2020年高考化学提升突破专题十电化学知识的应用

1、第1页共13页2020年高考化学提升突破专题10电化学知识的应用全面培养科学精神和社会责任V认知芝莽少电化学是化学学科的重要组成部分。目前，高中化学课程中的电化学内容涉及原电池、电解池、金属的腐蚀与防护等。电化学尤其是新型电源和光电设备不仅能体现化学学科的价值，而且有利于学生获取相关的知识与科学方法，更好地促进学生掌握化学学科规律。 学习和使用电化学知识既能解决化学问题， 又能发展和提高学生的化学学科核心素养。高考电化学试题的情境来源于生活中的化学电源、研发中的新型电池、实验室中的电化学装置以及生产中的电化学设备，既能考查学生对基本电化学知识的掌握程度，也能考查基于模型认知、变化观念和证据推理

2、等认知方面的素养，也能渗透灌输创新意识和社会责任等情感态度方面的素养。嵌 r1.【2019新课标I卷】利用生物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】本题还属于否定式单选题，仍要求选择错误的说法。A项正确，工业合成氨的条件是高温、高压、催化剂，而生物燃料电池则在室温下合成氨，条件温和，

3、且能将化学能转化为电能；B项错误，图中的氢化酶作用下，发生氧化还原反应H2+2MV2+=2H+2MV+,氢气发生氧化反应生成氢离子，MV2+发生还原反应生成MV+,左室电极上反应式为MV+-e=MV2+，即发生氧化反应，因此左电极为该生物燃料电池的负第2页共13页极；C项正确，正极区，在固氮酶作用下发生反应N2+6MV+6H+=2NH3+6MV2+,氮元素由0价降低为3价，固氮酶为催化剂，N2发生还原反应生成NH3；D项正确，电池工作时，负极反应式为MV+e=MV2+,正极反应式为MV2+e=MV+,则内电路中带正电的质子(即H+)移向正极，即从左极室移质子交换膜，进而穿过交换膜移向右极室。【

4、素养解读】本题以生物燃料电池、室温合成氨等真实情境为载体，考查原电池、燃料电池的工作原理，渗透了宏观辨识与微观探析、变化观念、证据推理与模型认知等素养的水平1、水平2、水平3的考查，体现了考纲中信息的接受、吸收和整合能力的要求，也体现了分析问题与解决问题能力的考查。2.【2019新课标m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(3D-Zn)可以高效沉积ZnO的特点，设计了采用强碱性电解质的3D-Zn-NiOOH二次电池，结构如下图所示。电池反应为放电Zn(s)+2NiOOH(s)+H2O(l)舂出ZnO(s)+2Ni(OH)2(s)。A.三维多孔海绵状ZnM有较高的表面

5、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)-e-=NiOOH(s)+H2O(l)C.放电时负极反应为Zn(s)+2OH(aq)-2e-=ZnO(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】本题属于否定式单选题，选择说法错误的是，A、多孔增加了表面积，加快反应速率，使沉积的ZnO分散度高，故A说法正确；B、根据电池反应方程式，正极反应式为NiOOH+H2O+e=Ni(OH)2+OHL充电时，电池的正极连接电源的正极，阳极反应式为正极反应式的逆过程，即阳极反应式为Ni(OH)2(s)+OH(aq)-e=NiOOH(s)+H2

6、O(l),故B说法正确；G根据电池反应方程式，负极上失去电子，化合价升高，即负极反应式为Zn(s)+2OH(aq)-2e-=ZnO(s)+H2O(l),故C说法正确；D、根据原电池的工作原理，阴离子从正极区移向负极区，故D说法错误。【素养解读】本题以新的科学成果为载体，考查原电池工作原理、电极反应式的书写、二级电池等知识，第3页共13页涉及变化观念、宏观辨识、微观探析等素养，体现了运用知识能力，分析问题与解决问题能力的考查，难度系数不大。儡秒一R解码1、新型化学电源一般这类试题以我国科学家发表的科技成果为素材设计高考题， 既弘扬了社会主义核心价值观， 又落实了立德树人的根本任务，起点很高，但考

7、查的内容并不难，落脚于电化学基本理论，主要考查二次电池的充放电的电极反应及离子移动方向等，注重于基本能力的考查。首先大致浏览一下题目和题目所配的原理图（此时不要过多地纠结于化学电源的工作原理）；然后，重点关注需要回答的问题，看是否属于考查原电池一般原理的题目。如是，解决必须借助化学电源工作原理解决的题目时，要带着问题去研究题目或题目所提供的原理图。电极反应式书写与判断的三个步骤步骤一：负极失去电子发生氧化反应；正极上，溶液中阳离子（或氧化性强的离子）得到电子，发生还原反应，充电时则正好相反；步骤二：两电极转移电子数守恒，符合正极反应加负极反应等于电池反应的原则；步骤三：注意电极产物是否与电解质

8、溶液反应，若反应，一般要将电极反应和电极产物与电解质溶液发生的反应合并。【典例1】【2018高考全国卷H】我国科学家研发了一种室温下可呼吸”的Na-CO2二次电池。将NaCl。溶于有机溶剂作为电解液，钠和负载碳纳米管的镣网分别作为电极材料，电池的总反应为：3CO2+4Na=2Na2CQj+C。下列说法错误的是（）第4页共13页A.放电时，CIQ4向负极移动B.充电时释放CQ,放电时吸收CO2C.放电时，正极反应为：3CO2+4e=2CO2+CD.充电时，正极反应为：Na+e=Na【答案】D【解析】电池放电时，C1O4向负极移动，A项正确；结合总反应可知放电时需吸收CO2,而充电时释放出CO2,

9、B项正确；放电时，正极CO2得电子被还原生成单质C,即电极反应式为3CO2+4e=2CO3+C,C项正确；充电时阳极发生氧化反应，即C被氧化生成CO2,D项错误。【素养解读】本题以我国科学家研制的可呼吸NaCO2二次电池为背景，要求考生依据题干给予的电极材料信息判断出电池正负极，进而判断电极反应式；命题要求考生对于电化学反应原理不仅要有感性认识，还要应用模型思想、综合相关模块知识、辩证分析与解答具体问题。2、多池串联模型（1）常见串联装置图模型一外接电源与电解池的串联（如图）A、B为两个串联电解池，相同时间内，各电极得失电子数相等。模型二原电池与电解池的串联（如图）第5页共13页显然两图中，A

10、均为原电池，B均为电解池。2.串联”类装置的解题流程有外接垂海一里解地能门发发七瓶化还血反R的装置原屯池无外密电源不能自发发生亚化还尊反曲的转置电髀池埠岖池Qst.改段电衅池-fwLsim根据眼里泡原理心与一负极反立式艰据电衅地原玮书与痢，阳横院浦式收据电化学原理及电楙反戍式判断正误侬拥“甲#r电池再极待祥电亍牧相等避行计 m【典例2】某同学组装了如图所示的电化学装置，电极I为Al,其他均为Cu,贝U下列说法正确的是（A.电流方向：电极WB.电极I发生还原反应国乙第6页共13页C.电极II逐渐溶解D.电极山的电极反应：Cu2+2e=Cu【答案】A【解析】A项，电子移动方向：电极I电极W,电流方

11、向与电子移动方向相反，正确；B项，原电池负极在工作中失电子，被氧化，发生氧化反应，错误；C项，原电池正极为得电子一极，铜离子在电极n上得电子，生成铜单质，该电极质量逐渐增大，错误；D项，电解池中阳极为非惰性电极时，电极本身失电子，形成离子进入溶液中，因为电极n为正极，因此电极m为电解池的阳极，其电极反应式为Cu-2e=Cu2,错误。【素养解读】当多个电化学装置串联时，两电极材料活泼性相差大的作原电池，其他作电解池，由此可知第7页共13页图示中左边两池组成原电池，右边组成电解池。解题的关键就是从模型的角度分析出池型，然后进行进步的解答。3、电化学中离子交换膜”的作用隔膜的使用充分体现了变化与平衡

12、思想。同时，交换膜隔离两种电解质溶液，避免负极材料与能发生反应的电解质溶液直接接触，能提高电流效率。在这种装置中，交换膜起到盐桥作用，且优于盐桥，盐桥需要定时替换或再生。通过限制离子迁移，使指定离子在溶液中定向移动形成闭合回路，完成氧化剂和还原剂在不接触条件下发生氧化还原反应。(1)常见的隔膜隔膜又叫离子交换膜，由特殊高分子材料制成。离子交换膜分三类：1.阳离子交换膜，简称阳膜，只允许阳离子通过，即允许H*和其他阳离子通过，不允许阴离子通过。2.阴离子交换膜，简称阴膜，只允许阴离子通过，不允许阳离子通过。3.质子交换膜，只允许H+通过，不允许其他阳离子和阴离子通过。(2)隔膜的作用1.能将两极

13、区隔离，阻止两极区产生的物质接触，防止发生化学反应。2.能选择性地通过离子，起到平衡电荷、形成闭合回路的作用。3.能提高产品的纯度。(3)解这类问题方法第一步交换膜属于阳膜、阻膜或质子膜中的卵一种，判断允许哪种分清隔膜类型离子通过隔膜。第二为判断交换腹两侧离子变化,推断电荷变化，根曙电荷平衡写出电极反应式判断离子汪移方向口第三步在产品制备中,隔腹作用主要是提高产品纯度，避免 F 之分析隔膜作用间发生反应，巽免产物因发生反应而造成危睑，【典例3】【2018新课标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墨

14、烯(石墨烯包裹的ZnO)和石墨烯，石墨烯电极区发生反应为:第8页共13页40COT?II.HST?|Stflr-l1EDTA-Fe+-e-=EDTA-F&+22EDTA-Fe+H2芸2H+S+2EDTA-F2+该装置工作时，下列叙述错误的是A.阴极的电极反应：CO2+2H+2e-=CO+H2OB.协同转化总反应：CO2+H2芸CO+H2O+SC.石墨烯上的电势比ZnO!墨烯上的低D.若采用Fe3+/Fe2+取代EDTA-Fe+ZEDTA-Fe2,溶液需为酸性【答案】C【解析】该装置属于电解池，CO2在ZnO墨烯电极上转化为CO,发生得到电子的还原反应，为阴极，石墨烯电极为阳极，发生失去

15、电子的氧化反应，则详解：A、CQ在ZnO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CQ+H*+2e=CO+HO,A正确；B、根据石墨烯电极上发生的电极反应可知+即得到H2S2e=2H+S,因此总反应式为CO2+H2芸CO+H2O+S,B正确；G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墨烯电极上的高，C错误；D、由于铁离子、亚铁离子均易水解，所以如果采用Fe3+/Fe2+取代EDTA-Fe+/EDTA-F(T，溶液需要酸性，D正确。答案选Co【素养解读】准确判断出阴阳极是解答的关键，注意从元素化合价变化的角度去分析氧化反应和还原反应，进而得出阴阳极。

16、电势高低的判断是解答的难点，注意从物理学的角度借助于阳极与电源的正极相连去分析。1.科学家研制出了一种新型的锂-空气电池，其工作原理如图所示。关于该电池的说法中不正确的是第9页共13页A.随着电极反应的不断进行，正极附近的电解液pH不断升高B.可将有机电解液改为水溶液C.放电时，当有22.4LO2（标准状况下）被还原时，溶液中有4molLi从左槽移动到右槽D.电池总反应方程式为4Li+O2+2H2O=4LiOH2.一种以NaBH4和H2O2为原料的新型电池的工作原理如图所示。下列说法错误的是（）A.电池的正极反应为H2O2+2e=2OHB.电池放电时Na*从a极区移向b极区C.电池放电时电子从

17、电极b经外电路流向电极aD.b极室的输出液经处理后可输入a极室循环利用3.我国科学家发明的水溶液锂电池为电动汽车发展扫除了障碍，装置原理如图所示，其中固体薄膜只允许Li+通过。锂离子电池的总反应为xLi+Lii第10页共13页LiMn2O4。下列有关说法错误的是（）A.放电时，L穿过固体薄膜进入水溶液电解质中B.放电时，正极反应为LiixMn2O4+xLi+xe=LiMn2O4C.充电时，电极b为阳极，发生氧化反应D.该电池的缺点是存在副反应2Li+2H2O=2LiOH+H2f4.某兴趣小组的同学用如图所示装置研究有关电化学的问题。当闭合该装置的电键时，观察到电流表的指针发生了偏转。xMn2O

18、4第11页共13页请回答下列问题:（1）甲池为（填原电池”电解池”或电镀池”）通入CH3OH电极的电极反应式为（2）乙池中A（石墨）电极的名称为（填正极”负极”阴极”或阳极”）总反应式为（3）当乙池中B极质量增加5.40g时，甲池中理论上消耗。2的体积为mL（标准状况下），丙池中极析出g铜。（4）若丙中电极不变，将其溶液换成NaCl溶液，电键闭合一段时间后，甲中溶液的pH将（填增大”减小”或不变”）丙中溶液的pH将（填增大”减小”或不变”g）V升华驾第12页共13页1.B该锂电池中，正极上的电极反应式为O2+4e+2H2O=4OH，正极附近的电解液pH会升A项正确；Li属于活泼金属，能与水反应，不能将有机电解液改为水溶液,LO2（标准状况下）被还原时，根据正极反应式：O2+4e+2H2O=4OH,会转移电子4mol,即溶液中有4molLi+从左槽（负极）移动到右槽，C项正确；由图示可知，正极的电极反应式为2H2O=4OHL电池总反应方程式为4Li+。2+2H2O=4LiOH,D项正确。2.选C。以硼氢化钠（NaBH4）和H2O2作原料的电池中，电解质溶液呈碱性，由工作原理装置图可知，负极发生氧化反应，电极反应式为BH4+8OH8e=BO2+6H2O，正极H2O2发生还原反应，得到电子被还原生成OH一，电极反应式为H2O2+2=2OH,A项正确；放电时为原电池，阳离子移向正极,梗型