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热点题型06 电化学及其应用
电化学是氧化还原反应知识的应用和延伸，是热点考查内容，通常会以新型二次电池为载体考查电极方程式的书写、离子的移动方向、金属的电化学腐蚀及防护、计算等，同时也对信息的提取、应用能力进行考查。
预计在2025年高考中，以二次电池以及含有离子交换膜的电解池为背景的命题将成为热点题型，命题角度丰富，便于同时考查原电池和电解池工作原理及考生的探究能力。
1、电极的判断方法及其他量的判断
判断依据 电极材料 电极反应 电子流向 离子移向 电极现象
原电池 负极 活泼金属 氧化反应 流出 阴离子移向 电极质量减小
正极 不活泼金属或非金属 还原反应 流入 阳离子移向 电极增重或质 量不变
电解池 阳极 与电源正极相连 氧化反应 流出 阴离子移向 电极溶解或pH减小
阴极 与电源负极相连 还原反应 流入 阳离子移向 电极增重或pH增大
2、新型电池电极反应式的书写
1、燃料电池电极反应式的书写(以氢氧燃料电池为例)
①注意介质环境
②掌握书写程序
③其他新型电池
钠硫电池 总反应：2Na＋xS===Na2Sx
正极：xS＋2e－===S；负极：2Na－2e－===2Na＋
全钒液流电池 总反应：VO＋2H＋＋V2＋V3＋＋VO2＋＋H2O
正极：VO＋2H＋＋e－===VO2＋＋H2O 负极：V2＋－e－===V3＋
锂铜电池 总反应：2Li＋Cu2O＋H2O===2Cu＋2Li＋＋2OH－
正极：Cu2O＋H2O＋2e－===2Cu＋2OH－ 负极：Li－e－===Li＋
Mg-H2O2电池 总反应：H2O2＋2H＋＋Mg===Mg2＋＋2H2O
正极：H2O2＋2H＋＋2e－===2H2O；负极：Mg－2e－===Mg2＋
Mg-AgCl电池 总反应：Mg＋2AgCl===2Ag＋MgCl2
正极：2AgCl＋2e－===2Cl－＋2Ag；负极：Mg－2e－===Mg2＋
镍铁电池 总反应：NiO2＋Fe＋2H2OFe(OH)2＋Ni(OH)2
正极：NiO2＋2e－＋2H2O===Ni(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－
锂离子电池 总反应：Li1－xCoO2＋LixC6LiCoO2＋C6(x<1)
正极：Li1－xCoO2＋x e－＋x Li＋===LiCoO2 负极：LixC6－ x e－=== x Li＋＋C6 阳极：LiCoO2－x e－===Li1－xCoO2＋x Li＋ 阴极：x Li＋＋x e－＋C6===LixC6
3、离子交换膜在电化学装置中的应用
常见的离子交换膜
种类 允许通过的离子及移动方向 说明
阳离子交换膜 阳离子→移向电解池的阴极或原电池的正极 阴离子和气体不能通过
阴离子交换膜 阴离子→移向电解池的阳极或原电池的负极 阳离子和气体不能通过
质子交 换膜 质子→移向电解池的阴极或原电池的正极 只允许H＋通过
三室式电渗析法处理含Na2SO4废水的原理如下图所示，采用惰性电极，ab、cd均为离子交换膜，在直流电场的作用下，两膜中间的Na＋和SO可通过离子交换膜，而两端隔室中离子被阻挡不能进入中间隔室。判断ab、cd是什么交换膜；判断离子的迁移方向；书写电极反应式；判断电极产物。
①弄清是原电池还是电解池，电极有外接电源→电解池；n→阳极，m→阴极
②根据电极判断离子的移动方向和交换膜的种类
Na＋→通过ab→阴极 ab是阳离子交换膜
SO→通过cd→阳极 cd是阴离子交换膜
③根据放电顺序写出电极反应式
阴极，阳离子竞争放电，放电顺序：H＋>Na＋，阴极的电极反应式为：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－；
阳极，阴离子竞争放电，放电顺序：OH－>SO，阳极的电极反应式为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋。
④根据电极反应式和离子移动方向确定电极反应物
阴极H＋放电生成H2，剩余OH－与迁移过来的Na＋生成NaOH；
阳极OH－放电生成O2，剩余H＋与迁移过来的SO生成H2SO4。
（建议用时：40分钟）
1．（2025·河南·模拟预测）我国科学家设计了一种水系可充电电池，其工作原理如图所示。
下列说法正确的是
A．充电时，电极b为阳极
B．充电时，阳极附近溶液的pH增大
C．放电时，负极的电极反应：
D．放电时，溶液中向电极b方向迁移
2．（2025·宁夏陕西·模拟预测）为了从海水中提取锂，某团队设计了图示的电解池。保持电源正负极不变，每运行一段时间后，将电极1与4取下互换，电极2与3取下互换，实现锂的富集。下列说法正确的是
A．电路中电子的流向随着电极互换而改变
B．电极2上发生的反应为：
C．理论上，电极1与电极4的质量之和保持不变
D．理论上，电路通过电子时，有富集在右侧电解液中
3．（2025·四川·模拟预测）我国科学家发明了一种高储能、循环性能优良的水性电池，其工作示意图如下。
下列说法错误的是
A．放电时，从负极向正极迁移
B．放电时，的生成说明具有两性
C．充电时，电池总反应为
D．充电时，若生成，则有穿过离子交换膜
4．（2025·四川·一模）过氧化氢溶液为氧化性消毒剂，能发挥抗菌作用。我国一科研团队用如图装置制取(已知：，电极上都覆盖有催化剂)。下列说法正确的是
A．电极a是负极，发生还原反应
B．A膜是阴离子交换膜，B膜是阳离子交换膜
C．电极b的电极反应为：
D．电解质中发生的反应为：
5．（2024·山西·模拟预测）近年来，锌离子电池在大规模电网储能系统中得到广泛应用，如图所示，锌离子电池放电时会嵌入到极石墨烯(用表示)的层状结构中形成。下列说法错误的是
A．锌离子电池储能时，极上发生还原反应
B．锌离子电池放电时，极为电池的正极
C．储能时，每转移电子，极有脱嵌(不考虑副反应)
D．长时间的析氢副反应会导致电解质溶液中的损耗
6．（2024·河南·三模）近日，我国科研团队以廉价易得的重水()为氘源，在温和条件下实现了芳烃的还原氘代反应，反应原理如图所示。下列叙述正确的是
A．电势：
B．b极上发生还原反应
C．a极反应式：
D．外电路中每通过，则标准状况下，生成
7．（2024·云南丽江·一模）通过电解废旧锂电池中的可获得难溶性的和，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)。下列说法正确的是
A．电极A为阳极，发生氧化反应
B．电极B的电极反应：4OH-+Mn2+-2e-=MnO2+2H2O
C．电解一段时间后溶液中浓度减小
D．电解结束，可通过调节除去，再加入溶液以获得
8．（2024·内蒙古通辽·模拟预测）四甲基氢氧化铵常用作电子工业清洗剂，以四甲基氯化铵为原料，采用电渗析法合成，其工作原理如图所示(a、b为石墨电极，c、d、e为离子交换膜)，下列说法正确的是
A．电流方向为M→a，b→N
B．a、b两极均有气体生成，且同温同压下体积比为1∶2
C．c为阳离子交换膜，d、e为均阴离子交换膜
D．线路中通过1mol时，两极室电解液质量变化差值为42g
考向02 新型电池电极反应式的书写
1．（2024·内蒙古呼和浩特·模拟预测）我国科学家研究出一种新型水系电池，其结构如下图，该电池既能实现乙炔加氢又能提供电能，下列说法正确的是
A．电极a为负极，发生氧化反应
B．通过阴离子交换膜向a电极移动
C．a极的电极反应式为
D．每转移，右侧极室中溶液质量增大16g
2．（2024·内蒙古包头·模拟预测）用黑磷替代石墨，制成的锂离子电池（结构如图），有望解决电动车的续航、充电、耐用三大瓶颈难题，让新能源汽车得到更大的实用性发展。下列说法错误的是
电池反应式：
A．充电时，A极与电源的正极相连
B．放电时，正极电极反应式：
C．放电时，当电路中转移电子时，理论上黑磷质量增加
D．黑磷特殊层状结构有利于快速传导，提升了锂离子电池的容量和充电速度
3．（2024·河南濮阳·二模）镁锂双盐电池是新型二次离子电池，其放电时的工作原理如图所示。
下列说法错误的是
A．充电时，和均向Q极区移动
B．充电时，阴极的电极反应式为
C．放电时，Q电极Mg失去电子，电子经导线流向R电极
D．电池工作时，若外电路中转移电子的物质的量为，则两极的质量变化值相差0.5g
4．（2024·四川绵阳·三模）新型高性能可充电电池的工作原理如图所示，正极材料中可反复进行的嵌入和脱出反应。下列说法错误的是
A．充电时，在正极材料中发生脱出反应
B．放电时，负极反应为
C．放电时，转移溶液减少
D．充电时，电池总反应为：
5．（2024·河南·三模）中国科学院福建物质结构研究所某课题组设计并提出了一种基于时间解耦氨分解的新型可充电电池，能实现到的高效转化。已知电极上充放电循环的总反应为，工作原理如图所示：
下列叙述错误的是
A．放电时，锌箔电极的电势小于电极
B．放电时，电极反应式：
C．充电时，锌箔接直流电源的负极
D．交换膜可用阴离子交换膜
6．（2024·陕西西安·模拟预测）某大学研究团队推出一种新型Zn-NO2电池。该电池能有效地捕获NO2，将其转化为，再将产生的电解制氨，过程如图所示。下列说法正确的是
A．d电极的电势比c电极的电势高
B．d电极为阴极
C．c极的电极反应为
D．电路中转移0.2 mol 时，理论上能得到1.12 L O2
7．（2025·云南·模拟预测）低空经济为新能源电池拓宽了应用场景。一种新型光伏电池工作原理如图所示，其中为电解质溶液。太阳光照下，敏化后的产生电子和空穴，驱动电流产生和离子移动。下列说法错误的是
A．电池工作时，涉及光能转化为电能
B．敏化电极是负极
C．电极反应为：
D．光敏化剂结构中，中心离子的配位数是6
8．（2025·内蒙古·模拟预测）钾锰铁基普鲁士白是一种钾离子电池正极材料，充电时随着脱出，其结构由Ⅰ经Ⅱ最终转变为Ⅲ；Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ的晶胞俯视图及Ⅱ的晶胞结构如下图所示。下列说法正确的是
A．Ⅲ转化为Ⅰ是非自发过程 B．充电过程中或的价态降低
C．晶体Ⅱ的化学式为 D．晶胞Ⅲ中键数目为24
考向03 离子交换膜在电化学装置中的应用
1．（2024·山西晋中·模拟预测）我国科学家利用双功能Zn/催化水和共电解生成和甲酸，实现了温室气体二氧化碳电催化转化为高附加值的化学品，其工作原理如图所示：
下列说法中错误的是
A．若外电源使用的是铅蓄电池，则a为电极
B．M为阴极，电极反应式为：
C．从左向右通过阴离子交换膜
D．电解总反应式为：
2．（2024·山西太原·二模）电解苯酚的乙腈()水溶液可在电极上直接合成扑热息痛()，电极材料均为石墨。已知：装置工作时，电极a上有生成且能逸出；双极膜中间层中的解离为和，并分别通过其中的阳离子交换膜、阴离子交换膜向两侧发生迁移。下列说法正确的是
A．该装置中双极膜左侧为阳离子交换膜
B．装置工作时，丙池中阴极区附近溶液的pH保持不变
C．电极c的电极反应式为
D．每合成1mol扑热息痛，理论上甲室中溶液的质量减少32g
3．（2024·陕西·模拟预测）近期我国科学家报道了一种低成本高储能液流电池，其工作原理如下图。下列说法中错误的是
A．电极M为正极
B．离子交换膜应选用阳离子交换膜
C．电极N上发生反应的电极反应为
D．理论上N电极质量减少，电路中转移的电子数目为
4．（2024·山西晋中·模拟预测）工业上用电解乙烯的方法制取环氧乙烷()，中间隔膜为阴离子交换膜，电极B上生成环氧乙烷，电解质溶液均为食盐水，其电解工作原理如图所示。下列说法不正确的是
A．电极为阳极
B．左侧电解池电解一段时间后溶液的降低
C．电极B发生的电极反应只有2ClCH2CH2OH+2e-=2+H2↑+2Cl-
D．乙烯生成的反应类型为加成反应
5．（2024·河南郑州·三模）光电合成、HClO绿色消毒剂具有巨大的潜力。下图中的电解池以含S型异质结双功能催化剂为电极材料电解NaCl溶液，实现了同时生成和HClO。下列说法错误的是
A．b电极的电势高于a电极
B．电解过程中Ⅱ池pH变小
C．离子交换膜为阳离子交换膜时，Ⅱ池溶液质量增大
D．Ⅰ池电极反应为
6．（2024·云南·二模）一种成本低、稳定性好的全碱性多硫化物---空气液流二次电池工作时，原理如图所示。下列说法正确的是
A．连接负载时，电极A为正极
B．连接负载时，负极区的电极反应式为2 - 2e- =
C．连接电源时，电路中每通过2 NA个电子，生成NaOH的质量为80 g
D．膜a为阴离子交换膜，膜b为阳离子交换膜
7．（2024·四川巴中·一模）燃料电池有望成为低温环境下工作的便携式燃料电池，其工作原理如图所示。下列说法错误的是
A．b为正极 B．负极反应为：
C．离子交换膜C为阳离子交换膜 D．高温条件下可以提高工作效率
8．（2024·四川德阳·一模）一种成本低、稳定性好的全碱性多硫化物—空气液流二次电池工作时，原理如图所示。下列说法正确的是
A．连接负载时，电极A为正极
B．连接负载时，电极A的反应方程式为
C．连接电源时，电路中每通过个电子，生成的质量为
D．膜a为阴离子交换膜，膜b为阳离子交换膜
1．（2024·全国·调研）根据下列要求回答下列问题。
(1)次磷酸钴[Co(H2PO2)2]广泛用于化学镀钴，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，原理如图：
则Co的电极反应式为 ，A、B、C为离子交换膜，其中B为 离子交换膜(填“阳”或“阴”)。
(2)我国科研人员研制出的可充电“Na CO2”电池，以钠箔和多壁碳纳米管(MWCNT)为电极材料，总反应方程式为4Na＋3CO22Na2CO3＋C．放电时该电池“吸入”CO2，其工作原理如图所示：
①放电时，正极的电极反应式为 。
②若生成的Na2CO3和C全部沉积在正极表面，当正极增加的质量为28g时，转移电子的物质的量为 。
③可选用高氯酸钠 四甘醇二甲醚作电解液的理由是 。
2．（2024·河南·联考）化学电源在日常生活和工业生产中有着重要的应用。
I.如下图所示，某同学设计了一个燃料电池并探究氯碱工业原理和粗铜的精炼原理，其中乙装置中X为阳离子交换膜。请按要求回答相关问题
(1)甲烷燃料电池负极反应式是 。
(2)石墨(C)极的电极反应式为 。
(3)若在标准状况下，有2.24L氧气参加反应，则乙装置中铁极上生成的气体体积为 L；丙装置中阴极析出铜的质量为 g，一段时间后烧杯中c(Cu2+) (填“增大”、“减小”或“不变”)
Ⅱ.“长征”火箭发射使用的燃料是液态偏二甲肼(C2H8N2)，并使用四氧化二氮作为氧化剂，这种组合的两大优点是，既能在短时间内产生巨大能量将火箭送上太空，产物又不污染空气(产物都是空气成分)。某校外研究性学习小组拟将此原理设计为原电池，如图所示，结合学习过的电化学原理分析其设计方案，回答相关问题：
(4)从a口加入 (填名称)。H+移动方向是 (填“A到B”或“B到A”)
(5)A极发生的电极反应式： 。
(6)若以该电池为电源用石墨做电极电解200mL0.5mol/L的CuSO4溶液，电解一段时间后，两极收集到相同体积(相同条件)的气体，则整个电解过程转移的电子的数目是 。
3．（2024·陕西宝鸡·一模）（1）根据氧化还原反应2H2+O2===2H2O，设计成燃料电池，负极通的气体应是 。
（2）如图为氢氧燃料电池原理示意图，按照此图的提示，下列叙述不正确的是 。
A．a电极是负极
B．b电极的电极反应为4OH－-4e-====2H2O+O2↑
C．氢氧燃料电池是一种具有应用前景的绿色电源
D．氢氧燃料电池是一种不需要将还原剂和氧化剂全部储藏在电池内的新型发电装置
（3）根据氢氧燃料电池电解质溶液的不同，填写下表：
电解质溶液 H2SO4溶液 KOH溶液
负极反应
正极反应
溶液的pH变化
（4）若把H2改为CH4，KOH溶液作电解质溶液，则负极反应为 。
4．（2024·河南·一模）锂离子电池广泛应用于日常电子产品中，也是电动汽车动力电池的首选．正极材料的选择决定了锂离子电池的性能．磷酸铁钾(LiFePO4)以其高倍率性、高比能量、高循环特性、高安全性、低成本、环保等优点而逐渐成为“能源新星”。
（1）高温固相法是磷酸铁锂生产的主要方法。通常以铁盐、磷酸盐和锂盐为原料，按化学计量比充分混匀后，在惰性气氛的保护中先经过较低温预分解，再经高温焙烧，研磨粉碎制成。其反应原理如下：
Li2CO3+2FeC2O4 2H2O+2NH4H2PO4═2NH3↑+3CO2↑+ + +
①完成上述化学方程式.
②理论上，反应中每转移0.15mol电子，会生成LiFePO4 g；
③反应需在惰性气氛的保护中进行，其原因是 ；
（2）磷酸亚铁锂电池装置如图所示，其中正极材料橄榄石型LiFePO4通过粘合剂附着在铝箔表面，负极石墨材料附着在铜箔表面，电解质为溶解在有机溶剂中的锂盐。
电池工作时的总反应为：LiFePO4+6CLi1-xFePO4+LixC6，则放电时，正极的电极反应式为 。充电时，Li+迁移方向为 (填“由左向右”或“由右向左”)，图中聚合物隔膜应为 (填“阳”或“阴”)离子交换膜。
（3）用该电池电解精炼铜。若用放电的电流强度I=2.0A的电池工作10分钟，电解精炼铜得到铜0.32g，则电流利用效率为 (保留小数点后一位)。(已知：法拉第常数F=96500C/mol，电流利用效率=100%)
（4）废旧磷酸亚铁锂电池的正极材料中的LiFePO4难溶于水，可用H2SO4和H2O2的混合溶液浸取，发生反应的离子方程式为 。
5．（2024·山西太原·调研）请按要求填空。
(1)一种以葡萄糖为燃料的微生物电池，其工作原理如图所示：
①写出负极电极反应式： ；
②随着电池不断放电，电解质溶液的酸性 (填“增大”、“减小”或“不变”)
(2)查阅资料发现AgSCN为白色难溶物，Ag+可以氧化SCNˉ和Fe2+。为探究SCNˉ和Fe2+的还原性强弱，某同学设计了如图实验装置并进行下列实验。
先断开电键K，向溶液X中滴加0.1mol·L-1KSCN溶液，无明显现象，说明 ；闭合电键K后，若观察到的实验现象有溶液X逐渐变红、右边石墨电极上有固体析出、电流计指针偏转，据此得出的结论是 ，溶液变红的原因是 、 (用电极反应式和离子方程式表示)。
(3)一种新型燃料电池，一极通入空气，另一极通入丁烷气体，电解质是掺杂氧化钇(Y2O3)的氧化锆(ZrO2)晶体，在熔融状态下能传导O2－。 则通入丁烷的一极的电极反应式为： 。
6．（2024·宁夏吴忠·；联考）通常氢氧燃料电池有酸式和碱式两种，试回答下列问题：
(1)在酸式介质中，负极反应的物质为 ，正极反应的物质为 ，酸式电池的电极反应：负极： ，正极： 。电解质溶液pH的变化 （填“变大”，“变小”，“不变”）。
(2)在碱式介质中，碱式电池的电极反应：负极： ，正极： 。电解质溶液pH的变化 （填“变大”，“变小”，“不变”）。
(3)氢氧燃料电池汽车作为上海世博园中的交通工具之一，下列有关说法不正确的是 。
A．太阳光催化分解水制氢气比电解水气氢气更为科学
B．氢氧燃料电池作为汽车动力更能保护环境
C．以稀H2SO4、KOH为介质的氢氧燃料电池的负极电极反应式相同
D．以稀H2SO4、KOH为介质的氢氧燃料电池的总反应式相同
(4)纯电动车采用了高效耐用的一种新型可充电电池，该电池的总反应式为：3Zn＋2K2FeO4＋8H2O3Zn(OH)2＋2Fe(OH)3＋4KOH。
①该电池放电时负极反应式为 。
②放电时每转移3 mol电子，正极有 molK2FeO4被还原。
③放电时，正极发生 (填“氧化”或“还原”)反应；正极反应为 。
④放电时， (填“正”或“负”)极附近溶液的碱性增强。
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热点题型06 电化学及其应用
电化学是氧化还原反应知识的应用和延伸，是热点考查内容，通常会以新型二次电池为载体考查电极方程式的书写、离子的移动方向、金属的电化学腐蚀及防护、计算等，同时也对信息的提取、应用能力进行考查。
预计在2025年高考中，以二次电池以及含有离子交换膜的电解池为背景的命题将成为热点题型，命题角度丰富，便于同时考查原电池和电解池工作原理及考生的探究能力。
1、电极的判断方法及其他量的判断
判断依据 电极材料 电极反应 电子流向 离子移向 电极现象
原电池 负极 活泼金属 氧化反应 流出 阴离子移向 电极质量减小
正极 不活泼金属或非金属 还原反应 流入 阳离子移向 电极增重或质 量不变
电解池 阳极 与电源正极相连 氧化反应 流出 阴离子移向 电极溶解或pH减小
阴极 与电源负极相连 还原反应 流入 阳离子移向 电极增重或pH增大
2、新型电池电极反应式的书写
1、燃料电池电极反应式的书写(以氢氧燃料电池为例)
①注意介质环境
②掌握书写程序
③其他新型电池
钠硫电池 总反应：2Na＋xS===Na2Sx
正极：xS＋2e－===S；负极：2Na－2e－===2Na＋
全钒液流电池 总反应：VO＋2H＋＋V2＋V3＋＋VO2＋＋H2O
正极：VO＋2H＋＋e－===VO2＋＋H2O 负极：V2＋－e－===V3＋
锂铜电池 总反应：2Li＋Cu2O＋H2O===2Cu＋2Li＋＋2OH－
正极：Cu2O＋H2O＋2e－===2Cu＋2OH－ 负极：Li－e－===Li＋
Mg-H2O2电池 总反应：H2O2＋2H＋＋Mg===Mg2＋＋2H2O
正极：H2O2＋2H＋＋2e－===2H2O；负极：Mg－2e－===Mg2＋
Mg-AgCl电池 总反应：Mg＋2AgCl===2Ag＋MgCl2
正极：2AgCl＋2e－===2Cl－＋2Ag；负极：Mg－2e－===Mg2＋
镍铁电池 总反应：NiO2＋Fe＋2H2OFe(OH)2＋Ni(OH)2
正极：NiO2＋2e－＋2H2O===Ni(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－
锂离子电池 总反应：Li1－xCoO2＋LixC6LiCoO2＋C6(x<1)
正极：Li1－xCoO2＋x e－＋x Li＋===LiCoO2 负极：LixC6－ x e－=== x Li＋＋C6 阳极：LiCoO2－x e－===Li1－xCoO2＋x Li＋ 阴极：x Li＋＋x e－＋C6===LixC6
3、离子交换膜在电化学装置中的应用
常见的离子交换膜
种类 允许通过的离子及移动方向 说明
阳离子交换膜 阳离子→移向电解池的阴极或原电池的正极 阴离子和气体不能通过
阴离子交换膜 阴离子→移向电解池的阳极或原电池的负极 阳离子和气体不能通过
质子交 换膜 质子→移向电解池的阴极或原电池的正极 只允许H＋通过
三室式电渗析法处理含Na2SO4废水的原理如下图所示，采用惰性电极，ab、cd均为离子交换膜，在直流电场的作用下，两膜中间的Na＋和SO可通过离子交换膜，而两端隔室中离子被阻挡不能进入中间隔室。判断ab、cd是什么交换膜；判断离子的迁移方向；书写电极反应式；判断电极产物。
①弄清是原电池还是电解池，电极有外接电源→电解池；n→阳极，m→阴极
②根据电极判断离子的移动方向和交换膜的种类
Na＋→通过ab→阴极 ab是阳离子交换膜
SO→通过cd→阳极 cd是阴离子交换膜
③根据放电顺序写出电极反应式
阴极，阳离子竞争放电，放电顺序：H＋>Na＋，阴极的电极反应式为：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－；
阳极，阴离子竞争放电，放电顺序：OH－>SO，阳极的电极反应式为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋。
④根据电极反应式和离子移动方向确定电极反应物
阴极H＋放电生成H2，剩余OH－与迁移过来的Na＋生成NaOH；
阳极OH－放电生成O2，剩余H＋与迁移过来的SO生成H2SO4。
（建议用时：40分钟）
1．（2025·河南·模拟预测）我国科学家设计了一种水系可充电电池，其工作原理如图所示。
下列说法正确的是
A．充电时，电极b为阳极
B．充电时，阳极附近溶液的pH增大
C．放电时，负极的电极反应：
D．放电时，溶液中向电极b方向迁移
【答案】C
【详解】A．充电时，S转化为Cu2S，发生还原反应，则电极b为阴极，A错误；
B．根据分析，充电时，电极b为阴极，则电极a为阳极，电极a的电极反应为Mn2++2H2O－2e-=MnO2+4H+，阳极附近溶液的pH减小，B错误；
C．放电时，电极b为负极，负极的电极反应为Cu2S 4e =S+2Cu2+，C正确；
D．放电时，溶液中向正极移动，即向电极a方向迁移，D错误；
故选C。
2．（2025·宁夏陕西·模拟预测）为了从海水中提取锂，某团队设计了图示的电解池。保持电源正负极不变，每运行一段时间后，将电极1与4取下互换，电极2与3取下互换，实现锂的富集。下列说法正确的是
A．电路中电子的流向随着电极互换而改变
B．电极2上发生的反应为：
C．理论上，电极1与电极4的质量之和保持不变
D．理论上，电路通过电子时，有富集在右侧电解液中
【答案】C
【详解】A．保持电源正负极不变，则电子流向不变，故A错误；
B．由分析可知，电极2为阳极，海水中有Cl-，则电极2的电极反应式为：Ag-e-+Cl-=AgCl，故B错误；
C．由分析可知，通过相同电量，电极1上附着的Li+的量和电极4上失去的Li+的量相等，所以理论上，电极1与电极4的质量之和保持不变，故C正确；
D．根据电子守恒，电路中各处的电量相等，所以理论上，电路通过电子时，有富集在右侧电解液中，故D错误；
故答案为：C。
3．（2025·四川·模拟预测）我国科学家发明了一种高储能、循环性能优良的水性电池，其工作示意图如下。
下列说法错误的是
A．放电时，从负极向正极迁移
B．放电时，的生成说明具有两性
C．充电时，电池总反应为
D．充电时，若生成，则有穿过离子交换膜
【答案】D
【详解】A．放电为原电池，原电池中K+向正极移动，A正确；
B．碱性环境中有生成说明Zn(OH)2能与碱反应，既能与酸反应又能与碱反应说明Zn(OH)2有两性，B正确；
C．充电为电解池，根据分析，总反应为阴阳两极的加和，+2= Zn+4OH-+，C正确；
D．由电极反应2-2e-=，生成1mol转移电子物质的量为2mol，应有2molK+穿过离子交换膜，D错误；
故选D。
4．（2025·四川·一模）过氧化氢溶液为氧化性消毒剂，能发挥抗菌作用。我国一科研团队用如图装置制取(已知：，电极上都覆盖有催化剂)。下列说法正确的是
A．电极a是负极，发生还原反应
B．A膜是阴离子交换膜，B膜是阳离子交换膜
C．电极b的电极反应为：
D．电解质中发生的反应为：
【答案】D
【详解】A．电极a是负极，发生氧化反应，A错误；
B．该装置用于制取，电极a生成H+，阳离子向正极移动，透过A膜，电极b生成和OH-，阴离子向负极移动，透过B膜，二者结合生成，所以A膜、B膜分别为阳离子、阴离子交换膜，B错误；
C．电极b通入O2，发生还原反应，电极反应为：，C错误；
D．由题图可知，电池工作时，、OH-和H+作用生成，发生反应为：，D正确；
故选D。
5．（2024·山西·模拟预测）近年来，锌离子电池在大规模电网储能系统中得到广泛应用，如图所示，锌离子电池放电时会嵌入到极石墨烯(用表示)的层状结构中形成。下列说法错误的是
A．锌离子电池储能时，极上发生还原反应
B．锌离子电池放电时，极为电池的正极
C．储能时，每转移电子，极有脱嵌(不考虑副反应)
D．长时间的析氢副反应会导致电解质溶液中的损耗
【答案】C
【详解】A．充电时，M电极为阴极，发生还原反应，A正确；
B．由分析可知，放电时为原电池，N电极为正极，B正确；
C．储能时为电解池，N电极的反应为，由电极反应可知，每转移电子，极有脱嵌(不考虑副反应)，C错误；
D．长时间的析氢副反应使溶液pH升高，转化为Zn(OH)2，导致电解质溶液中的损耗，D正确；
故选C。
6．（2024·河南·三模）近日，我国科研团队以廉价易得的重水()为氘源，在温和条件下实现了芳烃的还原氘代反应，反应原理如图所示。下列叙述正确的是
A．电势：
B．b极上发生还原反应
C．a极反应式：
D．外电路中每通过，则标准状况下，生成
【答案】C
【详解】A．观察图示，极上，碳元素化合价降低，发生还原反应，故极为阴极、c为负极，极为阳极、d为正极，电势：，A错误；
B．由图知，b为阳极，失电子，发生氧化反应，B错误；
C．根据物质转化可知，极电极反应式为，C正确；
D．为，极电极反应式为，外电路中通过时，生成，其在标准状况下的体积为，D错误；
故选C。
7．（2024·云南丽江·一模）通过电解废旧锂电池中的可获得难溶性的和，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)。下列说法正确的是
A．电极A为阳极，发生氧化反应
B．电极B的电极反应：4OH-+Mn2+-2e-=MnO2+2H2O
C．电解一段时间后溶液中浓度减小
D．电解结束，可通过调节除去，再加入溶液以获得
【答案】D
【详解】A．由分析可知，电极B为阳极，发生氧化反应，A错误；
B．由分析可知，电极B为阳极，电极反应式为2H2O+Mn2+-2e-=MnO2+4H+，B错误；
C．由分析可知，电解的总反应方程式为，反应生成了，电解一段时间后，溶液中浓度增大，C错误；
D．由分析可知，电解的总反应方程式为2LiMn2O4+4H+2Li++Mn2++3MnO2+2H2O，电解结束后，可通过调节溶液pH将锰离子转化为沉淀除去，然后再加入碳酸钠溶液，从而获得碳酸锂，D正确；
故选D。
8．（2024·内蒙古通辽·模拟预测）四甲基氢氧化铵常用作电子工业清洗剂，以四甲基氯化铵为原料，采用电渗析法合成，其工作原理如图所示(a、b为石墨电极，c、d、e为离子交换膜)，下列说法正确的是
A．电流方向为M→a，b→N
B．a、b两极均有气体生成，且同温同压下体积比为1∶2
C．c为阳离子交换膜，d、e为均阴离子交换膜
D．线路中通过1mol时，两极室电解液质量变化差值为42g
【答案】D
【详解】A．由分析，a为阴极连接电源负极M，b为阳极连接电源正极N，故电流方向a→M，N→b，A错误；
B．a电极为氢离子放电生成氢气，故电极反应方程式为2H++2e-=H2↑，b电极为氢氧根离子放电生成氧气4OH--4e-=O2↑+2H2O，转移电子是1mol，a、b两极产生气体物质的量分别为0.5mol和0.25mol，同温同压下体积比为2∶1，故B错误；
C．钠离子从第四池通过e膜，[(CH3)4N]+从第二池通过c膜，氯离子从第二池通过d膜，得到c、e均为阳离子交换膜，d为阴离子交换膜，故C错误；
D．线路中通过1mole 时，由电极反应，B室产生0.25molO2，同时有1mol钠离子从第四池通过e膜造成质量减小，Δmb=8+23=31g，同时有1mol [(CH3)4N]+从第二池通过c膜，并生成0.5molH2，Δma=74-1=73g，Δma Δmb=42g，故D正确；
本题选D。
考向02 新型电池电极反应式的书写
1．（2024·内蒙古呼和浩特·模拟预测）我国科学家研究出一种新型水系电池，其结构如下图，该电池既能实现乙炔加氢又能提供电能，下列说法正确的是
A．电极a为负极，发生氧化反应
B．通过阴离子交换膜向a电极移动
C．a极的电极反应式为
D．每转移，右侧极室中溶液质量增大16g
【答案】C
【详解】A．由分析可知，电极a为正极，发生还原反应，A错误；
B．通过阴离子交换膜向负极移动，即向b电极移动，B错误；
C．由分析可知，a极的电极反应式为，C正确；
D．每转移，有2mol 转移到右侧极室，发生反应，即增加1mol水的质量，为18g，D错误；
故选C。
2．（2024·内蒙古包头·模拟预测）用黑磷替代石墨，制成的锂离子电池（结构如图），有望解决电动车的续航、充电、耐用三大瓶颈难题，让新能源汽车得到更大的实用性发展。下列说法错误的是
电池反应式：
A．充电时，A极与电源的正极相连
B．放电时，正极电极反应式：
C．放电时，当电路中转移电子时，理论上黑磷质量增加
D．黑磷特殊层状结构有利于快速传导，提升了锂离子电池的容量和充电速度
【答案】C
【详解】A．由分析可知，充电时，与直流电源正极相连的A电极为电解池的阳极，故A正确；
B．由分析可知，放电时，A电极为正极，锂离子作用下Li1 xFePO4在正极得到电子发生还原反应生成LiFePO4，电极反应式为，故B正确；
C．由分析可知，放电时，B电极为原电池的负极，LixP6在负极失去电子发生氧化反应生成锂离子和P6，电极反应式为LixP6—xe—=xLi++P6，电路中转移电子时，理论上黑磷质量减小1.4g，故C错误；
D．由图可知，黑磷特殊层状结构有利于锂离子快速传导，从而提升了锂离子电池的容量和充电速度，故D正确；
故选C。
3．（2024·河南濮阳·二模）镁锂双盐电池是新型二次离子电池，其放电时的工作原理如图所示。
下列说法错误的是
A．充电时，和均向Q极区移动
B．充电时，阴极的电极反应式为
C．放电时，Q电极Mg失去电子，电子经导线流向R电极
D．电池工作时，若外电路中转移电子的物质的量为，则两极的质量变化值相差0.5g
【答案】B
【详解】A．由放电时的工作原理图可知，Q极为负极，R极为正极，充电时，Q极为阴极，阳离子和均向Q极区移动，A项正确；
B．充电时，阳极的电极反应式为，B项错误；
C．放电时，Q极Mg失电子，电子经导线流向R极，C项正确；
D．放电时，Q极的电极反应式为，则转移电子为时，质量变化1.2g；R极的电极反应式为，质量变化0.7g，二者质量变化值相差为，D项正确；
故选B。
4．（2024·四川绵阳·三模）新型高性能可充电电池的工作原理如图所示，正极材料中可反复进行的嵌入和脱出反应。下列说法错误的是
A．充电时，在正极材料中发生脱出反应
B．放电时，负极反应为
C．放电时，转移溶液减少
D．充电时，电池总反应为：
【答案】C
【详解】A．放电时，在正极嵌入，则充电时，在正极材料中发生脱出反应，故A正确；
B．通氢气的电极为负极，放电时，负极上氢气发生氧化反应，溶液呈碱性，电极反应式为，故B正确；
C．放电时，正极反应式为+2xe-=，转移1mol电子正极消耗1molLi+，同时有1molLi+通过阳离子交换膜到溶液中，所以溶液中Li+的物质的量没有减少，故C错误；
D．据放电时的正、负电极反应式，可得放电时的总反应式为=，则充电时电池总反应为：，故D正确；
故答案为：C。
5．（2024·河南·三模）中国科学院福建物质结构研究所某课题组设计并提出了一种基于时间解耦氨分解的新型可充电电池，能实现到的高效转化。已知电极上充放电循环的总反应为，工作原理如图所示：
下列叙述错误的是
A．放电时，锌箔电极的电势小于电极
B．放电时，电极反应式：
C．充电时，锌箔接直流电源的负极
D．交换膜可用阴离子交换膜
【答案】B
【详解】A．由分析可知，放电时，锌箔电极为原电池的负极，电极为正极，则锌箔电极的电势小于电极，故A正确；
B．由分析可知，放电时，电极为正极，水分子在正极得到电子发生还原反应生成氢气和氢氧根离子，电极反应式为2H2O+2e—=H2↑+2OH—，故B错误；
C．由分析可知，充电时，与直流电源负极相连的锌箔电极为阴极，故C正确；
D．由分析可知，放电时，氢氧根离子通过阴离子交换膜由正极移向负极，充电时，氢氧根离子通过阴离子交换膜由阴极移向阳极，故D正确；
故选B。
6．（2024·陕西西安·模拟预测）某大学研究团队推出一种新型Zn-NO2电池。该电池能有效地捕获NO2，将其转化为，再将产生的电解制氨，过程如图所示。下列说法正确的是
A．d电极的电势比c电极的电势高
B．d电极为阴极
C．c极的电极反应为
D．电路中转移0.2 mol 时，理论上能得到1.12 L O2
【答案】A
【详解】A．c 为阴极，d为阳极，d电极的电势比c电极的电势高，故A正确；
B．由上述分析可知，d为阳极，故B错误；
C．c极为阴极，得到电子转化为NH3，电极反应为：+6e +7H+＝NH3+2H2O，故C错误；
D．d为阳极，电极反应式为：2H2O 4e ＝O2↑+4H+，电路中转移0.2mole-时，理论上能得到0.05molO2，标况下的体积为0.05mol×22.4mol/L=1.12L，D选项中并未说明是标况，此时无法得知O2的体积，故D错误。
答案选A。
7．（2025·云南·模拟预测）低空经济为新能源电池拓宽了应用场景。一种新型光伏电池工作原理如图所示，其中为电解质溶液。太阳光照下，敏化后的产生电子和空穴，驱动电流产生和离子移动。下列说法错误的是
A．电池工作时，涉及光能转化为电能
B．敏化电极是负极
C．电极反应为：
D．光敏化剂结构中，中心离子的配位数是6
【答案】C
【详解】A．该装置是光伏电池，太阳光照下敏化后的产生电子和空穴，驱动电流产生和离子移动，所以电池工作时，涉及光能转化为电能，A正确；
B．太阳光照下，敏化后的产生电子和空穴，即敏化电极失电子为负极，B正确；
C．电极为正极，发生得电子还原反应，电极电极反应为：，C错误；
D．由图可知，光敏化剂结构中，中心离子与6个N原子成键，配位数是6，D正确；
答案选C。
8．（2025·内蒙古·模拟预测）钾锰铁基普鲁士白是一种钾离子电池正极材料，充电时随着脱出，其结构由Ⅰ经Ⅱ最终转变为Ⅲ；Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ的晶胞俯视图及Ⅱ的晶胞结构如下图所示。下列说法正确的是
A．Ⅲ转化为Ⅰ是非自发过程 B．充电过程中或的价态降低
C．晶体Ⅱ的化学式为 D．晶胞Ⅲ中键数目为24
【答案】C
【详解】A．由分析，Ⅲ转化为Ⅰ是原电池放电过程，原电池中会发生自发的氧化还原反应，A错误；
B．充电过程阳极发生氧化反应，则或的价态升高，B错误；
C．据“均摊法”，晶胞Ⅱ中含个FeC6、个MnN6、4个K，则化学式为，C正确；
D．结合C分析，晶胞Ⅲ中24个CN-，CN-中含有碳氮叁键，1个叁键含有1个σ键2个π键，则其中键数目为48，D错误；
故选C。
考向03 离子交换膜在电化学装置中的应用
1．（2024·山西晋中·模拟预测）我国科学家利用双功能Zn/催化水和共电解生成和甲酸，实现了温室气体二氧化碳电催化转化为高附加值的化学品，其工作原理如图所示：
下列说法中错误的是
A．若外电源使用的是铅蓄电池，则a为电极
B．M为阴极，电极反应式为：
C．从左向右通过阴离子交换膜
D．电解总反应式为：
【答案】A
【详解】A．铅蓄电池中铅电极是负极，二氧化铅电极是正极，因此若外电源使用的是铅蓄电池，则a为电极铅，b为电极，A错误；
B．根据以上分析可知M为阴极，二氧化碳得到电子转化为甲酸根离子，电极反应式为：，B正确；
C．电解池中阴离子向阳极移动，即从左向右通过阴离子交换膜，C正确；
D．反应物是二氧化碳、水和氢氧化钾，生成物是甲酸钾和双氧水，则电解总反应式为：，D正确；
答案选A。
2．（2024·山西太原·二模）电解苯酚的乙腈()水溶液可在电极上直接合成扑热息痛()，电极材料均为石墨。已知：装置工作时，电极a上有生成且能逸出；双极膜中间层中的解离为和，并分别通过其中的阳离子交换膜、阴离子交换膜向两侧发生迁移。下列说法正确的是
A．该装置中双极膜左侧为阳离子交换膜
B．装置工作时，丙池中阴极区附近溶液的pH保持不变
C．电极c的电极反应式为
D．每合成1mol扑热息痛，理论上甲室中溶液的质量减少32g
【答案】C
【详解】A．电极a为负极，结合电极反应，双极膜中的应向左侧移动，则左侧为阴离子交换膜，故A错误；
B．丙中d为阴极，阴极反应为，则阴极区附近pH增大，故B错误；
C．电极c为阳极，电极反应为；故C正确；
D．由C中电极反应可知，每合成1mol扑热息痛，电路中转移2mol电子，结合电极a反应可知甲室生成1mol氧气，同时有2mol转入，则甲室质量增加2g，故D错误；
故选：C。
3．（2024·陕西·模拟预测）近期我国科学家报道了一种低成本高储能液流电池，其工作原理如下图。下列说法中错误的是
A．电极M为正极
B．离子交换膜应选用阳离子交换膜
C．电极N上发生反应的电极反应为
D．理论上N电极质量减少，电路中转移的电子数目为
【答案】B
【详解】A．由浓稀溶液变化分析可知电极M为正极，碘单质在M极上发生反应得电子生成I ，A项正确；
B．离子交换膜应选用阴离子交换膜，使正极区生成的向负极区移动，B项错误；
C．根据电极反应原理判断负极（电极N）上发生氧化反应，电极反应式为，C项正确；
D．根据得失电子守恒可知理论上N电极质量减少，即生成Na+ 1mol，电路中转移的电子数目为，D项正确；
本题选B。
4．（2024·山西晋中·模拟预测）工业上用电解乙烯的方法制取环氧乙烷()，中间隔膜为阴离子交换膜，电极B上生成环氧乙烷，电解质溶液均为食盐水，其电解工作原理如图所示。下列说法不正确的是
A．电极为阳极
B．左侧电解池电解一段时间后溶液的降低
C．电极B发生的电极反应只有2ClCH2CH2OH+2e-=2+H2↑+2Cl-
D．乙烯生成的反应类型为加成反应
【答案】C
【详解】A．由以上分析可知电极A为阳极，故A正确；
B．左侧电极发生反应：，随反应进行，溶液中氢离子浓度增大，溶液的降低，故B正确；
C．电极B上还可能发生，故C错误；
D．乙烯与HClO反应生成，该反应属于加成反应，故D正确；
故选：C。
5．（2024·河南郑州·三模）光电合成、HClO绿色消毒剂具有巨大的潜力。下图中的电解池以含S型异质结双功能催化剂为电极材料电解NaCl溶液，实现了同时生成和HClO。下列说法错误的是
A．b电极的电势高于a电极
B．电解过程中Ⅱ池pH变小
C．离子交换膜为阳离子交换膜时，Ⅱ池溶液质量增大
D．Ⅰ池电极反应为
【答案】C
【详解】A．b（正极）电极的电势高于a（负极）电极，A正确；
B．电解过程中Ⅱ池消耗氢氧根，pH变小，B正确；
C．离子交换膜为阳离子交换膜时，阳离子向Ⅰ池移动，Ⅱ池溶液质量减小，C错误；
D．Ⅰ池为阴极发生反应：，D正确；
故选C。
6．（2024·云南·二模）一种成本低、稳定性好的全碱性多硫化物---空气液流二次电池工作时，原理如图所示。下列说法正确的是
A．连接负载时，电极A为正极
B．连接负载时，负极区的电极反应式为2 - 2e- =
C．连接电源时，电路中每通过2 NA个电子，生成NaOH的质量为80 g
D．膜a为阴离子交换膜，膜b为阳离子交换膜
【答案】B
【详解】A．连接负载时为原电池，电极B为正极，A错误；
B．连接负载时为原电池，电极A为负极，发生氧化反应为阳极区，电极反应为2 - 2e- = ，B正确；
C．连接电源时为电解池，电极B反应为4OH--4e-=O2+2H2O，电极A反应为+ 2e- =2，不产生NaOH，C错误；
D．放电时，正极发生还原反应，反应为O2+2H2O+4e-=4OH-；负极发生氧化反应，反应为2 - 2e- = ；正极区氢氧根离子向左侧运动，离子交换膜b为阴离子交换膜；负极区钠离子向右侧运动，离子交换膜a为阳离子交换膜，D错误；
综上所述答案为B。
7．（2024·四川巴中·一模）燃料电池有望成为低温环境下工作的便携式燃料电池，其工作原理如图所示。下列说法错误的是
A．b为正极 B．负极反应为：
C．离子交换膜C为阳离子交换膜 D．高温条件下可以提高工作效率
【答案】D
【详解】A．由分析可知，b为正极，故A项正确；
B．根据工作原理图可知a电极上失去电子发生氧化反应，其电极反应为：，故B项正确；
C．在原电池中，阳离子向正极移动，所以电池放电时 Na+从a极区移向b极区，则离子交换膜C为阳离子交换膜，故C项正确；
D．高温条件下，过氧化氢分解加快，不能提高工作效率，故D项错误；
故答案选D。
8．（2024·四川德阳·一模）一种成本低、稳定性好的全碱性多硫化物—空气液流二次电池工作时，原理如图所示。下列说法正确的是
A．连接负载时，电极A为正极
B．连接负载时，电极A的反应方程式为
C．连接电源时，电路中每通过个电子，生成的质量为
D．膜a为阴离子交换膜，膜b为阳离子交换膜
【答案】B
【详解】A．连接负载时为原电池，电极B为正极，A错误；
B．连接负载时为原电池，电极A为负极，发生氧化反应，电极反应为2 - 2e- = ，B正确；
C．连接电源时为电解池，电极B反应为4OH--4e-=O2+2H2O，电极A反应为+ 2e- =2，不产生NaOH，C错误；
D．放电时，正极发生还原反应，反应为O2+2H2O+4e-=4OH-；负极发生氧化反应，反应为2 - 2e- = ；正极区氢氧根离子向左侧运动，离子交换膜b为阴离子交换膜；负极区钠离子向右侧运动，离子交换膜a为阳离子交换膜，D错误；
综上所述答案为B。
1．（2024·全国·调研）根据下列要求回答下列问题。
(1)次磷酸钴[Co(H2PO2)2]广泛用于化学镀钴，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，原理如图：
则Co的电极反应式为 ，A、B、C为离子交换膜，其中B为 离子交换膜(填“阳”或“阴”)。
(2)我国科研人员研制出的可充电“Na CO2”电池，以钠箔和多壁碳纳米管(MWCNT)为电极材料，总反应方程式为4Na＋3CO22Na2CO3＋C．放电时该电池“吸入”CO2，其工作原理如图所示：
①放电时，正极的电极反应式为 。
②若生成的Na2CO3和C全部沉积在正极表面，当正极增加的质量为28g时，转移电子的物质的量为 。
③可选用高氯酸钠 四甘醇二甲醚作电解液的理由是 。
【答案】(1) Co-2e-=Co2＋ 阴
(2) 3CO2＋4Na＋＋4e-=2Na2CO3＋C 0.5mol 导电性好、与金属钠不反应、难挥发等
【详解】（1）以金属钴和次磷酸钠为原料，用电解法制备次磷酸钴[Co(H2PO2)2]，Co的化合价从0升高到＋2，则Co的电极反应式为Co-2e-=Co2+，产品室可得到次磷酸钴的原因是阳极室中的Co2＋通过阳离子交换膜进入产品室，原料室中的H2PO通过阴离子交换膜进入产品室与Co2＋结合生成Co(H2PO2)2，所以B是阴离子交换膜；
（2）①放电时，正极发生得到电子的还原反应，则根据总反应式可知电极反应式为3CO2＋4Na＋＋4e-=2Na2CO3＋C；
②根据反应式可知每转移4mol电子，正极质量增加2×106g＋12g=224g，所以当正极增加的质量为28g时，转移电子的物质的量为×4mol=0.5mol；
③根据题干信息以及金属钠的化学性质可知可选用高氯酸钠 四甘醇二甲醚作电解液的理由是其导电性好、与金属钠不反应、难挥发等。
2．（2024·河南·联考）化学电源在日常生活和工业生产中有着重要的应用。
I.如下图所示，某同学设计了一个燃料电池并探究氯碱工业原理和粗铜的精炼原理，其中乙装置中X为阳离子交换膜。请按要求回答相关问题
(1)甲烷燃料电池负极反应式是 。
(2)石墨(C)极的电极反应式为 。
(3)若在标准状况下，有2.24L氧气参加反应，则乙装置中铁极上生成的气体体积为 L；丙装置中阴极析出铜的质量为 g，一段时间后烧杯中c(Cu2+) (填“增大”、“减小”或“不变”)
Ⅱ.“长征”火箭发射使用的燃料是液态偏二甲肼(C2H8N2)，并使用四氧化二氮作为氧化剂，这种组合的两大优点是，既能在短时间内产生巨大能量将火箭送上太空，产物又不污染空气(产物都是空气成分)。某校外研究性学习小组拟将此原理设计为原电池，如图所示，结合学习过的电化学原理分析其设计方案，回答相关问题：
(4)从a口加入 (填名称)。H+移动方向是 (填“A到B”或“B到A”)
(5)A极发生的电极反应式： 。
(6)若以该电池为电源用石墨做电极电解200mL0.5mol/L的CuSO4溶液，电解一段时间后，两极收集到相同体积(相同条件)的气体，则整个电解过程转移的电子的数目是 。
【答案】 CH4－8e－＋10OH－=CO32-＋7H2O 2Cl－－2e－=Cl2↑ 4.48 12.8 减小 偏二甲肼 A到B C2H8N2-16e-+4H2O=2CO2↑+N2↑+16H+ 0.4NA(或2.408×1023)
【详解】I.甲为燃料电池，甲烷通入一极为负极，氧气通入一极为正极；乙为电解池，Fe为阴极，C为阳极，实质为电解饱和食盐水；丙为电解池，粗铜为阳极，精铜为阴极，实质为电解精炼铜。
(1)、甲烷燃料电池负极为CH4，失去电子后结合OH－生成CO32-,其反应式是CH4－8e－＋10OH－=CO32-＋7H2O
本题答案：CH4－8e－＋10OH－=CO32-＋7H2O
(2)、乙为电解池，Fe为阴极，C为阳极，实质为电解饱和食盐水，故石墨(C)极的电极反应式为2Cl－－2e－=Cl2↑
本题答案：2Cl－－2e－=Cl2↑
(3)、标准状况下，2．24L氧气的物质的量为0．1mol，参与反应转移电子数为0．4mol;铁电极为阴极，阳离子放电：2H＋＋2e－=H2，则放出氢气0．2mol，标准状况下体积为4．48L；丙装置中阴极反应式为：Cu2＋＋2e－=Cu，则析出铜0．2mol，即为12．8g。一段时间后烧杯中c(Cu2+)会减少。
本题答案：4.48；12.8；减小
(4)、外电路中电子由A电极流向B电极，由电子转移方向可知A为负极，B为正极，根据原电池原理，还原剂在负极上失去电子发生氧化反应，氧化剂在正极上得电子发生还原反应，则从a口通入偏二甲肼；内电路一般是阳离子向正极移动，阴离子向负极移动，所以H+移动方向是A到B
本题答案：偏二甲肼；A到B
(5)、A为负极，还原剂在负极上失去电子发生氧化反应，又已知产物中气体均为空气组分，所以A极发生的电极反应式C2H8N2-16e-+4H2O=2CO2↑+N2↑+16H+
本题答案：C2H8N2-16e-+4H2O=2CO2↑+N2↑+16H+
(6)、两极收集到相同体积(相同条件)的气体，则阴极除了Cu2+＋2e－＝Cu，还应有2H+＋2e－＝H2↑，阳极的电极反应式4OH--4e－=2 H2O+O2↑,设生成n（O2）=n（H2）=x,
因为n（Cu2+）=0.5mol/L×0.2 L=0.1 mol，由得失电子守恒0.1×2+2x=4x，x=0.1mol，所以n（O2）=n（H2）=0.1 mol，则整个电解过程转移的电子的数目是 0.1 mol×4=0.4 mol ，即0.4NA
本题答案：0.4NA
3．（2024·陕西宝鸡·一模）（1）根据氧化还原反应2H2+O2===2H2O，设计成燃料电池，负极通的气体应是 。
（2）如图为氢氧燃料电池原理示意图，按照此图的提示，下列叙述不正确的是 。
A．a电极是负极
B．b电极的电极反应为4OH－-4e-====2H2O+O2↑
C．氢氧燃料电池是一种具有应用前景的绿色电源
D．氢氧燃料电池是一种不需要将还原剂和氧化剂全部储藏在电池内的新型发电装置
（3）根据氢氧燃料电池电解质溶液的不同，填写下表：
电解质溶液 H2SO4溶液 KOH溶液
负极反应
正极反应
溶液的pH变化
（4）若把H2改为CH4，KOH溶液作电解质溶液，则负极反应为 。
【答案】 H2 B 2H2-4e-=4H+（或H2-2e-=2H+） O2+2H2O+4e-=4OH- 变小 CH4+10OH--8e-=CO32-+7H2O
【详解】（1）根据电池反应式可知在反应中H2被氧化，O2被还原，H2应该在负极上反应，O2应该在正极上反应；正确答案：H2。
（2）燃料电池中，通入燃料氢气的电极是负极，所以a电极是负极，负极上失电子发生氧化反应，A正确；b电极为正极，正极上得电子发生还原反应，B错误；氢氧燃料电池的产物是水，环保无污染，是一种具有应用前景的绿色电源，C正确；氢氧燃料电池是一种不需要将还原剂和氧化剂全部储藏电池内的新型发电装置，D正确；正确选项B。
（3）酸性溶液，负极发生氧化反应，电极反应为H2-2e-=2H+，正极发生还原反应，极反应为O2+4H++4e-=2H2O，生成水导致氢离子浓度减少，pH增大，所以H2SO4溶液：负极：H2-2e-=2H+；正极：O2+4H++4e-=2H2O；溶液的pH变化：增大；H2应该在负极上反应，O2应该在正极上反应，正极的电极反应为O2+2H2O+4e-=4OH-；又因为是碱性溶液，不可能有H+参加或生成，故负极的电极反应为H2-2e-+2OH-=2H2O，生成水导致氢氧根离子的浓度减小，所以溶液的pH减小，所以KOH溶液：负极：H2-2e-+2OH-=2H2O；正极：O2+2H2O+4e-=4OH-；溶液的pH变化：减小；正确答案：2H2-4e-=4H+（或H2-2e-=2H+）；O2+2H2O+4e-=4OH- ； 变小。
（4）如把H2改为甲烷，KOH溶液做电解质，氧气在正极得到电子生成氢氧根离子，则正极为2O2+4H2O+8e-=8OH-，甲烷失电子在碱溶液中反应，甲烷在负极失电子发生氧化反应在碱溶液中生成碳酸盐，此时不会有CO2放出，负极为CH4+10OH--8e-=CO32-+7H2O；正确答案：CH4+10OH--8e-=CO32-+7H2O。
点睛：氢氧燃料电池，随着电解质溶液的不同，极反应也不一样；在硫酸介质中，极反应：负极：H2-2e-=2H+；正极：O2+4H++4e-=2H2O；在氢氧化钠碱性介质中，极反应：正极：O2+2H2O+4e-=4OH-；负极：H2-2e-+2OH-=2H2O；所以在书写电极反应方程式时，要注意反应所在的电解质情况。
4．（2024·河南·一模）锂离子电池广泛应用于日常电子产品中，也是电动汽车动力电池的首选．正极材料的选择决定了锂离子电池的性能．磷酸铁钾(LiFePO4)以其高倍率性、高比能量、高循环特性、高安全性、低成本、环保等优点而逐渐成为“能源新星”。
（1）高温固相法是磷酸铁锂生产的主要方法。通常以铁盐、磷酸盐和锂盐为原料，按化学计量比充分混匀后，在惰性气氛的保护中先经过较低温预分解，再经高温焙烧，研磨粉碎制成。其反应原理如下：
Li2CO3+2FeC2O4 2H2O+2NH4H2PO4═2NH3↑+3CO2↑+ + +
①完成上述化学方程式.
②理论上，反应中每转移0.15mol电子，会生成LiFePO4 g；
③反应需在惰性气氛的保护中进行，其原因是 ；
（2）磷酸亚铁锂电池装置如图所示，其中正极材料橄榄石型LiFePO4通过粘合剂附着在铝箔表面，负极石墨材料附着在铜箔表面，电解质为溶解在有机溶剂中的锂盐。
电池工作时的总反应为：LiFePO4+6CLi1-xFePO4+LixC6，则放电时，正极的电极反应式为 。充电时，Li+迁移方向为 (填“由左向右”或“由右向左”)，图中聚合物隔膜应为 (填“阳”或“阴”)离子交换膜。
（3）用该电池电解精炼铜。若用放电的电流强度I=2.0A的电池工作10分钟，电解精炼铜得到铜0.32g，则电流利用效率为 (保留小数点后一位)。(已知：法拉第常数F=96500C/mol，电流利用效率=100%)
（4）废旧磷酸亚铁锂电池的正极材料中的LiFePO4难溶于水，可用H2SO4和H2O2的混合溶液浸取，发生反应的离子方程式为 。
【答案】 2LiFePO4 2CO↑ 5H2O↑ 23.7 防止Fe(Ⅱ)被氧化 Li1-xFePO4+xLi++xe-═LiFePO4 由左向右 阳 80.4% 2LiFePO4+2H++H2O2═2Li++2Fe3++2PO43-+2H2O
【详解】试题分析：（1）①由原子守恒可知，Li2CO3+2FeC2O4 2H2O+2NH4H2PO4 ═2LiFePO4+2NH3↑+3CO2↑+2CO↑+7H2O↑；故答案为2LiFePO4+2CO↑+5H2O↑；
②C2O42-中C的化合价为+3价，生成CO和CO2，C元素的化合价分别为+2价、+3价，生成2molCO转移2mol电子，同时生成2molLiFePO4，则当反应中每转移0.15mol电子，生成0.15molLiFePO4，其质量为23.7g；故答案为23.7；
③亚铁离子容易被氧气氧化，所以要隔绝氧气，即反应需在惰性气氛的保护中进行；
故答案为防止Fe(II)被氧化；
（2）电池工作时的总反应为：LiFePO4+6CLi1-xFePO4+LixC6，放电时，Li1-xFePO4在正极上得电子发生氧化反应，正极反应为Li1-xFePO4+xLi++xe-═LiFePO4；充电时，正极与外接电源的正极相连为阳极，阳离子向阴极移动，即Li+由左向右移动；电解质为锂盐，锂离子通过交换膜向正极移动，所以交换膜应该为阳离子交换膜；故答案为Li1-xFePO4+xLi++xe-═LiFePO4；由左向右；阳；
（3）电解精炼铜得到铜0.32g时，即铜的物质的量为=0.005mol，所以电解消耗的电量Q=2×0.005mol×96500C/mol，根据放电的电流强度I=2.0A，电池工作10分钟，可计算得电池的输出电量Q=It=2.0×10×60=1200C，所以电流利用效率＝×100%=×100%=80.4%，故答案为80.4%
（4）②LiFePO4中亚铁离子在酸性条件下，被双氧水氧化为铁离子，则发生反应的离子方程式为2LiFePO4+2H++H2O2═2Li++2Fe3++2PO43-+2H2O；故答案为2LiFePO4+2H++H2O2 ═2Li++2Fe3++2PO43-+2H2O。
5．（2024·山西太原·调研）请按要求填空。
(1)一种以葡萄糖为燃料的微生物电池，其工作原理如图所示：
①写出负极电极反应式： ；
②随着电池不断放电，电解质溶液的酸性 (填“增大”、“减小”或“不变”)
(2)查阅资料发现AgSCN为白色难溶物，Ag+可以氧化SCNˉ和Fe2+。为探究SCNˉ和Fe2+的还原性强弱，某同学设计了如图实验装置并进行下列实验。
先断开电键K，向溶液X中滴加0.1mol·L-1KSCN溶液，无明显现象，说明 ；闭合电键K后，若观察到的实验现象有溶液X逐渐变红、右边石墨电极上有固体析出、电流计指针偏转，据此得出的结论是 ，溶液变红的原因是 、 (用电极反应式和离子方程式表示)。
(3)一种新型燃料电池，一极通入空气，另一极通入丁烷气体，电解质是掺杂氧化钇(Y2O3)的氧化锆(ZrO2)晶体，在熔融状态下能传导O2－。 则通入丁烷的一极的电极反应式为： 。
【答案】 C6H12O6＋6H2O-24e-=6CO2↑＋24H+ 减小 溶液中无Fe3+ Fe2+的还原性强于SCN- Fe2+-e-=Fe3+ Fe3++3SCN-=Fe(SCN)3 C4H10 -26e－＋13O2－＝4CO2 ↑＋5H2O
【详解】(1)由工作原理示意图知，以葡萄糖为燃料的微生物电池中，左侧电极上氧气得到电子被还原，正极反应为：O2＋4H＋＋4e－=2H2O；右侧电极上葡萄糖失去电子被氧化，右侧区是负极区，则①负极电极反应式：C6H12O6＋6H2O-24e-=6CO2↑＋24H+；②该电池总反应为：C6H12O6＋6 O2=6CO2↑＋+6H2O，随着电池不断放电，水不断生成、电解质物质的量不变，故电解质溶液的酸性减小；
(2) 先断开电键K，向溶液X中滴加0.1mol·L-1KSCN溶液，无明显现象，说明溶液中无Fe3+；闭合电键K后，若观察到的实验现象有：溶液X逐渐变红即有Fe(SCN)3生成、则负极亚铁离子失去电子被氧化，右边石墨电极上有固体析出、则是银离子得到电子被还原得到银，电流计指针偏转，可见该原电池总反应为：Ag++ Fe2+=Fe3++Ag，则Fe2+被氧化而SCN-没有被氧化，据此得出的结论是Fe2+的还原性强于SCN-，溶液变红的原因是Fe2+-e-=Fe3+、Fe3++3SCN-=Fe(SCN)3；
(3)该丁烷电池总反应为2C4H10＋13 O2＝8 CO2 ↑＋10 H2O，正极反应为：13O2＋52e－=26O2-，按电池总反应=正极反应式+负极反应式知，则-通入丁烷的一极的电极反应式为：2C4H10 -52 e－＋26O2－＝8CO2 ↑＋10H2O；即 C4H10 -26 e－＋13 O2－＝4 CO2 ↑＋5 H2O。
6．（2024·宁夏吴忠·；联考）通常氢氧燃料电池有酸式和碱式两种，试回答下列问题：
(1)在酸式介质中，负极反应的物质为 ，正极反应的物质为 ，酸式电池的电极反应：负极： ，正极： 。电解质溶液pH的变化 （填“变大”，“变小”，“不变”）。
(2)在碱式介质中，碱式电池的电极反应：负极： ，正极： 。电解质溶液pH的变化 （填“变大”，“变小”，“不变”）。
(3)氢氧燃料电池汽车作为上海世博园中的交通工具之一，下列有关说法不正确的是 。
A．太阳光催化分解水制氢气比电解水气氢气更为科学
B．氢氧燃料电池作为汽车动力更能保护环境
C．以稀H2SO4、KOH为介质的氢氧燃料电池的负极电极反应式相同
D．以稀H2SO4、KOH为介质的氢氧燃料电池的总反应式相同
(4)纯电动车采用了高效耐用的一种新型可充电电池，该电池的总反应式为：3Zn＋2K2FeO4＋8H2O3Zn(OH)2＋2Fe(OH)3＋4KOH。
①该电池放电时负极反应式为 。
②放电时每转移3 mol电子，正极有 molK2FeO4被还原。
③放电时，正极发生 (填“氧化”或“还原”)反应；正极反应为 。
④放电时， (填“正”或“负”)极附近溶液的碱性增强。
【答案】 H2 O2 2H2-4e-=4H+ O2+4e-+4H+=2H2O 变大 2H2-4e-+4OH-=2H2O O2+4e-+2H2O=4OH- 变小 C Zn-2e-+2OH-═Zn(OH)2 1 还原 +3e-+4H2O═Fe(OH)3+5OH- 正
【详解】(1)在酸性氢氧燃料电池中，在负极上由H2失电子生成H+，负极的电极反应为：2H2-4e-=4H+；在正极由O2得电子生成OH-，生成的OH-结合H+生成水，正极的电极反应为：O2+4e-+4H+=2H2O；总电极反应式为2H2+O2=2H2O，由于正、负极消耗与生成的H+等量，所以H+的总量不变，但水的总量增加，c(H+)减小，故溶液的pH变大；
(2)在碱式介质中，H2在负极失去电子生成H+，H+结合OH-生成水，故负极的电极反应式为：2H2-4e-+4OH-=2H2O；O2在正极得电子生成OH-，正极的电极反应式为：O2+4e-+2H2O=4OH-，总电极反应式为2H2+O2=2H2O，由于正、负极消耗与生成的OH-等量，所以OH-的总量不变，而水的总量增加，c(OH-)减小，故溶液的pH变小；
(3)A．电解水获得H2消耗较多的能量，而在催化剂作用下利用太阳能来分解H2O获得H2更为科学，A正确；
B．氢氧燃料电池产物H2O无污染，能有效保护环境，B正确；
C．以稀H2SO4、KOH为介质的氢氧燃料电池的负极电极反应式分别为：H2-2e-=4H+，H2-2e-+2OH-=2H2O，可见电解质溶液的酸碱性不同，负极的电极反应式不相同，C错误；
D．以稀H2SO4、KOH为介质的氢氧燃料电池的总反应式均为2H2+O2=2H2O，D正确；
故合理选项是C；
(4)①放电时，负极上Zn失电子发生氧化反应，负极的电极反应式为：Zn-2e-+2OH-=Zn(OH)2；
②放电时，正极上1 mol K2FeO4得3 mol电子发生还原反应生成1 mol Fe(OH)3，所以每转移3 mol电子，正极有1 mol K2FeO4被还原；
③放电时，正极上得到电子发生还原反应，正极的电极反应式为：+3e-+4H2O═Fe(OH)3+5OH-；
④放电时，正极上发生反应：+3e-+4H2O=Fe(OH)3+5OH-，反应产生OH-，使附近溶液中c(OH-)增大，故正极附近溶液的碱性会增强。
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