专题07 电化学原理及应用—2022年高考化学二轮复习讲练测-讲义(解析版)
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电化学及其应用1.室温钠-硫电池被认为是一种成本低、比能量高的能源存储系统。
一种室温钠-硫电池的结构如图所示。
将钠箔置于聚苯并咪唑膜上作为一个电极,表面喷涂有硫黄粉末的炭化纤维素纸作为另下列叙述错误的是A .充电时Na +从钠电极向硫电极迁移B .放电时外电路电子流动的方向是a→bC .放电时正极反应为:2Na ++8xS 8+2e -→Na 2S x D .炭化纤维素纸的作用是增强硫电极导电性能【答案】A【分析】由题意可知放电时硫电极得电子,硫电极为原电池正极,钠电极为原电池负极。
【详解】A .充电时为电解池装置,阳离子移向阴极,即钠电极,故充电时,错误;B .放电时Na 在a 电极失去电子,失去的电子经外电路流向b 电极,硫黄粉在放出的Na +结合得到Na 2S x ,电子在外电路的流向为a→b ,B 正确;C .由题给的的一系列方程式相加可以得到放电时正极的反应式为2.一种以25V O 和Zn 为电极、()332Zn CF SO 水溶液为电解质的电池,其示意图如下所示。
放电时,2+Zn 可插入V O 层间形成Zn V O nH O ⋅。
下列说法错误的是A .放电时25V O 为正极B .放电时2+Zn 由负极向正极迁移C .充电总反应:252x 252xZn+V O +nH O=Zn V O nH O ⋅D .充电阳极反应:-2+x 252252Zn V O nH O-2xe =xZn +V O +nH O ⋅【答案】C【分析】由题中信息可知,该电池中Zn 为负极、25V O 为正极,电池的总反应为252x 252xZn+V O +nH O=Zn V O nH O ⋅。
【详解】A .由题信息可知,放电时,2+Zn 可插入25V O 层间形成x 252Zn V O nH O ⋅,25V O 发生了还原反应,则放电时25V O 为正极,A 说法正确;B .Zn 为负极,放电时Zn 失去电子变为2+Zn ,阳离子向正极迁移,则放电时2+Zn 由负极向正极迁移,B 说法正确;C .电池在放电时的总反应为252x 252xZn+V O +nH O=Zn V O nH O ⋅,则其在充电时的总反应为x 252252Zn V O nH Ox=Zn+V O +nH O ⋅,C 说法不正确;D .充电阳极上x 252Zn V O nH O ⋅被氧化为25V O ,则阳极的电极反应为-2+x 252252Zn V O nH O-2xe =xZn +V O +nH O ⋅,D 说法正确;综上所述,本题选C 。
题型分组训练7 电化学原理应用——化学电源与电解技术(A组)1.用石墨电极完成下列电解实验。
实验一实验二装置现象a、d处试纸变蓝;b处变红,局部褪色;c处无明显变化两个石墨电极附近有气泡产生;n处有气泡产生……下列对实验现象的解释或推测不合理的是()A.a、d处:2H2O+2e-===H2↑+2OH-B.b处:2Cl--2e-===Cl2↑C.c处发生了反应:Fe-2e-===Fe2+D.根据实验一的原理,实验二中m处能析出铜2.根据光合作用原理,设计如图原电池装置。
下列说法正确的是()A.a电极为原电池的正极B.外电路电流方向是a→bC.b电极的电极反应式为:O2+2e-+2H+===H2O2D.a电极上每生成1 mol O2,通过质子交换膜的H+为2 mol 3.甲醇燃料电池是目前应用比较广泛的一种燃料电池,其工作原理如下图所示:下列说法正确的是()A.N为正极,发生氧化反应B.a气体为氧气,b气体为甲醇C.甲池溶液pH增大,乙池溶液pH减小D.若有1 mol CO2生成,则有6 mol H+从甲池透过交换膜进入乙池4.如图所示装置,开关K闭合时,电流表指针发生偏转,下列有关开关K闭合时的说法正确的是()A.b极是负极B.a极电极反应式为H2-2e-===2H+C.当装置中有1 mol电子通过时,右池产生标准状况下5.6 L 气体D.电池总反应式为2H2+O2===2H2O5.利用微生物可将废水中苯酚的化学能直接转化为电能,装置如图所示。
电池工作时,下列说法正确的是()A.a极为正极,发生氧化反应B.b极的电极反应式为:2NO-3+12H+-10e-===N2↑+6H2O C.中间室的Cl-向左室移动D.左室消耗苯酚(C6H5OH)9.4 g时,用电器流过2.4 mol电子6.工业上联合生产硫酸和烧碱溶液的装置如图所示,其中阴极和阳极均为惰性电极。
测得同温同压下,气体甲与气体乙的体积比约为1:2,下列有关说法正确的是()A.a电极的电极反应式为:2H++2e-===H2↑B.产物丙为硫酸C.离子交换膜d为阴离子交换膜D.每转移0.1 mol电子,产生1。
专题07电化学及其应用考点三年考情(2022-2024)命题趋势考点1电化学及其应用◆原电池、化学电源:2024安徽卷、2024全国甲卷、2024新课标卷、2024河北卷、2024江苏卷、2024北京卷、2023广东卷、2023全国乙卷、2023新课标卷、2023山东卷、2023辽宁卷、2022全国甲卷、2022全国乙卷、2022福建卷、2022广东卷、2022浙江卷、2022辽宁卷、2022山东卷、2022湖南卷◆电解池的工作原理及应用:2024黑吉辽卷、2024湖北卷、2024山东卷、2024湖南卷、2024甘肃卷、2024广东卷、2023全国甲卷、2023湖北卷、2023辽宁卷、2023北京卷、2023广东卷、2023湖南卷、2023浙江卷、2022广东卷、2022天津卷、2022海南卷、2022辽宁卷、2022重庆卷、2022湖北卷、2022北京卷、2022河北卷、2022浙江卷◆金属的腐蚀与防护:2024浙江卷、2024广东卷、2022辽宁卷、2022河北卷、2022湖北卷、2022广东卷高考对于电化学板块内容的考查变化变化不大,主要考查陌生的原电池装置和电解池装置的分析,对于电解池的考查概率有所提高,特别是利用电解池生产化工品和处理环境污染物成为命题特点。
问题的落脚点主要是在电极的极性判断、两极发生的反应情况和电解液成分的参与情况这些问题上。
考法01原电池、化学电源1.(2024·安徽卷)我国学者研发出一种新型水系锌电池,其示意图如下。
该电池分别以Zn-TCPP(局部结构如标注框内所示)形成的稳定超分子材料和Zn 为电极,以ZnSO 4和KI 混合液为电解质溶液。
下列说法错误的是A.标注框内所示结构中存在共价键和配位键B.电池总反应为:-2+-3I +Zn Zn +3I 放电充电C.充电时,阴极被还原的Zn 2+主要来自Zn-TCPPD.放电时,消耗0.65gZn ,理论上转移0.02mol 电子2.(2024·全国甲卷)科学家使用δ-MnO 2研制了一种MnO 2-Zn 可充电电池(如图所示)。
专题七电化学1.(2022·云南·昆明一中模拟预测)研究发现,在酸性乙醇燃料电池中加入硝酸,可使电池持续大电流放电,其工作原理如图所示。
下列说法错误的是(已知F=96500C·mol-1)A.X为质子交换膜B.加入HNO3可降低正极反应的活化能NO-+12e-+16H+=4NO↑+8H2O、4NO +3O2 + 2H2O=4HNO3C.正极区反应为43D.若该电池以电流强度IA持续放电20 min,则理论上消耗C2H5OH约0. 002 mol【答案】D【解析】【分析】从图中可以看出,乙醇中碳元素化合价升高,则Pt电极上失电子发生氧化反应,为负极;C 电极上发生还原反应,为正极。
【详解】A.负极区,电极反应为C2H5OH-12e-+3H2O=2CO2↑+12H+,生成的H+将迁移到正极区参与反应,所以X为质子交换膜,A正确;B.在酸性乙醇燃料电池中加入硝酸,可使电池持续大电流放电,且由图可知硝酸在正极循环反应,起到催化作用,所以加入HNO3可降低正极反应的活化能,B正确;C.从图中可以看出,在正极,HNO3得电子生成NO和H2O,生成的NO再与O2、H2O反NO-+12e-+16H+=4NO↑+8H2O、应生成HNO3,从而得出正极区反应为434NO+3O2+2H2O=4HNO3,C正确;D.根据C2H5OH~12e−,Q=It,可得1 A×20min×60 s=1200 C=n(C2H5OH)×12 mol×96500 C·mol−1,解得n(C2H5OH)≈0.001 mol,D错误;故选D。
2.(2022·重庆·一模)苯酚()是生产某些树脂、杀菌剂、防腐剂以及药物(如阿司匹林)的重要原料,但苯酚也有较强的毒性。
如图是处理废水中苯酚的装置。
下列有关说法正确的是A.a电极电势低,电极附近pH增大B.H 由B区移向A区,B区溶液的pH增大WO+xH+xe=H WOC.b电极反应式为+-3x3D.若有2mol电子通过导线,A、B两区域中溶液质量改变量的和为2g【答案】D【解析】【分析】由图可知,a电极为原电池的正极,酸性条件下,苯酚在正极得到电子发生还原反应生成苯,电极反应式为C6H5OH+2e-+2H+=C6H6+H2O,b电极为负极,H x WO3在负极失去电子发生氧化反应生成WO3和氢离子,电极反应式为H x WO3-x e-=WO3+x H+,电池工作时,氢离子由B区移向A区。
专题07 电化学及其应用【母题来源】2021年高考广东卷【母题题文1】火星大气中含有大量CO2,一种有CO2参加反应的新型全固态电池有望为火星探测器供电。
该电池以金属钠为负极,碳纳米管为正极,放电时A.负极上发生还原反应B. 将电能转化为化学能C. 阳离子由正极移向负极D. CO2在正极上得电子【答案】D【试题解析】放电时,将化学能转化为电能,属于原电池。
A、放电时,负极失电子,发生氧化反应,故不选A;B、放电时,将化学能转化为电能,故不选B;C、原电池中,电子会从负极流向正极,所以阳离子会移动到正极得电子,故不选C;D、放电时,负极钠失电子发生氧化反应,正极CO2得电子发生还原反应,故选D;故答案为D。
【母题题文2】钴(Co)的合金材料广泛应用于航空航天、机械制造等领域。
图5为水溶液中电解制备金属钴的装置示意。
下列说法正确的是A.工作时,I室和Ⅱ室溶液的pH均增大B.生成1 mol Co,I室溶液质量理论上减少16 gC.移除两交换膜后,石墨电极上发生的反应不变通电D.电解总反应:2Co2+ + 2H2O 2Co + O2↑ + 4H+【答案】D【试题解析】由图可知,石墨电极为阳极,得电子,阳极的反应式为2H2O-4e- = O2↑+4H+, Co电极为阴极,得电子,电极反应为Co2+ +2e- = Co,则总的电解反应为。
A项,由上述分析可知,在I室中产生H+,通过阳极交换膜进入II室,则I室和II室的pH减小,故A项错误;B、生成1 mol Co,同时转移2 mole-,需要消耗1 mol的水,则I室溶液质量理论上减少18g,B错误;C、移除两交换膜后,溶液中的CI-更容易失去电子生成Cl2,石墨电极发生的反应改变,C错误;D、由上述分析可知,电解总反应为。
故答案为D。
【命题意图】本题考查原电池原理的应用,考查新情境下化学电源的工作原理及应用,很好的落实了宏观辨识与微观探析、证据推理与模型认知、科学精神与社会责任等学科素养。
专题07 电化学原理及应用【考情分析】核心素养科学探究与创新意识和科学态度与社会责任素养考纲1.了解原电池的工作原理,能写出电极反应和电池反应的方程式。
2.了解常见化学电池的种类及其工作原理。
3.了解电解池的工作原理,能写出电极反应的方程式。
4.了解常见电解池及其工作原理。
5.理解金属发生电化学腐蚀的原因,金属腐蚀的危害,防止金属腐蚀的措施。
考情预测电化学是高考命题的热点,其中原电池与电解池的工作原理、新型电池的分析及应用、金属的腐蚀与防护、电解产物的判断与计算、电极的判断与电极反应式的书写等内容是考查的重点。
预计以后的高考中对本专题的考查形式,一般以新能源电池或燃料为载体,考查原电池正负极的判断、电极反应式的书写、电子和电流流向和溶液pH的变化等;原电池的应用主要考查电化学腐蚀及解释某些化学现象等,电解原理及其应用主要考查电解过程的分析、电极上离子的放电顺序与产物的判断、电极反应式的书写。
【考点剖析】知识点一、原电池原理1、能量的转化原电池:将化学能转变为电能的装置。
2、Cu-Zn 原电池3、电路:外电路:电子从负极流向正极,电流从正极流向负极。
内电路:阴离子移向负极,阳离子移向正极。
电极名称 负极 正极 电极材料 锌片 铜片 电极反应 Zn -2e -===Zn 2+Cu 2++2e -===Cu反应类型 氧化反应还原反应电子流向 由Zn 沿导线流向Cu盐桥中离子移向盐桥含饱和KCl 溶液,K +移向正极,Cl -移向负极3、构成原电池的条件(1)有一个自发进行的氧化还原反应 (2)装置(1)一看反应:看是否有能自发进行的氧化还原反应发生(一般是活泼性强的金属与电解质溶液反应)。
(2)二看两电极:一般是活泼性不同的两电极。
(3)三看是否形成闭合回路,形成闭合回路需三个条件①电解质溶液;②两电极直接或间接接触;③两电极插入电解质溶液。
口诀:负极失电子,正极上还原,离子咋移动,遵循大循环。
4、正、负极的判断:判断依据负极 正极1、电极材料 活动性较强的金属活动性较弱的金属或能导电的非金属 2、反应类型 氧化反应 还原反应 3、电子流动方向 电子流出极 电子流入极 4、电解质溶液中离子流向 阴离子移向的电极 阳离子移向的电极 5、电流方向电流流入极电流流出极6、与电解质溶液能否发生反应能不能7、反应现象电极溶解电极增重或有气泡产生8、pH变化降低升高比能量:电池单位质量或单位体积所能输出电能的多少。
比功率:电池单位质量或单位体积所能输出功率的大小。
质量轻、体积小而输出电能多、功率大、可储存时间长,更适合使用者的需要。
知识点二、化学电源1、电极方程式的书写一般来讲,书写原电池的电极反应式应注意如下四点:1.准确判断原电池的正负极如果电池的正负极判断失误,则电极反应式必然写错,这是正确书写电极反应式的前提。
一般而言,较活泼的金属成为原电池的负极,但不是绝对的。
如将铜片和铝片同时插入浓硝酸中组成原电池时,铜却是原电池的负极被氧化,因为铝在浓硝酸中表面发生了钝化。
此时,其电极反应式为:负极:Cu-2e- ==Cu2+正极:2NO3-+4H++2e-==2NO2+2H2O 又如将镁铝合金放入6mol/L的NaOH溶液中构成原电池时,尽管镁比铝活泼,但镁不和NaOH溶液反应,所以铝成为负极,其电极反应式为:负极:2Al+8OH—-6e-==2AlO2-+4H2O 正极:6H2O+6e-==3H2+6OH-2.高度注意电解质的酸碱性在正、负极上发生的电极反应不是孤立的,它往往与电解质溶液紧密联系。
如氢—氧燃料电池有酸式和碱式两种,在酸溶液中负极反应式为:2H2-4e-==4H+正极反应式为:O2+4H++4e-=2H2O;如是在碱溶液中,则不可能有H+出现,在酸溶液中,也不可能出现OH-。
又于CH4、CH3OH等燃料电池,在碱溶液中C元素以CO32-离子形式存在,而不是放出CO2。
3.牢牢抓住总的反应方程式从理论上讲,任何一个自发的氧化还原反应均可设计成原电池。
而两个电极反应相加即得总的反应方程式。
所以,对于一个陌生的原电池,只要知道总反应方程式和其中的一个电极反应式,即可迅速写出另一个电极反应式。
4.不能忽视电子转移数相等在同一个原电池中,负极失去的电子数必等于正极得到的电子数,所以在书写电极反应式时,要注意电荷守恒。
这样可以避免由电极反应式写总反应方程式,或由总反应方程式改写成电极反应式所带来的失误,同时,也可避免在有关计算中产生误差。
(1)一次电池:放电之后不能充电,内部的氧化还原反应是不可逆的。
干电池:一次电池中电解质溶液制成胶状,不流动。
碱性锌锰电池构成:负极是_______,正极_________,电解质是KOH负极:___________________________正极:________________________________总反应式:_______________________特点:比能量较高,储存时间较长,可适用于大电流和连续放电。
(2)二次电池①铅蓄电池放电电极反应负极:_______________________________;正极:________________________________总反应式:Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4(aq)=2PbSO4(s)+2H2O(l)②镍一镉碱性蓄电池负极:Cd+2OH--2e-=Cd(OH)2;正极:2NiO(OH)+2H2O+2e-=2Ni(OH)2+2OH-总反应式:Cd +2NiO(OH)+2H2O 2Ni(OH)2+ Cd(OH)2电池电极反应酸性电解质碱性电解质H→H+,C→CO2,水提供氧H→H2O,C→CO32-,OH—提供氧氢氧燃料电池负极H2+2e-=2H+2H++2OH-=2H2O 正极O2+4H++4e-=2H2O O2+2H2O+4e-=4OH-总反应2H2+O2=2H2O2H2+O2=2H2O甲烷燃料电池负极CH4-8e-+2H2O=8H++CO2CH4–8e-+10OH-=CO32-+7H2O 正极O2+4H++4e-=2H2O O2+2H2O+4e-=4OH-总反应CH4+2O2=CO2+2H2O CH4+2OH-+2O2=CO32-+3H2O甲醇燃料电池负极CH3OH-6e-+H2O=6H++CO2CH3OH-6e-+8OH-=CO32-+6H2O 正极O2+4H++4e-=2H2O O2+2H2O+4e-=4OH-总反应2CH3OH+3O2-=2CO2+4H2O2CH3OH+3O2+4OH-=2CO32-+6H2O乙醇燃料电池负极C2H5OH-12e-+3H2O=12H++2CO2C2H5OH-12e-+16OH-=2CO32-+11H2O 正极O2+4H++4e-=2H2O O2+2H2O+4e-=4OH-总反应C2H5OH-+3O2-=2CO2+3H2O C2H5OH-+3O2+4OH-=2CO32-+5H2O电池电极反应熔融碳酸盐电解质固体氧化物电解质H→H2O,C→CO2,CO32—提供氧H→H2O,C→CO2,O2—提供氧氢氧燃料电池负极H2+CO32—2e-=H2O+CO2H2+O2—2e-=H2O 正极O2+4e-+2CO2=2CO32-O2+4e-=2O2-总反应2H2+O2=2H2O2H2+O2=2H2O甲烷燃料电池负极CH4+4CO32—8e-=2H2O+5CO2CH4+4CO32—8e-=2H2O+5CO2正极O2+4e-+2CO2=2CO32-O2+4e-=2O2-总反应CH4+2O2=CO2+2H2O CH4+2O2=CO2+2H2O甲醇燃料电池负极CH3OH+3CO32—6e-=2H2O+4CO2CH3OH+3CO32—6e-=2H2O+4CO2正极O2+4e-+2CO2=2CO32-O2+4e-=2O2-总反应2CH3OH+3O2-=2CO2+4H2O2CH3OH+3O2-=2CO2+4H2O乙醇燃料电池负极C2H5OH+6CO32—12e-=3H2O+7CO2C2H5OH+6O2—12e-=3H2O+2CO2正极O2+4e-+2CO2=2CO32-O2+4e-=2O2-总反应C2H5OH-+3O2-=2CO2+3H2O C2H5OH-+3O2-=2CO2+3H2O外,空气中的氧气也可作氧化剂。
燃料电池的能量转化率高于80%,远高于燃烧过程(仅30%左右),有利于节约能源。
燃料电池有广阔的发展前途。
知识点三、原电池原理的应用1、运用原电池原理,加快化学反应速率如:实验室中用Zn与稀H2SO4反应制取H2时,通常滴入几滴CuSO4溶液。
这样做的原因是Zn与置换出的Cu、稀H2SO4构成Zn与置换出的Cu、稀H2SO4构成了原电池,加快了反应的进行。
2、运用原电池原理,设计制造各种化学电源3、运用原电池原理,对金属实行有效保护例:为保护轮船船体或大坝闸门的过快腐蚀,通常在船体或闸门外壳上连接一块比船体或闸门更活泼的金属,以保护船体或闸门。
4、运用原电池原理,判断金属的活动性大小作为原电池负极的金属,金属活动性一般比作为正极的金属活动性强。
5、运用原电池原理,判断氧化还原进行的方向6、析氢腐蚀与吸氧腐蚀以钢铁的腐蚀为例进行分析:类型析氢腐蚀吸氧腐蚀条件水膜酸性较强(pH≤4.3)水膜酸性很弱或呈中性电极反应负极 Fe -2e -===Fe 2+正极2H ++2e -===H 2↑O 2+2H 2O +4e -===4OH -总反应式 Fe +2H +===Fe 2++H 2↑2Fe +O 2+2H 2O===2Fe(OH)2联系 吸氧腐蚀更普遍1.盐桥的组成和作用(1)盐桥中装有饱和的KCl 、KNO 3等溶液和琼胶制成的胶冻。
(2)盐桥的作用:①连接内电路,形成闭合回路;②平衡电荷,使原电池不断产生电流。
③是氧化反应和还原反应分开发生,避免发生副反应。
2.单池原电池和盐桥原电池的对比图1和图2两装置的相同点:正负极、电极反应、总反应、反应现象。
负极:Zn -2e -===Zn 2+正极:Cu 2++2e -===Cu总反应:Zn +Cu 2+===Cu +Zn 2+不同点:图1中Zn 在CuSO 4溶液中直接接触Cu2+,会有一部分Zn与Cu2+直接反应,该装置中既有化学能和电能的转化,又有一部分化学能转化成了热能,装置的温度会升高。
图2中Zn 和CuSO 4溶液在两个池子中,Zn 与Cu 2+不直接接触,不存在Zn 与Cu 2+直接反应的过程,所以仅是化学能转化成了电能,电流稳定,且持续时间长。
关键点:盐桥原电池中,还原剂在负极区,而氧化剂在正极区。
【典例剖析】例1.(2021•西城区二模)下列事实与电化学无关的是( )A .暖宝宝(含铁粉、碳、氯化钠等)发热B .海沙比河沙混凝土更易使钢筋生锈C .家用铁锅生锈D .铁罐运输浓硫酸【解析】:A .暖宝宝中铁粉、碳、氯化钠等形成原电池放出热量,故A 错误;B.海沙中含有氯化钠等盐,比河沙混凝土,钢铁更易形成原电池而生锈,故B错误;C.家用铁锅生锈是因为铁锅中铁、碳和表面水膜形成原电池,故C错误;D.铁罐能运输浓硫酸,是因为常温下铁在浓硫酸中发生钝化,铁表面生成一层致密的氧化膜,该过程未涉及电化学,故D正确;故选:D。