届高考优生专题突破5 电化学原理及应用.docx
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届高考优生专题突破5电化学原理及应用
2020届高考优生专题突破（五） 电化学原理及应用
（限时：
45分钟）
[教师备选]
（2016·全国卷Ⅱ）Mg AgCl电池是一种以海水为电解质溶液的水激活电池。
下列叙述错误的是（ ）
A．负极反应式为Mg－2e－===Mg2＋
B．正极反应式为Ag＋＋e－===Ag
C．电池放电时Cl－由正极向负极迁移
D．负极会发生副反应Mg＋2H2O===Mg（OH）2＋H2↑
B [Mg AgCl电池的电极反应：
负极Mg－2e－===Mg2＋，正极2AgCl＋2e－===2Ag＋2Cl－，A项正确，B项错误；在原电池的电解质溶液中，阳离子移向正极，阴离子移向负极，C项正确；Mg是活泼金属，能和H2O发生反应生成Mg（OH）2和H2，D项正确。
]
1．（2018·石家庄模拟）工业上通过电化学原理在铝表面形成氧化膜来提高其抗腐蚀能力，工作原理如图所示。
下列说法不正确的是（ ）
A．碳棒可用铜棒代替，其作用是传递电流
B．通电一段时间后，溶液的pH减小
C．通电后电子被强制从碳棒流向铝片使铝表面形成氧化膜
D．可通过调节滑动变阻器来控制氧化膜的形成速率
C [该电解装置中碳棒为阴极，其自身不参与电极反应，故可用铜棒代替，其作用是传递电流，A项正确；通电时电解总反应式为2Al＋3H2O电解,Al2O3＋3H2↑，电解质溶液中溶剂水减少，硫酸浓度增大，故溶液pH减小，B项正确；通电后电子流向：
电源负极→阴极碳棒，阳极铝片→电源正极，C项错误；调节滑动变阻器可以控制电流大小，从而控制氧化膜的形成速率，D项正确。
]
2．（2018·东三省联考）微生物燃料电池可净化废水，同时还能获得能源或有价值的化学产品，图1为其工作原理，图2为废水中Cr2O
浓度与去除率的关系。
下列说法正确的是（ ）
A．M极为电池正极，CH3COOH被还原
B．外电路转移4mol电子时，M极产生22.4LCO2
C．反应一段时间后，N极附近的溶液pH下降
D．Cr2O
浓度较大时，可能会造成还原菌失活
D [根据图1可知M极为负极，N极为正极，CH3COOH在负极上被氧化，A项错误；外电路中转移4mol电子时，M极生成1molCO2，但题中没有指明气体所处的状况，故无法确定气体体积，B项错误；根据题图1可写出N极的电极反应式为Cr2O
＋8H＋＋6e－===2Cr（OH）3＋H2O、4H＋＋O2＋4e－===2H2O，故反应一段时间后，N极附近溶液的pH增大，C项错误；Cr2O
浓度较大时，氧化性较强，可能会造成还原菌失活，D项正确。
]
3．（2018·唐山质检）环境监察局常用“定电位”NOx传感器来监测化工厂的氮氧化物气体是否达到排放标准，其工作原理如图所示。
下列说法不正确的是（ ）
A．“对电极”是负极
B．“工作电极”上发生的电极反应为NO2＋2e－＋2H＋===NO＋H2O
C．传感器工作时H＋由“工作电极”移向“对电极”
D．“对电极”的材料可能为活泼金属锌
C [题图“工作电极”上通入NO2放出NO，说明NO2被还原，则“工作电极”为原电池的正极，“对电极”为原电池的负极，A项正确；在酸性条件下，“工作电极”上发生还原反应的电极反应式为NO2＋2e－＋2H＋===NO＋H2O，B项正确；原电池工作时阳离子向正极移动，即传感器工作时H＋由“对电极”移向“工作电极”，C项错误；“对电极”是负极，则“对电极”的材料可能为活泼金属锌，D项正确。
]
4．全钒氧化还原电池是一种新型可充电电池，不同价态的含钒离子作为正极和负极的活性物质，分别储存在各自的酸性电解液储罐中。
其结构原理如图所示，该电池放电时，右槽中的电极反应为V2＋－e－===V3＋，下列说法正确的是（ ）
A．放电时，右槽发生还原反应
B．放电时，左槽的电极反应式：
VO
＋2H＋＋e－===VO2＋＋H2O
C．充电时，每转移1mol电子，n（H＋）的变化量为1mol
D．充电时，阴极电解液pH升高
B [由题意知，电池放电时，右槽中的电极反应式为V2＋－e－===V3＋，发生氧化反应，A项错误；放电时，左槽发生还原反应，电极反应式应为VO
＋2H＋＋e－===VO2＋＋H2O，B项正确；充电时，总反应式为VO2＋＋H2O＋V3＋===VO
＋2H＋＋V2＋，即每转移1mol电子，n（H＋）的变化量为2mol，C项错误；充电时，阴极发生反应：
V3＋＋e－===V2＋，阳极产生的H＋通过离子交换膜移向阴极，阴极电解液的pH降低，D项错误。
]
[教师备选]
（2018·五省六校联考）为探究浓差原电池的原理，某同学做如下实验（盐桥中为用琼脂封装的KNO3溶液），电流计指针发生了偏转。
下列说法正确的是（ ）
A．银片1质量增加
B．左侧烧杯中硝酸银溶液浓度增大
C．当转移1mol电子时，负极所在的烧杯中溶液增重108g
D．盐桥换成铜丝，电流计指针不偏转
B [A项，银片1所在烧杯溶液浓度小，即银片1为负极，Ag溶解，电极质量减小，错误；B项，Ag溶解生成Ag＋进入溶液，左侧烧杯中硝酸银溶液浓度增大，正确；C项，当转移1mol电子时，有1molAg＋进入负极5%的硝酸银溶液的烧杯中，同时盐桥中也会有1mol硝酸根离子进入负极5%的硝酸银溶液的烧杯中，故溶液增重170g，错误；D项，盐桥换成铜丝，则题给装置变成一个原电池和一个电解池串联的电路，电流计指针依旧偏转，错误。
]
5．（2018·河北五个一联盟二模）某课题组以纳米Fe2O3作为电极材料制备锂离子电池（另一极为金属锂和石墨的复合材料），通过在室温条件下对锂离子电池进行循环充放电，成功地实现了对磁性的可逆调控（如图所示）。
以下说法中正确的是（ ）
A．放电时，正极的电极反应式为Fe2O3＋6Li＋＋6e－===2Fe＋3Li2O
B．该电池可以用水溶液作电解质溶液
C．放电时，Fe作电池的负极，Fe2O3作电池的正极
D．充电时，电池靠近磁铁
A [由电池的示意图可知，电池放电的反应物为氧化铁和单质锂，生成物为单质铁和氧化锂，所以放电的总反应式为Fe2O3＋6Li===2Fe＋3Li2O。
电池的负极为单质锂，所以负极反应式为6Li－6e－===6Li＋，总反应减去负极反应得到正极反应式：
Fe2O3＋6Li＋＋6e－===2Fe＋3Li2O，A项正确。
因为单质锂可以与水反应（类似金属钠），所以电解质溶液不能是水溶液，B项错误。
放电时，Li作电池的负极，Fe2O3作电池的正极，C项错误。
由题图可知，充电时，电池会远离磁铁，实际上是因为充电时电池中的单质铁转化为氧化铁，不能被磁铁吸引，D项错误。
]
[教师备选]
一种以NaBH4和H2O2为原料的新型电池的工作原理如图所示。
下列说法错误的是（ ）
A．电池的正极反应式为H2O2＋2e－===2OH－
B．电池放电时Na＋从a极区移向b极区
C．电子从电极b经外电路流向电极a
D．b极室的输出液经处理后可输入a极室循环利用
C [通入a电极的为BH
、OH－，其中的BH
中的氢失电子化合价升高生成BO
和H2O，因此a为电池的负极，b为电池的正极，H2O2中O由－1价降到－2价发生还原反应，反应式为H2O2＋2e－===2OH－，A正确。
原电池工作时，电解质溶液中的阳离子由负极区向正极区移动，B正确。
电子由负极流出，正极流入，即a→b，故C错误。
正极区产生的氢氧根，可以经处理后输入a极室循环使用，D正确。
]
[教师备选]
（2017·新余二模）磷酸铁锂电池具有高效率输出、可快速充电、对环境无污染等优点，其工作原理如图。
M电极是金属锂和碳的复合材料（碳作为金属锂的载体），电解质为一种能传导Li＋的高分子材料，隔膜只允许Li＋通过，电池反应式为LixC6＋Li1－xFePO4
LiFePO4＋6C。
下列说法正确的是（ ）
A．放电时Li＋从右边移向左边
B．放电时M是负极，电极反应式为C
－xe－===6C
C．充电时电路中通过0.5mol电子，消耗36gC
D．充电时N极连接电源的正极，电极反应式为LiFePO4－xe－===Li1－xFePO4＋xLi＋
D [根据电池反应式，得出LixC6作负极，Li1－xFePO4作正极，依据原电池的工作原理，阳离子向正极移动，即从左向右移动，A错误；根据A选项分析，M为负极，其电极反应式为LixC6－xe－===xLi＋＋6C，B错误；充电时，阴极反应式为xLi＋＋6C＋xe－===LixC6，通过0.5mol电子，消耗
g的C，C错误；充电时，N极连接电源的正极，作阳极，电极反应式是电池正极反应式的逆过程，即LiFePO4－xe－===Li1－xFePO4＋xLi＋，D正确。
]
6．（2018·桂林市模拟）用镁次氯酸钠燃料电池作电源模拟消除工业酸性废水中的Cr2O
的过程（将“Cr2O
”还原为“Cr3＋”），装置如图所示。
下列说法错误的是（ ）
A．金属铁电极的电极反应式为Fe－2e－===Fe2＋
B．装置中电子的流动路线是：
C电极→惰性电极→金属铁电极→D电极
C．装置工作过程中消耗7.2gMg，理论上可消除0.1molCr2O
D．将Cr2O
处理后的废水比原工业废水的pH大
B [阳极上Fe失去电子，阳极的电极反应式为Fe－2e－===Fe2＋，A项正确；装置中电子从负极→阴极，阳极→正极，即电子从C电极→惰性电极，金属铁电极→D电极，B项错误；装置工作过程中消耗7.2gMg时转移0.6mol电子，根据各电极上转移电子数目相等，结合阴极的电极反应式Cr2O
＋6e－＋14H＋===2Cr3＋＋7H2O可知，理论上能消除0.1molCr2O
，C项正确；处理Cr2O
时消耗废水中的H＋，即被处理后的废水中H＋浓度减小，pH增大，D项正确。
]
7．验证牺牲阳极的阴极保护法，实验如下（烧杯内均为经过酸化的3%NaCl溶液）。
①
②
③
在Fe表面生成蓝色沉淀
试管内无明显变化
试管内生成蓝色沉淀
下列说法不正确的是（ ）
A．对比②③，可以判定Zn保护了Fe
B．对比①②，K3[Fe（CN）6]可能将Fe氧化
C．验证Zn保护Fe时不能用①的方法
D．将Zn换成Cu，用①的方法可判断Fe比Cu活泼
D [②中Zn作负极，发生氧化反应生成Zn2＋，Fe作正极被保护，所以取出的少量Fe附近的溶液中滴入铁氰化钾溶液，试管内无明显变化。
但③中没有Zn保护Fe，Fe在酸性环境中发生析氢腐蚀，Fe作负极被氧化生成Fe2＋，所以取出的少量Fe附近的溶液中滴入铁氰化钾溶液，生成蓝色沉淀，对比②③可知Zn保护了Fe，A项正确；①与②的区别在于：
前者是将铁氰化钾溶液直接滴入烧杯中，而后者是在取出的少量Fe附近的溶液中滴加铁氰化钾溶液，①中出现了蓝色沉淀，说明有Fe2＋生成。
对比分析可知，可能是铁氰化钾氧化Fe生成了Fe2＋，B项正确；通过上述分析可知，验证Zn保护Fe时不能用①的方法，C项正确；若将Zn换成Cu，铁氰化钾仍会将Fe氧化为Fe2＋，在铁的表面同样会生成蓝色沉淀，所以无法判断Fe2＋是否为负极产物，即无法判断Fe与Cu的活泼性强弱，D项错误。
]
8．（2017·山东淄博二模）现代膜技术可使某种离子具有单向通过能力，常用于电解池、原电池中。
电解NaB（OH）4溶液可制备H3BO3，其工作原理如图。
下列叙述错误的是（ ）
A．M室发生的电极反应式：
2H2O－4e－===O2↑＋4H＋
B．N室：
a＜b
C．产品室发生的反应是B（OH）
＋H＋
H3BO3＋H2O
D．理论上每生成1mol产品，阴极室可生成标准状况下5.6L气体
D [M室为阳极室，水中的氢氧根离子放电，2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，A正确。
N室，水中的氢离子放电，生成氢氧根离子，原料室中钠离子移动到N室，NaOH浓度增大，B正确。
原料室中的B（OH）
移向产品室，M室中生成的H＋移向产品室，二者反应生成产品，C正确。
根据关系式：
H3BO3～H＋～
H2，理论上每生成1mol产品，阴极室可生成标准状况下11.2L气体，D错误。
]
[教师备选]
（2017·海南高考）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N2＋6H＋＋6e－===2NH3
C．H＋向阴极迁移
D．陶瓷可以隔离N2和H2
A [Pd电极b上是氢气发生氧化反应，Pd电极b为阳极，A错误。
Pd电极a为阴极，N2发生还原反应，N2＋6H＋＋6e－===2NH3，B正确。
阳离子向阴极移动，C正确。
陶瓷隔离N2和H2，使之分别在阴极、阳极放电，D正确。
]
9．（2018·桂林、贺州联考）近期使用的一种可控电池——锂水电池工作原理如图。
下列说法错误的是（ ）
A．锂电极是电池的负极
B．正极发生的反应为2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑
C．水中H＋经固体电解质向锂电极移动
D．理论上每消耗14g锂，转移的电子数为2NA
C [A项，Li是活泼金属，作为原电池的负极，正确；B项，根据图示，正极生成氢气，电极反应式为2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑，正确；C项，由于正极生成OH－，负极生成Li＋，所以通过固体电解质向锂电极移动的离子为OH－，不是H＋，错误；D项，14gLi的物质的量为2mol，理论上转移电子数为2NA，正确。
]
[教师备选]
据报道，我国已研制出“可充室温钠—二氧化碳电池”，电极材料为钠金属片和碳纳米管，电解液为高氯酸钠—四甘醇二甲醚，电池总反应式为4Na＋3CO2
2Na2CO3＋C，生成的固体Na2CO3沉积在碳纳米管上。
下列叙述不正确的是（ ）
A．放电时钠金属片发生氧化反应
B．充电时碳纳米管接直流电源的正极
C．放电时每消耗3molCO2，转移12mol电子
D．充电时的阳极反应式为C＋2Na2CO3－4e－===3CO2↑＋4Na＋
C [放电时钠金属片作负极，失去电子发生氧化反应，A正确。
原电池中正极上碳得到电子，则充电时碳纳米管接直流电源的正极，B正确。
放电时每消耗3molCO2,4molNa失去电子，转移4mol电子，C错误。
充电时为电解池，阳极与正极相连，阳极失去电子发生氧化反应，则阳极反应式为C＋2Na2CO3－4e－===3CO2↑＋4Na＋，D正确。
]
10．（2018·商丘统考）在日常生活中，我们经常看到铁制品生锈、铝制品表面出现白斑等众多金属腐蚀现象。
现通过如图所示装置进行实验探究。
下列说法正确的是（ ）
图Ⅰ 图Ⅱ 图Ⅲ
A．用图Ⅰ所示装置进行实验，为了更快更清晰地观察到液柱上升，可用酒精灯加热具支试管
B．图Ⅱ是图Ⅰ所示装置的原理示意图，图Ⅱ所示装置的正极材料是铁
C．铝制品表面出现白斑的原理可以通过图Ⅲ所示装置进行探究，Cl－由活性炭向铝箔表面迁移，并发生电极反应：
2Cl－－2e－===Cl2↑
D．图Ⅲ所示装置的总反应式为4Al＋3O2＋6H2O===4Al（OH）3，生成的Al（OH）3进一步脱水形成白斑
D [A项，加热使具支试管中气体体积增大，部分气体逸出，冷却后，气体体积缩小，导管中形成液柱，并不能证明金属发生吸氧腐蚀，错误；B项，负极材料应为铁，错误；C项，铝箔为负极，活性炭为正极，正极反应式为O2＋4e－＋2H2O===4OH－，负极反应式为Al－3e－＋3OH－===Al（OH）3，错误；D项，将正极反应式和负极反应式相加可得图Ⅲ所示装置的总反应式为4Al＋3O2＋6H2O===4Al（OH）3，生成的Al（OH）3进一步脱水形成白斑，正确。
]
11．
（1）（2018·石家庄模拟）利用生物电池，以H2、N2为原料合成氨的装置如图所示。
Q、R均为催化剂，据图判断，负极反应的催化剂为________（填“Q”或“R”）；正极的电极反应式为______________________________。
（2）（2018·福建高三模拟）过二硫酸钾（K2S2O8）可通过“电解→转化→提纯”方法制得，电解装置示意图如图所示。
①电解时，铁电极连接电源的____________极。
②常温下，电解液中含硫微粒的主要存在形式与pH的关系如图所示。
在阳极放电的离子主要是HSO
，阳极区电解质溶液的pH范围为________，阳极的电极反应式为________________________________。
③往电解产品中加入硫酸钾，使其转化为过二硫酸钾粗产品，提纯粗产品的方法是________。
【解析】
（1）负极上H2发生氧化反应转化为H＋，根据题图，负极反应的催化剂为Q；正极上N2发生还原反应转化为NH3，电极反应式为N2＋6H＋＋6e－===2NH3。
（2）①根据题中信息知，电解NaHSO4溶液制备K2S2O8，则Fe电极应为阴极，即Fe电极应与电源的负极相连。
②根据题图及题意可知阳极的电极反应式为2HSO
－2e－===S2O
＋2H＋，阳极区电解质溶液的pH在0～2之间。
③可用重结晶法对K2S2O8粗产品进行提纯。
【答案】
（1）Q N2＋6H＋＋6e－===2NH3
（2）①负 ②0～2 2HSO
－2e－===S2O
＋2H＋
③重结晶
12．（2018·河南豫北、豫南第二次联考）氮的重要化合物如氨（NH3）、氮氧化物（NxOx）、肼（N2H4）、三氟化氮（NF3）等，在生产、生活中具有重要作用。
（1）利用反应NO2＋NH3―→N2＋H2O（未配平）消除NO2的简易装置如下图所示。
电极b的电极反应式为________，消耗标准状况下4.48LNH3时，被消除的NO2的物质的量为________mol。
（2）在微电子工业中NF3常用作氮化硅的蚀刻剂，工业上通过电解含NH4F等的无水熔融物生产NF3，其电解原理如下图所示。
a电极为电解池的________（填“阴”或“阳”）极，写出该电极的电极反应式：
_____________________________________________________；
电解过程中还会生成少量氧化性极强的气体单质，该气体的分子式是________。
【解析】
（1）配平后的方程式为6NO2＋8NH3===7N2＋12H2O。
电极b发生还原反应，二氧化氮转化成氮气，电极反应式为2NO2＋8e－＋4H2O===8OH－＋N2；标准状况下4.48LNH3的物质的量为0.2mol，根据4NH3～3NO2，所以被消除的NO2的物质的量为
×0.2mol＝0.15mol。
（2）由题图可知，H＋在b电极上得到电子生成氢气，故b为阴极，则a为阳极，阳极上NH
失去电子生成NF3，电极反应方程式为NH
＋3F－－6e－===NF3＋4H＋，依据电解原理可知，F－也可能失去电子生成氟单质，故氧化性较强的单质为氟气。
【答案】
（1）2NO2＋8e－＋4H2O===8OH－＋N2 0.15
（2）阳 NH
＋3F－－6e－===NF3＋4H＋ F2
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