新高考化学二轮复习 化学能与电能 学案

化学能与电能

［高考引领］

1.（2021•山东高考）以KOH溶液为离子导体，分别组成CH3OH-O2、N2H4-。2、

（CH3）2NNH2-C>2清洁燃料电池，下列说法正确的是（）

A.放电过程中，K+均向负极移动

B.放电过程中，KOH物质的量均减小

C.消耗等质量燃料，（CH3）2NNH2-C>2燃料电池的理论放电量最大

D.消耗ImolCh时，理论上N2H甘。2燃料电池气体产物的体积在标准状况下为L

解析：C碱性环境下，CHQH-Ch清洁燃料电池总反应为2cH3OH+3O2+

4KOH=2K2CO3+6H2O；N2H4-O2清洁燃料电池总反应为N2H4+O2=N2+2H2。；偏二甲

助KCH3）2NNH2］中C和N的化合价均为一2价，H元素化合价为+1价，所以根据氧化还原

反应原理可推知其燃料电池的总反应为（CH3）2NNH2+4Ch+4KOH=2K2cO3+N2+6H2O。

放电过程为原电池工作原理，所以钾离子均向正极移动，A错误；N2H「02清洁燃料电池的

产物为氮气和水，其总反应中未消耗KOH,所以KOH的物质的量不变，根据其他两种燃料

电池总反应可知，KOH的物质的量减小，B错误；理论放电量与燃料的物质的量和转移电

子数有关，设消耗燃料的质量均为〃?g,则甲醇、N2H4和（CH3”NNH2放电量（物质的量表达

式）分别是32g：3rI32g霁X4、60g%「义16,通过比较可知（CJhbNNH?

-O2燃料电池的理论放电量最大，C正确；根据得失电子守恒和总反应式可知，消耗1mol

O2生成的氮气的物质的量为1mol,在标准状况下为L,D错误。

2.（2021•广东高考）钻（Co）的合金材料广泛应用于航空航天、机械制造等领域。如图为水

溶液中电解制备金属钻的装置示意图。下列说法正确的是（）

A.工作时，I室和H室溶液的pH均增大

B.生成1molCo,I室溶液质量理论上减少16g

C.移除两交换膜后，石墨电极上发生的反应不变

通电

D.电解总反应：2co2++2H2O2co+。2t+4H

解析：D石墨电极为阳极，电极反应式为2H2O—4e-—O2t+4H+,H+通过阳离子

交换膜由1室进入II室，右侧C。电极为阴极，电极反应式为C<?++2e=Co,Cl通过阴

离子交换膜由HI室进入H室，与H+结合生成盐酸。由上述分析知，I室中水放电使硫酸浓

度增大，II室中生成盐酸，故I室和n室溶液的pH均减小，A错误；生成ImolCo时，转

移2moi电子，I室有mol。2（即16g）逸出，有2moi（即2g）H*通过阳离子交换膜进入][

室，则I室溶液质量理论上减少18g,B错误；移除两交换膜后，石墨电极上的电极反应式

为2c「-2e-=C12t,C错误；根据上述分析可知，电解时生成了。2、Co、H+,则电解总

反应为2co2++2氏0望=2co+。2t+4H+,D正确。

3.（2021•全国甲卷）乙醛酸是一种重要的化工中间体，可采用如图所示的电化学装置合

成。图中的双极膜中间层中的H2O解离为H+和0H\并在直流电场作用下分别向两极迁

移。下列说法正确的是（）

电源

饱和乙二酸溶液双极膜乙二醛+KBr溶液

A.KBr在上述电化学合成过程中只起电解质的作用

OOOO

IIIIIII

B.阳极上的反应式为HO—C—C—OH+2H++2/—HO—C—C'—H+H2O

C.制得2moi乙醛酸，理论上外电路中迁移了1mol电子

D.双极膜中间层中的H+在外电场作用下向铅电极方向迁移

解析：D由题图可知，在铅电极乙二酸变成乙醛酸是去氧的过程，发生还原反应，则

铅电极是电解装置的阴极，石墨电极发生氧化反应，反应为2Br一一2-=Br2,是电解装置

的阳极。由上述分析可知，起到还原剂的作用，A错误；阳极上的反应式为2Br—-2b

=Br2,B错误；制得2moi乙醛酸，实际上是左、右两侧各制得1mol乙醛酸，共转移2

mol电子，故理论上外电路中迁移了2moi电子，C错误；电解装置中，阳离子移向阴极（即

铅电极），D正确。

4.（2021•全国乙卷）沿海电厂采用海水为冷却水，但在排水管中生物的附着和滋生会阻

碍冷却水排放并降低冷却效率。为解决这一问题，通常在管道口设置一对惰性电极（如图所

示），通入一定的电流0下列叙述错误的是（）

/阳极

A.阳极发生将海水中的C「氧化生成C12的反应

B.管道中可以生成氧化灭杀附着生物的NaClO

C.阴极生成的H2应及时通风稀释安全地排入大气

D.阳极表面形成的Mg（OH）2等积垢需要定期清理

解析：D海水中存在大量的。一，在阳极C「放电生成Ch,A叙述正确；阴极H2O放

电生成H?和。FT,OFF与CI2反应生成CIO,因此管道中存在一定量的NaClO,B叙述正

确；因为H2为可燃性气体，所以阴极生成的H2应及时通风稀释安全地排入大气，C叙述正

确；阴极产生0H,因此会在阴极表面形成Mg（OH）2等积垢，需定期清理以保持良好的导

电性，D叙述错误。

5.（2021・湖南高考）锌/漠液流电池是一种先进的水溶液电解质电池，广泛应用于再生能

源储能和智能电网的备用电源等。三单体串联锌/澳液流电池工作原理如图所示：

双极性碳和塑料电极一JBQ活性电极

下列说法错误的是（）

A.放电时，N极为正极

B.放电时，左侧贮液器中ZnBrz的浓度不断减小

C.充电时，M极的电极反应式为Zn2++2e-=Zn

D.隔膜允许阳离子通过，也允许阴离子通过

解析：B在该原电池中，活泼金属锌做负极，则N极为正极，A说法正确；放电时,

左侧锌放电产生Zn?+,贮液器中ZnBrz的浓度不断增大，B说法错误；充电时，M极为阴

极，电极反应式为Zi?++2e-=Zn,C说法正确；放电时Br通过隔膜进入溶液中与Zi?+

结合，充电时Z/+通过隔膜在双极性碳和塑料电极上沉积，D说法正确。

［分析预测］

高考有关原电池的考查一直是电池新颖、问题角度新颖、解答方式新颖。主要考查问题

是原电池、电解池的基本工作原理、预测电极反应及现象、电极方程式的书写、电化学的有

关计算。

I必备知识I

1.原电池中的基本知识

(1)原电池的结构及工作原理(以Cu-Zn原电池为例)

负极装置正极

活泼金属电子流出

e1--------®ie

“惰性”材料电子流入

L[znCiJ

阴离子移向氧化反应

稀"SOd：阳离子移向还原反应

22++-

Zn—2e^^=Zn1总反应：2H'+Zn=H2t+Zn2H+2e=H2t

化学能一电能

(2)一般电极反应式的书写

①书写步骤

网扬网_我呢贫板爱用必论友应、IE极爰星速原反而,

|标得失|一判断出电极反应产物.找出得失电子的数量

电极产物在电解质溶液的环境中应能稳定

|看环境|存在,如碱性介质中生成的H-应让其结合

|配守恒|

0H生成水。电极反应式要根据电荷守恒、

质量守恒和得失电子守恒等加以配平

两式加一两电极反应式相加，与总反应离子方程式

验总式一；对照验证

②常见介质

常见介质注意事项

中性溶液反应物若是H，得电子或OPT失电子，则H+或OPT均来自于水的电离

酸性溶液反应物或生成物中均没有OFT

碱性溶液反应物或生成物中均没有H+

水溶液不能出现。2一

2.电解池原理及应用

(1)图解电解池工作原理(阳极为惰性电极)

与电源正极相连与电源负极相连

件尢1发生r还反原应

阴离子阳离子

移向

也包一I电解质疝研

(2)正确判断电极产物

①阳极产物的判断首先看电极，如果是活性电极作阳极，则电极材料失电子，电极溶解

(注意：铁作阳极溶解生成Fe2+,而不是Fe3+)；如果是惰性电极，则需看溶液中阴离子的失

电子能力，阴离子放电顺序为S2->「>Bd>C厂>OH一(水)。

②阴极产物的判断直接根据阳离子的放电顺序进行判断：Ag+>Hg2+>Fe3+>Cu2+>H

+2+2+2++

>Pb>Fe>Zn>H(^)0

3.构建电解池模型类比分析多室电解

惰性电极电解CuCh溶液

d沿导线传递,沿导线传递

电解池

氧化反应还原反应

阴极

模型2Cl-2eCua>+2e-

=Cl2t=Cu

向

电解质溶液|~

三室电渗析法处理Na2s04废水

多室

电解池

4.金属腐蚀与防护的方法

(1)金属腐蚀快慢程度的判断方法

根据电极材料I根据接触介质|

,II

两极材料的活泼性活泼金属在电解质溶液中

相差越大,氧化还原的腐蚀快于在非电解质溶

反应的速率越快.金液中的腐蚀，在强电解质

属被腐蚀的速率就溶液中的腐蚀快f在弱电

越快解质溶液中的腐蚀

(2)金属电化学保护的两种方法

［关键能力］

I典题示例1］我国科学家研制了一种新型的高比能量锌-碘漠液流电池，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l2Br-+2e-=2r+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g,溶液中有mol「被氧化

D.充电时，a电极接外电源负极

［解析］

a:I2Br-I+Br-化合价降低-得到电子-正极

b:ZnfZr^f化合价升高-►失去电子一负极

-a电极反应为IBr+2e'=2r+Br-A正确

放电时2

b电极反应为Zn-2e-=Zn2+B正确

-a电极反应为2r+BL2e-=^l2+Br--

0.02mol0.02molC正确

充电时b电极反应为Zn2++2e=Zn

0.65g0.02molI）错误

-a（原电池正极）接外电源正极

［答案］D

囹圆剧场

把握可充电电池题目的解答思路

一定放电一原电池;

装置类型充电一电解池

二判放电时的正极为充电时的阳极.

电极名称放电时的负极为充电时的阴极

3

放电时的正极反应颔倒过来为充电时

三写

的阳极反应；放电时的负极反应颠倒过

电极反应式

来为充电时的阴极反应

由生成一极向消耗一极移动；区域pH变

化：OH生成区.H+消耗区，pH增大；

OFT消耗区.H+生成区.pH减小

［典题示例2］三室式电渗析法处理含Na2s04废水的原理如图所示，采用惰性电极,

ab、cd均为离子交换膜，在直流电场的作用下，两膜中间的Na卡和SOf可通过离子交换

膜，而两端隔室中离子被阻挡不能进入中间隔室。

下列叙述正确的是（）

A.通电后中间隔室的S0;向正极迁移，正极区溶液pH增大

B.该法在处理含Na2s04废水时可以得到NaOH和H2sCU产品

+

C.负极反应为2H2O-4e=O2+4H,负极区溶液pH降低

D.当电路中通过1mol电子的电量时，会有mol的Ch生成

［图解分析1

佃越

劭

禹

子交

子

交

换膜

换

NaOH<股

放电顺序:H：Lt”放电顺序:

H>>Na+：

二VNa二oir>so

2HO+2C~=•Na工_二兵士SO：

22H2O-4e-:

Hf+20ir+

2b|O2t+4H

浓Na2sO4溶液

［模型解题］

第弄清是原电池还是电解池,判断电极有外接电源

步f电解池;n—阳极.HL阴极

根据电极判断离子的移动方向和交换膜的种类:

箜

通过ab=阴极-*ab是阳离子交换膜;

否

SO『f通过cd=阳极-cd是阴离子交换膜

根据放电顺序写出电极反应式，阴极，阳离子

竞争放电，放电顺序：H+>Na+,阴极的电极

第

反应式为阳

三2H2O+2e-2+20H-；

步极.阴离子竞争放电，放电顺序：OH->SO^一,

阳极的电极反应式为2H2。-4eO2t+

4H+

根据电极反应式和离子移动方向确定电极反

第应物，阴极放电生成H2,剩余OFT与迁

四

移过来的生成；阳极，放电生

步Na+NaOHOH-

成。2，剩余H卜与迁移过来的SOr生成

H2s。4

1答案］D

［题组训练］

题组一新型化学电池

1.研究发现，在酸性乙醇燃料电池中加入硝酸，可使电池持续大电流放电，其工作原

理如下图所示。

质子交换膜

下列说法错误的是（）

A.加入HNO.,降低了正极反应的活化能

B.电池工作时正极区溶液的pH降低

C.1molCH3cH20H被完全氧化时有3mol02被还原

D.负极反应为CH3cH?0H+3H2。-12e=2CO2t+12H+

解析：B乙醇燃料电池中，通入乙醇的一极为负极，电极反应式为CH3cH2OH+3H2。

-12e一=2CC）2t+12H\通入氧气的一极为正极，由工作原理图可知，正极发生反应HNO3

+

+3e+3H=N0t+2H2O,4NO+3O2+2H2O=4HNO3,二者加合可得O2+4e「+4H+

=2H2O,则HNO3在正极起催化作用，据此分析解答。A项，由分析知，HNO3在正极起

催化作用，作催化剂，则加入HN03降低了正极反应的活化能，故正确；B项，电池工作时

正极区的总反应为O2+4e-+4H'=2H2O,则溶液中氢离子浓度减小，pH增大，故错误;

C项，根据得失电子守恒可知，ImolCH3cH20H被完全氧化时，转移12moi电子，则有3

inolCh被还原，故正确；D项，由分析知，负极反应为CH3cH2OH+3H2O—12e-==2CO2t

+12H+,故正确。

2.（2021•北京昌平高三期末）科学家研制出一种“一分钟充满电”的新型铝离子电池，

该电池以铝和石墨为电极材料，以A1C1；和有机阳离子为电解质溶液，其工作原理如图所

示。

用电器

毋皿皿心、石墨（C）

i1r1.喇隧■

Al2cL有机阳离子

下列说法不正确的是（）

A.放电时，A1为负极，石墨为正极

B.放电时，负极反应：Al-3e+7A1C14=4A12C17

C.充电时，石墨电极发生氧化反应

D.充电时，有机阳离子向石墨电极方向移动

解析：D放电时，铝是活泼的金属为负极，石墨为正极，A正确；放电时负极发生氧

-

化反应生成铝离子，铝离子与A1C1；结合生成A12C1；,所以电极反应式为Al-3e+

7A1C14=4A12C1；,B正确；充电时，铝为阴极，石墨为阳极，阳极发生氧化反应，C正

确；充电时，铝为阴极，石墨为阳极，有机阳离子向阴极方向移动，D错误。

［方法技巧］有关电化学装置题的思维流程

正极：得电子，发生还原书写电极

原反应式

电反应，为阳离子趋向极

无

电

判

断

-池1［坂;英丽孑;夏臻花一

化判断反应

无

一

有

学反应，为阴离子趋向极

一现象（产物）

外

接

装

一

J-有

电计算转移

源阳极：失电子，发生氧化

一

直

电反应，为阴离子趋向极电子数目

解

池万菽「看府不；爱瀛乐分析电极附近

反应，为阳离子趋向极溶液pH变化

题组二电解原理的应用

3.（2021•辽宁省招生考试适应性测试）在N-羟基邻苯二甲酰亚胺（NHPI）介质中，可实现

醇向醛的转化，原理如图。下列说法错误的是（）

海绵招回CH。.墨

/Ni"、xPINO©H?\"

\人大CH2OHJH

I'N"、NHPl/i"

ULiClO,电解质U

A.理论上NHPI的总量在反应前后不变

B.海绵Ni电极作阳极

C.总反应为）CH2OH彗'CHO+H2f

D.每消耗1mol苯甲醇，产生mL氢气

解析：D由装置分析可知，该装置为电解池，Ni?*在海绵Ni电极失去电子得到Ni3+,

发生氧化反应，则海绵Ni为阳极，电极反应式为Ni2+-e==Ni3+,阳极区同时还发生反

应：Ni3++NHPI—>Ni2++PINO,H"在石墨电极得到电子生成H2,发生还原反应，则石墨

为阴极，电极反应式为2H++2e-==氏t,阴极区同时还发生反应：

Q^CH2OH+PINOO^C'HO+NHPI

据此解答。根据上述分析可知,

NHPI在阳极区参与反应，又在阴极区为生成物，因此理论上NHPI的总量在反应前后不发

生改变，A正确；由上述分析，Ni2+在海绵Ni电极失去电子得到Ni3+,发生氧化反应，则

海绵Ni为阳极，B正确；阳极反应式为Ni2+—e.=Ni3+,阳极区同时还发生反应：Ni3++

NHPI-Ni2++PINO,阴极反应式为2H++2e--H2t,阴极区同时还发生反应：

dcHzOH+PINO-dcHO+NHPI,因此总反应为

20H5(Q—C+H2f

C正确；未指明标准状况，不能用%产

L-moP1进行计算，D错误。

4.2020年，天津大学化学团队以CO2和辛胺为原料实现了甲酸和辛睛的高选择性合成,

装置工作原理如图(隔膜a只允许OFT通过)。下列说法错误的是()

A.Ni2P电极与电源正极相连

B.In/ImCh-x电极上发生氧化反应

C.电解过程中，OFT由In/In203r电极区向Ni2P电极区迁移

D.Ni2P电极上发生的电极反应：CH3(CH2)7NH2+4OH-4e=CH3(CH2)6CN+4H2O

解析：BNi2P电极上发生氧化反应，则为阳极，与电源正极相连，A正确；In/In2O3

*电极为阴极，电极上发生还原反应，B错误；电解过程中，阴离子向阳极移动，则OH由

In/In203r电极区向Ni2P电极区迁移，C正确；由图可知，Ni2P电极为阳极，CH3(CH2)7NH2-

-CH3(CH2)6CN,阳极反应为CH3(CH2)7NH2+4OH-4e=CH3(CH2)6CN+4H2O,D正确。

［方法技巧］有膜电解池试题的解题思路

(1)确定电解池的阴、阳极：根据外接电源的正负极、电子流向、电极现象等确定电解池

的阴、阳极。

(2)根据交换膜的类型确定移动的离子及移动方向:

①阳离子交换膜：只有阳离子由阳极移向阴极；

②阴离子交换膜：只有阴离子由阴极移向阳极；

③质子交换膜：