（北京专用）2020届高考化学一轮复习专题十六电化学课件.pptx

专题十六 电化学,高考化学 (北京专用),五年高考,A组 自主命题北京卷题组,考点一 原电池工作原理及应用,1.(2014北京理综,8,6分)下列电池工作时,O2在正极放电的是 ( ),答案 B 氢燃料电池中,负极上H2放电,正极上O2放电,A、C、D中均不存在O2放电,故选B。,考查点 本题考查常见化学电源的工作原理。,解题关键 在燃料电池中,负极通入燃料,正极通入氧气或空气。,2.(2012北京理综,12,6分)人工光合作用能够借助太阳能,用CO2和H2O制备化学原料。下图是 通过人工光合作用制备HCOOH的原理示意图,下列说法不正确的是 ( ) A.该过程是将太阳能转化为化学能的过程 B.催化剂a表面发生氧化反应,有O2产生 C.催化剂a附近酸性减弱,催化剂b附近酸性增强 D.催化剂b表面的反应是CO2+2H+2e- HCOOH,答案 C 电池总反应式为2CO2+2H2O 2HCOOH+O2。负极:2H2O-4e- O2+4H+, 正极:2CO2+4H+4e- 2HCOOH。A项,该过程中太阳能先转化为电能,再转化为化学能;C项, 催化剂a附近生成H+,酸性增强,催化剂b附近消耗H+,酸性减弱,故C项错误。,3.(2011北京理综,8,6分)结合下图判断,下列叙述正确的是 ( ),A.和中正极均被保护 B.和中负极反应均是Fe-2e- Fe2+ C.和中正极反应均是O2+2H2O+4e- 4OH- D.和中分别加入少量K3Fe(CN)6溶液,均有蓝色沉淀,答案 A A项,电子从负极流向正极,抑制正极金属失电子,所以正极均被保护。B项,中的 负极反应为Zn-2e- Zn2+。C项,中的正极反应为2H+2e- H2。D项,中负极反应产 生的Zn2+不会与K3Fe(CN)6溶液作用产生蓝色沉淀。,4.(2016北京理综,26,13分)用零价铁(Fe)去除水体中的硝酸盐(N )已成为环境修复研究的热 点之一。 (1)Fe还原水体中N 的反应原理如下图所示。 作负极的物质是 。 正极的电极反应式是 。 (2)将足量铁粉投入水体中,经24小时测定N 的去除率和pH,结果如下:,pH=4.5时,N 的去除率低。其原因是 。 (3)实验发现:在初始pH=4.5的水体中投入足量铁粉的同时,补充一定量的Fe2+可以明显提高 N 的去除率。对Fe2+的作用提出两种假设: .Fe2+直接还原N ; .Fe2+破坏FeO(OH)氧化层。 做对比实验,结果如下图所示。可得到的结论是 。,同位素示踪法证实Fe2+能与FeO(OH)反应生成Fe3O4。结合该反应的离子方程式,解释加入 Fe2+提高N 去除率的原因:,。 (4)其他条件与(2)相同,经1小时测定N 的去除率和pH,结果如下:,与(2)中数据对比,解释(2)中初始pH不同时,N 去除率和铁的最终物质形态不同的原因: 。,答案 (1)Fe N +8e-+10H+ N +3H2O (2)FeO(OH)不导电,阻碍电子转移 (3)本实验条件下,Fe2+不能直接还原N ;在Fe和Fe2+共同作用下能提高N 去除率 Fe2+2FeO(OH) Fe3O4+2H+,Fe2+将不导电的FeO(OH)转化为可导电的Fe3O4,利于电子 转移 (4)初始pH低时,产生的Fe2+充足;初始pH高时,产生的Fe2+不足,解析 (1)由图示可知,Fe失去电子作负极,N 在正极发生反应转化为N :N +8e-+10H+ N +3H2O。 (4)初始pH低时,产生的Fe2+充足,能有效防止FeO(OH)的生成。,思路分析 认真观察图像,准确判断正负极,结合原电池工作原理作答。,知识拓展 原电池电极反应式书写的“三步骤”,5.(2016北京理综,12,6分)用石墨电极完成下列电解实验。,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,考点二 电解原理及应用,答案 B 根据实验一的实验现象可判断出c为阳极,d为阴极,a、d处的电极反应均为2H2O+ 2e- H2+2OH-,c处的电极反应为Fe-2e- Fe2+,由于Fe2+的颜色较浅,短时间观察不到明显 的现象。“b处变红,局部褪色”说明在该电极上Cl-放电生成了Cl2,电极反应为2Cl-2e- Cl2,Cl2与水发生反应:Cl2+H2O HClO+HCl,HCl溶于水呈酸性,HClO具有漂白性。实验二中 每个铜珠的左侧为阳极,右侧为阴极,其中铜珠的左侧铜放电变成铜离子,铜离子移动到m处,在 m处放电变成铜析出。,思路分析 d处试纸变蓝说明该处有OH-生成,则d处发生了得电子的还原反应,从而确定d为阴 极;利用类比的方法确定m处为阴极,然后利用电解原理分析判断。,6.(2013北京理综,9,6分)用石墨电极电解CuCl2溶液(见右图)。下列分析正确的是 ( ) A.a端是直流电源的负极,B.通电使CuCl2发生电离 C.阳极上发生的反应:Cu2+2e- Cu D.通电一段时间后,在阴极附近观察到黄绿色气体,答案 A 电解过程中,阳离子向阴极移动,阴离子向阳极移动,阴极与直流电源的负极相连,阳 极与直流电源的正极相连,A项正确;电解质在溶液中的电离是因为水分子的作用,与通电无关, B项错误;电解过程中阳极上发生的反应为氧化反应,阳极反应为2Cl-2e- Cl2,在阳极附 近可观察到黄绿色气体,C、D项错误。,思路分析 观察电解装置图中离子的移动方向,判断出电解池的阴极、阳极和直流电源的正 极、负极,结合电解池的工作原理和电解规律分析判断。,解题关键 在电解池中,阳离子移向阴极,阴离子移向阳极。,7.(2019北京理综,27节选)氢能源是最具应用前景的能源之一,高纯氢的制备是目前的研究热点。 (2)可利用太阳能光伏电池电解水制高纯氢,工作示意图如下。通过控制开关连接K1或K2,可交 替得到H2和O2。 制H2时,连接 。产生H2的电极反应式是 。 改变开关连接方式,可得O2。 结合和中电极3的电极反应式,说明电极3的作用: 。,答案 (2)K1 2H2O+2e- H2+2OH- 制H2时,电极3发生反应:Ni(OH)2+OH-e- NiOOH+H2O。制O2时,上述电极反应逆向进行, 使电极3得以循环使用,解析 (2)控制开关连接K1时,电极1作阴极,H2O在电极周围放电产生H2。 开关连接K1时,电极3作阳极,Ni(OH)2被氧化为NiOOH;开关连接K2时,电极3作阴极,NiOOH 被还原为Ni(OH)2。,解题思路 在解答时,我们要认真观察光伏电池工作示意图,了解其工作原理。该装置中开关 连接K1、K2均为电解装置,只不过是电极3分别作阳极和阴极。,8.(2018北京理综,12,6分)验证牺牲阳极的阴极保护法,实验如下(烧杯内均为经过酸化的3% NaCl溶液)。,考点三 金属的腐蚀与防护,下列说法不正确的是 ( ) A.对比,可以判定Zn保护了Fe B.对比,K3Fe(CN)6可能将Fe氧化 C.验证Zn保护Fe时不能用的方法 D.将Zn换成Cu,用的方法可判断Fe比Cu活泼,答案 D 在中,若将Zn换成Cu,此时Fe作负极,其周围必然会出现Fe2+,Fe2+遇K3Fe(CN)6会 出现蓝色沉淀,与原来的实验现象相同,也就是说,在中无论与Fe连接的金属活动性如何, 实验现象都是一样的,所以用的方法无法判断Fe与Cu的活泼性强弱。,规律方法 做对比实验时,一定要弄清哪些实验条件是相同的,哪些是变化的。,9.(2013北京理综,7,6分)下列金属防腐的措施中,使用外加电流的阴极保护法的是 ( ) A.水中的钢闸门连接电源的负极 B.金属护栏表面涂漆 C.汽车底盘喷涂高分子膜 D.地下钢管连接镁块,答案 A 外加电流的阴极保护法是指把要保护的金属连接在直流电源的负极上,使其作为 电解池的阴极被保护,A项符合题意;金属表面涂漆或喷涂高分子膜可防止金属与其他物质接 触发生反应,B、C选项不符合题意;钢管连接镁块利用的是原电池原理,镁为负极被氧化,钢管 为正极被保护,D项不符合题意。,知识拓展 金属防护的常用方法及其特点,1.电化学防护法 (1)牺牲阳极的阴极保护法:在被保护的钢铁设备上装上若干较活泼金属(如Zn),使被保护的金 属作原电池的正极; (2)外加电流的阴极保护法:将被保护的钢铁设备连接直流电源的负极。,2.其他方法 (1)改变金属内部结构,如把金属制成防腐的合金(如不锈钢); (2)加涂防护层,如喷油漆、涂油脂、电镀、喷镀或表面钝化等。,10.(2010北京理综,6,6分)下列有关钢铁腐蚀与防护的说法正确的是 ( ) A.钢管与电源正极连接,钢管可被保护 B.铁遇冷浓硝酸表面钝化,可保护内部不被腐蚀 C.钢管与铜管露天堆放在一起时,钢管不易被腐蚀 D.钢铁发生析氢腐蚀时,负极反应是Fe-3e- Fe3+,答案 B A项,钢管与电源正极连接,则钢管为电解池的阳极,发生氧化反应被腐蚀;B项,铁遇 冷浓硝酸,表面形成致密的氧化膜,可保护内部不被腐蚀;C项,钢管与铜管露天堆放在一起时易 形成原电池,钢管作负极被腐蚀;D项,负极反应应为Fe-2e- Fe2+。,评析 本题考查电化学原理的简单应用,考查考生应用化学知识解决实际问题的能力,属容易 题。,1.(2019上海选考,17,2分)关于下列装置,叙述错误的是 ( ) A.石墨电极反应O2+4H+4e- 2H2O B.鼓入少量空气,会加快Fe的腐蚀 C.加入少量NaCl,会加快Fe的腐蚀 D.加入HCl,石墨电极反应式:2H+2e- H2,考点一 原电池工作原理及应用,B组 统一命题、省（区、市）卷题组,答案 A A项,该原电池装置的电解质是接近中性的自来水,石墨电极反应式为O2+2H2O+4e- 4OH-,故错误;B项,鼓入空气,水中O2浓度增大,O2得电子机会增大,会加快Fe的腐蚀,故正 确;C项,加入少量NaCl,增加电解质溶液的导电性,会加快Fe的腐蚀,故正确;D项,加入HCl后,电 解质溶液中存在大量H+,石墨电极反应式为2H+2e- H2,故正确。,2.(2019江苏单科,11,4分)氢气与氧气生成水的反应是氢能源应用的重要途径。下列有关说法 正确的是 ( ) A.一定温度下,反应2H2(g)+O2(g) 2H2O(g)能自发进行,该反应的H0 B.氢氧燃料电池的负极反应为O2+2H2O+4e- 4OH- C.常温常压下,氢氧燃料电池放电过程中消耗11.2 L H2,转移电子的数目为6.021023 D.反应2H2(g)+O2(g) 2H2O(g)的H可通过下式估算:H=反应中形成新共价键的键能之和- 反应中断裂旧共价键的键能之和,答案 A 本题涉及的考点有化学反应自发进行的判据、燃料电池电极反应式的书写、气体 摩尔体积的应用、焓变的计算,考查学生运用化学反应原理的相关知识分析和解决化学问题 的能力,通过氢能源应用的科学实践活动体现科学探究与创新意识的学科核心素养。 A项,2H2(g)+O2(g) 2H2O(g)的S0,一定温度下该反应能自发进行,则H-TS0,故H0;B 项,氢氧燃料电池的负极发生氧化反应:H2-2e- 2H+;C项,11.2 L H2在常温常压下不是0.5 mol,转移电子数目不为6.021023;D项,H=反应中断裂旧共价键的键能之和-反应中形成新共价键的键能之和。,易错警示 H=生成物的总能量-反应物的总能量、H=反应物键能总和-生成物键能总和,注 意二者的区别。,3.(2019天津理综,6,6分)我国科学家研制了一种新型的高比能量锌-碘溴液流电池,其工作原理 示意图如下。图中贮液器可储存电解质溶液,提高电池的容量。下列叙述不正确的是 ( ) A.放电时,a电极反应为I2Br-+2e- 2I-+Br- B.放电时,溶液中离子的数目增大,C.充电时,b电极每增重0.65 g,溶液中有0.02 mol I-被氧化 D.充电时,a电极接外电源负极,答案 D 本题涉及原电池正负极的判断、电极反应式的书写等知识,通过工作原理示意图 的分析,考查学生接受、吸收、整合化学信息的能力。新型高能电池的原理应用体现了科学 探究与创新意识的学科核心素养。 由工作原理示意图中Zn2+迁移的方向可判断放电时a为正极,b为负极。放电时,a极得到电子,发 生还原反应,使溶液中离子数目增大,A、B项正确;充电时,a极接外接电源的正极,D项错误;充 电时,b极为阴极,电极反应式为Zn2+2e- Zn,每增重0.65 g,转移0.02 mol电子,a极为阳极,电 极反应式为2I-+Br-2e- I2Br-,转移0.02 mol电子,有0.02 mol I-被氧化,C项正确。,解题思路 根据示意图判断电池的正、负极,再结合图中微粒变化的情况书写出电极反应式, 根据两极转移电子守恒作出正确计算。,4.(2019课标,13,6分)为提升电池循环效率和稳定性,科学家近期利用三维多孔海绵状Zn(3D- Zn)可以高效沉积ZnO的特点,设计了采用强碱性电解质的3D-ZnNiOOH二次电池,结构如下 图所示。电池反应为Zn(s)+2NiOOH(s)+H2O(l) ZnO(s)+2Ni(OH)2(s)。 下列说法错误的是 ( ) A.三维多孔海绵状Zn具有较高的表面积,所沉积的ZnO分散度高 B.充电时阳极反应为Ni(OH)2(s)+OH-(aq)-e- NiOOH(s)+H2O(l) C.放电时负极反应为Zn(s)+2OH-(aq)-2e- ZnO(s)+H2O(l),D.放电过程中OH-通过隔膜从负极区移向正极区,答案 D 本题涉及二次电池知识,以新型三维多孔海绵状Zn的信息为切入点,考查了学生接 受、吸收、整合化学信息的能力,运用电化学原理解决实际问题,体现了变化观念与平衡思想 的学科核心素养。 A项,依题干信息可知正确;B项,充电时阳极发生氧化反应,正确;C项,放电时Zn作负极失去电 子,发生氧化反应,正确;D项,放电时,OH-由正极区向负极区迁移。,解题关键 掌握原电池和电解池的反应原理及二次电池知识,同时注意从题干中获取关键信 息。,5.(2019课标,12,6分)利用生物燃料电池原理研究室温下氨的合成,电池工作时MV2+/MV+在 电极与酶之间传递电子,示意图如下所示。下列说法错误的是 ( ) A.相比现有工业合成氨,该方法条件温和,同时还可提供电能 B.阴极区,在氢化酶作用下发生反应H2+2MV2+ 2H+2MV+ C.正极区,固氮酶为催化剂,N2发生还原反应生成NH3,D.电池工作时质子通过交换膜由负极区向正极区移动,答案 B 本题涉及原电池的工作原理及应用,以生物燃料电池为载体考查学生接受、吸 收、整合化学信息的能力。借助不同形式的能量转化过程,体现了宏观辨识与微观探析的学 科核心素养和关注社会发展、科技进步、生产生活的价值观念。 A项,现有工业合成氨的反应条件是高温、高压、催化剂,则题述方法合成氨条件更为温和,同 时可将化学能转化为电能,正确;B项,阴(正)极区,在固氮酶催化作用下发生反应N2+6H+6MV+ 2NH3+6MV2+,错误;C项,由B项分析可知正极区N2被还原为NH3,正确;D项,原电池工作时, 质子(H+)通过交换膜由负极区向正极区移动,正确。,思路点拨 根据电极反应类型确定电极名称。左电极:MV+MV2+发生氧化反应,故为负极,则 右电极为正极。,6.(2018课标,11,6分)一种可充电锂空气电池如图所示。当电池放电时,O2与Li+在多孔碳材 料电极处生成Li2O2-x(x=0或1)。下列说法正确的是 ( ) A.放电时,多孔碳材料电极为负极 B.放电时,外电路电子由多孔碳材料电极流向锂电极 C.充电时,电解质溶液中Li+向多孔碳材料区迁移 D.充电时,电池总反应为Li2O2-x 2Li+(1- )O2,答案 D 本题考查原电池原理和电解原理的综合运用。A项,依据题意和可充电电池装置图 判断出,放电时锂电极作负极,多孔碳材料电极作正极,错误;B项,在原电池中,外电路电子由负 极流向正极,即放电时,外电路电子由锂电极流向多孔碳材料电极,错误;C项,充电时,电解质溶 液中的阳离子向阴极区迁移,即Li+向锂电极区迁移,错误;D项,充电时,Li+在阴极区得到电子生 成Li,阳极区生成O2,即电池总反应为Li2O2-x 2Li+(1- )O2,正确。,7.(2016课标,11,6分)Mg-AgCl电池是一种以海水为电解质溶液的水激活电池。下列叙述 的是 ( ) A.负极反应式为Mg-2e- Mg2+ B.正极反应式为Ag+e- Ag C.电池放电时Cl-由正极向负极迁移 D.负极会发生副反应Mg+2H2O Mg(OH)2+H2,答案 B Mg-AgCl电池中,Mg为负极,AgCl为正极,故正极反应式应为AgCl+e- Ag+Cl-,B 项错误。,8.(2016课标,11,6分)锌空气燃料电池可用作电动车动力电源,电池的电解质溶液为KOH 溶液,反应为2Zn+O2+4OH-+2H2O 2Zn(OH 。下列说法正确的是 ( ) A.充电时,电解质溶液中K+向阳极移动 B.充电时,电解质溶液中c(OH-)逐渐减小 C.放电时,负极反应为:Zn+4OH-2e- Zn(OH D.放电时,电路中通过2 mol电子,消耗氧气22.4 L(标准状况),答案 C 充电时为电解池,溶液中的阳离子向阴极移动,发生的反应为2Zn(OH 2Zn+ O2+4OH-+2H2O,电解质溶液中c(OH-)增大,故A项、B项均错误;放电时负极反应为Zn+4OH 2e- Zn(OH ,故C项正确;每消耗1 mol O2,电路中通过4 mol电子,故D项错误。,思路分析 根据原电池及电解池的工作原理分析判断。,知识拓展 1.,2.失电子,3.原电池充电时:正极接电源正极,电池正极变阳极。,9.(2016四川理综,5,6分)某电动汽车配载一种可充放电的锂离子电池,放电时电池总反应为: Li1-xCoO2+LixC6 LiCoO2+C6(x1)。下列关于该电池的说法不正确的是( ) A.放电时,Li+在电解质中由负极向正极迁移 B.放电时,负极的电极反应式为LixC6-xe- xLi+C6 C.充电时,若转移1 mol e-,石墨(C6)电极将增重7x g D.充电时,阳极的电极反应式为LiCoO2-xe- Li1-xCoO2+xLi+,答案 C 由放电时电池总反应可知,放电时负极反应式为LixC6-xe- C6+xLi+,正极反应式 为Li1-xCoO2+xe-+xLi+ LiCoO2,在原电池内部阳离子由负极向正极迁移,A、B项均正确;充电 时阴极反应式为C6+xLi+xe- LixC6,阳极反应式为LiCoO2-xe- Li1-xCoO2+xLi+,转移x mol e-,石墨电极增重7x g,若转移1 mol e-,石墨电极将增重7 g,C项不正确,D项正确。,10.(2015课标,11,6分)微生物电池是指在微生物的作用下将化学能转化为电能的装置,其工 作原理如图所示。下列有关微生物电池的说法错误的是 ( ),A.正极反应中有CO2生成 B.微生物促进了反应中电子的转移 C.质子通过交换膜从负极区移向正极区 D.电池总反应为C6H12O6+6O2 6CO2+6H2O,答案 A 根据微生物电池工作原理示意图可知:C6H12O6在负极上发生氧化反应,电极反应式 为 -24e-+6H2O 6CO2+24H+;O2在正极上发生还原反应,电极反应式为6O2+24e-+ 24H+ 12H2O。负极有CO2生成,A项错误;B项,微生物促进了反应中电子的转移,正确;C项, 质子通过交换膜从负极区移向正极区,正确;D项,电池总反应为C6H12O6+6O2 6CO2+6H2O, 正确。,11.(2015天津理综,4,6分)锌铜原电池装置如图所示,其中阳离子交换膜只允许阳离子和水分子 通过。下列有关叙述正确的是 ( ) A.铜电极上发生氧化反应 B.电池工作一段时间后,甲池的c(S )减小 C.电池工作一段时间后,乙池溶液的总质量增加 D.阴阳离子分别通过交换膜向负极和正极移动,保持溶液中电荷平衡,答案 C 题中所述锌铜原电池中,Zn为负极,电极反应式为Zn-2e- Zn2+;Cu为正极,电极反 应式为Cu2+2e- Cu,发生还原反应。Zn2+通过阳离子交换膜向正极移动;乙池溶液中消耗 的Cu2+与由甲池迁移过来的Zn2+的物质的量相同,则乙池溶液质量增加。溶液中的阴离子无法 通过阳离子交换膜。故选C。,12.(2018天津理综,10节选)CO2是一种廉价的碳资源,其综合利用具有重要意义。回答下列问 题: (3)O2辅助的Al-CO2电池工作原理如图所示。该电池电容量大,能有效利用CO2,电池反应产物 Al2(C2O4)3是重要的化工原料。 电池的负极反应式: 。 电池的正极反应式:6O2+6e- 6 6CO2+6 3C2 +6O2,反应过程中O2的作用是 。 该电池的总反应式: 。,答案 (3)Al-3e- Al3+(或2Al-6e- 2Al3+) 催化剂 2Al+6CO2 Al2(C2O4)3,解析 (3)观察原电池工作原理图知,铝电极作负极,多孔碳电极作正极,故负极反应式为Al-3e- Al3+;正极反应式为6O2+6e- 6 、6CO2+6 3C2 +6O2,由此可知反应过程中O2 的作用是催化剂;电池总反应式为2Al+6CO2 Al2(C2O4)3。,13.(2018课标,13,6分)最近我国科学家设计了一种CO2+H2S协同转化装置,实现对天然气中 CO2和H2S的高效去除。示意图如下图所示,其中电极分别为ZnO石墨烯(石墨烯包裹的ZnO) 和石墨烯,石墨烯电极区发生反应为: EDTA-Fe2+-e- EDTA-Fe3+ 2EDTA-Fe3+H2S 2H+S+2EDTA-Fe2+,考点二 电解原理及应用,该装置工作时,下列叙述错误的是 ( ) A.阴极的电极反应:CO2+2H+2e- CO+H2O B.协同转化总反应:CO2+H2S CO+H2O+S C.石墨烯上的电势比ZnO石墨烯上的低 D.若采用Fe3+/Fe2+取代EDTA-Fe3+/EDTA-Fe2+,溶液需为酸性,答案 C 本题考查电解原理的应用。由石墨烯电极区反应可知该极发生氧化反应,为阳 极,则ZnO石墨烯为阴极。阴极的电极反应为CO2+2H+2e- CO+H2O,A正确;装置工作时 涉及三个反应,Fe2+与Fe3+的转化循环进行,总反应为CO2与H2S之间的反应,根据得失电子守恒 可知总反应为CO2+H2S CO+H2O+S,B正确;石墨烯与电源正极相连,ZnO石墨烯与电源 负极相连,故石墨烯上的电势比ZnO石墨烯上的高,C错误;Fe2+、Fe3+均在酸性环境中稳定存 在,D正确。,14.(2017课标,11,6分)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,答案 C 本题考查电解原理的应用。 O3发生氧化反应,故铝质工件为阳极,A正确;阴 极材料应为金属或导电的非金属,可选用不锈钢网,B正确;电解质溶液中含有大量H+,故阴极的 电极反应式为2H+2e- H2,C不正确;在电解池中,阴离子移向阳极,D正确。,知识拓展 关于电解原理的“不寻常”应用,1.电解原理在“金属防腐”中的应用。如:外加电流的阴极保护法。,2.电解原理在“物质制备”中的应用。如:尿素CO(NH2)2制氢气。,3.电解原理在“环境治理”中的应用。如:用电解法消除CN-。,15.(2015浙江理综,11,6分)在固态金属氧化物电解池中,高温共电解H2O-CO2混合气体制备H2和 CO是一种新的能源利用方式,基本原理如图所示。下列说法不正确的是 ( ),A.X是电源的负极 B.阴极的电极反应式是:H2O+2e- H2+O2- CO2+2e- CO+O2- C.总反应可表示为:H2O+CO2 H2+CO+O2 D.阴、阳两极生成的气体的物质的量之比是11,答案 D H2OH2、CO2CO均为还原过程,X应为电源负极,A项正确;阴极电极反应式为 H2O+2e- H2+O2-和CO2+2e- CO+O2-,阳极电极反应式为2O2-4e- O2,总反应为H2O+ CO2 H2+CO+O2,B、C项正确;阴、阳两极生成气体的物质的量之比为21,D项不正确。,16.(2019江苏单科,20节选)CO2的资源化利用能有效减少CO2排放,充分利用碳资源。 (2)电解法转化CO2可实现CO2资源化利用。电解CO2制HCOOH的原理示意图如图2。 图2 写出阴极CO2还原为HCOO-的电极反应式: 。 电解一段时间后,阳极区的KHCO3溶液浓度降低,其原因是,。,答案 (2)CO2+H+2e- HCOO-或CO2+HC +2e- HCOO-+C 阳极产生O2,pH减小,HC 浓度降低;K+部分迁移至阴极区,解析 本题涉及的知识点有电解原理的应用等,通过分析图像,做出合理解释,考查了学生分析 和解决化学问题的能力,体现了变化观念与平衡思想的学科核心素养,以及创新思维和创新意 识的价值观念。 (2)CO2、HCOO-中碳元素化合价分别为+4、+2价,阴极电极反应式为CO2+2e-+H+ HCOO-。 阳极区生成O2:4OH-4e- O2+2H2O(或2H2O-4e- O2+4H+),溶液pH减小,HC 与H+ 反应生成CO2逸出,K+部分通过阳离子交换膜移向阴极区,故阳极区KHCO3溶液浓度降低。,17.(2018课标,26节选)我国是世界上最早制得和使用金属锌的国家。一种以闪锌矿(ZnS,含 有SiO2和少量FeS、CdS、PbS杂质)为原料制备金属锌的流程如图所示: 相关金属离子c0(Mn+)=0.1 molL-1形成氢氧化物沉淀的pH范围如下:,回答下列问题: (4)电解硫酸锌溶液制备单质锌时,阴极的电极反应式为 ;沉积锌后 的电解液可返回 工序继续使用。,答案 (4)Zn2+2e- Zn 溶浸,解析 (4)电解硫酸锌溶液时,阴极反应式为Zn2+2e- Zn,阳极反应式为2H2O-4e- O2+ 4H+,沉积锌后的电解液中主要含硫酸,可返回溶浸工序继续使用。,18.(2017天津理综,7,14分)某混合物浆液含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(如图),使浆液分离 成固体混合物和含铬元素溶液,并回收利用。回答和中的问题。 .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)反应所加试剂NaOH的电子式为 ,BC的反应条件为 ,CAl的制 备方法称为 。 (2)该小组探究反应发生的条件。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)0.1 mol 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TiO2xH2O的液态 化合物,放热4.28 kJ,该反应的热化学方程式为 。 .含铬元素溶液的分离和利用 (4)用惰性电极电解时,Cr 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)。,答案 (14分) (1)Na+ H- 加热(或煅烧) 电解法 (2)ac (3)2Cl2(g)+TiO2(s)+2C(s) TiCl4(l)+2CO(g) H=-85.6 kJmol-1 (4)在直流电源作用下,Cr 通过阴离子交换膜向阳极室移动,脱离浆液 Cr 和Cr2 NaOH和H2,解析 (1)NaOH是离子化合物,其电子式为Na+ H-;固体混合物中含有Al(OH)3和MnO2,加 入NaOH溶液,Al(OH)3转化为易溶于水的NaAlO2,MnO2不能溶于NaOH溶液,故固体D为MnO2, 溶液A中含有NaAlO2,向溶液A中通入CO2后生成的沉淀B为Al(OH)3,Al(OH)3受热分解生成 Al2O3(固体C),工业上常用电解熔融的Al2O3制备金属铝。,(2)固体D为MnO2。MnO2与浓盐酸混合,不加热无变化,加热有Cl2生成,说明该反应能否有效进 行与温度有关;反应停止后,固体有剩余,滴加硫酸又产生Cl2,说明该反应能否有效进行与溶液 的酸度有关。 (3)通过分析可知反应生成的还原性气体为CO,易水解成TiO2xH2O的液态化合物为TiCl4,故反 应的热化学方程式为2Cl2(g)+TiO2(s)+2C(s) TiCl4(l)+2CO(g) H=-85.6 kJmol-1。 (4)依据离子交换膜的性质和电解池的工作原理知,在直流电源作用下,Cr 通过阴离子交换 膜向阳极室移动,脱离浆液;在电解过程中,OH-在阳极室失去电子生成O2,溶液的酸性增强,通 过阴离子交换膜移向阳极室的Cr 有部分转化为Cr2 ,故分离后含铬元素的粒子是Cr 和Cr2 ;H+在阴极室得到电子生成H2,溶液中的OH-浓度增大,混合物浆液中的Na+通过阳离子 交换膜移向阴极室,故阴极室生成的物质为NaOH和H2。,易错易混 在电化学问题中,注意阳离子交换膜只允许阳离子通过,阴离子交换膜只允许阴离 子通过。,19.(2015山东理综,29,15分)利用LiOH和钴氧化物可制备锂离子电池正极材料。LiOH可由电 解法制备,钴氧化物可通过处理钴渣获得。 (1)利用如图装置电解制备LiOH,两电极区电解液分别为LiOH和LiCl溶液。B极区电解液为 溶液(填化学式),阳极电极反应式为 ,电解过程中Li+向 电极迁移(填“A”或“B”)。 (2)利用钴渣含Co(OH)3、Fe(OH)3等制备钴氧化物的工艺流程如下:,Co(OH)3溶解还原反应的离子方程式为 。铁渣中 铁元素的化合价为 。在空气中煅烧CoC2O4生成钴氧化物和CO2,测得充分煅烧后固 体质量为2.41 g,CO2体积为1.344 L(标准状况),则钴氧化物的化学式为 。,答案 (1)LiOH 2Cl-2e- Cl2 B (2)2Co(OH)3+S +4H+ 2Co2+S +5H2O 或Co(OH)3+3H+ Co3+3H2O,2Co3+S +H2O 2Co2+S +2H+ +3 Co3O4,解析 (1)B极区产生H2,则B极区发生还原反应,为阴极;A极电极反应式为2Cl-2e- Cl2,为 阳极。A极区电解液为LiCl溶液,B极区电解液为LiOH溶液;Li+(阳离子)向阴极(B电极)移动。 (2)向浸液中加入了具有氧化性的NaClO3和O2,所以铁渣中的铁元素为+3价。设钴氧化物的化 学式为CoxOy,由 xCoC2O4+ O2 CoxOy + 2xCO2 (59x+16y) g 2x22.4 L 2.41 g 1.344 L 则 = ,解得xy=34,则钴氧化物的化学式为Co3O4。,评析 本题考查了电解原理、化学计算、离子方程式的书写、氧化还原反应等,综合性强。,20.(2019江苏单科,10,2分)将铁粉和活性炭的混合物用NaCl溶液湿润后,置于如图所示装置中, 进行铁的电化学腐蚀实验。下列有关该实验的说法正确的是 ( ) A.铁被氧化的电极反应式为Fe-3e- Fe3+ B.铁腐蚀过程中化学能全部转化为电能 C.活性炭的存在会加速铁的腐蚀 D.以水代替NaCl溶液,铁不能发生吸氧腐蚀,考点三 金属的腐蚀与防护,答案 C 本题涉及的考点为金属的电化学腐蚀,考查了考生接受、吸收、整合化学信息的 能力,体现了证据推理与模型认知的学科核心素养。 铁作负极,Fe-2e- Fe2+,A不正确;电化学腐蚀过程中化学能不可能全部转化为电能,还有部 分转化为热能,B不正确;活性炭的存在构成了原电池,加快了负极铁的腐蚀,C正确;以水代替 NaCl溶液,铁仍然能发生吸氧腐蚀,只是吸氧腐蚀的速率会减慢,D不正确。,知识总结 在中性或极弱的酸性环境中钢铁发生吸氧腐蚀,正极的电极反应式为O2+2H2O+4e- 4OH-;在酸性环境中钢铁发生析氢腐蚀,正极的电极反应式为2H+2e- H2。,21.(2014天津理综,1,6分)化学与生产、生活息息相关,下列叙述错误的是 ( ) A.铁表面镀锌可增强其抗腐蚀性 B.用聚乙烯塑料代替聚乳酸塑料可减少白色污染 C.大量燃烧化石燃料是造成雾霾天气的一种重要因素 D.含重金属离子的电镀废液不能随意排放,答案 B A项,铁表面镀锌,当发生电化学腐蚀时,Fe作正极被保护。B项,聚乙烯塑料非常稳 定,不易降解,而聚乳酸塑料是易降解的塑料,故应用聚乳酸塑料代替聚乙烯塑料来减少白色污 染,故B项错误。D项,重金属离子对土壤、水都会产生污染,所以含重金属离子的电镀废液不 能随意排放。,1.(2016浙江理综,11,6分)金属(M)-空气电池(如图)具有原料易得、能量密度高等优点,有望成 为新能源汽车和移动设备的电源。该类电池放电的总反应方程式为:4M+nO2+2nH2O 4M(OH)n,考点一 原电池工作原理及应用,C组 教师专用题组,D.在Mg-空气电池中,为防止负极区沉积Mg(OH)2,宜采用中性电解质及阳离子交换膜,已知:电池的“理论比能量”指单位质量的电极材料理论上能释放出的最大电能。下列说法 不正确的是 ( ) A.采用多孔电极的目的是提高电极与电解质溶液的接触面积,并有利于氧气扩散至电极表面 B.比较Mg、Al、Zn三种金属-空气电池,Al-空气电池的理论比能量最高 C.M-空气电池放电过程的正极反应式:4Mn+nO2+2nH2O+4ne- 4M(OH)n,答案 C A项,采用多孔电极可以提高电极与电解质溶液的接触面积,并有利于O2扩散至电 极表面;B项,单位质量的Mg、Al、Zn反应,Al转移的电子数最多,故Al-空气电池的理论比能量 最高;C项,由于电池中间为阴离子交换膜,故Mn+不能通过,则正极的电极反应式为O2+4e-+2H2O 4OH-;D项,在Mg-空气电池中,负极的电极反应式为Mg-2e- Mg2+,为防止负极区沉积 Mg(OH)2,可采用阳离子交换膜阻止OH-进入负极区。,评析 本题设计新颖,以新型电池为背景,考查原电池的工作原理。,2.(2014福建理综,11,6分)某原电池装置如图所示,电池总反应为2Ag+Cl2 2AgCl。下列说 法正确的是 ( ),A.正极反应为AgCl+e- Ag+Cl- B.放电时,交换膜右侧溶液中有大量白色沉淀生成 C.若用NaCl溶液代替盐酸,则电池总反应随之改变 D.当电路中转移0.01 mol e-时,交换膜左侧溶液中约减少0.02 mol离子,答案 D 原电池的正极反应为Cl2+2e- 2Cl-,故A项错误;放电时,白色沉淀AgCl在左侧电 极处产生,故B项错误;当电路中转移0.01 mol e-时,原电池左侧发生的反应为Ag-e-+Cl- AgCl,减少了0.01 mol的Cl-,根据溶液呈电中性可知,左侧溶液中的H+通过阳离子交换膜向右 侧转移0.01 mol,故D项正确。,3.(2014广东理综,11,4分)某同学组装了如图所示的电化学装置,电极为Al,其他均为Cu,则 ( ),A.电流方向:电极A电极 B.电极发生还原反应 C.电极逐渐溶解 D.电极的电极反应:Cu2+2e- Cu,答案 A 由图示可分析出该图中为原电池的负极,为电解池的阴极,电子流向为 A,电流由A,A正确。电极发生氧化反应,B错误。电极发生的电极反应为 Cu2+2e- Cu,电极上有Cu生成,C错误。电极的电极反应为Cu-2e- Cu2+,D错误。,评析 本题考查了原电池和电解池的知识,较简单。考生只要掌握基本的电化学知识即可 解答。,4.(2014课标,12,6分)2013年3月我国科学家报道了如图所示的水溶液锂离子电池体系。下 列叙述 的是 ( ),A.a为电池的正极 B.电池充电反应为LiMn2O4 Li1-xMn2O4+xLi C.放电时,a极锂的化合价发生变化,D.放电时,溶液中Li+从b向a迁移,答案 C 由图可知,b极(Li电极)为负极,a极为正极,放电时,Li+从负极(b)向正极(a)迁移,A项、 D项正确;该电池放电时,负极:xLi-xe- xLi+,正极:Li1-xMn2O4+xLi+xe- LiMn2O4,a极Mn元 素的化合价发生变化,C项错误;由放电反应可得充电时的反应,B项正确。,5.(2014大纲全国,9,6分)右图是在航天用高压氢镍电池基础上发展起来的一种金属氢化物镍电 池(MH-Ni电池)。下列有关说法不正确的是 ( ) A.放电时正极反应为:NiOOH+H2O+e- Ni(OH)2+OH- B.电池的电解液可为KOH溶液 C.充电时负极反应为:MH+OH- H2O+M+e- D.MH是一类储氢材料,其氢密度越大,电池的能量密度越高,答案 C 在金属氢化物镍电池(MH-Ni电池)中,MH(M为零价,H为零价)在负极发生反应: MH+OH-e- M+H2O,NiOOH在正极发生反应:NiOOH+H2O+e- Ni(OH)2+OH-,电解液 可为KOH溶液,A、B正确;充电时,阴极反应式为M+H2O+e- MH+OH-,C错误;MH中氢密 度越大,单位体积电池所储存电量越多,即电池能量密度越高,D正确。,评析 本题对充电电池充、放电时的电极反应式的书写及电解液的选择等进行了考查。 试题的起点高,落点低,难度中等,区分度很好。,6.(2014天津理综,6,6分)已知: 锂离子电池的总反应为:LixC+Li1-xCoO2 C+LiCoO2 锂硫电池的总反应为:2Li+S Li2S 有关上述两种电池说法正确的是 ( ) A.锂离子电池放电时,Li+向负极迁移 B.锂硫电池充电时,锂电极发生还原反应 C.理论上两种电池的比能量相同 D.下图表示用锂离子电池给锂硫电池充电,答案 B A项,在原电池内部,阳离子应移向正极;B项,二次电池的充电过程为电解过程,阴极 发生还原反应;C项,比能量是指这种电池单位质量或单位体积所能输出的电能,当二者质量相 同时,转移电子的物质的量不相等,即比能量不同;D项,锂离子电池与锂硫电池的正、负极连接 错误,应将锂硫电池的锂电极连接锂离子电池的石墨电极。,7.(2014上海单科,12,3分)如下图所示,将铁棒和石墨棒插入盛有饱和NaCl溶液的U形管中。下 列分析正确的是 ( ) A.K1闭合,铁棒上发生的反应为2H+2e- H2 B.K1闭合,石墨棒周围溶液pH逐渐升高 C.K2闭合,铁棒不会被腐蚀,属于牺牲阳极的阴极保护法 D.K2闭合,电路中通过0.002NA个电子时,两极共产生0.001 mol气体,考点二 电解原理及应用,答案 B K1闭合构成原电池,铁棒是负极,铁棒上发生的反应为Fe-2e- Fe2+;石墨棒是正极, 溶液中的氧气得到电子转化为OH-,石墨棒周围溶液pH逐渐升高。K2闭合构成电解池,铁棒与 电源的负极相连,作阴极,不会被腐蚀,属于外加电流的阴极保护法;电解饱和NaCl溶液的总反 应为2NaCl+2H2O 2NaOH+H2+Cl2,电路中通过0.002NA个电子时,两极共产生0.002 mol 气体。,8.(2014浙江理综,11,6分)镍氢电池(NiMH)目前已经成为混合动力汽车的一种主要电池类型。 NiMH中的M表示储氢金属或合金。该电池在充电过程中的总反应方程式是:Ni(OH)2+M NiOOH+MH 已知:6NiOOH+NH3+H2O+OH- 6Ni(OH)2+N 下列说法正确的是 ( ) A.NiMH电池放电过程中,正极的电极反应式为:NiOOH+H2O+e- Ni(OH)2+OH- B.充电过程中OH-离子从阳极向阴极迁移 C.充电过程中阴极的电极反应式:H2O+M+e- MH+OH-,H2O中的H被M还原 D.NiMH电池中可以用KOH溶液、氨水等作为电解质溶液,答案 A 镍氢电池放电时负极电极反应式为MH-e-+OH- M+H2O,正极电极反应式为 NiOOH+e-+H2O Ni(OH)2+OH-,故A项正确;充电时,阴离子移向阳极,故B项错误;H2O分子中 有一个 转变为MH中的 ,但并不是被M还原的,故C项错误;从题干所给的反应方程式中可以 看出,KOH溶液、氨水会将NiOOH转化为Ni(OH)2,使电池失去放电能力,故D项错误。,9.(2014重庆理综,11,14分)氢能是重要的新能源。储氢作为氢能利用的关键技术,是当前关注 的热点之一。 (1)氢气是清洁燃料,其燃烧产物为 。 (2)NaBH4是一种重要的储氢载体,能与水反应得到NaBO2,且反应前后B的化合价不变,该反应 的化学方程式为 ,反应消耗1 mol NaBH4时转移的电子数目为 。 (3)储氢还可借助有机物,如利用环己烷和苯之间的可逆反应来实现脱氢和加氢: (g) (g)+3H2(g)。在某温度下,向恒容密闭容器中加入环己烷,其起始浓度 为a molL-1,平衡时苯的浓度为b molL-1,该反应的平衡常数K= 。 (4)一定条件下,下图所示装置可实现有机物的电化学储氢(忽略其他有机物)。,导线中电子移动方向为 。(用A、D表示) 生成目标产物的电极反应式为 。 该储氢装置的电流效率= 。(= 100%,计算结果保留小 数点后1位),答案 (1)H2O (2)NaBH4+2H2O NaBO2+4H2 4NA或2.4081024 (3) mol3L-3 (4)AD C6H6+6H+6e- C6H12 64.3%,解析 (1)H2的燃烧产物是H2O。 (2)由NaBO2和NaBH4中B化合