選擇題突破七　電化學

專題五反應變化與規(guī)律選擇題突破七電化學重溫經典明確考向NO.1命題角度1原電池原理及應用1.(雙選)(2023·山東卷,11)利用熱再生氨電池可實現CuSO4電鍍廢液的濃縮再生。電池裝置如圖所示,甲、乙兩室均預加相同的CuSO4電鍍廢液,向甲室加入足量氨水后電池開始工作。下列說法正確的是(

)√√2.(雙選)(2022·山東卷,13)設計如圖裝置回收金屬鈷。保持細菌所在環(huán)境pH穩(wěn)定,借助其降解乙酸鹽生成CO2,將廢舊鋰離子電池的正極材料LiCoO2(s)轉化為Co2+,工作時保持厭氧環(huán)境,并定時將乙室溶液轉移至甲室。已知電極材料均為石墨材質,右側裝置為原電池。下列說法正確的是(

)√√3.(2023·新課標卷,10)一種以V2O5和Zn為電極、Zn(CF3SO3)2水溶液為電解質的電池,其示意圖如圖所示。放電時,Zn2+可插入V2O5層間形成ZnxV2O5·nH2O。下列說法錯誤的是(

)√命題角度2電解原理及應用1.(2023·遼寧卷,7)某無隔膜流動海水電解法制H2的裝置如圖所示,其中高選擇性催化劑PRT可抑制O2產生。下列說法正確的是(

)√2.(2023·湖北卷,10)我國科學家設計如圖所示的電解池,實現了海水直接制備氫氣技術的綠色化。該裝置工作時陽極無Cl2生成且KOH溶液的濃度不變,電解生成氫氣的速率為xmol·h-1。下列說法錯誤的是(

)√3.(2020·山東卷,13)采用惰性電極,以去離子水和氧氣為原料通過電解法制備雙氧水的裝置如圖所示。忽略溫度變化的影響,下列說法錯誤的是(

)√解析:結合題圖,可知a極上產生O2,發(fā)生的反應為水被氧化生成O2的反應,即a極為陽極,b極為陰極,電極反應式如下表結合上述分析可知,A項正確;電解一段時間后,溶液中H+濃度未變,即陽極室的pH未變,B項正確;電解過程中H+通過質子交換膜,從a極區(qū)向b極區(qū)遷移,C項正確;由陰、陽極的電極反應式,可知電解一段時間后,b極消耗O2的量是a極生成O2的量的2倍,即a極生成的O2與b極反應的O2的量不相等,D項錯誤。對于電化學,在新高考省份基本都在第一卷從原電池角度進行了命題,個別省份是從電解池角度命題。原電池題型涉及的電池模型、裝置圖有時會比較復雜,對考生的原電池原理知識、電池模型的分析能力要求較高。而最終選項的設置上還是落實到電極的判別、電極反應式的書寫、電解液中離子濃度的變化及移動方向、電極產物的判斷與計算、隔離膜的作用等。從以上分析很容易感覺到,電化學試題的設計承擔了從宏觀辨識與微觀探析、證據推理與模型認知、科學精神與社會責任的維度進行學科素養(yǎng)培養(yǎng)的任務。從山東卷近些年考情看,原電池與電解池均有涉及,考查方式基本沒有太大變化。夯實必備提升知能NO.2知能點1原電池的原理1.原電池模型和原理2.確定正、負極的依據依據正極負極反應類型還原反應氧化反應電流方向流出流入電子流向流入流出離子移動方向陽離子移動方向陰離子移動方向注意:根據電極材料確定正、負極通常情況適用,但根本依據為自發(fā)的氧化還原反應。如MgAl、NaOH溶液形成的原電池中,鋁作負極,因為只有鋁與NaOH溶液發(fā)生氧化還原反應。知能點2電解池的原理1.電解池模型和原理(1)直流電源的正極(陽極)有強的氧化能力;直流電源的負極(陰極)有強的還原能力。(2)電極上粒子的放電順序。①陰極:取決于粒子的氧化性強弱,氧化性強的先得到電子,與電極材料無關。常見陽離子放電順序:Ag+>Fe3+>Cu2+>H+(酸)>Pb2+>Sn2+>Fe2+>Zn2+>H+(水)>Al3+>Mg2+>Na+>Ca2+>K+。③電極上離子的放電順序取決于其氧化性、還原性,可能會出現強氧化性陰離子在陰極放電;強還原性陽離子在陽極放電。2.惰性電極電解電解質溶液的四種類型電解類型常見電解質實例陽極產物陰極產物電解質溶液變化電解水NaOH、H2SO4、Na2SO4O2H2濃度增大電解電解質HCl、CuCl2鹵素單質(Cl2)H2、金屬(Cu)濃度減小放氫生堿型NaCl鹵素單質(Cl2)H2生成強堿放氧生酸型CuSO4、AgNO3O2金屬(Cu、Ag)生成含氧酸注意:(1)電解后溶液pH的變化一方面要考慮酸堿的生成,還要考慮電解質溶液濃度變化導致水解程度的變化。(2)電解質溶液的還原問題要本著兩電極析出什么(元素),就加入什么(恰當物質)的原則。3.電解池陽極和陰極確定(1)如裝置中給出直流電源,則可直接確定電解裝置的陽極、陰極。(2)如裝置中沒有給出直流電源,則要根據電解過程的特征先確定電解裝置的陽極、陰極。依據陰極陽極電流方向流出流入電子流向流入流出離子移動方向陽離子移動方向陰離子移動方向電極產物金屬(增重)、H2電極溶解、O2、Cl2等非金屬單質pH變化增大(堿性增強)減小(酸性增強)反應類型還原反應氧化反應知能點3電極反應式的書寫1.原電池電極反應式的書寫(1)結合電池的電解液情境寫出電極反應式。①負極反應:還原劑失去電子的氧化反應(注意負極失電子產物與電解質溶液反應生成恰當生成物)。②正極反應:氧化劑得到電子的還原反應(注意正極得電子產物與電解質溶液反應生成恰當生成物)。(2)燃料電池電極反應式的書寫。①燃料電池基本都是燃料(還原劑)與氧氣(或氧化性氣體)進行的氧化還原反應。③正極反應基本都是氧氣分子得電子的反應,同樣產物要結合電解液情境。2.電解池電極反應式的書寫(1)陽極反應:①陽極是活潑電極(金屬活動性順序表Ag之前),則應是陽極失電子;②陽極是惰性電極(Pt、Au、石墨),則應是電解質溶液中的還原性離子(分子)放電,結合題意書寫電極反應式。(2)陰極反應:氧化性離子(分子)得到電子被還原的反應,注意題中物質的轉化要求。(3)電解原理的試題在新高考中主要是物質的制備。所以首先要看物質的制備原理,要通過電解原理完成物質的轉化(電子的得失、化合價的轉變),結合電解的基本原理寫出電極反應式。如:以去離子水和氧氣為原料通過電解法制備雙氧水的裝置如圖所示。知能點4電化學原理綜合運用1.金屬腐蝕與防護(2)金屬腐蝕類型:①化學腐蝕(直接的氧化反應);②電化學腐蝕(又分為原電池腐蝕、電解原理腐蝕)。(3)金屬電化學防腐。①原電池原理:犧牲陽極的陰極保護法。讓活潑性更強的金屬作原電池的負極。②電解池原理:外加電流的陰極保護法。利用直流電源負極強大的還原能力保護金屬不被腐蝕(待保護金屬一定接電源的負極)。2.原電池、電解池串聯裝置串聯電路中陰、陽極或正、負極總是交替出現,只要分析出某個電極,則與之相鄰的電極名稱相反(比如某電極是陽極,則與之相鄰的電極為陰極)。3.電化學裝置中離子的移動方向(1)陽離子一定向陰極移動(原電池的正極從內電路看發(fā)生還原反應,屬于陰極)。(2)陰離子一定向陽極移動(原電池的負極從內電路看發(fā)生氧化反應,屬于陽極)。4.各種膜的用途分析(1)電化學裝置中常見的離子交換膜。種類允許通過的離子及移動方向說明陽離子交換膜陽離子→移向電解池的陰極或原電池的正極陰離子和氣體不能通過陰離子交換膜陰離子→移向電解池的陽極或原電池的負極陽離子和氣體不能通過質子交換膜質子→移向電解池的陰極或原電池的正極只允許H+通過(2)離子交換膜的功能。①原電池中一般是“單膜(正、負極之間)”。主要作用一是隔離正、負極區(qū)域的某些粒子,防止其發(fā)生反應;二是防止某些粒子在電極表面沉淀析出,導致電極活性降低。②電解池中很多時候是“雙膜”或“多膜”。多膜會把整個電解池分割成若干不同的“室”,比如有“陽極室”“陰極室”“產品室”等。其主要作用是控制離子的移動以獲得所需的產品或達到除雜、提純等目的。5.電化學的相關計算(1)計算類型:電極產物(析出金屬、生成氣體)、電路中通過的電量、溶液中離子濃度(pH)等。(2)計算的依據:根據電子守恒計算,電路中所有電極上通過的電子相等。(3)關系式的應用:通過便于計算的電極產物,利用關系式確定復雜產物的計算?？筛鶕檬щ娮邮睾憬⑵鹨阎颗c未知量之間的關系式。如以通過4mole-為橋梁可構建如下關系式:演練考向凝練素養(yǎng)NO.3命題角度1原電池原理及應用1.(2023·山東濟南校聯考三模)鎳鈷錳三元材料中Ni為主要活潑元素,鎳鈷錳電極材料可表示為Li1-nNixCoyMnzO2,x+y+z=1,通常簡寫為Li1-nMO2,Ni、Co、Mn三種元素分別顯+2、+3、+4價。下列說法正確的是(

)A.放電時Ni元素最先失去電子B.在Li1-nMO2材料中,若x∶y∶z=2∶3∶5,則n=0.3C.可從充分放電的石墨電極中回收金屬鋰D.充電時,當轉移nmol電子,兩極材料質量差為14ng√2.(2023·山東濰坊階段練)LiFePO4的晶胞結構示意圖如(a)所示。其中O圍繞Fe和P分別形成正八面體和四面體。電池充放電時,LiFePO4脫出或嵌入Li+形成結構示意圖如(b)所示。下列說法正確的是(

)A.每個Li1-xFePO4晶胞中Li+個數為1-xB.圖(b)中x=0.1875C.圖(b)中n(Fe2+)∶n(Fe3+)=3∶13D.當FePO4轉化為Li1-xFePO4時,每轉移電子(1-x)mol,嵌入4(1-x)molLi+√新型化學電源分析流程(1)依據電池反應→明確電池原理→確定電池兩極(正、負極)→判斷電子、離子移動方向。(2)可逆電池→放電為原電池→充電為電解池→原電池的負極=電解池的陰極、原電池的正極=電解池的陽極。(3)電池反應→還原劑失電子反應(負極反應)→氧化劑得電子反應(正極反應)。注意:在正、負極上發(fā)生的電極反應往往與電解質溶液有所關聯。命題角度