（课标Ⅲ）2020版高考化学一轮复习专题十七电化学课件.pptx

专题十七 电化学,高考化学 (课标),A组 课标卷区题组,五年高考,考点一 原电池的工作原理 金属的电化学腐蚀与防护,1.(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,体现了证据推理与模型认知 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。,2.(2010课标,12,6分)根据下图,可判断出下列离子方程式中错误的是 ( ),A.2Ag(s)+Cd2+(aq) 2Ag+(aq)+Cd(s) B.Co2+(aq)+Cd(s) Co(s)+Cd2+(aq) C.2Ag+(aq)+Cd(s) 2Ag(s)+Cd2+(aq) D.2Ag+(aq)+Co(s) 2Ag(s)+Co2+(aq),答案 A 根据原电池知识,金属活动性负极正极,可得三种金属的活动性顺序应为:CdCo Ag,则选项中符合此关系的置换反应成立。,错因分析 由原电池判断金属的活泼性。,3.(2011课标,11,6分)铁镍蓄电池又称爱迪生电池,放电时的总反应为: Fe+Ni2O3+3H2O Fe(OH)2+2Ni(OH)2 下列有关该电池的说法不正确的是 ( ) A.电池的电解液为碱性溶液,正极为Ni2O3、负极为Fe B.电池放电时,负极反应为Fe+2OH-2e- Fe(OH)2 C.电池充电过程中,阴极附近溶液的pH降低 D.电池充电时,阳极反应为2Ni(OH)2+2OH-2e- Ni2O3+3H2O,答案 C 由铁镍蓄电池放电时的总反应可知电解液为碱性溶液,放电时负极发生氧化反应, 正极发生还原反应,故Fe为负极,Ni2O3为正极,A正确。放电时Fe失电子被氧化,负极反应为Fe+ 2OH-2e- Fe(OH)2,B正确。充电时,阴极发生还原反应,电极反应为Fe(OH)2+2e- Fe+2OH -,pH增大,C错误。充电时,阳极发生氧化反应,电极反应为2Ni(OH)2+2OH-2e- Ni2O3+3H2O, D正确。,4.(2013课标,10,6分)银质器皿日久表面会逐渐变黑,这是生成了Ag2S的缘故。根据电化学原 理可进行如下处理:在铝质容器中加入食盐溶液,再将变黑的银器浸入该溶液中,一段时间后发 现黑色会褪去。下列说法正确的是 ( ) A.处理过程中银器一直保持恒重 B.银器为正极,Ag2S被还原生成单质银 C.该过程中总反应为2Al+3Ag2S 6Ag+Al2S3 D.黑色褪去的原因是黑色Ag2S转化为白色AgCl,答案 B 根据电化学原理可知,Al为负极,电极反应为2Al-6e- 2Al3+;银器为正极,电极反 应为:3Ag2S+6e- 6Ag+3S2-;溶液中反应为:2Al3+3S2-+6H2O 2Al(OH)3+3H2S,三反应 相加可知该过程的总反应为:2Al+3Ag2S+6H2O 2Al(OH)3+6Ag+3H2S,故B正确,C、D错 误;银器表面黑色的Ag2S变成了Ag,质量必然减小,A错误。,解题关键 掌握原电池工作原理、氧化还原反应及盐类水解等知识并能综合应用是解题的 关键。,易错警示 A项易认为变黑的银器处理之后复原而错选;C项易忽略在溶液中Al3+和S2-发生相 互促进的水解反应。,5.(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。,方法技巧 可充电电池中,放电过程用原电池原理分析,充电过程用电解原理分析;分析电 化学问题时,先判断出电极,然后根据工作原理分析。,6.(2017课标,11,6分)全固态锂硫电池能量密度高、成本低,其工作原理如图所示,其中电极a 常用掺有石墨烯的S8材料,电池反应为:16Li+xS8 8Li2Sx(2x8)。下列说法错误的是 ( ) A.电池工作时,正极可发生反应:2Li2S6+2Li+2e- 3Li2S4 B.电池工作时,外电路中流过0.02 mol电子,负极材料减重0.14 g C.石墨烯的作用主要是提高电极a的导电性 D.电池充电时间越长,电池中Li2S2的量越多,答案 D 电池工作时为原电池,电池内部阳离子向正极移动,根据图示中Li+移动方向可知,电 极a为正极,依次发生S8Li2S8Li2S6Li2S4Li2S2的转化,A正确;电池工作时负极反应式为Li- e- Li+,当转移0.02 mol电子时,负极消耗的Li的物质的量为0.02 mol,质量为0.14 g,B正确;石 墨烯具有导电性,可以提高电极a的导电能力,C正确;电池充电时为电解池,此时Li2S2的量越来 越少,D错误。,7.(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。,8.(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-)=110-5 molL-1 c3(OH-)=110-39,c(OH-)=10-11.3molL-1,pOH=11.3,则pH=2.7。KspZn(OH)2=c(Zn2+)c2(OH-)= 0.1 molL-1c2(OH-)=110-17,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,从而使制得的ZnSO47H2O不 纯净。,审题技巧 题目给出相关物质的Ksp,说明在分离除杂的过程中,可以利用溶解性,采用调节pH 的方法将杂质成分除去。,疑难突破 除去Fe元素的基本思路是:先将其氧化成Fe3+,然后采用调节pH的方式,将Fe3+转化 成沉淀而过滤除去。,考点二 电解原理及其应用,B组 课标、课标、自主命题省(区、市)卷题组,考点一 原电池的工作原理 金属的电化学腐蚀与防护,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,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。,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C6H12O6-24e-+6H2O 6CO2+24H+;O2在正极上发生还原反应,电极反应式为6O2+24e-+24 H+ 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。,思路分析 由题干信息可知该装置为原电池,再结合该电池工作原理示意图可知左侧电极为 负极,右侧电极为正极。,4.(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。,5.(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)。,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 本题考查原电池的原理、Fe2+的检验等知识。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。,6.(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。,7.(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”。,8.(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。,9.(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。,考点二 电解原理及其应用,10.(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+,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+Fe 3+为氧化反应阳极。,11.(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,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与水反应:Cl2+H2O HClO+HCl,HCl溶于水显酸性,HClO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。,12.(2015四川理综,4,6分)用如图所示装置除去含CN-、Cl-废水中的CN-时,控制溶液pH为910, 阳极产生的ClO-将CN-氧化为两种无污染的气体。下列说法不正确的是 ( ) A.用石墨作阳极,铁作阴极 B.阳极的电极反应式:Cl-+2OH-2e- ClO-+H2O C.阴极的电极反应式:2H2O+2e- H2+2OH- D.除去CN-的反应:2CN-+5ClO-+2H+ N2+2CO2+5Cl-+H2O,答案 D D项,控制溶液pH为910,溶液呈碱性,离子方程式应为2CN-+5ClO-+H2O N2+ 2CO2+5Cl-+2OH-。,13.(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。,14.(2018课标,27,14分)焦亚硫酸钠(Na2S2O5)在医药、橡胶、印染、食品等方面应用广泛。 回答下列问题: (1)生产Na2S2O5,通常是由NaHSO3过饱和溶液经结晶脱水制得。写出该过程的化学方程式 。 (2)利用烟道气中的SO2生产Na2S2O5的工艺为: pH=4.1时,中为 溶液(写化学式)。 工艺中加入Na2CO3固体、并再次充入SO2的目的是 。 (3)制备Na2S2O5也可采用三室膜电解技术,装置如图所示,其中SO2碱吸收液中含有NaHSO3和 Na2SO3。阳极的电极反应式为 。电解后, 室的NaHSO3浓 度增加。将该室溶液进行结晶脱水,可得到Na2S2O5。,(4)Na2S2O5可用作食品的抗氧化剂。在测定某葡萄酒中Na2S2O5残留量时,取50.00 mL葡萄酒样 品,用0.010 00 molL-1的碘标准液滴定至终点,消耗10.00 mL。滴定反应的离子方程式为 ,该样品中Na2S2O5的残留量为 gL-1(以SO2计)。,答案 (1)2NaHSO3 Na2S2O5+H2O (2)NaHSO3 得到NaHSO3过饱和溶液 (3)2H2O-4e- O2+4H+ a (4)S2 +2I2+3H2O 2S +4I-+6H+ 0.128,解析 本题考查工艺流程、电解原理的应用、氧化还原滴定与计算。 (1)NaHSO3与Na2S2O5中硫元素化合价均为+4价,根据观察法配平反应方程式:2NaHSO3 Na 2S2O5+H2O。 (2)中所得溶液的pH=4.1,硫元素的存在形式应为HS ,故中为NaHSO3溶液。 过程是利用Na2CO3与NaHSO3反应转化为Na2SO3,过程利用SO2与Na2SO3反应生成NaH- SO3:Na2SO3+SO2+H2O 2NaHSO3,制得高浓度的NaHSO3,更有利于Na2S2O5的制备。 (3)根据装置图可知左侧为阳极,溶质为H2SO4,实际放电的是水电离出的OH-,电极反应式为2H2 O-4e- O2+4H+。电解过程中,阳离子(H+)向右侧移动,则a室中S +H+ HS ,NaHSO 3浓度增大。 (4)Na2S2O5作食品的抗氧化剂,则具有强还原性,被氧化为S ;S2 2S ,I2 2I -,依据得失电子守恒、电荷守恒和原子守恒可配平反应的离子方程式:S2 +2I2+3H2O 2S +4I-+6H+。 根据滴定反应的离子方程式及硫原子守恒可得如下关系式:,2SO2 S2 2I2 64 g 1 mol m(SO2) 0.010 00 molL-10.010 00 L m(SO2)=6.410-3g 则样品中Na2S2O5的残留量为 =0.128 gL-1。,方法技巧 守恒法在此题中应用较多。如第(4)问中S2 与I2反应的方程式要利用得失电子 守恒、电荷守恒和原子守恒配平。,15.(2017江苏单科,16,12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。 (1)“碱溶”时生成偏铝酸钠的离子方程式为 。 (2)向“过滤”所得滤液中加入NaHCO3溶液,溶液的pH (填“增大”“不变”或 “减小”)。 (3)“电解”是电解熔融Al2O3,电解过程中作阳极的石墨易消耗,原因是 。 (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 (12分)(1)Al2O3+2OH- 2Al +H2O (2)减小 (3)石墨电极被阳极上产生的O2氧化 (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 本题考查了以铝土矿为原料制备铝的工艺流程,涉及离子方程式的书写和电化学的相 关知识。 (1)Al2O3是两性氧化物,能与强碱反应生成Al 和H2O。 (2)“碱溶”时,NaOH溶液应过量,则在“过滤”所得滤液中一定含有过量的NaOH,当加入 NaHCO3溶液时,HC +OH- C +H2O,使c(OH-)减小,故pH减小。 (3)电解熔融Al2O3时,阳极反应式为:2O2-4e- O2, O2会与石墨发生化学反应,从而消耗石墨。 (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:4H2 O+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。,疑难突破 向“过滤”所得滤液中加入NaHCO3溶液时,除了发生反应HC +OH- H2O +C ,还发生反应HC +Al +H2O Al(OH)3+C ,然后经“过滤”得到Al(OH)3,灼 烧Al(OH)3,发生反应2Al(OH)3 Al2O3+3H2O,再电解熔融的Al2O3可得到Al。,C组 教师专用题组,考点一 原电池的工作原理 金属的电化学腐蚀与防护,1.(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。,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-,根据电荷守恒原理,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.(2013课标,11,6分)“ZEBRA”蓄电池的结构如图所示,电极材料多孔Ni/NiCl2和金属钠之 间由钠离子导体制作的陶瓷管相隔。下列关于该电池的叙述错误的是 ( ) A.电池反应中有NaCl生成 B.电池的总反应是金属钠还原三价铝离子 C.正极反应为:NiCl2+2e- Ni+2Cl- D.钠离子通过钠离子导体在两电极间移动,答案 B 该原电池的负极反应为:Na-e- Na+,正极反应为:NiCl2+2e- Ni+2Cl-,电池总反 应为:2Na+NiCl2 2NaCl+Ni。B项错误。,思路分析 由图示可知电池总反应是金属钠还原Ni2+,据此可以写出总反应,再结合原电池原 理即可解决问题。,4.(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。,5.(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 列叙述错误的是 ( ) 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。,解题技巧 首先根据原电池原理结合题给信息准确判断电池的正、负极;然后理清两极上的 电极反应式及电池反应;最后结合选项进行作答。,考点二 电解原理及其应用,6.(2015福建理综,11,6分)某模拟“人工树叶”电化学实验装置如下图所示,该装置能将H2O和 CO2转化为O2和燃料(C3H8O)。下列说法正确的是 ( ) A.该装置将化学能转化为光能和电能 B.该装置工作时,H+从b极区向a极区迁移 C.每生成1 mol O2,有44 g CO2被还原 D.a电极的反应为:3CO2+18H+-18e- C3H8O+5H2O,答案 B 由模拟“人工树叶”电化学实验装置可知,该装置将光能和电能转化为化学能,故 A错误;在电解池内部,阳离子向阴极迁移,故H+从b极区向a极区迁移,B正确;阴极上:3CO2C3H8 O18e-,阳极上:2H2OO24e-,根据得失电子守恒可知,当阳极生成1 mol O2时,阴极被还原的CO2 的质量为: 44 g/mol=29.3 g,故C错误;a电极的反应为:3CO2+18H+18e- C3H8O+5H2O, 故D错误。,7.(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.如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,二次电池充电的过程为电解过程,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,硫电极连接LiCoO2电极。,8.(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H2 O+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。,9.(2016天津理综,10,14分)氢能是发展中的新能源,它的利用包括氢的制备、储存和应用三个 环节。 回答下列问题: (1)与汽油相比,氢气作为燃料的优点是 (至少答出两点)。但是 氢气直接燃烧的能量转换率远低于燃料电池,写出碱性氢氧燃料电池的负极反应式: 。 (2)氢气可用于制备H2O2。已知: H2(g)+A(l) B(l) H1 O2(g)+B(l) A(l)+H2O2(l) H2 其中A、B为有机物,两反应均为自发反应,则H2(g)+O2(g) H2O2(l)的H 0(填“” “”或“=”)。 (3)在恒温恒容的密闭容器中,某储氢反应:MHx(s)+yH2(g) MHx+2y(s) H0达到化学平衡。 下列有关叙述正确的是 。 a.容器内气体压强保持不变 b.吸收y mol H2只需1 mol MHx,c.若降温,该反应的平衡常数增大 d.若向容器内通入少量氢气,则v(放氢)v(吸氢) (4)利用太阳能直接分解水制氢,是最具吸引力的制氢途径,其能量转化形式为 。 (5)化工生产的副产氢也是氢气的来源。电解法制取有广泛用途的Na2FeO4,同时获得氢气:Fe+ 2H2O+2OH- Fe +3H2,工作原理如图1所示。装置通电后,铁电极附近生成紫红色Fe ,镍电极有气泡产生。若氢氧化钠溶液浓度过高,铁电极区会产生红褐色物质。已知:Na2 FeO4只在强碱性条件下稳定,易被H2还原。,图1 图2,电解一段时间后,c(OH-)降低的区域在 (填“阴极室”或“阳极室”)。 电解过程中,须将阴极产生的气体及时排出,其原因为 。 c(Na2FeO4)随初始c(NaOH)的变化如图2,任选M、N两点中的一点,分析c(Na2FeO4)低于最高 值的原因: 。,答案 (共14分)(1)污染小 可再生 来源广 资源丰富 燃烧热值高(任写其中2个) H2+2OH-2e- 2H2O (2) (3)