(新)2022届专题06 第12题 电化学基础(知识过关)-高考化学二三轮复习题型大突破系列(解析版).doc
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1、专题06 第12题 电化学基础一、试题分析电化学是高考每年必考内容,命制的角度有电极反应式的正误判断与书写,电池反应式的书写,正负极的判断,电池充、放电时离子移动方向的判断,电极附近离子浓度的变化,电解的应用与计算,金属的腐蚀与防护等。同时通过陌生化学电源的装置图,考查学生接受、吸收、整合化学信息的能力,也体现了对“宏观辨识与微观探析”的学科核心素养考查。二、试题导图 三、必备知识知识点1电极的判断知识点2电解池的电极反应及其放电顺序(1)阳离子在阴极上的放电顺序:AgFe3Cu2H(2)阴离子在阳极上的放电顺序:S2IBrClOH知识点3电解的四大类型及规律类型电极反应特点实例电解物质电解液
2、浓度pH电解液复原方法电解水型阴极:4H 4e=2H2阳极:4OH4e=2H2OO2NaOHH2O增大增大加H2OH2SO4减小Na2SO4不变电解电解质型电解质的阴、阳离子分别在两极放电HCl电解质减小增大通入HCl气体CuCl2加CuCl2放H2生碱型阴极:放H2生成碱阳极:电解质阴离子放电NaCl电解质和水生成新电解质增大通入HCl气体放O2生酸型阴极:电解质阳离子放电阳极:放O2生成酸CuSO4减小加CuO知识点4十五种新型电池的电极反应式锌银电池总反应:Ag2OZnH2O2AgZn(OH)2正极Ag2OH2O2e=2Ag2OH负极Zn2OH2e=Zn(OH)2锌空气电池总反应:2Zn
3、O24OH2H2O=2Zn(OH)正极O24e2H2O=4OH负极Zn4OH2e=Zn(OH) 镍铁电池总反应:NiO2Fe2H2O Fe(OH)2Ni(OH)2正极NiO22e2H2O=Ni(OH)22OH负极Fe2e2OH=Fe(OH)2高铁电池总反应:3Zn2FeO8H2O3Zn(OH)22Fe(OH)34OH正极FeO3e4H2O=Fe(OH)35OH负极Zn2e2OH=Zn(OH)2镍镉电池总反应:Cd2NiOOH2H2O Cd(OH)22Ni(OH)2正极NiOOHH2Oe=Ni(OH)2OH负极Cd2e2OH=Cd(OH)2MgH2O2电池总反应:H2O22HMg=M
4、g22H2O正极H2O22H2e=2H2O负极Mg2e=Mg2MgAgCl电池总反应:Mg2AgCl=2AgMg22Cl正极2AgCl2e=2Ag2Cl负极Mg2e=Mg2镁钴电池总反应:xMgMo3S4MgxMo3S4正极Mo3S42xe= Mo3S负极xMg2xe=xMg2钠硫电池总反应:2NaxS=Na2Sx正极负极2Na2e=2Na钠硫蓄电池总反应:2Na2S2NaBr3Na2S43NaBr正极NaBr32e2Na=3NaBr负极2Na2S22e=Na2S42Na钠离子电池总反应:Na1mCoO2NamCnNaCoO2Cn正极Na1mCoO2memNa= NaCoO2负极N
5、amCnme=mNaCn全钒液流电池总反应:VO2HV2 V3VO2H2O正极VO2He=VO2H2O负极V2e=V3锂钒氧化物电池总反应:xLiLiV3O8=Li1xV3O8正极xLiLiV3O8xe=Li1xV3O8负极xLixe= xLi锂铜电池总反应:2LiCu2OH2O=2Cu2Li2OH正极Cu2OH2O2e=2Cu2OH负极Lie=Li锂离子电池总反应:Li1xCoO2LixC6 LiCoO2C6(x1)正极Li1xCoO2xexLi=LiCoO2负极LixC6xe=xLiC6知识点5新型化学电源中电极反应式的书写三步骤知识点6燃料电池的电极反应式(以CH3OH为例电极反应式)电
6、池类型导电介质反应式酸性燃料电池H总反应:2CH3OH3O2=2CO24H2O正极O24e4H=2H2O负极CH3OH6eH2O=CO26H碱性燃料电池OH总反应:2CH3OH3O24OH=2CO6H2O正极O24e2H2O=4OH负极CH3OH6e8OH= CO6H2O熔融碳酸盐燃料电池CO总反应:2CH3OH3O2=2CO24H2O正极负极CH3OH6e3CO=4CO22H2O固态氧化物燃料电池O2总反应:2CH3OH3O2=2CO24H2O正极O24e=2O2负极CH3OH6e3O2= CO22H2O质子交换膜燃料电池H总反应:2CH3OH3O2=2CO24H2O正极O24e4H=2H2
7、O负极CH3OH6eH2O= CO26H知识点7燃料电池中氧气得电子的思维模型根据燃料电池的特点,一般在正极上发生还原反应的物质都是O2,O2得到电子后化合价降低,首先变成O2,O2能否存在要看电解质环境。由于电解质溶液(酸碱盐)的不同,其电极反应也有所不同,下表为四种不同电解质环境中,氧气得电子后为O2的存在形式:电解质环境从电极反应式判O2的存在形式酸性电解质溶液环境下O24H4e=2H2O碱性电解质溶液环境下O22H2O4e=4OH固体电解质(高温下能传导O2)环境下O24e=2O2熔融碳酸盐(如:熔融K2CO3)环境下O22CO24e=2CO四、回顾高考1(2019年全国1卷)利用生物
8、燃料电池原理研究室温下氨的合成,电池工作时MV2+/MV+在电极与酶之间传递电子,示意图如下所示。下列说法错误的是A相比现有工业合成氨,该方法条件温和,同时还可提供电能B阴极区,在氢化酶作用下发生反应H2+2MV2+2H+2MV+C正极区,固氮酶为催化剂,N2发生还原反应生成NH3D电池工作时质子通过交换膜由负极区向正极区移动【答案】B【解析】A项、相比现有工业合成氨,该方法选用酶作催化剂,条件温和,同时利用MV+和MV2+的相互转化,化学能转化为电能,故可提供电能,故A正确;B项、左室为负极区,MV+在负极失电子发生氧化反应生成MV2+,电极反应式为MV+e= MV2+,放电生成的MV2+在
9、氢化酶的作用下与H2反应生成H+和MV+,反应的方程式为H2+2MV2+=2H+2MV+,故B错误;C项、右室为正极区,MV2+在正极得电子发生还原反应生成MV+,电极反应式为MV2+e= MV+,放电生成的MV+与N2在固氮酶的作用下反应生成NH3和MV2+,故C正确;D项、电池工作时,氢离子(即质子)通过交换膜由负极向正极移动,故D正确。2(2019年全国3卷)为提升电池循环效率和稳定性,科学家近期利用三维多孔海绵状Zn(3DZn)可以高效沉积ZnO的特点,设计了采用强碱性电解质的3DZnNiOOH二次电池,结构如下图所示。电池反应为Zn(s)+2NiOOH(s)+H2O(l)ZnO(s)
10、+2Ni(OH)2(s)。以下说法不正确的是A三维多孔海绵状Zn具有较高的表面积,所沉积的ZnO分散度高B充电时阳极反应为Ni(OH)2(s)+OH(aq)eNiOOH(s)+H2O(l)C放电时负极反应为Zn(s)+2OH(aq)2eZnO(s)+H2O(l)D放电过程中OH通过隔膜从负极区移向正极区【答案】D【解析】A、三维多孔海绵状Zn具有较高的表面积,吸附能力强,所沉积的ZnO分散度高,A正确;B、充电相当于是电解池,阳极发生失去电子的氧化反应,根据总反应式可知阳极是Ni(OH)2失去电子转化为NiOOH,电极反应式为Ni(OH)2(s)OH(aq)eNiOOH(s)H2O(l),B正
11、确;C、放电时相当于是原电池,负极发生失去电子的氧化反应,根据总反应式可知负极反应式为Zn(s)2OH(aq)2eZnO(s)H2O(l),C正确;D、原电池中阳离子向正极移动,阴离子向负极移动,则放电过程中OH通过隔膜从正极区移向负极区,D错误。答案选D。3(2018年全国1卷)最近我国科学家设计了一种CO2+H2S协同转化装置,实现对天然气中CO2和H2S的高效去除。示意图如图所示,其中电极分别为ZnO石墨烯(石墨烯包裹的ZnO)和石墨烯,石墨烯电极区发生反应为:EDTA-Fe2+-e-EDTA-Fe3+ 2EDTA-Fe3+H2S2H+S+2EDTA-Fe2+该装置工作时,下列叙述错误的
12、是A阴极的电极反应:CO2+2H+2e-CO+H2OB协同转化总反应:CO2+H2SCO+H2O+SC石墨烯上的电势比ZnO石墨烯上的低D若采用Fe3+/Fe2+取代EDTA-Fe3+/EDTA-Fe2+,溶液需为酸性【答案】C【解析】A、CO2在ZnO石墨烯电极上转化为CO,发生得到电子的还原反应,为阴极,电极反应式为CO2+H+2eCO+H2O,A正确;B、根据石墨烯电极上发生的电极反应可知+即得到H2S2e2H+S,因此总反应式为CO2+H2SCO+H2O+S,B正确;C、石墨烯电极为阳极,与电源的正极相连,因此石墨烯上的电势比ZnO石墨烯电极上的高,C错误;D、由于铁离子、亚铁离子均易
13、水解,所以如果采用Fe3/Fe2取代EDTA-Fe3/EDTA-Fe2,溶液需要酸性,D正确。答案选C。4(2018年全国2卷)我国科学家研发了一种室温下“可呼吸”的NaCO2二次电池。将NaClO4溶于有机溶剂作为电解液,钠和负载碳纳米管的镍网分别作为电极材料,电池的总反应为:3CO24Na2Na2CO3C。下列说法错误的是( )。A放电时,ClO4向负极移动 B充电时释放CO2,放电时吸收CO2C放电时,正极反应为:3CO24e=2CO32C D充电时,正极反应为:Nae=Na【答案】D【解析】A. 放电时是原电池,阴离子ClO4向负极移动,A正确;B. 电池的总反应
14、为3CO2+4Na2Na2CO3+C,因此充电时释放CO2,放电时吸收CO2,B正确;C. 放电时是原电池,正极是二氧化碳得到电子转化为碳,反应为:3CO2+4e2CO32+C,C正确;D. 充电时是电解,正极与电源的正极相连,作阳极,发生失去电子的氧化反应,反应为2CO32+C4e3CO2,D错误。答案选D。5(2018年全国3卷)一种可充电锂-空气电池如图所示。当电池放电时,O2与Li+在多孔碳材料电极处生成Li2O2-x(x=0或1)。下列说法正确的是()A放电时,多孔碳材料电极为负极B放电时,外电路电子由多孔碳材料电极流向锂电极C充电时,电解质溶液中Li+向多孔碳材料区迁移D充电时,电
15、池总反应为Li2O2-x=2Li+(1x/2)O2【答案】D【解析】A题目叙述为:放电时,O2与Li+在多孔碳电极处反应,说明电池内,Li+向多孔碳电极移动,因为阳离子移向正极,所以多孔碳电极为正极,选项A错误。B因为多孔碳电极为正极,外电路电子应该由锂电极流向多孔碳电极(由负极流向正极),选项B错误。C充电和放电时电池中离子的移动方向应该相反,放电时,Li+向多孔碳电极移动,充电时向锂电极移动,选项C错误。D根据图示和上述分析,电池的正极反应应该是O2与Li+得电子转化为Li2O2-X,电池的负极反应应该是单质Li失电子转化为Li+,所以总反应为:2Li + (1)O2 Li2O2-X,充电
16、的反应与放电的反应相反,所以为Li2O2-X 2Li + (1)O2,选项D正确。6(2017年全国1卷)支撑海港码头基础的钢管桩,常用外加电流的阴极保护法进行防腐,工作原理如图所示,其中高硅铸铁为惰性辅助阳极。下列有关表述不正确的是A通入保护电流使钢管桩表面腐蚀电流接近于零B通电后外电路电子被强制从高硅铸铁流向钢管桩C高硅铸铁的作用是作为损耗阳极材料和传递电流D通入的保护电流应该根据环境条件变化进行调整【答案】C【解析】本题使用的是外加电流的阴极保护法,钢管柱与电源的负极相连,被保护。A外加强大的电流可以抑制金属电化学腐蚀产生的电流,从而保护钢管柱,A正确;B通电后,被保护的钢管柱作阴极,高
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