新高考化学二轮复习重难点11 新型电池和电解原理的应用（含解析）

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重难点10 新型电池和电解原理的应用
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【真题再现】
1．（2022·广东卷）以熔融盐为电解液，以含和等的铝合金废料为阳极进行电解，实现的再生。该过程中
A．阴极发生的反应为 B．阴极上被氧化
C．在电解槽底部产生含的阳极泥 D．阳极和阴极的质量变化相等
【答案】C
【解析】根据电解原理可知，电解池中阳极发生失电子的氧化反应，阴极发生得电子的还原反应，该题中以熔融盐为电解液，含和等的铝合金废料为阳极进行电解，通过控制一定的条件，从而可使阳极区Mg和Al发生失电子的氧化反应，分别生成Mg2+和Al3+，Cu和Si不参与反应，阴极区Al3+得电子生成Al单质，从而实现Al的再生，据此分析解答。
A．阴极应该发生得电子的还原反应，实际上Mg在阳极失电子生成Mg2+，A错误；
B．Al在阳极上被氧化生成Al3+，B错误；
C．阳极材料中Cu和Si不参与氧化反应，在电解槽底部可形成阳极泥，C正确；
D．因为阳极除了铝参与电子转移，镁也参与了电子转移，且还会形成阳极泥，而阴极只有铝离子得电子生成铝单质，根据电子转移数守恒及元素守恒可知，阳极与阴极的质量变化不相等，D错误；
故选C。
2．（2022·全国乙卷）电池比能量高，在汽车、航天等领域具有良好的应用前景。近年来科学家研究了一种光照充电电池(如图所示)。光照时，光催化电极产生电子和空穴，驱动阴极反应和阳极反应(Li2O2+2h+=2Li++O2)对电池进行充电。下列叙述错误的是

A．充电时，电池的总反应
B．充电效率与光照产生的电子和空穴量有关
C．放电时，Li+从正极穿过离子交换膜向负极迁移
D．放电时，正极发生反应
【答案】C
【解析】充电时光照光催化电极产生电子和空穴，驱动阴极反应（Li++e-=Li+）和阳极反应（Li2O2+2h+=2Li++O2），则充电时总反应为Li2O2=2Li+O2，结合图示，充电时金属Li电极为阴极，光催化电极为阳极；则放电时金属Li电极为负极，光催化电极为正极；据此作答。
A．光照时，光催化电极产生电子和空穴，驱动阴极反应和阳极反应对电池进行充电，结合阴极反应和阳极反应，充电时电池的总反应为Li2O2=2Li+O2，A正确；
B．充电时，光照光催化电极产生电子和空穴，阴极反应与电子有关，阳极反应与空穴有关，故充电效率与光照产生的电子和空穴量有关，B正确；
C．放电时，金属Li电极为负极，光催化电极为正极，Li+从负极穿过离子交换膜向正极迁移，C错误；
D．放电时总反应为2Li+O2=Li2O2，正极反应为O2+2Li++2e-=Li2O2，D正确；
答案选C。
3．（2022·海南卷）一种采用和为原料制备的装置示意图如下。

下列有关说法正确的是
A．在b电极上，被还原
B．金属Ag可作为a电极的材料
C．改变工作电源电压，反应速率不变
D．电解过程中，固体氧化物电解质中不断减少
【答案】A
【解析】由装置可知，b电极的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N2+3H2O+6e-=2NH3+3O2-，a为阳极，电极反应式为2O2-+4e-=O2，据此分析解答；
A．由分析可得，b电极上N2转化为NH3，N元素的化合价降低，得到电子发生还原反应，即N2被还原，A正确；
B．a为阳极，若金属Ag作a的电极材料，则金属Ag优先失去电子，B错误；
C．改变工作电源的电压，反应速率会加快，C错误；
D．电解过程中，阴极电极反应式为N2+3H2O+6e-=2NH3+3O2-，阳极电极反应式为2O2-+4e-=O2，因此固体氧化物电解质中O2-不会改变，D错误；
答案选A。
4．（2022·湖南卷）海水电池在海洋能源领域备受关注，一种锂-海水电池构造示意图如下。下列说法错误的是

A．海水起电解质溶液作用
B．N极仅发生的电极反应：
C．玻璃陶瓷具有传导离子和防水的功能
D．该锂-海水电池属于一次电池
【答案】B
【解析】锂海水电池的总反应为2Li+2H2O═2LiOH+H2↑， M极上Li失去电子发生氧化反应，则M电极为负极，电极反应为Li-e-=Li+，N极为正极，电极反应为2H2O+2e-=2OH-+H2↑，同时氧气也可以在N极得电子，电极反应为O2+4e-+2H2O=4OH-。
A．海水中含有丰富的电解质，如氯化钠、氯化镁等，可作为电解质溶液，故A正确；
B．由上述分析可知，N为正极，电极反应为2H2O+2e-=2OH-+H2↑，和反应O2+4e-+2H2O=4OH-，故B错误；
C．Li为活泼金属，易与水反应，玻璃陶瓷的作用是防止水和Li反应，并能传导离子，故C正确；
D．该电池不可充电，属于一次电池，故D正确；
答案选B。
5．（2022·广东卷）科学家基于易溶于的性质，发展了一种无需离子交换膜的新型氯流电池，可作储能设备(如图)。充电时电极a的反应为： 。下列说法正确的是

A．充电时电极b是阴极
B．放电时溶液的减小
C．放电时溶液的浓度增大
D．每生成，电极a质量理论上增加
【答案】C
【解析】A．由充电时电极a的反应可知，充电时电极a发生还原反应，所以电极a是阴极，则电极b是阳极，故A错误；
B．放电时电极反应和充电时相反，则由放电时电极a的反应为可知，NaCl溶液的pH不变，故B错误；
C．放电时负极反应为，正极反应为，反应后Na+和Cl-浓度都增大，则放电时NaCl溶液的浓度增大，故C正确；
D．充电时阳极反应为，阴极反应为，由得失电子守恒可知，每生成1molCl2，电极a质量理论上增加23g/mol2mol=46g，故D错误；
答案选C。
6．（2022·浙江卷）通过电解废旧锂电池中的可获得难溶性的和，电解示意图如下(其中滤布的作用是阻挡固体颗粒，但离子可自由通过。电解过程中溶液的体积变化忽略不计)。下列说法不正确的是

A．电极A为阴极，发生还原反应
B．电极B的电极发应：
C．电解一段时间后溶液中浓度保持不变
D．电解结束，可通过调节除去，再加入溶液以获得
【答案】C
【解析】A．由电解示意图可知，电极B上Mn2+转化为了MnO2，锰元素化合价升高，失电子，则电极B为阳极，电极A为阴极，得电子，发生还原反应，A正确；
B．由电解示意图可知，电极B上Mn2+失电子转化为了MnO2，电极反应式为：2H2O+Mn2+-2e-=MnO2+4H+，B正确；
C．电极A为阴极， LiMn2O4得电子，电极反应式为：2LiMn2O4+6e-+16H+=2Li++4Mn2++8H2O，依据得失电子守恒，电解池总反应为：2LiMn2O4+4H+=2Li++Mn2++3MnO2+2H2O，反应生成了Mn2+，Mn2+浓度增大，C错误；
D．电解池总反应为：2LiMn2O4+4H+=2Li++Mn2++3MnO2+2H2O，电解结束后，可通过调节溶液pH将锰离子转化为沉淀除去，然后再加入碳酸钠溶液，从而获得碳酸锂，D正确；
答案选C。
7．（2022·北京卷）利用下图装置进行铁上电镀铜的实验探究。
装置示意图
序号
电解质溶液
实验现象

①

阴极表面有无色气体，一段时间后阴极表面有红色固体，气体减少。经检验电解液中有
②

阴极表面未观察到气体，一段时间后阴极表面有致密红色固体。经检验电解液中无元素
下列说法不正确的是
A．①中气体减少，推测是由于溶液中减少，且覆盖铁电极，阻碍与铁接触
B．①中检测到，推测可能发生反应：
C．随阴极析出，推测②中溶液减少，平衡逆移
D．②中生成，使得比①中溶液的小，缓慢析出，镀层更致密
【答案】C
【解析】由实验现象可知，实验①时，铁做电镀池的阴极，铁会先与溶液中的氢离子、铜离子反应生成亚铁离子、氢气和铜，一段时间后，铜离子在阴极失去电子发生还原反应生成铜；实验②中铜离子与过量氨水反应生成四氨合铜离子，四氨合铜离子在阴极得到电子缓慢发生还原反应生成铜，在铁表面得到比实验①更致密的镀层。
A．由分析可知，实验①时，铁会先与溶液中的氢离子、铜离子反应，当溶液中氢离子浓度减小，反应和放电生成的铜覆盖铁电极，阻碍氢离子与铁接触，导致产生的气体减少，故A正确；
B．由分析可知，实验①时，铁做电镀池的阴极，铁会先与溶液中的氢离子、铜离子反应生成亚铁离子、氢气和铜，可能发生的反应为，故B正确；
C．由分析可知，四氨合铜离子在阴极得到电子缓慢发生还原反应生成铜，随阴极析出铜，四氨合铜离子浓度减小，平衡向正反应方向移动，故C错误；
D．由分析可知，实验②中铜离子与过量氨水反应生成四氨合铜离子，四氨合铜离子在阴极得到电子缓慢发生还原反应生成铜，在铁表面得到比实验①更致密的镀层，故D正确；
故选C。

【优选特训】
1．（2022·浙江宁波·一模）铝的冶炼在工业上通常采用电解Al2O3的方法，装置示意图如图。研究表明，电解AlCl3－NaCl熔融盐也可得到Al，熔融盐中铝元素主要存在形式为AlCl和Al2Cl。下列说法不正确的是

A．电解Al2O3装置中B电极为阴极，发生还原反应
B．电解Al2O3过程中碳素电极虽为惰性电极，但生产中会有损耗，需定期更换
C．电解AlCl3－NaCl时阴极反应式可表示为4Al2Cl+3e—=Al+7AlCl
D．电解AlCl3－NaCl时AlCl从阳极流向阴极
【答案】D
【分析】由图可知，电解氧化铝的装置中B电极为电解池的阴极，铝离子在阴极得到电子发生还原反应生成铝，电解A为电解池的阳极，氧离子在阳极失去电子发生氧化反应生成氧气，氧气高温下与碳素电极中的碳反应生成碳的氧化物。
【详解】A．由分析可知，电解氧化铝的装置中B电极为电解池的阴极，铝离子在阴极得到电子发生还原反应生成铝，故A正确；
B．由分析可知，电解A为电解池的阳极，氧离子在阳极失去电子发生氧化反应生成氧气，氧气高温下与碳素电极中的碳反应生成碳的氧化物，由于生产中碳素电极会有损耗，需定期更换，故B正确；
C．由化合价变化可知，电解AlCl3－NaCl熔融盐制备金属铝时，Al2Cl离子在阴极得到电子发生还原反应生成铝和AlCl离子，电极反应式为4Al2Cl+3e—=Al+7AlCl，故C正确；
D．由化合价变化可知，电解AlCl3－NaCl熔融盐制备金属铝时，铝做电解池的阳极，在AlCl离子作用下铝在阳极失去电子发生氧化反应生成AlCl离子，电极反应式为Al+7AlCl—+3e—=4Al2Cl，则电解时AlCl从阴极流向阳极，故D错误；
故选D。
2．（2022·四川·成都七中高三期中）催化剂Ag@AgBr/mp﹣TiO2可以光降解2﹣萘酚，将其处理成无害物，装置如图。下列说法错误的是

A．该装置将光能和化学能转化为电能
B．工作时的负极发生反应： ﹣46e﹣+23O2﹣=10CO2↑+4H2O
C．工作时，O2﹣从正极迁移到负极
D．b极电势高于a极
【答案】D
【分析】该装置为原电池，由图可知，a极氧元素价态降低得电子，故a极为正极，b极为负极。
【详解】A．该装置为原电池，由图可知，光能和化学能转化为电能，选项A正确；
B．b极为负极，电极反应式为： ﹣46e﹣+23O2﹣=10CO2↑+4H2O，选项B正确；
C．原电池工作时，O2﹣(阴离子)从正极迁移到负极，选项C正确；
D．a极为正极，b极为负极，a极电势高于b极，选项D错误；
答案选D。
3．（2022·浙江温州·模拟预测）一种新型的高性能、低成本的钠型双离子可充电电池，其结构如图所示。采用锡箔(不参与电极反应)作为电池电极及集流体，石墨()为另一极，电解液为作为电解质的溶液。下列有关说法不正确的是中

A．放电时，锡箔与钠的合金为负极
B．充电时，图中所示的正八面体形离子嵌入石墨电极
C．电池总反应：
D．当外电路通过nmol电子时，锡钠极板质量应减少23ng
【答案】D
【详解】A．放电时Na失去电子，锡箔与钠的合金为负极，故A正确；
B．放电时，充电时图中所示的正八面体形离子嵌入石墨电极，故B正确；
C．根据负极电极反应为，正极的电极反应，电池总反应：，故C正确；
D．根据负极电极反应为负极电极反应为，当外电路通过nmol电子时，锡钠极板质量应增加n mol，增重50ng，故D错误；
故答案为D
4．电解饱和的的溶液，含碳产物主要为，还有少量、和，实验装置如图，其中M、N均为纳米电极。下列说法错误的是

A．b为电源的正极
B．生成的电极反应式为
C．若N极产生气体，则电路中转移电子为
D．电解一段时间后，X、Y池中溶液碱性均增强
【答案】D
【详解】A．生成等发生还原反应，M为阴极，a为电源的负极，b为正极，故A正确；
B．生成的电极反应式为，故B正确；
C．N极为阳极，产生，电路中转移电子为，故C正确；
D．X池转化为和，碱性增强，Y池浓度减小，碱性减弱，故D错误。
综上所述，答案为D。
5．（2022·江西·龙南实验中学高三期中）纳米硅基锂电池是一种新型二次电池，电池装置如图所示，电池充电时，三元锂电极上发生的电极反应为。下列说法错误的是

A．电池工作时，硅基电极上发生的电极反应：
B．电池工作时，三元锂电极为正极，发生还原反应
C．充电时，Li+由三元锂电极经电解质溶液移向硅基电极
D．为提高电池工作效率并延长电池使用寿命，可将有机聚合物电解质换为锂盐水溶液
【答案】D
【分析】电池充电时，三元锂电极上发生的电极反应为，则三元电池为阳极，硅基电极为阴极；电池放电时，三元锂电极为正极，硅基电极为负极。
【详解】A．由分析可知，电池工作时，硅基电极为负极，LinSi失电子生成Si和Li+，发生的电极反应为：，A正确；
B．由分析可知，电池工作时，三元锂电极为正极，Li1-nMxOy得电子产物与电解质中的Li+反应生成LiMxOy，发生还原反应，B正确；
C．充电时该装置为电解池，阳离子向阴极移动，此时硅基电极为阴极，则Li+由三元锂电极经电解质溶液移向硅基电极，C正确；
D．因为Li能与水发生反应，所以不能将有机聚合物电解质换为锂盐水溶液，D错误；
故选D。
6．微生物燃料电池和微生物电合成技术具有广阔的发展空间，二者的原理如图所示。假定废弃有机物为，下列有关说法错误的是

A．二者的能量转化形式恰好相反
B．图示左侧电极为正极，右侧电极为阴极
C．左侧电极反应式为
D．若用该燃料电池供电，理论上合成1mol ，需消耗45g
【答案】BC
【分析】微生物燃料电池是原电池装置，微生物电合成是电解池装置，由图中产物可知，燃料电池中转化为时失电子，则左侧为负极；右侧电极接电源负极，为阴极，据此分析解答。
【详解】A．燃料电池的能量转化形式为化学能转化为电能，电合成为电能转化为化学能，A项正确；
B．燃料电池中转化为时失电子，则左侧为负极；右侧电极接电源负极，为阴极，B项错误；
C．由产物为知该电极所处溶液环境为酸性，电极反应为，C项错误；
D．用合成1mol ，反应中转移6mol电子，则需的质量为，D项正确；
答案选BC。
7．（2022·辽宁·鞍山一中高三阶段练习）近年来电池研究领域涌现出一类纸电池，其厚度仅0.5毫米，可以任意弯曲。组成与传统电池类似。某纸电池结构如图所示，其M极为嵌锂石墨烯(LixC6)，N极为钴酸锂(LiCoO2)，电解质为六氟磷酸锂(LiPF6)的碳酸酯溶液(无水)。下列说法错误的是

A．放电时，M电极反应式为：LixC6-xe-=xLi＋＋C6
B．放电时，Li＋由N极向M极迁移
C．充电时，M极接直流电源负极
D．充电时，N极反应式为：LiCoO2-xe-=xLi＋＋Li1-xCoO2
【答案】B
【分析】根据题意知，M极是原电池的负极，发生失电子的氧化反应：LixC6-xe-=xLi＋＋C6。N极为原电池的正极，发生得电子的还原反应：xLi＋+xe-＋Li1-xCoO2= LiCoO2，据此回答。
【详解】A．原电池放电时，负极M电极反应式为：LixC6-xe-=xLi＋＋C6，A正确；
B．原电池放电时，阳离子锂离子由负极M向正极N移动，B错误；
C．充电时，M极发生得电子的还原过程作阴极连接直流电源的负极，C正确；
D．充电时，N极反应式为：LiCoO2-xe-=xLi＋＋Li1-xCoO2，D正确；
故选B。
8．（2022·山东淄博·二模）利用垃圾假单胞菌株分解有机物的电化学原理如图所示。下列说法错误的是

A．电流方向：B电极→用电器→A电极
B．B电极反应式为O2+4H++4e-=2H2O
C．A电极反应式为：-4e-→+4H+
D．若有机物为葡萄糖C6H12O6，处理0.25mol时，会有6molH+透过质子交换膜迁移
【答案】C
【解析】A．由图分析可知：A电极为负极，B为正极，故电流由B电极→用电器→A电极，A项正确；
B．由图示知，B极反应物为氧气，电极反应式为O2+4e-+4H+=2H2O，B项正确；
C．由A选项分析知，A是负极，结合图示，电极反应式为 -2e-=+2H+，C项错误；
D．由反应C6H12O6+6O2→6CO2↑+6H2O可知1mol葡萄糖反应，转移24mol电子，电极反应也要转移24mol电子，处理0.25mol C6H12O6时，电解质溶液中转移6molH+，D项正确；
答案选C。
9．（2022·广东韶关·二模）我国科学家设计了一种表面锂掺杂的锡纳米粒子催化剂s-SnLi实现安培级CO2电合成甲酸盐，同时释放电能，实验原理如图所示。下列说法不正确的是

A．放电时，正极电极周围pH升高
B．充电时，阴极反应式为+2e=Zn+4OH-
C．使用催化剂Sn或者s-SnLi均能有效减少副产物CO的生成
D．使用Sn催化剂，中间产物更不稳定
【答案】D
【解析】根据题干图示信息可知，放电时，Zn作负极，电极反应为：Zn-2e-+4OH-=，另一极为正极，电极反应为：CO2+2e-+H2O=OH-+HCOO-，充电时，Zn电极与电源负极相连，为阴极，电极反应为：+2e-=Zn+4OH-，阳极电极反应为：4OH--4e-=2H2O+O2↑，据此分析解题。
A．由分析可知，放电时，正极电极反应式为：CO2+2e-+H2O=OH-+HCOO-，故正极周围pH升高，选项A正确；
B．充电时，Zn电极与电源负极相连，为阴极，电极反应为：+2e-=Zn+4OH-，选项B正确；
C．由题干图示可知，使用催化剂Sn或者s—SnLi时生成CO的活化能均高于生成HCOOH的活化能，故均能有效减少副产物CO的生成，选项C正确；
D．由题干图示可知，使用s—SnLi催化剂时的中间产物具有的总能量比使用Sn催化剂的中间产物的总能量，能量越高越不稳定，故使用s—SnLi催化剂时的中间产物更不稳定，选项D错误；
答案选D。
10．（2022·广西南宁·二模）KIO3广泛用于化工、医学和生活中，工业上制备KIO3的工作原理如图所示，下列说法正确的是

A．a为正极，B极上发生氧化反应
B．电子流向：A→a→b→B
C．X气体是H2，每转移2mole-，可产生22.4LX气体
D．A极的电极反应式为：I-+6OH--6e-=IO+3H2O
【答案】D
【解析】根据图示，该装置为电解池，A电极上I-发生失电子的氧化反应生成，A电极为阳极，则a为电源的正极，b为电源的负极，B电极为阴极；据此分析作答。
A．a为电源的正极，B电极为阴极，B极上发生得电子的还原反应，A错误；
B．A电极为阳极，a为电源的正极，b为电源的负极，B电极为阴极，电子流向为：A→a、b→B，电子不通过电源的内电路，B错误；
C．B极电极反应式为2H2O+2e-=H2↑+2OH-，X气体是H2，每转移2mole-生成1molH2，由于H2所处温度和压强未知，不能计算H2的体积，C错误；
D．A电极上I-发生失电子的氧化反应生成，电极反应式为I-+6OH--6e-=+3H2O，D正确；
答案选D。
11．（2022·福建·模拟预测）微生物电解池(MEC)产甲烷技术是一种有望成为缓解能源危机与温室效应的重要新型途径。它以外界输入的较小电能为能量来源，以微生物为催化剂，MEC耦合厌氧消化系统产甲烷的工作原理如图。下列有关说法错误的是

A．a为电源的正极，b为电源的负极
B．电子的移动方向：从b→导线→Y电极，再经X→导线→a
C．Y电极发生的反应：CO2+8H++8e-=CH4+2H2O、8H++8e-=4H2、CO2+4H2=CH4+2H2O
D．若用铅酸电池为电源，理论上消耗98gH2SO4时，此装置中有2molH+发生迁移
【答案】D
【解析】根据电极产物分析可知，有机物中碳元素化合价升高，失电子，X电极为阳极，a为电源正极；Y电极上CO2化合价降低得电子为阴极，b为电源的负极，据此分析解题。
A．根据电极产物分析可知，有机物中碳元素化合价升高，失电子，X电极为阳极，a为电源正极；Y电极上CO2化合价降低得电子为阴极，b为电源的负极，A正确；
A．电子从电源负极→阴极，再从阳极→正极，B正确；
A．根据Y电极图示原理上判断，Y电极发生的反应有：CO2+8H++8e-=CH4+2H2O、8H++8e-=4H2、CO2+4H2=CH4+2H2O，C正确；
A．若用铅酸电池为电源，根据铅蓄电池放电时方程式Pb+PbO2+2H2SO4=2PbSO4+2H2O可知，理论上消耗98g硫酸，则电路转移1mole-，此装置中有1molH+发生迁移，D错误；
故答案为：D。