2022年高考化学专项拔高训练专题8：电化学原理与应用(选择)

专题8：电化学原理与应用(选择)
1．生活污水中的氮和磷元素主要以铵盐和磷酸盐形式存在，可用铁、石墨作电极，用电解法去除。

电解时：如图甲所示原理可进行除氮；翻转电源正负极，可进行除磷，原理是利用Fe2＋将PO3－
转化为Fe3(PO4)2沉淀。

下列说法不正确
4
的是()
A．溶液pH越小，有效氯浓度越大，氮的去除率越高
B．图乙中0～20 min脱除的元素是氮元素，此时石墨作阳极
C．图乙中20～40 min脱除的元素是磷元素，此时阴极电极反应式为2H＋＋
2e－===H2↑
D．电解法除氮中有效氯ClO－氧化NH3的离子方程式为3ClO－＋2NH3===3Cl－＋N2↑＋3H2O
【解析】选A。

随溶液pH降低，c(H＋)增大，Cl2＋H2O===H＋＋Cl－＋HClO的平衡逆向移动，溶液中c(HClO)减小，使NH＋
的氧化率下降，则氮的去除率随
4
pH的降低而下降，故A错误；根据图乙中0～20 min溶液pH的变化可知，脱除的元素是氮元素，此时石墨作阳极，铁作阴极，故B正确；除磷时，Fe作阳极，石墨作阴极，电极反应式为2H＋＋2e－===H2，溶液pH会增大，则图乙中
20～40 min溶液pH增大，所以20～40 min脱除的元素是磷元素，故C正确；电解法除氮有效氯HClO、ClO－将NH＋
4
氧化为N2，ClO－氧化NH3的离子方程式为3ClO－＋2NH3===3Cl－＋N2＋3H2O，故D正确。

2．微生物电池在运行时，可同时实现无污染净化高浓度苯酚污水、高浓度酸性NO－3废水和海水淡化，其装置如图所示。

图中M和N为阳离子交换膜或阴离子交换膜，Z为食盐水模拟海水。

下列说法错误的是()
A．M为阴离子交换膜，N为阳离子交换膜
B．X为高浓度酸性NO－3废水，Y为高浓度苯酚污水
C．每消耗苯酚9.4 g，模拟海水理论上除盐163.8 g
D．电池工作一段时间后，正、负极产生气体的物质的量之比为7∶15
【解析】选B。

根据装置中电子的流向可知，该原电池中生物膜为负极，而碳布为正极，负极区发生氧化反应，则苯酚失电子被氧化为CO2气体，原电池工作时阳离子向正极移动，则N为阳离子交换膜，M为阴离子交换膜，A正确；负极区发生氧化反应，则X为高浓度苯酚污水，发生氧化反应生成CO2气体，而
正极区发生还原反应，Y为高浓度酸性NO－
3
废水，发生还原反应生成N2，B 错误；9.4 g苯酚的物质的量为9.4 g
94 g·mol－1
＝0.1 mol，苯酚中碳元素平均化合价
为－2
3价，完全氧化共转移电子的物质的量为0.1 mol×6×(4＋2
3)＝2.8 mol，根
据电荷守恒，理论除NaCl 2.8 mol，质量为2.8 mol×58.5 g·mol－1＝163.8 g，C正确；负极生成CO2，正极生成N2，1 mol苯酚完全被氧化共生成6 mol CO2，转移28 mol电子，根据电子守恒，正极生成N2的物质的量为28
2×（5－0）
mol＝2.8 mol，则正、负极产生气体的物质的量之比为2.8 mol∶6 mol＝7∶15，D正确。

3．一种可以反复使用的电池结构如图所示。

图中b池的电解质为K2S2、K2S4，
a池的电解质为KBr3、KBr。

充放电时发生的反应为K2S4＋3KBr2K2S2＋KBr3。

下列叙述不正确的是()
A．放电时，左边为正极
B．放电时，当外电路通过1 mol电子时，有1 mol K＋由b池移向a池
C．充电时，阴极发生的电极反应为S2－4＋2e－===2S2－2
D．若将钾离子交换膜换成阴离子交换膜，对该电池工作无影响
【解析】选D。

a池中电解质为KBr3、KBr，放电过程中KBr3转化为KBr，Br 的化合价降低，得电子，则左边为正极，故A正确；由以上分析可知左侧为正极，右侧为负极，钾离子由负极向正极移动，即由b池向a池移动，结合电荷守恒，可知转移1 mol电子时，有1 mol钾离子迁移，故B正确；充电时，阴极发生K2S4转化为K2S2的反应，电极反应为S2－
＋2e－===2S2－2，故C正确；若
4
将钾离子交换膜换成阴离子交换膜，则b池溶液中的阴离子将向负极移动，会与Br－
直接发生反应，降低了电池的效率，故D错误。

3
4．溶液pH对含有碳杂质的金属铝的腐蚀影响关系如图，下列说法正确的是()
A.金属铝在Na 2CO 3稀溶液中腐蚀严重 B ．电解液的pH ＝9.5时，可发生原电池反应，负极反应为Al －3e －===Al 3＋
C ．可用电解法在金属铝表面生成保护膜，其原理为2Al ＋3H 2O=====通电 Al 2O 3
＋3H 2↑
D ．铝制餐具应该经常打磨以保持餐具光亮如新
【解析】选C 。

Na 2CO 3溶液中存在水解平衡：CO 2－3 ＋H 2O HCO －3 ＋OH －，
CO 2－3 浓度增大，水解平衡右移，OH －浓度越大，pH 越大，根据图像知腐蚀越 严重，A 错误；由图可知，pH ＝9.5时，铝被腐蚀，负极反应为Al －3e －＋ 4OH －===AlO －2 ＋2H 2O ，B 错误；将铝作阳极，电解时可形成Al 2O 3保护膜：
2Al ＋3H 2O=====通电 Al 2O 3＋3H 2
↑，C 正确；铝制餐具外面的保护膜防止了铝的进 一步被腐蚀，所以不应经常打磨，D 错误。

5．普通电解水制氢气和氧气的缺点是温度高，能耗大。

铈—钒液流电池在充电状态下产生的Ce 4＋和V 2＋离子可在低温催化条件下用于制备氢气和氧气，该装置示意图如图。

下列说法错误的是( )
A ．在催化剂作用下有利于降低分解水制氢的能耗
B ．铈—钒液流电池在充电状态下总反应为Ce 3＋＋V 3＋=====
通电 Ce 4＋＋V 2＋ C ．工作时，H ＋通过质子交换膜由a 往b 移动
D ．制氧气的离子方程式为4Ce 4＋＋4OH －=====RuO 2 4Ce 3＋＋O 2↑＋2H 2
O 【解析】选D 。

催化剂能够改变反应途径降低反应的活化能，因而能够降低分解水制氢能耗，A 正确；由题干可知：充电状态下可产生Ce 4＋、V 2＋，因而根
据电子守恒、电荷守恒及原子守恒，可得反应方程式为Ce 3＋＋V 3＋=====
通电 Ce 4＋＋V 2＋，B 正确；由图可知：在装置的右侧产生H 2，因此H ＋会通过离子交换膜由a 往b 移动，C 正确；装置中含有质子交换膜，因此有H ＋参加反应，制备O 2的反应方程式中不能有OH －，D 错误。

6．利用如图所示装置可以除去尾气中的H 2S ，其中电化学膜的主要材料是碳和熔融的碳酸盐。

下列说法错误的是( )
A.经过处理所得的净化气可以直接排放
B ．a 电极为阴极，发生还原反应
C ．b 电极通入N 2的目的是将生成的S 2从电极表面及时带出
D．由净化气中CO2含量明显增加可知，尾气处理过程中电化学膜有损耗，需定期更换
【解析】选A。

根据图示可知：在a电极上H2S得到电子变为H2，随净化后的空气逸出，由于H2是可燃性气体，直接排放可能会造成爆炸等事故，因此要经处理后再排放，A错误；在a电极上H2S得到电子被还原为H2，所以a电极为阴极，发生还原反应，B正确；b电极为阳极，S2－失去电子发生氧化反应变为S2，通入N2的目的是将生成的S2从电极表面及时带出，防止其在电极上附着，C正确；净化气中CO2含量明显增加，不是电化学膜中的碳被氧化，而是H2S 是酸性气体，与电化学膜中的碳酸盐反应产生的，因此电化学膜有损耗，需定期更换，D正确。

7．中国科学家研究出对环境污染小、便于铝回收的海水电池，其工作原理示意图如图所示，已知聚丙烯半透膜的作用是允许某类粒子通过。

下列说法正确的是()
A．电极Ⅰ为正极，其电极反应式为O2＋4H＋＋4e－===2H2O
B．聚丙烯半透膜允许阳离子从右往左通过
C．如果电极Ⅱ为活性镁铝合金，则负极区会逸出大量气体
D．当负极质量减少5.4 g时，正极消耗3.36 L气体
【解析】选C。

该装置为原电池，由电子流向可知电极Ⅰ作正极、电极Ⅱ铝作负极。

正极上得电子，发生还原反应，因介质为碱性，故电极反应式为O2＋2H2O ＋4e－===4OH－，A错误；原电池中阳离子移向正极，阴离子移向负级，根据题意知要便于铝回收，所以聚丙烯半透膜不允许Al3＋通过，B错误；如果电极Ⅱ为活性镁铝合金，就会构成无数个微型原电池，镁为负极，铝为正极，溶液中H ＋得电子产生氢气，所以负极区会逸出大量气体，C正确；根据得失电子守恒进
行计算，n(O2)＝m（Al）
M（Al）×
3
4＝
5.4 g
27 g·mol－1
×
3
4＝0.15 mol，但题中未标明是否
在标准状况下，故无法计算消耗气体的体积，D错误。