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第二十二、二十三讲 化学能与电能
【基础巩固】
1.港珠澳大桥设计寿命为120年，对桥体钢制构件采用了多种防腐措施，下列防腐措施错误的是( )
A.用导线与石墨相连 B.用导线与电源负极相连
C.钢制构件上焊接锌块 D.表面喷涂分子涂层
2.(2023·长治质量检测)一种水性电解液Zn－MnO 离子选择双隔膜电池如图所示[KOH溶液中，Zn2＋以
2
Zn(OH)存在]。电池放电时，Ⅱ区的KSO 溶液浓度变大，下列叙述错误的是( )
2 4
A.电池放电时，转移2 mol e－正极质量减少32 g
B.Ⅰ区与Ⅱ区之间的离子交换膜为阴离子交换膜
C.Zn电极反应：Zn＋4OH－－2e－=Zn(OH)
D.Ⅲ区的K＋通过隔膜向Ⅱ区迁移
3．（2023·全国·统考高考真题）室温钠-硫电池被认为是一种成本低、比能量高的能源存储系统。一种室
温钠-硫电池的结构如图所示。将钠箔置于聚苯并咪唑膜上作为一个电极，表面喷涂有硫黄粉末的炭化纤维
素纸作为另一电极。工作时，在硫电极发生反应： S+e-→ S ， S +e-→S ，2Na++ S +2(1- )e-
8
→NaS
2 x
下列叙述错误的是
A．充电时Na+从钠电极向硫电极迁移
B．放电时外电路电子流动的方向是a→b
C．放电时正极反应为：2Na++ S+2e-→NaS
8 2 x
D．炭化纤维素纸的作用是增强硫电极导电性能
4.(2022·潍坊高三检测)某Al－MnO电池原理如图所示，电池总反应的离子方程式为Al＋MnO===AlO＋
MnO ，下列说法正确的是( )
2
A.电池工作时，K＋向负极区移动
B.Al电极发生还原反应C.正极的电极反应式为MnO＋4H＋＋3e－= MnO ＋2HO
2 2
D.理论上电路中每通过1 mol电子，负极质量减小 9 g
5．有a、b、c、d四个金属电极，有关的实验装置及部分实验现象如下：
实验装
置
部分实 a极质量减少；b极 b极有气体产生；c d极溶解；c极有气体产 电流从a极流向d
验现象 质量增加 极无变化 生 极
由此可判断这四种金属的活动性顺序是( )
A．a＞b＞c＞d B．b＞c＞d＞a C．d＞a＞b＞c D．a＞b＞d＞c
6．(2023·武汉检测)用石墨作电极电解溶有物质的量之比为 3∶1的NaCl和HSO 的水溶液。根据反应产
2 4
物，电解可明显分为三个阶段，下列叙述不正确的是( )
A．电解的最后阶段为电解水
B．阳极先逸出氯气后逸出氧气
C．阴极逸出氢气
D．电解过程中溶液的pH不断增大，最后pH为7
7．（2023·全国·统考高考真题）用可再生能源电还原 时，采用高浓度的 抑制酸性电解液中的析氢
反应来提高多碳产物(乙烯、乙醇等)的生成率，装置如下图所示。下列说法正确的是
A．析氢反应发生在 电极上
B． 从 电极迁移到 电极
C．阴极发生的反应有：
D．每转移 电子，阳极生成 气体(标准状况)
8．铅酸蓄电池是汽车常用的蓄电池，其构造如图所示。下列说法不正确的是( )
A．电池放电时，负极质量减轻
B．电池放电时，c(H＋)减小C．电池充电时总反应为2PbSO ＋2HO=Pb＋PbO ＋2HSO
4 2 2 2 4
D．铅酸蓄电池的缺点是笨重、比能量低
9．（2023·北京朝阳·统考三模）某同学利用下列电池装置探究 的氧化性和还原性。电流表显示电子由
铁电极流向石墨电极，石墨电极上未见Fe析出，下列分析不正确的是
A．盐桥中的阳离子进入右侧烧杯溶液中
B．一段时间后两烧杯溶液中 均增大
C．当两烧杯溶液中 相等时，说明反应已达到平衡状态
D．由A、B中的现象可知， 还原性小于Fe、氧化性小于
10．（2023·全国·统考高考真题）一种以VO 和Zn为电极、Zn(CF SO ) 水溶液为电解质的电池，其示意
2 5 3 3 2
图如下所示。放电时，Zn2+可插入VO 层间形成ZnxVO·nH O。下列说法错误的是
2 5 2 5 2
A．放电时VO 为正极
2 5
B．放电时Zn2+由负极向正极迁移
C．充电总反应：xZn+V O +nHO = ZnxVO·nH O
2 5 2 2 5 2
D．充电阳极反应：ZnxVO·nH O-2xe-=xZn2++V O +nHO
2 5 2 2 5 2
11.某兴趣小组的同学用如图所示装置研究有关电化学的问题。当闭合该装置的电键时，观察到电流表的指
针发生了偏转。请回答下列问题：
(1)甲池为________(填“原电池”“电解池”或“电镀池”)，通入 CHOH 电极的电极反应式为
3
___________________________________________________________________________________________
。
(2)乙池中 A(石墨)电极的名称为________(填“正极”“负极”“阴极”或“阳极”)，总反应式为
________________________________________。
(3)当乙池中B极质量增加5.40 g时，甲池中理论上消耗O 的体积为________mL(标准状况下)，丙池中
2
________极析出________g铜。
(4)若丙池中电极不变，将其溶液换成NaCl溶液，电键闭合一段时间后，甲中溶液的pH将________(填
“增大”“减小”或“不变”)；丙中溶液的pH将________(填“增大”“减小”或“不变”)。
12．（2023·陕西宝鸡·统考一模）硫酸铅(PbSO )，制造铅蓄电池的一种原料；以废旧铅酸电池中的含铅废
4
料(Pb、PbO、PbO 、PbSO 及炭黑等)和HSO 为原料，制备高纯PbO，可实现铅的再生利用。
2 4 2 4
(1)铅蓄电池中需要配制5.3 mol∙L−1的HSO 溶液，需要的仪器有玻璃棒、 (从下列图中选择，
2 4
写出名称)。
(2)工业上以PbS为原料可以制取PbSO ，80℃时浸取，将PbS与盐酸、MnO 和饱和食盐水一起浸取，PbS
4 2
反应后生成 和S。
①写出PbS反应的离子方程式： 。
②浸取时应控制盐酸的浓度。其他条件一定，若盐酸浓度过大，铅元素的浸出率反而下降，原因是
。
(3)用废旧铅酸电池中的含铅废料，制备高纯PbO，实现铅的再生利用的过程中，
过程Ⅰ中，Fe2+催化过程可表示为：
i：2Fe2++PbO+4H++ =2Fe3++PbSO+2H O
2 4 2ii：2Fe3++Pb+ =2Fe2++PbSO
4
下列实验方案可证实上述催化过程。请将实验方案补充完整。
a．向酸化的FeSO 溶液中加入KSCN溶液，溶液几乎无色，再加入少量PbO ，溶液变红。
4 2
b． 。
(4)已知：K (PbCO )=1.5×10−13，K (PbSO )=1.8×10−8.在某制备过程中，经检测，过滤出的PbCO 沉淀中混
sp 3 sp 4 3
有PbSO ，则该滤液中 = 。
4
(5)以铅蓄电池为电源，电解二氧化碳酸性溶液可制得丙烯(如图)。
①Y极与电源 (填“正极”或“负极”)相连。
②该离子交换膜为 膜。
③X极的电极反应式为 。
【拔高练习】
1.(2022·济南模拟)四个电解装置都以Pt做电极，它们分别装有如下电解质溶液，电解一段时间后，测定其
pH变化，所记录的结果正确的是( )
选项 A B C D
电解质溶液 HCl CuSO KOH BaCl
4 2
pH变化 减小 增大 增大 不变
2．（2022·全国·统考高考真题） 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(Li O+2h+=2Li++O )对电池进行充电。下列叙述错误的是
2 2 2
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
3．(2022·四川绵阳模拟)1,5-戊二胺( )是生物法制备尼龙材料的重要原料，利用双极膜
(BPM)电渗析产碱技术可将生物发酵液中的1,5-戊二胺硫酸盐(含 和SO)转换为1,5-
戊二胺，实现无害化提取，工作原理如图所示。下列说法错误的是( )
A．a极的电势比b极的低
B．m膜为阳离子交换膜，n膜为阴离子交换膜
C．电解过程中，HSO 极室溶液的pH逐渐减小
2 4
D．b极区每生成11.2 L气体(标准状况)，理论上可生成2 mol 1,5-戊二胺
4．（2023·河南·校联考三模）近日，中国科学院大连化学物理研究所团队利用固体氧化物(γ–Al O)电解质
2 3
实现了乙烷电化学脱氢制乙烯，其工作原理如图所示。下列说法正确的是
A．a为电源的负极
B．M极电极反应式为C H+2e-=C H+2H+
2 6 2 4
C．每生成0.5molC H，N极消耗标准状况下11.2LCO
2 4 2
D．每生成56gCO，电路中转移电子的物质的量为2mol
5．（2023·河南郑州·统考三模）一种利用电化学进行“大气固碳”的装置如图所示。该电池放电时正极生
成C和LiCO，充电时通过催化剂的选择性控制，只有LiCO 是阳极反应物。下列说法正确的是
2 3 2 3A．该电池放电时的正极反应式为CO+4e-=C+2O2-
2
B．图中Li+移动方向是电池充电时的移动方向
C．充电时，阳极反应式为2LiCO-4e-=4Li++2CO ↑+O ↑
2 3 2 2
D．该电池放电、充电过程中转移电子相同时，消耗与生成CO 的量相等
2
6.用如图所示装置(X、Y是直流电源的两极)分别进行下列各组实验，则下表中各项所列对应关系均正确的
一项是( )
选项 X极 实验前U形管中液体 通电后现象及结论
A 正极 NaSO 溶液 U形管两端滴入酚酞后，a管中呈红色
2 4
b管中电极反应式是4OH－－4e－===O ↑＋
2
B 正极 AgNO 溶液
3
2HO
2
C 负极 CuCl 溶液 b管中有气体逸出
2
D 负极 NaOH溶液 溶液pH降低
7．（2023·陕西西安·陕西师大附中校考模拟预测）利用光伏电池与膜电解法制备Ce(SO) 溶液的装置如下
4 2
图所示，下列说法不正确的是A．电解池中阴极的电极反应式为
B．该离子交换膜为阴离子交换膜， 由左池向右池迁移
C．该光伏电池的N电极为负极
D．电路中有0.1mol电子通过时，阳极室生成33.2g Ce(SO )
4 2
8．（2023·陕西宝鸡·统考二模）海泥细菌通过消耗海底沉积层中的有机物获得营养，同时产生电子。科学
家利用这一原理设计了海泥细菌电池，该技术可在海底加速石油污染物降解速率，其中海泥代谢产物显酸
性，电池工作原理如图所示。下列说法错误的是
A．负极的电极反应式为：CHO-4e-+H O=CO+4H+
2 2 2
B．工作时B电极附近溶液pH减小
C．海水和海泥含有电解质，导电性高，有利于输出电能
D．A电极消耗标况下O5.6L，有1mol质子通过海底沉积层和海水层交接面
2
【答案】 A
【解析】 由图可知，A极氧气得到电子发生还原生成水，为正极， ；B电极HS-失去
电子发生氧化反应生成硫单质，为负极， ；A．由分析可知，负极反应为
，A错误； B．工作时B电极附近生成氢离子，酸性增强，溶液pH减小，B正确；C．海水和海泥含有电
解质，导电性高，有利于形成闭合电路输出电能，C正确； D．A电极反应为 ，消耗
标况下O5.6L，为0.25mol氧气，根据电子守恒可知，有1mol质子通过海底沉积层和海水层交接面，D正
2确；故选A。
9．（2023·陕西咸阳·统考一模）某课题组以纳米Fe O 作为电极材料制备锂离子电池(另一极为金属锂和石
2 3
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(见右
图)，下列说法不正确的是
A．充电时，Fe O 对应电极连接充电电源的负极
2 3
B．该电池的正极的电极反应式：Fe O+6Li++6e−=3Li O+2Fe
2 3 2
C．该电池不能使用氢氧化钠溶液作为电解液
D．该电池工作的原理：放电时，Fe O 作为电池正极被还原为Fe，电池被磁铁吸引
2 3
10．（2023·河北·校联考三模）磷酸铁锂( )电池应用广泛，放电后，电池的正极材料主要含有
、Al、石墨以及少量难溶性的杂质。已知 易溶于 溶液，难溶于 溶液，从放电
后正极材料中回收金属锂的流程如图所示。下列说法错误的是
A．向“滤液”中滴加稀盐酸至过量，先产生白色沉淀，后沉淀逐渐溶解
B．“酸浸氧化”时可以用 溶液代替 溶液
C．“酸浸氧化”时检验是否完全氧化，可用 溶液
D．“沉锂”时主要反应的离子方程式为
11．（2023·河北·校联考三模）科学家开发了一种可循环使用的太阳能水电池，该装置绿色环保，有广泛
的研究前景，其工作原理如图所示。下列说法错误的是A．光充电时， 电极附近溶液的酸性增强
B．放电时， 电极为正极
C．光充电时， 向 电极迁移
D．放电时，Pt电极反应式：
12. 某化学兴趣小组的同学用如下图所示装置研究有关电化学的问题。当闭合 K时，观察到电流表的指针
发生了偏移。
请回答下列问题：
(1)乙装置的名称是________；Zn为________极。
(2)写出电极反应：Cu极：_________________________________________；
石墨棒极：_________________________________________________________。
(3)当甲中产生0.1 mol气体时，乙中产生的气体在标准状况下的体积应为________。
(4)若乙中溶液不变，将其电极都换成铜电极，闭合K一段时间后，乙中溶液的颜色________(填“变深”
“变浅”或“不变”)。
(5)若乙中电极不变，将其溶液换成NaCl溶液，闭合K一段时间后，甲中溶液的pH将________(填“增
大”“减小”或“不变”，下同)；乙中溶液的pH将________。
(6)若乙中电极不变，将其溶液换成饱和NaSO 溶液，闭合K一段时间，当阴极上有a mol气体生成时，
2 4
同时有ω g Na SO ·10H O析出，假设温度不变，剩余溶液中溶质的质量分数应为________________(用含
2 4 2
ω、a的表达式表示，不必化简)。13.(2022·德阳三模)铝的阳极氧化是一种重要的表面处理技术，其原理是用电化学方法处理铝件表面，优化
氧化膜结构，增强铝件的抗腐蚀性，同时便于表面着色。取铝片模拟该实验，并测定氧化膜厚度，操作步
骤如下：
(1)铝片预处理
铝片表面除去油垢后，用2 mol/LNaOH溶液在60～70 ℃下洗涤，除去铝表面薄氧化膜，离子方程式为：
________________________________________；
再用10%(质量分数)的HNO 溶液对铝片表面进行化学抛光。若取一定体积68%(质量分数)的浓硝酸配制该
3
化学抛光液，需要用到的玻璃仪器有________、________、玻璃棒和胶头滴管。
(2)电解氧化
取预处理过的铝片和铅做电极，控制电流恒定为0.06 A，用直流电源在5～6 mol/L硫酸中电解。其中铝片
接电源________极，产生氧化膜的电极反应式为氧化膜的生长过程可大致分为A、B、C三个阶段(如图所
示)，C阶段多孔层产生孔隙的离子反应方程式为___________________________________________，
A阶段电压逐渐增大的原因是_______________________________________________________。
(3)氧化膜质量检验
取出阳极氧化并封闭处理过的铝片，洗净、干燥，在铝片表面滴一滴氧化膜质量检查液(3 g K Cr O ＋75
2 2 7
mL水＋25 mL浓硫酸)，用秒表测定表面颜色变为绿色(产生Cr3＋)所需时间，可判断氧化膜的耐腐蚀性。
写 出 该 变 色 反 应 的 离 子 方 程 式 ：
_______________________________________________________________。
(4)氧化膜厚度测定
①取氧化完毕的铝片，测得表面积为4.0 cm2，洗净吹干，称得质量为0.765 4 g；
②将铝片浸于60 ℃的溶膜液中煮沸10分钟进行溶膜处理；
③取出铝片，洗净吹干，称得除膜后铝片质量为0.744 2 g。
已知氧化膜的密度为2.7 g/cm3，可以计算得出氧化膜厚度为________μm(1 μm＝1×10－4cm)。
