卷10 电化学的综合应用——【备考2023】高考化学小题集训（全国通用）（原卷版+解析版）

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一、新型电池
二、电解原理
电化学的综合应用
一、选择题：本题共15小题，每小题只有一个选项符合题意。
1．（2021·河北·统考高考真题）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
2．（2021·全国甲卷·高考真题）乙醛酸是一种重要的化工中间体，可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解离为和，并在直流电场作用下分别向两极迁移。下列说法正确的是
A．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：+2H++2e-=+H2O
C．制得乙醛酸，理论上外电路中迁移了电子
D．双极膜中间层中的在外电场作用下向铅电极方向迁移
3．（2021·广东·高考真题）钴()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室溶液的均增大
B．生成，Ⅰ室溶液质量理论上减少
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：
4．（2021·天津·统考高考真题）如下所示电解装置中，通电后石墨电极Ⅱ上有O2生成，Fe2O3逐渐溶解，下列判断错误的是
A．a是电源的负极
B．通电一段时间后，向石墨电极Ⅱ附近滴加石蕊溶液，出现红色
C．随着电解的进行，CuCl2溶液浓度变大
D．当完全溶解时，至少产生气体336mL (折合成标准状况下)
5．（2022·全国甲卷·高考真题）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)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SO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)+Mn2++2H2O
6．（2022·全国乙卷·高考真题）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
7．（2023·新疆乌鲁木齐·统考一模）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
8．（2023·山东潍坊·统考一模）铝—石墨双离子电池是一种全新的高效、低成本储能电池，电池反应为，电池装置如图所示。下列说法正确的是
A．AlLi合金作原电池的正极
B．放电时移向正极
C．充电时，电路中转移1 ml电子，阴极质量增加9 g
D．充电时，阳极反应为
9．（2023·福建·统考模拟预测）处理烟气中的可以采用碱吸——电解法，其流程如图1；模拟过程Ⅱ如图2，下列推断不正确的是
A．电解溶液时，亚硫酸根离子通过阴离子交换膜进入右室
B．若用锌锰碱性电池为电源，a极与锌极相连
C．a极的电极反应式为
D．若收集22.4L的P(标准状况下)，则转移4ml电子
10．（2023·广东·校联考一模）次磷酸钴广泛应用丁化学镀钴，以金属钴和次磷酸钠为原料，采用四室电渗析槽电解法制备次磷酸钴的装置如图所示。下列说法正确的是
A．C电极连接电源负极
B．C采用阴离子交换膜
C．石墨电极的电极反应式为
D．工作时，原料室中的浓度不变
11．（2023·河南郑州·统考一模）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
12．（2023·内蒙古呼和浩特·统考模拟预测）研究微生物燃料电池不仅可以获得高效能源，还能对工业污水等进行处理。利用微生物燃料电池处理含硫废水并电解制备KIO3的原理如图所示，下列说法不正确的是
A．光照强度大小影响KIO3的制备速率
B．电极N处发生电极反应
C．右池中K+通过阳离子交换膜从P极移向Q极
D．不考虑损耗，电路中每消耗1mlO2，理论上Q极可制得171.2gKIO3
13．（2023·福建·校联考一模）应用电化学方法，对水体消毒并去除余氯，装置如下图所示。下列说法正确的是
A．闭合后，可对池中的水杀菌消毒
B．断开，闭合时，由M极流出
C．断开，闭合后，N极金属不断累积
D．钠离子交换膜可用质子交换膜代替
14．（2023·北京顺义·一模）锂钒氧化物二次电池的工作原理为：，下图是用该电池电解含镍酸性废水制备单质镍的装置示意图，下列说法不正确的是
A．电解过程中Y电极上的电极反应为：
B．电解过程中，b中NaCl溶液的物质的量浓度会增大
C．锂钒氧化物二次电池可以用LiCl水溶液作为电解液
D．锂钒氧化物二次电池充电时A电极的电极反应为：
15．（2022·福建福州·福建省福州第八中学校考模拟预测）如下所示电解装置中，通电后逐渐溶解，装置温度升高，下列判断错误的是
A．a是电源的负极
B．通电一段时间后，石墨电极Ⅱ附近可能收集到一种能使澄清石灰水变浑浊的气体
C．随着电解的进行，溶液浓度变大
D．当完全溶解时，至少产生气体336mL (折合成标准状况下)
参考答案：
1．D
【分析】由图可知，a电极为原电池的负极，单质钾片失去电子发生氧化反应生成钾离子，电极反应式为K—e-=K+，b电极为正极，在钾离子作用下，氧气在正极得到电子发生还原反应生成超氧化钾；据以上分析解答。
【详解】A．金属性强的金属钾易与氧气反应，为防止钾与氧气反应，电池所选择隔膜应允许通过，不允许通过，故A正确；
B．由分析可知，放电时，a为负极，b为正极，电流由b电极沿导线流向a电极，充电时，b电极应与直流电源的正极相连，做电解池的为阳极，故B正确；
C．由分析可知，生成1ml超氧化钾时，消耗1ml氧气，两者的质量比值为1ml×71g/ml：1ml×32g/ml≈2.22：1，故C正确；
D．铅酸蓄电池充电时的总反应方程式为2PbSO4+2H2O＝PbO2+Pb+2H2SO4，反应消耗2ml水，转移2ml电子，由得失电子数目守恒可知，耗钾时，铅酸蓄电池消耗水的质量为×18g/ml=1.8g，故D错误；
故选D。
2．D
【分析】该装置通电时，乙二酸被还原为乙醛酸，因此铅电极为电解池阴极，石墨电极为电解池阳极，阳极上Br-被氧化为Br2，Br2将乙二醛氧化为乙醛酸，双极膜中间层的H+在直流电场作用下移向阴极，OH-移向阳极。
【详解】A．KBr在上述电化学合成过程中除作电解质外，同时还是电解过程中阳极的反应物，生成的Br2为乙二醛制备乙醛酸的中间产物，故A错误；
B．阳极上为Br-失去电子生成Br2，Br2将乙二醛氧化为乙醛酸，故B错误；
C．电解过程中阴阳极均生成乙醛酸，1ml乙二酸生成1ml乙醛酸转移电子为2ml，1ml乙二醛生成1ml乙醛酸转移电子为2ml，根据转移电子守恒可知每生成1ml乙醛酸转移电子为1ml，因此制得2ml乙醛酸时，理论上外电路中迁移了2ml电子，故C错误；
D．由上述分析可知，双极膜中间层的H+在外电场作用下移向阴极，即H+移向铅电极，故D正确；
综上所述，说法正确的是D项，故答案为D。
3．D
【分析】由图可知，该装置为电解池，石墨电极为阳极，水在阳极失去电子发生氧化反应生成氧气和氢离子，电极反应式为2H2O-4e-=O2↑+4H+，Ⅰ室中阳离子电荷数大于阴离子电荷数，放电生成的氢离子通过阳离子交换膜由Ⅰ室向Ⅱ室移动，钴电极为阴极，钴离子在阴极得到电子发生还原反应生成钴，电极反应式为C2++2e-=C，Ⅲ室中阴离子电荷数大于阳离子电荷数，氯离子过阴离子交换膜由Ⅲ室向Ⅱ室移动，电解的总反应的离子方程式为2C2++2H2O2 C +O2↑+4H+。
【详解】A．由分析可知，放电生成的氢离子通过阳离子交换膜由Ⅰ室向Ⅱ室移动，使Ⅱ室中氢离子浓度增大，溶液pH减小，故A错误；
B．由分析可知，阴极生成1ml钴，阳极有1ml水放电，则Ⅰ室溶液质量减少18g，故B错误；
C．若移除离子交换膜，氯离子的放电能力强于水，氯离子会在阳极失去电子发生氧化反应生成氯气，则移除离子交换膜，石墨电极的电极反应会发生变化，故C错误；
D．由分析可知，电解的总反应的离子方程式为2C2++2H2O2 C +O2↑+4H+，故D正确；
故选D。
4．C
【分析】通电后石墨电极Ⅱ上有O2生成，Fe2O3逐渐溶解，说明石墨电极Ⅱ为阳极，则电源b为正极，a为负极，石墨电极Ⅰ为阴极，据此解答。
【详解】A．由分析可知，a是电源的负极，故A正确；
B．石墨电极Ⅱ为阳极，通电一段时间后，产生氧气和氢离子，所以向石墨电极Ⅱ附近滴加石蕊溶液，出现红色，故B正确；
C．随着电解的进行，铜离子在阴极得电子生成铜单质，所以CuCl2溶液浓度变小，故C错误；
D．当完全溶解时，消耗氢离子为0.06ml，根据阳极电极反应式，产生氧气为0.015ml，体积为336mL (折合成标准状况下)，故D正确；
故选C。
5．A
【分析】根据图示的电池结构和题目所给信息可知，Ⅲ区Zn为电池的负极，电极反应为Zn-2e-+4OH-=Zn(OH)，Ⅰ区MnO2为电池的正极，电极反应为MnO2+2e-+4H+=Mn2++2H2O；电池在工作过程中，由于两个离子选择隔膜没有指明的阳离子隔膜还是阴离子隔膜，故两个离子隔膜均可以通过阴、阳离子，因此可以得到Ⅰ区消耗H+，生成Mn2+，Ⅱ区的K+向Ⅰ区移动或Ⅰ区的SO向Ⅱ区移动，Ⅲ区消耗OH-，生成Zn(OH)，Ⅱ区的SO向Ⅲ区移动或Ⅲ区的K+向Ⅱ区移动。据此分析答题。
【详解】A．根据分析，Ⅱ区的K+只能向Ⅰ区移动，A错误；
B．根据分析，Ⅰ区的SO向Ⅱ区移动，B正确；
C．MnO2电极的电极反应式为MnO2+2e-+4H+=Mn2++2H2O，C正确；
D．电池的总反应为Zn+4OH-+MnO2+4H+=Zn(OH)+Mn2++2H2O，D正确；
故答案选A。
6．C
【分析】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。
【详解】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。
7．C
【分析】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+。
【详解】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0.05ml×24g/ml=1.2g，选项D错误；
答案选C。
8．D
【分析】根据电池反应为，Li化合价升高，因此AlLi作负极，中P化合价降低，作正极。
【详解】A．根据前面分析AlLi合金作原电池的负极，故A错误；
B．原电池“同性相吸”，因此放电时移向负极，故B错误；
C．充电时，阴极反应式为，电路中转移1 ml电子，阴极生成1ml AlLi，其质量增加7 g，故C错误；
D．放电时正极反应为，则充电时，阳极反应为，故D正确。
综上所述，答案为D。
9．D
【分析】根据图2中信息左边生成浓的氢氧化钠溶液，说明钠离子穿过膜1进入到左边，亚硫酸根穿过膜2与在阳极和生成的氧气反应生成硫酸根，则a极为阴极，b极为阳极。
【详解】A．电解池“异性相吸”，电解溶液时，亚硫酸根离子向阳极即通过阴离子交换膜进入右室，故A正确；
B．根据前面分析a极为阴极，若用锌锰碱性电池为电源，a极与锌极相连，故B正确；
C．a极是水中氢离子得到电子变为氢气即电极反应式为，故C正确；
D．根据前面分析左边电极反应式为，若收集22.4L(物质的量为1ml)的P(标准状况下)，则转移2ml电子，故D错误；
综上所述，答案为D。
10．C
【详解】A．此电解池用金属钴和次磷酸钠制备次磷酸钴，因此C电极失去电子作阳极，与电源的正极相连，A项错误；
B．电解池中，阳离子向阴极移动，阴离子向阳极移动。产品室中得到次磷酸钴，阳极区生成的和原料室中的都移向产品室，为了确保产品的纯度和原料室电荷守恒，原料室中的移向阴极区，因此A、B、C分别采用阳离子交换膜、阴离子交换膜、阳离子交换膜，B项错误；
C．石墨电极作阴极，因此电极反应式为，C项正确；
D．产品室中得到次磷酸钴，阳极区生成的和原料室中的都移向产品室，原料室中的移向阴极区，所以工作时原料室中的浓度减小，D项错误；
选C。
11．C
【分析】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。
【详解】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。
12．C
【分析】石墨电极M处，CO2在光合菌、光照条件下转化为O2，O2在M极放电生成H2O，发生还原反应，M为正极，正极电极反应式为O2+4e-+4H+=2H2O，N极为负极，硫氧化菌将FeSx氧化为S，硫再放电生成，负极电极反应式为S-6e-+4H2O=+8H+，H+通过质子交换膜由右室移向左室；铂电极P为阴极，铂电极Q为阳极，阴极反应式为2H2O+2e-=H2↑+2OH-，阳极反应式为I2+12OH--10e-=2IO+6H2O，阴极生成氢氧根离子，而阳极生成的IO比消耗的OH-少，溶液中K+通过阳离子交换膜从Q极移向P极。
【详解】A．光照强度大小影响单位时间内生成氧气的量，即影响电流强度，会影响KIO3的制备速率，故A正确；
B．N极为负极，硫氧化菌将FeSx氧化为S，硫再放电生成，负极电极反应式为S-6e-+4H2O=+8H+，故B正确；
C．铂电极P为阴极，铂电极Q为阳极，阴极生成氢氧根离子，而阳极生成的IO比消耗的OH-少，溶液中K+通过阳离子交换膜从Q极移向P极，故C错误；
D．不考虑损耗，电路中每消耗1mlO2，转移电子为4ml，阳极反应式为I2+12OH--10e-=2IO+6H2O，可知生成KIO3为4ml×=0.8ml，理论上Q极可制得KIO3的质量为0.8ml×214g/ml=171.2g，故D正确；
故选C。
13．A
【分析】断开，闭合时，构成电解池装置，M极为阳极，电极反应式：2Cl--2e-=Cl2↑，氯气进入水池消毒，N极为阴极，电极反应式：Na++e-=Na；断开，闭合时，构成原电池装置，M极为正极，电极反应式：Cl2+2e-=2Cl，除去余氯，N极为负极，电极反应式：Na-e-=Na+。
【详解】A．闭合后，构成电解池装置，M极为阳极，电极反应式：2Cl--2e-=Cl2↑，氯气进入水池消毒，A正确；
B．断开，闭合时，构成原电池装置，M极为正极，N极为负极，由N极流出，B错误；
C．断开，闭合后，构成原电池装置，N极为负极，电极反应式：Na-e-=Na+，N极金属不断减少，C错误；
D．钠离子交换膜换成质子交换膜后H+会穿过膜与N极的Na反应，故不可换为质子交换膜，D错误；
答案选A。
14．C
【分析】电解含镍酸性废水制备单质镍，镀镍铁棒为阴极，发生反应Ni2++2e-=Ni，B是锂钒氧化物二次电池的负极，A是正极，碳棒是电解池的阳极。
【详解】A．电解含镍酸性废水制备单质镍，镀镍铁棒为阴极，电解过程中Y电极上的电极反应为：，故A正确；
B．电解过程中，c中氯离子通过阴离子交换膜进入b、a中钠离子通过阳离子交换膜进入b，b中NaCl溶液的物质的量浓度会增大，故B正确；
C．锂能与水反应，锂钒氧化物二次电池不能用LiCl水溶液作为电解液，故C错误；
D．A是锂钒氧化物二次电池的正极，充电时，正极发生氧化反应，锂钒氧化物二次电池充电时A电极的电极反应为， 故D正确；
选C。
15．C
【详解】A．根据题图，结合题意知，石墨电极II上，发生氧化反应产生，故石墨电极II是阳极，则b是电源正极，a是电源负极，A项正确；
B．石墨电极II上，放电产生和：，石墨电极可能与氧气反应产生二氧化碳，因此，石墨电极Ⅱ附近可能收集到一种能使澄清石灰水变浑浊的气体，B项正确；
C．电解时，在石墨电极I上放电，生成Cu,左室中通过阴离子交换膜进入中间室，故溶液的浓度减小，C项错误；
D．由，和阳极反应式可得，故产生的体积为，D项正确；
答案选C。