2024届高三新高考化学大一轮专题练习：电解池

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2024届高三新高考化学大一轮专题练习：电解池
一、单选题
1．（2023春·北京海淀·高三统考期中）利用可再生能源提供的能量可高温共电解H2O和CO2，并实现清洁燃料的制备。其工作流程和反应原理如图所示：

下列说法不正确的是。
A．装置I中生成气体a的电极反应为
B．装置Ⅱ中过程①～③均有极性键的断裂和生成
C．装置Ⅲ中消耗理论上转移
D．该过程中CO2的循环利用率理论上可达100％
2．（2022春·云南昆明·高三统考期末）某同学按如图所示装置进行实验，并通过红外热成像技术测定Zn片区域的温度，绘制反应过程中的温度变化曲线。下列有关说法正确的是

A．装置Ⅰ、Ⅱ中温度变化曲线完全一致 B．装置Ⅱ中产生气泡的速率比装置Ⅰ慢
C．装置Ⅰ、Ⅱ中铜片上均发生还原反应 D．装置Ⅱ溶液中的氢离子向铜片移动
3．（2023春·江苏南京·高三南京师大附中校考期中）酸性条件下通过电催化法可生成，c-NC、i-NC是可用于阴极电极的两种电催化剂，其表面发生转化原理如图所示。下列有关说法正确的是

A．i-NC电极处发生氧化反应
B．合成过程中均作为还原剂
C．合成过程中用c-NC作电极催化剂更利于生成
D．c-NC电极上发生反应：
4．（2021春·山东青岛·高三山东省青岛第十七中学校考期中）利用双离子交换膜电解法可以从含硝酸铵的工业废水中生产硝酸和氨，原理如图所示。下列叙述正确的是

A．产品室发生的反应为NH+OH﹣=
B．N室中硝酸溶液浓度a%＞b%
C．a、c为阳离子交换膜，b为阴离子交换膜
D．M、N室分别产生氧气和氢气
5．（2023·全国·高三专题练习）最近我国科学家研制出一种可充电Na- Zn 双离子电池体系，其工作原理如图所示。下列说法错误的是

A．充电时，阴极区溶液的pH增大
B．放电时，每转移0.2mol电子，负极区电解质溶液质量增加6.5g
C．充电时，Na+会通过阳离子交换膜移动到阴极
D．放电时，正极反应式为Na0.6-x MnO2 +xe- + xNa+=Na0.6MnO2
6．（2023·全国·高三专题练习）磷氰酸根负离子对构建新型含磷化合物的研究有着重要的意义。以惰性材料为电极，将白磷转化为二氰基磷负离子的锂盐，工作原理如图所示。下列说法错误的是

A．Li[P(CN)2]中 P元素的化合价为+1
B．装置工作时，b极电势高于c极电势
C．阴极反应为2HCN+2e- =2CN- +H2↑
D．外电路中通过0.2 mol电子时，阴极室质量减少0.2g
7．（2023·陕西·校联考模拟预测）钠碱循环法脱除烟气中的SO2，生成的吸收液中含有Na2SO3和NaHSO3。电解吸收液回收SO2，并实现碱液的循环。双极膜内层为水层，工作时水层中的H2O解离成H+和OH-，并分别通过离子交换膜向两侧发生迁移。如图为吸收液的电渗析装置示意图。下列说法正确的是

A．出口4的产物为NaOH溶液
B．出口5中Na2SO4溶液的浓度增大
C．、可从盐室最终进入阳极液中
D．阴极电极反应式为2H++2e- =H2↑
8．（2023·全国·高三专题练习）利用CH4燃料电池电解制备Ca(H2PO4)2并得到副产物NaOH、H2、Cl2，装置如图所示。下列说法不正确的是

A．a极反应：CH4—8e—＋4O2—=CO2＋2H2O
B．A、C膜均为阳离子交换膜，B膜为阴离子交换膜
C．阳极室有氯气产生，阴极室中有氢气产生且NaOH浓度增大
D．a极上通入标况下2.24L甲烷，阳极室Ca2+减少0.2mol
9．（2023·全国·模拟预测）我国科学家设计了一种太阳能驱动的H2S分解装置，工作原理如图所示。下列说法错误的是

A．隔膜为质子交换膜
B．整个装置中总反应为H2S=H2+S↓
C．工作过程中，丙中溶液的pH减小
D．工作过程中，甲、乙两装置中Fe3+和Fe2+总浓度均保持不变
10．（2023·全国·模拟预测）处理废水中氨氮的电解装置如图1所示，向溶液中加入NaCl，测得氨氮氧化速率及去除时间如图2所示：

已知：水在阳极表面会生成具有强氧化性的羟基自由基(·OH)，会将氨氮转化为。
下列说法正确的是
A．二氧化铅阳极应与电源负极相连
B．未加入时，氨气与·OH发生反应而被除去，反应中，氧化剂与还原剂的物质的量之比为1：3
C．加入时，阳极会发生反应溶液中会发生反应
D．利用该装置的原理可将废水中的除去
11．（2023·湖北·高三统考专题练习）使用镍基电催化剂、二茂铁(简写为)作牺牲电子供体，同时使用作电解质和质子供体，乙腈()作溶剂，可实现连续非水流通池中有效的电解催化还原，装置如图所示：

已知：，法拉第常数 C⋅mol。
下列说法错误的是
A．阴极反应式为
B．使用的交换膜是质子交换膜
C．该装置工作时，阴极上还可能有产生
D．若电解效率为80%，则处理标准状况下2.24 L ，需要24125C的电量
12．（2023春·四川成都·高三石室中学校考阶段练习）据统计，2022年我国光伏发电并装机容量突破3亿千瓦，连续七年稳居全球首位。已知四甲基氢氧化铵[(CH3)4NOH]常用作电子工业清洗剂，以四甲基氯化铵[(CH3)4NCl]为原料，采用电渗析法合成[(CH3)4NOH]，工作原理如图。下列说法正确的是

A．工作时电子的流向为：乙→a→b→甲
B．a为阴极，电极反应式为2(CH3)4N+＋2H2O＋2e－=2(CH3)4NOH＋H2↑
C．c为阳离子交换膜，d为阴离子交换膜，e为质子交换膜
D．制备182g四甲基氢氧化铵，两极共产生33.6L气体
13．（2023秋·浙江·高三期末）一种采用H2O(g)和N2(g)为原料制备NH3(g)的装置示意图如下。下列有关说法正确的是

A．金属Ag可作为a电极的材料
B．改变工作电源电压，反应速率不变
C．b电极为阴极，电极反应式为N2+3H2O+6e-=2NH3+3O2-
D．电解过程中，固体氧化物电解质中O2-不断减少
14．（2023·全国·模拟预测）微生物燃料电池是一种利用微生物将有机物中的化学能直接转化成电能的装置，以葡萄糖为燃料的微生物燃料电池结构示意图如图I所示，并利用此电能模拟氯碱工业电解饱和食盐水，如图II所示，下列说法正确的是

A．电池工作时，电子由A极经外电路流向B极
B．电解池I中每生成2mol氯气，理论上原电池I生成二氧化碳的体积是22.4L
C．若a为碳电极、b为铁电极，b应与A相连
D．该微生物燃料电池应在常温下进行，不宜在高温下进行

二、非选择题
15．（2023秋·云南丽江·高三统考期末）回答下列问题：
(1)锌－空气电池是金属空气电池的一种，电解质溶液为KOH溶液，工作示意图如图1所示。
  
Zn电极作______极，写出通入空气一极的电极反应式：______。
(2)氯碱工业中电解饱和食盐水的原理示意图如图2所示：
  
①a口产生的气体是______，c口获得的产品是______，当d口产生标况下2.24L气体时，电路中转移电子的物质的量为______。
②写出电解饱和食盐水的离子方程式______。
(3)钢铁很容易生锈而被腐蚀，每年因腐蚀而损失的钢材占世界钢铁年产量的四分之一。鉴于腐蚀问题的严重性，国内外对防腐工作都很重视，采取各种措施来减轻腐蚀的危害，图3是金属防护的两个例子。
  
①为了降低某水库的铁闸门被腐蚀的速率，可以采用图3甲所示的方案，其中焊接在铁闸门上的固体材料R可以采用______(填字母)。
A．铜       B．石墨      C．锌
②图3乙方案也可以降低铁闸门腐蚀的速率，其中铁闸门应该连接在直流电源的______(填“正”或“负”)极，该金属防护的方法叫做______。
16．（2023春·四川成都·高三四川省成都市新都一中校联考期中）Ⅰ.铝合金和钢铁是国家重要的金属材料。回答下列问题：
(1)下列是气态铝原子或离子的电子排布式，其中处于激发态的有___________(填序号)。A变为D所需的能量为E1，D变为E所需的能量为E2，则E1___________E2(填“>”“<”或“=”)，理由是___________。
A．1s22s22p63s23p1    B．1s22s22p63s13px13py1     C．1s22s22p63s13px13pz1
D．1s22s22p63s2        E．1s22s22p63s1            F．1s22s22p63s13p1
(2)利用电解法可在铝制品表面形成致密的氧化物保护膜，不仅可以增加美观，而且可以延长铝制品使用时间。制取氧化物保护膜的装置如下图所示，阳极的电极反应方程式为___________。

Ⅱ.钢铁在潮湿空气中容易生锈，某兴趣小组查阅资料可知，钢铁腐蚀的快慢与温度、电解质溶液的pH值、氧气浓度以及钢铁中的含碳量有关，为此设计了下列实验。

编号
①
②
③
④
A
100 mL饱和NaCl溶液
100 mL饱和NaCl溶液
100 mLpH = 2 CH3COOH
100 mLpH = 5 H2SO4
B
m g铁粉
m g铁粉和n g碳粉混合物
m g铁粉和n g碳粉混合物
m g铁粉和n g碳粉混合物
锥形瓶中压强随时间变化




通过上述实验分析回答：
(3)上述实验①、②探究___________对铁的腐蚀快慢的影响，写出实验②碳电极上的电极反应式___________；
(4)上述四个实验中___________(用编号表示)发生吸氧腐蚀，上述四个实验铁腐蚀由快到慢的顺序为___________(用编号表示)。
17．（2023秋·江苏泰州·高三校联考期末）将CO2还原为HCOOH是实现“碳中和”的有效途径。
(1)利用反应CO2(g)＋H2(g)⇌HCOOH(g)；ΔH =＋14.9 kJ·mol-1不能实现CO2直接加氢合成HCOOH，原因是___________。
(2)CO2通过电解法转化为HCOO-的反应机理如图1。Pt电极上覆盖的Nafion膜是一种阳离子交换膜，对浓度不高的HCOO-有较好的阻拦作用，可让H2O自由通过。

① Sn电极上生成HCOO-的电极反应式为___________。
② 电路中通过的电量与HCOO-产率的关系如图2所示。相同条件下，Pt电极有Nafion膜HCOO-产率明显提高，但电量>1000C后又显著下降，可能原因是___________。

③ 若电解时将Nafion膜置于两个电极中间，保持电流恒定，20 h时向阳极区补充KHCO3，电压与时间关系如图3所示。0～20 h，电压增大的原因是___________。

(3)CO2电还原可能的反应机理如下图所示。Sn、In、Bi的活性位点对O的连接能力较强，Au、Cu的活性位点对C的连接能力较强，Cu对CO的吸附能力远大于Au，且Cu吸附CO后不易脱离。

若还原产物主要为CH4时，应选择___________(填“Sn”“Au”或“Cu”)作催化剂，简述分析过程：___________。
18．（2023秋·甘肃天水·高三天水市第一中学校考期末）乙醇是一种比较理想的可用于燃料电池的有机物。乙醇来源丰富，可以通过含糖有机物的发酵进行大规模的生产。如图是以乙醇燃料电池为电源，电解含的废气制备示意图(c、d均为石墨电极)。

(1)请判断该装置的电极名称：a__________、c__________。
(2)甲池中a极上的电极反应式为：__________，乙池中c极上的电极反应式：__________。
(3)甲池中向______极迁移，乙池中向______极迁移(用a、b、c、d表示)。
(4)假设电解前，乙池两侧溶液体积均为，左侧溶液中为。电解结束后，左侧溶液中变为，若忽略溶液体积变化，则处理的体积为______mL(标准状况)；乙池右侧溶液与电解前相比__________(填“增大”、“减小”、“不变”)。

参考答案：
1．B
【分析】装置I为电解池，阳极反应为：2O2--4e-=O2↑，阴极反应为：CO2+2e-=CO+O2-，H2O+2e-=H2+O2-，装置Ⅱ为2mCO+(2m+n)H2=2CmHn+2mH2O，装置Ⅲ为烃类燃料电池，总反应式为：2CmHn+O2=2mCO2+nH2O，据此分析解题。
【详解】A．由分析可知，装置I中生成气体a的电极反应为，A正确；
B．由题干反应历程图可知，装置Ⅱ中过程①中有C-O极性键的断裂和H-O极性键的生成，过程②中只有C-H极性键的生成，没有极性键的断裂，过程③中C-C非极性键的生成，B错误；
C．由分析可知，装置Ⅲ中总反应式为：2CmHn+O2=2mCO2+nH2O，则装置Ⅲ中消耗理论上转移，C正确；
D．由题干转化关系可知，该过程中CO2的循环利用率理论上可达100％，D正确；
故答案为：B。
2．D
【分析】装置Ⅰ中没有构成闭合回路，所以不能构成原电池，Zn和稀硫酸发生化学腐蚀；装置Ⅱ符合原电池构成条件，所以装置Ⅱ为原电池；
【详解】A．装置Ⅰ中没有形成原电池，锌与稀硫酸反应放出热量，温度较高，装置Ⅱ形成原电池，化学能主要转化为电能，温度较低，选项A错误；
B．电化学腐蚀比化学腐蚀快，所以装置Ⅱ中产生气泡的速率比装置Ⅰ快，选项B错误；
C．装置Ⅰ中铜片不反应、装置Ⅱ中铜片上氢离子得电子产生氢气，发生还原反应，选项C错误；
D．装置Ⅱ溶液中的氢离子向正极铜片移动，选项D正确；
答案选D。
3．C
【详解】A．i-NC电极上得电子生成CO，发生还原反应，故A错误；
B．c-NC电极上转化为，i-NC电极上得电子生成CO和，均发生还原反应，均做氧化剂，故B错误；
C．由图示可知，i-NC电极上生成CO和两种产物，c-NC作电极催化剂完全将转化为，由此可知c-NC作电极催化剂利用率更高，更利于生成，故C正确；
D．电解质为酸性介质，电极反应为：，故D错误；
故选：C。
4．A
【分析】该装置用电解法可以从含硝酸铵的工业废水中生产硝酸和氨，M室为阴极室，电极反应为，a膜为阴离子交换膜，M室的OH-通过a膜进入产品室，b膜为阳离子交换膜，NH通过b膜进入产品室，产品室发生反应NH+OH﹣=，N室为阴极室，电极反应为，c膜为阴离子交换膜，NO通过c膜进入N室，N室为硝酸溶液，电解后浓度增大。
【详解】A．由分析知，产品室发生的反应为NH+OH﹣=，故A正确；
B．由分析知，N室为硝酸溶液，电解后浓度增大，故N室中硝酸溶液浓度a%＜b%，故B错误；
C．a、c为阴离子交换膜，b为阳离子交换膜，故C错误；
D．M、N室分别产生氢气和氧气，故D错误；
故选A。
5．B
【分析】由图可知，放电时，Zn作负极，电极反应式为Zn-2e-+4OH-=[Zn(OH)4]2-，右侧为正极，电极反应式为Na0.6-xMnO2+xe-+xNa+═Na0.6MnO2，充电时，Zn作阴极，电极反应式为[Zn(OH)4]2-+2e-=Zn-2e-+4OH-，右侧为阳极，据此作答。
【详解】A．充电时，Zn作阴极，电极反应式为[Zn(OH)4]2-+2e-=Zn-2e-+4OH-，生成氢氧根离子，阴极区溶液的pH增大，故A正确；
B．放电时，Zn作负极，电极反应式为Zn-2e-+4OH-=[Zn(OH)4]2-，每转移0.2mol电子，负极区电解质溶液质量增加×65g/mol=6.5g，同时有0.2mol钠离子迁移到右侧，质量减小0.2mol×23g/mol=4.6g,故负极区电解质溶液质量实际增加6.5g-4.6g=1.9g，故B错误；
C．充电时，阳离子向阴极移动，故Na+会通过阳离子交换膜移动到阴极，故C正确；
D．放电时，Zn作负极，右侧为正极，电极反应式为Na0.6-xMnO2+xe-+xNa+═Na0.6MnO2，故D正确；
故选B。
6．D
【分析】由图可知，该装置为电解池，c电极+1价氢变为0价，则c电极为阴极，b电极为阳极，以此解题。
【详解】A．根据正负化合价为零的原则，Li[P(CN)2]中 P元素的化合价为+1，A正确；
B．由分析可知，c电极为阴极，b电极为阳极，则b极电势高于c极电势，B正确；
C．由图可知，在阴极HCN得到电子生成氢气，电极方程式为：2HCN+2e- =2CN- +H2↑，C正确；
D．由选项C分析可知，阴极反应为2HCN+2e- =2CN- +H2↑，则外电路中通过0.2 mol电子时，阴极室会生成0.1mol氢气，其质量为0.2g，但是同时会有0.2molCN-转移到阳极室，故阴极室质量减少大于0.2g，D错误；
故选D。
7．D
【分析】依图，左边为阴极，发生还原反应：2H2O+2e-=2OH-+H2↑或2H++2e- =H2↑；
右边为阳极，发生氧化反应：2H2O--4e-=4H++O2↑。吸收液为Na2SO3和NaHSO3，SO32-和HSO3-通过阴离子交换膜进入交换室2，发生反应，产生SO2和H2O。
【详解】A.出口2、3之间为阳离子交换膜，生成的OH-不能通过，故出口4的产物为H2SO4，A错误；
B.物质Na2SO4未得到补充，故浓度不变，B错误；
C．SO32-和HSO3-通过阴离子交换膜进入交换室2，发生反应产生SO2和H2O，C错误；
D．阴极电极反应式为：2H++2e- =H2↑或2H2O+2e-=2OH-+H2↑，D正确。
故答案为：D。
8．D
【分析】由图可知，左侧装置为甲烷燃料电池，通入甲烷的a极为负极，氧离子作用下甲烷失去电子发生氧化反应生成二氧化碳和水，电极反应式为CH4—8e—＋4O2—=CO2＋2H2O，通入氧气的b极为正极，氧气在正极得到电子发生还原反应生成氧离子，电极反应式为O2+4e—=2O2—；右侧装置为电解池，与b极相连的石墨电极为阳极，氯离子在阳极失去电子发生氧化反应生成氯气，溶液中钙离子通过阳离子交换膜进入产品室，与a极相连的石墨电极为阴极，水分子在阴极得到电子发生还原反应生成氢气和氢氧根离子，原料室中钠离子通过阳离子交换膜进入阴极室，磷酸二氢根离子通过阴离子交换膜进入产品室，所以在阴极室得到浓度较大的氢氧化钠溶液，在产品室得到磷酸二氢钙溶液。
【详解】A．由分析可知，通入甲烷的a极为负极，氧离子作用下甲烷失去电子发生氧化反应生成二氧化碳和水，电极反应式为CH4—8e—＋4O2—=CO2＋2H2O，故A正确；
B．由分析可知，电解时，溶液中钙离子通过阳离子交换膜进入产品室、钠离子通过阳离子交换膜进入阴极室、磷酸二氢根离子通过阴离子交换膜进入产品室，则A、C膜均为阳离子交换膜，B膜为阴离子交换膜，故B正确；
C．由分析可知，与b极相连的石墨电极为阳极，氯离子在阳极失去电子发生氧化反应生成氯气，与a极相连的石墨电极为阴极，水分子在阴极得到电子发生还原反应生成氢气和氢氧根离子，原料室中钠离子通过阳离子交换膜进入阴极室，所以在阴极室得到浓度较大的氢氧化钠溶液，故C正确；
D．由得失电子数目守恒可知，阳极室消耗氯离子的物质的量为×8=0.8mol，由电荷守恒可知，进入产品室的钙离子物质的量为0.8mol×=0.4mol，则阳极室减少钙离子物质的量为0.4mol，故D错误；
故选D。
9．C
【分析】
区域
涉及的反应
区域
涉及的反应
甲区

乙区

丁区

丙区

由上述分析可知，阳极区为乙区，阴极区为丙区，总反应为。
【详解】A．丙中电极为阴极，电极反应式为，当电路中通过2mol电子时，丙中电极上消耗2mol，同时甲中发生反应，有2mol和2mol从甲装置通入乙装置中，2mol通过隔膜继续向丙装置中迁移，故隔膜为质子交换膜，丙中溶液的pH保持不变，选项A正确；
B．由上述分析可知，阳极区为乙区，阴极区为丙区，总反应为，选项B正确；
C．丙中电极为阴极，电极反应式为，当电路中通过2mol电子时，丙中电极上消耗2mol，同时甲中发生反应，有2mol和2mol从甲装置通入乙装置中，2mol通过隔膜继续向丙装置中迁移，故隔膜为质子交换膜，丙中溶液的pH保持不变，选项C错误；
D．甲、乙装置通过管道连通，乙中电极为阳极，电极反应式为，结合甲中的反应可知，甲、乙装置中、相当于中间产物与催化剂，故甲、乙两个装置中和总离子浓度均保持不变，选项D正确；
答案选C。
10．C
【详解】A．电解池中，阳极应与电源正极相连，故A错误；
B．未加入时，氨气与·OH发生反应的化学方程式为，氧化剂为·OH，还原剂为，氧化剂与还原剂的物质的量之比为3：1，故B错误；
C．加入时，会在阳极发生反应，生成的会与水反应生成HClO， HClO再氧化，故C正确；
D．中N元素为+3价，需要被还原才能被除去，该装置的原理是氧化，故D错误；
选C。
11．B
【分析】由题给信息可知，与直流电源正极相连的二茂铁为电解池的阳极，二茂铁在阳极失去电子发生氧化反应生成Cp2Fe+，电极反应式为，通入二氧化碳的电极为阴极，铵根离子作用下，二氧化碳在阴极得到电子发生还原反应生成一氧化碳、氨气和水，电极反应式为，装置工作时，水也可能在阴极上得到电子发生还原反应生成氢气和氢氧根离子，电解的总反应为。
【详解】A．由分析可知，通入二氧化碳的电极为阴极，铵根离子作用下，二氧化碳在阴极得到电子发生还原反应生成一氧化碳、氨气和水，电极反应式为，故A正确；
B．由题意可知，溶液中没有氢离子，装置工作时，铵根离子通过阳离子交换膜向阴极移动， 故B错误；
C．由分析可知，装置工作时，水也可能在阴极上得到电子发生还原反应生成氢气和氢氧根离子，故C正确；
D．由电极反应式可知，标准状况下2.24 L二氧化碳反应时转移0.2 mol电子，则需要的电量为 = 24125C，故D正确；
故选B。
12．B
【分析】根据氯化钠稀溶液变为氯化钠浓溶液，则e为阳离子交换膜，最右边的钠离子穿过e进入到de中，cd处的氯离子穿过d进入到de中，因此b为阳极，a为阴极，乙为负极，甲为正极。
【详解】A．电子流动方向是负极→阴极，阳极→正极，即工作时电子的流向为：乙→a，b→甲，电子不能再溶液中移动，故A错误；
B．根据前面分析得到a为阴极，在根据四甲基氯化铵[(CH3)4NCl]为原料，采用电渗析法合成[(CH3)4NOH]，则a电极反应式为2(CH3)4N+＋2H2O＋2e－＝2(CH3)4NOH＋H2↑，故B正确；
C．根据前面分析得到e为阳离子交换膜，右边的钠离子穿过e进入到de中，故C错误；
D．b电极为阳极，则电极反应式为4OH－−4e－＝2H2O＋O2↑，根据2(CH3)4N+＋2H2O＋2e－＝2(CH3)4NOH＋H2↑和电子转移分析，生成2mol(CH3)4NOH生成1mol氢气和0.5mol氧气共1.5mol气体，则制备182g四甲基氢氧化铵(物质的量为2mol)，两极共产生33.6L气体(在标准状况下)，故D错误。
综上所述，答案为B。
13．C
【详解】A．由图可知固体氧化物电解质的O2-,在a极失电子生成氧气，故a为阳极，若金属Ag作为a电极的材料，则电极Ag失电子，不符合题意，A错误；
B．改变工作电源电压，电流强度发生改变，反应速率会改变，B错误；
C．由图可知b极的N2转化为NH3，N元素的化合价降低，得到电子发生还原反应，因此b为阴极，电极反应式为：2N2+6H2O+12e-=4NH3+6O2-，C正确；
D．电解过程中，阴极电极反应式为,2N2+6H2O+12e-=4NH3+6O2-，阳极反应式为：6 O2--12 e-=3O2，因此固体氧化物电解质中O2-不会改变，D错误；
故选C。
14．D
【分析】如图I微生物燃料电池中微生物生成二氧化碳，发生氧化反应，为负极，氧气得电子，发生还原反应，为正极。
【详解】A．由于通氧气的一极是原电池的正极，微生物一端为原电池的负极，电池工作时外电路电子由负极流向正极，故由B极流向A极，A选项错误。
B．无标况无法计算体积，B选项错误。
C．若a为碳电极、b为铁电极，b应与B相连，C选项错误。
D．微生物在高温下会死亡，所以不宜在高温下运行，D选项正确。
故选D。
15．(1) 负 O2+2H2O+4e-=4OH-
(2) Cl2 NaOH 0.2mol 2Cl-+2H2O2OH-+H2↑+Cl2↑
(3) C 负 外加电流法

【详解】（1）锌易失电子发生氧化反应，Zn电极作负极，氧气易得电子发生还原反应，通入空气一极是正极，正极氧气得电子生成氢氧根离子，电极反应式O2+2H2O+4e-=4OH-；
（2）①左侧电极为阳极，阳极氯离子失电子生成氯气，a口产生的气体是Cl2；右侧是阴极，阴极反应式为，所以c口获得的产品是NaOH，d口放出氢气， 当d口产生标况下2.24L气体时，电路中转移电子的物质的量为0.2mol。
②电解饱和食盐水生成氢气、氯气、氢氧化钠，反应的离子方程式为2Cl-+2H2O2OH-+H2↑+Cl2↑。
（3）①图3甲所示的方案为牺牲阳极法，其中焊接在铁闸门上的固体材料R的活泼性大于铁，故选C。
②图3乙方案为外加电流阴极保护法，其中铁闸门应该连接在直流电源的负极。
16．(1) BCF < ①3p能级上的电子比3s能级上的电子能量高所以失去3p上的电子更容易，即需要的能量低；②失去一个电子后形成一价阳离子对外围电子有吸引作用，再失去一个电子变难，即需要的能量更高；③铝失去一个电子后3s能级上形成全满的稳定结构，即再失去一个电子需要的能量更高(答到一点即可)
(2)
(3) 含碳量多少(或是否含碳) 2H2O + O2 + 4e− = 4OH−
(4) ②④ ④ = ③ > ② > ①(或“④③②①”“③④②①”)

【详解】（1）基态铝原子的电子排布式为1s22s22p63s23p1，获得能量后低能级上的电子跃迁到较高能级变为激发态，故B、C、F为激发态原子或离子。A变为D所需的能量E1为第一电离能，D变为E所需的能量E2为第二电离能，E1小于E2，理由有三：①3p能级上的电子比3s能级上的电子能量高，所以失去3p上的电子更容易，即需要的能量低，②失去一个电子后形成一价阳离子对外围电子有吸引作用，再失去一个电子变难，即需要的能量更高；③铝失去一个电子后3s能级上形成全满的稳定结构，即再失去一个电子需要的能量更高，答案为：BCF，<，①3p能级上的电子比3s能级上的电子能量高所以失去3p上的电子更容易，即需要的能量低；②失去一个电子后形成一价阳离子对外围电子有吸引作用，再失去一个电子变难，即需要的能量更高；③铝失去一个电子后3s能级上形成全满的稳定结构，即再失去一个电子需要的能量更高(答到一点即可)；
（2）阳极铝失去电子生成氧化物氧化铝，电极反应方程式为：，答案为：；
（3）比较实验①②可知，实验①②探究的是是否含碳对铁腐蚀的影响，实验②发生吸氧腐蚀，其正极反应为：，答案为：含碳量多少(或是否含碳)，；
（4）分析压强与时间变化曲线可知，①②④压强随时间变化减小，①无碳粉为化学腐蚀，则发生吸氧腐蚀为②④。上述图中压强变化一个单位所需时间各不相同，相同时间转移电子越多，金属腐蚀越快，③中生成氢气的体积是相同时间④中吸收氧气的体积2倍，所以两者转移电子数相同，反应速率相等，上述四个实验铁腐蚀由快到慢的顺序为④ = ③ > ② > ①，答案为: ②④,④ = ③ > ② > ①(或“④③②①”“③④②①”)。
17．(1)该反应的ΔH>0、ΔS<0，不能自发自行
(2) H＋＋CO2＋2e-=HCOO-/HCO＋CO2＋2e-=HCOO-＋CO Nafion膜可以阻止HCOO-在阳极放电(1分，答“防止HCOO-在阳极被氧化”给分)；电量>1 000 ℃后，c(HCOO-)增大，Nafion膜阻拦作用下降 阳极区pH减小，HCO浓度下降，K＋部分迁移至阴极区，阳极区离子浓度下降，导电能力减弱
(3) Cu 回溯CH4生成机理，第1步是C与催化剂活性位点相连，排除Sn；Au对CO的吸附能力较小，易脱离；Cu对CO的吸附能力强，不易从催化剂表面脱离

【详解】（1）利用反应CO2(g)＋H2(g)⇌HCOOH(g)；ΔH =＋14.9 kJ·mol-1不能实现CO2直接加氢合成HCOOH，原因是该反应的ΔH>0、ΔS<0，不能自发自行；
（2）① Sn电极上生成HCOO-的电极反应式为H＋＋CO2＋2e-=HCOO-或HCO＋CO2＋2e-=HCOO-＋CO；
② 相同条件下，Pt电极有Nafion膜HCOO-产率明显提高，但电量>1000C后又显著下降，可能原因是Nafion膜可以阻止HCOO-在阳极放电；电量>1 000 ℃后，c(HCOO-)增大，Nafion膜阻拦作用下降；
③ 若电解时将Nafion膜置于两个电极中间，保持电流恒定，20 h时向阳极区补充KHCO3， 0～20 h，电压增大的原因是阳极区pH减小，HCO浓度下降，K＋部分迁移至阴极区，阳极区离子浓度下降，导电能力减弱
（3）若还原产物主要为CH4时，应选择Cu作催化剂，因为Cu对CO的吸附能力远大于Au，且Cu吸附CO后不易脱离，第1步是C与催化剂活性位点相连，排除Sn；Au对CO的吸附能力较小，易脱离；Cu对CO的吸附能力强，不易从催化剂表面脱离。
18．(1) 负极 阳极
(2)
(3) b d
(4) 448 不变

【详解】（1）a极进入甲醇，甲醇失电子为负极，b极进入氧气，为正极，与正极相连的c极就是阳极。
（2）a极进入甲醇，甲醇失电子为负极，发生氧化反应，a极上的电极反应式：CH3CH2OH+3H2O-12e-=2CO2↑+12H+。乙池中c极与正极相连则为阳极，阳极NO失电子发生氧化反应，根据题意可知生成硝酸根，电极反应式:NO-3e-+2H2O=+4H+。
（3）甲池为原电池，向正极（b极）迁移，乙池为电解池，向阴极（d极）迁移。
（4）乙池两侧溶液体积均为100ml，左侧溶液中c(HNO3)为0.1 mol/L。电解结束后，左侧溶液中c(HNO3)变为0.3 mol/L，反应后增加了(0.3 mol/L-0.1 mol/L)×0.1L=0.02mol，根据N原子守恒可知，处理NO的物质的量为0.02mol，体积为0.02mol×22.4L/mol=0.448L=448mL。生成的氢离子会通过质子交换膜向右侧移动，所以乙池右侧溶液的pH与电解前相比不变。