2022年高考化学三轮冲刺之回归教材03 电化学练习题

这是一份2022年高考化学三轮冲刺之回归教材03 电化学练习题，共25页。试卷主要包含了电极的判断，电解池的电极反应及其放电顺序，电解的四大类型及规律，十五种新型电池的电极反应式，燃料电池的电极反应式，燃料电池中氧气得电子的思维模型等内容，欢迎下载使用。
高考五星高频考点，2021年全国甲卷第13题、2021年全国乙卷第12题、2020年全国 = 1 \* ROMAN I卷第12题、2020年全国 = 2 \* ROMAN II卷第12题、2020年全国第 = 3 \* ROMAN III卷第12题、2019年全国 = 1 \* ROMAN I卷第12题、2019年全国第 = 3 \* ROMAN III卷第13题。
电化学内容位于《必修1》和《化学反应原理》中。电化学是高考每年必考内容，命制的角度有电极反应式的正误判断与书写，电池反应式的书写，正负极的判断，电池充、放电时离子移动方向的判断，电极附近离子浓度的变化，电解的应用与计算，金属的腐蚀与防护等。同时通过陌生化学电源的装置图，考查学生接受、吸收、整合化学信息的能力，也体现了对“宏观辨识与微观探析”的学科核心素养考查。
1．电极的判断
2．电解池的电极反应及其放电顺序
(1)阳离子在阴极上的放电顺序：Ag＋＞Fe3＋＞Cu2＋＞H＋＞……
(2)阴离子在阳极上的放电顺序：S2－＞I－＞Br－＞Cl－＞OH－＞……
3．电解的四大类型及规律
4．十五种新型电池的电极反应式
5．新型化学电源中电极反应式的书写三步骤
6．燃料电池的电极反应式(以CH3OH为例电极反应式)
7．燃料电池中氧气得电子的思维模型
根据燃料电池的特点，一般在正极上发生还原反应的物质都是O2，O2得到电子后化合价降低，首先变成O2－，O2－能否存在要看电解质环境。由于电解质溶液(酸碱盐)的不同，其电极反应也有所不同，下表为四种不同电解质环境中，氧气得电子后为O2－的存在形式：
1．(2021•全国甲卷)乙醛酸是一种重要的化工中间体，可果用如下图所示的电化学装置合成。图中的双极膜中间层中的H2O解离为H+和OH-，并在直流电场作用下分别问两极迁移。下列说法正确的是( )
A．KBr在上述电化学合成过程中只起电解质的作用
B．阳极上的反应式为：+2H++2e-=+H2O
C．制得2ml乙醛酸，理论上外电路中迁移了1ml电子
D．双极膜中间层中的在外电场作用下向铅电极方向迁移
【答案】D
【解析】该装置通电时，乙二酸被还原为乙醛酸，因此铅电极为电解池阴极，石墨电极为电解池阳极，阳极上Br-被氧化为Br2，Br2将乙二醛氧化为乙醛酸，双极膜中间层的H+在直流电场作用下移向阴极，OH-移向阳极。A项，KBr在上述电化学合成过程中除作电解质外，同时还是电解过程中阳极的反应物，生成的Br2为乙二醛制备乙醛酸的中间产物，故A错误；B项，阳极上为Br-失去电子生成Br2，Br2将乙二醛氧化为乙醛酸，故B错误；C项，电解过程中阴阳极均生成乙醛酸，1ml乙二酸生成1ml乙醛酸转移电子为2ml，1ml乙二醛生成1ml乙醛酸转移电子为2ml，根据转移电子守恒可知每生成1ml乙醛酸转移电子为1ml，因此制得2ml乙醛酸时，理论上外电路中迁移了2ml电子，故C错误；D项，由上述分析可知，双极膜中间层的H+在外电场作用下移向阴极，即H+移向铅电极，故D正确；故选D。
2．(2021•全国乙卷)沿海电厂采用海水为冷却水，但在排水管中生物的附着和滋生会阻碍冷却水排放并降低冷却效率，为解决这一问题，通常在管道口设置一对惰性电极(如图所示)，通入一定的电流。
下列叙述错误的是( )
A．阳极发生将海水中的Cl-氧化生成Cl2的反应
B．管道中可以生成氧化灭杀附着生物的NaClO
C．阴极生成的H2应及时通风稀释安全地排入大气
D．阳极表面形成的Mg(OH)2等积垢需要定期清理
【答案】D
【解析】海水中除了水，还含有大量的Na+、Cl-、Mg2+等，根据题干信息可知，装置的原理是利用惰性电极电解海水，阳极区溶液中的Cl-会优先失电子生成Cl2，阴极区H2O优先得电子生成H2和OH-，结合海水成分及电解产物分析。A项，根据分析可知，阳极区海水中的Cl-会优先失去电子生成Cl2，发生氧化反应，A正确；B项，设置的装置为电解池原理，根据分析知，阳极区生成的Cl2与阴极区生成的OH-在管道中会发生反应生成NaCl、NaClO和H2O，其中NaClO具有强氧化性，可氧化灭杀附着的生物，B正确；C项，因为H2是易燃性气体，所以阳极区生成的H2需及时通风稀释，安全地排入大气，以排除安全隐患，C正确；D项，阴极的电极反应式为：2H2O+2e-=H2↑+2OH-，会使海水中的Mg2+沉淀积垢，所以阴极表面会形成Mg(OH)2等积垢需定期清理，D错误。故选D。
3．(2020•新课标Ⅰ卷)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Zn-2e-+4OH-=Zn(OH)42+
B．放电时，1 ml CO2转化为HCOOH，转移的电子数为2 ml
C．充电时，电池总反应为2Zn(OH)42+=2 Zn+O2↑+4OH-+2H2O
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Zn(OH)42+；充电时，右侧为阳极，H2O发生氧化反应生成O2，左侧为阴极，Zn(OH)42+发生还原反应生成Zn。A项，放电时，负极上Zn发生氧化反应，电极反应式为：Zn-2e-+4OH-=Zn(OH)42+，故A正确，不选；B项，放电时，CO2转化为HCOOH，C元素化合价降低2，则1mlCO2转化为HCOOH时，转移电子数为2ml，故B正确，不选；C项，充电时，阳极上H2O转化为O2，负极上Zn(OH)42+转化为Zn，电池总反应为：2Zn(OH)42+=2 Zn+O2↑+4OH-+2H2O，故C正确，不选；D项，充电时，正极即为阳极，电极反应式为：2H2O-4e-=4H++O2↑，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；故选D。
4．(2020•新课标Ⅱ卷)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项，通电时，Ag电极有Ag+生成，故Ag电极为阳极，故A项正确；B项，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项，过程中，W由WO3的+6价降低到AgxWO3中的+(6-x)价，故C项错误；D项，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；故选C。
5．(2020•新课标Ⅲ卷)一种高性能的碱性硼化钒(VB2)—空气电池如下图所示，其中在VB2电极发生反应：VB2+16OH-－11e－= VO43-+2B(OH)4-+ 4H2O，该电池工作时，下列说法错误的是( )
A．负载通过0.04 ml电子时，有0.224 L(标准状况)O2参与反应
B．正极区溶液的pH降低、负极区溶液的pH升高
C．电池总反应为4VB2+11O2+20OH-+6H2O=8B(OH)4-+4VO43-
D．电流由复合碳电极经负载、VB2电极、KOH溶液回到复合碳电极
【答案】B
【解析】根据图示的电池结构，左侧VB2发生失电子的反应生成VO43-和B(OH)4-，反应的电极方程式如题干所示，右侧空气中的氧气发生得电子的反应生成OH-，反应的电极方程式为O2+4e-+2H2O=4OH-，电池的总反应方程式为4VB2+11O2+20OH-+6H2O=8B(OH)4-+4VO43-。A项，当负极通过0.04ml电子时，正极也通过0.04ml电子，根据正极的电极方程式，通过0.04ml电子消耗0.01ml氧气，在标况下为0.224L，A正确；B项，反应过程中正极生成大量的OH-使正极区pH升高，负极消耗OH-使负极区OH-浓度减小pH降低，B错误；C项，根据分析，电池的总反应为4VB2+11O2+20OH-+6H2O=8B(OH)4-+4VO43-，C正确；D项，电池中，电子由VB2电极经负载流向复合碳电极，电流流向与电子流向相反，则电流流向为复合碳电极→负载→VB2电极→KOH溶液→复合碳电极，D正确；故选B。
6．(2019•新课标Ⅰ卷)利用生物燃料电池原理研究室温下氨的合成，电池工作时MV2+/MV+在电极与酶之间传递电子，示意图如下所示。下列说法错误的是( )
A． 相比现有工业合成氨，该方法条件温和，同时还可提供电能
B． 阴极区，氢化酶作用下发生反应H2+2MV2+=2H++2MV+
C． 正极区，固氮酶催化剂，N2发生还原反应生成NH3
D． 电池工作时质子通过交换膜由负极区向正极区移动
【答案】B
【解析】由生物燃料电池的示意图可知，左室电极为燃料电池的负极，MV+在负极失电子发生氧化反应生成MV2+，电极反应式为MV+—e—= MV2+，放电生成的MV2+在氢化酶的作用下与H2反应生成H+和MV+，反应的方程式为H2+2MV2+=2H++2MV+；右室电极为燃料电池的正极，MV2+在正极得电子发生还原反应生成MV+，电极反应式为MV2++e—= MV+，放电生成的MV+与N2在固氮酶的作用下反应生成NH3和MV2+，反应的方程式为N2+6H++6MV+=6MV2++NH3，电池工作时，氢离子通过交换膜由负极向正极移动。A项，相比现有工业合成氨，该方法选用酶作催化剂，条件温和，同时利用MV+和MV2+的相互转化，化学能转化为电能，故可提供电能，故A正确；B项，左室为负极区，MV+在负极失电子发生氧化反应生成MV2+，电极反应式为MV+—e—= MV2+，放电生成的MV2+在氢化酶的作用下与H2反应生成H+和MV+，反应的方程式为H2+2MV2+=2H++2MV+，故B错误；C项，右室为正极区，MV2+在正极得电子发生还原反应生成MV+，电极反应式为MV2++e—= MV+，放电生成的MV+与N2在固氮酶的作用下反应生成NH3和MV2+，故C正确；D项，电池工作时，氢离子(即质子)通过交换膜由负极向正极移动，故D正确。故选B。
7．(2019•新课标Ⅲ卷)为提升电池循环效率和稳定性，科学家近期利用三维多孔海绵状Zn(3D−Zn)可以高效沉积ZnO的特点，设计了采用强碱性电解质的3D−Zn—NiOOH二次电池，结构如下图所示。电池反应为Zn(s)+2NiOOH(s)+H2O(l)ZnO(s)+2Ni(OH)2(s)。下列说法错误的是( )
A． 三维多孔海绵状Zn具有较高的表面积，所沉积的ZnO分散度高
B． 充电时阳极反应为Ni(OH)2(s)+OH−(aq)−e−=NiOOH(s)+H2O(l)
C． 放电时负极反应为Zn(s)+2OH−(aq)−2e−=ZnO(s)+H2O(l)
D． 放电过程中OH−通过隔膜从负极区移向正极区
【答案】D
【解析】A项，三维多孔海绵状Zn具有较高的表面积，吸附能力强，所沉积的ZnO分散度高，A正确；B项，充电相当于是电解池，阳极发生失去电子的氧化反应，根据总反应式可知阳极是Ni(OH)2失去电子转化为NiOOH，电极反应式为Ni(OH)2(s)＋OH－(aq)－e－＝NiOOH(s)＋H2O(l)，B正确；C项，放电时相当于是原电池，负极发生失去电子的氧化反应，根据总反应式可知负极反应式为Zn(s)＋2OH－(aq)－2e－＝ZnO(s)＋H2O(l)，C正确；D项，原电池中阳离子向正极移动，阴离子向负极移动，则放电过程中OH－通过隔膜从正极区移向负极区，D错误。故选D。
8．(2022·安徽省黄山市高三理科综合测试)我国科学家最近发明了一种Zn—PbO2电池，该电池由a和b两种离子交换膜隔成A、B、C三个区域，电解质分别为KOH、K2SO4和H2SO4，装置如下图。已知放电时，B室中电解质浓度不断增大。下列说法不正确的是( )
A．PbO2电极电势比Zn电极电势高
B．a为阴离子交换膜
C．正极反应式为：PbO2 + 2e-+ 4H+ + SO42-= PbSO4 + 2H2O
D．电池工作时，每消耗6.5 g Zn，理论上A区域溶液质量减少1.3 g
【答案】B
【解析】该装置为原电池装置，根据两个电极的活性对比，Zn比PbO2活泼，所以Zn极作负极，PbO2极作正极。A项，该装置中，PbO2电极作为正极，Zn电极作为负极，所以PbO2电极电势高于Zn电极，故A正确；B项，Zn电极反应式为：Zn+4OH--2e-=Zn(OH)42-，A池消耗氢氧根离子，负电荷减少，根据电荷守恒，钾离子向正极移动，所以a为阳离子交换膜，故B错误；C项，PbO2电极作为正极，得电子，其反应式为：bO2 + 2e-+ 4H+ + SO42-= PbSO4 + 2H2O，故C正确；D项，Zn电极电极反应式为：Zn+4OH--2e-=Zn(OH)42-，每消耗6.5gZn，转移0.2ml电子，即向正极迁移0.2mlK+，同时引入0.1ml Zn2+，溶液质量差为，故D正确；故选B。
9．(2022·辽宁省大连市高三双基测试)“碳呼吸电池”是一种新型能源装置，其工作原理如图所示。下列有关说法错误的是( )
A．通入CO2的一极电极反应式为：2CO2+2e−=C2O42-
B．金属铝电极发生氧化反应
C．每得到1mlAl2(C2O4)3，电路中转移3ml电子
D．以该装置为电源进行粗铜的电解精炼，金属铝质量减少27g时，理论上阴极质量增加96g
【答案】C
【解析】据图可知Al被氧化，所以金属铝为负极，通入CO2的电极为正极，CO2被还原为草酸根。A项，据图可知CO2在正极被还原为草酸根，根据电子守恒、元素守恒可得反应式为2CO2+2e−=C2O42-，A正确；B项，铝为金属，在负极被氧化为Al3+，B正确；C项，每得到1ml Al2(C2O4)3，则需要2ml Al，根据电极反应可知转移6ml电子，C错误；D项，金属铝质量减少27g，即减少1ml Al，根据电极反应Al-3e−=Al3+可知，转移3ml电子，则电极铜时，阴极生成1.5ml铜，质量为1.5ml×64g/ml=96g，D正确；故选C。
10．(2022·山东省德州市高三联考)液流电池是电化学储能领域的一个研究热点，其优点是储能容量大、使用寿命长。下图为一种中性/ Fe液流电池的结构及工作原理图。下列有关说法错误的是( )
A．充电时A电极连电源负极
B．放电时正极电极反应为：Fe(CN)63-+e-= Fe(CN)64-
C．放电时负极区离子浓度增大，正极区离子浓度减小
D．充电时阴极电极反应：ZnBr42-+2e-= Zn+4Br-
【答案】C
【解析】由图可知，放电时，电极A为液流电池的负极，锌在溴离子作用下失去电子发生氧化反应生成四溴合锌离子，电极反应式为Zn+4Br--2e-= ZnBr42-，电极B为正极，六氰合铁酸根离子在正极得到电子发生还原反应生成六氰合亚铁酸根离子，电极反应式为Fe(CN)63-+e-= Fe(CN)64-；充电时，A电极连电源负极，做电解池的阴极，四溴合锌离子在阴极得到电子发生还原反应生成锌和溴离子，电极反应式为ZnBr42-+2e-= Zn+4Br-，电极B与正极相连，做电解池阳极，六氰合亚铁酸根离子在阳极失去电子发生氧化反应生成六氰合铁酸根离子，电极反应式为Fe(CN)64--e-= Fe(CN)63-。A项，充电时，A电极连电源负极，做电解池的阴极，故A正确；B项，放电时，电极B为正极，六氰合铁酸根离子在正极得到电子发生还原反应生成六氰合亚铁酸根离子，电极反应式为Fe(CN)63-+e-= Fe(CN)64-，故B正确；C项，放电时，电极A为液流电池的负极，锌在溴离子作用下失去电子发生氧化反应生成四溴合锌离子，电极反应式为Zn+4Br--2e-= ZnBr42-，由电极反应式可知，放电时负极区离子浓度减小，故C错误；D项，充电时，A电极连电源负极，做电解池的阴极，四溴合锌离子在阴极得到电子发生还原反应生成锌和溴离子，电极反应式为ZnBr42-+2e-= Zn+4Br-，故D正确；故选C。
11．(2022·湖北省部分重点中学高三第二次联考)我国科研团队以聚氨酯为电解液(合成路线如图)实现了稳定高效且可逆循环的K-CO2电池。总反应为：4KSn+3CO22K2CO3+4Sn，其中生成的K2CO3附着在正极上。下列说法错误的是( )
A．放电时，内电路中电流由KSn合金经酯基电解质流向羧基化碳纳米管
B．电池的正极反应式为4K++3CO2+4e-=2K2CO3+C
C．羧基化碳纳米管中引入的羧基可促进电子的转移
D．充电时，电路中通过1ml电子，多壁碳纳米管减重36g
【答案】D
【解析】由总反应可知放电时KSn合金为负极，羧基化碳纳米管为正极；充电时KSn合金与电源负极相连，为电解池阴极，羧基化碳纳米管为阳极。A项，放电时为原电池装置，内电路中电流是由负极流向正极，即放电时，内电路中电流由KSn合金经酯基电解质流向羧基化碳纳米管，A正确；B项，根据总反应式可知，负极反应式为：KSn-e-=Sn+K+，电池的正极反应式为4K++3CO2+4e-=2K2CO3+C，B正确；C项，电极材料为KSn和羧基化碳纳米管，KSn与水反应，-COOH与KOH反应，可促进电子的转移，C正确；D项，充电时阳极反应为：C-4e-+ K2CO3=3 CO2↑+4K+， 碳纳米管及附着的碳酸钾会减少，电路中通过1ml电子，多壁碳纳米管减重3g，碳酸钾减少30g，D错误；故选D。
12．(2022·广东省汕头市高三教学质量监测iPON薄膜锂离子电池是目前研究最广泛的全固态薄膜锂离子电池。下图为其工作示意图，LiPON薄膜只允许通过，电池反应为LixSi+Li1-xCO2Si+LiCO2。下列有关说法正确的是。( )
A．LiPON薄膜在充放电过程中质量发生变化
B．导电介质C可为Li 2SO4溶液
C．放电时b极为正极，发生反应：Li1-xCO2+xLi++xe-═LiCO2
D．充电时，当外电路通过0.2ml电子时，非晶硅薄膜上质量减少1.4g
【答案】C
【解析】由题干信息中电池总反应可表示为LixSi+Li1-xCO2Si+LiCO2可知，电极a为非晶硅薄膜，充电时Li+得电子成为Li嵌入该薄膜材料中，则电极a为阴极，电极反应式为xLi++xe-+Si=LixSi，电极b为阳极，电极反应式为LiCO2-xe-═Li1-xCO2+xLi+，放电时电极a为负极，电极反应为LixSi-xe-═Si+xLi+，电极b为正极，电极反应式为Li1-xCO2+xLi++xe-═LiCO2。A项，LiPON薄膜在充放电过程中仅仅起到盐桥的作用，并未参与电极反应，故其质量不发生变化，A错误；B项，由于2Li+2H2O=2LiOH+H2↑，故导电介质C中不能有水，则不可为Li 2SO4溶液，B错误；C项，放电时b极为正极，发生反应：Li1-xCO2+xLi++xe-═LiCO2，C正确；D项，充电时，电极a为阴极，电极反应式为xLi++xe-+Si=LixSi，则当外电路通过0.2ml电子时，非晶硅薄膜上质量增重0.2ml×7g∙ml-1=1.4g，D错误；故选C。
13．(2022·湖北省新高考高三质量检测)中科院福建物构所YabingWang团队首次构建了一种可逆水性Zn—CO2电池，实现了CO2和HCOOH之间的高效可逆转换，其反应原理如图所示：
已知双极膜可将水解离为H+和OH-，并实现其定向通过。下列说法中错误的是( )
A．放电时，负极电极反应式为Zn+4OH--2e-=Zn(OH)42-
B．CO2转化为HCOOH过程中，Zn电极的电势低于多孔Pd电极的
C．充电过程中，甲酸在多孔Pd电极表面转化为CO2
D．当外电路通过2ml电子时，双极膜中离解水的物质的量为1ml
【答案】D
【解析】由图中可知，Zn发生失去电子的反应，为电池的负极；CO2得电子生成HCOOH，多孔Pd为电池的正极。A项，根据图中知，Zn发生失去电子的反应，电极反应式为Zn+4OH--2e-=Zn(OH)42-，A项正确；B项，CO2转化为HCOOH时为放电过程，Zn电极为负极，多孔Pd电极为正极，负极电势较低，B项正确；C项，充电过程中，HCOOH转化为CO2，C项正确；D项，根据溶液呈电中性，可知外电路通过2ml电子时，双极膜中离解的水的物质的量为2ml，D项错误。故选D。
14．(2022·河北省石家庄市示范性高中高三调研考试)钾离子电池由于其低成本、电解液中快的离子传导性以及高的工作电压等优点；近年来引起了科研工作者极大的关注。吉林大学杨春成教授课题组基于钾离子电池特性，设计并合成了一种VN-NPs/N-CNFs复合材料，并将其应用于钾离子电池的电极，放电时该电极反应为VN+3K++3e-→V+K3N，下列有关说法中错误的是( )
A．放电时，在Al电极区发生的是氧化反应
B．该电池的溶剂不能为水溶液
C．放电时，电解质中的K+向Cu电极区移动
D．放电时，每转移1mle-，Cu电极区质量减少39g
【答案】D
【解析】以VN-NPs/N-CNFs和K/KFe[Fe(CN)6]的钾离子电池，放电时铜电极反应为VN+3K++3e-→V+K3N，故放电时Cu电极为正极，Al电极为负极。A项，放电时，Al电极为负极，在Al电极区发生的是氧化反应，故A正确；B项，电池中含有钾，钾性质活泼能与水反应，故该电池的溶剂为有机溶剂，该电池的溶剂不能为水溶液，故B正确；C项，放电时，Al电极为负极，钾离子向正极移动，即放电时，电解质中的K+向Cu电极区移动，故C正确；D项，放电时，铜电极反应为VN+3K++3e-→V+K3N，每转移1mle-，Cu电极区质量增加39g，故D错误；故选D。
15．(2022·广东省普通高中高三联合质量测评)钠离子电池是极具潜力的下一代电化学储能电池。我国科学家研究出一种钠离子可充电电池的工作示意图如下，电池内部只允许Na+通过，电池反应为+ + ，(其中-R1代表没参与反应的-COONa，-R2代表没参与反应的-ONa)，下列有关说法不正确的是( )
A．钠离子电池相比于锂离子电池，具有原料储量丰富，价格低廉的优点
B．放电时，a极为负极，发生氧化反应
C．充电时，阴极发生反应为+2e-+2Na+=
D．充电时，当电路中转移0.3ml电子时，Q极质量减少6.9g
【答案】C
【解析】依据电池反应可知，放电过程中负极发生氧化反应： ，正极发生还原反应： ；而充电过程中阳极发生氧化反应：，阴极发生还原反应：。A项，解释钠离子电池相较于锂离子电池的优点，A项正确；B项，依据电池反应可推断出虚线表示放电过程，根据物质的变化可判断a极为负极，发生氧化反应，B项正确；C项，根据充电时物质的变化结合分析可知，充电时，阴极发生反应为，C项错误；D项，充电时Na+从Q极转移到P极，且2e-~Na+，故当转移0.3ml电子时减少0.3ml Na+，质量为6.9g，D项正确；故选C。
16．(2022·河北省神州智达省级高三第五次联测)铁铬液流电池是一种在酸性介质中，正、负极活性物质均为液体的电池，其工作原理如图所示，已知：氧化性：Fe3+>Cr3+。下列说法错误的是( )
A．放电时，电子由a电极经负载流向b电极
B．放电时，电池的总反应为：Cr2++Fe3+=Cr3++Fe2+
C．充电时，阴极电极反应式为：Cr3++e—=Cr2+
D．充电时，H+由左侧电极室经交换膜移向右侧
【答案】A
【解析】由离子的氧化性强弱顺序可知，电池放电时，a为原电池的正极，铁离子在正极得到电子发生还原反应生成亚铁离子，电极反应式为Fe3++e—=Fe2+，b为负极，Cr2+在负极失去失去电子发生氧化反应生成Cr3+，电极反应式为Cr2+—e—= Cr3+；充电时，a与直流电源的正极相连，是电解池的阳极，b与负极相连，是阴极。A项，由离子的氧化性强弱顺序可知，电池放电时，a为原电池的正极，电子由b电极经负载流向a电极，A错误；B项，由离子的氧化性强弱顺序可知，电池的总反应为Cr2+与Fe3+反应生成Cr3+ 和Fe2+，总反应方程式为Cr2+ +Fe3+=Cr3+ +Fe2+，故B正确；C项，充电时，b与直流电源的负极相连，是电解池的阴极，Cr3+在阴极得到电子发生还原反应生成Cr2+，电极反应式为Cr3+ +e-=Cr2+ ，故C正确；D项，充电时，阳离子向阴极移动，则H+由左侧电极室经交换膜移向右侧，故D正确；故选A。
17．(2022·湖南省三湘名校教育联盟高三第二次大联考)火星大气由96%的二氧化碳气体组成，火星探测器采用Li—CO2电池供电，其反应机理如图所示，下列说法错误的是( )
A．R方向为电子移动的方向
B．CO2电极反应式为4Li++4e-+3CO2=2Li2CO3+C
C．可采用LiNO3溶液作为电解质溶液
D．碳酸锂的生成和分解形式提供了实现可逆电化学电池
【答案】C
【解析】由图可知，放电时，Li失电子作负极，电极反应式为Li-e-=Li+，无机碳电极作正极，电极反应式为3CO2+4e-=C+2 CO32-，电池总反应为4Li+3CO2=2Li2CO3+C，充电时，Li极为阴极，电极反应式为Li++e-=Li，无机碳电极作阳极，电极反应式为C+2 CO32--4e-=3CO2↑，电解总反应为2Li2CO3+C4Li+3CO2↑。A项，Li电极为负极，二氧化碳电极上二氧化碳得电子生成无机碳，所以R方向为电子移动的方向，A正确；B项，CO2为电池的正极，反应式为4Li++4e-+3CO2=2Li2CO3+C，B正确；C项，由于Li能与水发生反应，所以不能用水系溶液作为电解质溶液，C错误；D项，放电过程涉及碳酸锂的生成，充电过程涉及碳酸锂的分解，D正确；故选C。
18．(2022·山东省学情高三教学质量检测)某大学科研团队，在光电催化体系中，利用双极膜处理烟气中的SO2，工作原理如下图所示，O2在电极上生成一种具有强氧化性的羟基自由基()，
下列有关说法错误的是( )
A．该装置把电能和光能转化成化学能
B．阳极电极反应式：SO2-2e-+4OH-= SO42-+2H2O
C．该装置处理标准状况下5.6LSO2时，有0.25 ml H+透过膜a
D．该装置中总反应方程式：2SO2+O2+2H2O2 H2SO4
【答案】D
【解析】根据图示知，该装置为电解池，将电能转化为化学能，左侧电极为SO2转化为SO42-的过程，S元素化合价升高，失电子，做阳极，H2O电离出的OH-经过阴离子交换膜(膜b)进入阳极室，电解池右侧是阴极室，H2O电离出的H+经过阳离子交换膜(膜a)进入阴极室，氧气在阴极得电子被还原为羟基自由基。A项，该装置为电解池，是将电能和光能转化为化学能，A正确；B项，由图示结合分析知，阳极SO2结合OH-转化为SO42-，对应电极反应为：SO2-2e-+4OH-= SO42-+2H2O，B正确；C项，当阳极处理1 ml SO2时，则电路中转移2 ml电子，阴极O2得电子，根据电极反应O2+2e-+2H+=2HO·，知可形成2 ml HO·，2 ml HO·可氧化1 ml SO2，故实际阳极和阴极处理SO2量相等，则当有5.6 L SO2被处理时，实际阳极处理的，则电路中转移电子=2n(SO2)=2 ×0.125 ml =0.25 ml，根据电荷守恒知有0.25 ml H+经过膜a进入阴极，C正确；D项，由图示知，阴极室发生如下反应：O2+2e-+2H+=2HO·、2HO·+SO2=2H++ SO42-，则阴极室总反应为：O2+ SO2+2e-= SO42-，阳极反应为：SO2-2e-+4OH-= SO42-+2H2O，故该装置总反应方程式为：2SO2+O2+4OH-2 SO42-+2H2O，D错误；故选D。
19．(2022·山东省潍坊市高三学科核心素养统测)科学家开发了一种绿色环保“全氢电池”，其工作原理如图所示。下列说法错误的是( )
A．吸附层a发生的电极反应： H2-2e-+2OH-=2H2O
B．离子交换膜只允许Na+通过
C．一段时间后右极室pH增大
D．“全氢电池”将酸碱反应的中和能转化为电能
【答案】B
【解析】吸附层a吸收H2，作阳极，发生的电极反应：H2-2e-+2OH-=2H2O，吸附层b释放H2，作阴极，发生的电极反应：2H++2e-=H2↑，离子交换膜为阳离子交换膜，从左边移动到右边。A项，吸附层a吸收H2为阳极，电极反应：H2-2e-+2OH-=2H2O，A正确；B项，H+在吸附层b参加反应，离子交换膜还允许H+通过，B错误；C项，右极室发生的电极反应：2H++2e-=H2↑，一段时间后，pH增大，C正确；D项，将正、负电极反应叠加可知，实际发生的是H++OH-=H2O，全氢电池工作时，将酸碱反应的中和能转化为电能，D正确；故选B。
20．(2022·江苏省常熟市高三联考)科学家最近发明了一种Al-PbO2电池，电解质为K2SO4、H2SO4、KOH，通过x和y两种离子交换膜将电解质溶液隔开，形成M、R、N三个电解质溶液区域(a>b)，结构示意图如图所示。下列说法错误的是( )
A．K+通过X膜移向M区
B．R区域的电解质浓度逐渐增大
C．放电时，Al电极反应为：Al+4OH--3e-=[ Al(OH)4]-
D．消耗1.8gAl时，N区域电解质溶液减少16.0g
【答案】A
【解析】该电池为Al-PbO2电池, 电解质为K2SO4、H2SO4、KOH，通过x和y两种离子交换膜将电解质溶液隔开，形成M、R、N三个电解质溶液区域(a>b)，从图中可知原电池工作时负极发生反应为：Al+4OH--3e-=[ Al(OH)4]-，消耗OH-，K+向正极移动；正极反应为：PbO2+4H++SO42-+2e-= PbSO4+2H2O， 正极消耗H+和SO42-，阴离子向负极移动；则x是阳离子交换膜，y是阴离子交换膜，则M区为KOH，R区为K2SO4，N区为H2SO4。A项，原电池工作时负极发生反应为：Al+4OH--3e-=[ Al(OH)4]-，消耗OH-，K+向正极移动，向R区移动，故A错误。B项，R区域K+与SO42-不断进入，所以电解质浓度逐渐增大，故B正确。C项，放电时候，原电池工作时，Al电极为负极，发生反应为：Al+4OH--3e-=[ Al(OH)4]-，故C正确；D项，消耗1.8gAl，电子转移0.2ml，N区消耗0.4ml H+，0.1ml SO42-，同时有0.1ml SO42-移向R区，则相当于减少0.2ml H2SO4，同时生成0.2ml H2O，则R区实际减少质量为，故D正确。故选A
21．(2022·湖北省部分重点中学高三质量检测)SO2-O2燃料电池将化学能转化为电能的同时，也实现了SO2制备硫酸，其原理如图所示。下列说法正确的是( )
A．交换膜X为阴离子交换膜
B．电极Pt2的电极反应式为O2+4e- =2O2-
C．相同条件下，放电过程中消耗的SO2和S2的质量比为4:1
D．若用该电池电解硫酸铜溶液，则理论上生成64g铜时，消耗1mlO2
【答案】C
【解析】由图可知电极Pt1为负极，电极反应式为SO2+2H2O-2e-=SO42-+4H+，电极Pt2为正极，电极反应式为O2+4H++4e-=2H2O，总反应为2SO2+ O2+2H2O=H2SO4。A项，电极Pt1为负极，电极反应式为SO2+2H2O-2e-= SO42-+4H+，电极Pt2为正极，电极反应式为2+4H++4e-=2H2O，故应该是氢离子从左侧到右侧，交换膜X为阳离子交换膜，A项错误；B项，电极Pt2是氧气得到电子最终生成水，发生反应2+4H++4e-=2H2O，B项错误；C项，根据总反应2SO2+ O2+2H2O=H2SO4可知，相同条件下，放电过程中消耗的SO2和O2的质量比=(2ml×64g/ml):(1ml×32g/ml)=4:1，C项正确；项，电解硫酸铜溶液生成Cu的电极反应式为Cu2++2e-=Cu，生成64g铜，电路中转移2ml e-，再结合2+4H++4e-=2H2O可知该电池消耗0.5mlO2，D项错误；故选C。
22．(2022·广东一模)为适应可再生能源的波动性和间歇性，我国科学家设计了一种电化学装置，其原理如下图所示。当闭合K1和K3、打开K2时，装置处于蓄电状态；当打开K1和K3、闭合K2时，装置处于放电状态。放电状态时，双极膜中间层中的H2O解离为和并分别向两侧迁移。下列有关该电化学装置工作时的说法不正确的是( )
A．蓄电时，碳锰电极为阳极
B．蓄电时，图中右侧电解池发生的总反应为2ZnO2Zn+O2↑
C．放电时，每消耗1ml MnO2，理论上有2ml由双极膜向碳锰电极迁移
D．理论上，该电化学装置运行过程中需要不断补充H2SO4和KOH溶液
【答案】D
【解析】当闭合K1和K3、打开K2时，装置处于蓄电状态，即为电解池，得电子生成H2，H元素化合价降低，则为阴极，Mn2+失电子生成MnO2，碳锰电极为阳极；ZnO得电子生成Zn，则锌电极为阴极；当打开K1和K3、闭合K2时，装置处于放电状态，即原电池，锌电极为负极，碳锰电极为正极。A项，蓄电时即为电解池，Mn2+失电子生成MnO2，碳锰电极为阳极，A正确；B项，蓄电时，右侧电解池中ZnO得电子生成Zn，电极反应式为ZnO+2e-+H2O=Zn+2OH-，OH-失电子生成O2，电极反应式为4OH--4e-=O2+2H2O，发生的总反应为2ZnO2Zn+O2↑，B正确；C项，放电时，碳锰电极为正极，电极反应式为MnO2+2e-+4H+=Mn2++2H2O，每消耗1ml MnO2，需要消耗4ml H+，但碳锰电极只生成2ml正电荷，剩余正电荷需要从双极膜间解离出是氢离子转移至左侧，因此理论上有2ml H+由双极膜向碳锰电极迁移，C正确；D项，该电化学装置运行过程中H+得电子生成H2，但实际过程为消耗了溶剂水，氢离子浓度增大，OH-失电子生成O2，但实际也消耗了溶剂水，氢氧根离子浓度同样增大，则不需要不断补充H2SO4和KOH溶液，D错误；故选D。
23．(2022·山东省潍坊市高三模拟预测)电极电势的测定常用甘汞电极作为参比电极(部分数据如下)。
测定过程中，待测电极与甘汞电极组成原电池其工作原理如图。下列说法正确的是( )
A．盐桥中Cl-向甘汞电极移动
B．若M为Cu，则电极反应式是：Cu-2e-=Cu2+
C．甘汞电极电极反应式是：2Hg+2C1--2e-=Hg2Cl2
D．测定过程中，甘汞电极内部KCl晶体可能增多
【答案】D
【解析】A项，正极电势高于负极电势，由表中数据和图示可知，当甘汞电极作正极，正极得电子，盐桥中的阳离子移向甘汞电极，当甘汞电极作负极时，负极失电子，盐桥中的阴离子移向甘汞电极，A错误；B项，若M为Cu，则甘汞电极为负极，铜作正极，正极得电子，电解反应式为：Cu2++2e-=Cu，B错误；C项，当甘汞电极作负极时失电子，电极反应式为：2Hg+2C1--2e-=Hg2Cl2，但当甘汞电极作正极时得电子，电极反应式为：Hg2Cl2+2e-=2Hg+2C1-，C错误；D项，当甘汞电极作正极，正极得电子，电极反应式为：Hg2Cl2+2e-=2Hg+2C1-，为保证溶液呈电中性，盐桥中的钾离子移向甘汞电极；当甘汞电极作负极时失电子，电极反应式为：2Hg+2C1--2e-=Hg2Cl2，为保证溶液呈电中性，盐桥的氯离子移向甘汞电极，因此测定过程中，甘汞电极内部KCl晶体可能增多，D正确；故选D。
24．(2022·河南省郑州市二模)钛铁合金具有优异的性能，在航天和生物医学等领域有广泛的应用。下图是以二氧化钛、氧化亚铁混合粉末压制的块体和石墨坩埚分别做电极材料，以CaCl2熔盐为离子导体(不参与电极反应)制备钛铁合金的电解装置示意图。下列相关说法正确的是( )
A．石墨坩埚连接直流电源的负极
B．通入Ar气主要是为了保护石墨坩埚不被氧化
C．TiO2发生的电极反应为：TiO2-4e-＝Ti＋2O2-
D．每生成16.0g TiFe2时，流出气体在标准状况下的体积大于4.48L
【答案】D
【解析】该装置的目的是制备钛铁合金，所以需要Fe2+、Ti4+发生还原反应，而CaCl2熔盐不参与电极反应，所以阳极应是O2-被氧化生成氧气。A项，电解过程中需要Fe2+、Ti4+发生还原反应，所以以二氧化钛、氧化亚铁混合粉末压制的块体应为阴极，连接电源的负极，A错误；B项，Ti、Fe性质活泼，容易被生成的氧气氧化，所以通入Ar气主要是为了保护钛铁合金不被氧化，B错误；C项，TiO2得电子发生还原反应，电极反应应为TiO2+4e-＝Ti＋2O2-，C错误；D项，16.0g TiFe2，即=0.1ml，需生成0.1ml Ti、0.2ml Fe，根据电极反应TiO2+4e-＝Ti＋2O2-、FeO+2e-＝Fe＋O2-可知，共转移0.8ml电子，O2-在阳极被还原，电极反应为2O2--4e-=O2↑，所以生成0.2ml氧气，标况下体积为0.2ml×22.4L/ml=4.48L，但同时流出的气体还有Ar，所以流出气体在标准状况下的体积大于4.48L，D正确；故选D。
类型
电极反应特点
实例
电解物质
电解液浓度
pH
电解液复原方法
电解
水型
阴极：4H＋＋ 4e－===2H2↑
阳极：4OH－－4e－===2H2O＋O2↑
NaOH
H2O
增大
增大
加H2O
H2SO4
减小
Na2SO4
不变
电解电解质型
电解质的阴、阳离子分别在两极放电
HCl
电解质
减小
增大
通入HCl气体
CuCl2
—
加CuCl2
放H2生碱型
阴极：放H2生成碱
阳极：电解质阴离子放电
NaCl
电解质和水
生成新电解质
增大
通入HCl气体
放O2生酸型
阴极：电解质阳离子放电阳极：放O2生成酸
CuSO4
减小
加CuO
锌银电池
总反应：Ag2O＋Zn＋H2Oeq \(,\s\up7(放电),\s\d5(充电))2Ag＋Zn(OH)2
正极
Ag2O＋H2O＋2e－===2Ag＋2OH－
负极
Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2
锌空气电池
总反应：2Zn＋O2＋4OH－＋2H2O===2Zn(OH)eq \\al(2－,4)
正极
O2＋4e－＋2H2O===4OH－
负极
Zn＋4OH－－2e－===Zn(OH)eq \\al(2－,4)
镍铁
电池
总反应：NiO2＋Fe＋2H2Oeq \(,\s\up7(放电),\s\d5(充电)) Fe(OH)2＋Ni(OH)2
正极
NiO2＋2e－＋2H2O===Ni(OH)2＋2OH－
负极
Fe－2e－＋2OH－===Fe(OH)2
高铁电池
总反应：3Zn＋2FeOeq \\al(2－,4)＋8H2Oeq \(,\s\up7(放电),\s\d5(充电))3Zn(OH)2＋2Fe(OH)3＋4OH－
正极
FeOeq \\al(2－,4)＋3e－＋4H2O===Fe(OH)3＋5OH－
负极
Zn－2e－＋2OH－===Zn(OH)2
镍镉电池
总反应：Cd＋2NiOOH＋2H2Oeq \(,\s\up7(放电),\s\d5(充电)) Cd(OH)2＋2Ni(OH)2
正极
NiOOH＋H2O＋e－===Ni(OH)2＋OH－
负极
Cd－2e－＋2OH－===Cd(OH)2
Mg­H2O2
电池
总反应：H2O2＋2H＋＋Mg===Mg2＋＋2H2O
正极
H2O2＋2H＋＋2e－===2H2O
负极
Mg－2e－===Mg2＋
Mg­AgCl
电池
总反应：Mg＋2AgCl===2Ag＋Mg2＋＋2Cl－
正极
2AgCl＋2e－===2Ag＋2Cl－
负极
Mg－2e－===Mg2＋
镁钴电池
总反应：xMg＋M3S4eq \(,\s\up7(放电),\s\d5(充电))MgxM3S4
正极
M3S4＋2xe－=== M3Seq \\al(2x－,4)
负极
xMg－2xe－===xMg2＋
钠硫
电池
总反应：2Na＋xS===Na2Sx
正极
eq \a\vs4\al(xS＋2e－===S\\al(2－,x) )
负极
2Na－2e－===2Na＋
钠硫蓄
电池
总反应：2Na2S2＋NaBr3eq \(,\s\up7(放电),\s\d5(充电))Na2S4＋3NaBr
正极
NaBr3＋2e－＋2Na＋===3NaBr
负极
2Na2S2－2e－===Na2S4＋2Na＋
钠离子
电池
总反应：Na1－mCO2＋NamCneq \(,\s\up7(放电),\s\d5(充电))NaCO2＋Cn
正极
Na1－mCO2＋me－＋mNa＋=== NaCO2
负极
NamCn－me－===mNa＋＋Cn
全钒液
流电池
总反应：VOeq \\al(＋,2)＋2H＋＋V2＋eq \(,\s\up7(放电),\s\d5(充电)) V3＋＋VO2＋＋H2O
正极
VOeq \\al(＋,2)＋2H＋＋e－===VO2＋＋H2O
负极
V2＋－e－===V3＋
锂钒氧化物电池
总反应：xLi＋LiV3O8===Li1＋xV3O8
正极
xLi＋＋LiV3O8＋xe－===Li1＋xV3O8
负极
xLi－xe－=== xLi＋
锂－铜
电池
总反应：2Li＋Cu2O＋H2O===2Cu＋2Li＋＋2OH－
正极
Cu2O＋H2O＋2e－===2Cu＋2OH－
负极
Li－e－===Li＋
锂离子
电池
总反应：Li1－xCO2＋LixC6eq \(,\s\up7(放电),\s\d5(充电)) LiCO2＋C6(x＜1)
正极
Li1－xCO2＋xe－＋xLi＋===LiCO2
负极
LixC6－xe－===xLi＋＋C6
电池类型
导电介质
反应式
酸性燃料电池
H＋
总反应：2CH3OH＋3O2===2CO2＋4H2O
正极
O2＋4e－＋4H＋===2H2O
负极
CH3OH－6e－＋H2O===CO2↑＋6H＋
碱性燃料电池
OH－
总反应：2CH3OH＋3O2＋4OH－===2COeq \\al(2－,3)＋6H2O
正极
O2＋4e－＋2H2O===4OH－
负极
CH3OH－6e－＋8OH－=== COeq \\al(2－,3)＋6H2O
熔融碳酸盐燃料电池

COeq \\al(2－,3)
总反应：2CH3OH＋3O2===2CO2＋4H2O
正极
eq \a\vs4\al(O2＋4e－＋2CO2===2CO\\al(2－,3) )
负极
CH3OH－6e－＋3COeq \\al(2－,3)===4CO2↑＋2H2O
固态氧化物燃料电池
O2－
总反应：2CH3OH＋3O2===2CO2＋4H2O
正极
O2＋4e－===2O2－
负极
CH3OH－6e－＋3O2－=== CO2↑＋2H2O
质子交换膜燃料电池
H＋
总反应：2CH3OH＋3O2===2CO2＋4H2O
正极
O2＋4e－＋4H＋===2H2O
负极
CH3OH－6e－＋H2O=== CO2↑＋6H＋
电解质环境
从电极反应式判O2－的存在形式
酸性电解质溶液环境下
O2＋4H＋＋4e－===2H2O
碱性电解质溶液环境下
O2＋2H2O＋4e－===4OH－
固体电解质(高温下能传导O2－)环境下
O2＋4e－===2O2－
熔融碳酸盐(如：熔融K2CO3)环境下
O2＋2CO2＋4e－===2COeq \\al(2－,3)
电极种类
Na+/Na
Zn2+/Zn
H+/H2
甘汞电极
Cu2+/Cu
电极电势/V
-2.71
-0.76
0.00
0.24
0.34