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高中化学沪科技版（2020）选择性必修1第4章 氧化还原反应和电化学4.3 电解池精品练习题
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这是一份高中化学沪科技版（2020）选择性必修1第4章 氧化还原反应和电化学4.3 电解池精品练习题，文件包含43电解池沪科版2020选择性必修第一册学生版docx、43电解池沪科版2020选择性必修第一册教师版docx等2份试卷配套教学资源，其中试卷共58页， 欢迎下载使用。
4.3 电解池
学习聚焦
知识精讲
知识点01 电解池
1、电解池：一种将电能转化为化学能的装置。
2、电解：电解是使电流通过电解质溶液（或熔融的电解质）而在阴、阳两极发生氧化还原反应过程。
3、电解池反应原理：
阴极：与电源负极相连，本身不反应，溶液中正离子得电子发生还原反应。
阳极：与电源正极相连，发生氧化反应，若是惰性中极，则是溶液中负离子失电子；若是非惰性电极，则电极本身失电子
电子的流向：负极—阴极—阳极—正极
电流的流向：正极—阳极—阴极—负极
4、电解反应中反应物的判断——放电顺序
⑴阴极
A.阴极材料(金属或石墨)总是受到保护。
B.正离子得电子顺序 — 金属活动顺序表的反表：K+
A.阳极材料是惰性电极(C、Pt、Au、Ti等)时：负离子失电子：S2- ＞ I- ＞ Br- ＞ Cl- ＞ OH- ＞ NO3- 等含氧酸根离子 ＞F-
B.阳极是活泼电极时：电极本身被氧化，溶液中的离子不放电。
【即学即练1】有关利用某新型电化学装置(如下图所示)电催化合成偶氮化合物( )的研究，下列说法中不正确的是
A．CoP电极是阴极
B．电极反应式为
C．合成1mol偶氮化合物，要消耗4mol
D．向极移动
【答案】C
【解析】A．根据图中物质变化可知，为阳极，CoP电极是阴极，故A正确；
B．为阳极，发生氧化反应，且为碱性溶液，反应式为，故B正确；
C．阴极反应方程式为 ，合成1mol偶氮化合物转移电子8mol；阳极反应方程式为，故合成1mol偶氮化合物，要消耗2mol，C错误；
D．左侧消耗氢氧根，向极移动，故D正确；
故选C
知识点02 原电池和电解池的比较：
装置
原电池
电解池
实例
原理
原电池的原理是氧化还原反应中的还原剂失去的电子经过导线传递给氧化剂，使氧化还原反应分别在两个电极上进行
使电流通过电解质溶液而在阴,阳两极上引起氧化还原反应的过程.
形成条件
①电极：两种不同的导体相连；
②电解质溶液：能与电极反应。
①电源；
②电极（惰性或非惰性）；
③电解质（水溶液或熔化态）。
反应类型
自发的氧化还原反应
非自发的氧化还原反应
电极名称
由电极本身性质决定：
正极：材料性质较不活泼的电极；
负极：材料性质较活泼的电极。
由外电源决定：
阳极：连电源的正极；
阴极：连电源的负极；
电极反应
负极：Zn-2e-=Zn2+ （氧化反应）
正极：2H++2e-=H2↑（还原反应）
阴极：Cu2+ +2e- = Cu （还原反应）
阳极：2Cl--2e-=Cl2↑ （氧化反应）
电子流向
负极(外电路) →正极
阳极→电源正极
阴极←电源负极
电流方向
正极(外电路) →负极
阳极←电源正极
阴极→电源负极
能量转化
化学能→电能
电能→化学能
应用
①抗金属的电化腐蚀；
②实用电池。
①电解食盐水（氯碱工业）；②电镀（镀铜）；③电冶（冶炼Na、Mg、Al）；④精炼（精铜）。
【即学即练2】钠离子电池以其低成本、高安全性等成为锂离子电池的首选“备胎”，其工作原理为：。下列说法正确的是
A．放电时，嵌入铝箔电极上，Mn元素被氧化
B．放电时，外电路中每转移，理论上碳基材料质量增加4.6g
C．充电时，b极为阴极，其电极反应为
D．该电池在充放电过程中，依靠钠离子在两极反复脱嵌和嵌入，未发生氧化还原反应
【答案】C
由题干信息可知，碳基材料为负极b，放电过程中发生的电极反应为：NamCn-me-=Cn+mNa+，充电时，b与电源负极相连为阴极，电极反应为：Cn+mNa+ +me-= NamCn则含钠过渡金属氧化物为正极a，电极反应为：Na1-mMnO2+me-+mNa+=NaMnO2，充电时，a与电源正极相连作阳极，电极反应为：NaMnO2-me-= Na1-mMnO2+ mNa+，据此分析解题。
【解析】A．通过分析可知，放电时嵌入铝箔电极上，此时锰元素化合价降低，被还原，A错误；
B．放时，钠元素由碳基材料转移到铝箔电极上，此时碳基材料质量减轻，B错误；
C．由分析可知，充电时，b与电源负极相连为阴极，电极反应为：Cn+mNa+ +me-= NamCn，C正确；
D．由分析可知，放电过程中，钠元素和锰元素的化合价都在变，发生了氧化还原反应，D错误；
故选C。
知识点03 电解原理的应用
（1）、铜的电解精炼
阳极（粗铜棒）：Cu－2e－＝Cu2＋
阴极（精铜棒）：Cu2＋＋2e－＝Cu
电解质溶液：含铜离子的可溶性电解质
分析：因为粗铜中含有金、银、锌、铁、镍等杂质，电解时，比铜活泼的锌、铁、镍会在阳极放电形成正离子进入溶液中，Zn－2e－ = Zn2+ 、Fe－2e－ = Fe2+ 、Ni－2e－ =Ni2+，Fe2+、Zn2+、Ni2+不会在阴极析出，最终留存溶液中，所以电解质溶液的浓度、质量、pH均会改变。还原性比铜差的银、金等不能失去电子，它们以单质的形式沉积在电解槽溶液中，成为阳极泥。阳极泥可再用于提炼金、银等贵重金属。
（2）、电镀
阳极（镀层金属）：Cu－2e－＝Cu2＋
阴极（镀件）：Cu2＋＋2e－＝Cu
电镀液：含镀层金属的电解质
分析：因为由得失电子数目守恒可知，
阳极放电形成的Cu2＋离子和阴极Cu2＋离子放电的量相等，所以电解质溶液的浓度、质量、pH均不会改变。
注意：
A、电镀是电解的应用。电镀是以镀层金属为阳极，待镀金属制品为阴极，含镀层金属离子为电镀液。
B、电镀过程的特点：牺牲阳极；电镀液的浓度（严格说是镀层金属离子的浓度）保持不变；在电镀的条件下，水电离产生的H+、OH—一般不放电。
教学建议：电镀知识在讲解的过程中可以联系电解池进行分析帮助孩子理解，并且强调目前我们只需要掌握电镀不活泼的铜等金属（从放电的先后顺序分析），对程度较好的学生可以详细分析一下原理
（3）电解饱和食盐水——氯碱工业
氯碱工业所得的NaOH、Cl 2 、H2 都是重要的化工生产原料，进一步加工可得多种化工产品，涉及多种化工行业，如：有机合成、医药、农药、造纸、纺织等，与人们的生活息息相关。
阳极：石墨或金属钛 2Cl――2e＝Cl2↑
阴极：铁网 2H＋＋2e＝H2↑
电解质溶液：饱和食盐水
总方程式：2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑
分析：在饱和食盐水中接通直流电源后，溶液中带负电的OH—和Cl—向阳极移动，由于Cl—比OH—容易失去电子，在阳极被氧化成氯原子，氯原子结合成氯分子放出；溶液中带正电的Na+和H+向阴极移动，由于H+比Na+容易失去电子，在阴极被还原成氢原子，氢原子结合成氢分子放出；在阴极上得到NaOH。
教学建议：讲解过程中可以以提问的方式帮助孩子回顾食盐水精制和隔膜的作用
（1）饱和食盐水的精制：
原因：除去NaCl中的MｇCl2、Na2SO4等杂质，防止生成氢氧化镁沉淀影响
溶液的导电性，防止氯化钠中混有硫酸钠影响烧碱的质量。试剂加入的顺序：先加过量的BaCl2和过量的NaOH（顺序可换），再加入过量的Na2CO3，过滤，加盐酸调节pH为7。
（2）隔膜的作用：防止氢气和氯气混合发生爆炸；防止氯气和氢氧化钠反应影响烧碱的质量。
【即学即练3】21．金属钒在化工、航空航天、二次电池等领域有着重要的作用，其中全钒液流电池具有便于扩容、操作安全、使用寿命长等优点。两性离子交换膜是钒电池的关键组成部分，钒电池的两性离子交换膜中离子迁移示意图如图所示。下列有关叙述错误的是
A．放电时，正极反应式为
B．充电时，阴极反应式为
C．充电时，通过荷正电固定基团向负极区移动
D．两性离子交换膜中荷正电固定基团可有效提高阻钒性
【答案】C
由图可知，正极电解液中含有和，故正极的电极反应为：；负极含有V2+和V3+，故负极反应为：，以此解题。
【解析】A．由分析可知，放电时，正极反应式为，A正确；
B．原电池负极，在充电时作阴极，发生还原反应，则充电时，阴极反应式为，B正确；
C．充电时作电解池，阴离子移向阳极区，即向原电池的正极区移动，C错误；
D．荷正电固定基团允许阴离子通过，阻止阳离子通过，故可阻止/、V3+/V2+ 的移动，即有效地提高阻钒性，D正确；
知识点04 电解法冶炼活泼金属
（1）电解熔融的氯化钠制金属钠：
2NaCl（熔融）2Na＋Cl2↑
（2）电解熔融的氯化镁制金属镁：
MgCl2（熔融）Mg＋Cl2↑
（3）电解熔融的氧化铝制金属铝：
2Al2O3（熔融）4Al＋3O2↑
分析：在金属活动顺序表中K、Ca、Na、Mg、Al等金属的还原性很强，这些金属都很容易失电子，因此不能用一般的方法和还原剂使其从化合物中还原出来，只能用电解其化合物熔融状态方法来冶炼。
注意：电解熔融NaCl和饱和NaCl溶液的区别；不能用MgO替代MgCl2的原因；不能用AlCl3替代Al2O3的原因。
【即学即练4】有关电化学示意图如图。回答下列问题：
图1
(1)图1是工业上用电解法在强碱性条件下除去废水中的的装置，发生的反应有
ⅰ.
ⅱ.
ⅲ.
①石墨电极上发生_______(填“氧化”或“还原”)反应；阴极反应式为_______。
②电解过程中有关微粒的定向移动的说法错误的是_______(填字母)。
A．电子由电极b经导线流向铁电极
B．电流由铁电极经溶液流向石墨电极
C．移向石墨电极
D．移向铁电极
③为了使电解池连续工作，需要不断补充_______。
(2)图2是一种高性能的碱性硼化钒一空气电池，该电池工作时发生的离子反应。
图2
①电极为_______极(填“正”或“负”)，电池工作时正极反应式为_______。
②若离子选择性膜只允许通过，电池工作过程中，忽略溶液的体积变化，则正极室的碱性_______(填“变大”、“变小”或“不变”)。
③放电过程中，消耗36.5 g硼化钒，电路中转移_______mol电子。
【答案】(1) 氧化 B NaOH
(2) 负 不变 5.5
（1）根据题给信息，除去废水中分两步进行：第一步用电解法使氧化成， 氧化成，第二步用氧化，在强碱性条件下，最终转化成。第一步氧化反应失去电子，应发生在电解池的阳极，因此铁电极不能作阳极，只能作阴极，石墨电极作阳极，电源中a为正极，b为负极；
（2）根据电池反应总方程式，空气中的氧气在复合碳电极上得到电子被还原，复合碳电极为正极，那么发生氧化反应，为负极，根据离子选择膜的性质来确定溶液中离子移动的方向，题目据此解答。
【解析】（1）①根据分析，石墨电极是阳极，阳极上和失去电子氧化生成和，阴极上氢离子得电子生成氢气，在强碱性条件下，电极反应式为；
②A．电解池中铁电极是阴极，石墨电极是阳极，电源中a为正极，b为负极，电子由电极b经导线流向铁电极，A正确；
B．电流由电源正极a经导线流向石墨电极，经溶液流向铁电极，再经导线流向电源负极b，B错误；
C．电解池中阴离子移向阳极，即、移向石墨电极，C正确；
D．电解池中阳离子移向阴极，即移向铁电极，D正确；
故选B；
③阳极反应为、、，阴极反应为，理论上处理2mol时消耗6mol，此时阳极共失去10mol，同时共消耗12molNaOH，阴极生成10molNaOH，总反应需要消耗2molNaOH，所以要使电解池连续工作，需要不断补充NaOH；
（2）①由总反应可知，发生失电子的氧化反应，作负极，氧气在正极上得电子生成，正极电极反应式为；
②若离子选择性膜只允许通过，原电池工作时，由正极区通过离子交换膜移向负极区。正极电极反应式为，若电路中转移4mol，正极生成4mol，有4mol通过离子选择性膜移向负极，所以正极室的碱性保持不变；
③36.5g硼化钒的物质的量为，负极电极反应式为，所以消耗36.5g硼化钒()时电路中转移电子。
常见考法
常见考法一 电解池的原理
【例1】18．锌溴液流电池用溴化锌溶液作电解液，并在电池间不断循环。下列有关说法错误的是
A．放电时正极的电极反应式为Br2＋2e-= 2Br-
B．放电时每转移2 mol电子，负极区溶液质量保持不变
C．充电时n接电源的负极，Zn2＋通过正离子交换膜由左侧流向右侧
D．若将正离子交换膜换成负离子交换膜，放电时正、负极也随之改变
【答案】D
放电时，该装置是原电池，Zn易失电子作负极，电极反应式为Zn-2e-=Zn2+，正极反应式为Br2+2e-=2Br-，所以与n相连的一极是负极，与m相连的一极是正极；充电时，原电池的正、负极分别对应电解池的阳、阴极，n接电源负极，与n相连的一极是阴极，m接电源正极，与m相连的一极是阳极，正极正离子交换膜只能正离子通过，分子或负离子不能通过，以此解答该题。
【解析】A．根据分析，放电时正极的电极反应式为Br2＋2e-=2Br-，A正确；
B．Zn易失电子作负极，电极反应式为Zn-2e-=Zn2+，放电时每转移2 mol电子，反应生成1molZn2+，同时有1mol Zn2+由正离子交换膜移向正极区，因此负极区溶液质量保持不变，B正确；
C．根据分析，充电时n接电源的负极，与n相连的一极是阴极，与m相连的一极是阳极，Zn2+移向阴极，即通过正离子交换膜由左侧流向右侧，C正确；
D．若将正离子交换膜换成负离子交换膜，放电时正、负极不发生改变，D错误；
故选D。
必杀技
【同步练习1】氮肥是保证粮食安全的重要物资，某种制备NH3的转化历程如图所示。下列说法错误的是
A．步骤Ⅰ中发生的反应为4LiOH(熔融) 4Li+O2↑+2H2O
B．该转化历程没有涉及置换反应
C．该转化历程的总反应为2N2+6H2O=4NH3+3O2
D．由该反应历程表明N2的氧化性强于O2
【答案】D
该历程经历了三步反应，分别为：4LiOH(熔融) 4Li+O2↑+2H2O；
6Li+N22Li3N；Li3N+3H2O=3LiOH+NH3↑；三步反应加起来可得总反应为2N2+6H2O=4NH3+3O2；据此分析。
【解析】A．根据上述分析看可知，步骤Ⅰ中发生反应为4LiOH(熔融) 4Li+O2↑+2H2O，A正确；
B．步骤Ⅰ中发生的反应属于分解反应，步骤Ⅱ中发生的反应为6Li+N22Li3N，属于化合反应，步骤Ⅲ中发生的反应为Li3N+3H2O=3LiOH+NH3↑，属于复分解反应，该转化历程没有涉及置换反应，B正确；
C．三步反应加起来可得总反应为2N2+6H2O=4NH3+3O2，C正确；
D．该历程中没有发生氮气作为氧化剂，氧化某种物质生成氧化产物为氧气的反应，则不能说明N2的氧化性强于O2，D错误；
故本题选D。
常见考法二 原电池与电解池
【例2】如图1所示，其中甲池的总反应为2CH3OH+3O2+4KOH=2K2CO3+6H2O，回答下问题：
(1)甲池燃料电池的负极反应式为_______。
(2)写出乙池中电解总反应的化学方程式：_______。
(3)甲池中消耗224 mL(标准状况下)O2，此时丙池中理论上最多产生_______g沉淀，此时乙池中溶液的体积为400 mL，该溶液的pH=_______。
(4)若乙池是铁片镀铜装置，则石墨电极和银电极应替换为_______和_______。
(5)若乙池是电解精炼铜装置，随着电解过程的进行，电解质溶液的浓度将_______(填“变大”、“变小”或“不变”)。
(6)某同学利用甲醇燃料电池设计电解法制取漂白液的实验装置如图2,若用于制漂白液，则a为电池的_______极，电解质溶液用_______。随着电解过程的进行，溶液pH将_______(填“变大”、“变小”或“不变”)。
【答案】(1)CH3OH-6e-+8OH-= CO +6H2O
(2)2CuSO4+2H2O2Cu+2H2SO4+O2↑
(3) 1.16 1
(4) 铜 铁
(5)变小
(6) 负 饱和食盐水 变大
由图示可知甲为燃料电池，通甲醇的电极为负极，通氧气的电极为正极，乙池和丙池为电解池，乙池中石墨电极为阳极，银电极为阴极，丙池中左侧pt电极为阳极，右侧pt电极为阴极。
【解析】（1）甲池中通甲醇的电极为负极，电解质溶液为碱溶液，负极反应式CH3OH-6e-+8OH-= CO+6H2O，答案：CH3OH-6e-+8OH-= CO+6H2O；
（2）乙池中阳极水放电生成O2和H+，阴极Cu2+放电生成Cu，电解总反应的化学方程式2CuSO4+2H2O2Cu+2H2SO4+O2↑，答案：2CuSO4+2H2O2Cu+2H2SO4+O2↑；
（3）甲池中消耗O2为 ，转移电子0.01mol×4=0.04mol，丙池中MgCl2+2H2OMg(OH)2↓+H2↑+Cl2↑，根据得失电子守恒，理论上最多产生Mg(OH)20.02mol×58g/mol=1.16g沉淀，乙池中2CuSO4+2H2O2Cu+2H2SO4+O2↑得到硫酸0.02mol， ，该溶液的pH=1，答案：1.16；1；
（4）乙池中石墨电极为阳极，银电极为阴极，如果将乙池为铁片镀铜装置，则铁片做阴极，铜做阳极，所以需要石墨电极应替换为铜，银电极替换为铁，答案：铜；铁；
（5）乙池是电解精炼铜装置，随着电解过程的进行，电解质溶液的浓度将变小，答案：变小；
（6）用电解法制备漂白液，因为Cl2和NaOH反应能生成NaClO，用惰性电极电解饱和食盐水，阴极生成H2和OH-，阳极Cl-放电生成Cl2，和阴极生成的OH-反应生成ClO-，阴极产生的H2逸出，所以A端为电解池阴极，a为电池的负极，总方程式NaCl+H2ONaClO+H2↑，随着电解过程的进行，溶液pH变大。答案：负；饱和食盐水；变大。
必杀技
【同步练习2】燃煤烟气和汽车尾气中常含有、、有机碳氢化合物等粒子。烟气脱硝是治理雾霾的方法之一、
(1)以氨气为脱硝剂时，可将还原为。
①已知：
则反应，_______0(填“>”、“<”“=”)
(2)研究发现还原NO的反应历程如图1。下列说法正确的是_______(填序号)。
A．能增大总反应的活化能，提高反应速率
B．总反应为
C．该反应历程中形成了非极性键和极性键
D．该反应中的三个阶段均为氧化还原反应
(3)络合吸收法脱硝技术有2种吸收NO的方法，涉及的反应如下：
方法1.
方法2.
已知：是与某有机化合物的阴离子形成的络合物
①方法1，pH过高不利于与NO反应，用离子方程式解释原因_______。
②研究温度对反应的影响，在相同时间内，测得不同温度下，NO的去除率如图2所示，解释随温度变化NO去除率变化的原因_______。
(4)碱液吸收法。将氢氧化钠溶液脱硝得到的、混合液和NaOH溶液分别加到如图3所示的电解槽中进行电解，该装置中，阴离子的移动方向为_______(填“B室到A室”或“A室到B室”)；写出A室发生的电极反应式：_______。
【答案】(1)<
(2)ACD
(3) Fe2++2OH- =Fe(OH)2↓ 温度45℃以下，升高温度，有利于加快反应速率，NO的脱除率增大，温度45℃以上，升高温度，平衡逆向移动，且NO的溶解度降低，NO的脱除率减小；
(4) 电极II
【解析】（1）设 N2(g) + O2 (g) = 2NO (g) △H1=+180.5kJ∙mol-1①，4NH3(g) + 3O2(g) = 2N2(g) + 6H2O (g) △H2= -1269kJ∙mol-1 ②，4NH3(g) + 6NO(g) = 5N2(g) + 6H2O △H3 ③，根据盖斯定律，有③=②-①×3，则△H3=△H2-△H1×3=[ (-1269)-3×180.5]kJ∙mol-1<0；
（2）A．根据图1可知，为反应的催化剂，故能降低总反应的活化能，提高反应速率，A正确；
B．根据图1可知，反应物是氨气、和氧气，生成物是氮气和水，则总反应的化学方程式为，B错误；
C．该反应历程中形成了非极性键和极性键，C正确；
D．由图可知，反应中的三个阶段均有元素化合价变化，均为氧化还原反应，D正确；
故选ACD；
（3）①方法l，pH过高不利于Fe2+与NO反应，原因是Fe2+与溶液中的OH-会发生反应产生Fe(OH)2沉淀，离子方程式为Fe2++2OH- =Fe(OH)2↓；
②分析图像和物质性质可知：温度变化NO去除率变化的原因是温度45℃以下，升高温度，有利于加快反应速率，NO的脱除率增大，温度45℃以上，升高温度，化学平衡逆向移动，且NO的溶解度降低，NO的脱除率减小，故答案为：温度45℃以下，升高温度，有利于加快反应速率，NO的脱除率增大，温度45℃以上，升高温度，平衡逆向移动，且NO的溶解度降低，NO的脱除率减小；
（4）该装置为电解池，由图可知电极I附近产生氮气，则该电极为阴极，则电极II为阳极，在电解池中阴离子向阳极移动，即向电极II移动；由图可知，A室发生的电极反应式为。
常见考法三 电解池的应用
【例3】据报道，最近有科学家设计了一种在常压下运行的集成基质子陶瓷膜反应器(PCMR)，将PCMR与质子陶瓷燃料电池相结合进行电化学法合成氨的原理如图所示，下列说法不正确的是
A．阴极可能发生副反应：
B．阳极的电极反应式：
C．质子通过交换膜由阳极区向阴极区移动
D．理论上电路中通过电子时，阴极最多产生
【答案】B
【解析】A. 阴极得电子，右边为阴极，阴极主要是氮气得到电子变为氨气，可能发生副反应2H+ +2e－=H2 ↑，故A正确；
B. 根据图中信息分析，CH4化合价升高变为CO2，因此左边为阳极，阳极的电极反应式为CH4+2H2O− 8e－ = CO2 +8H+，故B错误；
C. 根据电解池“异性相吸”原理，质子(H+)通过交换膜由阳极区向阴极区移动，故C正确；
D. 阴极发生反应：，理论上电路中通过电子时，阴极最多产生，故D正确；
故选：B。
必杀技
【同步练习3】双极膜是由一张阳膜和一张阴膜制成的复合膜，在直流电场作用下能将中间层中的解离成和。利用双极膜和维生素C的钠盐()制备维生素C()，装置如图所示。已知维生素C具有弱酸性和还原性，下列说法正确的是
A．X离子是，II区出口处溶液的浓度减小
B．M极的电势高于N极，电解一段时间后，阳极区附近溶液的变大
C．将I区的溶液替换成溶液，可以提高维生素C的产率
D．当M极生成2.24L(标准状况下)时，IV区溶液的质量增加8.8g
【答案】D
I区和IV区均通入Na2SO4溶液，M极上有O2生成，N极上有H2生成，则M极上失电子，发生氧化反应，M极为阳极，N极为阴极；电解池中阴、阳离子分别向阳、阴极移动，则I区中Na+通过阳离子交换膜向II区移动，双极膜中的X离子(OH- )向II区移动，双极膜中的Y离子(H+)向III区移动，III区中的Na+通过阳离子交换膜向IV区移动；据此分析解答。
【解析】A．根据分析，I区中Na+通过阳离子交换膜向II区移动，双极膜中的X离子(OH- )向II区移动，双极膜中的Y离子(H+)向III区移动，III区中的Na+通过阳离子交换膜向IV区移动，II区出口处NaOH溶液的浓度增大，A错误；
B．根据分析，M极为阳极，N极为阴极。阳极电势高于阴极，即M极电势高于N极，阳极反应式为2H2O-4e-=O2↑+4H+，阳极区附近溶液的pH变小，B错误；
C．维生素C具有还原性，在Ⅰ区易被氧化，不能提高产率，C错误；
D．M极生成标准状况下2.24L(0.1)时，电路中转移0.4，进入Ⅳ区的的质量是，Ⅳ区生成的质量是，因此Ⅳ区溶液增加的质量是，D正确；
故选D。
故选C。
分层提分
题组A 基础过关练
1．在提倡节能减碳的今天，二氧化碳又有了新用途。中国科学院利用二氧化碳和甲酸的相互转化反应设计了一种可逆的水系金属二氧化碳电池，结构如图所示。下列说法正确的是
A．双极膜、双功能催化纳米片等材料是保证电池功能的重要条件
B．放电时，移向正极，正极区附近溶液pH不变
C．充电时，阳极反应为
D．若用该电池给铅蓄电池充电，理论上消耗的与铅蓄电池中产生的物质的量相等
【答案】A
【解析】A．双极膜、双功能催化纳米片等新材料可以减小电阻，是保证电池功能的重要条件，故A正确；
B．放电时，H+移向正极，正极区生成HCOOH，溶液的酸性改变，故B错误；
C．充电时，阳极甲酸转化为二氧化碳，其电极反应式为：HCOOH-2e-=CO2↑+2H+，故C错误；
D．理论上消耗1molCO2转移2mol电子，铅蓄电池充电时总方程式为：2PbSO4+2H2OPb+PbO2+2H2SO4，Pb元素化合价由+2价上升到+4价，转移2mol电子时消耗1molPbSO4，同时生成2mol H2SO4，故D错误；
故选A。
2．镁锂双盐电池是结合镁离子电池和锂离子电池而设计的新型二次离子电池。其工作原理如图所示，已知放电时，b极转化关系为：。下列说法正确的是
A．充电或放电时，a极电势均高于b极
B．放电过程中正极质量减少，负极质量增加
C．充电时阳极的电极反应式为
D．该电池工作时，若通过电路转移电子的物质的量为，则负极质量变化
【答案】C
【解析】镁锂双盐电池的工作原理为：放电时，电池负极材料金属镁失去电子生成Mg2+ ，电解液中的Li+得到电子嵌入正极材料，达到电荷平衡；充电时，电池正极材料中LixVS2失去电子，生成Li+ ，电解液中的Mg2+得到电子沉积到金属镁负极上去，再次达到电荷平衡。放电时负极反应为Mg-2e- =Mg2+ ，正极反应为VS2+xe-+xLi+ =LixVS2 ，总反应为xMg+ 2VS2+2xLi+=2LixVS2+xMg2+。
A．Mg为负极，VS2为正极，所以充电或放电时，b极电势均高于a极，选项A错误；
B．放电过程中正极质量增加，负极质量减少，选项B错误；
C．充电时，阳极的电极反应式为LixVS2- xe- =VS2+xLi+ ，选项C正确；
D．该电池负极为Mg电极，通过电路转移电子的物质的量为时，负极质量变化为0.05mol×24g/mol=1.2g，选项D错误；
答案选C。
3．为阿伏加德罗常数的值，下列说法正确的是
A．将含1 mol 的溶液加热蒸干，可得的分子数为
B．充有128 g HI(g)的容器中，含有的HI分子数为
C．常温下，1 mol·L的NaCl溶液中含有的负离子数大于
D．铁件上镀铜时，阴极增重64 g，电路中通过的电子数为
【答案】D
【解析】A．由于，加热HCl挥发，促进AlCl3水解，故加热蒸干AlCl3溶液，得不到AlCl3固体，选项A错误；
B．HI(g)会分解2HIH2+I2，含有的HI分子数少于，选项B错误；
C．未指明溶液的体积，无法计算负离子数，选项C错误；
D．铁件上镀铜时，阴极电极反应式为Cu2++2e-=Cu，阴极增重64 g，电路中通过的电子数为，选项D正确；
答案选D。
4．绿水青山就是金山银山。现利用如图所示装置对工业废气、垃圾渗透液进行综合治理并实现发电。下列有关说法错误的是
A．惰性电极a为负极
B．在b极被还原
C．相同时间内a、b两极产生的物质的量之比为3∶5
D．在硝化细菌的作用下被氧化成
【答案】C
【解析】根据物质的化合价变化，可知惰性电极a为负极，其电极反应式为，惰性电极b为正极，其电极反应式为；
A．根据分析可知，惰性电极a为负极，选项A正确；
B．惰性电极b为正极，其电极反应式为，选项B正确；
C．根据得失电子守恒可知，a、b两极产生的物质的量之比为5∶3，选项C错误；
D．在硝化细菌的作用下，N元素由-3价升高为+5价，被氧化成，选项D正确；
答案选C。
5．我国科学家用特殊电极材料发明了一种新型碱性电池，既能吸收，又能实现丙三醇的相关转化，工作原理如图所示，下列说法正确的是
A．放电时，A极为原电池的负极
B．放电时，B极反应式为
C．放电时，若A极产生和各1，则B极消耗2丙三醇
D．离子交换膜为正离子交换膜
【答案】C
【解析】A. 由题图信息知A极，，均发生得电子的还原反应，故A极为正极，故A项错误。
B.由题干信息知，该电池为碱性电池，电极反应式中不能有，故正确的电极反应式为，故B项错误。
C.A极反应式为、，若A极产生和各1，则电路中转移4电子，B极消耗2丙三醇，故C项正确。
D.根据电极反应式知，A极产生，B极消耗，离子从“产生区”移向“消耗区”，故从A极区移向B极区，离子交换膜为负离子交换膜，故D项错误。
故选C。
6．也可采用“电解法”制备，装置如图所示。
(1)写出电解时阴极的电极反应式：___________。
(2)电解过程中通过正离子交换膜的离子主要为___________，其迁移方向是___________。
【答案】(1)
(2) 由电极a到电极b
如图所示，装置为电解池，惰性电极a为阳极，惰性电极b为阴极，结合电解质溶液为强碱性溶液来书写电极反应式，正离子交换膜确定能够在两极区之间移动的离子种类与方向，题目据此解答。
【解析】（1）电解液是溶液，阴极的电极反应为水电离出的发生还原反应，电极反应式为：。
（2）隔膜是正离子交换膜，电解质溶液是溶液，电解过程中阳极反应式为，因此阳极区的通过正离子交换膜由电极a迁移到电极b。
题组B 能力提升练
7．工业上利用电解NaGaO2溶液制备Ga的装置如图，已知NaGaO2性质与NaAlO2类似，下列说法错误的是
A．阴极的电极反应为GaO+3e-+4H+=Ga+2H2O
B．电解获得1molGa，则阳极产生的气体在标准状况下的体积至少为16.8L
C．中间的离子交换膜为正离子交换膜
D．电解结束后，两极溶液混合后可以循环使用
【答案】A
【解析】由图可知，与直流电源正极相连的左侧电极为阳极，碳酸根离子作用下水在阳极失去电子发生氧化反应生成氧气和碳酸氢根离子，电极反应式为2H2O—4e—+2CO=O2↑+2HCO，与直流电源负极相连的右侧电极为阴极，水分子作用下偏镓酸根离子在阴极得到电子发生还原反应生成镓和氢氧根离子，电极反应式为GaO+3e—+2H2O=Ga+4OH—。
A．由分析可知，与直流电源负极相连的右侧电极为阴极，水分子作用下偏镓酸根离子在阴极得到电子发生还原反应生成镓和氢氧根离子，电极反应式为GaO+3e—+2H2O=Ga+4OH—，故A错误；
B．由得失电子数目守恒可知，电解获得1mol镓，标准状况下阳极生成氧气的体积为1mol××22.4mol/L=16.8L，故B正确；
C．由分析可知，电解时左侧阳极室中负离子电荷数减小，右侧阴极室中负离子电荷数增大，则钠离子从阳极室经正离子交换膜进入阴极室，故C正确；
D．由分析可知，电解结束后，左侧阳极室得到碳酸氢钠溶液，右侧阴极室得到氢氧化钠溶液，两极溶液混合得到的碳酸钠溶液可以循环使用，故D正确；
故选A。
8．现有正离子交换膜、负离子交换膜、石蕊电极和如图所示电解槽，用离子交换技术原理，可电解溶液生产KOH和溶液。下列说法中正确的是
A．溶液从E口加入
B．从D口出来的是KOH溶液
C．膜a是正离子交换膜，允许通过
D．阴极电极反应式为
【答案】B
【解析】用石磨电极电解溶液，实质是电解水，阳极放电：，阳极的生成的与形成溶液，膜a为允许通过的负离子交换膜；阴极得电子：，消耗了剩下，与形成KOH溶液，膜b为允许通过的正离子交换膜。
A．溶液从F口加入，通过膜a，通过膜b，故A错误；
B．阴极得电子：，与形成KOH溶液，KOH溶液从D口出来，故B正确；
C．膜a为允许通过的负离子交换膜，故C错误；
D．阴极得电子，电极反应式为，故D错误；
故选B。
9．内重整碳酸盐燃料电池(熔融和为电解质)的原理如图所示，下列说法不正确的是
A．常温下，1mol甲烷参加反应正极需要通入
B．以甲烷为燃料气时，负极反应式为
C．该电池使用过程中需补充
D．以此电池为电源精炼铜，当有转移时，阴极增重6.4g
【答案】C
【解析】A. 常温下，负极电极反应式：CH4+4 - 8e - =5CO2 +2H2O，1mol甲烷参加反应，转移的电子数为8mol，正极电极反应式O2+4e- +2CO2 =2，需要通入，故A正确；
B. 若以甲烷为燃料气时负极电极反应式为CH4+4 - 8e - =5CO2 +2H2O，故B正确；
C. 总反应为燃料和氧气反应，所以使用过程中不需补充，故C错误；
D. 以此电池为电源精炼铜，阴极电极反应Cu2++2e-=Cu，当有转移时，增重6.4g，故D正确；
选D。
10．下列与金属铜相关的叙述正确的是
A．在镀件上镀铜时，可用铜做阳极 B．用铜做电极的原电池中，铜电极一定做正极
C．用电解法精炼铜时，用纯铜做阳极 D．电解饱和溶液时，用铜做阳极
【答案】A
【解析】A．在镀件上镀铜时，铜电极上发生氧化反应，铜做阳极，A正确；
B．用铜做电极的原电池中，铜与锌做电极，硫酸铜做电解液，铜做正极，铜与银做电极，硝酸银做电解液，铜做负极，B错误；
C．用电解法精炼铜时，用粗铜做阳极，纯铜做阴极，C错误；
D．电解CuCl2饱和溶液时，不能用铜做阳极，若用铜做阳极，铜会发生氧化反应，失去电子形成铜离子，D错误；
故答案为A。
11．下列化学用语不正确的是
A．AgCl在盐酸中溶解平衡：
B．稀硫酸和稀的氢氧化钠溶液反应测中和热时的热化学方程式：
C．氯碱工业中电解饱和食盐水的化学方程式：
D．普通铅蓄电池的负极电极反应：
【答案】D
【解析】A．AgCl在盐酸中溶解平衡：，A正确；
B．中和热是强酸和强碱的稀溶液发生中和反应，生成1mol水时放出的热量，稀硫酸和稀的氢氧化钠溶液反应测中和热时的热化学方程式： ，B正确；
C．氯碱工业中电解饱和食盐水生成NaOH、Cl2、H2，化学方程式：，C正确；
D．普通铅蓄电池的负极电极反应：，D错误；
故答案为：D。
12．原电池是化学对人类的一项重大贡献。回答下列问题：
(1)铁是用途最广的金属材料之一，但生铁易生锈。请讨论电化学实验中有关铁的性质。
①某原电池装置如图所示，右侧烧杯中的电极反应式为___________。
②已知下图甲、乙两池的总反应式均为Fe+H2SO4=FeSO4+H2↑，且在同侧电极(指均在“左电极”或“右电极”)产生H2。请在两池上标出电极材料___________(填“Fe”或“C”)。
(2)碱性锌锰干电池的剖面图如图所示，已知电池放电后的产物是Zn(OH)2和MnOOH，则其总反应式为___________，负极电极反应式为___________。
(3)用高铁(Ⅵ)酸盐设计的高铁(Ⅵ)电池是一种新型可充电电池，电解质溶液为KOH溶液，放电时的总反应为3Zn+2K2FeO4+8H2O=3Zn(OH)2+2Fe(OH)3+4KOH。
①写出正极电极反应式：___________。
②用高铁(Ⅵ)电池作电源，以Fe作阳极，以Cu作阴极，对足量KOH溶液进行电解，当电池中有0.2 mol K2FeO4反应时，则在电解池中生成___________L(标准状况) H2。
【答案】(1) 2H++2e-=H2↑ 甲中：左—Fe；右—C；乙中：左—Fe；右—C
(2) Zn+2MnO2+2H2O=Zn(OH)2+2MnOOH Zn-2e-+2OH-=Zn(OH)2
(3) 6.72
【解析】（1）①该装置构成了原电池，由于电极活动性：Fe＞C，所以左边Fe电极为负极，石墨电极为正极，在负极上Fe失去电子变为Fe2+进入溶液，在正极上硫酸电离产生的H+获得电子变为H2逸出，故右侧烧杯中的电极反应式为2H++2e-=H2↑；
②甲、乙两池的总反应式均为Fe+H2SO4=FeSO4+H2↑，在图示的装置中甲为原电池，乙为电解池。在甲装置的原电池中，正极上发生还原反应产生H2，而在电解池中阴极上发生还原反应产生H2，由于乙装置中右侧电极为阴极，发生反应：2H++2e-=H2↑，故左侧阳极为Fe电极，Fe失去电子变为Fe2+进入溶液，右侧阴极为石墨C电极；故甲装置中右侧正极电极为石墨C电极，左侧负极为Fe电极；
（2）在碱性锌锰干电池中，已知电池放电后的产物是Zn(OH)2和MnOOH，Zn为负极，负极的电极反应式为Zn-2e-+2OH-=Zn(OH)2；正极MnO2得到电子被还原产生MnOOH，正极反应式为：MnO2+H2O+e-=MnOOH+OH-，则根据同一闭合回路中电子转移数目相等可知其总反应式为：Zn+2MnO2+2H2O=Zn(OH)2+2MnOOH；
（3）根据高铁(Ⅵ)酸盐设计的高铁(Ⅵ)电池是一种新型可充电电池，结合总反应方程式可知：①正极上K2FeO4得到电子被还原产生Fe(OH)3，则正极的电极反应式为：；
②用高铁(Ⅵ)电池作电源，以Fe作阳极，以Cu作阴极，对足量OKH溶液进行电解，当电池中有0.2 mol K2FeO4反应时，K2FeO4转化为Fe(OH)3，消耗0.2 mol K2FeO4时转移的电子数为0.2 mol×3=0.6 mol，电解足量KOH溶液产生H2的电极反应为：2H2O+2e- =H2↑+2OH-， 根据电子转移守恒，则产生H2的物质的量为0.3 mol，状态在标况下H2的体积为V=0.3 mol×22.4 L/mol=6.72 L。
13．电化学方法是化工生产及生活中常用的一种方法。回答下列问题：
(1)二氧化氯(ClO2)为一种黄绿色气体，是国际上公认的高效。广谱。快速。安全的杀菌消毒剂。目前已开发出用电解法制取C1O2的新工艺如图所示。
图中用石墨作电极，在一定条件下电解饱和食盐水制取ClO2。产生ClO2的电极的电极反应式为_______；电解过程中右侧电极区pH_______ (填“增大”。“减小”或“不变”)。
(2)燃料电池因具有发电效率高。环境污染少等优点而备受人们关注。用于笔记本电脑的甲醇(CH3OH) 燃料电池示意图如下，b是_______极，写出a电极的电极反应式_______。
(3)如图是一种用电解原理来制备H2O2，并用产生的H2O2处理废氨水的装置。
①为了不影响H2O2的产量，需要向废氨水中加入适量HNO3调节溶液的pH约为5，则所得溶液中c()_______c()(填“〉”。"<”或“=”)。
②Ir—Ru惰性电极吸附O2生成H2O2，其电极反应式为_______。
【答案】(1) 2Cl--10e-+4H2O=2ClO2+8H+ 增大
(2) 正 CH3OH-6e-+H2O=CO2+6H+
(3) < O2+2e-+2H+=2H2O2
【解析】（1）由信息可知，在阳极Cl-放电产生ClO2，电极反应式2Cl--10e-+4H2O=2ClO2+8H+，根据Na+移向阴极可知右侧为阴极区，电极反应式2H2O+2e-=H2↑+2OH-，阴极区pH增大，答案：2Cl--10e-+4H2O=2ClO2+8H+；增大；
（2）原电池中正离子移向正极，根据H+移动方向可知右侧b为正极，左侧a为负极，燃料甲醇在负极反应生成CO2，电极反应式CH3OH-6e-+H2O=CO2+6H+，答案：正；CH3OH-6e-+H2O=CO2+6H+；
（3）溶液中存在电荷守恒，c（H+）+c()=c()+c（OH-），溶液显酸性，c（H+）>c（OH-），c()
13．2022年12月4日，神舟十四号“最忙乘组”载誉凯旋，火箭推进剂无水肼(N2H4)功不可没。常温常压下可利用电解还原N2法制取肼，工作时电子与质子的载体(POM电解液)可以循环流动，TiO2是催化剂，反应装置如图(外接电源省略)。
已知：a电极发生的反应为POMOX+ne-=POMRe。下列说法正确的是
A．若使用铅蓄电池作电源，a电极应与PbO2电极相连
B．H+移动方向：通过质子交换膜移向右侧
C．反应器中发生的离子反应：4POMRe+nN2+4nH+nN2H4+4POMOX
D．装置工作时，反应消耗N2与产生O2的物质的量之比为2： 1
【答案】C
【解析】A．由a电极反应式可知，a为阴极，若使用铅蓄电池作电源，则a电极应与电池中Pb (负极)电极相连，故A错误；
B．电解池工作时，氢离子通过质子交换膜移向左侧，故B错误；
C．反应器中氮气反应生成N2H4，结合电极反应式可知反应器中发生的离子反应为4POMRe+nN2+4nH+ nN2H4+4POMOX，故C正确；
D．反应器中氮气反应生成N2H4，消耗1molN2生成1mol N2H4，转移4mol电子，b极生成1molO2，则消耗N2与产生O2的物质的量之比为1 : 1，故D错误；
故选C。
14．如图所示为用固体二氧化钛生产海绵钛的装置示意图，其原理是中的氧解离进入熔融盐中而得到纯钛。下列说法正确的是
A．a极是正极，石墨极是阴极 B．反应后，石墨电极的质量不发生变化
C．电解过程中，均向a极移动 D．阴极的电极反应式为
【答案】D
石墨极生成氧气，则说明，生成CO2和CO，说明石墨发生氧化反应，则石墨是阳极，b是正极，a是负极，以此分析；
【解析】A．根据分析，石墨是阳极，b是正极，a是负极，A错误；
B．根据分析，石墨发生氧化反应生成CO2、CO，B错误；
C．根据分析，负离子移动到阳极，向b处石墨移动，C错误；
D．根据分析，阴极发生还原反应，则二氧化钛发生还原反应生成单质钛和氧负离子，D正确；
故答案为：D。
15．下列说法正确的是
A．钢铁闸门外接直流电源负极，可以减慢其腐蚀速率
B．电解法精炼铜时，电解液成分及浓度始终保持不变
C．燃料电池能将反应物化学能全部转化为电能
D．任何不能发生的反应，都能通过电解的方法使之发生
【答案】A
【解析】A．钢铁闸门外接直流电源负极，则钢铁闸门作阴极，能阻止钢铁闸门失电子，从而减慢其腐蚀速率，A正确；
B．电解法精炼铜时，电解液为硫酸铜溶液，粗铜作阳极，阳极的铜及某些金属杂质会失电子生成铜离子及杂质金属离子进入溶液，阴极只有Cu2+获得电子生成Cu，所以电解液的组成及浓度会发生改变，B不正确；
C．燃料电池能将反应物的化学能转化为电能，但在转化过程中有一部分化学键转化为热能等，不能全部转化为电能，C不正确；
D．有些不能发生的反应，可通过电解的方法使之发生，但有些不能发生的反应不能通过电解法发生，D不正确；
故选A。
16．在制作简单氢氧燃料电池过程中，下列操作步骤或说法不正确的是
A．应先闭合，一段时间后，打开，再闭合
B．先闭合时左侧电极反应式为
C．当先闭合，打开时，U形管右侧溶液会变红
D．过程中是先将电能转化为化学能，再将化学能转化为电能
【答案】C
打开K2，闭合K1，连接外接直流电源作电解池，电解硫酸钠溶液，实质是电解水，左侧石墨为阳极发生氧化反应生成氧气，右侧石墨为阴极发生还原反应生成氢气。打开K1连接K2，作燃料电池。左侧石墨氧气发生还原反应，右侧石墨氢气发生氧化反应为负极，依此解答。
【解析】A．由上述分析知应先闭合，电解硫酸钠溶液生成氢气和氧气，一段时间后，打开，再闭合，作燃料电池，A正确；
B．闭合时左侧石墨电极连接电源的正极作阳极，水中的氢氧根失电子化合价升高发生氧化反应生成氧气和氢离子，B正确；
C．先打开K2闭合时右侧电极反应式为，U形管右侧溶液会变红，C错误；
D．由上述分析知应先闭合，电解硫酸钠溶液生成氢气和氧气，一段时间后，打开，再闭合，作燃料电池。过程中是先将电能转化为化学能，再将化学能转化为电能，D正确；
故选C。
17．钠离子电池比锂离子电池更稳定，造价更低，可实现内快速充电，电池结构如图。总反应为(0≤x≤0.55，M为过渡金属)，下列叙述正确的是
A．单位质量的负极材料，钠离子电池比锂离子电池可以提供更多的电量
B．放电时，从石墨烯纳米片中脱嵌，经电解质嵌入过渡金属氧化物
C．充电时，阴极上发生的电极反应为(0≤x≤0.55)
D．充电时，外电路中每转移，理论上石墨烯纳米片将增重2.3g
【答案】B
由图可知，放电时，石墨烯纳米电极为负极，NaC6在负极失去电子发生氧化反应生成钠离子和Na1-XC6，电极反应式为NaC6-xe—=Na1-XC6+xNa+(0≤x≤0.55)，过渡金属氧化物为正极，在钠离子作用下，Na1-xMO2在正极得到电子发生还原反应生成NaMO2，电极反应式为Na1-xMO2+xe—+xNa+=NaMO2(0≤x≤0.55)，充电时，石墨烯纳米电极与直流电源负极相连，做电解池的阴极，过渡金属氧化物与正极相连，做阳极。
【解析】A．金属钠的摩尔质量大于金属锂，单位质量的钠失去电子的物质的量小于金属锂，则钠离子电池提供的电量少于锂离子电池，故A错误；
B．由分析可知，放电时，钠离子从石墨烯纳米片中脱嵌，经电解质嵌入过渡金属氧化物，故B正确；
C．由分析可知，充电时，石墨烯纳米电极与直流电源负极相连，做电解池的阴极，Na1-XC6在钠离子作用下得到电子发生还原反应生成NaC6，电极反应式为Na1-XC6+xNa++xe—=NaC6，故C错误；
D．由分析可知，充电时，石墨烯纳米电极与直流电源负极相连，做电解池的阴极，Na1-XC6在钠离子作用下得到电子发生还原反应生成NaC6，电极反应式为Na1-XC6+xNa++xe—=NaC6，由电极反应式可知，外电路中每转移0.2mole—，理论上石墨烯纳米片将增重0.2mol×23gmol=4.6g，故D错误；
故选B。
18．氢能源是最具应用前景的能源之一，高纯氢的制备是目前的研究热点。
(1)可利用太阳能光伏电池电解水制高纯氢，工作示意图如下。通过控制开关连接K1或K2，可交替得到H2和O2。
①制H2时，连接_______。产生H2的电极反应式是_______。
②改变开关连接方式，可得O2。
③结合①和②中电极3的电极反应式，说明电极3的作用：_______。
(2)常温下电解200 mL一定浓度的NaCl与CuSO4混合溶液，理论上两极所得气体的体积随时间变化的关系如图中Ⅰ、Ⅱ所示(气体体积已换算成标准状况下的体积)，根据图中信息进行下列计算：(要求写出计算步骤)
①原混合溶液中NaCl和CuSO4的物质的量浓度_______。
②电解至t3时，消耗水的质量_______。
【答案】(1) K1 2H2O+2e-=H2↑+2OH- 制H2时，电极3发生反应：Ni(OH)2+OH--e-=NiOOH+H2O。制O2时，上述电极反应逆向进行，使电极3得以循环使用
(2) c(NaCl)=c(CuSO4)=0.1 mol/L 0.72 g
【解析】（1）①电解时，阴极上水电离产生的H+得到电子被还原产生H2，即电极1产生H2，此时开关连接K1，阴极H2O得电子生成H2，电极反应式为：2H2O+2e-=H2↑+2OH-；
②改变开关连接方式，可得O2；
③连接K1时，电极3为阳极，Ni(OH)2失去电子被氧化产生NiOOH，故阳极3的电极反应为Ni(OH)2+OH--e-=NiOOH+H2O；当连接K2制O2时，电极3连接电源负极，作阴极，此时电极3发生得到电子的还原反应，电极反应式为：NiOOH+e-+H2O=Ni(OH)2+OH-；由以上电极反应可看出，不同的连接方式，可使电极3循环使用；
（2）①图象中看出阳极得到336 mL气体中，224 mL是Cl2，112 mL是O2，故224 mL Cl2的物质的量是n(Cl2)=；O2的物质的量是n(O2)=，则在反应过程中转移电子的物质的量为：n(e-)=2n(Cl2)+4n(O2)=2×0.01 mol+4×0.005 mol=0.04 mol。又因为阳极首先逸出的是Cl2，根据氯元素守恒可知n(NaCl)=2n(Cl2)=2×0.01 mol=0.02 mol，故NaCl溶液的浓度。此过程中阴极刚好析出全部铜：Cu2++2e-=Cu，故根据电子守恒可知n(CuSO4)=n(Cu)=，则c(CuSO4)=；
②从图象可知，t3时，生成标准状况下O2的生成的体积V(O2)=(672 mL-224 mL)=448 mL，其物质的量是n(O2)=，O2全部是电解水得来的，根据反应转化关系2H2O～O2得到n(H2O)=2n(O2)=0.04 mol，则反应消耗H2O的质量是m(H2O)=0.04 mol×18 g/mol=0.72 g。
4.3 电解池
学习聚焦
知识精讲
知识点01 电解池
1、电解池：一种将电能转化为化学能的装置。
2、电解：电解是使电流通过电解质溶液（或熔融的电解质）而在阴、阳两极发生氧化还原反应过程。
3、电解池反应原理：
阴极：与电源负极相连，本身不反应，溶液中正离子得电子发生还原反应。
阳极：与电源正极相连，发生氧化反应，若是惰性中极，则是溶液中负离子失电子；若是非惰性电极，则电极本身失电子
电子的流向：负极—阴极—阳极—正极
电流的流向：正极—阳极—阴极—负极
4、电解反应中反应物的判断——放电顺序
⑴阴极
A.阴极材料(金属或石墨)总是受到保护。
B.正离子得电子顺序 — 金属活动顺序表的反表：K+
A.阳极材料是惰性电极(C、Pt、Au、Ti等)时：负离子失电子：S2- ＞ I- ＞ Br- ＞ Cl- ＞ OH- ＞ NO3- 等含氧酸根离子 ＞F-
B.阳极是活泼电极时：电极本身被氧化，溶液中的离子不放电。
【即学即练1】有关利用某新型电化学装置(如下图所示)电催化合成偶氮化合物( )的研究，下列说法中不正确的是
A．CoP电极是阴极
B．电极反应式为
C．合成1mol偶氮化合物，要消耗4mol
D．向极移动
【答案】C
【解析】A．根据图中物质变化可知，为阳极，CoP电极是阴极，故A正确；
B．为阳极，发生氧化反应，且为碱性溶液，反应式为，故B正确；
C．阴极反应方程式为 ，合成1mol偶氮化合物转移电子8mol；阳极反应方程式为，故合成1mol偶氮化合物，要消耗2mol，C错误；
D．左侧消耗氢氧根，向极移动，故D正确；
故选C
知识点02 原电池和电解池的比较：
装置
原电池
电解池
实例
原理
原电池的原理是氧化还原反应中的还原剂失去的电子经过导线传递给氧化剂，使氧化还原反应分别在两个电极上进行
使电流通过电解质溶液而在阴,阳两极上引起氧化还原反应的过程.
形成条件
①电极：两种不同的导体相连；
②电解质溶液：能与电极反应。
①电源；
②电极（惰性或非惰性）；
③电解质（水溶液或熔化态）。
反应类型
自发的氧化还原反应
非自发的氧化还原反应
电极名称
由电极本身性质决定：
正极：材料性质较不活泼的电极；
负极：材料性质较活泼的电极。
由外电源决定：
阳极：连电源的正极；
阴极：连电源的负极；
电极反应
负极：Zn-2e-=Zn2+ （氧化反应）
正极：2H++2e-=H2↑（还原反应）
阴极：Cu2+ +2e- = Cu （还原反应）
阳极：2Cl--2e-=Cl2↑ （氧化反应）
电子流向
负极(外电路) →正极
阳极→电源正极
阴极←电源负极
电流方向
正极(外电路) →负极
阳极←电源正极
阴极→电源负极
能量转化
化学能→电能
电能→化学能
应用
①抗金属的电化腐蚀；
②实用电池。
①电解食盐水（氯碱工业）；②电镀（镀铜）；③电冶（冶炼Na、Mg、Al）；④精炼（精铜）。
【即学即练2】钠离子电池以其低成本、高安全性等成为锂离子电池的首选“备胎”，其工作原理为：。下列说法正确的是
A．放电时，嵌入铝箔电极上，Mn元素被氧化
B．放电时，外电路中每转移，理论上碳基材料质量增加4.6g
C．充电时，b极为阴极，其电极反应为
D．该电池在充放电过程中，依靠钠离子在两极反复脱嵌和嵌入，未发生氧化还原反应
【答案】C
由题干信息可知，碳基材料为负极b，放电过程中发生的电极反应为：NamCn-me-=Cn+mNa+，充电时，b与电源负极相连为阴极，电极反应为：Cn+mNa+ +me-= NamCn则含钠过渡金属氧化物为正极a，电极反应为：Na1-mMnO2+me-+mNa+=NaMnO2，充电时，a与电源正极相连作阳极，电极反应为：NaMnO2-me-= Na1-mMnO2+ mNa+，据此分析解题。
【解析】A．通过分析可知，放电时嵌入铝箔电极上，此时锰元素化合价降低，被还原，A错误；
B．放时，钠元素由碳基材料转移到铝箔电极上，此时碳基材料质量减轻，B错误；
C．由分析可知，充电时，b与电源负极相连为阴极，电极反应为：Cn+mNa+ +me-= NamCn，C正确；
D．由分析可知，放电过程中，钠元素和锰元素的化合价都在变，发生了氧化还原反应，D错误；
故选C。
知识点03 电解原理的应用
（1）、铜的电解精炼
阳极（粗铜棒）：Cu－2e－＝Cu2＋
阴极（精铜棒）：Cu2＋＋2e－＝Cu
电解质溶液：含铜离子的可溶性电解质
分析：因为粗铜中含有金、银、锌、铁、镍等杂质，电解时，比铜活泼的锌、铁、镍会在阳极放电形成正离子进入溶液中，Zn－2e－ = Zn2+ 、Fe－2e－ = Fe2+ 、Ni－2e－ =Ni2+，Fe2+、Zn2+、Ni2+不会在阴极析出，最终留存溶液中，所以电解质溶液的浓度、质量、pH均会改变。还原性比铜差的银、金等不能失去电子，它们以单质的形式沉积在电解槽溶液中，成为阳极泥。阳极泥可再用于提炼金、银等贵重金属。
（2）、电镀
阳极（镀层金属）：Cu－2e－＝Cu2＋
阴极（镀件）：Cu2＋＋2e－＝Cu
电镀液：含镀层金属的电解质
分析：因为由得失电子数目守恒可知，
阳极放电形成的Cu2＋离子和阴极Cu2＋离子放电的量相等，所以电解质溶液的浓度、质量、pH均不会改变。
注意：
A、电镀是电解的应用。电镀是以镀层金属为阳极，待镀金属制品为阴极，含镀层金属离子为电镀液。
B、电镀过程的特点：牺牲阳极；电镀液的浓度（严格说是镀层金属离子的浓度）保持不变；在电镀的条件下，水电离产生的H+、OH—一般不放电。
教学建议：电镀知识在讲解的过程中可以联系电解池进行分析帮助孩子理解，并且强调目前我们只需要掌握电镀不活泼的铜等金属（从放电的先后顺序分析），对程度较好的学生可以详细分析一下原理
（3）电解饱和食盐水——氯碱工业
氯碱工业所得的NaOH、Cl 2 、H2 都是重要的化工生产原料，进一步加工可得多种化工产品，涉及多种化工行业，如：有机合成、医药、农药、造纸、纺织等，与人们的生活息息相关。
阳极：石墨或金属钛 2Cl――2e＝Cl2↑
阴极：铁网 2H＋＋2e＝H2↑
电解质溶液：饱和食盐水
总方程式：2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑
分析：在饱和食盐水中接通直流电源后，溶液中带负电的OH—和Cl—向阳极移动，由于Cl—比OH—容易失去电子，在阳极被氧化成氯原子，氯原子结合成氯分子放出；溶液中带正电的Na+和H+向阴极移动，由于H+比Na+容易失去电子，在阴极被还原成氢原子，氢原子结合成氢分子放出；在阴极上得到NaOH。
教学建议：讲解过程中可以以提问的方式帮助孩子回顾食盐水精制和隔膜的作用
（1）饱和食盐水的精制：
原因：除去NaCl中的MｇCl2、Na2SO4等杂质，防止生成氢氧化镁沉淀影响
溶液的导电性，防止氯化钠中混有硫酸钠影响烧碱的质量。试剂加入的顺序：先加过量的BaCl2和过量的NaOH（顺序可换），再加入过量的Na2CO3，过滤，加盐酸调节pH为7。
（2）隔膜的作用：防止氢气和氯气混合发生爆炸；防止氯气和氢氧化钠反应影响烧碱的质量。
【即学即练3】21．金属钒在化工、航空航天、二次电池等领域有着重要的作用，其中全钒液流电池具有便于扩容、操作安全、使用寿命长等优点。两性离子交换膜是钒电池的关键组成部分，钒电池的两性离子交换膜中离子迁移示意图如图所示。下列有关叙述错误的是
A．放电时，正极反应式为
B．充电时，阴极反应式为
C．充电时，通过荷正电固定基团向负极区移动
D．两性离子交换膜中荷正电固定基团可有效提高阻钒性
【答案】C
由图可知，正极电解液中含有和，故正极的电极反应为：；负极含有V2+和V3+，故负极反应为：，以此解题。
【解析】A．由分析可知，放电时，正极反应式为，A正确；
B．原电池负极，在充电时作阴极，发生还原反应，则充电时，阴极反应式为，B正确；
C．充电时作电解池，阴离子移向阳极区，即向原电池的正极区移动，C错误；
D．荷正电固定基团允许阴离子通过，阻止阳离子通过，故可阻止/、V3+/V2+ 的移动，即有效地提高阻钒性，D正确；
知识点04 电解法冶炼活泼金属
（1）电解熔融的氯化钠制金属钠：
2NaCl（熔融）2Na＋Cl2↑
（2）电解熔融的氯化镁制金属镁：
MgCl2（熔融）Mg＋Cl2↑
（3）电解熔融的氧化铝制金属铝：
2Al2O3（熔融）4Al＋3O2↑
分析：在金属活动顺序表中K、Ca、Na、Mg、Al等金属的还原性很强，这些金属都很容易失电子，因此不能用一般的方法和还原剂使其从化合物中还原出来，只能用电解其化合物熔融状态方法来冶炼。
注意：电解熔融NaCl和饱和NaCl溶液的区别；不能用MgO替代MgCl2的原因；不能用AlCl3替代Al2O3的原因。
【即学即练4】有关电化学示意图如图。回答下列问题：
图1
(1)图1是工业上用电解法在强碱性条件下除去废水中的的装置，发生的反应有
ⅰ.
ⅱ.
ⅲ.
①石墨电极上发生_______(填“氧化”或“还原”)反应；阴极反应式为_______。
②电解过程中有关微粒的定向移动的说法错误的是_______(填字母)。
A．电子由电极b经导线流向铁电极
B．电流由铁电极经溶液流向石墨电极
C．移向石墨电极
D．移向铁电极
③为了使电解池连续工作，需要不断补充_______。
(2)图2是一种高性能的碱性硼化钒一空气电池，该电池工作时发生的离子反应。
图2
①电极为_______极(填“正”或“负”)，电池工作时正极反应式为_______。
②若离子选择性膜只允许通过，电池工作过程中，忽略溶液的体积变化，则正极室的碱性_______(填“变大”、“变小”或“不变”)。
③放电过程中，消耗36.5 g硼化钒，电路中转移_______mol电子。
【答案】(1) 氧化 B NaOH
(2) 负 不变 5.5
（1）根据题给信息，除去废水中分两步进行：第一步用电解法使氧化成， 氧化成，第二步用氧化，在强碱性条件下，最终转化成。第一步氧化反应失去电子，应发生在电解池的阳极，因此铁电极不能作阳极，只能作阴极，石墨电极作阳极，电源中a为正极，b为负极；
（2）根据电池反应总方程式，空气中的氧气在复合碳电极上得到电子被还原，复合碳电极为正极，那么发生氧化反应，为负极，根据离子选择膜的性质来确定溶液中离子移动的方向，题目据此解答。
【解析】（1）①根据分析，石墨电极是阳极，阳极上和失去电子氧化生成和，阴极上氢离子得电子生成氢气，在强碱性条件下，电极反应式为；
②A．电解池中铁电极是阴极，石墨电极是阳极，电源中a为正极，b为负极，电子由电极b经导线流向铁电极，A正确；
B．电流由电源正极a经导线流向石墨电极，经溶液流向铁电极，再经导线流向电源负极b，B错误；
C．电解池中阴离子移向阳极，即、移向石墨电极，C正确；
D．电解池中阳离子移向阴极，即移向铁电极，D正确；
故选B；
③阳极反应为、、，阴极反应为，理论上处理2mol时消耗6mol，此时阳极共失去10mol，同时共消耗12molNaOH，阴极生成10molNaOH，总反应需要消耗2molNaOH，所以要使电解池连续工作，需要不断补充NaOH；
（2）①由总反应可知，发生失电子的氧化反应，作负极，氧气在正极上得电子生成，正极电极反应式为；
②若离子选择性膜只允许通过，原电池工作时，由正极区通过离子交换膜移向负极区。正极电极反应式为，若电路中转移4mol，正极生成4mol，有4mol通过离子选择性膜移向负极，所以正极室的碱性保持不变；
③36.5g硼化钒的物质的量为，负极电极反应式为，所以消耗36.5g硼化钒()时电路中转移电子。
常见考法
常见考法一 电解池的原理
【例1】18．锌溴液流电池用溴化锌溶液作电解液，并在电池间不断循环。下列有关说法错误的是
A．放电时正极的电极反应式为Br2＋2e-= 2Br-
B．放电时每转移2 mol电子，负极区溶液质量保持不变
C．充电时n接电源的负极，Zn2＋通过正离子交换膜由左侧流向右侧
D．若将正离子交换膜换成负离子交换膜，放电时正、负极也随之改变
【答案】D
放电时，该装置是原电池，Zn易失电子作负极，电极反应式为Zn-2e-=Zn2+，正极反应式为Br2+2e-=2Br-，所以与n相连的一极是负极，与m相连的一极是正极；充电时，原电池的正、负极分别对应电解池的阳、阴极，n接电源负极，与n相连的一极是阴极，m接电源正极，与m相连的一极是阳极，正极正离子交换膜只能正离子通过，分子或负离子不能通过，以此解答该题。
【解析】A．根据分析，放电时正极的电极反应式为Br2＋2e-=2Br-，A正确；
B．Zn易失电子作负极，电极反应式为Zn-2e-=Zn2+，放电时每转移2 mol电子，反应生成1molZn2+，同时有1mol Zn2+由正离子交换膜移向正极区，因此负极区溶液质量保持不变，B正确；
C．根据分析，充电时n接电源的负极，与n相连的一极是阴极，与m相连的一极是阳极，Zn2+移向阴极，即通过正离子交换膜由左侧流向右侧，C正确；
D．若将正离子交换膜换成负离子交换膜，放电时正、负极不发生改变，D错误；
故选D。
必杀技
【同步练习1】氮肥是保证粮食安全的重要物资，某种制备NH3的转化历程如图所示。下列说法错误的是
A．步骤Ⅰ中发生的反应为4LiOH(熔融) 4Li+O2↑+2H2O
B．该转化历程没有涉及置换反应
C．该转化历程的总反应为2N2+6H2O=4NH3+3O2
D．由该反应历程表明N2的氧化性强于O2
【答案】D
该历程经历了三步反应，分别为：4LiOH(熔融) 4Li+O2↑+2H2O；
6Li+N22Li3N；Li3N+3H2O=3LiOH+NH3↑；三步反应加起来可得总反应为2N2+6H2O=4NH3+3O2；据此分析。
【解析】A．根据上述分析看可知，步骤Ⅰ中发生反应为4LiOH(熔融) 4Li+O2↑+2H2O，A正确；
B．步骤Ⅰ中发生的反应属于分解反应，步骤Ⅱ中发生的反应为6Li+N22Li3N，属于化合反应，步骤Ⅲ中发生的反应为Li3N+3H2O=3LiOH+NH3↑，属于复分解反应，该转化历程没有涉及置换反应，B正确；
C．三步反应加起来可得总反应为2N2+6H2O=4NH3+3O2，C正确；
D．该历程中没有发生氮气作为氧化剂，氧化某种物质生成氧化产物为氧气的反应，则不能说明N2的氧化性强于O2，D错误；
故本题选D。
常见考法二 原电池与电解池
【例2】如图1所示，其中甲池的总反应为2CH3OH+3O2+4KOH=2K2CO3+6H2O，回答下问题：
(1)甲池燃料电池的负极反应式为_______。
(2)写出乙池中电解总反应的化学方程式：_______。
(3)甲池中消耗224 mL(标准状况下)O2，此时丙池中理论上最多产生_______g沉淀，此时乙池中溶液的体积为400 mL，该溶液的pH=_______。
(4)若乙池是铁片镀铜装置，则石墨电极和银电极应替换为_______和_______。
(5)若乙池是电解精炼铜装置，随着电解过程的进行，电解质溶液的浓度将_______(填“变大”、“变小”或“不变”)。
(6)某同学利用甲醇燃料电池设计电解法制取漂白液的实验装置如图2,若用于制漂白液，则a为电池的_______极，电解质溶液用_______。随着电解过程的进行，溶液pH将_______(填“变大”、“变小”或“不变”)。
【答案】(1)CH3OH-6e-+8OH-= CO +6H2O
(2)2CuSO4+2H2O2Cu+2H2SO4+O2↑
(3) 1.16 1
(4) 铜 铁
(5)变小
(6) 负 饱和食盐水 变大
由图示可知甲为燃料电池，通甲醇的电极为负极，通氧气的电极为正极，乙池和丙池为电解池，乙池中石墨电极为阳极，银电极为阴极，丙池中左侧pt电极为阳极，右侧pt电极为阴极。
【解析】（1）甲池中通甲醇的电极为负极，电解质溶液为碱溶液，负极反应式CH3OH-6e-+8OH-= CO+6H2O，答案：CH3OH-6e-+8OH-= CO+6H2O；
（2）乙池中阳极水放电生成O2和H+，阴极Cu2+放电生成Cu，电解总反应的化学方程式2CuSO4+2H2O2Cu+2H2SO4+O2↑，答案：2CuSO4+2H2O2Cu+2H2SO4+O2↑；
（3）甲池中消耗O2为 ，转移电子0.01mol×4=0.04mol，丙池中MgCl2+2H2OMg(OH)2↓+H2↑+Cl2↑，根据得失电子守恒，理论上最多产生Mg(OH)20.02mol×58g/mol=1.16g沉淀，乙池中2CuSO4+2H2O2Cu+2H2SO4+O2↑得到硫酸0.02mol， ，该溶液的pH=1，答案：1.16；1；
（4）乙池中石墨电极为阳极，银电极为阴极，如果将乙池为铁片镀铜装置，则铁片做阴极，铜做阳极，所以需要石墨电极应替换为铜，银电极替换为铁，答案：铜；铁；
（5）乙池是电解精炼铜装置，随着电解过程的进行，电解质溶液的浓度将变小，答案：变小；
（6）用电解法制备漂白液，因为Cl2和NaOH反应能生成NaClO，用惰性电极电解饱和食盐水，阴极生成H2和OH-，阳极Cl-放电生成Cl2，和阴极生成的OH-反应生成ClO-，阴极产生的H2逸出，所以A端为电解池阴极，a为电池的负极，总方程式NaCl+H2ONaClO+H2↑，随着电解过程的进行，溶液pH变大。答案：负；饱和食盐水；变大。
必杀技
【同步练习2】燃煤烟气和汽车尾气中常含有、、有机碳氢化合物等粒子。烟气脱硝是治理雾霾的方法之一、
(1)以氨气为脱硝剂时，可将还原为。
①已知：
则反应，_______0(填“>”、“<”“=”)
(2)研究发现还原NO的反应历程如图1。下列说法正确的是_______(填序号)。
A．能增大总反应的活化能，提高反应速率
B．总反应为
C．该反应历程中形成了非极性键和极性键
D．该反应中的三个阶段均为氧化还原反应
(3)络合吸收法脱硝技术有2种吸收NO的方法，涉及的反应如下：
方法1.
方法2.
已知：是与某有机化合物的阴离子形成的络合物
①方法1，pH过高不利于与NO反应，用离子方程式解释原因_______。
②研究温度对反应的影响，在相同时间内，测得不同温度下，NO的去除率如图2所示，解释随温度变化NO去除率变化的原因_______。
(4)碱液吸收法。将氢氧化钠溶液脱硝得到的、混合液和NaOH溶液分别加到如图3所示的电解槽中进行电解，该装置中，阴离子的移动方向为_______(填“B室到A室”或“A室到B室”)；写出A室发生的电极反应式：_______。
【答案】(1)<
(2)ACD
(3) Fe2++2OH- =Fe(OH)2↓ 温度45℃以下，升高温度，有利于加快反应速率，NO的脱除率增大，温度45℃以上，升高温度，平衡逆向移动，且NO的溶解度降低，NO的脱除率减小；
(4) 电极II
【解析】（1）设 N2(g) + O2 (g) = 2NO (g) △H1=+180.5kJ∙mol-1①，4NH3(g) + 3O2(g) = 2N2(g) + 6H2O (g) △H2= -1269kJ∙mol-1 ②，4NH3(g) + 6NO(g) = 5N2(g) + 6H2O △H3 ③，根据盖斯定律，有③=②-①×3，则△H3=△H2-△H1×3=[ (-1269)-3×180.5]kJ∙mol-1<0；
（2）A．根据图1可知，为反应的催化剂，故能降低总反应的活化能，提高反应速率，A正确；
B．根据图1可知，反应物是氨气、和氧气，生成物是氮气和水，则总反应的化学方程式为，B错误；
C．该反应历程中形成了非极性键和极性键，C正确；
D．由图可知，反应中的三个阶段均有元素化合价变化，均为氧化还原反应，D正确；
故选ACD；
（3）①方法l，pH过高不利于Fe2+与NO反应，原因是Fe2+与溶液中的OH-会发生反应产生Fe(OH)2沉淀，离子方程式为Fe2++2OH- =Fe(OH)2↓；
②分析图像和物质性质可知：温度变化NO去除率变化的原因是温度45℃以下，升高温度，有利于加快反应速率，NO的脱除率增大，温度45℃以上，升高温度，化学平衡逆向移动，且NO的溶解度降低，NO的脱除率减小，故答案为：温度45℃以下，升高温度，有利于加快反应速率，NO的脱除率增大，温度45℃以上，升高温度，平衡逆向移动，且NO的溶解度降低，NO的脱除率减小；
（4）该装置为电解池，由图可知电极I附近产生氮气，则该电极为阴极，则电极II为阳极，在电解池中阴离子向阳极移动，即向电极II移动；由图可知，A室发生的电极反应式为。
常见考法三 电解池的应用
【例3】据报道，最近有科学家设计了一种在常压下运行的集成基质子陶瓷膜反应器(PCMR)，将PCMR与质子陶瓷燃料电池相结合进行电化学法合成氨的原理如图所示，下列说法不正确的是
A．阴极可能发生副反应：
B．阳极的电极反应式：
C．质子通过交换膜由阳极区向阴极区移动
D．理论上电路中通过电子时，阴极最多产生
【答案】B
【解析】A. 阴极得电子，右边为阴极，阴极主要是氮气得到电子变为氨气，可能发生副反应2H+ +2e－=H2 ↑，故A正确；
B. 根据图中信息分析，CH4化合价升高变为CO2，因此左边为阳极，阳极的电极反应式为CH4+2H2O− 8e－ = CO2 +8H+，故B错误；
C. 根据电解池“异性相吸”原理，质子(H+)通过交换膜由阳极区向阴极区移动，故C正确；
D. 阴极发生反应：，理论上电路中通过电子时，阴极最多产生，故D正确；
故选：B。
必杀技
【同步练习3】双极膜是由一张阳膜和一张阴膜制成的复合膜，在直流电场作用下能将中间层中的解离成和。利用双极膜和维生素C的钠盐()制备维生素C()，装置如图所示。已知维生素C具有弱酸性和还原性，下列说法正确的是
A．X离子是，II区出口处溶液的浓度减小
B．M极的电势高于N极，电解一段时间后，阳极区附近溶液的变大
C．将I区的溶液替换成溶液，可以提高维生素C的产率
D．当M极生成2.24L(标准状况下)时，IV区溶液的质量增加8.8g
【答案】D
I区和IV区均通入Na2SO4溶液，M极上有O2生成，N极上有H2生成，则M极上失电子，发生氧化反应，M极为阳极，N极为阴极；电解池中阴、阳离子分别向阳、阴极移动，则I区中Na+通过阳离子交换膜向II区移动，双极膜中的X离子(OH- )向II区移动，双极膜中的Y离子(H+)向III区移动，III区中的Na+通过阳离子交换膜向IV区移动；据此分析解答。
【解析】A．根据分析，I区中Na+通过阳离子交换膜向II区移动，双极膜中的X离子(OH- )向II区移动，双极膜中的Y离子(H+)向III区移动，III区中的Na+通过阳离子交换膜向IV区移动，II区出口处NaOH溶液的浓度增大，A错误；
B．根据分析，M极为阳极，N极为阴极。阳极电势高于阴极，即M极电势高于N极，阳极反应式为2H2O-4e-=O2↑+4H+，阳极区附近溶液的pH变小，B错误；
C．维生素C具有还原性，在Ⅰ区易被氧化，不能提高产率，C错误；
D．M极生成标准状况下2.24L(0.1)时，电路中转移0.4，进入Ⅳ区的的质量是，Ⅳ区生成的质量是，因此Ⅳ区溶液增加的质量是，D正确；
故选D。
故选C。
分层提分
题组A 基础过关练
1．在提倡节能减碳的今天，二氧化碳又有了新用途。中国科学院利用二氧化碳和甲酸的相互转化反应设计了一种可逆的水系金属二氧化碳电池，结构如图所示。下列说法正确的是
A．双极膜、双功能催化纳米片等材料是保证电池功能的重要条件
B．放电时，移向正极，正极区附近溶液pH不变
C．充电时，阳极反应为
D．若用该电池给铅蓄电池充电，理论上消耗的与铅蓄电池中产生的物质的量相等
【答案】A
【解析】A．双极膜、双功能催化纳米片等新材料可以减小电阻，是保证电池功能的重要条件，故A正确；
B．放电时，H+移向正极，正极区生成HCOOH，溶液的酸性改变，故B错误；
C．充电时，阳极甲酸转化为二氧化碳，其电极反应式为：HCOOH-2e-=CO2↑+2H+，故C错误；
D．理论上消耗1molCO2转移2mol电子，铅蓄电池充电时总方程式为：2PbSO4+2H2OPb+PbO2+2H2SO4，Pb元素化合价由+2价上升到+4价，转移2mol电子时消耗1molPbSO4，同时生成2mol H2SO4，故D错误；
故选A。
2．镁锂双盐电池是结合镁离子电池和锂离子电池而设计的新型二次离子电池。其工作原理如图所示，已知放电时，b极转化关系为：。下列说法正确的是
A．充电或放电时，a极电势均高于b极
B．放电过程中正极质量减少，负极质量增加
C．充电时阳极的电极反应式为
D．该电池工作时，若通过电路转移电子的物质的量为，则负极质量变化
【答案】C
【解析】镁锂双盐电池的工作原理为：放电时，电池负极材料金属镁失去电子生成Mg2+ ，电解液中的Li+得到电子嵌入正极材料，达到电荷平衡；充电时，电池正极材料中LixVS2失去电子，生成Li+ ，电解液中的Mg2+得到电子沉积到金属镁负极上去，再次达到电荷平衡。放电时负极反应为Mg-2e- =Mg2+ ，正极反应为VS2+xe-+xLi+ =LixVS2 ，总反应为xMg+ 2VS2+2xLi+=2LixVS2+xMg2+。
A．Mg为负极，VS2为正极，所以充电或放电时，b极电势均高于a极，选项A错误；
B．放电过程中正极质量增加，负极质量减少，选项B错误；
C．充电时，阳极的电极反应式为LixVS2- xe- =VS2+xLi+ ，选项C正确；
D．该电池负极为Mg电极，通过电路转移电子的物质的量为时，负极质量变化为0.05mol×24g/mol=1.2g，选项D错误；
答案选C。
3．为阿伏加德罗常数的值，下列说法正确的是
A．将含1 mol 的溶液加热蒸干，可得的分子数为
B．充有128 g HI(g)的容器中，含有的HI分子数为
C．常温下，1 mol·L的NaCl溶液中含有的负离子数大于
D．铁件上镀铜时，阴极增重64 g，电路中通过的电子数为
【答案】D
【解析】A．由于，加热HCl挥发，促进AlCl3水解，故加热蒸干AlCl3溶液，得不到AlCl3固体，选项A错误；
B．HI(g)会分解2HIH2+I2，含有的HI分子数少于，选项B错误；
C．未指明溶液的体积，无法计算负离子数，选项C错误；
D．铁件上镀铜时，阴极电极反应式为Cu2++2e-=Cu，阴极增重64 g，电路中通过的电子数为，选项D正确；
答案选D。
4．绿水青山就是金山银山。现利用如图所示装置对工业废气、垃圾渗透液进行综合治理并实现发电。下列有关说法错误的是
A．惰性电极a为负极
B．在b极被还原
C．相同时间内a、b两极产生的物质的量之比为3∶5
D．在硝化细菌的作用下被氧化成
【答案】C
【解析】根据物质的化合价变化，可知惰性电极a为负极，其电极反应式为，惰性电极b为正极，其电极反应式为；
A．根据分析可知，惰性电极a为负极，选项A正确；
B．惰性电极b为正极，其电极反应式为，选项B正确；
C．根据得失电子守恒可知，a、b两极产生的物质的量之比为5∶3，选项C错误；
D．在硝化细菌的作用下，N元素由-3价升高为+5价，被氧化成，选项D正确；
答案选C。
5．我国科学家用特殊电极材料发明了一种新型碱性电池，既能吸收，又能实现丙三醇的相关转化，工作原理如图所示，下列说法正确的是
A．放电时，A极为原电池的负极
B．放电时，B极反应式为
C．放电时，若A极产生和各1，则B极消耗2丙三醇
D．离子交换膜为正离子交换膜
【答案】C
【解析】A. 由题图信息知A极，，均发生得电子的还原反应，故A极为正极，故A项错误。
B.由题干信息知，该电池为碱性电池，电极反应式中不能有，故正确的电极反应式为，故B项错误。
C.A极反应式为、，若A极产生和各1，则电路中转移4电子，B极消耗2丙三醇，故C项正确。
D.根据电极反应式知，A极产生，B极消耗，离子从“产生区”移向“消耗区”，故从A极区移向B极区，离子交换膜为负离子交换膜，故D项错误。
故选C。
6．也可采用“电解法”制备，装置如图所示。
(1)写出电解时阴极的电极反应式：___________。
(2)电解过程中通过正离子交换膜的离子主要为___________，其迁移方向是___________。
【答案】(1)
(2) 由电极a到电极b
如图所示，装置为电解池，惰性电极a为阳极，惰性电极b为阴极，结合电解质溶液为强碱性溶液来书写电极反应式，正离子交换膜确定能够在两极区之间移动的离子种类与方向，题目据此解答。
【解析】（1）电解液是溶液，阴极的电极反应为水电离出的发生还原反应，电极反应式为：。
（2）隔膜是正离子交换膜，电解质溶液是溶液，电解过程中阳极反应式为，因此阳极区的通过正离子交换膜由电极a迁移到电极b。
题组B 能力提升练
7．工业上利用电解NaGaO2溶液制备Ga的装置如图，已知NaGaO2性质与NaAlO2类似，下列说法错误的是
A．阴极的电极反应为GaO+3e-+4H+=Ga+2H2O
B．电解获得1molGa，则阳极产生的气体在标准状况下的体积至少为16.8L
C．中间的离子交换膜为正离子交换膜
D．电解结束后，两极溶液混合后可以循环使用
【答案】A
【解析】由图可知，与直流电源正极相连的左侧电极为阳极，碳酸根离子作用下水在阳极失去电子发生氧化反应生成氧气和碳酸氢根离子，电极反应式为2H2O—4e—+2CO=O2↑+2HCO，与直流电源负极相连的右侧电极为阴极，水分子作用下偏镓酸根离子在阴极得到电子发生还原反应生成镓和氢氧根离子，电极反应式为GaO+3e—+2H2O=Ga+4OH—。
A．由分析可知，与直流电源负极相连的右侧电极为阴极，水分子作用下偏镓酸根离子在阴极得到电子发生还原反应生成镓和氢氧根离子，电极反应式为GaO+3e—+2H2O=Ga+4OH—，故A错误；
B．由得失电子数目守恒可知，电解获得1mol镓，标准状况下阳极生成氧气的体积为1mol××22.4mol/L=16.8L，故B正确；
C．由分析可知，电解时左侧阳极室中负离子电荷数减小，右侧阴极室中负离子电荷数增大，则钠离子从阳极室经正离子交换膜进入阴极室，故C正确；
D．由分析可知，电解结束后，左侧阳极室得到碳酸氢钠溶液，右侧阴极室得到氢氧化钠溶液，两极溶液混合得到的碳酸钠溶液可以循环使用，故D正确；
故选A。
8．现有正离子交换膜、负离子交换膜、石蕊电极和如图所示电解槽，用离子交换技术原理，可电解溶液生产KOH和溶液。下列说法中正确的是
A．溶液从E口加入
B．从D口出来的是KOH溶液
C．膜a是正离子交换膜，允许通过
D．阴极电极反应式为
【答案】B
【解析】用石磨电极电解溶液，实质是电解水，阳极放电：，阳极的生成的与形成溶液，膜a为允许通过的负离子交换膜；阴极得电子：，消耗了剩下，与形成KOH溶液，膜b为允许通过的正离子交换膜。
A．溶液从F口加入，通过膜a，通过膜b，故A错误；
B．阴极得电子：，与形成KOH溶液，KOH溶液从D口出来，故B正确；
C．膜a为允许通过的负离子交换膜，故C错误；
D．阴极得电子，电极反应式为，故D错误；
故选B。
9．内重整碳酸盐燃料电池(熔融和为电解质)的原理如图所示，下列说法不正确的是
A．常温下，1mol甲烷参加反应正极需要通入
B．以甲烷为燃料气时，负极反应式为
C．该电池使用过程中需补充
D．以此电池为电源精炼铜，当有转移时，阴极增重6.4g
【答案】C
【解析】A. 常温下，负极电极反应式：CH4+4 - 8e - =5CO2 +2H2O，1mol甲烷参加反应，转移的电子数为8mol，正极电极反应式O2+4e- +2CO2 =2，需要通入，故A正确；
B. 若以甲烷为燃料气时负极电极反应式为CH4+4 - 8e - =5CO2 +2H2O，故B正确；
C. 总反应为燃料和氧气反应，所以使用过程中不需补充，故C错误；
D. 以此电池为电源精炼铜，阴极电极反应Cu2++2e-=Cu，当有转移时，增重6.4g，故D正确；
选D。
10．下列与金属铜相关的叙述正确的是
A．在镀件上镀铜时，可用铜做阳极 B．用铜做电极的原电池中，铜电极一定做正极
C．用电解法精炼铜时，用纯铜做阳极 D．电解饱和溶液时，用铜做阳极
【答案】A
【解析】A．在镀件上镀铜时，铜电极上发生氧化反应，铜做阳极，A正确；
B．用铜做电极的原电池中，铜与锌做电极，硫酸铜做电解液，铜做正极，铜与银做电极，硝酸银做电解液，铜做负极，B错误；
C．用电解法精炼铜时，用粗铜做阳极，纯铜做阴极，C错误；
D．电解CuCl2饱和溶液时，不能用铜做阳极，若用铜做阳极，铜会发生氧化反应，失去电子形成铜离子，D错误；
故答案为A。
11．下列化学用语不正确的是
A．AgCl在盐酸中溶解平衡：
B．稀硫酸和稀的氢氧化钠溶液反应测中和热时的热化学方程式：
C．氯碱工业中电解饱和食盐水的化学方程式：
D．普通铅蓄电池的负极电极反应：
【答案】D
【解析】A．AgCl在盐酸中溶解平衡：，A正确；
B．中和热是强酸和强碱的稀溶液发生中和反应，生成1mol水时放出的热量，稀硫酸和稀的氢氧化钠溶液反应测中和热时的热化学方程式： ，B正确；
C．氯碱工业中电解饱和食盐水生成NaOH、Cl2、H2，化学方程式：，C正确；
D．普通铅蓄电池的负极电极反应：，D错误；
故答案为：D。
12．原电池是化学对人类的一项重大贡献。回答下列问题：
(1)铁是用途最广的金属材料之一，但生铁易生锈。请讨论电化学实验中有关铁的性质。
①某原电池装置如图所示，右侧烧杯中的电极反应式为___________。
②已知下图甲、乙两池的总反应式均为Fe+H2SO4=FeSO4+H2↑，且在同侧电极(指均在“左电极”或“右电极”)产生H2。请在两池上标出电极材料___________(填“Fe”或“C”)。
(2)碱性锌锰干电池的剖面图如图所示，已知电池放电后的产物是Zn(OH)2和MnOOH，则其总反应式为___________，负极电极反应式为___________。
(3)用高铁(Ⅵ)酸盐设计的高铁(Ⅵ)电池是一种新型可充电电池，电解质溶液为KOH溶液，放电时的总反应为3Zn+2K2FeO4+8H2O=3Zn(OH)2+2Fe(OH)3+4KOH。
①写出正极电极反应式：___________。
②用高铁(Ⅵ)电池作电源，以Fe作阳极，以Cu作阴极，对足量KOH溶液进行电解，当电池中有0.2 mol K2FeO4反应时，则在电解池中生成___________L(标准状况) H2。
【答案】(1) 2H++2e-=H2↑ 甲中：左—Fe；右—C；乙中：左—Fe；右—C
(2) Zn+2MnO2+2H2O=Zn(OH)2+2MnOOH Zn-2e-+2OH-=Zn(OH)2
(3) 6.72
【解析】（1）①该装置构成了原电池，由于电极活动性：Fe＞C，所以左边Fe电极为负极，石墨电极为正极，在负极上Fe失去电子变为Fe2+进入溶液，在正极上硫酸电离产生的H+获得电子变为H2逸出，故右侧烧杯中的电极反应式为2H++2e-=H2↑；
②甲、乙两池的总反应式均为Fe+H2SO4=FeSO4+H2↑，在图示的装置中甲为原电池，乙为电解池。在甲装置的原电池中，正极上发生还原反应产生H2，而在电解池中阴极上发生还原反应产生H2，由于乙装置中右侧电极为阴极，发生反应：2H++2e-=H2↑，故左侧阳极为Fe电极，Fe失去电子变为Fe2+进入溶液，右侧阴极为石墨C电极；故甲装置中右侧正极电极为石墨C电极，左侧负极为Fe电极；
（2）在碱性锌锰干电池中，已知电池放电后的产物是Zn(OH)2和MnOOH，Zn为负极，负极的电极反应式为Zn-2e-+2OH-=Zn(OH)2；正极MnO2得到电子被还原产生MnOOH，正极反应式为：MnO2+H2O+e-=MnOOH+OH-，则根据同一闭合回路中电子转移数目相等可知其总反应式为：Zn+2MnO2+2H2O=Zn(OH)2+2MnOOH；
（3）根据高铁(Ⅵ)酸盐设计的高铁(Ⅵ)电池是一种新型可充电电池，结合总反应方程式可知：①正极上K2FeO4得到电子被还原产生Fe(OH)3，则正极的电极反应式为：；
②用高铁(Ⅵ)电池作电源，以Fe作阳极，以Cu作阴极，对足量OKH溶液进行电解，当电池中有0.2 mol K2FeO4反应时，K2FeO4转化为Fe(OH)3，消耗0.2 mol K2FeO4时转移的电子数为0.2 mol×3=0.6 mol，电解足量KOH溶液产生H2的电极反应为：2H2O+2e- =H2↑+2OH-， 根据电子转移守恒，则产生H2的物质的量为0.3 mol，状态在标况下H2的体积为V=0.3 mol×22.4 L/mol=6.72 L。
13．电化学方法是化工生产及生活中常用的一种方法。回答下列问题：
(1)二氧化氯(ClO2)为一种黄绿色气体，是国际上公认的高效。广谱。快速。安全的杀菌消毒剂。目前已开发出用电解法制取C1O2的新工艺如图所示。
图中用石墨作电极，在一定条件下电解饱和食盐水制取ClO2。产生ClO2的电极的电极反应式为_______；电解过程中右侧电极区pH_______ (填“增大”。“减小”或“不变”)。
(2)燃料电池因具有发电效率高。环境污染少等优点而备受人们关注。用于笔记本电脑的甲醇(CH3OH) 燃料电池示意图如下，b是_______极，写出a电极的电极反应式_______。
(3)如图是一种用电解原理来制备H2O2，并用产生的H2O2处理废氨水的装置。
①为了不影响H2O2的产量，需要向废氨水中加入适量HNO3调节溶液的pH约为5，则所得溶液中c()_______c()(填“〉”。"<”或“=”)。
②Ir—Ru惰性电极吸附O2生成H2O2，其电极反应式为_______。
【答案】(1) 2Cl--10e-+4H2O=2ClO2+8H+ 增大
(2) 正 CH3OH-6e-+H2O=CO2+6H+
(3) < O2+2e-+2H+=2H2O2
【解析】（1）由信息可知，在阳极Cl-放电产生ClO2，电极反应式2Cl--10e-+4H2O=2ClO2+8H+，根据Na+移向阴极可知右侧为阴极区，电极反应式2H2O+2e-=H2↑+2OH-，阴极区pH增大，答案：2Cl--10e-+4H2O=2ClO2+8H+；增大；
（2）原电池中正离子移向正极，根据H+移动方向可知右侧b为正极，左侧a为负极，燃料甲醇在负极反应生成CO2，电极反应式CH3OH-6e-+H2O=CO2+6H+，答案：正；CH3OH-6e-+H2O=CO2+6H+；
（3）溶液中存在电荷守恒，c（H+）+c()=c()+c（OH-），溶液显酸性，c（H+）>c（OH-），c()
13．2022年12月4日，神舟十四号“最忙乘组”载誉凯旋，火箭推进剂无水肼(N2H4)功不可没。常温常压下可利用电解还原N2法制取肼，工作时电子与质子的载体(POM电解液)可以循环流动，TiO2是催化剂，反应装置如图(外接电源省略)。
已知：a电极发生的反应为POMOX+ne-=POMRe。下列说法正确的是
A．若使用铅蓄电池作电源，a电极应与PbO2电极相连
B．H+移动方向：通过质子交换膜移向右侧
C．反应器中发生的离子反应：4POMRe+nN2+4nH+nN2H4+4POMOX
D．装置工作时，反应消耗N2与产生O2的物质的量之比为2： 1
【答案】C
【解析】A．由a电极反应式可知，a为阴极，若使用铅蓄电池作电源，则a电极应与电池中Pb (负极)电极相连，故A错误；
B．电解池工作时，氢离子通过质子交换膜移向左侧，故B错误；
C．反应器中氮气反应生成N2H4，结合电极反应式可知反应器中发生的离子反应为4POMRe+nN2+4nH+ nN2H4+4POMOX，故C正确；
D．反应器中氮气反应生成N2H4，消耗1molN2生成1mol N2H4，转移4mol电子，b极生成1molO2，则消耗N2与产生O2的物质的量之比为1 : 1，故D错误；
故选C。
14．如图所示为用固体二氧化钛生产海绵钛的装置示意图，其原理是中的氧解离进入熔融盐中而得到纯钛。下列说法正确的是
A．a极是正极，石墨极是阴极 B．反应后，石墨电极的质量不发生变化
C．电解过程中，均向a极移动 D．阴极的电极反应式为
【答案】D
石墨极生成氧气，则说明，生成CO2和CO，说明石墨发生氧化反应，则石墨是阳极，b是正极，a是负极，以此分析；
【解析】A．根据分析，石墨是阳极，b是正极，a是负极，A错误；
B．根据分析，石墨发生氧化反应生成CO2、CO，B错误；
C．根据分析，负离子移动到阳极，向b处石墨移动，C错误；
D．根据分析，阴极发生还原反应，则二氧化钛发生还原反应生成单质钛和氧负离子，D正确；
故答案为：D。
15．下列说法正确的是
A．钢铁闸门外接直流电源负极，可以减慢其腐蚀速率
B．电解法精炼铜时，电解液成分及浓度始终保持不变
C．燃料电池能将反应物化学能全部转化为电能
D．任何不能发生的反应，都能通过电解的方法使之发生
【答案】A
【解析】A．钢铁闸门外接直流电源负极，则钢铁闸门作阴极，能阻止钢铁闸门失电子，从而减慢其腐蚀速率，A正确；
B．电解法精炼铜时，电解液为硫酸铜溶液，粗铜作阳极，阳极的铜及某些金属杂质会失电子生成铜离子及杂质金属离子进入溶液，阴极只有Cu2+获得电子生成Cu，所以电解液的组成及浓度会发生改变，B不正确；
C．燃料电池能将反应物的化学能转化为电能，但在转化过程中有一部分化学键转化为热能等，不能全部转化为电能，C不正确；
D．有些不能发生的反应，可通过电解的方法使之发生，但有些不能发生的反应不能通过电解法发生，D不正确；
故选A。
16．在制作简单氢氧燃料电池过程中，下列操作步骤或说法不正确的是
A．应先闭合，一段时间后，打开，再闭合
B．先闭合时左侧电极反应式为
C．当先闭合，打开时，U形管右侧溶液会变红
D．过程中是先将电能转化为化学能，再将化学能转化为电能
【答案】C
打开K2，闭合K1，连接外接直流电源作电解池，电解硫酸钠溶液，实质是电解水，左侧石墨为阳极发生氧化反应生成氧气，右侧石墨为阴极发生还原反应生成氢气。打开K1连接K2，作燃料电池。左侧石墨氧气发生还原反应，右侧石墨氢气发生氧化反应为负极，依此解答。
【解析】A．由上述分析知应先闭合，电解硫酸钠溶液生成氢气和氧气，一段时间后，打开，再闭合，作燃料电池，A正确；
B．闭合时左侧石墨电极连接电源的正极作阳极，水中的氢氧根失电子化合价升高发生氧化反应生成氧气和氢离子，B正确；
C．先打开K2闭合时右侧电极反应式为，U形管右侧溶液会变红，C错误；
D．由上述分析知应先闭合，电解硫酸钠溶液生成氢气和氧气，一段时间后，打开，再闭合，作燃料电池。过程中是先将电能转化为化学能，再将化学能转化为电能，D正确；
故选C。
17．钠离子电池比锂离子电池更稳定，造价更低，可实现内快速充电，电池结构如图。总反应为(0≤x≤0.55，M为过渡金属)，下列叙述正确的是
A．单位质量的负极材料，钠离子电池比锂离子电池可以提供更多的电量
B．放电时，从石墨烯纳米片中脱嵌，经电解质嵌入过渡金属氧化物
C．充电时，阴极上发生的电极反应为(0≤x≤0.55)
D．充电时，外电路中每转移，理论上石墨烯纳米片将增重2.3g
【答案】B
由图可知，放电时，石墨烯纳米电极为负极，NaC6在负极失去电子发生氧化反应生成钠离子和Na1-XC6，电极反应式为NaC6-xe—=Na1-XC6+xNa+(0≤x≤0.55)，过渡金属氧化物为正极，在钠离子作用下，Na1-xMO2在正极得到电子发生还原反应生成NaMO2，电极反应式为Na1-xMO2+xe—+xNa+=NaMO2(0≤x≤0.55)，充电时，石墨烯纳米电极与直流电源负极相连，做电解池的阴极，过渡金属氧化物与正极相连，做阳极。
【解析】A．金属钠的摩尔质量大于金属锂，单位质量的钠失去电子的物质的量小于金属锂，则钠离子电池提供的电量少于锂离子电池，故A错误；
B．由分析可知，放电时，钠离子从石墨烯纳米片中脱嵌，经电解质嵌入过渡金属氧化物，故B正确；
C．由分析可知，充电时，石墨烯纳米电极与直流电源负极相连，做电解池的阴极，Na1-XC6在钠离子作用下得到电子发生还原反应生成NaC6，电极反应式为Na1-XC6+xNa++xe—=NaC6，故C错误；
D．由分析可知，充电时，石墨烯纳米电极与直流电源负极相连，做电解池的阴极，Na1-XC6在钠离子作用下得到电子发生还原反应生成NaC6，电极反应式为Na1-XC6+xNa++xe—=NaC6，由电极反应式可知，外电路中每转移0.2mole—，理论上石墨烯纳米片将增重0.2mol×23gmol=4.6g，故D错误；
故选B。
18．氢能源是最具应用前景的能源之一，高纯氢的制备是目前的研究热点。
(1)可利用太阳能光伏电池电解水制高纯氢，工作示意图如下。通过控制开关连接K1或K2，可交替得到H2和O2。
①制H2时，连接_______。产生H2的电极反应式是_______。
②改变开关连接方式，可得O2。
③结合①和②中电极3的电极反应式，说明电极3的作用：_______。
(2)常温下电解200 mL一定浓度的NaCl与CuSO4混合溶液，理论上两极所得气体的体积随时间变化的关系如图中Ⅰ、Ⅱ所示(气体体积已换算成标准状况下的体积)，根据图中信息进行下列计算：(要求写出计算步骤)
①原混合溶液中NaCl和CuSO4的物质的量浓度_______。
②电解至t3时，消耗水的质量_______。
【答案】(1) K1 2H2O+2e-=H2↑+2OH- 制H2时，电极3发生反应：Ni(OH)2+OH--e-=NiOOH+H2O。制O2时，上述电极反应逆向进行，使电极3得以循环使用
(2) c(NaCl)=c(CuSO4)=0.1 mol/L 0.72 g
【解析】（1）①电解时，阴极上水电离产生的H+得到电子被还原产生H2，即电极1产生H2，此时开关连接K1，阴极H2O得电子生成H2，电极反应式为：2H2O+2e-=H2↑+2OH-；
②改变开关连接方式，可得O2；
③连接K1时，电极3为阳极，Ni(OH)2失去电子被氧化产生NiOOH，故阳极3的电极反应为Ni(OH)2+OH--e-=NiOOH+H2O；当连接K2制O2时，电极3连接电源负极，作阴极，此时电极3发生得到电子的还原反应，电极反应式为：NiOOH+e-+H2O=Ni(OH)2+OH-；由以上电极反应可看出，不同的连接方式，可使电极3循环使用；
（2）①图象中看出阳极得到336 mL气体中，224 mL是Cl2，112 mL是O2，故224 mL Cl2的物质的量是n(Cl2)=；O2的物质的量是n(O2)=，则在反应过程中转移电子的物质的量为：n(e-)=2n(Cl2)+4n(O2)=2×0.01 mol+4×0.005 mol=0.04 mol。又因为阳极首先逸出的是Cl2，根据氯元素守恒可知n(NaCl)=2n(Cl2)=2×0.01 mol=0.02 mol，故NaCl溶液的浓度。此过程中阴极刚好析出全部铜：Cu2++2e-=Cu，故根据电子守恒可知n(CuSO4)=n(Cu)=，则c(CuSO4)=；
②从图象可知，t3时，生成标准状况下O2的生成的体积V(O2)=(672 mL-224 mL)=448 mL，其物质的量是n(O2)=，O2全部是电解水得来的，根据反应转化关系2H2O～O2得到n(H2O)=2n(O2)=0.04 mol，则反应消耗H2O的质量是m(H2O)=0.04 mol×18 g/mol=0.72 g。
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