鲁科版 2023高考化学 一轮复习 十七 电化学高考热点微专题 课时练习

十七 电化学高考热点微专题

题组一：离子交换膜电池

(建议用时：15分钟)

1．(2022·厦门外国语学校模拟)全钒液流电池装置如图所示，电解液在电解质储罐和电池间不断循环。下列说法错误的是(　　)

A．充电时，H＋通过交换膜移向右侧

B．充电时，电源负极连接电极a

C．放电时装置发生的总反应为VO＋V2＋＋2H＋===VO2＋＋V3＋＋H2O

D．质子交换膜可阻止VO与V2＋直接发生反应

加固训练:

(2021·海南模拟)工业上用Na2SO3溶液吸收硫酸工业尾气中的SO2，并通过电解方法实现吸收液的循环再生。其中阴、阳离子交换膜组合循环再生机理如图所示，下列有关说法中正确的是(　　)

A．X应为直流电源的正极

B．电解过程中阴极区pH升高

C．图中的b%<a%

D．SO在电极上发生的反应为SO＋2OH－－2e－===SO＋2H2O

2．(改编题)电催化固氮领域取得重要进展，利用双功能催化剂可实现室温条件下电催化氮气还原制备氨气、氧化制备硝酸盐。装置如图所示：

下列说法错误的是(　　)

A．工作时，电子流入a极

B．阳极区的电极反应：N2＋6H2O－10e－===2NO＋12H＋

C．阳极区和阴极区消耗的N2的质量之比为5∶3

D．该离子交换膜应使用质子交换膜

加固训练:

2019年诺贝尔化学奖颁给在锂离子电池发展方向做出突出贡献的三位科学家，颁奖词中说：他们创造了一个可充电的世界。如图是最近研究的Ca­LiFePO4可充电电池的工作示意图，锂离子导体膜只允许Li＋通过，电池反应为xCa2＋＋2LiFePO4xCa＋2Li1－xFePO4＋2xLi＋。下列说法不正确的是(　　)

A．LiPF6－LiAsF6为非水电解质，其与Li2SO4溶液的主要作用都是传递离子

B．放电时，负极反应为LiFePO4－xe－===Li1－xFePO4＋xLi＋

C．充电时，Li1－xFePO4/LiFePO4电极发生Li＋脱嵌，放电发生Li＋嵌入

D．充电时，当转移0.2 mol电子时，左室中电解质的质量减少2.6 g

3．(2022·咸阳模拟)中国向世界郑重承诺，努力争取2060年前完成“碳中和”。一种微生物电解池(MEC)既可以处理有机废水，又有助于降低碳排放，其工作原理如图所示。下列说法不正确的是(　　)

A．a电极为MEC的阳极

B．MEC工作时，质子将从a电极室向b电极室迁移

C．b电极的电极反应式为CO2＋8e－＋8H＋===CH4＋2H2O

D．a电极室产生的CO2与b电极室消耗的CO2相等

4．生产硝酸钙的工业废水中常含有NH4NO3，可用电解法净化，其工作原理如图所示。下列有关说法正确的是(　　)

A．a极为电源负极，b极为电源正极

B．装置工作时电子由b极流出，经导线、电解槽流入a极

C．Ⅰ室能得到副产品浓硝酸，Ⅲ室能得到副产品浓氨水

D．阴极的电极反应式为2NO＋12H＋＋10e－===N2↑＋6H2O

加固训练:

工业上用电解法处理含镍酸性废水并得到单质Ni的原理如图所示。下列说法不正确的是(　　)

已知：①Ni2＋在弱酸性溶液中发生水解

②氧化性：Ni2＋(高浓度)>H＋>Ni2＋(低浓度)

A．碳棒上发生的电极反应：4OH－－4e－===O2↑＋2H2O

B．电解过程中，B中NaCl溶液的物质的量浓度将不断减少

C．为了提高Ni的产率，电解过程中需要控制废水pH

D．若将图中阳离子膜去掉，将A、B两室合并，则电解反应总方程式发生改变

5.(2022·长沙联考)对氨基苯甲酸()是一种用途广泛的化工产品和医药中间体,以对硝基苯甲酸()为原料,采用电解法合成对氨基苯甲酸的装置如图。下列说法不正确的是              (　　)

A.电子由金属阳极DSA经导线流入直流电源

B.阴极的主要电极反应式为+6e-+6H++2H2O

C.每转移1 mol e-时,阳极电解质溶液的质量减少9 g

D.反应结束后阳极区pH增大

易错提醒:

中N元素的化合价为-3,中N元素的化合价为+3。

题组二：新型电化学装置分析

(建议用时：15分钟)

1．(2022·临川模拟)浓度差电池是指电池内物质变化仅是由一物质由高浓度变成低浓度且过程伴随着吉布斯自由能转变成电能的一类电池。如图所示的浓度差电池示意图，下列有关说法正确的是(　　)

A．a极为原电池的负极

B．c为Cu2＋交换膜

C．电流表为0时，两极的CuSO4浓度相等

D．转移1 mol电子时，右池增重48 g

2．(2022·合肥模拟)中国科学院大连化物所的研究团队创新性提出锌碘单液流电池的概念，实现锌碘单液流电池中电解液的利用率近100%，其原理如图所示。下列说法正确的是(　　)

A．放电时A电极反应式为Zn2＋＋2e－===Zn

B．放电时电解质储罐中离子总浓度减小

C．M为阴离子交换膜，N为阳离子交换膜

D．充电时A极增重65 g，C区增加离子数为2NA

加固训练:

我国研究锂硫电池获得突破，电池的总反应是16Li＋S88Li2S，充放电曲线如图所示，下列说法不正确的是(　　)

A．充电时，电能转化为化学能

B．放电时，锂离子向正极移动

C．放电时，1 mol Li2S6转化为Li2S4得到2 mol e－

D．充电时，阳极总电极反应式是8S2－－16e－===S8

3．羟基自由基(·OH)是自然界中氧化性仅次于氟的氧化剂。我国科学家设计了一种能将苯酚氧化为CO2、H2O的原电池－电解池组合装置(如图)，该装置能实现发电、环保二位一体。下列说法错误的是(　　)

A．a极为正极，c极为阴极

B．b极的电极反应式为C6H5OH－28e－＋11H2O===6CO2↑＋28H＋

C．d极区苯酚被氧化的化学方程式为C6H5OH＋28·OH===6CO2↑＋17H2O

D．右侧装置中，每转移0.7 mol e－，c、d两极共产生气体3.36 L(标准状况)

加固训练:

环己酮(O)在生产生活中有重要的用途，可在酸性溶液中用环己醇间接电解氧化法制备，其原理如图所示。下列说法正确的是(　　)

A．a极与电源负极相连

B．a极电极反应式是2Cr3＋＋7H2O－6e－===Cr2O＋14H＋

C．b极发生氧化反应

D．理论上有1 mol环己酮生成时，有2 mol氢气放出

4．我国科学家设计了一种高效电解水制氢的系统，实现了在催化剂作用下析氢和析氧反应的分离。该系统的工作原理如图所示，其中电极均为惰性电极，电解液中含NaOH。下列关于该装置工作时的说法错误的是(　　)

A．阳极的电极反应为[Fe(CN)6]4－－e－===[Fe(CN)6]3－

B．OH－通过离子交换膜由B极室向A极室移动

C．催化析氢室的反应为：DHPS­2H＋2H＋＋2e－===DHPS＋2H2↑

D．理论上，该过程中[Fe(CN)6]4－和DHPS可自行补充循环

5．我国成功研制的新型可充电AGDIB电池(铝—石墨双离子电池)采用石墨、铝锂合金作为电极材料，以常规锂盐和碳酸酯溶剂为电解液。电池反应为CxPF6＋LiyAlCx＋LiPF6＋Liy－1Al。放电过程如图所示，下列说法正确的是(　　)

A．B为负极，放电时铝失电子

B．充电时，与外加电源负极相连一端电极反应式为LiyAl－e－===Li＋＋Liy－1Al

C．充电时，A电极反应式为Cx＋PF－e－===CxPF6

D．废旧AGDIB电池进行“放电处理”时，若转移1 mol电子，石墨电极上可回收7 g Li

易错提醒:载体电池

(1)参与原电池反应的氧化剂或还原剂附着在导电的惰性材料上用作电极。

(2)分析电极组成时，常把惰性物质元素的化合价看成0价，仅起导电作用，不参与电极反应。例如：充电过程中阴极的电极反应式：H2O＋M＋e－===MH＋OH－。MH看成是M吸附H，其中M看成0价，反应中H(＋1)得到电子还原成(0价)H，而不是。

(3)由于石墨烯具有稳定、导电性好和比表面积大，常用作气体吸附或离子电池的载体电极。

加固训练:

1．电絮凝的反应原理是以铝、铁等金属为阳极，在直流电的作用下，阳极被溶蚀，产生金属离子，在经一系列水解、聚合及氧化过程，发展成为各种羟基络合物、多核羟基络合物以及氢氧化物，使废水中的胶态杂质、悬浮杂质凝聚沉淀而分离。下列说法不正确的是(　　)

A．每产生1 mol O2，整个电解池中理论上转移电子数为4NA

B．阴极电极反应式为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－

C．若铁为阳极，则阳极电极反应式为

Fe－2e－===Fe2＋和2H2O－4e－===O2↑＋4H＋

D．若铁为阳极，则在处理废水的过程中阳极附近会发生：4Fe2＋＋O2＋4H＋===4Fe3＋＋2H2O

2．(2022·西宁模拟)用原电池原理可以除去酸性废水中的三氯乙烯、AsO，其原理如图所示(导电壳内部为纳米零价铁)。下列说法错误的是(　　)

A．Fe3O4为正极材料，起导电作用

B．正极电极反应式：C2HCl3＋5H＋＋8e－===C2H6＋3Cl－

C．在溶液中，Fe2＋失去的电子总数等于SO获得的电子总数

D．工作一段时间后，废水的pH将增大

题组三：多池串联

(建议用时：15分钟)

1．一种将燃料电池与电解池组合制备KMnO4的装置如图所示(电极甲、乙、丙、丁均为惰性电极)。该装置工作时，下列说法不正确的是(　　)

A．甲为正极，丙为阴极

B．丁极的电极反应式为MnO－e－===MnO

C．KOH溶液的质量分数：c%>a%>b%

D．标准状况下，甲电极上每消耗22.4 L气体时，理论上有4 mol K＋移入阴极区

2．某种酒精检测仪的传感器采用Pt作为电极，其燃烧室内充满特种催化剂。某同学用该乙醇燃料电池作为电源设计如图所示电解实验装置。

下列说法不正确的是(　　)

A．a电极为负极，d电极为阴极

B．b电极的电极反应式为O2＋4H＋＋4e－===2H2O

C．当装置Ⅱ中生成11.2 L(标准状况)Cl2时，有1 mol H＋通过装置Ⅰ中的质子交换膜

D．当装置Ⅰ中生成6.0 g CH3COOH时，装置Ⅲ中CuSO4溶液的质量减少32 g

【方法规律】以电子流动为线索的综合分析思路

加固训练:

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。下列说法正确的是(　　)

A．a极反应：CH4＋8e－＋4O2－===CO2＋2H2O

B．A膜和C膜均为阴离子交换膜

C．可用铁电极替换阴极的石墨电极

D．a极上通入2.24 L甲烷，阳极室Ca2＋减少0.4  mol

3．(2022·厦门模拟)如图甲、乙为相互串联的两个电解池，下列说法正确的是(　　)

A．甲池若为精炼铜的装置，A极材料是粗铜

B．乙池中若滴入少量酚酞溶液，开始一段时间后C极附近变浅红色

C．若甲池为电镀铜的装置，阴极增重12.8 g，乙池阳极放出气体为4.48 L

D．Fe极的电极反应式为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－

加固训练:

如图所示，甲池的总反应式为N2H4＋O2===N2＋2H2O。下列说法正确的是(　　)

A．甲池中负极上的电极反应式为N2H4－4e－===N2＋4H＋

B．乙池中石墨电极上发生的反应为4OH－－4e－===2H2O＋O2↑

C．甲池溶液pH增大，乙池溶液pH减小

D．甲池中每消耗0.1 mol N2H4乙池电极上则会析出6.4 g固体

4．(2022·湖南模拟)在某种光电池中，当光照在表面涂有氯化银的银片上时，发生反应：AgCl(s)Ag(s)＋Cl(AgCl)[Cl(AgCl)表示生成的氯原子吸附在氯化银表面]，接着发生反应：Cl(AgCl)＋e－===Cl－(aq)＋AgCl(s)。如图为用该光电池电解尿素[CO(NH2)2]的碱性溶液制氢的装置示意图，下列叙述正确的是(　　)

A．光电池工作时，Ag极为电流流出极，发生氧化反应

B．制氢装置溶液中K＋移向A极

C．光电池工作时，Ag电极发生的反应为2Cl－－2e－===Cl2↑

D．制氢装置工作时，A极的电极反应式为CO(NH2)2＋8OH－－6e－===CO＋N2↑＋6H2O

【互动探究】(1)(变化观念与平衡思想)光电池工作时，Cl－的迁移方向是怎样的？电解池中，溶液中的OH－迁移方向是怎样的？

(2)(证据推理与模型认知)若在B极生成标准状况下224 mL H2，则消耗尿素多少克？

5．(2022·徐州模拟)用石墨烯锂硫电池电解制备Fe(OH)2的装置如图所示。电池放电时的反应为16Li＋xS8===8Li2Sx(2≤x≤8)，电解池两极材料分别为Fe和石墨，工作一段时间后，右侧玻璃管中产生大量的白色沉淀。下列说法不正确的是(　　)

A．X是铁电极，发生氧化反应

B．电子流动的方向：B→Y，X→A

C．正极可发生反应：2Li2S6＋2Li＋＋2e－===3Li2S4

D．锂电极减重0.14 g时，电解池中溶液减重0.18 g

6．(2022·吕梁模拟)如图甲是利用一种微生物将废水中的尿素[CO(NH2)2]的化学能直接转化为电能，并生成环境友好物质的装置，同时利用此装置的电能在铁上镀铜。下列说法中正确的是(　　)

A．铜电极应与X相连接

B．H＋经过质子交换膜由右向左移动

C．当N电极消耗0.25 mol气体时，则铁电极增重16 g

D．M电极反应式：CO(NH2)2＋H2O－6e－===CO2↑＋N2↑＋6H＋

加固训练:

(2022·临汾模拟)用乙醇燃料电池作为电源电解KI溶液的装置如下图所示，下列说法正确的是(　　)

A．甲池中OH－流向b极，乙池中OH－流向c极

B．a极的电极反应方程式为CH3CH2OH＋3H2O－12e－===2CO2＋12H＋

C．已知I2会与OH－产生IO－，则在乙池的右侧会存在IO－

D．当乙池产生2 mol气体时，则电路中转移2 mol e－