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选择题突破7 电化学
【真题回顾】
命题角度1　新型化学电源
1.(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：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
2.(2023·全国新课标卷)一种以V2O5和Zn为电极、Zn(CF3SO3)2水溶液为电解质的电池，其示意图如下所示。放电时，Zn2＋可插入V2O5层间形成ZnxV2O5·nH2O。下列说法错误的是(　　)
A.放电时V2O5为正极
B.放电时Zn2＋由负极向正极迁移
C.充电总反应：xZn＋V2O5＋nH2O===ZnxV2O5·nH2O
D.充电阳极反应：ZnxV2O5·nH2O－2xe－===xZn2＋＋V2O5＋nH2O
命题角度2　电解原理及应用
3.(2023·辽宁卷)某无隔膜流动海水电解法制H2的装置如下图所示，其中高选择性催化剂PRT可抑制O2产生。下列说法正确的是(　　)
A.b端电势高于a端电势
B.理论上转移2 mol e－生成4 g H2
C.电解后海水pH下降
D.阳极发生：Cl－＋H2O－2e－===HClO＋H＋
4.(2023·浙江1月选考)在熔融盐体系中，通过电解TiO2和SiO2获得电池材料(TiSi)，电解装置如图，下列说法正确的是(　　)
A.石墨电极为阴极，发生氧化反应
B.电极A的电极反应：8H＋＋TiO2＋SiO2＋8e－===TiSi＋4H2O
C.该体系中，石墨优先于Cl－参与反应
D.电解时，阳离子向石墨电极移动
命题角度3　电化学“膜”装置的应用
5.(2023·湖北卷)我国科学家设计如图所示的电解池，实现了海水直接制备氢气技术的绿色化。该装置工作时阳极无Cl2生成且KOH溶液的浓度不变，电解生成氢气的速率为x mol·h－1。下列说法错误的是(　　)
A.b电极反应式为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－
B.离子交换膜为阴离子交换膜
C.电解时海水中动能高的水分子可穿过PTFE膜
D.海水为电解池补水的速率为2x mol·h－1
6.(2023·全国甲卷)用可再生能源电还原CO2时，采用高浓度的K＋抑制酸性电解液中的析氢反应可提高多碳产物(乙烯、乙醇等)的生成率，装置如下图所示。下列说法正确的是(　　)
A.析氢反应发生在IrOx Ti电极上
B.Cl－从Cu电极迁移到IrOx Ti电极
C.阴极发生的反应有：2CO2＋12H＋＋12e－===C2H4＋4H2O
D.每转移1 mol电子，阳极生成11.2 L气体(标准状况)
【考点剖析】
微点1　新型化学电源
【典题精练】
1.(2023·辽宁卷)某低成本储能电池原理如下图所示。下列说法正确的是(　　)
A.放电时负极质量减小
B.储能过程中电能转变为化学能
C.放电时右侧H＋通过质子交换膜移向左侧
D.充电总反应：Pb＋SO＋2Fe3＋===PbSO4＋2Fe2＋
2.(2023·重庆调研)一种无需离子交换膜的氯流电池的工作原理如图所示。下列说法正确的是(　　)
A.充电时，a极接电源正极
B.充电时，左侧NaCl溶液储液罐中溶液的pH减小
C.放电时，a极的电极反应为Na3Ti2(PO4)3－2e－===NaTi2(PO4)3＋2Na＋
D.放电时，1 mol Cl2参与反应，理论上NaCl溶液增重71 g
3.(2023·北京海淀区期末)直接H2O2－H2O2燃料电池是一种新型化学电源，其工作原理如图所示。电池放电时，下列说法不正确的是(　　)
A.电极Ⅰ为负极
B.电极Ⅱ的反应式为H2O2＋2e－＋2H＋===2H2O
C.电池总反应为2H2O2===O2↑＋2H2O
D.该电池的设计利用了H2O2在酸碱性不同条件下氧化性、还原性的差异
【智能提升】
1.图解原电池工作原理
2.原电池正、负极的判断方法
3.燃料电池中电极反应式的书写(以甲醇－O2的燃料电池为例)
酸性介质，如稀硫酸碱性介质，如KOH溶液 负极 CH3OH－6e－＋H2O===CO2↑＋6H＋
正极 O2＋6e－＋6H＋===3H2O
负极 CH3OH－6e－＋8OH－===CO＋6H2O
正极 O2＋6e－＋3H2O===6OH－
熔融盐介质，如熔融K2CO3 负极 CH3OH－6e－＋3CO===4CO2↑＋2H2O
正极 O2＋6e－＋3CO2===3CO
高温下能传导O2－的固体为电解质 负极 CH3OH－6e－＋3O2－===CO2↑＋2H2O
正极 O2＋6e－===3O2－
4.可充电电池题目的解答思路
微点2　电解原理及应用
【典题精练】
4.(2023·浙江6月选考)氯碱工业能耗大，通过如图改进的设计可大幅度降低能耗，下列说法不正确的是(　　)
A.电极A接电源正极，发生氧化反应
B.电极B的电极反应式为：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－
C.应选用阳离子交换膜，在右室获得浓度较高的NaOH溶液
D.改进设计中通过提高电极B上反应物的氧化性来降低电解电压，减少能耗
5.(2023·广州调研)通过电解废旧锂电池中的LiMn2O4回收锰和锂，电解示意图如图(其中滤布的作用是阻挡固体颗粒，但离子可自由通过；电解质溶液为H2SO4和MnSO4的混合溶液)。下列说法正确的是(　　)
A.电极A为阳极，发生氧化反应
B.电极A处理1 mol LiMn2O4转移3 mol电子
C.电解一段时间后电解质溶液的pH减小
D.电解一段时间后电解质溶液中c(Mn2＋)不变
6.(2023·石家庄质检)我国科学家研究发现，在MnO2/Mn2＋氧化还原介质的辅助下，可将电解水分离为制氢和制氧两个独立的过程，从而实现低电压下电解水，其电化学原理如图所示。下列说法错误的是(　　)
A.a、c为电源的负极
B.K向左端闭合时，N电极发生的反应为MnO2＋2e－＋4H＋===Mn2＋＋2H2O
C.产生等物质的量的H2和O2时，N电极质量减小
D.K向右端闭合时，电解过程中NaOH的物质的量不变
【智能提升】
1.图解电解池的工作原理
2.解答电解类问题的一般步骤
分析电解过程的思维程序：
(1)首先判断阴、阳极，分析阳极材料是惰性电极还是活性电极。
(2)再分析电解质水溶液的组成，找全离子并分阴、阳两组(不要忘记水溶液中的H＋和OH－)。
(3)然后排出阴、阳两极的放电顺序。
电解池阴、阳两极的放电顺序
3.电解计算破题“3方法”
参考答案
真题回顾
1.B　[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；N为正极，电极反应为2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑和O2＋2H2O＋4e－===4OH－，故B错误；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；该电池不可充电，属于一次电池，故D正确。]
2.C　[由题中信息可知，该电池中Zn为负极、V2O5为正极，电池的总反应为xZn＋V2O5＋nH2O===ZnxV2O5·nH2O。A.由题信息可知，放电时，Zn2＋可插入V2O5层间形成ZnxV2O5·nH2O，V2O5发生了还原反应，则放电时V2O5为正极，A说法正确；B.Zn为负极，放电时Zn失去电子变为Zn2＋，阳离子向正极迁移，则放电时Zn2＋由负极向正极迁移，B说法正确；C.电池在放电时的总反应为xZn＋V2O5＋nH2O===ZnxV2O5·nH2O，则其在充电时的总反应为ZnxV2O5·nH2O===xZn＋V2O5＋nH2O，C说法不正确；D.充电阳极上ZnxV2O5·nH2O被氧化为V2O5，则阳极的电极反应为ZnxV2O5·nH2O－2xe－===xZn2＋＋V2O5＋nH2O，D说法正确。]
3.D　[由图可知，钛网电极上在PRT的抑制下，Cl－放电生成HClO，电极反应为Cl－＋H2O－2e－===HClO＋H＋，故钛网电极为阳极，a为正极，b为负极，钛箔电极为阴极，该电极上水放电生成氢气，电极反应为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，电解池总反应为NaCl＋H2ONaClO＋H2↑，以此解题。A.由分析可知，a为正极，b电极为负极，则a端电势高于b端电势，A错误；B.右侧电极上产生氢气的电极方程式为：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，则理论上转移2 mol e－生成2 g H2，B错误；C.由分析知电解后得到NaClO溶液，水解呈碱性，溶液的pH升高，C错误；D.由图可知，阳极上的电极反应为：Cl－＋H2O－2e－===HClO＋H＋，D正确。]
4.C　[由图可知，电解时，石墨电极上C转化为CO，发生氧化反应，为阳极，与电源正极相连，则电极A作阴极，TiO2和SiO2获得电子产生电池材料(TiSi)，电极反应为TiO2＋SiO2＋8e－===TiSi＋4O2－。A项，石墨电极为阳极，A错误；B项，电极A的电极反应为TiO2＋SiO2＋8e－===TiSi＋4O2－，B错误；C项，根据图中信息可知，该体系中，石墨优先于Cl－参与反应，C正确；D项，电解池中石墨电极为阳极，阳离子向阴极(电极A)移动，D错误；故选C。]
5.D　[由图可知，该装置为电解水制取氢气的装置，a电极与电源正极相连，为电解池的阳极，b电极与电源负极相连，为电解池的阴极，阴极反应为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，阳极反应为4OH－－4e－===O2↑＋2H2O，电池总反应为2H2O2H2↑＋O2↑，据此解答。A.b电极为阴极，发生还原反应，电极反应为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，故A正确；B.该装置工作时阳极无Cl2生成且KOH浓度不变，阳极发生的电极反应为4OH－－4e－===O2↑＋2H2O，为保持OH－离子浓度不变，则阴极产生的OH－离子要通过离子交换膜进入阳极室，即离子交换膜应为阴离子交换膜，故B正确；C.电解时电解槽中不断有水被消耗，海水中的动能高的水可穿过PTFE膜，为电解池补水，故C正确；D.由电解总反应可知，每生成1 mol H2要消耗1 mol H2O，生成H2的速率为x mol·h－1，则补水的速率也应是x mol·h－1，故D错误。]
6.C　[由图可知，该装置为电解池，与直流电源正极相连的IrOx Ti电极为电解池的阳极，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＋，铜电极为阴极，酸性条件下二氧化碳在阴极得到电子发生还原反应生成乙烯、乙醇等，电极反应式为2CO2＋12H＋＋12e－===C2H4＋4H2O、2CO2＋12H＋＋12e－===C2H5OH＋3H2O，电解池工作时，氢离子通过质子交换膜由阳极室进入阴极室。A.析氢反应为还原反应，应在阴极发生，即在铜电极上发生，故A错误；B.离子交换膜为质子交换膜，只允许氢离子通过，Cl－不能通过，故B错误；C.由分析可知，铜电极为阴极，酸性条件下二氧化碳在阴极得到电子发生还原反应生成乙烯、乙醇等，电极反应式有2CO2＋12H＋＋12e－===C2H4＋4H2O，故C正确；D.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＋，每转移1 mol电子，生成0.25 mol O2，在标况下体积为5.6 L，故D错误。]
考点剖析
微点1
典题精练
1.B　[该储能电池放电时，Pb为负极，失电子结合硫酸根离子生成PbSO4，则多孔碳电极为正极，正极上Fe3＋得电子转化为Fe2＋；充电时，多孔碳电极为阳极，Fe2＋失电子生成Fe3＋，PbSO4电极为阴极，PbSO4得电子生成Pb和SO。A.放电时负极上Pb失电子结合硫酸根离子生成PbSO4附着在负极上，负极质量增大，A错误；B.储能过程中，该装置为电解池，将电能转化为化学能，B正确；C.放电时，右侧为正极，电解质溶液中的阳离子向正极移动，左侧的H＋通过质子交换膜移向右侧，C错误；D.充电时，总反应为PbSO4＋2Fe2＋===Pb＋SO＋2Fe3＋，D错误。]
2.C　[该装置连接负载时为原电池，根据b极上氯气转化为Cl－，发生还原反应，知b极为正极，a极为负极。充电时a极为阴极，接电源负极，A项错误；充电时左侧为阴极区，电极反应为NaTi2(PO4)3＋2e－＋2Na＋===Na3Ti2(PO4)3，左侧NaCl溶液储液罐中溶液的pH不变，B项错误；由上述分析知，C项正确；根据电极反应式知，放电时，1 mol Cl2参与反应，有2 mol Na＋、2 mol Cl－进入NaCl溶液中，溶液增重117 g，D项错误。]
3.C　[燃料电池放电过程中，负极失去电子发生氧化反应，正极得到电子发生还原反应，电子由负极经外电路流向正极，由图中电子的移动方向知，电极Ⅰ为负极，A正确；由上述分析知，B正确；该电池放电过程中，正极区的H＋来自H2SO4，负极区的OH－来自KOH，K＋通过阳离子交换膜进入正极区与SO结合生成K2SO4，因此该电池的总反应方程式为2H2O2＋2KOH＋H2SO4===4H2O＋K2SO4＋O2↑，C错误；由该电池的工作原理可知，在酸性环境中H2O2以氧化性为主，在碱性环境中H2O2以还原性为主，因此该电池的设计利用了H2O2在酸碱性不同条件下氧化性、还原性的差异，D正确。]
微点2
典题精练
4.B　[A.电极A是氯离子变为氯气，化合价升高，失去电子，是电解池阳极，因此电极A接电源正极，发生氧化反应，故A正确；B.电极B为阴极，通入氧气，氧气得到电子，其电极反应式为：2H2O＋4e－＋O2===4OH－，故B错误；C.右室生成氢氧根，应选用阳离子交换膜，左边的钠离子进入到右边，在右室获得浓度较高的NaOH溶液，故C正确；D.改进设计中通入氧气，提高了电极B处的氧化性，通过反应物的氧化性来降低电解电压，减少能耗，故D正确。]
5.B　[电极A为阴极，发生还原反应，A项错误；电极A的电极反应为2LiMn2O4＋6e－＋16H＋===2Li＋＋4Mn2＋＋8H2O，故处理1 mol LiMn2O4转移3 mol电子，B项正确；该电解池的总反应为2LiMn2O4＋2H2SO4Li2SO4＋MnSO4＋3MnO2＋2H2O，电解时消耗硫酸，生成MnSO4，故电解一段时间后电解质溶液的pH增大，电解质溶液中c(Mn2＋)增大，C项错误，D项错误。]
6.B　[由图可知，a、c为电源的负极，A项正确；K向左端闭合时，N电极为阳极，Mn2＋失去电子生成MnO2，电极反应式为Mn2＋＋2H2O－2e－===MnO2＋4H＋，B项错误；产生1 mol氢气转移电子2 mol，N电极生成1 mol MnO2，产生1 mol O2，转移4 mol电子，N电极发生反应：MnO2＋4H＋＋2e－===Mn2＋＋2H2O，消耗2 mol MnO2，故产生等物质的量的H2和O2时，N电极质量减小，C项正确；K向右端闭合时，氢氧根离子放电生成氧气，氢氧根离子由双极膜中水电离产生，NaOH的物质的量不变，D项正确。]

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