专题07 电化学原理及其应用(解析版)

专题07 电化学原理及其应用
1．（福建省福州市三中2021届高三质量检测）“太阳水”电池装置如图所示，该电池由三个电极组成，其中 a 为TiO 2电极，b 为Pt 电极，c 为 WO 3 电极，电解质溶液为 pH=3 的 Li 2SO 4-H 2SO 4 溶液。

锂离子交换膜将电池分为 A 、B 两个区，A 区与大气相通，B 区为封闭体系并有 N 2 保护。

下列关于该电池的说法错误的是
A ．若用导线连接a 、c ，则 a 为负极，该电极附近 pH 减小
B ．若用导线连接 a 、c ，则 c 电极的电极反应式为H x WO 3-xe －=WO 3+ xH +
C ．若用导线连接 b 、c ，b 电极的电极反应式为 O 2+4H ++4e －=2H 2O
D ．利用该装置，可实现太阳能向电能转化
【答案】B
【解析】根据示意图可知，a 与c 相连后，a 电极发生失电子的氧化反应所以作负极，考虑到电解质溶液为pH=3的Li 2SO 4-H 2SO 4溶液，所以a 极的电极反应式为：222H O 4e O 4H -+
-=+；由于生成H +，所以a 极附近的pH 下降；A 项正确；根据示意图可知，a 与c 相连后，c 为正极，发生得电子的还原反应，电极反应式应写作：3x 3WO xH xe =H WO +-++；B 项错误；根据示意图，b 与c 若相连，b 极为正极发生氧气的还原反应，考虑到电解质溶液为pH=3的Li 2SO 4-H 2SO 4溶液，所以电极反应式为：
22O 4H 4e =2H O +-
++；C 项正确；连接a 与c 后，将太阳能转变成B 中的化学能，再连接b ，c 后，就可将化学能再转变成电能，最终实现了太阳能向电能的转化，D 项正确；答案选B 。

2．（广东省2021届高三“六校联盟”联考）近日，上海交通大学周保学教授等人提出了一种如下图所示的光电催化体系，该体系既能将2SO 转化为24SO -所释放的化学能用于驱动阴极22H O 的高效生成，也可以实现烟气脱2SO 。

则下列说法错误的是( )
A ．阴极反应为：2222H O 2e H O +-++═
B ．随着反应的进行，阳极区pH 降低
C ．每生成1mol 24SO -
，伴随着221molH O 的生成
D ．电解液中有2个离子交换膜，靠近阳极的为阳离子交换膜，靠近阴极的为阴离子交换膜
【答案】D
【解析】由装置可知，左侧电极为二氧化硫转化为硫酸根，硫元素的价态升高，失电子，作阳极，则直流电源的左侧为正极，所以右侧为阴极，氧气得电子转化为过氧化氢，据此解答。

由分析可知，阴极反应为
氧气得电子转化为过氧化氢，电极方程式为：2222H O 2e H O +-++═，故A 正确；由装置图可看出，阳极（左侧）氢氧根被消耗，碱性减弱，阳极区pH 降低，故B 正确；每生成1mol 24SO -
，要转移2mol 电子，根据电子得失守恒，需要生成221molH O ，故C 正确；由装置图可看出，氢氧根通过靠近阳极的交换膜进入阳极参与反应，应为阴离子交换膜；氢离子通过靠近阴极的交换膜进入阴极参与反应，应为阳离子交换膜，故D 错误；故选D 。

3．（广东省汕头市金山中学2021届高三期中）回收并利用CO 2一直是科研人员研究的热点，科研人员以CO 2为原料在酸性介质中设计出如图装置的原电池。

下列说法正确的是
A ．该过程中仅涉及光能与化学能的转化
B ．转移4 mol 电子时，可能有32 g O 2生成
C ．b 电极反应方程式为2CO 2+12e -+9H 2O ＝C 2H 5OH+12OH -
D ．工作一段时间，电极a 附近溶液的pH 会增大
【答案】B
【解析】从装置图看，电极a 中H 2O →O 2，则此电极为负极，电极反应式为6H 2O-12e -==3O 2↑+12H +；电极b 中，CO 2→CH 3CH 2OH ，则此电极为正极，电极反应式为2CO 2+12e -+12H +==C 2H 5OH+3H 2O 。

该过程中，太阳能转化为化学能，化学能转化为电能，甚至还存在化学能转化为热能，A 不正确；由电极反应式6H 2O-12e -==3O 2↑+12H +看，反应转移4 mol 电子时，可能生成1molO 2，其质量为32g ，B 正确；由以上分析知，b 电极反应方程式为2CO 2+12e -+12H +==C 2H 5OH+3H 2O ，C 不正确；电极a 上发生的反应为
6H 2O-12e -==3O 2↑+12H +，工作一段时间，电极a 附近溶液的pH 会减小，D 不正确；故选B 。

4．（广东省深圳市高级中学2021届高三阶段性测试）在潮湿的深层土壤中，钢管主要发生厌氧腐蚀，有关厌氧腐蚀的机理有多种，其中一种理论为厌氧细菌可促使SO 2-
4与H 2反应生成S 2-，加速钢管的腐蚀，其反应原理如图所示，下列说法正确的是（ ）
A ．厌氧腐蚀属于化学腐蚀
B ．钢管腐蚀的产物中含有FeS 、Fe （OH ）2
C ．正极的电极反应式为4H 2+SO 2-4=S 2-+4H 2O
D ．在钢管表面镀锌或铜均可减缓钢管的腐蚀
【答案】B
【解析】厌氧腐蚀时，有新的物质生成，且有电流产生，属于电化学腐蚀，A 说法错误；钢铁发生析氢腐蚀，负极反应式都是Fe-2e -=Fe 2+，正极反应式为2H ++2e -=H 2↑，24SO -与H 2的反应可表示为：
4H 2+24SO -
厌氧细菌S 2-+4H 2O ，亚铁离子和硫离子反应生成硫化亚铁，硫离子是多元弱酸阴离子，水解分步进行，水解的离子方程式为：S 2-+H 2O ⇌HS -+OH -，亚铁离子和氢氧根离子反应生成氢氧化亚铁沉淀，所以钢管腐蚀的直接产物中含有FeS 、Fe(OH)2，B 说法正确；在潮湿的深层土壤中钢管主要发生厌氧腐蚀，
没有氧气参与反应，正极上水发生还原反应生成H2，电极反应式为2H2O +2e-=2OH-+H2，C说法错误；
在钢管表面镀锌时，锌作原电池的负极，则钢管作正极，能减缓钢管的腐蚀，在钢管的表面镀铜，若表面未破损时，能够保护钢管，但表面破损时，钢管作负极，能加快钢管的腐蚀速率，D说法错误；答案为B。

5．（广东省深圳市高级中学2021届高三阶段性测试）钾(K)资源丰富，成本低廉，用其制作的钾离子电池有着超越锂离子电池的发展前景。

我国科研人员在钾离子电池的研发上做出了巨大的贡献。

如图是我国某科研团队研制的一种钾离子电池充电时的示意图，下列说法不正确的是（）
A．放电时，外电路电子由电极a流向电极b
B．钾离子电池电解液一般选择有机溶剂，但会有一定的安全隐患
C．充电时，每当外电路中转移1mole-，正极材料会“释放”39gK+
D．充电时，电极b上的电极反应式为：WS2+xK++xe-=K x WS2
【答案】A
【解析】该电池充电过程中，K+由类普鲁士蓝物移向WS2层状物中，由此可知，电极a发生氧化反应，电极b发生还原反应，充电过程中，电极a为阳极，电极b为阴极，放电过程中，电极a为正极，电极b为负极，以此解答。

由上述分析可知，放电时，电极b为负极，发生氧化反应，电极a为正极，发生还原反应，因此外电路电子由电极b流向电极a，故A符合题意；钾离子电池电解液基本沿用锂离子电池电解液体系，钾盐主要有六氟磷酸钾（KPF6）、双氟磺酰亚胺钾（KFSI）等，常见的溶剂有碳酸乙烯酯（EC）、碳酸丙烯酯（PC）、碳酸二乙酯（DEC）、碳酸二甲酯（DMC）等，其有机易燃电解质在循环过程中会带来安全威胁，热失控的可能性被认为是引起安全问题的主要问题，故B不符合题意；充电时，原正极材料发生氧化反应“释放”K+，K+带1个单位正电荷，每当外电路中转移1mole-，正极材料会“释放”1molK+(即39gK+)，故C不符合题意；充电时，电极b为阴极，WS2发生还原反应，电极反应式为：WS2+xK++xe-=K x WS2，故D不符合题意；故答案为A。

6．（广东实验中学2021届高三阶段测试）研究金属桥墩腐蚀及防护是跨海建桥的重要课题。

下列有关判断中正确的是( )
A ．用装置①模拟研究时未见a 上有气泡，说明铁没有被腐蚀
B ．②中桥墩与外加电源正极连接能确保桥墩不被腐蚀
C ．③中采用了牺牲阳极的阴极保护法保护桥墩
D ．③中锌板换成性质稳定的银或铜板也能保护桥墩不被腐蚀
【答案】C
【解析】图①是吸氧腐蚀，a 极上O 2被还原生成OH -，而Fe 是负极发生氧化反应生成Fe 2+，Fe 被腐蚀，故A 项错误；金属作电解池的阴极被保护，而桥墩与外加电源正极相连则作阳极，被氧化腐蚀，故B 错误； Zn 比Fe 活泼，Zn 失电子被氧化，Fe 被保护，③中采用了牺牲阳极的阴极保护法保护桥墩，故C 正确； Ag 或Cu 的活泼性没有Fe 强，Fe 失电子而被腐蚀，故D 错误。

所以选C 。

7．（广东实验中学2021届高三阶段测试）利用微生物燃料电池进行废水处理，可实现碳氮联合转化。

某微生物燃料电池的工作原理如图所示，其中M 、N 为厌氧微生物电极。

下列有关叙述错误的是
A ．负极反应式为322CH COO 8e 2H O 2CO 7H --+-+=↑+
B ．电池工作时，H +由M 极区移向N 极区
C ．相同条件下，M 极区生成的2CO 与N 极区生成的2N 的体积之比为3:2
D ．好氧微生物反应器中发生的反应的离子方程式为4232NH 2O NO 2H H O +-++=++
【答案】C
【解析】由图示分析可知微生物燃料电池中，CH 3COO -→CO 2，发生失去电子的氧化反应，则M 为原电池的负极，环境为酸性介质，负极电极反应式为：CH 3COO --8e -+2H 2O═2CO 2+7H +；NO 3-→N 2，反应得电子的还原反应，则N 为原电池的正极，正极电极反应式为：2NO 3-+12H ++10e -═N 2+6H 2O ，电解质溶液中，阴离
子移向负极M ，阳离子移向正极N ；NH 4+在好氧微生物反应器中转化为NO 3-：NH 4++2O 2═NO 3-+2H ++H 2O ，据此解答。

负极失电子，由图可知，M 为负极，3CH COO -
在负极反应生成二氧化碳，其电极反应为322CH COO 8e 2H O 2CO 7H --+-+=↑+，故A 正确； 原电池工作时，阳离子由负极移向正极，所以H +由M 极移向N 极，故B 正确； 3NO -
在N 极反应生成氮气，其电极反应为：
322.2NO 10e 12H N 6H O --+++=+，由两极反应可知，相同条件下，M 、N 两极生成的2CO 和2N 的体积
之比为5：2，故C 错误； 由图可知，好氧微生物反应器中发生的反应为4232NH 2O NO 2H H O +-++=++，故D 正确。

故选C 。

8．（河北省衡水中学2021届高三联考）高氯酸钾是一种强氧化剂和分析试剂，易溶于水。

以氯化钠为原料制备高氯酸钾的一种流程如图所示。

下列说法错误的是
A ．“电解”过程中阴极生成气体的主要成分为H 2
B ．“高温分解”反应中氧化剂和还原剂的物质的量之比为3：1
C ．本实验条件下，KClO 4在水中的溶解度比NaClO 4小
D ．“转化”
过程所得副产物也可在上述流程中循环利用 【答案】B
【解析】惰性电极电解氯化钠溶液，结合流程，阳极是氯离子失电子生成3ClO -
，阴极是氢离子得到电子生成氢气，NaClO 3固体加热高温分解得到NaClO 4，然后加入KCl 溶液转化得到KClO 4，以此解答。

惰性电极
电解氯化钠溶液，结合流程，阳极是氯离子失电子生成3ClO -，阴极是氢离子得到电子生成氢气，故A 正确；
氯酸钠受热分解的化学方程式 4NaClO 3=高温3NaClO 4+NaCl ，该反应是歧化反应，从生成物判断氧化剂和还原剂的物质的量之比，n （氧化剂）：n （还原剂）=n （还原产物）：n （氧化产物）=n （NaCl ）：n （NaClO 4）=1:3，故B 错误；反应NaClO 4+KCl=KClO 4（结晶）+NaCl 能够发生，即在NaClO 4溶液中加入KCl ，可得到KClO 4晶体，依据复分解反应的条件可知：KClO 4在水中的溶解度比NaClO 4小，故C 正确；“转化”过程所得副产物中有NaCl ，可在上述流程中循环利用，故D 正确；故选B 。

9．（河北省衡水中学2021届高三联考）以Ag/AgCl 作参比电极的原电池装置可用于测定空气中氯气的含
量，其工作原理示意图如图所示。

下列说法错误的是
A．采用多孔铂电极可增大电极与电解质溶液和气体的接触面积
B．正极的电极反应式为Cl2+2e-=2C1-
C．外电路中通过0.02 mol e-时，负极区溶液质量减少0.71 g
D．空气中氯气含量可通过一定时间内电流表读数变化和空气流速计算
【答案】C
【解析】由电池总反应为2Ag+Cl2═2AgCl可知，Ag失电子作负极失电子，氯气在正极上得电子生成氯离子。

采用多孔铂电极可增大电极与电解质溶液和气体的接触面积，故A正确；正极上氯气得电子生成氯离子,其电极反应为：Cl2+2e−═2Cl−，故B正确；放电时，当电路中转移0.02mole−时，交换膜左侧会有0.02mol氢离子通过阳离子交换膜向正极移动，同时会有0.02molAg失去0.02mol电子生成银离子，银离子会与氯离子反应生成氯化银沉淀，所以氯离子会减少0.04mol，则负极区溶液质量减少0.04mol⨯71 g/mol=2.84g，故C 错误；氯气的量越多，电流越大，电流表读数越大，可以通过一定时间内电流表读数变化和空气流速计算氯气的含量，故D正确；故选C。

10．（河北省唐山一中2021届高三期中）氧化铅-铜电池是一种电解质可循环流动的新型电池(如图所示)，电池总反应为PbO2+Cu+2H2SO4=PbSO4+CuSO4+2H2O。

下列有关该电池的说法正确的是( )
A．电池工作时，电子由Cu电极经电解质溶液流向PbO2电极
B．电池工作过程中，电解质溶液的质量逐渐减小
C．正极反应式：PbO2+2e-+4H++SO2
4-=PbSO
4
+2H2O
D．电池工作过程中，两个电极的质量均减小
【答案】C
【解析】电池工作时，电子不能流经电解质溶液，只能在外电路中流动，故A项镨误；由电池总反应可知，
若反应的PbO2为1mol，则电解质溶液中增加了2mol O，1 mol Cu，减少了1 mol SO24-，则增加和减少的质量相等，反应前后电解质溶液的质量不变，故B项错误；由总反应可知，PbO2得电子，正极反应式为
PbO2+2e-+4H++SO2
4-=PbSO
4
+2H2O，故C项正确；正极反应生成的硫酸铅附着在PbO2电极上，其质量增加，
故D项错误；故选C。

11．（江苏扬州市2021届高三调研）资源化利用CO2的一种原理如图所示。

下列说法正确的是( )
A．M为电源的负极
B．O2-从电极P移向电极Q
C．电极Q上的反应为CO2+2e-=CO+O2-
D．理论上参与反应的n(CH4)∶n(CO2)=4∶3
【答案】C
【解析】由图知：电极Q上CO2生成CO，碳元素化合价降低，发生还原反应，该装置连接电源为电解池，电极Q为电解池的阴极，N为电源的负极，A错误；电极P为电解池的阳极，根据电解池的“阴阳阳阴”规律，阴离子O2-应移向阳极P，B错误；电极Q上CO2得电子生成CO，已知固体电解质可传输O2-，故Q电极反应式为CO2+2e-=CO+O2-，C正确；当电极P上生成的C2H4、C2H6物质的量之比为1:1时，参与反应的n(CH4)∶n(CO2)=4∶3，但题中未提到C2H4、C2H6物质的量之比，故无法计算甲烷与二氧化碳物质的量之比，D错误；故选C。

12．（辽宁省丹东市五校2021届高三联考）十九大报告中提出要“打赢蓝天保卫战”，意味着对大气污染防治比过去要求更高。

硫化氢—空气质子交换膜燃料电池实现了发电、环保的有效结合，已知：2H2S(g)+O2(g) = S2(s)+2H2O(l) △H= -632 kJ/mol，下列说法正确的是（）
A ．电极a 发生反应为还原反应
B ．标准状况下，每 11.2 L H 2S 参与反应，有1 mol H + 经固体电解质膜进入正极区
C ．当电极a 的质量增加64 g 时，电池内部释放632 kJ 的热能
D ．电极b 上发生的电极反应为O 2+2H 2O+4e - = 4OH -
【答案】B
【解析】由2H 2S(g)+O 2(g) =S 2(s)+2H 2O(l)可知，O 2在正极b 发生还原反应，电极反应式为O 2+4H ++4e - =2H 2O ，
H 2S 在负极a 发生氧化反应，电极反应式为2H 2S-4e -=4H ++S 2。

电极a 为负极，发生氧化反应，A 错误。

由电极反应式2H 2S-4e -=4H ++S 2可知，标准状况下，每 11.2 L H 2S 即0.5 mol H 2S 参与反应，有1 mol H + 经
固体电解质膜进入正极区，B 正确。

反应由化学能转化为电能，电池内部释放的热能小于632 kJ ，C 错误。

该电池是质子固体做电解质，所以电极反应式为O 2+4H ++4e - =2H 2O ，D 错误。

13．（辽宁省辽阳市2021届高三期末）某科研团队设计了负载有Ru 纳米颗粒且具有三维多孔结构的石墨烯基电极，负极为Na 箔，电解质溶液为添加了乙二胺的有机溶剂，构成了2Na SO -电池，其简单示意图如图。

下列有关说法中不正确的是
A ．放电时，正极上的电极反应式为22242Na 2SO 2e =Na S O +-
++
B ．充电时，每转移0.1mol 电子，在阳极可生成标准状况下的气体2.24L
C ．组装电池时，可将乙二胺的有机溶剂电解液改为乙二胺的水溶液
D．该电池使用多孔石墨烯电极有利于气体、电极和电解液的充分接触
【答案】C
【解析】根据题意，负极为Na箔，放电时负极反应式为Na-e-=Na+，结合图示放电时SO2在正极发生得电子的还原反应生成Na2S2O4，正极反应式为2SO2+2e-+2Na+=Na2S2O4，放电时电池总反应为2Na+2SO2=
Na2S2O4；据此分析作答。

根据图示，放电时SO2在正极发生得电子的还原反应生成Na2S2O4，正极上的反应式为2SO2+2e-+2Na+=Na2S2O4，A正确；根据图示，充电时阳极的电极反应式为Na2S2O4-2e-=2Na++2SO2，每转移0.1mol电子，阳极生成0.1molSO2气体，在标准状况下的体积为0.1mol×22.4L/mol=2.24L，B正确；该电池的负极为Na箔，由于Na能与水发生反应：2Na+2H2O=2NaOH+H2↑，故组装电池时不能将乙二胺的有机溶剂电解液改为乙二胺的水溶液，C错误；多孔石墨烯电极具有较大的表面积，故使用多孔石墨烯电极有利于气体、电极和电解液的充分接触，D正确；答案选C。

14．（重庆市第八中学校2021届高三月考卷）图中是利用垃圾假单胞菌株分解有机物的电化学原理图。

下列说法不正确的是( )
A．该过程将化学能转化为电能
B．电子流向：A电极→用电器→B电极
C．A电极上发生氧化反应，电极反应式为：X-2e- =Y+2H+
D．若有机物为葡萄糖(C6H12O6)，处理1mol有机物，12molH+透过质子交换膜移动到右室
【答案】D
【解析】由图示可知，A电极由X转化为Y，该过程是失去了两氢原子，发生氧化反应，为负极，B电极是O2转化为H2O，得到电子发生还原反应，B为正极，据此分析解题：该装置是原电池反应，利用的反应原理为有机物氧化反应，故化学能转化为电能，A正确；由分析可知：A电极为负极，B为正极，故电子由A电极→用电器→B电极，B正确；由图知X到Y少了2个H，有机物升高2价，失去2个电子，电极反应式正确，C正确；由反应C6H12O6+6O2−−→6CO2↑+6H2O 可知1mol葡糖糖反应，转移24mol电子，电
极反应也要转移24mol电子，电解质溶液中转移24mol H+，D错误；故答案为D。

15．（重庆市西南大学附属中学校2021届月考）我国某科研机构研究表明，利用K2Cr2O7可实现含苯酚废
)
水的有效处理，其工作原理如下图所示。

若水分子不能通过阴、阳离子交换膜，则下列说法正确的是(
B．该电池可以在高温下使用
C．一段时间后，中间室中NaCl溶液的浓度减小
D．M的电极反应式为：C6H5OH – 28e－+ 28OH－=6CO2 + 17H2O
【答案】C
【解析】由图可知Cr元素化合价降低，被还原，N为正极，A项错误；该电池用微生物进行发酵反应，不耐高温，B项错误；由于电解质NaCl溶液被阳离子交换膜和阴离子交换膜隔离，使Na+和Cl-不能定向移动，所以电池工作时，负极生成的H+透过阳离子交换膜进入NaCl溶液中，正极生成的OH-透过阴离子交换膜进入NaCl溶液中与H+反应生成水，使NaCl溶液浓度减小。

C项正确；苯酚发生氧化反应、作负极，结合电子守恒和电荷守恒可知电极反应式为C6H5OH-28e－＋11H2O=6CO2↑＋28H＋，D项错误；答案选C。

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