高考化学必修第一册鲁科版1-专题五　电化学与科学前沿热点讲解课件

专题五电化学与科学前沿热点期中期末·全优手册A卷·必备知识全优B卷·关键能力全优可能用到的相对原子质量:H1Li7C12N14O16F19Na23P31

S32Cl35.5Cu64Zn65考向一新型电池1.(2024银川期末)中科院成功研发了一种新型的高性能、低成本的锂铝—石墨

双离子电池。该电池放电时的总反应为AlLi+CxPF6

Al+xC+Li++P

。下列说法正确的是

(

)A.AlLi合金为负极,发生还原反应B.Li+向负极移动C.CxPF6发生的电极反应为CxPF6+e-

xC+P

D.正极和负极的质量变化相等C解题思路AlLi合金为负极,发生氧化反应,故A错误;在原电池中阳离子向正极

移动,Li+应向正极移动,故B错误;CxPF6为正极,正极发生得电子的还原反应,电极

反应为CxPF6+e-

xC+P

,故C正确;负极减少的质量是锂的质量,正极减少的质量是P

的质量,每转移1mol电子,负极质量减少7g,正极质量减少145g,正极和负极的质量变化不相等,故D错误。2.(2024黑龙江省实验中学月考)科研人员设计了如图所示的甲烷燃料电池,并用

于电解饱和NaCl溶液,电池的电解质是掺杂了Y2O3与ZrO2的固体,可在高温下传

导O2-。下列说法正确的是

(

)

CA.电极C为阴极B.电极D区溶液的pH降低C.该电池工作时负极反应式为CH4-8e-+4O2-

CO2+2H2OD.当线路上通过0.2mol电子时,有1.12LO2参与反应审题指导甲烷燃料电池中通入甲烷的电极为原电池负极,通入氧气的电极为

原电池正极,则电极D为阴极,电极反应式为2H2O+2e-

H2↑+2OH-,电极C为阳极,电极反应式为2Cl--2e-

Cl2↑。解题思路由审题指导可知,电极C为阳极,故A错误;电极D为阴极,电极反应式

为2H2O+2e-

H2↑+2OH-,溶液碱性增强,pH增大,故B错误;该电池工作时负极反应式为CH4-8e-+4O2-

CO2+2H2O,故C正确;没有说明气体所处的温度和压强,无法进行换算,故D错误。A.电池工作时,硅基电极上发生的电极反应:LinSi-ne-

Si+nLi+B.电池工作时,三元锂电极为正极,发生还原反应C.充电时,Li+由三元锂电极经电解质移向硅基电极D.为提高电池工作效率并延长电池使用寿命,可将有机聚合物电解质换为锂盐

水溶液3.(2024浙江温州期末)纳米硅基锂电池是一种新型二次电池,电池装置如图所

示,电池充电时,三元锂电极上发生的电极反应为LiMxOy-ne-

Li1-nMxOy+nLi+。下列说法错误的是

(

)

D审题指导由充电时三元锂电极上发生的电极反应可知,充电时三元锂电极为

阳极,硅基电极为阴极,则放电时三元锂电极为正极,硅基电极为负极。解题思路电池工作时,硅基电极为负极,LinSi发生失电子的氧化反应,负极反

应式为LinSi-ne-

Si+nLi+,A正确;电池工作时,三元锂电极为正极,发生还原反应,B正确;充电时,阳离子向阴极移动,即Li+由三元锂电极经电解质移向硅基电

极,C正确;Li是活泼金属,能与水反应,不可将有机聚合物电解质换为锂盐水溶

液,D错误。4.(2024四川绵阳期中)我国科学家正在研究一种可充电Na-Zn双离子电池体系

(如图)。下列说法不正确的是

(

)A.闭合K1时,锌电极为电池负极,发生氧化反应CB.闭合K2时,装置属于电解池,b极的电势高于a极C.放电时,每转移0.4mol电子,负极区电解质溶液质量增加13gD.充电时,阳极反应式为Na0.6MnO2-xe-

Na0.6-xMnO2+xNa+审题指导根据题图可知,闭合K1时,该装置为原电池,Zn失电子,与氢氧根离子

反应生成[Zn(OH)4]2-,锌电极作负极;正极上,Mn元素化合价降低,由Na0.6-xMnO2变

为Na0.6MnO2。闭合K2时,该装置为电解池,阴极上[Zn(OH)4]2-得电子生成Zn,a极

为电源负极;阳极上Na0.6MnO2失电子生成Na0.6-xMnO2,b极为电源正极。解题思路

闭合K1时,该装置为原电池,锌电极为负极,发生氧化反应,A项正确;

闭合K2时,该装置为电解池,a极为电源负极,b极为电源正极,b极的电势高于a极,

B项正确;放电时,负极反应式为Zn-2e-+4OH-

[Zn(OH)4]2-,每转移0.4mol电子,有0.4molNa+通过阳离子交换膜由负极区移至正极区,负极区电解质溶液质

量增加0.2mol×65g/mol-0.4mol×23g/mol=3.8g,C项错误;充电时,阳极反应式

为Na0.6MnO2-xe-

Na0.6-xMnO2+xNa+,D项正确。5.(10分)含硫和铁的多种化合物可作为原电池材料,按照要求回答下列问题:Ⅰ.依据氧化还原反应2Fe3+(aq)+Cu(s)

Cu2+(aq)+2Fe2+(aq)设计的原电池如图所示。(1)电解质溶液是

(填化学式)溶液。(2)Cu电极上发生的电极反应为

。(3)石墨电极上发生

(填“氧化”或“还原”)反应。(4)当有1.6g铜溶解时,通过外电路的电子的物质的量为

。Ⅱ.目前锡硫电池的研究获得突破,该电池的总反应是8Sn+S8

8SnS,放电时其工作原理如图所示。(5)充电时,其能量转化方式为

。(6)放电时,Sn2+向

(填“M”或“N”)极移动。(7)放电时,0.2molSnS6转化为SnS4时,流经导线的电子的物质的量为

。答案

(除标注外,每空1分)Ⅰ.(1)Fe2(SO4)3或FeCl3

(2)Cu-2e-

Cu2+

(3)还原

(4)0.05mol(2分)Ⅱ.(5)电能转化为化学能

(6)N(2分)

(7)0.2mol(2分)审题指导Ⅰ.由反应2Fe3+(aq)+Cu(s)

Cu2+(aq)+2Fe2+(aq)可知,铜发生氧化反应,铁离子发生还原反应,则石墨电极为正极、金属铜电极为负极。Ⅱ.电池的

总反应是8Sn+S8

8SnS,放电时Sn发生氧化反应,则M极为负极,N极为正极。解题思路Ⅰ.(1)根据题给反应可知,电解质溶液可以是Fe2(SO4)3或FeCl3溶液。

(2)Cu电极上发生的电极反应为Cu-2e-

Cu2+。(3)石墨电极为正极,发生还原反应。(4)有1.6g(0.025mol)铜溶解时,由Cu-2e-

Cu2+可知,通过外电路的电子的物质的量为0.05mol。Ⅱ.(5)充电时,其能量转化方式为电能转化为化学

能。(6)放电时,阳离子向正极移动,故Sn2+向N极移动。(7)放电时,可发生反应2

SnS6+Sn2++2e-

3SnS4,0.2molSnS6转化为SnS4时,流经导线的电子的物质的量为0.2mol。6.(2024南京期末)我国科学家设计可同时实现H2制备和海水淡化的新型电池,装

置示意图如图。下列说法不正确的是

(

)A.电极a是正极C考向二海水淡化B.电极b的反应式:N2H4-4e-+4OH-

N2↑+4H2OC.每生成1molN2,有2molNaCl发生迁移D.离子交换膜c、d分别是阳离子交换膜和阴离子交换膜解题思路由题图可知,电极a上H+得电子生成H2,则电极a为正极,A正确;电极b

上N2H4失电子生成N2,电极b为负极,电极反应式为N2H4-4e-+4OH-

N2↑+4H2O,B正确;每生成1molN2,有4mol电子发生转移,即有4molNaCl发生迁移,C错

误;电极a为正极,电极b为负极,该装置可实现海水淡化,即Na+通过离子交换膜c

移向正极,Cl-通过离子交换膜d移向负极,离子交换膜c、d分别是阳离子交换膜

和阴离子交换膜,D正确。7.(2024广东汕头期中)“双极膜组”电渗析法可以实现含盐废水资源的循环利

用。工业上也利用该方法实现海水的淡化,同时获得两种气体和副产品A、B。

其工作原理如图所示,工作时,H2O在双极BP膜界面处被催化解离成H+和OH-。

下列说法错误的是

(

)

BA.Y电极为阴极,电极反应式为2H2O+2e-

2OH-+H2↑B.M膜为阳离子交换膜,Na+可通过M膜、BP膜和N膜进入右室C.每消耗58.5gNaCl,理论上获得副产品A和B各0.5molD.“双极膜组”电渗析法也可应用于从KNO3溶液中制备KOH和HNO3

审题指导由双极BP膜中H+、OH-移动方向可知,X电极为阳极,电极反应式为2

Cl--2e-

Cl2↑;Y电极为阴极,电极反应式为2H2O+2e-

2OH-+H2↑,总反应为2H2O+2Cl-

Cl2↑+H2↑+2OH-。解题思路由审题指导可知,A正确;由题意可知,海水中钠离子经过M膜移向产

品A室,与双极BP膜中转移过来的OH-结合生成氢氧化钠,M膜为阳离子交换膜,

海水中氯离子经过N膜移向产品B室,与双极BP膜中转移过来的H+结合生成氯

化氢,双极BP膜的作用是选择性通过H+和OH-,B错误;每消耗58.5g(1mol)NaCl,

转移0.5mol电子,理论上获得副产品A(氢氧化钠)和B(氯化氢)各0.5mol,C正确;

“双极膜组”电渗析法从氯化钠溶液中获得酸(HCl)和碱(NaOH),由此可知,也

可应用于从KNO3溶液中制备KOH和HNO3,D正确。8.(2024哈尔滨期中)采用空气和水通过电解法可制备H2O2,装置如图所示。乙中

将d极产生的气体通过管道送至c极。已知溶液的pH过高时H2O2会分解。下列

说法错误的是

(

)

A考向三物质合成A.d极为阳极,电极反应式为4OH--4e-

O2↑+2H2OB.可以将乙池中KNO3替换成Na2SO4C.若以CH3OCH3为燃料消耗4.6g时,能生成20.4gH2O2D.装置中质子交换膜除了平衡电荷还有调节pH的作用审题指导甲为燃料电池,a电极为负极,b电极为正极;乙为电解池,c极为阴极,d

极为阳极,d极上发生氧化反应:2H2O-4e-

O2↑+4H+,c极上发生还原反应:O2+2e-+2H+

H2O2。解题思路由审题指导可知,A错误;乙池中的KNO3起导电作用,可以将KNO3替

换成Na2SO4,B正确;若以CH3OCH3为燃料,电极反应式为CH3OCH3+3H2O-12e-

2CO2+12H+,消耗4.6gCH3OCH3时转移1.2mol电子,根据O2+2e-+2H+

H2O2可知,生成0.6molH2O2,即0.6mol×34g/mol=20.4gH2O2,C正确;装置中质子交

换膜除了平衡电荷还有调节pH的作用,D正确。9.(2024内蒙古包头开学考)某科研团队发现二维Mo2B2和Cr2B2在电化学反应条

件下具有优异的抑制表面氧化和自腐蚀的能力,使Mo2B2和Cr2B2成为有前景的

尿素生产电催化剂。该工作为尿素的电化学合成开拓了新的道路。模拟装置

如图所示。下列叙述错误的是

(

)

AA.a为电源负极B.交换膜R为质子交换膜C.阴极的电极反应式:CO2+N2+6H++6e-

CO(NH2)2+H2OD.每生成60gCO(NH2)2,理论上阳极生成的气体在标准状况下的体积为33.6L审题指导

根据题图可知,该装置为电解池,左侧电极为阳极,阳极反应式为2H2

O-4e-

4H++O2↑,右侧电极为阴极,阴极反应式为CO2+N2+6H++6e-

CO(NH2)2+H2O,电解池工作时,交换膜R为质子交换膜。解题思路电解池中阳极与电源的正极相连,则a为电源正极,A错误;由审题指

导可知,B、C正确;由电极反应式可知,每生成60gCO(NH2)2,即1molCO(NH2)2,

转移6mol电子,理论上阳极生成的气体在标准状况下的体积为

×22.4L/mol=33.6L,D正确。10.(2024福建厦门期中)以某锂离子电池、丙烯腈电合成己二腈[NC(CH2)4CN]

的装置如图所示(电极均为石墨)。该锂离子电池的总反应是LixCy+Li1-xFePO4

Cy+LiFePO4。下列说法不正确的是

(

)

BA.B为正极,电极反应式为Li1-xFePO4+xe-+xLi+

LiFePO4B.阴极区的电极反应为2CH2

CHCN+2e-+2H+

NC(CH2)4CN,一段时间后,阴极室的pH增大C.石墨电极C产生O2,稀硫酸的作用为增强溶液导电性D.当电路中转移1mole-时,阳极室溶液质量减少9g(不考虑氧气溶解)解题思路由锂离子电池的总反应可知,B为正极,其电极反应式为Li1-xFePO4+

xLi++xe-

LiFePO4,故A正确;A为负极,则D为阴极,阴极区的电极反应为2CH2

CHCN+2e-+2H+

NC(CH2)4CN,C为阳极,发生氧化反应,电极反应为2H2O-4e-

4H++O2↑,稀硫酸的作用为增强溶液导电性,阳极室中产生的H+通过质子交换膜进入阴极室,根据电荷守恒可知,一段时间后,阴极室的pH不变,故B错误,

C正确;根据阳极的电极反应式2H2O-4e-

4H++O2↑可知,当电路中转移1mole-时,阳极室溶液生成8gO2,同时有1molH+通过质子交换膜进入阴极室,阳极室

溶液质量一共减少9g,故D正确。11.(2024江苏常州期中)科研人员发现利用低温固体质子导体作电解质催化合

成NH3与传统的热催化合成氨相比,催化效率较高。其合成原理如图甲所示,其

他条件不变,电源电压改变与生成NH3速率的关系如图乙所示,下列说法不正确

的是

(

)

CA.Pt-C电极是该合成氨装置的阳极B.Pt-C3N4电极出口混合气可能含有H2、N2、NH3C.若H2的进出口流量差为22.4L/min(标准状况),则固体质子导体中H+的流速为

1mol/minD.当电压高于1.2V时,随电压升高,H+在阴极放电生成H2的速率加快审题指导由题图甲可知,该装置为电解池,利用电解原理将氢气和氮气转化为

氨气,氢气发生失电子的氧化反应生成氢离子,氮气发生得电子的还原反应生成

氨气,则Pt-C电极是阳极,Pt-C3N4电极是阴极,阳极反应式为H2-2e-

2H+,阴极反应式为N2+6e-+6H+

2NH3;由题图乙可知,当电压高于1.2V时,氨气的生成速率减小,可能是氢离子得电子生成氢气,导致混合气体中含有较多的氢气。解题思路由审题指导可知,Pt-C电极是该合成氨装置的阳极,故A正确;Pt-C3N4

电极是阴极,阴极上氮气得电子生成氨气,当电压高于1.2V时,氢离子在阴极易

得电子生成氢气,还可能存在未反应的N2,故B正确;若H2的进出口流量差为22.4

L/min(标准状况),即1mol/min,阳极反应式为H2-2e-

2H+,则固体质子导体中H+的流速为2mol/min,故C错误;当电压高于1.2V时,H+在阴极放电生成H2的速

率加快,生成氨气的速率减小,故D正确。12.(2024长春外国语学校期中)科学家设计出质子膜H2S燃料电池,实现了利用H2

S废气资源回收能量并得到硫单质。质子膜H2S燃料电池的结构示意图如图所

示。下列说法错误的是

(

)

C考向四废气与废水处理A.电极a为电池的负极B.电极b上发生的电极反应:O2+4H++4e-

2H2OC.电路中每通过4mol电子,在负极消耗44.8LH2SD.每有17gH2S参与反应,有1molH+经质子膜进入正极区审题指导根据题图知,该燃料电池中,电极a为负极,电极反应式为2H2S-4e-

S2+4H+,电极b为正极,电极反应式为O2+4H++4e-

2H2O,质子从负极流向正极。解题思路由审题指导可知,A、B正确;没有说明气体所处状况,无法计算,C错

误;n(H2S)=

=0.5mol,根据2H2S-4e-

S2+4H+知,每有17gH2S参与反应,有1molH+经质子膜进入正极区,D正确。13.随着Li-CO2电池的研究取得了新进展,某小组以该电池为电源电解处理含Ba

(OH)2的废水和含Ni2+、Cl-的酸性废水,并分别获得BaCl2溶液和镍单质。电解处

理的工作原理如图所示,下列说法正确的是

(

)

DA.Li-CO2电池可使用水溶液作电解质溶液B.X电极与该电池的Li电极相连C.若去掉离子膜M将两室合并,则X电极的反应不变D.离子膜M为阳离子交换膜,离子膜N为阴离子交换膜解题思路Li能与水反应,Li-CO2电池不能使用水溶液作电解质溶液,A错误;Li-

CO2电池中Li是负极,由题图可知,Y电极上生成金属Ni,Y电极是阴极,所以Y电极

与该电池的Li电极相连,B错误;X电极的电极反应式为4OH--4e-

2H2O+O2↑,若去掉离子膜M将两室合并,氯离子在X电极失电子生成氯气,C错误;a中的Ba2

+、c中的Cl-转移到b中得到BaCl2,所以离子膜M为阳离子交换膜,离子膜N为阴

离子交换膜,D正确。14.(14分)(2024北京西城期中)羟基自由基(·OH,电中性)是一种活性含氧粒子。

常温下,利用·OH处理含苯酚(C6H6O)废水,可将其转化为无毒的氧化物。(1)·OH中氧元素的化合价为

。(2)pH=3时Fe2+催化H2O2的分解过程中产生·OH中间体,催化循环反应如下。将

ⅱ补充完整。ⅰ.Fe2++H2O2+H+

Fe3++H2O+·OHⅱ.

+

+O2↑+2H+(3)已知:羟基自由基容易发生猝灭:2·OH

H2O2。用H2O2分解产生的·OH脱除苯酚,当其他条