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专题05 化学反应与能量
题型一 化学反应的热效应
1．（2024·贵州·二模）苯甲醇与溴化氢的反应
代表苯基)是分步进行
的：
①
②
③
反应能量变化如图所示。
下列说法错误的是
A．酸性条件下有利于该反应发生
B．第①、③步反应速率比第②步快
C．过渡态2 的能量最高，所以第②步反应速率最慢
D．第③步是放热反应
【答案】C
【解析】A．根据第①步反应可知，酸性条件下利于该反应发生，A 说法正确；
B．第①、③步反应活化能小于第②步活化能，所以第①、③步反应速率比第②步快，B 说法正确；
C．第②步反应速率最慢，是因为第②步活化能最大，与过渡态能量高低无关，C 说法错误；
D．根据能量变化图可知，第③步是放热反应，D 说法正确；
答案选C。
2．（2024·贵州·二模）利用计算机技术测得乙炔(
)在
催化作用下生成
的反应历程及
相对能量变化如图所示。下列说法正确的是
1
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A．
的
B．反应历程中能量最高的物质中含有两种官能团
C．升高反应体系的温度可以提高乙炔的平衡转化率
D．决速步骤的反应为
【答案】B
【解析】A．根据相对能量变化图可知，1mol
与1mol
的总能量比1mol
的能
量高，该反应是放热反应，
的
，A 错误；
B．反应历程中能量最高的物质为CH2=CHOH，含有碳碳三键、羟基两种官能团，B 正确；
C．由A 可知该反应为放热反应，升高反应体系的温度平衡逆向移动，不能提高乙炔的平衡转化率，C 错
误；
D．由图可知，反应
—Hg2+的活化能最高，反应速率最慢，为总反应的
决速步骤，D 错误；
故选B。
3．（2024·江西景德镇·二模）一定温度下，反应
的机理第1 步为
，理论计算后续步骤可能的反应机理如图所示，TS1 和TS2 表示过渡态。下列说法错误的是
A．该反应的
B．机理a、b 均表示2 步基元反应
2
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C．机理a、b 决速步的能垒：
D．由机理a 可知键能大小：Cl-Si<H-Si
【答案】D
【解析】A．由图可知，该反应的
，A 正确；
B．由图可知，机理a、b 均表示2 步基元反应，B 正确；
C．由图可知，机理a 决速步的能垒为
，机理b 决速步的能垒为
，故
，C 正确；
D．由图可知反应
的反应热
，说明断裂H-Si 吸收的能量小于形
成Cl-Si 释放的能量，则机理a 键能大小：Cl-Si>H-Si，D 错误；
故选D。
4．（2024·江西宜春·模拟预测）一定条件下，丙烯与
反应生成
和
的反应
历程如图所示。【已知Arrhenius 经验公式为
(
为活化能，k 为速率常数，R 和C 为常
数)】，下列说法正确的是
A．反应
的
为
B．丙烯与
的加成反应为放热反应，所以该反应一定能自发进行
C．其他条件不变，适当升高温度可以提高加成产物
的比例
D．根据该反应推测，丙烯与
加成的主要产物为2-溴丙烷
【答案】D
【解析】A．根据图示，不能求得反应
的
，A 错误；
B．由图可知，丙烯与HCl 加成生成CH3CHClCH3或CH3CH2CH2Cl 的反应都是放热反应，∆H＜0，反应的
∆S＜0，根据
时自发进行，反应在低温下能自发进行，B 错误；
C．丙烯与
反应生成
和
的反应都为放热反应，升高温度，反应都向着消耗
和
的方向移动，
和
的比例都会降低，C 错误；
D．由图中可以看出生成
的活化能较低，反应的主要产物为
，类似的丙烯与
3
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加成的主要产物为2-溴丙烷，D 正确；
故选D。
5．（2024·甘肃·二模）如图(
表示活化能)是
与
生成
的部分反应过程中各物质的能量变化
关系图，下列说法正确的是
A．题述反应为吸热反应
B．升高温度，
、
均减小，反应速率加快
C．第一步反应的方程式可表示为
D．第一步反应的速率大于第二步反应的速率
【答案】C
【解析】A．由图可知，反应物的总能量高于生成物的总能量，该反应为放热反应，A 项错误；
B．升高温度，不能降低反应的活化能，即
、
均不变，但可以加快反应速率，B 项错误；
C．由图可知，第一步反应的方程式可表示为
，C 项正确；
D．第一步反应的活化能大于第二步反应的活化能，第一步反应单位体积内活化分子百分数低于第二步反
应，所以第一步反应的速率小于第二步反应的速率，D 项错误；
答案选C。
6．（2024·湖南岳阳·二模）N-羧基丙氨酸酸酐广泛用于生物领域，用碳酸二甲酯
和丙氨酸
为原料可以制备N-羧基丙氨酸酸酐，其反应机理如图所示。下列说法错误的是
A．在强酸性环境不利于反应进行
B．该过程中
元素的化合价发生改变
4
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C．反应过程中有
的断裂和形成
D．用甘氨酸
代替丙氨酸，可制得
【答案】B
【解析】A．在强酸性溶液中，碳酸二甲酯会发生水解，同时CH3CH(NH2)COO-浓度降低，不利于反应进
行，A 正确；
B．碳酸二甲酯(CH3O)2CO]与Zn(CH3COO)2形成的是配位键，整个过程中均未有元素化合价发生变化，B
错误；
C．该过程中存在N—H、C—O 等极性键的断裂和C—O 等极性键的生成，C 正确；
D．若用甘氨酸(H2NCH2COOH)代替丙氨酸，则根据转化关系，最后可得到
，D 正确;
故答案为：B。
7．（2024·安徽滁州·二模）已知
催化反应
历程如下图所示，
催化历程中有
参与。下列有关该反应的说法正确的是
A．步骤①的速率常数大于步骤②
B．反应历程中存在非极性键的断裂和形成
C．催化历程中，仅氧元素的化合价未发生变化
D．步骤②的热化学方程为：
【答案】B
【解析】A．由图知，第一步的活化能大于第二步的活化能，故第一步的速率小于第二步，因此步骤①的
速率常数小于步骤②，A 错误；
5
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B．反应历程中，由O-O 键断裂和I-I 键的形成，B 正确；
C．由于
中存在一个过氧键，S 的化合价为+6 价，催化历程仅硫元素的化合价未发生变化，C 错误；
D．由图知，步骤②为放热反应，故热化学方程为：
，D 错误；
故选B。
8．（2024·安徽合肥·三模）1，2-丙二醇(CH2OHCHOHCH3)单分子解离可以得到多种不同的产物或自由
基，反应相对能量随反应历程的部分变化如图所示。解离路径包括碳碳键断裂解离和脱水过程。下列说法
正确的是
A．可用质谱法鉴别TS1 和TS2 两条路径的产物
B．从能量的角度分析，TS2 路径的速率比TS1 路径快
C．产物
比产物
更稳定
D．1，2-丙二醇中C—C 键的键能相差约为
【答案】D
【解析】A．TS1与TS2路径对应的有机产物互为同分异构体，应用红外光谱仪鉴别，A 错误；
B．TS2的能垒比TS1的大，TS2路径反应慢，B 错误；
C．
的相对能量为
，
的相对能量为
，相对能量低的
物质更稳定，C 错误；
D．
中①处C—C 键断裂和②处C—C 键断裂生成对应自由基的相对能量相差为
，D 正确；
故选D。
9．（2024·安徽安庆·二模）中科大某课题组通过自由基杂环反应直接合成各种
稠合的内酰胺，应用于
钙钛矿电池器件中。底物与Cu(Ⅰ)物种通过电子转移经历两种途径得到目标产物D。下列说法错误的是
6
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A．Cu(Ⅰ)物种是催化剂
B．底物具有氧化性
C．两种途径不同，总反应的反应热也不同
D．合成过程中
中碳碳双键断裂
【答案】C
【解析】A．Cu(Ⅰ)第一步消耗，最后一步生成,是催化剂，A 正确；
Ｂ．底物将Cu(Ⅰ)氧化为Cu(Ⅱ)，具有氧化性，B 正确；
Ｃ．两种途径虽不同，但反应热相同，C 错误；
Ｄ．由图可知，C60中有六元环上的碳碳双键发生了断裂，D 正确；
故答案选C。
10．（2024·广东·二模）纳米碗C40H10是一种奇特的碗状共轭体系。高温条件下，C40H10可以由C40H20分子
经过连续5 步氢抽提和闭环脱氢反应生成。其中
的反应机理和能量变化如
图。下列说法不正确的是
A．选择相对较高的温度更有利于制备纳米碗
B．推测 C40H10纳米碗中含5 个五元环
7
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C．
D．该反应历程包含了3 步基元反应，且第3 步是该反应的决速步骤
【答案】B
【解析】A．由题干反应历程图可知，该反应总反应为一个吸热反应，升高温度平衡正向移动，且反应速
率加快，给选择相对较高的温度更有利于制备纳米碗，A 正确；
B．由C40H20的结构可知其中含有1 个五元环，10 个六元环，每脱两个氢形成一个五元环，则C40H10总共
含有6 个五元环，10 个六元环，B 错误；
C．由题干反应历程图可知，该反应总反应为：
，C
正确；
D．该反应包含3 个基元反应，分别为C40H20+H•
•C40H19+H2，•C40H19
•C40H19、C40H19
•C40H18+H•，
其中第三个反应的活化能最大，反应速率最慢，是该反应的决速步骤，D 正确；
故答案为：B。
题型二 原电池
1．（2024·广西·二模）海水电池在海洋能源领域应用广泛，铁、镁、钠、锂都可以作为海水电池的电极材
料，其工作原理如图所示。下列说法错误的是
A．该装置不能将化学能完全转化为电能
B．海水中盐分大，可作为电解质溶液
C．钠、锂等活泼金属作B 极，要防止其与海水直接接触
D．若铁为B 极材料，则正极反应式一定为
【答案】D
【分析】根据一般情况下，活泼金属作负极，石墨作正极，所以该装置图中A 极是正极，B 极是负极。
【解析】A．原电池在工作中不可能将化学能完全转化为电能，故A 正确；
B．根据反应原理图可知，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B 正
确；
C．Na、Li 等活泼金属易与水反应，故要防止其与水接触，故C 正确；
D．若铁为B 极材料，则正极电极反应式为
，故D 错误；
故选D。
2．（2024·贵州·二模）2023 年诺贝尔化学奖授予了三位科学家，以表彰他们为“发现和合成量子点”作出
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的贡献。一种含有新型量子点(简写为
)的复合光催化剂利用太阳能高效制氢的原理如图所示。
下列说法正确的是
A．电子由电极b 沿导线流向电极a
B．电极a 的电极反应式为：S2-+3H2O-6e-=
+6H+
C．标准状况下，当电路转移2mol 电子时电极
生成11.2L
D．电池的总反应方程式为：S2-+3H2O
+3H2↑
【答案】D
【分析】由题干图示信息可知，电解质溶液为碱性电解质pH=13，则a 电极发生的电极反应为：S2—
+6OH--6e-=
+3H2O，则a 为负价，b 为正极，电极反应为：2H2O+2e-=H2↑+2OH-，据此分析解题。
【解析】A．由分析可知，a 为负价，b 为正极，故电子由电极a 沿导线流向电极b，A 错误；
B．由分析可知，a 为负价，电极a 的电极反应式为：S2—+6OH--6e-=
+3H2O，B 错误；
C．由分析可知，b 为正极，电极反应为：2H2O+2e-=H2↑+2OH-，标准状况下，当电路转移
电子时电极
生成1mol×22.4L/mol=22.4L，C 错误；
D．由分析可知，a 电极即负极反应为：S2—+6OH--6e-=
+3H2O，b 为正极，电极反应为：2H2O+2e-
=H2↑+2OH-，故电池的总反应方程式为：S2-+3H2O
+3H2↑，D 正确；
故答案为：D。
3．（2024·江西景德镇·二模）由于钠资源储量丰富，便于开采，价格便宜，钠离子电池有望成为下一代大
规模储能电池。我国化学家最近研制的一种钠离子电池如图所示。下列说法正确的是
A．膜是阴离子交换膜
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B．充电时
向石墨电极移动
C．放电时正极的电极反应：
D．有机溶剂可选择乙醇
【答案】C
【分析】由图知，金属钠为负极，电极反应式为
，
参杂石
墨极为正极，电极反应式为
，据此回答。
【解析】A．由分析知，
通过膜由负极进入正极，膜是阳离子离子交换膜，A 错误；
B．充电时
向金属钠电极移动，B 错误；
C．由分析知放电时正极的电极反应：
，C 正确；
D．乙醇能与钠反应，故有机溶剂不能选择乙醇，D 错误；
故选C。
4．（2024·甘肃·二模）锂硒电池是一种极具前景的高能量密度二次电池，并且具有优异的循环稳定性，下
图是一种新型聚合物锂硒电池的工作原理示意图。下列叙述正确的是
A．放电时正极的电极反应式为
B．石墨烯聚合物隔膜只允许
通过，防止硒扩散到另一极
C．在
晶胞结构中，
占据的位置是顶点和面心
D．充电时外电路中转移1mol 电子，两极质量变化差为7g
【答案】B
【分析】题中装置包含有放电与充电两个过程。根据放电时
移动方向可知，放电时Li 为负极，Se 为正
极；则充电时Li 为阴极，Se 为阳极。
【解析】A．放电时，正极的电极反应式为
，A 错误；
B．石墨烯聚合物隔膜只允许
通过，是为了防止硒扩散到另一极，从而提高电池工作效率，B 正确；
C．
晶胞结构与
类似，
占据顶点和面心，
填充在
构成的四面体空隙中，C 错误；
D．充电时，Li 电极为阴极，电极反应式为
，Se 电极为阳极，电极反应式为
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，当外电路中转移1mol 电子时，Li 电极质量增加7g，Se 电极质量减少7g，两极质量变化差为14g，D 错
误；
故选B。
5．（2024·甘肃·三模）
是一种绿色能源，一种
燃料电池工作原理如图所示。下列说法正确
的是
A．放电时，
从交换膜右侧向左侧移动
B．放电过程中右侧溶液的
减小
C．每生成
，理论上消耗
D．负极电极反应式为
【答案】C
【分析】通入甲醇一端为负极，发生氧化反应，电极方程式为
，通入
氧气一端为正极，发生还原反应，电极式为
，据此回答。
【解析】A．左边甲醇被氧化为
，失去电子，为负极区，氧气得电子为正极区，放电时，原电池内部
阳离子由负极移向正极，即
从左侧移向右侧，
错误；
B．
为正极，放电过程中，
得电子生成
，
移向右侧使
浓度增大，
增大，
错误；
C．根据电极方程式可知，每生成
，电路中转移
电子，故理论情况下消耗1.5mol O2，
正确；
D．负极甲醇被氧化为
，其电极反应式为
，D 错误；
故选C。
6．（2024·吉林长春·三模）
的脱除与
的制备反应自发协同转化装置如图所示(在电场作用下，双
极膜中间层的
解离为
和
并向两极迁移；忽略溶液体积的变化，极区域
浓度保持不变)。下
列说法正确的是
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A．电子从电极经导线流向
电极
B．电路中转移
电子，理论上正极区域溶液增重
C．两极参与反应的
与
的物质的量之比为
D．双极膜中
的解离可不断提供
和
，故无需补加
【答案】B
【分析】由图可知，b 极氧气发生还原反应生成过氧化氢，为正极，则a 为负极。
【解析】A．原电池中电子由负极流向正极，故电子从a 电极经导线流向b 电极，A 错误；
B．O2在正极区域得到电子生成H2O2，电极方程式为：2H++O2+2e-=H2O2，电路中转移
电子时，生成
0.5mol H2O2，理论上正极区域溶液增重34mol×0.5mol=17g，B 正确；
C．SO2在负极失去电子生成硫酸根，电极方程式为：SO2+4OH--2e-=SO
+2H2O，正极电极方程式为：2H+
+O2+2e-=H2O2，两极参与反应的
与
的物质的量之比为
，C 错误；
D．1 molSO2与2molOH-反应，亚硫酸根离子氧化为硫酸根离子转移2mol 电子，2molOH -进入左侧同时亚
硫酸根离子氧化为硫酸根离子消耗水，生成的H+消耗OH-，故需要补加NaOH.才能持续吸收SO2，D 错
误；
故选B。
7．（2024·黑龙江齐齐哈尔·三模）一种
—空气酸性燃料电池的工作原理如图所示。该电池工作时，下
列说法正确的是
A．
通过质子交换膜从右侧向左侧多孔石墨棒移动
B．若产生
，则理论上需通入
(标准状况)
。
C．负极的电极反应式为
D．电子的流动方向为从负极经电解质溶液流向正极
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【答案】C
【分析】由图可知，
失去电子转化为
，则左侧多孔石墨电极为负极，右侧多孔石墨电极为正
极。
【解析】A．在原电池中，阳离子向正极移动，所以
通过质子交换膜从左侧向右侧多孔石墨棒移动，A
错误；
B．根据关系式
可知，若产生
，则理论上需通入
，即需通入
(标准状况)
，B 错误；
C．
在负极放电，负极的电极反应式为
，C 正确；
D．原电池中电子从负极经导线流向正极，电子不能进入溶液，D 错误；
故选：C。
8．（2024·安徽滁州·二模）如图所示装置可由
制得异丙醇［
］进而达成“双碳目
标”。其中M、N 均是惰性电极。下列说法错误的是
A．电子由N 极流向M 极
B．该装置可将光能转化为电能
C．N 极上
发生的电极反应为
D．M 极每产生60g 异丙醇，N 极生成标况下144g
【答案】D
【分析】N 极氧元素价态升高失电子，N 极为负极，M 极为正极，二氧化碳和氢离子都在正极放电；
【解析】A．M 为正极，N 极为负极，电子由负极流向正极，电子由N 极流向M 极，A 正确；
B．该装置为原电池，由图可知该装置可将光能转化为电能，B 正确；
C．N 极上
失电子生成氧气，发生的电极反应为
，C 正确；
D．M 极为正极，二氧化碳和氢离子都在正极放电，CO2发生的电极反应为：3CO2+18H++18e-
=CH3CH(OH)CH3+5H2O，每产生60g 异丙醇物质的量
，由于还存在氢离子放电，则电路中
转移的电子大于18mol，N 极只发生
，则生成大于4.5mol 氧气，质量大于
4.5mol×32g/mol=144g 氧气，D 错误；
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答案选D。
9．（2024·安徽池州·二模）据报道某新型镁-锂双离子二次电池如下图所示。下列说法正确的是
A．放电时，
移动方向从右往左
B．充电时，M 与外电源正极相连
C．放电时，N 极反应为：
D．充电时，若外电路有
电子转移，阴极室的溶液的质量减少1.0g
【答案】D
【解析】A．放电时Mg 作负极，电极反应式为Mg－2e－=Mg2＋，根据溶液呈电中性，Li＋由左向右移动，
平衡电荷， A 错误；
B．放电时右侧为正极，充电时N 与外电源正极相连，B 错误；
C．放电时，N 是正极发生还原反应，电极反应式为Li1－xFePO4＋xLi＋＋xe-=LiFePO4，故C 错误；
D．充电时，导线上每通过0.2mol e-，左室中就有0.1mol Mg2＋放电生成Mg，同时又有0.2mol Li＋从右室移
向左室，故左室溶液质量减少：0.1mol×24g/mol-0.2mol×7g/mol=1.0g，D 正确；
故选D。
10．（2024·河南周口·二模）钙钛矿太阳能电池与锂硫电池集成，可实现太阳能直接对锂硫电池充电，其
原理如图1 所示。碳电极为共享电极，导电玻璃FTO 基底上涂
作为电子传输层。充电时，钙钛矿层吸
收太阳光产生光生电子(
)和空穴(
)，分离后输送到两个电极上。一种钙钛矿太阳能电池材料的晶胞结
构如图2 所示，已知
，
。
下列说法正确的是
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A．共享碳电极为钙钛矿太阳能电池的负极
B．锂硫电池放电时，
由含硫层迁移至金属锂电极
C．充电时，共享碳电极上电极反应式为
D．该钙钛矿晶体的密度为
【答案】D
【分析】由图1 可知，锂硫电池，金属锂为负极，硫在正极反应，钙钛矿太阳能电池与锂硫电池集成，可
实现太阳能直接对锂硫电池充电，共享碳电极包含硫层，故为二者的正极，放电时，锂硫电池负极反应为
，正极反应为
，据此分析解题。
【解析】A．根据分析，共享碳电极为正极，A 错误；
B．原电池放电时，阳离子移向正极，故
向硫层迁移，B 错误；
C．充电时，阳极失电子发生氧化反应，故共享碳电极上电极反应式为
，C 错误；
D．由图2 可知，1 个晶胞中含有
个数为1，含有
个数为
，含有
个数为
，
则该晶胞的密度为
，D 正确；
答案选D。
题型三 电解池
1．（2024·广西·二模）铬酸钠（
）主要用于有机合成氧化剂、印染剂等。现以铅蓄电池为电源，
用电渗析法分离回收混合物浆液中的
的装置如图所示，下列对分离过程的相关判断错误的是
A．铅蓄电池的正极反应为：
B．电解一段时间后，乙池有可能得到含
和
的混合液
C．电极b 连接铅蓄电池负极，甲池中放出的气体为氧气
D．若电路中通过
，理论上铅蓄电池负极增重9.6g
【答案】C
【解析】A.铅蓄电池的正极材料为二氧化铅，发生还原反应生成硫酸铅，电极反应为：
15
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，A 正确；
B.该电解装置中阴离子向惰性电极b 移动，阳离子向惰性电极a 移动，故电极a 为阴极，电极b 为阳极。电
极b 上发生反应：4OH--4e- =O2↑+2H2O，当乙池中碱性减弱时，
该可逆反
应正向移动，
的含量增加，乙池有可能得到含
和
的混合液，B 正确；
C.电极b 为阳极，连接铅蓄电池正极，电极a 为阴极，电极a 上发生反应：2H2O+2e-=H2↑+2OH-，所以甲池
中放出的气体为氢气，故C 错误；
D.铅蓄电池负极反应为：
，电路中通过0.2mole-，理论上负极增加质量为0.1mol
的质量，为9.6g，D 正确；
2．（2024·贵州黔东南·二模）某团队直接将室温下的空气[V(N2)：V(O2)=4:1]转化为硝酸(装置如图所示)。
下列叙述错误的是
已知：b 极的电极总反应式为3O2+N2+2H++2e-=2HNO3
A．a 极为阳极，产生的O2可导入b 极区作原料
B． H2O2和H2N2O2均是中间产物
C．生成 H2N2O2的反应方程式为H2O2+N2
H2N2O2
D．每制得63gHNO3，阴极还需通入1mol O2
【答案】D
【分析】由题干装置图并结合已知信息：b 极的电极总反应式为3O2+N2+2H++2e-=2HNO3可知，b 极为阴
极，a 电极为阳极，电极反应为：2H2O-4e-=4H++O2↑，据此分析解题。
【解析】A．由分析可知，a 极为阳极，电极反应为：2H2O-4e-=4H++O2↑，产生的O2可导入b 极区作原
料，A 正确；
B．由题干图示信息可知，反应过程中的确存在H2O2和H2N2O2，但不是最终产物HNO3，故H2O2和H2N2O2
均是中间产物，B 正确；
C．由题干图示信息可知，H2O2和N2在Fe2+催化下能生成H2N2O2，故该反应的反应方程式为H2O2+N2
H2N2O2，C 正确；
D．根据b 电极总反应式3O2+N2+2H++2e-=2HNO3可知，每制得63gHNO3即
=1molHNO3，需消耗
1.5molO2，电路上转移电子为1mol，则阳极上能够产生的O2为0.25mol，故阴极还需通入
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1.5mol-0.25mol=1.25molO2，D 错误；
故答案为：D。
3．（2024·江苏南京·二模）一种电解乙酰基吡嗪废水中的
制备
的电化学装置如题
9 图所示。下列说法正确的是
A．石墨电极与直流电源正极相连
B．电解时，铂网电极附近pH 增大
C．离子交换膜应选择性透过阴离子
D．阴极上的电极反应为
【答案】B
【分析】电解乙酰基吡嗪废水中的
制备
，由图可知，铂网电极上
失去
电子发生氧化反应生成
，为阳极，则石墨电极为阴极；
【解析】A．石墨电极为阴极，与直流电源负极相连，A 错误；
B．电解时，铂网电极为阳极，
失去电子发生氧化反应生成
，电极反应式为
，阴极反应式为
，则右侧氢离子通过阳离子交换进入左侧，使得铂网电极
附近pH 增大，B 正确；
C．由B 分析可知，离子交换膜应选择性透过氢离子，C 错误；
D．阴极上的电极反应为
，D 错误；
故选B。
4．（2024·江西赣州·二模）利用可再生能源驱动耦合电催化HCHO 氧化与CO2还原，同步实现CO2与
HCHO 高效转化为高附加值的化学产品，可有效消除酸性工业废水中的甲醛，减少碳排放，实现碳中和。
耦合电催化反应系统原理如图所示。
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下列说法正确的是
A．电源a 极为正极，
通过质子交换膜从右侧移向左侧
B．阳极的电极反应式为：
C．外电路转移
时，理论上可消除废水中0.5molHCHO
D．电解生成1molHCOOH，理论上可消耗标准状况下
【答案】C
【分析】由题干电解池装置图可知，碳纸负载MnO2纳米片中HCHO 转化为HCOOH，发生氧化反应，故
为阳极，电极反应为：HCHO+H2O-2e-=HCOOH+2H+，即电源b 电极为正极，Cu 箔负载Cu 纳米绒为阴
极，发生还原反应，电极反应为：CO2+2H++2e-=HCOOH，据此分析解题。
【解析】A．由分析可知，电源b 电极为正极，电源a 极为负极，H+通过质子交换膜从左侧阳极区移向右
侧阴极区，A 错误；
B．由分析可知，阳极发生氧化反应，阳极的电极反应式为：HCHO+H2O-2e-=HCOOH+2H+，B 错误；
C．由分析可知，阳极区发生的电极反应为：HCHO+H2O-2e-=HCOOH+2H+，根据电子守恒可知，外电路
转移
时，理论上可消除废水中0.5molHCHO，C 正确；
D．由题干信息可知，阳极区生成HCOOH，阴极区也能生成HCOOH，结合电极反应式HCHO+H2O-2e-
=HCOOH+2H+、CO2+2H++2e-=HCOOH 可知，电解生成1molHCOOH，理论上可消耗0.5molCO2，则其标
准状况下的体积为：0.5mol×22.4L/mol=11.2L，D 错误；
故答案为：C。
5．（2024·江西九江·二模）我国科学家设计了
与氯碱耦合电解池装置如图。这种方法的优点是可以得
到氯气和氢氧化钠，实现与氯碱工业的联合。下列说法正确的是
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A．离子交换膜为阴离子交换膜
B．工作一段时间阴极附近溶液的pH 减小
C．电解总化学反应方程式为：
D．标准状况下，每生成2.24L
，溶液中通过的电子为0.2mol
【答案】C
【分析】由图示可知，阴极的电极反应式为：
，阳极的电极反应式为：
，由此分析回答；
【解析】A．阴极区域生成OH-，Na+从阳极区域通过交换膜进入阴极区，所以该离子交换膜只能让阳离子
通过，不能让阴离子通过，采用阳离子交换膜，可以提高NaOH 的产量和纯度，A 错误；
B．工作一段时间阴极产生
，阴极附近pH 变大，B 错误；
C．电解总化学反应方程式为：
，C 正确；
D．电子不能通过溶液，D 错误；
故选C。
6．（2024·甘肃白银·三模）一种应用间接电氧化红曲红（M）合成新型红曲黄色素（N）的装置如图。下
列说法正确的是
已知：由M 到N 的反应可表示为
（已配平）。
A．该合成方法中的能量转换形式是化学能全部转化为电能
B．b 极为阳极，电极反应式为
C．理论a 极上生成的氧气与b 极上消耗的氧气的质量之比为
D．反应前后
保持不变
【答案】C
【分析】由题干电解池装置图可知，a 极发生氧化反应，电极反应为：4OH--4e-=O2↑+2H2O，则a 极为阳
极，b 极为阴极，发生还原反应，电极反应为：2H++O2+2e-=H2O2，然后H2O2把
转化为
，M 将
又还原为
，据此分析解题。
【解析】A．电解池工作时，电能不可能完全转化为化学能，故该合成方法中的能量转换形式是电能转化
为化学能和热能等，A 错误；
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B．由分析可知，b 极为阴极，电极反应式为
，B 错误；
C．根据电子守恒可知，a 极电极反应为：4OH--4e-=O2↑+2H2O，b 极电极反应为：2H++O2+2e-=H2O2，故理
论a 极上生成的氧气与b 极上消耗的氧气的质量之比为
，C 正确；
D．由题干图示信息可知，根据反应H2O2+
=
+H2O，
，反应中阴极区产生
H2O，即反应后
变小，D 错误；
故答案为：C。
7．（2024·黑龙江·二模）英国剑桥大学模拟“人工树叶”电化学实验装置如图所示，该装置能将
和
转化为
和燃料(
)。下列说法正确的是
A．
中心原子采取
杂化
B．b 电极电势低于a 电极
C．该装置工作时，H⁺从b 极区向a 极区迁移
D．每生成1 mol
有44 g
被还原
【答案】C
【分析】该装置是电解池装置，b 极连接电源正极，b 极为阳极， b 极水转化成氧气，O 元素的化合价升
高，发生失电子的氧化反应，a 极为阴极，CO2得电子发生还原反应生成C3H8O；
【解析】A．
中心C 原子价层电子对数为
，采取sp 杂化，故A 错误；
B．b 极为阳极，a 极为阴极，b 电极电势高于a 电极，故B 错误；
C．该装置工作时为电解池，b 极发生氧化反应，则b 极为阳极，a 极为阴极，电解池中阳离子由阳极流向
阴极，即H+从b 极区向a 极区迁移，故C 正确；
D．电池总的方程式为6CO2+8H2O=2C3H8O+9O2，即生成9mol 氧气，阴极有6mol 二氧化碳被还原，也就
是生成1mol 氧气，阴极有
mol 二氧化碳被还原，其质量为
mol ×44g/mol=
g，故D 错误；
故选C。
8．（2024·黑龙江哈尔滨·三模）羟基自由基
具有很强的氧化性，能将苯酚氧化为
和
。我国
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科学家开发出如图所示装置，能实现制备氢气、处理含苯酚废水二位一体。下列说法正确的是
A．d 电极的电极反应式：
B．再生池中发生的反应：
C．a 为电源负极，m 为阴离子交换膜，
能增强导电性
D．气体X 与Y 在相同条件下的体积比为
【答案】A
【分析】c 电极发生反应V3++e-=V2+，得电子被还原，所以c 是阴极，a 是负极，b 是正极，d 是阳极，结合
图示，电极反应中产生羟基自由基(·OH)和H+，没有生成氧气，电极反应：
。据此分
析作答。
【解析】A．根据分析，d 电极的电极反应式：
，A 正确；
B．题中所给反应未配平，B 错误；
C．根据分析，a 为电源负极，
比起纯水，能增强溶液的导电性，d 电极的电极反应式：
，产生的H+经阳离子交换膜移向阴极，故 m 为阳离子交换膜，C 错误；
D．根据
，产生1mol 气体H2，需要消耗V2+2mol，对应c 电极发生反应V3+
+e-=V2+，则转移电子数为2mol，根据
，则产生的
为2mol，根据反应
，生成CO2为
mol，所以两种气体体积比为1∶
=7 3∶，D 错误；
故选A。
9．（2024·黑龙江哈尔滨·模拟预测）水系双离子电池原理如图所示，下列有关叙述正确的是
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A．放电时，电极a 作电源的正极，Cu3(PO4)2发生氧化反应最终变为Cu
B．充电时，水系电池中，a 电极附近溶液的pH 增大
C．充电时，b 电极上的电极反应式为
D．当0.5mol Cu3(PO4)2完全放电时，则b 电极质量减轻69g
【答案】D
【分析】由图可知，放电时为原电池，a 极上Cu3(PO4)2→Cu2O→Cu、发生得电子的还原反应，b 极上
Na0.44MnO2→Na0.44-xMnO2、发生失电子的氧化反应，则a 极为正极、b 极为负极，负极反应式为Na0.44MnO2-
xe-═Na0.44-xMnO2+xNa+，充电时为电解池，原电池的正负极分别与电源的正负极相接，即a 极为阳极、b 极
为阴极，阴阳极反应与负正极反应相反，据此分析解答。
【解析】A．放电时为原电池，a 极为正极、b 极为负极，Cu3(PO4)2发生还原反应最终变为Cu，故A 错
误；
B．充电时为电解池，a 极为阳极、b 极为阴极，阳极电极反应式为：
，阳极
附近的碱性减弱，故B 错误；
C．充电时为电解池，a 极为阳极、b 极为阴极，阴极反应式为：
，
故C 错误；
D．放电时为原电池，a 极上Cu3(PO4)2→Cu2O→Cu，则0.5molCu3(PO4)2完全放电时，转移电子3mol，有
3molNa+发生迁移，则b 电极质量减轻3mol×23g/mol=69g，故D 正确；
故选D。
10．（2024·安徽合肥·三模）工业上在600℃时电解含40% NaCl 和60% CaCl2的混合电解液制取金属钠的
电解槽如图所示，下列说法错误的是
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A．使用混合电解液的目的是为了降低NaCl 熔点
B．网状隔膜用于防止生成的Cl2和Na 相互反应
C．理论上，每转移
，生成1mol Cl2
D．若用串联的铅酸电池组电解NaCl 制取Na，则PbO2极接石墨极
【答案】C
【分析】电解池中放电顺序：Cl->OH-、H+>金属离子，阳极反应式：
，阴极为水放电生成
氢气；
【解析】A．CaCl2和NaCl 混合，可降低NaCl 的熔点，A 项正确；
B．网状隔膜用于隔离阳极产物与阴极产物，防止Cl2与Na 发生反应，B 项正确；
C．阳极反应式：
，故转移
，理论上生成0.5mol Cl2，C 项错误；
D．PbO2作为铅酸电池的正极，应与石墨阳极连接，D 项正确；
故选C。
题型四 新型电池
1．（2024·江西上饶·二模）高电压水系锌—有机混合液流电池的装置如图所示。下列说法正确的是
A．放电时负极区溶液pH 增大
B．放电时正极反应式为
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C．充电时电路中每转移1mol 电子，理论上阴极增重32.5g
D．充电时中性电解质NaCl 的浓度增大
【答案】C
【分析】高电压水系锌-有机混合液流电池工作原理为：放电时为原电池，金属Zn 发生失电子的氧化反应
生成Zn2+，为负极，则FQ 所在电极为正极，正极反应式为FQ+2e－+2H+＝FQH2，负极反应式为Zn-2e－
+4OH－＝
；充电时为电解池，原电池的正负极连接电源的正负极，阴阳极的电极反应与原电池的
负正极的反应式相反，电解质中阳离子移向阴极、阴离子移向阳极，据此分析解答。
【解析】A．放电时为原电池，金属Zn 为负极，负极反应式为Zn-2e－+4OH－＝
，消耗OH－，负
极区溶液pH 减小，故A 错误；
B．放电时为原电池，正极上还原反应，电极反应式为FQ+2e－+2H+＝FQH2，故B 错误；
C．充电时为电解池，负极即阴极上发生还原反应，电极反应为
+2e－＝Zn+4OH－，转移1mol 电
子，则理论上负极增重32.5g，故C 正确；
D．充电时电解池，电解质中阳离子移向阴极、阴离子移向阳极，NaCl 溶液中的钠离子和氯离子分别发生
定向移动，即电解质NaCl 的浓度减小，故D 错误，
故选C。
2．（2024·江西南昌·二模）“大气固碳”的锂电池装置(如图所示)原理为：
。下
列说法错误的是
A．充电时，电极A 接电源的负极
B．聚合物电解质膜只允许锂离子通过
C．放电时，若电路中转移
个电子，右室质量增加
D．放电时，若
气体参加反应，则电路中转移电子的数目为
【答案】C
【分析】由原理和图知，电极A 为负极，电极反应式为
，电极B 为正极，电极反应式为
，据此回答。
【解析】A．放电时，电极A 为负极，充电时，电极A 接电源的负极，A 正确；
B．锂离子在负极生成，在正极参与反应，故聚合物电解质膜只允许锂离子通过，B 正确；
C．放电时，若电路中转移
个电子，右室质量增加
，C 错误；
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D．由
知，若
气体参加反应，则电路中转移电子的数目为
，
D 正确；
故选C。
3．（2024·江西萍乡·二模）锂离子电池及其迭代产品依然是目前世界上主流的手机电池。科学家近期研发
的一种新型的Ca—LiFePO4可充电电池的原理示意图如图，电池反应为：
，下列说法正确的是
A．放电时，钙电极为负极，发生还原反应
B．充电时，
/
电极的电极反应式为
C．锂离子导体膜的作用是允许Li+和水分子通过，同时保证Li+定向移动以形成电流
D．充电时，当转移0.2mol 电子时，理论上阴极室中电解质的质量减轻4.0g
【答案】B
【分析】放电时，Ca 失电子转化为Ca2+，则钙电极为负极，
/
电极为正极；充电时，钙
电极为阴极，
/
电极为阳极。
【解析】A．由分析可知，放电时，钙电极为负极，失电子发生氧化反应，A 不正确；
B．充电时，
/
电极为阳极，
失电子转化为
和Li+，电极反应式为
，B 正确；
C．Ca 的金属性强，能与水发生剧烈反应，所以LiPF6-LiAsF6为非水电解质，锂离子导体膜不允许水分子
通过，锂离子导体膜允许Li+通过，其主要作用是允许Li+定向移动，构成闭合回路，从而形成电流，C 不
正确；
D．充电时，当转移0.2mol 电子时，理论上阴极室电解质中0.1mol Ca2+得电子生成0.1mol Ca，同时迁移入
Li+0.2mol，质量减轻0.1mol×40g/mol-0.2mol×7g/mol=2.6g，D 不正确；
故选B。
4．（2024·吉林长春·模拟预测）一种可充电锌—空气电池放电时的工作原理如下图所示。已知：室溶液
中，锌主要以
的形式存在，并存在电离平衡
。下列
说法错误的是
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A．放电时，
室中的
通过阴离子交换膜进入室
B．放电时，室溶液中
浓度增大
C．充电时，每生成
，
室溶液质量理论上减少
D．充电时，
电极的电极反应为
【答案】C
【分析】已知：室溶液中，锌主要以
的形式存在，则锌为负极，发生氧化反应，电极反应
式为
，右边电极为正极，发生还原反应，电极反应式为O2+4e−
+2H2O=4OH−。
【解析】A．放电时，阳离子移向正极，阴离子移向负极，，
室中的Na+通过阳离子交换膜进入Ⅲ室，
室中的Cl−通过阴离子交换膜进入室，A 正确；
B．Zn 电极为负极，电极反应式为
，
浓度增大，电离平衡
正向移动，导致室溶液中
浓度增大，B 正
确；
C．充电时，Pt/C 电极为阳极，电极反应式为4OH--4e−=O2↑+2H2O，每生成1molO2转移4mol 电子，同时有
4molNa+通过阳离子交换膜进入Ⅱ室，Ⅲ室溶液质量理论上减少32g+4mol×23g⋅mol−1=124g，故充电时，每
生成0.2molO2，Ⅲ室溶液质量理论上减少24.8g，C 错误；
D．充电时，
电极是阴极，发生还原反应，电极反应为
，D 正确；
故选C。
5．（2024·吉林长春·三模）科学家提出一种基于电催化多硫化物循环的自供能产氢体系(如下图所示)，通
过将锌-多硫化物电池与电解制氢装置集成，最大化利用了间歇性太阳光，实现日夜不间断的自供电的H2
生产。下列说法错误的是
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A．锌-多硫化物电池日间做电解池，夜间做电池
B．夜间工作时，应将电极ac、bd 分别连接
C．日间工作时，b 极的电极反应式为
D．H2生产装置中可以使用钠离子交换膜
【答案】B
【解析】A．白天可利用太阳能电池给左侧锌一多硫化物电池充电，实现电能向化学能的转化，夜间作电
源，给H2装置充电，电解反应产生H2，A 正确；
B．夜间工作时，左侧锌一多硫化物电池作电源，H2生产装置为电解池。d 电极发生2H2O+2e-=H2↑+2OH-，
d 电极为阴极，发生还原反应，故d 电极应连接a 电极(即Zn 电极，电源负极)，故a、d 相连，b、c 相连，
B 错误；
C．白天工作时，锌一多硫化物电池处于充电状态。b 电极是阳极，发生氧化反应，电极反应式为：
，C 正确；
D．H2 生成装置可以使用Na+交换膜，①如果使用Na+交换膜，阴报区发生反应：2H2O+2e-= H2↑+2OH-，
Na+向阴极区迁移，得到较纯净的NaOH 溶液，可供循环利用。②如果不使用Na+交换膜，交换膜， 显然
H2生产装置电解液一般仍为NaOH、Na2S 的混合溶液，故H2生产装置中可以使用钠离子交换膜，D 正确；
故合理选项是B。
6．（2024·黑龙江齐齐哈尔·三模）一种以钒基氧化物(V6H13)为正极材料的水系锌离子电池的工作原理如图
所示。下列说法正确的是
A．放电过程中，
向
极一侧移动
B．放电时，
极电势高于
极电势
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C．充电时，
极与外接直流电源负极相连
D．充电时，阳极发生的电极反应可能为
【答案】D
【分析】放电时Zn 为负极，电极反应为Zn-2e-=Zn2+，钒基氧化物为正极；充电时Zn 为阴极，钒基氧化物
为阳极。
【解析】A．放电时，钒基氧化物(V6O13)为正极，Zn 极为负极，负极Zn 失去电子生成Zn2+进入溶液，放电
过程中，Zn2+通过阳离子交换膜向V6O13极一侧移动，A 项错误；
B．放电时，正极电势高于负极电势，故放电时，V6O13极电势高于Zn 极电势，B 项错误；
C．充电时，V6O13极作阳极，与外接直流电源正极相连，C 项错误；
D．充电时，阳极
失电子生成V6O13和Zn2+，发生的电极反应可能为
-2xe-=V6O13+xZn2+，
D 项正确；
答案选D。
7．（2024·安徽·模拟预测）三维骨架结构的KFeC2O4F 材料具有优异的储钾性能，且该材料成本低廉、合
成简单、热稳定性良好，可用于钾离子全电池的正极材料。一种钾离子全电池放电时的工作原理如图所
示：
已知充放电时KFeC2O4F 中氧化还原电对为
。下列有关说法正确的是
A．放电时，电流流向：Al(X)→电解液→Al(Y)
B．放电时，Al(X)电极的电极反应式：
C．充电时，Al(X)电极的电势低于Al(Y)电极的电势
D．充电时，外电路中每转移1 mol 电子，有39 g
从正极材料中脱出
【答案】D
【分析】由题干装置图中K+的移动方向可知，该装置放电时K+由右往左移动，即Al(X)为正极，电极反应
为：K++FeC2O4F+e-= KFeC2O4F，Al(Y)为负极，电极反应为：Al-3e-=Al3+，据此分析解题。
【解析】A．由分析可知，放电时，Al(X)为正极，Al(Y)为负极，故电流流向：Al(X)
导线
Al(Y)
电解液
Al(X)，A 错误；
B．由分析可知，放电时，Al(X)电极的电极反应式：K++FeC2O4F+e-= KFeC2O4F，B 错误；
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C．由分析可知，放电时，Al(X)为正极，Al(Y)为负极，则充电时， Al(X)为阳极，Al(Y)为阴极，故Al(X)
电极的电势高于Al(Y)电极的电势，C 错误；
D．由分析可知，充电时，Al(X)为阳极，电极反应为：KFeC2O4F -e-=K++FeC2O4F，根据电子守恒可知，外
电路中每转移1 mol 电子，有1mol 即39 g K+从正极材料中脱出，D 正确；
故答案为：D。
8．（2024·安徽·模拟预测）2023 年12 月我国大连化学物理研究所率先研究出镁锂双盐电池，工作原理如
图所示，放电时b 极转化关系为：
。下列说法正确的是
A．该电池放电时，
失去电子转化为
并迁移到极
B．放电时正极反应式为
C．该电池电解质溶液需要加入氢氧化钠以提高电解质的导电性，降低电池内阻
D．该电池充电时，若通过电路转移电子的物质的量为
，正负极质量变化正好相等
【答案】B
【分析】镁锂双盐电池的工作原理为：放电时，电池负极材料金属镁失去电子生成
，电解液中的
得到电子嵌入正极材料，达到电荷平衡；充电时，电池正极材料中
失去电子，生成
，电解液中
的
得到电子沉积到金属镁负极上去，再次达到电荷平衡。据此分析作答。
【解析】A．放电时是
失去电子而不是
失去电子，A 错误；
B．放电时负极反应为
，正极反应为
，B 正确；
C．如果加入
就会生成
沉淀，不能提高导电性，C 错误；
D．充电时a 极反应：
，b 极反应：
，当通过电子
时，a 极增
加
，b 极减少
，故质量变化不等，D 错误。
9．（2024·安徽·二模）新型Li-Mg 双离子可充电电池是一种高效、低成本的储能电池，其工作原理如图所
示。下列说法错误的是
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A．放电时，电极a 发生氧化反应
B．放电时，电极b 反应为：
C．充电时，II 室
溶液的浓度不变
D．充电时，电极a 质量增加24g，电极b 质量理论上减少7g
【答案】D
【分析】放电时为原电池，Mg 电极为负极，负极反应式为Mg-2e-=Mg2+，电极b 的反应为Li1-xFePO4+xLi+
+xe-═LiFePO4，发生得电子的还原反应，原电池工作时阳离子移向正极；充电时为电解池，原电池正极与
外加电源的正极相连、作阳极，负极与电源负极相连、作阴极。
【解析】A．放电时，电极a 是负极，负极反应式为Mg-2e-=Mg2+，发生氧化反应，A 项正确；
B．电极b 是正极，反应为：
，B 项正确；
C．充电时，II 室生成的
和向I 室迁移的
数目相同，
溶液的浓度不变，C 项正确；
D．充电时，电极a 质量增加24g，生成1mol Mg，转移2mol
，电极b 理论上减少2mol
，质量减少
14g，D 项错误；
故选D。
10．（2024·河南·二模）全固态锂金属电池具有更高比能和更高安全性。我国科研团队设计了基于LLZ-
TO@Ag 复合层负极改性的硫化物全固态锂电池，结构如图，放电时电池反应：
。下列说法不正确的是
A．充电时，电流流向为电源→b 极→固态电解质→a 极
B．放电时，
流向为a 极→复合层→固态电解质→b 极
C．充电时，b 极的电极反应为
D．放电前两电极质量相等，放电过程中，当两电极质量差值为1.4g 时，电路中转移0.2mol
【答案】D
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【分析】放电时，a 极为负极，电极反应为Li-e−=Li+，b 极为正极，电极反应为：Li1-aNixCoyMnzO2+aLi++ae-
=LiNixCoyMnzO2，充电时，a 极为阴极，b 极为阳极，据此回答。
【解析】A．充电时，电流流向为电源→阳极→固态电解质→阴极，A 正确；
B．放电时阳离子经电解质流向正极b，B 正确；
C．充电时b 极为阳极，电极反应为LiNixCoyMnzO2-ae-=Li1-aNixCoyMnzO2+aLi+，C 正确；
D．放电时a 极为负极，电极反应为Li-e−=Li+，b 极为正极，电极反应为：Li1-aNixCoyMnzO2+aLi++ae-
=LiNixCoyMnzO2，当两电极质量差值为1.4g 时，即负极减小0.7g，正极增加0.7g，转移0.1mol 电子，D 错
误；
故选D。
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