2023届高考化学一轮复习 化学反应原理专练（4）新情境下的电化学

（4）新情境下的电化学

1.我国科学家研发了一种水系可逆电池，电池工作时，复合膜（由a、b膜复合而成）层间的解离成和，在外加电场中可透过相应的离子膜定向移动。当闭合时，电池工作原理如图所示。下列说法不正确的是(   )

A.闭合时，Zn表面的电极反应式为

B.闭合时，反应一段时间后，NaCl溶液的pH减小

C.闭合时，Pd电极与直流电源正极相连

D.闭合时，通过a膜向Pd电极方向移动

2.天津理工大学刘喜正等人利用的形成和分解，实现了以乙二胺作添加剂的乙醚作为液态电解质的可充电电池，该电池放电时的工作原理如图所示，下列说法错误的是(   )

A.该装置将化学能转化为电能

B.钠极是负极，发生氧化反应

C.石墨极发生的电极反应式为

D.该电池中转移个电子，消耗标准状况下

3.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.加入降低了正极反应的活化能

B.电池工作时正极区溶液的pH减小

C.1mol被完全氧化时，有3mol被还原

D.负极反应式为

4.熔融碳酸盐燃料电池（MCFC）是由多孔陶瓷NiO阴极、多孔陶瓷电解质（熔融碱金属碳酸盐）隔膜、多孔金属Ni阳极、金属极板构成的燃料电池。工作时，该电池的阴极（正极）反应为，下列有关说法中错误的是(   )

A.较高的工作温度加快了该电池阴、阳极的反应速率

B.该电池的不能用CO、等替代

C.该电池工作时，要避免、的接触

D.放电时，阳极（负极）反应式为

5.国产航母山东舰已经列装服役，它是采用模块制造然后焊接组装而成的，对焊接有着极高的要求。实验室模拟在海水环境和河水环境下对焊接金属材料使用的影响（如图）。下列相关描述中正确的是(   )

A.由图示的金属腐蚀情况说明了Sn元素的金属性强于Fe元素

B.由图示可以看出甲是海水环境下的腐蚀情况，乙是河水环境下的腐蚀情况

C.两种环境下铁被腐蚀时的电极反应式均为

D.为了防止舰艇在海水中被腐蚀，可在焊点附近用锌块打“补丁”煅烧

6.对氨基苯甲酸（）是一种用途广泛的化工产品和医药中间体，以对硝基苯甲酸（）为原料，采用电解法合成对氨基苯甲酸的装置如图。下列说法中正确的是(   )

A.电子由直流电源经导线流入金属阳极DSA

B.阴极的主要电极反应式为

C.每转移1 mol时，阳极电解质溶液的质量减少8 g

D.反应结束后阳极区pH增大

7.下列对生铁片锈蚀对比实验的分析正确的是(   )

A.对比实验①②③，说明苯能隔绝

B.实验①中，生铁片未见明显锈蚀的主要原因是缺少

C.实验②中，NaCl溶液中溶解的不足以使生铁片明显锈蚀

D.实验③中，属于铁的吸氧腐蚀，负极反应：

8.某种新型热激活电池的结构与工作原理如图所示。下列说法正确的是(   )

A.电池加热时，电子由电极a经过导线流向电极b

B.电池加热时，电极a的电势比电极b的高

C.可加入适量NaOH溶液使电解质溶液的导电性增大

D.为了保证电池持久工作，理论上应不断地向电解质中补充

9.熔融钠-硫电池性能优良，是具有应用前景的储能电池。图中的电池反应为（，难溶于熔融硫）。下列说法错误的是(   )

A.的电子式为

B.放电时正极反应为

C.Na和分别为电池的负极和正极

D.该电池是以为隔膜的二次电池

10.近年来AIST报告正在研制一种“高容量、低成本”的锂一铜空气燃料电池。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，下列说法正确的是(   )

A.放电时，正极的电极反应式为：

B.通空气时，铜被腐蚀，表面产生

C.放电时Cu极区水溶液的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

11.新冠疫情期间某同学尝试在家自制含氯消毒剂。用两根铅笔芯（和）、电源适配器和水瓶组装如图所示的装置。接通电源后观察到：周围产生细小气泡，周围无明显现象；持续通电一段时间后，周围产生细小气泡。此时停止通电，拔出电极，旋紧瓶塞，振荡摇匀，制备成功。关于该实验的说法不正确的是(   )

A.电极附近产生气泡的原因为

B.可以用两根铁钉代替铅笔芯完成实验

C.自制消毒剂的总反应为

D.实验过程中要注意控制电压、开窗通风、导出氢气，确保安全

12.科学家利用电解法在常温常压下实现合成氨，工作时阴极区的微观示意图如图，其中电解液为溶有三氟甲磺酸锂和乙醇的惰性有机溶剂。

下列说法不正确的是(   )

A.三氟甲磺酸锂是离子化合物，其作用是增强导电性

B.该装置用Au作催化剂的目的是降低的键能

C.选择性透过膜可允许和通过

D.阴极区生成的电极反应式为

13.某科研团队设计了负载有Ru纳米颗粒且具有三维多孔结构的石墨烯基电极，负极为Na箔，电解质溶液为添加了乙二胺的有机溶剂，构成了电池，其简单示意图如图。下列有关说法中不正确的是(   )

A.放电时，正极上的电极反应式为

B.充电时，每转移0.1mol电子，在阳极可生成标准状况下的气体2.24L

C. 组装电池时，可将乙二胺的有机溶剂电解液改为乙二胺的水溶液

D. 该电池使用多孔石墨烯电极有利于气体、电极和电解液的充分接触

14.有机物液流电池因其电化学性能可调控等优点而备受关注。南京大学研究团队设计了一种水系分散的聚合物微粒“泥浆”电池（图甲）。该电池在充电过程中，聚对苯二酚（图乙）被氧化，下列说法错误的是(   )

A.放电时，电流由a电极经外电路流向b电极

B.充电时，a电极附近的pH减小

C.充电时，b电极的电极反应式为

D.电池中间的隔膜为特殊尺寸半透膜，放电时从a极区经过半透膜向b极区迁移

15.我国学者最近研发一种以铝为负极，石墨烯薄膜为正极的新型铝—石墨烯电池，氯化铝溶于1-乙基-3-甲基氯化咪唑离子液体作为电解液，放电机理如图所示，下列说法错误的是(   )

A.充电时，嵌入到石墨中

B.放电时，负极反应式为

C.机理图中的外电路上的箭头方向为电子移动方向

D.放电时总反应式为

16.一种钌（Ru）基配合物光敏染料敏化太阳能电池，其工作原理如图所示。下列说法错误的是(   )

A.电池工作时，将太阳能转化为电能

B.X电极为电池的负极

C.Y电极发生的电极反应为

D.电池工作时，电解质溶液中和，的浓度基本不变

17.铬是常见的过渡金属之一，研究铬的性质具有重要意义。

（1）在如图装置中，观察到装置甲铜电极上产生大量的无色气体，而装置乙中铜电极上无气体产生，铬电极上产生大量红棕色气体。由此可得到的结论是________。

（2）工业上使用丙图装置，采用石墨作电极电解溶液，使转化为，其转化原因为________。

（3）和，均易溶于水，它们是工业废水造成铬污染的主要原因。将Cr（Ⅵ）转化为Cr（Ⅲ）常见的处理方法是电解法。

将含的废水通入电解槽内，用铁作阳极，在酸性环境中，加入适量的NaCl进行电解，使阳极生成的和发生反应，和反应的离子方程式为__________。阴极上都可能放电。若放电，则阴极的电极反应式为________；若放电，则阴极区形成和________沉淀。

18.回答下列问题：

（1）科学家研制了一种新型乙醇电池，该电池采用磺酸类质子溶剂，在200℃左右时供电，电池示意图如图1所示。

①_______极（填“a”或“b”）为电池的正极，电池工作时电子的流向为_______（填“a→b”或“b→a”）。

②写出该电池负极的电极反应式：_______。

（2）图2中X为电源，Y为浸透滴有酚酞试液的饱和食盐水的滤纸，滤纸中央滴有一滴溶液，通电后Y中央的紫红色斑向d端扩散。

①Y中总反应的化学方程式为_______，滤纸上c点附近会变为_______色。

②电解一段时间后，Z产生280mL的气体（标准状况下），此时Z中溶液的体积为500mL，假设溶液中还有存在，则溶液中氢离子的物质的量是_______，加入_________g的_____（填化学式）可使溶液复原。

（3）氧化还原反应与生产、生活、科技密切相关。请回答下列问题：

①银制器皿久置表面变黑是因为表面生成了，该现象属于_____腐蚀。

②在如图3所示的原电池装置中，负极的电极反应为_____，电池总反应为_____，当电路中通过时，交换膜左侧溶液中离子减少的物质的量为_____。

答案以及解析

1.答案：D

解析：闭合时，Zn作负极被氧化，原电池中阴离子流向负极，复合膜层间的通过b膜移向Zn电极，Zn失去电子结合氢氧根生成，电极反应式为，A正确；闭合时，Pd电极为正极，复合膜层间的氢离子透过a膜移向Pd电极，得电子后结合氢离子生成HCOOH，NaCl溶液pH减小，B正确；闭合时，Pd电极上发生氧化反应，为阳极，与直流电源正极相连，C正确；闭合时，氢离子应移向阴极，即Zn电极，D错误。

2.答案：D

解析：该装置为可充电电池，题图为其放电时的工作原理图，该电池放电时将化学能转化为电能，A正确；根据电子移动方向，推出金属钠为负极，失去电子，发生氧化反应，B正确；石墨作正极，电极反应式为，C正确；根据正极反应式知，转移2mol电子消耗，当转移3个即3mol电子时，消耗，标准状况下消耗的体积为，D错误。

3.答案：B

解析：本题考查催化酸性乙醇燃料电池工作原理的分析。本电池为燃料电池，燃料在负极发生氧化反应，在正极发生还原反应，电解质溶液显酸性。

在正极反应中作催化剂，降低了反应活化能，A正确；负极区生成后，移向正极区被消耗，形成动态平衡，但正极区生成了，溶液浓度减小，故pH增大，B错误；由电极反应及总反应可知，C、D正确。

4.答案：B

解析：本题考查熔融碳酸盐燃料电池的工作原理。升高温度能加快反应速率，较高的工作温度加快了阴、阳极的反应速率，故A正确；由题给信息和装置图可知，该装置为原电池，负极失电子发生氧化反应，与结合生成和，此过程中体现了氢气的还原性，该电池的可以用CO、等替代，故B错误；、混合物在一定条件下可能发生爆炸，该电池工作时，要避免、的接触，防止产生安全事故，故C正确；放电时，氢气失电子发生氧化反应，阳极（负极）反应式为，故D正确。

5.答案：D

解析：由题图可知，两种环境下都是铁被腐蚀，铁作负极，电极反应式为，说明Sn元素的金属性弱于Fe元素，故A、C错误；对比甲、乙腐蚀程度，乙被腐蚀的比甲多，说明乙所处环境离子浓度大，所以乙是海水环境下的腐蚀情况，甲是河水环境下的腐蚀情况，故B错误；为了防止舰艇在海水中被腐蚀，可在焊点附近用比铁活泼性强的金属锌块打“补丁”煅烧，故D正确。

6.答案：B

解析：该装置为电解池，右侧生成氧气，则右侧为阳极，电极反应式为，左侧为阴极。右侧为阳极，失电子发生氧化反应，则电子由金属阳极DSA经导线流入直流电源，A错误；阴极主要为对硝基苯甲酸得电子发生还原反应生成对氨基苯甲酸，则阴极的主要电极反应式为，B正确；阳极发生反应：，氢离子移向阴极，当转移时，阳极电解质溶液减少2mol水，则每转移时，阳极电解质溶液减少0.5mol水，质量为9g，C错误；电解过程中每转移，阳极产生并通过阳离子交换膜移向阴极，则阳极区的物质的量不变，但由于阳极消耗了水，则反应结束后阳极区浓度增大，pH减小，D错误。

7.答案：C

解析：对比①②③，说明生铁腐蚀，碳为正极，铁为负极，需足量和电解质溶液，由实验③可知，苯不能隔绝，故A错误；原电池的形成条件：有两个活泼性不同的电极、电解质溶液、闭合回路，苯属于非电解质，不满足电化学腐蚀条件，不是缺少，故B错误；实验②中，铁能发生电化学腐蚀，但氧气难溶于水，饱和食盐水中溶解的不足以使生铁片明显锈蚀，故C正确；实验③中，铁是负极，发生氧化反应，生成，负极反应为，正极上得电子发生还原反应，电极反应为，故D错误。

8.答案：B

解析：由图示可知，电池加热时，电极b上PANI材料失去电子，发生氧化反应，所以b为负极，a为正极，电子由负极b经过导线流向正极a，A错误；正极的电势比负极的电势高，则电极a的电势比电极b高，B确；若加入NaOH溶液，会与溶液中的反应形成沉淀，使溶液中自由移动的离子浓度降低，导致电解质溶液的导电性减弱，C错误；电极a为正极，发生的电极反应为，电池冷却时在电极b表面与PANIO反应可使电池再生，则冷却时发生反应的方程式为，故电池工作时，不需要补充，D错误。

9.答案：C

解析：中中硫原子间以非极性键结合，每个硫原子最外层均达到8电子稳定结构，A项正确；放电时正极上S发生还原反应，正极反应为，B项正确；熔融钠为负极，熔融硫（含碳粉）为正极，C项错误；由题图可知，D项正确。

10.答案：B

解析：本题考查锂-铜空气燃料电池的工作原理。根据电池放电过程的总反应可知，Cu电极作正极，电极反应式为，A错误；通空气时，铜被腐蚀，表面产生，B正确；放电时，Cu电极附近消耗水，生成氢氧根离子，则该区域水溶液的pH增大，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，电子无法在电解质溶液中传递，D错误。

11.答案：B

解析：本题考查电解原理及其应用。电解饱和食盐水，阳极生成氯气，阴极生成氢气，氢气不溶于水且不与溶液中的其他物质反应，会直接逸出，而氯气会与电解过程中生成的氢氧化钠反应转变为次氯酸钠和氯化钠，所以在制备过程中几乎不会逸出，由此判断：极为阴极，极为阳极。电解一段时间后，阳极会有氧气生成，此时可以观察到极附近出现细小气泡。根据上述分析可知，电极上发生的电极反应为，A正确；如果用两个铁钉代替两个石墨电极，阳极铁会优先于氯离子发生氧化反应，无法产生氯气，也就无法获得含氯消毒剂，B错误；由分析可知，电解过程中生成的氯气会继续与溶液中生成的氢氧化钠反应转变为次氯酸钠和氯化钠，涉及的反应为、，因此自制消毒剂的总反应为，C正确；电压控制不当，可能会导致副反应发生，或使反应速率过慢，由于电解过程中产生了氯气和氢气，所以要注意开窗通风，防止中毒和发生爆炸，D正确。

12.答案：B

解析：本题考查电解池的工作原理与应用。锂是活泼金属，易失去电子，形成锂离子，三氯甲磺酸锂属于盐，则三氟甲磺酸锂是离子化合物，从阴极反应看，三氟甲磺酸锂并未参与反应，其作用是增强导电性，A正确；该装置用Au作催化剂，目的是降低反应的活化能，但不能降低的键能，B错误；从图中可以看出，选择性透过膜可允许和通过，防止水分子进入装置，C正确；由图可知，氮气得电子与乙醇反应生成氨气和，则阴极区生成的电极反应式为，D正确。

13.答案：C
解析：本题考查Na-电池的工作原理。根据题中信息可以判断，放电时负极发生氧化反应，则应该是Na失电子生成，电极反应式为，由题图可知，正极是得电子生成，电极反应式为，A正确；充电时，阳极电极反应式为，每转移0.1mol电子，生成0.1mol，在标准状况下的体积为，B正确；该电池的负极为Na箔，由于Na能与水发生剧烈反应，故组装电池时不能将乙二胺的有机溶剂电解液改为乙二胺的水溶液，C错误；多孔石墨烯电极具有较大的表面积，故使用多孔石墨烯电极有利于气体、电极和电解液的充分接触，D正确。

14.答案：D

解析：本题考查有机物液流电池的工作原理。该电池在充电过程中，聚对苯二酚被氧化，则可知a为电解池的阳极，b为电解池的阴极。放电时该装置为原电池，原电池的正极对应电解池的阳极，电流由正极流向负极，即由a极流向b极，A正确；充电时，聚对苯二酚在a极被氧化，释放出，酸性增强，pH减小，B正确；充电时，b电极为阴极，发生还原反应，结合图中信息可知该电极反应式正确，C正确；放电时，为原电池，阳离子从负极向正极迁移，即由b极区向a极区迁移，D错误。

15.答案：D

解析：根据放电机理图可看出，放电时，从正极（石墨层）分离出来，充电时，电极反应与放电是相反的过程，嵌入到石墨中，故A正确；放电时，负极为Al失电子后与反应生成，反应式为，故B正确；Cl不守恒，得失电子不守恒，正确的放电总反应式为，故D错误。

16.答案：C

解析：本题考查太阳能电池的工作原理。根据题中信息和题图可知，该装置为原电池，外电路中电子由电极X移向电极Y，则电极X为负极，电极Y为正极。电池工作时，经太阳光照射，负极上Ru（Ⅱ）失电子转化为Ru（Ⅲ），将太阳能转化为电能，A正确；由A项分析可知，X电极为电池的负极，发生氧化反应，B正确；Y电极上，得电子转化为，电极反应式为，C错误；电池工作时，得电子转化为，生成的又可与Ru（Ⅲ）反应重新生成，整个过程电解质溶液中和的浓度基本不变，D正确。

17.答案：（1）由装置甲知铬的金属活动性比铜强，由装置乙知常温下铬在浓硝酸中钝化

（2）阳极发生反应，使增大，从而导致反应发生

（3）；；

解析：（1）原电池中，正极上发生得电子的还原反应，装置甲铜电极上产生大量的无色气体，说明金属铜是正极，金属性：Cr>Cu；装置乙中铜电极上无气体产生，铬电极上产生大量红棕色气体，是硝酸得到电子产生的二氧化氮，发生还原反应的电极是正极，则金属铬是正极，结合上述分析知铬在浓硝酸中发生钝化。

（2）石墨电极电解溶液，实现了到的转化，电解池中阳极上氢氧根离子失电子生成氧气，溶液酸性增强，发生反应。

（3）重铬酸根离子具有强的氧化性，可以将亚铁离子氧化，发生氧化还原反应：；在阴极发生得电子的还原反应，若放电，则阴极的电极反应式为，若放电，则阴极区形成和沉淀。

18.答案：（1）①b；a→b②

（2）①；红②0.05mol；5.8；

（3）①化学②；；0.2mol

解析：（1）①在燃料电池中，燃料在负极发生失电子的氧化反应，则a为负极，b为正极；电流在电路中从正极流向负极，而电子则从负极沿导线流向正极，即a→b。②负极上乙醇失电子，电解质中含有质子，则乙醇失电子生成二氧化碳和氢离子，电极反应式为。

（2）紫红色斑为呈现的颜色，向d端扩散，根据阴离子向阳极移动的原理，可知d端为阳极，b为正极，a为负极，c为阴极。①电解NaCl溶液时，总化学方程式为；阴极上是电离出的放电，溶液中浓度增大，故阴极附近碱性增强，c点附近会变红。②电解溶液时，Pt为阳极，溶液中的放电：，当有280mL（标准状况）即0.0125mol的气体生成时，转移0.05mol电子，溶液中产生；Ag为阴极，溶液中的得电子，生成0.05mol Ag，脱离体系的是银元素和氧元素，且，所以可以加入0.025mol即5.8g的使溶液复原。

（3）①Ag和反应生成，属于化学腐蚀。②该原电池中， AgCl/Ag作负极、通入氯气的Pt电极为正极，负极反应式为；电解质溶液中氢离子向正极移动，该原电池反应原理为氯气和Ag反应生成AgCl，电池总反应为；放电时，左侧装置中Ag失电子生成，和氯离子反应生成AgCl沉淀，且溶液中氢离子向正极移动，当电路中转移时，生成lmol银离子，1mol银离子生成AgCl需要，同时从左侧移到右侧溶液中，所以交换膜左侧溶液中离子减少的物质的量为0.2mol。