2024届高三新高考化学大一轮专题练习-电解池

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2024届高三新高考化学大一轮专题练习-电解池
一、单选题
1．（2023·全国·高三专题练习）液流电池因其具有可深度充放电、可模块化调控、不受地理环境限制等优点，已成为大规模储能领域中备受重视的储能器件。其中锌/溴液流电池作为新能源储能技术的代表，功率性能极佳且造价低廉。三单体串联锌/溴液流电池工作原理如图所示：

下列说法正确的是
A．放电时，N极为负极
B．放电时，左侧贮液器中的浓度不断减小
C．隔膜允许阳离子通过，也允许阴离子通过
D．充电时，M极的电极反应式为
2．（2023·全国·高三专题练习）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-，在外加电场中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K2时，Zn电极与直流电源正极相连
B．闭合K2时，Pd电极是阳极，发生氧化反应
C．闭合K1时，H+通过a膜向Pd电极方向移动
D．闭合K1时，Zn表面的电极反应式为Zn + 4OH- - 2e- = Zn(OH)
3．（2023·全国·高三专题练习）科学家发明了一种新型Zn-MnO2水介质二次电池，原理如图所示。下列叙述错误的是

A．放电时，正极反应为MnO2+2e-+4H+=Mn2++2H2O
B．X膜和Y膜分别为阴离子交换膜和阳离子交换膜，放电时中间室c(K2SO4)减小
C．充电后溶液pH由小到大的顺序：正极室1000C后又显著下降，可能原因是___________。

③ 若电解时将Nafion膜置于两个电极中间，保持电流恒定，20 h时向阳极区补充KHCO3，电压与时间关系如图3所示。0～20 h，电压增大的原因是___________。

(3)CO2电还原可能的反应机理如下图所示。Sn、In、Bi的活性位点对O的连接能力较强，Au、Cu的活性位点对C的连接能力较强，Cu对CO的吸附能力远大于Au，且Cu吸附CO后不易脱离。

若还原产物主要为CH4时，应选择___________(填“Sn”“Au”或“Cu”)作催化剂，简述分析过程：___________。
17．（2023秋·吉林辽源·高三校联考期末）回答下列问题：
(1)依据氧化还原反应：2Ag+(aq)+Cu(s)=Cu2+(aq)+2Ag(s)设计的原电池如图所示。请回答下列问题：

①电极X的材料是_______，电解质溶液Y是_______。
②银电极为电池的_______极，发生的电极反应式为_______。
(2)如图所示，甲、乙为相互串联的两个电解池。

①甲池为粗铜的精炼装置，A电极为_______(填“阳极”或“阴极”)，电极材料是_______，电极反应式为_______。
②乙池中Fe极的电极反应式是_______，若在乙池中滴入少量酚酞溶液，电解一段时间后，Fe极附近呈_______色。
18．（2023春·内蒙古兴安盟·高三乌兰浩特市第四中学校考阶段练习）甲醇()燃料电池的工作原理如图甲所示，回答下列问题：

(1)该电池工作时，b口通入的物质为_______(填化学式)。
(2)该电池负极的电极反应式为_______。
(3)精炼铜时，粗铜应与甲醇燃料电池的_______(填“正”或“负”)极相连，阴极的电极反应式为_______，电解质溶液为_______。
(4)以该燃料电池作电源，在实验室中模拟铝制品表面“钝化”处理的过程中，发现溶液逐渐变浑浊(如图乙)，原因是：_______(用相关的电极反应式表示)。

参考答案：
1．C
【分析】分析可知，锌溴液流电池总反应为：Zn+Br2═ZnBr2，其中N为正极，发生还原反应，电极反应方程式为Br2+2e-=2Br-，M为负极，发生氧化反应，电极反应方程式为Zn-2e-=Zn2+，正极放电生成的溴离子通过离子交换膜进入左侧，充电过程中，发生反应ZnBr2Zn+Br2，据此分析解题。
【详解】A．由分析可知，放电时，N为正极，A错误；
B．由分析可知，放电时，溶液中有Zn2+与Br-生成，通过循环回路，左侧储液器中溴化锌的浓度增大，B错误；
C．中间沉积锌位置的作用为提供电解液，故其隔膜既可以允许阳离子通过，也允许阴离子通过，C正确；
D．放电时，M为负极，充电时，M及为阴极，发生还原反应，电极反应式为Zn2++2e-═Zn， D错误；
故答案为：C。
2．A
【详解】A．闭合开关K1时，Zn失电子与氢氧根结合变为Zn(OH)，做负极，则当闭合K2时，Zn极发生还原反应，应与电源负极相连，A错误；
B．闭合K2时，Zn与电源负极相连做阴极，则Pd与电源正极相连做阳极，电解池阳极发生氧化反应，B正确；
C．闭合开关K1时，Zn失电子与氢氧根结合变为Zn(OH)，做负极，H+为阳离子向正极移动，则H+通过a膜向Pd电极方向移动，C正确；
D．闭合开关K1时，Zn失电子与氢氧根结合变为Zn(OH)，电极反应式为Zn + 4OH- - 2e- = Zn(OH)，D正确；
故选A。
3．B
【分析】放电时，Zn为负极，强碱性溶液中Zn失去电子被氧化为，MnO2为正极，酸性溶液中被还原为Mn2+；X膜为阴离子交换膜，Y膜为阳离子交换膜；
【详解】A．放电时，Zn为负极，强碱性溶液中Zn失去电子被氧化为：Zn+4OH--2e-=；MnO2为正极，酸性溶液中二氧化锰得到电子被还原为Mn2+：MnO2+2e-+4H+=Mn2++2H2O，选项A正确；
B．放电时，正极室每消耗4molH+，生成1molMn2+，为保证正极室的电解质溶液呈中性，会有1mol穿过X膜(阴离子交换膜)进入中间室；同理，负极室每消耗4molOH-，生成1mol，则有2molK+穿过Y膜(阳离子交换膜)进入中间室，故中间室c(K2SO4)增大，选项B错误；
C．充电时，正极反应为Mn2++2H2O-2e-=MnO2+4H+(H+浓度增大，pH减小，pH7)，充电或放电前后中间室溶液的pH=7，保持不变，选项C正确；
D．将充电时上述两极反应相加得到总反应为+Mn2+=Zn+MnO2+2H2O，选项D正确；
答案选B。
4．C
【详解】A．放电时，Cd失电子做负极，化合价升高发生氧化反应，A错误；
B．质子交换膜只允许氢离子通过，Cd2+不能通过质子交换膜，B错误；
C．加入溴离子后经多次充放电，正极可能发生Mn3+正极放电、自身歧化的还原反应，可能发生溴离子还原二氧化锰的反应，生成的溴单质也可能发生还原反应，C正确；
D．由转移电子守恒可知，若无其他反应的干扰，充电时二者比例为2:1，但是由于溴离子等的干扰，则二者比例不一定为2:1，D错误；
故选C。
5．C
【分析】根据图示信息知道：a电极是阳极，该电极上发生失电子的氧化反应NH+3Cl--6e-=NCl3+4H+，b电极是阴极，在阴极上是氢离子得电子的还原反应，电极反应式为：2H++2e-=H2↑，电解过程中，阴离子可以经过阴离子交换膜移向阳极，但是阳离子不能经过交换膜，根据电子守恒以及电极反应式进行计算回答．
【详解】A．b电极产生氢气，发生的是还原反应，b电极是阴极，故接电源的负极，故A正确；
B．题干由已知中N显负价，故NCl3中Cl为+1价，Cl元素在阳极化合价升高被氧化，故B正确；
C．电解过程中，Cl-可以经过阴离子交换膜移向阳极，阳极发生氧化反应NH+3Cl--6e-=NCl3+4H+，流出液X中含HCl，故C错误；
D．每生成3molH2，转移6mol电子，溶液中通过离子定向移动形成闭合回路平衡电荷，故有6molCl-通过阴离子交换膜，故D正确；
故选C。
6．C
【详解】A．左边电解产生氯气，在左边为阳极，因此a为电源的正极，故A错误；
B．电解池“异性相吸”，则通过质子交换膜向右室移动，故B错误；
C．根据电子转移相同，左边电解得到氯气，氯气再和尿素反应，右边电解得到氢气，根据，根据关系式得到5mol气体消耗1mol尿素，则若两极共收集到气体，则除去了尿素，故C正确；
D．方程式配平错误，除去尿素的反应应为，故D错误。
综上所述，答案为C。
7．D
【分析】由题意可知该电解池可以高效制备和，说H2O在M极得到电子生成H2和OH-，电极方程式为：，膜a是阳离子交换膜，Na+通过膜a进入M极，双极膜膜c输出，膜b是阴离子交换膜，SO通过膜b进入膜b和膜c之间的区域生成；H2O在N极失去电子生成O2和H+，电极方程式为：，膜f是阴离子交换膜，SO通过膜f进入N极，双极膜膜d输出OH-，膜e是阳离子交换膜，Na+通过膜e进入膜e和膜d之间的区域生成；以此解答。
【详解】A．由分析可知，H2O在M极得到电子生成H2和OH-，M为阴极，H2O在N极失去电子生成O2和H+，N极为阳极，则电势：N电极>M电极，故A正确；
B．由分析可知，双极膜膜c输出，膜a、膜e为阳离子交换膜，故B正确；
C．由分析可知，M极电极反应式为，故C正确；
D．由分析可知，N极电极方程式为，当电路中转移时，N极生成，同时在膜b和膜c之间的区域生成1mol，故D错误；
故选D。
8．A
【详解】A．当a、b间用导体连接时构成原电池，X为Zn时，Zn发生氧化反应，属于牺牲阳极法，可以保护钢闸门，A正确；
B．当a、b间用导体连接时构成原电池，X为Zn时，Zn为负极，电子从负极X流出，B错误；
C．当a、b与外接电源相连时，属于外加电流法，a应连接电源的负极，C错误；
D．当a、b与外接电源相连时，阴极发生得电子的还原反应，D错误；
故选A。
9．B
【详解】A．吸收塔中发生，再生塔中发生的是，反应条件不同，不是可逆反应。A项错误；
B．，，则。B项正确；
C．根据化合价变化，玻碳电极作阳极，失电子发生氧化反应，电极反应为：。C项错误；
D．铂电极上发生的反应为，0.4molHCOOH~0.8mol，电流效率为50%时，则电路中转移电子总的物质的量为1.6mol，则正极区产生气体为0.4mol，在标准状况下的体积为8.96L。D项错误。
故答案选B。
10．A
【详解】A．氨气极易溶于水，容易引发倒吸，应用防倒吸装置，故A错误；
B．两组实验中硫酸浓度不同，实验室产生沉淀所需的时间不同，可以探究硫酸浓度对化学反应速率的影响，故B正确；
C．KCl浓度增大不会引起该平衡移动，通过观察加入前后溶液颜色可判断其对平衡的影响，故C正确；
D．Fe作阳极失电子生成，阴极上放电使溶液pH升高，与结合生成沉淀，故D正确；
故选：A。
11．B
【分析】由题中信息可知，该电池充电时得电子成为Li嵌入电极A中，可知电极A在充电时作阴极，故其在放电时作电池的负极，而电极B是电池的正极。
【详解】A．根据分析，放电时A为负极，由电极A流向电极B，A说法正确；
B．放电时，外电路通过a mol电子时，内电路中有a mol 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，B说法不正确；
C．放电时，电极B为正极，发生还原反应，反应可表示为，C说法正确；
D．电池放电时，嵌入在非晶硅薄膜中的锂失去电子变成，正极上得到电子和变为，故电池总反应可表示为，D说法正确。
综上所述，本题选B。
12．A
【分析】右侧装置为原电池，LiCoO2电极上LiCoO2发生得电子的还原反应生成Co2+，LiCoO2电极为正极，右侧装置中细菌电极为负极；左侧装置为电解池，其中细菌电极为阳极，甲室电极为阴极。
【详解】A．装置工作时，左侧装置细菌电极为阳极，细菌电极的电极反应式为CH3COO--8e-+2H2O=2CO2↑+7H+，甲室电极为阴极，该电极的电极反应式为Co2++2e-=Co，装置工作过程中，阳极生成的H+通过阳膜进入甲室，甲室溶液的pH减小，A项错误；
B．乙室中LiCoO2发生得电子的还原反应生成Co2+，电极反应式为LiCoO2+e-+4H+=Li++Co2++2H2O，B项正确；
C．装置工作时，右侧装置的细菌电极电极反应式为CH3COO--8e-+2H2O=2CO2↑+7H+，LiCoO2电极的电极反应式为LiCoO2+e-+4H+=Li++Co2++2H2O，原电池的总反应为CH3COO-+8LiCoO2+25H+=8Li++8Co2++2CO2↑+14H2O，装置工作时，乙室中H+被消耗，H+浓度减小，乙室应补充盐酸，C项正确；
D．甲室的电极反应为Co2++2e-=Co，若甲室中Co2+减少100g，左侧装置转移电子物质的量为mol，乙室的电极反应为LiCoO2+e-+4H+=Li++Co2++2H2O，若乙室Co2+增加100g，右侧装置转移电子物质的量为mol，两装置中转移电子物质的量不相等，说明已进行过溶液转移，D项正确；
答案选A。
13．D
【分析】从图中可知，A为阴极，B为阳极，Fe为阴极，C为阳极。
【详解】A．甲池中A是阴极，B是阳极，若为精炼铜的装置，则A极是纯铜，B极是粗铜，A错误；
B．C极是阳极，电极反应式为2Cl--2e-=Cl2↑，Fe电极反应为2H2O＋2e-=2OH-＋H2↑，滴加少量酚酞溶液，一段时间后，Fe电极附近溶液变浅红色，B错误；
C．电镀铜装置中，阴极发生反应：Cu2+＋2e-=Cu，阴极增重12.8g(即0.2mol)，电路中通过0.4mol电子，乙池中阳极反应为2Cl--2e-=Cl2↑，反应生成0.2molCl2，题目未指明气体的温度和压强，不能确定体积，C错误；
D．Fe电极为阴极，电极反应为2H2O＋2e-=2OH-＋H2↑，D正确；
故答案选D。
14．C
【分析】放电时二氧化碳得到电子发生还原反应为正极，正极电极反应式：3CO2+4Li++4e -=2Li2CO3+ C，锂失去电子发生氧化反应为负极：Li-e -=Li+；
【详解】A．Li是活泼金属，能与水反应，不能用水溶液作电解质，可使用有机电解液，故A正确；
B．充电时，原电池的负极与电源的负极相连作阴极，原电池的正极与电源的正极相连作阳极，阳离子向阴极移动，故充电时，Li+ 由正极向负极迁移，故B正确；
C．由正极反应历程可知，C为最终产物，*LiCO2、*CO、*LiC2O3是中间产物，共3种，故C错误；
D．由分析可知，电极反应式正极：3CO2+4Li++4e -=2Li2CO3+ C，故D正确；
故选C。
15． 2NaCl(熔融)2Na + Cl2 ↑ 4NaCl + Ti 2NaHCO3Na2CO3 + H2O + CO2↑
【分析】氯化钠电解生成钠和氯气，钠和四氯化钛生成钛、和钾形成钾钠合金；食盐水电解生成氯气、氢气和氢氧化钠；氯化钠和水、氨气、二氧化碳生成碳酸氢钠，碳酸氢钠受热生成碳酸钠和水、二氧化碳；
【详解】氯化钠电解生成钠和氯气，2NaCl(熔融)2Na + Cl2 ↑；
钠和四氯化钛生成钛和氯化钠，4Na＋TiCl4(熔融) 4NaCl + Ti；
碳酸氢钠受热生成碳酸钠和水、二氧化碳，2NaHCO3Na2CO3 + H2O + CO2↑；
16．(1)该反应的ΔH>0、ΔS1 000 ℃后，c(HCOO-)增大，Nafion膜阻拦作用下降 阳极区pH减小，HCO浓度下降，K＋部分迁移至阴极区，阳极区离子浓度下降，导电能力减弱
(3) Cu 回溯CH4生成机理，第1步是C与催化剂活性位点相连，排除Sn；Au对CO的吸附能力较小，易脱离；Cu对CO的吸附能力强，不易从催化剂表面脱离

【详解】（1）利用反应CO2(g)＋H2(g)⇌HCOOH(g)；ΔH =＋14.9 kJ·mol-1不能实现CO2直接加氢合成HCOOH，原因是该反应的ΔH>0、ΔS1000C后又显著下降，可能原因是Nafion膜可以阻止HCOO-在阳极放电；电量>1 000 ℃后，c(HCOO-)增大，Nafion膜阻拦作用下降；
③ 若电解时将Nafion膜置于两个电极中间，保持电流恒定，20 h时向阳极区补充KHCO3， 0～20 h，电压增大的原因是阳极区pH减小，HCO浓度下降，K＋部分迁移至阴极区，阳极区离子浓度下降，导电能力减弱
（3）若还原产物主要为CH4时，应选择Cu作催化剂，因为Cu对CO的吸附能力远大于Au，且Cu吸附CO后不易脱离，第1步是C与催化剂活性位点相连，排除Sn；Au对CO的吸附能力较小，易脱离；Cu对CO的吸附能力强，不易从催化剂表面脱离。
17．(1) 铜 硝酸银 正 Ag++e-=Ag
(2) 阴极 精铜 Cu2++2e-=Cu 2H++2e-=H2↑ 红

【详解】（1）根据氧化还原反应可知，反应中Cu失电子生成Cu2+，Ag+得电子生成Ag。
①反应中Cu失电子，因此电极X的材料为铜；电解质溶液中Ag+得电子，电解质溶液Y为可溶性的银盐，为硝酸银；
②银电极对应的溶液中的Ag+得电子生成Ag，因此Ag电极为电池的正极，该电池的电极反应式为Ag++e-=Ag。
（2）①要电解精炼铜，则需要将精铜与电解池的阴极相连，粗铜与电解池的阳极相连，因此：A极为电解池的阴极；电极材料为精铜；此时甲池中的Cu2+在阴极上得电子生成Cu，反应的电极式为Cu2++2e-=Cu；
②电解池乙为电解NaCl溶液的装置，Fe与电源的负极连接，Fe一极为电解池的阴极，反应的电极式为2H++2e-=H2↑；电解一段时间后，Fe极附近的H+减少，剩余OH-，向乙池中滴入少量的酚酞，Fe电极附近呈红色。
18．(1)CH3OH
(2)
(3) 正 CuSO4溶液
(4)

【详解】（1）根据图示，氢离子由左向右移动，左侧电极为负极，该电池工作时，b口通入的物质为CH3OH；
（2）甲醇在负极失电子生成二氧化碳和氢离子，该电池负极的电极反应式为
（3）精炼铜时，粗铜为阳极，应与甲醇燃料电池的正极相连，铜离子在阴极得电子生成金属铜，阴极的电极反应式为，电解质溶液为硫酸铜；
（4）铝失电子生成铝离子，铝离子和碳酸氢根离子发生双水解反应生成氢氧化铝沉淀和二氧化碳，所以溶液逐渐变浑浊，电极反应式为。