（課標Ⅲ）2020版高考化學一輪復習專題十七電化學課件.pptx

專題十七 電化學,高考化學 (課標),A組 課標卷區(qū)題組,五年高考,考點一 原電池的工作原理 金屬的電化學腐蝕與防護,1.(2019課標,13,6分)為提升電池循環(huán)效率和穩(wěn)定性,科學家近期利用三維多孔海綿狀Zn(3D- Zn)可以高效沉積ZnO的特點,設計了采用強堿性電解質的3D-ZnNiOOH二次電池,結構如下 圖所示。電池反應為Zn(s)+2NiOOH(s)+H2O(l) ZnO(s)+2Ni(OH)2(s)。,下列說法錯誤的是 ( ) A.三維多孔海綿狀Zn具有較高的表面積,所沉積的ZnO分散度高 B.充電時陽極反應為Ni(OH)2(s)+OH-(aq)-e- NiOOH(s)+H2O(l) C.放電時負極反應為Zn(s)+2OH-(aq)-2e- ZnO(s)+H2O(l),D.放電過程中OH-通過隔膜從負極區(qū)移向正極區(qū),答案 D 本題涉及二次電池知識,以新型三維多孔海綿狀Zn的信息為切入點,考查了學生接 受、吸收、整合化學信息的能力,運用電化學原理解決實際問題,體現(xiàn)了證據(jù)推理與模型認知 的學科核心素養(yǎng)。 A項,依題干信息可知正確;B項,充電時陽極發(fā)生氧化反應,正確;C項,放電時Zn作負極失去電 子,發(fā)生氧化反應,正確;D項,放電時,OH-由正極區(qū)向負極區(qū)遷移。,解題關鍵 掌握原電池和電解池的反應原理及二次電池知識,同時注意從題干中獲取關鍵信 息。,2.(2010課標,12,6分)根據(jù)下圖,可判斷出下列離子方程式中錯誤的是 ( ),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 根據(jù)原電池知識,金屬活動性負極正極,可得三種金屬的活動性順序應為:CdCo Ag,則選項中符合此關系的置換反應成立。,錯因分析 由原電池判斷金屬的活潑性。,3.(2011課標,11,6分)鐵鎳蓄電池又稱愛迪生電池,放電時的總反應為: Fe+Ni2O3+3H2O Fe(OH)2+2Ni(OH)2 下列有關該電池的說法不正確的是 ( ) A.電池的電解液為堿性溶液,正極為Ni2O3、負極為Fe B.電池放電時,負極反應為Fe+2OH-2e- Fe(OH)2 C.電池充電過程中,陰極附近溶液的pH降低 D.電池充電時,陽極反應為2Ni(OH)2+2OH-2e- Ni2O3+3H2O,答案 C 由鐵鎳蓄電池放電時的總反應可知電解液為堿性溶液,放電時負極發(fā)生氧化反應, 正極發(fā)生還原反應,故Fe為負極,Ni2O3為正極,A正確。放電時Fe失電子被氧化,負極反應為Fe+ 2OH-2e- Fe(OH)2,B正確。充電時,陰極發(fā)生還原反應,電極反應為Fe(OH)2+2e- Fe+2OH -,pH增大,C錯誤。充電時,陽極發(fā)生氧化反應,電極反應為2Ni(OH)2+2OH-2e- Ni2O3+3H2O, D正確。,4.(2013課標,10,6分)銀質器皿日久表面會逐漸變黑,這是生成了Ag2S的緣故。根據(jù)電化學原 理可進行如下處理:在鋁質容器中加入食鹽溶液,再將變黑的銀器浸入該溶液中,一段時間后發(fā) 現(xiàn)黑色會褪去。下列說法正確的是 ( ) A.處理過程中銀器一直保持恒重 B.銀器為正極,Ag2S被還原生成單質銀 C.該過程中總反應為2Al+3Ag2S 6Ag+Al2S3 D.黑色褪去的原因是黑色Ag2S轉化為白色AgCl,答案 B 根據(jù)電化學原理可知,Al為負極,電極反應為2Al-6e- 2Al3+;銀器為正極,電極反 應為:3Ag2S+6e- 6Ag+3S2-;溶液中反應為:2Al3+3S2-+6H2O 2Al(OH)3+3H2S,三反應 相加可知該過程的總反應為:2Al+3Ag2S+6H2O 2Al(OH)3+6Ag+3H2S,故B正確,C、D錯 誤;銀器表面黑色的Ag2S變成了Ag,質量必然減小,A錯誤。,解題關鍵 掌握原電池工作原理、氧化還原反應及鹽類水解等知識并能綜合應用是解題的 關鍵。,易錯警示 A項易認為變黑的銀器處理之后復原而錯選;C項易忽略在溶液中Al3+和S2-發(fā)生相 互促進的水解反應。,5.(2018課標,11,6分)一種可充電鋰空氣電池如圖所示。當電池放電時,O2與Li+在多孔碳材 料電極處生成Li2O2-x(x=0或1)。下列說法正確的是 ( ) A.放電時,多孔碳材料電極為負極 B.放電時,外電路電子由多孔碳材料電極流向鋰電極 C.充電時,電解質溶液中Li+向多孔碳材料區(qū)遷移 D.充電時,電池總反應為Li2O2-x 2Li+(1- )O2,答案 D 本題考查原電池原理和電解原理的綜合運用。A項,依據(jù)題意和可充電電池裝置圖 判斷出,放電時鋰電極作負極,多孔碳材料電極作正極,錯誤;B項,在原電池中,外電路電子由負 極流向正極,即放電時,外電路電子由鋰電極流向多孔碳材料電極,錯誤;C項,充電時,電解質溶 液中的陽離子向陰極區(qū)遷移,即Li+向鋰電極區(qū)遷移,錯誤;D項,充電時,Li+在陰極區(qū)得到電子生 成Li,陽極區(qū)生成O2,即電池總反應為Li2O2-x 2Li+(1- )O2,正確。,方法技巧 可充電電池中,放電過程用原電池原理分析,充電過程用電解原理分析;分析電 化學問題時,先判斷出電極,然后根據(jù)工作原理分析。,6.(2017課標,11,6分)全固態(tài)鋰硫電池能量密度高、成本低,其工作原理如圖所示,其中電極a 常用摻有石墨烯的S8材料,電池反應為:16Li+xS8 8Li2Sx(2x8)。下列說法錯誤的是 ( ) A.電池工作時,正極可發(fā)生反應:2Li2S6+2Li+2e- 3Li2S4 B.電池工作時,外電路中流過0.02 mol電子,負極材料減重0.14 g C.石墨烯的作用主要是提高電極a的導電性 D.電池充電時間越長,電池中Li2S2的量越多,答案 D 電池工作時為原電池,電池內(nèi)部陽離子向正極移動,根據(jù)圖示中Li+移動方向可知,電 極a為正極,依次發(fā)生S8Li2S8Li2S6Li2S4Li2S2的轉化,A正確;電池工作時負極反應式為Li- e- Li+,當轉移0.02 mol電子時,負極消耗的Li的物質的量為0.02 mol,質量為0.14 g,B正確;石 墨烯具有導電性,可以提高電極a的導電能力,C正確;電池充電時為電解池,此時Li2S2的量越來 越少,D錯誤。,7.(2016課標,11,6分)鋅空氣燃料電池可用作電動車動力電源,電池的電解質溶液為KOH 溶液,反應為2Zn+O2+4OH-+2H2O 2Zn(OH 。下列說法正確的是 ( ) A.充電時,電解質溶液中K+向陽極移動 B.充電時,電解質溶液中c(OH-)逐漸減小 C.放電時,負極反應為:Zn+4OH-2e- Zn(OH D.放電時,電路中通過2 mol電子,消耗氧氣22.4 L(標準狀況),答案 C 充電時為電解池,溶液中的陽離子向陰極移動,發(fā)生的反應為2Zn(OH 2Zn+ O2+4OH-+2H2O,電解質溶液中c(OH-)增大,故A項、B項均錯誤;放電時負極反應為Zn+4OH-2e- Zn(OH ,故C項正確;每消耗1 mol O2,電路中通過4 mol電子,故D項錯誤。,思路分析 根據(jù)原電池及電解池的工作原理分析判斷。,知識拓展 1.,2.失電子,3.原電池充電時:正極接電源正極,電池正極變陽極。,8.(2015課標,26,14分)酸性鋅錳干電池是一種一次性電池,外殼為金屬鋅,中間是碳棒,其周圍 是由碳粉、MnO2、ZnCl2和NH4Cl等組成的糊狀填充物。該電池放電過程產(chǎn)生MnOOH?；?收處理該廢電池可得到多種化工原料。有關數(shù)據(jù)如下表所示: 溶解度/(g/100 g水),回答下列問題: (1)該電池的正極反應式為 ,電池反應的離子方程式為 。 (2)維持電流強度為0.5 A,電池工作5分鐘,理論上消耗鋅 g。(已知F=96 500 Cmol-1) (3)廢電池糊狀填充物加水處理后,過濾,濾液中主要有ZnCl2和NH4Cl,二者可通過 分離回收;濾渣的主要成分是MnO2、 和 ,欲從中得到較純的 MnO2,最簡便的方法為 ,其原理是 。 (4)用廢電池的鋅皮制備ZnSO47H2O的過程中,需除去鋅皮中的少量雜質鐵,其方法是:加稀H2 SO4和H2O2溶解,鐵變?yōu)?,加堿調節(jié)至pH為 時,鐵剛好沉淀完全(離子濃度小于 110-5 molL-1時,即可認為該離子沉淀完全);繼續(xù)加堿至pH為 時,鋅開始沉淀(假定Zn2 +濃度為0.1 molL-1)。若上述過程不加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+可寫為Zn(NH3 、Zn(NH3)2Cl2等,H+可寫為N (2)0.05(2分) (3)加熱濃縮、冷卻結晶 碳粉 MnOOH 空氣中加熱 碳粉轉變?yōu)镃O2,MnOOH氧化為MnO2(每空1分,共5分) (4)Fe3+ 2.7 6 Zn2+和Fe2+分離不開 Fe(OH)2和Zn(OH)2的Ksp相近(每空1分,共5分),解析 (1)該電池為酸性鋅錳干電池,電極反應式為負極:Zn-2e- Zn2+,正極:2MnO2+2e-+2H+ 2MnOOH。(2)電量Q=It=0.5 A560 s=150 C,則m(Zn)= 65 gmol-1 0.05 g。(3)由表格中信息可知,ZnCl2的溶解度受溫度影響較大,NH4Cl的溶解度受溫度影響較小, 故可通過加熱濃縮、冷卻結晶的方法分離。(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,則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,則pH=6。因Zn(OH)2和Fe(OH)2的Ksp接近,若不用H2O2將Fe2+氧化為Fe3+,沉淀Zn2+時,Fe2+也可轉化為Fe(OH)2沉淀,從而使制得的ZnSO47H2O不 純凈。,審題技巧 題目給出相關物質的Ksp,說明在分離除雜的過程中,可以利用溶解性,采用調節(jié)pH 的方法將雜質成分除去。,疑難突破 除去Fe元素的基本思路是:先將其氧化成Fe3+,然后采用調節(jié)pH的方式,將Fe3+轉化 成沉淀而過濾除去。,考點二 電解原理及其應用,B組 課標、課標、自主命題省(區(qū)、市)卷題組,考點一 原電池的工作原理 金屬的電化學腐蝕與防護,1.(2019課標,12,6分)利用生物燃料電池原理研究室溫下氨的合成,電池工作時MV2+/MV+在 電極與酶之間傳遞電子,示意圖如下所示。下列說法錯誤的是 ( ),A.相比現(xiàn)有工業(yè)合成氨,該方法條件溫和,同時還可提供電能 B.陰極區(qū),在氫化酶作用下發(fā)生反應H2+2MV2+ 2H+2MV+ C.正極區(qū),固氮酶為催化劑,N2發(fā)生還原反應生成NH3,D.電池工作時質子通過交換膜由負極區(qū)向正極區(qū)移動,答案 B 本題涉及原電池的工作原理及應用,以生物燃料電池為載體考查學生接受、吸 收、整合化學信息的能力。借助不同形式的能量轉化過程,體現(xiàn)了宏觀辨識與微觀探析的學 科核心素養(yǎng)和關注社會發(fā)展、科技進步、生產(chǎn)生活的價值觀念。 A項,現(xiàn)有工業(yè)合成氨的反應條件是高溫、高壓、催化劑,則題述方法合成氨條件更為溫和,同 時可將化學能轉化為電能,正確;B項,陰(正)極區(qū),在固氮酶催化作用下發(fā)生反應N2+6H+6MV+ 2NH3+6MV2+,錯誤;C項,由B項分析可知正極區(qū)N2被還原為NH3,正確;D項,原電池工作時, 質子(H+)通過交換膜由負極區(qū)向正極區(qū)移動,正確。,思路點撥 根據(jù)電極反應類型確定電極名稱。左電極:MV+MV2+發(fā)生氧化反應,故為負極,則 右電極為正極。,2.(2019江蘇單科,10,2分)將鐵粉和活性炭的混合物用NaCl溶液濕潤后,置于如圖所示裝置中, 進行鐵的電化學腐蝕實驗。下列有關該實驗的說法正確的是 ( ),A.鐵被氧化的電極反應式為Fe-3e- Fe3+ B.鐵腐蝕過程中化學能全部轉化為電能 C.活性炭的存在會加速鐵的腐蝕 D.以水代替NaCl溶液,鐵不能發(fā)生吸氧腐蝕,答案 C 本題涉及的考點為金屬的電化學腐蝕,考查了考生接受、吸收、整合化學信息的 能力,體現(xiàn)了證據(jù)推理與模型認知的學科核心素養(yǎng)。 鐵作負極,Fe-2e- Fe2+,A不正確;電化學腐蝕過程中化學能不可能全部轉化為電能,還有部 分轉化為熱能,B不正確;活性炭的存在構成了原電池,加快了負極鐵的腐蝕,C正確;以水代替 NaCl溶液,鐵仍然能發(fā)生吸氧腐蝕,只是吸氧腐蝕的速率會減慢,D不正確。,知識總結 在中性或極弱的酸性環(huán)境中鋼鐵發(fā)生吸氧腐蝕,正極的電極反應式為O2+2H2O+4e- 4OH-;在酸性環(huán)境中鋼鐵發(fā)生析氫腐蝕,正極的電極反應式為2H+2e- H2。,3.(2015課標,11,6分)微生物電池是指在微生物的作用下將化學能轉化為電能的裝置,其工作 原理如圖所示。下列有關微生物電池的說法 的是 ( ),A.正極反應中有CO2生成 B.微生物促進了反應中電子的轉移 C.質子通過交換膜從負極區(qū)移向正極區(qū),D.電池總反應為C6H12O6+6O2 6CO2+6H2O,答案 A 根據(jù)微生物電池工作原理示意圖可知:C6H12O6在負極上發(fā)生氧化反應,電極反應式 為C6H12O6-24e-+6H2O 6CO2+24H+;O2在正極上發(fā)生還原反應,電極反應式為6O2+24e-+24 H+ 12H2O。負極有CO2生成,A項錯誤;B項,微生物促進了反應中電子的轉移,正確;C項,質 子通過交換膜從負極區(qū)移向正極區(qū),正確;D項,電池總反應為C6H12O6+6O2 6CO2+6H2O,正 確。,思路分析 由題干信息可知該裝置為原電池,再結合該電池工作原理示意圖可知左側電極為 負極,右側電極為正極。,4.(2019天津理綜,6,6分)我國科學家研制了一種新型的高比能量鋅-碘溴液流電池,其工作原理 示意圖如下。圖中貯液器可儲存電解質溶液,提高電池的容量。下列敘述不正確的是 ( ) A.放電時,a電極反應為I2Br-+2e- 2I-+Br- B.放電時,溶液中離子的數(shù)目增大,C.充電時,b電極每增重0.65 g,溶液中有0.02 mol I-被氧化 D.充電時,a電極接外電源負極,答案 D 本題涉及原電池正負極的判斷、電極反應式的書寫等知識,通過工作原理示意圖 的分析,考查學生接受、吸收、整合化學信息的能力。新型高能電池的原理應用體現(xiàn)了科學 探究與創(chuàng)新意識的學科核心素養(yǎng)。 由工作原理示意圖中Zn2+遷移的方向可判斷放電時a為正極,b為負極。放電時,a極得到電子,發(fā) 生還原反應,使溶液中離子數(shù)目增大,A、B項正確;充電時,a極接外接電源的正極,D項錯誤;充 電時,b極為陰極,電極反應式為Zn2+2e- Zn,每增重0.65 g,轉移0.02 mol電子,a極為陽極,電 極反應式為2I-+Br-2e- I2Br-,轉移0.02 mol電子,有0.02 mol I-被氧化,C項正確。,解題思路 根據(jù)示意圖判斷電池的正、負極,再結合圖中微粒變化的情況書寫出電極反應式, 根據(jù)兩極轉移電子守恒作出正確計算。,5.(2018北京理綜,12,6分)驗證犧牲陽極的陰極保護法,實驗如下(燒杯內(nèi)均為經(jīng)過酸化的3% NaCl溶液)。,下列說法不正確的是 ( ) A.對比,可以判定Zn保護了Fe B.對比,K3Fe(CN)6可能將Fe氧化 C.驗證Zn保護Fe時不能用的方法 D.將Zn換成Cu,用的方法可判斷Fe比Cu活潑,答案 D 本題考查原電池的原理、Fe2+的檢驗等知識。在中,若將Zn換成Cu,此時Fe作負 極,其周圍必然會出現(xiàn)Fe2+,Fe2+遇K3Fe(CN)6會出現(xiàn)藍色沉淀,與原來的實驗現(xiàn)象相同,也就 是說,在中無論與Fe連接的金屬活動性如何,實驗現(xiàn)象都是一樣的,所以用的方法無法判斷 Fe與Cu的活潑性強弱。,規(guī)律方法 做對比實驗時,一定要弄清哪些實驗條件是相同的,哪些是變化的。,6.(2018課標,12,6分)我國科學家研發(fā)了一種室溫下“可呼吸”的Na-CO2二次電池。將Na- ClO4溶于有機溶劑作為電解液,鈉和負載碳納米管的鎳網(wǎng)分別作為電極材料,電池的總反應為: 3CO2+4Na 2Na2CO3+C。下列說法錯誤的是 ( ) A.放電時,Cl 向負極移動 B.充電時釋放CO2,放電時吸收CO2 C.放電時,正極反應為:3CO2+4e- 2C +C D.充電時,正極反應為:Na+e- Na,答案 D 本題考查二次電池的工作原理。放電時,負極反應為:4Na-4e- 4Na+,正極反應為 3CO2+4e- C+2C ;Na+移向正極,C 、Cl 移向負極,A、C正確;充電過程與放電過程相 反,B正確;充電時,陽極反應為2C +C-4e- 3CO2,D錯誤。,規(guī)律總結 二次電池充、放電的電極判斷 二次電池充電時,“正接正、負接負”;放電時的正極為充電時的陽極;放電時的負極為充電時 的陰極。,7.(2017課標,11,6分)支撐海港碼頭基礎的鋼管樁,常用外加電流的陰極保護法進行防腐,工 作原理如圖所示,其中高硅鑄鐵為惰性輔助陽極。下列有關表述不正確的是 ( ),A.通入保護電流使鋼管樁表面腐蝕電流接近于零 B.通電后外電路電子被強制從高硅鑄鐵流向鋼管樁 C.高硅鑄鐵的作用是作為損耗陽極材料和傳遞電流 D.通入的保護電流應該根據(jù)環(huán)境條件變化進行調整,答案 C 本題考查外加電流的陰極保護法。將被保護的金屬(鋼管樁)與電源的負極相連,防 止鋼管樁被腐蝕,故其表面腐蝕電流接近于零,A項正確;高硅鑄鐵為惰性輔助陽極,陽極上發(fā)生 氧化反應,失去電子,電子從高硅鑄鐵流向鋼管樁,B項正確;高硅鑄鐵為惰性輔助陽極,只是用 于傳遞電流,故陽極材料不損耗,C項錯誤;金屬的腐蝕受環(huán)境的影響,故通入的電流要根據(jù)環(huán)境 條件的變化及時進行調整,D項正確。,審題技巧 本題易因忽視高硅鑄鐵為惰性輔助陽極而導致出錯。通常除金、鉑以外的金屬 作為陽極材料,是活性電極,優(yōu)先于溶液中的粒子放電,且起到導電作用。此題指出惰性輔助陽 極,“惰性”說明在此條件下鐵不放電,只是起導電作用(輔助)。做題時,應“具體問題具體分 析”,不能一味地“按章辦事”。,8.(2016四川理綜,5,6分)某電動汽車配載一種可充放電的鋰離子電池,放電時電池總反應為:Li1- xCoO2+LixC6 LiCoO2+C6(x1)。下列關于該電池的說法不正確的是 ( ) A.放電時,Li+在電解質中由負極向正極遷移 B.放電時,負極的電極反應式為LixC6-xe- xLi+C6 C.充電時,若轉移1 mol e-,石墨(C6)電極將增重7x g D.充電時,陽極的電極反應式為LiCoO2-xe- Li1-xCoO2+xLi+,答案 C 由放電時電池總反應可知,放電時負極反應式為LixC6-xe- C6+xLi+,正極反應式 為Li1-xCoO2+xe-+xLi+ LiCoO2,在原電池內(nèi)部陽離子由負極向正極遷移,A、B項均正確;充電 時陰極反應式為C6+xLi+xe- LixC6,陽極反應式為LiCoO2-xe- Li1-xCoO2+xLi+,轉移x mol e-, 石墨電極增重7x g,若轉移1 mol e-,石墨電極將增重7 g,C項不正確,D項正確。,9.(2016北京理綜,26,13分)用零價鐵(Fe)去除水體中的硝酸鹽(N )已成為環(huán)境修復研究的熱 點之一。 (1)Fe還原水體中N 的反應原理如下圖所示。,作負極的物質是 。 正極的電極反應式是 。 (2)將足量鐵粉投入水體中,經(jīng)24小時測定N 的去除率和pH,結果如下:,pH=4.5時,N 的去除率低。其原因是 。 (3)實驗發(fā)現(xiàn):在初始pH=4.5的水體中投入足量鐵粉的同時,補充一定量的Fe2+可以明顯提高N 的去除率。對Fe2+的作用提出兩種假設: .Fe2+直接還原N ; .Fe2+破壞FeO(OH)氧化層。 做對比實驗,結果如下圖所示?？傻玫降慕Y論是 。 同位素示蹤法證實Fe2+能與FeO(OH)反應生成Fe3O4。結合該反應的離子方程式,解釋加入 Fe2+提高N 去除率的原因: 。,(4)其他條件與(2)相同,經(jīng)1小時測定N 的去除率和pH,結果如下:,與(2)中數(shù)據(jù)對比,解釋(2)中初始pH不同時,N 去除率和鐵的最終物質形態(tài)不同的原因: 。,答案 (1)Fe N +8e-+10H+ N +3H2O (2)FeO(OH)不導電,阻礙電子轉移 (3)本實驗條件下,Fe2+不能直接還原N ;在Fe和Fe2+共同作用下能提高N 去除率 Fe2+2FeO(OH) Fe3O4+2H+,Fe2+將不導電的FeO(OH)轉化為可導電的Fe3O4,利于電子轉 移 (4)初始pH低時,產(chǎn)生的Fe2+充足;初始pH高時,產(chǎn)生的Fe2+不足,解析 (1)由圖示可知,Fe失去電子作負極,N 在正極發(fā)生反應轉化為N :N +8e-+10H+ N +3H2O。 (4)初始pH低時,產(chǎn)生的Fe2+充足,能有效防止FeO(OH)的生成。,考點二 電解原理及其應用,10.(2018課標,13,6分)最近我國科學家設計了一種CO2+H2S協(xié)同轉化裝置,實現(xiàn)對天然氣中 CO2和H2S的高效去除。示意圖如下圖所示,其中電極分別為ZnO石墨烯(石墨烯包裹的ZnO) 和石墨烯,石墨烯電極區(qū)發(fā)生反應為: EDTA-Fe2+-e- EDTA-Fe3+ 2EDTA-Fe3+H2S 2H+S+2EDTA-Fe2+,該裝置工作時,下列敘述錯誤的是 ( ) A.陰極的電極反應:CO2+2H+2e- CO+H2O,B.協(xié)同轉化總反應:CO2+H2S CO+H2O+S C.石墨烯上的電勢比ZnO石墨烯上的低 D.若采用Fe3+/Fe2+取代EDTA-Fe3+/EDTA-Fe2+,溶液需為酸性,答案 C 本題考查電解原理的應用。由石墨烯電極區(qū)反應可知該極發(fā)生氧化反應,為陽 極,則ZnO石墨烯為陰極。陰極的電極反應為:CO2+2H+2e- CO+H2O,A正確;裝置工作時 涉及三個反應,Fe2+與Fe3+的轉化循環(huán)進行,總反應為CO2與H2S之間的反應,根據(jù)得失電子守恒 可知總反應為:CO2+H2S CO+H2O+S,B正確;石墨烯與電源正極相連,ZnO石墨烯與電源 負極相連,故石墨烯上的電勢比ZnO石墨烯上的高,C錯誤;Fe2+、Fe3+均在酸性環(huán)境中穩(wěn)定存 在,D正確。,審題技巧 解題的關鍵是電極名稱的確定。如本題中CO2CO為還原反應陰極,Fe2+Fe 3+為氧化反應陽極。,11.(2016北京理綜,12,6分)用石墨電極完成下列電解實驗。,下列對實驗現(xiàn)象的解釋或推測不合理的是 ( ) A.a、d處:2H2O+2e- H2+2OH- B.b處:2Cl-2e- Cl2 C.c處發(fā)生了反應:Fe-2e- Fe2+ D.根據(jù)實驗一的原理,實驗二中m處能析出銅,答案 B 根據(jù)實驗一的實驗現(xiàn)象可判斷出c為陽極,d為陰極,a、d處的電極反應均為2H2O+2e - H2+2OH-,c處的電極反應為Fe-2e- Fe2+,由于Fe2+的顏色較淺,短時間觀察不到明顯 的現(xiàn)象?！癰處變紅,局部褪色”說明在該電極上Cl-放電生成了Cl2,電極反應為2Cl-2e- Cl2 ,Cl2與水反應:Cl2+H2O HClO+HCl,HCl溶于水顯酸性,HClO有漂白性。實驗二中每個銅 珠的左側為陽極,右側為陰極,其中銅珠的左側銅放電變成銅離子,銅離子移動到m處,在m處放 電變成銅析出。,12.(2015四川理綜,4,6分)用如圖所示裝置除去含CN-、Cl-廢水中的CN-時,控制溶液pH為910, 陽極產(chǎn)生的ClO-將CN-氧化為兩種無污染的氣體。下列說法不正確的是 ( ) A.用石墨作陽極,鐵作陰極 B.陽極的電極反應式:Cl-+2OH-2e- ClO-+H2O C.陰極的電極反應式:2H2O+2e- H2+2OH- D.除去CN-的反應:2CN-+5ClO-+2H+ N2+2CO2+5Cl-+H2O,答案 D D項,控制溶液pH為910,溶液呈堿性,離子方程式應為2CN-+5ClO-+H2O N2+ 2CO2+5Cl-+2OH-。,13.(2019北京理綜,27,14分)氫能源是最具應用前景的能源之一,高純氫的制備是目前的研究熱 點。 (1)甲烷水蒸氣催化重整是制高純氫的方法之一。 反應器中初始反應的生成物為H2和CO2,其物質的量之比為41,甲烷和水蒸氣反應的方程 式是 。 已知反應器中還存在如下反應: .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 為積炭反應,利用H1和H2計算H3時,還需要利用 反應的H。 反應物投料比采用n(H2O)n(CH4)=41,大于初始反應的化學計量數(shù)之比,目的是 (選填字母序號)。,a.促進CH4轉化 b.促進CO轉化為CO2 c.減少積炭生成 用CaO可以去除CO2。H2體積分數(shù)和CaO消耗率隨時間變化關系如下圖所示。 從t1時開始,H2體積分數(shù)顯著降低,單位時間CaO消耗率 (填“升高”“降低”或“不 變”)。此時CaO消耗率約為35%,但已失效,結合化學方程式解釋原因: 。,(2)可利用太陽能光伏電池電解水制高純氫,工作示意圖如下。通過控制開關連接K1或K2,可交 替得到H2和O2。 制H2時,連接 。產(chǎn)生H2的電極反應式是 。 改變開關連接方式,可得O2。 結合和中電極3的電極反應式,說明電極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覆蓋在CaO表面,減少了CO2與CaO的接觸面積 (2)K1 2H2O+2e- H2+2OH- 制H2時,電極3發(fā)生反應:Ni(OH)2+OH-e- NiOOH+H2O。制O2時,上述電極反應逆向進行, 使電極3得以循環(huán)使用,解析 本題考查的內(nèi)容是化學反應原理中的化學反應與能量變化、化學平衡的移動、電化 學等。試題的綜合性強、信息量大,側重考查了學生接受、吸收、整合化學信息的能力和分 析問題、解決問題的能力,體現(xiàn)了變化觀念與平衡思想、證據(jù)推理與模型認知的學科核心素 養(yǎng)及培養(yǎng)學生關注社會發(fā)展、科技進步的意識和創(chuàng)新思維、創(chuàng)新意識的價值觀念。 (1)反應中有固體碳生成,而、中都沒有碳參與反應,所以必須有一個有碳參與的反應 的H才能計算H3。 (2)控制開關連接K1時,電極1作陰極,H2O在電極周圍放電產(chǎn)生H2。 開關連接K1時,電極3作陽極,Ni(OH)2被氧化為NiOOH;開關連接K2時,電極3作陰極,NiOOH 被還原為Ni(OH)2。,解題思路 在解答(2)時,我們要認真觀察光伏電池工作示意圖,了解其工作原理。該裝置中開 關連接K1、K2均為電解裝置,只不過是電極3分別作陽極和陰極。,14.(2018課標,27,14分)焦亞硫酸鈉(Na2S2O5)在醫(yī)藥、橡膠、印染、食品等方面應用廣泛。 回答下列問題: (1)生產(chǎn)Na2S2O5,通常是由NaHSO3過飽和溶液經(jīng)結晶脫水制得。寫出該過程的化學方程式 。 (2)利用煙道氣中的SO2生產(chǎn)Na2S2O5的工藝為: pH=4.1時,中為 溶液(寫化學式)。 工藝中加入Na2CO3固體、并再次充入SO2的目的是 。 (3)制備Na2S2O5也可采用三室膜電解技術,裝置如圖所示,其中SO2堿吸收液中含有NaHSO3和 Na2SO3。陽極的電極反應式為 。電解后, 室的NaHSO3濃 度增加。將該室溶液進行結晶脫水,可得到Na2S2O5。,(4)Na2S2O5可用作食品的抗氧化劑。在測定某葡萄酒中Na2S2O5殘留量時,取50.00 mL葡萄酒樣 品,用0.010 00 molL-1的碘標準液滴定至終點,消耗10.00 mL。滴定反應的離子方程式為 ,該樣品中Na2S2O5的殘留量為 gL-1(以SO2計)。,答案 (1)2NaHSO3 Na2S2O5+H2O (2)NaHSO3 得到NaHSO3過飽和溶液 (3)2H2O-4e- O2+4H+ a (4)S2 +2I2+3H2O 2S +4I-+6H+ 0.128,解析 本題考查工藝流程、電解原理的應用、氧化還原滴定與計算。 (1)NaHSO3與Na2S2O5中硫元素化合價均為+4價,根據(jù)觀察法配平反應方程式:2NaHSO3 Na 2S2O5+H2O。 (2)中所得溶液的pH=4.1,硫元素的存在形式應為HS ,故中為NaHSO3溶液。 過程是利用Na2CO3與NaHSO3反應轉化為Na2SO3,過程利用SO2與Na2SO3反應生成NaH- SO3:Na2SO3+SO2+H2O 2NaHSO3,制得高濃度的NaHSO3,更有利于Na2S2O5的制備。 (3)根據(jù)裝置圖可知左側為陽極,溶質為H2SO4,實際放電的是水電離出的OH-,電極反應式為2H2 O-4e- O2+4H+。電解過程中,陽離子(H+)向右側移動,則a室中S +H+ HS ,NaHSO 3濃度增大。 (4)Na2S2O5作食品的抗氧化劑,則具有強還原性,被氧化為S ;S2 2S ,I2 2I -,依據(jù)得失電子守恒、電荷守恒和原子守恒可配平反應的離子方程式:S2 +2I2+3H2O 2S +4I-+6H+。 根據(jù)滴定反應的離子方程式及硫原子守恒可得如下關系式:,2SO2 S2 2I2 64 g 1 mol m(SO2) 0.010 00 molL-10.010 00 L m(SO2)=6.410-3g 則樣品中Na2S2O5的殘留量為 =0.128 gL-1。,方法技巧 守恒法在此題中應用較多。如第(4)問中S2 與I2反應的方程式要利用得失電子 守恒、電荷守恒和原子守恒配平。,15.(2017江蘇單科,16,12分)鋁是應用廣泛的金屬。以鋁土礦(主要成分為Al2O3,含SiO2和Fe2O3 等雜質)為原料制備鋁的一種工藝流程如下: 注:SiO2在“堿溶”時轉化為鋁硅酸鈉沉淀。 (1)“堿溶”時生成偏鋁酸鈉的離子方程式為 。 (2)向“過濾”所得濾液中加入NaHCO3溶液,溶液的pH (填“增大”“不變”或 “減小”)。 (3)“電解”是電解熔融Al2O3,電解過程中作陽極的石墨易消耗,原因是 。 (4)“電解”是電解Na2CO3溶液,原理如圖所示。陽極的電極反應式為 ,陰極產(chǎn)生的物質A的化學式為 。,(5)鋁粉在1 000 時可與N2反應制備AlN。在鋁粉中添加少量NH4Cl固體并充分混合,有利于 AlN的制備,其主要原因是 。,答案 (12分)(1)Al2O3+2OH- 2Al +H2O (2)減小 (3)石墨電極被陽極上產(chǎn)生的O2氧化 (4)4C +2H2O-4e- 4HC +O2 H2 (5)NH4Cl分解產(chǎn)生的HCl能夠破壞Al表面的Al2O3薄膜,解析 本題考查了以鋁土礦為原料制備鋁的工藝流程,涉及離子方程式的書寫和電化學的相 關知識。 (1)Al2O3是兩性氧化物,能與強堿反應生成Al 和H2O。 (2)“堿溶”時,NaOH溶液應過量,則在“過濾”所得濾液中一定含有過量的NaOH,當加入 NaHCO3溶液時,HC +OH- C +H2O,使c(OH-)減小,故pH減小。 (3)電解熔融Al2O3時,陽極反應式為:2O2-4e- O2, O2會與石墨發(fā)生化學反應,從而消耗石墨。 (4)陽極應是H2O電離出的OH-放電,生成O2和H+,在Na2CO3溶液充足的條件下,H+與C 反應生 成HC ,故陽極的電極反應式為:4C +2H2O-4e- 4HC +O2;陰極的電極反應式為:4H2 O+4e- 2H2+4OH-,所以物質A為H2。 (5)鋁粉表面有Al2O3薄膜,阻礙反應的進行,而添加少量NH4Cl固體,NH4Cl分解生成的HCl能與 Al2O3反應,破壞Al2O3薄膜,有利于Al和N2反應。,疑難突破 向“過濾”所得濾液中加入NaHCO3溶液時,除了發(fā)生反應HC +OH- H2O +C ,還發(fā)生反應HC +Al +H2O Al(OH)3+C ,然后經(jīng)“過濾”得到Al(OH)3,灼 燒Al(OH)3,發(fā)生反應2Al(OH)3 Al2O3+3H2O,再電解熔融的Al2O3可得到Al。,C組 教師專用題組,考點一 原電池的工作原理 金屬的電化學腐蝕與防護,1.(2014天津理綜,1,6分)化學與生產(chǎn)、生活息息相關,下列敘述錯誤的是 ( ) A.鐵表面鍍鋅可增強其抗腐蝕性 B.用聚乙烯塑料代替聚乳酸塑料可減少白色污染 C.大量燃燒化石燃料是造成霧霾天氣的一種重要因素 D.含重金屬離子的電鍍廢液不能隨意排放,答案 B A項,鐵表面鍍鋅,當發(fā)生電化學腐蝕時,Fe作正極被保護。B項,聚乙烯塑料非常穩(wěn) 定,不易降解,而聚乳酸塑料是易降解的塑料,故應用聚乳酸塑料代替聚乙烯塑料來減少白色污 染,故B項錯誤。D項,重金屬離子對土壤、水都會產(chǎn)生污染,所以含重金屬離子的電鍍廢液不 能隨意排放。,2.(2014福建理綜,11,6分)某原電池裝置如圖所示,電池總反應為2Ag+Cl2 2AgCl。下列說 法正確的是 ( ) A.正極反應為AgCl+e- Ag+Cl- B.放電時,交換膜右側溶液中有大量白色沉淀生成 C.若用NaCl溶液代替鹽酸,則電池總反應隨之改變 D.當電路中轉移0.01 mol e-時,交換膜左側溶液中約減少0.02 mol離子,答案 D 原電池的正極反應為Cl2+2e- 2Cl-,故A項錯誤;放電時,白色沉淀AgCl在左側電 極處產(chǎn)生,故B項錯誤;當電路中轉移0.01 mol e-時,原電池左側發(fā)生的反應為:Ag-e-+Cl- AgCl,減少了0.01 mol的Cl-,根據(jù)電荷守恒原理,左側溶液中的H+通過陽離子交換膜向右側轉移 0.01 mol,故D項正確。,3.(2013課標,11,6分)“ZEBRA”蓄電池的結構如圖所示,電極材料多孔Ni/NiCl2和金屬鈉之 間由鈉離子導體制作的陶瓷管相隔。下列關于該電池的敘述錯誤的是 ( ) A.電池反應中有NaCl生成 B.電池的總反應是金屬鈉還原三價鋁離子 C.正極反應為:NiCl2+2e- Ni+2Cl- D.鈉離子通過鈉離子導體在兩電極間移動,答案 B 該原電池的負極反應為:Na-e- Na+,正極反應為:NiCl2+2e- Ni+2Cl-,電池總反 應為:2Na+NiCl2 2NaCl+Ni。B項錯誤。,思路分析 由圖示可知電池總反應是金屬鈉還原Ni2+,據(jù)此可以寫出總反應,再結合原電池原 理即可解決問題。,4.(2016浙江理綜,11,6分)金屬(M)-空氣電池(如圖)具有原料易得、能量密度高等優(yōu)點,有望成 為新能源汽車和移動設備的電源。該類電池放電的總反應方程式為:4M+nO2+2nH2O 4M (OH)n 已知:電池的“理論比能量”指單位質量的電極材料理論上能釋放出的最大電能。下列說法 不正確的是 ( ) A.采用多孔電極的目的是提高電極與電解質溶液的接觸面積,并有利于氧氣擴散至電極表面 B.比較Mg、Al、Zn三種金屬-空氣電池,Al-空氣電池的理論比能量最高 C.M-空氣電池放電過程的正極反應式:4Mn+nO2+2nH2O+4ne- 4M(OH)n,D.在Mg-空氣電池中,為防止負極區(qū)沉積Mg(OH)2,宜采用中性電解質及陽離子交換膜,答案 C A項,采用多孔電極可以提高電極與電解質溶液的接觸面積,并有利于O2擴散至電 極表面;B項,單位質量的Mg、Al、Zn反應,Al轉移的電子數(shù)最多,故Al-空氣電池的理論比能量 最高;C項,由于電池中間為陰離子交換膜,故Mn+不能通過,則正極的電極反應式為O2+4e-+2H2O 4OH-;D項,在Mg-空氣電池中,負極的電極反應式為Mg-2e- Mg2+,為防止負極區(qū)沉積 Mg(OH)2,可采用陽離子交換膜阻止OH-進入負極區(qū)。,5.(2014課標,12,6分)2013年3月我國科學家報道了如圖所示的水溶液鋰離子電池體系。下 列敘述錯誤的是 ( ) A.a為電池的正極 B.電池充電反應為LiMn2O4 Li1-xMn2O4+xLi C.放電時,a極鋰的化合價發(fā)生變化 D.放電時,溶液中Li+從b向a遷移,答案 C 由圖可知,b極(Li電極)為負極,a極為正極,放電時,Li+從負極(b)向正極(a)遷移,A項、 D項正確;該電池放電時,負極:xLi-xe- xLi+,正極:Li1-xMn2O4+xLi+xe- LiMn2O4,a極Mn元 素的化合價發(fā)生變化,C項錯誤;由放電反應可得充電時的反應,B項正確。,解題技巧 首先根據(jù)原電池原理結合題給信息準確判斷電池的正、負極;然后理清兩極上的 電極反應式及電池反應;最后結合選項進行作答。,考點二 電解原理及其應用,6.(2015福建理綜,11,6分)某模擬“人工樹葉”電化學實驗裝置如下圖所示,該裝置能將H2O和 CO2轉化為O2和燃料(C3H8O)。下列說法正確的是 ( ) A.該裝置將化學能轉化為光能和電能 B.該裝置工作時,H+從b極區(qū)向a極區(qū)遷移 C.每生成1 mol O2,有44 g CO2被還原 D.a電極的反應為:3CO2+18H+-18e- C3H8O+5H2O,答案 B 由模擬“人工樹葉”電化學實驗裝置可知,該裝置將光能和電能轉化為化學能,故 A錯誤;在電解池內(nèi)部,陽離子向陰極遷移,故H+從b極區(qū)向a極區(qū)遷移,B正確;陰極上:3CO2C3H8 O18e-,陽極上:2H2OO24e-,根據(jù)得失電子守恒可知,當陽極生成1 mol O2時,陰極被還原的CO2 的質量為: 44 g/mol=29.3 g,故C錯誤;a電極的反應為:3CO2+18H+18e- C3H8O+5H2O, 故D錯誤。,7.(2014天津理綜,6,6分)已知: 鋰離子電池的總反應為:LixC+Li1-xCoO2 C+LiCoO2 鋰硫電池的總反應為:2Li+S Li2S 有關上述兩種電池說法正確的是 ( ),A.鋰離子電池放電時,Li+向負極遷移 B.鋰硫電池充電時,鋰電極發(fā)生還原反應 C.理論上兩種電池的比能量相同 D.如圖表示用鋰離子電池給鋰硫電池充電,答案 B A項,在原電池內(nèi)部,陽離子應移向正極;B項,二次電池充電的過程為電解過程,陰極 發(fā)生還原反應;C項,比能量是指這種電池單位質量或單位體積所能輸出的電能,當二者質量相 同時,轉移電子的物質的量不相等,即比能量不同;D項,鋰離子電池與鋰硫電池的正、負極連接 錯誤,應將鋰硫電池的鋰電極連接鋰離子電池的石墨電極,硫電極連接LiCoO2電極。,8.(2015浙江理綜,11,6分)在固態(tài)金屬氧化物電解池中,高溫共電解H2O-CO2混合氣體制備H2和 CO是一種新的能源利用方式,基本原理如圖所示。下列說法不正確的是 ( ),A.X是電源的負極 B.陰極的電極反應式是:H2O+2e- H2+O2- CO2+2e- CO+O2-,C.總反應可表示為:H2O+CO2 H2+CO+O2 D.陰、陽兩極生成的氣體的物質的量之比是11,答案 D H2OH2、CO2CO均為還原過程,X應為電源負極,A項正確;陰極電極反應式為H2 O+2e- H2+O2-和CO2+2e- CO+O2-,陽極電極反應式為2O2-4e- O2,總反應為H2O+ CO2 H2+CO+O2,B、C項正確;陰、陽兩極生成氣體的物質的量之比為21,D項不正確。,9.(2016天津理綜,10,14分)氫能是發(fā)展中的新能源,它的利用包括氫的制備、儲存和應用三個 環(huán)節(jié)。 回答下列問題: (1)與汽油相比,氫氣作為燃料的優(yōu)點是 (至少答出兩點)。但是 氫氣直接燃燒的能量轉換率遠低于燃料電池,寫出堿性氫氧燃料電池的負極反應式: 。 (2)氫氣可用于制備H2O2。已知: H2(g)+A(l) B(l) H1 O2(g)+B(l) A(l)+H2O2(l) H2 其中A、B為有機物,兩反應均為自發(fā)反應,則H2(g)+O2(g) H2O2(l)的H 0(填“” “”或“=”)。 (3)在恒溫恒容的密閉容器中,某儲氫反應:MHx(s)+yH2(g) MHx+2y(s) H0達到化學平衡。 下列有關敘述正確的是 。 a.容器內(nèi)氣體壓強保持不變 b.吸收y mol H2只需1 mol MHx,c.若降溫,該反應的平衡常數(shù)增大 d.若向容器內(nèi)通入少量氫氣,則v(放氫)v(吸氫) (4)利用太陽能直接分解水制氫,是最具吸引力的制氫途徑,其能量轉化形式為 。 (5)化工生產(chǎn)的副產(chǎn)氫也是氫氣的來源。電解法制取有廣泛用途的Na2FeO4,同時獲得氫氣:Fe+ 2H2O+2OH- Fe +3H2,工作原理如圖1所示。裝置通電后,鐵電極附近生成紫紅色Fe ,鎳電極有氣泡產(chǎn)生。若氫氧化鈉溶液濃度過高,鐵電極區(qū)會產(chǎn)生紅褐色物質。已知:Na2 FeO4只在強堿性條件下穩(wěn)定,易被H2還原。,圖1 圖2,電解一段時間后,c(OH-)降低的區(qū)域在 (填“陰極室”或“陽極室”)。 電解過程中,須將陰極產(chǎn)生的氣體及時排出,其原因為 。 c(Na2FeO4)隨初始c(NaOH)的變化如圖2,任選M、N兩點中的一點,分析c(Na2FeO4)低于最高 值的原因: 。,答案 (共14分)(1)污染小 可再生 來源廣 資源豐富 燃燒熱值高(任寫其中2個) H2+2OH-2e- 2H2O (2) (3)