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第04 讲 电化学原理的综合应用 目录 01 课标达标练 题型01 考查原电池与电解池 题型02 考查多池串联 题型03 考查离子交换膜的应用 题型04 考查电化学有关计算 题型05 考查电化学综合应用 02 核心突破练 03 真题溯源练 01 考查原电池与电解池 1.（2025·辽宁·三模）简易氢氧燃料电池的实验装置如图所示。实验过程如下：先闭合 ，一段时间后断 开 ，闭合 。下列说法不正确的是 A．闭合 时， 向电极a 迁移 B．闭合 一段时间后，电极b 附近溶液变为红色 C．闭合 时，电极a 为正极 D．闭合 后短时间内，电极b 的电极反应： 【答案】D 【分析】由图，断开 ，闭合 时，该装置为电解池，a 为阳极，水失去电子发生氧化反应生成氧气： ，b 为阴极，水得到电子发生还原反应生成氢气： ；一段时间后 断开 ，闭合 ，则形成氢氧燃料电池，a 极氧气发生还原反应，为正极，b 极氢气发生氧化反应，为负 极； 【解析】闭合 时，该装置为电解池，阴离子向阳极a 极移动，A 正确；闭合 时，b 极为阴极，水得到 电子发生还原反应生成氢气： ，使得溶液显碱性，附近溶液变为红色，B 正确； 由 分析，闭合 时，电极a 为正极，C 正确； 闭合 后短时间内，电极b 为负极，氢气失去电子发生氧化 反应生成水： ，D 错误；故选D。 2.（2025·吉林长春·二模）钠硫电池装置示意图如下图所示。其中熔融Na 为a 的电极反应物，熔融S 和 为b 的电极反应物，固体电解质 可传导 。下列说法不正确的是 A．放电时，b 做正极 B．放电时， 从a 极室向b 极室移动 C．充电时，阴极的电极反应式是 D．每产生或消耗1molS，转移2mol 电子 【答案】D 【分析】根据图片知，放电时，Na 失电子发生氧化反应，所以a 作负极、b 作正极，负极反应为 ，正极反应为： ，充电时a 为阳极、b 为阴极，阴极、阳极电极反应式 与负极、正极反应式正好相反，据此解答。 【解析】在原电池中，发生还原反应的电极是正极。放电时，b 极上熔融S 和 得电子，发生还原反 应，所以b 做正极，A 选项正确；放电时，该装置为原电池，阳离子向正极移动。a 为负极，b 为正极， 是阳离子，所以 从a 极室向b 极室移动，B 选项正确；充电时，阴极发生还原反应。在钠硫电池 中，阴极是 得到电子生成Na，电极反应式为 ，C 选项正确；b 极放电时的电极反应式为 ，每消耗xmolS，转移2mol 电子，所以每消耗1molS，转移 电子，D 选项错 误；故选D。 02 考查多池串联 3.（2025·内蒙古·二模）在如图串联装置中，通电片刻即发现乙装置左侧电极表面出现红色固体。下列说法 不正确的是 A．乙中左侧电极反应式：Cu2+＋2e−=Cu B．电解过程中丙中溶液酸碱性无变化 C．向甲中加入适量的盐酸，可使溶液恢复到电解前的状态 D．标准状况下当甲中产生4.48 L 气体时，丙中Cu 电极质量增加21.6 g 【答案】C 【分析】该装置外接电源，为电解池装置，通电片刻即发现乙装置左侧电极表面出现红色固体，说明发生 反应： ，则乙装置左侧电极为电解池阴极，右侧为阳极；电源左侧为负极，右侧为正极； 【解析】根据分析可知，乙中左侧电极反应式：Cu2+ ＋2e−=Cu，故A 正确；在丙装置中阳极发生失电子反 应，阳极电极反应式： ，阴极电极反应式： ，所以电解过程中丙中溶液酸碱性 无变化，故B 正确；甲装置中阳极电极反应： ，阴极电极反应： ，相当于从溶液中逸出HCl 气体，若加入盐酸，则多加入了水，会导致KCl 溶液 浓度减小，故C 错误；标准状况下当甲中产生4.48 L 气体时，两极各产生0.1mol 气体，转移电子数 0.2mol，丙中Cu 电极银离子得电子产生银单质，转移0.2mol 电子时，有0.2molAg 生成，则增重21.6g， 故D 正确；故选C。 4.（2025·黑龙江哈尔滨·二模）由于存在同种电解质溶液的浓度差而产生电动势的电池称为浓差电池，浓度 高的一极一般为正极。利用浓差电池电解硫酸钠溶液可同时制得氢气、氧气、硫酸和氢氧化钠，其装置如 图所示（a、b 电极均为石墨电极）。（已知：溶液A 为 溶液；溶液B 为 溶液） 下列有关说法正确的是 A．电池放电过程中a 极产生氢气，b 极产生氧气 B．c、d 离子交换膜依次为阳离子交换膜和阴离子交换膜 C．电池从开始工作到停止放电，电解池理论上可制得60g 氢氧化钠 D．a、b 石墨电极均可用金属银电极代替 【答案】C 【分析】由题意可知左边装置为浓差电池，右边装置为电解池。电解硫酸钠溶液可以制得氧气、氢气、硫 酸和氢氧化钠，因此a 电极附近应该产生硫酸，则a 电极附近应是水电离的氢氧根离子放电，因此a 极为 阳极，b 极为阴极，Ag(1)为负极，Ag(2)为正极。Ag(2)为正极，电极反应为Ag++e-=Ag，Ag(1)为负极，电 极反应为Ag-e-=Ag+，溶液B 中的硝酸根离子由右池透过阴离子交换膜进入左池；a 极与正极相连为阳极， 发生氧化反应，电极反应式为2H2O-4e-═O2↑+4H+，硫酸根离子透过交换膜c 进入阳极区，故c 为阴离子交 换膜，b 极与负极相连为阴极，电极反应式为2H2O+2e-═H2↑+2OH-，钠离子透过交换膜进入阳极区，故d 为阳离子交换膜，据此作答。 【解析】由分析可知，电池放电过程中a 极产生氧气，b 极产生氢气，A 错误；电解过程中，两个离子交 换膜之间的硫酸钠溶液中，Na+通过阳离子交换膜d 进入阴极（b 极）区，SO 通过阴离子交换膜c 进入阳 极（a 极）区，因此c、d 离子交换膜依次为阴离子交换膜和阳离子交换膜，B 错误；电池从开始工作到停 止放电，正极区硝酸银溶液的浓度将由4mol/L 降低到2.5mol/L，负极区硝酸银溶液的浓度同时由1mol/L 升高到2.5mol/L，正极反应可还原Ag+的物质的量为1L×（4mol/L-2.5mol/L）=1.5mol，电路中转移1.5mol 电子，电解池的阴极反应生成1.5molOH-，即阴极区可制得1.5mol 氢氧化钠，其质量为60g，C 正确；a 电 极为阳极，活性电极优先放电，故a 电极石墨电极用金属银电极代替时银会溶解，得不到氧气，b 极为阴 极，电极不放电，可用银电极代替，D 错误；故选C。 03 考查离子交换膜的应用 5.（2025·辽宁沈阳·二模）天津大学研究团队以KOH 溶液为电解质，CoP 和 纳米片为催化电极材料， 电催化合成偶氮化合物[ ]的装置如图所示(R 代表烃基)。下列说法不正确的是 A．若用铅蓄电池作为电源，CoP 极连接铅蓄电池的铅电极 B．离子交换膜是阴离子交换膜 C．合成1mol 偶氮化合物，需转移8mol 电子 D． 电极反应式为 【答案】D 【分析】该装置为电解池， 电极上是 生成RCN，发生氧化反应， 为阳极，电极反应为 ，CoP 电极是由硝基苯生成偶氮化合物，发生的是还原反应，CoP 为阴极，电极反应式为2 +8e-+4H2O= +8OH-，据此分析解答。 【解析】CoP 为阴极，接直流电源的负极，即连接铅蓄电池的铅电极，A 正确；左侧电极生成 ，右侧 电极消耗 ，左侧 需要迁移到右侧，离子交换膜是阴离子交换膜，B 正确；CoP 为阴极，根据电极 反应式可知，合成1mol 偶氮化合物，需转移8mol 电子，C 正确； 为阳极，发生氧化反应，电解质溶 液为碱性，电极反应为 ，D 错误；故选D。 6.（2025·内蒙古·一模）利用 在碱性条件下实现废水中 （Ⅲ）的回收，铬的去除率大于 ，其 装置如图所示。下列说法正确的是 A．膜a，膜b 均为阳离子交换膜 B．废水室中反应的离子方程式为 C．反应一段时间后，阴极区溶液的pH 减小 D．通电过程中石墨N 极每产生33.6L 气体，则双极膜内减少 【答案】B 【分析】根据图示中氢离子的移动方向可知，N 为阴极，则M 为阳极，在阳极水失去电子生成氧气电极反 应为：2H2O−4e−=4H++O2↑，氢离子结合硫酸根离子生成硫酸，缓冲室中的硫酸根离子通过膜a 向左移动， 缓冲室中的钠离子通过膜b 向右移动，则膜a 为阴离子交换膜，b 为阳离子交换膜， 通过膜c 进入产 品室，膜c 是阴离子交换膜，以此解题； 【解析】由分析可知，膜a 为阴离子交换膜，膜b 均为阳离子交换膜，A 错误；依据图中物质，废水室中 Cr3+在碱性条件下被H2O2氧化生成 ，反应的离子方程式为 ，B 正确；由分析可知，N 为阴极，在阴极氢离子得到电子生成氢气，但是同时双极膜中的氢离子向阴极 移动，则反应一段时间后，阴极区溶液的 不变，C 错误；没有给出气体所处的条件，无法计算氢气的 物质的量，则无法计算减少 的质量，D 错误；故选B。 04 考查电化学有关计算 7.（2025·黑龙江·一模）利用多膜装置通过电解法可以制备KNO3，同时获得一定的副产品，其电解装置如 图所示。下列说法正确的是 A．Y 膜为阳离子交换膜 B．阴极室溶液中OH-浓度逐渐降低 C．理论上每生成1molCl2，阴极室溶液质量增加46g D．理论上每生成标准状况下22.4LCl2，阳极室内溶液质量减少149g 【答案】D 【分析】阳极室：2Cl--2e-=Cl2↑；阴极室：2H2O+2e-=2OH-+H2↑，电解法可以制备KNO3，根据图示，阳极 室中的钾离子进入硝酸钾溶液，NaNO3溶液中硝酸根离子进入硝酸钾溶液、钠离子进入阴极室生成氢氧化 钠。 【解析】NaNO3中NO3 -通过Y 膜向左移生成KNO3，Y 膜为阴离子交换膜，故A 错误；阴极室发生反应 2H2O+2e-=2OH-+H2↑，OH-浓度逐渐增加，故B 错误；生成1molCl2时，转移2mol 电子，阴极室内生成 1molH2但补充了2molNa+，因此阴极室溶液质量增加44g，故C 错误；生成1molCl2（标准状况下体积为 22.4L）即转移2mol 电子，同时有2molK+移向硝酸钾溶液，则阳极室内减少2molKCl，即溶液质量减少 149g，故D 正确；故选D。 8.（2025·吉林·二模）一种利用电化学方法将生物质转化生成的 高效合成有机硫化合物的工作原理 如图。电解质为 溶液，在高纯度导电炭黑(KB)催化作用下， 和 在电极表面形成 、 和 等有机硫化合物。下列说法错误的是 A．KB 能导电是因为其有类石墨的大π 键微观结构 B．离子交换膜为阳离子交换膜 C．生成 的电极反应式为 D．理论上，每形成 键，体系生成标况下 【答案】D 【解析】由图，Pt-C 电极上水得到电子发生还原反应生成氢气，为阴极，则KB 为阳极，阳极上物质发生 氧化反应。KB 为高纯度导电炭黑，能导电是因为其有类石墨的大 键微观结构，存在自由移动的电子，故 A 正确； 电解池中阳离子向阴极移动，由图离子移动方向，离子交换膜为阳离子交换膜，故B 正确；阳 极上 和 生成 的反应为失去电子的氧化反应，电极反应式为 ，故C 正确；由于阳极发生氧化反应，在电极表面形成 、 和 等有机硫化合物，不确定具体转移电子的物质的量，不 能计算生成标况下氢气的体积，故D 错误；故选D。 05 考查电化学综合应用 9.（2025·黑龙江·一模）我国科学家通过电化学耦合丙酮酸和硝酸钾，在PdCu 纳米珠线((PdCuNBWs)的催 化作用下合成了丙氨酸，其工作原理示意图如图。下列说法错误的是 A．X 极的电势比Y 极高 B．Y 极的电极反应： 4H2O+ C．该离子交换膜为阳离子交换膜 D．若Y 极生成丙氨酸1 mol，电解效率为80%，阳极上最多生成氧气70 L 【答案】D 【分析】根据装置图可知：该装置连接了直流电源，因此图示装置为电解池，其中在X 电极上H2O 失去电 子被氧化变为O2，则X 电极为阳极，与电源正极连接；Y 电极上丙酮酸与KNO3发生还原反应产生丙氨 酸，Y 电极为阴极，与电源负极连接。然后根据电解原理分析解答。 【解析】根据上述分析可知：X 电极为阳极，Y 电极为阴极，则阳极X 极的电势比阴极Y 极高，A 正确； 在阴极上丙酮酸与KNO3在酸性条件下发生还原反应产生丙氨酸，同时得到水，电极反应式为： + 4H2O+ ，B 正确；在阳极X 上H2O 失去 电子被氧化为O2，电极反应式为：2H2O-4e-=4H++O2↑，产生的H+通过离子交换膜进入阴极室，在阴极上发 生还原反应产生丙氨酸及H2O，阴极Y 的电极反应式为： + 4H2O+ ，故该离子交换膜为阳离子交换膜，C 正确；阴极Y 上发生反应： + 4H2O+ ，若生成1 mol 丙氨酸，得到10 mol 电子，若电解效率为80%，则H2O 失去电子的物质的量为n(e-)= =12.5 mol，根据阳极的电极反 应式2H2O-4e-=4H++O2↑，可知失去12.5 mol 电子时，阳极X 上产生O2的物质的量是n(O2)= =3.125 mol，但由于未知O2所处的外界条件，因此不能确定生成的O2的体积大小，D 错误；故选D。 10.（2025·东三省联考）硅是目前已知比容量最高的锂离子电池负极材料。某硅基钴酸锂电池的工作原理 如图所示。已知充电时硅基电极反应式为 。下列说法正确的是 A．右侧电极通过锂离子的脱嵌与嵌入实现充、放电 B．闭合K2， 电极发生还原反应 C．闭合K1， 电极的电极反应式为 D．闭合K2，当电路中转移0.1mol 电子时，理论上左室电解质质量减少0.7g 【答案】A 【分析】由题干图示信息可知，闭合K1时，该装置为原电池，Si 电极为电池的负极，电极反应为： ， 为正极，电极反应为： ；当闭合 K2时，该装置为电解池，Si 电极为电解池的阴极，电极反应为： ， 为 阳极，电极反应为： ，据此分析解题。 【解析】由分析可知，放电时，右侧电极为正极，电极反应式为 ， 电极发生Li+嵌入；闭合，该电池为电解池， 电极为电池的阳极，阳 极的电极反应式为 ， 电极发生Li+脱嵌，故A 正确；据分 析，闭合K2时是充电过程，即为电解池， 电极为阳极，发生氧化反应，故B 错误；据 分析，闭合K1时， 电极为正极，电极反应为 ，故C 错 误；闭合K2，左室电解质中的Li+在阴极上与Si 反应生成LixSi，但是右侧Li+会从阳极室穿过锂离子导体 膜移动到阴极室，理论上左室电解质质量不变，故D 错误；故选A。 11.（2025·内蒙古·一模）甲烷燃料电池采用铂作为电极材料，两个电极上分别通入 和 ，电解质溶液 为 溶液。某研究小组将上述两个甲烷燃料电池串联后作为电源，进行电解饱和 溶液的实验，如 下图所示。 下列说法正确的是 A．将a 电极换成铁棒，电解池反应将发生变化 B．c 电极反应式： C．每个电池甲烷通入量为 且反应完全，则理论上最多能产生氢气 D．用外加电流法保护钢铁设备，可以将设备与d 极相连 【答案】A 【分析】燃料电池中通入 燃料一极为负极，通入O2一极为正极，与负极相连的b 为电解池阴极，正极 相连的a 为电解池阳极，据此可分析解答。 【解析】a 为电解池阳极，若换成铁棒，则阳极反应为：Fe-2e-= Fe2+，故A 正确；c 电极反应式： ，故B 错误；根据电子得失守恒可知CH4~ ~8e-~4H2，所以标准状况下，每 个电池通入 1mol CH4且完全反应，理论上最多能得到 4molH2，故C 错误；用外加电流法保护钢铁设备， 设备应作阴极，即与c 极相连，故D 错误；故选A。 12.（2025·吉林·一模）一种能捕获和释放 的电化学装置如下图所示。其中a、b 均为惰性电极，电解质 溶液为 溶液。当 连接 时，极区溶液能捕获通入的 。下列说法错误的是 A． 连接 时，极发生反应： B． 连接 时， 连接电源正极 C． 连接 时，a 极区 的值增大 D．该装置通过“充电”和“放电”调控极区溶液 ，捕获和释放 【答案】C 【分析】当 连接 时，极区溶液能捕获通入的二氧化碳，说明与直流电源负极相连的b 电极为电解池 的阴极，电极反应式为 ，a 电极为阳极， 在阳 极失去电子发生氧化反应生成 ，电极反应式为 —e—= ； 连接 时，该装置为原电池，b 电极为负极，电极反应式为 +2OH——2e-=2H2O+ ，a 电极为正极， 在正极得到电子发生还原反应生成 ，电极反 应式为 +e-= ，则该装置通过“充电”和“放电”调控极区溶液pH，捕获和释放 二氧化碳。 【解析】由分析可知，当 连接 时，b 电极为电解池的阴极，电极反应式为2H2O+ +2e-= +2OH—，故A 正确；由分析可知，当 连接 时，b 电极为电解池的阴极，a 为阳 极，与连接电源正极相连，故B 正确；由分析可知， 连接 时，a 电极为正极， 在正极得 到电子发生还原反应生成 ，则a 极区 的值减小，故C 错误；由分析可知，该 装置通过“充电”和“放电”调控极区溶液pH，捕获和释放二氧化碳，故D 正确；故选C。 13.（2025·内蒙古通辽·一模）四甲基氢氧化铵 常用作电子工业清洗剂，以四甲基氯化铵 为原料，采用电渗析法合成 ，其工作原理如图所示(a、b 为石墨电极，c、d、e 为离子交换膜)，下列说法正确的是 A．电流方向为M→a，b→N B．a、b 两极均有气体生成，且同温同压下体积比为1 2∶ C．c 为阳离子交换膜，d、e 为均阴离子交换膜 D．线路中通过1mol 时，两极室电解液质量变化差值 为42g 【答案】D 【分析】以四丁基氯化铵(CH3)4NCl 为原料，采用电渗析法合成(CH3)4NOH 的过程中，根据第三个池中浓 度变化得出：钠离子从第四池通过e 膜，氯离子从第二池通过d 膜，得到c、e 均为阳离子交换膜，a 为阴 极b 为阳极，阳极电极反应式为4OH--4e-=O2↑+2H2O。 【解析】由分析，a 为阴极连接电源负极M，b 为阳极连接电源正极N，故电流方向a→M，N→b，A 错 误；a 电极为氢离子放电生成氢气，故电极反应方程式为2H++2e-=H2↑，b 电极为氢氧根离子放电生成氧气 4OH--4e-=O2↑+2H2O，转移电子是1mol，a、b 两极产生气体物质的量分别为0.5mol 和0.25mol，同温同压 下体积比为2 1∶，故B 错误；钠离子从第四池通过e 膜，[(CH3)4N]+从第二池通过c 膜，氯离子从第二池通 过d 膜，得到c、e 均为阳离子交换膜，d 为阴离子交换膜，故C 错误；线路中通过1mole−时，由电极反 应，B 室产生0.25molO2，同时有1mol 钠离子从第四池通过e 膜造成质量减小，Δmb=8+23=31g，同时有 1mol [(CH3)4N]+从第二池通过c 膜，并生成0.5molH2，Δma=74-1=73g，Δma−Δmb=42g，故D 正确；故选 D。 14.（2025·内蒙古·三模）清华大学段吴泓副教授课题组首次利用糠醛创制了一种如图a 所示的新型可充放 电的“生物质电池”，该电池在充放电过程中可生产高附加值化学品糠醇和糠酸盐，其原理可用图b 表 示。下列说法正确的是 A．该装置在生成糠酸盐时将电能转化为化学能 B．膜a 为阴离子交换膜 C．充电时电极B 附近碱性增强 D．若使用铅蓄电池为其充电，当1mol 糠醛转化时，Pb 电极增重96g 【答案】D 【分析】由用电器可知，放电时：电极A 为负极，失去电子，B 为正极，此时糠醛转化为糠酸盐；充电 时：A 电极糠醛转化为糠醇，发生还原反应，A 为阴极，B 为阳极。 【解析】根据分析，放电时：A 电极糠醛转化为糠酸盐，将化学能转化为电能，故A 错误；根据图a 正极 进入的是浓KOH，而出去的是稀KOH， 参与正极反应，所以 通过离子交换膜交换，可得膜a 为阳 离子交换膜，故B 错误；充电时B 为阳极，电极反应为： ，电极B 附 近碱性减弱，故C 错误；当1mol 糠醛转化时，转移2mol ，铅蓄电池中Pb 电极上1molPb 转化为1mol ，增重96g，故D 正确；故选D。 15.（2025·黑龙江·二模）神舟系列载人飞船的电源系统有太阳能电池帆板和镉镍蓄电池。其中镉镍电池的 工作原理示意图如下(L 为小灯泡， 、 为开关)，电池总反应为： 。 下列说法正确的是 A．镍镉电池可24 小时全天候处于充电状态 B．镍镉电池放电时，电池外部电势：电极A 电极B C．镍镉电池充电时，电极A 附近碱性逐渐减弱 D．镍镉电池充电时，阳极反应式： 【答案】D 【分析】根据图示，电极A 充电时为阴极，则放电时电极A 为负极，负极上Cd 失电子发生氧化反应生成 Cd(OH)2，负极反应式为： ；电极B 充电时为阳极，则放电时电极B 为正极， 正极上NiOOH 得电子发生还原反应生成Ni(OH)2，正极反应式为： ；放电时总反应为： 。 【解析】使用太阳能帆板对镍镉电池进行充电，白天关照时才处于充电状态，故A 错误；据分析放电时， 电极A 为负极，故电极A 电势小于电极B，故B 错误；据分析，充电时电极A 的电极反应方程式为： ，A 电极附近碱性增强，故C 错误；据分析，充电时，阳极发生氧化反应，反 应式为： ，故D 正确。故选D。 16.（2025·吉林·二模）羟基自由基(·OH)是自然界中氧化性仅次于氟的氧化剂。一种能将苯酚(C6H5OH)氧化 为CO2、H2O 的原电池-电解池组合装置如图。该装置能实现发电、环保二位一体。下列说法错误的是 A．c 极为阴极，M 为阳离子交换膜 B．b 极的电极反应式为C6H5OH-28e-＋28OH-=6CO2↑＋17H2O C．d 极区苯酚被氧化的反应为C6H5OH＋28·OH=6CO2↑＋17H2O D．右侧装置中，每转移0.7 mol e-，c、d 两极共产生气体11.2L(标准状况) 【答案】B 【解析】根据电池装置图可知，左侧是原电池装置，a 电极上重铬酸根离子得到电子，化合价降低，生成 氢氧化铬，b 电极上苯酚生成二氧化碳，碳元素化合价升高，被氧化，b 电极是负极，a 电极是正极，c 电 极是阴极，d 电极是阳极，A 项不符合题意；b 电极上苯酚转化成二氧化碳，苯酚和生成的二氧化碳在碱性 条件下不共存，所以应当选择酸性环境，故电极反应式为 ，B 项符合 题意；右侧装置是电解池装置，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，正极电极反应式为 ，羟基自由基氧化能力很强，能氧化苯酚为二氧化碳和水，故苯酚 被氧化大的方程式为 ，C 项不符合题意；c 极上氢离子放电，电极反应式为 ，d 电极的电极反应式为 ，结合苯酚的氧化过程知，当转移0.7mol 电子 时，d 极生成0.7mol 的▪OH，它氧化苯酚时生成 二氧化碳，标况下体积为3.36L，c 极上 生成0.35mol 的氧气，标况下体积为7.84L，则气体总量为11.2L，D 项不符合题意，故选B。 17.（2025·内蒙古·二模）一种海水中提取锂的电解装置如图所示。保持电源正负极不变，每运行一段时间 后，将电极1 与4 取下互换，电极2 与3 取下互换，实现锂的富集。下列说法不正确的是 A．互换前电极2 上发生的反应为 B．互换后电极4 发生的反应与互换前电极1 发生的反应相同 C．理论上，电极1 与电极4 的质量之和保持不变 D．理论上，电路中通过 时，右侧电解液质量增加 【答案】D 【分析】为从海水中提取锂，电极1 的电极反应式为： ，则电极1 为阴极，则 电极2 为阳极，电极3 为阴极，电极4 为阳极，在电极4 上发生氧化反应： ， 实现了锂的提取。 【解析】互换前，电极2 为阳极，Ag 在阳极失电子结合海水中的 生成 ，电极反应式为 ，A 正确；互换前电极1 为阴极，发生反应 ；互换后电极4 连接电源负极变为阴极，发生反应也是 ，二者反应相同，B 正确；电极1 电极反 应为 ，电极4 电极反应为 ，理论上，电极1 增加的锂 离子的质量等于电极4 溶解的锂离子的质量，所以电极1 与电极4 的质量之和不变， C 正确；电极3 上电 极反应式为 ，电极4 上电极反应式为 ，所以理论上，电路通 过1mol 时，右侧电解液增加的质量相当于1mol 的质量，质量为 ，D 错误； 综上，答案是D。 18.（2025·黑龙江·一模）钠离子电池有耐高温、安全的特点，现有从废水中回收钠的装置，如图所示，中 间室中电极材料具有选择性吸附，可将 转化为 ，而脱出 转化为 （M 为某过渡金 属）的功能，废水中钠以 形式回收。下列有关说法错误的是 A．第一步吸附钠时，应接通“电源1” B．第二步脱出钠时，中间室电极反应式为 C．为完成钠离子的吸附/脱出，交换膜“a”“b”应选用阴离子交换膜 D．产品室每生成 ，理论上标准状况下惰性电极1 上生成 体积为 【答案】C 【分析】废水回收钠的工作原理为第一步接通电源1，与直流电源正极相连的惰性电极1 为阳极，水在阳 极失去电子发生氧化反应生成氧气和氢离子，电极反应式为： ，中间室材料为阴 级， 在阴极得到电子发生还原反应生成 ，阴极电极反应式为 ，钠离子通过阳离子交换膜由阳极室进入阴极室；第二步接通电源2，与 直流电源正极相连的中间室材料为阳极， 在阳极失去电子发生氧化反应生成 ，阳极电极 反应式为 ，惰性电极2 为阴极，水分子作用下氧气在阴极得到电子发生还原反 应生成氢氧根离子，阴极电极反应式 ，钠离子通过阳离子交换膜由中间室进入产 品室，从而达到使废水中的钠离子最终以氢氧化钠的形式被回收的目的。 【解析】据以上分析可知，吸附时， 在阴极得到电子发生还原反应生成 ，阴极电极反应 式为 ，应接通“电源1”，A 正确；脱出钠时， 转化为 ， M 元素化合价升高，发生氧化反应，电极反应式为 ，B 正确；无论是吸附 还是脱出钠的过程，都是 在中间室与其他室之间移动，所以交换膜“a”“b”应选用阳离子交换膜，让 通过 ，而不是阴离子交换膜，C 错误；惰性电极2 为阴极，水分子作用下氧气在阴极得到电子发生还 原反应生成氢氧根离子，电极反应式 ，钠离子通过阳离子交换膜由中间室进入产 品室，生成8g（即0.2mol）NaOH ，转移0.2mol 电子，惰性电极1 上发生反应 ， 根据电子守恒，生成 的物质的量为0.05mol ，标准状况下体积为 ，D 正确； 故选C。 19.（2025·吉林·二模）一种 双膜二次电池，其示意图如下。下列说法正确的是 已知：①M、N 均为多孔石墨烯电极； ②起始时I 室(含储液罐)溶液中只含 。 A．M 极为电池的正极 B．充电过程中，II 室中的 溶液浓度逐渐增大 C．X 膜、Y 膜均为阴离子交换膜 D．放电后，I 室中 时，导线中传导 电子 【答案】C 【分析】由图可知，外电路连接用电器，为原电池，即放电，M 极Sn2+失去电子发生氧化反应生成Sn4+， M 为负极，N 极溴单质得到电子发生还原反应生成溴离子，N 为正极，III 室中溴离子进入II 室，并继续向 I 室迁移，电池总反应为SnBr2+Br2=SnBr4；充电时，负极接外电源负极做阴极，即M 为阴极，N 为阳极； 【解析】由分析可知，M 为电池负极，A 错误；放电时，III 室溴单质得到电子发生还原反应生成溴离子， III 室中溴离子进入II 室，并继续向I 室迁移，保证I 室中溶液电中性，则充电过程相反，故充电过程中，II 室中的 溶液浓度不变，B 错误；由分析知，N 极溴单质得到电子发生还原反应生成溴离子，N 为正 极，III 室中溴离子进入II 室，并继续向I 室迁移，故X 膜、Y 膜均为阴离子交换膜，C 正确；起始时I 室 (含储液罐)溶液中只含 ，放电后，I 室中 时，有 amol Sn2+转化为Sn4+， 转移电子 amol，D 错误；故选C。 20.（2025·辽宁·二模）利用光能源可以将CO2转化为重要的化工原料C2H4(电解质溶液为稀硫酸)，同时可 为制备次磷酸(H3PO2)提供电能，其工作原理如图所示。下列说法错误的是 A．Y 极为阴极 B．标准状况下，当Z 极产生11.2 L O2时，可生成H3PO2的数目为NA C．a、b、d 为阳离子交换膜，c 为阴离子交换膜 D．W 极的电极反应式为2CO2＋12H＋＋12e-=C2H4＋4H2O 【答案】B 【分析】左侧为原电池，右侧为电解池；左侧Z 极上发生氧化反应2H2O-4e-=O2+4H+是原电池负极，W 极 上发生还原反应2CO2+12H++12e-=C2H4+4H2O 是原电池正极，电解质溶液中H+由左到右穿过a 膜；右侧Y 极连接原电池负极(Z 极)，是电解池阴极，发生还原反应2H2O+2e-=H2+2OH-，X 极连接原电池正极(W 极)，是电解池阳极，发生氧化反应2H2O-4e-=O2+4H+，原料室中Na+通过d 膜进入N 室保证电荷守恒， 通过c 膜进入产品室，M 室中生成的H+通过b 膜进入产品室，H+与 按个数比1 1 ﹕生成 H3PO2。 【解析】右侧Y 极连接原电池负极（Z 极），是电解池阴极，故A 正确；Z 极上的电极反应为：2H2O-4e- =O2+4H+，标准状况下，11.2LO2物质的量是0.5mol，转移电子2mol，则X 极上反应也应失去电子2mol， 生成2molH+，最终生成2molH3PO2，其数目为2NA，故B 错误；由于电解过程中电解质溶液中H+由左到右 穿过a 膜，原料室中Na+通过d 膜进入N 室保证电荷守恒， 通过c 膜进入产品室，M 室中生成的 H+通过b 膜进入产品室，则a、b、d 膜均过阳离子，c 膜过阴离子，故C 正确；W 极为原电池的正极，其 电极反应式为：2CO2+12H++12e-=C2H4+4H2O，故D 正确；故选B。 1.（2024·黑吉辽卷）“绿色零碳”氢能前景广阔。为解决传统电解水制“绿氢”阳极电势高、反应速率缓 慢的问题，科技工作者设计耦合 高效制 的方法，装置如图所示。部分反应机理为： 。下列说法错误的是 A. 相同电量下 理论产量是传统电解水的1.5 倍 B. 阴极反应： C. 电解时 通过阴离子交换膜向b 极方向移动 D. 阳极反应： 【答案】A 【解析】据图示可知，b 电极上HCHO 转化为HCOO-，而HCHO 转化为HCOO-为氧化反应，所以b 电极 为阳极，a 电极为阴极，HCHO 为阳极反应物，由反应机理 可知： 反应 后生成的 转化为HCOOH。由原子守恒和电荷守恒可知，在生成 HCOOH 的同时还生成了H-，生成的HCOOH 再与氢氧化钾酸碱中和：HCOOH+OH-=HCOO-+H2O，而生 成的H-在阳极失电子发生氧化反应生成氢气，即2H--2e-=H2↑，阴极水得电子生成氢气：2H2O-2e- =H2↑+2OH-。由以上分析可知，阳极反应：①HCHO+OH--e-→HCOOH+ H2，②HCOOH+OH-=HCOO- +H2O，阴极反应2H2O-2e-=H2↑+2OH-，即转移2mol 电子时，阴、阳两极各生成1molH2，共2molH2，而传 统电解水： ，转移2mol 电子，只有阴极生成1molH2，所以相同电量下 理论 产量是传统电解水的2 倍，故A 错误；阴极水得电子生成氢气，阴极反应为2H2O-2e-=H2↑+2OH-，故B 正 确；由电极反应式可知，电解过程中阴极生成OH-，负电荷增多，阳极负电荷减少，要使电解质溶液呈电 中性， 通过阴离子交换膜向阳极移动，即向b 极方向移动，故C 正确；由以上分析可知，阳极反应涉 及到：①HCHO+OH--e-→HCOOH+ H2，②HCOOH+OH-=HCOO-+H2O，由( + )×2 ①② 得阳极反应为： ，故D 正确；故选A。 2.（2025·四川卷）最近，我国科学工作者制备了一种 电催化剂，并将其与金属铝组装成可充电电 池，用于还原污水中的 为 ，其工作原理如图所示。研究证明，电池放电时，水中的氢离子在电催 化剂表面获得电子成为氢原子，氢原子再将吸附在电催化表面的 逐步还原为 。 下列说法错误的是 A．放电时，负极区游离的 数目保持不变 B．放电时、还原 为 ，理论上需要 氢原子 C．充电时， 从阴极区穿过离子交换膜进入阳极区 D．充电时，电池总反应为 【答案】A 【分析】放电时，负极铝失去电子和氢氧根离子结合生成四羟基合铝酸根， ， 正极水中的氢离子在电催化剂表面获得电子成为氢原子，氢原子再将吸附在电催化剂表面的 逐步还原 为 ，正极区发生反应为 (注意此反应不是电极反应)，充电时，金属铝为 阴极， 电极为阳极，据此解答。 【解析】放电时，负极铝失去电子和氢氧根离子结合生成四羟基合铝酸根： ， 当转移3mol 电子时，消耗 ，同时正极区会有 通过 离子交换膜进行补充， 净 消耗1mol，故负极区游离的 数目会减少，故A 错误；氢原子将吸附在电催化剂表面的 逐步还原 为 ，还原 为 ，由化合价变化可知，得到8mol 电子，所以理论上需要 氢原子， 故B 正确；充电时，阴离子向阳极移动，所以充电时， 从阴极区穿过 离子交换膜进入阳极区，故 C 正确；充电时，电池阴极反应式为 ，阳极反应式为 ，总反应为 ，故D 正确；故选A。 3.（2025·全国卷）某研究小组设计如下电解池，既可将中性废水中的硝酸盐转化为氨，又可将废塑料 (PET)碱性水解液中的乙二醇转化为羟基乙酸盐，实现变废为宝。 电解时，下列说法错误的是 A．阳极区 下降 B． 从阴极区向阳极区迁移 C．阴极发生反应 D．阴极转化 ，阳极将生成 【答案】D 【分析】根据图示，电解时，左侧电极连接电源负极，为阴极区，发生还原反应，电极反应式为： ；右侧电极连接电源正极，为阳极区，发生氧化反应，电极反应式为： 。 【解析】根据分析，阳极区消耗了 ， 下降，A 正确；阴极区生成了 ，阳极区消耗了 ，按 照离子移动方向， 从阴极区通过阴离子交换膜向阳极区迁移，B 正确；根据分析阴极发生还原反应， 电极反应式为： ，C 正确；阴极转化 ，转移 ，此时阳极 将生成 ，D 错误；故选D。 4.（2025·湖南卷）一种电化学处理硝酸盐产氨的工作原理如图所示。下列说法错误的是 A．电解过程中， 向左室迁移 B．电解过程中，左室中 的浓度持续下降 C．用湿润的蓝色石蕊试纸置于b 处，试纸先变红后褪色 D． 完全转化为 的电解总反应： 【答案】B 【分析】由图可知，左侧发生 ，N 元素化合价下降，则左侧是阴极区，右侧发生 ，Cl 元素化合价上升，则右侧是阳极区，据此解答； 【解析】电解池中，阳离子向阴极移动，则， 向左室迁移，A 正确；电解过程中， 先生成，再消 耗，是中间产物，其浓度增大还是减小，取决于生成速率与消耗速率，无法得出其浓度持续下降的结论， B 错误；b 处生成氯气，与水反应生成盐酸和次氯酸，盐酸能使蓝色石蕊试纸变红，次氯酸能使变红的试 纸褪色，故能看到试纸先变红后褪色，C 正确；左侧阴极总反应是 ，右侧 阳极总反应是 ，将两电极反应相加即可得到总反应，D 正确；故选B。 5.（2025·广东卷）一种高容量水系电池示意图如图。已知：放电时，电极Ⅱ上 减少；电极材料每转 移1mol 电子，对应的理论容量为 。下列说法错误的是 A．充电时Ⅱ为阳极 B．放电时Ⅱ极室中溶液的pH 降低 C．放电时负极反应为： D．充电时16gS 能提供的理论容量为 【答案】B 【分析】放电时，电极Ⅱ上 减少，说明MnO2转化为Mn2+，化合价降低，发生还原反应，为原电池 的正极，由于电解质溶液为MnSO4，故电解质应为酸性溶液，正极反应为： ；则电极Ⅰ为原电池负极，MnS 失去电子生成S 和Mn2+，负极反应为： 。 【解析】由分析可知，放电时电极Ⅱ为正极，故充电时电极Ⅱ为阳极，A 正确；由分析可知，放电时电极 Ⅱ为正极，正极反应为： ，反应消耗 ，溶液的pH 升高，B 错误；由分 析可知，放电时电极Ⅰ为原电池负极，负极反应为： ，C 正确；根据放电时负极反 应，可知充电时阴极反应为 ，每消耗16gS，即0.5molS，转移1mol 电子，据题意可 知，能提供的理论容量为26.8A h ⋅，D 正确；故选B。 6.（2025·北京卷）用电解 溶液(图1)后的石墨电极1、2 探究氢氧燃料电池，重新取 溶液并 用图2 装置按i→iv 顺序依次完成实验。 实验 电极I 电极Ⅱ 电压/V 关系 i 石墨1 石墨2 a ii 石墨1 新石墨 b iii 新石墨 石墨2 c iv 石墨1 石墨2 d 下列分析不正确的是 A． ，说明实验i 中形成原电池，反应为 B． ，是因为ii 中电极Ⅱ上缺少 作为还原剂 C． ，说明iii 中电极I 上有 发生反应 D． ，是因为电极I 上吸附 的量：iv>iii 【答案】D 【分析】按照图1 电解 溶液，石墨1 为阳极，发生反应 ，石墨1 中会吸附 少量氧气；石墨2 为阴极，发生反应 ，石墨2 中会吸附少量氢气；图2 中电极Ⅰ 为正极，氧气发生还原反应，电极Ⅱ为负极。 【解析】由分析可知，石墨1 中会吸附少量氧气，石墨2 中会吸附少量氢气，实验i 会形成原电池， ，反应为2H2+O2=2H2O，A 正确；因为ii 中电极Ⅱ为新石墨，不含有H2，缺少 作为还原剂，故导致 ，B 正确；图2 中，电极Ⅰ发生还原反应，实验iii 中新石墨可能含有空气中的少量氧气，c＞0，说明 iii 中电极I 上有 发生反应，C 正确； ，实验iii 与实验iv 中电极Ⅰ不同， ，是因为电极I 上吸附 的量：iv>iii，D 错误；故选D。 7.（2025·云南卷）一种用双极膜电渗析法卤水除硼的装置如图所示，双极膜中 解离的 和 在电 场作用下向两极迁移。除硼原理： 。下列说法错误的是 A．Pt 电极反应： B．外加电场可促进双极膜中水的电离 C．Ⅲ室中，X 膜、Y 膜分别为阳离子交换膜和阴离子交换膜 D．Ⅳ室每生成 ，同时Ⅱ室最多生成 【答案】C 【分析】由图中氢离子和氢氧根的流向，可推出左侧Pt 电极为阳极，右侧石墨电极为阴极，阳极发生的反 应为： ，阴极发生的反应为： ，Ⅲ室中氯化钠浓度降低了，说 明钠离子往阴极方向移动，氯离子往阳极反向移动，据此解答。 【解析】由分析可知，Pt 电极为阳极，阳极发生的反应为： ，A 正确；水可微弱 的电离出氢离子和氢氧根，在外加电场作用下，使氢离子和氢氧根往两侧移动，降低了浓度，可促进双极 膜中水的电离，B 正确；由分析可知，Ⅲ室中氯化钠浓度降低了，说明钠离子往阴极方向移动，氯离子往 阳极反向移动，即钠离子往右侧移动，通过Y 膜，则Y 膜为阳离子交换膜，氯离子往左侧移动，通过X 膜，则X 膜为阴离子交换膜，C 错误；Ⅳ室每生成 ，则转移1mol 电子，有1mol 氢离子移到Ⅱ 室中，生成 ，D 正确；故选C。 8.（2025·河北卷）科研工作者设计了一种用于废弃电极材料 再锂化的电化学装置，其示意 图如下： 已知：参比电极的作用是确定 再锂化为 的最优条件，不干扰电极反应。下列说法正确的是 A． 电极上发生的反应： B．产生标准状况下 时，理论上可转化 的 C．再锂化过程中， 向 电极迁移 D．电解过程中，阳极附近溶液pH 升高 【答案】B 【分析】由装置图可知，该装置中有直流电源，为电解池，则 转化为 过程中，Co 元素化合价由 降为+3， 得电子发生还原反应，为阴极，电极反应式为 ，Pt 电极为阳极，失电子，发生氧化反应，电极反应式为 ，据此回答。 【解析】由分析知， 电极上发生的反应： ，A 错误；由 电极反应式可知，产生标准状况下5.6L(即0.25 mol) 时转移1 mol 电子，理论上转化 的 ，B 正确； 为阴离子，应向阳极移动，即向Pt 电极迁移，C 错误；由阳极电极反应式可知， 电解过程中，阳极产生 、消耗 ，酸性增强，则阳极附近pH 降低，D 错误；故选B。 9.（2025·河南卷）一种液流电解池在工作时可以实现海水淡化，并以 形式回收含锂废弃物中的锂元 素，其工作原理如图所示。 下列说法正确的是 A．Ⅱ为阳离子交换膜 B．电极a 附近溶液的 减小 C．电极b 上发生的电极反应式为 D．若海水用 溶液模拟，则每脱除 ，理论上可回收 【答案】D 【分析】由图可知，左侧为阴极，电极反应为 ，右侧为阳极，电极反应为 ，在膜Ⅰ和膜Ⅱ间加入海水，钠离子透过膜Ⅰ进入阴极区得到氢氧化钠， 氯离子透过膜Ⅱ进入膜Ⅱ与膜Ⅲ之间，锂离子透过膜Ⅲ进入膜Ⅱ与膜Ⅲ之间，在此处得到LiCl，则膜Ⅰ为 阳膜，膜Ⅱ为阴膜，膜Ⅲ为阳膜，据此解答。 【解析】由分析可知，膜Ⅱ为阴膜， A 错误；a 电极的反应为 ，pH 变大，B 错 误；由分析可知，电极b 的反应为 ，C 错误；每脱除58.5gNaCl，转移电子 数为1mol，有1molLi+和1molCl-分别透过离子交换膜Ⅲ、膜Ⅱ，可得到1molLiCl，D 正确；故选D。 10.（2025·甘肃卷）我国科研工作者设计了一种Mg-海水电池驱动海水( )电解系统(如下图)。以新 型 为催化剂(生长在泡沫镍电极上)。在电池和电解池中同时产生氢气。下列关于该系统的 说法错误的是 A．将催化剂生长在泡沫镍电极上可提高催化效率 B．在外电路中，电子从电极1 流向电极4 C．电极3 的反应为： D．理论上，每通过2mol 电子，可产生 【答案】D 【分析】由图可知，左侧为原电池，右侧为电解池，电极1 为负极，发生氧化反应，电极反应式为： Mg-2e-+2OH-=Mg(OH)2，电极2 为正极发生还原反应，电极反应式为：2H2O+2e-=H2↑+2OH-，右侧为电解 池，电极3 为阳极，产生氧气，电极4 产生阴极，产生氢气。 【解析】催化剂生长在泡沫镍电极上可加快电解速率，提高催化效率，A 正确；根据分析，电极1 是负 极，电极4 为阴极，电子从电极1 流向电极4，B 正确；由分析可知，电极3 为阳极，发生氧化反应，生成 氧气，电极3 的反应为： ，C 正确；根据分析可知，电极2 和电极4 均产生氢 气，理论上，每通过2mol 电子，可产生2molH2，D 错误；故选D。
