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0.02mol×39g/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+2H2O═2LiOH+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(mmol•L-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→HMC－3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55～60mAD．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+Cl2↑D．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