专题16 新型电化学装置分析-最新高考化学毕业班二轮热点题型归纳与变式演练（新高考专用）

这是一份专题16 新型电化学装置分析-最新高考化学毕业班二轮热点题型归纳与变式演练（新高考专用），文件包含专题16新型电化学装置分析教师版-2023年高考化学毕业班二轮热点题型归纳与变式演练新高考专用docx、专题16新型电化学装置分析学生版-2023年高考化学毕业班二轮热点题型归纳与变式演练新高考专用docx等2份试卷配套教学资源，其中试卷共55页， 欢迎下载使用。

【题型一】新型一次电池分析…………………………………………………………………………………………1
【题型二】新型二次电池分析…………………………………………………………………………………………2
【题型三】新型燃料电池分析…………………………………………………………………………………………4
【题型四】新型电解池分析……………………………………………………………………………………………6
【题型五】隔膜式电化学装置分析……………………………………………………………………………………8
【题型六】金属腐蚀装置分析…………………………………………………………………………………………11
【题型七】金属防护装置分析…………………………………………………………………………………………12
【题型八】电化学的有关计算…………………………………………………………………………………………13
二、最新模考题组练……………………………………………………………………………………………………14
【题型一】新型一次电池分析
【典例分析】
【典例1】（2022·湖南省等级考）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：2H2O+2e－2OH－+H2↑
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
【提分秘籍】
1．电极反应
（1）反应要求：自发、氧化还原反应和放热反应
（2）根据化合价升降判断反应类型和电极类型
正极发生价降低的还原反应，负极发生价升高的氧化反应
2．电子流向：负极eq \(---------→,\s\up7(外电路))正极（电子不能在溶液中流动）
3．电流流向：正极eq \(---------→,\s\up7(外电路))负极eq \(-------→,\s\up7(内电路))正极
4．离子流向：离子只能在溶液中流动，不能在导线上流动
（1）原电池：阳离子→正极；阴离子→负极
（2）盐桥中：阳离子→正极；阴离子→负极
5．电解质溶液的选择
（1）碱金属电极：不选择水溶液及醇类，一般选择有机电解质或固体电解质
（2）盐桥式原电池：负极材料和与其反应的电解质在不同的容器中
6．电化学中溶液pH的变化
（1）电极pH变化
①看该电极反应是消耗还是产生H+或OH－
②若H+或OH－无变化，看该电极是消耗还是产生水
（2）溶液pH变化
①看总反应是消耗还是产生H+或OH－
②若H+或OH－无变化，看总反应是消耗还是产生水
7．判断电极方程式是否正确
（1）看电极反应是氧化反应还是还原反应
（2）看得反应是得电子还是失电子
（3）看产物能否与溶液反应
①酸性溶液：方程式中不能出现OH－
②碱性溶液：方程式中不能出现H+
③看电极产物能否和环境中的其他物质反应
（4）看物质拆分是否正确
①强酸、强碱、可溶性盐溶液可拆
②非溶液和熔融状态下进行的反应不能写成离子方程式形式
③原子团不能拆分
（5）看有无隐含的酸碱性
①酸性溶液：产物是NH4+、Fe3+、Cu2+等弱阳离子
②碱性溶液：有金属氧化物、氢氧化物参与的反应
【变式演练】
1．（2021·广东选择考）火星大气中含有大量CO2，一种有CO2参加反应的新型全固态电池有望为火星探测器供电。该电池以金属钠为负极，碳纳米管为正极，放电时（ ）。
A．负极上发生还原反应
B．CO2在正极上得电子
C．阳离子由正极移向负极
D．将电能转化为化学能
2．（绍兴市2022学年第一学期选考模拟考试）Ag催化刻蚀Si晶片的反应原理示意图如下，刻蚀溶液有一定浓度的HF和H2O2混合而成，刻蚀时间为2~16min，由Ag薄膜覆盖的硅晶片部分逐渐被刻蚀掉，剩余部分就形成了硅纳米线。下列说法不正确的是（ ）。
A．Ag薄膜附近随着反应的进行，pH逐渐减小
B．Si极发生的反应为Si+2H2OSiO2+4H++4e－，SiO2+6HFH2SiF6+2H2O
C．该刻蚀的总反应可表示为SiO2+6HF+2H2O2H2SiF6+4H2O
D．该刻蚀过程的是由微小的Si、Ag、HF和H2O2的原电池组成
3．（2022·昆明一模）利用铜和石墨作电极，在盐酸介质中，铜与氢叠氮酸（HN3）构成原电池，总反应方程式为2Cu+2Cl－+HN3+3H+2CuCl（s）+N2↑+NH4+。下列判断正确的是（ ）。
A．电子从石墨电极流向铜电极
B．溶液中Cl－向石墨电极移动
C．每转移1ml电子，负极减重64 g
D．正极反应式为HN3+2e－+3H+N2↑+NH4+
【题型二】新型二次电池分析
【典例分析】
【典例2】（2022·广东省等级考）科学家基于Cl2易溶于CCl4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：NaTi2（PO4）3+2e－+2Na+Na3Ti2（PO4）3。下列说法正确的是（ ）。
A．充电时电极b是阴极
B．放电时NaCl溶液的pH减小
C．放电时NaCl溶液的浓度增大
D．每生成1mlCl2，电极a质量理论上增加23g
【提分秘籍】
1．可充电电池的特点
（1）放电时为原电池，电极属性为正负极
（2）充电时为电解池，电极属性为阴阳极
（3）阳极连正极，电极反应式相反，充电时变成阳极
（4）阴极连负极，电极反应式相反，充电时变成阴极
（5）充电时，电池上“－”极应接电源的负极
2．铅蓄电池：Pb+PbO2+2H2SO42PbSO4+2H2O
（1）a极：正极，电极反应式为：PbO2+2e－+4H++SO42－PbSO4+2H2O，充电时，变成阳极
（2）b极：负极，电极反应式为：Pb－2e－+SO42－PbSO4，充电时，变成阴极
（3）c极：阴极，电极反应式为：PbSO4+2e－Pb+SO42－，放电时，变成负极
（4）d极：阳极，电极反应式为：PbSO4+2H2OPbO2+SO42－+4H++2e－，放电时，变成正极
【变式演练】
1．（2020·天津等级考）熔融钠－硫电池性能优良，是具有应用前景的储能电池。如图中的电池反应为2Na+xSNa2Sx（x＝5~3，难溶于熔融硫）。下列说法错误的是（ ）。
A．Na2S4的电子式为Na+［··S······S······S······S······］2－Na+
B．放电时正极反应为xS+2Na++2e－Na2Sx
C．Na和Na2Sx分别为电池的负极和正极
D．该电池是以Na－β－Al2O3为隔膜的二次电池
2．（2020·全国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，1ml CO2转化为HCOOH，转移的电子数为2ml
C．充电时，电池总反应为2Zn（OH）42−2Zn+O2↑+4OH－+2H2O
D．充电时，正极溶液中OH−浓度升高
3．（2019·全国卷Ⅲ）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
4．（河北省邯郸市2022届高三下学期3月一模）某科研团队研制并设计了一种基于阳离子型活性分子的中性水系有机液流电池，以［Pyr－TEMPO］和［Pyr－PV］Cl4分别作中性水系有机液流电池的正负极材料，已知放电时［Pyr－PV］2+先转化为［Pyr－PV］3+，后转化为［Pyr－PV］4+，电池工作原理如图所示。下列说法错误的是（ ）。
A．放电的过程中，氯离子由b电极向a电极移动
B．放电和充电时的电势均是a电极高于b电极
C．放电时，负极的电极反应式可能为［Pyr－PV］3+－e－［Pyr－PV］4+
D．放电时，b电极为负极；充电时，b电极为阳极
【题型三】新型燃料电池分析
【典例分析】
【典例3】（2021·山东省等级考）以KOH溶液为离子导体，分别组成CH3OH－O2、N2H4－O2、（CH3）2NNH2－O2清洁燃料电池，下列说法正确的是（ ）。
A．放电过程中，K+均向负极移动
B．放电过程中，KOH物质的量均减小
C．消耗等质量燃料，（CH3）2NNH2－O2燃料电池的理论放电量最大
D．消耗1mlO2时，理论上N2H4－O2燃料电池气体产物的体积在标准状况下为11.2L
【提分秘籍】
1．燃料电池
2．燃料电池负极产物
（1）氢气：在酸性条件下变成H+，在碱性条件下变成H2O。
（2）含碳燃料：在酸性条件下变成CO2，在碱性条件下变成CO32－。
（3）含氮燃料：一般变成N2。
【变式演练】
1．（2019·全国卷I）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，在氢化酶作用下发生反应H2+2MV2+2H++2MV+
C．正极区，固氮酶为催化剂，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
）氢氧燃料电池构造如图所示，其电池反应为：2H2+O22H2O。下列说法不正确的是（ ）。
A．多孔金属a作负极
B．多孔金属b上，O2发生还原反应
C．电池工作时，电解质溶液中OH－移向a极
D．正极的电极反应为：O2+4e－+4H+2H2O
3．“重油－氧气－熔融碳酸钠”燃料电池装置如图所示。下列说法错误的是（ ）。
A．O2在b极得电子，最终被还原为CO32－
B．放电过程中，电子由电极a经导线流向电极b
C．该电池工作时，CO32－经“交换膜2”移向b极
D．H2参与的电极反应为：H2－2e－+CO32－H2O+ CO2
4．（2022·湖北天门市高三3月模拟）微生物燃料电池是指在微生物的作用下将化学能转化为电能的装置。某微生物燃料电池的工作原理如下图所示，下列说法正确的是（ ）。
A．电子从b流出，经外电路流向a
B．该电池在高温下进行效率更高
C．HS－在硫氧化菌作用下转化为SO42－的反应是：HS－+4H2O－8e－SO42－+9H+
D．若该电池有0.4ml电子转移，则有0.45mlH+通过质子交换膜
【题型四】新型电解池分析
【典例分析】
【典例4】（2022·浙江6月选考）通过电解废旧锂电池中的LiMn2O4可获得难溶性的Li2CO3和MnO2，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：2H2O+Mn2+－2e－MnO2+4H+
C．电解一段时间后溶液中Mn2+浓度保持不变
D．电解结束，可通过调节pH除去Mn2+，再加入Na2CO3溶液以获得Li2CO3
【提分秘籍】
一、电解的原理
1．电极反应：阳极发生价升高的氧化反应，阴极发生价降低的还原反应
2．电子流向：阳极eq \(---------→,\s\up7(外电路))阴极（电子不能在溶液中流动）
3．电流流向：阴极eq \(---------→,\s\up7(外电路))阳极eq \(-------→,\s\up7(内电路))阴极
4．离子流向：阳离子→阴极；阴离子→阳极
5．阴阳两极上放电顺序
（1）阴极（与电极材料无关）：氧化性强的微粒先放电，放电顺序：
（2）阳极（与电极材料有关）：
①若是活性电极作阳极，则活性电极首先失电子，发生氧化反应。
②若是惰性电极作阳极，放电顺序为：
（3）三注意
①阴极不管是什么材料，电极本身都不反应，一定是溶液（或熔融电解质）中的阳离子放电。
②最常用、最重要的放电顺序为阳极：Cl－＞OH－；阴极：Ag+＞Cu2+＞H+。
③电解水溶液时，K+～Al3+不可能在阴极放电。
二、电解的应用
1．用活泼电极电解溶液
（1）电解精炼
①粗金属作阳极，纯金属作阴极，纯金属离子作溶液
②溶液中金属离子：纯金属离子和活泼的金属离子
③阳极泥：不活泼的金属
④电解后原电解质溶液浓度减小
（2）电镀
①镀层金属作阳极，被镀物品作阴极
②镀层金属离子作电解液
③电镀后原电解质溶液浓度不变
2．电冶炼：电解制备K、Ca、Na、Mg、Al等活泼金属
（1）原料
（2）炼铝的特殊性
①不用氯化铝的原因：AlCl3是共价化合物，熔融状态下不导电
②冰晶石的作用：降低氧化铝的熔点，节能
③阳极石墨被产生的氧气腐蚀，需定时更换
【变式演练】
1．（2022·广东省等级考）以熔融盐为电解液，以含Cu、Mg和Si等的铝合金废料为阳极进行电解，实现Al的再生。该过程中（ ）。
A．阴极发生的反应为Mg－2e－Mg2+
B．阴极上Al被氧化
C．在电解槽底部产生含Cu的阳极泥
D．阳极和阴极的质量变化相等
2．（2022·海南省选择考）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．在b电极上，N2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O2－不断减少
3．（2022·北京市等级考）利用下图装置进行铁上电镀铜的实验探究。
下列说法不正确的是（ ）。
A．①中气体减少，推测是由于溶液中c（H+）减少，且Cu覆盖铁电极，阻碍H+与铁接触
B．①中检测到Fe2+，推测可能发生反应：Fe+2H+Fe2++H2↑、Fe+Cu2+Fe2++Cu
C．随阴极析出Cu，推测②中溶液c（Cu2+）减少，Cu2++4NH3[Cu（NH3）4]2+平衡逆移
D．②中Cu2+生成[Cu(NH3)4]2+，使得c（Cu2+）比①中溶液的小，Cu缓慢析出，镀层更致密
4．（2020·浙江7月选考·21）电解高浓度RCOONa（羧酸钠）的NaOH溶液，在阳极RCOO－放电可得到R－R（烷烃）。下列说法不正确的是（ ）。
A．电解总反应方程式：2RCOONa+2H2OR－R+2CO2↑+H2↑+2NaOH
B．RCOO－在阳极放电，发生氧化反应
C．阴极的电极反应：2H2O+2e－2OH－+H2↑
D．电解CH3COONa、CH3CH2COONa和NaOH混合溶液可得到乙烷、丙烷和丁烷
5．（2020·全国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+xAgAgxWO3
【题型五】隔膜式电化学装置分析
【典例分析】
【典例5】（2022·山东省等级考）设计如图装置回收金属钴。保持细菌所在环境pH稳定，借助其降解乙酸盐生成CO2，将废旧锂离子电池的正极材料LiCO2（s）转化为C2+，工作时保持厌氧环境，并定时将乙室溶液转移至甲室。已知电极材料均为石墨材质，右侧装置为原电池。下列说法正确的是（ ）。
A．装置工作时，甲室溶液pH逐渐增大
B．装置工作一段时间后，乙室应补充盐酸
C．乙室电极反应式为LiCO2+e－+2H2O＝Li++C2++4OH－
D．若甲室C2+减少200mg，乙室C2+增加300mg，则此时已进行过溶液转移
【提分秘籍】
1．离子交换膜在电解池中的作用
（1）隔离：将两极区隔离，阻止两极区产生的物质接触
①防止副反应发生，避免影响所制取产品的质量
②防止副反应发生，避免引发不安全因素（如爆炸）
（2）通透：能选择性的通过离子，起到平衡电荷、形成闭合回路的作用
（3）实例：氯碱工业中阳离子交换膜的作用
①平衡电荷，形成闭合回路；
②防止Cl2和H2混合而引起爆炸；
③避免Cl2与NaOH反应生成NaClO，影响NaOH的产量；
④避免Cl－进入阴极区导致制得的NaOH不纯。
2．常见的离子交换膜（隔膜）
（1）阳离子交换膜：简称阳膜，只允许阳离子通过
（2）阴离子交换膜：简称阴膜，只允许阴离子通过
（3）质子交换膜：只允许氢离子通过
3．含离子交换膜电化学装置的几个区域
（1）原料区
①主料区：加入原料的浓溶液，流出原料的稀溶液
②辅料区：加入辅料的稀溶液，流出辅料的浓溶液
（2）产品区：产品中的阴阳离子通过离子交换膜进入该区域
（3）缓冲区：两侧的离子交换膜属性相同，起防漏的保护作用
（4）计算含交换膜电化学装置中某一区域质量变化，注意离子的迁移
【变式演练】
1．（2022·全国甲卷）一种水性电解液Zn－MnO2离子选择双隔膜电池如图所示（KOH溶液中，Zn2+以Zn（OH）42－存在）。电池放电时，下列叙述错误的是（ ）。
A．Ⅱ区的K+通过隔膜向Ⅲ区迁移
B．Ⅰ区的SO42－通过隔膜向Ⅱ区迁移
C．MnO2电极反应：MnO2+2e－+4H+Mn2++2H2O
D．电池总反应：Zn+4OH－+MnO2+4H+Zn（OH）42－+Mn2++2H2O
2．（2021·河北选择考）K-O2电池结构如图，a和b为两个电极，其中之一为单质钾片。关于该电池，下列说法错误的是（ ）。
A．隔膜允许K+通过，不允许O2通过
B．放电时，电流由b电极沿导线流向a电极；充电时，b电极为阳极
C．产生1Ah电量时，生成KO2的质量与消耗O2的质量比值约为2.22
D．用此电池为铅酸蓄电池充电，消耗3.9g钾时，铅酸蓄电池消耗0.9g水
3．（2021·浙江6月选考）某全固态薄膜锂离子电池截面结构如图所示，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；电极B为LiCO2薄膜；集流体起导电作用。下列说法不正确的是（ ）。
A．充电时，集流体A与外接电源的负极相连
B．放电时，外电路通过aml电子时，LiPON薄膜电解质损失aml Li+
C．放电时，电极B为正极，反应可表示为Li1－xCO2+xLi++xe－LiCO2
D．电池总反应可表示为LixSi+Li1－xCO2Si+LiCO2
4．（2021·广东选考）钴（C）的合金材料广泛应用于航空航天、机械制造等领域。如图为水溶液中电解制备金属钴的装置示意图。下列说法正确的是（ ）。
A．工作时，Ⅰ室和Ⅱ室溶液的pH均增大
B．生成1mlC，Ⅰ室溶液质量理论上减少16g
C．移除两交换膜后，石墨电极上发生的反应不变
D．电解总反应：2C2++2H2O2C+O2↑+4H+
5．（2021·全国甲卷）乙醛酸是一种重要的化工中间体，可采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向两级迁移，下列说法中正确的是（ ）。
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：HO－－OH+2H++2e－HO－－H+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H+在外电场作用下向铅电极方向迁移
【题型六】金属腐蚀装置分析
【典例分析】
【典例6】（2019·江苏高考）将铁粉和活性炭的混合物用NaCl溶液湿润后，置于如图所示装置中，进行铁的电化学腐蚀实验。下列有关该实验的说法正确的是（ ）。
A．铁被氧化的电极反应式为Fe－3e－Fe3+
B．铁腐蚀过程中化学能全部转化为电能
C．活性炭的存在会加速铁的腐蚀
D．以水代替NaCl溶液，铁不能发生吸氧腐蚀
【提分秘籍】
1．金属的腐蚀
（1）化学腐蚀
①反应类型：普通的化学反应
②特点：无电流产生，电子直接转移给氧化剂
（2）电化腐蚀
①反应类型：原电池反应
②特点：有电流产生，电子间接转移给氧化剂
③普遍性：电化腐蚀更为普遍
2．电化学腐蚀的类型
（1）析氢腐蚀
①形成条件：水膜酸性较强
②特点：在密闭容器中气体压强变大
（2）吸氧腐蚀
①形成条件：水膜酸性很弱或呈中性甚至碱性
②特点：在密闭容器中气体压强减小
③普遍性：吸氧腐蚀更为普遍
（3）在酸性条件下，氢前的活泼金属发生析氢腐蚀，氢后的不活泼金属发生吸氧腐蚀
【变式演练】
1．（湘豫名校联考2022年11月高三一轮复习诊断）青铜器文物腐蚀物以粉末状有害锈最为严重，某种碱式氯化铜粉状锈的形成过程分下面三个阶段：
阶段一.：铜在电解质溶液中发生一般腐蚀：Cu－e－→Cu+；Cu++Cl－→CuCl（灰白色）；CuCl+H2O→Cu2O+HCl
阶段二：Cu2O+H2O+HCl+O2→CuCl2·Cu（OH）2·H2O
阶段三：CuCl和O2具有很强穿透力，可深人铜体内部，产生粉状锈：CuCl+O2+H2O→CuCl2·3Cu（OH）2+HCl.
下列说法正确的是（ ）。
A．该粉状锈生成的条件中需要有：潮湿环境、可溶性的氯化物、氧化性的物质
B．上述过程涉及的化学反应有：电解反应、水解反应、氧化还原反应
C．依据反应CuCl+H2O→Cu2O+HCl，可以判断氧化亚铜不能溶于盐酸
D．利用外加电源保护法保护铜制文物时，青铜器应连接电源的正极
2．全世界每年因生锈损失的钢铁，约占世界年产量的四分之一。一种钢铁锈蚀原理示意图如下，下列说法中不正确的是（ ）。
A．缺氧区：Fe－2e－Fe2+
B．富氧区：O2+2H2O+4e－4OH－
C．Fe失去的电子通过电解质溶液传递给O2
D．隔绝氧气或电解质溶液均可有效防止铁生锈
【题型七】金属防护装置分析
【典例分析】
【典例7】（2020·江苏高考）将金属M连接在钢铁设施表面，可减缓水体中钢铁设施的腐蚀。在下图所示的情境中，下列有关说法正确的是（ ）。
A．阴极的电极反应式为Fe－2e－Fe2+
B．金属M的活动性比Fe的活动性弱
C．钢铁设施表面因积累大量电子而被保护
D．钢铁设施在河水中的腐蚀速率比在海水中的快
【提分秘籍】
1．原电池防护法
（1）名称：牺牲阳极的阴极保护法
（2）方法：被保护的金属eq \(-------------→,\s\up7(做原电池),\s\d5(的正极))接更活泼的金属
（3）图示
2．电解池防护法
（1）名称：外加电流的阴极保护法
（2）方法：被保护的金属eq \(-------------→,\s\up7(做电解池),\s\d5(的阴极))与电源的负极相连
（3）图示

【变式演练】
1．（2022·广东省等级考）为检验牺牲阳极的阴极保护法对钢铁防腐的效果，将镀层有破损的镀锌铁片放入酸化的3%NaCl溶液中。一段时间后，取溶液分别实验，能说明铁片没有被腐蚀的是（ ）。
A．加入AgNO3溶液产生沉淀
B．加入淀粉碘化钾溶液无蓝色出现
C．加入KSCN溶液无红色出现
D．加入K3［Fe（CN）6］溶液无蓝色沉淀生成
2．（2022·宁波选考模拟）氯盐可导致混凝土中的钢筋腐蚀。为防止混凝土中的钢筋腐蚀，可在混凝土表面敷置一定电解质溶液并将惰性金属导电网浸泡其中，惰性金属导电网与钢筋分别连接外部直流电源从而除去Cl－，装置如图，下列说法错误的是（ ）。
A．钢筋接电源的正极
B．金属导电网上发生的电极反应为2Cl－－2e－Cl2↑
C．混凝土中的钙离子向钢筋方向移动
D．电解一段时间后钢筋附近溶液的pH增大
【题型八】电化学的有关计算
【典例分析】
【典例8】（2022·北京市等级考）已知：在催化剂作用下，煤在管式炉中燃烧，出口气体主要含O2、CO2、H2O、N2、SO2。通过干燥装置后，待测气体进入库仑测硫仪进行测定。已知：库仑测硫仪中电解原理示意图如下。检测前，电解质溶液中保持定值时，电解池不工作。待测气体进入电解池后，SO2溶解并将I3－还原，测硫仪便立即自动进行电解到又回到原定值，测定结束，通过测定电解消耗的电量可以求得煤中含硫量。
煤样为ag，电解消耗的电量为x库仑，煤样中硫的质量分数为___________。已知：电解中转移1ml电子所消耗的电量为96500库仑。
【提分秘籍】
1．基本方法：电子守恒和电荷守恒列关系式
（1）电子守恒和电荷守恒列关系式
O2~4e－~4Ag~2Cu~2H2~2Cl2~4OH－~4H+~Mn+
（3）几个注意问题
①气体体积相关计算时，必须注明标准状况
②计算含交换膜电化学装置中某一区域质量变化，注意离子的迁移
③注意某一电极发生多个电极反应
2．电化学计算的物理公式
（1）电量公式：Q＝It＝nNAq＝nF
①n——得失电子的物质的量（ml）
②NA——阿伏加德罗常数（6.02×1023ml－1）
③q——1个电子所带的电量（1.60×10－19C）
④I——电流强度（A）
⑤t——时间（s）
⑥F——法拉弟常数（96500C/ml）
（2）电能公式：W＝UIt＝UQ
【变式演练】
1．（2020·全国Ⅱ卷节选）CH4和CO2都是比较稳定的分子，科学家利用电化学装置实现两种分子的耦合转化，其原理如下图所示：
（1）阴极上的反应式为___________________。
（2）若生成的乙烯和乙烷的体积比为2∶1，则消耗的CH4和CO2体积比为___________。
2．（2020年·全国卷I）为验证不同化合价铁的氧化还原能力，利用下列电池装置进行实验。
电池反应一段时间后，测得铁电极溶液中c（Fe2+）增加了0.02ml·L−1。石墨电极上未见Fe析出。可知，石墨电极溶液中c（Fe2+）＝________。
1．（广东省深圳市光明区2023届高三上学期第一次模拟）我国有着丰富的海风资源，在海水中建立风电设备，防腐蚀是一个突出问题。下列说法正确的是（ ）。
A．钢铁构件表面的镀铜破损后依然会保护内部钢铁不被腐蚀
B．可将钢铁构件与电源负极连接臧缓腐蚀发生
C．钢铁发生吸氧腐蚀时负极发生的反应为Fe－3e－Fe3+
D．海水中发生化学腐蚀的速率大于电化学腐蚀速率
2．（2022年湖北省新高考联考协作体高三3月模拟）已知Ag+的氧化性强于C2+的氧化性，则关于下图所示原电池装置的说法中，正确的是（ ）。
A．C电极是原电池的正极
B．盐桥中可填充KCl饱和溶液与琼脂的混合物
C．该原电池的正极反应式为Ag++e－Ag
D．盐桥中的电解质阴离子向右侧烧杯移动
3．（广东省茂名市2022届高三下学期第二次综合测试）搭载全气候电池的电动车在北京冬奥会零下30度的环境里亮相，成功地解决了锂离子电池不耐低温的问题，锂离子电池通常以碳材料（容纳锂离子）为负极，LiCO2、LiMnPO4等锂的活性化合物为正极，放电时下列说法不正确的是（ ）。
A．化学能转化为电能
B．正极上发生氧化反应
C．Li+向正极迁移
D．当电路中转移0.1ml电子时，负极重量减少0.7g
4．（广东省江门市2021~2022学年高三3月模拟）“自煮火锅”发热包的成分为碳酸钠、硅藻土、铁粉、铝粉、活性炭、焦炭粉、NaCl、生石灰，向发热包中加入冷水，可用来蒸煮食物。下列说法错误的是（ ）。
A．Na+由活性炭区向铝粉表面区迁移
B．负极反应为Al－3e－+4OH－AlO2－+2H2O
C．活性炭作正极，正极上发生还原反应
D．硅藻土结构疏松，使各物质分散并均匀混合，充分接触
5．（广东省茂名市2022届高三下学期第二次综合测试）城市污水循环用作城市稳定的第二水源，对缓解城市水危机有重要意义。高铁酸盐［Fe（VI）］作为一种绿色环保水处理剂，兼具极强的氧化性和良好的絮凝效果，图为电解制备高铁酸盐的装置示意图（电解液为NaOH溶液），下列说法正确的是（ ）。
A．石墨作阳极，铁作阴极
B．阳极的电极方程式为：Fe－6e－+8OH－FeO42－+4H2O
C．生成1ml高铁酸盐，II室溶液质量理论上增大56g
D．工作时，I室和II室溶液的pH均增大
6．（2022~2023湖北咸宁市高三11月模拟）钛的电解冶炼法，如图所示。以含少量CaCl2的CaO熔融物作为介质，电解时阴极生成的Ca进一步还原TiO2得到钛。下列说法不正确的是（ ）。
A．Ca还原TiO2的化学方程式为2Ca+TiO2Ti+2CaO
B．阳极石墨稳定性强，在实际生产过程中质量几乎不会改变
C．CaCl2的作用可能是增强导电性，同时起到助熔剂的作用
D．已知F＝96500C·ml－1，当I＝0.5A，通电80分钟，理论上可得Ti的质量为 g
7．（2022届湖南新高考教学教研联盟高三第二次联考）“太阳水”电池装置如图所示，该电池由三个电极组成，其中a为TiO2电极，b为Pt电极，c为WO3电极，电解质溶液为pH＝3的Li2SO4－H2SO4溶液。锂离子交换膜将电池分为A、B两个区，A区与大气相通，B区为封闭体系并有N2保护。下列关于该电池的说法正确的是（ ）。
A．若用导线连接b、c，b电极附近pH增大，可实现太阳能向电能转化
B．若用导线连接b、c，c电极为负极，可实现HxWO3转化为WO3
C．若用导线连接a、c，则a为负极，该电极附近pH减小
D．若用导线连接a、c，则c电极的电极反应式为HxWO3－xe－WO3+xH+
8．（四川省遂宁市2022届高三下学期三诊）科学家发明了一种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。下列说法不正确的是（ ）。
A．K+通过x膜移向区域
B．R区域的电解质浓度逐渐减小
C．放电时，Al电极反应为：Al－3e－+4OH－AlO2－+2H2O
D．消耗1.8gAl时，N区域电解质溶液减少16.0g
9．（新疆师大附中2022届高三年级一模）一种钌（Ru）基配合物光敏染料敏化太阳能电池，其工作原理如图所示。下列说法错误的是（ ）。
A．电池工作时，将太阳能转化为电能
B．X电极为电池的负极
C．Y电极发生的电极反应为I3－+2e－3I－
D．当电池工作从开始到结束时，电解质溶液中I－和I3－的浓度分别会发生很大变化
10．（北京市西城区2022届高三下学期一模）ORP传感器（如下图）测定物质的氧化性的原理：将Pt电极插入待测溶液中，Pt电极、Ag/AgCl电极与待测溶液组成原电池，测得的电压越高，溶液的氧化性越强。向NaIO3溶液、FeCl3溶液中分别滴加2滴H2SO4溶液，测得前者的电压增大，后者的几乎不变。
下列说法不正确的是（ ）。
A．盐桥中的Cl－移向Ag/AgCl电极
B．Ag/AgCl电极反应是Ag－e－+Cl－AgCl
C．酸性越强，IO3－的氧化性越强
D．向FeCl3溶液中滴加浓NaOH溶液至碱性，测得电压几乎不变
11．（福建省厦门市2022届高三下学期3月第二次质量检测）我国科学家设计的Mg－Li双盐电池工作原理如图所示，下列说法不正确的是（ ）。
A．放电时，正极电极反应式为FeS+2e－+2Li+Fe+Li2S
B．充电时，Mg电极连外接电源负极
C．充电时，每生成1mlMg，电解质溶液质量减少24g
D．电解液含离子迁移速率更快的Li+提高了电流效率
12．（广东省汕尾市2022届高三上学期期末调研）近年来，我国在能源研发与能量转化领城所获得的成就领跑全球。下图是我国科学家研发的一种能量转化装置，利用该装置可实现将CO2转化为CO，并获得NaClO溶液。下列说法错误的是（ ）。
A．a为太阳能电池的正极
B．该装置可实现多种能量之间的转化
C．电极Y的反应为Cl－－2e－+H2OClO－+2H+
D．当有22.4LCO2参与反应时，外电路通过2NA个电子
13．（广西南宁市2022届高三下学期二模）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2mle－，可产生22.4LX气体
D．A极的电极反应式为：32
14．（河北省保定市2022届高三下学期一模）用镍制造的不锈钢和各种合金被广泛地用于飞机，坦克，舰艇、雷达，导弹，宇宙飞船等各种军工和民用机械制造业。如图所示为电解制备金属镍的装置示意图（已知：氧化性：H+＞Ni2+）。下列说法错误的是（ ）。
A．电势：石墨电极＞镍电极
B．工作时，中间室溶液的pH减小
C．若将石墨电极改为铂电极，该装置工作原理不变
D．消耗1Ah电量时，阴极生成Ni和阳极生成O2的物质的量之比为1∶2
15．（河北省九师联盟2022届高三下学期4月联考）利用电化学方法可将CO2同时转化为甲烷、乙烯等产物，实验装置如图所示，下列说法错误的是（ ）。
A．一段时间后，Cu极区溶液质量增大
B．若Pt极区产生8ml H+，则产生CH4与C2H4共2ml
C．生成乙烯的电极反应式为2CO2+12H++12e－C2H4+4H2O
D．若生成0.15ml CH4和0.30ml C2H4则外电路中转移4.8ml电子
16．（湖北宜昌四校2022届高三下学期模拟联考）在直流电源作用下，双极膜中间的H2O解离为H+和OH－，利用电解池产生强氧化性的羟基自由基（·OH），处理含苯酚废水和含SO2的烟气的工作原理如图所示。下列说法正确的是（ ）。
A．电势：N电极＜M电极
B．含SO2的烟气被吸收的反应为SO2+2·OHH2SO4
C．阴极电极反应式为·OH+e－OH－
D．每处理9.4g苯酚，理论上有2.8ml H+透过膜
17．（海南省2022届高三下学期学业水平诊断三）工业上常采用电渗析法从含萄糖酸钠（用GCOONa表示）的废水中提取化工产品葡萄糖酸（GCOOH）和烧碱，模拟装置如图所示（电极均为石墨）。
下列说法错误的是（ ）。
A．交换膜1、2分别为阳离子、阴离子交换膜
B．a电极为阴极，b电极上发生氧化反应
C．一段时间后，a、b电极产生气体的质量之比为8∶1
D．电路中通过1ml电子时，理论上回收40gNaOH
18．（河南省大联考2022届高三下学期第三次模拟）我国科学家成功研制出CO2/ Mg二次电池，在潮湿条件下的放电原理为2Mg+3CO2+2H2O2MgCO3·H2O+C，模拟装置如图所示（已知放电时，Mg2+由负极向正极迁移）。下列说法正确的是（ ）。
A．放电时，电流由镁极经外电路流向石墨极
B．放电时，正极的电极反应式为2Mg2++3CO2+2H2O+4e－2MgCO3·H2O+C
C．充电时，阴极上放出CO2，发生还原反应
D．充电时，当阳极质量净减12g时，转移了4ml电子
19．（四川省成都市2021~2022学年高三4月模拟）太阳能、风能等可再生能源发电具有分散性和间隙性分缺点，需要配套能量密度高、循环寿命长、成本低的电化学储能系统。某种研究中的铝离子储能电池以二硒化钴（II）/纳米碳@石墨烯复合材料为正极，有机阳离子与氯铝酸阴离子组成的离子液体为电解质，电池总反应为：CSe2+mAlAlmCnSe2+（1－n）C（其中m、n均小于1）。正极的工作原理如图所示（硒始终保持－1价）。下列叙述错误的是（ ）。
A．放电时，AlCl4－向负极迁移
B．放电时，正极的电极反应式为：CSe2+4mAl2Cl7－+3me－＝AlmCnSe2+（1－n）C+7mAlCl4－
C．充电时，负极每消耗1mlAl2Cl7－可转移3mle－
D．m与n的关系为3m＝2（1－n）
20．（江苏省七市2022届高三下学期二模试题）一种锌钒超级电池的工作原理如图所示，电解质为（CH3COO）2Zn溶液，电池总反应为Zn+NaV2（PO4）3ZnNaV2（PO4）3。下列说法正确的是（ ）。
A．放电时，b电极为电池的负极
B．放电后，负极区c（Zn2+）增大
C．充电时，Zn2+向a电极移动
D．充电时，b电极发生的电极反应为ZnNaV2（PO4）3+2e－Zn2++NaV2（PO4）3
21．（江苏省苏锡常镇四市2022届高三下学期4月教学情况调研）双极膜电渗析法固碳技术是将捕集的CO2转化为CaCO3而矿化封存，其工作原理如图所示。双极膜中间层中的H2O解离成H+和OH－，并在直流电场作用下分别向两极迁移。下列说法不正确的是（ ）。
A．两个双极膜中间层中的H+均向左侧迁移
B．若碱室中比值增大，则有利于CO2的矿化封存
C．电解一段时间后，酸室中盐酸的浓度增大
D．该技术中电解固碳总反应的离子方程式为2Ca2++2CO2+4H2O2CaCO3↓+2H2↑+O2↑+4H+
22．（2022届辽宁省高三实战猜题卷）酸碱中和反应能设计成原电池。某团队设计的装置如图所示。下列关于该原电池的说法正确的是（ ）。
A．Hg/HgO电极的电极反应式为4OH－－4e－2H2O+O2↑
B．b膜是阴离子交换膜
C．生成1mlH2O时，放出的电能与KOH和稀硫酸反应的中和热相等
D．改变H2SO4溶液或KOH溶液浓度，电压会发生变化
23．（北京市房山区2022届高三一模）某同学为探究AgI是否可以转化为AgCl，进行如下实验：
已知：①其他条件不变时，参与原电池反应的氧化剂（或还原剂）的氧化性（或还原性）越强，原电池的电压越大。②电压表读数：a＞c＞b＞0
下面说法不正确的是（ ）。
A．由a＞0可知，KI一定是被AgNO3氧化
B．由a＞b可知，I－离子的还原性与其浓度有关
C．由c＞b可知，增加Cl－的浓度，可使AgCl（s）+I－（aq）AgI（s）+Cl－（aq）平衡逆向进行
D．推测d＞a
24．（湖南永州市2023年高考第一次适应性考试）双膜碱性多硫化物空气液流二次电池可用于再生能源储能和智能电网的备用电源等，电极I为掺杂Na2S2的电极，电极II为碳电极。电池工作原理如下图所示。下列说法错误的是（ ）。
A．离子交换膜a为阳离子交换膜，离子交换膜b为阴离子交换膜
B．放电时，中间储液器中NaOH的浓度不断减小
C．充电时，电极I的电极反应式为：2S22－－2e－S42－
D．充电时，电路中每通过1ml电子，阳极室溶液质量理论上增加9g
25．（湖南省三湘创新发展联合2022~2023学年高三上学期起点调研）超纯水微细电解加工是在常规电解加工原理的基础上，利用超纯水作电解液，并采用阳离子交换膜促进水解离来提高超纯水中OH－的浓度，使电解电流密度达到足够蚀刻材料的一种新型电解加工工艺。铜的微细电解加工如图，所用的阳离子交换膜为RSO3H，RSO3H自身能解离成固定基团RSO3－和自由离子H+。下列说法错误的是（ ）。
A．M为电源的正极
B．辅助电极上有气泡产生
C．工件电极上的电极反应式为Cu－2e－+2OH－Cu（OH）2
D．阳离子交换膜向上的面上发生的反应为RSO3－+H2ORSO3H+OH－
26．（唐山市2022~2023学年度高三年级摸底演练）以甲烷燃料电池为电源电解NaB（OH）4溶液制备H3BO3的工作原理如图所示，下列叙述错误的是（ ）。
A．燃料电池通入氧气的电极接电解池的Y电极
B．N室中：a%＞b%
C．膜I、III为阳离子交换膜，膜II为阴离子交换膜
D．理论上每生成1ml产品，需消耗甲烷的体积为2.8L（标况）
27．（河北省邯郸市2022~2023学年高三上学期摸底）钛酸锂电池由于具有体积小、重量轻、能量密度高、安全稳定、绿色环保等特点，在通信电源领域具有非常广泛的应用前景。其工作原理如图所示，下列说法正确的是（ ）。
A．放电时，Li+移向N极
B．充电时，M极接外电源的负极
C．充电时，N极的电极反应式：Ti5O12+4Li++4e－Li4Ti5O12
D．用该电池电解精炼铜，当M、N两极质量变化差为14g时，理论上可生成64g精铜
28．（广东省深圳市光明区2023届高三上学期第一次模拟）某科研小组利用下图装置完成乙炔转化为乙烯的同时为用电器供电。其中锌板处发生的反应有：①Zn－2e－Zn2+；②Zn+4OH－－2e－［Zn（OH）4］2－；③［Zn（OH）4］2－ZnO+2OH－+H2O。下列说法不正确的是（ ）。
A．电极a的电势高于电极b的电势
B．放电过程中正极区KOH溶液浓度保持不变
C．电极a上发生的电极反应式为C2H2+2H2O+2e－C2H4+2OH－
D．电解足量CuSO4溶液，理论上消耗2.24L（标准状况）C2H2时，生成6.4gCu
29．（四川省雅安市2023届高三上学期零诊）某微生物电化学法制甲烷是将电化学法和生物还原法有机结合，装置如图所示。有关说法错误的是（ ）。
A．该离子交换膜可为质子交换膜
B．右侧电极为阴极，发生还原反应
C．阳极附近溶液pH减小
D．每生成1mlCH4，有8NA电子通过离子交换膜
30．（四川省巴中市2023年高三“零诊”考试）下图为最新研制的一款车载双电极镍氢电池，放电时a、c电极的反应物为吸附了氢气的稀土合金，可表示为MH；充电时b、d电极的反应物为吸附的Ni（OH）2，下列叙述正确的是（ ）。
A．放电时电子的流动路径为：a→外电路→d→c→铜箔→b
B．放电时c极上的反应可表示为：MH－e－+OH－M+H2O
C．充电时a、b接电源的负极，c、d接电源的正极
D．充电时外电路每通过2ml电子，该电池正极共增重4g
31．（宁波市2023学年第一学期选考模拟）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AlCl4－和Al2Cl7－。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4Al2Cl7－+3e－Al+7AlCl4－
D．电解AlCl3－NaCl时AlCl4－从阳极流向阴极
32．（温州市普通高中2023届高三第一次适应性考试）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（Cn）为另一极，电解液为NaPF6作为电解质的溶液。下列有关说法不正确的是（ ）。
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：xNa+Cn（PF6）xxNaPF6+Cn
D．当外电路通过nml电子时，锡钠极板质量应减少23ng
33．（四川成都市2022届高三下学期二诊）高电压水系锌－有机混合液流电池的装置如图所示。下列说法错误的是（ ）。
A．充电时，中性电解质NaCl的浓度减小
B．充电时，阴极反应式为Zn（OH）42－+2e－Zn+4OH－
C．放电时，正极区溶液的pH减小
D．放电时，1mlFQ转化为FQH2，可消耗65gZn
33．（2023年1月浙江省选考仿真模拟卷C）某二次电池充电时的原理如图所示，该过程可实现盐溶液的淡化。下列有关说法错误的是（ ）。
A．充电时，a为电源正极
B．充电时，Cl−向Bi电极移动
C．充电时，两电极新增加的物质中：n（Na+）∶n（Cl−）＝1∶3
D．放电时，正极的电极反应为：BiOCl+2H++3e−Bi+Cl−+H2O
34．（2023年1月浙江省选考仿真模拟卷B）近日“宁德时代”宜布2023年实现钠离子电池产业化，钠离子电池以其低成本、高安全性及其优异电化学属性等成为锂离子电池的首选“备胎”，其充放电过程是Na+在正负极间的镶嵌与脱嵌。下列说法不正确的是（ ）。
A．放电时负极区钠单质失去电子
B．充电时Na+由“B极”向“A极”移动
C．由于未使用稀缺的锂钴元素，量产后该电池生产成本比锂离子电池低
D．该电池一种正极材料为NaFeFe（CN）6，充电时的电极反应为：Na1+xFeFe（CN）6－xe－NaFeFe（CN）6+xNa+
35．（2023年1月浙江省选考仿真模拟卷C）Zn−BiOI电池以ZnI2水溶液作为锌离子电池的氧化还原介质，可实现快速可逆的协同转化反应，具有超高的可逆容量和超长循环寿命。下列说法不正确的是（ ）。
A．ZnI2能加快电极反应速率
B．放电时，正极反应为3BiOI+3e−Bi+Bi2O3+3I−
C．充电时，Bi与外接电源正极相连
D．充电时，若转移2mle−，两电极总质量增加65g
CH4
酸性
碱性
CO32－
O2－
氧化产物
CO2
CO32－
HCO3－
CO32－
O2
酸性
碱性
中性
CO2
还原产物
H2O
OH－
OH－
CO32－
金属
Na
Mg
Al
原料（熔融）
NaCl
MgCl2
Al2O3
装置示意图
序号
电解质溶液
实验现象
①
0.1ml·L－1 CuSO4+少量H2SO4
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Fe2+
②
0.1ml·L－1 CuSO4+过量氨水
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Fe元素
装置
问题
根据O2~4e－~4H+，阳极产生lml O2时，有4ml H+由阳极移向阴极，则阳极溶液的质量减轻32g+4g＝36g
装置
步骤
电压表读数
ⅰ.如图连接装置并加入试剂，闭合K
a
ⅱ.向B中滴入AgNO3（aq），至沉淀完全
b
ⅲ.再向B中投入一定量NaCl（s）
c
ⅳ.重复ⅰ，再向B中投入一定量NaCl（s）
a
v.重复ⅰ，再向A中加入适量AgNO3（s）
d