2022屆新高考化學(xué)人教版二輪復(fù)習(xí)學(xué)案-專題九　電化學(xué)

eq\a\vs4\al(核心素養(yǎng))eq\a\vs4\al(考情分析)變化觀念與平衡思想證據(jù)推理與模型認(rèn)知以新型電源及含有離子交換膜的原電池、電解池為背景，以選擇題、填空題形式考查工作原理、離子或電子移動方向、電極反應(yīng)的書寫和判斷、電解質(zhì)溶液的判斷和計算、交換膜的應(yīng)用。考查考生的核心素養(yǎng)和探究能力考向一新型化學(xué)電源1．構(gòu)建模型，掌握工作原理2．新型電源的破題——正負(fù)極判斷(1)理論、現(xiàn)象判斷(2)裝置圖判斷3．新型電源的解題——電極反應(yīng)式書寫(1)理清書寫步驟(2)燃料電池中不同環(huán)境下的電極反應(yīng)式以甲醇、O2燃料電池為例：酸性介質(zhì)，如稀H2SO4負(fù)極CH3OH－6e－＋H2O=CO2↑＋6H＋正極eq\f(3,2)O2＋6e－＋6H＋=3H2O堿性介質(zhì)，如KOH溶液負(fù)極CH3OH－6e－＋8OH－=COeq\o\al(2－,3)＋6H2O正極eq\f(3,2)O2＋6e－＋3H2O=6OH－熔融鹽介質(zhì)，如K2CO3負(fù)極CH3OH－6e－＋3COeq\o\al(2－,3)=4CO2↑＋2H2O正極eq\f(3,2)O2＋6e－＋3CO2=3COeq\o\al(2－,3)高溫下能傳導(dǎo)O2－的固體作電解質(zhì)負(fù)極CH3OH－6e－＋3O2－=CO2↑＋2H2O正極eq\f(3,2)O2＋6e－=3O2－4.新型電源的現(xiàn)象及計算利用正負(fù)極反應(yīng)分析正、負(fù)極的現(xiàn)象，包括氣體、溶液酸堿性變化、質(zhì)量變化等，利用電子守恒進(jìn)行相關(guān)計算。1．(2021·廣東省學(xué)業(yè)水平選擇性考試)火星大氣中含有大量CO2，一種有CO2參加反應(yīng)的新型全固態(tài)電池有望為火星探測器供電。該電池以金屬鈉為負(fù)極，碳納米管為正極，放電時(B)A．負(fù)極上發(fā)生還原反應(yīng)B．CO2在正極上得電子C．陽離子由正極移向負(fù)極D．將電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能解析：放電時負(fù)極上Na發(fā)生氧化反應(yīng)失去電子生成Na＋，A錯誤；放電時正極為CO2得到電子生成C，B正確；放電時陽離子移向還原電極，即陽離子由負(fù)極移向正極，C錯誤；放電時裝置為原電池，能量轉(zhuǎn)化關(guān)系為化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能，D錯誤。2．(2020·山東卷)微生物脫鹽電池是一種高效、經(jīng)濟(jì)的能源裝置，利用微生物處理有機(jī)廢水獲得電能，同時可實現(xiàn)海水淡化?，F(xiàn)以NaCl溶液模擬海水，采用惰性電極，用如圖裝置處理有機(jī)廢水(以含CH3COO－的溶液為例)。下列說法錯誤的是(B)A．負(fù)極反應(yīng)為CH3COO－＋2H2O－8e－=2CO2↑＋7H＋B．隔膜1為陽離子交換膜，隔膜2為陰離子交換膜C．當(dāng)電路中轉(zhuǎn)移1mol電子時，模擬海水理論上除鹽58.5gD．電池工作一段時間后，正、負(fù)極產(chǎn)生氣體的物質(zhì)的量之比為21解析：圖示裝置為原電池，a極生物膜上CH3COO－失電子轉(zhuǎn)化為CO2，則a極作負(fù)極，1molCH3COO－轉(zhuǎn)化成CO2時，轉(zhuǎn)移8mol電子，A項正確；該微生物脫鹽電池可實現(xiàn)海水淡化，結(jié)合原電池中陰離子向負(fù)極移動，陽離子向正極移動，可知Cl－透過隔膜1向a極移動，Na＋透過隔膜2向b極移動，即隔膜l是陰離子交換膜，隔膜2是陽離子交換膜，B項錯誤；當(dāng)電路中轉(zhuǎn)移1mol電子時，根據(jù)電荷守恒可知，模擬海水中會有1molCl－移向負(fù)極，同時有1molNa＋移向正極，即除去1molNaCl，質(zhì)量為58.5g，C項正確；正極上發(fā)生的電極反應(yīng)式為2H＋＋2e－=H2↑，負(fù)極上發(fā)生的電極反應(yīng)式為CH3COO－＋2H2O－8e－=2CO2↑＋7H＋，當(dāng)有8mol電子通過時，正極產(chǎn)生4mol氣體，負(fù)極產(chǎn)生2mol氣體，故正、負(fù)極產(chǎn)生氣體的物質(zhì)的量之比為21，D項正確。3．(2019·全國卷Ⅰ)利用生物燃料電池原理研究室溫下氨的合成，電池工作時MV2＋/MV＋在電極與酶之間傳遞電子，示意圖如下所示。下列說法錯誤的是(B)A．相比現(xiàn)有工業(yè)合成氨，該方法條件溫和，同時還可提供電能B．陰極區(qū)，在氫化酶作用下發(fā)生反應(yīng)H2＋2MV2＋=2H＋＋2MV＋C．正極區(qū)，固氮酶為催化劑，N2發(fā)生還原反應(yīng)生成NH3D．電池工作時質(zhì)子通過交換膜由負(fù)極區(qū)向正極區(qū)移動解析：A正確，該方法可產(chǎn)生電流，反應(yīng)條件比較溫和，沒有高溫高壓條件；B錯誤，該生物燃料電池中，左端電極反應(yīng)式為MV＋－e－=MV2＋，則左端電極是負(fù)極，應(yīng)為負(fù)極區(qū)，在氫化酶作用下，發(fā)生反應(yīng)H2＋2MV2＋=2H＋＋2MV＋；C正確，右端電極反應(yīng)式為MV2＋＋e－=MV＋，右端電極是正極，在正極區(qū)，N2得到電子生成NH3，發(fā)生還原反應(yīng)；D正確，原電池內(nèi)電路中，H＋通過交換膜由負(fù)極區(qū)向正極區(qū)移動。4．(2020·江蘇卷)HCOOH燃料電池。研究HCOOH燃料電池性能的裝置如圖所示，兩電極區(qū)間用允許K＋、H＋通過的半透膜隔開。(1)電池負(fù)極電極反應(yīng)式為HCOO－＋2OH－－2e－=HCOeq\o\al(－,3)＋H2O；放電過程中需補(bǔ)充的物質(zhì)A為H2SO4。(填化學(xué)式)(2)如圖所示的HCOOH燃料電池放電的本質(zhì)是通過HCOOH與O2的反應(yīng)，將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能，其反應(yīng)的離子方程式為2HCOOH＋2OH－＋O2=2HCOeq\o\al(－,3)＋2H2O(或2HCOO－＋O2=2HCOeq\o\al(－,3))。解析：(1)原電池工作時，負(fù)極發(fā)生失電子的氧化反應(yīng)，根據(jù)圖示中各電極上物質(zhì)變化，負(fù)極上HCOO－被氧化生成HCOeq\o\al(－,3)，則負(fù)極的電極反應(yīng)式為HCOO－＋2OH－－2e－=HCOeq\o\al(－,3)＋H2O。根據(jù)圖示，加入A發(fā)生的離子反應(yīng)為4Fe2＋＋4H＋＋O2=4Fe3＋＋2H2O，消耗H＋，K2SO4從裝置中流出，故放電過程中加入的物質(zhì)A為H2SO4。(2)該燃料電池的正極Fe2＋和Fe3＋存在著循環(huán)，正極上本質(zhì)是O2得到電子，故燃料電池的總反應(yīng)本質(zhì)是HCOOH和O2反應(yīng)生成HCOeq\o\al(－,3)，結(jié)合原子守恒和電荷守恒，配平離子方程式為2HCOOH＋2OH－＋O2=2HCOeq\o\al(－,3)＋2H2O。5．(2021·廣西名校聯(lián)盟模擬)NO2、O2和熔融NaNO3可制作燃料電池，其原理如下圖，下列判斷不正確的是(C)A．石墨電極Ⅰ為電池負(fù)極B．工作原理示意圖中的Y為N2O5C．石墨Ⅱ電極發(fā)生的電極反應(yīng)為O2＋2N2O5－4e－=4NOeq\o\al(－,3)D．每消耗0.1molNO2轉(zhuǎn)移電子0.1mol解析：石墨Ⅱ極，通入氧氣，所以石墨Ⅱ極為正極，則石墨電極Ⅰ為電池負(fù)極，A正確；石墨電極Ⅰ為電池負(fù)極，發(fā)生電極反應(yīng)為NO2＋NOeq\o\al(－,3)－e－=N2O5，產(chǎn)物Y為N2O5，B正確；石墨Ⅱ極為正極，發(fā)生的是還原反應(yīng)而不是氧化反應(yīng)，發(fā)生的電極反應(yīng)為O2＋2N2O5＋4e－=4NOeq\o\al(－,3)，C錯誤；消耗0.1molNO2，轉(zhuǎn)移0.1mol電子，D正確，故選C。6．(2021·鄭州質(zhì)檢二)某實驗小組用以下裝置探究了鋁和銅組成的原電池在不同濃度的NaOH溶液中放電的情況，NaOH溶液濃度對鋁—堿電池的放電電流和持續(xù)放電時間的影響如下表。c(NaOH)/mol·L－10.10.51.01.52.0放電電流I/mA0.130.260.400.520.65放電時間t/min4514987根據(jù)以上數(shù)據(jù)分析，下列說法錯誤的是(D)A．在銅電極上發(fā)生還原反應(yīng)放出氫氣B．負(fù)極反應(yīng)為Al－3e－＋4OH－=[Al(OH)4]－C．NaOH溶液濃度越大，反應(yīng)速率越快，放電電流越大D．該電池是一種二次電池，可充電后重復(fù)使用解析：Cu作正極，發(fā)生還原反應(yīng)，電極反應(yīng)為2H2O＋2e－=H2↑＋2OH－，反應(yīng)放出氫氣，A正確；Al作負(fù)極，發(fā)生氧化反應(yīng)，電極反應(yīng)為Al－3e－＋4OH－=[Al(OH)4]－，B正確；由表中數(shù)據(jù)可知，NaOH溶液濃度越大，電流越大，反應(yīng)速率越快，C正確；該電池為一次電池，不可重復(fù)使用，D錯誤。7．(2021·山東省學(xué)業(yè)水平考試模擬)(雙選)我國科學(xué)家最近發(fā)明了一種Zn－PbO2電池，電解質(zhì)為K2SO4、H2SO4和KOH，通過a和b兩種離子交換膜將電解質(zhì)溶液隔開，形成M、R、N三個電解質(zhì)溶液區(qū)域，結(jié)構(gòu)示意圖如下。下列說法正確的是(CD)A．b為陽離子交換膜B．R區(qū)域的電解質(zhì)為H2SO4C．放電時，Zn電極反應(yīng)為Zn－2e－＋4OH－=Zn(OH)eq\o\al(2－,4)D．消耗6.5gZn，N區(qū)域電解質(zhì)溶液減少16.0g解析：正極(b)PbO2＋2e－＋4H＋＋SOeq\o\al(2－,4)=PbSO4＋2H2O，負(fù)極(a)Zn－2e－＋4OH－=Zn(OH)eq\o\al(2－,4)，溶液維持電中性，則a為陽離子交換膜，A錯誤；R區(qū)域的電解質(zhì)為K2SO4，B錯誤；放電過程中，Zn電極反應(yīng)為Zn－2e－＋4OH－=Zn(OH)eq\o\al(2－,4)，C正確；消耗6.5gZn，電子轉(zhuǎn)移0.2mol，N區(qū)消耗0.4molH＋，0.1molSOeq\o\al(2－,4)，同時有0.1molSOeq\o\al(2－,4)移向R區(qū)，則相當(dāng)于減少0.2molH2SO4，同時生成0.2molH2O，則N區(qū)實際減少質(zhì)量為0.2mol×98g/mol－0.2mol×18g/mol＝16.0g，D正確，選CD。考向二電解原理及應(yīng)用1．構(gòu)建模型，掌握工作原理2．電解池的破題——陰、陽極判斷3．電解池的解題——陰、陽極電極反應(yīng)式的書寫明確電解池的電極反應(yīng)及其放電順序(1)陽離子在陰極上的放電順序：Ag＋>Hg2＋>Fe3＋>Cu2＋>H＋(酸)>Pb2＋>Fe2＋>Zn2＋>H＋(水)。(2)陰離子在陽極上的放電順序：S2－>I－>Br－>Cl－>OH－。(3)新型陰、陽極反應(yīng)式書寫。1．(2021·全國乙卷)沿海電廠采用海水為冷卻水，但在排水管中生物的附著和滋生會阻礙冷卻水排放并降低冷卻效率，為解決這一問題，通常在管道口設(shè)置一對惰性電極(如圖所示)，通入一定的電流。下列敘述錯誤的是(D)A．陽極發(fā)生將海水中的Cl－氧化生成Cl2的反應(yīng)B．管道中可以生成氧化滅殺附著生物的NaClOC．陰極生成的H2應(yīng)及時通風(fēng)稀釋，安全地排入大氣D．陽極表面形成的Mg(OH)2等積垢需要定期清理解析：海水中除了水，還含有大量的Na＋、Cl－、Mg2＋等，根據(jù)題干信息可知，裝置的原理是利用惰性電極電解海水，陽極區(qū)海水中的Cl－會優(yōu)先失去電子生成Cl2，發(fā)生氧化反應(yīng)，A正確；陽極區(qū)生成的Cl2與陰極區(qū)生成的OH－在管道中會發(fā)生反應(yīng)生成NaCl、NaClO和H2O，其中NaClO具有強(qiáng)氧化性，可氧化滅殺附著的生物，B正確；因為H2是易燃性氣體，所以陰極區(qū)生成的H2需及時通風(fēng)稀釋，安全地排入大氣，以排除安全隱患，C正確；陰極的電極反應(yīng)式為2H2O＋2e－=H2↑＋2OH－，會使海水中的Mg2＋沉淀積垢，所以陰極表面會形成Mg(OH)2等積垢需定期清理，D錯誤，故選D。2．(2020·全國卷Ⅱ)電致變色器件可智能調(diào)控太陽光透過率，從而實現(xiàn)節(jié)能。下圖是某電致變色器件的示意圖。當(dāng)通電時，Ag＋注入無色WO3薄膜中，生成AgxWO3，器件呈現(xiàn)藍(lán)色，對于該變化過程，下列敘述錯誤的是(C)A．Ag為陽極B．Ag＋由銀電極向變色層遷移C．W元素的化合價升高D．總反應(yīng)式為WO3＋xAg=AgxWO3解析：通電時，陽離子向陰極移動，由Ag＋注入無色WO3薄膜中，可知在該變色器件中，Ag作陽極，通電后Ag失去電子轉(zhuǎn)化為Ag＋，通過固體電解質(zhì)向變色層遷移，A、B兩項正確；透明導(dǎo)電層為陰極，在陰極處WO3得到電子轉(zhuǎn)化為WOeq\o\al(x－,3)，W的化合價降低，C項錯誤；根據(jù)題中信息推斷，總反應(yīng)式為WO3＋xAg=AgxWO3，D項正確。3．(2020·山東卷)采用惰性電極，以去離子水和氧氣為原料通過電解法制備雙氧水的裝置如圖所示。忽略溫度變化的影響，下列說法錯誤的是(D)A．陽極反應(yīng)為2H2O－4e－=4H＋＋O2↑B．電解一段時間后，陽極室的pH未變C．電解過程中，H＋由a極區(qū)向b極區(qū)遷移D．電解一段時間后，a極生成的O2與b極反應(yīng)的O2等量解析：b極O2得電子生成H2O2，作陰極，a極生成O2，是陽極，發(fā)生氧化反應(yīng)，電極反應(yīng)式是2H2O－4e－=4H＋＋O2↑，A項正確；b極是陰極，發(fā)生反應(yīng)2H＋＋O2＋2e－=H2O2，總反應(yīng)為2H2O＋O2eq\o(=,\s\up15(通電))2H2O2，根據(jù)電解池中陽離子向陰極移動，陰離子向陽極移動知，電解過程中陽極產(chǎn)生的H＋由a極區(qū)通過質(zhì)子交換膜向b極區(qū)遷移，則電解一段時間后，陽極室的pH不變，B、C正確；電解時，總反應(yīng)為O2＋2H2Oeq\o(=,\s\up15(通電))2H2O2，消耗氧氣，即a極生成的氧氣的量小于b極消耗的氧氣，D項錯誤。4．(2019·全國卷Ⅱ)環(huán)戊二烯可用于制備二茂鐵[Fe(C5H5)2，結(jié)構(gòu)簡式為]，后者廣泛應(yīng)用于航天、化工等領(lǐng)域中。二茂鐵的電化學(xué)制備原理如圖所示，其中電解液為溶解有溴化鈉(電解質(zhì))和環(huán)戊二烯的DMF溶液(DMF為惰性有機(jī)溶劑)。該電解池的陽極為Fe電極，總反應(yīng)為Fe＋2=＋H2↑[或Fe＋2C5H6=Fe(C5H5)2＋H2↑]。電解制備需要在無水條件下進(jìn)行，原因為水會阻礙中間物Na的生成；水會電解生成OH－，進(jìn)一步與Fe2＋反應(yīng)生成Fe(OH)2。解析：結(jié)合圖示電解原理可知，F(xiàn)e電極發(fā)生氧化反應(yīng)，為陽極；在陰極上有H2生成，故電解時的總反應(yīng)為Fe＋2=＋H2↑或Fe＋2C5H6=Fe(C5H5)2＋H2↑。結(jié)合相關(guān)反應(yīng)可知，電解制備需在無水條件下進(jìn)行，否則水會阻礙中間產(chǎn)物Na的生成，水電解生成OH－，OH－會進(jìn)一步與Fe2＋反應(yīng)生成Fe(OH)2，從而阻礙二茂鐵的生成。5．(2019·北京卷)可利用太陽能光伏電池電解水制高純氫，工作示意圖如圖。通過控制開關(guān)連接K1或K2，可交替得到H2和O2。(1)制H2時，連接K1，產(chǎn)生H2的電極反應(yīng)式是2H2O＋2e－=H2↑＋2OH－。(2)改變開關(guān)連接方式，可得O2。(3)結(jié)合①和②中電極3的電極反應(yīng)，說明電極3的作用：制H2時，電極3發(fā)生反應(yīng)：Ni(OH)2＋OH－－e－=NiOOH＋H2O。制O2時，上述電極反應(yīng)逆向進(jìn)行，使電極3得以循環(huán)使用。解析：(1)電解堿性電解液時，H2O電離出的H＋在陰極得到電子產(chǎn)生H2，根據(jù)題圖可知，電極1與電池負(fù)極連接，為陰極，所以制H2時，連接K1，產(chǎn)生H2的電極反應(yīng)式為2H2O＋2e－=H2↑＋2OH－。(3)制備O2時堿性電解液中的OH－失去電子生成O2，連接K2，O2在電極2上產(chǎn)生。連接K1時，電極3為電解池的陽極，Ni(OH)2失去電子生成NiOOH，電極反應(yīng)式為Ni(OH)2－e－＋OH－=NiOOH＋H2O，連接K2時，電極3為電解池的陰極，電極反應(yīng)式為NiOOH＋e－＋H2O=Ni(OH)2＋OH－，使電極3得以循環(huán)使用。6．(2020·全國卷Ⅱ)CH4和CO2都是比較穩(wěn)定的分子，科學(xué)家利用電化學(xué)裝置實現(xiàn)兩種分子的耦合轉(zhuǎn)化，其原理如圖所示：(1)陰極上的反應(yīng)式為CO2＋2e－=CO＋O2－。(2)若生成的乙烯和乙烷的體積比為21，則消耗的CH4和CO2體積比為65。解析：(1)根據(jù)圖中信息，二氧化碳在陰極得電子轉(zhuǎn)化為一氧化碳，結(jié)合固體電解質(zhì)可傳導(dǎo)O2－，可知電極反應(yīng)式為CO2＋2e－=CO＋O2－。(2)根據(jù)圖中信息，CH4在陽極失去電子變成C2H6、C2H4和H2O，由于生成C2H4和C2H6的體積比為21，設(shè)生成了2molC2H4和1molC2H6，則有6molCH4發(fā)生反應(yīng)，共轉(zhuǎn)移10mol電子，根據(jù)得失電子守恒，陰極上有5molCO2參與電極反應(yīng)，則此時消耗的CH4和CO2的體積比為65。7．(2021·九師聯(lián)盟聯(lián)考)肼(N2H4)是一種常見的還原劑，在酸性溶液中以N2Heq\o\al(＋,5)形式存在。利用如圖電解裝置，N2Heq\o\al(＋,5)可將UOeq\o\al(2＋,2)轉(zhuǎn)化為U4＋(N2Heq\o\al(＋,5)轉(zhuǎn)化為N2)。下列說法中錯誤的是(D)A．鍍鉑鈦網(wǎng)上發(fā)生的電極反應(yīng)式為N2Heq\o\al(＋,5)－4e－=N2↑＋5H＋B．若生成11.2L(標(biāo)準(zhǔn)狀況)N2，則被還原的U元素為1molC．在該電解裝置中，N2Heq\o\al(＋,5)還原性強(qiáng)于H2OD．電解一段時間后電解質(zhì)溶液的pH基本上不發(fā)生變化解析：電解總反應(yīng)為2UOeq\o\al(2＋,2)＋N2Heq\o\al(＋,5)＋3H＋eq\o(=,\s\up15(通電))2U4＋＋N2↑＋4H2O，由裝置可知，鈦板與電源負(fù)極相連，則為陰極，發(fā)生電極反應(yīng)為2UOeq\o\al(2＋,2)＋4e－＋8H＋=2U4＋＋4H2O，鍍鉑鈦網(wǎng)為陽極，發(fā)生電極反應(yīng)為N2Heq\o\al(＋,5)－4e－=N2↑＋5H＋，A正確；根據(jù)電解總反應(yīng)為2UOeq\o\al(2＋,2)＋N2Heq\o\al(＋,5)＋3H＋eq\o(=,\s\up15(通電))2U4＋＋N2↑＋4H2O，標(biāo)況下，每生成22.4LN2，被還原的U元素為2mol，則若生成11.2L(標(biāo)準(zhǔn)狀況)N2，則被還原的U元素為1mol，B正確；N2Heq\o\al(＋,5)失電子能力強(qiáng)于H2O，則還原性強(qiáng)于H2O，C正確；由電解總反應(yīng)為2UOeq\o\al(2＋,2)＋N2Heq\o\al(＋,5)＋3H＋eq\o(=,\s\up15(通電))2U4＋＋N2↑＋4H2O，可知反應(yīng)消耗H＋，電解一段時間后pH增大，D錯誤，故選D。8．(2021·保定期末)(雙選)如圖用石墨作電極的電解池中，放入某足量藍(lán)色溶液500mL進(jìn)行電解，觀察到A電極表面有紅色固體生成，B電極有無色氣體生成；通電一段時間后，取出A電極，洗滌、干燥、稱量，A電極增重1.6g。下列說法錯誤的是(BD)A．圖中B電極同電源正極相連B．該藍(lán)色溶液可能是CuSO4或CuCl2溶液C．電解后溶液的酸性增強(qiáng)D．要使電解后溶液完全恢復(fù)到電解前的狀態(tài)，則可加入4gCuSO4解析：B電極有無色氣體生成，為電解池陽極，與電池正極相連，A正確；根據(jù)陰離子放電順序，SOeq\o\al(2－,4)在OH－后放電，Cl－在OH－前放電，藍(lán)色溶液不能為CuCl2，B錯誤；B電極的電極方程式為4OH－－4e－=2H2O＋O2↑，電解過程中消耗水中的OH－，從而促進(jìn)水的電離，使H＋濃度增大，即電解后溶液的酸性增強(qiáng)，C正確；電解時陰極上生成Cu，陽極上生成O2，所以要使電解后溶液完全恢復(fù)到電解前的狀態(tài)應(yīng)加入CuO，不能加CuSO4，D錯誤，故選BD。催化材料。放電時，溫室氣體CO2被轉(zhuǎn)化為儲氫物質(zhì)甲酸等，為解決環(huán)境和能源問題提供了一種新途徑。下列說法錯誤的是(D)A．放電時，負(fù)極反應(yīng)為Zn－2e－＋4OH－=Zn(OH)eq\o\al(2－,4)B．放電時，1molCO2轉(zhuǎn)化為HCOOH，轉(zhuǎn)移的電子數(shù)為2molC．充電時，電池總反應(yīng)為2Zn(OH)eq\o\al(2－,4)=2Zn＋O2↑＋4OH－＋2H2OD．充電時，正極溶液中OH－濃度升高解析：由題圖知，放電時，活潑金屬鋅失去電子被氧化為Zn(OH)eq\o\al(2－,4)，故負(fù)極反應(yīng)為Zn－2e－＋4OH－=Zn(OH)eq\o\al(2－,4)，A正確；放電時，CO2在正極得到電子被還原為HCOOH，碳的化合價由＋4價降低為＋2價，故1molCO2轉(zhuǎn)化為HCOOH時，轉(zhuǎn)移的電子數(shù)為2mol，B正確；圖中虛線表示充電時物質(zhì)變化過程，充電時陰極反應(yīng)為2Zn(OH)eq\o\al(2－,4)＋4e－=2Zn＋8OH－，陽極反應(yīng)為“放氧生酸”：2H2O－4e－=O2↑＋4H＋，兩極生成的氫離子和氫氧根離子在雙極隔膜上結(jié)合生成4個H2O，與陽極消耗的2個H2O抵消，故充電時，電池總反應(yīng)為2Zn(OH)eq\o\al(2－,4)=2Zn＋O2↑＋4OH－＋2H2O，C正確；充電時，陽極反應(yīng)為“放氧生酸”：2H2O－4e－=O2↑＋4H＋，正極(陽極)溶液中H＋濃度升高，OH－濃度降低，D錯誤。2．(2020·全國卷Ⅲ)一種高性能的堿性硼化釩(VB2)－空氣電池如圖所示，其中在VB2電極發(fā)生反應(yīng)：VB2＋16OH－－11e－=VOeq\o\al(3－,4)＋2B(OH)eq\o\al(－,4)＋4H2O。該電池工作時，下列說法錯誤的是(B)A．負(fù)載通過0.04mol電子時，有0.224L(標(biāo)準(zhǔn)狀況)O2參與反應(yīng)B．正極區(qū)溶液的pH降低、負(fù)極區(qū)溶液的pH升高C．電池總反應(yīng)為4VB2＋11O2＋20OH－＋6H2O=8B(OH)eq\o\al(－,4)＋4VOeq\o\al(3－,4)D．電流由復(fù)合碳電極經(jīng)負(fù)載、VB2電極、KOH溶液回到復(fù)合碳電極解析：VB2電極發(fā)生失電子的氧化反應(yīng)，所以VB2電極作負(fù)極，則通入空氣的一極為電池的正極。正極的電極反應(yīng)式為O2＋4e－＋2H2O=4OH－，負(fù)載通過0.04mol電子時，正極有0.01molO2參與反應(yīng)，在標(biāo)準(zhǔn)狀況下體積為0.224L，A正確；正極發(fā)生的是O2在堿性條件下得到電子生成OH－的還原反應(yīng)，所以堿性增強(qiáng)、正極區(qū)溶液的pH升高，負(fù)極OH－參與反應(yīng)使得負(fù)極區(qū)溶液的pH降低，B錯誤；電池總反應(yīng)為正極反應(yīng)和負(fù)極反應(yīng)的加和，根據(jù)得失電子守恒，可得電池總反應(yīng)為4VB2＋11O2＋20OH－＋6H2O=8B(OH)eq\o\al(－,4)＋4VOeq\o\al(3－,4)，C正確；電流由正極(復(fù)合碳電極)通過外電路流向負(fù)極(VB2電極)，電解質(zhì)溶液中通過陰、陽離子的定向移動形成電流，D正確。3．(2020·天津卷)熔融鈉－硫電池性能優(yōu)良，是具有應(yīng)用前景的儲能電池。下圖中的電池反應(yīng)為2Na＋xSeq\o(,\s\up15(放電),\s\do15(充電))Na2Sx(x＝5～3，難溶于熔融硫)。下列說法錯誤的是(C)A．Na2S4的電子式為B．放電時正極反應(yīng)為xS＋2Na＋＋2e－=Na2SxC．Na和Na2Sx分別為電池的負(fù)極和正極D．該電池是以Na－β－Al2O3為隔膜的二次電池解析：Na2S4由Na＋和Seq\o\al(2－,4)構(gòu)成，電子式為，A項正確；放電時正極S得電子生成Na2Sx，電極反應(yīng)式為xS＋2Na＋＋2e－=Na2Sx，B項正確；由電池反應(yīng)式可知，該電池中Na為負(fù)極，S為正極，C項錯誤；由題圖可知該電池是以熔融的Na、S為電極，以Na＋導(dǎo)電的Na－β－Al2O3作固體電解質(zhì)的二次電池，D項正確。4．(2019·全國卷Ⅲ)為提升電池循環(huán)效率和穩(wěn)定性，科學(xué)家近期利用三維多孔海綿狀Zn(3D－Zn)可以高效沉積ZnO的特點，設(shè)計了采用強(qiáng)堿性電解質(zhì)的3D－Zn－NiOOH二次電池，結(jié)構(gòu)如下圖所示。電池反應(yīng)為Zn(s)＋2NiOOH(s)＋H2O(l)eq\o(,\s\up15(放電),\s\do15(充電))ZnO(s)＋2Ni(OH)2(s)。下列說法錯誤的是(D)A．三維多孔海綿狀Zn具有較高的表面積，所沉積的ZnO分散度高B．充電時陽極反應(yīng)為Ni(OH)2(s)＋OH－(aq)－e－=NiOOH(s)＋H2O(l)C．放電時負(fù)極反應(yīng)為Zn(s)＋2OH－(aq)－2e－=ZnO(s)＋H2O(l)D．放電過程中OH－通過隔膜從負(fù)極區(qū)移向正極區(qū)解析：A正確，三維多孔海綿狀Zn為多孔結(jié)構(gòu)，具有較高的表面積，所沉積的ZnO分散度高；B正確，二次電池充電時遵循電解池原理，陽極發(fā)生氧化反應(yīng)，元素化合價升高，原子失去電子，陽極反應(yīng)為Ni(OH)2(s)＋OH－(aq)－e－=NiOOH(s)＋H2O(l)；C正確，二次電池放電時遵循原電池原理，負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，元素化合價升高，原子失去電子，由電池總反應(yīng)可知，負(fù)極反應(yīng)為Zn(s)＋2OH－(aq)－2e－=ZnO(s)＋H2O(l)；D錯誤，二次電池放電時，陰離子從正極區(qū)向負(fù)極區(qū)移動。5．(2019·天津卷)我國科學(xué)家研制了一種新型的高比能量鋅－碘溴液流電池，其工作原理示意圖如圖。圖中貯液器可儲存電解質(zhì)溶液，提高電池的容量。下列敘述不正確的是(D)A．放電時，a電極反應(yīng)為I2Br－＋2e－=2I－＋Br－B．放電時，溶液中離子的數(shù)目增大C．充電時，b電極每增重0.65g，溶液中有0.02molI－被氧化D．充電時，a電極接外電源負(fù)極解析：根據(jù)電池的工作原理示意圖，可知放電時a電極上I2Br－轉(zhuǎn)化為Br－和I－，電極反應(yīng)為I2Br－＋2e－=2I－＋Br－，A項正確；放電時正極區(qū)I2Br－轉(zhuǎn)化為Br－和I－，負(fù)極區(qū)Zn轉(zhuǎn)化為Zn2＋，溶液中離子的數(shù)目增大，B項正確；充電時b電極發(fā)生反應(yīng)Zn2＋＋2e－=Zn，b電極增重0.65g時，轉(zhuǎn)移0.02mole－，a電極發(fā)生反應(yīng)2I－＋Br－－2e－=I2Br－，根據(jù)各電極上轉(zhuǎn)移電子數(shù)相同，則有0.02molI－被氧化，C項正確；放電時a電極為正極，充電時，a電極為陽極，接外電源正極，D項錯誤。6．(2021·昆明二模)一種新型鋰離子電池的工作原理如圖所示，電池總反應(yīng)為LiMn2O4＋VO2eq\o(,\s\up15(放電),\s\do15(充電))Li1－xMn2O4＋LixVO2，下列說法錯誤的是(C)A．放電時，LiMn2O4電極的電勢低于VO2電極的電勢B．放電時，負(fù)極的電極反應(yīng)為LiMn2O4－xe－=Li1－xMn2O4＋xLi＋C．充電時，Li＋移向VO2電極D．充電時，VO2電極質(zhì)量減輕解析：放電時，LiMn2O4電極為負(fù)極，VO2電極為正極，則LiMn2O4電極的電勢低于VO2電極的電勢，A正確；放電時，負(fù)極的電極反應(yīng)為LiMn2O4－xe－=Li1－xMn2O4＋xLi＋，B正確；充電時，陽離子移動向陰極，Li＋移向LiMn2O4電極，C錯誤；充電時，VO2電極的電極反應(yīng)式為LixVO2－xe－=VO2＋xLi＋，故VO2電極質(zhì)量減輕，D正確，故選C。7．(2021·貴陽一模)某鋰銅二次電池工作原理如圖所示。在該電池中，水系電解液和非水系電解液被鋰離子固體電解質(zhì)陶瓷片(LISICON)隔開。下列有關(guān)說法錯誤的是(C)A．放電時，N極電極反應(yīng)式為Cu2＋＋2e－=CuB．Li＋可以通過陶瓷片，水分子不能C．充電時，接線柱B應(yīng)與電源的負(fù)極相連D．充電時，M電極發(fā)生還原反應(yīng)解析：放電時，N極是原電池的正極，電極反應(yīng)式為Cu2＋＋2e－=Cu，A正確；非水系電解液和水系電解液被鋰離子固體電解質(zhì)陶瓷片(LISICON)隔開，則陶瓷片允許Li＋通過，不允許水分子通過，B正確；放電時，N極是原電池的正極，充電時，接線柱B應(yīng)與電源的正極相連，C錯誤；充電時，M極是陰極，因此M電極發(fā)生還原反應(yīng)，D正確，故選C。8．(2021·滄州三模)(雙選)一種以鋅—石墨烯纖維無紡布為負(fù)極，石墨烯氣凝膠(嵌有Br2，可表示為CnBr2)為正極，鹽—水“齊聚物”為電解質(zhì)溶液的雙離子電池如圖所示。下列有關(guān)該電池的說法正確的是(BC)A．放電時，石墨烯氣凝膠電極上的電極反應(yīng)式為CnBr2－2e－=Cn＋2Br－B．多孔石墨烯可增大電極與電解質(zhì)溶液的接觸面積，也有利于Br2擴(kuò)散至電極表面C．電池總反應(yīng)為Zn＋CnBr2eq\o(,\s\up15(放電),\s\do5(充電))ZnBr2＋CnD．充電時，Zn2＋被還原，Zn在石墨烯纖維無紡布電極側(cè)沉積，Br－被氧化后在陰極嵌入解析：放電時，石墨烯氣凝膠電極為正極，發(fā)生還原反應(yīng)，電極反應(yīng)式為CnBr2＋2e－=Cn＋2Br－，A錯誤；多孔石墨烯可增大電極與電解質(zhì)溶液的接觸面積，能增大反應(yīng)速率，也有利于Br2擴(kuò)散至電極表面，B正確；電池總反應(yīng)為Zn＋CnBr2eq\o(,\s\up15(放電),\s\do15(充電))ZnBr2＋Cn，C正確；充電時，Zn2＋被還原，Zn在石墨烯纖維無紡布電極側(cè)沉積，Br－被氧化后在陽極嵌入，D錯誤，故選BC?？枷蛩碾娀瘜W(xué)離子交換膜的分析與應(yīng)用(1)陽離子交換膜(只允許陽離子和水分子通過)陽離子→透過陽離子交換膜→原電池正極(或電解池的陰極)。(2)質(zhì)子交換膜(只允許H＋和水分子通過)在微生物作用下電解有機(jī)廢水(含CH3COOH)，可獲得清潔能源H2H＋→透過質(zhì)子交換膜→原電池正極(或電解池的陰極)。(3)陰離子交換膜(只允許陰離子和水分子通過)以Pt為電極電解淀粉－KI溶液，中間用陰離子交換膜隔開陰離子→透過陰離子交換膜→電解池陽極(或原電池的負(fù)極)。(4)電滲析法將含AnBm的廢水再生為HnB和A(OH)m的原理：已知A為金屬活動性順序表H之前的金屬，Bn－為含氧酸根離子。1．(2021·河北省學(xué)業(yè)水平選擇性考試)K－O2電池結(jié)構(gòu)如圖，a和b為兩個電極，其中之一為單質(zhì)鉀片。關(guān)于該電池，下列說法錯誤的是(D)A．隔膜允許K＋通過，不允許O2通過B．放電時，電流由b電極沿導(dǎo)線流向a電極；充電時，b電極為陽極C．產(chǎn)生1Ah電量時，生成KO2的質(zhì)量與消耗O2的質(zhì)量比值約為2.22D．用此電池為鉛酸蓄電池充電，消耗3.9g鉀時，鉛酸蓄電池消耗0.9g水解析：金屬性強(qiáng)的金屬鉀易與氧氣反應(yīng)，為防止鉀與氧氣反應(yīng)，電池所選擇隔膜應(yīng)允許K＋通過，不允許O2通過，A正確；放電時，a為負(fù)極，b為正極，電流由b電極沿導(dǎo)線流向a電極，充電時，b電極應(yīng)與直流電源的正極相連，作電解池的陽極，B正確；生成1mol超氧化鉀時，消耗1mol氧氣，兩者的質(zhì)量比值為1mol×71g/mol1mol×32g/mol≈2.22，C正確；鉛酸蓄電池充電時的總反應(yīng)方程式為2PbSO4＋2H2O=PbO2＋Pb＋2H2SO4，反應(yīng)消耗2mol水，轉(zhuǎn)移2mol電子，由得失電子數(shù)目守恒可知，耗3.9g鉀時，鉛酸蓄電池消耗水的質(zhì)量為eq\f(3.9g,39g/mol)×18g/mol＝1.8g，D錯誤，故選D。2．(2021·湖南省學(xué)業(yè)水平選擇性考試)鋅/溴液流電池是一種先進(jìn)的水溶液電解質(zhì)電池，廣泛應(yīng)用于再生能源儲能和智能電網(wǎng)的備用電源等。三單體串聯(lián)鋅/溴液流電池工作原理如圖所示：下列說法錯誤的是(B)A．放電時，N極為正極B．放電時，左側(cè)貯液器中ZnBr2的濃度不斷減小C．充電時，M極的電極反應(yīng)式為Zn2＋＋2e－=ZnD．隔膜允許陽離子通過，也允許陰離子通過解析：由題圖可知，放電時，N電極為電池的正極，A正確；溴在正極上得到電子，發(fā)生還原反應(yīng)生成溴離子，電極反應(yīng)式為Br2＋2e－=2Br－，M電極為負(fù)極，鋅失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)生成鋅離子，電極反應(yīng)式為Zn－2e－=Zn2＋，正極放電生成的溴離子通過離子交換膜進(jìn)入左側(cè)，同時鋅離子通過交換膜進(jìn)入右側(cè)，維持兩側(cè)溴化鋅溶液的濃度保持不變，B錯誤；充電時，M電極與直流電源的負(fù)極相連，作電解池的陰極，鋅離子在陰極上得到電子發(fā)生還原反應(yīng)生成鋅，電極反應(yīng)式為Zn2＋＋2e－=Zn，C正確；放電或充電時，交換膜允許鋅離子和溴離子通過，維持兩側(cè)溴化鋅溶液的濃度保持不變，D正確，故選B。3．(2021·廣東省學(xué)業(yè)水平選擇性考試)鈷(Co)的合金材料廣泛應(yīng)用于航空航天、機(jī)械制造等領(lǐng)域。如圖為水溶液中電解制備金屬鈷的裝置示意圖。下列說法正確的是(D)A．工作時，Ⅰ室和Ⅱ室溶液的pH均增大B．生成1molCo，Ⅰ室溶液質(zhì)量理論上減少16gC．移除兩交換膜后，石墨電極上發(fā)生的反應(yīng)不變D．電解總反應(yīng)：2Co2＋＋2H2Oeq\o(=,\s\up15(通電))2Co＋O2↑＋4H＋解析：由題圖可知，該裝置為電解池，石墨電極為陽極，水在陽極失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)生成氧氣和氫離子，電極反應(yīng)式為2H2O－4e－=O2↑＋4H＋，Ⅰ室中陽離子電荷數(shù)大于陰離子電荷數(shù)，放電生成的氫離子通過陽離子交換膜由Ⅰ室向Ⅱ室移動，鈷電極為陰極，鈷離子在陰極得到電子發(fā)生還原反應(yīng)生成鈷，電極反應(yīng)式為Co2＋＋2e－=Co，Ⅲ室中陰離子電荷數(shù)大于陽離子電荷數(shù)，氯離子通過陰離子交換膜由Ⅲ室向Ⅱ室移動，電解的總反應(yīng)的離子方程式為2Co2＋＋2H2Oeq\o(=,\s\up15(通電))2Co＋O2↑＋4H＋。放電生成的氫離子通過陽離子交換膜由Ⅰ室向Ⅱ室移動，使Ⅱ室中氫離子濃度增大，溶液pH減小，A錯誤；陰極生成1mol鈷，陽極有1mol水放電，則Ⅰ室溶液質(zhì)量減少18g，B錯誤；若移除離子交換膜，氯離子的放電能力強(qiáng)于水，氯離子會在陽極失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)生成氯氣，則移除離子交換膜，石墨電極的電極反應(yīng)會發(fā)生變化，C錯誤；電解的總反應(yīng)的離子方程式為2Co2＋＋2H2Oeq\o(=,\s\up15(通電))2Co＋O2↑＋4H＋，D正確。4．(2019·江蘇卷)電解法轉(zhuǎn)化CO2可實現(xiàn)CO2資源化利用。電解CO2制HCOOH的原理示意圖如圖。(1)寫出陰極CO2還原為HCOO－的電極反應(yīng)式：CO2＋H＋＋2e－=HCOO－(或CO2＋HCOeq\o\al(－,3)＋2e－=HCOO－＋COeq\o\al(2－,3))。(2)電解一段時間后，陽極區(qū)的KHCO3溶液濃度降低，其原因是陽極產(chǎn)生O2，pH減小，H＋與HCOeq\o\al(－,3)反應(yīng)使其濃度降低；K＋部分遷移至陰極區(qū)。解析：(1)CO2中的C為＋4價，HCOO－中的C為＋2價，1molCO2轉(zhuǎn)化為HCOO－時，得2mole－。(2)陽極上水放電，生成O2和H＋，H＋會與HCOeq\o\al(－,3)反應(yīng)使HCOeq\o\al(－,3)減少，由電荷平衡可知，K＋會移向陰極區(qū)，所以KHCO3溶液濃度降低。5．(2021·吉林四調(diào))某有機(jī)物電池如圖所示，下方電池產(chǎn)生的電能供給上方電解池使用(已知A、B、X、Y都是多孔石墨電極)，下列說法正確的是(B)A．X電極是電解池的陰極，該電極處發(fā)生還原反應(yīng)B．原電池負(fù)極電極反應(yīng)式為2I－－2e－=I2C．原電池工作時，SOeq\o\al(2－,4)透過質(zhì)子交換膜流向右側(cè)D．若電解池中盛放的是足量的Na2SO4溶液，當(dāng)電解池兩極共產(chǎn)生3mol氣體時，原電池中消耗的質(zhì)量為108g解析：B電極碘離子被氧化為單質(zhì)，是負(fù)極，則A電極是正極，所以X電極是電解池的陽極，該電極處發(fā)生氧化反應(yīng)，A錯誤；B電極碘離子被氧化為單質(zhì)，是負(fù)極，原電池負(fù)極電極反應(yīng)式為2I－－2e－=I2，B正確；原電池中陰離子向負(fù)極移動，但SOeq\o\al(2－,4)不能通過質(zhì)子交換膜，C錯誤；若電解池中盛放的是足量的Na2SO4溶液，當(dāng)電解池兩極共產(chǎn)生3mol氣體時，生成的氣體是氫氣和氧氣，其中氫氣是2mol，氧氣是1mol，轉(zhuǎn)移4mol電子，原電池中正極反應(yīng)式為6．(2021·長春聯(lián)考三)以銅作催化劑的一種鋁硫電池的示意圖如圖，電池放電時的反應(yīng)原理為3CuxS＋2Al＋14AlCleq\o\al(－,4)=3xCu＋8Al2Cleq\o\al(－,7)＋3S2－，下列關(guān)于該電池的說法錯誤的是(A)A．放電時，正極電極反應(yīng)式為Cu2＋＋2e－=CuB．充電時，兩電極的質(zhì)量均增加C．放電時，1molCuxS反應(yīng)時，轉(zhuǎn)移2mol電子D．充電時，Al為陰極，電極反應(yīng)式為4Al2Cleq\o\al(－,7)＋3e－=Al＋7AlCleq\o\al(－,4)解析：放電時為原電池，正極得電子發(fā)生還原，根據(jù)總反應(yīng)可知，正極反應(yīng)式為CuxS＋2e－=xCu＋S2－，A錯誤；充電時為電解池，根據(jù)總反應(yīng)可知Al為陰極，電極反應(yīng)式為4Al2Cleq\o\al(－,7)＋3e－=Al＋7AlCleq\o\al(－,4)，電極上生成Al，電極質(zhì)量增加；Cu/CuxS為陽極，電極反應(yīng)式為xCu＋S2－－2e－=CuxS，電極上增加S元素，電極質(zhì)量增加，B正確；放電時Cu/CuxS為正極，電極反應(yīng)式為CuxS＋2e－=xCu＋S2－，1molCuxS反應(yīng)時，轉(zhuǎn)移2mol電子，C正確；充電時為電解池，陰極得電子發(fā)生還原反應(yīng)，根據(jù)總反應(yīng)可知Al為陰極，電極反應(yīng)式為4Al2Cleq\o\al(－,7)＋3e－=Al＋7AlCleq\o\al(－,4)，D正確，故選A。7．(2021·張家口一模)(雙選)電化學(xué)脫硫在金屬冶煉和廢水處理中均有應(yīng)用。一種電化學(xué)脫硫工作原理示意圖如圖所示。該裝置工作時，下列說法正確的是(AC)A．a(chǎn)為直流電源負(fù)極B．陰極區(qū)溶液pH減小C．Mn2＋、Mn3＋之間轉(zhuǎn)化可加快電子轉(zhuǎn)移D．導(dǎo)線中流過4.5mole－同時陽極區(qū)溶液質(zhì)量增加44g解析：根據(jù)圖示，與電源b極相連的電極上Mn2＋失去電子轉(zhuǎn)化為Mn3＋，發(fā)生氧化反應(yīng)，則該電極為陽極，b為電源的正極，則a為電源的負(fù)極，A正確；右側(cè)電極為陽極，陽極上Mn2＋失去電子轉(zhuǎn)化為Mn3＋，然后Mn3＋與FeS發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成Fe3＋和SOeq\o\al(2－,4)，反應(yīng)的方程式為9Mn2＋－9e－=9Mn3＋、9Mn3＋＋FeS＋4H2O=Fe3＋＋SOeq\o\al(2－,4)＋9Mn2＋＋8H＋，陰極上的電極反應(yīng)式為2H＋＋2e－=H2↑，氫離子通過質(zhì)子交換膜移向陰極，陰極區(qū)溶液的pH基本不變，B錯誤；Mn2＋、Mn3＋之間轉(zhuǎn)化可以不斷提供Mn3＋，使得脫硫反應(yīng)不斷進(jìn)行，右側(cè)能夠加快脫硫反應(yīng)，加快電子的轉(zhuǎn)移，C正確；陽極區(qū)的反應(yīng)有9Mn2＋－9e－=9Mn3＋、9Mn3＋＋FeS＋4H2O=Fe3＋＋SOeq\o\al(2－,4)＋9Mn2＋＋8H＋，當(dāng)導(dǎo)線中流過4.5mole－，有0.5molFeS溶解，質(zhì)量為0.5mol×88g/mol＝44g，同時有4.5molH＋從陽極區(qū)移向陰極區(qū)，導(dǎo)致陽極區(qū)溶液質(zhì)量增加少于44g，D錯誤，故選AC。考向五金屬腐蝕與