电化学原理及其应用(解析版)

电化学原理及其应用
1．（2020·广西省桂林市高三联合调研）钠硫电池以熔融金属钠、熔融硫和多硫化钠(Na2S x)分别作为两个电极的反应物，固体Al2O3陶瓷(可传导Na+)为电解质，总反应为2Na+xS Na2S x，其反应原理如图所示。

下列叙述正确的是（）
A．放电时，电极a为正极
B．放电时，内电路中Na+的移动方向为从b到a
C．充电时，电极b的反应式为S x2--2e-=xS
D．充电时，Na+在电极b上获得电子，发生还原反应
【答案】C
【解析】放电时Na 失电子，故电极a为负极，故A错误；放电时该装置是原电池，Na+向正极移动，应从a到b，故B错误；充电时该装置是电解池，电极b是阳极，失电子发生氧化反应，电极反应式为：S x2--2e-=xS，故C正确；充电时，电极a是阴极，Na+在电极a上获得电子发生还原反应，故D错误；故答案为C。

2．（2020·吉林省吉林市高三二调）金属(M)－空气电池具有原料易得，能量密度高等优点，有望成为新能源汽车和移动设备的电源，该类电池放电的总反应方程式为：2M＋O2＋2H2O ＝2M(OH)2。

(已知：电池的“理论比能量”指单位质量的电极材料理论上能释放出的最大电能)下列说法正确的是（）
A ．电解质中的阴离子向多孔电极移动
B ．比较Mg 、Al 、Zn 三种金属－空气电池，Mg －空气电池的理论比能量最高
C ．空气电池放电过程的负极反应式2M －4e －＋4OH －＝2M(OH)2
D ．当外电路中转移4mol 电子时，多孔电极需要通入空气22.4L(标准状况)
【答案】C
【解析】原电池中阴离子应该向负极移动，金属M 为负极，所以电解质中的阴离子向金属M 方向移动，故A 错误；电池的“理论比能量”指单位质量的电极材料理论上能释放出的最大电能，则单位质量的电极材料失去电子的物质的量越多则得到的电能越多，假设质量都是1g 时，这三种金属转移电子物质的量分别为124×2mol ＝112mol 、127×3mol ＝19mol 、165×2mol ＝132.5
mol ，所以Al−空气电池的理论比能量最高，故B 错误；负极M 失电子和OH −
反应生成M(OH)2，则正极反应式为2M －4e －＋4OH －＝2M(OH)2，故C 正确；由正极电极
反应式O 2＋2H 2O ＋4e −＝4OH −有O 2～4OH −～4e −，当外电路中转移4mol 电子时，消耗氧气1mol ，即22.4L(标准状况下)，但空气中氧气只占体积分数21%，所以空气不止22.4L ，故D 错误；故答案选C 。

3．（2020·福建省龙岩市高三质量检测）我国某科研团队设计了一种新型能量存储／转化装置（如下图所示）。

闭合K 2、断开K 1时，制氢并储能；断开K 2、闭合K 1时，供电。

下列说法错误的是（ ）
A ．制氢时，溶液中K +向Pt 电极移动
B ．制氢时，X 电极反应式为22Ni(OH)e OH NiOOH H O ---+=+
C ．供电时，Zn 电极附近溶液的pH 降低
D ．供电时，装置中的总反应为222Zn 2H O Zn(OH)H +=+↑
【答案】D
【解析】闭合K 2、断开K 1时，该装置为电解池，Pt 电极生成氢气，则Pt 电极为阴极，X
电极为阳极；断开K 2、闭合K 1时，该装置为原电池，Zn 电极生成Zn 2+，为负极，X 电极为正极。

制氢时，Pt 电极为阴极，电解池中阳离子流向阴极，故A 正确；制氢时，X 电极为阳极，失电子发生氧化反应，根据根据化合价可知该过程中Ni(OH)2转化为NiOOH ，电
极方程式为22Ni(OH)e OH NiOOH H O ---+=+，故B 正确；供电时，
Zn 电极为负极，原电池中阴离子流向负极，所以氢氧根流向Zn 电极，电极反应为Zn -2e -+4OH -=ZnO 22-+2H 2O ，转移两个电子同时迁移两个OH -，但会消耗4个OH -，说明还消耗了水电离出的氢氧根，所
以电极负极pH 降低，故C 正确；供电时，正极为NiOOH 被还原，而不是水，故D 错误；
故答案为D 。

4．（2020·石嘴山市第三中学高三一模）利用CH 4燃料电池电解制备Ca （H 2PO 4）2并得到副产物NaOH 、H 2、Cl 2，装置如图所示。

下列说法正确的是（ ）
A ．a 极反应：CH 4＋8e －＋4O 2－=CO 2＋2H 2O
B ．A 膜和
C 膜均为阴离子交换膜
C ．可用铁电极替换阴极的石墨电极
D ．a 极上通入2.24 L 甲烷，阳极室Ca 2＋减少0.4 mol
【答案】C
【解析】a 极为负极，负极上甲烷发生氧化反应，电极反应式为：
CH 4-8e －＋4O 2－=CO 2＋2H 2O ，A 错误；根据题干信息：利用CH 4燃料电池电解制备Ca(H 2PO 4)2并得到副产物NaOH 、H 2、Cl 2，，可知阳极室的电极反应式为：--22Cl -2e =Cl ↑，则阳极室内钙离子向产品室移动，
A 膜为阳离子交换膜，阴极室的电极反应式为：--222H O+2e =2OH H +↑，则原料室内钠离
子向阴极室移动，C 膜为阳离子交换膜，B 错误；阴极电极不参与反应，可用铁替换阴极的石墨电极，C 正确；a 极上通入2.24L 甲烷，没有注明在标准状况下，无法计算钙离子减少的物质的量，D 错误；答案选C 。

5．（2020·河南省开封市高三模拟）现在污水治理越来越引起人们重视，可以通过膜电池除去废水中的乙酸钠和对氯苯酚（），其原理如图所示，下列说法正确的是（）
A．b为电池的正极，发生还原反应
B．电流从b极经导线、小灯泡流向a极
C．当外电路中有0.2mole-转移时，a极区增加的H+的个数为0.2N A
D．a极的电极反应式为：+2e-+H+=Cl-+
【答案】D
【解析】a为正极，正极有氢离子参与反应，电极反应式为+2e-+H+═
+Cl-，发生还原反应，b为负极，物质在该极发生氧化反应，A错误；由上述分析可知，电流从正极a沿导线流向负极b，B错误；据电荷守恒，当外电路中有0.2mole−转移时，通过质子交换膜的H+的个数为0.2N A，而发生+2e-+H+
═+Cl-，则a极区增加的H+的个数为0.1N A，C错误；a为正极，正极有氢离子参与反应，电极反应式为：+2e-+H+═+Cl-，故D正确；故答案为D。

6．（2020·陕西省高三联考）用石墨作电极电解KCl和CuSO4(等体积混合)混合溶液,电解过程中溶液pH随时间t的变化如图所示,下列说法正确的是（）
A．ab段H+被还原,溶液的pH增大
B．原溶液中KCl和CuSO4的物质的量浓度之比为2∶1
C．c点时加入适量CuCl2固体,电解液可恢复原来浓度
D．cd段相当于电解水
【答案】D
【解析】用惰性电极电解相等体积的KCl和CuSO4混合溶液，溶液中存在的离子有：K+，Cl-，Cu2+，SO42-，H+，OH-；阴极离子放电顺序是Cu2+＞H+，阳极上离子放电顺序是Cl-＞OH-，电解过程中分三段：第一阶段：阳极上电极反应式为2Cl--2e-═Cl2↑、阴极电极反应式为Cu2++2e-═Cu，铜离子浓度减小，水解得到氢离子浓度减小，溶液pH上升；第二阶段：阳极上电极反应式为4OH--4e-═2H2O+O2↑（或2H2O-4e-═4H++O2↑），阴极反应先发生
Cu2++2e-═Cu，反应中生成硫酸，溶液pH降低；第三阶段：阳极电极反应式为
4OH--4e-═2H2O+O2↑、阴极电极反应式为2H++2e-═H2↑，实质是电解水，溶液中硫酸浓度增大，pH继续降低；据此分析解答。

ab段阴极电极反应式为Cu2++2e-═Cu，由于铜离子浓度减小，水解得到氢离子浓度减小，溶液pH上升，氢离子未被还原，故A错误；由图像可知，ab、bc段，阴极反应都是Cu2++2e-═Cu，所以原混合溶液中KCl和CuSO4的浓度之比小于2:1，故B错误；电解至c点时，阳极有氧气放出，所以往电解液中加入适量CuCl2固体，不能使电解液恢复至原来的浓度，故C错误；cd段pH降低，此时电解反应参与的离子为H+，OH-，电解反应相当于电解水，故D正确；故选D。

7．（2020·湖南省永州市高三二模）复旦大学王永刚的研究团队制得一种柔性水系锌电池,该可充电电池以锌盐溶液作为电解液,其原理如图所示。

下列说法不正确的是（）
A．放电时,N极发生还原反应
B．充电时,Zn2+向M极移动
C．放电时,每生成1 mol PTO- Zn2+ ,M极溶解Zn的质量为260 g
D．充电时,N极的电极反应式为2PTO+8e-+4Zn2+=PTO- Zn2+
【答案】D
【解析】放电时，金属Zn发生失电子的氧化反应生成Zn2+，即M电极为负极，则N电极为正极，电极反应式为2PTO+8e-+4Zn2+═PTO-Zn2+；充电时，外加电源的正极连接原电池的正极N，外加电源的负极连接原电池的负极。

该原电池中，放电时M电极为负极，N电极为正极，正极得电子发生还原反应，故A正确；充电时，原电池的负极M连接外加电源的
负极作阴极，电解质中阳离子Zn 2+移向阴极M ，故B 正确；放电时，正极反应式为2PTO+8e -+4Zn 2+═PTO -Zn 2+，负极反应式为Zn -2e -=Zn 2+，电子守恒有4Zn ～PTO -Zn 2+，所以每生成1molPTO -Zn 2+，M 极溶解Zn 的质量=65g/mol×4mol=260g ，故C 正确；充电时，原电池的正极N 连接外加电源的正极作阳极，发生失电子的氧化反应，电极反应式为PTO -Zn 2+-8e -=2PTO+4Zn 2+，故D 错误；故选D 。

【答案】C
8．（2020·福建省漳州市高三测试）我国历史悠久，有灿烂的青铜文明，出土大量的青铜器。

研究青铜器中(含Cu 、Sn 等)在潮湿环境中发生的腐蚀对于文物保护和修复有重要意义。

下图为青铜器在潮湿环境中发生电化学腐蚀的原理示意图。

下列说法不正确的是( )
A ．青铜器发生电化学腐蚀，图中c 作负极，被氧化
B ．正极发生的电极反应为O 2+4e -+2H 2O=4OH -
C ．环境中的C1-与正、负两极反应的产物作用生成a 的离子方程式为
2Cu 2++3OH -+Cl -=Cu 2(OH)3Cl↓
D ．若生成2 mol Cu 2(OH)3Cl ， 则理论上消耗标准状况下O 2的体积为22.4 L
【答案】D
【解析】根据图知，O 2得电子生成OH -、Cu 失电子生成Cu 2+，青铜器发生吸氧腐蚀，则Cu 作负极被氧化，腐蚀过程中，负极是a ，A 正确；O 2在正极得电子生成OH -，则正极的电极反应式为：O 2+4e -+2H 2O=4OH -，B 正确；Cl -扩散到孔口，并与正极反应产物和负极反应产物作用生成多孔粉状锈Cu 2(OH)3Cl ，负极上生成Cu 2+、正极上生成OH -，所以该离子反应为Cl -、Cu 2+和OH -反应生成Cu 2(OH)3Cl 沉淀，离子方程式为2Cu 2++3OH -+Cl -= Cu 2(OH)3Cl↓，C 正确；每生成1 mol Cu 2(OH)3Cl ，需2 mol Cu 2+，转移4 mol 电子，消耗1 mol O 2，则根据转移电子守恒可得生成2 mol Cu 2(OH)3Cl ，需消耗O 2的物质的量n (O 2)=2?mol 224
⨯⨯=2 mol ，则理论上消耗标准状况下O 2的体积V =2 mol×22.4 L/mol=44.8 L ，D 错误；故选D 。

9．（2020·广东高三模拟）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。

下列说法正确的是（）
A．N为该电池的负极
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－＋11H2O=6CO2↑＋28H＋
【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。

10．（2020·福建省厦门市高三质检）我国科学家设计了一种将电解饱和食盐水与电催化还原CO2相耦合的电解装置如图所示。

下列叙述错误的是（）
A．理论上该转化的原子利用率为100%
CO+2e+2H=CO+H O
B．阴极电极反应式为-+
22
C．Na+也能通过交换膜
D．每生成11.2 L（标况下）CO转移电子数为N A
【答案】C
CO+Cl=CO+ClO，由方程式可以看出该转化的原子利用率为100%，【解析】总反应为--
2
CO+2e+2H=CO+H O，故B正确；故A正确；阴极发生还原反应，阴极电极反应式为-+
22
右侧电极氯化钠生成次氯酸钠，根据反应物、生成物中钠、氯原子个数比为1:1，Na+不能通过交换膜，故C错误；阴极二氧化碳得电子生成CO，碳元素化合价由+4降低为+2，每生成11.2 L（标况下）CO转移电子数为N A，故D正确；故选C。

11．（2020·黑龙江省齐齐哈尔市第八中学高三一模）化石燃料开采、加工过程中会产生剧毒气体硫化氢(H2S)，可通过间接电化学法除去，其原理如图所示。

下列说法错误的是（）
A．反应池中处理硫化氢的反应是H2S+2Fe3+=2Fe2++S↓+2H+
B．电极a为阳极，电极b为阴极
C．若交换膜为质子(H+ )交换膜，则NaOH溶液的浓度逐渐变大
D．若交换膜为阳离子交换膜，b电极区会产生红褐色沉淀
【答案】C
【解析】由图示知反应池中，Fe3+与硫化氢发生氧化还原反应，反应的离子方程式为：
H2S+2Fe3+=2Fe2++S↓+2H+，故A正确；a极产生Fe3+，发生氧化反应，所以为阳极，b为阴极，故B正确；若交换膜为质子交换膜，则H+进入b极，则NaOH溶液的浓度逐渐变小，故C错误；若交换膜为阳离子交换膜，Fe3+会向阴极移动，与氢氧根离子生成红褐色Fe(OH)沉淀3，故D正确；故选C。

12．（2020·山西省太原五中高三二诊）化学在环境保护中起着十分重要的作用，电化学降解NO3-的原理如图所示。

下列说法不正确的是（）
A．A为电源的正极
B．溶液中H+从阳极向阴极迁移
C．电解过程中，每转移2 mol电子,则左侧电极就产生32gO2
D．Ag-Pt电极的电极反应式为2NO3-+12H++10e-= N2↑+ 6H2O
【答案】C
【解析】A项，该装置中，硝酸根离子得电子发生还原反应，则Ag-Pt电极为阴极，pt电极为阳极，连接阴极的B电极为负极，A为正极，故A项正确；B项，电解时阳离子向阴极
移动，所以H+从阳极向阴极迁移，故B项正确；C项，左侧电极为阳极发生2H2O-4e-=4H++O2，所以每转移2 mol电子时，左侧电极就产生0.5 mol O2即16g氧气，故C项错误；D项，阴极上硝酸根离子得电子发生还原反应，电极反应式为，故D项正确。

综上所述，本题正确答案为C。

13．（2020·河北省高三高考模拟）新华网报道，我国固体氧化物燃料电池技术研发取得新突破。

科学家利用该科技实现了H2S废气资源回收能量，并H2S得到单质硫的原理如图所示。

下列说法正确的是（）
A．电极a为电池正极
B．电路中每流过4mol电子，正极消耗1molO 2
C．电极b上的电极反应：O2+4e－+4H+=2H2O
D．电极a上的电极反应：2H2S+2O2――2e―=S2+2H2O
【答案】B
【解析】电极a是化合价升高，发生氧化反应，为电池负极，故A错误；电路中每流过4mol 电子，正极消耗1molO2，故B正确；电极b上的电极反应：O2+4e－=2 O2−，故C错误；电极a上的电极反应：2H2S+2O2− − 4e− = S2 + 2H2O，故D错误。

综上所述，答案为B。

14．（2020·河南省驻马店市高三模拟）某学习小组设计如下装置进行原电池原理的探究。

一段时间后取出铜棒洗净，发现浸泡在稀硝酸铜溶液中铜棒变细，浓硝酸铜溶液中铜棒变粗。

对该实验的说法正确的是（）
A．处于稀硝酸中的铜棒为电池的正极，电极反应为：Cu2+ +2e- =Cu
B．该装置可以实现“零能耗”镀铜
C．配置上述试验所用硝酸铜溶液应加入适量的硝酸溶液使铜棒溶解
D．铜棒上部电势高，下部电势低
【答案】B
【解析】题意中稀硝酸铜溶液中铜棒变细，浓硝酸铜溶液中铜棒变粗，说明稀硝酸铜中铜作负极，铜变成铜离子进入溶液，电极反应为：Cu -2e- = Cu2+；A错误；稀硝酸铜溶液中铜棒变细，浓硝酸铜溶液中铜棒变粗，这样该装置可以实现“零能耗”镀铜，B正确；配置上述试验所用硝酸铜溶液若加如硝酸，硝酸会与铜电极反应，不发生题目中的电化学，C错误；铜棒上部为负极，电势低，下部为正极，电势高，D错误。

答案选B。

15．（2020·河北衡水中学高三调研）某热再生电池工作原理如图所示。

放电后，可利用废热进行充电。

已知电池总反应：Cu2++4NH 3[Cu(NH3)4]2+ΔH＜0。

下列说法正确的是（）
A．充电时，能量转化形式主要为电能到化学能
B．放电时，负极反应为NH3-8e-+9OH-=NO3-+6H2O
C．a为阳离子交换膜
D．放电时，左池Cu电极减少6.4g时，右池溶液质量减少18.8g
【答案】D
【解析】已知电池总反应：Cu2++4NH3∶ [Cu(NH3)4]2+ ∶H＜0，放出的热量进行充电，通入氨气的电极为原电池负极，电极反应Cu−2e−＝Cu2＋，通入氨气发生反应Cu2＋＋4NH3∶[Cu(NH3)4]2＋∶H＜0，右端为原电池正极，电极反应Cu2＋＋2e−＝Cu，中间为阴离子交换膜；充电时，能量转化形式主要为热能→化学能，故A错误；放电时，负极反应为Cu＋4NH3−2e−＝[Cu(NH3)4]2＋，故B错误；原电池溶液中阴离子移向负极，a为阴离子交换膜，故C错误；放电时，左池Cu电极减少6.4 g时，Cu−2e−＝Cu2＋，电子转移0.2mol，右池溶液中铜离子析出0.1mol，硝酸根离子移向左电极0.2mol，质量减少＝0.2mol×62g/mol＋0.1mol×64g/mol ＝18.8 g，故D正确；故答案选D。