高考化学热点试题热点14电化学及其应用含解析答案

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电化学是高考的热点，试题的背景较为新颖。以新型燃料电池、比能量高的新型电池为载体，考查原电池的工作原理，或将原电池、电解原理与物质的制备、金属的提纯、金属的防护结合起来考查。试题通常以某一个新型电池为背景考查电化学知识，结合物质的制备、废弃物的处理等内容进行考察，电极反应方程式的书写或正误判断、离子移动的方向、电极产物种类的判断与量的计算等。
1．电解硫酸钠溶液制取电池正极材料的前驱体，其工作原理如图所示：
下列说法不正确的是
A．a是直流电源的正极，石墨电极发生氧化反应
B．交换膜A是阴离子交换膜，通电一段时间，Ⅰ室pH降低
C．当产生的时，标准状况下纯钛电极上至少产生气体
D．若将纯钛电极直接放入Ⅱ室，则纯钛电极上会有金属与前驱体附着而使产率降低
2．利用电化学富集海水中锂的电化学系统如图所示。该电化学系统的工作步骤如下：
①启动电源1，所在腔室的海水中的进入结构而形成；
②关闭电源1和海水通道，启动电源2，使中的脱出进入腔室2。
下列说法不正确的是
A．启动电源1时，电极1为阳极，发生氧化反应
B．启动电源2时电极反应式为：
C．电化学系统提高了腔室2中LiOH的浓度
D．启动至关闭电源1，转化的与生成的之比为，可得中的x=1.2
3．微生物电池是指在微生物的作用下将化学能转化为电能的装置，其工作原理如图所示。下列有关微生物电池的说法正确的是
A．该装置是原电池，b极是负极
B．该电池工作时，应选用质子交换膜
C．该电池工作时，电子从a经电流表A流向b，离子从右经交换膜向左迁移
D．电极a反应：(C6H10O5)n-24e-+7H2O=6CO2↑+24H+
4．Adv。Mater报道我国科学家耦合光催化/电催化分解水的装置如图，催化电极时产生电子和空穴(空穴指共价键上流失一个电子留下空位的现象，用表示)，下列有关说法错误的是
A．光催化装置中溶液的pH增大
B．离子交换膜为阴离子交换膜
C．电催化装置阳极电极反应式：
D．光催化和电催化协同循环的总反应式：
5．一种可充电锌—空气电池放电时的工作原理如下图所示。已知：Ⅰ室溶液中，锌主要以的形式存在，并存在电离平衡。下列说法错误的是
A．放电时，Ⅰ室溶液中浓度增大
B．放电时，Ⅱ室中的通过阴离子交换膜进入Ⅰ室
C．充电时，电极的电极反应为
D．充电时，每生成，Ⅲ室溶液质量理论上减少
6．高电压水系锌-有机混合液流电池的装置及充、放电原理如图所示。下列说法正确的是
A．锌元素位于元素周期表的d区
B．充电时，每转移，阴极增重
C．放电时，负极的电极反应式为
D．放电时，化学能全部转化为电能
7．中国科大高敏锐研究组以CO2为原料，在Cu2P2O7基催化剂上制备C2H4，阴极电极反应式：，双极膜是由一张阳膜和一张阴膜制成的复合膜。在直流电场的作用下，复合膜间的H2O为离子源，解离成H+和OH-可分别通过阳膜和阴膜。下列有关说法错误的是
A．a膜是阴膜
B．左侧电极是阳极，发生氧化反应
C．总反应离子方程式为：
D．若标准状况下，消耗22.4LCO2，理论上M处释放物质的质量3g
8．通过NO协同耦合反应，实现了NO的电催化歧化，并同时合成了双氮产物(和硝酸盐)是实现可持续固氮的一种极具潜力的方法，装置如图。下列说法正确的是

A．电解液E为阳极电解液，呈酸性
B．电极B的电极反应：
C．中间层的、分别透过选择性离子膜向A、B极迁移
D．若电解一段时间后，取两极所有产物于溶液中反应，可得硝酸盐和硝酸
9．电解法合成氨因其原料转化率大幅度提高，有望代替传统的工业合成氨工艺。利用工业废水发电进行氨的制备(纳米作催化剂)的原理如图所示，其中M、N、a、b电极均为惰性电极。下列说法错误的是
已知：b极区发生的变化视为按两步进行，其中第二步为(未配平)。
A．M极是负极，发生的电极反应为
B．在b极发生电极反应：
C．理论上废水发电产生的与合成消耗的的物质的量之比为
D．上述废水发电在高温下进行优于在常温下进行
10．我国电动汽车产业发展迅猛，多种车型采用三元锂电池，该电池放电时工作原理如图所示。下列说法错误的是
A．无论充电或放电，A极电势均低于B极
B．充电时，外电路中流过0.1ml电子，A极质量减少0.7g
C．放电时，正极反应为Li1-aNixCyMnzO2＋aLi＋＋ae-=LiNixCyMnzO2
D．失去活性锂元素的三元正极材料可采用化学方法再生，实现循环利用
参考答案：
1．C
【分析】由图可知，前驱体在III室生成，则II室的金属阳离子进入III室，交换膜B为阳离子交换膜，则右侧纯钛电极为阴极，电极反应式为2H2O+2e-=H2+2OH-，OH-与金属阳离子结合得到前驱体，为保持电荷守恒，交换膜A为阴离子交换膜，左侧石墨电极为阳极，电极反应式为2H2O-4e-=O2+4H+，所以电解过程实际上是电解水。
【详解】A．由上述分析可知，石墨为阳极，发生氧化反应，则a为电源的正极，故A正确；
B．由分析可知，交换膜A为阴离子交换膜，左侧电极反应式为2H2O-4e-=O2+4H+，产生H+，故pH降低，故B正确；
C．每生成的，就相当于生成0.2ml OH-，由电极反应式2H2O+2e-=H2+2OH-可知，会生成0.1ml H2，在标准状况下的体积为2.24L，故C错误；
D．纯钛电极若直接放入II室，会导致接受电子的物质不是水而是金属离子，导致金属单质的生成，附着在前驱体上导致产率的降低，故D正确；
答案选C。
2．B
【分析】由题意知，启动电源1，使海水中Li+进入MnO2结构形成LiMn2O4；可知二氧化锰中锰的化合价降低，为阴极，电极反应式为2MnO2+xLi++xe-=LixMn2O4，电极1为阳极，连接电源正极；关闭电源1和海水通道，启动电源2，向电极2上通入空气，使中的Li+脱出进入室2，可知，电极2为阴极，电极反应式：；阳极的电极反应式：；
【详解】A．由分析知，室1中电极1连接电源1的正极，作阳极，发生氧化反应，故A正确；
B．启动电源2时作阳极，电极反应式：，故B错误；
C．电化学系统提高了腔室2中LiOH的浓度，故C正确；
D．根据分析可知，启动至关闭电源1，转化的与生成的之比为，可得中的x=1.2，故D正确；
答案选B。
3．B
【分析】由题意利用一种微生物将废水中有机物[主要成分是(C6H10O5)n]的化学能转化为电能的装置，即为原电池，由图b极通O2，a极为有机物，则b极为正极氧气发生还原反应，a极为负极有机物发生氧化反应生成二氧化碳和氢离子，负极电极反应为(C6H10O5)n+7nH2O-24ne﹣=6nCO2↑+24nH+，原电池中阳离子移向正极b极；
【详解】A．由分析可知，该装置是原电池，b极是正极，A错误；
B．该电池工作时，氢离子在通过交换膜移向正极，故应选用质子交换膜，B正确；
C．该电池工作时，电子从负极a经电流表A流向正极b，离子从左侧经交换膜向右侧迁移，C错误；
D．负极电极反应为(C6H10O5)n+7nH2O-24ne﹣=6nCO2↑+24nH+，D错误；
故选B。
4．B
【分析】光催化装置发生：、；电催化装置为电解装置，阴极电极式：，阳极反应式：；
【详解】A．根据分析，光催化装置中发生：，消耗H+，c(H+)减小，pH增大，故A正确；
B．电催化装置为电解装置，阴极电极式：；阳极反应式：，阴极上阴离子物质的量增大，阳极上消耗阴离子，根据装置图可知，离子交换膜为阳离子交换膜，故B错误；
C．根据分析可知，电催化装置为电解装置，阳极反应式：，故C正确；
D．根据光催化和电催化各装置反应，可得总反应为：，故D正确；
答案选B。
5．D
【详解】A．放电时，该装置为原电池，通入的电极是正极，电极反应式为，Zn电极为负极，电极反应式为，浓度增大，电离平衡正向移动，导致Ⅰ室溶液中浓度增大，故A正确；
B．放电时，根据原电池“同性相吸”，Ⅱ室中的通过阳离子交换膜进入Ⅲ室，Ⅱ室中的通过阴离子交换膜进入Ⅰ室，故B正确；
C．充电时，电极为阴极，其电极反应为，故C正确；
D．充电时，电极为阳极，电极反应式为，每生成转移电子，同时有通过阳离子交换膜进入Ⅱ室，Ⅲ室溶液质量理论上减少，故充电时，每生成，Ⅲ室溶液质量理论上减少，故D错误。
综上所述，答案为D。
6．B
【分析】高电压水系锌-有机混合液流电池工作原理为：放电时为原电池，金属Zn发生失电子的氧化反应生成Zn2+，为负极，则FQ所在电极为正极，正极反应式为2FQ+2e-+2H+═FQH2，负极反应式为Zn-2e-+4OH-=；充电时电解池，原电池的正负极连接电源的正负极，阴阳极的电极反应与原电池的负正极的反应式相反，电解质中阳离子移向阴极、阴离子移向阳极，据此分析解答。
【详解】A．锌的价层电子排布式为3d104s2，该元素位于元素周期表的ds区，A错误；
B．因为放电时负极反应式为Zn-2e-+4OH-=，每转移2ml电子，理论上负极减小1mlZn，质量为m=n∙M=1ml×65g/ml=65g，所以充电时，每转移，阴极增重，B正确；
C．放电时为原电池，金属Zn为负极，负极反应式为，C错误；
D．放电过程，化学能转化为电能，但同时会有热量散失，一部分能量以热能的形式转化，D错误；
故选B。
7．D
【分析】结合电源和信息可知左侧为阳极，电极反应为：，复合膜间的H2O解离出的OH-通过阴膜向阳极区补充，所以a膜为阴膜。则b膜为阳膜。
【详解】A．据分析可知，a膜为阴膜，故A正确；
B．据分析可知左侧电极是阳极，发生氧化反应，故B正确；
C．将题目中的阴极反应和阳极反应加和处理得总反应离子方程式为：，故C正确；
D．据可知当标准状况下，消耗22.4LCO2即1ml时，理论上M处释放1.5ml，质量为48g，故D错误；
故选D。
8．D
【分析】由图可知，A极氮元素价态降低得电子，故A极为阴极，电极反应式为NO+5H++5e-=NH3+H2O，B极为阳极，电极反应式为NO+2H2O-3e-=NO+4H+，据此分析解答。
【详解】A．根据以上分析，A极为阴极，电极反应式为NO+5H++5e-=NH3+H2O，则电解液E为阴极电解液，呈酸性，故A错误；
B．B极为阳极，电极反应式为NO+2H2O-3e-= NO+4H+，故B错误；
C．由两极反应式可知，阳极区产生氢离子，阴极区消耗氢离子，故中间层的OH-、H+分别透过选择性离子膜向B、A极迁移，故C错误；
D．由图可知，A极NO→NH3～5e-，B极NO→NO～3e-，根据电子得失守恒，电解一段时间后，取两极所有产物于溶液中反应，可得硝酸盐和硝酸，故D正确；
故选：D。
9．D
【分析】由图可知，左边为原电池，右边是电解池，含NO的废水中NO转化为N2，N元素化合价降低，得出N极为原电池的正极，所以M极为原电池的负极，从而判断a极为阳极， b极为阴极，在共熔物作用下水蒸气在阳极失去电子发生氧化反应生成氧气，b电极为阴极，氮气在阴极上得到电子发生还原反应生成氨气，在阴极上得到电子发生还原反应生成，。
【详解】A．由分析可知，M极为原电池的负极，在负极失去电子生成CO2，根据得失电子守恒和电荷守恒配平电极方程式为：，故A正确；
B．由分析可知，b电极为阴极，在阴极上得到电子发生还原反应生成，根据得失电子守恒和电荷守恒配平电极方程式为：，故B正确；
C．NO的废水中NO转化为N2，N元素化合价由+5价下降到0价，合成过程中，N元素由0价下降到-3价，根据得失电子守恒可知，理论上废水发电产生的与合成消耗的的物质的量之比为，故C正确；
D．上述废水发电过程中有微生物参与，高温不利于微生物生存，则上述废水发电在常温下进行优于在高温下进行，故D错误；
故选D。
10．B
【详解】A．该电池放电时工作原理可知，放电时，A为负极B为正极，充电时，A为阴极B为阳极，故无论充电或放电，A极电势均低于B极，故A正确；
B．充电时，A极电极反应为aLi++ae-+6C=LiaC6， 外电路中流过0.1ml电子，A极质量增加0.7g，故B错误；
C．由该电池放电时工作原理可知，放电时B为正极，Li1- aNix Cy MnzO2得电子结合Li+生成LiNixCyMnzO2，正极反应为Li1-aNixCyMnzO2＋aLi＋＋ae-=LiNixCyMnzO2，故C正确；
D．锂元素失去活性后，可采用化学方法再生，从而实现Li的循环利用，故D正确；
故选 B。