2021高考化学二轮复习专题4化学能与热能电能相互转化学案

　专题 4 化学能与热能、电能的相互转化

　 考向一 化学能与热能 1．(2020·山东卷，T 18(1) )以 CO 2 、H 2 为原料合成 CH 3 OH 涉及的主要反应如下：

　Ⅰ.CO 2 (g)＋3H 2 (g) CH 3 OH(g)＋H 2 O(g)

　 Δ H 1 ＝－49.5 kJ·mol－1

　Ⅱ.CO(g)＋2H 2 (g) CH 3 OH(g)

　 Δ H 2 ＝－90.4 kJ·mol－1

　Ⅲ.CO 2 (g)＋H 2 (g) CO(g)＋H 2 O(g) Δ H 3

　则 Δ H 3 ＝____________kJ·mol－1 。

　[解析] Δ H 3 ＝Δ H 1 －Δ H 2 ＝＋40.9 kJ·mol－1 。

　[答案] ＋40.9 2．(2020·浙江 7 月卷，T 22 )关于下列 Δ H 的判断正确的是(

　) CO2－3 (aq)＋H＋ (aq)===HCO －3 (aq) Δ H 1

　CO2－3 (aq)＋H 2 O(l) HCO－3 (aq)＋OH－ (aq) Δ H2

　OH－ (aq)＋H ＋ (aq)===H2 O(l) Δ H 3

　OH－ (aq)＋CH3 COOH(aq)===CH 3 COO－ (aq)＋H2 O(l) Δ H 4

　A．Δ H 1 ＜0 Δ H 2 ＜0

　 B．Δ H 1 ＜Δ H 2

　C．Δ H 3 ＜0 Δ H 4 ＞0 D．Δ H 3 ＞Δ H 4 B [形成化学键要放出热量，Δ H 1 <0，第二个反应是盐类的水解反应，是吸热反应，Δ H 2 >0，A 项错误；Δ H 1 是负值，Δ H 2 是正值，Δ H 1 <Δ H 2 ，B 项正确；酸碱中和反应是放热反应，Δ H 3 <0，Δ H 4 <0，C 项错误；第四个反应(醋酸是弱酸，电离吸热)放出的热量小于第三个反应，但 Δ H 3和 Δ H 4 都是负值，则 Δ H 3 <Δ H 4 ，D 项错误。] 3．(2020·天津卷，T 10 )理论研究表明，在 101 kPa 和 298 K 下，HCN(g) HNC(g)异构化反应过程的能量变化如图所示。下列说法错误的是(

　)

　A．HCN 比 HNC 稳定 B．该异构化反应的 Δ H ＝＋59.3 kJ·mol－1

　C．正反应的活化能大于逆反应的活化能 D．使用催化剂，可以改变反应的反应热 D [HNC 的能量比 HCN 高，则稳定性较好的是 HCN，A 项正确；该异构化反应的 Δ H ＝＋59.3 kJ·mol－1 ，为吸热反应，则正反应的活化能大于逆反应的活化能，B、C 项正确；使用催化剂只能改变反应的历程，但是不影响反应的反应热，D 项错误。] 考向二 化学能与电能的相互转化 4．(2020·山东卷，T 10 )微生物脱盐电池是一种高效、经济的能源装置，利用微生物处理有机废水获得电能，同时可实现海水淡化。现以 NaCl 溶液模拟海水，采用惰性电极，用下图装置处理有机废水(以含 CH 3 COO－ 的溶液为例)。下列说法错误的是(

　)

　A．负极反应为 CH 3 COO－ ＋2H2 O－8e－ ===2CO2 ↑＋7H＋

　B．隔膜 1 为阳离子交换膜，隔膜 2 为阴离子交换膜 C．当电路中转移 1 mol 电子时，模拟海水理论上除盐 58.5 g D．电池工作一段时间后，正、负极产生气体的物质的量之比为 2∶1 B [根据题意，可得放电时的电极反应，负极(a 极)：CH 3 COO－ ＋2H2 O－8e－ ===2CO2 ↑＋7H＋ ，正极(b 极)：2H ＋ ＋2e － ===H2 ↑，A 项正确；该电池工作时，Cl－ 向 a 极移动，Na ＋ 向 b 极移动，即隔膜 1 为阴离子交换膜，隔膜 2 为阳离子交换膜，B 项错误；电路中转移 1 mol 电子时，向 a 极和 b 极分别移动 1 mol Cl－ 和 1 mol Na ＋ ，则模拟海水理论上可除盐 58.5 g，C 项正确；电池工作时负极产生 CO 2 ，正极产生 H 2 ，结合正、负极的电极反应知，一段时间后，正极和负极产生气体的物质的量之比为 2∶1，D 项正确。] 5．(2020·山东卷，T 13 )采用惰性电极，以去离子水和氧气为原料通过电解法制备双氧水的装置如图所示。忽略温度变化的影响，下列说法错误的是(

　)

　A．阳极反应为 2H 2 O－4e－ ===4H ＋ ＋O2 ↑ B．电解一段时间后，阳极室的 pH 未变 C．电解过程中，H＋ 由 a 极区向 b 极区迁移

　D．电解一段时间后，a 极生成的 O 2 与 b 极反应的 O 2 等量 D [a 极上产生 O 2 ，发生的反应为水被氧化生成 O 2 的反应，即 a 极为阳极，b 极为阴极，a 极电极反应式：2H 2 O－4e－ ===4H ＋ ＋O2 ↑，b 极电极反应式：2H＋ ＋O2 ＋2e－ ===H2 O 2 ，A 项正确；电解一段时间后，溶液中 H＋ 浓度未变，即阳极室的 pH 未变，B 项正确；电解过程中 H ＋ 通过质子交换膜，从 a 极区向 b 极区迁移，C 项正确；由阴、阳极的电极反应式，可知电解一段时间后，b 极消耗 O 2 的量是 a 极生成 O 2 的量的 2 倍，即 a 极生成的 O 2 与 b 极反应的 O 2 的量不相等，D 项错误。] 6．(2020·全国卷Ⅰ，T 12 )科学家近年发明了一种新型 Zn－CO 2 水介质电池。电池示意图如下，电极为金属锌和选择性催化材料。放电时，温室气体 CO 2 被转化为储氢物质甲酸等，为解决环境和能源问题提供了一种新途径。

　下列说法错误的是(

　) A．放电时，负极反应为 Zn－2e－ ＋4OH － ===Zn(OH) 2－4

　B．放电时，1 mol CO 2 转化为 HCOOH，转移的电子数为 2 mol C．充电时，电池总反应为 2Zn(OH)2－4 ===2Zn＋O 2 ↑＋4OH－ ＋2H2 O D．充电时，正极溶液中 OH－ 浓度升高 D [由题给装置图可知，放电时负极锌失去电子后结合 OH－ 生成 Zn(OH) 2－4 ，负极反应为Zn－2e－ ＋4OH － ===Zn(OH) 2－4 ，A 项正确；放电时，正极上 CO 2 得电子生成 HCOOH，CO 2 中 C 的化合价为＋4，HCOOH 中 C 的化合价为＋2,1 mol CO 2 转化为 1 mol HCOOH，转移 2 mol 电子，B项正确；充电时阴极上 Zn(OH)2－4 参与反应得到锌，阳极上 H 2 O 参与反应得到氧气，电池总反应为 2Zn(OH)2－4 ===2Zn＋O 2 ↑＋4OH－ ＋2H2 O，C 项正确；充电时，阳极上发生失电子的氧化反应：2H 2 O－4e－ ===O2 ↑＋4H＋ ，氢氧根离子浓度降低，D 项错误。] 7．(2020·全国卷Ⅲ，T 12 )一种高性能的碱性硼化钒(VB 2 )­空气电池如图所示，其中在 VB 2电极发生反应：VB 2 ＋16OH－ －11e － ===VO 3－4 ＋2B(OH)－4 ＋4H 2 O。该电池工作时，下列说法错误的是(

　)

　 A．负载通过 0.04 mol 电子时，有 0.224 L(标准状况)O 2 参与反应 B．正极区溶液的 pH 降低、负极区溶液的 pH 升高 C．电池总反应为 4VB 2 ＋11O 2 ＋20OH－ ＋6H2 O===8B(OH)－4 ＋4VO3－4

　D．电流由复合碳电极经负载、VB 2 电极、KOH 溶液回到复合碳电极 B [由题给信息知 VB 2 电极上发生失电子的氧化反应，则 VB 2 电极为负极，复合碳电极为正极，正极发生还原反应，电极反应式为 O 2 ＋4e－ ＋2H2 O===4OH－ ，电池总反应方程式为 4VB2＋11O 2 ＋20OH－ ＋6H2 O===8[B(OH) 4 ]－ ＋4VO 3－4 。

　由上述分析知，正极的电极反应式为 O 2 ＋4e－ ＋2H2 O===4OH－ ，则电路中通过 0.04 mol e －时，正极有 0.01 mol O 2 参加反应，其在标准状况下的体积为 0.224 L，A 项正确；由正、负极的电极反应式可知，该电池工作时，负极区溶液的 pH 降低，正极区溶液的 pH 升高，B 项错误；由上述分析知，该电池的总反应方程式为 4VB 2 ＋11O 2 ＋20OH－ ＋6H2 O===8[B(OH) 4 ]－ ＋4VO 3－4 ，C 项正确；电流与电子的流动方向相反，电流从正极出发，沿负载流向负极，再经过溶液最终回到正极，D 项正确。] 8．(2019·全国卷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，N 2 发生还原反应生成 NH 3

　D．电池工作时质子通过交换膜由负极区向正极区移动 B [A 项，该反应中，可产生电流，反应条件比较温和，没有高温高压条件，正确；B 项，该生物燃料电池中，左端电极反应式为 MV＋ －e － ===MV 2＋ ，则左端电极是负极，应为负极区，在氢化酶作用下，发生反应 H 2 ＋2MV2＋ ===2H ＋ ＋2MV ＋ ，错误；C 项，右端电极反应式为 MV 2＋ ＋e － ===MV＋ ，是正极，在正极区 N2 得到电子生成 NH 3 ，发生还原反应，正确；D 项，原电池中，内电路中H＋ 通过交换膜由负极区向正极区移动，正确。] 9．(2020·全国卷Ⅱ，T 12 )电致变色器件可智能调控太阳光透过率，从而实现节能。如图

　是某电致变色器件的示意图。当通电时，Ag＋ 注入到无色 WO3 薄膜中，生成 Ag x WO 3 ，器件呈现蓝色，对于该变化过程，下列叙述错误的是(

　)

　A．Ag 为阳极 B．Ag＋ 由银电极向变色层迁移 C．W 元素的化合价升高 D．总反应为 WO 3 ＋ x Ag===Ag x WO 3

　C [根据题图可知，该装置为电解池，由通电时 Ag＋ 注入到无色 WO3 薄膜中，生成 Ag x WO 3 ，可知 Ag 为该电解池的阳极，透明导电层为该电解池的阴极，结合题给信息可写出阳极和阴极的电极反应式分别为 Ag－e－ ===Ag ＋ 和x Ag＋ ＋WO3 ＋ x e－ ===Agx WO 3 。

　根据上述分析可知 Ag 为阳极，A 项正确；电解池工作时，Ag＋ 向阴极移动，即 Ag ＋ 由银电极向变色层迁移，B 项正确；结合上述分析可知 WO 3 在阴极发生还原反应，即 W 元素的化合价降低，C 项错误；结合阳极和阴极的电极反应式可写出总反应为 WO 3 ＋ x Ag===Ag x WO 3 ，D 项正确。]

　本专题主要有以下几个命题角度：

　1．化学与热能 (1)能量(或能垒)图示分析；(2)反应热计算；(3)盖斯定律的应用计算。

　2．原电池原理及化学电源 (1)正、负极电极反应式的判断；(2)电子、溶液中离子移动方向的判断；(3)新型电源的原理分析；(4)工作时溶液介质性质的变化等。

　3．电解原理及应用 (1)阴、阳极及电极反应式的判断；(2)溶液中离子移动方向判断；(3)离子交换膜的应用；(4)金属腐蚀与防护等。

　预测 2021 年仍会在新型化学电源和电解原理及应用方面加强命题，平时要加强关注最新科技中涉及的新型化学电源和电解的发展方向。

　 化学反应与能量

　化学反应热与催化剂 1．反应热的四种计算方法

　 放热反应 Δ H <0

　吸热反应 Δ H >0 (1)从宏观角度计算

　Δ H ＝ H 1 (生成物的总能量)－ H 2 (反应物的总能量) (2)从微观角度计算 Δ H ＝ E 1 (反应物的键能总和)－ E 2 (生成物的键能总和) (3)从活化能角度计算

　 Δ H ＝ E 1 (正反应的活化能)－ E 2 (逆反应的活化能) (4)根据盖斯定律计算

　 2．催化剂改变反应历程、降低反应活化能示意图

　 说明：(1) E 1 、 E 2 是非催化反应的正、逆反应的活化能， E ′ 1 、 E ′ 2 是催化反应的正、逆反应活化能。

　(2)使用催化剂降低两向反应活化能，但不影响焓变 Δ H 。

　(3)使用催化剂改变了反应历程。

　 题组 1 化学能与热能的图像分析 1．(双选)(2020·山东省等级考试模拟，T 15 )热催化合成氨面临的两难问题是：采用高温增大反应速率的同时会因平衡限制导致 NH 3 产率降低。我国科研人员研制了 Ti­H­Fe 双温区催化剂(Ti­H 区域和 Fe 区域的温度差可超过 100 ℃)。Ti­H­Fe 双温区催化合成氨的反应历程如图所示。其中吸附在催化剂表面上的物种用*标注。下列说法正确的是(

　)

　A．①为 N≡N 的断裂过程 B．①②③在高温区发生，④⑤在低温区发生 C．④为 N 原子由 Fe 区域向 Ti­H 区域的传递过程 D．使用 Ti­H­Fe 双温区催化剂使合成氨反应转变为吸热反应 BC [①为 N 2 吸附，②③为 N≡N 断裂过程，故①②③在高温区发生，④为 N 原子传递过程，⑤为 N—H 键成键过程，故④⑤在低温区发生。] 2．(2020·威海模拟)已知丙烯与 HCl 发生加成反应有两种可能，如图 1 所示；其中丙烯加 H＋ 的能量变化曲线图如图 2 所示。下列说法错误的是(

　)

　 图 1

　图 2 A．过渡态(Ⅰ)比过渡态(Ⅱ)稳定 B．生成①的过程所需活化能较低，速率快 C．①②③④中碳原子的杂化方式相同 D．丙烯与 HCl 发生加成反应，主要生成产物③ C [根据题图 2 可以得出过渡态(Ⅰ)比过渡态(Ⅱ)能量低，故过渡态(Ⅰ)更稳定，A 项正确；反应过程中活化能越低，反应速率越快，B 项正确；①②中碳原子的杂化方式有 sp2 和sp3 ，③④中碳原子的杂化方式均为 sp 3 ，C 项错误；反应历程中所需活化能越低，反应越容易进行，故③是主要产物，D 项正确。] 3．(2020·广州模拟)科学家研究利用铁触媒催化合成氨的反应历程如图所示，其中吸附在催化剂表面的物质用“ ad ”表示。

　由图可知合成氨反应 12 N2 (g)＋ 32 H2 (g) NH 3 (g)的 Δ H ＝________ kJ·mol－1 。该历程中反应速率最慢的步骤的化学方程式为___________。

　[解析] 根据图示可知：

　12 N2 (g)＋ 32 H2 (g) NH 3 (g)的 Δ H ＝－46 kJ/mol，活化能越大，反应越慢；反之，反应越快。

　[答案] －46 N ad ＋3H ad ===NH ad ＋2H ad

　 题组 2 盖斯定律的应用计算 4．工业上可用 CO 2 和 H 2 制备被誉为“21 世纪的清洁燃料”二甲醚(CH 3 OCH 3 )：

　在 500℃时，在密闭容器中将炼焦中的 CO 2 转化为二甲醚，其相关反应为：

　主反应Ⅰ：2CO 2

　(g)＋6H 2 (g)催化剂CH 3 OCH 3 (g)＋3H 2 O(g) Δ H 1

　副反应Ⅱ：CO 2 (g)＋3H 2 (g)催化剂CH 3 OH(g)＋H 2 O(g) Δ H 2

　已知：①CO(g)＋2H 2 (g) CH 3 OH(g)

　Δ H ＝－90.1 kJ·mol－1

　②2CH 3 OH(g) CH 3 OCH 3 (g)＋H 2 O(g)

　Δ H ＝－24.5 kJ·mol－1

　③CO(g)＋H 2 O(g) CO 2 (g)＋H 2 (g)

　Δ H ＝ －41.0 kJ·mol－1

　则主反应Ⅰ的 Δ H 1 ＝________。

　[解析] 将反应按①×2＋②－③×2 可得主反应Ⅰ，即 Δ H 1 ＝(－90.1×2－24.5＋41.0×2)kJ·mol－1 ＝－122.7 kJ·mol －1 。

　[答案] －122.7 kJ·mol－1

　5．已知：①C(s)＋O 2 (g)===CO 2 (g)

　Δ H 1 ＝－393.5 kJ·mol－1

　②C(s)＋CO 2 (g)===2CO(g)

　Δ H 2 ＝＋172.5 kJ·mol－1

　③4Fe(s)＋3O 2 (g)===2Fe 2 O 3 (s)

　Δ H 3 ＝－1651.0 kJ·mol－1

　CO 还原氧化铁的热化学方程式为______________________。

　[解析] 根据盖斯定律，由(①－②)× 32 －③×12 可得热化学方程式。

　[答案] 3CO(g)＋Fe 2 O 3 (s)===2Fe(s)＋3CO 2 (g) Δ H ＝－23.5 kJ·mol－1

　 原电池原理与新型电源

　一、氧化还原反应的有关概念及联系

　 提醒：(1)在原电池中，负极上反应的物质化合价升高、失电子，发生氧化反应，作还原剂，反之正极上反应的物质作氧化剂。

　(2)在电解池中，阳极上反应的物质化合价升高、失电子，发生氧化反应，作还原剂，反之阴极上反应的物质作氧化剂。

　[练一练] 1．对于 Cu＋2Fe3＋ ===Cu 2＋ ＋2Fe 2＋ 反应，设计原电池，写出电极名称及相应的电极反应式。

　[答案] 铜作负极：Cu－2e－ ===Cu 2＋ ，碳棒作正极：2Fe 3＋ ＋2e － ===2Fe 2＋ 。

　二、原电池原理与化学电源 1．原电池工作原理

　提醒：盐桥的三个作用 (1)隔绝正负极反应物，避免直接接触，导致电流不稳定； (2)通过离子的定向移动，构成闭合回路； (3)平衡电极区的电荷。

　2．二次充电电池的原理及充电连接

　提醒：(1)二次电池充电时，电池正极连接电源正极，电池负极连接电源负极，即“正接正，负接负”。

　(2)放电时负极反应与充电时的阴极反应相反，同理放电时正极反应与充电时阳极反应相反。如铅蓄电池：

　  负极：Pb＋SO2－4 －2e－ ===PbSO4阴极：PbSO 4 ＋2e－ ===Pb＋SO 2－4   正极：PbO 2 ＋2e－ ＋4H ＋ ＋SO 2－4 ===PbSO 4 ＋2H 2 O阳极：PbSO 4 ＋2H 2 O－2e－ ===PbO2 ＋4H＋ ＋SO 2－4 3．新型化学电池中电极反应式的书写方法

　 [练一练] 2．完成下列电极反应式 (1)2Li＋Cu 2 O＋H 2 O===2Cu＋2Li＋ ＋2OH － 为锂­铜电池的放电反应，负极反应式为__________________，正极反应式为_________。

　(2)已知 H 2 O 2 是一种弱酸，在强碱溶液中主要以 HO－2 的形式存在。已知：Al—H 2 O 2 碱性燃料电池的总反应为 2Al＋3NaHO 2 ===2NaAlO 2 ＋NaOH＋H 2 O。该电池的负极反应式为_____，正极反应式为_____________________________。

　(3)已知 CH 3 OH 燃料电池在熔融 Na 2 CO 3 介质中总反应为 2CH 3 OH＋3O 2 ===2CO 2 ＋4H 2 O，该电池的负极反应式为________，正极反应式为_________________________________________。

　(4)锂离子电池的总反应式为 Li 1－ x CoO 2 ＋Li x C 6放电充电LiCoO 2 ＋C 6 ( x <1)。放电时的负极反应式_________________，正极反应式_______________________，充电时的阴极反应式为________。

　(5)高铁电池的总反应式为 3Zn＋2K 2 FeO 4 ＋8H 2 O放电充电3Zn(OH) 2 ＋2Fe(OH) 3 ＋4KOH。

　放 电 时 的 正 极 反 应 式 为 ________________________ ， 充 电 时 的 阴 极 反 应 式 为____________________。

　(6)全钒液流电池的总反应为：VO＋2 ＋2H＋ ＋V 2＋放电充电V3＋ ＋VO 2＋ ＋H2 O。放电时的负极反应式为________________，充电时的阳极反应式为__________________。

　[答案] (1)2Li－2e－ ===2Li ＋

　Cu2 O＋2e－ ＋H2 O===2Cu＋2OH－

　(2)2Al－6e－ ＋8OH － ===2AlO －2 ＋4H 2 O 3HO－2 ＋6e－ ＋3H2 O===9OH－

　(3)2CH 3 OH－12e－ ＋6CO 2－3 ===8CO 2 ↑＋4H 2 O

　3O 2 ＋12e－ ＋6CO2 ===6CO2－3

　(4)Li x C 6 － x e－ === x Li ＋ ＋C6

　Li 1－ x CoO 2 ＋ x Li＋ ＋ x e － ===LiCoO2

　x Li＋ ＋C6 ＋ x e－ ===Lix C 6

　(5)2FeO2－4 ＋6e－ ＋8H2 O===2Fe(OH) 3 ＋10OH－

　 3Zn(OH) 2 ＋6e－ ===3Zn＋6OH －

　(6)V2＋ －e － ===V 3＋

　VO 2＋ ＋H2 O－e－ ===VO ＋2 ＋2H＋

　题组 1 新型电池的工作原理 1.第 20 届中国国际工业博览会上，华东师范大学带来的一种“锌＋碘”新型安全动力电池亮相工博会高校展区。该新型安全动力电池无污染、高安全、长寿命且具有合适的充电时间，可以应用于日常生活、交通出行等各个领域。

　已知该电池的工作原理如图所示。下列有关说法正确的是(

　)

　A．正极反应式为 I－3 －2e－ ===3I －

　B．6.5 g Zn 溶解时，电解质溶液中有 0.2 mol 电子移动 C．转移 1 mol 电子时，有 1 mol Zn2＋ 从左池移向右池 D．“回流通道”可以减缓电池两室的压差，避免电池受损 D [原电池原理中，正极 I－3 得电子，反应式为 I－3 ＋2e－ ===3I － ，发生还原反应，A 错误；电解质溶液中无电子的转移，B 错误；结合 A 项分析，转移 1 mol 电子时，增加 1 mol 负电荷，需要 0.5 mol Zn2＋ 平衡，C 错误；新型电池的充放电过程，会导致电池内离子交换膜的两边产生压差，据此考虑“回流通道”的作用，D 项正确。] 2．(2020·湖南名校线上联考)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 PTO­Zn2＋

　，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－ ＋4Zn 2＋ ===PTO­ Zn 2＋

　D [根据图示可知 M 为电池的负极，N 为正极，充电时 M 为阴极，N 为阳极。充电时 N 极即阳极反应式应为 PTO­Zn2＋ －8e － ===2PTO＋4Zn 2＋ ，D 项错误。] 3．2019 年诺贝尔化学奖颁给在锂离子电池发展方面作出突出贡献的三位科学家，颁奖词中说：他们创造了一个可再充电的世界。下面是最近研发的 Ca­LiFePO 4 可充电电池的工作示意图，锂离子导体膜只允许 Li＋ 通过，电池反应为x Ca2＋ ＋2LiFePO4充电放电x Ca＋2Li 1－ x FePO 4 ＋2 x Li＋ 。下列说法错误的是(

　)

　A．LiPF 6 ­LiAsF 6 为非水电解质，其与 Li 2 SO 4 溶液的主要作用都是传递离子 B．放电时，负极反应为：LiFePO 4 － x e－ ===Li1－ x FePO 4 ＋ x Li＋

　C．充电时，Li 1－ x FePO 4 /LiFePO 4 电极发生 Li＋ 脱嵌，放电时发生 Li ＋ 嵌入 D．充电时，当转移 0.2 mol 电子时，左室中电解质的质量减轻 2.6 g B [放电时，负极反应为：Ca－2e－ ===Ca 2＋ ，使左室中正电荷数目增多，锂离子导体膜只允许 Li＋ 通过，使 LiPF6 －LiAsF 6 电解质中的 Li＋ 通过锂离子导体膜移入右室，正极反应为：Li1－ x FePO 4 ＋ x Li＋ ＋ x e － ===LiFePO4 ，电极发生 Li＋ 嵌入，B 错误；充电时，阳极发生：LiFePO4 － x e－ === x Li ＋ ＋Li1－ x FePO 4 ，电极发生 Li＋ 脱嵌，阴极发生：Ca 2＋ ＋2e － ===Ca，转移 0.2 mol 电子时，有 0.2 mol Li＋ 从右室通过锂离子导体膜移入左室，左室电解质中有 0.1 mol Ca 2＋ 得电子生成Ca 沉积在钙电极上，故左室中电解质的质量减轻 40×0.1 g－7×0.2 g＝2.6 g，C、D 正确。] 4．(双选)(2020·潍坊模拟)锂/氟化碳电池稳定性很高。该电池的电解质溶液为 LiClO 4

　的乙二醇二甲醚溶液，总反应为 x Li＋CF x === x LiF＋C，放电产物 LiF 沉积在正极，工作原理如图所示。下列说法正确的是(

　)

　A．正极的电极反应式为 CF x ＋ x e－ ＋ x Li ＋ === x LiF＋C B．离子交换膜为阴离子交换膜 C．电解质溶液可用 LiClO 4 的乙醇溶液代替 D．b 极电势高于 a 极电势 AD [根据总反应可知，Li 为负极，石墨棒为正极，正极上 CF x 转化为 C，电极反应式为CF x ＋ x e－ ＋ x Li ＋ === x LiF＋C，A 项正确；根据正极的电极反应式可知，负极区的 Li ＋ 通过离子交换膜进入正极区，则离子交换膜为阳离子交换膜，B 项错误；Li 能与乙醇发生反应，因此电解质溶液不能用 LiClO 4 的乙醇溶液代替，C 项错误；b 极为正极，a 极为负极，故 b 极电势高于 a 极电势，D 项正确。]

　题组 2 燃料电池的工作原理 5．(2020·南昌模拟)十九大报告中提出要“打赢蓝天保卫战”，意味着对污染防治比过去要求更高。某种利用垃圾渗透液实现发电、环保二位一体结合的装置示意图如下，当该装置工作时，下列说法正确的是(

　)

　A．盐桥中 Cl－ 向 Y 极移动 B．电路中流过 7.5 mol 电子时，共产生标准状况下 N 2 的体积为 16.8 L C．电流由 X 极沿导线流向 Y 极 D．Y 极发生的反应为 2NO－3 ＋10e－ ＋6H2 O===N 2 ↑＋12OH－ ，周围 pH 增大 D [根据处理垃圾渗滤液并用其发电的示意图可知，装置属于原电池装置，X 是负极，发生失电子的氧化反应，Y 是正极，发生得电子的还原反应 2NO－3

　＋ 10e－

　＋ 6H2 O===N 2 ↑＋12OH－ ，电解质里的阳离子移向正极，阴离子移向负极，电子从负极流向正极。] 6．新型锂空气燃料电池具有使用寿命长、可在自然空气环境下工作的优点。其原理如图

　所示(电解质为离子液体和二甲基亚砜)，电池总反应为：2Li＋O 2放电充电Li 2 O 2 。

　下列说法不正确的是(

　) A．充电时电子由 Li 电极经外电路流入 Li 2 O 2

　B．放电时正极反应式为 2Li＋ ＋O2 ＋2e－ ===Li2 O 2

　C．充电时 Li 电极与电源的负极相连 D．碳酸锂涂层既可阻止锂电极的氧化又能让锂离子进入电解质 A [充电时，Li 电极为阴极，Li 2 O 2 为阳极，电子从电源的负极流入 Li 电极，A 项错误。] 7．微生物燃料电池是指在微生物的作用下将化学能转化为电能的装置。某微生物燃料电池的工作原理如图所示，下列说法正确的是(

　)

　A．HS－ 在硫氧化菌作用下转化为 SO 2－4 的反应为 HS－ ＋4H2 O－8e－ ===SO 2－4 ＋9H＋

　B．电子从电极 b 流出，经外电路流向电极 a C．如果将反应物直接燃烧，能量的利用率不会变化 D．若该电池电路中有 0.4 mol 电子发生转移，则有 0.5 mol H＋ 通过质子交换膜 A [根据题图知，在硫氧化菌作用下 HS－ 转化为 SO 2－4 ，发生氧化反应：HS－ ＋4H2 O－8e－===SO2－4 ＋9H＋ ，A 项正确；电子从电极 a 流出，经外电路流向电极 b，B 项错误；如果将反应物直接燃烧，有部分化学能转化为热能和光能，能量的利用率降低，C 项错误；若该电池电路中有 0.4 mol 电子发生转移，则有 0.4 mol H＋ 通过质子交换膜，D 项错误。]

　间接电化学反应原理简介 (1)定义：间接电化学反应是以具有“电子传递”功能的物质为媒质(催化剂)，对反应基质进行间接氧化或还原，从而得到目的产物。

　(2)原理：媒质也称为“电对”或“介对”，其首先在电极表面失去(或得到)电子，形成

　氧化态(或还原态)在电解溶液中进一步氧化(或还原)反应基质，最终生成目的产物。

　其原理如下图所示：

　 电解原理及应用

　一、电解池工作原理模型图

　提醒：(1)阳离子在阴极上的放电顺序：Ag＋ ＞Fe 3＋ ＞Cu 2＋ ＞H ＋ ＞…… (2)阴离子在阳极上的放电顺序：S2－ ＞I － ＞Br － ＞Cl － ＞OH － ＞含氧酸根离子＞…… (3)当阳极是金属(Au、Pt 除外)电极时，溶液中的离子不再放电而是金属失电子生成金属阳离子。

　(4)微粒的放电顺序受温度、浓度、电压、电极材料等因素的影响。

　二、电解池阴、阳极的判断 1．根据所连接的外加电源判断：与直流电源正极相连的为阳极，与直流电源负极相连的为阴极。

　2．根据电子流动方向判断：电子流动方向为从电源负极流向阴极，从阳极流向电源正极。

　3．根据电解池里电解质溶液中离子的移动方向判断：阳离子向阴极移动，阴离子向阳极移动。

　4．根据电解池两极产物判断(一般情况下) (1)阴极上的现象是析出金属(质量增加)或有无色气体(H 2 )放出。

　(2)阳极上的现象是有非金属单质生成，呈气态的有 Cl 2 、O 2 或电极质量减小(活性电极作阳极)。

　三、电解原理的实际应用 1．物质制备 电解饱和食盐水制烧碱、Cl 2 、H 2电解法冶炼活泼金属电解法制备新物质

　2．电镀与电精炼  电镀铜、银精炼粗Cu、粗银 3．电解法处理废水：电解含 Na 2 SO 4 的废水制 NaOH 与 H 2 SO 4 。

　四、金属电化学腐蚀与防护

　题组 1 电解原理的应用 1．(2020·潍坊模拟)一种新型的电解废水处理技术是以活性炭为电极板和粒子凝胶颗粒填充的电解装置(如图所示)。用该装置电解过程中产生的羟基自由基(·OH)氧化能力极强，能氧化苯酚生成 CO 2 、H 2 O。下列说法错误的是(

　)

　A．阳极电极反应为 2H 2 O－4e－ ===O2 ↑＋4H＋

　B．H＋ 通过离子交换膜向阴极移动 C．苯酚被氧化的化学方程式为 C 6 H 5 OH＋28·OH===6CO 2 ↑＋17H 2 O D．每转移 0.7 mol e－ ，两极室共产生气体体积为 11.2 L(标准状况) A [根据题给信息可知，阳极上产生羟基自由基，故阳极反应为 H 2 O－e－ ===·OH＋H ＋ ，A项错误；H＋ 通过离子交换膜向阴极移动，B 项正确；苯酚被羟基自由基氧化为 CO2 、H 2 O，配平化学方程式为 C 6 H 5 OH＋28·OH===6CO 2 ↑＋17H 2 O，C 项正确；阴极反应式为 2H＋ ＋2e － ===H2 ↑，转移 0.7 mol 电子，阴极产生 0.35 mol H 2 ，阳极反应式为 H 2 O－e－ ===·OH＋H ＋ ，转移 0.7 mol 电子，生成 0.7 mol ·OH，由 C 6 H 5 OH＋28·OH===6CO 2 ↑＋17H 2 O 可知，0.7 mol ·OH 参加反应，生成 0.15 mol CO 2 ，故两极室共产生 0.5 mol 气体，在标准状况下体积为 11.2 L，D 项正确。] 2．一种三电极电解水制氢的装置如图，三电极为催化电极 a、催化电极 b 和 Ni(OH) 2 电极。通过控制开关连接 K 1 或 K 2 ，可交替得到 H 2 和 O 2 。下列说法错误的是(

　)

　 A．制 O 2 时，电子由 Ni(OH) 2 电极通过外电路流向催化电极 b B．制 H 2 时，阳极的电极反应式为 Ni(OH) 2 ＋OH－ －e － ===NiOOH＋H2 O C．催化电极 b 上，OH－ 发生氧化反应生成 O2

　D．该装置可在无隔膜的条件下制备高纯氢气 A [开关连接 K 1 ，制 H 2 ，a 极为阴极生成 H 2 ；连接 K 2 ，制 O 2 ，b 极为阳极。故制 O 2 时，电子从 b 极流向电源的正极，从电源的负极流入 Ni(OH) 2 电极，A 项错误。] 3．(双选)(2020·烟台联考)2019 年王浩天教授团队在《Science》上发表文章，介绍了一种利用电化学法制取 H 2 O 2 的方法，原理图如下(已知：H 2 O 2 H＋ ＋HO －2 )。下列说法错误的是(

　)

　A．X 膜为阴离子交换膜 B．a 极电势比 b 极高

　 C．外电路中每转移 4 mol e－ ，就产生 1 mol H2 O 2

　D．b 极的电极反应式为 O 2 ＋H 2 O＋2e－ ===HO －2 ＋OH－

　AC [阳极(a 极)一侧通入 H 2 ，发生氧化反应，电极反应式为 H 2 －2e－ ===2H ＋ ，阴极(b 极)一侧通入 O 2 ，电极反应式为 O 2 ＋H 2 O＋2e－ ===HO －2 ＋OH－ ，阳极产生的 H ＋ 和阴极产生的 HO －2 定向移动到多孔固体电解质中生成 H 2 O 2 ，D 项正确；X 膜为阳离子交换膜，A 项错误；阳极电势比阴极电势高，B 项正确；结合上述分析知，外电路中每转移 4 mol e－ ，就产生 2 mol H2 O 2 ，C项错误。] 4．氯气是一种重要的化工原料，近年来以氯化氢为原料制备氯气的技术成为科学研究的热点。科学家最近采用碳基电极材料设计了一种新的工艺方案，如图所示。下列叙述不正确的是(

　)

　 A．相比于贵金属催化剂，使用碳基电极材料可以进一步降低成本 B．阳极反应式为：2HCl－2e－ ===Cl2 ＋2H＋

　C．上述过程的总反应式为 4HCl＋O 2 =====电解Fe3＋ 2Cl 2 ＋2H 2 O D．电路中通过 2 mol 电子，需消耗氧气 11.2 L D [相比于贵金属催化剂，使用碳基电极材料可以进一步降低成本，故 A 正确；电解池阳极发生氧化反应，HCl 失电子生成 Cl 2 和 H＋ ，所以阳极的电极反应为 2HCl－2e － ===Cl2 ＋2H＋ ，故 B 正确；反应过程中，Fe3＋ 与 Fe 2＋ 间是循环转化的，整个过程是 HCl 与 O2 反应生成 Cl 2 和 H 2 O，所以该过程的总反应式为 4HCl＋O 2 =====电解Fe3＋ 2Cl 2 ＋2H 2 O，故 C 正确；电路中通过 2 mol 电子，需消耗标准状况下氧气的体积为 0.5 mol×22.4 L·mol－1 ＝11.2 L，故 D 错误。]

　电解试题的分析思路

　 题组 2 原电池与电解池综合应用 5．用石墨烯锂硫电池电解制备 Fe(OH) 2 的装置如图所示。电池放电时的反应为 16Li＋x S 8 ===8Li 2 S x (2≤ x ≤8)，电解池两极材料分别为 Fe 和石墨，工作一段时间后，右侧玻璃管中产生大量的白色沉淀。下列说法不正确的是(

　)

　A．X 是铁电极，发生氧化反应 B．电子流动的方向：B→Y，X→A C．正极可发生反应：2Li 2 S 6 ＋2Li＋ ＋2e － ===3Li2 S 4

　D．锂电极减重 0.14 g 时，电解池中溶液减重 0.18 g D [根据图中信息可知 A 为正极，B 为负极，X 为阳极，Y 为阴极。锂电极减重 0.14 g，则电路中转移 0.02 mol 电子，电解池中发生的总反应为 Fe＋2H 2 O=====电解 Fe(OH)2 ↓＋H 2 ↑，所以转移 0.02 mol 电子时，电解液中减少了 0.02 mol H 2 O 即 0.36 g，D 错误。] 6．一种将燃料电池与电解池组合制备 KMnO 4 的装置如图所示(电极甲、乙、丙、丁均为惰性电极)。该装置工作时，下列说法不正确的是(

　)

　A．甲为正极，丙为阴极 B．丁极的电极反应式为 MnO2－4 －e－ ===MnO －4

　C．KOH 溶液的质量分数：

　c %> a %> b % D．标准状况下，甲电极上每消耗 22.4 L 气体时，理论上有 4 mol K＋ 移入阴极区 C [丙电极上的反应是 2H 2 O＋2e－ ===2OH － ＋H2 ↑，电极甲的电极反应式是 O 2 ＋2H 2 O＋4e－===4OH－ ，乙电极的电极反应式为 H2 －2e－ ＋2OH － ===2H2 O，根据溶液流动方向， c %> b %> a %，C 错误。]

　题组 3 金属腐蚀与防护 7．深埋在潮湿土壤中的铁管道，在硫酸盐还原菌作用下，能被硫酸根腐蚀，其电化学腐蚀原理如图所示，下列与此原理有关说法错误的是(

　)

　A．正极反应：SO2－4 ＋5H 2 O＋8e－ ===HS － ＋9OH －

　B．输送暖气的管道不易发生此类腐蚀 C．这种情况下，Fe 腐蚀的最终产物为 Fe 2 O 3 · x H 2 O D．管道上刷富锌油漆可以延缓管道的腐蚀 C [A 项，原电池的正极发生还原反应，由题图可知，正极电极反应为 SO2－4 ＋5H 2 O＋8e－===HS－ ＋9OH － ，正确；B 项，硫酸盐还原菌是蛋白质，在高温下易变性，失去催化能力，则输送暖气的管道不易发生此类腐蚀，正确；C 项，由题意可知，深埋在土壤中，即在缺氧环境中，Fe 腐蚀的最终产物不能为 Fe 2 O 3 · x H 2 O，错误；D 项，管道上刷富锌油漆，形成 Zn­Fe 原电池，Fe 变为正极，可以延缓管道的腐蚀，正确。]

　8．某同学利用如图所示装置探究金属的腐蚀与防护条件。下列说法不合理的是(

　)

　A．①区 Cu 电极上产生气泡，Fe 电极附近滴加 K 3 [Fe(CN) 6 ]后出现蓝色，Fe 被腐蚀 B．②区 Cu 电极附近滴加酚酞后变成红色，Fe 电极附近滴加 K 3 [Fe(CN) 6 ]出现蓝色，Fe被腐蚀 C．③区 Zn 电极反应式为 Zn－2e－ ===Zn 2＋ ，Fe 电极附近滴加 K3 [Fe(CN) 6 ]未出现蓝色，Fe被保护 D．④区 Zn 电极反应式为 2H＋ ＋2e － ===H2 ↑，Fe 电极附近滴加 K 3 [Fe(CN) 6 ]出现蓝色，Fe被腐蚀 A [①区为原电池，Fe 为负极，发生吸氧腐蚀，没有气体生成，故 A 错误。]

　金属腐蚀快慢的三个规律 (1)金属腐蚀类型的差异 电解原理引起的腐蚀>原电池原理引起的腐蚀>化学腐蚀>有防护腐蚀措施的腐蚀。

　(2)电解质溶液的影响 ①对同一金属来说，腐蚀的快慢(浓度相同的电解质溶液)：强电解质溶液>弱电解质溶液>非电解质溶液。

　②对同一种电解质溶液来说，电解质浓度越大，腐蚀越快。

　(3)活泼性不同的两金属，活泼性差别越大，腐蚀越快。

　专项突破 4 离子交换膜在电化学中的综合应用

　1．离子交换膜的分类 (1)阳离子交换膜，简称阳膜，只允许阳离子通过，即允许 H＋ 和其他阳离子通过，不允许阴离子通过。

　(2)阴离子交换膜，简称阴膜，只允许阴离子通过，不允许阳离子通过。

　(3)质子交换膜，只允许 H＋ 通过，不允许其他阳离子和阴离子通过。

　(4)双极膜：在直流电源作用下，双极膜内中间发生水电离，H＋ 移向阴极，OH － 移向阳极。

　2．离子交换膜的作用 (1)能将两极区隔离，阻止两极区产生的物质接触，防止发生化学反应。

　(2)能选择性地通过离子，起到平衡电荷、形成闭合回路的作用。

　(3)借助离子交换膜进行物质分离、除杂等。

　3．定量关系 外电路电子转移数＝通过隔膜的阴、阳离子带的负或正电荷数。

　注意：同种交换膜，如果转移相同的电子数，离子所带电荷数不同，则迁移离子数不同。

　4．离子交换膜类型的选择思路 先分析两极离子的变化 ――→电中性 确定离子移动方向―→确定交换膜的类型

　双极膜电渗析一步法盐制酸碱的技术进入了工业化阶段，某科研小组研究采用 BMED 膜(如图所示)，模拟以精制浓海水为原料直接制备酸和碱。BMED 膜堆包括阳离子交换膜、阴离子交换膜和双极膜(a、d)。已知：在直流电源的作用下，双极膜内中间界面层发生水的解离，生成 H＋ 和 OH － 。下列说法正确的是(

　)

　A．电极 Y 连接电源的正极，发生还原反应 B．Ⅰ口排出的是混合碱，Ⅱ口排出的是淡水 C．电解质溶液采用 Na 2 SO 4 溶液可避免有害气体的产生 D．b 膜为阳离子交换膜

　C [氢氧根离子向左侧移动，这说明电极 Y 为阴极，所以电极 Y 连接电源的负极，发生还原反应，故 A 错误；浓海水中的氯离子向左侧移动，钠离子向右侧移动，双极膜中，氢离子向右侧迁移、氢氧根离子向左侧迁移，因此Ⅱ口排出的是淡水，Ⅰ口排出的是盐酸、Ⅲ口排出的是碱液，故 B 错误；由于氯离子放电会产生有毒的气体氯气，加入 Na 2 SO 4 溶液，目的是增加溶液的导电性，氯离子移向Ⅰ室，氢离子通过 a 移向Ⅰ室，在Ⅰ室得到 HCl，可避免有害气体的产生，故 C 正确；Cl－ 移向Ⅰ室，b 膜为阴离子交换膜，故 D 错误。]

　1．(双选)(2020·枣庄模拟)电解合成 1,2­二氯乙烷的实验装置如图所示。下列说法错误的是(

　)

　A．该装置工作时，阴极的电极反应是 2H 2 O＋2e－ ===2OH － ＋H2 ↑ B．液相反应为 CH 2 ===CH 2 ＋2CuCl 2 ―→ClCH 2 CH 2 Cl＋2CuCl(s) C．X、Y 分别为阳离子交换膜、阴离子交换膜 D．电路中每转移 1 mol e－ ，两极共产生标准状况下 22.4 L 气体 CD [选项 A，由图可知，右侧电极室进料为 H 2 O，电解生成 H 2 和 NaOH，则右侧电极上水放电，得电子生成氢氧根离子和氢气，正确；选项 B，液相反应进料为乙烯和氯化铜，出料为1,2­二氯乙烷和氯化亚铜，正确；选项 C，左侧电极室 CuCl 生成 CuCl 2 ，Cl－ 的量增多，则 X为阴离子交换膜，右侧电极室进料为 H 2 O，产物为 NaOH，则 Y 为阳离子交换膜，错误；选项 D，此电解实验中左侧电极室不产生气体，右侧电极室产生氢气，电路中每转移 1 mol e－ 生成 0.5 mol 氢气，标准状况下为 11.2 L，错误。] 2．学习小组设计如图所示装置，进行 NO 和 NO 2 (假设二者物质的量之比为 1∶1)的处理并制取硝酸。下列说法正确的是(

　)

　A．ab 适宜选用阴离子交换膜 B．该电池工作时，正极区溶液的 pH 减小 C．导线中流过 2 mol 电子的电量时，有 2 mol 离子通过交换膜 D．负极的电极反应式为 NO＋H 2 O－2e－ ===NO2 ＋2H＋

　C [由信息，左边石墨电极为负极，电极反应式为 NO＋2H 2 O－3e－ ===NO －3 ＋4H＋ 、NO2 ＋H 2 O－e－ ===NO －3 ＋2H＋ ；右边石墨电极为正极，电极反应式为 O2 ＋4H＋ ＋4e － ===2H2 O，则 ab 适宜选用阳离子交换膜或质子交换膜，A、D 项错误；该电池工作时，NaCl 溶液浓度减小，溶液 pH不变，B 项错误；由电荷守恒知，导线中流过 2 mol 电子的电量时，有 2 mol H＋ 通过交换膜，C 项正确。] 3．(2020·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 0.2 mol e－ 转移时，a 极区增加的 H ＋ 的个数为 0.2 NA

　 D [根据 H＋ 移向和电极上物质变化可确定 a 极为正极，b 极为负极，A、B 错误；据电荷守恒，当外电路中有 0.2 mol e－ 转移时，通过质子交换膜的 H ＋ 的个数为 0.2 NA ，而发生＋Cl－ ，则 a 极区增加的 H ＋ 的个数为 0.1 N A ，C 错误。] 4．纳米级 Cu 2 O 由于具有优良的催化性能而受到关注。采用离子交换膜控制电解液中 OH－ 的浓度制备纳米级 Cu2 O 的装置如图所示，发生的反应为 2Cu＋H 2 O=====电解 Cu2 O＋H 2 ↑。下列说法正确的是(

　)

　A．钛电极发生氧化反应 B．阳极附近溶液的 pH 逐渐增大 C．离子交换膜应采用阳离子交换膜 D．阳极反应式为 2Cu＋2OH－ －2e － ===Cu2 O＋H 2 O D [钛电极为阴极，发生还原反应，A 项错误；铜作阳极，阳极上铜发生失电子的氧化反应，阳极反应为 2Cu＋2OH－ －2e － ===Cu2 O＋H 2 O，OH－ 由阴极区迁移到阳极区参与反应，离子交换膜应为阴离子交换膜，C 项错误、D 项正确；由阴极区迁移过来的 OH－ 在阳极全部参与反应，阳极附近溶液的 pH 不变，B 项错误。]

　5．四甲基氢氧化铵[(CH 3 ) 4 NOH]常用作电子工业清洗剂，以四甲基氯化铵[(CH 3 ) 4 NCl]为原料，采用电渗析法合成[(CH 3 ) 4 NOH]，其工作原理如图所示(a、b 为石墨电板，c、d、e 为离子交换膜)，下列说法正确的是 (

　)

　A．M 为正极 B．c、e 均为阳离子交换膜 C．b 极电极反应式：2H 2 O－4e－ ===O2 ↑＋4H＋

　D．制备 1 mol(CH 3 ) 4 NOH，a、b 两极共产生 0.5 mol 气体 B [A 项，该电解池中 Cl－ 向电极 b 迁移，则 b 电极为阳极，a 电极为阴极，M 为电源的负极，错误；B 项，根据图示，加入(CH 3 ) 4 NCl 溶液后，(CH 3 ) 4 N＋ 通过 c 膜进入电极 a 附近生成(CH 3 ) 4 NOH，则 c 膜为阳离子交换膜；Cl－ 通过 d 膜进入 d 膜右侧，e 膜右侧的 Na ＋ 通过 e 膜进入 e 膜的左侧，这样 NaCl 在 d、e 两膜之间富集，将 NaCl 稀溶液转化为浓溶液，e 膜为阳离子交换膜，正确；C 项，电极 b 上溶液中的 OH－ 放电，电极反应为 4OH － －4e － ===O2 ↑＋2H 2 O，错误；D 项，制备 1 mol(CH 3 ) 4 NOH，a 电极上生成了 1 mol OH－ ，反应中转移了 1 mol e － ，a电极上产生 0.5 mol H 2 、b 电极上产生 0.25 molO 2 ，两极共产生 0.75 mol 气体，错误。]

　1．锂碘电池的正极材料是聚 2­乙烯吡啶(简写为 P 2 VP)和 I 2 的复合物，电解质是熔融薄膜状的碘化锂，该电池发生的总反应为 2Li＋P 2 VP· n I 2放电充电P 2 VP·( n －1)I 2 ＋2LiI。下列说法正确的是(

　) A．该电池放电时，锂电极发生还原反应 B．该电池放电时，碘离子移向正极 C．P 2 VP 和 I 2 的复合物是绝缘体，不能导电，充电时与外电源的负极相连 D．放电时正极反应式为 P 2 VP· n I 2 ＋2e－ ＋2Li ＋ ===P2 VP·( n －1)I 2 ＋2LiI D [该电池放电时，负极反应式为 2Li－2e－ ===2Li ＋ ，锂电极发生氧化反应，A 错误；原电池中碘离子移向负极 Li，B 错误；正极材料是聚 2­乙烯吡啶(简写为 P 2 VP)和 I 2 的复合物，电极不可能是绝缘体，且充电时与外电源的正极相连，C 错误；锂碘电池的正极的电极反应式为 P 2 VP· n I 2 ＋2Li＋ ＋2e － ===P2 VP·( n －1)I 2 ＋2LiI，D 正确。] 2．2019 年诺贝尔化学奖授予约翰·古迪纳夫、斯坦利·惠廷厄姆与吉野彰这三位被称

　为“锂电池之父”的科学家，以表彰他们在锂离子电池领域作出的突出贡献。如图是一种最新研制的聚合物锂电池，a 极为含有 Li、Co、Ni、Mn、O 等元素组成的混盐，电解质为一种能传导 Li＋ 的高分子复合材料，b 极为镶嵌金属锂的石墨烯材料，反应原理为：Lix C 6 ＋Li 3－x NiCoMnO 6放电充电C 6 ＋Li 3 NiCoMnO 6 。下列说法正确的是(

　)

　A．充电时，Li＋ 向电池的 a 极移动

　B．放电时，

　电池的负极反应为 Li x C 6 － x e－ === x Li ＋ ＋C6

　C．充电时若转移的电子数为 3.01×1023 个，两极材料质量变化相差 0.7 g D．该电池若采用盐酸、稀硫酸等酸性溶液作为电解质溶液，工作效率会更高 B [放电时 a 为正极，b 为负极，充电时 a 为阳极，b 为阴极，充电时 Li＋ 移向阴极即 b极，A 错误；转移电子 0.5 mol，阴极增加 0.5×7 g，阳极减少 0.5×7 g，两极质量变化相差 3.5 g＋3.5 g＝7 g，C 错误；酸性溶液会与 Li 直接反应，不能产生电流，D 错误。] 3．(2020·河南六市联考)聚苯胺是一种在充、放电过程中具有更优异可逆性的电极材料。Zn—聚苯胺二次电池的结构示意图如图所示，设 N A 为阿伏加德罗常数的值。下列说法错误的是(

　)

　A．放电时，外电路每通过 0.1 N A 个电子时，锌片的质量减少 3.25 g B．充电时，聚苯胺电极的电势低于锌片的电势 C．放电时，混合液中的 Cl－ 向负极移动 D．充电时，聚苯胺电极接电源的正极，发生氧化反应 B [由装置可知，Zn 片作电池负极，放电时，该电极的电极反应式为 Zn－2e－ ===Zn 2＋(ZnCl 2 )，当外电路通过 0.1 N A 个电子时，Zn 片质量减少 3.25 g，A 项正确；充电时，聚苯胺接电源正极作阳极，发生氧化反应，电势更高，B 项错误，D 项正确；放电时，混合液中的 Cl－ 向负极移动，C 项正确。] 4．以 Fe 3 O 4 /Pd 为催化材料，利用电化学原理实现 H 2 消除酸性废水中的 NO－2 ，其反应过程

　如图所示[已知 Fe 3 O 4 中 Fe 元素化合价为＋2、＋3，分别表示为 Fe(Ⅱ)、Fe(Ⅲ)]。下列说法错误的是(

　)

　A．处理 NO－2 的电极反应为 2NO－2 ＋8H＋ ＋6e － ===N2 ↑＋4H 2 O B．Fe(Ⅱ)与 Fe(Ⅲ)的相互转化起到了传递电子的作用 C．用该法处理后，水体的 pH 降低 D．消耗标准状况下 6.72 L H 2 ，理论上可处理含 NO－2

　4.6 mg·L－1 的废水 2 m 3

　C [根据图中箭头方向，NO－2 得到电子转化为氮气，电极反应为 2NO－2 ＋8H＋ ＋6e － ===N2 ↑＋4H 2 O，故 A 正确；Fe(Ⅲ)得电子生成 Fe(Ⅱ)，Fe(Ⅱ)失电子生成 Fe(Ⅲ)，两者之间为双向箭头，则 Fe(Ⅱ)与 Fe(Ⅲ)的相互转化起到了传递电子的作用，故 B 正确；根据图示，总反应方程式为 2H＋ ＋2NO －2 ＋3H 2 =====催化剂 N2 ＋4H 2 O，氢离子浓度逐渐减小，所以用该法处理后水体的 pH升高，故 C 错误；6.72 L H 2 的物质的量为6.72 L22.4 L·mol－1 ＝0.3 mol，根据关系式 2NO－2 ～3H 2 ，理论上可处理 n (NO－2 )＝ 23 ×0.3 mol＝0.2 mol，可处理废水的体积V ＝ 0.2 mol×46 g·mol－14.6×10－3

　g·L －1 ＝2×103

　L＝2 m 3 ，故 D 正确。] 5．《 Journal of Energy Chemistry》报道我国科学家设计的 CO 2 熔盐捕获与转化装置如图所示。下列有关说法正确的是(

　)

　A．a 为负极 B．熔盐可用 KOH 溶液代替 C．d 极电极反应式为 CO2－3 ＋4e－ ===C＋3O 2－

　D．转移 1 mol 电子可捕获 CO 2

　11.2 L(标准状况下) C [根据图示，可知 c 为阳极，d 为阴极，a 为正极，b 为负极，A 错误；若熔盐换成水溶液，电极反应发生变化，就不能长时间的吸收 CO 2 ，B 错误；转移 1 mol 电子捕获 CO 2

　0.25 mol，标准状况下体积为 5.6 L，D 错误。]

　6．(双选)(2020·山东名校联考)中科院功能纳米结构设计与组装重点实验室科研团队以“铆合”了纳米金属 Ni 催化剂的 SrTiO 3 基陶瓷为电极，以固体氧化物为电解质，通过电解 CO 2制备 CO，其原理如图所示。下列说法错误的是(

　)

　A．a 接电源的正极 B．陶瓷电极 A 的电极反应式为 CO 2 ＋2e－ ===CO＋O 2－

　C．该电解池工作时，固体电解质中 O2－ 向电极 B 移动 D．可以用 Fe 作电极 B，电极反应式为 2O2－ －4e － ===O2 ↑ AD [选项 A，CO 2 转化为 CO 发生了还原反应，故陶瓷电极 A 为阴极，a 应当与电源的负极相连，A 错误。选项 B，阴极上的电极反应式为 CO 2 ＋2e－ ===CO＋O 2－ ，B 正确。选项 C，该电解池工作时，固体电解质中 O2－ 向阳极移动，电极 B 为阳极，所以 O 2－ 向电极 B 移动，C 正确。选项 D，Fe 为活泼金属，而电极 B 为阳极且该电极上应该生成 O 2 ，故不能用 Fe 作阳极，D 错误。]

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