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专题四 新型电化学装置分析 【高考押题】
【新高考专用】
1.（2023·河北沧州市二中三模）出土于陕西的两千多年前的越王剑(主要成分为铁)，现藏于广州博物馆，
该剑剑格左右侧皆以鸟虫书体铸刻“王戊”二字，剑色为水银古，时至如今，依然锋利。剑脊含铜量较
多，韧性好，不易折断；刃部含锡高，硬度强，可见其性能优异，锻造技术优良。下列叙述错误的是
已知：剑在地下因构成原电池发生了腐蚀，导致生锈(Fe2O3)。
A．铁与铜、锡构成原电池时，铁为负极
B．铁发生的电极反应为Fe-3e-=Fe3+
C．酸性环境下剑腐蚀的过程中会产生氢气
D．生成80gFe2O3时理论上转移3mol 电子
【答案】B
【解析】A．铁与铜、锡构成原电池时，铁的活泼性强于铜和锡，铁作负极，A 正确；
B．铁电极反应为Fe-2e-=Fe2+，B 错误；
C．酸性环境下剑腐蚀的过程为析氢腐蚀，正极会产生氢气：2H++2e-=H2
，C 正确；
D．生成
Fe2O3时理论上转移电子
3mol，D 正确；
故选B。
2.（2023·广东潮州·统考二模）将两根铁钉分别缠绕铜丝和铝条，放入滴有混合溶液的容器中，如图所示，
下列叙述错误的是（ ）
1
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A．a 中铁钉附近产生蓝色沉淀
B．b 中铁钉附近呈现红色
C．a 中铜丝附近有气泡产生
D．b 中发生吸氧腐蚀
【答案】B
【解析】A．a 中Fe 电极发生反应Fe-2e-=Fe2+，亚铁离子和铁氰酸钾反应生成蓝色沉淀，所以a 中铁钉附
近出现蓝色沉淀，A 正确；
B．b 中Fe 作正极被保护，Fe 不参加反应，没有铁离子生成，所以铁钉附近不呈现红色，B 错误；
C．a 中Fe 为负极，Cu 为正极，在强酸性条件下的腐蚀为析氢腐蚀，在Cu 电极上H+得到电子变为H2逸
出，因此铜丝附近有气泡产生，C 正确；
D．b 中Fe 为正极，Al 作负极，电解质溶液显中性，发生吸氧腐蚀，D 正确；
故选B。
3.（2023·浙江·校联考三模）钠离子电池具有低成本、高安全性和优异电化学属性，其充放电过程是Na+在
正负极同时镶嵌与脱嵌。下列说法正确的是
A．充电时A 极上发生氧化反应
B．充电时内电路电流方向从A 极到B 极
C．放电时电路中转移
。理论上负极质量增加23g
D．若正极材料为
，则放电时的电极反应为：
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【答案】D
【分析】由图可知，放电时，A 为负极，B 为正极，充电时，A 为阴极，B 为阳极，据此分析作答。
【解析】A．由分析可知，充电时A 极与电源负极相连，作阴极，故A 电极上发生还原反应，A 错误；
B．由分析可知，充电时A 为阴极，B 为阳极，故充电时内电路电流方向从阳极B 极到阴极A 极，B 错
误；
C．放电时，Na+由负极区移向正极区，故电路中转移
，理论上负极将脱嵌1molNa+，即质量减少
23g，C 错误；
D．放电时正极发生还原反应，若正极材料为
，则放电时的电极反应为：
，D 正确；
故选D。
4.（2023·辽宁朝阳市第一中学校联考二模）一种新型高效低成本储能电池，采用石墨(
)、铝锂合金作
为电极材料，以常规锂盐和碳酸酯溶剂为电解液。放电过程如图所示，下列说法正确的是
A．放电时B 为负极，铝失电子
B．放电时A 电极反应式为
C．可使用易传导离子的固态硫化物类电解质，安全性会更高
D．充电时B 接电源正极，电极反应式为
【答案】C
【解析】A．根据离子移动方向知，A 为正极、B 为负极，放电时，锂失电子，而不是铝失电子，A 错误；
3
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B．放电时A 电极为正极，得电子，不是失电子，电极反应式应为：
，B 错误；
C．因为锂能和水剧烈反应，锂电池池的电解质不能使用水性电解质，使用的都是有机聚合物，加热充
电，易燃，因此电解液由液态向固态方向转化趋势，提高安全性，C 正确；
D．充电时B 接电源的负极为阴极，得电子，电极反应式错误， D 错误；
故选C。
5.（2023·广东潮州·统考二模）相比锂电池，钠电池具有性能稳定、安全性好等优点，且可循环使用，寿命
较长，对环境较友好。如图是某钠离子二次电池工作原理示意图，电池反应为
，下列说法错误的是
A．充电时，N 极接电源的负极
B．放电时，导线中每通过1mol 电子，理论上M 极质量减轻23g
C．放电时，N 电极上的电极反应式为
D．理论上，该电池在充、放电过程中，溶液中的钠离子浓度始终不变
【答案】B
【分析】该装置为二次电池，放电为原电池装置，充电为电解池，根据装置图，放电时，Na+向左边电极
移动，根据原电池工作原理，左边电极为正极，右边电极为负极，据此分析。
【解析】A．由图示可判断，放电时Na+向 NaFePO4F 电极方向移动，所以 NaFePO4F 电极为正极，充电
时作阳极与外接电源正极相连，即M 接电源正极，N 接电源负极，故A 说法正确；
B．根据总反应式，放电时，原电池的正极反应为 NaFePO4F+Na++e-=Na2FePO4F ， M 极质量不会减轻，
反而会增重，导线中每通过1mol 电子，理论上M 极质量增重23g ，故B 说法错误；
C．由总反应结合原电池正极反应可知，放电时负极N 上的电极反应式为 Na3Ti2(PO4)3-2e-
=NaTi2(PO4)3+2Na+ ，故C 说法正确；
D．由图示知， NaFePO4F 、 Na2FePO4F 、 Na3Ti2(PO4)3 、 NaTi2(PO4)3 均附着在电极材料上，充、放电
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时两极反应的 Na+ 生成与消耗的量相等，理论上溶液中的钠离子浓度不变，故D 说法正确；
答案为B。
6.（2023·辽宁沈阳·东北育才学校校考模拟预测）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．该微生物燃料电池，负极为b
B．为保证该电池的供电速度，应在较高温度下工作
C．当电路中有0.5mol 电子发生转移，则有1mol 的
通过质子交换膜
D．该电池正极电极反应式为
【答案】D
【解析】A．该微生物燃料电池，b 极通入氧气，氧气发生还原反应，则b 为正极，故A 错误；
B．为保证微生物的活性，该电池不能在较高温度下工作，故B 错误；
C．根据电荷守恒，当电路中有0.5mol 电子发生转移，则有0.5mol 的
通过质子交换膜，故C 错误；
D．b 极通入氧气，氧气发生还原反应，则b 为正极，正极电极反应式为
，故D 正
确；
选D。
7.（2023·天津河东·统考二模）如图所示为NH3—O2燃料电池装置，下列说法错误的是
5
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A．电池工作时，O2得到电子，发生还原反应
B．电极b 上的电极反应式为2NH3+6OH--6e-=N2+6H2O
C．燃料电池可以把化学能全部转化为电能
D．电池工作时，溶液中的Na+向电极a 迁移
【答案】C
【分析】由图可知，氮元素价态升高失电子，故b 极为负极，电极反应式为2NH3+6OH--6e-=N2+6H2O，a
极为正极，电极反应式为O2+4e-+2H2O=4OH-，据此作答。
【解析】A．电池工作时，a 极为正极，O2得到电子，发生还原反应，故A 正确；
B．b 极为负极，电极反应式为2NH3+6OH--6e-=N2+6H2O，故B 正确；
C．燃料电池是将化学能转变为电能的装置，但仍有部分化学能转化为热能，不可能完全转化为电能，故
C 错误；
D．电池工作时，阳离子(Na+)向正极(a 极)移动，故D 正确；
故选C。
8.（2024·陕西安康·统考一模）一种将酸—碱双电解液分开且具有双溶解沉积反应的酸碱混合高电压水系可
充电电池的充电过程如图。下列说法中错误的是
A．充电时，电极a 与电源的负极相连
B．放电时，在电极a 区加入KOH 溶液作电解质溶液
C．放电时，电极b 的电极反应式为
D．充电时，当电极a 处生成6.5gZn 时，有
通过交换膜N
【答案】D
【分析】充电时，电极a 上[Zn(OH)4]2-得到电子生成Zn，为电解池的阴极，与电源的负极相连，电极方程
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式为：[Zn(OH)4]2-+2e-=Zn+4OH-，电极b 为电解池的阳极，电极方程式为：
，以此解答。
【解析】A．由分析可知，充电时，电极a 与电源的负极相连，A 正确；
B．放电时电极a 发生的反应是Zn 转化为Zn(OH)2，这是一个氧化反应，所以电极a 是原电池的负极，需
要在电极a 区加入KOH 溶液作电解质溶液，B 正确；
C ．放电时电极b 发生的反应是
转化为Mn2+，这是一个还原反应，所以电极b 是原电池的正极，电
极反应式为
，C 正确；
D．充电时电极a 发生的反应是Zn(OH)2转化为Zn，发生还原反应，所以电极a 是电解池的阴极，当电极a
处生成6.5gZn 时，转移的电子数为0.2mol，因此有0.2molK+通过交换膜N，D 错误；
故选D。
9.（2024·陕西商洛·校联考一模）某新型光催化钠离子二次电池的工作原理如图所示。下列有关说法错误的
是
A．充电时，阴极的电极反应式为
B．离子交换膜应选择阳离子交换膜
C．放电时，每消耗
，离子交换膜左室电解质溶液质量理论上增加46g
D．适当提高电解液的浓度可提升该电池存储的能量
【答案】C
【分析】充电时，为电解池，石墨电极S 元素被还原，为阴极，光催化电极I 元素被氧化，作阳极；则放
电时石墨电极为负极，光催化电极为正极，据此分析解题。
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【解析】A．充电时，石墨电极为阴极，电极反应式为
，故A 正确；
B．放电时，钠离子由左侧向右侧迁移，充电时，钠离子由右侧向左侧迁移，故离子交换膜为阳离子交换
膜，故B 正确；
C．放电时，消耗NaI3，电极反应式为
，每消耗1mol NaI3，转移电子数为
，且钠离子由左
侧向右侧迁移，离子交换膜左室电解质溶液质量减少46g，故C 错误；
D．适当提高电解液的浓度有利于提升该电池的存电量，故D 正确；
故选C。
10.（2024·河南南阳·校联考模拟预测）近日，我国科学家开发一款新型钠离子二次电池，工作原理如图所
示。已知：钒常见的化合价有+2、+3、+4、+5.放电时最终还原产物为
和Cu，氧化产物为
。下列叙述错误的是
A．放电时，
向
极迁移
B．放电时，负极反应式为
C．充电时，转移2mol 电子时，阳极增重46g
D．充电时，总反应可能是
【答案】C
【分析】观察图示和结合题干信息可知，放电时
为正极，发生还原反应，电极反应式为
，
为负极，发生氧化反应，电极反应式为
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，据此作答。
【解析】A．放电时
为正极，发生还原反应，
向正极迁移，正极反应式为
，A 正确；
B．放电时，负极发生氧化反应，V 由+3 价升高至+4 价，脱去
，电极反应式为
，B 正确；
C．充电时，阳极反应式为
，充电时阳极脱去
，转移
时，质量减轻46g，C 错误；
D．根据放电产物可知，充电时，
、Cu 和
在电解条件下生成
和
，
D 正确；
故选C。
11.（2024·山西晋城·统考一模）一种电化学固氮的原理如图所示。下列说法正确的是
A．电极a 的电极材料既可选用Pt，也可选用Cu
B．NH3和H2O 的VSEPR 模型均为三角锥形
C．电解过程中，固体氧化物电解质中O2-数目保持不变
D．阴极的电极反应为N2＋3H2O-6e-=2NH3+3O2-
【答案】C
【分析】该装置为电解池，a 极生成氧气
发生氧化反应，a 为阳极；b 电极，由N2生成
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NH3，发生还原反应
，为阴极，以此分析；
【解析】A．a 为阳极，若金属Cu 作a 的电极材料，则金属Cu 优先失去电子，A 项错误；
B．NH3和H2O 的VSEPR 模型均为四面体形，B 项错误；
C．该反应总反应为
，则O2-总数不变，C 项正确；
D．根据分析，阴极发生还原反应，得电子，
，D 项错误；
故选C。
12.（2024·辽宁沈阳·统考一模）2023 年星恒电源发布“超钠F1”开启钠电在电动车上产业化元年。该二次
电池的电极材料为
(普鲁士白)和
(嵌钠硬碳)。下列说法中错误的是
A．放电时，左边电极电势高
B．放电时，负极的电极反应式可表示为：
C．充电时，电路中每转移
电子，阳极质量增加
D．比能量：锂离子电池高于钠离子电池
【答案】C
【分析】根据图示，放电时，
中的钠失去电子生成
，因此
为负极，据此答题。
【解析】A．放电时，左边电极为正极，电极电势高，A 正确；
B．放电时，负极的电极反应式可表示为：
，B 正确；
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C．充电时，阳极反应式为：
，电路中每转移
电子，阳
极质量减少
，C 错误；
D．比能量就是参与电极反应的单位质量的电极材料放出电能的大小，Li、Na 原子正常状态下反应时均为
失去1 个电子，但Li 的相对原子质量小于Na 的，故锂离子电池的比能量高于钠离子电池，D 正确；
故选C。
13.（2024·四川资阳·统考二模）铬酸钠主要用于有机合成氧化剂、印染等，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
。装置如图所示，下列对分离过程的相关判断错误的是
A．混合物浆液中
穿过阴离子膜进入乙池
B．电极a 连接铅蓄电池负极，甲池中NaOH 浓度逐渐增大
C．铅蓄电池的正极反应为：
D．若电路中通过0.2mole⁻，理论上铅蓄电池负极增重30.3g
【答案】D
【解析】A．从图中信息可以判断，
穿过阴离子膜进入乙池，惰性电极b 为阳极，A 正确 ；
B．惰性电极A 为电解池的阴极，与铅蓄电池负极相连，电极反应式为：
，甲池中
NaOH 浓度逐渐增大，B 正确；
C．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：
，C 正确；
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D．铅蓄电池负极反应为：
，电路中通过0.2mole⁻，理论上负极增加点质量为0.1mol
的质量，为9.6g，D 错误；
故选D。
14.（2024·浙江温州·统考一模）利用电化学富集海水中锂的电化学系统如图所示。该电化学系统的工作步
骤如下：
①启动电源1，
所在腔室的海水中的
进入
结构而形成
；
②关闭电源1 和海水通道，启动电源2，使
中的
脱出进入腔室2。
下列说法不正确的是
A．启动电源1 时，电极1 为阳极，发生氧化反应
B．启动电源2 时
电极反应式为：
C．电化学系统提高了腔室2 中LiOH 的浓度
D．启动至关闭电源1，转化的
与生成的
之比为
，可得
中的x=1.2
【答案】B
【分析】由题意知，启动电源1，使海水中Li+进入MnO2结构形成LiMn2O4；可知二氧化锰中锰的化合价
降低，为阴极，电极反应式为2MnO2+xLi++xe-=LixMn2O4，电极1 为阳极，连接电源正极；关闭电源1 和海
水通道，启动电源2，向电极2 上通入空气，使
中的Li+脱出进入室2，可知，电极2 为阴极，电
极反应式：
；阳极的电极反应式：
；
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【解析】A．由分析知，室1 中电极1 连接电源1 的正极，作阳极，发生氧化反应，故A 正确；
B．启动电源2 时
作阳极，电极反应式：
，故B 错误；
C．电化学系统提高了腔室2 中LiOH 的浓度，故C 正确；
D．根据分析可知，启动至关闭电源1，转化的
与生成的
之比为
，可得
中的
x=1.2，故D 正确；
故选B。
15.（2024·河南郑州市实验学校校考一模）一种新型锌-乙炔电池的结构如图所示，工作时，该电池左右室
中KOH 的质量均保持不变。下列有关说法错误的是
A．M 极的电势比N 极的高
B．左室溶液pH 增大，右室溶液pH 减小
C．N 极的电极反应式为
D．每转移4 mol
，左室中溶液质量减少68 g
【答案】D
【解析】A．M 极乙炔加氢还原为乙烯，为正极，N 极为负极，正极的电势高于负极，A 正确；
B．左室发生反应
，溶液pH 增大，右室发生反应：
，溶液pH 减小，B 正确；
C．N 极为负极，发生的电极反应式为
，C 正确；
D．根据左室反应
，每转移4 mol
，消耗4mol 水，产生4mol
转移
至右室中，产生2mol 乙烯气体，左室中的溶液质量减少72 g，D 错误；
故选D。
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16.（2024·陕西西安一中校考模拟预测）目前可采用“双极膜组“电渗析法淡化海水，同时获得副产品A
和B，其模拟工作原理如图所示。M 和N 为离子交换膜，在直流电作用下(BP)复合层间的H2O 解离成H+和
OH﹣，作为H+和OH﹣的离子源。下列说法正确的是
A．X 电极为阴极，电极反应式为2H2O+2e﹣=2OH﹣+H2↑
B．“双极膜组”电渗析法可应用于从盐溶液(MX)制备相应的酸(HX)和碱(MOH)
C．M 为阳离子交换膜，N 为阴离子交换膜，BP 膜作用是选择性通过Cl﹣和Na+
D．电路中每转移0.5mol 电子，理论上获得副产品A 和B 各0.25mol
【答案】B
【分析】由BP 双极膜中H+、OH﹣移动方向可知：X 电极为电解池的阳极，电极反应式为：2Cl﹣
2e
﹣
﹣
=Cl2↑；Y 电极为阴极，电极反应式为：2H++2e﹣=H2↑，电解总反应为2H2O+2Cl﹣
Cl2↑+H2↑+2OH﹣。精
制盐水中Na+经过M 离子交换膜移向产品A 室，与BP 双极膜中转移过来的OH﹣结合生成NaOH，所以M
膜为阳离子交换膜，盐室中Cl﹣经过N 离子交换膜移向产品B 室，与BP 双极膜中转移过来的H+结合生成
HCl，所以N 膜为阴离子交换膜。
【解析】A．由以上分析知，X 电极反应式为：2Cl﹣
2e
﹣
﹣=Cl2↑；Y 电极为阴极2H++2e﹣=H2↑，故A 错误；
B．“双极膜组”电渗析法从NaCl 溶液获得酸( HCl )和碱( NaOH )，故B 正确；
C．由题意可知：精制盐水中Na+经过M 离子交换膜移向产品A 室，Na+与BP 双极膜中转移过来的OH﹣结
合生成NaOH，所以M 膜为阳离子交换膜，Cl﹣经过N 离子交换膜移向产品B 室，与BP 双极膜中转移过来
的H+结合生成HCl，所以N 膜为阴离子交换膜，BP 膜作用是选择性通过H+和OH-，故C 错误；
D．阳极反应式为电极反应式为：2Cl﹣
2e
﹣
﹣=Cl2↑，电路中每生成1molCl2，转移电子2 mol，理论上获得
副产品A (NaOH 溶液)和B (HCl 溶液)各2 mol，则电路中每转移0.5mol 电子，理论上获得副产品A 和B 各
0.5mol，故D 错误；
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故选B。
17.（2024·四川省宜宾市第四中学校校考一模）近日，中国科学院大连化学物理研究所以Li2NH 为载氮
体，在LiCl-NaCl-KCl 熔融盐电解槽中利用可再生能源电驱动合成氨，原理如图所示。
下列叙述错误的是
A．M 极为阴极，发生还原反应
B．N 极区总反应为4LiH+N2=2Li2NH+H2
C．在M 极上生成17gNH3时理论上转移4mol 电子
D．上述合成氨属于绿色化学工艺
【答案】C
【解析】A．M 电极与电池的负极相连为阴极，得到电子发生还原反应，A 正确；
B．根据图上信息，N 极区总反应为
，B 正确；
C．在M 电极区，
，生成17gNH3时理论上转移3mol 电子，C 错误；
D．该过程中合成氨，没有使用催化剂，没有产生污染物质，属于绿色化学工艺，D 正确；
故选C。
18.（2024·陕西西安中学校考三模）羟基自由基
具有极强的氧化能力，它能有效地氧化降解废水中的
有机污染物。在直流电源作用下，利用双极膜电解池产生羟基自由基
处理含苯酚废水和含甲醛废
水，原理如图所示。已知：双极膜中间层中的
解离为
和
。下列说法错误的是
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A．M 极为阴极，电极反应式：
B．双极膜中
解离出的
透过膜a 向N 极移动
C．每处理
甲醛，理论上有
透过膜b
D．通电一段时间后，理论上苯酚和甲醛转化生成
物质的量之比为6 7∶
【答案】C
【解析】A．M 电极通入
，发生反应生成自由基
，反应式为：
，M 作阴极，
A 正确；
B．N 为阳极，电解时阴离子向阳极移动，所以
透过膜a 向N 极移动，B 正确；
C．甲醛与
反应生成
的反应：
，
甲醛为
，有
，透过膜b，C 错误；
D．
甲醛生成
转移
，苯酚与
反应生成
的反应为：
转移
，理论
上苯酚和甲醛转化生成
物质的量之比为6 7∶，D 正确；
故选C。
19.（2023·安徽合肥一六八中学校考模拟预测）近年来，锂介导的氮还原已被证明是一种有前途的电化学
合成氨的方法，其电合成氨装置如图所示，下列说法错误的是
16
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A．电极A 的电势高于电极B
B．阴极电极反应式为N2+2Li++4H++6e—=2LiNH2
C．由图可知该装置反应前后，理论上乙醇的浓度不变
D．理论上若电解液传导6molH+，最多生成标准状况下33.6LNH3
【答案】D
【分析】由图可知，通入氢气的电极A 为阳极，氢气在阳极失去电子发生还原反应生成氢离子，氢离子与
EtO—离子反应生成EtOH，EtOH 解离出氢离子和EtO—离子，通入氮气的电极B 为阴极，锂离子在阴极得
到电子生成锂，锂与氮气和EtOH 解离出的氢离子反应生成氨基锂，氨基锂与氢离子反应生成锂离子和氨
气，则阴极的电极反应式为N2+2Li++4H++6e—=2LiNH2，电解的总反应方程式为N2+3H2
2NH3。
【解析】A．由分析可知，通入氢气的电极A 为阳极，通入氮气的电极B 为阴极，则电极A 的电势高于电
极B，故A 正确；
B．由分析可知，阴极的电极反应式为N2+2Li++4H++6e—=2LiNH2，故B 正确；
C．由分析可知，电解的总反应方程式为N2+3H2
2NH3，则该装置反应前后，理论上乙醇的浓度不变，
故C 正确；
D．由分析可知，阴极的电极反应式为N2+2Li++4H++6e—=2LiNH2，则放电时4mol 氢离子参与放电生成
2mol 氨基锂，2mol 氢离子与氨基锂生成2mol 氨气，则理论上若电解液传导6mol 氢离子，生成标准状况下
氨气的体积为2mol×22.4L/mol=44.8L，故D 错误；
故选D。
20.（2023·湖南·校联考三模）一种新型燃料电池以二氧化硫和氧气为原料，工作原理如图甲所示。某小组
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同学利用该燃料电池，通过惰性电极电解氯化铵和盐酸的方法制备NCl3，如图乙所示。下列说法不正确的
是
A．d 极区流出的Y 溶液是浓盐酸
B．电解时图甲中电极b 与图乙中电极c 相连接
C．c 极上发生的电极反应为
+3Cl--6e-=NCl3+4H+
D．电路中每通过1mole-，就有1molH+从a 极区迁移到b 极区，1molCl-从d 极区迁移到c 极区
【答案】A
【解析】A．d 极产生氢气，说明是氢离子放电，则为电解质的阴极，流出的为稀盐酸，A 错误；
B．电极b 上通入氧气，为原电池的正极，c 为电解池的阳极，故电解时b 与c 相连，B 正确；
C．c 为电解池的阳极，是溶液中的铵根离子反应生成三氯化氮，电极反应为
+3Cl--6e-=NCl3+4H+，C
正确；
D．电路中通过1mol 电子，就有1mol 氢离子通过质子交换膜迁移到b 极区，装置乙中有1mol 氯离子从d
迁移到c 极区，D 正确；
故选A。
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