曲一线 2023版《5年高考3年模拟》B版
专题十 化学反应与电能
1.一种清洁、低成本的三步法氯碱工艺工作原理的示意图如下。下列说法不正确的是(
)
A.与传统氯碱工艺相比,该方法可避免使用离子交换膜
B.第一步中阳极反应为Na MnO -xe- Na MnO +xNa+
0.44 2 0.44-x 2
C.第二步中,放电结束后,电解质溶液中NaCl的含量增大
D.理论上,每消耗1 mol O ,可生产4 mol NaOH和2 mol Cl
2 2
答案 C A项,传统氯碱工艺电解饱和食盐水,使用阳离子交换膜,该方法可避免使用离
子交换膜,正确;B项,根据图示,第一步中阳极反应为Na MnO -xe- Na
0.44 2 0.44-
MnO +xNa+,正确;C项,第二步中,放电结束后,Na MnO →Na MnO ,Ag→AgCl,电解
x 2 0.44-x 2 0.44 2
质溶液中NaCl的含量降低,错误;D项,理论上,每消耗1 mol O ,转移4 mol电子,第一步生
2
成4 mol NaOH;根据钠守恒,第二步提取4 mol NaCl,第三步生成2 mol Cl ,正确。
2
2.十九大报告中提出要“打赢蓝天保卫战”,对污染防治要求更高。某种利用垃圾渗透
液实现发电、环保两位一体结合的装置示意图如下。下列说法正确的是( )
A.盐桥中K+向X极移动,Cl-向Y极移动
B.X极附近溶液pH增大,Y极附近溶液pH减小
C.每1 mol
NO-
在Y极上发生氧化反应可制得0.5 mol氮气,转移5 mol电子
3
D.电路中通过7.5 mol电子时,理论上共产生N 的体积为44.8 L(标准状况)
2
答案 D 该装置为原电池,NH 被氧化,则X为负极,电极反应式为2NH -6e-+6OH-
3 3
N +6H
O;NO- 被还原,Y为正极,电极反应式为2NO-
+10e-+6H O N ↑+12OH-。故盐
2 2 3 3 2 2
桥中阳离子(K+)移向正极(Y极),阴离子(Cl-)移向负极(X极),A项错误。根据电极反应式
知,X极反应消耗OH-,c(OH-)减小,附近溶液pH减小;Y极反应生成OH-,c(OH-)增大,Y极
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附近溶液pH增大,B项错误。NO-
在Y极得电子,发生还原反应,C项错误。根据电极反
3
应式可知总反应方程式为5NH
+3NO-
4N +6H O+3OH-,则当电路中通过7.5 mol电
3 3 2 2
子时,生成2 mol N ,其在标准状况下的体积为44.8 L,D项正确。
2
3.硬水除垢可以让循环冷却水系统稳定运行。某科研团队改进了主动式电化学硬水处理
技术,原理如图所示(其中R为有机物)。下列说法不正确的是( )
A.b端为电源正极,处理后的水垢沉淀在阳极底部
B.处理过程中Cl-可循环利用
C.流程中发生离子反应:HCO-
+Ca2++OH- CaCO ↓+H O,Mg2++2OH- Mg(OH) ↓
3 3 2 2
D.若R为CO(NH ) ,则消耗1 mol CO(NH ) 生成N 时,铂电极N处产生的H 应大于3
2 2 2 2 2 2
mol
答案 A 由题图知,N极上水放电生成H 和OH-,N极为阴极,M极上Cl-放电产生Cl ,M
2 2
极为阳极,b端与N极相连,为电源负极,阴极产生的OH-与Mg2+生成Mg(OH)
,与HCO-
生
2 3
成CO2-
,使Ca2+转化为CaCO 沉降在阴极附近,A项错误、C项正确。HClO与有机物R
3 3
反应,自身被还原为Cl-,可以循环利用,B项正确。M极反应产生的Cl 与水反应生成
2
HClO,将CO(NH ) 氧化生成N 。由于氯气与水的反应为可逆反应,通过消耗CO(NH )
2 2 2 2 2
的量计算得到Cl 的量小于反应生成的氯气的量,故消耗1 mol CO(NH ) 生成N 时,转移
2 2 2 2
6 mol电子,铂电极N处产生的H 应大于3 mol,D项正确。
2
4.我国科学家研发了一种室温下可充电的Na-CO 电池,示意图如下。放电时,Na CO 与
2 2 3
C均沉积在碳纳米管中,下列说法错误的是( )
A.充电时,阴极反应为Na++e- Na
B.充电时,电源b极为正极,Na+向钠箔电极移动
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C.放电时,转移0.4 mol电子,碳纳米管电极增重21.2 g
D.放电时,电池的总反应为3CO +4Na 2Na CO +C
2 2 3
答案 C 根据题图可知充电时,Na+转化为钠单质,钠箔作阴极,电极反应式为Na++e-
Na,碳纳米管作阳极,电极反应式为2Na CO +C-4e- 3CO ↑+4Na+,A项正确;充电时,碳
2 3 2
纳米管为阳极,与之相连的电源b极为正极,Na+向钠箔电极移动,B项正确;放电时,碳纳米
管上发生反应:3CO +4e-+4Na+ 2Na CO +C,转移0.4 mol电子,生成0.2 mol Na CO 和
2 2 3 2 3
0.1 mol C,增重0.2 mol×106 g/mol+0.1 mol×12 g/mol=22.4 g,C项错误;放电时,电池的总反
应为3CO +4Na 2Na CO +C,D项正确。
2 2 3
5.已知Na B O 在水溶液中发生如下变化:Na B O +5H O 2Na++2H BO +2H
BO-
。
2 4 7 2 4 7 2 3 3 2 3
一种电解法制备硼酸的装置如图所示。假设电解过程中,溶液不溢出电解池。下列有关
说法正确的是( )
A.m电极接电源负极
B.制得1 mol H BO 时,n电极产生11.2 L气体(标准状况)
3 3
C.b<a
D.外电路转移1 mol电子时,理论上右室溶液质量增加22 g
答案 D A项,由Na+的移动方向可知,m为阳极,n为阴极,m电极应接电源正极,错误;B
项,m极发生反应:2H O-4e- 4H++O ↑,Na B O +5H O 2Na++2H BO +2H B
2 2 2 4 7 2 3 3 2
O-,H++H2BO- H BO ,n极发生反应2H O+2e- 2OH-+H ↑,故制得1 mol
3 3 3 3 2 2
H BO 时,同时释放出0.5 mol Na+,根据电荷守恒可知,电路中转移0.5 mol电子,故n极产
3 3
生0.25 mol H ,其在标准状况下的体积为5.6 L,错误;C项,Na+移入右室,右室电解水生成
2
OH-,即右室中NaOH的浓度将增大,故b>a,错误;D项,根据得失电子守恒可知,外电路转
移1 mol电子时,有1 mol Na+流入右室,同时释放出0.5 mol H ,理论上右室溶液质量增加
2
1 mol×23 g/mol-0.5 mol×2 g/mol=22 g,正确。
6.一种聚合物锂电池通过充、放电可实现“大气固碳”(如图所示)。该电池在充电时,通
过催化剂的选择性控制,只有Li CO 发生氧化反应释放出CO 和O 。下列说法正确的是
2 3 2 2
( )
A.该电池可选用含Li+的水溶液作电解质溶液
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B.图中Li+的移动方向是充电时的移动方向
C.充电时,阳极发生的反应为2Li CO +C-4e- 3CO ↑+4Li+
2 3 2
D.该电池每循环充、放各4 mol电子,理论上可固定标准状况下22.4 L CO
2
答案 D A项,金属锂会与水反应,不能选用含Li+的水溶液作电解质溶液,错误、B项,
锂为负极,电极B为正极,题图中Li+的移动方向是放电时的移动方向,错误。C项,电池充
电时,只有碳酸锂发生氧化反应释放出CO 和O ,因此充电时阳极发生的反应为2Li CO -
2 2 2 3
4e- 2CO ↑+4Li++O ↑,错误。D项,放电时正极反应式为3CO +4e-+4Li+
2 2 2
2Li CO +C,放电时转移4 mol电子,可以吸收3 mol CO ;充电时转移4 mol电子,释放2
2 3 2
mol CO ,所以该电池每充、放4 mol电子一次,理论上能固定1 mol CO ,标准状况下的体
2 2
积为22.4 L,正确。
7.脱氯可以减少水体污染,保护人的饮水健康。用电解法产生具有强氧化性的自由基
(·OH),可以去除水体中的CH Cl ,原理如图所示。
2 2
下列说法正确的是( )
A.阳极附近溶液的pH增大
B.交换膜为阴离子交换膜
C.阴极反应为CH Cl +4·OH CO +2H O+2HCl
2 2 2 2
D.脱氯的过程中碳氯键和碳氢键断裂形成碳氧键
答案 D 右侧区的电极反应式为2H++2e- H ↑,为阴极区,交换膜为阳离子交换膜;
2
左侧区为阳极区,电极反应式为H O-e- ·OH+H+,阳极附近溶液的pH减小,A、B、C
2
错误;脱氯是将CH Cl 转化为HCHO、CH OH、CO 和Cl-,脱氯的过程中碳氯键和碳氢
2 2 3 2
键断裂形成碳氧键,正确。
8.下列装置由甲、乙两部分组成(如图所示),甲是将废水中乙二胺[H N(CH ) NH ]氧化为
2 2 2 2
环境友好物质形成的化学电源。当电池工作时,下列说法错误的是( )
A.甲中H+透过质子交换膜由左向右移动
B.M极电极反应式:H N(CH ) NH +4H O-16e- 2CO ↑+N ↑+16H+
2 2 2 2 2 2 2
C.一段时间后,乙中CuSO 溶液浓度基本保持不变
4
D.当N极消耗0.25 mol O 时,则铁极增重16 g
2
答案 D 甲装置是将化学能转化为电能的原电池,M是负极,N是正极,电解质溶液为酸
性溶液。A项,H+透过质子交换膜由左(M极)向右(N极)移动,正确;B项,H N(CH ) NH 在
2 2 2 2
负极M上失电子发生氧化反应,生成N 、CO 和H+,电极反应式为
2 2
H N(CH ) NH +4H O-16e- 2CO ↑+N ↑+16H+,正确;C项,乙装置是在铁上镀铜,铜在阳
2 2 2 2 2 2 2
极失电子生成Cu2+,Cu2+进入溶液中,溶液中的Cu2+在阴极得电子生成铜,整个过程中电解
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液浓度基本不变,正确;D项,当N电极消耗0.25 mol氧气时,转移0.25 mol×4=1 mol电子,
所以铁电极增重0.5 mol×64 g/mol=32 g,错误。
9.Mg-H O 燃料电池是一种新型水下化学电源。下列说法正确的是 ( )
2 2
A.电池工作时,电能主要转化为化学能
B.放电一段时间,b极区的溶液浓度变大
C.放电一段时间,a极区的溶液pH下降
D.放电过程中1 mol H O 参与反应,转移2×6.02×1023个电子
2 2
答案 D A项,该装置为原电池,电池工作时,化学能转化为电能,错误;B项,b极区为正极
区,电极反应为H O +2H++2e- 2H O,溶质被消耗,同时生成了水,溶液浓度减小,错
2 2 2
误;C项,放电一段时间,a极区溶液中生成Mg2+,为维持两侧电荷守恒,溶液中的H+会通过
质子交换膜进入正极区,从而导致a极区溶液pH升高,错误;D项,在正极过氧化氢发生的
反应为H O +2H++2e- 2H O,由电极反应式可知1 mol H O 参与反应,转移
2 2 2 2 2
2×6.02×1023个电子,正确。
10.一种可充电锂硫电池装置示意图如图。电池放电时,S 与Li+在硫碳复合电极处生成
8
Li S (x=1、2、4、6或8)。大量Li S 沉积在硫碳复合电极上,少量Li S 溶于非水性电解
2 x 2 x 2 x
质并电离出Li+和S2- 。Li+、S2-和S2- 能通过离子筛,S2- 、S2- 和S2-
不能通过离子筛。下
x 2 4 6 8
列说法不正确的是( )
A.S2- 、S2- 和S2-
不能通过离子筛的原因是它们的离子直径较大
4 6 8
B.放电时,外电路电流从硫碳复合电极流向锂电极
C.充电时,硫碳复合电极中Li S 转化为S 的电极反应式为4Li S -8e- S +8Li+
2 2 8 2 2 8
D.充电时,当有0.1 mol Li S转化成S 时,锂电极质量增加0.7 g
2 8
答案 D
S2- 、S2- 和S2- 的离子直径大于Li+、S2-和S2- 的离子直径,则S2- 、S2- 和S2-
不
4 6 8 2 4 6 8
能通过离子筛,A项正确;放电时,Li电极为负极,硫碳复合电极为正极,则外电路电流从硫
碳复合电极流向锂电极,B项正确;充电时,硫碳复合电极为阳极,其中Li S 会失去电子转
2 2
化为S ,电极反应式为4Li S -8e- S +8Li+,C项正确;充电时Li S转化成S ,电极反应
8 2 2 8 2 8
式为8Li S-16e- S +16Li+,而锂电极的电极反应式为Li++e- Li,当有0.1 mol Li S
2 8 2
转化成S 时,锂电极质量增加0.1 mol×2×7 g/mol=1.4 g,D项错误。
8
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11.利用电解可以实现烟气中氮氧化物的脱除,同时可以将甲烷转化成乙烯,工作原理如图
所示。下列说法正确的是( )
A.电解时,电极A与电源的正极相连
B.电解时,O2-由电极B向电极A迁移
C.电极B上的电极反应式为2CH +4e-+2O2- C H +2H O
4 2 4 2
D.若要脱除1 mol NO ,理论上需通入CH 的物质的量为2 mol
2 4
答案 D 电极A上NO →N ,N元素化合价降低,发生还原反应,电极A为阴极,与电源
2 2
负极相连,A项错误;电解时,O2-向阳极移动,电极A为阴极,电极B为阳极,则O2-由电极A
向电极B迁移,B项错误;电极B上CH →C H ,C元素化合价升高,失去电子,电极反应式
4 2 4
为2CH -4e-+2O2- C H +2H O,C项错误;1 mol NO 转化为N ,转移4 mol电子,根据
4 2 4 2 2 2
2CH -4e-+2O2- C H +2H O可知,需要消耗2 mol CH ,D项正确。
4 2 4 2 4
12.热电厂尾气经处理得到较纯的SO ,可用于原电池法生产硫酸,其工作原理如图所示。
2
电池工作时,下列说法不正确的是( )
A.电极b为正极
B.溶液中H+由a极区向b极区迁移
C.电极a的电极反应式:SO -2e-+2H O
4H++SO2-
2 2 4
D.a极消耗SO 与b极消耗O 两者物质的量相等
2 2
答案 D S元素的化合价升高,电极a为负极,电极b为正极,A正确;根据原电池工作原
理,H+从a极区移向b极区,B正确;SO 转化成较浓硫酸,电极反应式为SO -2e-+2H O
2 2 2
4H++SO2- ,C正确;负极反应式为SO -2e-+2H O 4H++SO2- ,正极反应式为O +4e-+4H+
4 2 2 4 2
2H O,根据得失电子守恒,a极消耗的SO 与b极消耗的O 两者物质的量之比为
2 2 2
2∶1,D错误。
13.双极膜电渗析法固碳技术是将捕集的CO 转化为CaCO 而矿化封存,其工作原理如图
2 3
所示。双极膜中间层中的H O解离成H+和OH-,并在直流电场作用下分别向两极迁移。
2
下列说法不正确的是( )
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A.两个双极膜中间层中的H+均向左侧迁移
c(HCO-)
3
B.若碱室中 比值增大,则有利于CO 的矿化封存
c(CO2-) 2
3
C.电解一段时间后,酸室中盐酸的浓度增大
D.该技术中电解固碳总反应的离子方程式为2Ca2++2CO +4H O
2 2
2CaCO ↓+2H ↑+O ↑+4H+
3 2 2
答案 B 左侧双极膜中的H+向左移动进入左侧硝酸钠溶液中发生反应2H++2e-
H
↑,OH-向右移动进入“碱室”与二氧化碳反应生成CO2-,CO2-
通过阴离子交换膜进
2 3 3
入CaCl 溶液生成CaCO ;CaCl 溶液中的Cl-通过阴离子交换膜进入“酸室”,右侧双极
2 3 2
膜中的H+向左移动进入“酸室”,OH-向右移动进入右侧硝酸钠溶液中发生反应
4OH--4e- 2H O+O ↑,该技术中电解固碳总反应的离子方程式为2Ca2++2CO +4H O
2 2 2 2
2CaCO ↓+2H ↑+O ↑+4H+,D正确。左侧双极膜中的H+向左移动进入左侧硝酸钠溶
3 2 2
c(HCO-)
3
液,右侧双极膜中的H+向左移动进入“酸室”,A正确。若碱室中 比值增大,
c(CO2-)
3
碳酸氢根离子可能进入“酸室”,所以不利于CO 的矿化封存,B错误。CaCl 溶液中的
2 2
Cl-通过阴离子交换膜进入“酸室”,右侧双极膜中的H+向左移动进入“酸室”,所以电
解一段时间后,酸室中盐酸的浓度增大,C正确。
14.目前锌铁液流电池是电化学储能的热点技术之一。某酸碱混合锌铁液流电池的两极
电解质分别呈酸性和碱性,其工作原理如图所示。下列有关说法不正确的是 ( )
A.正极电解质溶液呈酸性
B.放电时,锌板上发生的电极反应为Zn+4OH--2e-
Zn(OH)2-
4
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C.放电时,每转移1 mol电子,中间腔室内的溶液中将减少1 mol NaCl
D.储能时,应将该电池的碳纸电极连接外接电源的正极
答案 C 由题图可知,放电时正极上Fe3+得电子,发生还原反应,碳纸为正极,由于Fe3+、
Fe2+与碱性溶液中的OH-会反应产生Fe(OH) 、Fe(OH) 沉淀而不能大量共存,故碳纸附
3 2
近溶液应该为酸性溶液,A正确。根据题图可知放电时,锌板为负极,锌板上Zn失去电子
发生氧化反应,发生的电极反应为Zn+4OH--2e-
Zn(OH)2-
,B正确。放电时,负极反应
4
为Zn+4OH--2e-
Zn(OH)2-
,正极反应为Fe3++e- Fe2+,当反应转移1 mol电子时,左
4
侧负极附近的溶液中阴离子负电荷数目减少1 mol,右侧正极附近溶液中阳离子的正电荷
数目减少1 mol,为维持溶液呈中电性,会有1 mol Na+通过阳离子交换膜进入中间腔室内,
右侧有1 mol Cl-通过阴离子交换膜进入中间腔室内,导致中间腔室内的溶液中增加1 mol
NaCl,C错误。放电时碳纸电极为正极,则在储能时,应将该电池的碳纸电极连接外接电源
的正极作阳极,发生氧化反应,D正确。
15.微生物脱盐电池既可以处理废水中的CH
COOH和NH+
,又可以实现海水淡化,原理
3 4
如下图所示。下列说法正确的是( )
A.生物电极b为电池的负极
B.电极a的电极反应式为CH COOH-8e-+8OH- 2CO ↑+6H O
3 2 2
C.每生成标准状况下2.24 L N ,电路中转移0.6 mol电子
2
D.离子交换膜a为阳离子交换膜,离子交换膜b为阴离子交换膜
答案 C 该装置为原电池,废水中的CH COOH失电子发生氧化反应生成CO
,NO-
得
3 2 2
电子发生还原反应生成N ,生物电极a为负极,生物电极b为正极,A错误;负极反应式为
2
CH COOH+2H O-8e- 2CO ↑+8H+,B错误;1 mol
NO-
得3 mol电子,生成0.5 mol N ,每
3 2 2 2 2
生成标准状况下2.24 L N ,电路中转移0.6 mol电子,C正确;原电池工作时,阴离子移向负
2
极,阳离子移向正极,即Na+通过阳离子交换膜移向电极b,Cl-通过阴离子交换膜移向电极
a,达到海水淡化的目的,所以离子交换膜a为阴离子交换膜,离子交换膜b为阳离子交换
膜,D错误。
16.科学家采用碳基电极材料设计了一种新的电解氯化氢回收氯气的工艺方案,原理如图
所示。
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下列说法错误的是( )
A.a是电源的正极
B.阴极的电极反应式为Fe2+-e- Fe3+
C.电路中每转移1 mol e-,理论上可以回收氯气11.2 L(标准状况)
D.该工艺涉及的总反应为4HCl+O 2Cl +2H O
2 2 2
答案 B HCl失去电子生成Cl ,发生氧化反应,a是电源的正极,A正确;阴极的电极反应
2
式为Fe3++e- Fe2+,B不正确;电路中每转移1 mol e-,根据Cl ~2e-,可得理论上可以回收
2
0.5 mol 氯气,C正确;由图中信息可知,总反应为4HCl+O 2Cl +2H O,D正确。
2 2 2
17.MFC—电芬顿技术不需要外加能量即可发生,通过产生羟基自由基(·OH)处理有机污
染物,可获得高效的废水净化效果。其耦合系统原理示意图如下所示。
下列说法不正确的是( )
A.乙池中溶液需呈酸性
B.电子移动方向:X→b,a→Y
C.Y电极上得到H O 的反应为O +2e-+2H+ H O
2 2 2 2 2
D.甲池中每消耗22.4 L O (标准状况),乙池中理论上可产生4 mol·OH
2
答案 D 根据题目中电极上的反应可知,甲为燃料电池,通入燃料的a电极为负极,通入
氧气的b电极为正极,则乙为电解池,X电极为阳极,Y电极为阴极。酸性环境中,Fe3+不容
易生成沉淀,A正确。串联装置中,电子由原电池负极流向电解池阴极,即a→Y;由电解池
的阳极流向原电池正极,即X→b,B正确。根据题图可知乙池中O 在Y电极上得电子生
2
成H O ,根据得失电子守恒、原子守恒可得电极反应为O +2e-+2H+ H O ,C正确。乙
2 2 2 2 2
池中生成羟基自由基的反应为Fe2++H O +H+ Fe3++H O+·OH,则产生1 mol·OH时,消
2 2 2
耗1 mol H O ;甲池中1 mol氧气对应4 mol电子,根据Y电极反应可知产生2 mol·OH,D
2 2
错误。
18.2022年北京冬奥会,我国使用了“容和一号”大容量电池堆(铁—铬液流电池)来保障
冬奥地区持续稳定存储并提供清洁电能。铁—铬液流电池与其他电化学电池相比,寿命
大大提高。铁—铬液流电池的电解质溶液是含铁盐和铬盐的稀盐酸。下列说法错误的
是( )
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A.该电池可将太阳能发的电稳定存储
B.充电时电池的反应为Cr3++Fe2+ Cr2++Fe3+
C.放电时,电路中每流过0.1 mol 电子,Fe3+浓度降低0.1 mol/L
D.1 mol Cr2+被氧化,电池中有1 mol H+通过交换膜向正极转移
答案 C 该电池可将太阳能发的电稳定存储,A正确。放电时Fe3+得到电子,Cr2+失去电
子;充电时Fe2+失去电子,Cr3+得到电子,B正确。放电时,电路中每流过0.1 mol 电
子,Fe3+物质的量减少0.1 mol,溶液体积未知,C不正确。1 mol Cr2+被氧化,外电路转移1
mol 电子,电池中有1 mol H+通过交换膜向正极转移,D正确。
19.我国科研团队设计了一种表面锂掺杂的锡纳米粒子催化剂s-SnLi可提高电催化制甲
酸盐的产率,同时释放电能,实验原理如图所示。下列说法不正确的是( )
A.充电时,Zn电极周围pH升高
B.放电时,每生成1 mol HCOO-,转移N 个电子
A
C.使用催化剂Sn或者s-SnLi均能有效减少副产物CO的生成
D.使用s-SnLi催化剂,中间产物更不稳定
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答案 B
由题图可知,充电时Zn(OH)2-
转化为Zn,OH-转化为O ;放电时Zn转化为
4 2
Zn(OH)2- ,CO 转化HCOO-。充电时,Zn电极得到电子,电极反应式为Zn(OH)2- +2e-
4 2 4
Zn+4OH-,pH升高,A正确;放电时,1 mol CO 生成1 mol HCOO-,得到2N 个电子,B不正确;
2 A
无论使用催化剂Sn还是催化剂s-SnLi 生成CO的活化能均高于生成HCOOH的活化能,
C正确;使用s-SnLi催化剂,中间产物相对能量更高,更不稳定,D正确。
20.乙醛酸是一种重要的化工中间体,可用如下图所示的电化学装置合成。图中的双极膜
中间层中的H O解离为H+和OH-,并在直流电场作用下分别向两极迁移。下列说法正确
2
的是( )
A.KBr在上述电化学合成过程中只起电解质的作用
B.阳极上的反应式为 +2H++2e- +H O
2
C.制得2 mol 乙醛酸,理论上外电路中迁移了1 mol 电子
D.双极膜中间层中的H+在外电场作用下向铅电极方向迁移
答案 D 该装置通电时,乙二酸被还原为乙醛酸,故铅电极为电解池阴极,石墨电极为电
解池阳极,阳极上Br-被氧化为Br ,Br 将乙二醛氧化为乙醛酸,双极膜中间层的H+在直流
2 2
电场作用下移向阴极,OH-移向阳极。KBr在电解池中除作电解质外,还作阳极的反应
物,A项错误,D项正确;阳极上2Br--2e- Br ,Br 将乙二醛氧化为乙醛酸,B项错误;电解
2 2
过程中阴极反应式为HOOC—COOH+2e-+2H+ OHC—COOH+H O,阳极反应式为
2
2Br--2e- Br 、Br +OHC—CHO+2OH- 2Br-+OHC—COOH+H O,故制得2 mol 乙
2 2 2
醛酸时,理论上外电路中迁移2 mol 电子,C项错误。
21.有机物电极材料具有来源丰富、可降解等优点,一种负极材料为固态聚酰亚胺-水系
二次电池的结构如图所示。下列说法正确的是( )
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比能量是指电池单位质量或单位体积所能输出的电能
A.充电时有机电极发生了氧化反应
B.充电时每转移2 mol e-,右室离子减少2 mol
C.放电时负极电极反应为: -2e-
D.将M+由Li+换成Na+,电池的比能量会下降
答案 D A项,由题干信息可知,有机电极为负极,充电时负极为电解池阴极,发生还原反
应,A项错误。充电时,右侧电极为阳极,发生反应3I--2e-
I-
,则充电时每转移2 mol e-,
3
左侧减少2 mol阴离子,同时有2 mol M+进入左室,右室离子减少4 mol,B项错误。由图
可知,放电时负极的 失电子,发生氧化反应,生成
,C项错误。根据比能量的定义,钠的相对原子质量大于锂,故将
M+由Li+换成Na+,电池的比能量会下降,D项正确。
22.生活污水中的氮和磷元素主要以铵盐和磷酸盐的形式存在,可用铁、石墨作电极,用电
解法去除。电解时:如图甲原理所示可进行除氮;翻转电源正负极,可进行除磷,原理是利
用Fe2+将PO3-
转化为Fe (PO ) 沉淀。下列说法不正确的是( )
4 3 4 2
甲
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乙
A.图乙中0~20 min脱除的元素是氮元素,此时石墨作阳极
B.溶液pH越小,有效氯浓度越大,氮的去除率越高
C.图乙中20~40 min脱除的元素是磷元素,此时阴极电极反应式为2H++2e- H ↑
2
D.电解法除氮中,有效氯ClO-氧化NH 的离子方程为3ClO-+2NH 3Cl-+N +3H O
3 3 2 2
答案 B A项,因0~20
min脱除的元素是氮元素,需要将NH+
、NH 氧化成N ,若铁作
4 3 2
阳极,则被氧化的是铁,故此时石墨作阳极,正确;B项,溶液pH越小,c(H+)越大,反应
Cl +H O
H++Cl-+HClO的化学平衡逆向移动,c(HClO)减小,NH+
的氧化率降低,则氮
2 2 4
的去除率降低,错误;C项,20~40 min脱除磷元素,除磷时,Fe作阳极失电子生成的Fe2+和P
O3- 结合转化为Fe (PO ) 沉淀,故石墨作阴极,水电离出的H+在阴极放电生成氢气,电极反
4 3 4 2
应式为2H++2e- H ↑,正确;D项,ClO-氧化NH 生成N ,自身被还原为Cl-,结合得失电
2 3 2
子守恒和电荷守恒、元素守恒可得离子方程式为3ClO-+2NH 3Cl-+N +3H O,正确。
3 2 2
名师点睛 翻转正、负极的操作会使阴、阳极交换,要注意铁电极是一种活性电极,作为
阳极时,电极材料本身可以放电,电极反应随之发生改变。
23.利用电化学原理可对海水(主要成分NaCl和H O,还含有少量微生物)进行消毒,并能
2
清除残留的含氯消毒物质(工作原理如图,其中电极均为惰性电极)。
已知:工作时,先断开K ,闭合K ,一段时间后,断开K ,闭合K 。下列说法不正确的是(
2 1 1 2
)
A.闭合K 后的总反应为2Cl-+2H O Cl ↑+H ↑+2OH-
1 2 2 2
B.闭合K 后,Na+通过离子交换膜从Ⅱ室迁移至Ⅲ室
2
C.工作完成后,Ⅱ室中有金属Na剩余
D.残留的含氯消毒物质在Ⅲ室放电被脱除
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答案 A A项,闭合K 后为电解池,阳极海水中的Cl-被氧化为氯气,阴极为含Na+的有机
1
电解液,Na+被还原生成Na单质,总反应为2Cl-+2Na+ Cl ↑+2Na,错误。B项,闭合K
2 2
后为原电池,Ⅱ室中Na单质被氧化为Na+,故为负极,Ⅲ室为正极,原电池中阳离子流向正
极,正确。C项,闭合K 后在Ⅰ室生成的氯气与水发生可逆反应生成HClO(含氯消毒物
1
质),设此过程生成1 mol氯气,则生成HClO不足1 mol,根据得失电子守恒可知生成2 mol
钠单质;HClO氧化微生物进行消毒,未反应的HClO在闭合K 后的Ⅲ室中被还原,部分
2
HClO是被微生物还原,故在Ⅲ室中被还原的HClO的物质的量小于1 mol,则消耗的钠单
质小于2 mol,故Ⅱ室中有金属Na剩余,正确。D项,闭合K 后Ⅲ室为正极,剩余的含氯消
2
毒物质被还原,正确。
24.为适应可再生能源的波动性和间歇性,我国科学家设计了一种电化学装置,其原理如下
图所示。当闭合K 和K 、打开K 时,装置处于蓄电状态;当打开K 和K 、闭合K 时,装
1 3 2 1 3 2
置处于放电状态。放电状态时,双极膜中间层中的H O解离为H+和OH-并分别向两侧迁
2
移。下列有关该电化学装置工作时的说法不正确的是( )
A.蓄电时,碳锰电极为阳极
B.蓄电时,图中右侧电解池发生的总反应为2ZnO 2Zn+O ↑
2
C.放电时,每消耗1 mol MnO ,理论上有2 mol H+由双极膜向碳锰电极迁移
2
D.理论上,该电化学装置运行过程中需要不断补充H SO 和KOH溶液
2 4
答案 D A项,蓄电时,该装置为电解池,Mn2+失电子生成MnO ,碳锰电极为阳极,正确;B
2
项,蓄电时,右侧电解池中ZnO得电子生成Zn,电极反应式为ZnO+2e-+H O
2
Zn+2OH-,OH-失电子生成O ,电极反应式为4OH--4e- O ↑+2H O,发生的总反应为
2 2 2
2ZnO 2Zn+O ↑,正确;C项,放电时,碳锰电极为正极,电极反应式为MnO +2e-+4H+
2 2
Mn2++2H O,每消耗1 mol MnO ,需要消耗4 mol H+,碳锰电极转移2 mol e-,则理论上
2 2
有2 mol H+由双极膜向碳锰电极迁移,正确;D项,该装置运行过程中H+得电子生成
H ,OH-失电子生成O ,实际上是消耗了溶剂水,故不需要不断补充H SO 和KOH溶液,错
2 2 2 4
误。
知识拓展 双极膜是由一张阳膜和一张阴膜复合制成的阴、阳复合膜。该膜的工作原
理是在直流电场的作用下,阴、阳膜复合层间的H O解离成H+和OH-分别通过阳膜和阴
2
膜,作为H+和OH-的离子源。
25.Ag催化刻蚀Si晶片的反应原理如图所示,刻蚀液由一定浓度的HF和H O 混合而成,
2 2
刻蚀时间为2~16 min,由Ag薄膜覆盖的部分硅晶片被刻蚀掉,剩余部分就形成了硅纳米
线。
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下列说法错误的是( )
A.该刻蚀过程利用了原电池原理,Si作负极
B.Ag电极发生的反应为2H O +2e-+2H+ 2H O
2 2 2
C.Si电极附近溶液pH增大
D.每刻蚀14 g Si,有2.0 mol电子迁移到Ag电极
答案 C A项,根据图示可知,该刻蚀过程利用了原电池原理,在Si电极上Si→H SiF ,故
2 6
Si作负极,正确;B项,由图示可知,在Ag薄膜附近发生反应:2H++2e-+H O 2H O,正确;
2 2 2
C项,在Si电极上发生反应Si+2H O-4e- SiO +4H+,SiO +6HF H SiF +2H O,故Si
2 2 2 2 6 2
14 g
电极附近溶液pH减小,错误;D项,每刻蚀14 g Si,转移电子: ×4=2 mol,正确。
28 g·mol-1
26.纳米零价铁电化学法除去酸性废水(含有NO-
)中的三氯乙烯的原理如图所示。
3
下列有关说法不正确的是( )
A.该处理过程中化学能转化为电能
B.②对应的电极反应式为NO-
+10H++8e-
NH+
+3H O
3 4 2
C.若消耗a mol零价铁,则可除去0.25a mol三氯乙烯
D.增大单位体积内的纳米零价铁投入量,可提高三氯乙烯的去除效率
答案 C A项,原理图显示无外接电源,构成原电池,处理过程中化学能转化为电能,正确;
B项,②处NO- 转化为NH+ ,氮元素化合价降低8,故电极反应式为NO-
+10H++8e- N
3 4 3
H++3H O,正确;C项,①处电极反应式为C HCl +5H++8e- C H +3Cl-,负极反应为
4 2 2 3 2 6
3Fe+4H O-8e- Fe O +8H+,由得失电子守恒知,消耗a mol零价铁,可除去约0.33a mol
2 3 4
三氯乙烯,错误;D项,增大单位体积内的纳米零价铁投入量,可加快反应速率,提高三氯乙
烯的去除效率,正确。
27.CO 气敏电极结构如图,当CO 由气体渗透膜进入时,H+指示电极响应H+浓度变化而
2 2
发生氧化反应,通过测出电动势E就可以计算CO 的含量。下列说法不正确的是( )
2
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A.CO 气敏电极工作时,化学能转化为电能
2
B.CO 气敏电极工作时,H+向参比电极迁移
2
C.CO 气敏电极工作时的总反应为Ag(正极)+AgCl(负极) AgCl(正极)+Ag(负极)
2
D.将NaHCO 溶液换成NH Cl溶液,更换气体渗透膜,可改造成NH 气敏电极
3 4 3
答案 C CO 气体由渗透膜进入后使平衡CO +H O
H++HCO-
右移,溶液中c(H+)
2 2 2 3
增大,依题意H+指示电极响应H+浓度变化发生氧化反应,则为负极,电极反应为Ag(负极)
+Cl--e- AgCl(负极),则参比电极为正极,电极反应为AgCl(正极)+e- Ag(正极)
+Cl-,原电池工作时H+向正极迁移,电池总反应为Ag(负极)+AgCl(正极) Ag(正极)
+AgCl(负极)。若将NaHCO 溶液换成NH Cl溶液,通入的气体改为NH
,平衡NH+
+H O
3 4 3 4 2
NH ·H O+H+左移使溶液中c(H+)减小,H+指示电极同样会响应H+浓度变化,故可改
3 2
造成NH 气敏电极。综上分析可知,C项错误。
3
28.利用如图装置溶解铁矿石中的Fe O ,下列说法不正确的是( )
2 3
A.X为阴离子交换膜,Y为质子交换膜
B.通电一段时间后,Na SO 溶液浓度变大
2 4
C.电极Ⅰ发生的电极反应为2Cl--2e- Cl ↑
2
D.当0.01 mol Fe O 溶解时,至少产生336 mL气体(标准状况下,不考虑气体溶解)
2 3
答案 C 由题意,产生H+才能溶解铁矿石中的Fe O ,电极Ⅰ上不可能产生H+,电极Ⅱ上
2 3
OH-放电产生氧气和H+,H+透过Y移动到中间与Fe O 反应,所以判断出a为负极,b为正
2 3
极,电极Ⅰ为阴极,电极反应为Cu2++2e- Cu,电极Ⅱ为阳极,电极反应为2H O-4e-
2
4H++O ↑,X为阴离子交换膜,Y为质子交换膜;由Fe O +6H+ 2Fe3++3H O知,溶解0.01
2 2 3 2
1
mol Fe O 需0.06 mol H+,由电极反应可知在电极Ⅱ上产生O : ×0.06 mol=0.015
2 3 2 4
mol,V(O )=0.015 mol×22.4×103 mL·mol-1=336 mL,故C项错误。
2
29. 某小组利用电解法处理废水中的苯甲醛,获得苯甲醇和苯甲酸,装置如图所示。
下列说法错误的是( )
A.石墨Ⅰ上发生还原反应
B.加入Br-的目的是提供氧化剂和增强导电性
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C.阴极反应式为 +2e-+2H+
D.迁移2 mol H+理论上处理1 mol
答案 D A项,苯甲醛转化为苯甲醇发生还原反应,石墨Ⅰ为阴极,石墨Ⅱ为阳极,正确;B
项,Br-参与放电产生Br ,继而氧化苯甲醛,正确;D项,迁移2 mol H+时,外电路中转移电子2
2
mol e-,阴、阳极区均处理了苯甲醛,阳极反应式为 -2e-+H O
2
+2H+,故理论上可处理2 mol 苯甲醛,错误。
30.一种利用微生物或羟基自由基(·OH)将苯酚转化为CO 和H O的原电池—电解池组
2 2
合装置如图所示,已知电极均为惰性电极,下列说法错误的是( )
A.a、b极所在为原电池,c、d极所在为电解池
B.b极区溶液一段时间后pH变小
C.d极电极反应为H O-e- H++·OH
2
D.每转移2.8 mol e-,该组合装置产生CO 13.44 L(标准状况)
2
答案 D B项,b极发生电极反应C H OH-28e-+11H O 6CO ↑+28H+,酸性增强,正确;
6 5 2 2
D项,·OH也可将苯酚氧化为CO ,转移电子为2.8 mol时,b极产生0.6 mol CO ,组合装置
2 2
产生的气体大于13.44 L(标准状况),错误。
31.“太阳水”电池装置如图所示,该电池由三个电极组成,其中a为TiO 电极,b为Pt电
2
极,c为WO 电极,电解质溶液为pH=3的Li SO -H SO 溶液。锂离子交换膜将电池分为
3 2 4 2 4
A、B两个区,A区与大气相通,B区为封闭体系并有N 保护。下列关于该电池的说法正
2
确的是( )
A.若用导线连接b、c,b电极附近pH增大,可实现太阳能向电能转化
B.若用导线连接b、c,c电极为负极,可实现H WO 转化为WO
x 3 3
C.若用导线连接a、c,则a为负极,该电极附近pH减小
D.若用导线连接a、c,则c电极的电极反应式为H WO -xe- WO +xH+
x 3 3
答案 BC A项,用导线连接b、c时,b电极为正极,电极反应式为O +4H++4e-
2
2H O,b电极附近pH增大,可实现化学能向电能转化,错误;B项,用导线连接b、c时,c电
2
极为负极,电极反应式为H WO -xe- WO +xH+,可实现H WO 转化为WO ,正确;C项,
x 3 3 x 3 3
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用导线连接a、c时,a电极上发生失电子的氧化反应,则a电极为负极,电极反应式为
2H O-4e- O ↑+4H+,生成H+,a电极附近pH减小,正确;D项,用导线连接a、c时,c电极
2 2
为正极,正极上发生得电子的还原反应,电极反应式为WO +xH++xe- H WO ,错误。
3 x 3
32.盐酸羟胺(NH OHCl)是一种常见的还原剂和显像剂,其化学性质类似NH Cl;工业上主
3 4
要采用图1所示的方法制备。其电池装置中含Fe的催化电极反应机理如图2所示。不
考虑溶液体积变化,下列说法正确的是( )
图1
图2
A.电池工作时,Pt电极是正极
B.图2中,A为H+和e-,B为NH OH+
3
C.电池工作时,每消耗2.24 L NO(标准状况下),左室溶液质量增加3.3 g
D.电池工作一段时间后,正、负极区溶液的pH均下降
答案 C A项,含Fe的催化电极上NO→NH OHCl,N元素化合价降低,故该电极为正
3
极,Pt电极上H →H+,H元素化合价升高,故该电极为负极,错误。B项,NH OH具有类似
2 2
NH 的弱碱性,可以和盐酸反应生成盐酸羟胺,所以缺少的一步反应为NH OH+H+
3 2
NH OH+,图2中,A为H+,B为NH OH+,错误。C项,含Fe的催化电极为正极,其电极反应
3 3
为NO+4H++Cl-+3e- NH OHCl,4 mol氢离子中有1 mol是左侧溶液中HCl提供的,3
3
2.24 L
mol是右侧溶液迁移过来的;标准状况下消耗2.24 L NO的物质的量n=
22.4 L/mol
=0.1 mol,则左室增加的质量为0.1 mol NO和0.3 mol H+的质量,即增加的质量为3.3 g,正
确。D项,负极电极反应式为H -2e- 2H+,H+浓度增大,pH减小,正极电极反应式为
2
NO+4H++Cl-+3e- NH OHCl,正极区H+浓度减小,pH增大,错误。
3
33.近期,某科研团队发明了一种新型的锌离子热充电电池,可以利用人体产生的低热量充
电。该电池以Zn和VO -PC为电极材料,实现了低热量发电;放电时,VO 结合Zn2+生成
2 2
Zn VO ·yH O;工作原理如图。下列说法正确的是( )
x 2 2
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A.分离器可以为阴离子交换膜
B.充电时,阳极电极反应式为Zn VO ·yH O+2xe- VO +xZn2++yH O
x 2 2 2 2
C.放电时,电流从Zn极流向VO -PC极
2
D.充电时,锌离子从较高温一侧移至低温一侧
答案 D A项,分离器可以为阳离子交换膜,放电时,Zn2+可以由负极区经阳离子交换膜
进入正极区,错误;B项,充电时,阳极电极反应式为Zn VO ·yH O-2xe- VO +xZn2+
x 2 2 2
+yH O,错误;C项,由分析可知,放电时,Zn为负极,VO -PC极为正极,电流从VO -PC极流
2 2 2
向Zn极,错误;D项,充电时,阳离子由阳极区移向阴极区,则锌离子从较高温一侧移至低温
一侧,正确。
34.利用如图所示的电解装置分离含Al(OH) 、MnO 和少量Na CrO 的混合物浆液,使其
3 2 2 4
分离成固体混合物和含铬元素溶液。下列有关分析错误的是( )
A.电解装置工作时,石墨2应该连接铅蓄电池的PbO 电极
2
B.分离后,含铬元素的粒子有CrO2-
和Cr
O2-
,存在于阳极室中
4 2 7
C.每转移1 mol e-时,阴极室电解质溶液的质量增加23 g
D.阴极室生成的物质可用于固体混合物Al(OH) 和MnO 的分离
3 2
答案 C 左侧产生H ,说明石墨1为阴极,石墨2为阳极。A项,PbO 电极为铅蓄电池的
2 2
正极,应与石墨2相连,正确;C项,阴极电极反应式为2H O+2e- 2OH-+H ↑,每转移1
2 2
mol e-,阴极产生0.5 mol H ,1 mol Na+通过阳离子交换膜进入阴极区,则质量增加:m(Na+)-
2
m(H+)=22 g,错误。
35.聚合硫酸铁{PFS,[Fe (OH) (SO ) ] }是一种性能优越的无机高分子混凝剂,利
4 2n 4 (6-n) m
用双极膜(BP)(由一张阳膜和一张阴膜复合制成,在直流电场作用下将水分子解离成OH-
和H+,作为H+和OH-的离子源)电渗析法制备PFS的装置如图所示,下列说法不正确的是(
)
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A.X极上发生的电极反应为4OH--4e- O ↑+2H O
2 2
B“室1”和“室3”得到H SO 溶液
2 4
C.“室2”和“室4”产品为PFS
D.双极膜向“室1”和“室3”中提供OH-
答案 D 进入室1的物质为稀硫酸,可推测室1的产品为硫酸,故BP向室1提供H+,即
Y极为阴极,X极为阳极,可知A项、B项正确、D项错误;C项,BP向室2提供OH-,遇硫
酸铁,产生PFS,同理,室4产品亦为PFS,正确。
36.2019年6月6日,工信部正式向四大运营商颁发了5G商用牌照,揭示了我国5G元年
的起点。通信用磷酸铁锂电池具有体积小、重量轻、高温性能突出、可高倍率充放电、
绿色环保等众多优点。磷酸铁锂电池是以磷酸铁锂为正极材料的一种锂离子二次电池,
放电时,正极反应式为M Fe PO + e-+Li+ LiM Fe PO ,其原理如图所示,下列说法正
1-x x 4 1-x x 4
确的是( )
A.充电时,电路中每转移1 mol电子,阴极质量减少7 g
B.充电时,Li+移向石墨电极
C.放电时,负极反应式为LiC -e- Li++6C
6
D.电池总反应为M Fe PO +LiC LiM Fe PO +6C
1-x x 4 6 1-x x 4
答案 BC A项,充电时,阴极反应式为Li++e-+6C LiC ,转移1 mol电子,阴极质量增
6
加7 g,错误;D项,总反应式应为M Fe PO +LiC LiM Fe PO +6C,错误。
1-x x 4 6 1-x x 4
37.无膜氯液流电池是一种先进的低成本高储能电池,可广泛应用于再生能源储能和智能
电网的备用电源等,电池工作原理如图所示:
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下列说法错误的是( )
A.放电时,M极为正极
B.放电时,右侧储液器中NaCl的浓度增大
C.充电时,N极的电极反应式为Na Ti (PO ) -2e- NaTi (PO ) +2Na+
3 2 4 3 2 4 3
D.充电时,电路中每转移1 mol e-,N电极理论上质量减小23 g
答案 CD A项,M为正极,电极反应式为Cl +2e- 2Cl-,正确;B项,放电时,负极发生
2
反应:Na Ti (PO ) -2e- NaTi (PO ) +2Na+,产生钠离子,正极产生氯离子,从而导致右侧
3 2 4 3 2 4 3
储液器中氯化钠浓度增大,正确;C项,充电时,N极为阴极,电极反应式为NaTi (PO ) +2Na+
2 4 3
+2e- Na Ti (PO ) ,错误;D项,充电时,N极发生NaTi (PO ) +2Na++2e-
3 2 4 3 2 4 3
Na Ti (PO ) ,当转移1 mol e-时,N电极理论上增加1 mol Na+,即N电极质量增大23 g,错误。
3 2 4 3
38.在直流电源作用下,双极膜中间层中的H O解离为H+和OH-,利用双极膜电解池产生
2
强氧化性的羟基自由基(·OH),处理含苯酚废水和含SO 烟气的工作原理如图所示。下列
2
说法错误的是( )
A.电势:N电极>M电极
B.阴极电极反应式为O +2e-+2H+ 2·OH
2
C.每处理9.4 g苯酚,理论上有2.8 mol H+透过膜a
D.若·OH只与苯酚和SO 反应,则参加反应的苯酚和SO 物质的量之比为1∶14
2 2
答案 C M电极上O 得电子生成羟基自由基(·OH),说明M为阴极,H+透过膜b进入阴
2
极区,M电极上产生的羟基自由基将苯酚氧化为CO ;N电极为阳极,羟基自由基将SO 氧
2 2
化为SO2-
。阴极连接电源的负极,阳极连接电源的正极,正极的电势高于负极的,故电
4
势:N电极>M电极,A正确;阴极上O 得电子生成羟基自由基,电极反应式为O +2e-+2H+
2 2
2·OH,B正确;1 mol苯酚转化为1 mol CO ,转移电子28 mol,每处理9.4 g苯酚(即0.1
2
mol),理论上有2.8 mol电子转移,则有2.8 mol H+透过膜b,C错误;若·OH只与苯酚和SO
2
反应,转移电子数之比为28∶2,则参加反应的苯酚和SO 物质的量之比为1∶14,D正确。
2
知识拓展 自由基
也称为“游离基”,是指化合物分子的共价键发生均裂而形成的具有不成对电子的原子
或基团。在书写时,一般在原子符号或者原子团符号旁边加上一个“·”,表示存在未成对
的电子,自由基的化学反应活性高。
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39.沉积物微生物燃料电池(SMFC)可以将沉积物中的化学能直接转化为电能,同时加速
沉积物中污染物的去除,用SMFC处理含硫废水的工作原理如图所示,酸性增强不利于菌
落存活。下列说法错误的是( )
A.碳棒b电势比碳棒a电势低
B.碳棒a附近酸性增强
C.碳棒b存在电极反应:S-6e-+4H O
SO2-
+8H+
2 4
D.工作一段时间后,电池效率降低
答案 B 光合菌产生的O 得电子结合H+生成H O,碳棒a为正极,FeS 在硫氧化菌的作
2 2 x
用下被氧化为S,S在硫氧化菌的作用下被氧化为SO2-
,碳棒b为负极,正极的电势高于负
4
极,A正确;碳棒a处的电极反应为O +4e-+4H+ 2H O,附近溶液酸性减弱,B错误;由题
2 2
图可知,C正确;酸性增强不利于菌落存活,负极反应会减慢,D正确。
40.1,5-戊二胺( )是生产新型聚酰胺产品的重要原料。利用双极膜
(BPM,在直流电场的作用下,双极膜复合层间的H O解离成H+和OH-,可透过相应的离子
2
交换膜)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SO2-
)转换为1,5-戊二胺,实现无害化提取,工作原理如图所示。
4
下列说法错误的是( )
A.m为阳离子交换膜、n为阴离子交换膜
B.电解过程中,图中两处Na SO 溶液的溶质种类和物质的量均不变
2 4
C.a极区产生22.4 L(标准状况)气体,理论上产生2 mol 1,5-戊二胺
D.该技术实现了酸性和碱性物质的同时生产
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答案 A 由题意可知生物发酵液中的 应透过n膜进入产品室中
与氢氧根离子反应生成 ,因此n膜为阳离子交换膜,生物发酵液中的
SO2- 透过m膜进入左侧与BPM双极膜生成的H+结合生成H SO ,因此m膜应为阴离子
4 2 4
交换膜,A错误;图中两处Na SO 溶液中的阴、阳离子均不能透过双极膜,右侧双极膜中
2 4
生成的H+进入右侧,在b电极上得电子生成氢气,左侧双极膜生成的OH-进入左侧,在a电
极上失电子生成氧气和水,B正确;a电极上发生反应:4OH--4e- O ↑+2H O,产生22.4
2 2
L(标准状况)气体时转移的电子数为4 mol,同时进入产品室中的OH-数为4 mol,
+2OH- +2H O,消耗4 mol OH-产生的
2
1,5-戊二胺为2 mol,C正确;该技术同时得到了硫酸和1,5-戊二胺,实现了酸性和碱性物质
的同时生产,D正确。
41.我国科学家设计的Mg-Li双盐电池工作原理如图所示,下列说法不正确的是( )
A.放电时,正极电极反应式为FeS+2e-+2Li+ Fe+Li S
2
B.充电时,Mg电极连接外接电源负极
C.充电时,每生成1 mol Mg,电解质溶液质量减少24 g
D.电解液含离子迁移速率更快的Li+提高了电流效率
答案 C 放电时Mg转化为Mg2+,所以右侧电极为负极,左侧电极为正极,FeS得电子生
成Fe和Li S,电极反应式为FeS+2e-+2Li+ Fe+Li S,A正确;充电时Mg2+转化Mg,被还
2 2
原,为阴极,连接外接电源负极,B正确;充电时阳极反应式为Fe+Li S-2e- FeS+2Li+,每
2
生成1 mol Mg,消耗1 mol Mg2+,转移2 mol电子,同时生成2 mol Li+,所以电解质溶液质量
减少24 g-2×7 g=10 g,C错误;电解液中含离子迁移速率更快的Li+,增强了导电性,提高了
电流效率,D正确。
42.甲酸是基本有机化工原料之一,广泛用于农药、皮革、染料、医药和橡胶等工业。某
科研团队利用光催化制甲酸如图所示:已知:2CO +2H O 2HCOOH+O ΔH>0。下
2 2 2
列说法错误的是( )
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A.电极电势:电极N高于电极M
B.该装置把光能和化学能转化为电能
C.正极电极反应式为CO +2e-+2H+ HCOOH
2
D.若制得9.2 g HCOOH,不考虑气体溶解,整套装置质量增加5.6 g
答案 B 由题图可知,M极H O O ,氧元素化合价升高,电极M为负极,电极N为正
2 2
极,正极的电势高于负极,A正确;反应吸热,该装置把光能转化为电能和化学能,B错误;正
极CO 得电子生成甲酸,C正确;若制得9.2 g即0.2 mol HCOOH,整套装置吸收0.2 mol
2
CO ,放出0.1 mol O ,所以整套装置质量增加8.8 g-3.2 g=5.6 g,D正确。
2 2
43.电解法处理含有Cl-、NO-
的酸性废水,其工作原理及电极b中铁的化合物的催化机理
3
如图所示,H表示氢原子。下列说法错误的是( )
电解法处理酸性废水
铁的化合物的催化机理
A.电极b接电源负极
B.处理1 mol
NO-
,电路中转移5 mol e-
3
C.HClO在阳极生成:Cl-+H O-2e- HClO+H+
2
D.H+与NO- 反应的电极式为10H++NO-
+8e-
NH+
+3H O
3 3 4 2
答案 B
由题图知,电极b上NO- 转变为NH+
,被还原,则电极b为阴极,接电源负极,A
3 4
正确;NO- 转变为NH+
,N元素化合价从+5降低到-3,则处理1 mol
NO-
,电路中转移8 mol
3 4 3
e-,B不正确;阳极Cl-失去电子被氧化,生成HClO,C正确。
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44.相同金属在其不同浓度盐溶液中可形成浓差电池。如图所示装置是利用浓差电池电
解Na SO 溶液(a、b电极均为石墨电极),可以制得O 、H 、H SO 和NaOH。下列说法
2 4 2 2 2 4
错误的是( )
A.a为电解池的阴极
B.电池放电过程中,Cu(2)电极上的电极反应为Cu-2e- Cu2+
C.当电路中转移2 mol电子时,1 mol
SO2-
通过膜d向右移动
4
D.电池从开始工作到停止放电,电解池理论上可制得120 g NaOH
答案 D 由题给信息可知,Na SO
溶液中Na+往左侧迁移,SO2-
往右侧迁移,电解池左侧
2 4 4
得到NaOH和H ,右侧得到O 、H SO ,则a为阴极,b为阳极,Cu(2)为负极,Cu(1)为正极。
2 2 2 4
由上述分析可知,A正确,B正确;当电路中转移2 mol电子时,阳极区生成2 mol H+,要使溶
液呈电中性,则1 mol
SO2-
通过膜d向右移动,C正确;反应前原电池左侧CuSO 物质的量
4 4
为5 mol,右侧CuSO 物质的量为1 mol,停止放电时,左右两侧CuSO 的物质的量均为3
4 4
mol,因此右侧有2 mol Cu2+生成,转移4 mol电子,根据2H O+2e- 2OH-+H ↑,转移2
2 2
mol电子得到2 mol即80 g NaOH,因此电池从开始工作到停止放电,电解池理论上可制
得160 g NaOH,D错误。
45.硼酸(H BO )大量应用于玻璃工业,能改善玻璃制品性能。通过电解Na[B(OH) ]溶液
3 3 4
的方法可以制备硼酸,工作原理如图。下列叙述错误的是( )
A.N为电源正极
B.产品室中的反应为[B(OH) ]-+H+ H BO +H O
4 3 3 2
C.b膜为阳离子交换膜
D.每生成1 mol H BO ,两极共生成标准状况下16.8 L气体
3 3
答案 AC 由题图可知,F室得到浓NaOH溶液,则电极反应为2H O+2e- 2OH-+H ↑,
2 2
发生还原反应,为阴极,则相连电极N为电源负极,A错误。E室为阳极室,反应为2H O-4e-
2
4H++O
↑,生成的H+通过a膜进入产品室;原料室中B(OH)-
通过b膜进入产品室,产
2 4
品室中的反应为[B(OH) ]-+H+ H BO +H O,B正确,C错误。由A、B项分析可知,每
4 3 3 2
生成1 mol H BO ,F室生成0.5 mol H 、E室生成0.25 mol O ,则两极共生成标准状况下
3 3 2 2
气体0.75 mol,体积为16.8 L,D正确。
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名师点睛 [B(OH) ]-的性质与[Al(OH) ]-的性质类似。
4 4
46.我国科研团队设计了一种表面锂掺杂的锡纳米粒子催化剂s-SnLi,它可提高电催化制
甲酸盐的产率,同时释放电能,实验原理如图所示。下列说法错误的是( )
A.放电时,正极电极周围pH升高
B.放电时,每生成1 mol HCOO-,整个装置内转移2N 个电子
A
C.使用催化剂Sn或者s-SnLi均能有效减少副产物CO的生成
D.使用s-SnLi催化剂,中间产物更不稳定
答案 B 放电时,正极的电极反应式为CO +2e-+H O OH-+HCOO-,故正极周围pH
2 2
升高,A正确;放电时,每生成1 mol HCOO-,将转移2 mol电子,但电子不能在电解质溶液中
传递,而是经过外电路进行转移的,B错误;由题图可知,使用催化剂Sn或者s-SnLi时生成
CO的活化能均高于生成HCOOH的活化能,故均能有效减少副产物CO的生成,C正确;
由题图可知,使用s-SnLi催化剂时的中间产物具有的总能量比使用Sn催化剂的中间产
物的总能量高,能量越高物质越不稳定,D正确。
47.以Sn-Cu-C复合电极材料(锂单质镶嵌其中)为电极的一种锂离子电池,容量高、循环
性能好,总反应为Li NiCo MnO +yCu+Li Sn LiNiCo MnO +SnCu ,其工作原理如
1-x a b c 2 x a b c 2 y
图所示。下列说法正确的是( )
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A.电解质溶液可选用Li SO 溶液
2 4
B.放电时M极的反应为yCu+Li Sn-xe- SnCu +xLi+
x y
C.充电时N极的反应为Li NiCo MnO +xLi++xe- LiNiCo MnO
1-x a b c 2 a b c 2
D.放电时,当转移0.1 mol电子时,N电极增重1.4 g
答案 B Li易与溶液中水反应,因此电解质溶液不能选用Li SO 溶液,A错误;根据总反
2 4
应及题图中Li+移动方向,分析得到M为负极,故放电时M极的反应为yCu+Li Sn-xe-
x
SnCu +xLi+,B正确;充电时,N极为阳极,电极反应式为LiNiCo MnO -xe- Li
y a b c 2 1-
NiCo MnO +xLi+,C错误;放电时,当转移0.1 mol电子时,则有0.1 mol Li+转移到N电
x a b c 2
极,N电极增重0.1 mol×7 g·mol-1=0.7 g,D错误。
48.铁粉在弱酸性条件下去除废水中NO-
的反应原理如图。
3
下列说法正确的是( )
A.上述条件下加入的Fe能完全反应
B.正极的电极反应式:NO-
+8e-+9H+ NH +3H O
3 3 2
C.FeO(OH)的产生与Fe2+被氧化和溶液pH升高有关
D.废水中溶解氧的含量不会影响NO-
的去除率
3
答案 C A项,当Fe表面形成一层FeO(OH)时,由于FeO(OH)不导电,电子不能转移,题
述原电池反应不再进行,则加入的Fe不能完全反应,错误;B项,在弱酸性条件下,应该生成
NH+ ,即正极的电极反应式为NO-
+8e-+10H+
NH+
+3H O,错误;C项,FeO(OH)中Fe
4 3 4 2
的化合价为+3,故FeO(OH)的产生与Fe2+被氧化和溶液pH升高(即溶液中OH-浓度增大)
有关,正确;D项,废水中溶解氧的含量高时,将加快FeO(OH)的生成,故会影响NO-
的去除
3
率,错误。
49.直接排放含SO 的烟气会形成酸雨,用Na SO 作为吸收液可吸收SO ,且吸收液可通过
2 2 3 2
电解再生。室温条件下,吸收液吸收SO
的过程中,pH随n(SO2- )∶n(HSO-
)变化关系
2 3 3
如下表;当吸收液pH降至约为6时,需送至电解槽再生,再生示意图如图,下列说法不正确
的是( )
n(SO2- )∶n(HSO-
) 91∶9 1∶1 9∶91
3 3
pH 8.2 7.2 6.2
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A.由表中信息可推测,Na SO 溶液显碱性,NaHSO 溶液显酸性
2 3 3
B.吸收过程中离子浓度关系总有c(Na+)+c(H+)=2c(SO2- )+c(HSO-
)+c(OH-)
3 3
C.电解槽右侧电极发生的反应主要是SO2-
-2e-+H O
SO2-
+2H+
3 2 4
D.电解槽左侧电极发生的反应有2HSO-
+2e- H
↑+2SO2-
,实现再生
3 2 3
答案 C
A项,由题表中信息可推测,HSO- 电离程度大于其水解程度,SO2-
只发生水解,
3 3
故Na SO 溶液显碱性,NaHSO 溶液显酸性,正确;B项,由电荷守恒知,离子浓度关系总有
2 3 3
c(Na+)+c(H+)=2c(SO2- )+c(HSO- )+c(OH-),正确;C项,酸性条件下,阴离子主要为HSO-
,
3 3 3
电解槽右侧阳极上HSO- 转化为SO2- ,发生氧化反应,电极反应式为HSO-
-2e-+H O
3 4 3 2
SO2- +3H+,错误;D项,电解槽左侧阴极上HSO-
得电子生成H
和SO2-
,发生的反应为2HS
4 3 2 3
O- +2e- H ↑+2SO2- ,Na+进入阴极室,吸收液就可以再生,正确。
3 2 3
50.氯碱工业是化工产业的重要基础,其装置示意图如下图。生产过程中产生的氯酸盐副
产物需要处理。
已知:当pH升高时,ClO-易歧化为ClO-
和Cl-。
3
(1)电解饱和食盐水的离子方程式为 。
(2)下列关于ClO-
产生的说法中,合理的是 (填序号)。
3
a.ClO-
主要在阴极室产生
3
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b.Cl-在电极上放电,可能产生ClO-
3
c.阳离子交换膜破损导致OH-向阳极室迁移,可能产生ClO-
3
(3)测定副产物ClO-
含量的方法如图。
3
①加入H O 溶液的目的是消耗水样中残留的Cl 和ClO-。若测定中未加入H O 溶液,则
2 2 2 2 2
水样中ClO-
的浓度将 (填“偏大”“偏小”或“不受影响”)。
3
②滴定至终点时消耗V mL酸性KMnO
溶液,水样中c(ClO-
)的计算式为
3 4 3
。
(4)可用盐酸处理淡盐水中的ClO-
并回收Cl 。
3 2
①反应的离子方程式为 。
②处理ClO-
时,HCl可能的作用是:
3
ⅰ.提高c(H+),使ClO-
氧化性提高或Cl-还原性提高;
3
ⅱ.提高c(Cl-), 。
③用图示装置验证ⅰ,请补全操作和现象:闭合K,至指针读数稳定后 。
答案 (1)2H O+2Cl- H ↑+Cl ↑+2OH-
2 2 2
(2)bc
(xV ×10-3-5 y×V ×10-3)
2 3
(3)①偏大 ② mol·L-1
6V ×10-3
1
(4)①ClO- +6H++5Cl- 3H O+3Cl ↑ ②使Cl-还原性增强 ③先向左侧烧杯中加入少
3 2 2
量硫酸,观察电压表示数是否变化;再向右侧烧杯中加入等量硫酸,观察电压表示数是否
变化
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解析 (1)工业上电解饱和食盐水生成NaOH、H 和Cl ,反应的离子方程式为2H O+2Cl-
2 2 2
O-
H
2
↑+Cl
2
↑+2OH-。(2)a项,Cl
2
在阳极室,故Cl 3应主要在阳极室产生;b项,Cl-在阳极
发生氧化反应,化合价升高,有可能生成ClO-
;c项,阳离子交换膜破损导致OH-向阳极室
3
迁移,阳极室OH-浓度变大,阳极生成的氯气与OH-发生反应生成ClO-,当pH升高时,ClO-
易歧化为ClO-
和Cl-。(3)①不加入H O 溶液,水样中残留的Cl 和ClO-也会在第二步中
3 2 2 2
消耗Fe2+,使Fe2+消耗的量增大,会导致测定ClO-
的浓度偏大。②酸性高锰酸钾溶液和硫
3
酸亚铁溶液反应的离子方程式为MnO-
+5Fe2++8H+ Mn2++5Fe3++4H O,则存在关系式
4 2
MnO-
~5Fe2+,故与高锰酸钾反应的Fe2+的物质的量n (Fe2+)=5y×V ×10-3
mol,ClO-
与
4 2 3 3
Fe2+反应的离子方程式为ClO-
+6Fe2++6H+ Cl-+6Fe3++3H
O,则存在关系式ClO-
3 2 3
~6Fe2+,与ClO-
反应的Fe2+的物质的量n (Fe2+)=n (Fe2+)-n (Fe2+)=(xV ×10-3-5y×V ×10-
3 1 总 2 2 3
xV ×10-3-5 y×V ×10-3
3)mol,故ClO- 的物质的量n(ClO- )= 2 3 mol,则c(Cl
3 3 6
(xV ×10-3-5 yV ×10-3)
O- )= 2 3 mol·L-1。(4)①盐酸和ClO- 发生反应生成Cl ,反应
3 6V ×10-3 3 2
1
的离子方程式为ClO-
+6H++5Cl- 3H O+3Cl
↑。②盐酸与ClO-
的反应中,盐酸可能的
3 2 2 3
另一个作用是提高c(Cl-),使Cl-还原性增强。
51.某小组通过观察电流表的指针偏转探究电极上发生的氧化还原反应。
(1)连接装置(如图Ⅰ所示),断开开关K时,将铁片和铜片同时插入稀硫酸中,Fe表面产生
大量无色气泡,Cu表面无明显变化;闭合开关K,电流表指针向右偏转,Fe和Cu表面均产
生大量无色气泡。
图Ⅰ
①欲验证铁电极发生氧化反应的产物,实验操作和现象是 。
②分别用化学用语表示Fe和Cu表面均产生无色气泡的原因: ;
。
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(2)该小组同学将(1)中装置的稀硫酸换成浓硝酸,两极均产生大量红棕色气体。改进实验
装置(如图Ⅱ所示),闭合开关K后,将铁电极快速插入浓硝酸中,观察到指针快速向右偏转,
约2秒后指针缓缓向左偏转,并在一段时间内电流表示数几乎不变。
图Ⅱ
①铜与浓硝酸反应的离子方程式为 。
②闭合开关K后,将铁电极快速插入浓硝酸中,观察到指针快速向右偏转的原因是
。
(结合铜电极反应式说明)
③电流表指针向左偏转后,示数几乎不变的原因之一是铁电极上氧化膜放电,但氧化膜的
生成速率大于(或等于)氧化膜的消耗速率。请设计实验方案证明: 。
答案 (1)①取铁电极附近溶液少许于试管中,加入铁氰化钾溶液,产出蓝色沉淀
②Fe+2H+ Fe2++H ↑ 2H++2e- H ↑
2 2
(2)①Cu+4H++2NO- Cu2++2NO ↑+2H O ②形成原电池,Fe比Cu相对活泼,Fe失电
3 2 2
子作负极,铜作正极,正极发生还原反应,电极反应式为Cu2++2e- Cu ③电流表示数
基本不变后,每隔一段时间测定左池溶液中的铁含量,铁含量显著增多,证明氧化膜参与了
反应
解析 (1)①铁电极发生氧化反应生成Fe2+,检验Fe2+需要用铁氰化钾溶液;②Fe表面产生
无色气泡的原因是铁单质与稀硫酸发生反应,离子方程式为Fe+2H+ Fe2++H ↑,Fe、
2
Cu和稀硫酸形成原电池,Cu作正极,氢离子移至Cu表面得电子生成氢气,其电极反应式
为2H++2e- H ↑。
2
(2)①铜与浓硝酸发生反应生成硝酸铜、二氧化氮和水,反应的离子方程式为Cu+4H+
+2NO- Cu2++2NO ↑+2H O;②闭合开关K后,将铁电极快速插入浓硝酸中,形成原电
3 2 2
池,铁作负极、铜作正极,正极发生还原反应,电极反应式为Cu2++2e- Cu;③约2秒后
电流表指针缓缓向左偏转,是因为铁被浓HNO 钝化后转为正极,电流表示数基本不变后,
3
每隔一段时间测定左池溶液中的铁含量,铁含量显著增多,证明氧化膜参与了反应。
52.当今世界,“碳达峰”“碳中和”已经成为了环保领域的“热词”,我国力争于2030前
做到“碳达峰”,2060年前实现“碳中和”。深度脱碳(CO )的资源化利用能有效减少
2
CO 的排放,充分利用碳资源。
2
Ⅰ.大气中的二氧化碳主要来自煤、石油及其他含碳化合物的燃烧,CH 与CO 重整是
4 2
CO 利用的研究热点之一。该重整反应体系主要涉及以下反应:
2
(a)CH (g) C(s)+2H (g)
4 2
ΔH =a kJ·mol-1
1
(b)CO (g)+H (g) CO(g)+H O(g)
2 2 2
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ΔH =b kJ·mol-1
2
(c)2CO(g) CO (g)+C(s)
2
ΔH =c kJ·mol-1
3
(d)……
(1)根据盖斯定律,反应CH (g)+CO (g) 2CO(g)+2H (g) ΔH= kJ·mol-1。
4 2 2
Ⅱ.利用电化学方法可实现二氧化碳的资源化利用。
(2)原电池法:我国科学家研究Li-CO 电池,取得重大突破。该电池发生的原电池反应为
2
4Li+3CO 2Li CO +C。
2 2 3
①在Li-CO 电池中,Li为单质锂片,是该原电池的 (填“正”或“负”)极。
2
②CO 电还原过程依次按以下四个步骤进行,写出步骤ⅰ的电极反应式:
2
ⅰ.
ⅱ.C
O2- CO2-
+CO
2 4 2 2
ⅲ.CO
+2CO2- 2CO2-
+C
2 2 3
ⅳ.CO2- +2Li+ Li CO
3 2 3
(3)电解法:如电解CO 制HCOOK。该原理示意图如下:
2
①Pt片为电解池的 (填“阴”或“阳”)极。
②写出CO 还原为HCOO-的电极反应式:
2
。
③电解一段时间后,阳极区的KHCO 溶液浓度降低,其原因是 。
3
答案 (1)a-c (2)①负 ②2CO +2e- C
O2-
(3)①阳 ②CO
+2e-+HCO-
2 2 4 2 3
HCOO-+CO2- 或2CO +2e-+H O HCOO-+HCO- ③阳极OH-放电产生氧气,溶液pH
3 2 2 3
减小,HCO-
浓度降低;K+部分迁移到阴极区
3
解析 (1)根据盖斯定律,反应CH (g)+CO (g) 2CO(g)+2H (g) ΔH=ΔH -ΔH =(a-
4 2 2 1 3
c)kJ·mol-1。
(2)①由电池总反应知,锂元素化合价升高,发生氧化反应,Li是该原电池的负极。②CO
2
电还原反应为4Li+3CO 2Li CO +C,依次分四个步骤进行,由ⅱ可知ⅰ中CO 得到
2 2 3 2
电子生成C
O2-
,电极反应式为2CO +2e- C
O2-
。
2 4 2 2 4
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页曲一线 2023版《5年高考3年模拟》B版
(3)①电解CO 制HCOOK,CO 在Sn极发生还原反应生成HCOO-,Sn片为阴极,则Pt片为
2 2
电解池的阳极。②CO 在Sn片得到电子,发生还原反应生成HCOO-,电极反应式为
2
CO +2e-+HCO- HCOO-+CO2- 或2CO +2e-+H O HCOO-+HCO- 。
2 3 3 2 2 3
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