2023屆新高考化學(xué)一輪復(fù)習(xí)電化學(xué)專(zhuān)題學(xué)案

電化學(xué)專(zhuān)題突破考點(diǎn)一：離子交換膜電池(應(yīng)用性考點(diǎn))(一)隔膜的作用及應(yīng)用1．隔膜的作用(1)能將兩極區(qū)隔離，阻止兩極區(qū)產(chǎn)生的物質(zhì)接觸，防止發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。(2)能選擇性地允許離子通過(guò)，起到平衡電荷、形成閉合回路的作用。(3)隔膜的分類(lèi)2．離子交換膜類(lèi)型的判斷方法(1)首先寫(xiě)出陰、陽(yáng)(或正、負(fù))兩極上的電極反應(yīng)。(2)依據(jù)電極反應(yīng)式確定該電極附近哪種離子剩余。(3)根據(jù)電極附近溶液呈電中性，從而判斷出離子移動(dòng)的方向。(4)根據(jù)離子移動(dòng)的方向，確定離子交換膜的類(lèi)型。3．應(yīng)用離子交換膜的?？佳b置——多室電解池多室電解池是利用離子交換膜的選擇透過(guò)性，即允許帶某種電荷的離子通過(guò)而限制帶相反電荷的離子通過(guò)，將電解池分為兩室、三室、多室等，以達(dá)到物質(zhì)制備、濃縮、凈化、提純的目的。(1)兩室電解池①制備原理：工業(yè)上利用如圖兩室電解裝置制備燒堿陽(yáng)極室中電極反應(yīng)：2Cl－－2e－=Cl2↑，陰極室中的電極反應(yīng)：2H2O＋2e－=H2↑＋2OH－，陰極區(qū)H＋放電，破壞了水的電離平衡，使OH－濃度增大，陽(yáng)極區(qū)Cl－放電，使溶液中的c(Cl－)減小，為保持電荷守恒，陽(yáng)極室中的Na＋通過(guò)陽(yáng)離子交換膜與陰極室中生成的OH－結(jié)合，得到濃的NaOH溶液。利用這種方法制備物質(zhì)，純度較高，基本沒(méi)有雜質(zhì)。②陽(yáng)離子交換膜的作用：它只允許Na＋通過(guò)，而阻止陰離子(Cl－)和氣體(Cl2)通過(guò)。這樣既防止了兩極產(chǎn)生的H2和Cl2混合爆炸，又避免了Cl2和陰極產(chǎn)生的NaOH反應(yīng)生成NaClO而影響燒堿的質(zhì)量。(2)三室電解池利用三室電解裝置制備N(xiāo)H4NO3，其工作原理如圖所示。陰極的NO被還原為NHeq\o\al(\s\up1(＋),\s\do1(4))：NO＋5e－＋6H＋=NHeq\o\al(\s\up1(＋),\s\do1(4))＋H2O，NHeq\o\al(\s\up1(＋),\s\do1(4))通過(guò)陽(yáng)離子交換膜進(jìn)入中間室；陽(yáng)極的NO被氧化為NOeq\o\al(\s\up1(－),\s\do1(3))：NO－3e－＋2H2O=NOeq\o\al(\s\up1(－),\s\do1(3))＋4H＋，NOeq\o\al(\s\up1(－),\s\do1(3))通過(guò)陰離子交換膜進(jìn)入中間室。根據(jù)電路中轉(zhuǎn)移電子數(shù)相等可得電解總反應(yīng)：8NO＋7H2O3NH4NO3＋2HNO3，為使電解產(chǎn)物全部轉(zhuǎn)化為NH4NO3，補(bǔ)充適量NH3可以使電解產(chǎn)生的HNO3轉(zhuǎn)化為NH4NO3。(3)多室電解池利用“四室電滲析法”制備H3PO2(次磷酸)，其工作原理如圖所示。電解稀硫酸的陽(yáng)極反應(yīng)：2H2O－4e－=O2↑＋4H＋，產(chǎn)生的H＋通過(guò)陽(yáng)離子交換膜進(jìn)入產(chǎn)品室，原料室中的H2POeq\o\al(\s\up1(－),\s\do1(2))穿過(guò)陰離子交換膜進(jìn)入產(chǎn)品室，與H＋結(jié)合生成弱電解質(zhì)H3PO2；電解NaOH稀溶液的陰極反應(yīng)：4H2O＋4e－=2H2↑＋4OH－，原料室中的Na＋通過(guò)陽(yáng)離子交換膜進(jìn)入陰極室。4．含離子交換膜電化學(xué)裝置題的解題步驟(二)思維建?！绢}目】三室式電滲析法處理含Na2SO4廢水的原理如圖所示，采用惰性電極，ab、cd均為離子交換膜，在直流電場(chǎng)的作用下，兩膜中間的Na＋和SOeq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(4))可通過(guò)離子交換膜，而兩端隔室中離子被阻擋不能進(jìn)入中間隔室。判斷ab、cd是什么交換膜；判斷離子的遷移方向；書(shū)寫(xiě)電極反應(yīng)式；判斷電極產(chǎn)物?！舅季S模板】①弄清是原電池還是電解池，判斷電極有外接電源→電解池；n→陽(yáng)極，m→陰極②根據(jù)電極判斷離子的移動(dòng)方向和交換膜的種類(lèi)Na＋→通過(guò)ab→陰極?ab是陽(yáng)離子交換膜SOeq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(4))→通過(guò)cd→陽(yáng)極?cd是陰離子交換膜③根據(jù)放電順序?qū)懗鲭姌O反應(yīng)式陰極，陽(yáng)離子競(jìng)爭(zhēng)放電，放電順序：H＋＞Na＋，陰極的電極反應(yīng)式為2H2O＋2e－=H2↑＋2OH－；陽(yáng)極，陰離子競(jìng)爭(zhēng)放電，放電順序：OH－＞SOeq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(4))，陽(yáng)極的電極反應(yīng)式為2H2O－4e－=O2↑＋4H＋。④根據(jù)電極反應(yīng)式和離子移動(dòng)方向確定電極反應(yīng)物陰極H＋放電生成H2，剩余OH－與遷移過(guò)來(lái)的Na＋生成NaOH；陽(yáng)極OH－放電生成O2，剩余H＋與遷移過(guò)來(lái)的SOeq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(4))生成H2SO4?！镜淅?2021·廣東選擇考)鈷(Co)的合金材料廣泛應(yīng)用于航空航天、機(jī)械制造等領(lǐng)域。如圖為水溶液中電解制備金屬鈷的裝置示意圖。下列說(shuō)法正確的是()A.工作時(shí)，Ⅰ室和Ⅱ室溶液的pH均增大B．生成1molCo，Ⅰ室溶液質(zhì)量理論上eq\a\vs4\al(減少16g)③C．eq\a\vs4\al(移除兩交換膜)④后，石墨電極上發(fā)生的反應(yīng)不變D．電解總反應(yīng)：2Co2＋＋2H2O2Co＋O2↑＋4H＋[解題思維]解答本題的思維流程如下：信息提?、訇?yáng)離子交換膜；②陰離子交換膜；③減少16g；④移除兩交換膜信息轉(zhuǎn)化①陽(yáng)離子交換膜只允許陽(yáng)離子通過(guò)，陽(yáng)離子在電解池中向陰極移動(dòng)，故Ⅰ室中的H＋移向Ⅱ室；②陰離子交換膜只允許陰離子通過(guò)，陰離子在電解池中向陽(yáng)極移動(dòng)，故Ⅲ室中的Cl－移向Ⅱ室；③根據(jù)Ⅰ室中發(fā)生的反應(yīng)分析計(jì)算，不要忘了通過(guò)交換膜離開(kāi)的離子；④移除交換膜后，陽(yáng)極附近有Cl－，它的失去電子能力大于OH－，先放電。聯(lián)想質(zhì)疑為什么Ⅱ室中離子不能通過(guò)離子交換膜離開(kāi)？提示：Ⅱ室中氫離子要向陰極移動(dòng)，但Ⅱ室和Ⅲ室之間是陰離子交換膜，氫離子不能通過(guò)；同理，Ⅱ室中氯離子要向陽(yáng)極移動(dòng)，但Ⅰ室和Ⅱ室之間是陽(yáng)離子交換膜，氯離子不能通過(guò)?！窘馕觥窟xD。由圖可知，該裝置為電解池，石墨電極為陽(yáng)極，水在陽(yáng)極失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)生成氧氣和氫離子，電極反應(yīng)式為2H2O－4e－=O2↑＋4H＋，Ⅰ室中陽(yáng)離子電荷數(shù)大于陰離子電荷數(shù)，放電生成的氫離子通過(guò)陽(yáng)離子交換膜由Ⅰ室向Ⅱ室移動(dòng)，鈷電極為陰極，鈷離子在陰極得到電子發(fā)生還原反應(yīng)生成鈷，電極反應(yīng)式為Co2＋＋2e－=Co，Ⅲ室中陰離子電荷數(shù)大于陽(yáng)離子電荷數(shù)，氯離子通過(guò)陰離子交換膜由Ⅲ室向Ⅱ室移動(dòng)，電解的總反應(yīng)的離子方程式為2Co2＋＋2H2O2Co＋O2↑＋4H＋。由分析可知，放電生成的氫離子通過(guò)陽(yáng)離子交換膜由Ⅰ室向Ⅱ室移動(dòng)，使Ⅱ室中氫離子濃度增大，溶液pH減小，故A錯(cuò)誤；由分析可知，陰極生成1mol鈷，陽(yáng)極有1mol水放電，則Ⅰ室溶液質(zhì)量減少18g，故B錯(cuò)誤；移除離子交換膜，氯離子的放電能力強(qiáng)于水，氯離子會(huì)在陽(yáng)極失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)生成氯氣，則移除離子交換膜，石墨電極的電極反應(yīng)會(huì)發(fā)生變化，故C錯(cuò)誤；由分析可知，電解的總反應(yīng)的離子方程式為2Co2＋＋2H2O2Co＋O2↑＋4H＋，故D正確。思維拓展·延伸設(shè)問(wèn)(1)Ⅱ室中的HCl濃度將怎樣變化？提示：增大。因?yàn)棰袷抑械臍潆x子和Ⅲ室中的氯離子都移向Ⅱ室。(2)為什么用Co電極作陰極？提示：Co電極作陰極并不參加電極反應(yīng)，能生產(chǎn)純凈的鈷。(2022·佛山模擬)電化學(xué)原理在工業(yè)生產(chǎn)中發(fā)揮著巨大的作用。Na2FeO4是制造高鐵電池的重要原料，同時(shí)也是一種新型的高效凈水劑。在工業(yè)上通常利用如圖裝置生產(chǎn)Na2FeO4，下列說(shuō)法正確的是()A．陽(yáng)極的電極反應(yīng)式為Fe＋8OH－－6e－=FeOeq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(4))＋4H2OB．右側(cè)的離子交換膜為陽(yáng)離子交換膜C．陰極區(qū)a%>b%D．陰極產(chǎn)生的氣體是氧氣【解析】選A。由圖所示，F(xiàn)e為陽(yáng)極，故發(fā)生氧化反應(yīng)生成FeOeq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(4))，電極反應(yīng)式為Fe＋8OH－－6e－=FeOeq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(4))＋4H2O，A正確；陽(yáng)極反應(yīng)消耗陰離子氫氧根離子，氫氧根向右側(cè)陽(yáng)極移動(dòng)，故右側(cè)交換膜為能使陰離子通過(guò)的陰離子交換膜，B錯(cuò)誤；陰極區(qū)水被電解產(chǎn)生H2和OH－，故產(chǎn)出的NaOH濃度變大，a%<b%，C錯(cuò)誤；陰極區(qū)為水被電解發(fā)生還原反應(yīng)得到電子，生成氫氣，D錯(cuò)誤?！炯庸逃?xùn)練】1．(2022·清遠(yuǎn)模擬)將電化學(xué)法和生物還原法有機(jī)結(jié)合，利用微生物電化學(xué)方法生產(chǎn)甲烷，裝置如圖所示。下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是()A.離子交換膜可允許H＋通過(guò)B．通電時(shí)，電流方向?yàn)閍→電子導(dǎo)體→離子導(dǎo)體→電子導(dǎo)體→bC．陽(yáng)極的電極反應(yīng)式為CH3COO－＋2H2O－6e－=2CO2↑＋7H＋D．生成0.1molCH4時(shí)陽(yáng)極室中理論上生成CO2的體積是4.48L(STP)【解析】選C。由圖示知，左池中CH3COO－在電極上失電子被氧化為CO2，故左池為電解的陽(yáng)極室，右池為電解的陰極室，電源a為正極，b為負(fù)極。由圖示知，陽(yáng)極反應(yīng)產(chǎn)生H＋，陰極反應(yīng)消耗H＋，故H＋通過(guò)交換膜由陽(yáng)極移向陰極，A正確；這個(gè)裝置中電子的移動(dòng)方向?yàn)殡娫簇?fù)極(b)→電解陰極，電解陽(yáng)極→電源正極(a)，故電流方向?yàn)殡娫凑龢O(a)→外電路(電子導(dǎo)體)→電解質(zhì)溶液(離子導(dǎo)體，陽(yáng)極→陰極)→外電路(電子導(dǎo)體)→電源負(fù)極(b)，形成閉合回路，B正確；由分析知，左池為陽(yáng)極，初步確定電極反應(yīng)為CH3COO－－8e－→2CO2↑，根據(jù)圖示知可添加H＋配平電荷守恒，添加H2O配平元素守恒，得完整方程式為CH3COO－－8e－＋2H2O=2CO2↑＋7H＋，C錯(cuò)誤；由圖示知，右池生成CO2轉(zhuǎn)化為CH4，根據(jù)轉(zhuǎn)移電子關(guān)系CH4～8e－，0.1molCH4生成轉(zhuǎn)移0.8mol電子，由C選項(xiàng)知：CO2～4e－，故生成CO2的n(CO2)＝eq\f(0.8mol,4)＝0.2mol，故V(CO2)＝0.2mol×22.4L·mol－1＝4.48L，D正確。2．高鐵酸鈉(Na2FeO4)是一種新型綠色水處理劑。工業(yè)上可用電解濃NaOH溶液制備N(xiāo)a2FeO4，其工作原理如圖所示，兩端隔室中離子不能進(jìn)入中間隔室。下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是()A．陽(yáng)極反應(yīng)式：Fe－6e－＋8OH－=FeOeq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(4))＋4H2OB．甲溶液可循環(huán)利用C．離子交換膜a是陰離子交換膜D．當(dāng)電路中通過(guò)2mol電子的電量時(shí)，會(huì)有1molH2生成【解析】選C。A項(xiàng)，陽(yáng)極發(fā)生氧化反應(yīng)，電極反應(yīng)式：Fe－6e－＋8OH－=FeOeq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(4))＋4H2O，正確；B項(xiàng)，陰極發(fā)生還原反應(yīng)，水電離出的氫離子放電生成氫氣和氫氧根，甲溶液為濃的氫氧化鈉溶液，可循環(huán)利用，正確；C項(xiàng)，電解池中陽(yáng)離子向陰極移動(dòng)，通過(guò)離子交換膜a的是Na＋，故a為陽(yáng)離子交換膜，錯(cuò)誤；D項(xiàng)，陰極發(fā)生還原反應(yīng)，水電離出的氫離子放電生成氫氣和氫氧根，電極反應(yīng)式為2H2O＋2e－=H2↑＋2OH－，當(dāng)電路中通過(guò)2mol電子的電量時(shí)，會(huì)有1molH2生成，正確?？键c(diǎn)二：新型電化學(xué)裝置分析(應(yīng)用性考點(diǎn))(一)以“本”為本破解新型電化學(xué)裝置1．燃料電池的遷移應(yīng)用項(xiàng)目教材裝置高考裝置圖示原理負(fù)極H2-2e-=2H+(氧化反應(yīng))H2＋CO＋2COeq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(3))－4e－=3CO2＋H2O(氧化反應(yīng))正極eq\f(1,2)O2＋2H＋＋2e－=H2O(還原反應(yīng))2CO2＋O2＋4e－=2COeq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(3))(還原反應(yīng))總反應(yīng)H2＋eq\f(1,2)O2=H2OH2+CO+O2=CO2+H2O2．二次電池的遷移應(yīng)用項(xiàng)目教材裝置高考裝置圖示原理放電負(fù)極：Pb(s)＋SOeq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(4))(aq)－2e－=PbSO4(s)(氧化反應(yīng))負(fù)極：Zn(s)＋2OH－(aq)－2e－=ZnO(s)＋H2O(l)(氧化反應(yīng))正極：PbO2(s)＋4H＋(aq)＋SOeq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(4))(aq)＋2e－=PbSO4(s)＋2H2O(l)(還原反應(yīng))正極：NiOOH(s)＋H2O(l)＋e－=Ni(OH)2(s)＋OH－(aq)(還原反應(yīng))原理充電陰極：PbSO4(s)＋2e－=Pb(s)＋SOeq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(4))(aq)(還原反應(yīng))陰極：ZnO(s)＋H2O(l)＋2e－=Zn(s)＋2OH－(aq)(還原反應(yīng))陽(yáng)極：PbSO4(s)＋2H2O(l)－2e－=PbO2(s)＋4H＋(aq)＋SOeq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(4))(aq)(氧化反應(yīng))陽(yáng)極：Ni(OH)2(s)＋OH－(aq)－e－=NiOOH(s)＋H2O(l)(氧化反應(yīng))總反應(yīng)Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4(aq)2PbSO4(s)+2H2O(l)Zn(s)+2NiOOH(s)+H2O(l)ZnO(s)+2Ni(OH)2(s)3.電解裝置的遷移應(yīng)用項(xiàng)目教材裝置高考裝置圖示原理陰極Cu2＋＋2e－=Cu(還原反應(yīng))2H2O＋2e－=2OH－＋H2↑(還原反應(yīng))陽(yáng)極2Cl－－2e－=Cl2↑(氧化反應(yīng))I－＋6OH－－6e－=IOeq\o\al(\s\up1(－),\s\do1(3))＋3H2O(氧化反應(yīng))總反應(yīng)Cu2++2Cl-Cu+Cl2↑I－＋3H2O=IOeq\o\al(\s\up1(－),\s\do1(3))＋3H2↑(二)新型化學(xué)電源中電極反應(yīng)式的書(shū)寫(xiě)三步驟【典例】(2021·浙江6月選考)某全固態(tài)薄膜鋰離子eq\a\vs4\al(電池截面結(jié)構(gòu))①如圖所示，電極A為非晶硅薄膜，充電時(shí)eq\a\vs4\al(Li＋得電子成為L(zhǎng)i)②嵌入該薄膜材料中；電極B為eq\a\vs4\al(LiCoO2)③薄膜；集流體起導(dǎo)電作用。下列說(shuō)法不正確的是()A.充電時(shí)，集流體A與外接電源的負(fù)極相連B．放電時(shí)，外電路通過(guò)ɑmol電子時(shí)，LiPON薄膜電解質(zhì)損失ɑmolLi＋C．放電時(shí)，電極B為正極，反應(yīng)可表示為L(zhǎng)i1－xCoO2＋xLi＋＋xe－=LiCoO2D．電池總反應(yīng)可表示為L(zhǎng)ixSi＋Li1－xCoO2Si＋LiCoO2[解題思維]解答本題的思維流程如下：信息提?、匐姵亟孛娼Y(jié)構(gòu)；②Li＋得電子成為L(zhǎng)i；③LiCoO2信息轉(zhuǎn)化①電池截面結(jié)構(gòu)：集流體A與電極A相連，集流體B與電極B相連；②Li＋得電子成為L(zhǎng)i：則該電極為放電時(shí)的負(fù)極；③LiCoO2：原電池正極的放電產(chǎn)物，正極的反應(yīng)物應(yīng)為L(zhǎng)i1－xCoO2。聯(lián)想質(zhì)疑為什么LiCoO2是正極的放電產(chǎn)物？提示：以下是高考題中出現(xiàn)的鋰電池的反應(yīng)方程式：Li1－xCoO2＋LixC6=LiCoO2＋C6(x<1)LixC＋Li1－xCoO2C＋LiCoO2Li＋2Li0.35NiO22Li0.85NiO2FePO4＋LiLiFePO4Li＋LiMn2O4=Li2Mn2O4由此可知，鋰電池中的正極發(fā)生反應(yīng)時(shí)，都是由含鋰少的物質(zhì)轉(zhuǎn)化為含鋰多的物質(zhì)?！窘馕觥窟xB。A.由圖可知，集流體A與電極A相連，充電時(shí)電極A作陰極，故充電時(shí)集流體A與外接電源的負(fù)極相連，A說(shuō)法正確；B.放電時(shí)，外電路通過(guò)ɑmol電子時(shí)，內(nèi)電路中有ɑmolLi＋通過(guò)LiPON薄膜電解質(zhì)從負(fù)極遷移到正極，但是LiPON薄膜電解質(zhì)沒(méi)有損失Li＋，B說(shuō)法不正確；C.放電時(shí)，電極B為正極，發(fā)生還原反應(yīng)，反應(yīng)可表示為L(zhǎng)i1－xCoO2＋xLi＋＋xe－=LiCoO2，C說(shuō)法正確；D.電池放電時(shí)，嵌入在非晶硅薄膜中的鋰失去電子變成Li＋，正極上Li1－xCoO2得到電子和Li＋變?yōu)長(zhǎng)iCoO2，故電池總反應(yīng)可表示為L(zhǎng)ixSi＋Li1－xCoO2Si＋LiCoO2，D說(shuō)法正確。請(qǐng)以電池反應(yīng)Mo3S4＋xMgMgxMo3S4為例，總結(jié)二次電池的電極反應(yīng)式的特點(diǎn)。提示：【鏈接教材】一種鋰離子電池，其負(fù)極材料為嵌鋰石墨，正極材料為L(zhǎng)iCoO2(鈷酸鋰)，電解質(zhì)溶液為L(zhǎng)iPF6(六氟磷酸鋰)的碳酸酯溶液(無(wú)水)。該電池放電時(shí)的反應(yīng)原理可表示為：負(fù)極：LixCy－xe－=xLi＋＋Cy正極：Li1－xCoO2＋xLi＋＋xe－=LiCoO2總反應(yīng)可表示為：LixCy＋Li1－xCoO2=LiCoO2＋Cy放電時(shí)，鋰離子由石墨中脫嵌移向正極，嵌入鈷酸鋰晶體中；充電時(shí)，鋰離子從鈷酸鋰晶體中脫嵌，又返回并嵌入石墨中。這樣在放電、充電時(shí)，鋰離子往返于電池的兩極之間，完成化學(xué)能與電能的相互轉(zhuǎn)化。(1)正極材料為L(zhǎng)iCoO2，是正極上的反應(yīng)物嗎？提示：不是，是正極反應(yīng)的產(chǎn)物。(2)LixCy中，Li元素的化合價(jià)是多少？提示：LixCy屬于載體電極，鋰附著在石墨上，石墨僅起導(dǎo)電作用，不參與電極反應(yīng)，故Li元素的化合價(jià)為0。1．(預(yù)測(cè)題)(2022·深圳模擬)鋅電池具有成本低、安全性強(qiáng)、可循環(huán)使用等優(yōu)點(diǎn)，一種新型鋅電池的工作原理如圖所示(凝膠中允許離子生成或遷移)。下列說(shuō)法正確的是()A.放電過(guò)程中，a電極為負(fù)極B．放電過(guò)程中，轉(zhuǎn)移0.4mole－時(shí)，a電極消耗0.4molH＋C．充電過(guò)程中，b電極反應(yīng)式為Zn(OH)eq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(4))＋2e－=Zn＋4OH－D．充電過(guò)程中，SOeq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(4))向b極遷移【解析】選C。由圖可知，放電時(shí)，b作負(fù)極，電極反應(yīng)式為Zn－2e－＋4OH－=Zn(OH)eq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(4))，a作正極，電極反應(yīng)式為MnO2＋2e－＋4H＋=Mn2＋＋2H2O，充電時(shí)，b作陰極，電極反應(yīng)式為Zn(OH)eq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(4))＋2e－=Zn＋4OH－，a作陽(yáng)極，電極反應(yīng)式為Mn2＋＋2H2O－2e－=MnO2＋4H＋，據(jù)此作答。A.放電時(shí)，a作正極，故A錯(cuò)誤；B.放電過(guò)程中，a作正極，電極反應(yīng)式為MnO2＋2e－＋4H＋=Mn2＋＋2H2O，轉(zhuǎn)移0.4mole－時(shí)，a電極消耗0.4mol×2＝0.8molH＋，故B錯(cuò)誤；C.充電時(shí)，b作陰極，電極反應(yīng)式為Zn(OH)eq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(4))＋2e－=Zn＋4OH－，故C正確；D.充電過(guò)程中，陰離子向陽(yáng)極遷移，故D錯(cuò)誤。2．(2022·洛陽(yáng)模擬)我國(guó)化學(xué)工作者提出設(shè)計(jì)一種利用有機(jī)電極(PTO/HQ)和無(wú)機(jī)電極(MnO2/石墨氈)，在酸性環(huán)境中可充電的電池，其放電時(shí)的工作原理如圖所示：下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是()A．放電時(shí)，MnO2/石墨氈為正極，發(fā)生還原反應(yīng)B．充電時(shí)，有機(jī)電極和外接電源的負(fù)極相連C．放電時(shí)，MnO2/石墨氈電極的電極反應(yīng)式為MnO2＋2e－＋4H＋=Mn2＋＋2H2OD．充電時(shí)，有機(jī)電極的電極反應(yīng)式為PTO＋4e－＋4H2O=HQ＋4OH－【解析】選D。從工作原理圖可知，MnO2生成Mn2＋，得到了電子，則MnO2/石墨氈為電源正極，發(fā)生還原反應(yīng)，故A正確；充電時(shí)，有機(jī)電極得到電子，PTO得到電子和H＋生成HQ結(jié)構(gòu)，則有機(jī)電極和外接電源的負(fù)極相連，故B正確；放電時(shí)，MnO2/石墨氈電極為電源正極，MnO2得電子被還原成Mn2＋，則其電極反應(yīng)式為MnO2＋2e－＋4H＋=Mn2＋＋2H2O，故C正確；充電時(shí)，有機(jī)電極的電極反應(yīng)式為PTO＋4e－＋4H＋=HQ，故D錯(cuò)誤?！炯庸逃?xùn)練】1．(2022·常德模擬)2019年化學(xué)諾貝爾獎(jiǎng)授予拓展鋰離子電池應(yīng)用的三位科學(xué)家。如圖是某鋰-空氣充電電池的工作原理示意圖，下列敘述正確的是()A．電解質(zhì)溶液可選用可溶性鋰鹽的水溶液B．電池放電時(shí)間越長(zhǎng)，Li2O2含量越少C．電池工作時(shí)，正極可發(fā)生Li＋＋O2－e－=LiO2D．充電時(shí)，b端應(yīng)接電源的負(fù)極【解析】選D。鋰是非?；顫姷慕饘?，可與水反應(yīng)生成LiOH和H2，故電解質(zhì)溶液不能選用可溶性鋰鹽的水溶液，A項(xiàng)錯(cuò)誤；電池放電過(guò)程生成Li2O2，放電時(shí)間越長(zhǎng)，Li2O2含量越多，B項(xiàng)錯(cuò)誤；電池工作時(shí)，正極發(fā)生還原反應(yīng)，當(dāng)x＝1時(shí)，電極反應(yīng)是Li＋＋O2＋e－=LiO2，C項(xiàng)錯(cuò)誤；充電時(shí)，b端鋰離子轉(zhuǎn)化為鋰，發(fā)生還原反應(yīng)為電解池陰極，陰極接外加電源的負(fù)極，故b端接電源的負(fù)極，D項(xiàng)正確。2．科學(xué)家預(yù)言，被稱(chēng)為“黑金”的“新材料之王”石墨烯將“徹底改變21世紀(jì)”。中國(guó)研發(fā)人員利用鋰離子能在石墨烯表面和電極之間快速大量穿梭運(yùn)動(dòng)的特性，已在世界上率先開(kāi)發(fā)出石墨烯電池，電池反應(yīng)式為L(zhǎng)ixC6＋Li1－xCoO2C6＋LiCoO2，其工作原理如圖。下列關(guān)于該電池的說(shuō)法正確的是()A．有設(shè)計(jì)師建議該電池采用隔膜效果更好，可選用質(zhì)子交換膜B．放電時(shí)，LiCoO2極發(fā)生的電極反應(yīng)為L(zhǎng)iCoO2－xe－=Li1－xCoO2＋xLi＋C．石墨烯電池通過(guò)提高儲(chǔ)鋰容量進(jìn)而提高能量密度，廢舊的該電池進(jìn)行“放電處理”讓Li＋嵌入LiCoO2中而有利于回收D．石墨烯電池充電時(shí)LiCoO2極與電源負(fù)極相連【解析】選C。隔膜只允許Li＋通過(guò)，所以不能選用質(zhì)子交換膜，A錯(cuò)誤；根據(jù)電池反應(yīng)，放電時(shí)，LiCoO2上得到電子，LiCoO2發(fā)生電極反應(yīng)式：Li1－xCoO2＋xLi＋＋xe－=LiCoO2，B錯(cuò)誤；石墨烯電池的優(yōu)點(diǎn)是提高電池的儲(chǔ)鋰容量進(jìn)而提高能量密度，根據(jù)工作原理，Li＋嵌入LiCoO2中，C正確；LiCoO2極是電池正極，充電時(shí)與電源正極相連，D錯(cuò)誤。3．鋁離子電池是以鋁和Cn[AlCl4](Cn為石墨)為電極，有機(jī)物陽(yáng)離子和[AlCl4]－組成離子液體的電池，電池放電時(shí)，在負(fù)極附近形成[Al2Cl7]－。充電和放電過(guò)程中離子液體中的陽(yáng)離子濃度不變。下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是()A．放電時(shí)，鋁為電池負(fù)極，電極反應(yīng)式為Al＋7[AlCl4]－－3e－=4[Al2Cl7]－B．放電時(shí)，負(fù)極材料和正極材料質(zhì)量均減少C．充電和放電過(guò)程中，有機(jī)物陽(yáng)離子移動(dòng)方向相反D．充電時(shí)，陰極的電極反應(yīng)式為[AlCl4]－＋Cn－e－=Cn[AlCl4]【解析】選D。因負(fù)極形成[Al2Cl7]－，故電極反應(yīng)式為Al＋7[AlCl4]－－3e－=4[Al2Cl7]－，A正確；放電時(shí)Al溶解負(fù)極質(zhì)量減少，正極反應(yīng)式為Cn[AlCl4]＋e－=[AlCl4]－＋Cn，質(zhì)量也減少，B正確；放電時(shí)，陽(yáng)離子從負(fù)極移向正極，充電時(shí)，陽(yáng)離子從陽(yáng)極移向陰極，C正確；充電時(shí)，電池的陽(yáng)極發(fā)生氧化反應(yīng)，失電子，陰極發(fā)生還原反應(yīng)，得電子，D錯(cuò)誤。考點(diǎn)三：多池串聯(lián)(應(yīng)用性考點(diǎn))(一)有外接電源電池類(lèi)型的判斷方法有外接電源的各電池均為電解池，若電池陽(yáng)極材料與電解質(zhì)溶液中的陽(yáng)離子相同，則該電池為電鍍池。如則甲為電鍍池，乙、丙均為電解池。(二)無(wú)外接電源電池類(lèi)型的判斷方法1．直接判斷非常直觀(guān)明顯的裝置，如燃料電池、鉛蓄電池等在電路中，則其他裝置為電解池。如圖所示：A為原電池，B為電解池，甲池為原電池，其余為電解池。2．根據(jù)電池中的電極材料和電解質(zhì)溶液判斷原電池一般是兩種不同的金屬電極或一個(gè)金屬電極一個(gè)碳棒電極；而電解池則一般兩個(gè)都是惰性電極，如兩個(gè)鉑電極或兩個(gè)碳棒電極。原電池中的電極材料和電解質(zhì)溶液之間能發(fā)生自發(fā)的氧化還原反應(yīng)，電解池的電極材料一般不能和電解質(zhì)溶液自發(fā)反應(yīng)。如圖所示：B為原電池，A為電解池。3．根據(jù)電極反應(yīng)現(xiàn)象判斷在某些裝置中根據(jù)電極反應(yīng)或反應(yīng)現(xiàn)象可判斷電極，并由此判斷電池類(lèi)型。如圖所示：若C極溶解，D極上析出Cu，B極附近溶液變紅，A極上放出黃綠色氣體，則可知乙是原電池，D是正極，C是負(fù)極；甲是電解池，A是陽(yáng)極，B是陰極。B、D極發(fā)生還原反應(yīng)，A、C極發(fā)生氧化反應(yīng)?！镜淅空J(rèn)真觀(guān)察下列eq\a\vs4\al(裝置圖)①，下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是()A.裝置B中PbO2上發(fā)生的電極反應(yīng)式為PbO2＋4H＋＋SOeq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(4))＋2e－=PbSO4＋2H2OB．裝置A中總反應(yīng)的離子方程式為Cu＋2H＋Cu2＋＋H2↑C．若在裝置D中生成0.2molFe(OH)3，則消耗水的物質(zhì)的量共為0.5molD．若裝置E的目的是eq\a\vs4\al(在Cu材料上鍍銀)②，則極板M的材料為Ag[解題思維]解答本題的思維流程如下：信息提?、傺b置圖；②在Cu材料上鍍銀信息轉(zhuǎn)化①裝置圖：B、C組成鹽橋電池，其他屬于電解池；②在Cu材料上鍍銀：屬于電鍍池，陽(yáng)極材料應(yīng)是銀，溶液中要含有銀離子聯(lián)想質(zhì)疑在鹽橋電池中，為什么電子會(huì)從負(fù)極流向正極？提示：以銅鋅原電池為例，因?yàn)閮蓚€(gè)電極材料的活潑性不同，則兩個(gè)電極的電勢(shì)不同，鋅電極的電勢(shì)低，電子就由電勢(shì)低的電極流向電勢(shì)高的電極?！窘馕觥窟xD。裝置B和C之間通過(guò)鹽橋連接，形成原電池，PbO2作正極，發(fā)生還原反應(yīng)，電極反應(yīng)式為PbO2＋4H＋＋SOeq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(4))＋2e－=PbSO4＋2H2O，A項(xiàng)正確；裝置A為電解池，Cu電極為陽(yáng)極，電極反應(yīng)式為Cu－2e－=Cu2＋，Pt電極為陰極，電極反應(yīng)式為2H＋＋2e－=H2↑，故裝置A中總反應(yīng)為Cu＋2H＋Cu2＋＋H2↑，B項(xiàng)正確；裝置D中石墨為陰極，電極反應(yīng)式為2H2O＋2e－=2OH－＋H2↑，F(xiàn)e電極為陽(yáng)極，電極反應(yīng)式為Fe＋2OH－－2e－=Fe(OH)2↓，隨后被氧化生成Fe(OH)3：4Fe(OH)2＋O2＋2H2O=4Fe(OH)3，故裝置D中生成0.2molFe(OH)3時(shí)，消耗水的物質(zhì)的量為0.4mol＋0.1mol＝0.5mol，C項(xiàng)正確；裝置E中極板M為陰極，在Cu材料上鍍銀，應(yīng)將Cu材料作陰極，Ag材料作陽(yáng)極，AgNO3溶液作電解質(zhì)溶液，故極板M的材料應(yīng)為Cu，D項(xiàng)錯(cuò)誤。【技法積累】請(qǐng)用流程圖的形式，總結(jié)“串聯(lián)”類(lèi)裝置的解題流程。提示：(2022·深圳模擬)如圖為擬通過(guò)甲裝置除去污水中的乙酸鈉和對(duì)氯苯酚，同時(shí)利用此裝置產(chǎn)生的電能進(jìn)行粗銅的精煉。下列說(shuō)法不正確的是()A.X極為陰極，發(fā)生還原反應(yīng)B．當(dāng)電路中有0.2mol電子通過(guò)時(shí)，Y極質(zhì)量可能減少3.2gC．A極的電極反應(yīng)式：＋e－=＋Cl－D．工作時(shí)，B極附近液體pH減小【解析】選C。通過(guò)甲裝置除去污水中的乙酸鈉和對(duì)氯苯酚,同時(shí)利用此裝置產(chǎn)生的電能進(jìn)行粗銅的精煉,則甲裝置為原電池,乙為電解池,甲中,質(zhì)子向A極移動(dòng),則A極為正極,與A極相連的Y極為陽(yáng)極;B極為負(fù)極,則X極為陰極,得電子,化合價(jià)降低,發(fā)生還原反應(yīng),A正確;Y極為粗銅,含有Cu、Zn、Fe、Al、Ag、Au等,當(dāng)電路中有0.2mol電子通過(guò)時(shí),Y極有Al失電子時(shí),質(zhì)量可能減少3.2g,B正確;A極為正極,得電子,與氫離子反應(yīng)生成苯酚和氯