题型07 新型电化学装置分析（题型专练）（山东专用）2026年高考化学二轮复习讲练测

题型07 新型电化学装置分析 目录 第一部分 题型解码 高屋建瓴，掌握全局 第二部分 考向破译 微观解剖，精细教学 典例引领 方法透视 变式演练 考向01 原电池的基本原理 考向02 电解池的基本原理 考向03 电化学中串联电路【重】 考向04 离子交换膜在电化学中使用【重】 考向05 电化学中的相关计算题【重】 第三部分 综合巩固 整合应用，模拟实战 山东卷选择题新型电化学装置，我们首先需要判断装置类型：是原电池（化学能→电能）还是电解池（电能→化学能）。根据装置是原电池还是电解池判断电极与反应类型：哪一极是正/负极，阳/阴极？发生氧化还是还原反应？再分析粒子移动方向：电子、离子（阴、阳离子）的定向移动方向。通过以上分析再书写或补全电极反应式：这是最核心、最难、分值最高的考点。最终根据解题需要进行相关计算：根据电子守恒，计算产物的量、转移电子数、溶液pH变化等。 考向01 原电池的基本原理 【例1-1】（2023·山东·高考真题）利用热再生氨电池可实现电镀废液的浓缩再生。电池装置如图所示，甲、乙两室均预加相同的电镀废液，向甲室加入足量氨水后电池开始工作。下列说法正确的是    A．甲室电极为正极 B．隔膜为阳离子膜 C．电池总反应为： D．扩散到乙室将对电池电动势产生影响 【例1-2】（2025·山东·高考真题）全铁液流电池工作原理如图所示，两电极分别为石墨电极和负载铁的石墨电极。下列说法正确的是 A．隔膜为阳离子交换膜 B．放电时，a极为负极 C．充电时，隔膜两侧溶液浓度均减小 D．理论上，每减少总量相应增加 一、原电池的工作原理 1．原电池的构造与工作原理 铜锌原电池如图所示，请回答下列问题： （1）有关的实验现象 ①锌片逐渐溶解，铜片逐渐加厚变亮，硫酸铜溶液颜色变浅； ②电流表的指针发生偏转，装置中的能量变化是化学能转化为电能。 （2）电极名称和电极反应 ①锌电极为负极，发生氧化反应，电极反应式是Zn－2e－===Zn2＋； ②铜电极为正极，发生还原反应，电极反应式是Cu2＋＋2e－===Cu； ③电池总反应的离子方程式是Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu。 （3）电子流动方向和电流方向 ①外电路：电子由锌电极经过导线流向铜电极，电流由铜电极流向锌电极； ②内电路：阳离子移向铜电极(正极)，阴离子移向锌电极(负极)。 （4）原电池构成的条件：具有活动性不同的两个电极，二者直接或间接地连在一起，插入电解质溶液或熔融电解质中，且能自发地发生氧化还原反应。下列图示装置能形成原电池的是AD。 2．盐桥原电池(或双液原电池) 按下图所示装置完成实验，并回答下列问题： （1）实验过程中，能观察到的实验现象 ①锌片逐渐溶解，铜片逐渐加厚变亮； ②电流表指针发生偏转； ③硫酸铜溶液的颜色变浅。 （2）离子移动方向 ①硫酸锌溶液中：Zn2＋向盐桥移动； ②硫酸铜溶液中：Cu2＋向铜极移动； ③盐桥中：K＋移向正极区(CuSO4溶液)，Cl－移向负极区(ZnSO4溶液)。 （3）若取出装置中的盐桥，电流表的指针是否还会发生偏转？不偏转，原因是取出盐桥，该装置不能构成闭合回路，不能形成原电池。 【变式1-1】（25-26高三上·山东日照·期中）近日，科学家研制出一种由碳基ORR高效催化的可充电锌—空气/碘化物混合电池，其放电过程如图所示。下列叙述正确的是 A．充电时，电极N接直流电源的正极 B．阻隔空气进入该电池，电池停止工作 C．放电时，若消耗x mol 和y mol ，理论上消耗 mol Zn D．充电时，阳极发生的电极反应为 【变式1-2】（25-26高三上·山东菏泽·期中）以稀H2SO4为电解质溶液的光解水装置如图所示，总反应为。下列说法正确的是 A．电极a上发生氧化反应生成H2 B．H+通过质子交换膜从左室移向右室 C．光解前后，H2SO4溶液的pH不变 D．理论上，外电路每通过0.04 mol电子，电极b上产生0.01 mol 气体 考向02 电解池的基本原理 【例2-1】（2024·山东·高考真题）以不同材料修饰的为电极，一定浓度的溶液为电解液，采用电解和催化相结合的循环方式，可实现高效制和，装置如图所示。下列说法错误的是 A．电极a连接电源负极 B．加入Y的目的是补充 C．电解总反应式为 D．催化阶段反应产物物质的量之比 【例2-2】（2020·山东·高考真题）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下图所示。忽略温度变化的影响，下列说法错误的是 A．阳极反应为 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 一、电解原理 1．电解氯化铜溶液实验探究 （1）按下图所示装置完成实验，并填写下表。 实验现象 实验结论 电流表指针发生偏转 说明电解质溶液导电，形成闭合回路 与负极相连的b极上逐渐覆盖了一层红色物质 析出金属铜 与正极相连的a极上有刺激性气味的气体产生，能使湿润的碘化钾淀粉试纸变蓝 产生了氯气 （2）实验原理分析 ①氯化铜溶液中存在的离子有Cu2＋、Cl－、H＋、OH－，通电前这些离子在溶液中作自由运动。 ②通电时在电场的作用下，溶液中的离子作定向运动，即Cl－、OH－趋向a极，Cu2＋、H＋趋向b极。 ③a极电极反应式是2Cl－－2e－===Cl2↑，b极电极反应式是Cu2＋＋2e－===Cu，总反应式是CuCl2Cu＋Cl2↑。 ④结论：电解质溶液的导电过程，就是电解质溶液的电解过程。 2．电解和电解池 （1）电解：使电流通过电解质溶液或熔融电解质而在两个电极上引起氧化还原反应的过程。 （2）电解池：在外加电源的作用下，将电能转化为化学能的装置。 （3）电解池的电极名称 阴极：与电源负极相连的电极，发生还原反应； 阳极：与电源正极相连的电极，发生氧化反应。 （4）电解池的构成条件： ①具有直流电源；②两个电极(阴极、阳极)；③电解质溶液或熔融电解质；④形成闭合回路。 （5）电子和离子移动方向 ①电子：从电源负极流向电解池的阴极，从电解池的阳极流向电源的正极。 ②离子：阳离子移向电解池的阴极；阴离子移向电解池的阳极。 二、酸、碱、盐溶液的电解规律 1．电极反应规律 （1）阴极：无论是惰性电极还是活泼电极都不参与电极反应，发生反应的是溶液中的阳离子。阳离子放电顺序：Ag＋>Cu2＋>H＋>Pb2＋>Fe2＋>Zn2＋…… （2）阳极：溶液中还原性强的阴离子失去电子被氧化，或者电极材料本身失去电子被氧化而溶入溶液中。其放电顺序：活泼金属阳极>S2－>I－>Cl－>OH－>含氧酸根。 2．酸、碱、盐溶液电解规律(惰性电极) 用惰性电极电解下列酸、碱、盐溶液，请填写下表： （1）电解水型 电解质 H2SO4 NaOH Na2SO4 阳极反应式 4OH－－4e－===O2↑＋2H2O 阴极反应式 4H＋＋4e－===2H2↑ pH变化 减小 增大 不变 复原加入物质 加入H2O （2）电解电解质型 电解质 HCl CuCl2 阳极反应式 2Cl－－2e－===Cl2↑ 阴极反应式 2H＋＋2e－===H2↑ Cu2＋＋2e－===Cu pH变化 增大 复原加入物质 加入HCl 加入CuCl2 （3）电解质和水都发生电解型 电解质 NaCl CuSO4 阳极反应式 2Cl－－2e－===Cl2↑ 4OH－－4e－===O2↑＋2H2O 阴极反应式 2H＋＋2e－===H2↑ 2Cu2＋＋4e－===2Cu pH变化 增大 减小 复原加入物质 加入HCl 加入CuO或CuCO3 【变式2-1】（25-26高三上·山东菏泽·期中）中国科学院大连化物所的研究团队创新性提出锌碘单液流电池的概念，实现锌碘单液流中电解液的利用率近100%，其原理如图所示。下列说法正确的是 A．放电时A电极反应式为： B．放电时电解质储罐中离子总浓度增大 C．M为阳离子交换膜，N为阴离子交换膜 D．充电时A极增重65 g，C区增加离子数为 【变式2-2】（25-26高三上·山东烟台·期中）如图所示，科学家设计了一种用于废弃电极材料再锂化的电化学装置。 已知：参比电极的作用是确定再锂化为的最优条件，不干扰电极反应。 下列说法错误的是 A．X为直流电源的负极 B．再锂化过程中，向Pt电极迁移 C．电极上发生的反应： D．电解过程中，忽略溶液体积变化，溶液的浓度保持不变 考向03 电化学中串联电路【重】 【例3-1】（2022·山东·高考真题）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，将废旧锂离子电池的正极材料转化为，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    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 D．若甲室减少，乙室增加，则此时已进行过溶液转移 【例3-2】（25-26高三上·山东德州·期中）某研究小组设计利用清洁燃料电池电解废水，可将中性废水中的硝酸盐转化为氨，又可将废塑料(PET)碱性水解液中的乙二醇转化为羟基乙酸盐，实现变废为宝。下列说法错误的是 A．a口通入的气体为 B．c池的电极反应式为 C．当消耗0.1mol燃料时，d中将生成0.1mol D．交换膜中离子的移动方向为c→d 类型一　有外接电源的电解池串联模型 类型二　原电池与电解池串联 【变式3-1】（24-25高三上·山东枣庄·期中）一种将燃料电池与电解池组合制备的装置如图所示(电极甲、乙、丙、丁均为惰性电极)。该装置工作时，下列说法不正确的是 A．甲为正极，丙为阴极 B．丁极的电极反应式为 C．KOH溶液的质量分数： D．标准状况下，乙电极上每消耗22.4 L气体时，理论上有4 mol 移入阴极区 【变式3-2】（24-25高三上·山东滨州·期末）利用如下装置模拟工业电渗析法淡化海水并获得NaOH(双极膜是一种能将水分子解离为和的特殊离子交换膜)。下列说法正确的是 A．电极电势：石墨1高于石墨2 B．甲池总反应： C．膜1为阳离子交换膜，膜2为阴离子交换膜 D．理论上，当双极膜处有解离时，乙池中NaOH溶液质量增加4.6g 考向04 离子交换膜在电化学中使用【重】 【例4-1】（2020·山东·高考真题）微生物脱盐电池是一种高效、经济的能源装置，利用微生物处理有机废水获得电能，同时可实现海水淡化。现以NaCl溶液模拟海水，采用惰性电极，用下图装置处理有机废水(以含 CH3COO-的溶液为例)。下列说法错误的是 A．负极反应为 B．隔膜1为阳离子交换膜，隔膜2为阴离子交换膜 C．当电路中转移1mol电子时，模拟海水理论上除盐58.5g D．电池工作一段时间后，正、负极产生气体的物质的量之比为2:1 【例4-2】（25-26高三上·山东·期中）调节pH可使溶液中的氨基酸主要以两性离子的形式存在，两性离子整体呈电中性，此时溶液的pH为该氨基酸的pI(等电点)。已知：谷氨酸的pI为3.22，丙氨酸的pI为6.02，赖氨酸的pI为9.74。利用如图装置分离这二种氨基酸，a、b为离子交换膜，电极均为惰性电极。下列说法错误的是 A．原料室的pH应控制在6.02左右 B．a为阳离子交换膜，b为阴离子交换膜 C．当电路中通过2mol电子时，该装置理论上可分离出谷氨酸和赖氨酸共2mol D．工作一段时间后，不需要补充H2SO4和NaOH 1．隔膜的分类 隔膜(又叫离子交换膜)由特殊高分子材料制成。离子交换膜分四类： （1）阳离子交换膜，简称阳膜，只允许阳离子通过，即允许H＋和其他阳离子通过，不允许阴离子通过。 （2）阴离子交换膜，简称阴膜，只允许阴离子通过，不允许阳离子通过。 （3）质子交换膜，只允许H＋通过，不允许其他阳离子和阴离子通过。 （4）双极膜，又称双极性膜，是特种离子交换膜，它是由一张阳膜和一张阴膜复合制成的阴、阳复合膜。该膜的特点是在直流电场的作用下，阴、阳膜复合层间的H2O解离成H＋和OH－分别通过阴、阳膜，作为H＋和OH－的离子源。 2．隔膜的作用 （1）能将两极区隔离，阻止两极区产生的物质接触，防止发生化学反应。 （2）能选择性地通过离子，起到平衡电荷、形成闭合回路的作用。 3．离子通过隔膜的定量关系 （1）通过隔膜的离子带的电荷数等于电路中电子转移数。 （2）离子迁移：依据电荷守恒，通过隔膜的离子数不一定相等。 【变式4-1】（24-25高三下·山东·开学考试）以同时作为燃料和氧化剂的燃料电池原理如图所示(已知：双极膜中的能在直流电场的作用下，解离成和，定向移动到两侧极室)。下列有关说法正确的是 A．电极M比电极N的电势高 B．外电路电子流向为M→负载→N→双极膜→M C．电极N的电极反应式为 D．当电路中转移0.4mol电子时，产生气体4.48L 【变式4-2】（24-25高三上·山东青岛·阶段练习）一种新型醌类()酸碱混合电池具有高能量密度和优异的循环稳定性，该电池工作示意图如下。下列说法正确的是 A．c为阳离子交换膜，d为阴离子交换膜 B．放电时，中间室的溶液浓度减小 C．充电时，电路中每转移电子，阳极区质量增加 D．放电时有生成，理论上电路中转移电子的数目为 考向05 电化学中的相关计算题【重】 【例5-1】（25-26高三上·山东·月考）如图所示的循环系统可实现光分解水制氢。已知循环系统稳定工作时，电解池A中流入和流出的HI浓度分别为和，光催化反应生成的速度为，循环系统中溶液的流量为Q(单位时间内流过的溶液体积)。下列说法中错误的是 A．电解池B中的反应为 B．若电解池A中生成(标准状况)，则电解池B中生成 C． D．本装置中至少涉及4种形式的能量转化 【例5-2】（24-25高三上·山东济宁·期末）山东大学晶体材料国家重点实验室将光电化学分解水和燃料电池技术相结合，利用低成本的生物质酒石酸为有机燃料，创新性的设计了光电化学生物质燃料电池。下列说法错误的是 A．放电过程中溶剂的质量不变 B．X为 C．b电极上每产生，电路中转移电子数为 D．a、b两电极上产生气体的体积比为5：4 1．计算的原则 （1）阳极失去的电子数等于阴极得到的电子数。 （2）串联电路中通过各电解池的电子总数相等。 （3）电源输出的电子总数和电解池中转移的电子总数相等。 2．计算的方法 （1）得失电子守恒法计算：用于串联电路、通过阴阳两极的电量相同等类型的计算，其依据是电路上转移的电子数相等。 （2）总反应式计算：先写出电极反应式，再写出总反应式，最后根据总反应式列比例式计算。 （3）关系式计算：借得失电子守恒关系建立已知量与未知量之间的桥梁，建立计算所需的关系式。 3．计算的步骤 （1）正确书写电极反应式(要注意阳极材料)。 （2）当溶液中有多种离子共存时，要确定放电离子的先后顺序。 （3）最后根据得失电子守恒进行相关的计算。 【变式5-1】（2025·山东菏泽·二模）我国科学家发现，利用如图所示的电池装置可将邻苯二醌类物质转化为邻苯二酚类物质，已知双极膜(膜a、膜b)中间层中的可解离为和。下列说法正确的是 A．电池工作时，电流方向为电极M→电流计→N→膜b→膜a→电极M B．N极电极反应式为： C．若消耗，理论上有透过膜b D．工作一段时间后，装置中需要补充和NaOH 【变式5-2】（2025·山东潍坊·三模）我国科学家利用如下装置实现了含硝酸盐的废水处理和PET[]废弃塑料水解产物的转化与升级。其中电极a（Cu）和电极b（Ni）上分别负载钴和镍钴作催化剂。下列说法错误的是 A．电极电势： B．电极a上的总反应式为 C．离子交换膜为阴离子交换膜 D．当有转化为时，理论上有透过离子交换膜 1．电化学原理在生产、生活中应用广泛。下列说法中正确的是 A．电热水器中装有镁棒保护内胆，属于镁作阴极的阴极电保护法 B．热贴中铁用完后变成，对应的负极反应式为 C．电解溶液可实现铁上镀锌，可知等浓度的比更容易在阴极放电 D．变黑银器放入盛有饱和食盐水的铝盆中恢复光亮，正极反应式为 2．我国某科研团队通过超快电脉冲热还原法开发了一种新型碳载钌镍合金纳米催化剂(RuNi/C)，并基于此催化剂制备出一种极具竞争力的高能量镍氢气(Ni-H2)电池，其工作原理如图所示，下列说法错误的是 A．放电时，电流由b极经用电器流向a极，再经KOH溶液流回b极 B．放电一段时间后，溶液的 pH几乎不变 C．放电时，NiOOH+e-+H2O=Ni(OH)2+OH- D．外电路中每转移2mole⁻，理论上电极a上消耗22.4 L H2 3．在潮湿的深层土壤中，厌氧细菌(最佳生存环境pH为7～8)可促使与反应生成，加速钢管的腐蚀，反应原理如图。下列说法错误的是 A．腐蚀过程中钢管做负极 B．腐蚀过程中正极区局部土壤会下降 C．厌氧细菌有利于发生“析氢腐蚀” D．与反应可表示为 4．某理论研究认为：燃料电池(图甲)的电极I和II上所发生反应的催化机理示意图分别如图乙和图丙，其中获得第一个电子的过程最慢。理论上下列说法错误的是 A．电极I为燃料电池的负极 B．电池工作过程中，电解质溶液的pH保持不变 C．图丙中，①②③④过程的活化能最高的是① D．相同时间内电极上的催化循环完成次数：电极I是电极II的2倍 5．下列说法错误的是 A．外加电压保持恒定不变，有利于提高对钢闸门的防护效果 B．可表示Ba(OH)2·8H2O与 NH4Cl反应的能量变化 C．由图可知，A与C的能量差为：E4-E1-E3+E2 D．已知初始 Cu、Ag 电极质量相等，当外电路中通过0.1mol e- 时，两电极质量相差14g 6．我国某科研团队研制出一种液流电池，该电池的电解液流经玻璃空腔作为窗户，在充电和放电的同时调节窗户的颜色，从而使室内降温，以减少空调的使用，降低排放。充电时的工作原理如图所示。螯合剂邻二氮菲(phen，结构为)与、可分别形成(橙红色)、(淡蓝色)。已知：红光的热效应比蓝光的高。下列说法错误的是 A．放电后自然光透过窗户，室内温度升高不明显，可以减少空调的制冷作用 B．充电时，右侧电解液中离子浓度增大 C．充电时，电流方向：电源正极→N电极→电解质溶液→M电极→电源负极 D．放电过程中，当有2 mol电子转移时，负极区电解质溶液质量增加71 g 7．低品位热（温度低于150 ℃）是一种丰富且广泛存在的可持续能源，一种新型的37 ℃热富集铂电极电池如图所示。利用从热区至冷区的pH梯度驱动对苯醌和对苯二酚的转换：。下列说法错误的是 A．左侧电极为冷端电极 B．工作中热端电极的电极反应式为-2e-=+2H+ C．工作中无需补充对苯醌或对苯二酚 D．该电池可反复充放电使用 8．某理论研究认为：燃料电池（图b）的电极I和Ⅱ上所发生反应的催化机理示意图分别如图a和图c，其中获得第一个电子的过程最慢。由此可知，理论上说肯定错误的是 A．正极反应的催化剂是i B．图a中，i到ii过程的活化能一定最高 C．燃料电池工作过程中，两极区溶液均保持不变 D．电池工作过程中，当转移，正极室的溶液质量增加 9．水系铵根离子可充电电池具有成本低、安全、无污染等优点，其中电极含V、C、N元素，电解质溶液中主要存在团簇离子，放电时的工作原理如图所示。下列说法错误的是 A．放电时，电极电势： B．充电时，向极方向移动 C．放电时，Y极的电极反应式为 D．充电时，电解质溶液中每增加极质量减少 10．我国某研究团队近期研发了以双极膜(该膜可将水解离成H+和并定向通过)为交换膜的酸碱隔离电解液新型可充电锌锰干电池，工作原理如图所示。下列说法正确的是 A．放电时，Zn电极电势比MnO2极电势高 B．放电时，双极膜中阴、阳离子分别向左、右移动 C．放电时，正极电极反应式为 D．充电时，当电路中转移0.2mol电子，电解质溶液1质量减少6.5g 11．与通过电催化反应生成，可能的反应机理如图所示(图中吸附在催化剂表面的物种用“*”标注)。下列说法错误的是 A．催化剂参与可降低该反应的活化能 B．过程Ⅱ和过程Ⅲ都有极性共价键形成 C．过程Ⅱ中发生的反应方程式为： D．每有5.6L(标准状况)参与反应，需电路中提供4mol电子 12．下列离子方程式或电极反应式正确的是 A．金属 Na与CuCl2溶液反应： B．以铝为电极，电解NaOH溶液，阳极反应式： C．食盐的氨水溶液中通入过量的二氧化碳，有白色固体产生： D．向硫氰化铁溶液中加入铁粉使其颜色变浅： 13．电催化硝酸盐还原合成氨装置如图。电解时先吸附到催化剂表面放电产生。控制其它条件不变，产率和法拉第效率()随变化如图。已知，表示电解生成还原产物转移电子物质的量，，。下列说法不正确的是 A．生成的电极反应式为 B．若时，电解总电量，生成的物质的量约为 C．时，电解过程中的%为，阴极还原产物主要为、、 D．从5变化到3时，的产率逐渐减小，是因为析氢反应速率增大阻碍的吸附 14．以相同浓度的为电解液的热再生乙腈电池，在光电条件下，可实现烃的偶联反应，向甲池左侧加入乙腈后，装置开始工作。已知：、分别代表烷基和芳香基，X代表卤素原子；；乙池中部分产物未标出。下列说法错误的是 A．电极b连接电极c B．a电极反应式为 C．乙池反应每生成1mol非极性键，b极质量增加64g D．甲池隔膜为阴离子交换膜 15．利用电解原理吸收并实现的脱除，装置如图所示。是弱酸，忽略与水的反应。下列说法错误的是 A．极为负极 B．隔膜为质子交换膜 C．阴极电极反应式： D．在相同条件下，吸收和的体积比为 16．我国科学家设计了一套电化学装置，能够同时实现苯酚的无害化处理和电催化合成，其工作原理如图。下列说法错误的是 A．膜Ⅰ为阳离子交换膜 B．电子由d经外电路移动到a C．c极的电极反应为 D． b极区每消耗1mol苯酚，可合成7mol 17．一种从铜阳极泥(含有Au、、等)中分离回收Au和Ag的工艺流程如下： 已知：①当某离子的浓度低于时，可忽略该离子的存在； ②  。 下列说法错误的是 A．“氧化酸浸”时加入适量NaCl的目的是使银元素转化为AgCl沉淀 B．“除金”时溶液中浓度不小于 C．“电沉积”完成后阴极区溶液中可循环利用的物质为 D．“还原”中生成的、Au物质的量之比为 18．在直流电源作用下，利用双极膜电解池产生羟基自由基()处理含苯酚废水、含甲醛废水，原理如图(已知双极膜中的解离为和)。下列说法错误的是 A．双极膜中的透过膜b向M极移动 B．电解池总反应为： C．处理等物质的量的甲醛和苯酚理论上消耗物质的量之比为1：7 D．每处理9.4g苯酚，理论上消耗标况下氧气的体积为15.68L 19．我国科学家在光电催化—化学耦合烟气脱硫并实现CO2的资源化利用与电能储存的研究中取得重大突破，其工作原理如图所示。下列说法正确的是 A．电极a的电极反应式： B．装置A食盐水中质量分数：x%＜y% C．离子交换膜N为阴离子交换膜 D．每吸收1molSO2，理论上装置B的总质量增加62g 20．我国科学家利用和NiOOH的协同作用实现了和电催化合成，反应装置及催化机理如图所示。下列说法错误的是 A．b为电源正极 B．工作一段时间后e极附近pH减小 C．和均发生氧化反应 D．理论上每生成1mol的C气体，e上有2mol的被氧化 21．电化学处理CO2将其转化为其他化学产品，是一种减缓温室效应并综合利用CO2的好方法。回答下列问题： Ⅰ．原电池法：通过“溶解”水中的二氧化碳，以触发电化学反应，有效减少碳的排放，其工作原理如图1所示。 （1）原电池工作时，a极为 极(填“正”或“负”)，b极区的电极反应式为 。 （2）原电池工作时，电子经导线由 (填“a→b”或“b→a”)，b极区析出少量固体为 (填化学式)。 Ⅱ．电解法：电解还原CO2的方法如图2所示，其中电解质溶液为稀硫酸，电极均为惰性电极。 （3）若CO2还原产物为CH4，则阴极的电极反应式为 。 （4）电解池工作时，H⁺通过阳离子膜移向 极(填“m”或“n”)。 （5）若阴极还原产物只有C2H4，当阳极区溶液质量减少36 g时，产生C2H4的物质的量为 。 22．电解原理在工业生产中应用广泛，利用电解池可以生产化工品和处理环境污染物等。 （1）“绿色零碳”氢能前景广阔。为解决传统电解水制“绿氢”阳极电势高、反应速率缓慢的问题，科技工作者设计耦合HCHO高效制H2的方法，装置如图所示。 部分反应机理为：。 ①阳极的电极反应式为 。 ②相同电量下，理论上H2的产量是传统电解水的 倍。 （2）我国科学家设计了一种双位点PbCu电催化剂，用H2C2O4和NH2OH电化学催化合成甘氨酸，原理如图，双极膜中H2O解离的H+和OH-在电场作用下向两极迁移。已知在KOH溶液中，甲醛转化为HOCH2O-，存在平衡：；Cu电极上发生的电子转移反应为。 ①PbCu电极与电源的 (填“正极”或“负极”)相连。 ②理论上生成1molH3N+CH2COOH时，则双极膜中解离水的质量为 g。 （3）研究CO2的综合利用、实现CO2资源化是能源领域的重要发展方向。生物电催化技术运用微生物电解池实现了CO2甲烷化，其工作原理如图所示。 ①微生物电解池实现CO2甲烷化的阴极的电极反应式为 。 ②如果处理有机物产生标准状况下112m3的CH4，则理论上导线中通过的电子的物质的量为 。 23．电化学原理在降低碳排放、实现碳中和目标中有广泛应用。回答下列问题： （1）我国科技工作者设计了工作原理如图1所示的可充电电池，以为电解质，电解液中加入1，3-丙二胺(PDA)以捕获，放电时还原为。 ①充电时电极应接电源的 极(填“正”或“负”)，当电路中有电子通过时，通过阳离子交换膜离子的情况(包含物质的量、种类、移动方向)为 。 ②放电时多孔碳纳米管电极上的电极反应式为 。 （2）在稀硫酸中利用电催化可将转化为多种有机物，其原理如图2所示： ①a极是电源的 极(填“正”或“负”)，交换膜X最好是 (填“阳”或“阴”)离子交换膜；若将Pt电极换为Cu电极，其后果是 。 ②写出充电时生成的电极反应式： ；电解时电解质溶液中的数量 (填“基本不变”、“明显变大”或“明显变小”)。 24．完成下列问题。 （1）海水中有丰富的食盐资源，工业上以粗食盐水(含少量Ca2+、Mg2+杂质)、氨、石灰石等为原料，可以制备Na2CO3流程如图，请回答： ①粗盐精制过程中加入的沉淀剂是石灰乳和纯碱，应先加 。 ②上述流程中循环使用的物质有 。 ③图中制得的饱和食盐水还可用于氯碱工业，NaCl溶液的电解产物可用于生产盐酸、漂白粉、氢氧化钠等产品。工业上电解饱和食盐水的离子方程式为 。 ④氨气可用电解法合成，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。电解法合成氨的两种原理及装置如下图1和图2所示。图2中，d电极上的电极反应式为 。 （2）我国科学家研发出利用太阳能从海水中提取金属锂的技术，提取原理如图3所示： ①阳极能产生两种气体单质，电极反应式是2Cl－−2e－=Cl2↑和 。 ②某种锂离子二次电池的总反应为：FePO4(s)+Li(s)LiFePO4(s)，装置如图所示(a极材料为金属锂和石墨的复合材料)。下列说法错误的有 。 A．图中e－及Li+移动方向说明该电池处于放电状态 B．该电池可选择含Li+的水溶液做离子导体 C．充电时a极连接外接电源的正极 D．充电时，b极电极反应式为：LiFePO4－e－=Li++FePO4 25．砷酸钠（）可用于可逆电池，其反应原理为。以砷酸钠可逆电池为电源，用苯酚制环己酮和对苯醌的工作原理如图所示。 回答下列问题： （1）探究pH对氧化性的影响，测得输出电流与pH的关系如图2所示。a点时，甲池发生 反应，盐桥中 （填“向左”“向右”或“不”）移动，c点时，乙池中电极反应为 。 （2）丙池中，催化电极p为 极（填“阴”或“阳”），电极反应式为 。 （3）当电路中转移1 mol电子时，丙池理论上消耗苯酚的总物质的量为 。 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！ 7 / 20 学科网(北京)股份有限公司 学科网(北京)股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $ 题型07 新型电化学装置分析 目录 第一部分 题型解码 高屋建瓴，掌握全局 第二部分 考向破译 微观解剖，精细教学 典例引领 方法透视 变式演练 考向01 原电池的基本原理 考向02 电解池的基本原理 考向03 电化学中串联电路【重】 考向04 离子交换膜在电化学中使用【重】 考向05 电化学中的相关计算题【重】 第三部分 综合巩固 整合应用，模拟实战 山东卷选择题新型电化学装置，我们首先需要判断装置类型：是原电池（化学能→电能）还是电解池（电能→化学能）。根据装置是原电池还是电解池判断电极与反应类型：哪一极是正/负极，阳/阴极？发生氧化还是还原反应？再分析粒子移动方向：电子、离子（阴、阳离子）的定向移动方向。通过以上分析再书写或补全电极反应式：这是最核心、最难、分值最高的考点。最终根据解题需要进行相关计算：根据电子守恒，计算产物的量、转移电子数、溶液pH变化等。 考向01 原电池的基本原理 【例1-1】（2023·山东·高考真题）利用热再生氨电池可实现电镀废液的浓缩再生。电池装置如图所示，甲、乙两室均预加相同的电镀废液，向甲室加入足量氨水后电池开始工作。下列说法正确的是    A．甲室电极为正极 B．隔膜为阳离子膜 C．电池总反应为： D．扩散到乙室将对电池电动势产生影响 【答案】CD 【解析】A．向甲室加入足量氨水后电池开始工作，则甲室电极溶解，变为铜离子与氨气形成，因此甲室电极为负极，故A错误； B．甲池铜为负极，负极反应式为，正极反应式为，硫酸四氨合铜热分解得到硫酸铜和氨气，铜离子数增多，则应使乙池的硫酸根通过阴离子交换膜移向甲池，即通过低温热解使硫酸铜电镀废液浓缩再生，故B错误； C． 左侧负极是，正极是，则电池总反应为：，故C正确； D．扩散到乙室会与铜离子反应生成，铜离子浓度降低，铜离子得电子能力减弱，因此将对电池电动势产生影响，故D正确； 综上所述，答案为CD。 【例1-2】（2025·山东·高考真题）全铁液流电池工作原理如图所示，两电极分别为石墨电极和负载铁的石墨电极。下列说法正确的是 A．隔膜为阳离子交换膜 B．放电时，a极为负极 C．充电时，隔膜两侧溶液浓度均减小 D．理论上，每减少总量相应增加 【答案】BC 【分析】全铁流电池原理为2Fe3++Fe=3Fe2+，a极发生Fe-2e-=Fe2+，为负载铁的石墨电极做负极，b极发生Fe3++e-=Fe2+，发生还原反应，b为石墨电极，做正极，依次解题。 【解析】A．隔膜为阴离子交换膜，若为阳离子交换膜，铁离子移向左侧时会与电极反应，A错误； B．根据分析，放电时，a极为负极，b极为正极，B正确； C．充电时，a接电源负极，为阴极，电极反应式为Fe2++2e-=Fe，b接电源正极，为阳极，发生的电极反应式为：Fe2+-e-=Fe3+，两极的Fe2+均减少，C正确； D．根据总反应方程式2Fe3++Fe=3Fe2+可知，Fe3+减少1mol，Fe2+增加1.5mol，D错误； 答案选BC。 一、原电池的工作原理 1．原电池的构造与工作原理 铜锌原电池如图所示，请回答下列问题： （1）有关的实验现象 ①锌片逐渐溶解，铜片逐渐加厚变亮，硫酸铜溶液颜色变浅； ②电流表的指针发生偏转，装置中的能量变化是化学能转化为电能。 （2）电极名称和电极反应 ①锌电极为负极，发生氧化反应，电极反应式是Zn－2e－===Zn2＋； ②铜电极为正极，发生还原反应，电极反应式是Cu2＋＋2e－===Cu； ③电池总反应的离子方程式是Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu。 （3）电子流动方向和电流方向 ①外电路：电子由锌电极经过导线流向铜电极，电流由铜电极流向锌电极； ②内电路：阳离子移向铜电极(正极)，阴离子移向锌电极(负极)。 （4）原电池构成的条件：具有活动性不同的两个电极，二者直接或间接地连在一起，插入电解质溶液或熔融电解质中，且能自发地发生氧化还原反应。下列图示装置能形成原电池的是AD。 2．盐桥原电池(或双液原电池) 按下图所示装置完成实验，并回答下列问题： （1）实验过程中，能观察到的实验现象 ①锌片逐渐溶解，铜片逐渐加厚变亮； ②电流表指针发生偏转； ③硫酸铜溶液的颜色变浅。 （2）离子移动方向 ①硫酸锌溶液中：Zn2＋向盐桥移动； ②硫酸铜溶液中：Cu2＋向铜极移动； ③盐桥中：K＋移向正极区(CuSO4溶液)，Cl－移向负极区(ZnSO4溶液)。 （3）若取出装置中的盐桥，电流表的指针是否还会发生偏转？不偏转，原因是取出盐桥，该装置不能构成闭合回路，不能形成原电池。 【变式1-1】（25-26高三上·山东日照·期中）近日，科学家研制出一种由碳基ORR高效催化的可充电锌—空气/碘化物混合电池，其放电过程如图所示。下列叙述正确的是 A．充电时，电极N接直流电源的正极 B．阻隔空气进入该电池，电池停止工作 C．放电时，若消耗x mol 和y mol ，理论上消耗 mol Zn D．充电时，阳极发生的电极反应为 【答案】C 【分析】由图可知，在该电池中，空气中的氧气在碳基ORR电极（M电极）发生反应，生成，同时溶液中的也发生了反应，生成，故电极反应为①：和②：，M电极为正极；而Zn电极（N电极）发生失去电子的氧化反应，故N电极为负极；由此分析； 【解析】A．由分析知，N电极在放电时为负极，充电时该电极应当作为阴极与电源的负极相连，A错误； B．由分析知该电池的正极会发生两个电极反应，但隔绝空气只会阻断反应①的进行，而反应②不需要氧气就可以进行，故此时电池不会停止工作，B错误； C．由分析知，消耗x mol 时会转移4x mol ，消耗y mol 时会转移6y mol ，故在此条件下共转移(4x+6y) mol ，由于消耗1 mol Zn需转移2 mol ，故在此条件下消耗的Zn的物质的量为，C正确； D．由图可知该电池的电解质中会有参与反应，故该电池的电解质应为碱性，不应有参与反应，正确的电极反应应为，D错误； 答案选C。 【变式1-2】（25-26高三上·山东菏泽·期中）以稀H2SO4为电解质溶液的光解水装置如图所示，总反应为。下列说法正确的是 A．电极a上发生氧化反应生成H2 B．H+通过质子交换膜从左室移向右室 C．光解前后，H2SO4溶液的pH不变 D．理论上，外电路每通过0.04 mol电子，电极b上产生0.01 mol 气体 【答案】B 【分析】光解过程中，电极a上电子流出，发生氧化反应，a为负极，电极反应式为：2H2O-4e-=O2+4H+；电极b上电子流入，发生还原反应，b为正极，电极反应式为：2H++2e-=H2。 【解析】A．根据分析，电极a为负极，发生氧化反应，生成物为O2，A错误； B．原电池中阳离子向正极移动，电极a上生成H+，电极b上消耗H+，H+通过质子交换膜从左室移向右室，B正确； C．在探究溶液浓度变化时，不仅要关注溶质的变化，也要关注溶剂的变化，光解总反应是电解水，H2SO4溶液中H2O减少，H2SO4溶液浓度增大，pH减小，C错误； D．生成1 mol H2 ，转移2 mol电子，外电路通过0.04 mol电子时，电极b上生成0.02 mol H2，D错误； 故选B。 考向02 电解池的基本原理 【例2-1】（2024·山东·高考真题）以不同材料修饰的为电极，一定浓度的溶液为电解液，采用电解和催化相结合的循环方式，可实现高效制和，装置如图所示。下列说法错误的是 A．电极a连接电源负极 B．加入Y的目的是补充 C．电解总反应式为 D．催化阶段反应产物物质的量之比 【答案】B 【分析】电极b上Br-发生失电子的氧化反应转化成，电极b为阳极，电极反应为Br- -6e-+3H2O=+6H+；则电极a为阴极，电极a的电极反应为2H2O+2e-=H2↑+2OH-；电解总反应式为Br-+3H2O+3H2↑；催化循环阶段被还原成Br-循环使用、同时生成O2，实现高效制H2和O2，即Z为O2。 【解析】A．根据分析，电极a为阴极，连接电源负极，A项正确； B．根据分析电解过程中消耗H2O和Br-，而催化阶段被还原成Br-循环使用，故加入Y的目的是补充H2O，维持NaBr溶液为一定浓度，B项错误； C．根据分析电解总反应式为Br-+3H2O+3H2↑，C项正确； D．催化阶段，Br元素的化合价由+5价降至-1价，生成1molBr-得到6mol电子，O元素的化合价由-2价升至0价，生成1molO2失去4mol电子，根据得失电子守恒，反应产物物质的量之比n(O2) ∶n(Br-)=6∶4=3∶2，D项正确； 答案选B。 【例2-2】（2020·山东·高考真题）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下图所示。忽略温度变化的影响，下列说法错误的是 A．阳极反应为 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 【答案】D 【分析】a极析出氧气，氧元素的化合价升高，做电解池的阳极，b极通入氧气，生成过氧化氢，氧元素的化合价降低，被还原，做电解池的阴极。 【解析】A.依据分析a极是阳极，属于放氧生酸性型的电解，所以阳极的反应式是2H2O-4e-=4H++O2↑，故A正确，但不符合题意； B.电解时阳极产生氢离子，氢离子是阳离子，通过质子交换膜移向阴极，所以电解一段时间后，阳极室的pH值不变，故B正确，但不符合题意； C.有B的分析可知，C正确，但不符合题意； D.电解时，阳极的反应为：2H2O-4e-=4H++O2↑，阴极的反应为：O2+2e-+2H+=H2O2，总反应为：O2+2H2O=2H2O2，要消耗氧气，即是a极生成的氧气小于b极消耗的氧气，故D错误，符合题意； 故选：D。 一、电解原理 1．电解氯化铜溶液实验探究 （1）按下图所示装置完成实验，并填写下表。 实验现象 实验结论 电流表指针发生偏转 说明电解质溶液导电，形成闭合回路 与负极相连的b极上逐渐覆盖了一层红色物质 析出金属铜 与正极相连的a极上有刺激性气味的气体产生，能使湿润的碘化钾淀粉试纸变蓝 产生了氯气 （2）实验原理分析 ①氯化铜溶液中存在的离子有Cu2＋、Cl－、H＋、OH－，通电前这些离子在溶液中作自由运动。 ②通电时在电场的作用下，溶液中的离子作定向运动，即Cl－、OH－趋向a极，Cu2＋、H＋趋向b极。 ③a极电极反应式是2Cl－－2e－===Cl2↑，b极电极反应式是Cu2＋＋2e－===Cu，总反应式是CuCl2Cu＋Cl2↑。 ④结论：电解质溶液的导电过程，就是电解质溶液的电解过程。 2．电解和电解池 （1）电解：使电流通过电解质溶液或熔融电解质而在两个电极上引起氧化还原反应的过程。 （2）电解池：在外加电源的作用下，将电能转化为化学能的装置。 （3）电解池的电极名称 阴极：与电源负极相连的电极，发生还原反应； 阳极：与电源正极相连的电极，发生氧化反应。 （4）电解池的构成条件： ①具有直流电源；②两个电极(阴极、阳极)；③电解质溶液或熔融电解质；④形成闭合回路。 （5）电子和离子移动方向 ①电子：从电源负极流向电解池的阴极，从电解池的阳极流向电源的正极。 ②离子：阳离子移向电解池的阴极；阴离子移向电解池的阳极。 二、酸、碱、盐溶液的电解规律 1．电极反应规律 （1）阴极：无论是惰性电极还是活泼电极都不参与电极反应，发生反应的是溶液中的阳离子。阳离子放电顺序：Ag＋>Cu2＋>H＋>Pb2＋>Fe2＋>Zn2＋…… （2）阳极：溶液中还原性强的阴离子失去电子被氧化，或者电极材料本身失去电子被氧化而溶入溶液中。其放电顺序：活泼金属阳极>S2－>I－>Cl－>OH－>含氧酸根。 2．酸、碱、盐溶液电解规律(惰性电极) 用惰性电极电解下列酸、碱、盐溶液，请填写下表： （1）电解水型 电解质 H2SO4 NaOH Na2SO4 阳极反应式 4OH－－4e－===O2↑＋2H2O 阴极反应式 4H＋＋4e－===2H2↑ pH变化 减小 增大 不变 复原加入物质 加入H2O （2）电解电解质型 电解质 HCl CuCl2 阳极反应式 2Cl－－2e－===Cl2↑ 阴极反应式 2H＋＋2e－===H2↑ Cu2＋＋2e－===Cu pH变化 增大 复原加入物质 加入HCl 加入CuCl2 （3）电解质和水都发生电解型 电解质 NaCl CuSO4 阳极反应式 2Cl－－2e－===Cl2↑ 4OH－－4e－===O2↑＋2H2O 阴极反应式 2H＋＋2e－===H2↑ 2Cu2＋＋4e－===2Cu pH变化 增大 减小 复原加入物质 加入HCl 加入CuO或CuCO3 【变式2-1】（25-26高三上·山东菏泽·期中）中国科学院大连化物所的研究团队创新性提出锌碘单液流电池的概念，实现锌碘单液流中电解液的利用率近100%，其原理如图所示。下列说法正确的是 A．放电时A电极反应式为： B．放电时电解质储罐中离子总浓度增大 C．M为阳离子交换膜，N为阴离子交换膜 D．充电时A极增重65 g，C区增加离子数为 【答案】B 【分析】由图可知，锌碘单液流电池放电时A电极是负极，Zn失去电子转化为Zn2+，电极方程式为：Zn-2e-=Zn2+，B电极为正极，电极方程式为：I2+2e-=2I-，充电时A为阴极，B为阳极，以此解答。 【解析】A．放电时A电极是负极，A极反应式为：Zn-2e-=Zn2+，故A错误； B．放电时，A区发生反应Zn-2e-=Zn2+，C区Cl-进入A区，所以电解质储罐中离子总浓度增大，故B正确； C．放电时，C区Cl-进入A区、K+进入B区，所以M为阴离子交换膜，N为阳离子交换膜，故C错误； D．充电时A极增重65g，A区发生反应Zn2++2e-=Zn，电路中转移2mol电子，根据电荷守恒，2molCl-自A区进入C区，2molK+自B区进入C区，C区增加离子数为4NA，故D错误； 选B。 【变式2-2】（25-26高三上·山东烟台·期中）如图所示，科学家设计了一种用于废弃电极材料再锂化的电化学装置。 已知：参比电极的作用是确定再锂化为的最优条件，不干扰电极反应。 下列说法错误的是 A．X为直流电源的负极 B．再锂化过程中，向Pt电极迁移 C．电极上发生的反应： D．电解过程中，忽略溶液体积变化，溶液的浓度保持不变 【答案】D 【解析】A．LixCoO2得电子发生还原反应，为阴极，连接电源负极，A正确； B．再锂化过程中，向阳极移动，Pt是阳极，故向Pt电极迁移，B正确； C．LixCoO2电极上发生还原反应，为阴极，电极反应为：LixCoO2+（1-x）e-+（1-x）Li+=LiCoO2，C正确； D．电解过程中，忽略溶液体积变化，中间室的Li+向左移动，硫酸根离子向右移动，Li2SO4溶液的浓度减小，故D错误； 故选D。 考向03 电化学中串联电路【重】 【例3-1】（2022·山东·高考真题）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，将废旧锂离子电池的正极材料转化为，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    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 D．若甲室减少，乙室增加，则此时已进行过溶液转移 【答案】BD 【分析】由于乙室中两个电极的电势差比甲室大，所以乙室是原电池，甲室是电解池，然后根据原电池、电解池反应原理分析解答。 【解析】A．电池工作时，甲室中细菌上乙酸盐的阴离子失去电子被氧化为CO2气体，同时生成H+，电极反应式为CH3COO--8 e-+2 H2O =2CO2↑+7 H+，H+通过阳膜进入阴极室，甲室的电极反应式为Co2++2e-=Co，因此，甲室溶液pH逐渐减小，A错误； B．对于乙室，正极上LiCoO2得到电子，被还原为Co2+，同时得到Li+，其中的O2-与溶液中的H+结合H2O，电极反应式为2LiCoO2+2e-+8H+=2Li++2Co2++4H2O，负极发生的反应为CH3COO--8 e-+2 H2O =2CO2↑+7 H+，负极产生的H+通过阳膜进入正极室，但是乙室的H+浓度仍然是减小的，因此电池工作一段时间后应该补充盐酸，B正确； C．电解质溶液为酸性，不可能大量存在OH-，乙室电极反应式为：LiCoO2+e-+4H+=Li++Co2++2H2O，C错误； D．若甲室Co2+减少200 mg，则电子转移物质的量为n(e-)= ；若乙室Co2+增加300 mg，则转移电子的物质的量为n(e-)=，由于电子转移的物质的量不等，说明此时已进行过溶液转移，即将乙室部分溶液转移至甲室，D正确； 故合理选项是BD。 【例3-2】（25-26高三上·山东德州·期中）某研究小组设计利用清洁燃料电池电解废水，可将中性废水中的硝酸盐转化为氨，又可将废塑料(PET)碱性水解液中的乙二醇转化为羟基乙酸盐，实现变废为宝。下列说法错误的是 A．a口通入的气体为 B．c池的电极反应式为 C．当消耗0.1mol燃料时，d中将生成0.1mol D．交换膜中离子的移动方向为c→d 【答案】C 【分析】c和d构成电解池，c发生的还原反应，得到电子生成NH3，与原电池源电极b连接，c为阴极，电极反应式为：；d发生乙二醇的氧化反应，失去电子生成HOCH2COO-，与原电池电极a连接，d为阳极，电极反应式为：HOCH2CH2OH-4e-+5OH-=HOCH2COO-+4H2O；左侧烧杯为碱性甲烷燃料电池，d失电子流向a，c得到来自b的电子，则a得电子，b失电子，则a为正极，b为负极，负极反应式为：，正极反应式为：。 【解析】A．据分析，b口通入甲烷，a口通入氧气，A正确； B．据分析，c池的电极反应式为，B正确； C．根据得失电子守恒可知如下计量关系：，则消耗0.1mol燃料时，d中将生成0.2mol ，C错误； D．c中生成OH-，d中消耗OH-，阴离子交换膜中离子的移动方向为c→d，D正确； 故答案为C。 类型一　有外接电源的电解池串联模型 类型二　原电池与电解池串联 【变式3-1】（24-25高三上·山东枣庄·期中）一种将燃料电池与电解池组合制备的装置如图所示(电极甲、乙、丙、丁均为惰性电极)。该装置工作时，下列说法不正确的是 A．甲为正极，丙为阴极 B．丁极的电极反应式为 C．KOH溶液的质量分数： D．标准状况下，乙电极上每消耗22.4 L气体时，理论上有4 mol 移入阴极区 【答案】D 【分析】左池有氧气通入，左池为燃料电池，且甲、乙分别为正极、负极；右池为电解池，丙和丁分别为阴极和阳极，其作用是电解锰酸钾溶液制备高锰酸钾。则四个电极发生的反应如下： 甲（燃料电池正极）：； 乙（燃料电池负极）：； 丙（电解池阴极）：； 丁（电解池阳极）：； 左池中K+穿过交换膜向甲电极移动，甲电极区KOH浓度增大，乙电极区KOH浓度减小，即c%；右池中K+穿过交换膜向丙电极移动，据此分析解答。 【解析】A．据上述分析可知，甲为正极，丙为阴极，A正确； B．据上述分析可知，丁极的电极反应式为，B正确； C．据上述分析可知，KOH溶液的质量分数：，C正确； D．根据电极反应式以及内外电路转移电荷相等可知，标准状况下，乙电极上每消耗22.4 L气体（H2）时，理论上有2 mol 移入阴极区，D错误； 故答案选D。 【变式3-2】（24-25高三上·山东滨州·期末）利用如下装置模拟工业电渗析法淡化海水并获得NaOH(双极膜是一种能将水分子解离为和的特殊离子交换膜)。下列说法正确的是 A．电极电势：石墨1高于石墨2 B．甲池总反应： C．膜1为阳离子交换膜，膜2为阴离子交换膜 D．理论上，当双极膜处有解离时，乙池中NaOH溶液质量增加4.6g 【答案】B 【分析】分析装置可知，左侧高压氢气发生氧化反应，作为负极，双极膜氢氧根离子向左侧移动，右侧低压氢气处有氢气析出，作为正极，左侧石墨电极为阳极，亚铁离子被氧化，氯离子向左移动，膜1为阴离子交换膜，右侧石墨电极为阴极，钠离子向右移动，膜2为阳离子交换膜。有氢气析出； 【解析】A．结合分析可知，石墨1为负极，电极低，故A错误； B．结合分析可知，左侧消耗氢气，右侧释放氢气，只发生氢离子和氢氧根离子的中和反应，故B正确； C．分析可知，膜1为阴离子交换膜，膜2为阳离子交换膜，故C错误； D．理论上，当双极膜处有3.6gH2O解离时，此时转移0.2mol电子，乙池中NaOH溶液转移0.2mol钠离子进入，但是会释放0.1mol氢气，增重4.4g，故D错误； 答案选B。 考向04 离子交换膜在电化学中使用【重】 【例4-1】（2020·山东·高考真题）微生物脱盐电池是一种高效、经济的能源装置，利用微生物处理有机废水获得电能，同时可实现海水淡化。现以NaCl溶液模拟海水，采用惰性电极，用下图装置处理有机废水(以含 CH3COO-的溶液为例)。下列说法错误的是 A．负极反应为 B．隔膜1为阳离子交换膜，隔膜2为阴离子交换膜 C．当电路中转移1mol电子时，模拟海水理论上除盐58.5g D．电池工作一段时间后，正、负极产生气体的物质的量之比为2:1 【答案】B 【分析】据图可知a极上CH3COOˉ转化为CO2和H+，C元素被氧化，所以a极为该原电池的负极，则b极为正极。 【解析】A．a极为负极，CH3COOˉ失电子被氧化成CO2和H+，结合电荷守恒可得电极反应式为CH3COOˉ+2H2O-8eˉ=2CO2↑+7H+，故A正确； B．为了实现海水的淡化，模拟海水中的氯离子需要移向负极，即a极，则隔膜1为阴离子交换膜，钠离子需要移向正极，即b极，则隔膜2为阳离子交换膜，故B错误； C．当电路中转移1mol电子时，根据电荷守恒可知，海水中会有1molClˉ移向负极，同时有1molNa+移向正极，即除去1molNaCl，质量为58.5g，故C正确； D．b极为正极，水溶液为酸性，所以氢离子得电子产生氢气，电极反应式为2H++2eˉ=H2↑，所以当转移8mol电子时，正极产生4mol气体，根据负极反应式可知负极产生2mol气体，物质的量之比为4:2=2:1，故D正确； 故答案为B。 【例4-2】（25-26高三上·山东·期中）调节pH可使溶液中的氨基酸主要以两性离子的形式存在，两性离子整体呈电中性，此时溶液的pH为该氨基酸的pI(等电点)。已知：谷氨酸的pI为3.22，丙氨酸的pI为6.02，赖氨酸的pI为9.74。利用如图装置分离这二种氨基酸，a、b为离子交换膜，电极均为惰性电极。下列说法错误的是 A．原料室的pH应控制在6.02左右 B．a为阳离子交换膜，b为阴离子交换膜 C．当电路中通过2mol电子时，该装置理论上可分离出谷氨酸和赖氨酸共2mol D．工作一段时间后，不需要补充H2SO4和NaOH 【答案】C 【分析】左侧电极连接电源正极，则左侧为阳极，阳极室电解H2SO4溶液，电极反应为：2H2O-4e-=O2↑+4H+，阴极室为电解NaOH溶液，电极反应为：2H2O+2e-=H2↑+2OH-，H+经a膜进入产品室1，OH-经b膜进入产品室2，则a膜为阳离子交换膜，b膜为阴离子交换膜；原料室的pH需控制在6.02，此时丙氨酸呈电中性留在原料室，谷氨酸pI=3.22＜6.02，呈阴离子，向阳极即左侧移动，赖氨酸pI=9.74＞6.02，呈阳离子，向阴极即右侧移动，从而通过离子迁移实现分离； 【解析】A．原料室pH控制在6.02时，丙氨酸呈电中性留在原料室，谷氨酸pI=3.22＜6.02，呈阴离子，赖氨酸pI=9.74＞6.02，呈阳离子，可通过离子迁移实现分离，A正确； B．阳极吸引谷氨酸阴离子，H+需透过a膜与谷氨酸阴离子反应生成谷氨酸，则a为阳离子交换膜，阴极吸引赖氨酸阳离子，OH-需透过b膜与赖氨酸阳离子反应生成赖氨酸，则b为阴离子交换膜，B正确； C．谷氨酸阴离子和赖氨酸阳离子各带1单位电荷，电路通过2mol电子时，迁移2mol电荷，即可分离出2mol谷氨酸和2mol赖氨酸，共4mol，C错误； D．阳极室电解H2SO4溶液，电极反应为：2H2O-4e-=O2↑+4H+，阴极室为电解NaOH溶液，电极反应为：2H2O+2e-=H2↑+2OH-，H+经a膜进入产品室1，OH-经b膜进入产品室2，两个电极反应的实质是电解水，工作一段时间后，不需要补充H2SO4和NaOH，D正确； 答案选C。 1．隔膜的分类 隔膜(又叫离子交换膜)由特殊高分子材料制成。离子交换膜分四类： （1）阳离子交换膜，简称阳膜，只允许阳离子通过，即允许H＋和其他阳离子通过，不允许阴离子通过。 （2）阴离子交换膜，简称阴膜，只允许阴离子通过，不允许阳离子通过。 （3）质子交换膜，只允许H＋通过，不允许其他阳离子和阴离子通过。 （4）双极膜，又称双极性膜，是特种离子交换膜，它是由一张阳膜和一张阴膜复合制成的阴、阳复合膜。该膜的特点是在直流电场的作用下，阴、阳膜复合层间的H2O解离成H＋和OH－分别通过阴、阳膜，作为H＋和OH－的离子源。 2．隔膜的作用 （1）能将两极区隔离，阻止两极区产生的物质接触，防止发生化学反应。 （2）能选择性地通过离子，起到平衡电荷、形成闭合回路的作用。 3．离子通过隔膜的定量关系 （1）通过隔膜的离子带的电荷数等于电路中电子转移数。 （2）离子迁移：依据电荷守恒，通过隔膜的离子数不一定相等。 【变式4-1】（24-25高三下·山东·开学考试）以同时作为燃料和氧化剂的燃料电池原理如图所示(已知：双极膜中的能在直流电场的作用下，解离成和，定向移动到两侧极室)。下列有关说法正确的是 A．电极M比电极N的电势高 B．外电路电子流向为M→负载→N→双极膜→M C．电极N的电极反应式为 D．当电路中转移0.4mol电子时，产生气体4.48L 【答案】C 【分析】由装置图的双极膜中和移动方向可知，电极M为负极，电极反应式为：，电极N为正极，电极反应式为：，电池反应式为。 【解析】A．正极N电势高于负极M，A错误； B．外电路电子由负极M经负载流向正极N，但不会进入电池内部的电解液流回M电极，B错误； C．电极N的电极反应式为：，C正确； D．根据总反应知，当电路中转移0.4mol电子时，产生0.2mol，在标准状况下的体积为4.48L，选项中未说明气体所处状态，D错误； 答案选C。 【变式4-2】（24-25高三上·山东青岛·阶段练习）一种新型醌类()酸碱混合电池具有高能量密度和优异的循环稳定性，该电池工作示意图如下。下列说法正确的是 A．c为阳离子交换膜，d为阴离子交换膜 B．放电时，中间室的溶液浓度减小 C．充电时，电路中每转移电子，阳极区质量增加 D．放电时有生成，理论上电路中转移电子的数目为 【答案】C 【分析】 由题干图示信息可知，放电时a电极为正极，MnO2转化为Mn2+，发生还原反应，电极反应为MnO2+2e-+4H+=Mn2++2H2O，b电极为负极，发生氧化反应，电极反应为+2nOH--4ne-=+2nK++2nH2O，此时阳离子移向正极，阴离子移向负极，则c交换膜为阴离子交换膜，则左室的进入中间K2SO4室，d为阳离子交换膜，右室的K+进入中间K2SO4室，据此分析解题。 【解析】A．结合分析知，c为阴离子交换膜，d为阳离子交换膜，A错误； B．由分析可知，放电时左室的进入中间K2SO4室，右室的K+进入中间K2SO4室，中间室K2SO4溶液浓度增大，B错误； C．充电时，a为阳极，电极反应为Mn2++2H2O-2e-=MnO2+4H+，电路中每转移电子，阳极区生成1molMnO2，质量减少87g，同时中间室有1mol经c膜进入左室阳极区，质量增加96g，则阳极质量最终增加(96-87)g=9g，故电路中每转移电子，阳极区质量增加，C正确； D．由分析可知，放电时b电极为负极，且，有生成时，理论上电路中转移电子的数目为，D错误； 故选C。 考向05 电化学中的相关计算题【重】 【例5-1】（25-26高三上·山东·月考）如图所示的循环系统可实现光分解水制氢。已知循环系统稳定工作时，电解池A中流入和流出的HI浓度分别为和，光催化反应生成的速度为，循环系统中溶液的流量为Q(单位时间内流过的溶液体积)。下列说法中错误的是 A．电解池B中的反应为 B．若电解池A中生成(标准状况)，则电解池B中生成 C． D．本装置中至少涉及4种形式的能量转化 【答案】B 【分析】根据图示，电解池A中流入的是HI，流出的是和，反应方程式为：，电解池B中流入的是、，流出的是，反应方程式为：4Fe3＋+2H2OO2↑+4H++4Fe2+，据此分析解答。 【解析】A．根据图示可知，电解池A：，电解池B：4Fe3++2H2OO2↑＋4H++4Fe2+，A正确； B．标况下，n(H2)==0.150 mol，转移电子的物质的量为n(e-)=2n(H2)=0.300 mol，因为电解池A、B是串联电解池，电路中转移的电子数目相等，所以n(Fe2+)=n(e-)=0.300 mol，B错误； C．根据化学反应2Fe2++I22Fe3++2I-，光催化反应生成I-的速率v(I-)=v(Fe3+)=，电解池A中消耗I-的速率应等于光催化反应池中生成I-的速率amol·L-1×Q L·min-1-bmol·L-1×Q L·min-1=，所以，C正确； D．本装置中的能量形式涉及光能、电能、化学能，还伴随热能，所以至少涉及4种形式的能量转化，D正确； 故答案选B。 【例5-2】（24-25高三上·山东济宁·期末）山东大学晶体材料国家重点实验室将光电化学分解水和燃料电池技术相结合，利用低成本的生物质酒石酸为有机燃料，创新性的设计了光电化学生物质燃料电池。下列说法错误的是 A．放电过程中溶剂的质量不变 B．X为 C．b电极上每产生，电路中转移电子数为 D．a、b两电极上产生气体的体积比为5：4 【答案】A 【分析】如图所示，b电极上的反应为酒石酸失电子生成二氧化碳，电极方程式为；根据题干，该电池将分解水和燃料电池技术相结合，则a电极上的反应为水得电子生成氢气：。 【解析】A．溶剂是水，当两电极均转移10mol电子时，a电极消耗10mol水生成10molOH-，b电极消耗2mol水生成10molH+，则放电过程在消耗12mol水、生成10mol水，溶剂质量改变，故A错误； B．据分析，X为H2，故B正确； C．根据b电极的电极方程式：，则产生1molCO2转移2.5mol电子，电子数为2.5NA，故C正确； D．当两电极均转移10mol电子时，产生CO2和H2的物质的量比为4：5，在相同条件下，物质的量比等于体积比，则a、b两电极上产生气体的体积比为5：4，故D正确； 故答案为A。 1．计算的原则 （1）阳极失去的电子数等于阴极得到的电子数。 （2）串联电路中通过各电解池的电子总数相等。 （3）电源输出的电子总数和电解池中转移的电子总数相等。 2．计算的方法 （1）得失电子守恒法计算：用于串联电路、通过阴阳两极的电量相同等类型的计算，其依据是电路上转移的电子数相等。 （2）总反应式计算：先写出电极反应式，再写出总反应式，最后根据总反应式列比例式计算。 （3）关系式计算：借得失电子守恒关系建立已知量与未知量之间的桥梁，建立计算所需的关系式。 3．计算的步骤 （1）正确书写电极反应式(要注意阳极材料)。 （2）当溶液中有多种离子共存时，要确定放电离子的先后顺序。 （3）最后根据得失电子守恒进行相关的计算。 【变式5-1】（2025·山东菏泽·二模）我国科学家发现，利用如图所示的电池装置可将邻苯二醌类物质转化为邻苯二酚类物质，已知双极膜(膜a、膜b)中间层中的可解离为和。下列说法正确的是 A．电池工作时，电流方向为电极M→电流计→N→膜b→膜a→电极M B．N极电极反应式为： C．若消耗，理论上有透过膜b D．工作一段时间后，装置中需要补充和NaOH 【答案】B 【分析】根据N极变化特点是邻苯二醌类物质转化为邻苯二酚类物质，增加了氢原子，发生还原反应，N电极作正极；M极是失去电子，作负极，生成，电极反应为：。双极膜中间层中的水解离为，氢离子通过膜移向正极，膜为阳离子交换膜；氢氧根离子通过膜移向负极M，膜为阴离子交换膜。 【解析】A．N电极作正极，电流方向为N→电流计→M→膜a→膜b→电极N，A错误； B．极邻苯二醌类物质转化为邻苯二酚类物质，增加了氢原子，发生还原反应，电极反应式为：，B正确； C．负极反应为：，消耗，失去，则有通过膜移向负极M，结合电荷守恒，同时有氢离子通过膜移向正极，C错误； D．根据M极的电极反应式可知，每消耗14molOH-会转移12mol电子，为传递电荷，同时会有12molOH-通过膜a移向M极，故M极区中NaOH的物质的量会减少；根据N极的电极反应式可知，每消耗4molH+会转移4mol电子，为传递电荷，同时会有4molH+通过膜b移向N极，故N极区中H2SO4的物质的量不变；因此装置中需要定期补充NaOH，不需要补充硫酸，D错误； 故选B。 【变式5-2】（2025·山东潍坊·三模）我国科学家利用如下装置实现了含硝酸盐的废水处理和PET[]废弃塑料水解产物的转化与升级。其中电极a（Cu）和电极b（Ni）上分别负载钴和镍钴作催化剂。下列说法错误的是 A．电极电势： B．电极a上的总反应式为 C．离子交换膜为阴离子交换膜 D．当有转化为时，理论上有透过离子交换膜 【答案】D 【分析】由图可知，电极a上→→，N元素化合价降低，发生还原反应，总反应式为，a为阴极，电极b上→,发生氧化反应，b为阳极，据此回答问题 【解析】A．由分析知，电极a为阴极，电极b为阳极。电解池中阳极电势高于阴极，故电极电势a < b，A正确； B．由分析知可知，电极a上发生的总反应式为，B正确； C．由分析知，阴极（I室）生成，阳极（II室）消耗，为维持电荷平衡，需从I室向II室迁移，离子交换膜为阴离子交换膜，C正确； D．由分析知，转化为时共失，电路中转移。阴离子交换膜中迁移量与电子转移量相等（电荷守恒），故透过膜的为，D错误； 故答案选D。 1．电化学原理在生产、生活中应用广泛。下列说法中正确的是 A．电热水器中装有镁棒保护内胆，属于镁作阴极的阴极电保护法 B．热贴中铁用完后变成，对应的负极反应式为 C．电解溶液可实现铁上镀锌，可知等浓度的比更容易在阴极放电 D．变黑银器放入盛有饱和食盐水的铝盆中恢复光亮，正极反应式为 【答案】D 【解析】A. 电热水器中镁棒作为牺牲阳极，通过被腐蚀保护内胆，属于牺牲阳极保护法，而非阴极电保护法（阴极电保护法需外加电流使被保护金属成为阴极），A错误； B. 热贴中铁被氧化最终生成Fe2O3，但负极反应通常为Fe -2e-= Fe2+ ，而非直接生成Fe3+；Fe2O3的形成涉及多步氧化过程，选项中的反应式不准确，B错误； C. 电解ZnSO4溶液镀锌时，Zn2+在阴极还原沉积，理论上H+的标准电极电位（0V），Zn2+（-0.76V），H+更易还原，但实际镀锌溶液酸性不是很强，是通过电位和工艺控制实现锌沉积，因此，不能由可以镀锌这一事实，简单推论出等浓度下 Zn2+比 H+更容易放电，C错误； D. 铝与Ag2S构成原电池，铝为负极被氧化，Ag2S为正极被还原，反应式为Ag2S + 2e- =2Ag + S2-，使银器恢复光亮，D正确； 故答案选D。 2．我国某科研团队通过超快电脉冲热还原法开发了一种新型碳载钌镍合金纳米催化剂(RuNi/C)，并基于此催化剂制备出一种极具竞争力的高能量镍氢气(Ni-H2)电池，其工作原理如图所示，下列说法错误的是 A．放电时，电流由b极经用电器流向a极，再经KOH溶液流回b极 B．放电一段时间后，溶液的 pH几乎不变 C．放电时，NiOOH+e-+H2O=Ni(OH)2+OH- D．外电路中每转移2mole⁻，理论上电极a上消耗22.4 L H2 【答案】D 【分析】由图可知，放电时，电极a为负极，电极反应式为H2+2OH--2e-═2H2O，电极b为正极，电极反应式为NiOOH+H2O+e-═Ni(OH)2+OH-，阴离子移向负极，电池的总反应式为：H2+2NiOOH2Ni(OH)2，据此分析作答。 【解析】A．由分析可知，放电时，a电极为负极，b电极为正极，故电流由b极经用电器流向a极，再经KOH溶液流回b极，A正确； B．电池的总反应式为：H2+2NiOOH2Ni(OH)2，故放电一段时间后，KOH溶液的浓度不变，溶液的 pH几乎不变，B正确； C．由分析可知，放电时，电极b为正极，该电极反应式为：NiOOH+e-+H2O=Ni(OH)2+OH-，C正确； D．题干未告知气体所处的状态为标准状况，故无法计算气体的体积，D错误； 故答案为：D。 3．在潮湿的深层土壤中，厌氧细菌(最佳生存环境pH为7～8)可促使与反应生成，加速钢管的腐蚀，反应原理如图。下列说法错误的是 A．腐蚀过程中钢管做负极 B．腐蚀过程中正极区局部土壤会下降 C．厌氧细菌有利于发生“析氢腐蚀” D．与反应可表示为 【答案】B 【解析】A．厌氧细菌(最佳生存环境pH为7～8)可促使与反应生成，加速钢管的腐蚀，钢管腐蚀时失电子作负极，A正确； B．根据厌氧细菌(最佳生存环境pH为7～8)加速钢管的腐蚀，反应原理如图可知正极是，生成氢氧根使pH升高，B错误； C．该腐蚀环境为厌氧环境，发生的腐蚀为析氢腐蚀，其正极反应为。腐蚀过程中正极析出氢气，厌氧细菌通过消耗促进了该反应的进行，因此有利于"析氢腐蚀"的发生，C正确； D．与反应可方程式为，D正确； 故选B。 4．某理论研究认为：燃料电池(图甲)的电极I和II上所发生反应的催化机理示意图分别如图乙和图丙，其中获得第一个电子的过程最慢。理论上下列说法错误的是 A．电极I为燃料电池的负极 B．电池工作过程中，电解质溶液的pH保持不变 C．图丙中，①②③④过程的活化能最高的是① D．相同时间内电极上的催化循环完成次数：电极I是电极II的2倍 【答案】B 【解析】A．电极 I上氢气被氧化生成 H+和电子，故电极 I 为负极，故A正确； B．由于负、正两极的总反应为 2H2 + O2= 2H2O，产生水，相当于稀释溶液，故电解质溶液的pH发生改变，故B错误； C．根据题干“O2获得第一个电子的过程最慢”可知①活化能最高，故C 正确； D．H2氧化只产生2 电子，而O2还原需4 电子，相同时间内负极的催化循环数正好是正极的2 倍，故D正确； 故选B。 5．下列说法错误的是 A．外加电压保持恒定不变，有利于提高对钢闸门的防护效果 B．可表示Ba(OH)2·8H2O与 NH4Cl反应的能量变化 C．由图可知，A与C的能量差为：E4-E1-E3+E2 D．已知初始 Cu、Ag 电极质量相等，当外电路中通过0.1mol e- 时，两电极质量相差14g 【答案】A 【解析】A．图为外加电流的阴极保护法，理论上只要能对抗钢闸门表面的腐蚀电流即可，当钢闸门表面的腐蚀电流为零时保护效果最好，腐蚀电流会随着环境的变化而变化，若外加电压保持恒定不变，则不能保证抵消腐蚀电流，不利于提高对钢闸门的防护效果，A错误； B．Ba(OH)2·8H2O与NH4Cl的反应是吸热反应，反应物能量低于生成物，图像符合能量变化规律，B正确； C．图中A→B过程吸收的能量；B→C过程过程放出能量，根据盖斯定律，总反应的焓变等于分步反应焓变的加和，则，由于总反应为放热反应，，则A与C的能量差为：，C正确； D．铜银原电池中，Cu（负极）反应：，质量减少，Ag（正极）反应：，质量增加，两极质量差为，D正确； 故答案选A。 6．我国某科研团队研制出一种液流电池，该电池的电解液流经玻璃空腔作为窗户，在充电和放电的同时调节窗户的颜色，从而使室内降温，以减少空调的使用，降低排放。充电时的工作原理如图所示。螯合剂邻二氮菲(phen，结构为)与、可分别形成(橙红色)、(淡蓝色)。已知：红光的热效应比蓝光的高。下列说法错误的是 A．放电后自然光透过窗户，室内温度升高不明显，可以减少空调的制冷作用 B．充电时，右侧电解液中离子浓度增大 C．充电时，电流方向：电源正极→N电极→电解质溶液→M电极→电源负极 D．放电过程中，当有2 mol电子转移时，负极区电解质溶液质量增加71 g 【答案】A 【解析】A．根据图示，充电时，N电极为阳极、M电极为阴极，则放电时，正极（N电极）发生还原反应：[Fe(phen)3]3++e-=[Fe(phen)3]2+，电解液中[Fe(phen)3]2+（橙红色）增多，橙红色对应红光，红光的热效应比蓝光的高，自然光透过窗户后室内温度升高明显，需空调制冷，A错误； B．充电时N电极为阳极，右侧电极反应为[Fe(phen)3]2+-e-=[Fe(phen)3]3+，右侧（阳极区）正电荷增多，通过氯离子交换膜移入右侧，离子总浓度增大，B正确； C．充电时N为阳极（接电源正极），M为阴极（接电源负极），电流方向为电源正极→N电极→电解质溶液（离子定向移动）→M电极→电源负极，C正确； D．放电时负极为M电极，负极反应为BTMAP-Vi+-e-=BTMAP-Vi2+，每转移1 mol 电子，1 mol 移入负极区，2 mol电子转移时移入2 mol ，质量增加，D正确； 故答案选A。 7．低品位热（温度低于150 ℃）是一种丰富且广泛存在的可持续能源，一种新型的37 ℃热富集铂电极电池如图所示。利用从热区至冷区的pH梯度驱动对苯醌和对苯二酚的转换：。下列说法错误的是 A．左侧电极为冷端电极 B．工作中热端电极的电极反应式为-2e-=+2H+ C．工作中无需补充对苯醌或对苯二酚 D．该电池可反复充放电使用 【答案】D 【分析】读图，聚合物（含多个羧基）向左侧电极移动时，遇冷膨胀，释放出H+，对苯醌在左侧电极得到电子，并结合H+，转化为对苯二酚；聚合物（含多个羧酸根）向右侧电极移动时，遇热收缩，重新结合H+，对苯二酚在右侧电极失去电子，并释放H+，转化为对苯醌。 【解析】A．聚合物（含多个羧基）向左侧电极移动时，遇冷膨胀，释放出H+，可见左侧电极为冷端电极，A正确； B．右侧电极为热端电极，对苯二酚在右侧电极失去电子，并释放H+，转化为对苯醌，电极反应式是-2e-=+2H+，B正确； C．左侧电极的电极反应式是+2H++2e-=，右侧电极的电极反应式是-2e-=+2H+，两者相加完全抵消，可见电池整体上并不消耗对苯醌或对苯二酚，无需补充，C正确； D．该电池实质是将热能（低品位热）转化为电能，随着热区和冷区的温差消失（热传递），电池将无法工作，是一次电池，无法充电，D错误； 故选D。 8．某理论研究认为：燃料电池（图b）的电极I和Ⅱ上所发生反应的催化机理示意图分别如图a和图c，其中获得第一个电子的过程最慢。由此可知，理论上说肯定错误的是 A．正极反应的催化剂是i B．图a中，i到ii过程的活化能一定最高 C．燃料电池工作过程中，两极区溶液均保持不变 D．电池工作过程中，当转移，正极室的溶液质量增加 【答案】C 【分析】由题干可知，该装置为燃料电池，由图a可知，电极Ⅰ上被还原为，为正极，电极反应为：，由图b可知，电极Ⅱ上被氧化为，为负极，电极反应为：。 【解析】A．燃料电池中，正极发生还原反应（得电子），图a为电极I的机理，涉及的还原过程。催化剂在反应前后不变，图a中i参与反应循环且最终再生，故i是正极反应的催化剂，A正确； B．已知获得第一个电子的过程最慢（决速步），活化能越高反应越慢。图a中i→ii为结合H⁺和第一个电子生成中间产物的过程，即得第一个电子的步骤，故该过程活化能最高，B正确； C．负极（图c）反应为，为保持电中性，H⁺通过质子交换膜移向正极，负极区H⁺浓度可能不变；正极反应为，生成使溶液体积增大，H⁺浓度降低，pH增大，两极区pH并非均不变，C错误； D．当转移时，正极消耗（质量），同时有（质量）从负极迁移进入正极室参与反应，因此正极室溶液质量增加量为进入物质的总质量，即，D正确； 综上所诉，答案选C。 9．水系铵根离子可充电电池具有成本低、安全、无污染等优点，其中电极含V、C、N元素，电解质溶液中主要存在团簇离子，放电时的工作原理如图所示。下列说法错误的是 A．放电时，电极电势： B．充电时，向极方向移动 C．放电时，Y极的电极反应式为 D．充电时，电解质溶液中每增加极质量减少 【答案】D 【分析】电池以为正极材料，因此Y为正极，放电时锰元素化合价升高，失去电子，X为负极，据此作答。 【解析】A．放电时，X为负极，Y为正极，Y电势高，故A正确； B．充电时，X为阴极，Y为阳极，阳离子向阴极移动，故B正确； C．放电时，Y为正极，发生还原反应，Y极的电极反应式为，故C正确； D．充电时，X电极为阴极，Y电极为阳极，发生的反应为，增加了1mol时，转移的电子为2mol，根据电荷守恒可知，阴极转移的电子也是2mol，MnO2得电子生成Na0.6MnO2，可知得到2mol Na+，则X极质量增加46g，故D错误； 故答案为D。 10．我国某研究团队近期研发了以双极膜(该膜可将水解离成H+和并定向通过)为交换膜的酸碱隔离电解液新型可充电锌锰干电池，工作原理如图所示。下列说法正确的是 A．放电时，Zn电极电势比MnO2极电势高 B．放电时，双极膜中阴、阳离子分别向左、右移动 C．放电时，正极电极反应式为 D．充电时，当电路中转移0.2mol电子，电解质溶液1质量减少6.5g 【答案】B 【分析】如图，放电时为原电池，Zn电极为负极，失去电子，发生氧化反应，电极反应式为：，MnO2为正极，得到电子，发生还原反应，电极反应式为：；充电时为电解池，Zn电极为阴极，得到电子，发生还原反应，电极反应式为：，MnO2电极为阳极，失去电子，发生氧化反应，电极反应式为，据此回答。 【解析】A．放电时为原电池，Zn电极为负极，为正极，原电池中负极电势比正极低，故Zn电极电势比极电势低，A错误； B．放电时为原电池，双极膜解离出H⁺（阳离子）和OH⁻（阴离子），原电池内电路中，阳离子移向正极（右），阴离子移向负极（左），即阴离子OH⁻向左移动，阳离子H⁺向右移动，B正确； C．由分析知，放电时，正极电极反应式为：，C错误； D．充电时阴极反应为，转移0.2mol电子生成0.1mol Zn（6.5g，沉积于电极），同时生成0.4mol 。但充电时双极膜中H⁺移向阴极，与反应生成水，溶液质量变化不仅涉及离子转化，还包括水的生成，实际减少量不等于6.5g，D错误； 故选B。 11．与通过电催化反应生成，可能的反应机理如图所示(图中吸附在催化剂表面的物种用“*”标注)。下列说法错误的是 A．催化剂参与可降低该反应的活化能 B．过程Ⅱ和过程Ⅲ都有极性共价键形成 C．过程Ⅱ中发生的反应方程式为： D．每有5.6L(标准状况)参与反应，需电路中提供4mol电子 【答案】C 【解析】A．催化剂通过参与化学反应而改变反应路径，与反应物形成能量较低的中间产物，从而降低反应的活化能，故A正确； B．过程Ⅱ涉及转化为含NH2，形成N-H极性键；过程Ⅲ为*CO与*NH2结合形成C-N极性键，过程Ⅱ和过程Ⅲ都有极性共价键形成，故B正确； C．由图可知，过程Ⅱ中*得到电子生成NH2，该过程中H+为反应物，根据得失电子守恒和电荷守恒配平反应方程式为：，故C错误； D．CO2中C为+4价，CO(NH2)2中C仍为+4价(O=C(NH2)2，O为-2，N为-3，H为+1，C为+4)；2个中N从+5→-3，共得16e-，结合H+生成H2O，离子方程式为：，5.6L(标准状况)的物质的量为=0.25mol，需电路中提供0.25mol×16=4mol电子，故D正确； 故选：C。 12．下列离子方程式或电极反应式正确的是 A．金属 Na与CuCl2溶液反应： B．以铝为电极，电解NaOH溶液，阳极反应式： C．食盐的氨水溶液中通入过量的二氧化碳，有白色固体产生： D．向硫氰化铁溶液中加入铁粉使其颜色变浅： 【答案】B 【解析】A．金属钠与CuCl₂溶液反应时，钠会先与水反应生成NaOH和H2，NaOH继续与CuCl2溶液反应生成氢氧化铜沉淀和氯化钠，离子方程式为：，A错误； B．以铝为电极，电解NaOH溶液时，铝电极为阳极，电极反应式应为：Al+4OH--3e-= [Al(OH)4]-，B正确； C．食盐的氨水溶液中通入过量CO2生成NaHCO3和NH4Cl，离子方程式为：，C错误； D．硫氰化铁溶液中存在平衡：，向硫氰化铁溶液中加入铁粉，Fe3+与Fe反应生成Fe2+，平衡：正向移动，颜色变浅，离子方程式为：，D错误； 故选B。 13．电催化硝酸盐还原合成氨装置如图。电解时先吸附到催化剂表面放电产生。控制其它条件不变，产率和法拉第效率()随变化如图。已知，表示电解生成还原产物转移电子物质的量，，。下列说法不正确的是 A．生成的电极反应式为 B．若时，电解总电量，生成的物质的量约为 C．时，电解过程中的%为，阴极还原产物主要为、、 D．从5变化到3时，的产率逐渐减小，是因为析氢反应速率增大阻碍的吸附 【答案】A 【分析】由装置图可知，Pt电极连接电源正极，为阳极，发生的反应为：；催化剂电极连接电源负极，为阴极，发生的反应为：；质子交换膜将允许通过，同时，溶液中的也可能在阴极生成；电解液含硝酸根和硫酸根，通入Ar是为了排除氧气的干扰。 【解析】A．由题意可知，在催化剂表面放电产生，发生还原反应，电极反应式为：，A错误； B．FE%=50%时，，，生成1 mol 需8 mol e-，则，B正确； C．pH=1时，溶液呈酸性，除了得电子生成外，也可能得电子生成，所以阴极还原产物主要为、、，C正确； D．pH从5→3（酸性增强），H+浓度增大，析氢反应（）速率加快，占据催化剂活性位点，阻碍吸附，导致产率减小，D正确； 故选A。 14．以相同浓度的为电解液的热再生乙腈电池，在光电条件下，可实现烃的偶联反应，向甲池左侧加入乙腈后，装置开始工作。已知：、分别代表烷基和芳香基，X代表卤素原子；；乙池中部分产物未标出。下列说法错误的是 A．电极b连接电极c B．a电极反应式为 C．乙池反应每生成1mol非极性键，b极质量增加64g D．甲池隔膜为阴离子交换膜 【答案】C 【分析】由图，甲池中a电极上铜失去电子被氧化发生反应：，然后铜离子转化为：，总反应为：，a为负极，b为正极铜离子得到电子被还原：；乙池中c电极发生氧化反应：，c为阳极，则d为阴极； 【解析】A．电源正极连接电解池阳极，则电极b连接电极c，A正确； B．由分析，a电极总反应式为，B正确； C．由图，乙池中生成ArR过程中形成1个碳碳非极性键时存在1电子转移，则乙池反应每生成1mol非极性键，转移1mol电子，b极生成0.5mol铜单质，质量增加32g，C错误； D．结合分析，甲池中右侧硫酸根离子移向左侧负极，则隔膜为阴离子交换膜，D正确； 故选C。 15．利用电解原理吸收并实现的脱除，装置如图所示。是弱酸，忽略与水的反应。下列说法错误的是 A．极为负极 B．隔膜为质子交换膜 C．阴极电极反应式： D．在相同条件下，吸收和的体积比为 【答案】D 【分析】根据图示，左边反应室经反应后生成H2S2O4，S元素的化合价降低，电源a是负极，b是正极，电解池中，硫酸的浓度增大，H+应该向左边移动，所以离子交换膜应该是阳离子交换膜 【解析】A．根据分析，电源a是负极，b是正极，A正确； B．右边阳极室发生反应，硫酸的浓度增大，H+应该向左边移动，所以离子交换膜应该是阳离子交换膜，B正确； C．阴极得电子，经反应后生成H2S2O4，电极反应式：，C正确； D．S元素由+4升高到+6，失2个电子，N元素由+2降低到0价，得到2个电子，根据得失电子守恒，在相同条件下，吸收和的体积比为，D错误； 故选D。 16．我国科学家设计了一套电化学装置，能够同时实现苯酚的无害化处理和电催化合成，其工作原理如图。下列说法错误的是 A．膜Ⅰ为阳离子交换膜 B．电子由d经外电路移动到a C．c极的电极反应为 D． b极区每消耗1mol苯酚，可合成7mol 【答案】C 【分析】左侧具有氧化性，苯酚具有还原性，有自发的氧化还原反应，所以左侧装置是原电池，右侧装置是电解池，a极发生电极反应：，得电子，发生还原反应，所以a为正极，b极苯酚被氧化为CO2，发生氧化反应，b是负极，c是阴极，d是阳极。 【解析】A．a极发生电极反应：，得电子，发生还原反应，a为正极，为维持溶液电中性，阳离子要透过膜Ⅰ向阴极区移动，所以膜Ⅰ为阳离子交换膜，A正确； B．a是正极，b是负极；d是阳极，c是阴极；电子在外电路中从阳极流向正极，即由阳极d经外电路移动到正极a，B正确； C．c极的电极反应为，C错误； D．b极区每消耗1mol苯酚，根据化学方程式转移28mol电子，d极的电极反应为，转移28mol电子时，可合成7mol，D正确； 故选C。 17．一种从铜阳极泥(含有Au、、等)中分离回收Au和Ag的工艺流程如下： 已知：①当某离子的浓度低于时，可忽略该离子的存在； ②  。 下列说法错误的是 A．“氧化酸浸”时加入适量NaCl的目的是使银元素转化为AgCl沉淀 B．“除金”时溶液中浓度不小于 C．“电沉积”完成后阴极区溶液中可循环利用的物质为 D．“还原”中生成的、Au物质的量之比为 【答案】B 【分析】铜阳极泥含有Au、Ag2Se、Cu2Se等，加入H2O2、H2SO4、NaCl氧化酸浸，由题中信息可知，滤液1中含有Cu2+和H2SeO3，滤渣1中含有Au、AgCl；滤渣1中加入NaClO3、H2SO4、NaCl将Au转化为Na[AuCl4]，滤液2中含有Na[AuCl4]，滤渣2中含有AgCl；在滤渣2中加入Na2S2O3将AgCl转化为[Ag(S2O3)2]3-；[Ag(S2O3)2]3-“电沉积”生成Ag；用N2H4还原Na[AuCl4]生成Au和N2。 【解析】A．铜阳极泥含有Au、Ag2Se、Cu2Se等，加入H2O2、H2SO4、NaCl氧化酸浸，由题中信息可知，滤液1中含有Cu2+和H2SeO3，滤渣1中含有Au、AgCl，可知“氧化酸浸”时加入适量NaCl的目的是使银元素转化为AgCl沉淀，故A正确； B．在“除金”工序溶液中，Cl-浓度过大，AgCl会转化为[AgCl2]-，当某离子的浓度低于时，可忽略该离子的存在，为不让AgCl发生转化，令[AgCl2]-= ，根据   ， ，所以“除金”时溶液中浓度不能大于，故B错误； C．“电沉积”阴极[Ag(S2O3)2]3-得电子生成Ag和，完成后阴极区溶液中可循环利用的物质为，故C正确； D． “还原”中N2H4还原Na[AuCl4]生成Au和N2，Au由+3价降低为0、N元素由-2价升高为0，根据得失电子守恒，生成的、Au物质的量之比为，故D正确； 选B。 18．在直流电源作用下，利用双极膜电解池产生羟基自由基()处理含苯酚废水、含甲醛废水，原理如图(已知双极膜中的解离为和)。下列说法错误的是 A．双极膜中的透过膜b向M极移动 B．电解池总反应为： C．处理等物质的量的甲醛和苯酚理论上消耗物质的量之比为1：7 D．每处理9.4g苯酚，理论上消耗标况下氧气的体积为15.68L 【答案】D 【分析】M电极：O2+2e-+2H+=2·OH，N电极：H2O-e-=·OH+H+，总反应为，·OH氧化苯酚和甲醛为CO2，据此解答： 【解析】A．M电极消耗H+，N电极产生H+，H+由N极向M极移动，故A正确； B．据分析，电解池总反应为，故B正确； C．每1mol苯酚转化为CO2，转移电子为28mol，需要28mol·OH，每1mol甲醛转化为CO2，转移电子为4mol，需要4mol·OH，处理等物质的量的甲醛和苯酚理论上消耗·OH物质的量之比为28：4=7：1，故C正确； D．每1mol苯酚转化为CO2，转移电子为28mol，需要28mol·OH，则每处理9.4g苯酚(即0.1mol)，需要2.8mol·OH，消耗1.4mol氧气，氧气体积为1.4mol×22.4L/mol=31.36L，故D错误； 故答案为D。 19．我国科学家在光电催化—化学耦合烟气脱硫并实现CO2的资源化利用与电能储存的研究中取得重大突破，其工作原理如图所示。下列说法正确的是 A．电极a的电极反应式： B．装置A食盐水中质量分数：x%＜y% C．离子交换膜N为阴离子交换膜 D．每吸收1molSO2，理论上装置B的总质量增加62g 【答案】D 【分析】装置B中，d极2Fe2+-2e-=2Fe3+，作原电池的负极；c极2H++2e-=H2↑，作原电池的正极，则装置B为原电池。装置A为电解池，a极与电源的负极相连，作电解池的阴极，在该电极，CO2得电子产物与电解质反应生成CO和，电极反应式为3CO2+2e-+H2O=CO+2；b极与电源正极相连，为电解池的阳极，食盐水中的Cl-失电子生成Cl2，电极反应式为2Cl--2e-=Cl2↑。装置A中，左侧透过离子交换膜M进入中间盛有NaHCO3溶液室，右侧Na+透过离子交换膜N进入中间盛有NaHCO3溶液室，使NaHCO3溶液由稀变浓，食盐水由浓变稀；离子交换膜M为阴膜，离子交换膜N为阳膜。 【解析】A．由分析可知，电极a为阴极，CO2得电子产物与电解质反应生成CO和，电极反应式：3CO2+2e-+H2O=CO+2，A不正确； B．装置A中，食盐水中Cl-失电子生成Cl2从溶液中逸出，Na+透过阳离子交换膜N进入中间NaHCO3溶液室，从而使NaCl溶液由浓变稀，所以NaCl质量分数：x%＞y%，B不正确； C．由分析可知，Na+能透过离子交换膜N，所以离子交换膜N为阳离子交换膜，C不正确； D．在装置B内，SO2-2e-+2H2O=+4H+，在c极2H++2e-=H2↑，每吸收1molSO2，同时生成1molH2，则理论上装置B的总质量增加1mol×64g/mol-1mol×2g/mol=62g，D正确； 故选D。 20．我国科学家利用和NiOOH的协同作用实现了和电催化合成，反应装置及催化机理如图所示。下列说法错误的是 A．b为电源正极 B．工作一段时间后e极附近pH减小 C．和均发生氧化反应 D．理论上每生成1mol的C气体，e上有2mol的被氧化 【答案】D 【分析】由图可知，在该电催化合成装置中，CH3OH和(CH3)2NH在e电极发生反应生成HCON(CN3)2，发生氧化反应，所以e为阳极，d极为阴极； 【解析】A．由分析知，e为阳极，与阳极相连的b为电源正极，A正确； B．e极发生的反应为，工作一段时间后，e极附近氢离子浓度增大，pH减小，B正确； C．从催化机理图可知，CH3OH转化为·CHO，C元素化合价升高，(CH3)2NH转化为·N(CH3)2，N元素化合价升高，因此CH3OH和(CH3)2NH均发生氧化反应，C正确； D．由A分析可知，d极为阴极，e极为阳极，阴极反应为：，H2即为题中的C气体，阳极反应为：，根据得失电子守恒，理论上生成1 mol H2，转移2 mol 电子，阳极上有0.5 mol的(CH3)2NH被氧化，D错误； 故答案选D。 21．电化学处理CO2将其转化为其他化学产品，是一种减缓温室效应并综合利用CO2的好方法。回答下列问题： Ⅰ．原电池法：通过“溶解”水中的二氧化碳，以触发电化学反应，有效减少碳的排放，其工作原理如图1所示。 （1）原电池工作时，a极为 极(填“正”或“负”)，b极区的电极反应式为 。 （2）原电池工作时，电子经导线由 (填“a→b”或“b→a”)，b极区析出少量固体为 (填化学式)。 Ⅱ．电解法：电解还原CO2的方法如图2所示，其中电解质溶液为稀硫酸，电极均为惰性电极。 （3）若CO2还原产物为CH4，则阴极的电极反应式为 。 （4）电解池工作时，H⁺通过阳离子膜移向 极(填“m”或“n”)。 （5）若阴极还原产物只有C2H4，当阳极区溶液质量减少36 g时，产生C2H4的物质的量为 。 【答案】（1）负 （2）a→b NaHCO3 （3）8H++CO2+8e-=CH4+2H2O （4）n （5）mol 【解析】（1）根据b极产生水得电子生成H2，可得b极为正极，a极为负极，b极发生的反应为； （2）电子由负极流向正极，故为a→b，b极生成碳酸氢根，故b极析出NaHCO3固体； （3）电解装置中电极m生成氧气，故为阳极，n为阴极。CO2还原生成CH4的电极反应式为8H++CO2+8e-=CH4+2H2O； （4）电解池中阳离子流向向阴极移动，n极为阴极，故H+移向n极。 （5）阳极反应为2H2O-4e- = O2↑+4H+，阳极区减少的质量为生成O2的质量与迁移出H+的质量之和。设转移电子为4xmol，则x×32 +4x = 36，解得x=1，转移电子为4mol。阴极生成C2H4的反应为2CO2 +12e- + 12H+ = C2H4+4H2O，转移4mol电子时，生成C2H4的物质的量= mol=mol。 22．电解原理在工业生产中应用广泛，利用电解池可以生产化工品和处理环境污染物等。 （1）“绿色零碳”氢能前景广阔。为解决传统电解水制“绿氢”阳极电势高、反应速率缓慢的问题，科技工作者设计耦合HCHO高效制H2的方法，装置如图所示。 部分反应机理为：。 ①阳极的电极反应式为 。 ②相同电量下，理论上H2的产量是传统电解水的 倍。 （2）我国科学家设计了一种双位点PbCu电催化剂，用H2C2O4和NH2OH电化学催化合成甘氨酸，原理如图，双极膜中H2O解离的H+和OH-在电场作用下向两极迁移。已知在KOH溶液中，甲醛转化为HOCH2O-，存在平衡：；Cu电极上发生的电子转移反应为。 ①PbCu电极与电源的 (填“正极”或“负极”)相连。 ②理论上生成1molH3N+CH2COOH时，则双极膜中解离水的质量为 g。 （3）研究CO2的综合利用、实现CO2资源化是能源领域的重要发展方向。生物电催化技术运用微生物电解池实现了CO2甲烷化，其工作原理如图所示。 ①微生物电解池实现CO2甲烷化的阴极的电极反应式为 。 ②如果处理有机物产生标准状况下112m3的CH4，则理论上导线中通过的电子的物质的量为 。 【答案】（1） 2 （2）负极 108 （3） 4×104mol 【解析】（1） ①据图示可知，b电极上HCHO转化为HCOO-，而HCHO转化为HCOO-为氧化反应，所以b电极为阳极，a电极为阴极，HCHO为阳极反应物，由反应机理可知，反应生成的转化为HCOOH，由原子守恒和电荷守恒可知，在生成HCOOH的同时还生成了H+，生成的HCOOH再与氢氧化钾酸碱中和，故阳极反应涉及两步：ⅰHCHO+OH-_e-=HCOOH+H2↑，ⅱ HCOOH+OH-=HCOO-+H2O，由(ⅰ+ⅱ)×2得阳极反应为：2HCHO-2e-+4OH-=2HCOO-+2H2O+H2↑； ②阳极反应：ⅰHCHO+OH-_e-=HCOOH+H2↑，ⅱ HCOOH+OH-=HCOO-+H2O，阴极反应：2H2O+2e-=H2↑+2OH-，即转移2mol电子时，阴、阳两极各生成1molH2，共2molH2，而传统电解水：2H2O2H2↑+O2↑，转移2mol电子，只有阴极生成1molH2，所以相同电量下，理论上H2的产量是传统电解水的2倍 （2）①Cu电极上发生的电子转移反应为，结合成H2，故Cu电极为阳极，则PbCu电极为阴极，与电源负极相连； ②阴极区：首先HOOC-COOH在Pb上发生得电子的还原反应转化为OHC-COOH：H2C2O4+2e-+2H+=OHC-COOH+H2O，OHC-COOH与HO-N+H3反应生成HOOC-CH=N-OH；OHC-COOH+HO-N+H3=HOOC-CH=N-OH+H2O+H+，HOOC-CH=N-OH发生得电子的还原反应转化成H3N+CH2COOH：HOOC-CH=N-OH+4e-+5H+=H3N+CH2COOH+H2O，阴极区的总反应为H2C2O4+HO-NH2+6e-+6H+=H3N+CH2COOH+3H2O，1molH2O解离成1molH+和1molOH-，故理论上生成1molH3N+CH2COOH，则双极膜中有6molH2O解离，6molH2O的质量为108g； （3）由题图可知，阴极上，CO2发生还原反应转化为甲烷，根据得失电子守恒和电荷守恒得电极反应式为CO2+8H++8e-=CH4+2H2O； 标准状况下，112m3的甲烷的物质的量为=5000mol，由电极反应式CO2+8H++8e-=CH4+2H2O可知转移的电子的物质的量为5000mol×8=4×104mol。 23．电化学原理在降低碳排放、实现碳中和目标中有广泛应用。回答下列问题： （1）我国科技工作者设计了工作原理如图1所示的可充电电池，以为电解质，电解液中加入1，3-丙二胺(PDA)以捕获，放电时还原为。 ①充电时电极应接电源的 极(填“正”或“负”)，当电路中有电子通过时，通过阳离子交换膜离子的情况(包含物质的量、种类、移动方向)为 。 ②放电时多孔碳纳米管电极上的电极反应式为 。 （2）在稀硫酸中利用电催化可将转化为多种有机物，其原理如图2所示： ①a极是电源的 极(填“正”或“负”)，交换膜X最好是 (填“阳”或“阴”)离子交换膜；若将Pt电极换为Cu电极，其后果是 。 ②写出充电时生成的电极反应式： ；电解时电解质溶液中的数量 (填“基本不变”、“明显变大”或“明显变小”)。 【答案】（1）负 有自右向左通过阳离子交换膜 （2）正 阳 左端铜电极会被腐蚀直至消失 基本不变 【解析】（1）①放电时转化为，碳元素化合价由+4价降低为+3价，发生还原反应，所以多孔碳纳米管电极为正极、电极为负极，则充电时多孔碳纳米管电极为阳极、电极为阴极。充电时原电池的负极与电源的负极相连，会转化为，故电池中从右向左移动，电路中转移的电子所带电量与通过阳离子交换膜的所带电量相等，因此透过膜的物质的量为； ②由工作原理图可知，在多孔碳纳米管电极上得电子转化为，故有参与电极反应，相应电极反应式为。 （2）①转化为有机物时碳元素化合价降低，因此发生了还原反应，是阴极，极是阳极，是电源的正极；转化为有机物时，需要氢元素，阳极上水失去电子得到、，因此需要通过膜进入阴极区，因此交换膜最好是阳离子交换膜；若将电极换为电极，则该电极会失去电子，导致该电极被腐蚀，直至消失； ②充电时阴极的电极反应式为、、，阳极电极反应式为，由两个电极反应式可知，放电过程中溶液中的数量基本不变。 24．完成下列问题。 （1）海水中有丰富的食盐资源，工业上以粗食盐水(含少量Ca2+、Mg2+杂质)、氨、石灰石等为原料，可以制备Na2CO3流程如图，请回答： ①粗盐精制过程中加入的沉淀剂是石灰乳和纯碱，应先加 。 ②上述流程中循环使用的物质有 。 ③图中制得的饱和食盐水还可用于氯碱工业，NaCl溶液的电解产物可用于生产盐酸、漂白粉、氢氧化钠等产品。工业上电解饱和食盐水的离子方程式为 。 ④氨气可用电解法合成，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。电解法合成氨的两种原理及装置如下图1和图2所示。图2中，d电极上的电极反应式为 。 （2）我国科学家研发出利用太阳能从海水中提取金属锂的技术，提取原理如图3所示： ①阳极能产生两种气体单质，电极反应式是2Cl－−2e－=Cl2↑和 。 ②某种锂离子二次电池的总反应为：FePO4(s)+Li(s)LiFePO4(s)，装置如图所示(a极材料为金属锂和石墨的复合材料)。下列说法错误的有 。 A．图中e－及Li+移动方向说明该电池处于放电状态 B．该电池可选择含Li+的水溶液做离子导体 C．充电时a极连接外接电源的正极 D．充电时，b极电极反应式为：LiFePO4－e－=Li++FePO4 【答案】（1）石灰乳 NH3、CO2 2Cl－+2H2O2OH－+H2↑+Cl2↑ N2+2H2O+6e－=2NH3+3O2− （2）2H2O−4e－=O2↑+4H+(或4OH－−4e－=2H2O+O2↑) BC 【分析】以粗食盐水(含少量Ca2+、Mg2+杂质)、氨、石灰石等为原料，制备Na2CO3流程:钙离子会与碳酸根离子生成沉淀，镁离子会与氢氧根离子生成沉淀；先加石灰乳，再加Na2CO3溶液，过滤，滤渣为Mg (OH)2、CaCO3，滤液加入盐酸调pH，精盐水蒸发浓缩，饱和食盐水中先通入氨气而成氨盐水，碳酸钙煅烧生成二氧化碳，通入二氧化碳生成溶解度较小的碳酸氢钠沉淀和氯化铰溶液。其化学反应原理是: NH3+CO2+H2O+NaCl (饱和) =NaHCO3↓+ NH4C1，碳酸氢钠受热分解2NaHCO3 Na2CO3+CO2↑+H2O，生成的二氧化碳循环使用，碳酸氢钠受热分解制得Na2CO3。 【解析】（1）①粗盐中含有钙离子和镁离子，要除去需要加入石灰乳和碳酸钠，因为一般加入试剂均过量，所以应先加入石灰乳，过量的钙离子用碳酸钠除去； ②向分离出NaHCO3晶体后的母液中加入过量生石灰，发生的反应有H2O+CaO=Ca (OH)2、Ca(OH)2+2NH4Cl2NH3↑+2H2O+CaCl2，最终产物为氯化钙、氨气，其中氨气可再利用；碳酸氢钠受热分解2NaHCO3Na2CO3+CO2↑+H2O，生成的二氧化碳循环使用，综合可知，上述流程中循环使用的物质有NH3、CO2； ③电解饱和食盐水的离子方程式为：2Cl－+2H2O2OH－+H2↑+Cl2↑； ④根据图2可知，d电极连接的是电源的负极，因此为电解池的阴极，氮气得电子生成氨气，可知d电极的电极方程式为：N2+2H2O+6e-=2NH3+3O2-。 （2）①从图分析，阳极上是溶液中的阴离子失去电子，有氯离子失去电子生成氯气，氢氧根离子失去电子生成氧气，电极反应为：2H2O−4e－=O2↑+4H+(或4OH－−4e－=2H2O+O2↑)； ②A.由图中e及Li+移动方向，则发生Li-e－=Li+，所以该电池处于原电池放电状态，故A正确； B.a极为Li易与水发生反应，所以该电池中a极不能接触水溶液，故B错误； C.放电时，负极反应式为Li-e-=Li+，则a为负极，所以充电时a极连接外接电源的负极,故C错误； D.放电时，b极反应式为FePO4+Li++e-=LiFePO4,则充电过程中，b极电极反应式为：LiFePO4-e-=Li++FePO4，故D正确； 故选BC。 25．砷酸钠（）可用于可逆电池，其反应原理为。以砷酸钠可逆电池为电源，用苯酚制环己酮和对苯醌的工作原理如图所示。 回答下列问题： （1）探究pH对氧化性的影响，测得输出电流与pH的关系如图2所示。a点时，甲池发生 反应，盐桥中 （填“向左”“向右”或“不”）移动，c点时，乙池中电极反应为 。 （2）丙池中，催化电极p为 极（填“阴”或“阳”），电极反应式为 。 （3）当电路中转移1 mol电子时，丙池理论上消耗苯酚的总物质的量为 。 【答案】（1）氧化 向右 （2）阳 =+ （3）0.5 mol 【解析】（1）由电流图可知，a点时，石墨电极n为正极，石墨电极m为负极，故甲池发生氧化反应；盐桥中向正极移动，即向右移动；c点时，石墨电极n为负极，发生氧化反应，电极反应式为； （2） 的分子式为C6H6O、的分子式为C6H4O2，故转化成为氧化反应，故催化电极p为阳极；电极反应式为 =+； （3） 电池的正极反应为++，电池总反应为2++，该反应转移4mol消耗掉2mol苯酚，故当电路中转移1 mol电子时，丙池理论上消耗苯酚的总物质的量为0.5mol。 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！ 7 / 20 学科网(北京)股份有限公司 学科网(北京)股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 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