（江苏专用）2020版高考化学一轮复习专题8化学能与电能课件.pptx

专题8 化学能与电能,高考化学 (江苏省专用),A组 自主命题江苏卷题组,五年高考,1.(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,考点一 原电池原理及应用,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。,2.(2018江苏单科,10,2分)下列说法正确的是 ( ) A.氢氧燃料电池放电时化学能全部转化为电能 B.反应4Fe(s)+3O2(g) 2Fe2O3(s)常温下可自发进行,该反应为吸热反应 C.3 mol H2与1 mol N2混合反应生成NH3,转移电子的数目小于66.021023 D.在酶催化淀粉水解反应中,温度越高淀粉水解速率越快,答案 C 本题考查燃料电池、反应自发性、阿伏加德罗常数的应用及酶的活性与温度的关 系。氢氧燃料电池放电过程中,化学能除转化为电能外,还有热能的产生,A错误;4Fe(s)+3O2(g) 2Fe2O3(s)是一个熵减反应,而该反应常温下能自发进行,则该反应必为放热反应,B错误;N2 与H2合成NH3的反应为可逆反应,故3 mol H2与1 mol N2不能完全转化为NH3,转移电子的数目 小于66.021023,C正确;酶的活性与温度有关,温度过高,使酶失去生理活性,D错误。,误区警示 本题容易忽视合成氨是可逆反应。,3.(2015江苏单科,10,2分)一种熔融碳酸盐燃料电池原理示意如图。下列有关该电池的说法正 确的是 ( ) A.反应 CH4+H2O 3H2+CO,每消耗1 mol CH4转移12 mol电子 B.电极A上H2参与的电极反应为:H2+2OH-2e- 2H2O C.电池工作时,C 向电极B移动 D.电极B上发生的电极反应为:O2+2CO2+4e- 2C,答案 D A项,由化合价变化知,每消耗1 mol CH4转移6 mol电子;B项,电极A为负极,发生的电 极反应为H2-2e-+C H2O+CO2;C项,电池工作时,C 向电极A移动;D项,电极B是正极,电 极反应为O2+4e-+2CO2 2C 。,4.(2013江苏单科,9,2分)Mg-H2O2电池可用于驱动无人驾驶的潜航器。该电池以海水为电解质 溶液,示意图如下。该电池工作时,下列说法正确的是 ( ) A.Mg电极是该电池的正极 B.H2O2在石墨电极上发生氧化反应 C.石墨电极附近溶液的pH增大 D.溶液中Cl-向正极移动,答案 C 该电池中Mg电极为负极,A项错误;石墨电极为正极,H2O2得电子发生还原反应,电极 反应式为H2O2+2e- 2OH-,电极附近溶液pH增大,B项错误,C项正确;溶液中Cl-移向Mg电极, 即Cl-向负极移动,D项错误。,方法归纳 原电池正、负极判断的常用方法:若两电极均为金属材料,则较活泼金属一般作 负极;若两电极分别为金属和非金属材料,则金属材料作负极。在原电池工作时,被不断消耗 的电极一般为负极。电子流出的电极为负极,阴离子移向的电极为负极,发生氧化反应的电 极为负极。对于燃料电池,非O2通入的电极一般为负极。,5.(2010江苏单科,11,4分)下图是一种航天器能量储存系统原理示意图。下列说法正确的是 ( ) A.该系统中只存在3种形式的能量转化 B.装置Y中负极的电极反应式为:O2+2H2O+4e- 4OH- C.装置X能实现燃料电池的燃料和氧化剂再生 D.装置X、Y形成的子系统能实现物质的零排放,并能实现化学能与电能间的完全转化,答案 C A项,系统中存在光能电能、电能化学能、化学能电能、电能机械能等多 种形式的能量转化;B项,Y中负极的电极反应式为H2-2e- 2H+;C项,装置X可电解水生成H2和 O2;D项,无论是原电池还是电解池都不可能实现电能与化学能间的完全转化。,6.2016江苏单科,20(1)(2),7分铁炭混合物(铁屑和活性炭的混合物)、纳米铁粉均可用于处理 水中污染物。 (1)铁炭混合物在水溶液中可形成许多微电池。将含有Cr2 的酸性废水通过铁炭混合物,在 微电池正极上Cr2 转化为Cr3+,其电极反应式为 。 (2)在相同条件下,测量总质量相同、铁的质量分数不同的铁炭混合物对水中Cu2+和Pb2+的去除 率,结果如下图所示。,当铁炭混合物中铁的质量分数为0时,也能去除水中少量的Cu2+和Pb2+,其原因是 。 当铁炭混合物中铁的质量分数大于50%时,随着铁的质量分数的增加,Cu2+和Pb2+的去除率不 升反降,其主要原因是 。,答案 (7分)(1)Cr2 +14H+6e- 2Cr3+7H2O(2分) (2)活性炭对Cu2+和Pb2+有吸附作用(2分) 铁的质量分数增加,铁炭混合物中微电池数目减少(3分),解析 (2)活性炭具有吸附作用,可以吸附少量的Cu2+和Pb2+。 铁炭混合物去除Cu2+和Pb2+是通过发生置换反应实现的,且发生的是原电池反应(Fe为负极, 活性炭为正极),当铁的质量分数达到一定数值后,随着铁的质量分数增加,活性炭的质量分数 减少,铁炭混合物中微电池的数目减少,所以Cu2+和Pb2+的去除率下降。,易错警示 在书写电极反应式时,一定要关注电解质溶液的环境。如此题中已告知是酸性废 水,因此在书写时应用“H+”平衡电荷。,知识拓展 活性炭是一种多孔物质,有很强的吸附能力,可用于吸附有害气体、去除异味、吸 附一些可溶性物质。,7.2012江苏单科,20(1)(3),6分铝是地壳中含量最高的金属元素,其单质及合金在生产生活中 的应用日趋广泛。 (1)真空碳热还原-氯化法可实现由铝土矿制备金属铝,其相关反应的热化学方程式如下: Al2O3(s)+AlCl3(g)+3C(s) 3AlCl(g)+3CO(g) H=a kJmol-1 3AlCl(g) 2Al(l)+AlCl3(g) H=b kJmol-1 反应Al2O3(s)+3C(s) 2Al(l)+3CO(g)的H= kJmol-1(用含a、b的代数式表示)。 Al4C3是反应过程中的中间产物。Al4C3与盐酸反应(产物之一是含氢量最高的烃)的化学方 程式为 。 (3)铝电池性能优越,Al-AgO电池可用作水下动力电源,其原理如下图所示。该电池反应的化 学方程式为 。,答案 (1)a+b Al4C3+12HCl 4AlCl3+3CH4 (3)2Al+3AgO+2NaOH 2NaAlO2+3Ag+H2O,解析 (1)根据盖斯定律,把已知的两个热化学方程式直接相加得H=(a+b) kJmol-1。根 据题干信息推知产物之一为CH4,则可顺利写出化学方程式。(3)结合题图可以判断Al为负极, AgO/Ag为正极,电解质溶液为NaOH/NaAlO2溶液,电池反应为2Al+2NaOH+3AgO 2NaAlO2 +3Ag+H2O。,考点二 电解原理及应用,8.2019江苏单科,20(2),4分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 (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。,9.2017江苏单科,16(4)(5),6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。 (4)“电解”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1 000 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 。,答案 (4)4C +2H2O-4e- 4HC +O2 H2 (5)NH4Cl分解产生的HCl能够破坏Al表面的Al2O3薄膜,解析 (4)阳极应是H2O电离出的OH-放电,生成O2和H+,在Na2CO3溶液充足的条件下,H+与C 反应生成HC ,故阳极的电极反应式为:4C +2H2O-4e- 4HC +O2;阴极的电极反应式 为:4H2O+4e- 2H2+4OH-,所以物质A为H2。 (5)铝粉表面有Al2O3薄膜,阻碍反应的进行,而添加少量NH4Cl固体,NH4Cl分解生成的HCl能与 Al2O3反应,破坏Al2O3薄膜,有利于Al和N2反应。,10.2014江苏单科,20(1),4分硫化氢的转化是资源利用和环境保护的重要研究课题。由硫化 氢获得硫单质有多种方法。 (1)将烧碱吸收H2S后的溶液加入到如图所示的电解池的阳极区进行电解。电解过程中阳极区 发生如下反应: S2-2e- S (n-1)S+S2- 写出电解时阴极的电极反应式: 。 电解后阳极区的溶液用稀硫酸酸化得到硫单质,其离子方程式可写成 。,答案 (4分)(1)2H2O+2e- H2+2OH- +2H+ (n-1)S+H2S,解析 (1)由电解原理知,阴极发生还原反应,又因为是碱性溶液中,所以电极反应式为2H2O+ 2e- H2+2OH-。由题意知, 在酸性条件下生成单质S,所以离子方程式为 +2H+ (n-1)S+H2S。,11.2011江苏单科,20(4)(5),4分氢气是一种清洁能源,氢气的制取与储存是氢能源利用领域的 研究热点。 已知:CH4(g)+H2O(g) CO(g)+3H2(g) H=206.2 kJmol-1 CH4(g)+CO2(g) 2CO(g)+2H2(g) H=247.4 kJmol-1 2H2S(g) 2H2(g)+S2(g) H=169.8 kJmol-1 (4)电解尿素CO(NH2)2的碱性溶液制氢的装置示意图见图乙(电解池中隔膜仅阻止气体通过, 阴、阳极均为惰性电极)。电解时,阳极的电极反应式为 。,图乙 (5)Mg2Cu是一种储氢合金。350 时,Mg2Cu与H2反应,生成MgCu2和仅含一种金属元素的氢化 物(其中氢的质量分数为0.077)。Mg2Cu与H2反应的化学方程式为 。,答案 (4)CO(NH2)2+8OH-6e- C +N2+6H2O (5)2Mg2Cu+3H2 MgCu2+3MgH2,解析 (4)CO(NH2)2在阳极上发生氧化反应,氮元素被氧化生成的N2从阳极区逸出,碳元素的化 合价不变,在碱性条件下以C 的形式留在溶液中。 (5)根据原子守恒可确定该氢化物只能是镁的氢化物,再根据氢的质量分数可确定其化学式。,B组 统一命题、省(区、市)卷题组,考点一 原电池原理及应用,1.(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。,2.(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。,3.(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 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。,4.(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。,思路分析 结合反应原理,根据元素化合价的变化,判断放电时的正、负极,再结合电解质的性 质书写电极反应式。,5.(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。,6.(2015课标,26,14分)酸性锌锰干电池是一种一次性电池,外壳为金属锌,中间是碳棒,其周围 是由碳粉、MnO2、ZnCl2和NH4Cl等组成的糊状填充物。该电池放电过程产生MnOOH。回 收处理该废电池可得到多种化工原料。有关数据如下表所示: 溶解度/(g/100 g水),回答下列问题: (1)该电池的正极反应式为 ,电池反应的离子方程式为 。 (2)维持电流强度为0.5 A,电池工作5分钟,理论上消耗锌 g。(已知F=96 500 Cmol-1) (3)废电池糊状填充物加水处理后,过滤,滤液中主要有ZnCl2和NH4Cl,二者可通过 分离回收;滤渣的主要成分是MnO2、 和 ,欲从中得到较纯的 MnO2,最简便的方法为 ,其原理是 。 (4)用废电池的锌皮制备ZnSO47H2O的过程中,需除去锌皮中的少量杂质铁,其方法是:加稀H2 SO4和H2O2溶解,铁变为 ,加碱调节至pH为 时,铁刚好沉淀完全(离子浓度小于 110-5 molL-1时,即可认为该离子沉淀完全);继续加碱至pH为 时,锌开始沉淀(假定Zn2 + 浓度为0.1 molL-1)。若上述过程不加H2O2后果是 ,原因是 。,答案 (14分)(1)MnO2+H+e- MnOOH 2MnO2+Zn+2H+ 2MnOOH+Zn2+(每空1分,共2分) 注:式中Zn2+可写为Zn(NH3 、Zn(NH3)2Cl2等,H+可写为N (2)0.05(2分) (3)加热浓缩、冷却结晶 碳粉 MnOOH 空气中加热 碳粉转变为CO2,MnOOH氧化为MnO2(每空1分,共5分) (4)Fe3+ 2.7 6 Zn2+和Fe2+分离不开 Fe(OH)2和Zn(OH)2的Ksp相近(每空1分,共5分),解析 (1)该电池为酸性锌锰干电池,电极反应式为负极:Zn-2e- Zn2+,正极:2MnO2+2e-+2H+ 2MnOOH。(2)电量Q=It=0.5 A560 s=150 C,则m(Zn)= 65 gmol-1=0.05 g。 (3)由表格中信息可知,ZnCl2的溶解度受温度影响较大,NH4Cl的溶解度受温度影响较小,故 可通过加热浓缩、冷却结晶的方法分离。(4)KspFe(OH)3=c(Fe3+)c3(OH-)=110-5c3(OH-)=1 10-39,c(OH-)=10-11.3molL-1,pOH=11.3,则pH=2.7。KspZn(OH)2=c(Zn2+)c2(OH-)=0.1c2(OH-)=1 10-17,c(OH-)=10-8 molL-1,pOH=8,则pH=6。因Zn(OH)2和Fe(OH)2的Ksp接近,若不用H2O2将Fe2+氧化 为Fe3+,沉淀Zn2+时,Fe2+也可转化为Fe(OH)2沉淀,而使制得的ZnSO47H2O不纯净。,考点二 电解原理及应用,7.(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。,8.(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CO 2 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+,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。,审题技巧 解题的关键是电极名称的确定。如本题中CO2CO为还原反应阴极,Fe2+ Fe3+为氧化反应阳极。,9.(2018课标,12,6分)我国科学家研发了一种室温下“可呼吸”的Na-CO2二次电池。将Na- ClO4溶于有机溶剂作为电解液,钠和负载碳纳米管的镍网分别作为电极材料,电池的总反应为: 3CO2+4Na 2Na2CO3+C。下列说法错误的是 ( ) A.放电时,Cl 向负极移动 B.充电时释放CO2,放电时吸收CO2 C.放电时,正极反应为:3CO2+4e- 2C +C D.充电时,正极反应为:Na+e- Na,答案 D 本题考查二次电池的工作原理。放电时,负极反应为:4Na-4e- 4Na+,正极反应为 3CO2+4e- C+2C ;Na+移向正极,C 、Cl 移向负极,A、C正确;充电过程与放电过程相 反,B正确;充电时,阳极反应为2C +C-4e- 3CO2,D错误。,规律总结 二次电池充、放电的电极判断 二次电池充电时,“正接正、负接负”;放电时的正极为充电时的阳极,放电时的负极为充电时 的阴极。,10.(2017课标,11,6分)支撑海港码头基础的钢管桩,常用外加电流的阴极保护法进行防腐,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,答案 C 本题考查外加电流的阴极保护法。将被保护的金属(钢管桩)与电源的负极相连,防 止钢管桩被腐蚀,故其表面腐蚀电流接近于零,A项正确;高硅铸铁为惰性辅助阳极,阳极上发生 氧化反应,失去电子,电子从高硅铸铁流向钢管桩,B项正确;高硅铸铁为惰性辅助阳极,只是用 于传递电流,故阳极材料不损耗,C项错误;金属的腐蚀受环境的影响,故通入的电流要根据环境 条件的变化及时进行调整,D项正确。,审题技巧 本题易因忽视高硅铸铁为惰性辅助阳极而导致出错。通常除金、铂以外的金属 作为阳极材料,是活性电极,优先于溶液中的粒子放电,且起到导电作用。此题指出惰性辅助阳 极,“惰性”说明在此条件下铁不放电,只是起导电作用(辅助)。做题时,应“具体问题具体分 析”,不能一味地“按章办事”。,11.(2019北京理综,27,14分)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。 (1)甲烷水蒸气催化重整是制高纯氢的方法之一。 反应器中初始反应的生成物为H2和CO2,其物质的量之比为41,甲烷和水蒸气反应的方程 式是 。 已知反应器中还存在如下反应: .CH4(g)+H2O(g) CO(g)+3H2(g) H1 .CO(g)+H2O(g) CO2(g)+H2(g) H2 .CH4(g) C(s)+2H2(g) H3 为积炭反应,利用H1和H2计算H3时,还需要利用 反应的H。 反应物投料比采用n(H2O)n(CH4)=41,大于初始反应的化学计量数之比,目的是 (选填字母序号)。,a.促进CH4转化 b.促进CO转化为CO2 c.减少积炭生成 用CaO可以去除CO2。H2体积分数和CaO消耗率随时间变化关系如下图所示。 从t1时开始,H2体积分数显著降低,单位时间CaO消耗率 (填“升高”“降低”或“不 变”)。此时CaO消耗率约为35%,但已失效,结合化学方程式解释原因:,。 (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 (1)CH4+2H2O 4H2+CO2 C(s)+2H2O(g) CO2(g)+2H2(g)或C(s)+CO2(g) 2CO(g) abc 降低 CaO+CO2 CaCO3,CaCO3覆盖在CaO表面,减少了CO2与CaO的接触面积 (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 本题考查的内容是化学反应原理中的化学反应与能量变化、化学平衡的移动、电化 学等。试题的综合性强、信息量大,侧重考查了学生接受、吸收、整合化学信息的能力和分 析问题、解决问题的能力,体现了变化观念与平衡思想、证据推理与模型认知的学科核心素 养及培养学生关注社会发展、科技进步的意识和创新思维、创新意识的价值观念。 (1)反应中有固体碳生成,而、中都没有碳参与反应,所以必须有一个有碳参与的反应 的H才能计算H3。 (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(2)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。,C组 教师专用题组,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 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,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,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.(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 由图示可看出:H2OH2、CO2CO均为还原反应,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。,3.(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。,4.(2015福建理综,9,6分)纯净物X、Y、Z转化关系如图所示,下列判断正确的是 ( ) A.X可能是金属铜 B.Y不可能是氢气 C.Z可能是氯化钠 D.Z可能是三氧化硫,答案 A 若用惰性电极电解CuCl2溶液,可以生成Cu和Cl2,Cu可以在Cl2中燃烧生成CuCl2,故X 可能是金属铜,A正确;若用惰性电极电解HCl的水溶液,可生成H2和Cl2,H2和Cl2在点燃的条件下 可以生成HCl,故Y可能是H2,故B错误;在水溶液中Na+不可能放电,故C错误;若Z是三氧化硫,则 Z的水溶液为H2SO4溶液,电解H2SO4溶液得到的X和Y作用不会生成三氧化硫,故D错误。,5.(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 本题考查电子式的书写、热化学方程式的书写、电解原理及其应用等。 (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,在直流电场作用下,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。,6.(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 +H2 O 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。,A组 20172019年高考模拟考点基础题组 考点一 原电池原理及应用,三年模拟,1.(2019南京、盐城一模,13)Mg/LiFePO4电池的电池反应为xMg2+2LiFePO4 xMg+2Li1-x FePO4+2xLi+,其装置示意图如下。下列说法正确的是 ( ) A.放电时,Li+被还原 B.充电时,电能转变为化学能,C.放电时,电路中每流过2 mol电子,有1 mol Mg2+迁移至正极区 D.充电时,阳极上发生的电极反应为LiFePO4-xe- Li1-x FePO4+xLi+,答案 BD A项,放电前后,Li+价态没变,故错误;B项,充电时属于电解池,电能转变为化学能,故 正确;C项,放电时负极区是非水电解质,左边电极产生的Mg2+不会通过锂离子导体膜迁移至正 极区,故错误;D项,充电时,阳极发生氧化反应,LiFePO4失电子,故正确。,易错警示 要特别关注图上的重要信息,如左边区域的“非水电解质”,否则很容易错选C。,对比突破 放电时属于原电池,负极失电子,发生氧化反应,化学能转变为电能;而充电时属于 电解池,阳极上失电子,发生氧化反应,电能转变为化学能。,2.(2019苏州期末,10)铅酸蓄电池是目前应用普遍的化学电池,新型液流式铅酸蓄电池以可溶 的甲基磺酸铅为电解质,电池总反应:Pb+PbO2+4H+ 2Pb2+2H2O。下列有关新型液流式铅 酸蓄电池的说法正确的是 ( ) A.充电和放电时,溶液中Pb2+浓度均保持不变 B.放电时溶液中H+向正极移动 C.放电时,正、负电极质量均会增大 D.充电时的阳极反应式:Pb2+4OH-2e- PbO2+2H2O,答案 B A项,充电时阳极Pb2+PbO2,阴极Pb2+Pb,溶液中Pb2+浓度减小,放电时正极PbO2 Pb2+,负极PbPb2+,溶液中Pb2+浓度增大,故错误;B项,放电时原电池中阳离子向正极移动,阴离 子向负极移动,故正确;C项,放电时,正极PbO2Pb2+,负极PbPb2+,正、负电极质量均会减小,故 错误;D项,无论充电、放电该电池均为酸性环境,电极反应式及总反应式中都不能出现OH-,故 错误。,3.(2019启东、海门、通州联考,10)下列说法正确的是 ( ) A.使用恰当的催化剂可以提高原料的转化率 B.氢氧燃料电池放电时主要是热能转化为电能 C.吸热反应N2(g)+O2(g) 2NO(g) H高温下可自发进行,则该反应S0 D.2 mol SO2与1 mol O2混合反应生成SO3,转移电子的数目为46.021023,答案 C A项,使用恰当的催化剂能改变反应速率,缩短达到平衡所需的时间,但不能使平衡 发生移动,也不能提高转化率,故错误;B项,氢氧燃料电池放电时主要是化学能转变成电能,而 非热能转化为电能,故错误;C项,反应能自发进行说明G=H-TS0,可推测该 反应S0,故正确;D项,该反应为可逆反应,不可能进行彻底,2 mol SO2与1 mol O2不能生成2 mol SO3,转移电子数也不能达到 4 mol,故错误。,考点二 电解原理及应用,4.2019宿迁期末,16(5)高纯度碳酸锰是制备高性能磁性材料的主要原料。以软锰矿(主要成 分是MnO2,含有SiO2、Fe2O3、Al2O3等少量杂质)为主要原料制备MnCO3的工艺流程如下: 已知:SO2+MnO2 MnSO4 (5)“过滤”后的滤液可经电解制取高纯度MnO2,原理如图所示,阳极的电极反应式为 。,答案 (5)Mn2+2H2O-2e- MnO2+4H+,解析 (5)由图所示,阳极的反应物为Mn2+,电解时失去电子生成MnO2,电解池中是酸性环境,用 H+调节电极反应式的电荷守恒,可得答案。,5.2019苏锡常镇一模,20(4)铁及其化合物在生产、生活中有广泛的应用。 (4)电解法可制得K2FeO4,装置如上图所示。阳极的电极反应式为 。,答案 (4)Fe-6e-+8OH- Fe +4H2O,解析 (4)据题意,单质铁是阳极,反应后生成Fe ,Fe升高6价,失去6个电子,此阳极电极反应 式为:Fe-6e-+8OH- Fe +4H2O。,6.2019南京、盐城一模,20(2)高铁酸盐等具有强氧化性,溶液pH越小氧化性越强,可用于除去 废水中的氨氮、重金属等。 (2)J.C.Poggendor早在1841年利用纯铁作电极插入浓的NaOH溶液电解制得Na2FeO4,阳极生成 Fe 的电极反应式为 ;Deinimger等对其进行改进,在阴、阳电极间 设置阳离子交换膜,有效提高了产率,阳离子交换膜的作用是 。,答案 (2)Fe+8OH-6e- Fe +4H2O 避免Fe 在阴极上被还原,解析 (2)阳极生成Fe 的电极反应式为Fe+8OH-6e- Fe +4H2O;在阴、阳两极间的阳 离子交换膜,避免了Fe 在阴极上被还原,提高了产率。,1.(2019无锡期中,1)党的十九大强调树立“社会主义生态文明观”。下列做法不应该提倡的 是 ( ) A.研发可降解高分子材料,缓解白色污染问题 B.扩大铅蓄电池、含汞干电池的生产,满足消费需求 C.采用碳捕集和封存技术,逐步实现二氧化碳零排放 D.大力发展太阳能、风能等清洁能源,减少对化石燃料的依赖,B组 20172019年高考模拟专题综合题组 时间:45分钟 分值:100分 一、选择题(每题4分,共40分),答案