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热点情境专练(三) 基于最新研究成果的电化学装置
(选择题每小题3 分)
创新考法1 最新化学电源及分析
1.我国科学家发明了一种以
和MnO2为电极材料的新型电池,该电池的内部
结构如图所示,其中①区、②区、③区电解质溶液的酸碱性不同。放电时,电极材料
转化为
。设NA为阿伏加德罗常数的值,下列说法错误的是( )
A.充电时,外电源的负极连接b 电极
B.充电时,①区溶液中的SO4
2-向②区迁移
C.放电时,转移2NA个电子时,②区溶液增重174 g
D.放电时,a 电极的电极反应式为MnO2+4H++2e-
Mn2++2H2O
2.(2025·安徽“江南十校”联考)我国科学家设计的一种聚合物微粒电池,其工作原理如
图所示,已知该电池在放电过程中产生聚对苯二酚。下列说法正确的是( )
A.放电时,b 电极的电势要高于a 电极
B.放电时H+从a 电极区经过半透膜向b 电极区迁移
C.充电时,b 电极的电极反应式为
D.充电时,a 电极附近OH-的浓度减小
3.我国科学家研究出一种新型水系Zn-C2H2电池(结构如图所示),在放电的同时可实现乙
炔加氢。已知放电时Zn 转化为ZnO,电池工作时下列说法错误的是( )
2
A.b 极电势比a 极电势低
B.a 极的电极反应式为C2H2+2e-+2H2O
C2H4+2OH-
C.图中使用的交换膜为阴离子交换膜
D.每消耗65 g 锌,溶液中就有1 mol OH-从a 极移到b 极
4.(2025·广西柳州二模)金属硫电池(Me-S 电池)是一类以硫作为阴极材料、金属作为阳
极材料的电池系统,具有高能量密度、原材料丰富且成本低廉等优点。一种钾硫电池的
结构及原理如图所示。下列有关叙述错误的是( )
A.隔膜为阳离子交换膜
B.放电时,b 极可发生反应:2S6
2-+2e-
3S4
2-
C.电池充电时间越长,电池中的K2S8量越多
D.充电时,电路中转移0.1 mol 电子时,阴极质量增加3.9 g
5.(2025·河北石家庄一模)我国科研团队研发的强酸(IBA)单液流电池使用强酸性高浓度
异卤电解质溶液,通过引入Br-/Br2使得I-/IO3
-进行多电子转移,从而提高电池的安全性和
能量密度。其工作原理如图所示,下列说法错误的是( )
A.放电时,H+向电极N 移动
B.充电时,阴极区pH 减小
C.充电时,阳极区存在反应:2IBr-10e-+6H2O
Br2+2IO3
-+12H+
D.放电时,每消耗2.24 g Cd,右室有0.02 mol Br-生成
6.(2025·江西南昌一模)我国科学家开发了一种自充电水系Zn-NaFe[Fe(CN)6]电池,电池
电能耗尽后,无需外接电源,可通过H2O2实现电池自充电,电池工作原理如图。下列说法
错误的是
( )
3
A.该电池装置负极材料需足量
B.放电时,SO4
2-向Zn 电极移动
C.放电时,右侧电极反应为NaFe[Fe(CN)6]+xe-+xNa+
Na1+xFe[Fe(CN)6]
D.自充电时,每消耗1 mol H2O2,溶液中增加2x mol Na+
创新考法2 最新电解技术及应用
7.(2025·贵州六盘水一模)我国科学家采用电解法电解葡萄糖(C6H12O6)溶液可同时制备
山梨醇(C6H14O6)和葡萄糖酸(C6H12O7),电解原理如图所示。已知双极膜中水解离的H+和
OH-在电场的作用下向两极迁移。下列说法错误的是( )
A.M 电极与电源的负极相连
B.双极膜产生的OH-会移向N 电极
C.阴极的电极反应:C6H12O6+2e-+2H+
C6H14O6
D.每生成1 mol 山梨醇,理论上共消耗1 mol 葡萄糖
8.(2025·广东肇庆二模)我国科学家利用如图所示的电化学装置可捕捉废气中的CO2,并
将其转为CaCO3,同时得到高浓度的盐酸、H2和O2。在直流电源的作用下,双极膜中的
H2O 可自动解离为H+和OH-。下列说法不正确的是( )
A.电极b 连接电源正极
B.Ⅱ、Ⅲ室之间为阴离子交换膜
C.Ⅱ室中发生反应:Ca2++CO3
2-
CaCO3↓
D.理论上,每转移2 mol e-,双极膜上共解离2 mol H2O
9.(2025·河南创新发展联盟联考)我国福州大学和清华大学学者研制组装的Zn-NO3
-/乙醇
电池系统具有良好的充放电循环稳定性,工作原理如图所示,可以实现污水脱硝、能源转
化以及化学品合成的协同增效。下列说法错误的是( )
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A.放电时,正极的电极反应式:NO3
-+8e-+6H2O
NH3+9OH-
B.充电时,OH-通过离子交换膜由左侧移向右侧
C.充放电过程中,储液罐甲的液流体系中可分离出CH3COONH4
D.充电时,阴极的电极反应式:[Zn(OH)4]2-+2e-
Zn+4OH-
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参考答案
1.B 解析:放电时,某电极反应式为
,该电极是原电
池的负极,生成的K+需要通过阳离子交换膜进入②区,故该电极反应在③区发生,即b 电
极为放电时的负极,故a 电极为放电时的正极,二氧化锰在正极得电子发生电极反应
MnO2+4H++2e-
Mn2++2H2O,正电荷数目减少,故硫酸根离子通过阴离子交换膜进入②
区,且①区溶液呈酸性,③区溶液呈碱性。充电时,外电源负极连接原电池负极,即连接b
电极,A 正确;放电时,①区溶液中的硫酸根离子向②区迁移,则充电时,硫酸根离子迁移方
向与放电时相反,B 错误;放电时转移2NA个电子,有2 mol K+和1 mol 硫酸根离子进入②
区,故②区溶液增重174 g,C 正确;放电时,a 电极的电极反应式为MnO2+4H++2e-
Mn2+
+2H2O,D 正确。
2.D 解析:该电池在放电过程中产生聚对苯二酚(
),根据图中信息,
变为
是还原反应,说明a 电极为正极,b 电极为负极。放电时a 电极为正极,因此b 电极的电势
要低于a 电极,A 错误;放电时H+从b 电极区经过半透膜向a 电极区迁移,B 错误;充电时,b
电极为阴极,则b 电极的电极反应式为
,C 错误;充
电时,a 电极为阳极,则a 电极聚对苯二酚与OH-生成
和水,则a 电极附近OH-的浓度
减小,D 正确。
3.D 解析:该装置为原电池,由图示可知a 极上是乙炔转化为乙烯,电极反应式为
C2H2+2e-+2H2O
C2H4+2OH-,因此a 极为正极,b 极为负极,则b 极电势比a 极电势低,A、
B 正确;负极锌生成氧化锌的反应为Zn-2e-+2OH-
ZnO+H2O,要消耗OH-,则图中使用的
交换膜为阴离子交换膜,C 正确;每消耗65 g 锌,电路中转移2 mol 电子,根据溶液中电荷
守恒可知,溶液中就有2 mol OH-从a 极移到b 极,D 错误。
4.C 解析:根据电池总反应2K+3S
K2S3及装置图可知,电池工作时K 失去电子,发生
氧化反应,S 得到电子发生还原反应,则a 极为负极,b 极为正极。隔膜为阳离子交换膜,使
K+自由通过,平衡电荷,A 正确;放电时,b 极发生得电子的还原反应,可发生反应:2S6
2-+2e-
3S4
2-,B 正确;电池充电时K+生成K 单质,S8
2-最终转化为S 单质,充电时间越长,电池中
的K2S8量越少,C 错误;充电时,阴极上发生反应K++e-
K,电路中转移0.1 mol 电子时,有
0.1 mol K 单质析出,阴极质量增加3.9 g,D 正确。
5.D 解析:放电时,阳离子向正极移动,N 为正极,则放电时H+向电极N 移动,A 正确;充电
时,电极M 为阴极,阳离子向阴极移动,即氢离子向电极M 移动,即阴极区pH 减小,B 正确;
充电时,IBr 生成单质溴和碘酸根离子,即充电时,阳极区存在反应2IBr-10e-+6H2O
Br2+2IO3
-+12H+,C 正确;2.24 g Cd 为0.02 mol,共失去0.04 mol 电子,结合C 的分析,在放电
初期Br2和IO3
-的物质的量分别为1 mol、2 mol 时,最终分别生成溴离子和碘离子共得到
14 mol 电子,根据得失电子守恒可知,得到0.04 mol 电子时,可以生成0.04
14 ×2 mol=0.04
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mol Br-,D 错误。
6.D 解析:放电时,负极变化为Zn→Zn2+,正极变化为NaFe[Fe(CN)6]→Na1+xFe[Fe(CN)6];
充电时,阳极变化为Na1+xFe[Fe(CN)6]→NaFe[Fe(CN)6],在H2O2中发生该变化,同时H2O2
6
被还原为水。该电池的负极材料Zn 在放电时会溶解,而自充电时不能再生,因此负极材
料需足量,A 正确;放电时,阴离子向负极移动,因此SO4
2-向Zn 电极移动,B 正确;放电时,正
极为NaFe[Fe(CN)6]与Na+结合得电子形成Na1+xFe[Fe(CN)6],电极反应式为
NaFe[Fe(CN)6]+xe-+xNa+
Na1+xFe[Fe(CN)6],C 正确;充电时,右侧电极反应为
Na1+xFe[Fe(CN)6]-xe-
NaFe[Fe(CN)6]+xNa+,溶液中增加x mol Na+转移x mol 电子,1 mol
过氧化氢被还原为水转移2 mol 电子,因此每消耗1 mol H2O2,溶液中增加2 mol Na+,D 错
误。
7.D 解析:由图可知,在M 电极葡萄糖被还原为山梨醇,M 电极为阴极,电极反应式为
C6H12O6+2e-+2H+
C6H14O6,N 电极溴离子失电子被氧化为溴,N 电极为阳极,电极反应式
为2Br--2e-
Br2。M 电极为阴极,与电源的负极相连,A 正确;N 电极为阳极,双极膜产生
的OH-会移向N 电极,B 正确;M 电极为阴极,电极反应式为C6H12O6+2e-+2H+
C6H14O6,C
正确;电解过程中阴极区和阳极区都会消耗葡萄糖,根据得失电子守恒可知,每生成1 mol
山梨醇共转移2 mol 电子,理论上共消耗2 mol 葡萄糖,D 错误。
8.D 解析:左侧双极膜中H+移向电极a,即电极a 为阴极,电极b 为阳极,阳极连接电源正
极,A 正确;右侧双极膜中H+移向Ⅲ室,Ⅱ室中Cl-也移向Ⅲ室,Ⅲ室中才能获得高浓度盐酸,
则Ⅱ、Ⅲ室之间为阴离子交换膜,B 正确;CO3
2-通过阴离子交换膜移向Ⅱ室,Ⅱ室中发生
反应Ca2++CO3
2-
CaCO3↓,C 正确;理论上,每转移2 mol e-,每个双极膜上都解离2 mol
H2O,两个双极膜上共解离4 mol H2O,D 错误。
9.B 解析:由图可知,放电时,Zn 失去电子生成[Zn(OH)4]2-,则Zn 板为负极,电极反应为
Zn+4OH--2e-
[Zn(OH)4]2-;正极上硝酸根离子被还原为氨,正极的电极反应式为NO3
-+8e-
+6H2O
NH3+9OH-,OH-通过离子交换膜由左侧移向右侧;充电时,阴极的电极反应式为
[Zn(OH)4]2-+2e-
Zn+4OH-,阳极上乙醇被氧化为乙酸,电极反应式为C2H5OH-4e-+4OH-
CH3COOH+3H2O,OH-通过离子交换膜由右侧移向左侧,氨与醋酸反应生成
CH3COONH4。放电时,正极的电极反应式为NO3
-+8e-+6H2O
NH3+9OH-,A 正确;充电时,
OH-通过离子交换膜由右侧移向左侧,B 错误;充放电过程中,分别产生醋酸和氨,二者反应
生成CH3COONH4,故储液罐甲的液流体系中可分离出CH3COONH4,C 正确;充电时,
[Zn(OH)4]2-被还原为Zn,则阴极的电极反应式为[Zn(OH)4]2-+2e-
Zn+4OH-,D 正确。
