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章末整合提升 体系构建 素养提升
主题一　锂离子电池再探
　　　如图是钴酸锂电池，其负极材料为嵌锂石墨，正极材料为LiCoO2（钴酸锂），电解质溶液为LiPF6（六氟磷酸锂）的碳酸酯溶液（无水）。该电池的充、放电原理为LixCy＋Li1－xCoO2LiCoO2＋Cy。
1.上述锂离子电池放电时，电极a和电极b分别是哪一极？
提示：电极a为正极，电极b为负极。
2.充电时，电极a、电极b分别接外电源的哪一极？写出充电时这两极的电极反应式。
提示：充电时，电极a接电源的正极，则阳极反应式为LiCoO2－xe－xLi＋＋Li1－xCoO2，电极b接电源的负极，则阴极反应式为Cy＋xLi＋＋xe－LixCy。
1.（2025·赤峰高二期末）一种锂离子电池的结构如图，该电池总反应为Li1－xCoO2＋LixCLiCoO2＋C，下列说法正确的是（　　）
A.隔膜为阴离子交换膜
B.放电时，Li＋往石墨层移动
C.充电时，a极与外接电源的正极相连
D.充电时，b极质量会减少
解析：C　根据总反应方程式可知，放电时Li作负极，故b极为负极，a极为正极；充电时，a极与电源的正极相连，作阳极，b极与电源的负极相连作阴极。Li＋需要通过隔膜，故隔膜为阳离子交换膜，A错误；放电时，Li＋向正极移动，即向a极移动，B错误；a极与电源的正极相连，C正确；充电时，b极的电极反应式为xLi＋＋xe－＋CLixC，b极质量增加，D错误。
2.（2025·昆明高二检测）锰酸锂离子电池在混合动力车等大型蓄电池应用领域占据主导地位。电池反应式为Li1－xMnO4＋LixCyLiMnO4＋Cy，下列有关说法错误的是（　　）
A.充电时，阴极电极反应式为Cy＋xLi＋＋xe－LixCy
B.充电时，电池上标有“－”的电极应与外接电源的负极相连
C.放电时，电池的正极反应为Li1－xMnO4＋xLi＋＋xe－LiMnO4
D.放电时，负极质量减少1.4 g，转移0.4 mol电子
解析：D　结合电池反应，充电时，阴极反应为Cy＋xLi＋＋xe－LixCy，A正确；充电时，电池上标有“一”的电极应与外接电源的负极相连，B正确；放电时，电池的正极反应为Li1－xMnO4＋xLi＋＋xe－LiMnO4，C正确；放电时，负极反应为LixCy－xe－xLi＋＋Cy，负极质量减少1.4 g，锂的物质的量减少0.2 mol，则转移0.2 mol电子，D错误。
3.LiPON薄膜锂离子电池是目前研究最广泛的全固态薄膜锂离子电池。如图为其工作示意图，LiPON薄膜只允许Li＋通过，放电时Li＋移动方向如图中所示，电池总反应为LixSi＋Li1－xCoO2Si＋LiCoO2。下列有关说法正确的是（　　）
A.a极电极电势高于b极
B.LiPON薄膜在充、放电过程中质量发生变化
C.放电时b极发生的反应为Li1－xCoO2＋xe－＋xLi＋LiCoO2
D.导电介质c可以是Li2SO4溶液
解析：C　由放电时Li＋移动方向可知，a极为负极，电极反应为LixSi－xe－xLi＋＋Si，b极为正极，电极反应为Li1－xCoO2＋xe－＋xLi＋LiCoO2，C正确；放电时，a极（负极）电极电势低于b极（正极）电极电势，A错误；LiPON薄膜在充、放电过程中仅仅起到传导Li＋的作用，并未参与电极反应，故其质量不发生变化，B错误；由于2Li＋2H2O2LiOH＋H2↑，故导电介质c中不能有水，则不可以是Li2SO4溶液，D错误。
归纳总结
1.锂离子电池与锂电池
（1）锂离子电池是一类电池，其正极材料除LiCoO2外，还有LiNiO2、LiMnO4等，负极材料为锂—碳层间化合物LixC6（金属锂和碳的复合材料），以溶有锂盐的LiPF6，LiAs6的有机导体或高分子材料为电解质。
（2）与锂有关的电池除锂离子电池外，还有一类称为锂电池，其负极是金属锂，正极是的盐，固体电解质为能够传导Li＋的LiI晶体，可将放电时负极产生的Li＋传导到正极与碘的还原产物I－结合。
2.二次电池原理分析的思维模型
主题二　电化学原理在环境治理与保护中的应用
（一）利用原电池原理处理有毒气体
　　　硫化氢是一种具有臭鸡蛋气味的有毒气体，我国最近在太阳能光电催化—化学耦合分解硫化氢的研究中获得新进展，相关装置如图所示。
1.指出电极a、b的名称，并写出电极反应式。
提示：该装置是原电池装置，从电子流向判断a极为负极，电极反应式：Fe2＋－e－Fe3＋；b极为正极，电极反应式：2H＋＋2e－H2↑。
2.结合离子方程式分析H2S气体去除的原理。
提示：除去H2S的过程涉及两个反应步骤，第一步，Fe2＋在电极上发生反应：Fe2＋－e－Fe3＋；第二步，生成的铁离子氧化硫化氢生成硫单质，离子方程式为2Fe3＋＋H2S2Fe2＋＋S↓＋2H＋。
（二）利用电解原理处理工业废水
　采用电解法可以除去工业污水中的CN－，原理如图所示。通电前先向含CN－的污水中加入适量的NaCl并调整其pH维持碱性（CN－不参与电极反应）。
1.判断电源X、Y极名称，并写出装置中a、b两电极的电极反应式。
提示：右侧Cl－→ClO－发生氧化反应，故b为阳极，因此电源Y为正极，X为负极。
阳极反应式：Cl－－2e－＋2OH－ClO－＋H2O；
阴极反应式：2H2O＋2e－H2↑＋2OH－。
2.判断隔膜1、隔膜2是阳离子交换膜还是阴离子交换膜？试用方程式表示两隔膜间污水的去除原理。
提示：污水中的CN－透过隔膜2进入阳极室，阳极产生的ClO－将CN－氧化成N2，故隔膜2为阴离子交换膜；阴极室H＋（水）放电产生OH－，所以Na＋向左侧移动，故隔膜1是阳离子交换膜。用ClO－去除CN－的反应为5ClO－＋2CN－＋H2O5Cl－＋2CO2↑＋N2↑＋2OH－。
3.当去除污水中26 g CN－时，线路中转移电子的物质的量是多少？
提示：根据阳极反应式：Cl－－2e－＋2OH－ClO－＋H2O，ClO－氧化CN－的反应：5ClO－＋2CN－＋H2O5Cl－＋N2↑＋2OH－＋2CO2↑可知，去除26 g CN－（1 mol），需要2.5 mol ClO－，线路中转移电子的物质的量为2.5 mol×2＝5 mol。
4.利用如图所示的电解池可以除去废水中的尿素[CO（NH2）2]。下列说法错误的是（　　）
A.b为直流电源的负极
B.该电解池工作时，废水中NaCl的浓度保持不变
C.该电解池工作时，H＋由M极区通过质子交换膜移向N极区
D.若导线中通过6 mol电子，理论上可生成1 mol N2
解析：B　由题图可知，N极区生成H2，N极作阴极，故b为直流电源的负极，A项正确；该电解池工作时，阳极的电极反应为2Cl－－2e－Cl2↑，溶液中发生反应：3Cl2＋CO（NH2）2＋H2O6Cl－＋6H＋＋CO2＋N2，由得失电子守恒可知，该过程中NaCl的物质的量不变，且消耗水，故废水中NaCl的浓度增大，B项错误；电解池中，阳离子向阴极移动，故该电解池工作时，H＋由M极区通过质子交换膜移向N极区，C项正确；由阳极区发生的反应可知，若导线中通过6 mol电子，理论上可生成1 mol N2，D项正确。
5.某工厂采用电解法处理含铬废水，耐酸电解槽用铁板作阴、阳极，原理示意图如图。经过一段时间后，有Cr（OH）3和Fe（OH）3沉淀随废水排出，从而使废水中铬含量低于排放标准。下列说法错误的是（　　）
A.阴极区发生的电极反应：2H＋＋2e－H2↑
B.还原Cr2的主要方程式是Cr2＋6Fe2＋＋14H＋2Cr3＋＋6Fe3＋＋7H2O
C.废水的pH过高或过低均会降低铬的去除率
D.电解槽工作时，Cr2通过阴离子交换膜从阳极室进入阴极室
解析：D　耐酸电解槽用铁板作阴、阳极，在阴极，H＋得电子生成H2；在阳极，Fe失电子生成Fe2＋，Fe2＋将Cr2还原为Cr3＋，同时Fe2＋被氧化为Fe3＋；Cr2、OH－从阴极室进入阳极室，OH－与Fe3＋、Cr3＋反应生成Cr（OH）3和Fe（OH）3沉淀。在阴极区，H＋得电子，发生的电极反应：2H＋＋2e－H2↑，A正确；在阳极区，Fe失电子生成的Fe2＋还原Cr2，主要方程式是Cr2＋6Fe2＋＋14H＋2Cr3＋＋6Fe3＋＋7H2O，B正确；若废水的pH过高，会直接与Fe2＋反应生成Fe（OH）2沉淀，影响Cr2的还原，若pH过低，会将Cr（OH）3和Fe（OH）3沉淀溶解，故废水的pH过高或过低都会降低铬的去除率，C正确；电解槽工作时，因为Cr2要进入阳极区被Fe2＋还原，所以Cr2通过阴离子交换膜从阴极室进入阳极室，D错误。
主题三　电有机合成再探
　　　制造尼龙-66的原料己二腈[NC（CH2）4CN]用量很大，传统上以乙炔和甲醛为原料经过很长路线才能合成己二腈。如改用电合成法，则先以丙烯为原料制备丙烯腈（CH2CHCN），再用丙烯腈电合成己二腈，已知电合成己二腈的总反应为2CH2CHCN＋H2ONC（CH2）4CN＋O2↑，其装置如图。
1.已知丙烯腈（CH2CHCN）和己二腈[NC（CH2）4CN]中氮元素的化合价为－3价，试判断电极a、电极b是电解池的阳极还是阴极？
提示：依据化合物中元素化合价的代数和为0的原则可知，丙烯腈中碳元素的平均价态为0价，己二腈中碳元素的化合价为－价。故左室中丙烯腈转化为己二腈，碳元素的化合价降低，发生还原反应，故a为阴极，b为阳极。
2.四甲基溴化铵[（CH3）4NBr]的作用是什么？试判断装置中的离子交换膜是阳离子交换膜还是阴离子交换膜？
提示：（CH3）4NBr可增加溶液中的离子浓度，故可增加溶液的导电性；溶液中的H＋通过离子交换膜移向阴极，故为阳离子交换膜（或质子交换膜）。
归纳总结
1.在电有机合成中，有机物可在阳极生成，也可在阴极生成，还可以与电极产物反应后生成。
2.有机化合物中化合价分析：氢元素显＋1价，氧元素显－2价，按照化合物中化合价的代数和为0求碳元素的化合价。
6.制造尼龙-66的原料己二腈[NC（CH2）4CN]，传统上以乙炔和甲醛为原料经过很长路线才能合成。近年来将丙烯氰电解生成己二腈的电有机合成法在工业化生产中已经非常成熟。其总反应为4CH2CHCN＋2H2O2NC（CH2）4CN＋O2↑。下列说法错误的是（　　）
A.若电解过程有1 mol电子转移，理论上阳极生成0.25 mol气体
B.阳极电极反应式为2CH2CHCN＋2H＋＋2e－NC（CH2）4CN
C.很多不能自发进行的氧化还原反应可以通过电解法来实现
D.与传统有机合成相比，电有机合成法反应条件温和、反应试剂纯净且生产效率高
解析：B　总反应为4CH2CHCN＋2H2O2NC（CH2）4CN＋O2↑，O元素化合价从－2价升至0价，每转移4 mol电子生成1 mol氧气，则若电解过程有1 mol电子转移，理论上阳极生成0.25 mol气体，A正确；阳极发生氧化反应，电极反应为2H2O－4e－4H＋＋O2↑，B错误；不能自发进行的氧化还原反应，通过电解原理有可能实现，如铜和稀硫酸的反应，铜作阳极被氧化，可生成硫酸铜，C正确；电有机合成是以电流产生的电子作为氧化剂和还原剂，电子就是清洁的反应试剂，在反应体系中除原料和生成物外通常不含其他试剂，产物易分离、纯度高、污染少、生产效率高，D正确。
7.医用口罩的外层喷有丙烯的聚合物聚丙烯。某科研机构在酸性条件下，用石墨棒作电极，将CO2转化为丙烯（CH2CH—CH3），原理如图所示。下列有关叙述正确的是（　　）
A.a为电源正极
B.左池的电极反应：3CO2－18e－＋18H＋CH2CH—CH3＋6H2O
C.H＋从右池通过质子交换膜进入左池
D.若制取过程中转移3 mol电子，则产生11.2 L丙烯
解析：C　左池电极CO2转化为丙烯，碳元素由＋4价降低为－2价，故左池电极为阴极，电极反应为3CO2＋18e－＋18H＋CH2CH—CH3＋6H2O，a极为负极，A、B错误；H＋通过质子交换膜从右池进入左池，C正确；未指明是否为标准状况，无法计算丙烯的体积，D错误。
8.电有机合成反应温和高效，体系简单，环境友好。电解合成1，2-二氯乙烷的实验装置如图所示。下列说法错误的是（　　）
A.该装置工作时，NaCl溶液的浓度不断减小
B.液相反应中，C2H4转变为1，2-二氯乙烷的同时，CuCl转变为CuCl2
C.该装置总反应为CH2CH2＋2H2O＋2NaClH2↑＋2NaOH＋ClCH2CH2Cl
D.离子交换膜X、Y分别为阴离子交换膜、阳离子交换膜
解析：B　钠离子进入阴极区，氯离子进入阳极区，氯化钠浓度逐渐减小，A、D正确；CuCl2能将C2H4氧化为1，2-二氯乙烷，B错误；以NaCl和CH2CH2为原料合成1，2-二氯乙烷中，CuClCuCl2CuCl，CuCl循环使用，其实质是NaCl、H2O与CH2CH2反应，所以总反应为CH2CH2＋2H2O＋2NaClH2↑＋2NaOH＋ClCH2CH2Cl，C正确。
一、原电池原理及其应用
1.（2024·河北高考13题）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2CO2＋MgMgC2O4
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
解析：C　由题图知，该电池放电时CO2转化为MgC2O4，C元素化合价降低发生还原反应，则多孔碳纳米管电极作正极，Mg电极作负极，Mg失电子转化为Mg2＋。放电时，电池的总反应为2CO2＋MgMgC2O4，A正确；充电时多孔碳纳米管电极作阳极，与电源正极相连，B正确；充电时，Mg电极作阴极，电子由阳极经外电路流向Mg电极，C错误；放电时，CO2中C元素由＋4价降为＋3价，故转移1 mol电子时，理论上转化1 mol CO2，D正确。
2.（2024·新课标卷12题）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
解析：C　由题图中的物质转化知，a极作正极，电极反应为2H2O＋O2＋4e－4OH－，b极作负极，电极反应为C6H12O6＋2CuOC6H12O7＋Cu2O，Cu2O＋2OH－－2e－2CuO＋H2O，该电池的总反应为2C6H12O6＋O22C6H12O7，A正确；由题图可知，b电极上发生转化：CuO→Cu2O→CuO，反应前后CuO的性质和数目不变，故b电极上CuO通过Cu（Ⅱ）和Cu（Ⅰ）相互转变起催化作用，B正确；根据负极的电极反应式可知，当消耗18 mg（0.1 mmol）葡萄糖时，转移0.2 mmol电子，故理论上a电极有0.2 mmol电子流入，C错误；电池中，阳离子向正极迁移，由分析知，b电极为负极，a电极为正极，故两电极间血液中的Na＋在电场驱动下的迁移方向为b→a，D正确。
二、电解原理及其应用
3.（2024·甘肃高考7题）某固体电解池工作原理如图所示，下列说法错误的是（　　）
A.电极1的多孔结构能增大与水蒸气的接触面积
B.电极2是阴极，发生还原反应：O2＋4e－2O2－
C.工作时O2－从多孔电极1迁移到多孔电极2
D.理论上电源提供2 mol e－能分解1 mol H2O
解析：B　由题图可知，多孔电极1上H2O（g）发生还原反应生成H2（g），则多孔电极1为阴极，电极反应式为2H2O＋4e－2H2＋2O2－；多孔电极2上O2－发生氧化反应生成O2（g），多孔电极2为阳极，电极反应式为2O2－－4e－O2↑。多孔电极表面积大，可增大其与水蒸气的接触面积，A项正确；电极2作阳极，O2－发生氧化反应，电极反应式为2O2－－4e－O2↑，B项错误；电解池中阴离子向阳极移动，即O2－从多孔电极1向多孔电极2移动，C项正确；阴极的电极反应式为2H2O＋4e－2H2＋2O2－，则分解2 mol H2O时电路中通过4 mol电子，故理论上电源提供2 mol电子能分解1 mol H2O，D项正确。
4.（2024·湖南高考10题）在KOH水溶液中，电化学方法合成高能物质K4C6N16时，伴随少量O2生成，电解原理如图所示，下列说法正确的是（　　）
A.电解时，OH－向Ni电极移动
B.生成C6的电极反应：2C3N8H4＋8OH－－4e－C6＋8H2O
C.电解一段时间后，溶液pH升高
D.每生成1 mol H2的同时，生成0.5 mol K4C6N16
解析：B　由电解原理图可知，Ni电极产生H2，发生还原反应，作阴极，电解质溶液为KOH水溶液，则电极反应为2H2O＋2e－H2↑＋2OH－；Pt电极C3N8H4被氧化生成C6，作阳极，电极反应为2C3N8H4＋8OH－－4e－C6＋8H2O，同时，Pt电极还伴随少量O2生成，电极反应为4OH－－4e－O2↑＋2H2O。Ni电极为阴极，Pt电极为阳极，电解过程中，OH－向阳极即Pt电极移动，A错误；生成C6的电极反应为2C3N8H4＋8OH－－4e－C6＋8H2O，B正确；阳极主要反应为2C3N8H4－4e－＋8OH－C6＋8H2O，阴极反应为2H2O＋2e－，则电解过程中发生的总反应主要为2C3N8H4＋4OH－C6＋4H2O＋2H2↑，反应消耗OH－，生成H2O，电解一段时间后，溶液pH降低，C错误；由总反应：2C3N8H4＋4OH－C6＋4H2O＋2H2↑可知，每生成1 mol H2，生成0.5 mol K4C6N16，但Pt电极伴随少量O2生成，发生电极反应：4OH－－4e－O2↑＋2H2O，则生成1 mol H2时得到的部分电子由OH－放电产生O2提供，所以生成K4C6N16小于0.5 mol，D错误。
三、复杂的新型电化学装置
5.（2024·山东高考13题）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.电解总反应式为Br－＋3H2OBr＋3H2↑
D.催化阶段反应产物物质的量之比n（Z）∶n（Br－）＝3∶2
解析：B　电极b上Br－发生失电子的氧化反应转化成Br，电极b为阳极，电极反应为Br－－6e－＋3H2OBr＋6H＋，则电极a为阴极，电极a的电极反应为2H＋＋2e－H2↑，电解总反应式为Br－＋3H2OBr＋3H2↑，A、C项正确；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；催化阶段，Br元素的化合价由＋5价降至－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，反应产物物质的量之比n（O2）∶n（Br－）＝6∶4＝3∶2，D项正确。
6.（2024·吉林高考12题）“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、反应速率缓慢的问题，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－2e－＋4OH－2HCOO－＋2H2O＋H2↑
解析：A　b极上HCHO在碱性溶液中被氧化为HCOO－，则b极为阳极，阳极反应为2HCHO－2e－＋4OH－2HCOO－＋2H2O＋H2↑，阴极反应为2H2O＋2e－2OH－＋H2↑。传统电解水过程中每转移4 mol e－，可制得2 mol H2，耦合HCHO高效制H2过程中每转移4 mol e－，阴、阳极均可产生2 mol氢气，则相同电量下H2理论产量是传统电解水的2倍，A错误；阴极的电极反应为2H2O＋2e－2OH－＋H2↑，B正确；综合图像中的离子交换膜为阴离子交换膜及电解池中阴离子向阳极移动知，OH－通过阴离子交换膜向b极方向移动，C正确；由上述分析可知，D正确。
7.（2024·湖北高考14题）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.阳极总反应式为2HCHO＋4OH－－2e－2HCOO－＋H2↑＋2H2O
D.阴极区存在反应H2C2O4＋2H＋＋2e－CHOCOOH＋H2O
解析：B　左侧PbCu电极的Pb表面HOOC—COOH转化为HOOC—CHO，发生脱氧的还原反应，Cu表面HOOC—CHN—OH转化为HOOC—CH2—N＋H3，发生脱氧、加氢的还原反应，因此PbCu电极为阴极；根据题干信息，右侧Cu电极上发生失电子的氧化反应，因此Cu电极为阳极。根据题干信息可知，Cu电极所在的阳极区先后发生反应：HCHO＋OH－HOCH2O－、HOCH2O－＋OH－[OCH2O]2－＋H2O、[OCH2O]2－－e－HCOO－＋H·，H·可转化为H2，则阳极总反应式为2HCHO＋4OH－－2e－2HCOO－＋H2↑＋2H2O，C正确；根据阳极总反应可知，每消耗4个OH－，电路中通过2e－，根据电荷守恒，双极膜中有2个OH－向阳极迁移，即阳极区c（OH－）减小，A正确；据工作原理图知，阴极反应过程：首先Pb上：H2C2O4＋2e－＋2H＋HOOC—CHO＋H2O，然后：HOOC—CHO＋H3N＋OHHOOC—CHNOH＋H2O＋H＋，Cu上：HOOC—CHNOH＋4e－＋5H＋HOOC—CH2N＋H3＋H2O，故阴极总反应为H2C2O4＋H3N＋OH＋6e－＋6H＋H3N＋CH2COOH＋3H2O，由阴极总反应知，理论上生成1 mol H3N＋CH2COOH消耗6 mol H＋，双极膜中有6 mol H2O解离提供出6 mol H＋，B错误；D中所述反应即为阴极反应过程中Pb上发生的反应，D正确。
1 / 2主题一　锂离子电池再探
　　　如图是钴酸锂电池，其负极材料为嵌锂石墨，正极材料为LiCoO2（钴酸锂），电解质溶液为LiPF6（六氟磷酸锂）的碳酸酯溶液（无水）。该电池的充、放电原理为LixCy＋Li1－xCoO2LiCoO2＋Cy。
1.上述锂离子电池放电时，电极a和电极b分别是哪一极？
2.充电时，电极a、电极b分别接外电源的哪一极？写出充电时这两极的电极反应式。
1.（2025·赤峰高二期末）一种锂离子电池的结构如图，该电池总反应为Li1－xCoO2＋LixCLiCoO2＋C，下列说法正确的是（　　）
A.隔膜为阴离子交换膜
B.放电时，Li＋往石墨层移动
C.充电时，a极与外接电源的正极相连
D.充电时，b极质量会减少
2.（2025·昆明高二检测）锰酸锂离子电池在混合动力车等大型蓄电池应用领域占据主导地位。电池反应式为Li1－xMnO4＋LixCyLiMnO4＋Cy，下列有关说法错误的是（　　）
A.充电时，阴极电极反应式为Cy＋xLi＋＋xe－LixCy
B.充电时，电池上标有“－”的电极应与外接电源的负极相连
C.放电时，电池的正极反应为Li1－xMnO4＋xLi＋＋xe－LiMnO4
D.放电时，负极质量减少1.4 g，转移0.4 mol电子
3.LiPON薄膜锂离子电池是目前研究最广泛的全固态薄膜锂离子电池。如图为其工作示意图，LiPON薄膜只允许Li＋通过，放电时Li＋移动方向如图中所示，电池总反应为LixSi＋Li1－xCoO2Si＋LiCoO2。下列有关说法正确的是（　　）
A.a极电极电势高于b极
B.LiPON薄膜在充、放电过程中质量发生变化
C.放电时b极发生的反应为Li1－xCoO2＋xe－＋xLi＋LiCoO2
D.导电介质c可以是Li2SO4溶液
归纳总结
1.锂离子电池与锂电池
（1）锂离子电池是一类电池，其正极材料除LiCoO2外，还有LiNiO2、LiMnO4等，负极材料为锂—碳层间化合物LixC6（金属锂和碳的复合材料），以溶有锂盐的LiPF6，LiAs6的有机导体或高分子材料为电解质。
（2）与锂有关的电池除锂离子电池外，还有一类称为锂电池，其负极是金属锂，正极是的盐，固体电解质为能够传导Li＋的LiI晶体，可将放电时负极产生的Li＋传导到正极与碘的还原产物I－结合。
2.二次电池原理分析的思维模型
主题二　电化学原理在环境治理与保护中的应用
（一）利用原电池原理处理有毒气体
　　　硫化氢是一种具有臭鸡蛋气味的有毒气体，我国最近在太阳能光电催化—化学耦合分解硫化氢的研究中获得新进展，相关装置如图所示。
1.指出电极a、b的名称，并写出电极反应式。
2.结合离子方程式分析H2S气体去除的原理。
（二）利用电解原理处理工业废水
　采用电解法可以除去工业污水中的CN－，原理如图所示。通电前先向含CN－的污水中加入适量的NaCl并调整其pH维持碱性（CN－不参与电极反应）。
1.判断电源X、Y极名称，并写出装置中a、b两电极的电极反应式。
2.判断隔膜1、隔膜2是阳离子交换膜还是阴离子交换膜？试用方程式表示两隔膜间污水的去除原理。
3.当去除污水中26 g CN－时，线路中转移电子的物质的量是多少？
4.利用如图所示的电解池可以除去废水中的尿素[CO（NH2）2]。下列说法错误的是（　　）
A.b为直流电源的负极
B.该电解池工作时，废水中NaCl的浓度保持不变
C.该电解池工作时，H＋由M极区通过质子交换膜移向N极区
D.若导线中通过6 mol电子，理论上可生成1 mol N2
5.某工厂采用电解法处理含铬废水，耐酸电解槽用铁板作阴、阳极，原理示意图如图。经过一段时间后，有Cr（OH）3和Fe（OH）3沉淀随废水排出，从而使废水中铬含量低于排放标准。下列说法错误的是（　　）
A.阴极区发生的电极反应：2H＋＋2e－H2↑
B.还原Cr2的主要方程式是Cr2＋6Fe2＋＋14H＋2Cr3＋＋6Fe3＋＋7H2O
C.废水的pH过高或过低均会降低铬的去除率
D.电解槽工作时，Cr2通过阴离子交换膜从阳极室进入阴极室
主题三　电有机合成再探
　　　制造尼龙-66的原料己二腈[NC（CH2）4CN]用量很大，传统上以乙炔和甲醛为原料经过很长路线才能合成己二腈。如改用电合成法，则先以丙烯为原料制备丙烯腈（CH2CHCN），再用丙烯腈电合成己二腈，已知电合成己二腈的总反应为2CH2CHCN＋H2ONC（CH2）4CN＋O2↑，其装置如图。
1.已知丙烯腈（CH2CHCN）和己二腈[NC（CH2）4CN]中氮元素的化合价为－3价，试判断电极a、电极b是电解池的阳极还是阴极？
2.四甲基溴化铵[（CH3）4NBr]的作用是什么？试判断装置中的离子交换膜是阳离子交换膜还是阴离子交换膜？
归纳总结
1.在电有机合成中，有机物可在阳极生成，也可在阴极生成，还可以与电极产物反应后生成。
2.有机化合物中化合价分析：氢元素显＋1价，氧元素显－2价，按照化合物中化合价的代数和为0求碳元素的化合价。
6.制造尼龙-66的原料己二腈[NC（CH2）4CN]，传统上以乙炔和甲醛为原料经过很长路线才能合成。近年来将丙烯氰电解生成己二腈的电有机合成法在工业化生产中已经非常成熟。其总反应为4CH2CHCN＋2H2O2NC（CH2）4CN＋O2↑。下列说法错误的是（　　）
A.若电解过程有1 mol电子转移，理论上阳极生成0.25 mol气体
B.阳极电极反应式为2CH2CHCN＋2H＋＋2e－NC（CH2）4CN
C.很多不能自发进行的氧化还原反应可以通过电解法来实现
D.与传统有机合成相比，电有机合成法反应条件温和、反应试剂纯净且生产效率高
7.医用口罩的外层喷有丙烯的聚合物聚丙烯。某科研机构在酸性条件下，用石墨棒作电极，将CO2转化为丙烯（CH2CH—CH3），原理如图所示。下列有关叙述正确的是（　　）
A.a为电源正极
B.左池的电极反应：3CO2－18e－＋18H＋CH2CH—CH3＋6H2O
C.H＋从右池通过质子交换膜进入左池
D.若制取过程中转移3 mol电子，则产生11.2 L丙烯
8.电有机合成反应温和高效，体系简单，环境友好。电解合成1，2-二氯乙烷的实验装置如图所示。下列说法错误的是（　　）
A.该装置工作时，NaCl溶液的浓度不断减小
B.液相反应中，C2H4转变为1，2-二氯乙烷的同时，CuCl转变为CuCl2
C.该装置总反应为CH2CH2＋2H2O＋2NaClH2↑＋2NaOH＋ClCH2CH2Cl
D.离子交换膜X、Y分别为阴离子交换膜、阳离子交换膜
一、原电池原理及其应用
1.（2024·河北高考13题）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2CO2＋MgMgC2O4
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
2.（2024·新课标卷12题）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
二、电解原理及其应用
3.（2024·甘肃高考7题）某固体电解池工作原理如图所示，下列说法错误的是（　　）
A.电极1的多孔结构能增大与水蒸气的接触面积
B.电极2是阴极，发生还原反应：O2＋4e－2O2－
C.工作时O2－从多孔电极1迁移到多孔电极2
D.理论上电源提供2 mol e－能分解1 mol H2O
4.（2024·湖南高考10题）在KOH水溶液中，电化学方法合成高能物质K4C6N16时，伴随少量O2生成，电解原理如图所示，下列说法正确的是（　　）
A.电解时，OH－向Ni电极移动
B.生成C6的电极反应：2C3N8H4＋8OH－－4e－C6＋8H2O
C.电解一段时间后，溶液pH升高
D.每生成1 mol H2的同时，生成0.5 mol K4C6N16
三、复杂的新型电化学装置
5.（2024·山东高考13题）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.电解总反应式为Br－＋3H2OBr＋3H2↑
D.催化阶段反应产物物质的量之比n（Z）∶n（Br－）＝3∶2
6.（2024·吉林高考12题）“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、反应速率缓慢的问题，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－2e－＋4OH－2HCOO－＋2H2O＋H2↑
7.（2024·湖北高考14题）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.阳极总反应式为2HCHO＋4OH－－2e－2HCOO－＋H2↑＋2H2O
D.阴极区存在反应H2C2O4＋2H＋＋2e－CHOCOOH＋H2O
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