202X版高考化学一轮复习专题8化学能与电能课件

1、专题8 化学能与电能高考化学高考化学 (江苏省专用)A A组组 自主命题自主命题江苏卷题组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考点一原电池原理及应用答案答案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

2、,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

3、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66.021023D.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

4、酶失去生理活性,D错误。误区警示误区警示 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- 2H2OC.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 23O23O答案答案DA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

5、移动;D项,电极B是正极,电极反应为O2+4e-+2CO2 2C。23O23O23O4.(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。方法归纳方法归纳 原

6、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

7、答案CA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。

8、27O27O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)27O解析解析(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

9、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)+3

10、CO(g) H=a kJmol-13AlCl(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 。 答案答案(1)a+bAl4C3+12HCl4AlCl3+3CH4(3)2Al+3AgO+2NaOH2NaAlO2+3Ag+H2O解析解析(1)根据盖斯定律,把已知的两个热化学方程式直

11、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+3AgO2NaAlO2+3Ag+H2O。考点二电解原理及应用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

12、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3O23O3O解析解析(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。3O9.2017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

13、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 。答案答案(4)4C+2H2O-4e-4HC+O2H2(5)NH4Cl分解产生的HCl能够破坏Al表面的Al2O3薄膜23O3O解析解析(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

14、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。23O3O23O3O10.2014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 。2

15、Sn答案答案(4分)(1)2H2O+2e-H2+2OH-+2H+(n-1)S+H2S2Sn解析解析(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。2Sn2Sn11.2011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-1CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g)H=247.4 kJmol-12H2S(g)2H2(g)

16、+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 。答案答案(4)CO(NH2)2+8OH-6e-C+N2+6H2O(5)2Mg2Cu+3H2MgCu2+3MgH2 23O解析解析(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,

17、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。23OB B组组 统一命题、省统一命题、省( (区、市区、市) )卷题组卷题组考点一原电池原理及应用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NH3D.电池工作时质子通过交换

18、膜由负极区向正极区移动答案答案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。思路点拨思路点拨 根据电极反应类

19、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

20、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

21、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+6O26CO2+6H2O错误答案答案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

22、反应为C6H12O6+6O2 6CO2+6H2O,正确。6126C H O4.(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-AgC.电池放电时Cl-由正极向负极迁移D.负极会发生副反应Mg+2H2OMg(OH)2+H2错误答案答案BMg-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

23、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-+2H2O2Zn(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(OHD.放电时,电路中通过2 mol电子,消耗氧气22.4 L(标准状况)24)24)答案答案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(OH2Zn+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

24、过4 mol电子,故D项错误。24)24)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)温度/化合物 020406080100NH4Cl29.337.245.855.365.677.3ZnCl2343395452488541614化合物Zn(OH)2Fe(OH)2Fe(OH)3Ksp近似值10-1710-1710-39回答下列问题:(1)该电池的正极反应式为 ,电池反应

25、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H2SO4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.

26、1 molL-1)。若上述过程不加H2O2后果是 ,原因是 。答案答案(14分)(1)MnO2+H+e- MnOOH2MnO2+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+2.76Zn2+和Fe2+分离不开Fe(OH)2和Zn(OH)2的Ksp相近(每空1分,共5分)24)4H解析解析(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:2M

27、nO2+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-)=110-39,c(OH-)=10-11.3molL-1,pOH=11.3,则pH=2.7。KspZn(OH)2=c(Zn2+)c2(OH-)=0.1c2(OH-)=110-17,c(OH-)=10-8 molL-1,pOH=8,则pH=6。因Zn

28、(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。1150 C96 500 C mol2考点二电解原理及应用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

29、,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。解题关键解题关键

30、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+H2OB.协同转化总反应:CO2+H2S CO+H2O+SC.石墨烯上的电势比ZnO石墨烯上的低D.若采用Fe3+/

31、Fe2+取代EDTA-Fe3+/EDTA-Fe2+,溶液需为酸性答案答案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。审题技巧审题技巧 解题的关键是电极名称的确定。如本题中CO2

32、CO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+4Na2Na2CO3+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CO2C.放电时,正极反应为:3CO2+4e-2C+CD.充电时,正极反应为:Na+e-Na4O23O答案答案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

33、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。23O23O4O23O规律总结规律总结 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

34、化进行调整答案答案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

35、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4 1,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(C

36、H4)=4 1,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CO2c.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: 。答案答

37、案(1)CH4+2H2O 4H2+CO2C(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)K12H2O+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

38、、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 C组组 教师专用题组教师专用题组1.(20

39、16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+2nH2O4M(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)nD.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

40、及阳离子交换膜答案答案CA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-+2H2O4OH-;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

41、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+CO2H2+CO+O2D.阴、阳两极生成的气体的物质的量之比是1 1答案答案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+CO2H2+CO+O2,B、C项正确;阴、阳两极生成气体的物质的量之比为2 1,D项不正确。3.(2015天津理综,4,6分

42、)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24O答案答案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,

43、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、MnO

44、2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、TiO

45、2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 24O (写化学式)。答案答案(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 O24O24O27O解析解析本题考查电子式的书写、

46、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

47、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O24O24O27

48、O24O27O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

49、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 。答案答案(1)LiOH2Cl-2e-Cl2B(2)2Co(OH)3+S+4H+2Co2+S+5H2O或Co(OH)3+3H+Co3+3H2O,2Co3+S+H2O2Co2+S+2H+3Co3O4 23O24O23O24O解析解析(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

50、。(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+O2CoxOy+2xCO2 (59x+16y) g2x22.4 L2.41 g 1.344 L则=,解得x y=3 4,则钴氧化物的化学式为Co3O4。2y(5916 ) g2.41 gxy222.4 L1.344 LxA A组组 2017201920172019年高考模拟年高考模拟考点基础题组考点基础题组考点一原电池原理及应用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+

51、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+ 答案答案BDA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。易错警示易错警示 要特别关注图上的重要信息,如

52、左边区域的“非水电解质”,否则很容易错选C。对比突破对比突破 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答案答案BA项,充电

53、时阳极Pb2+PbO2,阴极Pb2+Pb,溶液中Pb2+浓度减小,放电时正极PbO2Pb2+,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

54、反应S0D.2 mol SO2与1 mol O2混合反应生成SO3,转移电子的数目为46.021023 答案答案CA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

55、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 。 答案答案(5)Mn2+2H2O-2e-MnO2+4H+ 解析解析(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

56、式为 。答案答案(4)Fe-6e-+8OH- Fe+4H2O24O解析解析(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。24O24O6.2019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 。24O答案答案(2)F

57、e+8OH-6e- Fe+4H2O避免Fe在阴极上被还原24O24O解析解析(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。24O24O24O1.(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 B组组 2017201920172019年高考模拟年高考模拟专题综合题组专

58、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)答案答案BB项,扩大电池的生产,会加重铅、汞等重金属的污染,故错误。考点分析考点分析 本题以环境保护为背景,考查化学与生活、社会、环境的联系。知识拓展知识拓展 化石燃料包括煤、石油、天然气等,为不可再生资源。2.(2019苏州期末,13)下列说法正确的是()A.在电解法精炼铜的过程中,若转移1 mol电子,则阳极溶解32 g粗铜B.仅升高平衡体系2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g)(正反应放热)的温度,正、逆反应速率均加快C.反应NH3(g)+HCl(g) NH4Cl(s)常温下能自发进行,则该反应的H0D.Na2CO

59、3溶液中加入少量Ca(OH)2固体,C水解程度减小,溶液pH减小23O答案答案BA项,电解精炼铜时,因阳极参与反应的物质有铜及杂质,若转移1 mol电子,阳极溶解粗铜质量不一定为32 g,故错误;B项,仅升高平衡体系2SO2+O2 2SO3(正反应放热)的温度,体系内反应物、生成物分子能量均增加,正、逆反应速率均加快,故正确;C项,反应NH3(g)+HCl(g) NH4Cl(s)常温下能自发进行,则该反应的G=H-TS0,该反应S0,则可推出H0,故错误;D项,Na2CO3溶液中加入少量Ca(OH)2固体,生成CaCO3沉淀,C浓度减小,其水解程度也减小,加入的OH-使溶液碱性增强,pH增大,

60、故错误。考点归纳 电解精炼铜过程中,每转移1 mol电子,则阴极析出铜32 g,但阳极由于杂质参加反应,使得同时参加反应的阳极的质量无法精确计算。23O3.(2019扬州一模,10)下列说法正确的是()A.在外加电流的阴极保护法中,须将被保护的钢铁设备与直流电源的负极相连B.反应H2S(g)+ZnO(s) H2O(g)+ZnS(s)在一定条件下可自发进行,且S0C.常温常压,氢氧燃料电池工作消耗2.24 L O2时,转移电子的数目为0.46.021023D.常温下,KspCu(OH)2=2.610-19,pH=10的含Cu2+的溶液中,c(Cu2+)2.610-11molL-1 答案答案AB项