《2025年步步高大二轮专题复习化学》

1. (2024·湖北，14)我国科学家设计了一种双位点$PbCu$电催化剂，用$H_{2}C_{2}O_{4}$和$NH_{2}OH$电化学催化合成甘氨酸，原理如图，双极膜中$H_{2}O$解离的$H^{+}$和$OH^{-}$在电场作用下向两极迁移。已知在$KOH$溶液中，甲醛转化为$HOCH_{2}O^{-}$，存在平衡$HOCH_{2}O^{-}+OH^{-}\rightleftharpoons [OCH_{2}O]^{2 - }+H_{2}O$。$Cu$电极上发生的电子转移反应为$[OCH_{2}O]^{2 - } - e^{-}=HCOO^{-}+H\cdot$。下列说法错误的是( )

A. 电解一段时间后阳极区$c(OH^{-})$减小
B. 理论上生成$1\ mol\ H_{3}N^{+}CH_{2}COOH$双极膜中有$4\ mol\ H_{2}O$解离
C. 阳极总反应式为$2HCHO + 4OH^{-}-2e^{-}=2HCOO^{-}+H_{2}\uparrow + 2H_{2}O$
D. 阴极区存在反应$H_{2}C_{2}O_{4}+2H^{+}+2e^{-}=OHCCOOH + H_{2}O$

答案： B　[由题意可知，Cu电极为阳极，电极总反应为$2HCHO - 2e^{-}+4OH^{-}=2HCOO^{-}+H_{2}\uparrow +2H_{2}O$，阳极区消耗$OH^{-}$、同时生成$H_{2}O$，$c(OH^{-})$减小，A、C正确；PbCu电极为阴极，首先$HOOC - COOH$在Pb上发生得电子的还原反应转化为$OHC - COOH:H_{2}C_{2}O_{4}+2e^{-}+2H^{+}=OHC - COOH + H_{2}O$，$OHC - COOH$与$HO - N^{+}H_{3}$反应生成$HOOC - CH = N - OH:OHC - COOH + HO - N^{+}H_{3}=HOOC - CH = N - OH + H_{2}O + H^{+}$，$HOOC - CH = N - OH$发生得电子的还原反应转化成$H_{3}N^{+}CH_{2}COOH:HOOC - CH = N - OH + 4e^{-}+5H^{+}=H_{3}N^{+}CH_{2}COOH + H_{2}O$，阴极总反应为$H_{2}C_{2}O_{4}+NH_{2}OH + 6e^{-}+7H^{+}=H_{3}N^{+}CH_{2}COOH + 3H_{2}O$，1mol$H_{2}O$解离成1mol$H^{+}$和1mol$OH^{-}$，故理论上生成1mol$H_{3}N^{+}CH_{2}COOH$双极膜中有6mol$H_{2}O$解离，B错误、D正确。]

2. (2024·黑吉辽，12)“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$HCHO$高效制$H_{2}$的方法，装置如图所示。部分反应机理为${HCHO + OH^{-}\rightleftharpoons HOCH_{2}O^{-}\rightleftharpoons [OCH_{2}O]^{2 - } + H_{2}O}$，$[OCH_{2}O]^{2 - } - e^{-}=HCOO^{-}+H\cdot$。下列说法错误的是( )

A. 相同电量下$H_{2}$理论产量是传统电解水的$1.5$倍
B. 阴极反应：$2H_{2}O + 2e^{-}=2OH^{-}+H_{2}\uparrow$
C. 电解时$OH^{-}$通过阴离子交换膜向$b$极方向移动
D. 阳极反应：$2HCHO - 2e^{-}+4OH^{-}=2HCOO^{-}+2H_{2}O + H_{2}\uparrow$

答案： A　[据图示可知，b电极上HCHO转化为$HCOO^{-}$，HCHO发生氧化反应，所以b电极为阳极，a电极为阴极，HCHO为阳极反应物，阳极反应：①$HCHO + OH^{-}-e^{-}=HCOOH+\frac{1}{2}H_{2}\uparrow$，②$HCOOH + OH^{-}=HCOO^{-}+H_{2}O$，阴极反应：$2H_{2}O + 2e^{-}=H_{2}\uparrow + 2OH^{-}$，即转移2mol电子时，阴、阳两极各生成1mol$H_{2}$，共2mol$H_{2}$；而传统电解水：$2H_{2}O\xlongequal{电解}2H_{2}\uparrow + O_{2}\uparrow$，转移2mol电子，只有阴极生成1mol$H_{2}$，所以相同电量下$H_{2}$理论产量是传统电解水的2倍，故A错误、B正确；由电极反应式可知，电解过程中阴极生成$OH^{-}$，$OH^{-}$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；由分析可知阳极反应为$2HCHO - 2e^{-}+4OH^{-}=2HCOO^{-}+2H_{2}O + H_{2}\uparrow$，故D正确。]

3. (2023·湖北，10)我国科学家设计如图所示的电解池，实现了海水直接制备氢气技术的绿色化。该装置工作时阳极无$Cl_{2}$生成且$KOH$溶液的浓度不变，电解生成氢气的速率为$x\ mol\cdot h^{-1}$。下列说法错误的是( )

A. $b$电极反应式为$2H_{2}O + 2e^{-}=H_{2}\uparrow + 2OH^{-}$
B. 离子交换膜为阴离子交换膜
C. 电解时海水中动能高的水分子可穿过$PTFE$膜
D. 海水为电解池补水的速率为$2x\ mol\cdot h^{-1}$

答案： 3.D　[b电极为阴极，发生还原反应，电极反应为$2H_{2}O + 2e^{-}=H_{2}\uparrow + 2OH^{-}$，故A正确；该装置工作时阳极无$Cl_{2}$生成且KOH浓度不变，阳极发生的电极反应为$4OH^{-}-4e^{-}=O_{2}\uparrow + 2H_{2}O$，为保持$OH^{-}$浓度不变，则阴极产生的$OH^{-}$要通过离子交换膜进入阳极室，即离子交换膜应为阴离子交换膜，故B正确；电解时电解槽中不断有水被消耗，海水中动能高的水以“汽”的形式穿过PTFE膜，为电解池补水，故C正确；由电解总反应可知，每生成1mol$H_{2}$要消耗1mol$H_{2}O$，生成$H_{2}$的速率为$x\ mol\cdot h^{-1}$，则补水的速率也应是$x\ mol\cdot h^{-1}$，故D错误。]

4. (2022·全国甲卷，10)一种水性电解液$Zn - MnO_{2}$离子选择双隔膜电池如图所示$[KOH$溶液中，$Zn^{2 + }$以$Zn(OH)_{4}^{2 - }$存在$]$。电池放电时，下列叙述错误的是( )

A. Ⅱ区的$K^{+}$通过隔膜向Ⅲ区迁移
B. Ⅰ区的$SO_{4}^{2 - }$通过隔膜向Ⅱ区迁移
C. $MnO_{2}$电极反应：$MnO_{2}+2e^{-}+4H^{+}=Mn^{2 + }+2H_{2}O$
D. 电池总反应：$Zn + 4OH^{-}+MnO_{2}+4H^{+}=Zn(OH)_{4}^{2 - }+Mn^{2 + }+2H_{2}O$

答案： 4.A　[根据图示的电池结构和题目所给信息可知，Ⅲ区Zn为电池的负极，电极反应为$Zn - 2e^{-}+4OH^{-}=Zn(OH)_{4}^{2 - }$，Ⅰ区$MnO_{2}$为电池的正极，电极反应为$MnO_{2}+2e^{-}+4H^{+}=Mn^{2 + }+2H_{2}O$，$K^{+}$从Ⅲ区通过隔膜向Ⅱ区迁移，A错误、C正确；Ⅰ区的$SO_{4}^{2 - }$通过隔膜向Ⅲ区迁移，B正确；电池的总反应为$Zn + 4OH^{-}+MnO_{2}+4H^{+}=Zn(OH)_{4}^{2 - }+Mn^{2 + }+2H_{2}O$，D正确。]