热点6 电化学及其应用- 高考化学专练【热点·重点·难点】

热点6  电化学及其应用

【命题规律】

本专题考点为高考必考点。主要考查原电池、电解池的原理以及应用。题型主要为选择题，难度较大。主要考查学生的变化观念和平衡思想，证据推理和模型认知，科学探究和创新意识，科学态度与社会责任素养。

【备考建议】

2021年高考备考应重点关注新型电池的发展与应用。

【限时检测】（建议用时：30分钟）

1．（2020新课标Ⅰ）科学家近年发明了一种新型Zn−CO2水介质电池。电池示意图如图，电极为金属锌和选择性催化材料，放电时，温室气体CO2被转化为储氢物质甲酸等，为解决环境和能源问题提供了一种新途径。

下列说法错误的是

A．放电时，负极反应为

B．放电时，1 mol CO2转化为HCOOH，转移的电子数为2 mol

C．充电时，电池总反应为

D．充电时，正极溶液中OH−浓度升高

【答案】D

【解析】

由题可知，放电时，CO2转化为HCOOH，即CO2发生还原反应，故放电时右侧电极为正极，左侧电极为负极，Zn发生氧化反应生成；充电时，右侧为阳极，H2O发生氧化反应生成O2，左侧为阴极，发生还原反应生成Zn，以此分析解答。

A．放电时，负极上Zn发生氧化反应，电极反应式为：，故A正确，不选；

B．放电时，CO2转化为HCOOH，C元素化合价降低2，则1molCO2转化为HCOOH时，转移电子数为2mol，故B正确，不选；

C．充电时，阳极上H2O转化为O2，负极上转化为Zn，电池总反应为：，故C正确，不选；

D．充电时，正极即为阳极，电极反应式为：，溶液中H+浓度增大，溶液中c(H+)•c(OH-)=KW，温度不变时，KW不变，因此溶液中OH-浓度降低，故D错误，符合题意；

答案选D。

2．（2020新课标Ⅱ）电致变色器件可智能调控太阳光透过率，从而实现节能。下图是某电致变色器件的示意图。当通电时，Ag+注入到无色WO3薄膜中，生成AgxWO3，器件呈现蓝色，对于该变化过程，下列叙述错误的是

A．Ag为阳极 B．Ag+由银电极向变色层迁移

C．W元素的化合价升高 D．总反应为：WO3+xAg=AgxWO3

【答案】C

【解析】

从题干可知，当通电时，Ag+注入到无色WO3薄膜中，生成AgxWO3器件呈现蓝色，说明通电时，Ag电极有Ag+生成然后经固体电解质进入电致变色层，说明Ag电极为阳极，透明导电层时阴极，故Ag电极上发生氧化反应，电致变色层发生还原反应。

A．通电时，Ag电极有Ag+生成，故Ag电极为阳极，故A项正确；

B．通电时电致变色层变蓝色，说明有Ag+从Ag电极经固体电解质进入电致变色层，故B项正确；

C．过程中，W由WO3的+6价降低到AgxWO3中的+(6-x)价，故C项错误；

D．该电解池中阳极即Ag电极上发生的电极反应为：xAg-xe-= xAg+，而另一极阴极上发生的电极反应为：WO3+xAg++xe- = AgxWO3，故发生的总反应式为：xAg + WO3=AgxWO3，故D项正确；

答案选C。

【点睛】

电解池的试题，重点要弄清楚电解的原理，阴、阳极的判断和阴、阳极上电极反应式的书写，阳极反应式+阴极反应式=总反应式，加的过程中需使得失电子数相等。

3．（2020年山东新高考）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

【解析】

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。

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。

4．（四川省成都市2021届高三第一次诊断性考试）聚乙烯具有广泛用途，可由乙烯为基本原料制备。科学家构想用太阳能电池作电源电解CH4和CO2制得乙烯，原理如图。下列说法错误的是(    )

A．该装置实现了光能→电能→化学能的转化

B．电极A的反应为：2CH4-4e- +2O2-=C2H4+2H2O

C．催化活性电极B可防止产生炭堵塞电极

D．固体电解质将A极产生的O2-传导到B极

【答案】D

【详解】

A．太阳能电池将光能转化为电能，电解池又将电能转化为化学能，故A正确；

B．图中电子由右侧流出，左侧流入，则左侧为电源的负极，右侧为电源的正极，电极A为阳极，CH4失去电子变成C2H4，其电极反应式为，故B正确；

C．催化活性电极B可防止产生炭堵塞电极，因为电极B上CO2得到电子，发生

，还有有副反应：，有炭产生，故C正确；

D．O2-属于阴离子，向阳极移动，即B极产生的O2-传导到A极，故D错误；

故选D。

5．（四川省乐山市2021届高三12月第一次调研）海水中锂资源非常丰富，但是海水中的锂浓度低，很难被提取出来。我国科学家设计了一种太阳能驱动下，利用选择性固体陶瓷膜电解海水提取金属锂的装置(示意图如图)，该装置工作时，下列说法不正确的是

A．工作时，铜箔作阴极

B．催化电极上的电极反应式：2Cl--2e-= Cl2↑

C．选择性固体陶瓷膜允许H2O通过

D．该装置主要涉及的能量变化：太阳能→电能→化学能

【答案】C

【详解】

A．根据图示可知电子流入铜电极，Li+在Cu电极上得到电子被还原为Li单质。在电解池中，电子流入的电极为阴极， 故铜电极为阴极，A正确；

B．在催化电极上，电子流出，发生氧化反应，根据图示可知是海水中的Cl-失去电子被氧化为Cl2，故该电极为阳极，阳极的电极反应式为：2Cl--2e-= Cl2↑，B正确；

C．在固体陶瓷膜上部区域是有机电解质，下部区域为海水，有机物与海水互不相溶，因此该选择性固体陶瓷膜不允许H2O通过，只允许Li+通过，C错误；

D．根据图示可知：太阳能转化为电能，然后利用太阳能电解海水提取金属锂，实现了电能转化为化学能，因此该装置主要涉及的能量变化：太阳能→电能→化学能，D正确；

故合理选项是C。

6．（浙江省金丽衢十二校2021届高三上学期第一次联考）在通电条件下，用如图所示装置由乙二醛制备乙二酸，其制备反应原理为：OHC—CHO+2Cl2+2H2O→HOOC—COOH+4HCl。下列说法正确的是(    )

A．盐酸起提供Cl-和增强溶液导电性的作用

B．该装置将化学能转化为电能

C．a极为负极，Pt1电极反应为：2H2O+2e-=H2↑+2OH-

D．该离子交换膜为阳离子交换膜，理论上每得到1mol乙二酸，将有2molH+从右室迁移到左室

【答案】A

【分析】

根据电解池原理，乙二醛发生氧化反应，Pt2电极为阳极，则a端为负极，Pt1电极发生还原反应，为阴极。

【详解】

A. 盐酸起提供Cl-和增强溶液导电性的作用，A正确；

B. 该装置将电能转化为化学能，B错误；

C. 根据电解池原理，a极为负极，Pt1电极反应为：Cl2+2e-= 2Cl-，C错误；

D. 该离子交换膜为阳离子交换膜，根据反应方程式OHC—CHO+2Cl2+2H2O→HOOC—COOH+4HCl，阳离子与电子移动方向相同，理论上每得到1mol乙二酸，将有4molH+从右室迁移到左室，D错误。

答案为A。

7．（广东省惠州市2021届高三上学期第一次调研）锂－空气电池是一种可充放电池，电池反应为2Li＋O2＝Li2O2，某锂－空气电池的构造原理图如图。下列说法正确的是

A．可选用有机电解液或水性电解液

B．含催化剂的多孔电极为电池的负极

C．放电时负极的电极反应式为Li-e－＝Li+

D．充电时锂电极应连接外接电源的正极

【答案】C

【分析】

在锂－空气电池中，锂失电子作负极，负极反应式为：Li-e-=Li+，以空气中的氧气作为正极反应物，氧气得电子生成Li2O2，正极反应为：O2+2Li++2e－=Li2O2，总反应为：2Li+O2=Li2O2，据此解答。

【详解】

A. 应选用有机电解液，水性电解液会与Li直接反应，故A错误；

B. 含催化剂的多孔电极为电池的正极，故B错误；

C. 放电时负极的电极反应式为Li-e－＝Li+，故C正确；

D. 充电时锂电极应连接外接电源的负极，发生电极反应：Li++e-=Li，故D错误；

故选C。

8．（湖南省永州市2021届高三第一次模拟改编）某污水处理厂利用电解法处理含酚废水并制氢，工作原理如图所示。下列说法正确的是

A．X为电源的正极，a极发生还原反应

B．a极电极反应式为：C6H5OH＋11H2O-28e-=6CO2↑＋28H+

C．产生标准状况下4.48L CO2，则有1.4mol H＋通过质子交换膜

D．电解后将两极区溶液混合，与原废水相比较，溶液的pH保持不变

【答案】B

【分析】

根据电解池原理，苯酚在a极发生氧化反应，生成二氧化碳和氢离子，氢离子穿过质子交换膜在b极发生还原反应，生成氢气，据此回答问题。

【详解】

A. X为电源的正极，b极连电源负极作阴极，发生还原反应，A不正确；

B. a极发生氧化反应，电极反应式为：C6H5OH＋11H2O-28e-=6CO2↑＋28H+，B正确；

C. 产生标准状况下4.48L CO2，即0.2mol二氧化碳，根据a极反应可知有0.93mol H＋通过质子交换膜，C错误；

D. 电解后将两极区溶液混合，与原废水相比较，原废液为苯酚，显弱酸性，电解后液体成电中性，溶液的pH发生改变，D错误。

答案为B。

9．（陕西省汉中市2021届高三第一次模拟）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K1时，H＋通过a膜向Pd电极方向移动

B．闭合K1时，Zn表面的电极反应式为Zn＋4OH--2e- = Zn(OH)

C．闭合K2时，Zn电极与直流电源正极相连

D．闭合K2时，在Pd电极上有CO2生成

【答案】C

【详解】

A．闭合K1时，形成原电池，锌为负极，Pd电极是正极 ，氢离子是阳离子，向正极移动，故A不选；

B．闭合K1时，形成原电池，锌为负极，Zn表面的电极反应式为Zn＋4OH--2e- = Zn(OH) ，符合原电池原理，电荷守恒，原子守恒，故B不选；

C．闭合K2时，形成电解池，Zn电极发生还原反应做阴极，应与直流电源负极相连，C选；

D．闭合K2时，Pd电极是阳极，发生氧化反应， 氧化生成CO2，故D不选；

故选：C。

10．（上海市奉贤区2021届高三一模）工业上使用阳离子隔膜法(仅允许Na+通过)电解饱和食盐水，装置如图所示，则以下说法错误的是( )

A．惰性电极X是阳极，发生氧化反应

B．进料口1需补充高浓度氯化钠溶液

C．出气口a中会导出H2，出气口b中会导出Cl2

D．电解过程离子方程式：2Cl- +2H2O Cl2↑ + H2↑ + 2OH-

【答案】C

【详解】

A．钠离子由离子交换膜左侧向右侧移动，则左侧为阳极区，惰性电极X是阳极，发生氧化反应，A正确；

B． 进料口1需补充高浓度氯化钠溶液，氯离子失电子被氧化转变为氯气，钠离子通过离子交换膜进入阴极区，B正确；

C．左侧为阳极区，惰性电极X是阳极，出气口a中会导出Cl2，右侧为阴极区，惰性电极Y是阴极，出气口b中会导出H2，C不正确；

D． 电解饱和食盐水生成Cl2、 H2和NaOH，离子方程式：2Cl- +2H2O Cl2↑ + H2↑ + 2OH-，D正确；

答案选C。

11．（上海市松江区2021届高三一模）用滴有氯化钠溶液的湿润的滤纸分别做甲、乙两个实验，下列判断正确的是

A．a极上发生还原反应

B．铁片腐蚀速率：乙＞甲

C．d为阴极，发生的反应为：Fe－2e→Fe2＋

D．b极上发生的反应为：O2 + 2H2O + 4e → 4OH-

【答案】D

【详解】

A．甲中发生铁的吸氧腐蚀，铁为原电池的负极，电极反应为Fe-2e-= Fe2＋，a极上发生氧化反应，故A错误；

B．甲中铁为原电池的负极，Fe-2e-= Fe2＋，乙中铁为电解池的阴极，发生反应2H++2e-=H2↑，铁被保护，故B错误；

C．d与直流电源的负极相连为阴极，水电离出的氢离子放电，发生的反应为：2H++2e-=H2↑，故C错误；

D．甲中铁发生吸氧腐蚀，b为正极，正极上的电极反应式为O2 + 2H2O + 4e → 4OH-，故D正确。

故选D。

12．（福建省莆田市2021届高三毕业班第一次质检）一种烷烃催化转化装置如图所示，下列说法正确的是(    )

A．该装置将电能转化为化学能

B．H+向左侧迁移

C．负极的电极反应式为C2H6-2e-=C2H4+2H+

D．每消耗0.1mol C2H6，需要消耗标准状况下的空气2.8L(设空气中氧气的体积分数为20%)

【答案】C

【分析】

根据图像可知，Fe-Co合金发生反应：C2H6-2e-=C2H4+2H+，做电池的负极；正极氧气得电子与氢离子反应生成水。

【详解】

A．该装置为原电池，是将化学能转化为电能的装置，A说法错误；

B．原电池的内电路中，H+向正极移动，即向右侧迁移，B说法错误；

C．分析可知，负极的电极反应式为C2H6-2e-=C2H4+2H+，C说法正确；

D．每消耗0.1mol C2H6，转移0.2mol电子，需要消耗标准状况下的0.05mol氧气，则需空气5.6L(设空气中氧气的体积分数为20%)，D说法错误；

答案为C。

13．（广西北海市2021届高三第一次模拟）一种处理SO2的电化学装置如图所示(已知电极a、b均为石墨烯电极，阳膜只允许H+通过)。下列说法错误的是

A．a是该电池的负极

B．b电极反应式：O2+4e－+4H+=2H2O

C．一段时间后，阳膜左侧硫酸溶液的浓度减小

D．反应过程中，氢离子从阳膜左侧向右侧移动

【答案】C

【详解】

A．左侧是SO2化合价升高生成硫酸，因此a是该电池的负极，故A正确；

B．b电极是正极，氧气得到电子，因此b电极反应式：O2＋4e－＋4H+＝2H2O，故B正确；

C．左侧发生的电极反应式：SO2－2e－＋2H2O＝＋4H+，因此一段时间后，阳膜左侧硫酸溶液的浓度增大，故C错误；

D．原电池中“同性相吸”即反应过程中，氢离子从阳膜左侧向右侧移动，故D正确。

综上所述，答案为C。

14．（福建省漳州市2021届高三毕业班适应性测试）我国科研团队成功研究出高比能量、低成本的钠离子二次电池，其工作原理如图所示。已知电池反应：Na1-xMnO2 + NaxCnNaMnO2 + nC。下列说法错误的是

A．电池放电过程中，NaMnO2/Al上的电势高于石墨烯/Al上的电势

B．电池放电时，正极发生反应Na1-xMnO2 + xNa+ + xe- = NaMnO2

C．电池充电时，外接电源的负极连接NaMnO2/Al电极

D．电池充电时，Na+由NaMnO2/Al电极移向石墨烯/Al电极

【答案】C

【分析】

放电过程总反应式为：Na1-xMnO2+NaxCn=nC+NaMnO2，由图示信息知，负极反应为NaxCn- - xe-=nC+ xNa+、正极反应为Na1-xMnO2 + xNa+ + xe- = NaMnO2，则负极是石墨烯/Al，正极为NaMnO2/Al，则充电时石墨烯/Al发生还原反应为阴极，NaMnO2/Al发生氧化反应为阳极。

【详解】

A． 电池放电过程中，负极是石墨烯/Al，正极为NaMnO2/Al，则NaMnO2/Al上的电势高于石墨烯/Al上的电势，A正确；

B． 电池放电时，正极上钠离子得电子发生还原反应，电极方程式为：Na1-xMnO2 + xNa+ + xe- = NaMnO2，B正确；

C．电池充电时，外接电源的负极连接阴极即石墨烯/Al电解，而外接电源的正极连接阳极即NaMnO2/Al电极，C错误；

D．电池充电时，Na+由阳极移向阴极，即由NaMnO2/Al电极移向石墨烯/Al电极，D正确；

答案选C。

15．（新疆2021届高三上学期第一次联考）化学知识为环境保护提供了有力的专业保障，一种利用电化学原理设计的可监测空气质量的装置如图所示。下列叙述正确的是

A．“对电极”上发生的是还原反应

B．工作过程中，电池液的pH不变

C．“工作电极”上发生的电极反应为

D．放大器接收电信号的强弱与空气中浓度的大小有关

【答案】D

【详解】

A．根据图示，“工作电极”上，N元素化合价降低，发生还原反应，“工作电极”是正极，“对电极”是负极，发生的是氧化反应，故A错误；

B．电解液是硫酸，工作过程中，正极反应式是，消耗氢离子，电池液的pH增大，故B错误；

C．电解液是硫酸， “工作电极”是正极，发生的电极反应为，故C错误；

D．空气中浓度大，反应速率快，电路中的电流强度大，放大器接收电信号的强弱与空气中浓度的大小有关，故D正确；

选D。