資源簡介

(共21張PPT)
第15講
電化學裝置中的催化劑
2025：基于主題教學的高考化學專題復習系列講座
2025
重溫經典
模型建構
名師導學
2025
知識重構
重溫經典
模型建構
名師導學
2025
知識重構
以銅鋅雙液原電池為例
1.原電池
以惰性電極電解氯化銅溶液為例
2.電解池
重溫經典
模型建構
名師導學
2025
知識重構
1.（2023遼寧卷7題）某無隔膜流動海水電解法制H2的裝置如下圖所示，其中高選擇性催化劑PRT可抑制O2產生。下列說法正確的是（ ）
A．b端電勢高于a端電勢
B．理論上轉移2mol生成4gH2
C．電解后海水pH下降
D．陽極發生：Cl－+H2O-2e- =HClO+H+
D




陽極（鈦網有催化劑PRT)：
Cl－+H2O-2e-=HClO+H+
陰極：
2H++2e-=H2↑
H++Cl－+H2O=HClO+H2↑
電解
2.（2024新課標卷6）一種可植入體內的微型電池工作原理如圖所示，通過CuO催化消耗血糖發電，從而控制血糖濃度。當傳感器檢測到血糖濃度高于標準，電池啟動。血糖濃度下降至標準，電池停止工作。(血糖濃度以葡萄糖濃度計)，電池工作時，下列敘述錯誤的是（ ）
A. 電池總反應為
B. b電極上CuO通過Cu(Ⅱ)和Cu(Ⅰ)相互轉變起催化作用
C. 消耗18mg葡萄糖，理論上a電極有0.4mmol電子流入
D. 兩電極間血液中的Na+ 在電場驅動下的遷移方向為b→a




負極（b）：
正極（a）：
c
3.（2024山東卷13）以不同材料修飾的Pt為電極，一定濃度的NaBr溶液為電解液，采用電解和催化相結合的循環方式，可實現高效制H2和O2，裝置如圖所示。下列說法錯誤的是（ ）
A. 電極a連接電源負極
B. 加入Y的目的是補充NaBr
C. 電解總反應式為+3O +3↑
D. 催化階段反應產物物質的量之比
B
陰極a：
6H++6e =3↑
陽極b：
=BrO3 6H+
+3O +3↑
電解


電解


4.（2024年湖北卷14題）我國科學家設計了一種雙位點PbCu電催化劑，用H2C2O4和NH2OH電化學催化合成甘氨酸，原理如圖，雙極膜中H2O解離的H+和OH-在電場作用下向兩極遷移。已知在KOH溶液中，甲醛轉化為HOCH2O-，存在平衡HOCH2O- +OH- [OCH2O]2-+H2O。Cu電極上發生的電子轉移反應為[OCH2O]2--e-=HCOO-+H·。下列說法錯誤的是（ ）
A. 電解一段時間后陽極區c(OH-)減小
B. 理論上生成1molH3N+CH2COOH雙極膜中有4molH2O解離
C. 陽極總反應式為2HCHO+4OH- -2e- =2HCOO- +H2↑+2H2O
D. 陰極區存在反應H2C2O4+2H+ +2e- =CHOCOOH+H2O


B


陰極：H2C2O4+2e-+2H+=OHC—COOH+H2O
OHC—COOH+HO—N+H3→HOOC—CH=N—OH+H2O+H+
HOOC—CH=N—OH+4e-+5H+=H3N+CH2COOH+H2O
陽極：
2HCHO-2e-+4OH-=2HCOO-+H2↑+2H2O
陰極總反應：
H2C2O4+HO—N+H3+6e-+6H+= H3N+CH2COOH+3H2O
5．（2019新課標全國Ⅰ卷）利用生物燃料電池原理研究室溫下氨的合成，電池工作時MV2+/MV+在電極與酶之間傳遞電子，示意圖如下所示。下列說法錯誤的是（ ）
A．相比現有工業合成氨，該方法條件溫和，同時還可提供電能
B．陰極區，在氫化酶作用下發生反應H2+2MV2+＝2H++2MV+
C．正極區，固氮酶為催化劑，N2發生還原反應生成NH3
D．電池工作時質子通過交換膜由負極區向正極區移動


B


負極（陽極）：
MV+ e ＝MV2+
H2+2MV2+＝2H++2MV+
正極（陰極）：
MV2++e ＝MV+
N2+6H++6MV+＝2NH3+6MV2+
H+
6．（2021年八省聯考遼寧卷9題）在N-羥基鄰苯二甲酰亞胺(NHPI)介質中，可實現醇向醛的轉化，原理如圖。下列說法錯誤的是（ ）
A．理論上NHPI的總量在反應前后不變
B．海綿Ni電極作陽極
C．總反應為 ＋H2↑
D．每消耗1 mmol苯甲醇，產生22.4 mL氫氣
Ni3＋＋NHPI→Ni2＋＋PINO
＋PINO→ ＋NHPI


D


陽極：
Ni2+ e ＝Ni3+
7．（2021年全國甲卷13題）乙醛酸是一種重要的化工中間體，可采用如圖所示的電化學裝置合成。圖中的雙極膜中間層中的H2O解離為H＋和OH－，并在直流電場作用下分別向兩極遷移。下列說法正確的是（ ）
A．KBr在上述電化學合成過程中只起電解質的作用
B．陽極上的反應式為： ＋2H＋＋2e－→ ＋H2O
C．制得2 mol乙醛酸，理論上外電路中遷移了1 mol電子
D．雙極膜中間層中的H＋在外電場作用下向鉛電極方向遷移


D


陽極
陰極
重溫經典
模型建構
名師導學
2025
知識重構
電催化劑必須具備的性能：
（1）催化劑有一定的電子導電性：與導電材料充分混合后能為電子交換反應提供不引起嚴重電壓降低的電子通道，即電極材料的電阻不能太大。
（2）高的催化活性：實現催化反應，抑制有害的副反應，能耐受雜質及中間產物的作用而不致較快地中毒失活。
（3）催化劑的電化學穩定性：在實現催化反應的電勢范圍內催化，表面不至于因電化學反應而“過早地”失去催化活性。
1.電催化劑（電子傳遞體）
①催化劑的結構與組成。
②催化劑的氧化-還原電勢。
③催化劑的載體對電催化活性也有很大影響。
2.影響電催化因素：
1．納米Fe2O3在常壓電化學法合成氨過程中起催化作用。該電解裝置如圖所示。已知熔融NaOH—KOH為電解液，Fe2O3在發生反應時生成中間體Fe。下列說法正確的是（ ）
A．惰性電極Ⅱ是電解池的陰極，發生還原反應
B．產生2.24 L O2時，轉移的電子數為0.4NA
C．惰性電極Ⅰ的電極反應：Fe2O3＋3H2O－6e－＝2Fe＋6OH－
D．生成氨氣的反應：2Fe＋N2＋3H2O＝Fe2O3＋2NH3
遷移應用
陽極
陰極


D


2．（2019年全國卷Ⅲ卷28題節選）近年來，隨著聚酯工業的快速發展，氯氣的需求量和氯化氫的產出量也隨之迅速增長。因此，將氯化氫轉化為氯氣的技術成為科學研究的熱點。
在傳統的電解氯化氫回收氯氣技術的基礎上，科學家最近采用碳基電極材料設計了一種新的工藝方案，主要包括電化學過程和化學過程，如圖所示：
負極區發生的反應有________________________________________________________（寫反應方程式）。
電路中轉移1 mol電子，需消耗氧氣___________L（標準狀況）。
遷移應用
Fe3＋＋e－＝Fe2＋，4Fe2＋＋O2＋4H＋＝4Fe3＋＋2H2O　
5.6
陽極
陰極
遷移應用
3. （2022年河北卷12題）科學家研制了一種在較低電壓下獲得氧氣和氫氣的電化學裝置。工作原理示意圖如下。下列說法正確的是（ ）
A．電極b為負極
B．隔膜為陰離子交換膜
C．生成氣體M與N的物質的量之比為2:1
D．反應室Ⅰ中反應的離子方程式為4Fe(CN)63—+4OH— 4Fe(CN)64—+O2↑+2H2O
陽極：[Fe(CN)6]4——e—= [Fe(CN)6]3—
陰極：2H2O +2e—+DHPS =DHPS-2H+ 2OH—
4Fe(CN)63—+4OH— 4Fe(CN)64—+O2↑+2H2O
DHPS-2H DHPS+H2 ↑
OH—
O2
H2


BD


重溫經典
模型建構
名師導學
2025
知識重構
分析電化學裝置的思維模型
關注催化循環，若有必要，寫出催化劑參與反應的方程式。
解決計算問題時，注意守恒法的運用。第15講—電化學裝置中的催化劑
1．（2023年湖南卷8題）葡萄糖酸鈣是一種重要的補鈣劑，工業上以葡萄糖、碳酸鈣為原料，在溴化鈉溶液中采用間接電氧化反應制備葡萄糖酸鈣，其陽極區反應過程如下：
下列敘述錯誤的是（ ）
A．溴化鈉起催化和導電作用
B．每生成1mol葡萄糖酸鈣，理論上電路中轉移了2mol電子
C．葡萄糖酸能通過分子內反應生成含有六元環狀結構的產物
D．葡萄糖能發生氧化、還原、取代、加成和消去反應
2．（2024年吉林卷12題）“綠色零碳”氫能前景廣闊。為解決傳統電解水制“綠氫”陽極電勢高、反應速率緩慢的問題，科技工作者設計耦合HCHO高效制H2的方法，裝置如圖所示。部分反應機理為：。下列說法錯誤的（ ）
A. 相同電量下H2理論產量是傳統電解水的1.5倍
B. 陰極反應：2H2O＋2e－=2OH－＋H2↑
C 電解時OH－通過陰離子交換膜向b極方向移動
陽極反應：2HCHO-2e－ ＋4OH－=HCOO－＋2H2O＋H2↑
3．（2023年江蘇南通市高三一模）一種將CO2催化轉化為C2H4的電化學裝置如圖所示。下列說法正確的是（ ）
A．該裝置工作過程中化學能轉化為電能
B．鉑電極發生的反應為2CO2＋12H＋－12e－===C2H4＋4H2O
C．工作過程中玻碳電極區溶液的pH增大
D．每產生標準狀況下11.2 L O2時，理論上有2 mol H＋通過質子交換膜
4．（2023年成都市高三一診）某種電催化法以CoP、Ni2P為催化電極合成腈類化合物(RCN)和偶氮化合物(R—N===N—R)，裝置示意圖如圖。下列說法錯誤的是（ ）
A．左側電極的電勢比右側的高，且發生氧化反應
B．陰極發生反應：
C．OH－從右側經過陰離子交換膜向左側移動
D．每當合成得到1 mol RCN，同時合成1 mol R—N===N—R
5．（2023年蘇州市高三質量調研）科學家設計了一種以Cu和CuS為電極的可循環電池，電解質為AlCl3等溶液，其工作原理如圖所示，充電時，Cl－向CuS電極方向移動，下列說法正確的是（ ）
A．放電時電極上產生Al3＋進入溶液
B．放電時Cu電極上的反應為Cu＋e－＋2Cl－===[CuCl2]－
C．充電時CuS電極連接電源的正極
D．當0.15 mol Cu轉化成[CuCl2]－時，溶液中Al3＋減少0.1 mol
6．（2018年全國Ⅰ卷13題）最近我國科學家設計了一種CO2+H2S協同轉化裝置，實現對天然氣中CO2和H2S的高效去除。示意圖如下所示，其中電極分別為ZnO@石墨烯（石墨烯包裹的ZnO）和石墨烯，石墨烯電極區發生反應為：
①EDTA—Fe2+—e—＝EDTA—Fe3+
②2EDTA—Fe3++H2S＝2H++S+2EDTA—Fe2+
該裝置工作時，下列敘述錯誤的是（ ）
A．陰極的電極反應：CO2+2H++2e—＝CO+H2O
B．協同轉化總反應：CO2+H2S＝CO+H2O+S
C．石墨烯上的電勢比ZnO@石墨烯上的低
D．若采用Fe3+/Fe2+取代EDTA—Fe3+/EDTA—Fe2+，溶液需為酸性
7．（2022年汕頭模擬）2021年3月5日，李克強總理在國務院政府報告中指出，扎實做好碳達峰、碳中和各項工作。科研工作者通過開發新型催化劑，利用太陽能電池將工業排放的CO2轉化為CO，實現節能減排的目標。如圖所示，下列有關說法正確的是（ ）
A．N極為陰極
B．離子交換膜為陰離子交換膜
C．陽極的電極反應式為CO2＋2e－＋2H＋＝CO＋H2O
D．理論上該裝置在工作時，H3PO4與KH2PO4緩沖溶液的pH保持不變
8．（2020年天津模擬）在混合導體透氧膜反應器中只需一步就可同時制備氨合成氣（N2、H2）和液體燃料合成氣（CO、H2），其工作原理如圖所示，下列說法錯誤的是（ ）
A．膜Ⅰ側發生的反應為H2O+2e—＝H2↑+O2—、O2+4e—＝2O2—
B．膜Ⅱ側相當于原電池的負極
C．膜Ⅱ側發生的反應為CH4+O2——2e—＝2H2+CO
D．膜Ⅱ側每消耗1 mol CH4，膜Ⅰ側一定生成1 mol H2
9．近年來AIST報告正在研制一種“高容量、低成本”鋰—銅空氣燃料電池。該電池通過一種復雜的銅腐蝕現象產生電流，其中放電過程為2Li+Cu2O+H2O＝2Cu+2Li++2OH—，下列說法正確的是（ ）
A．放電時，正極的電極反應式為O2+2H2O+4e—＝4OH—
B．通空氣時，銅被腐蝕，表面產生Cu2O
C．放電時，Cu極區域水溶液的pH減小
D．放電過程中，電子由鋰電極經過鍺酸鋅鋰固體電解質到達銅電極
10．（2021年廣東省“六校聯盟”試題）近日，電催化固氮領域取得重要進展，利用雙功能催化劑可實現室溫條件下電催化氮氣還原制備氨氣、氧化制備硝酸鹽。裝置如圖所示：
下列說法錯誤的是（ ）
A．工作時，電子流入a極
B．陽極區的電極反應為N2+6H2O—10e—＝2NO+12H+
C．陽極區和陰極區消耗的 N2的質量之比為 5∶3
D．該離子交換膜應使用陰離子交換膜
11．工業吸收H2S氣體后的FeCl3溶液的再生過程可降解酸性污水中的硝酸鹽，其工作原理如圖所示。下列說法正確的是（ ）
A．溶液M中的溶質為FeCl2
B．電極a為陽極
C．電極b上的反應為2NO+10e—+6H2O＝N2↑+12OH—
D．隨電解的進行，陰極區溶液pH增大
12．（2021年河南省六市高三聯考）在直流電場作用下，雙極膜能將水解離為H+和OH—，并實現其定向通過。工業上用雙極膜電解槽電解糠醛溶液同時制備糠醇和糠酸鹽，電解時，MnO2/MnOOH在電極與糠醛之間傳遞電子，電解過程如圖所示，下列說法不正確的是（ ）
A．A接直流電源的負極，糠醛得到電子被還原為糠醇
B．電解時，陽極反應為MnOOH—e—+OH—＝MnO2+H2O
C．生成糠酸鹽的反應為+2MnO2+OH—→+2MnOOH
D．通電時雙極膜將水解離為H+和OH—，OH—向陰極室方向移動
13．（2022年全國乙卷）Li—O2電池比能量高，在汽車、航天等領域具有良好的應用前景。近年來科學家研究了一種光照充電Li—O2電池（如圖所示）。光照時，光催化電極產生電子（e—）和空穴（h+），驅動陰極反應（Li++e—＝Li）和陽極反應（Li2O2+2h+＝2Li++O2）對電池進行充電。下列敘述錯誤的是（ ）
A．充電時，電池的總反應Li2O2＝2Li+O2
B．充電效率與光照產生的電子和空穴量有關
C．放電時，Li+從正極穿過離子交換膜向負極遷移
D．放電時，正極發生反應O2+2Li++2e—＝Li2O2
14.王浩天教授團隊發明的制取H2O2 的綠色方法原理如圖所示（已知：H2O2H＋＋HO，Ka＝2.4×10—12）。下列說法不正確的是（ ）
A．b極上的電極反應為O2＋H2O－2e－＝HO＋OH－
B．X 膜為選擇性陽離子交換膜
C．催化劑可促進反應中電子的轉移，加快反應速率
D．每生成1 mol H2O2，電路中轉移4 mol e－
15.我國科學家在天然氣脫硫研究方面取得了新進展，利用如圖裝置可發生反應：H2S＋O2＝H2O2＋S↓，已知甲池中發生的反應為
下列說法不正確的是（ ）
A．甲池中碳棒上發生的電極反應式為AQ＋2H＋＋2e－＝H2AQ
B．乙池溶液中發生的反應為H2S＋I＝3I－＋S↓＋2H＋
C．該裝置將電能轉化為光能
D．H＋從甲池移向乙池
16.某污水處理廠利用微生物電池將鍍鉻廢水中的Cr2O催化還原，其工作原理如下圖所示。下列說法不正確的是（ ）
A．電池工作過程中電子由b極流向a極
B．b極反應式：Cr2O+6e—+14H+＝2Cr3++7H2O
C．電池工作過程中a極區附近溶液的pH增大
D．每處理1 mol Cr2O，可生成33.6 L（標況下）CO2
17.電－Fenton法是用于水體中有機污染物降解的高級氧化技術，反應原理如圖所示。電解產生的H2O2與Fe2＋發生反應生成的羥基自由基（·OH）能氧化降解有機污染物。下列說法錯誤的是（ ）
A．電源的A極為負極
B．與電源B極相連電極的電極反應式為H2O－e－＝H＋＋·OH
C．Fenton反應為H2O2＋Fe2＋＝Fe(OH)2＋＋·OH
D．每消耗1mol L O2，整個電解池中理論上可產生2 mol·OH
18.（2020年北京卷15題節選）已知反應2H2O2＝2H2O＋O2↑能自發進行，反向不能自發進行，通過電解可以實現由H2O和O2為原料制備H2O2，下圖為制備裝置示意圖。
①a極的電極反應式是________________________________________。
②下列說法正確的是________。
A．該裝置可以實現電能轉化為化學能
B．電極b連接電源負極
C．該方法相較于早期制備方法具有原料廉價，對環境友好等優點
19.按要求回答下列問題
（1）有人研究了用電化學方法把CO2轉化為CH3OH，其原理如圖1所示：
則圖中A電極接電源________極。已知B電極為惰性電極，則在水溶液中，該極的電極反應式為____________________________________________________________________。
（2）以連二亞硫酸鹽（S2O）為還原劑脫除煙氣中的NO，并通過電解再生，裝置如圖2所示。陰極的電極反應式為_____________________________，電解槽中的隔膜為____________（填“陽”或“陰”）離子交換膜。
第15講—電化學裝置中的催化劑答案及解析
1.【答案】B
【解析】A．由圖中信息可知，溴化鈉是電解裝置中的電解質，其電離產生的離子可以起導電作用，且Br-在陽極上被氧化為Br2，然后Br2與H2O反應生成HBrO和Br-，HBrO再和葡萄糖反應生成葡萄糖酸和Br-，溴離子在該過程中的質量和性質保持不變，因此，溴化鈉在反應中起催化和導電作用，A說法正確；B．由A中分析可知，2molBr-在陽極上失去2mol電子后生成1molBr2，1molBr2與H2O反應生成1molHBrO，1molHBrO與1mol葡萄糖反應生成1mol葡萄糖酸，1mol葡萄糖酸與足量的碳酸鈣反應可生成0.5 mol葡萄糖酸鈣，因此，每生成1 mol葡萄糖酸鈣，理論上電路中轉移了4 mol電子，B說法不正確；C．葡萄糖酸分子內既有羧基又有羥基，因此，其能通過分子內反應生成含有六元環狀結構的酯，C說法正確；D．葡萄糖分子中的1號C原子形成了醛基，其余5個C原子上均有羥基和H；醛基上既能發生氧化反應生成羧基，也能在一定的條件下與氫氣發生加成反應生成醇，該加成反應也是還原反應；葡萄糖能與酸發生酯化反應，酯化反應也是取代反應；羥基能與其相連的C原子的鄰位C上的H（β－H）發生消去反應；綜上所述，葡萄糖能發生氧化、還原、取代、加成和消去反應，D說法正確；綜上所述，本題選B。
2.【答案】D
【解析】A．由以上分析可知，陽極反應：①HCHO+OH--e-→HCOOH+ H2，②HCOOH+OH-=HCOO-+H2O，陰極反應2H2O-2e-=H2↑+2OH-，即轉移2mol電子時，陰、陽兩極各生成1molH2，共2molH2，而傳統電解水：，轉移2mol電子，只有陰極生成1molH2，所以相同電量下H2理論產量是傳統電解水的2倍，故A錯誤；B．陰極水得電子生成氫氣，陰極反應為2H2O-2e-=H2↑+2OH-，故B正確；C．由電極反應式可知，電解過程中陰極生成OH-，負電荷增多，陽極負電荷減少，要使電解質溶液呈電中性，OH-通過陰離子交換膜向陽極移動，即向b極方向移動，故C正確；D．由以上分析可知，陽極反應涉及到：①HCHO+OH--e-→HCOOH+ H2，②HCOOH+OH-=HCOO-+H2O，由(①+②)×2得陽極反應為：2HCHO-2e－ ＋4OH－=HCOO－＋2H2O＋H2↑，故D正確；答案選A。
3.【答案】D
【解析】由圖可知，該裝置為電解池，電能轉化為化學能，A錯誤；鉑電極二氧化碳得到電子發生還原反應生成乙烯，發生的反應為2CO2＋12H＋＋12e－＝C2H4＋4H2O，B錯誤；工作過程中玻碳電極反應為2H2O－4e－＝4H＋＋O2↑，H＋通過質子交換膜移向陰極，總反應為2CO2＋2H2O＝C2H4＋3O2，反應消耗水，若陽極區溶液呈酸性，則pH減小，呈中性則pH不變，C錯誤。
4.【答案】D
【解析】由題圖中各物質轉化可知，Ni2P極為陽極，CoP極為陰極。陽極反應式為R—CH2NH2－4e－＋4OH－＝R—CN＋4H2O，陰極反應式為，根據得失電子守恒，每當合成得到1 mol RCN，同時合成0.5 mol R—N===N—R，故D錯誤。
5.【答案】C
【解析】由充電時，氯離子向硫化銅電極方向移動可知，充電時，CuS電極作陽極，Cu電極作陰極；放電時，銅電極為負極，銅失去電子，發生氧化反應，生成二氯合亞銅離子，電極反應式為Cu－e－＋2Cl－＝[CuCl2]－，硫化銅電極為正極，發生還原反應，電極反應式為CuS＋3xe－＋xAl3＋＝AlxCuS。由分析可知，放電時，當0.15 mol銅轉化成二氯合亞銅離子時，溶液中鋁離子減少的物質的量為0.05 mol，故A、B、D錯誤。
6.【答案】C
【解析】由題中信息可知，石墨烯電極發生氧化反應，為電解池的陽極，則ZnO@石墨烯電極為陰極。由題圖可知，電解時陰極反應式為CO2+2H++2e—＝CO+H2O，A項正確；將陰、陽兩極反應式合并可得總反應式為CO2+H2S＝CO+H2O+S，B項正確；陽極接電源正極，電勢高，陰極接電源負極，電勢低，故石墨烯上的電勢比ZnO@石墨烯上的高，C項錯誤； Fe3+、Fe2+只能存在于酸性溶液中，D項正確。
7.【答案】D
【解析】由圖分析可知該裝置為電解池，N極上H2O失電子生成O2，反應式為2H2O—4e—＝O2↑+4H+，因此該電極為陽極，A項錯誤；陽極上生成的H+通過緩沖溶液和離子交換膜遷移到陰極參加電極反應 CO2+2e—+2H+＝CO+H2O，因此離子交換膜為陽離子交換膜，B項錯誤；CO2在陰極被還原，轉化為CO，C項錯誤；根據電子守恒和陰、陽極電極反應可知，緩沖溶液流入陰極的H＋和陽極流入緩沖溶液的H＋數目相等，故緩沖溶液中c(H＋)保持不變，故pH保持不變，D項正確。
8.【答案】D
【解析】由圖可知，膜Ⅰ側H2O和O2在正極均發生還原反應，可寫出其電極反應式為H2O+2e—＝H2↑+O2—、O2+4e—＝2O2—，A項正確；原電池中陰離子由正極向負極移動，結合題圖中O2—的移動方向可知，膜Ⅰ側相當于原電池的正極，膜Ⅱ側相當于原電池的負極，B項正確；膜Ⅱ側CH4發生氧化反應，其電極反應式為CH4+O2——2e—＝2H2+CO，C項正確；膜Ⅰ側發生的反應為H2O+2e—＝H2↑+O2—、O2+4e—＝2O2—，膜Ⅱ側發生的反應為CH4+O2— —2e—＝2H2+CO，則膜Ⅱ側每消耗1 mol CH4，膜Ⅰ側生成的H2小于1 mol，D項錯誤。
9.【答案】B
【解析】放電時，正極上并非是O2直接放電，正極的電極反應式為Cu2O+H2O+2e—＝2Cu+2OH—，A項錯誤；通空氣時，Cu被空氣中的O2氧化腐蝕，表面產生Cu2O，B項正確；放電時，Cu電極上發生反應為Cu2O+H2O+2e—＝2Cu+2OH—，該區域水溶液中c(OH—)增大，pH增大，C項錯誤；放電過程中，電子由鋰電極通過外電路導線經過負載到達銅電極，電子無法在有機電解質和鍺酸鋅鋰固體電解質中傳遞，D項錯誤。
10.【答案】CD
【解析】由圖可知，a極上N2轉化成NH3，發生還原反應，該電極為陰極，電子由電源負極流入陰極，A項正確；陽極上是N2失電子生成HNO3，電極反應為N2+6H2O—10e—＝2NO+12H+，B項正確；由圖可知，陰極（a極）：N2→2NH3時得到6e—，陽極（b極）：N2→2NO時失去10e—，根據電子守恒可知陽極區和陰極區消耗的 N2 的質量之比為 3∶5，C項錯誤；陽極反應生成的H+通過離子交換膜進入陰極室參與陰極反應，電極反應式為N2+6e—+6H+＝2NH3，因此該離子交換膜應使用質子交換膜，D項錯誤。
11.【答案】BD
【解析】H2S氣體通入FeCl3溶液中，發生反應的方程式為H2S +2FeCl3＝2HCl+S↓+2FeCl2，因此溶液M中的溶質為HCl和FeCl2，A項錯誤；惰性電極a上Fe2+失電子轉化成Fe3+，因此電極q為陽極，B向正確；電極b的反應為NO轉變成N2，電極反應式為2NO+10e—+12H+＝N2↑+6H2O，C項錯誤；由電極b的反應可知，反應消耗12molH+的同時，有10mol H+通過質子交換膜進入陰極室，因此H+濃度減小，pH增大，D項正確。
12.【答案】D
【解析】糠醛轉化成糠醇時發生還原反應，反應中糠醛得電子，因此A電極為電解池的陰極，與直流電源的負極相連，A項正確；雙極膜中產生的OH—移向右側陽極室，MnOOH在堿性條件下失去電子發生氧化反應生成MnO2，電極反應式為MnOOH—e—+OH—＝MnO2+H2O，B項正確；由分析可知，陽極生成的MnO2與糠醛發生反應生成糠酸鹽和MnOOH，反應的化學方程式為+2MnO2+OH—→+2MnOOH，C項正確；通電時雙極膜中H2O解離出的H+向陰極室移動，OH—向陽極室移動，D項錯誤。
13.【答案】C
【解析】將充電時的陰極反應Li++e—＝Li和陽極反應Li2O2+2h+＝2Li++O2加和，可獲得充電時總反應為Li2O2＝2Li+O2，A項正確；光照時光催化電極產生電子（e—）和空穴（h+），電子和空穴參與電極反應，充電效率與光照產生的電子和空穴量有關，B項正確；放電時，金屬Li電極為負極，光催化電極為正極，Li+從負極穿過離子交換膜向正極遷移，C項錯誤；放電時，O2在正極被還原成Li2O2，因此正極反應為O2+2Li++2e—＝Li2O2，D項正確。
14.【答案】AD
【解析】該裝置為原電池裝置，通入O2的b極為正極，O2得電子被還原，因此b極上的電極反應式為O2＋H2O＋2e－＝HO＋OH－，A項錯誤；a極發生反應H2－2e－＝2H＋，生成的H＋通過X膜進入產品室，因此X膜為選擇性陽離子交換膜，B項正確；催化劑的使用能夠加快反應速率，促進反應中的電子轉移，C項正確；氧元素由0價變成－1價，每生成1 mol H2O2時電路中轉移2 mol e－，D項錯誤。
15.【答案】CD
【解析】根據題圖中的電子流向可判斷出甲池中碳棒是正極，該電極上發生得電子的還原反應，即AQ＋2H＋＋2e－＝H2AQ，A項正確；在乙池中，H2S失電子生成S，I得電子生成I－，發生的反應為H2S＋I＝3I－＋S↓＋2H＋，B項正確；根據題圖中信息可知該裝置將光能轉化為電能和化學能，C項錯誤；該裝置是光化學電池裝置，電池工作時陽離子移向正極，甲池中碳棒是正極，所以H＋從乙池移向甲池，D項錯誤。
16.【答案】AC
【解析】由圖分析可知，a極上CH3COOH在微生物催化作用下失電子轉化為CO2和H+，發生氧化反應，因此a電極為負極，電池工作過程中電子由a極流向b極，A項錯誤；b極上Cr2O和H+在微生物催化作用下轉化為Cr3+，發生還原反應，電極反應式為Cr2O+6e—+14H+＝2Cr3++7H2O，B項正確；a極的反應式為CH3COOH—8e—+2H2O＝2CO2↑+8H+，因此a極區負極溶液中c(H+)增大，pH減小，C項正確；1 mol Cr2O轉化為Cr3+時得6 mol e—，CH3COOH轉化為CO2每生成1 mol CO2失4 mol e—，故每處理1 mol Cr2O生成CO2的物質的量為 mol，標準狀況下其體積為33.6 L，D項正確。
17.【答案】D
【解析】根據圖示，Fe3+在左側電極得到電子轉化為Fe2+，發生還原反應，左端電極為陰極，則A為電源負極，A項正確；B為電源正極，與電源B極相連的電極為陽極，根據圖示，水在陽極上失電子產生羥基自由基（·OH），電極反應式為H2O－e－＝H＋＋·OH，B項正確。H2O2與Fe2＋發生反應，生成Fe(OH)2+和·OH，因此Fenton反應為H2O2＋Fe2＋＝Fe(OH)2＋＋·OH，C項正確；電極A上1molO2參與反應時得2mol電子生成1molH2O2，同時1molFe3+得1mol電子轉化為Fe2+，然后發生Fenton反應生成1mol·OH，過程中電極上發生3mol電子轉移，同時電極B上發生反應生成3mol·OH，因此每消耗1mol L O2，整個電解池中理論上可產生4 mol·OH，D項錯誤。
18.【答案】①O2＋2H＋＋2e－＝H2O2?、贏C
【解析】①O2在a極區得電子被還原成H2O2，電極反應式為O2＋2H＋＋2e－＝H2O2。
②根據圖示，該裝置屬于電解池，電解池是將電能轉化為化學能的裝置，A項正確；電極b為陽極，與電源正極連接，B項錯誤；該裝置的總反應為2H2O＋O22H2O2，制取雙氧水的原料為氧氣和水，具有原料來源廣泛，原料廉價，對環境友好等優點，C項正確。
19.【答案】（1）負　2H2O—4e—＝4H++O2↑
（2）2SO+4H++2e—＝S2O+2H2O　陽
【解析】（1）CO2在A電極上得電子轉化為CH3OH，A電極為陰極，接電源負極。B電極為惰性陽極，該電極的反應式為2H2O—4e—＝4H++O2↑。
（2）陰極上SO得電子生成S2O，電極反應式為2SO+4H++2e—＝S2O+2H2O，陽極上水失電子生成氧氣和氫離子，右側多余的氫離子通過離子交換膜進入左側，所以電解池中的隔膜為陽離子交換膜。第15講-電化學裝置中的催化劑
知識重構（首行縮進2個漢字，五號，黑體）
1.原電池（以銅鋅雙液原電池為例）
2.電解池（以惰性電極電解氯化銅溶液為例）
重溫經典
1．（2023遼寧卷7題）某無隔膜流動海水電解法制H2的裝置如下圖所示，其中高選擇性催化劑PRT可抑制O2產生。下列說法正確的是（ ）
b端電勢高于a端電勢
理論上轉移2mole 生成4gH2
電解后海水pH下降
D．陽極發生：Cl－+H2O-2e-=HClO+H+
【答案】D
【解析】A．由分析可知，a為正極，b電極為負極，則a端電勢高于b端電勢，A錯誤；B．右側電極上產生氫氣的電極方程式為：2H++2e-=H2↑，則理論上轉移2mole-生成2gH2，B錯誤；C．由分析可知，電解的主要總反應為H++Cl-+H2O=HClO+H2↑，電解后海水中H+濃度減小，pH上升，C錯誤；D由圖可知，陽極上的電極反應為：Cl－+H2O-2e-=HClO+H+，D正確；故選D。
2．（2024新課標卷6題）一種可植入體內的微型電池工作原理如圖所示，通過CuO催化消耗血糖發電，從而控制血糖濃度。當傳感器檢測到血糖濃度高于標準，電池啟動。血糖濃度下降至標準，電池停止工作。(血糖濃度以葡萄糖濃度計)
電池工作時，下列敘述錯誤的是（ ）
A. 電池總反應為2C6H12O6+O2=2C6H12O7
B. b電極上CuO通過Cu(Ⅱ)和Cu(Ⅰ)相互轉變起催化作用
C. 消耗18mg葡萄糖，理論上a電極有0.4mmol電子流入
D. 兩電極間血液中的Na+在電場驅動下的遷移方向為b→a
【答案】C
【解析】A．由題中信息可知，當電池開始工作時，a電極為電池正極，血液中O2的在a電極上得電子生成OH－，電極反應式為O2+4e +2H2O=4OH－；b電極為電池負極，Cu2O 在b電極上失電子轉化成CuO，電極反應式為Cu2O 2e +2OH－=2CuO+H2O，然后葡萄糖被CuO氧化為葡萄糖酸，CuO被還原為Cu2O，則電池總反應為2C6H12O6+O2=2C6H12O7，A正確；B．b電極上CuO將葡萄糖被CuO氧化為葡萄糖酸后被還原為Cu2O，Cu2O在b電極上失電子轉化成CuO，在這個過程中CuO的質量和化學性質保持不變，因此，CuO通過Cu(Ⅱ)和Cu(Ⅰ)相互轉變起催化作用，B正確；C．根據反應2C6H12O6+O2=2C6H12O7可知，1molC6H12O6參加反應時轉移2 mol電子，18mg C6H12O6的物質的量為0.1 mmol，則消耗18 mg葡萄糖時，理論上a電極有0.2 mmol電子流入，C錯誤；D．原電池中陽離子從負極移向正極遷移，故Na+遷移方向為b→a，D正確。綜上所述，本題選C。
3．（2024山東卷13題）以不同材料修飾的Pt為電極，一定濃度的NaBr溶液為電解液，采用電解和催化相結合的循環方式，可實現高效制H2和O2，裝置如圖所示。下列說法錯誤的是（ ）
A. 電極a連接電源負極
B. 加入Y的目的是補充NaBr
C. 電解總反應式為
D. 催化階段反應產物物質的量之比
【答案】B
【解析】A．根據分析，電極a陰極，連接電源負極，A項正確；B．根據分析電解過程中消耗H2O和Br-，而催化階段BrO3-被還原成Br-循環使用，故加入Y的目的是補充H2O，維持NaBr溶液為一定濃度，B項錯誤；C．根據分析電解總反應式為，C項正確；D．催化階段，Br元素的化合價由+5價降至-1價，生成1molBr-得到6mol電子，O元素的化合價由-2價升至0價，生成1molO2失去4mol電子，根據得失電子守恒，反應產物物質的量之比n(O2) ∶n(Br-)=6∶4=3∶2，D項正確；答案選B。
4．（2024湖北卷14題）我國科學家設計了一種雙位點PbCu電催化劑，用H2C2O4和NH2OH電化學催化合成甘氨酸，原理如圖，雙極膜中H2O解離的H+和OH-在電場作用下向兩極遷移。已知在KOH溶液中，甲醛轉化為HOCH2O ，存在平衡HOCH2O-+OH－ [OCH2O]2-+H2O。Cu電極上發生的電子轉移反應為[OCH2O]2--e－=HCOO－+H·。下列說法錯誤的是（ ）
A. 電解一段時間后陽極區c(OH-)減小
B. 理論上生成1molH3N+CH2COOH雙極膜中有4molH2O解離
C. 陽極總反應式為2HCHO+4OH- -2e-=2HCOO-+H2↑+2H2O
D. 陰極區存在反應H2C2O4+2H++2e-=CHOCOOH+H2O
【答案】B
【解析】A．根據分析，電解過程中，陽極區消耗OH-、同時生成H2O，故電解一段時間后陽極區c(OH-)減小，A項正確；B．根據分析，陰極區的總反應為H2C2O4+HO—N+H3+6e-+6H+= H3N+CH2COOH+3H2O，1molH2O解離成1molH+和1molOH-，故理論上生成1molH3N+CH2COOH雙極膜中有6molH2O解離，B項錯誤；C．根據分析，結合裝置圖，陽極總反應為2HCHO-2e-+4OH-=2HCOO-+H2↑+2H2O，C項正確；D．根據分析，陰極區的Pb上發生反應H2C2O4+2e-+2H+=OHC—COOH+H2O，D項正確；答案選B。
5．（2019新課標全國Ⅰ卷）利用生物燃料電池原理研究室溫下氨的合成，電池工作時MV2+/MV+在電極與酶之間傳遞電子，示意圖如下所示。下列說法錯誤的是（ ）
A．相比現有工業合成氨，該方法條件溫和，同時還可提供電能
B．陰極區，在氫化酶作用下發生反應H2+2MV2+＝2H++2MV+
C．正極區，固氮酶為催化劑，N2發生還原反應生成NH3
D．電池工作時質子通過交換膜由負極區向正極區移動
【答案】B
【解析】該方法在室溫下以氫化酶和固氮酶作催化劑，利用生物燃料電池原理進行氨的合成，同時將化學能轉化為電能，相比現有工業合成氨，該方法條件溫和，且可提供電能，A項正確；MV+在左側電極失電子發生氧化反應生成MV2+，電極反應式為MV+ e ＝MV2+，因此左側電極為負極，放電生成的MV2+在氫化酶的作用下與H2反應生成H+和MV+，反應的方程式為H2+2MV2+＝2H++2MV+，該區域為陽極區（負極區），B項錯誤；右室為正極區（陰極區），MV2+在正極得電子發生還原反應生成MV+，電極反應式為MV2++e ＝MV+，放電生成的MV+與N2在固氮酶的催化作用下反應生成NH3和MV2+，C項正確；電池工作時，氫離子（即質子）通過交換膜由負極區向正極區移動，D項正確。
6．（2021年八省聯考遼寧卷9題）在N-羥基鄰苯二甲酰亞胺（NHPI）介質中，可實現醇向醛的轉化，原理如圖。下列說法錯誤的是（ ）
A．理論上NHPI的總量在反應前后不變
B．海綿Ni電極作陽極
C．總反應為＋H2↑
D．每消耗1 mmol苯甲醇，產生22.4 mL氫氣
【答案】D
【解析】該裝置中同時發生Ni3＋＋NHPI→Ni2＋＋PINO、＋PINO→＋NHPI兩個反應，NHPI是以上兩反應的總反應的催化劑，理論上NHPI的總量在反應前后不變，A項正確；由裝置分析可知，該裝置為電解池，Ni2＋在海綿Ni電極失去電子生成Ni3＋，發生氧化反應，則海綿Ni為陽極，B項正確；該電解池中Ni2＋、Ni3＋、NHPI、PINO均循環使用，根據物質轉化關系配平總反應的化學方程式為＋H2↑，C項正確；題中未指明標準狀況，無法計算生成H2的體積，D項錯誤。
7．（2021年全國甲卷13題）乙醛酸是一種重要的化工中間體，可采用如圖所示的電化學裝置合成。圖中的雙極膜中間層中的H2O解離為H＋和OH－，并在直流電場作用下分別向兩極遷移。下列說法正確的是（ ）
A．KBr在上述電化學合成過程中只起電解質的作用
B．陽極上的反應式為：＋2H＋＋2e－→＋H2O
C．制得2 mol乙醛酸，理論上外電路中遷移了1 mol電子
D．雙極膜中間層中的H＋在外電場作用下向鉛電極方向遷移
【答案】D
【解析】KBr在上述電化學合成過程中除作電解質外，同時還是電解過程中陽極的反應物，生成的Br2為乙二醛制備乙醛酸的中間產物，A項錯誤；陽極上Br－失去電子生成Br2，Br2將乙二醛氧化為乙醛酸，B項錯誤；電解過程中陰、陽極均生成乙醛酸，1 mol乙二酸生成1 mol乙醛酸轉移2 mol電子，1 mol乙二醛生成1 mol乙醛酸轉移2 mol電子，根據電子守恒可知制得2 mol乙醛酸時，理論上外電路中遷移了2 mol電子，C項錯誤；雙極膜中間層的H＋在外電場作用下移向陰極，即H＋移向鉛電極，D項正確。
三、模型建構
1.電催化劑（電子傳遞體）
電催化劑必須具備的性能：
（1）催化劑有一定的電子導電性：與導電材料充分混合后能為電子交換反應提供不引起嚴重電壓降低的電子通道，即電極材料的電阻不能太大。
（2）高的催化活性：實現催化反應，抑制有害的副反應，能耐受雜質及中間產物的作用而不致較快地中毒失活。
（3）催化劑的電化學穩定性：在實現催化反應的電勢范圍內催化，表面不至于因電化學反應而“過早地”失去催化活性。
2.影響電催化因素：
①催化劑的結構與組成。
②催化劑的氧化-還原電勢。
③催化劑的載體對電催化活性也有很大影響。
3.遷移應用
1．納米Fe2O3在常壓電化學法合成氨過程中起催化作用。該電解裝置如圖所示。已知熔融NaOH—KOH為電解液，Fe2O3在發生反應時生成中間體Fe。下列說法正確的是（ ）
A．惰性電極Ⅱ是電解池的陰極，發生還原反應
B．產生2.24 L O2時，轉移的電子數為0.4NA
C．惰性電極Ⅰ的電極反應：Fe2O3＋3H2O－6e－＝2Fe＋6OH－
D．生成氨氣的反應：2Fe＋N2＋3H2O＝Fe2O3＋2NH3
【答案】D
【解析】惰性電極Ⅱ產生氧氣O2，氧元素化合價升高，發生氧化反應，故惰性電極Ⅱ為電解池的陽極，A項錯誤；產生2.24 L O2，未標注標準狀態，故不能計算轉移的電子數，B項錯誤；根據圖示可知，惰性電極Ⅰ為陰極，電解過程中Fe2O3得電子，電極反應式為Fe2O3＋3H2O＋6e－＝2Fe＋6OH－，C項錯誤；結合圖示及陰極的電極反應式可知，生成氨氣的反應為2Fe＋N2＋3H2O＝Fe2O3＋2NH3，D項正確。
2．（2019年全國卷Ⅲ卷28題節選）近年來，隨著聚酯工業的快速發展，氯氣的需求量和氯化氫的產出量也隨之迅速增長。因此，將氯化氫轉化為氯氣的技術成為科學研究的熱點。
在傳統的電解氯化氫回收氯氣技術的基礎上，科學家最近采用碳基電極材料設計了一種新的工藝方案，主要包括電化學過程和化學過程，如圖所示：
負極區發生的反應有_________________________________________________（寫反應方程式）。電路中轉移1 mol電子，需消耗氧氣___________L（標準狀況）。
【答案】Fe3＋＋e－＝Fe2＋，4Fe2＋＋O2＋4H＋＝4Fe3＋＋2H2O　5.6
【解析】該裝置為電解池，負極區即為陰極區，發生還原反應Fe3＋＋e－＝Fe2＋，生成的Fe2＋又被氧氣氧化成Fe3＋，發生反應4Fe2＋＋O2＋4H＋＝4Fe3＋＋2H2O，由反應可知電路中轉移4 mol電子消耗1 mol O2，則轉移1 mol電子消耗 molO2，其在標準狀況下的體積為 mol×22.4 L·mol－1＝5.6 L。
3. （2022年河北卷12題）科學家研制了一種在較低電壓下獲得氧氣和氫氣的電化學裝置。工作原理示意圖如下。下列說法正確的是（ ）
A．電極b為負極
B．隔膜為陰離子交換膜
C．生成氣體M與N的物質的量之比為2:1
D．反應室Ⅰ中反應的離子方程式為4Fe(CN)63—+4OH—4Fe(CN)64—+O2↑+2H2O
【答案】BD
【解析】該裝置為電解池裝置，電極a上發生反應[Fe(CN)6]4——e—= [Fe(CN)6]3—，是電解池的陽極，電極b上發生反應2H2O +2e—+DHPS =DHPS-2H+ 2OH—，是電解池的陰極，A項錯誤；陰極室產生的OH—通過隔膜進入陽極室，在反應器Ⅰ中參與反應，B項正確；反應室Ⅰ中Fe(CN)63—和4OH—在催化劑作用下發生反應生成氣體M為O2，反應器Ⅱ中DHPS-2H在催化劑作用下釋放出氣體N為H2，根據守恒關系，二者的物質的量之比為1:2，C項錯誤；配平可得，反應室Ⅰ中反應的離子方程式為4Fe(CN)63—+4OH—4Fe(CN)64—+O2↑+2H2O，D項正確。
四、名師導學
1.分析電化學裝置的思維模型
2.關注催化循環，若有必要，寫出催化劑參與反應的方程式。
3.解決計算問題時，注意守恒法的運用。

展開更多......

收起↑