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专题九　电化学
【知识重构】
　原电池及其工作原理
装置 图解
可充电电池 关系 图示
解题 模型 例如:xMg+Mo3S4MgxMo3S4
　电极名称的判断
原电池
电解池
　新型电池电极反应
1.燃料电池
以CH3OH燃料电池为例,分析不同介质对电极反应的影响
酸性 燃料 电池 H+ 总反应:2CH3OH+3O22CO2+4H2O
正极 O2+4e-+4H+2H2O
负极 CH3OH-6e-+H2OCO2↑+6H+
碱性 燃料 电池 OH- 总反应:2CH3OH+3O2+4OH-2C+6H2O
正极 O2+4e-+2H2O4OH-
负极 CH3OH-6e-+8OH-C+6H2O
熔融碳 酸盐燃 料电池 C 总反应:2CH3OH+3O22CO2+4H2O
正极 O2+4e-+2CO22C
负极 CH3OH-6e-+3C4CO2↑+2H2O
固态氧 化物燃 料电池 O2- 总反应:2CH3OH+3O22CO2+4H2O
正极 O2+4e-2O2-
负极 CH3OH-6e-+3O2-CO2↑+2H2O
质子交 换膜燃 料电池 H+ 总反应:2CH3OH+3O22CO2+4H2O
正极 O2+4e-+4H+2H2O
负极 CH3OH-6e-+H2OCO2↑+6H+
　　2.新型一次电池
Mg-H2O2 电池 总反应:H2O2+2H++MgMg2++2H2O
正极 H2O2+2H++2e-2H2O
负极 Mg-2e-Mg2+
Mg-AgCl 电池 总反应:Mg+2AgCl2Ag+MgCl2
正极 AgCl+e-Cl-+Ag
负极 Mg-2e-Mg2+
钠硫 电池 总反应:2Na+xSNa2Sx
正极 xS+2e-
负极 Na-e-Na+
锂铜 电池 总反应:2Li+Cu2O+H2O2Cu+2Li++2OH-
正极 Cu2O+H2O+2e-2Cu+2OH-
负极 Li-e-Li+
锂钒氧化 物电池 总反应:xLi+LiV3O8Li1+xV3O8
正极 xLi++LiV3O8+xe-Li1+xV3O8
负极 Li-e-Li+
　　3.新型充电(可逆)电池
锌银 电池 总反应:Ag2O+Zn+H2O2Ag+Zn(OH)2
正极:Ag2O+H2O+2e-2Ag+2OH- 负极:Zn+2OH--2e-Zn(OH)2 阳极:2Ag+2OH--2e-Ag2O+H2O 阴极:Zn(OH)2+2e-Zn+2OH-
镍铁 电池 总反应:NiO2+Fe+2H2OFe(OH)2+Ni(OH)2
正极:NiO2+2e-+2H2ONi(OH)2+2OH- 负极:Fe-2e-+2OH-Fe(OH)2 阳极:Ni(OH)2+2OH--2e-NiO2+2H2O 阴极:Fe(OH)2+2e-Fe+2OH-
高铁 电池 总反应:3Zn+2K2FeO4+8H2O3Zn(OH)2+2Fe(OH)3+4KOH
正极:Fe+3e-+4H2OFe(OH)3+5OH- 负极:Zn-2e-+2OH-Zn(OH)2 阳极:Fe(OH)3+5OH--3e-Fe+4H2O 阴极:Zn(OH)2+2e-Zn+2OH-
锂离子 电池 总反应:LCoO2+LixC6LiCoO2+C6(x<1)
正极:LCoO2+xe-+xLi+LiCoO2 负极:LixC6-xe-xLi++C6 阳极:LiCoO2-xe-LCoO2+xLi+ 阴极:xLi++xe-+C6LixC6
钠硫蓄 电池 总反应:2Na2S2+NaBr3Na2S4+3NaBr
正极:NaBr3+2e-+2Na+3NaBr 负极:2Na2S2-2e-Na2S4+2Na+ 阳极:3NaBr-2e-NaBr3+2Na+ 阴极:Na2S4+2Na++2e-2Na2S2
钠离子 电池 总反应:NCoO2+NamCnNaCoO2+Cn
正极:NCoO2+me-+mNa+NaCoO2 负极:NamCn-me-mNa++Cn 阳极:NaCoO2-me-NCoO2+mNa+ 阴极:mNa++Cn+me-NamCn
全钒液 流电池 总反应:V+2H++V2+V3++VO2++H2O
正极:V+2H++e-VO2++H2O 负极:V2+-e-V3+ 阳极:VO2++H2O-e-V+2H+ 阴极:V3++e-V2+
　电解池及其工作原理
电解池 模型 惰性电极电解CuCl2溶液
多室电 解池 三室电渗析法处理Na2SO4废水
【题型解码】
题型1　原电池原理和化学电源
例1　(2024·安徽高考)我国学者研发出一种新型水系锌电池,其示意图如下。该电池分别以Zn-TCPP (局部结构如标注框内所示)形成的稳定超分子材料和Zn为电极,以ZnSO4和KI混合液为电解质溶液。下列说法错误的是 (　　)
A.标注框内所示结构中存在共价键和配位键
B.电池总反应为+ZnZn2++3I-
C.充电时,阴极被还原的Zn2+主要来自Zn-TCPP
D.放电时,消耗0.65 g Zn,理论上转移0.02 mol电子
变式1　(2024·全国甲卷)科学家使用δ-MnO2研制了一种MnO2-Zn可充电电池(如图所示)。电池工作一段时间后,MnO2电极上检测到MnO(OH)和少量ZnMn2O4。下列叙述正确的是 (　　)
A.充电时,Zn2+向阳极方向迁移
B.充电时,会发生反应Zn+2MnO2ZnMn2O4
C.放电时,正极反应有MnO2+H2O+e-MnO(OH)+OH-
D.放电时,Zn电极质量减少0.65 g,MnO2电极生成0.020 mol MnO(OH)
题型2　电解原理及应用
例2　(2024·山东高考)以不同材料修饰的Pt为电极,一定浓度的NaBr溶液为电解液,采用电解和催化相结合的循环方式,可实现高效制H2和O2,装置如图所示。下列说法错误的是 (　　)
A.电极a连接电源负极
B.加入Y的目的是补充NaBr
C.电解总反应为Br-+3H2OBr+3H2↑
D.催化阶段反应产物的物质的量之比n(Z)∶n(Br-)=3∶2
变式2　(2023·辽宁高考)某无隔膜流动海水电解法制H2的装置如图所示,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+
题型3　电化学腐蚀与防护
例3　(2024·浙江6月选考)金属腐蚀会对设备产生严重危害,腐蚀快慢与材料种类、所处环境有关。两种对海水中钢闸门的防腐措施示意图如图所示:
图1
图2
下列说法正确的是 (　　)
A.图1、图2中,阳极材料本身均失去电子
B.图2中,外加电压偏高时,钢闸门表面可发生反应O2+2H2O+4e-4OH-
C.图2中,外加电压保持恒定不变,有利于提高对钢闸门的防护效果
D.图1、图2中,当钢闸门表面的腐蚀电流为零时,钢闸门、阳极均不发生化学反应
变式3　(2024·浙江1月选考)破损的镀锌铁皮在氨水中发生电化学腐蚀,生成[Zn(NH3)4]2+和H2。下列说法不正确的是 (　　)
A.氨水浓度越大,腐蚀趋势越大
B.随着腐蚀的进行,溶液的pH变大
C.铁电极上的电极反应为2NH3+2e-H2↑+2N
D.每生成标准状况下224 mL H2,消耗0.010 mol Zn
题型4　多池多室带膜电化学装置
例4　(2024·湖北高考)我国科学家设计了一种双位点PbCu电催化剂,用H2C2O4和NH2OH电化学催化合成甘氨酸,原理如图,双极膜中H2O解离的H+和OH-在电场作用下向两极迁移。已知在KOH溶液中,甲醛转化为HOCH2O-,存在平衡HOCH2O-+OH-[OCH2O]2-+H2O。Cu电极上发生的电子转移反应为[OCH2O]2--e-HCOO-+H·。下列说法错误的是 (　　)
A.电解一段时间后阳极区c(OH-)减小
B.理论上生成1 mol H3N+CH2COOH,双极膜中有4 mol H2O解离
C.阳极总反应为2HCHO+4OH--2e-2HCOO-+H2↑+2H2O
D.阴极区存在反应H2C2O4+2H++2e-CHOCOOH+H2O
变式4　(2024·辽宁高考)“绿色零碳”氢能前景广阔。为解决传统电解水制“绿氢”阳极电势高、反应速率小的问题,科技工作者设计耦合HCHO高效制H2的方法,装置如图所示。部分反应机理为+H2。下列说法错误的是 (　　)
A.相同电量下,H2理论产量是传统电解水的1.5倍
B.阴极反应:2H2O+2e-2OH-+H2↑
C.电解时OH-通过阴离子交换膜向b极方向移动
D.阳极反应:2HCHO+4OH--2e-2HCOO-+2H2O+H2↑
　　第一步,分清隔膜类型。即交换膜属于阳膜、阴膜或质子膜中的哪一种,判断允许哪种离子通过隔膜。
第二步,写出电极反应式。判断交换膜两侧离子变化,推断电荷变化,根据电荷平衡判断离子迁移方向。
第三步,分析隔膜作用。在产品制备中,隔膜作用主要是提高产品纯度,避免产物之间发生反应,或避免产物因发生反应而造成危害。
题型5　电化学原理综合应用
例5　(2024·新课标卷)一种可植入体内的微型电池工作原理如图所示,通过CuO催化消耗血糖发电,从而控制血糖浓度。当传感器检测到血糖浓度高于标准,电池启动。血糖浓度下降至标准,电池停止工作。(血糖浓度以葡萄糖浓度计)
电池工作时,下列叙述错误的是 (　　)
A.电池总反应为2C6H12O6+O22C6H12O7
B.b电极上CuO通过Cu(Ⅱ)和Cu(Ⅰ)相互转变起催化作用
C.消耗18 mg葡萄糖,理论上a电极有0.4 mmol电子流入
D.两电极间血液中的Na+在电场驱动下的迁移方向为b→a
变式5　(2024·河北高考)我国科技工作者设计了如图所示的可充电Mg-CO2电池,以Mg(TFSI)2为电解质,电解液中加入1,3-丙二胺(PDA)以捕获CO2,使放电时CO2还原产物为MgC2O4。该设计克服了MgCO3导电性差和释放CO2能力差的障碍,同时改善了Mg2+的溶剂化环境,提高了电池充、放电循环性能。
下列说法错误的是 (　　)
A.放电时,电池总反应为Mg+2CO2MgC2O4
B.充电时,多孔碳纳米管电极与电源正极连接
C.充电时,电子由Mg电极流向阳极,Mg2+向阴极迁移
D.放电时,每转移1 mol电子,理论上可转化1 mol CO2
【真题改编】
(选择题1~9题,每题3分,共27分)
1.(2023·海南高考改编)利用金属Al、海水及其中的溶解氧可组成电池,如图所示。下列说法正确的是 (　　)
A.b电极为电池正极
B.a电极为电池负极,发生还原反应
C.电池工作时,电子从a电极经海水流向b电极
D.每消耗1 kg Al,电池最多向外提供约37 mol电子的电量
2.(2022·海南高考改编)一种采用H2O(g)和N2(g)为原料制备NH3(g)的装置示意图如图所示。
下列有关说法正确的是 (　　)
A.a电极的电势大于b电极
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.当阳极产生22.4 L O2时,电路转移4 mol e-
3.(2023·山东高考改编)利用热再生氨电池可实现CuSO4电镀废液的浓缩再生。电池装置如图所示,甲、乙两室均预加相同的CuSO4电镀废液,向甲室中加入足量氨水后电池开始工作。下列说法错误的是 (　　)
A.乙室电极质量增大
B.S经隔膜进入甲室
C.乙室流出溶液中的S浓度更大
D.甲室发生的电极反应为Cu+4NH3-2e-[Cu(NH3)4]2+
4.(2023·浙江1月选考改编)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,发生还原反应
B.a电极是电源的正极
C.在该体系中,Cl-优先于石墨参与反应
D.电极A的电极反应为TiO2+SiO2+8e-TiSi+4O2-
5.(2023·湖北高考改编)我国科学家设计如图所示的电解池,实现了海水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2.24×105 mL·h-1(折算成标准状况)。下列说法正确的是 (　　)
A.a电极的电势比b电极的高
B.a电极反应为4OH--4e-O2↑+2H2O
C.离子交换膜为阳离子交换膜
D.海水为电解池,补水的速率为10 mol·h -1
6.(2023·辽宁高考改编)某低成本储能电池原理如图所示。下列说法正确的是 (　　)
A.放电时负极的质量减小,右侧H+通过质子交换膜移向左侧
B.储能过程中电能转变为化学能,对应充电过程
C.放电时多孔碳电极电势低于Pb/PbSO4电极,充电时反之
D.充电时的总反应为Pb+S+2Fe3+PbSO4+2Fe2+
7.(2023·全国甲卷改编)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来提高多碳产物(乙烯、乙醇等)的生成率,装置如图所示。下列说法正确的是 (　　)
A.Cl-从Cu电极迁移到IrOx-Ti电极
B.阴极发生的反应有2CO2+12OH-+12e-C2H5OH+3H2O
C.每转移1 mol电子,IrOx-Ti电极生成5.6 L气体(标准状况)
D.该装置可将太阳能直接转化为化学能
8.(2023·北京高考改编)回收利用工业废气中的CO2和SO2,实验原理示意图如图所示(双极膜可将膜内的水分离成H+和OH-)。
下列说法正确的是 (　　)
A.m极为电源的负极
B.装置a中溶液的作用是吸收废气中的CO2和SO2
C.阴极的电极反应为CO2+2H++2e-HCOOH
D.反应每生成1 mol S,装置b左池质量增加17 g
9.(2023·新课标卷改编)一种以V2O5和Zn为电极、Zn(CF3SO3)2水溶液为电解质的电池,其示意图如图所示。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,Zn2+由Zn电极向V2O5电极方向迁移
B.放电时,电池的总反应:xZn+V2O5+nH2OZnxV2O5·nH2O
C.该电池充电时,V2O5电极应接直流电源的负极
D.充电时,阳极反应:ZnxV2O5·nH2O-2xe-xZn2++V2O5+nH2O
【新题快递】
(选择题1~10题,每题3分,共30分)
1.过硫酸铵[(NH4)2S2O8]可用作氧化剂、漂白剂。利用电解法在两极分别生产过硫酸铵和过氧化氢的装置如图所示。下列说法错误的是 (　　)
A.a为外接电源的负极
B.电解总反应:O2+2H++2SH2O2+S2
C.阴离子交换膜可用阳离子交换膜替代
D.电解池工作时,Ⅰ室溶液质量理论上逐渐减小
2.某实验室按如图装置进行电解滴有紫甘蓝溶液饱和食盐水的可视化实验,已知紫甘蓝溶液酸性条件下呈红色,中性条件下呈紫色,碱性条件下呈黄色。下列说法不正确的是 (　　)
A.U形管左侧颜色由紫色变黄色
B.带火星的木条复燃
C.反应结束后⑤中的离子浓度:c(Cl-)>c(ClO-)
D.U形管右侧先变红后褪色,体现氯水的酸性和漂白性
3.我国科学家设计了可同时实现H2制备和海水淡化的新型电池,装置示意图如图所示。
下列说法不正确的是 (　　)
A.电极a是正极
B.电极b的电极反应:N2H4+4OH--4e-N2↑+4H2O
C.每生成1 mol N2,有2 mol NaCl发生迁移
D.离子交换膜c、d分别是阳离子交换膜和阴离子交换膜
4.光伏电池驱动的甲醛废水转化装置及MnO2的晶胞结构如图。
下列说法不正确的是 (　　)
A.阴极发生的总电极反应为2CO2+12H++12e-C2H4+4H2O
B.每生成22.4 L C2H4时,阳极最终生成CO2的数目为3NA
C.晶胞中黑球为Mn原子
D.晶胞中黑球处于白球构成的八面体空隙中
5.某课题组设计了一种新型的二次电池——“生物质电池”,实现了在存储和释放电力的同时生产高附加值的化学品。电化学装置如图所示,电解质溶液为KOH溶液,实线代表放电,虚线代表充电。下列说法正确的是 (　　)
A.放电时,M电极的电势高于N电极
B.放电时,N电极的电极反应为NiO(OH)+H2O+e-Ni2++3OH-
C.充电时,电路中每转移1 mol e-,理论上可生产49 g糠醇
D.充电时,M电极附近溶液的pH不断减小
6.我国科学家研发了一种可充电的氢氧燃料电池,示意图如图所示。W为可充电电池的电解质介质之一,与氢气作用生成还原态WH。下列有关说法正确的是 (　　)
A.充电时,A接外电源正极,发生氧化反应
B.根据反应顺序,W充当A极放电反应的催化剂
C.放电结束,A极区域的pH减小
D.放电时,B的电极反应:O2+4H++4e-H2O
7.用电化学方法可以除去循环冷却水(含有Ca2+、Mg2+、HC、苯酚等)中的有机污染物,同时经处理过的冷却水还能减少结垢,其工作原理如图所示。
下列说法正确的是 (　　)
A.b为电源的正极
B.钛基电极上的反应为H2O+e-H++·OH
C.碳钢电极底部有Mg (OH)2、CaCO3生成
D.每生成标准状况下2.24 L CO2,需要消耗0.5 mol·OH
8.一种新型微生物燃料电池可用于净化污水、淡化海水,其工作原理如图所示。下列说法错误的是 (　　)
A.a极为电池的负极
B.处理N的电极反应为2N+6H2O+10e-N2↑+12OH-
C.海水淡化的原理是电池工作时,Cl-移向右室,Na+移向左室
D.若用C6H12O6表示有机废水中的有机物,则每消耗1 mol C6H12O6,转移24 mol电子
9.以甲苯为原料通过间接氧化法可制得苯甲醛、苯甲酸等物质,反应原理如图所示。下列说法错误的是 (　　)
A.阳极反应为2Cr3++7H2O-6e-Cr2+14H+
B.电解结束后,阴极区溶液的pH保持不变
C.酸性Cr2溶液将甲苯氧化为苯甲醛的离子方程式为2Cr2+16H++33+4Cr3++11H2O
D.1 mol甲苯被氧化为0.5 mol苯甲醛和0.5 mol苯甲酸时,共消耗0.6 mol Cr2
10.工业上以间硝基甲苯为原料,采用电解方法合成间氨基苯甲酸。两极材料分别采用Pb、PbO2,电解质溶液为H2SO4溶液,反应的原理示意图如图所示。下列说法不正确的是 (　　)
A.A电极为电解池的阴极
B.1 mol间硝基甲苯被氧化为1 mol间硝基苯甲酸时,转移8 mol e-
C.B电极的电极反应为2Cr3++7H2O-6e-Cr2+14H+
D.产品既可以与酸反应,也可以与碱反应
【原创好题】
(选择题1~5题,每题3分,共15分)
1.(燃料电池)糖生物燃料电池是一种酶燃料电池(EFC),即用酶替代贵重金属,降低了成本和对燃料要求。工作原理如图所示。
下列叙述正确的是 (　　)
A.电池工作环境的温度越高,放电速率越大
B.放电过程中,b电极表面溶液的pH降低
C.a极的电极反应为C6H12O6+6H2O-24e-6CO2↑+24H+
D.4.48 L O2(标准状况)参与反应时,有0.8 mol H+从质子交换膜右侧向左侧迁移
2.(电化学腐蚀)三星堆出土文物之一是青铜面具,如图所示[面具表面有一层绿色物质,主要成分是Cu2(OH)2CO3]。下列叙述错误的是 (　　)
A.青铜面具表面的绿色物质能阻止金属继续被腐蚀
B.在碱性或中性土壤里青铜面具发生吸氧腐蚀,氧气的浓度越大,腐蚀速率越大
C.生成绿色物质的电极反应为2Cu+4OH-+CO2-4e-Cu2(OH)2CO3+H2O
D.修复青铜面具时可用浓硝酸清洗,存放在干燥、通风处
3.(二次电池)我国科学家开发了一种基于双功能Au正极上可充电的可逆水系Zn-CO2电池,其工作原理如图所示,放电时负极生成[Zn(OH)4]2-(已知:生成物电流效率=×100%,双极离子膜中水电离为H+和OH-)。下列说法错误的是 (　　)
A.放电时,正极反应为CO2+2H++2e-CO+H2O、2H++2e-H2↑
B.多孔金多枝晶有利于增大CO2的吸收速率
C.放电时,若生成H2和CO的物质的量之比为1∶9,则生成CO的电流效率为80%
D.充电时,KOH溶液中OH-的浓度增大
4.(电解与有机物制备)板状碳封装镍纳米晶体 (Ni@C)被设计为高性能电催化剂,可将5-羟甲基糠醛 (,HMF) 转化为 2,5-呋喃二甲酸 (,FDCA)。装置如图所示。
下列叙述错误的是 (　　)
A.Ni@C能降低负极反应的活化能
B.可以用铜电极替代石墨电极
C.a极反应为+2H2O-6e-+6H+
D .收集2.24 L(标准状况)气体X时,有0.4 mol质子从质子交换膜左侧向右侧迁移
5.(电解与无机物制备)某大学团队构建了具备核壳异质结构的Ni/Ni(OH)2催化剂,并实现了电催化还原硝酸盐制氨。
下列叙述正确的是 (　　)
A.b极为正极,X极发生氧化反应
B.Y极反应为N+6H2O+8e-NH3↑+9OH-
C.Y极上生成17 g NH3时,迁移9 mol H+
D.常温常压下,产生O2和NH3的体积相等
参考答案
例1　C　解析　由图可知,该新型水系锌电池的负极是锌,正极是超分子材料。负极反应为Zn-2e-Zn2+,则充电时,该电极为阴极,电极反应为Zn2++2e-Zn。正极上发生反应+2e-3I-,则充电时,该电极为阳极,电极反应为3I--2e-。标注框内所示结构属于配合物,配位体中存在碳碳单键、碳碳双键、碳氮单键、碳氮双键和碳氢键等多种共价键,还有由N原子提供孤电子对、Zn2+提供空轨道形成的配位键,A项正确;该电池总反应为+ZnZn2++3I-,B项正确;充电时,阴极反应为Zn2++2e-Zn,被还原的Zn2+主要来自电解质溶液中的Zn2+,C项错误;放电时,负极反应为Zn-2e-Zn2+,因此消耗0.65 g Zn(物质的量为0.01 mol),理论上转移0.02 mol电子,D项正确。
变式1　C　解析　Zn具有强还原性,MnO2具有强氧化性,所以MnO2电极为正极,Zn电极为负极,则充电时MnO2电极为阳极,Zn电极为阴极。充电时,该装置为电解池,电解池中阳离子向阴极迁移,即Zn2+向阴极方向迁移,A项不正确;放电时,负极反应为Zn-2e-Zn2+,则充电时阴极反应为Zn2++2e-Zn,即充电时,Zn元素的化合价应降低,而选项中Zn元素的化合价升高,B项不正确;放电时,MnO2电极为正极,正极上检测到MnO(OH)和少量ZnMn2O4,则正极上主要发生的电极反应是MnO2+H2O+e-MnO(OH)+OH-,C项正确;放电时,Zn电极的质量减少0.65 g(物质的量为0.010 mol),电路中转移0.020 mol电子,由正极的主要反应MnO2+H2O+e-MnO(OH)+OH-可知,若正极只生成MnO(OH),则生成MnO(OH)的物质的量为0.020 mol,实际上正极还有ZnMn2O4生成,因此,生成MnO(OH)的物质的量小于0.020 mol,D项不正确。
例2　B　解析　电极b上Br-发生失去电子的氧化反应,Br-转化成Br,电极b为阳极,电极反应为Br-+3H2O-6e-Br+6H+;电极a为阴极,电极a的电极反应为6H++6e-3H2↑,电解池总反应为Br-+3H2OBr+3H2↑;催化循环阶段,Br被还原成Br-循环使用,同时生成O2,实现高效制H2和O2,即Z为O2。电极a为阴极,连接电源负极,A项正确;电解过程中消耗H2O和Br-,而催化阶段Br被还原成Br-循环使用,故加入Y的目的是补充H2O,维持NaBr溶液为一定浓度,B项错误;电解总反应为Br-+3H2OBr+3H2↑,C项正确;催化阶段,Br元素的化合价由+5价降低至-1价,生成1 mol Br-,得到6 mol电子,O元素的化合价由-2价升高至0价,生成1 mol O2,失去4 mol电子,根据得失电子守恒,反应产物的物质的量之比n(O2) ∶n(Br-)=6∶4=3∶2,D项正确。
变式2　D　解析　由题图可知,钛网发生氧化反应,为阳极,故a为正极,b为负极,则a端电势高于b端电势,A项错误;右侧电极上产生氢气的电极反应为2H2O+2e-H2↑+2OH-,则理论上转移2 mol e-生成2 g H2,B项错误;已知高选择性催化剂PRT可抑制O2产生,则阳极反应为Cl-+H2O-2e-HClO+H+,阴极反应为2H2O+2e-H2↑+2OH-,总反应为Cl-+2H2OH2↑+HClO+OH-,故电解后海水pH升高,C项错误,D项正确。
例3　B　解析　图1为牺牲阳极法,牺牲阳极一般为较活泼金属,其作为原电池的负极,失去电子被氧化;图2为外加电流法,惰性电极一般为惰性辅助阳极,钢闸门本身不失去电子,电解质溶液中的阴离子在其表面失去电子,如海水中的Cl-,A项不正确。图2中,外加电压偏高时,钢闸门表面积累的电子很多,除了海水中的H+放电外,海水中溶解的O2也会竞争放电,故可发生反应O2+2H2O+4e-4OH-,B项正确。图2为外加电流法,理论上只要能对抗钢闸门表面的腐蚀电流即可,当钢闸门表面的腐蚀电流为零时,保护效果最好;腐蚀电流会随着环境的变化而变化,若外加电压保持恒定不变,则不能保证抵消腐蚀电流,不利于提高对钢闸门的防护效果,C项不正确。图1、图2中,当钢闸门表面的腐蚀电流为零时,说明从牺牲阳极或外加电源传递过来的电子阻止了Fe-2e-Fe2+的发生,钢闸门不发生化学反应,但是牺牲阳极和辅助阳极上均发生了氧化反应,D项不正确。
变式3　C　解析　氨水浓度越大,越容易生成[Zn(NH3)4]2+,腐蚀趋势越大,A项正确;该电化学腐蚀的总反应为Zn+4NH3·H2O[Zn(NH3)4]2++H2↑+2H2O+2OH-,有OH-生成,溶液的pH变大,B项正确;该电化学腐蚀中Zn作负极,Fe作正极,电极反应为2H2O+2e-H2↑+2OH-,C项错误;根据得失电子守恒,每生成标准状况下224 mL H2,转移电子的物质的量为=0.020 mol,消耗0.010 mol Zn,D项正确。
例4　B　解析　在KOH溶液中HCHO转化为HOCH2O-(HCHO+OH-HOCH2O-),存在平衡HOCH2O-+OH-[OCH2O]2-+H2O,Cu电极上发生失去电子的反应,[OCH2O]2--e-HCOO-+H·,H·与H·结合成H2,Cu电极为阳极;PbCu电极为阴极,首先HOOC—COOH在Pb上发生得电子的还原反应,H2C2O4转化为CHOCOOH,反应为H2C2O4+2H++2e-CHOCOOH+H2O,CHOCOOH与HO—N+H3发生反应CHOCOOH+HO—N+H3HOOC—CHN—OH+H2O+H+,HOOC—CHN—OH发生得电子的还原反应,生成H3N+CH2COOH,反应为HOOC—CHN—OH+5H++4e-H3N+CH2COOH+H2O。电解过程中,阳极区消耗OH-,同时生成H2O,故电解一段时间后阳极区c(OH-)减小,A项正确;阴极区的总反应为H2C2O4+HO—N+H3+6H++6e-H3N+CH2COOH+3H2O,1 mol H2O解离成1 mol H+和1 mol OH-,故理论上生成1 mol H3N+CH2COOH,双极膜中有6 mol H2O解离,B项错误;结合装置图和上述分析可知,阳极总反应为2HCHO+4OH--2e-2HCOO-+H2↑+2H2O,C项正确;Pb电极上第一步反应为H2C2O4+2H++2e-CHOCOOH+H2O,D项正确。
变式4　A　解析　由图可知,b电极上HCHO 转化为HCOO-,而HCHO 转化为HCOO-为氧化反应,所以a电极为阴极,b电极为阳极,HCHO为阳极反应物,由反应机理+H2可知,反应后生成的转化为HCOOH。由原子守恒和电荷守恒可知,在生成HCOOH的同时还生成了H-,生成的HCOOH再与氢氧化钾溶液进行酸碱中和反应,HCOOH+OH-HCOO-+H2O,而生成的H-在阳极失电子发生氧化反应生成氢气,即2H--2e-H2↑,阴极区水得电子生成氢气,电极反应为2H2O+2e-H2↑+2OH-。阳极反应为①2HCHO+2OH--2e-2HCOOH+H2,②HCOOH+OH-HCOO-+H2O,阴极反应为2H2O+2e-H2↑+2OH-,即转移2 mol电子时,阴、阳两极各生成1 mol H2,共2 mol H2,而传统的电解水为2H2O2H2↑+O2↑,转移2 mol电子,只有阴极生成1 mol H2,所以相同电量下,H2的理论产量是传统电解水的2倍,A项错误;阴极区水得电子生成氢气,阴极反应为2H2O+2e-H2↑+2OH-,B项正确;由电极反应可知,电解过程中阴极生成OH-,负电荷增多,阳极的负电荷减少,要使电解质溶液呈电中性,OH-通过阴离子交换膜向阳极移动,即向b电极方向移动,C项正确;阳极反应涉及①2HCHO+2OH--2e-2HCOOH+H2,②HCOOH+OH-HCOO-+H2O,由①+②×2得阳极反应为2HCHO+4OH--2e-2HCOO-+2H2O+H2↑,D项正确。
例5　C
【信息转换】
解析　由题中信息可知,当电池开始工作时,a电极为电池正极,血液中的O2在a电极上得电子生成OH-,电极反应为O2+2H2O+4e-4OH-;b电极为电池负极,Cu2O在b电极上失电子转化成CuO,电极反应为Cu2O+2OH--2e-2CuO+H2O,然后葡萄糖被CuO氧化为葡萄糖酸,CuO被还原为Cu2O,发生反应C6H12O6+2CuOC6H12O7+Cu2O,则电池总反应为2C6H12O6+O22C6H12O7,A项正确;b电极上CuO将葡萄糖氧化为葡萄糖酸后被还原为Cu2O,Cu2O在b电极上失去电子转化成CuO,在这个过程中CuO的质量和化学性质保持不变,因此,CuO通过Cu(Ⅱ)和Cu(Ⅰ)相互转变起催化作用,B项正确;根据反应2C6H12O6+O22C6H12O7可知,1 mol C6H12O6参加反应时转移2 mol电子,18 mg C6H12O6的物质的量为0.1 mmol,则消耗18 mg葡萄糖时,理论上a电极有0.2 mmol电子流入,C项错误;原电池中阳离子从负极向正极迁移,故Na+的迁移方向为b→a,D项正确。
变式5　C　解析　放电时CO2转化为MgC2O4,碳元素化合价由+4价降低为+3价,发生还原反应,所以放电时,多孔碳纳米管电极为正极、Mg电极为负极,则充电时多孔碳纳米管电极为阳极、Mg电极为阴极:
电极 过程 电极反应
Mg电极 放电 Mg-2e-Mg2+
充电 Mg2++2e-Mg
多孔碳纳米 管电极 放电 Mg2++2CO2+2e-MgC2O4
充电 MgC2O4-2e-Mg2++2CO2↑
放电时,正极反应为Mg2++2CO2+2e-MgC2O4,负极反应为Mg-2e-Mg2+,则放电时电池总反应为Mg+2CO2MgC2O4,A项正确;充电时,多孔碳纳米管电极上发生失去电子的氧化反应,则多孔碳纳米管在充电时是阳极,与电源正极连接,B项正确;充电时,Mg电极为阴极,电子从电源负极经外电路流向Mg电极,同时Mg2+向阴极迁移,C项错误;根据放电时的正极反应为Mg2++2CO2+2e-MgC2O4可知,每转移2 mol电子,有2 mol CO2参与反应,因此每转移1 mol电子,理论上可转化1 mol CO2,D项正确。
1.A　解析　活泼金属Al发生失去电子的氧化反应生成Al3+,则a电极为负极,负极反应为Al-3e-Al3+,b电极为正极,正极反应为O2+4e-+2H2O4OH-,原电池工作时,电子由负极经过导线移向正极。a电极为原电池的负极,b电极为正极,负极上发生失电子的氧化反应,A项正确,B项错误;原电池工作时,电子由a电极经过导线移向b电极,不能进入海水中,C项错误;负极反应为Al-3e-Al3+,1 kg Al的物质的量为≈37 mol,则电池最多向外提供约37 mol×3=111 mol电子的电量,D项错误。
2.A　解析　由装置图可知,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电极为阴极,电极反应为N2+3H2O+6e-2NH3+3O2-,a电极为阳极,电极反应为2O2--4e-O2↑。由分析可得,a电极为阳极,与电源正极连接,故a电极的电势大于b电极,A项正确;a电极为阳极,若金属Ag作a电极的材料,则金属Ag优先失去电子,B项错误;改变工作电源的电压,反应速率会发生变化,C项错误;未明确是否为标准状况,无法求出氧气的物质的量,故电子转移的物质的量无法计算,D项错误。
3.C　解析　向甲室中加入足量氨水后电池开始工作,则甲室中电极溶解,铜失去电子发生氧化反应变为铜离子,Cu2+与氨气形成[Cu(NH3)4]2+,电极反应为Cu+4NH3-2e-[Cu(NH3)4]2+,因此甲室中Cu电极为负极,乙室中Cu电极为正极。乙室中Cu电极为正极,铜离子得到电子发生还原反应生成铜单质,乙室中Cu电极的质量增大,A项正确;硫酸根离子通过隔膜向负极移动,进入甲室,B项正确;乙室中硫酸根离子迁移至甲室,铜离子还原为铜单质,故乙室流出溶液中的S浓度更小,C项错误;甲室发生的电极反应为Cu+4NH3-2e-[Cu(NH3)4]2+,D项正确。
4.D　解析　由图可知,在外加电源下石墨电极上C转化为CO,石墨电极失去电子,发生氧化反应,为阳极,与电源正极b相连,则电极A为阴极,TiO2和SiO2得到电子产生电池材料(TiSi),电极反应为TiO2+SiO2+8e-TiSi+4O2-。石墨电极为阳极,发生氧化反应,A项错误;石墨电极为阳极,与电源正极相连,则a电极为负极,B项错误;由图可知,该体系中石墨优先于Cl-参与反应,C项错误;电极A为阴极,TiO2和SiO2得到电子产生电池材料(TiSi),电极反应为TiO2+SiO2+8e-TiSi+4O2-,D项正确。
5.D　解析　由图可知,该装置为电解水制取氢气的装置,a电极与电源负极相连,为电解池的阴极,b电极与电源正极相连,为电解池的阳极,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↑。a电极为电解池的阴极,b电极为电解池的阳极,a电极的电势比b电极的低,A项错误;a电极为电解池的阴极,电极反应为2H2O+2e-H2↑+2OH-,B项错误;该装置工作时,阳极无Cl2生成,且KOH溶液的浓度不变,阳极反应为4OH--4e-O2↑+2H2O,为保持OH-的浓度不变,则阴极产生的OH-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,C项错误;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2.24×105 mL·h-1,则补水的速率也应是2.24×105 mL·h-1= mol·h-1=10 mol·h-1,D项正确。
6.B　解析　该储能电池放电时,Pb/PbSO4为负极,Pb失去电子生成Pb2+,Pb2+结合硫酸根离子反应生成PbSO4,则多孔碳电极为正极,正极上Fe3+得到电子转化为Fe2+;充电时,多孔碳电极为阳极,Fe2+失去电子生成Fe3+,Pb/PbSO4电极为阴极,PbSO4得到电子生成Pb和硫酸。放电时,负极上Pb失去电子生成Pb2+,Pb2+结合硫酸根离子反应生成PbSO4,PbSO4附着在负极上,负极的质量增大,多孔碳电极为正极,阳离子向正极移动,左侧的H+通过质子交换膜移向右侧,A项错误;储能过程中,该装置为电解池,将电能转化为化学能,B项正确;放电时,多孔碳电极为正极,Pb/PbSO4为负极,多孔碳电极电势高于Pb/PbSO4,C项错误;充电时,总反应为PbSO4+2Fe2+Pb+S+2Fe3+,D项错误。
7.C　解析　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。离子交换膜为质子交换膜,只允许氢离子通过,Cl-不能通过,A项错误;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,电极反应为2CO2+12H++12e-C2H4+4H2O、2CO2+12H++12e-C2H5OH+3H2O,B项错误;IrOx-Ti电极作阳极,电极反应为2H2O-4e-O2↑+4H+,每转移1 mol电子,生成0.25 mol O2,在标准状况下的体积为5.6 L,C项正确;该装置可将太阳能直接转化为电能,电能转化为化学能,D项错误。
8.C　解析　由图可知,电解池的左侧电极上S失去电子生成S,该电极为阳极,电解质溶液呈碱性,阳极反应为S+2OH--2e-S+H2O,则通入CO2的一侧为阴极,阴极反应为CO2+2H++2e-HCOOH,m为电源的正极,n为负极,A项错误,C项正确;装置a中二氧化硫和碳酸氢钠反应的化学方程式为2NaHCO3+SO2Na2SO3+2CO2+H2O,其目的是吸收SO2,B项错误;根据阳极反应S+2OH--2e-S+H2O可知,反应每生成1 mol S,装置b左池增加的质量为34 g OH-的质量,D项错误。
9.C　解析　由题中信息可知,该电池中Zn为负极,V2O5为正极,放电时电池的总反应为xZn+V2O5+nH2OZnxV2O5·nH2O。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,A项正确;由题中信息可知,放电时,Zn2+可插入V2O5层间形成ZnxV2O5·nH2O,电池在放电时的总反应为xZn+V2O5+nH2OZnxV2O5·nH2O,B项正确;电池在放电时,V2O5为正极,则给该电池充电时,V2O5电极应接直流电源的正极,C项错误;充电时阳极上ZnxV2O5·nH2O被氧化为V2O5,则阳极的电极反应为ZnxV2O5·nH2O-2xe-xZn2++V2O5+nH2O,D项正确。
1.C　解析　Ⅱ室中O元素化合价由-2价升高为-1价,被氧化,故右侧Pt电极为阳极,b为外接电源正极,a为外接电源负极,左侧Pt电极为阴极。a为外接电源的负极,A项正确;阴极上氧气被还原,阳极上硫酸根离子被氧化,电解总反应为O2+2H++2SH2O2+S2,B项正确;根据阳极产物可知,反应需要消耗硫酸根离子,阴离子交换膜不可用阳离子交换膜替代,C项错误;电解池工作时,阴极反应为2H++O2+2e-H2O2,阴极反应消耗H+,阳极反应消耗S,电解池工作时,Ⅰ室溶液质量理论上逐渐减小,D项正确。
2.B　解析　电解时与电源正极连接的电极为阳极,阳极发生氧化反应;与电源负极连接的电极为阴极,阴极发生还原反应。根据电解饱和食盐水的化学方程式2NaCl+2H2OCl2↑+H2↑+2NaOH可知,不同电极的产物,结合溶液的酸碱性与紫甘蓝溶液的颜色变化分析。根据题图可知,U形管左侧电极连接电源负极,为阴极,阴极上发生还原反应,由于离子放电能力H+>Na+,因此阴极反应为2H2O+2e-H2↑+2OH-,使U形管左侧附近溶液显碱性,在碱性条件下紫甘蓝溶液呈黄色,因此可观察到U形管左侧溶液由紫色变为黄色,A项正确。U形管左侧电极为阴极,电极反应为2H2O+2e-H2↑+2OH-,逸出的气体为H2,具有可燃性,不具有助燃性,因此不能使带火星的木条复燃,B项错误。U形管右侧电极连接电源正极,作阳极,阳极发生氧化反应,由于阴离子放电能力Cl->OH-,所以阳极反应为2Cl--2e-Cl2↑,Cl2与烧杯中NaOH溶液发生反应Cl2+2NaOHNaCl+NaClO+H2O,反应产生的NaCl、NaClO的物质的量相等,HClO是弱酸,ClO-会发生水解反应变为HClO而被消耗,导致c(ClO-)减小,因此反应结束后,⑤中的离子浓度为c(Cl-)>c(ClO-),C项正确。根据题图可知,U形管右侧电极连接电源正极,作阳极,阳极反应为Cl--2e-Cl2↑,Cl2溶于水,发生反应Cl2+H2OHCl+HClO,HCl、HClO都是酸,溶液显酸性,在酸性溶液中紫甘蓝溶液呈红色,同时HClO具有强氧化性,会将红色物质氧化变为无色,因此可观察到U形管右侧溶液的颜色变化是先变红后褪色,这体现氯水的酸性和漂白性,D项正确。
3.C　解析　该装置为原电池,电极a上氢离子得电子生成氢气,则电极a为正极,电极反应为2H++2e-H2↑,A项正确;电极b上的N2H4在碱性条件下失去电子生成N2,电极b为负极,电极反应为N2H4+4OH--4e-N2↑+4H2O,B项正确;根据N2H4+4OH--4e-N2↑+4H2O,每生成1 mol N2,转移4 mol电子,根据溶液呈电中性,有4 mol NaCl发生迁移,C项错误;根据原电池中,阳离子移向正极,阴离子移向负极,则钠离子经c移向左侧(电极a),氯离子经d移向右侧(电极b),c、d分别是阳离子交换膜和阴离子交换膜,D项正确。
4.B　解析　由图可知,右侧电极上的二氧化碳先转化为CO,CO再转化为乙烯,C元素化合价降低,发生还原反应,则右侧电极为阴极,左侧电极为阳极,阳极上甲醛失去电子先生成HCOOH,最终生成二氧化碳。阴极发生的总电极反应为2CO2+12H++12e-C2H4+4H2O,A项正确;未指明气体是否处于标准状况,无法计算阳极生成HCOOH的数目,B项错误;晶胞中黑球位于顶角和体心,其个数为8×+1=2,白球位于面上和体内,其个数为4×+2=4,结合MnO2的化学式可知,黑球为Mn,C项正确;以体心黑球为观察对象,可知其周围有4个白球位于面上,2个白球位于体内,黑球处于白球构成的八面体空隙中,D项正确。
5.C　解析　由题意可知,放电时,N电极NiO(OH)转化为Ni(OH)2,得到电子,N电极为正极,则M电极为负极,此时糠醛转化为糠酸;充电时,M电极糠醛转化为糠醇,发生还原反应,M电极为阴极,N电极上Ni(OH)2转化为NiO(OH),N电极为阳极。放电时,正极电势高于负极,则N电极的电势高于M电极,A项错误;放电时,N电极的电极反应为NiO(OH)+H2O+e-Ni(OH)2+OH-,B项错误;49 g糠醇的物质的量为0.5 mol,充电时,电极反应为+2H2O+2e-+2OH-,当生成0.5 mol糠醇时,转移0.5 mol×2=1 mol e-,C项正确;充电时,M电极的电极反应为+2H2O+2e-2OH-+,则M电极附近溶液的pH不断增大,D项错误。
6.B　解析　放电时,H2失去电子,A电极为负极,电极反应为H2-2e-2H+,此时W为催化剂,B电极为正极,O2得到电子,正极反应为O2+4H++4e-2H2O;充电时,A电极与电源负极相连,B电极与电源正极相连。充电时,A电极接外电源负极,发生还原反应,A项错误;由图可知,W充当A极放电反应的催化剂,反应前后W的质量和化学性质都没变,B项正确;A电极为负极,电极反应为H2-2e-2H+,放电过程A极产生H+,为维持两极区域溶液的电荷守恒,H+通过质子交换膜向电极B移动,放电结束,A极区域的pH不变,C项错误;放电时,B极的电极反应为O2+4H++4e-2H2O,D项错误。
7.C　解析　碳钢电极上水得电子生成氢气,发生还原反应,为电解池的阴极,b为电源的负极,a为电源的正极,钛基电极是电解池的阳极,失去电子,发生氧化反应,钛基电极上的反应为H2O-e-H++·OH。由分析可知,b为电源的负极,A项错误;阳极失去电子,发生氧化反应,钛基电极上的反应为H2O-e-H++·OH,B项错误;碳钢电极上水得电子生成氢气,发生反应2H2O+2e-2OH-+H2↑,OH-与HC发生反应HC+OH-H2O+C,碳钢电极底部有Mg (OH)2、CaCO3生成,C项正确;苯酚被氧化的化学方程式为+28·OH6CO2↑+17H2O,每生成标准状况下2.24 L CO2,需要消耗约0.47 mol·OH,D项错误。
8.C　解析　电池工作时,N转化为N2,N元素的化合价降低,发生还原反应,所以b极为正极,a极为负极,a极上有机物失去电子,发生氧化反应,生成二氧化碳。b极为电池的正极,a极为电池的负极,A项正确;N转化为氮气,N元素的化合价降低,发生还原反应,电极反应为2N+6H2O+10e-N2↑+12OH-,B项正确;电池工作时,阴离子Cl-移向负极,即左室,阳离子Na+移向正极,即右室,使海水得以淡化,C项错误;若用C6H12O6表示有机废水中的有机物,则电极反应为C6H12O6+6H2O-24e-6CO2↑+24H+,每消耗1 mol C6H12O6,转移24 mol电子,D项正确。
9.D　解析　由图可知,左侧Pt电极为阳极,右侧Pt电极为阴极,阳极反应为2Cr3++7H2O-6e-Cr2+14H+,A项正确;阴极反应为2H++2e-H2↑,阴极区每消耗2 mol H+,同时就有2 mol H+从阳极区通过质子交换膜进入阴极区,阴极区溶液的c(H+)保持不变,B项正确;酸性Cr2溶液将甲苯氧化为苯甲醛的离子方程式为2Cr2+16H++33+4Cr3++11H2O,C项正确;根据关系式~~4e-和~~6e-可知,1 mol甲苯被氧化为0.5 mol苯甲醛和0.5 mol苯甲酸时,共失去5 mol电子,再根据关系式Cr2~2Cr3+~6e-,可知1 mol甲苯被氧化为0.5 mol苯甲醛和0.5 mol苯甲酸时,共消耗 mol Cr2,D项错误。
10.B　解析　由图可知,A电极为电解池的阴极,酸性条件下TiO2+在阴极得到电子,发生还原反应生成Ti3+,Ti3+与间硝基苯甲酸反应生成间氨基苯甲酸和TiO2+;B电极为阳极,铬离子在阳极失去电子发生氧化反应生成重铬酸根离子,酸性条件下重铬酸根离子与间硝基甲苯反应生成铬离子、间硝基苯甲酸和水。由分析可知,A电极为电解池的阴极,酸性条件下TiO2+在阴极得到电子发生还原反应生成Ti3+,A项正确;酸性条件下,重铬酸根离子与间硝基甲苯反应生成铬离子、间硝基苯甲酸和水,反应的离子方程式为+Cr2+8H++2Cr3++5H2O,由离子方程式可知,1 mol间硝基甲苯被氧化为1 mol间硝基苯甲酸时,转移6 mol电子,B项错误;B电极为阳极,电极反应为2Cr3++7H2O-6e-Cr2+14H+,C项正确;由产品的结构简式可知,分子中含有的氨基能与酸反应,含有的羧基能与碱反应,D项正确。
1.C　解析　酶的主要成分是活性蛋白质,遇高温会发生变性,甚至失去活性,放电速率减小,A项错误;由图中物质的转化关系可知,b极为正极,电极反应为O2+4H++4e-2H2O,电极表面溶液的pH升高,B项错误;a极为负极,发生氧化反应,电极反应为C6H12O6+6H2O-24e-6CO2↑+24H+,C项正确;标准状况下,4.48 L O2的物质的量为0.2 mol,根据正极反应可知,0.2 mol O2完全反应时有0.8 mol H+从质子交换膜左侧向右侧迁移,D项错误。
2.D　解析　青铜面具表面的绿色物质的主要成分为碱式碳酸铜,隔离了铜与外界空气、水蒸气、二氧化碳接触,阻止铜继续发生电化学腐蚀,A项正确;在碱性、弱酸性或中性土壤中金属主要发生吸氧腐蚀,氧气浓度越大,吸氧腐蚀速率越大,B项正确;正极反应为O2+4e-+2H2O4OH-,铜在负极发生氧化反应,在二氧化碳、水、氧气的共同作用下生成铜绿,其电极反应为2Cu+4OH-+CO2-4e-Cu2(OH)2CO3+H2O,C项正确;不能用浓硝酸清洗,因为浓硝酸会与铜单质反应,造成青铜器被损坏,D项错误。
3.C　解析　A项,由图可知,放电时,正极上的CO2、H+得电子分别生成CO和H2,正确;B项,多孔金多枝晶增大了与CO2的接触面积,增大了反应速率,正确;C项,令生成的H2和CO的物质的量分别为1 mol和9 mol,则转移电子总数为2 mol+18 mol=20 mol,生成CO的电流效率为×100%=90%,错误;D项,充电时,阴极反应为[Zn(OH)4]2-+2e-Zn+4OH-,反应生成了OH-,OH-的浓度增大,正确。
4.D　解析　HMF的分子式为C6H6O3,其中C元素的化合价为0价,FDCA的分子式为C6H4O5,其中C元素的化合价为+1价,HMF转化成FDCA时,C元素的化合价升高,发生氧化反应,a极为负极,Ni@C是高效催化电极,其作用是改变a极的反应历程,降低负极反应的活化能,增大氧化反应的速率,A项正确;b极为正极,正极材料不参与反应,可以用活泼电极(如铜、银电极)替代石墨电极,B项正确;1 mol HMF生成1 mol FDCA时,失去6 mol电子,有2 mol H2O参与反应,其电极反应为+2H2O-6e-+6H+,C项正确;石墨电极表面上的水发生还原反应,生成氢气,故气体X为氢气,b极反应为2H2O+2e-2OH-+H2↑,标准状况下,2.24 L H2的物质的量为0.1 mol,则有0.2 mol H+由质子交换膜左侧向右侧迁移,D项错误。
5.B　解析　根据元素化合价变化可知,X极发生氧化反应,Y极发生还原反应,即X极为阳极,Y极为阴极,阳极与电源正极连接,阴极与电源负极连接,故a极为正极,b极为负极,A项错误;Y极上硝酸根离子被还原生成氨,Y极的电极反应为N+6H2O+8e-NH3↑+9OH-,B项正确;根据Y极上的得电子数确定迁移的H+数,为了维持溶液呈电中性,Y极上生成17 g NH3,即得到8 mol电子时,迁移8 mol H+,C项错误;X极的电极反应为2H2O-4e-4H++O2↑,根据得失电子守恒,两极产生的气体体积关系为V(O2)=2V(NH3),D项错误。

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