2020高考化学专题《电化学及其应用》习题含解析

电化学及其应用
1．[2019新课标Ⅰ]利用生物燃料电池原理研究室温下氨的合成，电池工作时MV2+/MV+在电极与酶之间传递电子，示意图如下所示。

下列说法错误的是
A．相比现有工业合成氨，该方法条件温和，同时还可提供电能
B．阴极区，在氢化酶作用下发生反应H 2+2MV2+2H++2MV+
C．正极区，固氮酶为催化剂，N2发生还原反应生成NH3
D．电池工作时质子通过交换膜由负极区向正极区移动
【答案】B
【解析】
【分析】由生物燃料电池的示意图可知，左室电极为燃料电池的负极，MV+在负极失电子发生氧化反应生成MV2+，电极反应式为MV+−e−= MV2+，放电生成的MV2+在氢化酶的作用下与H2反应生成H+和MV+，反应的方程式为H2+2MV2+=2H++2MV+；右室电极为燃料电池的正极，MV2+在正极得电子发生还原反应生成MV+，电极反应式为MV2++e−= MV+，放电生成的MV+与N2在固氮酶的作用下反应生成NH3和MV2+，反应的方程式为N2+6H++6MV+=6MV2++NH3，电池工作时，氢离子通过交换膜由负极向正极移动。

【详解】A项、相比现有工业合成氨，该方法选用酶作催化剂，条件温和，同时利用MV+和MV2+的相互转化，化学能转化为电能，故可提供电能，故A正确；
B项、左室为负极区，MV+在负极失电子发生氧化反应生成MV2+，电极反应式为MV+−e−= MV2+，放电生成的MV2+在氢化酶的作用下与H2反应生成H+和MV+，反应的方程式为H2+2MV2+=2H++2MV+，故B错误；C项、右室为正极区，MV2+在正极得电子发生还原反应生成MV+，电极反应式为MV2++e−= MV+，放电生成的MV+与N2在固氮酶的作用下反应生成NH3和MV2+，故C正确；
D项、电池工作时，氢离子（即质子）通过交换膜由负极向正极移动，故D正确。

故选B。

【点睛】本题考查原池原理的应用，注意原电池反应的原理和离子流动的方向，明确酶的作用是解题的关键。

2．[2019新课标Ⅲ]为提升电池循环效率和稳定性，科学家近期利用三维多孔海绵状Zn （3D−Zn ）可以高效
沉积ZnO 的特点，设计了采用强碱性电解质的3D−Zn—NiOOH 二次电池，结构如下图所示。

电池反应为
Zn(s)+2NiOOH(s)+H 2O(l)−−−→←−−−
放电
充电
ZnO(s)+2Ni(OH)2(s)。

下列说法错误的是
A ．三维多孔海绵状Zn 具有较高的表面积，所沉积的ZnO 分散度高
B ．充电时阳极反应为Ni(OH)2(s)+OH −(aq)−e −NiOOH(s)+H 2O(l)
C ．放电时负极反应为Zn(s)+2OH −(aq)−2e −
ZnO(s)+H 2O(l)
D ．放电过程中OH −通过隔膜从负极区移向正极区 【答案】D
【解析】A 、三维多孔海绵状Zn 具有较高的表面积，吸附能力强，所沉积的ZnO 分散度高，A 正确； B 、充电相当于是电解池，阳极发生失去电子的氧化反应，根据总反应式可知阳极是Ni(OH)2失去电子转化为NiOOH ，电极反应式为Ni(OH)2(s)＋OH − (aq)− e − ＝NiOOH(s)＋H 2O(l)，B 正确；
C 、放电时相当于是原电池，负极发生失去电子的氧化反应，根据总反应式可知负极反应式为Zn(s)＋2OH − (aq)− 2e − ＝ZnO(s)＋H 2O(l)，C 正确；
D 、原电池中阳离子向正极移动，阴离子向负极移动，则放电过程中OH − 通过隔膜从正极区移向负极区，D 错误。

答案选D 。

3．[2019天津]我国科学家研制了一种新型的高比能量锌−碘溴液流电池，其工作原理示意图如下。

图中贮液器可储存电解质溶液，提高电池的容量。

下列叙述不正确．．．
的是
A ．放电时，a 电极反应为2I Br 2e 2I Br --
--++
B ．放电时，溶液中离子的数目增大
C ．充电时，b 电极每增重0.65g ，溶液中有0.02mol I -
被氧化 D ．充电时，a 电极接外电源负极 【答案】D 【解析】
【分析】放电时，Zn 是负极，负极反应式为Zn−2e − ═Zn 2＋
，正极反应式为I 2Br − +2e − =2I − +Br − ，充电时，
阳极反应式为Br − +2I − −2e − =I 2Br − 、阴极反应式为Zn 2＋
+2e − =Zn ，只有阳离子能穿过交换膜，阴离子不能穿
过交换膜，据此分析解答。

【详解】A 、放电时，a 电极为正极，碘得电子变成碘离子，正极反应式为I 2Br − +2e − =2I − +Br − ，故A 正确； B 、放电时，正极反应式为I 2Br − +2e − =2I − +Br − ，溶液中离子数目增大，故B 正确；
C 、充电时，b 电极反应式为Zn 2＋+2e − =Zn ，每增加0.65g ，转移0.02mol 电子，阳极反应式为Br − +2I − −2e − =I 2Br − ，有0.02molI − 失电子被氧化，故C 正确；
D 、充电时，a 是阳极，应与外电源的正极相连，故D 错误； 故选D 。

【点睛】本题考查化学电源新型电池，会根据电极上发生的反应判断正负极是解本题关键，会正确书写电极反应式，易错选项是B ，正极反应式为I 2Br − +2e − =2I − +Br − ，溶液中离子数目增大。

4．[2019江苏]将铁粉和活性炭的混合物用NaCl 溶液湿润后，置于如图所示装置中，进行铁的电化学腐蚀实
验。

下列有关该实验的说法正确的是
A ．铁被氧化的电极反应式为Fe−3e −Fe 3+
B ．铁腐蚀过程中化学能全部转化为电能
C ．活性炭的存在会加速铁的腐蚀
D ．以水代替NaCl 溶液，铁不能发生吸氧腐蚀
【答案】C
【解析】
【分析】根据实验所给条件可知，本题铁发生的是吸氧腐蚀，负极反应为：Fe−2e−=Fe2+；正极反应为：O2+2H2O +4e−=4OH−；据此解题；
【详解】A.在铁的电化学腐蚀中，铁单质失去电子转化为二价铁离子，即负极反应为：Fe−2e−=Fe2+，故A 错误；
B.铁的腐蚀过程中化学能除了转化为电能，还有一部分转化为热能，故B错误；
C.活性炭与铁混合，在氯化钠溶液中构成了许多微小的原电池，加速了铁的腐蚀，故C正确；
D.以水代替氯化钠溶液，水也呈中性，铁在中性或碱性条件下易发生吸氧腐蚀，故D错误；
综上所述，本题应选C.
【点睛】本题考查金属铁的腐蚀。

根据电解质溶液的酸碱性可判断电化学腐蚀的类型，电解质溶液为酸性条件下，铁发生的电化学腐蚀为析氢腐蚀，负极反应为：Fe−2e−=Fe2+；正极反应为：2H+ +2e−=H2↑；电解质溶液为碱性或中性条件下，发生吸氧腐蚀，负极反应为：Fe−2e−=Fe2+；正极反应为：O2+2H2O +4e−=4OH−。

5．[2019浙江4月选考]化学电源在日常生活和高科技领域中都有广泛应用。

下列说法不正确
．．．的是A．Zn2+向Cu电极方向移动，Cu电极附近溶液中H+浓度增加
B．正极的电极反应式为Ag2O＋2e−＋H2O2Ag＋2OH−
C．锌筒作负极，发生氧化反应，锌筒会变薄
D．使用一段时间后，电解质溶液的酸性减弱，导电能力下降
【答案】A
【解析】A.Zn较Cu活泼，做负极，Zn失电子变Zn2+，电子经导线转移到铜电极，铜电极负电荷变多，吸引了溶液中的阳离子，因而Zn2+和H+迁移至铜电极，H+氧化性较强，得电子变H2，因而c(H+)减小，A项错误；B. Ag2O作正极，得到来自Zn失去的电子，被还原成Ag,结合KOH作电解液，故电极反应式为Ag2O ＋2e−＋H2O2Ag＋2OH−，B项正确；C.Zn为较活泼电极，做负极，发生氧化反应，电极反应式为Zn−2e−=Zn2+，锌溶解，因而锌筒会变薄，C项正确；D.铅蓄电池总反应式为PbO2+ Pb + 2H2SO4
2PbSO4 + 2H2O，可知放电一段时间后，H2SO4不断被消耗，因而电解质溶液的酸性减弱，导电能力下降，D项正确。

故答案选A。

6．[2018海南]一种镁氧电池如图所示，电极材料为金属镁和吸附氧气的活性炭，电解液为KOH浓溶液。

下列说法错误的是
A．电池总反应式为：2Mg＋O2＋2H2O＝2Mg(OH)2
B．正极反应式为：Mg－2e－＝Mg2＋
C．活性炭可以加快O2在负极上的反应速率
D．电子的移动方向由a经外电路到b
【答案】BC
【解析】A. 电池总反应式为：2Mg＋O2＋2H2O＝2Mg(OH)2，不符合题意；
B. 正极应该是氧气得电子，发生还原反应，反应式为：O2+4e-+4OH-=2H2O，符合题意；
C.氧气在正极参与反应，符合题意；
D.外电路中，电子由负极移向正极，该反应中a为负极，b为正极，故不符合题意；
故答案为BC。

【点睛】尽管原电池外观形形色色，五花八门，但其原理是相同的，即要紧紧抓住原电池中负极失电子发
生氧化反应，正极得电子发生还原反应；外电路中，电子由负极流向正极，电流方向与电子流动方向相反这一基本规律。

7．[2018新课标Ⅲ]一种可充电锂-空气电池如图所示。

当电池放电时，O 2与Li +在多孔碳材料电极处生成Li 2O 2-x （x =0或1）。

下列说法正确的是
A ．放电时，多孔碳材料电极为负极
B ．放电时，外电路电子由多孔碳材料电极流向锂电极
C ．充电时，电解质溶液中Li +向多孔碳材料区迁移
D ．充电时，电池总反应为Li 2O 2-x =2Li+（1－2
x
）O 2 【答案】D
【解析】本题考查的是电池的基本构造和原理，应该先根据题目叙述和对应的示意图，判断出电池的正负极，再根据正负极的反应要求进行电极反应方程式的书写。

A ．题目叙述为：放电时，O 2与Li +在多孔碳电极处反应，说明电池内，Li +向多孔碳电极移动，因为阳离子移向正极，所以多孔碳电极为正极，选项A 错误。

B ．因为多孔碳电极为正极，外电路电子应该由锂电极流向多孔碳电极（由负极流向正极），选项B 错误。

C ．充电和放电时电池中离子的移动方向应该相反，放电时，Li +向多孔碳电极移动，充电时向锂电极移动，选项C 错误。

D ．根据图示和上述分析，电池的正极反应应该是O 2与Li +得电子转化为Li 2O 2-X ，电池的负极反应应该是单质Li 失电子转化为Li +，所以总反应为：2Li + (1－2
x
)O 2 ＝ Li 2O 2-X ，充电的反应与放电的反应相反，所以为Li 2O 2-x ＝ 2Li + (1－
2
x
)O 2，选项D 正确。

点睛：本题是比较典型的可充电电池问题。

对于此类问题，还可以直接判断反应的氧化剂和还原剂，进而判断出电池的正负极。

本题明显是空气中的氧气得电子，所以通氧气的为正极，单质锂就一定为负极。

放电时的电池反应，逆向反应就是充电的电池反应，注意：放电的负极，充电时应该为阴极；放电的正极充
电时应该为阳极。

8．[2018新课标Ⅱ]我国科学家研发了一种室温下“可呼吸”的Na—CO2二次电池。

将NaClO4溶于有机溶剂作为电解液，钠和负载碳纳米管的镍网分别作为电极材料，电池的总反应为：3CO2+4Na2Na2CO3+C。

下列说法错误的是
A．放电时，ClO4－向负极移动
B．充电时释放CO2，放电时吸收CO2
C．放电时，正极反应为：3CO2+4e−＝2CO32－+C
D．充电时，正极反应为：Na++e−＝Na
【答案】D
【解析】原电池中负极发生失去电子的氧化反应，正极发生得到电子的还原反应，阳离子向正极移动，阴离子向负极移动，充电可以看作是放电的逆反应，据此解答。

A．放电时是原电池，阴离子ClO4－向负极移动，A正确；B．电池的总反应为3CO2+4Na2Na2CO3+C，因此充电时释放CO2，放电时吸收CO2，B 正确；C．放电时是原电池，正极是二氧化碳得到电子转化为碳，反应为：3CO2+4e−＝2CO32－+C，C正确；D．充电时是电解，正极与电源的正极相连，作阳极，发生失去电子的氧化反应，反应为2CO32－+C－4e−＝3CO2，D错误。

答案选D。

9．[2018新课标Ⅰ]最近我国科学家设计了一种CO2+H2S协同转化装置，实现对天然气中CO2和H2S的高效去除。

示意图如图所示，其中电极分别为ZnO@石墨烯（石墨烯包裹的ZnO）和石墨烯，石墨烯电极区发生反应为：
①EDTA-Fe2+-e-＝EDTA-Fe3+
②2EDTA-Fe3++H2S＝2H++S+2EDTA-Fe2+
该装置工作时，下列叙述错误的是
A．阴极的电极反应：CO2+2H++2e-＝CO+H2O
B．协同转化总反应：CO2+H2S＝CO+H2O+S
C．石墨烯上的电势比ZnO@石墨烯上的低
D．若采用Fe3+/Fe2+取代EDTA-Fe3+/EDTA-Fe2+，溶液需为酸性
【答案】C
【解析】该装置属于电解池，CO2在ZnO@石墨烯电极上转化为CO，发生得到电子的还原反应，为阴极，石墨烯电极为阳极，发生失去电子的氧化反应，据此解答。

A、CO2在ZnO@石墨烯电极上转化为CO，发生得到电子的还原反应，为阴极，电极反应式为CO2+H＋+2e －＝CO+H2O，A正确；
B、根据石墨烯电极上发生的电极反应可知①+②即得到H2S－2e－＝2H＋+S，因此总反应式为CO2+H2S＝CO+H2O+S，B正确；
C、石墨烯电极为阳极，与电源的正极相连，因此石墨烯上的电势比ZnO@石墨烯电极上的高，C错误；
D、由于铁离子、亚铁离子均易水解，所以如果采用Fe3＋/Fe2＋取代EDTA-Fe3＋/EDTA-Fe2＋，溶液需要酸性，D正确。

答案选C。

点睛：准确判断出阴阳极是解答的关键，注意从元素化合价变化的角度去分析氧化反应和还原反应，进而得出阴阳极。

电势高低的判断是解答的难点，注意从物理学的角度借助于阳极与电源的正极相连去分析。

10．[2018年11月浙江选考]最近，科学家研发了“全氢电池”，其工作原理如图所示。

下列说法不正确
．．．的是
A．右边吸附层中发生了还原反应
B．负极的电极反应是H2－2e－＋2OH－==== 2H2O
C．电池的总反应是2H2＋O2 ==== 2H2O
D ．电解质溶液中Na ＋
向右移动，ClO 向左移动 【答案】C
【解析】由电子的流动方向可以得知左边为负极，发生氧化反应；右边为正极，发生还原反应，故选项A 、B 正确；电池的总反应没有O 2参与，总反应方程式不存在氧气，故C 选项不正确；在原电池中，阳离子向正极移动，阴离子向负极移动，故D 选项正确。

答案选C 。

11．[2017年11月浙江选考]金属(M)－空气电池的工作原理如图所示，下列说法不正确．．．
的是
A ．金属M 作电池负极
B ．电解质是熔融的MO
C ．正极的电极反应：O 2＋2H 2O ＋4e －
＝4OH －
D ．电池反应：2M ＋O 2＋2H 2O ＝2M(OH)2 【答案】B
【解析】A 、金属M 失去电子，作电池负极，A 正确；B 、OH －
向负极移动，所以电解质不可能是熔融的MO ，B 错误；C 、氧气在正极发生得到电子的还原反应，正极的电极反应：O 2＋2H 2O ＋4e －
＝4OH －
，C 正确；D 、根据以上分析可知电池反应：2M ＋O 2＋2H 2O ＝2M(OH)2，D 正确，答案选B 。

点睛：掌握原电池的工作原理是解答的关键，即原电池中较活泼的金属是负极，失去电子，发生氧化反应。

电子经导线传递到正极，所以溶液中的阳离子向正极移动，正极得到电子，发生还原反应。

12．[2017新课标Ⅱ]用电解氧化法可以在铝制品表面形成致密、耐腐蚀的氧化膜，电解质溶液一般为
24224H SO H C O -混合溶液。

下列叙述错误的是
A ．待加工铝质工件为阳极
B ．可选用不锈钢网作为阴极
C ．阴极的电极反应式为：3Al
3e ===Al +
-+
D ．硫酸根离子在电解过程中向阳极移动 【答案】C
【解析】A 、根据原理可知，Al 要形成氧化膜，化合价升高失电子，因此铝为阳极，故A 说法正确；B 、不
锈钢网接触面积大，能增加电解效率，故B说法正确；C、阴极应为阳离子得电子，根据离子放电顺序应是H＋放电，即2H＋＋2e−H 2↑，故C说法错误；D、根据电解原理，电解时，阴离子移向阳极，故D说法正确。

【名师点睛】本题考查电解原理的应用，如本题得到致密的氧化铝，说明铝作阳极，因此电极方程式应是2Al−6e−＋3H 2O Al2O3＋6H＋，这就要求学生不能照搬课本知识，注意题干信息的挖掘，本题难度不大。

13．[2017海南]一种电化学制备NH3的装置如图所示，图中陶瓷在高温时可以传输H+。

下列叙述错误的是
A．Pd电极b为阴极
B．阴极的反应式为：N 2+6H++6e−2NH3
C．H+由阳极向阴极迁移
D．陶瓷可以隔离N2和H2
【答案】A
【解析】A、此装置为电解池，总反应是N 2＋3H22NH3，Pd电极b上是氢气发生反应，即氢气失去电子化合价升高，Pd电极b为阳极，故A说法错误；B、根据A选项分析，Pd电极a为阴极，反应式为N2＋6H＋＋6e−2NH 3，故B说法正确；C、根据电解池的原理，阳离子在阴极上放电，即有阳极移向阴极，故C说法正确；D、根据装置图，陶瓷隔离N2和H2，故D说法正确。

【名师点睛】本题考查电解原理，首先判断阴阳两极，阴极连接电源的负极，阴极上得到电子化合价降低，发生还原反应，阳极连接电源的正极，阳极上失去电子化合价升高，发生氧化反应，然后判断电极材料，惰性电极还是活动性金属作电极，活动性金属作阳极，活动性金属先失电子，如果是惰性材料作阳极，则是还原性强的阴离子先失电子，氧化性强的离子在阴极上得电子；电极反应式的书写是高考的热点，一般需要根据装置图完成，需要看清反应环境。

14．[2017新课标Ⅰ]支撑海港码头基础的钢管桩，常用外加电流的阴极保护法进行防腐，工作原理如图所示，其中高硅铸铁为惰性辅助阳极。

下列有关表述不正确的是
A．通入保护电流使钢管桩表面腐蚀电流接近于零
B．通电后外电路电子被强制从高硅铸铁流向钢管桩
C．高硅铸铁的作用是作为损耗阳极材料和传递电流
D．通入的保护电流应该根据环境条件变化进行调整
【答案】C
【解析】本题使用的是外加电流的阴极保护法，钢管柱与电源的负极相连，被保护。

A．外加强大的电流可以抑制金属电化学腐蚀产生的电流，从而保护钢管柱，A正确；B．通电后，被保护的钢管柱作阴极，高硅铸铁作阳极，因此外电路电子被强制从高硅铸铁流向钢管桩，B正确；C．高硅铸铁为惰性辅助阳极，所以高硅铸铁不损耗，C错误；D．通过外加电流抑制金属电化学腐蚀产生的电流，因此通入的保护电流应该根据环境条件变化进行调整，D正确。

答案选C。

【名师点睛】该题难度较大，明确电化学原理是以及金属的防腐蚀原理是解答的关键，钢管桩表面腐蚀电流的理解是难点，注意题干信息的挖掘，即高硅铸铁为惰性辅助阳极，性质不活泼，不会被损耗。

15．[2017新课标Ⅲ]全固态锂硫电池能量密度高、成本低，其工作原理如图所示，其中电极a常用掺有石墨烯的S8材料，电池反应为：16Li+x S8=8Li2S x（2≤x≤8）。

下列说法错误的是
A．电池工作时，正极可发生反应：2Li2S6+2Li++2e−=3Li2S4
B．电池工作时，外电路中流过0.02 mol电子，负极材料减重0.14 g
C．石墨烯的作用主要是提高电极a的导电性
D．电池充电时间越长，电池中Li2S2的量越多
【答案】D
【解析】A．原电池工作时，Li+向正极移动，则a为正极，正极上发生还原反应，随放电的进行可能发生多种反应，其中可能发生反应2Li2S6+2Li++2e−=3Li2S4，故A正确；B．原电池工作时，转移0.02mol电子时，氧化Li的物质的量为0.02mol，质量为0.14g，故B正确；C．石墨烯能导电，S8不能导电，利用掺有石墨烯的S8材料作电极，可提高电极a的导电性，故C正确；D．电池充电时间越长，转移电子数越多，生成的Li和S8越多，即电池中Li2S2的量越少，故D错误。

答案为A。

【名师点睛】考查二次电池的使用，涉及原电池工作原理，原电池工作时负极发生氧化反应，正极发生还原反应，而电池充电时，原来的负极连接电源的负极为电解池的阴极，发生还原反应，而原来的正极连接电源的正极为电解池的阳极发生氧化反应，解题是通过结合反应原理，根据元素化合价的变化，判断放电时正负极发生的反应，再结合电解质书写电极反应方程式。

16．[2019新课标Ⅱ节选]环戊二烯（）是重要的有机化工原料，广泛用于农药、橡胶、塑料等生产。

回答下列问题：
（4）环戊二烯可用于制备二茂铁（Fe(C5H5)2，结构简式为），后者广泛应用于航天、化工等领域中。

二茂铁的电化学制备原理如下图所示，其中电解液为溶解有溴化钠（电解质）和环戊二烯的DMF溶液（DMF为惰性有机溶剂）。

该电解池的阳极为____________，总反应为__________________。

电解制备需要在无水条件下进行，原因为_________________________。

【答案】（4）Fe电极Fe+2+H2↑（Fe+2C5H6Fe(C5H5)2+H2↑）
水会阻碍中间物Na的生成；水会电解生成OH−，进一步与Fe2+反应生成Fe(OH)2
【解析】（4）根据阳极升失氧可知Fe为阳极；根据题干信息Fe−2e−=Fe2+，电解液中钠离子起到催化剂的作用使得环戊二烯得电子生成氢气，同时与亚铁离子结合生成二茂铁，故电极反应式为
Fe+2=+H2↑；电解必须在无水条件下进行，因为中间产物Na会与水反应生成氢氧化钠和氢气，亚铁离子会和氢氧根离子结合生成沉淀；
答案：Fe电极；Fe+2=+H2↑（Fe+2C5H6=Fe（C2H5）2+ H2↑）；水会阻碍中间物Na的生成；水会电解生成OH−，进一步与Fe2+反应生成Fe（OH）2。

17．[2019新课标Ⅲ节选]近年来，随着聚酯工业的快速发展，氯气的需求量和氯化氢的产出量也随之迅速增长。

因此，将氯化氢转化为氯气的技术成为科学研究的热点。

回答下列问题：
（4）在传统的电解氯化氢回收氯气技术的基础上，科学家最近采用碳基电极材料设计了一种新的工艺方案，主要包括电化学过程和化学过程，如下图所示：
负极区发生的反应有____________________（写反应方程式）。

电路中转移1 mol电子，需消耗氧气__________L（标准状况）。

【答案】（4）Fe3++e−=Fe2+，4Fe2++O2+4H+=4Fe3++2H2O 5.6
【解析】（4）电解过程中，负极区即阴极上发生的是得电子反应，元素化合价降低，属于还原反应，则图中左侧为负极反应，根据图示信息知电极反应为：Fe3++e−＝Fe2+和4Fe2++O2+4H+＝4Fe3++2H2O；电路中转移1 mol电子，根据电子得失守恒可知需消耗氧气的物质的量是1mol÷4＝0.25mol，在标准状况下的体积为0.25mol×22.4L/mol＝5.6L。

18．[2019北京节选]氢能源是最具应用前景的能源之一，高纯氢的制备是目前的研究热点。

（2）可利用太阳能光伏电池电解水制高纯氢，工作示意图如下。

通过控制开关连接K1或K2，可交替得到H2和O2。

①制H2时，连接_______________。

产生H2的电极反应式是_______________。

②改变开关连接方式，可得O2。

③结合①和②中电极3的电极反应式，说明电极3的作用：________________________。

【答案】（2）K12H2O+2e−=H2↑+2OH−连接K1或K2时，电极3分别作为阳极材料和阴极材料，并且NiOOH和Ni(OH)2相互转化提供电子转移
【解析】（2）①电极生成H2时，根据电极放电规律可知H+得到电子变为氢气，因而电极须连接负极，因而制H2时，连接K1，该电池在碱性溶液中，由H2O提供H+，电极反应式为2H2O+2e−=H2↑+2OH−；
③电极3上NiOOH和Ni(OH)2相互转化，其反应式为NiOOH+e−+H2O⇌Ni(OH)2+OH−，当连接K1时，Ni(OH)2失去电子变为NiOOH，当连接K2时，NiOOH得到电子变为Ni(OH)2，因而作用是连接K1或K2时，电极3分别作为阳极材料和阴极材料，并且NiOOH和Ni(OH)2相互转化提供电子转移。

19．[2019江苏节选]CO2的资源化利用能有效减少CO2排放，充分利用碳资源。

（2）电解法转化CO2可实现CO2资源化利用。

电解CO2制HCOOH的原理示意图如下。

①写出阴极CO2还原为HCOO−的电极反应式：▲ 。

②电解一段时间后，阳极区的KHCO3溶液浓度降低，其原因是▲ 。

【答案】（2）①CO 2+H ++2e −
HCOO −或CO 2+3HCO -+2e −HCOO −+23CO - ②阳极产生O 2，pH 减小，3HCO -浓度降低；K +部分迁移至阴极区
【解析】（2）①根据电解原理，阴极上得到电子，化合价降低，CO 2＋HCO 3−＋2e − =HCOO −＋CO 32−，或CO 2＋H ＋＋2e − =HCOO −；②阳极反应式为2H 2O −4e − =O 2↑＋4H ＋，阳极附近pH 减小，H ＋与HCO 3− 反应，同时部分K ＋
迁移至阴极区，所以电解一段时间后，阳极区的KHCO 3溶液浓度降低。

20．[2019浙江选考节选]水是“生命之基质”，是“永远值得探究的物质”。

（4）以铂阳极和石墨阴极设计电解池，通过电解NH 4HSO 4溶液产生(NH 4)2S 2O 8，再与水反应得到H 2O 2，
其中生成的NH 4HSO 4可以循环使用。

①阳极的电极反应式是________。

②制备H 2O 2的总反应方程式是________。

【答案】（4）①2HSO 4−− 2e −
S 2O 82−＋2H +或2SO 42−− 2e − S 2O 82− ②2H 2O H 2O 2＋H 2↑ 【解析】（4）①电解池使用惰性电极，阳极本身不参与反应，阳极吸引HSO 4−（或SO 42−）离子，并放电生成S 2O 82−，因而电极反应式为2HSO 4−− 2e − =S 2O 82−＋2H +或2SO 42−− 2e − =S 2O 82− 。

②通过电解NH 4HSO 4溶液产生(NH 4)2S 2O 8和H 2。

由题中信息可知，生成的NH 4HSO 4可以循环使用，说明(NH 4)2S 2O 8与水反应除了生成H 2O 2，还有NH 4HSO 4生成，因而总反应中只有水作反应物，产物为H 2O 2和H 2,故总反应方程式为2H 2O
H 2O 2＋H 2↑。