⅱ室中氢离子浓度增大，溶液pH减小，故A错误；阴极生成1 ml钴，阳极有1 ml水放电，则Ⅰ室溶液质量减少18 g，故B错误；若移除离子交换膜，氯离子的放电能力强于水，氯离子会在阳极失去电子发生氧化反应生成氯气，则移除离子交换膜，石墨电极的电极反应会发生变化，故C错误；电解总反应的离子方程式为2C2＋＋2H2Oeq \(=====,\s\up7(电解))2C＋O2↑＋4H＋，故D正确。
4．(2022·浙江6月选考，21)通过电解废旧锂电池中的LiMn2O4可获得难溶性的Li2CO3和MnO2，电解示意图如下(其中滤布的作用是阻挡固体颗粒，但离子可自由通过。电解过程中溶液的体积变化忽略不计)。下列说法不正确的是( )
A．电极A为阴极，发生还原反应
B．电极B的电极反应：2H2O＋Mn2＋－2e－===MnO2＋4H＋
C．电解一段时间后溶液中Mn2＋浓度保持不变
D．电解结束，可通过调节pH除去Mn2＋，再加入Na2CO3溶液以获得Li2CO3
答案 C
解析 由电解示意图可知，电极B上Mn2＋转化为MnO2，锰元素化合价升高，失电子，则电极B为阳极，电极A为阴极，得电子，发生还原反应，A正确；由电解示意图可知，电极B上Mn2＋失电子转化为MnO2，电极反应式为2H2O＋Mn2＋－2e－===MnO2＋4H＋，B正确；电极A为阴极，LiMn2O4得电子，电极反应式为2LiMn2O4＋6e－＋16H＋===2Li＋＋4Mn2＋＋8H2O，依据得失电子守恒，电解池总反应为2LiMn2O4＋4H＋===2Li＋＋Mn2＋＋3MnO2＋2H2O，反应生成了Mn2＋，Mn2＋浓度增大，C错误；电解池总反应为2LiMn2O4＋4H＋===2Li＋＋Mn2＋＋3MnO2＋2H2O，电解结束后，可通过调节溶液pH将锰离子转化为沉淀除去，然后再加入碳酸钠溶液，从而获得碳酸锂，D正确。
5．(2022·海南，9)一种采用H2O(g)和N2(g)为原料制备NH3(g)的装置示意图如下。
下列有关说法正确的是( )
A．在b电极上，N2被还原
B．金属Ag可作为a电极的材料
C．改变工作电源电压，反应速率不变
D．电解过程中，固体氧化物电解质中O2－不断减少
答案 A
解析 由装置示意图可知，b电极上N2转化为NH3，N元素的化合价降低，得到电子发生还原反应，因此b为阴极，电极反应式为N2＋3H2O＋6e－===2NH3＋3O2－，a为阳极，电极反应式为2O2－－4e－===O2，据此分析解答。由分析可得，在b电极上，N2被还原，A正确；a为阳极，若金属Ag作a的电极材料，则金属Ag优先失去电子，B错误；改变工作电源的电压，导致电流大小改变，反应速率也会改变，C错误；电解过程中，阴极电极反应式为2N2＋6H2O＋12e－===4NH3＋6O2－，阳极电极反应式为6O2－－12e－===3O2，因此固体氧化物电解质中O2－不会减少，D错误。
6．(2021·全国甲卷，13)乙醛酸是一种重要的化工中间体，可采用如图所示的电化学装置合成。图中的双极膜中间层中的H2O解离为H＋和OH－，并在直流电场作用下分别向两极迁移。下列说法正确的是( )
A．KBr在上述电化学合成过程中只起电解质的作用
B．阳极上的反应式为：＋2H＋＋2e－―→＋H2O
C．制得2 ml乙醛酸，理论上外电路中迁移了1 ml电子
D．双极膜中间层中的H＋在外电场作用下向铅电极方向迁移
答案 D
解析 KBr在上述电化学合成过程中除作电解质外，同时还是电解过程中阳极的反应物，生成的Br2为乙二醛制备乙醛酸的中间产物，故A错误；阳极上Br－失去电子生成Br2，Br2将乙二醛氧化为乙醛酸，故B错误；电解过程中阴、阳极均生成乙醛酸，1 ml乙二酸生成1 ml乙醛酸转移的电子为2 ml，1 ml乙二醛生成1 ml乙醛酸转移电子为2 ml，根据转移电子守恒可知制得2 ml乙醛酸时，理论上外电路中迁移了2 ml电子，故C错误；由上述分析可知，双极膜中间层的H＋在外电场作用下移向阴极，即H＋移向铅电极，故D正确。
7．[2021·湖南，16Ⅱ(4)(5)]氨气中氢含量高，是一种优良的小分子储氢载体，且安全、易储运，可通过下面两种方法由氨气得到氢气。
方法Ⅱ.氨电解法制氢气
利用电解原理，将氨转化为高纯氢气，其装置如图所示。
(4)电解过程中OH－的移动方向为____________(填“从左往右”或“从右往左”)。
(5)阳极的电极反应式为_____________________________________________________。
答案 (4)从右往左 (5)2NH3－6e－＋6OH－===N2＋6H2O
解析 (4)由图可知，通NH3的一极氮元素化合价升高，发生氧化反应，为电解池的阳极，则另一电极为阴极，电解过程中OH－移向阳极，则从右往左移动。
(5)阳极NH3失电子发生氧化反应生成N2，结合碱性条件，电极反应式为2NH3－6e－＋6OH－===N2＋6H2O。
8．[2021·山东，17(4)]利用膜电解技术(装置如图所示)，以Na2CrO4为主要原料制备Na2Cr2O7的总反应方程式为：4Na2CrO4＋4H2Oeq \(=====,\s\up7(电解))2Na2Cr2O7＋4NaOH＋2H2↑＋O2↑。则Na2Cr2O7在____(填“阴”或“阳”)极室制得，电解时通过膜的离子主要为______________________
__________________________________________________。
答案 阳 CrOeq \\al(2－,4)
解析 由4Na2CrO4＋4H2Oeq \(=====,\s\up7(电解))2Na2Cr2O7＋4NaOH＋2H2↑＋O2↑可知，电解过程中实质是电解水，阳极上OH－失去电子生成H2O和O2，阴极上H＋得到电子生成H2，由2CrOeq \\al(2－,4)＋H2OCr2Oeq \\al(2－,7)＋2OH－可知，Cr2Oeq \\al(2－,7)在c(OH－)减小的电极室中制得，即Na2Cr2O7在阳极室产生；电解过程中，阳极室中c(OH－)减小，CrOeq \\al(2－,4)水解平衡正向移动，c(CrOeq \\al(2－,4))减小，c(Cr2Oeq \\al(2－,7))增大，为提高制备Na2Cr2O7的效率，CrOeq \\al(2－,4)通过离子交换膜移向阳极。
1．(2022·太原市高三下学期模拟)我国科学家开发出一种双极制氢系统，在低电池电压下的KOH介质中，可将醛类物质电催化转化为相应的羧酸盐和氢气，其工作原理如图所示。下列说法不正确的是( )
A．泡沫铜与直流电源的正极相连
B．制得1 ml氢气，理论上外电路中迁移了2 ml电子
C．高电压下不能实现双极制氢的原因可能是Cu被氧化从而使催化剂失活
D．泡沫铜电极上发生的反应可能为2R—CHO＋4OH－－2e－===2R—COO－＋H2↑＋2H2O
答案 B
解析 泡沫铜上醛基转化为羧基，发生氧化反应，所以泡沫铜为阳极，与直流电源的正极相连，A正确；阳极反应为2R—CHO＋4OH－－2e－===2R—COO－＋H2↑＋2H2O，阴极反应为2H2O＋2e－===2OH－＋ H2↑，制得1 ml氢气，则阳极、阴极各产生0.5 ml氢气，转移1 ml电子，B错误、D正确；铜为金属，作为阳极，若电压过高，Cu会被氧化，使催化剂失活，C正确。
2．(2022·山东省烟台市、德州市高三一模)电解法处理含有Cl－、NOeq \\al(－,3)的酸性废水，其工作原理及电极b中铁的化合物的催化机理如图所示，H表示氢原子。下列说法错误的是( )
A．电极b接电源负极
B．处理1 ml NOeq \\al(－,3)，电路中转移5 ml e－
C．HClO在阳极生成：Cl－＋H2O－2e－===HClO＋H＋
D．H＋与NOeq \\al(－,3)反应的电极反应式为10H＋＋NOeq \\al(－,3)＋8e－===NHeq \\al(＋,4)＋3H2O
答案 B
解析 由图知，电极b上硝酸根离子转变为铵根离子，被还原，则电极b为阴极，接电源负极，A正确；硝酸根离子转变为铵根离子，N元素化合价从＋5价降低到－3价，则处理1 ml NOeq \\al(－,3)，电路中转移8 ml e－，B不正确；阳极氯离子失去电子被氧化，生成HClO：Cl－＋H2O－2e－===HClO＋H＋，C正确；电极b上硝酸根离子转变为铵根离子，H＋与NOeq \\al(－,3)反应的电极反应式为10H＋＋NOeq \\al(－,3)＋8e－===NHeq \\al(＋,4)＋3H2O，D正确。
3．(2022·郑州市高三第二次质量预测)钛铁合金具有优异的性能，在航天和生物医学等领域有广泛的应用。下图是以二氧化钛、氧化亚铁混合粉末压制的块体和石墨坩埚分别做电极材料，以CaCl2熔盐为离子导体(不参与电极反应)制备钛铁合金的电解装置示意图。下列相关说法正确的是( )
A．石墨坩埚连接直流电源的负极
B．通入Ar气主要是为了保护石墨坩埚不被氧化
C．TiO2发生的电极反应为TiO2－4e－===Ti＋2O2－
D．每生成16.0 g TiFe2时，流出气体在标准状况下的体积大于4.48 L
答案 D
解析 该装置的目的是制备钛铁合金，所以Fe2＋、Ti4＋发生还原反应，所以以二氧化钛、氧化亚铁混合粉末压制的块体应为阴极，连接电源的负极，A错误；Ti、Fe性质活泼，容易被生成的氧气氧化，所以通入Ar气主要是为了保护钛铁合金不被氧化，B错误；TiO2得电子发生还原反应，电极反应应为TiO2＋4e－===Ti＋2O2－，C错误；16.0 g TiFe2，即eq \f(16 g,160 g·ml－1)＝0.1 ml，需生成0.1 ml Ti、0.2 ml Fe，根据电极反应TiO2＋4e－===Ti＋2O2－、FeO＋2e－===Fe＋O2－可知，共转移0.8 ml电子，O2－在阳极被还原，电极反应为2O2－－4e－===O2↑，所以生成0.2 ml氧气，标况下体积为0.2 ml×22.4 L·ml－1＝4.48 L，但同时流出的气体还有Ar，所以流出气体在标准状况下的体积大于4.48 L，D正确。
4．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
答案 B
解析 A项，由图分析可知，电极1为电解池的阳极，氯离子放电生成氯气，电极反应为2Cl－－2e－===Cl2↑，电极2为阴极，溶液中氢离子得到电子生成氢气，电极反应为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，离子交换膜a是阳离子交换膜，离子交换膜b是阴离子交换膜，错误；B项，结合阴、阳离子的移向可知，各间隔室的排出液中，①③⑤⑦为淡水，正确；C项，通电时，阳极电极反应式：2Cl－－2e－===Cl2↑，阴极电极反应式：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，电极2附近溶液的pH比电极1附近溶液的pH变化明显，错误；D项，淡化过程中，得到的浓缩海水可以提取氯化钠、镁、溴等，有使用价值，错误。
专题强化练
1．(2022·湖北省八市高三3月联考)熔融钠-硫电池以钠和硫分别作电池两极的活性物质，以固态β-Al2O3陶瓷作隔膜和电解质。如图用铅酸蓄电池给熔融钠-硫电池充电，已知铅酸蓄电池工作时的反应为Pb＋PbO2＋2H2SO4===2PbSO4＋2H2O。下列说法错误的是( )
A．铅酸蓄电池工作时，b极附近溶液pH变大
B．熔融钠-硫电池的反应是Na2Sxeq \(,\s\up7(充电),\s\d5(放电))2Na＋xS
C．充电时，Na＋通过β-Al2O3向熔融钠的方向移动
D．充电时，每转移1 ml e－，生成16 g硫
答案 D
解析 熔融钠-硫电池中钠比较活泼为负极、硫为正极；由图可知，b连接熔融钠-硫电池的右侧，则b为铅酸蓄电池的正极，工作时b极反应为PbO2＋4H＋＋SOeq \\al(2－,4)＋2e－===PbSO4＋2H2O，反应消耗氢离子，附近溶液pH变大，A正确；熔融钠-硫电池放电时钠失去电子生成钠离子，充电时钠离子得到电子生成钠，反应是Na2Sxeq \(,\s\up7(充电),\s\d5(放电))2Na＋xS，B正确；充电时，阳离子向阴极移动，故Na＋通过β-Al2O3向熔融钠的方向移动，C正确；充电时，阳极反应为Na2Sx－2e－===2Na＋＋xS，则每转移1 ml e－，生成16x g硫，D错误。
2．(2022·晋中市高三下学期3月第一次模拟)沉积物微生物燃料电池(SMFC)可以将沉积物中的化学能直接转化为电能，同时加速沉积物中污染物的去除，用SMFC处理含硫废水的工作原理如图所示，酸性增强不利于菌落存活。下列说法错误的是( )
A．碳棒b电势比碳棒a电势低
B．碳棒a附近酸性增强
C．碳棒b存在电极反应：S－6e－＋4H2O===SOeq \\al(2－,4)＋8H＋
D．工作一段时间后，电池效率降低
答案 B
解析 光合菌产生的O2得电子结合H＋生成H2O，碳棒a为正极，FeSx在硫氧化菌的作用下被氧化为S，S在硫氧化菌的作用下被氧化为硫酸根离子，碳棒b为负极，正极的电势高于负极，A正确；a为正极，电极反应为O2＋4e－＋4H＋===2H2O，酸性减弱，B错误；根据图示，碳棒b存在电极反应：S－6e－＋4H2O===SOeq \\al(2－,4)＋8H＋，C正确；酸性增强不利于菌落存活，负极失电子发生的氧化反应会减慢，故工作一段时间后，电池效率降低，D正确。
3．(2022·河南省信阳市高三第二次质量检测)某全固态薄膜锂离子电池截面结构如图所示，电极A为非晶硅薄膜，充电时Li＋得电子成为Li嵌入该薄膜材料中；电极B为LiCO2薄膜；集流体起导电作用。下列说法不正确的是( )
A．充电时，集流体A与外接电源的负极相连
B．放电时，外电路通过a ml电子时，LiPON薄膜电解质损失a ml Li＋
C．放电时，电极B为正极，反应可表示为Li1－xCO2＋xLi＋＋xe－===LiCO2
D．电池总反应可表示为LixSi＋Li1－xCO2eq \(,\s\up7(放电),\s\d5(充电))Si＋LiCO2
答案 B
解析 由图可知，集流体A与电极A相连，充电时电极A作阴极，故充电时集流体A与外接电源的负极相连，A正确；放电时，外电路通过a ml电子时，内电路中有a ml Li＋通过LiPON薄膜电解质从负极迁移到正极，但是LiPON薄膜电解质没有损失Li＋，B不正确；放电时，电极B为正极，发生还原反应，反应可表示为Li1－xCO2＋xLi＋＋xe－===LiCO2，C正确；电池放电时，嵌入在非晶硅薄膜中的锂失去电子变成Li＋，正极上Li1－xCO2得到电子和Li＋变为LiCO2，故电池总反应可表示为LixSi＋Li1－xCO2eq \(,\s\up7(放电),\s\d5(充电))Si＋LiCO2，D正确。
4．(2022·安徽省江南十校高三下学期一模联考)我国某公司开发的“刀片电池”外观上类似普通干电池，但内部结构看上去像一堆排列整齐的裁纸刀，每一个刀片里又被分成很多个容纳腔，每个容纳腔里都包含一个电芯，整个刀片是由多个极芯串联而成的模组。该电池本质上还是磷酸铁锂电池，电池的总反应方程式为LiM1－xFexPO4＋6Ceq \(,\s\up7(充电),\s\d5(放电))M1－xFexPO4＋LiC6，其装置工作原理如图所示。下列说法错误的是( )
A．该电池工作时，负极的电极反应式为LiM1－x FexPO4－e－===M1－xFexPO4＋Li＋
B．该电池中的聚合物隔膜是阳离子交换膜，在充电时，阳离子由左向右移动
C．该电池充电时阴极的电极反应式为Li＋＋6C＋e－===LiC6
D．刀片电池可以搭载在新能源汽车上，作为动力来源
答案 A
解析 根据电池装置图知，该电池工作时，石墨为负极，电极反应式为LiC6－e－===Li＋＋6C，磷酸铁锂为正极，电极反应式为M1－xFexPO4＋e－＋Li＋===LiM1－xFexPO4，充电时，阴极、阳极反应式与负极、正极反应式正好相反，据此分析解题。充电时，石墨电极与电源负极相连，作为阴极，电极反应为Li＋＋6C＋e－===LiC6，需结合Li＋，阳极电极反应为LiM1－xFexPO4－e－===M1－xFexPO4＋Li＋，释放出Li＋，该电池中的聚合物隔膜是阳离子交换膜，在充电时，阳离子由阳极移向阴极即由左向右移动，B、C正确；由题干信息可知，刀片电池是一种新型的可充电电池，故可以搭载在新能源汽车上，作为动力来源，D正确。
5．(2022·辽宁省丹东市高三总复习质量测试)下图是Zn-空气二次电池(锌和铝的某些性质相似)，电池内聚丙烯酸钠吸收了KOH溶液形成导电凝胶。下列说法错误的是( )
A．放电时，K＋向Pt/C－RuO2电极移动
B．放电时，锌电极发生反应为Zn－2e－＋4OH－===ZnOeq \\al(2－,2)＋2H2O
C．充电时，阳极附近pH减小
D．充电时，导线中每通过4 ml电子，阴极产生22.4 L(标况下)O2
答案 D
解析 放电时Zn极为负极，Pt/C－RuO2电极为正极，所以K＋向Pt/C－RuO2电极移动，A正确；放电时，锌电极发生失电子的氧化反应，其电极反应式为Zn－2e－＋4OH－===ZnOeq \\al(2－,2)＋2H2O，B正确；充电时，阳极区的电极反应式为4OH－－4e－===O2↑＋2H2O，消耗氢氧根离子同时生成水，所以阳极附近pH减小，C正确；充电时，导线中每通过4 ml电子，阳极产生氧气的物质的量为1 ml，所以标况下其体积为1 ml×22.4 L·ml－1＝22.4 L，D错误。
6．(2022·湖南省部分学校高三3月调研)《Science》杂志报道了王浩天教授团队发明的制取H2O2的绿色方法，原理如图所示(已知：H2O2H＋＋HOeq \\al(－,2)，Ka＝2.4×10－12)。下列说法正确的是( )
A．X膜为阴离子交换膜
B．每生成1 ml H2O2，外电路通过4 ml e－
C．催化剂可加快单位时间内反应中电子的转移数目
D．a极上发生还原反应
答案 C
解析 由图可知，通入氢气的a极为原电池的负极，氢气在负极失去电子发生氧化反应生成氢离子，氢离子通过阳离子交换膜进入中间室，通入氧气的b极为正极，氧气在正极得到电子发生还原反应生成HOeq \\al(－,2)和氢氧根离子，HOeq \\al(－,2)和氢氧根离子通过阴离子交换膜进入中间室，中间室中HOeq \\al(－,2)和氢氧根离子与氢离子反应，最终生成过氧化氢，故A、D错误；反应总方程式为H2＋O2===H2O2，由方程式可知，生成1 ml过氧化氢，外电路通过2 ml电子，故B错误；催化剂能降低反应的活化能，加快反应速率，使单位时间内反应中电子转移的数目加快，故C正确。
7．(2022·许昌市高中毕业班下学期阶段性测试)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．充电时，中性电解质NaCl的浓度增大
B．放电时，负极反应式为Zn－2e－＋4OH－===Zn(OH)eq \\al(2－,4)
C．充电时，1 ml FQH2转化为FQ转移2 ml电子
D．放电时，正极区溶液的pH增大
答案 A
解析 根据题意，充电时，FQH2生成FQ，被氧化，所以充电时右侧为阳极，左侧为阴极，Zn(OH)eq \\al(2－,4)被还原为Zn；则放电时左侧为负极，Zn被氧化为Zn(OH)eq \\al(2－,4)，右侧为正极，FQ被还原为FQH2。充电时，左侧阴极的电极反应为Zn(OH)eq \\al(2－,4)＋2e－===Zn＋4OH－，阴离子增多，为平衡电荷，中性电解质中的Na＋经阳膜迁移至左侧，Cl－经阴膜迁移至右侧，NaCl的浓度减小，A错误；放电时，左侧为负极，Zn被氧化为Zn(OH)eq \\al(2－,4)，电极反应为Zn－2e－＋4OH－===Zn(OH)eq \\al(2－,4)，B正确；充电时，右侧FQH2被氧化为FQ，电极反应为FQH2－2e－===FQ＋2H＋，所以1 ml FQH2转化为FQ转移2 ml电子，C正确；放电时右侧为正极，电极反应为FQ＋2H＋＋2e－===FQH2，氢离子被消耗，pH增大，D正确。
8．(2022·唐山市高三下学期第一次模拟)钠离子电池比锂离子电池更稳定，造价更低，可实现5～10 min内快速充电，电池结构如图。总反应为NaC6＋Na1－xMO2eq \(,\s\up7(放电),\s\d5(充电))NaMO2＋Na1－xC6(0≤x≤0.55，M为过渡金属)，下列叙述正确的是( )
A．单位质量的负极材料，钠离子电池比锂离子电池可以提供更多的电量
B．放电时，Na＋从石墨烯纳米片中脱嵌，经电解质嵌入过渡金属氧化物
C．充电时，阴极上发生的电极反应为Na1－xMO2＋xe－＋xNa＋===NaMO2(0≤x≤0.55)
D．充电时，外电路中每转移0.2 ml e－，理论上石墨烯纳米片将增重2.3 g
答案 B
解析 由图可知，放电时，石墨烯纳米片为负极，NaC6在负极失去电子发生氧化反应生成钠离子和Na1－xC6，电极反应式为NaC6－xe－===Na1－xC6＋xNa＋(0≤x≤0.55)，过渡金属氧化物为正极，在钠离子作用下，Na1－xMO2在正极得到电子发生还原反应生成NaMO2，电极反应式为Na1－xMO2＋xe－＋xNa＋===NaMO2(0≤x≤0.55)，充电时，石墨烯纳米片与直流电源负极相连，做电解池的阴极，过渡金属氧化物与直流电源正极相连，做电解池的阳极。金属钠的摩尔质量大于金属锂，单位质量的钠失去电子的物质的量小于金属锂，则钠离子电池提供的电量少于锂离子电池，故A错误；放电时，钠离子从石墨烯纳米片中脱嵌，经电解质嵌入过渡金属氧化物，故B正确；充电时，石墨烯纳米片做电解池的阴极，Na1－xC6在钠离子作用下得到电子发生还原反应生成NaC6，电极反应式为Na1－xC6＋xNa＋＋xe－===NaC6，由电极反应式可知，外电路中每转移0.2 ml e－，理论上石墨烯纳米片将增重0.2 ml×23 g·ml－1＝4.6 g，故C、D错误。
9．(2022·泰安市高三下学期一模)氨气中氢含量高，是一种优良的小分子储氢载体。利用太阳能电池电解NH3得到高纯H2的装置如图所示。下列说法正确的是( )
A．该装置工作时，只发生两种形式能量的转化
B．电解过程中OH－由b极区向a极区迁移
C．电解时b极区溶液中n(KOH)减少
D．电解过程中1 ml NH3参与反应，得到3×6.02×1023个电子
答案 B
解析 该装置中有：太阳能转化为电能，电能转化为化学能，有3种能量的转化，A错误；a极，NH3转化为N2，N元素的化合价升高，失去电子，则电极a为阳极，OH－移向阳极，B正确；b极为阴极，电极反应式为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，每当有2 ml e－转移时，会有2 ml OH－通过阴离子交换膜进入a极，b极区溶液中n(KOH)不变，C错误；1 ml NH3转化为N2时，失去3 ml e－，D错误。
10．(2022·抚顺市普通高中高三下学期一模)利用膜技术原理和电化学原理制备少量硫酸和绿色硝化剂N2O5，装置如图所示，下列说法正确的是( )
A．电极a和电极d上都发生氧化反应
B．电极c上的电极反应式为N2O4－2e－＋H2O===N2O5＋2H＋
C．乙装置电极d附近溶液的pH增大
D．电路中每转移2 ml e－，甲池质子膜右侧溶液质量变化为18 g
答案 D
解析 由图可知，甲池为原电池，电极a为负极，在水分子作用下，二氧化硫在负极失去电子发生氧化反应生成硫酸，电极反应式为SO2－2e－＋2H2O===SOeq \\al(2－,4)＋4H＋，电极b为正极，酸性条件下，氧气在正极得到电子发生还原反应生成水，电极反应式为O2＋4e－＋4H＋===2H2O；乙池为电解池，与正极相连的电极c为电解池的阳极，在无水硝酸作用下，四氧化二氮在阳极失去电子发生氧化反应生成五氧化二氮和氢离子，电极反应式为N2O4－2e－＋2HNO3===2N2O5＋2H＋，电极d为阴极，氢离子在阴极得到电子发生还原反应生成氢气，电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑，阳极区的氢离子通过隔膜进入阴极区，电极d附近溶液的pH不变，故A、B、C错误；电极b为正极，电极反应式为O2＋4e－＋4H＋===2H2O，则电路中每转移2 ml e－，甲池质子膜右侧溶液质量变化为2 ml×eq \f(1,2)×18 g·ml－1＝18 g，故D正确。
11．(2022·河北省五校联盟高三下学期模拟)电芬顿技术常用来处理废水中的有害物质苯酚。电芬顿技术是通过化学芬顿技术发展而来的，化学芬顿技术主要向废水中投加Fe2＋和H2O2试剂，两者反应后生成强氧化剂羟基自由基，将废水中的有害有机物氧化成CO2和H2O。下列有关说法错误的是( )
A．a电极为Fe电极，外接电源正极
B．阴极反应为O2＋2e－===Oeq \\al(2－,2)
C．消耗标准状况下11.2 L O2，生成1 ml·OH
D．处理苯酚的反应为28HO·＋―→6CO2↑＋17H2O
答案 C
解析 电芬顿技术采用Fe作阳极，Fe失电子生成的亚铁离子与过氧化氢反应生成羟基自由基，A正确；阴极氧气得电子生成过氧根离子，在酸性条件下反应生成过氧化氢，B正确；酸性条件下，三价铁离子与过氧化氢反应生成羟基自由基的反应为H2O2＋Fe2＋＋H＋===Fe3＋＋·OH＋H2O,11.2 L O2在标况下为0.5 ml，O2～H2O2～·OH，0.5 ml O2生成0.5 ml·OH，C错误；根据元素守恒可以得出羟基自由基做强氧化剂处理苯酚的反应为28HO·＋―→6CO2↑＋17H2O，D正确。
12．为实现“双碳”目标，我国科学家研发了一种水系可逆Zn-CO2电池，电池工作时，复合膜(由a、b膜复合而成)层间的H2O解离成H＋和OH－，在外加电场作用下可透过相应的离子膜定向移动。当闭合K1时，Zn-CO2电池工作原理如图所示。下列说法不正确的是( )
A．闭合K1时，OH－通过b膜向Zn电极方向移动
B．闭合K1时，Zn表面的电极反应式为Zn＋4OH－－2e－===Zn(OH)eq \\al(2－,4)
C．闭合K2时，Zn电极与直流电源正极相连
D．闭合K2时，在Pd电极上有2.24 L CO2(标况下)生成，则析出Zn 6.5 g
答案 C
解析 闭合K1时，该装置为原电池，Zn电极为负极，Pd电极为正极，OH－通过b膜移向Zn电极，故A正确；闭合K1时，该装置为原电池，Zn发生失电子的氧化反应生成Zn(OH)eq \\al(2－,4)，电极反应式为Zn＋4OH－－2e－===Zn(OH)eq \\al(2－,4)，故B正确；闭合K1时，Zn-CO2电池中Zn电极为负极，Pd电极为正极，闭合K2时，该装置为电解池，Zn电极为阴极，与直流电源负极相连，故C错误；闭合K2时，该装置为电解池，Pd电极为阳极，阳极上HCOOH发生失电子的氧化反应生成CO2，Zn电极为阴极，阴极上析出锌，利用得失电子守恒可知，2e－～CO2～Zn，即有2.24 L CO2(标况下)生成，则析出Zn 6.5 g，故D正确。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
NaCl
HCl气体
放氧生酸型
CuSO4或AgNO3
CuO或Ag2O
相关学案
新高考化学二轮复习学案第1部分 专题突破 专题12 新型电池和电解原理的应用（含解析）： 这是一份新高考化学二轮复习学案第1部分 专题突破 专题12 新型电池和电解原理的应用（含解析），共29页。
2023版高考化学步步高大二轮复习讲义第一部分 专题18 溶液的配制与滴定法的应用【解析版】： 这是一份2023版高考化学步步高大二轮复习讲义第一部分 专题18 溶液的配制与滴定法的应用【解析版】，共19页。
2023版高考化学步步高大二轮复习讲义第一部分 专题17 题型专攻6 电解质溶液各类图像的分析【解析版】： 这是一份2023版高考化学步步高大二轮复习讲义第一部分 专题17 题型专攻6 电解质溶液各类图像的分析【解析版】，共15页。
