电化学及其应用 最新真题与模拟汇编.docx

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电化学及其应用最新真题与模拟汇编

电化学及其应用最新真题与模拟汇编

【真题再现】

1.为提升电池循环效率和稳定性，科学家近期利用三维多孔海绵状Zn（3D−Zn）可以高效沉积ZnO的特点，设计了采用强碱性电解质的3D−Zn—NiOOH二次电池，结构如下图所示。

电池反应为Zn（s）+2NiOOH（s）+H2O（l）

ZnO（s）+2Ni（OH）2（s）。

下列说法错误的是

A．三维多孔海绵状Zn具有较高的表面积，所沉积的ZnO分散度高

B．充电时阳极反应为Ni（OH）2（s）+OH−（aq）−e−

NiOOH（s）+H2O（l）

C．放电时负极反应为Zn（s）+2OH−（aq）−2e−

ZnO（s）+H2O（l）

D．放电过程中OH−通过隔膜从负极区移向正极区

【答案】D

【解析】A、三维多孔海绵状Zn具有较高的表面积，吸附能力强，所沉积的ZnO分散度高，A正确；

B、充电相当于是电解池，阳极发生失去电子的氧化反应，根据总反应式可知阳极是Ni（OH）2失去电子转化为NiOOH，电极反应式为Ni（OH）2（s）＋OH−（aq）−e−＝NiOOH（s）＋H2O（l），B正确；

C、放电时相当于是原电池，负极发生失去电子的氧化反应，根据总反应式可知负极反应式为Zn（s）＋2OH−（aq）−2e−＝ZnO（s）＋H2O（l），C正确；

D、原电池中阳离子向正极移动，阴离子向负极移动，则放电过程中OH−通过隔膜从正极区移向负极区，D错误。

=

2．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H2+2MV2+

2H++2MV+

C．正极区，固氮酶为催化剂，N2发生还原反应生成NH3

D．电池工作时质子通过交换膜由负极区向正极区移动

【详解】A项、相比现有工业合成氨，该方法选用酶作催化剂，条件温和，同时利用MV+和MV2+的相互转化，化学能转化为电能，故可提供电能，故A正确；

B项、左室为负极区，MV+在负极失电子发生氧化反应生成MV2+，电极反应式为MV+−e−=MV2+，放电生成的MV2+在氢化酶的作用下与H2反应生成H+和MV+，反应的方程式为H2+2MV2+=2H++2MV+，故B错误；

C项、右室为正极区，MV2+在正极得电子发生还原反应生成MV+，电极反应式为MV2++e−=MV+，放电生成的MV+与N2在固氮酶的作用下反应生成NH3和MV2+，故C正确；

D项、电池工作时，氢离子（即质子）通过交换膜由负极向正极移动，故D正确。

故选B。

3．我国科学家研制了一种新型的高比能量锌−碘溴液流电池，其工作原理示意图如下。

图中贮液器可储存电解质溶液，提高电池的容量。

下列叙述不正确的是

A．放电时，a电极反应为

B．放电时，溶液中离子的数目增大

C．充电时，b电极每增重

，溶液中有

被氧化

D．充电时，a电极接外电源负极

【详解】A、放电时，a电极为正极，碘得电子变成碘离子，正极反应式为I2Br−+2e−=2I−+Br−，故A正确；

B、放电时，正极反应式为I2Br−+2e−=2I−+Br−，溶液中离子数目增大，故B正确；

C、充电时，b电极反应式为Zn2＋+2e−=Zn，每增加0.65g，转移0.02mol电子，阳极反应式为Br−+2I−−2e−=I2Br−，有0.02molI−失电子被氧化，故C正确；

D、充电时，a是阳极，应与外电源的正极相连，故D错误；

故选D。

4．将铁粉和活性炭的混合物用NaCl溶液湿润后，置于如图所示装置中，进行铁的电化学腐蚀实验。

下列有关该实验的说法正确的是

A．铁被氧化的电极反应式为Fe−3e−

Fe3+

B．铁腐蚀过程中化学能全部转化为电能

C．活性炭的存在会加速铁的腐蚀

D．以水代替NaCl溶液，铁不能发生吸氧腐蚀；

【详解】A.在铁的电化学腐蚀中，铁单质失去电子转化为二价铁离子，即负极反应为：

Fe−2e−=Fe2+，故A错误；

B.铁的腐蚀过程中化学能除了转化为电能，还有一部分转化为热能，故B错误；

C.活性炭与铁混合，在氯化钠溶液中构成了许多微小的原电池，加速了铁的腐蚀，故C正确；

D.以水代替氯化钠溶液，水也呈中性，铁在中性或碱性条件下易发生吸氧腐蚀，故D错误；

综上所述，本题应选C.

5.化学电源在日常生活和高科技领域中都有广泛应用。

下列说法不正确的是

A.

Zn2+向Cu电极方向移动，Cu电极附近溶液中H+浓度增加

B.

正极的电极反应式为Ag2O＋2e−＋H2O

2Ag＋2OH−

C.

锌筒作负极，发生氧化反应，锌筒会变薄

D.

使用一段时间后，电解质溶液的酸性减弱，导电能力下降

【详解】A.Zn较Cu活泼，做负极，Zn失电子变Zn2+，电子经导线转移到铜电极，铜电极负电荷变多，吸引了溶液中的阳离子，因而Zn2+和H+迁移至铜电极，H+氧化性较强，得电子变H2，因而c（H+）减小，A项错误；

B.Ag2O作正极，得到来自Zn失去的电子，被还原成Ag,结合KOH作电解液，故电极反应式为Ag2O＋2e−＋H2O

2Ag＋2OH−，B项正确；

C.Zn为较活泼电极，做负极，发生氧化反应，电极反应式为Zn−2e−=Zn2+，锌溶解，因而锌筒会变薄，C项正确；

D.铅蓄电池总反应式为PbO2+Pb+2H2SO4

2PbSO4+2H2O，可知放电一段时间后，H2SO4不断被消耗，因而电解质溶液的酸性减弱，导电能力下降，D项正确。

故答案选A。

6．近年来，随着聚酯工业的快速发展，氯气的需求量和氯化氢的产出量也随之迅速增长。

因此，将氯化氢转化为氯气的技术成为科学研究的热点。

回答下列问题：

（4）在传统的电解氯化氢回收氯气技术的基础上，科学家最近采用碳基电极材料设计了一种新的工艺方案，主要包括电化学过程和化学过程，如下图所示：

负极区发生的反应有____________________（写反应方程式）。

电路中转移1mol电子，需消耗氧气__________L（标准状况）。

【答案】（4）Fe3++e−=Fe2+，4Fe2++O2+4H+=4Fe3++2H2O5.6

【解析】（4）电解过程中，负极区即阴极上发生的是得电子反应，元素化合价降低，属于还原反应，则图中左侧为负极反应，根据图示信息知电极反应为：

Fe3++e−＝Fe2+和4Fe2++O2+4H+＝4Fe3++2H2O；电路中转移1mol电子，根据电子得失守恒可知需消耗氧气的物质的量是1mol÷4＝0.25mol，在标准状况下的体积为0.25mol×22.4L/mol＝5.6L。

7．环戊二烯（

）是重要的有机化工原料，广泛用于农药、橡胶、塑料等生产。

回答下列问题：

（4）环戊二烯可用于制备二茂铁（Fe（C5H5）2，结构简式为

），后者广泛应用于航天、化工等领域中。

二茂铁的电化学制备原理如下图所示，其中电解液为溶解有溴化钠（电解质）和环戊二烯的DMF溶液（DMF为惰性有机溶剂）。

该电解池的阳极为____________，总反应为__________________。

电解制备需要在无水条件下进行，原因为_________________________。

【答案】（4）Fe电极Fe+2

+H2↑（Fe+2C5H6

Fe（C5H5）2+H2↑）

水会阻碍中间物Na的生成；水会电解生成OH−，进一步与Fe2+反应生成Fe（OH）2

8．氢能源是最具应用前景的能源之一，高纯氢的制备是目前的研究热点。

（2）可利用太阳能光伏电池电解水制高纯氢，工作示意图如下。

通过控制开关连接K1或K2，可交替得到H2和O2。

①制H2时，连接_______________。

产生H2的电极反应式是_______________。

②改变开关连接方式，可得O2。

③结合①和②中电极3的电极反应式，说明电极3的作用：

________________________。

【答案】

（2）K12H2O+2e−=H2↑+2OH−连接K1或K2时，电极3分别作为阳极材料和阴极材料，并且NiOOH和Ni（OH）2相互转化提供电子转移

【解析】

（2）①电极生成H2时，根据电极放电规律可知H+得到电子变为氢气，因而电极须连接负极，因而制H2时，连接K1，该电池在碱性溶液中，由H2O提供H+，电极反应式为2H2O+2e−=H2↑+2OH−；

③电极3上NiOOH和Ni（OH）2相互转化，其反应式为NiOOH+e−+H2O⇌Ni（OH）2+OH−，当连接K1时，Ni（OH）2失去电子变为NiOOH，当连接K2时，NiOOH得到电子变为Ni（OH）2，因而作用是连接K1或K2时，电极3分别作为阳极材料和阴极材料，并且NiOOH和Ni（OH）2相互转化提供电子转移。

9．CO2的资源化利用能有效减少CO2排放，充分利用碳资源。

（2）电解法转化CO2可实现CO2资源化利用。

电解CO2制HCOOH的原理示意图如下。

①写出阴极CO2还原为HCOO−的电极反应式：

▲。

②电解一段时间后，阳极区的KHCO3溶液浓度降低，其原因是▲。

【答案】

（2）①CO2+H++2e−

HCOO−或CO2+

+2e−

HCOO−+

②阳极产生O2，pH减小，

浓度降低；K+部分迁移至阴极区

【解析】

（2）①根据电解原理，阴极上得到电子，化合价降低，CO2＋HCO3−＋2e−=HCOO−＋CO32−，或CO2＋H＋＋2e−=HCOO−；②阳极反应式为2H2O−4e−=O2↑＋4H＋，阳极附近pH减小，H＋与HCO3−反应，同时部分K＋迁移至阴极区，所以电解一段时间后，阳极区的KHCO3溶液浓度降低。

10．水是“生命之基质”，是“永远值得探究的物质”。

（4）以铂阳极和石墨阴极设计电解池，通过电解NH4HSO4溶液产生（NH4）2S2O8，再与水反应得到H2O2，其中生成的NH4HSO4可以循环使用。

①阳极的电极反应式是________。

②制备H2O2的总反应方程式是________。

【答案】（4）①2HSO4−−2e−

S2O82−＋2H+或2SO42−−2e−

S2O82−

②2H2O

H2O2＋H2↑

【解析】（4）①电解池使用惰性电极，阳极本身不参与反应，阳极吸引HSO4−（或SO42−）离子，并放电生成S2O82−，因而电极反应式为2HSO4−−2e−=S2O82−＋2H+或2SO42−−2e−=S2O82−。

②通过电解NH4HSO4溶液产生（NH4）2S2O8和H2。

由题中信息可知，生成的NH4HSO4可以循环使用，说明（NH4）2S2O8与水反应除了生成H2O2，还有NH4HSO4生成，因而总反应中只有水作反应物，产物为H2O2和H2,故总反应方程式为2H2O

H2O2＋H2↑。

【最新模拟题】

11．高能LiFePO4电池，多应用于公共交通。

电池中间是聚合物的隔膜，主要作用是在反应过程中只让Li+通过。

结构如图所示。

原理如下：

（1−x）LiFePO4+xFePO4+LixCn

LiFePO4+nC。

下列说法不正确的是

A．放电时，正极电极反应式：

xFePO4+xLi++xe−===xLiFePO4

B．放电时，电子由负极经导线、用电器、导线到正极

C．充电时，阴极电极反应式：

xLi++xe−+nC===LixCn

D．充电时，Li+向左移动

【详解】

A.放电时，FePO4为正极，正极化合价降低得到电子发生还原反应，电极反应式为xFePO4+xLi++xe−===xLiFePO4，故A正确；

B.放电时，作为原电池，电子由负极经导线、用电器、导线到正极，故B正确；

C.充电时，阴极化合价降低得到电子发生还原反应，电极反应式为xLi++xe−+nC===LixCn，故C正确；

D.充电时，作为电解池，阳离子向阴极移动，Li+向右移动，故D错误；

答案选D。

12．科学家发现对冶金硅进行电解精炼提纯可降低高纯硅制备成本。

相关电解槽装置如左下图所示，用Cu−Si合金作硅源，在950℃下利用三层液熔盐进行电解精炼，并利用某CH4燃料电池（如下图所示）作为电源。

下列有关说法不正确的是

A．电极c与b相连，d与a相连

B．左侧电解槽中；Si优先于Cu被氧化

C．a极的电极反应为CH4−8e−+4O2−===CO2+2H2O

D．相同时间下，通入CH4、O2的体积不同，会影响硅的提纯速率

【详解】

A项、甲烷燃料电池中，通入甲烷的a电极为负极，通入氧气的电极b为正极，根据电解池中电子的移动方向可知，c为阴极，与a相连，d为阳极，与b相连，故A错误；

B项、由图可知，d为阳极，Si在阳极上失去电子被氧化生成Si4+，而铜没被氧化，说明硅优先于钢被氧化，故B正确；

C项、甲烷燃料电池中，通入甲烷的a电极为负极，甲烷在负极上失电子发生氧化反应生成二氧化碳，电极反应式为CH4−8e−+4O2−=CO2+2H2O，故C正确；

D项、相同时间下，通入CH4、O2的的体积不同，反应转移电子的物质的量不同，会造成电流强度不同，影响硅的提纯速率，故D正确。

故选A。

13．ZulemaBorjas等设计的一种微生物脱盐池的装置如图所示，下列说法正确的是

A．该装置可以在高温下工作

B．X、Y依次为阳离子、阴离子选择性交换膜

C．负极反应为CH3COO−+2H2O−8e−=2CO2↑+7H＋

D．该装置工作时，电能转化为化学能

【答案】C

【解析】A.高温能使微生物蛋白质凝固变性，导致电池工作失效，所以该装置不能在高温下工作，A错误；

B.原电池内电路中：

阳离子移向正极、阴离子移向负极，从而达到脱盐目的，所以Y为阳离子交换膜、X为阴离子交换膜，B错误；

C.由图片可知，负极为有机废水CH3COO−的电极，失电子发生氧化反应，电极反应为CH3COO−+2H2O−8e−=2CO2↑+7H+，C正确；

D.该装置工作时为原电池，是将化学能转化为电能的装置，D错误；

14．热激活电池可用作火箭、导弹的工作电源。

一种热激活电池的基本结构如图所示，其中作为电解质的无水LiCl−KCl混合物受热熔融后，电池即可瞬间输出电能，此时硫酸铅电极处生成Pb。

下列有关说法正确的是

A．输出电能时，外电路中的电子由硫酸铅电极流向钙电极

B．放电时电解质LiCl−KCl中的Li＋向钙电极区迁移

C．电池总反应为Ca＋PbSO4＋2LiCl

Pb＋Li2SO4＋CaCl2

D．每转移0.2mol电子，理论上消耗42.5gLiCl

【详解】

A.输出电能时，电子由负极经过外电路流向正极，即从钙电极经外电路流向硫酸铅电极，A项错误；

B.Li+带正电，放电时向正极移动，即向硫酸铅电极迁移，B项错误；

C.负极反应方程式为Ca+2Cl−−2e−=CaCl2，正极电极反应方程式为：

PbSO4+2e−+2Li+=Pb+Li2SO4，则总反应方程式为：

PbSO4+Ca+2LiCl=Pb+CaCl2+Li2SO4，C项正确；

D.钙电极为负极，电极反应方程式为Ca+2Cl−−2e−=CaCl2，根据正负极电极反应方程式可知2e−∼2LiCl，每转移0.2mol电子，消耗0.2molLiCl，即消耗85g的LiCl，D项错误；

答案选C。

15．中国是一个严重缺水的国家，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，下列说法不正确的是

A．电流方向从A极沿导线经小灯泡流向B极

B．B极为电池的阳极，电极反应式为CH3COO−−8e−+4H2O=2HCO3−+9H+

C．当外电路中有0.2mole−转移时，通过质子交换膜的H+的个数为0.2NA

D．A极的电极反应式为

+H++2e−=Cl−+

【详解】

A．原电池工作时，电流从正极经导线流向负极，即电流方向从A极沿导线经小灯泡流向B极，故A正确；

B．B极为电池的负极，失去电子，发生氧化反应，电极反应式为CH3COO−−8e−+4H2O =2HCO3−+9H+，B极不是阳极，故B错误；

C．根据电子守恒可知，当外电路中有0.2mole−转移时，通过质子交换膜的H+的个数为0.2NA，故C正确；

D．A为正极，得到电子，发生还原反应，正极有氢离子参与反应，电极反应式为

+2e−+H+=

+Cl−，故D正确；

答案选B。

16．已知某高能锂离子电池的总反应为：

2Li+FeS=Fe+Li2S，电解液为含LiPF6·SO（CH3）2的有机溶液（Li+可自由通过）。

某小组以该电池为电源电解废水并获得单质镍，工作原理如图所示。

下列分析正确的是

A．该锂离子电池正极反应为FeS+2Li++2e−=Fe+Li2S

B．X与电池的Li电极相连

C．电解过程中c（BaC12）保持不变

D．若去掉阳离子膜将左右两室合并，则X电极的反应不变

【详解】

A.由上述分析可知，FeS发生还原反应作正极，电极反应式为：

FeS+2Li++2e−=Fe+Li2S，故A正确；

B.X为阳极，与FeS电极相连，故B错误；

C.电解过程中，阳极发生氧化反应：

4OH−−4e−=2H2O+O2↑，阳极区的Ba2+通过阳离子交换膜进入BaCl2溶液中；阴极发生还原反应：

Ni2++2e−=Ni，溶液中Cl−通过阴离子交换膜进入BaCl2溶液中。

故电解过程中，BaCl2的物质的量浓度将不断增大，故C错误；

D.若将阳离子交换膜去掉，因BaCl2溶液中含有C1−，故阳极电极反应式为：

2C1−−2e−=Cl2↑，故X电极的电极反应发生改变，选项D错误。

答案选A。

17．乙醛酸（

）是有机合成的重要中间体。

工业上用“双极室成对电解法”生产乙醛酸，原理如图所示。

该装置中阴、阳两极为惰性电极，两极室均可产生乙醛酸，其中乙二醛与M电极的产物反应生成乙醛酸。

下列说法正确的是

A．若有2molH+通过质子交换膜，并完全参与了反应，则该装置中生成的乙醛酸为2mol

B．M电极上的电极反应式为：

OHC−CHO＋2e−＋H2O===HOOC−CHO＋2H+

C．M极与电源的负极相连

D．电解一段时间后，N极附近溶液的pH变小

【详解】

A项、2molH+通过质子交换膜，则电池中转移2mol电子。

阴极的电极方程式为HOOC−COOH+2e−+2H+=HOOC−CHO+H2O，阳极区的反应有2Cl−−2e−=Cl2，OHC−CHO+Cl2＋H2O=HOOC−CHO+2Cl−＋2H+。

因此，两极各生成1mol乙醛酸，共生成2mol乙醛酸，故A正确；

B项、M电极是电解池的阳极，氯离子在阳极上失电子发生氧化反应生成氯气，电极反应式为2Cl−−2e−=Cl2，然后氯气将乙二醛氧化为乙醛酸，OHC−CHO+Cl2＋H2O=HOOC−CHO+2Cl−＋2H+，故B错误；

C项、M电极是电解池的阳极，与电源的正极相连，故C错误；

D项、N极为电解池的阴极，若有2molH+通过质子交换膜进入阴极室，则电池中转移2mol电子，阴极的电极反应式为HOOC−COOH+2e−+2H+=HOOC−CHO+H2O，则消耗H+与迁移过来的物质的量相等，乙二酸中羧基减少了，阴极N极附近溶液的pH不会减小、只能变大，故D错误。

故选A。

18．钒（V）为过渡元素，可形成多价态化合物，全钒液流电池是一种新型的绿色环保储能系统，工作原理如下图：

已知：

离子种类

VO2+

VO2+

V3+

V2+

颜色

黄色

蓝色

绿色

紫色

（1）全钒液流电池放电时V2+发生氧化反应，该电池放电时总反应式是_______。

（2）当完成储能时，正极溶液的颜色是__________。

（3）质子交换膜的作用是_________。

（4）含钒废水会造成水体污染，对含钒废水（除VO2+外，还含Fe3+等）进行综合处理可实现钒资源的回收利用，流程如下：

已知溶液酸碱性不同钒元素的存在形式不同：

钒的化合价

酸性

碱性

+4价

VO2+

VO（OH）3−

+5价

VO2+

VO43−

①滤液中钒元素的主要存在形式为_______。

②滤渣在空气中由灰白色转变为红褐色，用化学用语表示加入NaOH后生成沉淀的反应过程_______________、____________。

③萃取、反萃取可实现钒的分离和富集，过程可简单表示为（HA为有机萃取剂）：

萃取时必须加入适量碱，其原因是__________。

④纯钒可由熔盐电解法精炼，粗钒（含杂质）作____极。

【答案】

（1）V2++VO2++2H+=V3++VO2++H2O

（2）黄色

（3）阻隔氧化剂与还原剂，使氢离子通过形成电流

（4）①VO（OH）3−②Fe2++2OH−=Fe（OH）2↓4Fe（OH）2+2H2O+O2=4Fe（OH）3③加入碱中和硫酸，促使平衡正向移动，提高钒的萃取率④阳极

【详解】

（1）因为放电时，已知B极是V2+失电子发生氧化反应生成V3+，所以A极会得到电子发生还原反应，故电极反应方程式为：

VO2++e−+2H+=VO2++H2O，故电池放电时总反应式是V2++VO2++2H+=V3++VO2++H2O，

故答案是：

V2++VO2++2H+=V3++VO2++H2O；

（2）储能为充电过程，正极和外接电源正极相连，本身作阳极发生氧化反应，电极反应方程式为：

VO2+−e−+H2O=VO2++2H+，所以当完成储能时，正极溶液的颜色是黄色；

故答案是：

黄色；

（3）由电池放电时总反应式V2++VO2++2H+=V3++VO2++H2O可知，两电极的物质混合会发生反应，故质子交换膜的作用是阻隔氧化剂与还原剂，使氢离子通过形成电流；

故答案是：

阻隔氧化剂与还原剂，使氢离子通过形成电流；

（4）①根据表中信息，由流程可知滤液为碱性且加入铁粉后VO2+被还原为VO（OH）3−，所以钒元素的主要存在形式为VO（OH）3−，

故答案是：

VO（OH）3−；

②加入氢氧化钠之后，由灰白色转变为红褐色，这是亚铁离子转化为铁离子，反应过程为Fe2++2OH−=Fe（OH）2↓、4Fe（OH）2+2H2O+O2=4Fe（OH）3。

故答案为：

Fe2++2OH−=Fe（OH）2↓；4Fe（OH）2+2H2O+O2=4Fe（OH）3；

③分析平衡，

，加入碱中和硫酸，促使平衡正向移动，提高钒的萃取率，

故答案为：

加入碱中和硫酸，促使平衡正向移动，提高钒的萃取率；

④电解法精炼钒，用粗钒作阳极，发生氧化反应，

故答案为：

阳极。

19．铅的单质、氧化物、盐在现代工业中有着重要用途。

（1）铅能形成多种氧化物，如碱性氧化物PbO、酸性氧化物PbO2、类似Fe3O4的Pb3O4，盛有PbO2的圆底烧瓶中滴加浓盐酸，产生黄绿色气体，其反应的化学方程式为_______。

（2）以废旧铅酸电池中的含铅废料（Pb、PbO、PbO2、PbSO4及炭黑等）和H2SO4为原料，制备高纯PbO，实现铅的再生利用。

其工作流程如下：

过程1中分离提纯的方法是___，滤液2中的溶质主要是__