2017年高考化学分类汇编：专题7原电池、电解池工作原理及其应用

一.单选题

1.（2017•海南）一种电化学制备NH3的装置如图所示，图中陶瓷在高温时可以传输H+。下列叙述错误的是(    )

A. Pb电极b为阴极                                                  B. 阴极的反应式为：N2+6H++6e−=2NH3

C. H+由阳极向阴极迁移                                         D. 陶瓷可以隔离N2和H2

2.（2017•天津）下列能量转化过程与氧化还原反应无关的是（　　）            

A. 硅太阳能电池工作时，光能转化成电能    B. 锂离子电池放电时，化学能转化成电能

C. 电解质溶液导电时，电能转化成化学能    D. 葡萄糖为人类生命活动提供能量时，化学能转化成热能

3.（2017•新课标Ⅲ）全固态锂硫电池能量密度高、成本低，其工作原理如图所示，其中电极a常用掺有石墨烯的S8材料，电池反应为：16Li+xS8=8Li2Sx（2≤x≤8）．下列说法错误的是（　　）

A. 电池工作时，正极可发生反应：2Li2S6+2Li++2e﹣=3Li2S4

B. 电池工作时，外电路中流过0.02 mol电子，负极材料减重0.14 g

C. 石墨烯的作用主要是提高电极a的导电性

D. 电池充电时间越长，电池中的Li2S2量越多

4.（2017•新课标Ⅱ）用电解氧化法可以在铝制品表面形成致密、耐腐蚀的氧化膜，电解质溶液一般为H2SO4﹣H2C2O4混合溶液．下列叙述错误的是（　　）            

A. 待加工铝质工件为阳极                                       B. 可选用不锈钢网作为阴极

C. 阴极的电极反应式为：Al3++3e﹣═Al                D. 硫酸根离子在电解过程中向阳极移动

5.（2017•新课标Ⅰ）支撑海港码头基础的钢管柱，常用外加电流的阴极保进行防腐，工作原理如图所示，其中高硅铸铁为惰性辅助阳极．下列有关表述不正确的是（　　）

A. 通入保护电流使钢管桩表面腐蚀电流接近于零

B. 通电后外电路电子被强制从高硅铸铁流向钢管桩

C. 高硅铸铁的作用是作为损耗阳极材料和传递电流

D. 通入的保护电流应该根据环境条件变化进行调整

二.综合题

6.（2017•天津）（14分）某混合物浆液含有Al（OH）3、MnO2和少量Na2CrO4 ． 考虑到胶体的吸附作用使Na2CrO4不易完全被水浸出，某研究小组利用设计的电解分离装置（见图），使浆液分离成固体混合物和含铬元素溶液，并回收利用．回答Ⅰ和Ⅱ中的问题．

Ⅰ．固体混合物的分离和利用（流程图中的部分分离操作和反应条件未标明）    

(1)反应①所加试剂NaOH的电子式为________．B→C的反应条件为________，C→Al的制备方法称为________．    

(2)该小组探究反应②发生的条件．D与浓盐酸混合，不加热，无变化；加热有Cl2生成，当反应停止后，固体有剩余，此时滴加硫酸，又产生Cl2 ． 由此判断影响该反应有效进行的因素有（填序号）________．

a．温度          b．Cl﹣的浓度        c．溶液的酸度    

(3)0.1mol Cl2与焦炭、TiO2完全反应，生成一种还原性气体和一种易水解成TiO2•xH2O的液态化合物，放热4.28kJ，该反应的热化学方程式为________．

Ⅱ含铬元素溶液的分离和利用    

(4)用惰性电极电解时，CrO42﹣能从浆液中分离出来的原因是________，分离后含铬元素的粒子是________；阴极室生成的物质为________（写化学式）．    

7.（2017•江苏）（12分）铝是应用广泛的金属．以铝土矿（主要成分为Al2O3 ， 含SiO2和Fe2O3等杂质）为原料制备铝的一种工艺流程如下：

注：SiO2在“碱溶”时转化为铝硅酸钠沉淀．(1)“碱溶”时生成偏铝酸钠的离子方程式为________．(2)向“过滤Ⅰ”所得滤液中加入NaHCO3溶液，溶液的pH________ （填“增大”、“不变”或“减小”）．(3)“电解Ⅰ”是电解熔融 Al2O3 ， 电解过程中作阳极的石墨易消耗，原因是________．(4)“电解Ⅱ”是电解Na2CO3溶液，原理如图所示．

阳极的电极反应式为________，阴极产生的物质A的化学式为________．(5)铝粉在1000℃时可与N2反应制备AlN．在铝粉中添加少量NH4Cl固体并充分混合，有利于AlN的制备，其主要原因是________．

8.（2017•北京）某小组在验证反应“Fe+2Ag+=Fe2++2Ag”的实验中检测到Fe3+  ， 发现和探究过程如下．

向酸化的0.05mol•L﹣1银溶液（pH≈2）中加入过量铁粉，搅拌后静置，烧杯底部有黑色固体，溶液呈黄色．    

(1)检验产物

①取少量黑色固体，洗涤后，________（填操作和现象），证明黑色固体中含有Ag．

②取上层清液，滴加K3[Fe（CN）6]溶液，产生蓝色沉淀，说明溶液中含有________．    

(2)针对“溶液呈黄色”，甲认为溶液中有Fe3+  ， 乙认为铁粉过量时不可能有Fe3+  ， 乙依据的原理是________（用离子方程式表示）．针对两种观点继续实验：

①取上层清液，滴加KSCN溶液，溶液变红，证实了甲的猜测．同时发现有白色沉淀产生，且溶液颜色变浅、沉淀量多少与取样时间有关，对比实验记录如下：

②对Fe3+产生的原因作出如下假设：

假设a：可能是铁粉表面有氧化层，能产生Fe3+；

假设b：空气中存在O2  ， 由于________（用离子方程式表示），可产生Fe3+；

假设c：酸性溶液中NO3﹣具有氧化性，可产生Fe3+；

假设d：根据________现象，判断溶液中存在Ag+  ， 可产生Fe3+ ． 

③下列实验Ⅰ可证实假设a、b、c不是产生Fe3+的主要原因．实验Ⅱ可证实假设d成立．

实验Ⅰ：向酸化的________溶液（pH≈2）中加入过量铁粉，搅拌后静置，不同时间取上层清液滴加KSCN溶液，3min时溶液呈浅红色，30min后溶液几乎无色．

实验Ⅱ：装置如图．其中甲溶液是________，操作现象是________．

(3)根据实验现象，结合方程式推测实验ⅰ～ⅲ中Fe3+浓度变化的原因：________．    

答案解析部分

一.单选题

1.【答案】A                    

【考点】电解原理                

【解析】【解答】解：A．Pb电极b上氢气失去电子，为阳极，故A错误；

B．阴极上发生还原反应，则阴极反应为N2+6H++6e﹣=2NH3  ， 故B正确；

C．电解池中，H+由阳极向阴极迁移，故C正确；

D．由图可知，氮气与氢气不直接接触，陶瓷可以隔离N2和H2  ， 故D正确；

故选A．

【分析】由电化学制备NH3的装置可知，通入氮气的一端为为阴极，通入氢气的一端为阳极，电解反应N2+3H2 2NH3  ， 电解池中阳离子向阴极移动，以此来解答．    

2.【答案】A                    

【考点】氧化还原反应，反应热和焓变                

【解析】【解答】解：A．光能转化为电能，不发生化学变化，与氧化还原反应无关，故A选；

B．发生原电池反应，本质为氧化还原反应，故B不选；

C．发生电解反应，为氧化还原反应，故C不选；

D．发生氧化反应，故D不选．

故选A．

【分析】发生的反应中存在元素的化合价变化，则为氧化还原反应，以此来解答．    

3.【答案】D                    

【考点】原电池和电解池的工作原理，电极反应和电池反应方程式                

【解析】【解答】解：A．据分析可知正极可发生反应：2Li2S6+2Li++2e﹣=3Li2S4  ， 故A正确；

B．负极反应为：Li﹣e﹣=Li+  ， 当外电路流过0.02mol电子时，消耗的锂为0.02mol，负极减重的质量为0.02mol×7g/mol=0.14g，故B正确；

C．硫作为不导电的物质，导电性非常差，而石墨烯的特性是室温下导电最好的材料，则石墨烯的作用主要是提高电极a的导电性，故C正确；

D．充电时a为阳极，与放电时的电极反应相反，则充电时间越长，电池中的Li2S2量就会越少，故D错误；

故选D．

【分析】由电池反应16Li+xS8=8Li2Sx（2≤x≤8）可知负极锂失电子发生氧化反应，电极反应为：Li﹣e﹣=Li+  ， Li+移向正极，所以a是正极，发生还原反应：S8+2e﹣=S82﹣  ， S82﹣+2Li+=Li2S8  ， 3Li2S8+2Li++2e﹣=4Li2S6  ， 2Li2S6+2Li++2e﹣=3Li2S4  ， Li2S4+2Li++2e﹣=2Li2S2  ， 根据电极反应式结合电子转移进行计算．    

4.【答案】C                    

【考点】电极反应和电池反应方程式，电解原理                

【解析】【解答】解：A、铝的阳极氧化法表面处理技术中，金属铝是阳极材料，故A正确；

B、不论阴极用什么材料离子都会在此得电子，故可选用不锈钢网作为阴极，故B正确；

C、阴极是阳离子氢离子发生得电子的还原反应，故电极反应方程式为2H++2e﹣=H2↑，故C错误；

D、在电解池中，阳离子移向阴极，阴离子移向阳极，故硫酸根离子在电解过程中向阳极移动，故D正确，

故选C．

【分析】A、铝的阳极氧化法表面处理技术中，金属铝是阳极材料，对应的电极反应为2Al﹣6e﹣+3H2O=Al2O3+6H+；

B、不论阴极用什么材料离子都会在此得电子；

C、阴极上是电解质中的阳离子发生得电子的还原反应；

D、在电解池中，阴离子移向阳极，阳离子移向阴极．    

5.【答案】C                    

【考点】金属的电化学腐蚀与防护                

【解析】【解答】A．被保护的钢管桩应作为阴极，从而使得金属腐蚀发生的电子迁移得到抑制，使钢管桩表面腐蚀电流接近于零，避免或减弱腐蚀的发生，故A正确；

B．通电后，惰性高硅铸铁作阳极，海水中的氯离子等在阳极失电子发生氧化反应，电子经导线流向电源正极，再从电源负极流出经导线流向钢管桩，故B正确；

C．高硅铸铁为惰性辅助阳极，所以高硅铸铁不损耗，故C错误；

D．在保护过程中要使被保护金属结构电位低于周围环境，则通入的保护电流应该根据环境条件变化进行调整，故D正确；

故选C．

【分析】外加电流阴极保护是通过外加直流电源以及辅助阳极，被保护金属与电源的负极相连作为阴极，电子从电源负极流出，给被保护的金属补充大量的电子，使被保护金属整体处于电子过剩的状态，让被保护金属结构电位低于周围环境，从而使得金属腐蚀发生的电子迁移得到抑制，避免或减弱腐蚀的发生，阳极若是惰性电极，则是电解质溶液中的离子在阳极失电子，据此解答．    

二.综合题

6.【答案】（1）；加热（或煅烧）；电解法

（2）ac

（3）2Cl2（g）+TiO2（s）+2C（s）═TiCl4（l）+2CO（g）△H=﹣85.6kJ•mol﹣1

（4）在直流电场作用下，CrO42﹣通过阴离子交换膜向阳极室移动，脱离浆液；CrO42﹣、Cr2O72﹣；NaOH和H2                    

【考点】物质分离和提纯的方法和基本操作综合应用                

【解析】【解答】解：（1）NaOH为离子化合物，电子式为 ，B为Al（OH）3  ， 在加热条件下生成氧化铝，电解熔融的氧化铝可得到铝，

故答案为： ；加热（或煅烧）；电解法；（2）反应涉及的条件为加热，加热下可反应，另外加热硫酸，氢离子浓度变化，可知影响的因素为温度和氢离子浓度，故答案为：ac；（3）0.1mol Cl2与焦炭、TiO2完全反应，生成一种还原性气体和一种易水解成TiO2•xH2O的液态化合物，放热4.28kJ，由质量守恒可知还原性气体为CO，反应的化学方程式为2Cl2（g）+TiO2（s）+2C（s）═TiCl4（l）+2CO（g），则2mol氯气反应放出的热量为 4.28kJ=85.6kJ，

所以热化学方程式为2Cl2（g）+TiO2（s）+2C（s）═TiCl4（l）+2CO（g）△H=﹣85.6kJ•mol﹣1  ， 

故答案为：2Cl2（g）+TiO2（s）+2C（s）═TiCl4（l）+2CO（g）△H=﹣85.6kJ•mol﹣1；（4）电解时，CrO42﹣通过阴离子交换膜向阳极移动，从而从浆液中分离出来，因存在2CrO42﹣+2H+⇌Cr2O72﹣+H2O，则分离后含铬元素的粒子是CrO42﹣、Cr2O72﹣  ， 阴极发生还原反应生成氢气和NaOH，

故答案为：在直流电场作用下，CrO42﹣通过阴离子交换膜向阳极室移动，脱离浆液；CrO42﹣、Cr2O72﹣；NaOH和H2 ． 

【分析】Ⅰ．（1）固体混合物含有Al（OH）3、MnO2  ， 加入NaOH溶液，过滤，可得到滤液A为NaAlO2  ， 通入二氧化碳，生成B为Al（OH）3  ， 固体C为Al2O3  ， 电解熔融的氧化铝可得到Al；固体D为MnO2  ， 加热条件下与浓盐酸反应可生成氯气；（2）题中涉及因素有温度和浓度；（3）0.1mol Cl2与焦炭、TiO2完全反应，生成一种还原性气体和一种易水解成TiO2•xH2O的液态化合物，放热4.28kJ，由质量守恒可知还原性气体为CO，反应的化学方程式为2Cl2（g）+TiO2（s）+2C（s）═TiCl4（l）+2CO（g），以此可计算反应热并写出热化学方程式；

Ⅱ．（4））电解时，CrO42﹣通过阴离子交换膜向阳极移动，阴极发生还原反应生成氢气和NaOH，以此解答该题．    

7.【答案】 （1）Al2O3+2OH﹣═2AlO2﹣+H2O

（2）减小

（3）石墨电极被阳极上产生的O2氧化

（4）4CO32﹣+2H2O﹣4e﹣═4HCO3﹣+O2↑；H2

（5）NH4Cl分解产生的HCl能够破坏Al表面的Al2O3薄膜

【考点】物质分离和提纯的方法和基本操作综合应用

【解析】【解答】解:（1）“碱溶”时生成偏铝酸钠的离子方程式为Al2O3+2OH﹣═2AlO2﹣+H2O，故答案为：Al2O3+2OH﹣═2AlO2﹣+H2O；（2）向“过滤Ⅰ”所得滤液中加入NaHCO3溶液，与NaAlO2反应生成氢氧化铝沉淀和碳酸钠，碱性为OH﹣＞AlO2﹣＞CO32﹣ ， 可知溶液的pH减小，故答案为：减小；（3）“电解Ⅰ”是电解熔融 Al2O3 ， 电解过程中作阳极的石墨易消耗，因石墨电极被阳极上产生的O2氧化，

故答案为：石墨电极被阳极上产生的O2氧化；（4）由图可知，阳极反应为4CO32﹣+2H2O﹣4e﹣═4HCO3﹣+O2↑，阴极上氢离子得到电子生成氢气，则阴极产生的物质A的化学式为H2 ，

故答案为：4CO32﹣+2H2O﹣4e﹣═4HCO3﹣+O2↑；H2； （5）铝粉在1000℃时可与N2反应制备AlN．在铝粉中添加少量NH4Cl固体并充分混合，有利于AlN的制备，其主要原因是NH4Cl分解产生的HCl能够破坏Al表面的Al2O3薄膜，故答案为：NH4Cl分解产生的HCl能够破坏Al表面的Al2O3薄膜．

【分析】以铝土矿（主要成分为Al2O3 ， 含SiO2和Fe2O3等杂质）为原料制备铝，由流程可知，加NaOH溶解时Fe2O3不反应，由信息可知SiO2在“碱溶”时转化为铝硅酸钠沉淀，过滤得到的滤渣为Fe2O3、铝硅酸钠，碳酸氢钠与偏铝酸钠反应生成Al（OH）3 ， 过滤II得到Al（OH）3 ， 灼烧生成氧化铝，电解I为电解氧化铝生成Al和氧气，电解II为电解Na2CO3溶液，结合图可知，阳极上碳酸根离子失去电子生成碳酸氢根离子和氧气，阴极上氢离子得到电子生成氢气，以此来解答．

8.【答案】（1）加入足量加入足量稀盐酸（或稀硫酸）酸化，固体未完全溶解；Fe2+

（2）Fe+2Fe3+=3Fe2+；4Fe2++O2+4H+=Fe3++2H2O；白色沉淀；NaNO3；FeCl2/FeCl3；按图连接好装置，电流表指针发生偏转

（3）i→ii Ag++Fe2+=Ag+Fe3+  ， 反应生成Fe3+  ， 使Fe3+增加，红色变深，ii→iii 空气中氧气氧化SCN﹣  ， 红色变浅                    

【考点】原电池和电解池的工作原理，性质实验方案的设计                

【解析】【解答】解：（1）①黑色固体中含有过量铁，如果同时含有银，则可以加入HCl或H2SO4溶解Fe，而银不能溶解，

故答案为：加入足量加入足量稀盐酸（或稀硫酸）酸化，固体未完全溶解；

②K3[Fe（CN）3]是检验Fe2+的试剂，所以产生蓝色沉淀说明含有Fe2+  ， 

故答案为：Fe2+；（2）过量铁粉与Fe3+反应生成Fe2+  ， 即Fe+2Fe3+=3Fe2+  ， 

故答案为：Fe+2Fe3+=3Fe2+；

②O2氧化Fe2+反应为4Fe2++O2+4H+=Fe3++2H2O，白色沉淀是AgSCN，所以实验可以说明含有Ag+  ， Ag+可能氧化Fe2+生成Fe3+  ， 

故答案为：4Fe2++O2+4H+=Fe3++2H2O；白色沉淀；

③证明假设abc错误，就是排除Ag+时实验比较，相当于没有Ag+存在的空白实验，考虑其他条件不要变化，可以选用NaNO3  ， 原电池实验需要证明的是假设d的反应Ag++Fe2+=Ag+Fe3+能够实现，所以甲池应当注入FeCl2、FeCl3混合溶液，按图连接好装置，如电流表指针发生偏转，可说明d正确，

故答案为：NaNO3；FeCl2/FeCl3；按图连接好装置，电流表指针发生偏转；（3）i→iii中Fe3+变化的原因：i→ii Ag++Fe2+=Ag+Fe3+  ， 反应生成Fe3+的使Fe3+浓度增加，ii→iii 溶液红色较3 0min时变浅，说明空气中氧气氧化SCN﹣  ， 使平衡向生成Fe3+的方向移动，Fe（SCN）3浓度减小，则溶液的颜色变浅，

故答案为：i→ii Ag++Fe2+=Ag+Fe3+  ， 反应生成Fe3+的使Fe3+增加，红色变深，ii→iii 空气中氧气氧化SCN﹣  ， 红色变浅．

【分析】（1）银和盐酸、稀硫酸等不反应，可用K3[Fe（CN）3]检验亚铁离子，生成蓝色沉淀；（2）过量的铁与反应生成亚铁离子，亚铁离子可被空气中氧气氧化，银离子如氧化亚铁离子，则发生Ag++Fe2+=Ag+Fe3+  ， 如反应能发生，可设计成原电池，负极加入FeCl2/FeCl3  ， 正极为银，可根据电流计是否发生偏转判断；（3）取上层清液，滴加KSCN溶液，溶液变红，可证明溶液中有Fe3+  ， 生成白色沉淀为AgSCN，随着放置时间的增加，溶液红色变浅，可能为空气中氧气氧化SCN﹣  ， 以此解答该题．