2020年高考化学提升突破专题十 电化学知识的应用

1、 2020 年高考化学提升突破专题 10 电化学知识的应用全面培养科学精神和社会责任电化学是化学学科的重要组成部分。目前，高中化学课程中的电化学内容涉及原电池、电解池、金属的腐蚀与防护等。电化学尤其是新型电源和光电设备不仅能体现化学学科的价值，而且有利于学生获取相关的知识与科学方法，更好地促进学生掌握化学学科规律。学习和使用电化学知识既能解决化学问题，又能发展和提高学生的化学学科核心素养。高考电化学试题的情境来源于生活中的化学电源、研发中的新型电池、实验室中的电化学装置以及生产中的电化学设备，既能考查学生对基本电化学知识的掌握程度，也能考查基于模型认知、变化观念和证据推理等认知方面的素养，也能

2、渗透灌输创新意识和社会责任等情感态度方面的素养。1【2019 新课标卷】利用生物燃料电池原理研究室温下氨的合成，电池工作时mv /mv 在电极与酶之2+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 h +2mv2h +2mv+2+2c正极区，固氮酶为催化剂，n 发生还原反应生成 nh23d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【解析】本题还属于否定式单选题，仍要求选择错误的说法。a 项正确，工业合成氨的条件是高温、高压、催化剂，而生物燃料电池则在室温下合成氨，条件温和，且能将化学能转化为电能；

3、b 项错误，图中的氢化酶作用下，发生氧化还原反应 h +2mv =2h +2mv ，氢气发生氧化反应生成氢离子，mv 发生还原反2+2+2应生成 mv ，左室电极上反应式为 mv e=mv ，即发生氧化反应，因此左电极为该生物燃料电池的负+2+第 1 页 共 13 页 极；c 项正确，正极区，在固氮酶作用下发生反应n +6mv +6h =2nh +6mv ，氮元素由 0 价降低为3+2+23价，固氮酶为催化剂，n 发生还原反应生成 nh ；d 项正确，电池工作时，负极反应式为 mv e =mv ，+2+23正极反应式为 mv +e =mv ，则内电路中带正电的质子（即 h ）移向正极，即从左极

4、室移质子交换膜，2+进而穿过交换膜移向右极室。【素养解读】本题以生物燃料电池、室温合成氨等真实情境为载体，考查原电池、燃料电池的工作原理，渗透了宏观辨识与微观探析、变化观念、证据推理与模型认知等素养的水平1、水平 2、水平 3 的考查，体现了考纲中信息的接受、吸收和整合能力的要求，也体现了分析问题与解决问题能力的考查。2【2019新课标卷】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（3dzn）可以高效沉积zno的特点，设计了采用强碱性电解质的3dznniooh二次电池，结构如下图所示。电池反应为放电zn(s)+2niooh(s)+h o(l) zno(s)+2ni(oh) (

5、s)。22充电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) (s)+oh (aq)eniooh(s)+h o(l)22c放电时负极反应为zn(s)+2oh (aq)2ezno(s)+h o(l)2d放电过程中oh 通过隔膜从负极区移向正极区【答案】d【解析】本题属于否定式单选题，选择说法错误的是，a、多孔增加了表面积，加快反应速率，使沉积的zno 分散度高，故 a 说法正确；b、根据电池反应方程式，正极反应式为nioohh oe =ni(oh) oh22，充电时，电池的正极连接电源的正极，阳极反应式为正极反应式的逆过程，即阳极反应式为ni(oh)

6、(s)2oh (aq)e =niooh(s)h o(l)，故 b 说法正确；c、根据电池反应方程式，负极上失去电子，化合价升2高，即负极反应式为 zn(s)+2oh (aq)2ezno(s)+h o(l)，故 c 说法正确；d、根据原电池的工作原理，2阴离子从正极区移向负极区，故 d 说法错误。【素养解读】本题以新的科学成果为载体，考查原电池工作原理、电极反应式的书写、二级电池等知识，涉及变化观念、宏观辨识、微观探析等素养，体现了运用知识能力，分析问题与解决问题能力的考查，难度系数不大。第 2 页 共 13 页 1、新型化学电源一般这类试题以我国科学家发表的科技成果为素材设计高考题，既弘扬了社

7、会主义核心价值观，又落实了立德树人的根本任务，起点很高，但考查的内容并不难，落脚于电化学基本理论，主要考查二次电池的充放电的电极反应及离子移动方向等，注重于基本能力的考查。首先大致浏览一下题目和题目所配的原理图(此时不要过多地纠结于化学电源的工作原理)；然后，重点关注需要回答的问题，看是否属于考查原电池一般原理的题目。如是，解决必须借助化学电源工作原理解决的题目时，要带着问题去研究题目或题目所提供的原理图。电极反应式书写与判断的三个步骤步骤一：负极失去电子发生氧化反应；正极上，溶液中阳离子(或氧化性强的离子)得到电子，发生还原反应，充电时则正好相反；步骤二：两电极转移电子数守恒，符合正极反应加

8、负极反应等于电池反应的原则；步骤三：注意电极产物是否与电解质溶液反应，若反应，一般要将电极反应和电极产物与电解质溶液发生的反应合并。【典例 1】【2018高考全国卷】我国科学家研发了一种室温下“可呼吸”的 na-co 二次电池。将 naclo24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：3co 24na=2na co c。下列说法错误的是()23a放电时，clo向负极移动4第 3 页 共 13 页 b充电时释放 co ，放电时吸收 co22c放电时，正极反应为：3co 4e =2co c223d充电时，正极反应为：na e =na【答案】d【解析】电池放电

9、时，clo 向负极移动，a 项正确；结合总反应可知放电时需吸收 co ，而充电时释放出42co ，b 项正确；放电时，正极 co 得电子被还原生成单质 c，即电极反应式为 3co 4e =2co c，22223c 项正确；充电时阳极发生氧化反应，即 c 被氧化生成 co ，d 项错误。2【素养解读】本题以我国科学家研制的可呼吸naco 二次电池为背景，要求考生依据题干给予的电极材2料信息判断出电池正负极，进而判断电极反应式；命题要求考生对于电化学反应原理不仅要有感性认识，还要应用模型思想、综合相关模块知识、辩证分析与解答具体问题。2、多池串联模型（1）常见串联装置图模型一 外接电源与电解池的串

10、联(如图)a、b 为两个串联电解池，相同时间内，各电极得失电子数相等。模型二 原电池与电解池的串联(如图)第 4 页 共 13 页 显然两图中，a 均为原电池，b 均为电解池。2.“串联”类装置的解题流程【典例 2】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，则下列说法正确的是()第 5 页 共 13 页 a电流方向：电极b电极发生还原反应电极c电极逐渐溶解d电极的电极反应：cu 2e =cu2【答案】a【解析】a 项，电子移动方向：电极向与电子移动方向相反，正确；b 项，原电电极，电流方池负极在工作中失电子，被氧化，发生氧化反应，错误；c 项，原电池正极为得电子一极，铜离子

11、在电极上得电子，生成铜单质，该电极质量逐渐增大，错误；d 项，电解池中阳极为非惰性电极时，电极本身失电子，形成离子进入溶液中，因为电极为正极，因此电极为电解池的阳极，其电极反应式为cu2e=cu ，错误。2【素养解读】当多个电化学装置串联时，两电极材料活泼性相差大的作原电池，其他作电解池，由此可知第 6 页 共 13 页 图示中左边两池组成原电池，右边组成电解池。解题的关键就是从模型的角度分析出池型，然后进行进一步的解答。3、电化学中“离子交换膜”的作用隔膜的使用充分体现了变化与平衡思想。同时，交换膜隔离两种电解质溶液，避免负极材料与能发生反应的电解质溶液直接接触，能提高电流效率。在这种装置中

12、，交换膜起到盐桥作用，且优于盐桥，盐桥需要定时替换或再生。通过限制离子迁移，使指定离子在溶液中定向移动形成闭合回路，完成氧化剂和还原剂在不接触条件下发生氧化还原反应。（1）常见的隔膜隔膜又叫离子交换膜，由特殊高分子材料制成。离子交换膜分三类：1阳离子交换膜，简称阳膜，只允许阳离子通过，即允许h 和其他阳离子通过，不允许阴离子通过。2阴离子交换膜，简称阴膜，只允许阴离子通过，不允许阳离子通过。3质子交换膜，只允许 h 通过，不允许其他阳离子和阴离子通过。（2）隔膜的作用1能将两极区隔离，阻止两极区产生的物质接触，防止发生化学反应。2能选择性地通过离子，起到平衡电荷、形成闭合回路的作用。3能提高产

13、品的纯度。（3）解这类问题方法【典例 3】【2018 新课标 1 卷】最近我国科学家设计了一种 co +h s 协同转化装置，实现对天然气中 co222和 h s 的高效去除。示意图如图所示，其中电极分别为zno石墨烯（石墨烯包裹的 zno）和石墨烯，石2墨烯电极区发生反应为：第 7 页 共 13 页 edta-fe -e edta-fe3+2+-2edta-fe +h s2h +s+2edta-fe2+3+2该装置工作时，下列叙述错误的是a阴极的电极反应：co +2h +2e co+h o+-22b协同转化总反应：co +h sco+h o+s222c石墨烯上的电势比 zno石墨烯上的低d若

14、采用 fe /fe 取代 edta-fe /edta-fe ，溶液需为酸性3+2+3+2+【答案】c【解析】该装置属于电解池，co 在 zno石墨烯电极上转化为 co，发生得到电子的还原反应，为阴极，2石墨烯电极为阳极，发生失去电子的氧化反应，则详解：a、co 在 zno石墨烯电极上转化为 co，发生2得到电子的还原反应，为阴极，电极反应式为co +h +2e co+h o，a 正确；b、根据石墨烯电极上发22生的电极反应可知+即得到 h s2e 2h +s，因此总反应式为 co +h sco+h o+s，b 正确；c、2222石墨烯电极为阳极，与电源的正极相连，因此石墨烯上的电势比zno石墨

15、烯电极上的高，c 错误；d、由于铁离子、亚铁离子均易水解，所以如果采用fe /fe 取代 edta-fe /edta-fe ，溶液需要酸性，d 正3232确。答案选 c。【素养解读】准确判断出阴阳极是解答的关键，注意从元素化合价变化的角度去分析氧化反应和还原反应，进而得出阴阳极。电势高低的判断是解答的难点，注意从物理学的角度借助于阳极与电源的正极相连去分析。第 8 页 共 13 页 1科学家研制出了一种新型的锂-空气电池，其工作原理如图所示。关于该电池的说法中不正确的是()a随着电极反应的不断进行，正极附近的电解液ph 不断升高b可将有机电解液改为水溶液c放电时，当有 22.4 l o (标准

16、状况下)被还原时，溶液中有 4 mol li 从左槽移动到右槽2d电池总反应方程式为 4lio 2h o=4lioh222一种以 nabh 和 h o 为原料的新型电池的工作原理如图所示。下列说法错误的是()422a电池的正极反应为 h o 2e =2oh22b电池放电时 na 从 a 极区移向 b 极区c电池放电时电子从电极 b 经外电路流向电极 a第 9 页 共 13 页 db 极室的输出液经处理后可输入 a 极室循环利用3我国科学家发明的水溶液锂电池为电动汽车发展扫除了障碍，装置原理如图所示，其中固体薄膜只允许li通 过 。 锂 离 子 电 池 的 总 反 应 为xli li1mn ol

17、imn o 。下列有关说法错误的是()x2424a放电时，li 穿过固体薄膜进入水溶液电解质中b放电时，正极反应为 li mn o xli xe =limn o1 x2424c充电时，电极 b 为阳极，发生氧化反应d该电池的缺点是存在副反应 2li2h o=2liohh 224某兴趣小组的同学用如图所示装置研究有关电化学的问题。当闭合该装置的电键时，观察到电流表的指针发生了偏转。第 10 页 共 13 页 请回答下列问题：（1）甲池为_(填“原电池”“电解池”或“电镀池”)，通入 ch oh 电极的电极反应式为3_。（2）乙池中 a(石墨)电极的名称为_(填“正极”“负极”“阴极”或“阳极”)

18、，总反应式为_。（3）当乙池中 b 极质量增加 5.40 g 时，甲池中理论上消耗 o 的体积为_ml(标准状况下)，丙池中2_极析出_g 铜。（4）若丙中电极不变，将其溶液换成nacl 溶液，电键闭合一段时间后，甲中溶液的ph 将_(填“增大”“减小”或“不变”)；丙中溶液的 ph 将_(填“增大”“减小”或“不变”)。第 11 页 共 13 页 1b 该锂电池中，正极上的电极反应式为o 4e 2h o=4oh ，正极附近的电解液 ph 会升高，a22项正确；li 属于活泼金属，能与水反应，不能将有机电解液改为水溶液，b 项错误；放电时，当有22.4l o (标准状况下)被还原时，根据正极反

19、应式：o 4e 2h o=4oh ，会转移电子 4 mol，即溶液中222有 4 mol li 从左槽(负极)移动到右槽， c 项正确；由图示可知，正极的电极反应式为 o 4e 22h o=4oh ，电池总反应方程式为 4lio 2h o=4lioh，d 项正确。2222选 c。以硼氢化钠(nabh )和 h o 作原料的电池中，电解质溶液呈碱性，由工作原理装置图可知，负极422发生氧化反应，电极反应式为 bh 8oh 8e =bo 6h o，正极 h o 发生还原反应，得到电子42222被还原生成 oh ，电极反应式为 h o 2e =2oh ，a 项正确；放电时为原电池，阳离子移向正极，22b 为正极，b 项正确；电子由负极经外电路流向正极，电子应该由a 到 b，c 项错误；正极电极反应式第 12 页 共 13 页