高考化学压轴题05 电化学原理（解析版）

压轴题05电化学原理电化学是氧化还原反应知识的应用和延伸，是高考每年必考内容，通常会以新型二次电池为载体考查原电池原理与电解原理。试题以新型电源及含有离子交换膜的原电池、电解池为背景，通过陌生电化学装置图，在复杂、新颖的研究对象和真实问题情境下，主要考查电极反应式的正误判断与书写，电池反应式的书写，正负极的判断，电池充、放电时离子或电子移动方向的判断，电极附近离子浓度的变化，电解的应用与计算，金属的腐蚀与防护等，体现了对电化学知识基础性、综合性、创新性和应用性的考查。选择题：本题共20小题，每小题只有一个选项符合题意。1．含磷有机物应用广泛。电解法可实现由白磷直接制备，过程如图所示(为甲基)。下列说法正确的是A．生成，理论上外电路需要转移电子B．阴极上的电极反应为：C．在电解过程中向铂电极移动D．电解产生的中的氢元素来自于【答案】D【详解】A．石墨电极发生反应的物质：P4化合价升高发生氧化反应，所以石墨电极为阳极，对应的电极反应式为：，则生成，理论上外电路需要转移电子，A错误；B．阴极上发生还原反应，应该得电子，为阳极发生的反应，B错误；C．石墨电极：P4发生氧化反应，为阳极，铂电极为阴极，应该向阳极移动，即移向石墨电极，C错误；D．由所给图示可知HCN在阴极放电，产生和，而HCN中的H来自，则电解产生的中的氢元素来自于，D正确；故选D。2．某储能电池原理如图。下列说法正确的是A．放电时负极反应：B．放电时透过多孔活性炭电极向中迁移C．放电时每转移电子，理论上吸收D．充电过程中，溶液浓度增大【答案】A【分析】放电时负极反应：，正极反应：Cl2+2e-=2Cl-，消耗氯气，放电时，阴离子移向负极，充电时阳极：2Cl--2e-=Cl2，由此解析。【详解】A．放电时负极失电子，发生氧化反应，电极反应：，故A正确；B．放电时，阴离子移向负极，放电时透过多孔活性炭电极向NaCl中迁移，故B错误；C．放电时每转移电子，正极：Cl2+2e-=2Cl-，理论上释放，故C错误；D．充电过程中，阳极：2Cl--2e-=Cl2，消耗氯离子，溶液浓度减小，故D错误；故选A。3．在熔融盐体系中，通过电解和获得电池材料，电解装置如图，下列说法正确的是A．石墨电极为阴极，发生氧化反应B．电极A的电极反应：C．该体系中，石墨优先于参与反应D．电解时，阳离子向石墨电极移动【答案】C【分析】由图可知，在外加电源下石墨电极上C转化为CO，失电子发生氧化反应，为阳极，与电源正极相连，则电极A作阴极，和获得电子产生电池材料，电极反应为。【详解】A．在外加电源下石墨电极上C转化为CO，失电子发生氧化反应，为阳极，选项A错误；B．电极A的电极反应为，选项B错误；C．根据图中信息可知，该体系中，石墨优先于参与反应，选项C正确；D．电解池中石墨电极为阳极，阳离子向阴极电极A移动，选项D错误；答案选C。4．硝酮是重要的有机合成中间体，可采用“成对间接电氧化”法合成。电解槽中水溶液的主要成分及反应过程如图所示。下列说法错误的是A．惰性电极2为阳极B．反应前后WO/WO数量不变C．消耗1mol氧气，可得到1mol硝酮D．外电路通过1mol电子，可得到1mol水【答案】C【详解】A．惰性电极2，Br-被氧化为Br2，惰性电极2为阳极，故A正确；B．WO/WO循环反应，反应前后WO/WO数量不变，故B正确；C．总反应为氧气把二丁基-N-羟基胺氧化为硝酮，1mol二丁基-N-羟基胺失去2molH原子生成1mol硝酮，氧气最终生成水，根据氧原子守恒，消耗1mol氧气，可得到2mol硝酮，故C错误；D．外电路通过1mol电子，生成0.5molH2O2，H2O2最终生成水，根据氧原子守恒，可得到1mol水，故D正确；选C。5．一种采用和为原料制备的装置示意图如下。下列有关说法正确的是A．在b电极上，被还原B．金属Ag可作为a电极的材料C．改变工作电源电压，反应速率不变D．电解过程中，固体氧化物电解质中不断减少【答案】A【分析】由装置可知，b电极的N2转化为NH3，N元素的化合价降低，得到电子发生还原反应，因此b为阴极，电极反应式为N2+3H2O+6e-=2NH3+3O2-，a为阳极，电极反应式为2O2--4e-=O2，据此分析解答；【详解】A．由分析可得，b电极上N2转化为NH3，N元素的化合价降低，得到电子发生还原反应，即N2被还原，A正确；B．a为阳极，若金属Ag作a的电极材料，则金属Ag优先失去电子，B错误；C．改变工作电源的电压，电流强度发生改变，反应速率也会改变，C错误；D．电解过程中，阴极电极反应式为N2+3H2O+6e-=2NH3+3O2-，阳极电极反应式为2O2-+4e-=O2，因此固体氧化物电解质中O2-不会改变，D错误；答案选A。6．一种化学“自充电”的锌-有机物电池，电解质为和水溶液。将电池暴露于空气中，某电极无需外接电源即能实现化学自充电，该电极充放电原理如下图所示。下列说法正确的是A．化学自充电时，增大B．化学自充电时，电能转化为化学能C．化学自充电时，锌电极反应式：D．放电时，外电路通过电子，正极材料损耗【答案】A【详解】A．由图可知，化学自充电时，消耗O2，该反应为O2+2H2O+4e-=4OH-，增大，故A正确；B．化学自充电时，无需外接电源即能实现化学自充电，该过程不是电能转化为化学能，故B错误；C．由图可知，化学自充电时，锌电极作阴极，该电极的电极反应式为O2+2H2O+4e-=4OH-，故C错误；D．放电时，1mol转化为，消耗2molK+，外电路通过电子时，正极物质增加0.02molK+，增加的质量为0.02mol39g/mol=0.78g，故D错误；故选A。7．海水电池在海洋能源领域备受关注，一种锂-海水电池构造示意图如下。下列说法错误的是A．海水起电解质溶液作用B．N极仅发生的电极反应：C．玻璃陶瓷具有传导离子和防水的功能D．该锂-海水电池属于一次电池【答案】B【分析】锂海水电池的总反应为2Li+2H2O2LiOH+H2，M极上Li失去电子发生氧化反应，则M电极为负极，电极反应为Li-e-=Li+，N极为正极，电极反应为2H2O+2e-=2OH-+H2，同时氧气也可以在N极得电子，电极反应为O2+4e-+2H2O=4OH-。【详解】A．海水中含有丰富的电解质，如氯化钠、氯化镁等，可作为电解质溶液，故A正确；B．由上述分析可知，N为正极，电极反应为2H2O+2e-=2OH-+H2，和反应O2+4e-+2H2O=4OH-，故B错误；C．Li为活泼金属，易与水反应，玻璃陶瓷的作用是防止水和Li反应，并能传导离子，故C正确；D．该电池不可充电，属于一次电池，故D正确；答案选B。8．科学家基于易溶于的性质，发展了一种无需离子交换膜的新型氯流电池，可作储能设备(如图)。充电时电极a的反应为：。下列说法正确的是A．充电时电极b是阴极B．放电时溶液的减小C．放电时溶液的浓度增大D．每生成，电极a质量理论上增加【答案】C【详解】A．由充电时电极a的反应可知，充电时电极a发生还原反应，所以电极a是阴极，则电极b是阳极，故A错误；B．放电时电极反应和充电时相反，则由放电时电极a的反应为可知，NaCl溶液的pH不变，故B错误；C．放电时负极反应为，正极反应为，反应后Na+和Cl-浓度都增大，则放电时NaCl溶液的浓度增大，故C正确；D．充电时阳极反应为，阴极反应为，由得失电子守恒可知，每生成1molCl2，电极a质量理论上增加23g/mol2mol=46g，故D错误；答案选C。9．电池比能量高，在汽车、航天等领域具有良好的应用前景。近年来科学家研究了一种光照充电电池(如图所示)。光照时，光催化电极产生电子和空穴，驱动阴极反应和阳极反应(Li2O2+2h+=2Li++O2)对电池进行充电。下列叙述错误的是A．充电时，电池的总反应B．充电效率与光照产生的电子和空穴量有关C．放电时，Li+从正极穿过离子交换膜向负极迁移D．放电时，正极发生反应【答案】C【分析】充电时光照光催化电极产生电子和空穴，驱动阴极反应（Li++e-=Li+）和阳极反应（Li2O2+2h+=2Li++O2），则充电时总反应为Li2O2=2Li+O2，结合图示，充电时金属Li电极为阴极，光催化电极为阳极；则放电时金属Li电极为负极，光催化电极为正极；据此作答。【详解】A．光照时，光催化电极产生电子和空穴，驱动阴极反应和阳极反应对电池进行充电，结合阴极反应和阳极反应，充电时电池的总反应为Li2O2=2Li+O2，A正确；B．充电时，光照光催化电极产生电子和空穴，阴极反应与电子有关，阳极反应与空穴有关，故充电效率与光照产生的电子和空穴量有关，B正确；C．放电时，金属Li电极为负极，光催化电极为正极，Li+从负极穿过离子交换膜向正极迁移，C错误；D．放电时总反应为2Li+O2=Li2O2，正极反应为O2+2Li++2e-=Li2O2，D正确；答案选C。10．为实现碳中和，可通过电解法用制备，电解装置如图，下列说法不正确的是A．玻碳电极为阳极，发生氧化反应B．铂电极的电极反应：C．制得28g时，产生32gD．电解一段时间后，右池中溶液的pH可能不变【答案】C【分析】由图可知，H2O在玻碳电极上失去电子生成O2，则玻碳电极为阳极，铂电极为阴极，以此解答。【详解】A．由分析可知，H2O在玻碳电极上失去电子生成O2，则玻碳电极为阳极，发生氧化反应，故A正确；B．铂电极为阴极，得电子得到，根据得失电子守恒和电荷守恒配平电极方程式为：，故B正确；C．制得28g的物质的量为=1mol，由电极方程式可知，转移12mol电子，阳极电极方程式为：2H2O-4e-=O2+4H+，则生成3molO2，质量为3mol=96g，故C错误；D．电解一段时间后，阳极产生的H+通过质子交换膜进入阴极，同时阳极消耗水，若阴极产生的水能够进入阳极，则右池中溶液的pH可能不变，故D正确；故选C。11．电芬顿工艺被认为是一种很有应用前景的高级氧化技术，可用于降解去除废水中的持久性有机污染物，其工作原理如图a所示，工作10min时，Fe2+、H2O2电极产生量(mmolL-1)与电流强度关系如图b所示：下列说法错误的是A．电流流动方向：Pt电极电解质HMC3电极B．Fe3+是该电芬顿工艺的催化剂C．根据图b可判断合适的电流强度范围为5560mAD．若处理9.4g苯酚，理论上消耗标准状况下31.36L氧气【答案】C【分析】电极上氧气、铁离子发生还原反应，为阴极，则电极为阳极；【详解】A．由分析可知，电极为阴极，则电极为阳极，电流流动方向：电极电解质电极，故A正确；B．转化为亚铁离子，亚铁离子和过氧化氢生成羟基自由基和铁离子，铁离子在反应前后没有改变，是该电芬顿工艺的催化剂，故B正确；C．过量的过氧化氢会氧化亚铁离子，导致生成的羟基自由基减少，使得降解去除废水中的持久性有机污染物的效率下降，故据图b可判断合适的电流强度范围为40mA左右，C错误；D．反应中氧气转化为过氧化氢，苯酚转化为二氧化碳，根据电子守恒可知，，若处理苯酚(为0.1mol)，理论上消耗1.4mol氧气，标准状况下的体积为，D正确；选C。12．科学家基于Cl2易溶于CCl4的性质，发展了一种新型储能氯流电池(如图)，其中电极a为NaTi2(PO4)3/Na3Ti2(PO4)3通过风力发电进行充电时，电极a的反应为NaTi2(PO4)3+2Na++2e-=Na3Ti2(PO4)3；下列说法错误的是A．放电时，电子的流向：电极a输电网电极bB．充电时，电极b为阳极，发生氧化反应C．放电时总反应：NaTi2(PO4)3+2NaClNa3Ti2(PO4)3+Cl2D．充电时，每转移0.2mol电子，NaCl溶液质量减少11.7g【答案】C【分析】充电时，电极a的反应为NaTi2(PO4)3+2Na++2e-=Na3Ti2(PO4)3，a极发生还原反应，a为阴极，b为阳极；那么放电时a为负极、b为正极；【详解】A．由分析可知，放电时a为负极，则电子的流向为负极流向正极：电极a输电网电极b，A正确；B．充电时，电极b为阳极，失去电子发生氧化反应，B正确；C．放电时总反应为Na3Ti2(PO4)3失去电子发生氧化反应生成钠离子、氯气得到电子发生还原反应生成氯离子，总反应为：Na3Ti2(PO4)3+Cl2NaTi2(PO4)3+2NaCl，C错误；D．充电时，根据电子守恒可知，2Na+~2e-~2NaCl，每转移0.2mol电子，NaCl溶液质量减少0.2mol58.5g/mol=11.7g，D正确；故选C。13．利用光伏电池与膜电解法制备溶液的装置如下图所示，下列说法不正确的是A．该光伏电池的电极为正极B．该离子交换膜为阴离子交换膜，由左池向右池迁移C．电解池中阴极的电极反应式为D．电路中有电子通过时，阳极室生成【答案】B【详解】A．从图示看出，光伏电池内负电荷向极移动，则极为负极，电极为正极，故A正确；B．在石墨极发生反应后变为，发生了氧化反应，与结合变为而流出，消耗了硫酸根离子，因此右池中的向左池迁移，不断进行补充，故B错误；C．由图可知，纯铜为阴极，电极反应式为：，故C正确；D．串联电路中转移电子数相等，石墨极为阳极，发生氧化反应，，电路中有电子通过时，阳极生成，质量为，故D正确；故选B。14．高电压水系锌-有机混合液流电池的装置如图所示。下列说法不正确的是A．放电时，负极反应式为：Zn-2e-+4OH-=Zn(OH)B．放电时，正极反应式为：FQ+2H++2e-=FQH2C．充电时，1molFQH2转化为FQ转移2mol电子D．充电时，中性电解质NaCl溶液的浓度增大【答案】D【详解】A．左侧锌变成Zn(OH)为原电池的负极反应，故放电时，负极反应式为Zn-2e-+4OH-=Zn(OH)，A正确；B．右侧电极为正极，正极反应式为：FQ+2H++2e-=FQH2，B正确；C．充电时，阳极反应为FQH2-2e-=FQ+2H+，故1molFQH2转化为FQ转移2mol电子，C正确；D．充电时，氯离子通过阴离子交换膜进入右侧故中性电解质NaCl溶液的浓度减小，D错误；故选D。15．2，5-呋喃二甲酸(FDCA)是一种重要的化工原料，可用如图所示的电化学装置合成。图中的双极膜中间层中的H2O解离为H+和OH-，并在直流电场作用下分别向两极迁移。下列说法正确的是A．a为电源正极B．双极膜中间层中的OH-在外电场的作用下移向铅电极C．制得1molFDCA，理论上消耗2molD．负极区的电极反应为：-6e-+2H2O=+6H+【答案】C【详解】A．铅电极附近醛基被还原为羟基，发生还原反应，为阴极，因此a为电源的负极，A项错误；B．双极膜中间层中的OH-在外电场的作用下移向阳极(催化电极)，B项错误；C．制得1molFDCA，阳极消耗，转移6mole，阴极转移6mole时，消耗1mol，共消耗2mol，C项正确；D．电解池中负极区即为阴极，阴极发生还原反应，D项错误。故答案选C。16．已知电极材料均为石墨材质，氧化性：。设计如图装置将转化为，并在甲处回收金属钴；工作时保持厌氧环境，并定时将乙室溶液转移至甲室；保持细菌所在环境稳定，借助其降解乙酸盐生成。下列说法正确的是A．装置1为原电池B．乙池电极附近不断减小C．细菌所在电极均发生反应：D．乙室得到的全部转移至甲室，恰好能补充甲室消耗的的物质的量【答案】C【分析】氧化性：，则将转化为为自发的反应，装置将转化为，并在甲处回收金属钴，则乙处发生还原反应得到，乙为正极，装置2为原电池；甲处发生还原生成钴单质，甲为阴极，装置1为电解池；【详解】A．由分析可知，装置1为电解池，A错误；B．乙池电极为正极，反应为，则氢离子浓度减小，附近不断增大，B错误；C．细菌所在电极附近乙酸盐均发生氧化反应生成二氧化碳，故均发生反应：，C正确；D．甲处发生还原生成钴单质，，根据电子守恒可知，转移2mol电子甲消耗1mol，而乙处得到2mol，D错误；故选C。17．微生物燃料电池是一种利用微生物将有机物中的化学能直接转化成电能的装置，以葡萄糖为燃料的微生物燃料电池结构示意图如图I所示，并利用此电能模拟氯碱工业电解饱和食盐水，如图II所示，下列说法正确的是A．电池工作时，电子由A极经外电路流向B极B．电解池I中每生成2mol氯气，理论上原电池I生成二氧化碳的体积是22.4LC．若a为碳电极、b为铁电极，b应与A相连D．该微生物燃料电池应在常温下进行，不宜在高温下进行【答案】D【分析】如图I微生物燃料电池中微生物生成二氧化碳，发生氧化反应，为负极，氧气得电子，发生还原反应，为正极。【详解】A．由于通氧气的一极是原电池的正极，微生物一端为原电池的负极，电池工作时外电路电子由负极流向正极，故由B极流向A极，A选项错误。B．无标况无法计算体积，B选项错误。C．若a为碳电极、b为铁电极，b应与B相连，C选项错误。D．微生物在高温下会死亡，所以不宜在高温下运行，D选项正确。故选D。18．中科院化学研究所开发了一个包括苯酚电催化还原和苯酚电催化氧化两个半反应的综合电化学策略，成功实现了苯酚合成两种重要的化工原料——环己酮和苯醌。下列说法错误的是A．溶液中的的移动方向：电极a电极bB．阴极区的电极反应式为C．电路中转移2mol时，理论上会消耗苯酚的数目为D．该电化学合成环己酮和苯醌的原子利用率为100%【答案】C【分析】根据电化学装置可判断为电解池装置，a发生氧化反应，是阳极，b发生还原反应，是阴极，据此分析解题。【详解】A．阳离子移向阴极，溶液中的的移动方向：电极a电极b，A正确；B．阴极得电子，发生还原反应，电极反应式为，B正确；C．阳极区的反应式为，可知电路中转移2mol时，理论上会消耗苯酚(两边均要消耗)的数目为，C错误；D．根据总反应式可知反应物完全转化为目标产物环己酮和苯醌，故原子利用率为100%，D正确；故选C。19．科研人员研究用如下装置制备DMG.DMG(碳酸二甲酯)(CH3O)2CO，极易水解。已知某些离子化合物室温下能以稳定液态存在，称为离子液体。下列说法正确的是A．左侧电极为阴极，与电源负极相连B．阳极的电极反应为：CO+2CH3OH-2e-=(CH3O)2CO+2H+C．离子液体必须是离子化合物的水溶液，从而实现电荷传递D．质子(H+)可通过质子交换膜从阴极区进入阳极区【答案】B【分析】根据图知，通入氧气的电极上氧气得电子生成水，则通入氧气得电极为阴极，通入甲醇和CO的电极为阳极；【详解】A．据分析可知，左侧电极为阳极，与电源正极相连，A错误；B．据分析可知，阳极的电极反应为：CO+2CH3OH-2e-=(CH3O)2CO+2H+，B正确；C．根据题干DMC极易水解，则离子液体必须是非水体系，C错误；D．质子(H+)在阳极区生成，可通过质子交换膜从阳极区进入阴极区，D错误；故选B。20．某团队基于光激发碳纤维上的聚[1，4-二(2-噻吩基)]苯(PDTB)和二氧化钛()半导体构建了一种夹心三明治结构的高性能锌-空气电池，该装置利用充放电过程中与的相互转化，能够提升电池的放电电压，降低电池的充电电压，其工作原理如图所示。下列有关说法错误的是A．该装置可实现光能向电能和化学能的转化B．电极电势：C．开关K置于M处时，电子由极通过导线流向PDTB极D．开关K置于N处时，极的电极反应式为【答案】B【详解】A．由图可知，开关K置于M处时，该装置为原电池，需要利用光能，开关K置于N处时，该装置为电解池，也需要光能，则该装置可实现光能向电能和化学能的转化，选项A正确；B．原电池中正极的电势大于负极，则电极电势：，电解池中阳极的电势大于阴极，则电极电势：，选项B错误；C．原电池工作时，电子由负极通过导线流向正极，则开关K置于M处时，电子由极通过导线流向极，选项C正确；D．开关K置于N处时，该装置为电解池，极为阴极，其电极反应式为，选项D正确；答案选B。