2023届高考化学二轮复习专题五反应变化与规律选择题突破七电化学学案

这是一份2023届高考化学二轮复习专题五反应变化与规律选择题突破七电化学学案，共35页。
专题五　反应变化与规律
选择题突破七　电化学

原电池原理及应用
1.(2022·湖南卷,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(　B　)

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
解析:锂—海水电池的总反应为2Li+2H2O2LiOH+H2↑,M极上Li失去电子发生氧化反应,则M电极为负极,电极反应为Li-e-Li+,N极为正极,电极反应为2H2O+2e-2OH-+H2↑,海水中的溶解氧也可能得电子,因此可能发生的反应还有O2+4e-+2H2O4OH-,故A正确,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,由电池结构分析知玻璃陶瓷可以传导离子,故C正确;题给电池不可充电,属于一次电池,故D正确。
2.(双选)(2022·山东卷,13)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LiCoO2(s)转化为Co2+,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(　BD　)

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,乙室应补充盐酸
C.乙室电极反应式为LiCoO2+2H2O+e-Li++Co2++4OH-
D.若甲室Co2+减少200 mg,乙室Co2+增加300 mg,则此时已进行过溶液转移
解析:根据题中信息可知右侧装置是原电池,左侧装置是电解池。电池工作时,左侧装置中细菌上乙酸盐的阴离子失去电子被氧化为CO2气体,Co2+在另一个电极上得到电子,被还原产生Co单质,CH3COO-失去电子后,乙酸盐的阳离子通过阳膜进入阴极室,溶液pH不变,A错误;对于乙室,正极上LiCoO2得到电子,被还原为Co2+,电极反应式为LiCoO2+e-+4H+Li++Co2++2H2O,消耗H+,故装置工作一段时间后,应补充盐酸,B正确,C错误;若甲室Co2+减少200 mg,转移电子的物质的量为 n(e-)=0.2 g59 g/mol×2≈0.006 8 mol,乙室Co2+增加300 mg,转移电子的物质的量为n(e-)=0.3 g59 g/mol×1≈0.005 1 mol,说明此时已进行过溶液转移,D正确。
3.(2021·福建卷,9)催化剂TAPP-Mn(Ⅱ)的应用,使 Li-CO2电池的研究取得了新的进展。Li-CO2 电池结构和该催化剂作用下正极反应可能的历程如图所示。

下列说法错误的是(　D　)
A.LiCO2电池可使用有机电解液
B.充电时,Li+由正极向负极迁移
C.放电时,正极反应为3CO2+4Li++4e-2Li2CO3+C
D.*LiCO2、*CO、*LiC2O3和C都是正极反应的中间产物
解析:Li是活泼金属,能与水发生反应,因此不能采用水溶液作为电解质溶液,应使用有机电解液,故A正确;充电时,原电池的负极与电源负极相连,作阴极,原电池的正极与电源正极相连,作阳极,阳离子由阳极向阴极移动,则Li+由正极向负极迁移,故B正确;由装置可知,该原电池的正极为二氧化碳得电子生成C单质,电极反应为3CO2+4Li++4e-2Li2CO3+C,故C正确;由正极的反应历程图示可知,C为最终产物,不是中间产物,故D错误。
电解原理及应用
1.(2021·广东卷,16)钴(Co)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(　D　)

A.工作时,Ⅰ室和Ⅱ室溶液的pH均增大
B.生成1 mol Co,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:2Co2++2H2O2Co+O2↑+4H+
解析:石墨电极为阳极,电极反应为2H2O-4e-O2↑+4H+,H+通过阳离子交换膜由Ⅰ室进入Ⅱ室,右侧Co电极为阴极,电极反应为Co2++2e-Co,Cl-通过阴离子交换膜由Ⅲ室进入Ⅱ室,与H+结合生成盐酸。由上述分析知,Ⅰ室中水放电使硫酸浓度增大,Ⅱ室中生成盐酸,故 Ⅰ 室和 Ⅱ 室溶液的pH均减小,A错误;生成1 mol Co时,转移2 mol电子,Ⅰ室有0.5 mol(即16 g)O2逸出,有2 mol(即2 g)H+通过阳离子交换膜进入Ⅱ室,则Ⅰ室溶液质量理论上减少18 g,B错误;移除两交换膜后,石墨电极上的电极反应为2Cl--2e-Cl2↑,C错误;根据上述分析可知,电解时生成了O2、Co、H+,则电解总反应为2Co2++2H2O2Co+O2↑+4H+,D正确。
2.(2021·湖北卷,15)Na2Cr2O7的酸性水溶液随着H+浓度的增大会转化为CrO3。电解法制备CrO3的原理如图所示。下列说法错误的是(　A　)

A.电解时只允许H+通过离子交换膜
B.生成O2和H2的质量比为8∶1
C.电解一段时间后阴极区溶液OH-的浓度增大
D.CrO3的生成反应为:Cr2O72-+2H+2CrO3+H2O
解析:根据左侧电极上生成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2H2O+2e-2OH-+H2↑;由题意知,左室中Na2Cr2O7随着H+浓度增大转化为CrO3,Cr2O72-+2H+2CrO3+H2O,因此阳极生成的H+不能通过离子交换膜。由以上分析知,电解时通过离子交换膜的是Na+,A项错误;根据各电极上转移电子数相同,由阳极反应和阴极反应知生成O2和H2的物质的量之比为1∶2,其质量比为8∶1,B项正确;根据阴极反应知,电解一段时间后阴极区溶液OH-的浓度增大,C项正确;电解过程中阳极区H+的浓度增大,Na2Cr2O7转化为CrO3,Cr2O72-+2H+2CrO3+H2O,D项正确。
3.(2020·山东卷,13)采用惰性电极,以去离子水和氧气为原料通过电解法制备双氧水的装置如图所示。忽略温度变化的影响,下列说法错误的是(　D　)

A.阳极反应为2H2O-4e-4H++O2↑
B.电解一段时间后,阳极室的pH未变
C.电解过程中,H+由a极区向b极区迁移
D.电解一段时间后,a极生成的O2与b极反应的O2等量
解析:结合题图,可知a极上产生O2,发生的反应为水被氧化生成O2的反应,即a极为阳极,b极为阴极,电极反应式如下表
电极名称
电极反应式
a极(阳极)
2H2O-4e-4H++O2↑
b极(阴极)
2H++O2+2e-H2O2

结合上述分析可知,A项正确;电解一段时间后,溶液中H+浓度未变,即阳极室的pH未变,B项正确;电解过程中H+通过质子交换膜,从a极区向b极区迁移,C项正确;由阴、阳极的电极反应式,可知电解一段时间后,b极消耗O2的量是a极生成O2的量的2倍,即a极生成的O2与b极反应的O2的量不相等,D项错误。

对于电化学,在新高考省份基本都在第一卷从原电池角度进行了命题,个别省份是从电解池角度命题。原电池题型涉及的电池模型、装置图有时会比较复杂,对考生的原电池原理知识、电池模型的分析能力要求较高。而最终选项的设置上还是落实到电极的判别、电极反应式的书写、电解液中离子浓度的变化及移动方向、电极产物的判断与计算、隔离膜的作用等。从以上分析很容易感觉到,电化学试题的设计承担了从“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”的维度进行学科素养培养的任务。

原电池的原理
1.原电池模型和原理

2.确定正、负极的依据
依据
正极
负极
反应类型
还原反应
氧化反应
电极变化
质量增加,逸出气体
溶解、质量变轻
电流方向
流出
流入
电子流向
流入
流出
离子移动方向
阳离子移动方向
阴离子移动方向
电极材料
较不活泼金属或石墨
较活泼金属

注意:根据电极材料确定正、负极通常情况适用,但根本依据为自发的氧化还原反应。如Mg-Al、NaOH溶液形成的原电池中,铝作负极,因为只有铝与NaOH溶液发生氧化还原反应。
电解池的原理
1.电解池模型和原理

(1)直流电源的正极(阳极)有强的氧化能力;直流电源的负极(阴极)有强的还原能力。
(2)电极上微粒的放电顺序。
①阴极:取决于微粒的氧化性强弱,氧化性强的先得到电子,与电极材料无关。
常见阳离子放电顺序:Ag+>Fe3+>Cu2+>H+(酸)>Pb2+>Sn2+>Fe2+>Zn2+>H+(水)>Al3+>Mg2+>Na+>Ca2+>K+。
②阳极:若是非惰性电极作阳极,则电极失电子;若是惰性电极(Pt、C)作阳极,还原性强的先失去电子。
常见阴离子放电顺序:S2->I->Br->Cl->OH->含氧酸根离子(NO3-、SO42-、CO32-)>F-。
③电极上离子的放电顺序取决于其氧化性、还原性,可能会出现强氧化性阴离子在阴极放电;强还原性阳离子在阳极放电。
2.惰性电极电解电解质溶液的四种类型
电解
类型
常见电解
质实例
阳极
产物
阴极
产物
电解质
溶液变化
电解水
NaOH、
H2SO4、
Na2SO4
O2
H2
浓度增大
电解
电解质
HCl、
CuCl2
卤素
单质(Cl2)
H2、
金属(Cu)
浓度减小
放氢
生碱型
NaCl
卤素
单质(Cl2)
H2
生成强碱
放氧
生酸型
CuSO4、
AgNO3
O2
金属
(Cu、Ag)
生成
含氧酸

注意:(1)电解后溶液pH的变化一方面要考虑酸碱的生成,还要考虑电解质溶液浓度变化导致水解程度的变化。
(2)电解质溶液的还原问题要本着两电极析出什么(元素),就加入什么(恰当物质)的原则。
3.电解池阳极和阴极确定
(1)如装置中给出直流电源,则可直接确定电解装置的阳极、阴极。
(2)如装置中没有给出直流电源,则要根据电解过程的特征先确定电解装置的阳极、阴极。
依据
阴极
阳极
电流方向
流出
流入
电子流向
流入
流出
离子移动方向
阳离子移动方向
阴离子移动方向
电极产物
金属(增重)、H2
电极溶解、O2、Cl2等非金属单质
pH变化
增大(碱性增强)
减小(酸性增强)
反应类型
还原反应
氧化反应
电极反应式的书写
1.原电池电极反应式的书写
(1)结合电池的电解液情境写出电极反应式。
①负极反应:还原剂失去电子的氧化反应(注意负极失电子产物与电解质溶液反应生成恰当生成物)。
②正极反应:氧化剂得到电子的还原反应(注意正极得电子产物与电解质溶液反应生成恰当生成物)。
当正极上的反应物是O2时,若电解质溶液为中性或碱性,则水必须写入正极反应式中,与O2反应生成OH-,电极反应式为O2+2H2O+4e-4OH-;若电解质溶液为酸性,则H+必须写入正极反应式中,O2得电子与H+生成水,电极反应式为O2+4H++4e-2H2O。
(2)燃料电池电极反应式的书写。
①燃料电池基本都是燃料(还原剂)与氧气(或氧化性气体)进行的氧化还原反应。
②负极反应都是燃料物质失电子的反应,一定要结合电解液情境确定产物:有机物燃料电池在酸性电解质溶液或熔融固体电解质中生成CO2,有机物燃料电池在碱性电解质溶液中生成CO32-。
③正极反应基本都是氧气分子得电子的反应,同样产物要结合电解液情境。
电池类型
电池正极反应
酸性
O2+4H++4e-2H2O
中性或碱性
O2+2H2O+4e-4OH-
熔融碳酸盐
O2+2CO2+4e-2CO32-
熔融氧化物
O2+4e-2O2-
2.电解池电极反应式的书写
(1)阳极反应:①阳极是活泼电极(金属活动性顺序表Ag之前),则应是阳极失电子;②阳极是惰性电极(Pt、Au、石墨),则应是电解质溶液中的还原性离子(分子)放电,结合题意书写电极反应式。
(2)阴极反应:氧化性离子(分子)得到电子被还原的反应,注意题中物质的转化要求。
(3)电解原理的试题在新高考中主要是物质的制备。所以首先要看物质的制备原理,要通过电解原理完成物质的转化(电子的得失、化合价的转变),结合电解的基本原理写出电极反应式。
如:以去离子水和氧气为原料通过电解法制备双氧水的装置如图所示。

产品H2O2在b区由O2转化而来。由b区O元素化合价变化可判断b极是阴极,电极反应式为 O2+2e-+2H2OH2O2+2OH-;a电极是阳极,电极上要生成O2,电极反应式为2H2O-4e-4H++O2↑。
电化学原理综合运用
1.金属腐蚀与防护
(1)金属腐蚀本质:是金属失电子被氧化的过程,M-xe-Mx+。
(2)金属腐蚀类型:①化学腐蚀(直接的氧化反应);②电化学腐蚀(又分为原电池腐蚀、电解原理腐蚀)。
(3)金属电化学防腐。
①原电池原理:牺牲阳极的阴极保护法。让活泼性更强的金属作原电池的负极。
②电解池原理:外加电流的阴极保护法。利用直流电源负极强大的还原能力保护金属不被腐蚀(待保护金属一定接电源的负极)。
2.原电池、电解池串联装置
串联电路中阴、阳极或正、负极总是交替出现,只要分析出某个电极,则与之相邻的电极名称相反(比如某电极是阳极,则与之相邻的电极为阴极)。
3.电化学装置中离子的移动方向
(1)阳离子一定向阴极移动(原电池的正极从内电路看发生还原反应,属于阴极)。
(2)阴离子一定向阳极移动(原电池的负极从内电路看发生氧化反应,属于阳极)。
4.各种膜的用途分析
(1)电化学装置中常见的离子交换膜。
种类
允许通过的离子及移动方向
说明
阳离子
交换膜
阳离子→移向电解池的阴极或原电池的正极
阴离子和气体不能通过
阴离子
交换膜
阴离子→移向电解池的阳极或原电池的负极
阳离子和气体不能通过
质子
交换膜
质子→移向电解池的阴极或原电池的正极
只允许H+通过

(2)离子交换膜的功能。
①原电池中一般是“单膜(正、负极之间)”。主要作用一是隔离正、负极区域的某些微粒,防止其发生反应;二是防止某些微粒在电极表面沉淀析出,导致电极活性降低。
②电解池中很多时候是“双膜”或“多膜”。多膜会把整个电解池分割成若干不同的“室”,比如有“阳极室”“阴极室”“产品室”等等。其主要作用是控制离子的移动以获得所需的产品或达到除杂、提纯等目的。
5.电化学的相关计算
(1)计算类型:电极产物(析出金属、生成气体)、电路中通过的电量、溶液中离子浓度(pH)等。
(2)计算的依据:根据电子守恒计算,电路中所有电极上通过的电子相等。
(3)关系式的应用:通过便于计算的电极产物,利用关系式确定复杂产物的计算。可根据得失电子守恒建立起已知量与未知量之间的关系式。如以通过4 mol e-为桥梁可构建如下关系式:
4e-～2Cl2(Br2、I2)～O2～2H2～2Cu～4Ag～4nM
　　　　 阳极产物　　　　　　阴极产物
(式中M为金属,n为其离子的化合价数值)

原电池原理及应用
1.(2022·山东潍坊一模)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(　B　)

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-+4H2OSO42-+8H+
D.工作一段时间后,电池效率降低
解析:根据光合菌产生的O2得电子结合H+得到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。根据分析可知碳棒b极为负极,碳棒a极为正极,正极的电势高于负极的,A正确;碳棒a为正极,光合菌产生的O2得电子结合H+得到H2O,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-+4H2OSO42-+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。
2.(2022·福建福州二模)盐酸羟胺(NH3OHCl)是一种常见的还原剂和显像剂,其化学性质类似 NH4Cl。工业上主要采用图1所示的方法制备。其电池装置中含Fe的催化电极反应机理如图2所示。不考虑溶液体积变化,下列说法正确的是(　C　)


A.电池工作时,Pt电极是正极
B.图2中,A为H+和e-,B为NH3OH+
C.电池工作时,每消耗2.24 L NO(标准状况下),左室溶液质量增加3.3 g
D.电池工作一段时间后,正、负极区溶液的pH均下降
解析:由图可知,Pt电极上H2→H+,失去电子发生氧化反应,作负极,电极反应式为H2-2e-2H+,含铁的催化电极为正极,其电极反应式为NO+3e-+4H++Cl-NH3OHCl,故A错误;根据题意可知,NH2OH具有类似NH3的弱碱性,可以和盐酸反应生成盐酸羟胺,所以缺少的一步反应为NH2OH+H+NH3OH+,图2中,A为H+,B为NH3OH+,故B错误;由上述正极电极反应式可知4个H+中有1个是左侧溶液中HCl提供的,3个H+是右侧溶液迁移过来的,标准状况下消耗2.24 L NO的物质的量为0.1 mol,则左室增加的质量为0.1 mol NO和0.3 mol H+的质量,即增加的质量为3.3 g,故C正确;由上述负极电极反应式可知,负极区H+浓度增大,pH减小,由上述正极电极反应式可知,正极区H+浓度减小,pH增大,故D错误。

新型化学电源分析流程
(1)依据电池反应→明确电池原理→确定电池两极(正、负极)→判断电子、离子移动方向。
(2)可逆电池→放电为原电池→充电为电解池→原电池的负极=电解池的阴极、原电池的正极=电解池的阳极。
(3)电池反应→还原剂失电子反应(负极反应)→氧化剂得电子反应(正极反应)。
注意:在正、负极上发生的电极反应往往与电解质溶液有所关联。

电解原理及应用
1.(2022·山东烟台模拟)电解法处理含有Cl-、NO3-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(　B　)


A.电极b接电源负极
B.处理1 mol NO3-,电路中转移5 mol e-
C.HClO在阳极生成:Cl-+H2O-2e-HClO+H+
D.H+与NO3-反应的电极反应式为10H++NO3-+8e-NH4++3H2O
解析:由图知,电极b上N+5O3-→N-3H4+(被还原),则电极b为阴极,接电源负极,A正确;由N+5O3-→N-3H4+可知,处理1 mol NO3-,电路中转移8 mol e-,B错误;由图可知,a极上Cl-→HClO(被氧化),阳极反应式为Cl-+H2O-2e-HClO+H+,C正确;电极b上NO3-转变为NH4+,H+与NO3-反应的电极反应式为10H++NO3-+8e-NH4++3H2O,D正确。
2.(2022·广东广州二模)四甲基氢氧化铵[(CH3)4NOH]常用作光刻显影剂。以四甲基碳酸氢铵[(CH3)4NHCO3]水溶液为原料,电解制备(CH3)4NOH的装置如图所示。下列说法不正确的是(　B　)

A.工作时原料室(CH3)4N+向Ⅱ室迁移
B.Ⅰ室可得到H2和CO2
C.当外电路中有1 mol电子通过时,理论上能生成1 mol (CH3)4NOH
D.电解总反应:4(CH3)4NHCO3+2H2O4(CH3)4NOH+2H2↑+O2↑+4CO2↑
解析:电解池中阳离子向阴极移动,(CH3)4N+向Ⅱ室迁移,A正确;Ⅰ室为阳极室,水电离出的氢氧根离子放电,发生氧化反应生成氧气,2H2O- 4e- 4H++O2↑,HCO3-向Ⅰ室迁移与生成的氢离子反应生成水和二氧化碳气体,B不正确;阴极室发生反应2H2O+2e- 2OH-+H2↑,溶液中氢氧根离子浓度变大,原料室中(CH3)4N+向Ⅱ室迁移生成(CH3)4NOH,(CH3)4N++ OH-(CH3)4NOH,当外电路中有1 mol电子通过时,理论上能生成1 mol (CH3)4NOH,C正确;由上述分析可知,电解总反应为4(CH3)4NHCO3+2H2O4(CH3)4NOH+2H2↑+O2↑+4CO2↑,D正确。

专项训练1　原电池原理及应用
1.(2022·福建漳州二模)2021年我国科研人员以二硫化钼(MoS2)作为电极催化剂,研发出一种ZnNO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(双极膜可将水解离为H+和OH-,并实现其定向通过)。下列说法错误的是(　D　)

A.使用MoS2电极能加快合成氨的速率
B.Zn/ZnO电极反应式为Zn+2OH--2e-ZnO+H2O
C.双极膜右侧为阳离子交换膜
D.当电路通过10 mol e-时,理论上可以转化NO的质量为30 g
解析:由图可知,MoS2为原电池的正极,电极反应式为NO+5e—+5H+NH3+H2O,Zn/ZnO电极为负极,电极反应式为Zn+2OH--2e-ZnO+H2O。MoS2是电极反应的催化剂,催化剂能降低反应的活化能,加快合成氨的速率,A正确;由上述分析可知,B正确;由分析可知,MoS2为原电池正极,正极电极反应式为NO+5e-+5H+NH3+H2O,H+移向正极,双极膜右侧为阳离子交换膜,C正确;由上述分析可知正极电极反应式为NO+5e-+5H+NH3+H2O,则当电路通过10 mol e-时,理论上可以转化一氧化氮的质量为60 g,D错误。
2.(2022·河北秦皇岛二模)我国科学家研发出一种绿色锌碘二次电池,其工作原理如图所示。下列说法正确的是(　C　)

A.放电时,聚烯烃多孔电极上发生还原反应
B.放电时,Cl-向多孔石墨电极迁移
C.充电时,阴极净增65 g时,外电路中通过2 mol电子
D.充电时,阳极的电极反应式为2I-+2e-I2
解析:装置连接用电器时,该装置为电池装置,连接光伏电池时,该装置为电解装置,若为电池时,根据原电池工作原理以及装置图可知,聚烯烃多孔电极为负极,电极反应式为Zn-2e-Zn2+,多孔石墨电极为正极,电极反应式为I2+2e-2I-。根据上述分析,放电时,聚烯烃多孔电极作负极,化合价升高,发生氧化反应,故A错误;根据原电池工作原理,阴离子向负极移动,即放电时,Cl-向聚烯烃多孔电极迁移,故B错误;充电时,聚烯烃多孔电极作阴极,电极反应式为Zn2++2e-Zn,增加65 g锌,转移电子物质的量为2 mol,故C正确;充电时,阳极的电极反应式为2I--2e-=I2,故D错误。
3.(2022·江苏如皋一模)微生物脱盐电池既可以处理废水中CH3COOH和NH4+,又可以实现海水淡化,原理如图所示。下列说法正确的是(　C　)

A.生物电极b为电池的负极
B.电极a的电极反应式为CH3COOH-8e-+8OH-2CO2↑+6H2O
C.每生成标准状况下2.24 L N2,电路中转移0.6 mol 电子
D.离子交换膜a为阳离子交换膜,离子交换膜b为阴离子交换膜
解析:该装置为原电池,有机废水中的CH3COOH发生失电子的氧化反应生成CO2,亚硝酸根离子发生得电子的还原反应生成N2,a极为负极,b极为正极。由上述分析可知b极为正极,故A错误; 由分析知a极为负极,则负极反应式为CH3COOH+2H2O-8e-2CO2↑+8H+,故B错误;
1 mol NO2-0.5 mol N2,每生成标准状况下 2.24 L N2,电路中转移0.6 mol电子,故C正确;原电池工作时,阴离子移向负极、阳离子移向正极,要达到海水淡化的目的,NaCl溶液中的Na+通过阳离子交换膜移向b极、Cl-通过阴离子交换膜移向a极,故D错误。
4.(2022·重庆二模)利用电化学原理在厌氧条件下分解有机物的装置如图所示。下列说法正确的是(　C　)

A.电流流向:A电极→用电器→B电极
B.A电极发生的电极反应式为Y-2e-X+2H+
C.若左池有100 g X转化为Y,理论上右池溶液增加的质量为18 g
D.若有机物为葡萄糖,处理0.5 mol葡萄糖,理论上消耗O2的体积为67.2 L
解析:由图可知,B电极上氧元素价态降低得电子,B电极为正极,电极反应式为O2+4e-+4H+2H2O,A电极为负极,电极反应式为X-2e-Y+2H+。根据原电池工作原理,电流从正极(B电极)流向负极(A电极),则电流流向为B电极→用电器→A电极,故A错误;由上述分析可知,A电极发生的电极反应式为X-2e-Y+2H+,故B错误;100 g X物质的量为100 g100 g/mol=1 mol,由A电极的电极反应式可知,转移2 mol电子,左侧质子穿过质子交换膜到达右室参与反应O2+4e-+4H+2H2O,右池溶液增加的质量即为生成水的质量,转移2 mol电子,则生成1 mol水,即右侧溶液增加18 g,故C正确;有机物为葡萄糖时负极的电极反应式为C6H12O6-24e-+6H2O6CO2↑+24H+,所以处理0.5 mol葡萄糖要转移12 mol电子,正极电极反应式为O2+4e-+4H+2H2O,则要消耗3 mol氧气,未指明气体状态,无法计算气体体积,故D错误。
5.(2022·福建厦门二模)我国科学家设计的MgLi双盐电池工作原理如图所示,下列说法不正确的是(　C　)

A.放电时,正极电极反应式为FeS+2e-+2Li+Fe+Li2S
B.充电时,Mg电极连外接电源负极
C.充电时,每生成1 mol Mg,电解液质量减少24 g
D.电解液含离子迁移速率更快的Li+,提高了电流效率
解析:放电时Mg转化为Mg2+,所以右侧电极为负极,左侧电极为正极,FeS得电子生成Fe和Li2S,电极反应式为FeS+2e-+2Li+Fe+Li2S,A正确;充电时Mg2+转化为Mg,被还原,为阴极,连接外接电源的负极,B正确;充电时阳极反应为Fe+Li2S-2e-FeS+2Li+,每生成
1 mol Mg,消耗1 mol Mg2+,转移2 mol电子,同时生成2 mol Li+,所以电解液质量减少24 g-2×7 g=10 g,C不正确;电解液中含离子迁移速率更快的Li+,增强了导电性,提高了电流效率,D正确。
6.(2022·山东淄博二模)浓差电池是利用物质的浓度差产生电势的一种装置。将两个完全相同的电极浸入两个溶质相同但浓度不同的电解质溶液中构成的浓差电池,称为双液浓差电池。模拟工业上电渗析法实现海水(用氯化钠溶液代替)淡化的装置如图所示。下列说法错误的是(　C　)

A.SO42-向Cu(1)极区域迁移
B.C(2)极发生还原反应
C.膜1为阳离子交换膜
D.C(2)极反应为2H2O+2e-2OH-+H2↑
解析:该浓差电池最终交换膜两侧硫酸铜溶液浓度相等,即阴离子交换膜左侧溶液c(CuSO4)增大,右侧溶液c(CuSO4)减小,又因为只允许阴离子(SO42-)迁移,故交换膜左侧铜极溶解,c(Cu2+)增大;交换膜右侧铜极上析出铜,c(Cu2+)减小,即Cu(1)极为负极,发生氧化反应Cu-
2e-Cu2+;Cu(2)极为正极,发生还原反应Cu2++2e-Cu。由分析可知,Cu(1)极为负极,SO42-向Cu(1)极区域迁移,A正确;由分析可知,Cu(1)极为负极,则C(2)极为阴极,电解池中阴极发生还原反应,B正确;由分析可知,Cu(2)极为正极,则C(1)极为阳极,电极反应为2Cl- -2e-Cl2↑,故NaCl溶液中的Cl-通过膜1进入阳极室,故膜1为阴离子交换膜,C错误;由上述分析可知,C(2)极为阴极,发生还原反应,电极反应为2H2O+2e-2OH-+H2↑,D正确。
专项训练2　电解原理及应用
1.(2022·山东济南一模)在直流电源作用下,双极膜中间层中的H2O解离为H+和OH-,利用双极膜电解池产生强氧化性的羟基自由基(·OH),处理含苯酚废水和含SO2的烟气的工作原理如图所示。下列说法错误的是(　C　)

A.电势:N电极>M电极
B.阴极电极反应式为O2+2e-+2H+2·OH
C.每处理9.4 g苯酚,理论上有2.8 mol H+透过膜a
D.若·OH只与苯酚和SO2反应,则参加反应的苯酚和SO2物质的量之比为1∶14
解析:双极膜中间层中的H2O解离为H+和OH-,M极上O2得电子与H+反应生成羟基自由基(·OH),说明M极为阴极,连接电源的负极,M极上产生的羟基自由基将苯酚氧化生成CO2;N极为阳极,H2O解离产生的OH-失电子产生羟基自由基,羟基自由基将SO2氧化为硫酸根离子。由上述分析可知,M极为阴极,N极为阳极,故电势N电极>M电极,A正确;由上述分析可知,M极(阴极)电极反应式为O2+2e-+2H+2·OH,B正确;每1 mol苯酚转化为CO2,转移电子28 mol,每处理9.4 g苯酚(即0.1 mol),理论上有2.8 mol电子转移,则有2.8 mol H+透过膜b,C错误;由上述分析可知,1 mol苯酚转化为CO2需要转移电子为28 mol,而1 mol SO2反应转化为SO42-需要转移电子为2 mol,则转移电子数之比为28∶2,则参加反应的苯酚和SO2物质的量之比为1∶14,D正确。
2.(2022·湖北武汉模拟)科技工作者开发了一套以乙醇为原料制备DDE()的电解装置如图所示。下列说法正确的是(　D　)

A.催化电极的电势:b>a
B.阴极电极反应式为C2H5OH+Cl--2e-C2H5OCl+H+
C.电解后溶液的pH会减小(忽略溶液体积变化)
D.每产生1 mol H2需要消耗3 mol C2H5OH
解析:b极氢离子生成氢气发生还原反应,为阴极,则催化电极的电势b