高考化学复习第八单元化学反应与电能第2讲高考题型专项突破

高考题型专项突破电化学原理的综合应用题型1新型电池新型电池的主要类型有燃料电池、微生物电池、离子交换膜电池、锂电池、锌电池等，考查原电池工作原理及应用等知识。考查的知识点主要有：1．电池正、负极的判断。2．溶液中离子移动的方向、浓度大小的判断。3．电子转移的方向和数目。4．电流移动方向的判断。5．电池电极反应式的书写及正误判断。答案解题思路分析例2

(2021·山东高考)以KOH溶液为离子导体，分别组成CH3OH­O2、N2H4­O2、(CH3)2NNH2­O2清洁燃料电池，下列说法正确的是(

)A．放电过程中，K＋均向负极移动B．放电过程中，KOH物质的量均减小C．消耗等质量燃料，(CH3)2NNH2­O2燃料电池的理论放电量最大D．消耗1molO2时，理论上N2H4­O2燃料电池气体产物的体积在标准状况下为11.2L答案[解题思路分析]

碱性环境下，甲醇燃料电池总反应为2CH3OH＋3O2＋4KOH===2K2CO3＋6H2O；N2H4­O2清洁燃料电池总反应为N2H4＋O2===N2＋2H2O；偏二甲肼[(CH3)2NNH2]中C和N的化合价均为－2价，H元素化合价为＋1价，所以根据氧化还原反应原理可推知其燃料电池的总反应为(CH3)2NNH2＋4O2＋4KOH===2K2CO3＋N2＋6H2O。放电过程为原电池工作原理，所以钾离子均向正极移动，A错误；根据上述分析可知，N2H4­O2清洁燃料电池的产物为氮气和水，其总反应中未消耗KOH，所以KOH的物质的量不变，其他两种燃料电池根据总反应可知，KOH的物质的量减小，B错误；解题思路分析解题思路分析陌生电池电极反应式的书写(1)判断正负极负极判断要点：活泼金属、发生氧化反应、失电子、化合价升高等，正极反之。判断本质：被氧化的为负极，被还原的是正极。(2)注意酸碱性电极反应是在一定环境中发生的，一般分非水环境(熔融)和水溶液。非水环境中，物质得失电子后可以直接导电。水环境中一定注意溶液的酸碱性，如碱性环境中，如果生成氢离子要和氢氧根离子结合生成水，酸性气体和氢氧根离子反应生成酸根离子，金属离子可以与氢氧根离子生成氢氧化物；同理，酸性环境中，氧气得电子会与氢离子结合生成水。(3)留心电子数同一电池反应中，负极失电子总数等于正极得电子总数，在书写电极反应式时，要留心正负两极得失电子数相等。避免在利用电极反应式叠加得到总反应式，或总反应式与其中一极反应式相消得到另一极反应式时产生错误。(4)抓住总反应电池反应一般都是自发进行的氧化还原反应，在书写电极反应式时，有时未必能直接写出某一极反应式，对于陌生的电极反应式，写出其中一极反应式和总反应式，然后利用两式相消，是得出另一极反应式的常用方法。1．(2022·苏州高三调研)一种Zn­PbO2电池工作原理如图所示。下列说法正确的是(

)A．电池工作时电能转化为化学能B．放电过程中电极a区溶液的pH增大C．电池工作一段时间后K2SO4浓度增大D．b极区的反应为PbO2＋4H＋＋4e－===Pb2＋＋2H2O答案解析答案题型2电解原理的综合应用利用电解原理进行物质制备、分离、提纯物质和处理生产中的废水是近年来高考中的常见题型，其中常涉及离子交换膜的相关知识。考查的知识点主要有：1．电解池阴、阳极的判断。2．电解质溶液pH的变化，离子移动方向的判断。3．电极反应式的正误判断及与可持续发展的有机结合。4．离子交换膜种类及作用的判断。5．电极反应式的书写及有关电化学的计算。例1

(2021·全国甲卷)乙醛酸是一种重要的化工中间体，可用如下图所示的电化学装置合成。图中的双极膜中间层中的H2O解离为H＋和OH－，并在直流电场作用下分别向两极迁移。下列说法正确的是(

)答案[解题思路分析]

该装置通电时，乙二酸被还原为乙醛酸，因此铅电极为电解池阴极，石墨电极为电解池阳极，阳极上Br－被氧化为Br2，Br2将乙二醛氧化为乙醛酸，双极膜中间层的H＋在直流电场作用下移向阴极，OH－移向阳极。KBr在上述电化学合成过程中除作电解质外，同时还是电解过程中阳极的反应物，阳极上为Br－失去电子生成Br2，生成的Br2将乙二醛氧化为乙醛酸，故A、B错误；电解过程中阴、阳极均生成乙醛酸，1mol乙二酸生成1mol乙醛酸转移电子为2mol，1mol乙二醛生成1mol乙醛酸转移电子为2mol，根据转移电子守恒可知每生成1mol乙醛酸转移电子为1mol，因此制得2mol乙醛酸时，理论上外电路中迁移了2mol电子，故C错误。解题思路分析例2

(2021·湖南高考节选)氨气中氢含量高，是一种优良的小分子储氢载体，且安全、易储运，可利用电解原理，将氨转化为高纯氢气，其装置如图所示。(1)电解过程中OH－的移动方向为__________(填“从左往右”或“从右往左”)。(2)阳极的电极反应式为________________________________。从右往左2NH3－6e－＋6OH－===N2＋6H2O[解题思路分析] (1)由图可知，通NH3的一极氮元素化合价升高，发生氧化反应，为电解池的阳极，则另一电极为阴极，电解过程中OH－移向阳极，则从右往左移动。解题思路分析1．电解池的电极反应及其放电顺序2．书写电解池中电极反应式——“三看”和“三注意”(1)“三看”①一看电极材料，若是金属(Au、Pt除外)作阳极，金属一定被电解(注：Fe生成Fe2＋)。②二看介质，介质是否参与电极反应。③三看是否有特殊信息，如溶液的酸碱性、熔融盐等。(2)“三注意”①一注意化学用语的正确使用：书写电解池中某一电极反应式时，一般以实际放电离子表示，但是书写总反应式时，弱电解质写成化学式。②二注意遵循守恒原则：电极反应式等号两边满足原子守恒、带电荷总数守恒；阴、阳极电子转移数目相同。③三注意条件：书写总反应式时需注明条件“电解”。解答“离子交换膜题型”的思维方法第一步分清交换膜类型：即交换膜属于阳离子交换膜、阴离子交换膜或质子交换膜中的哪一种，判断允许哪种离子通过交换膜第二步写出电极反应式：判断交换膜两侧离子的变化，推断电荷变化，根据电荷平衡判断离子迁移的方向第三步分析交换膜的作用：在产品制备中，交换膜作用主要是提高产品纯度，避免产物之间发生反应1．(2022·海南高考)一种采用H2O(g)和N2(g)为原料制备NH3(g)的装置示意图如下。下列有关说法正确的是(

)A．在b电极上，N2被还原B．金属Ag可作为a电极的材料C．改变工作电源电压，反应速率不变D．电解过程中，固体氧化物电解质中O2－不断减少答案解析解析

由装置图可知，N2在b电极转化为NH3，N元素的化合价降低，得电子发生还原反应，因此b电极为阴极，电极反应式为N2＋3H2O＋6e－===2NH3＋3O2－，a电极为阳极，电极反应式为2O2－－4e－===O2。由分析可知A正确；a电极为阳极，若金属Ag作a电极的材料，则金属Ag优先失去电子，B错误；改变工作电源的电压，反应速率会发生改变，C错误；电解过程中，固体氧化物电解质中O2－不会改变，D错误。2．(2021·天津高考)如下所示电解装置中，通电后石墨电极Ⅱ上有O2生成，Fe2O3逐渐溶解，下列判断错误的是(

)A．a是电源的负极B．通电一段时间后，向石墨电极Ⅱ附近滴加石蕊溶液，出现红色C．随着电解的进行，CuCl2溶液浓度变大D．当0.01molFe2O3完全溶解时，至少产生气体336mL(折合成标准状况下)答案解析解析

通电后石墨电极Ⅱ上有O2生成，电极反应为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，发生氧化反应，说明石墨电极Ⅱ为阳极，则b为电源正极，a为负极，石墨电极Ⅰ为阴极。随着电解的进行，铜离子在阴极得电子生成铜单质，所以CuCl2溶液浓度变小，故C错误。题型3充电电池一般以新型化学电源、物质制备、可再生能源研究为载体进行原电池、电解池的综合考查，是历届高考的热点。考查角度为：1．阴阳极、正负极的判断。2．氧化反应或还原反应类型的判断。3．电子、离子移动方向的判断，离子浓度的变化。4．电极反应式的正误判断、书写及电化学的相关计算。例1

(2022·广东高考)科学家基于Cl2易溶于CCl4的性质，发展了一种无需离子交换膜的新型氯流电池，可作储能设备(如图)。充电时电极a的反应为：NaTi2(PO4)3＋2Na＋＋2e－===Na3Ti2(PO4)3。下列说法正确的是(

)A．充电时电极b是阴极B．放电时NaCl溶液的pH减小C．放电时NaCl溶液的浓度增大D．每生成1molCl2，电极a质量理论上增加23g答案[解题思路分析]

充电时电极a发生还原反应，所以电极a是阴极，则电极b是阳极，故A错误；放电时电极反应和充电时相反，则放电时电极a的反应为Na3Ti2(PO4)3－2e－===NaTi2(PO4)3＋2Na＋，电极b反应为Cl2＋2e－===2Cl－，可知反应后Na＋和Cl－浓度都增大，NaCl溶液的pH不变，但NaCl溶液的浓度增大，故B错误，C正确；充电时阳极反应为2Cl－－2e－===Cl2↑，阴极反应为NaTi2(PO4)3＋2Na＋＋2e－===Na3Ti2(PO4)3，由得失电子守恒可知，每生成1molCl2，电极a质量理论上增加23g/mol×2mol＝46g，故D错误。解题思路分析例2

(2021·湖南高考)锌溴液流电池是一种先进的水溶液电解质电池，广泛应用于再生能源储能和智能电网的备用电源等。三单体串联锌溴液流电池工作原理如图所示：下列说法错误的是(

)A．放电时，N极为正极B．放电时，左侧贮液器中ZnBr2的浓度不断减小C．充电时，M极的电极反应式为Zn2＋＋2e－===ZnD．隔膜允许阳离子通过，也允许阴离子通过答案[解题思路分析]

由图可知，放电时，N电极为电池的正极，溴在正极上得到电子发生还原反应生成溴离子，电极反应式为Br2＋2e－===2Br－，M电极为负极，锌失去电子发生氧化反应生成锌离子，电极反应式为Zn－2e－===Zn2＋，正极放电生成的溴离子通过离子交换膜进入左侧，同时锌离子通过交换膜进入右侧，维持两侧溴化锌溶液的浓度保持不变；充电时，M电极与直流电源的负极相连，作电解池的阴极，N电极与直流电源的正极相连，作阳极。由分析可知，A、C正确；由分析可知，放电或充电时，隔膜允许锌离子和溴离子通过，维持两侧溴化锌溶液的浓度保持不变，故B错误，D正确。解题思路分析1．把握充电电池题目的解答思路2．充电电池电极反应的书写1．(2021·福建高考)催化剂TAPP－Mn(Ⅱ)的应用，使Li­CO2电池的研究取得了新的进展。Li­CO2电池结构和该催化剂作用下正极反应可能的历程如图所示。下列说法错误的是(

)A．Li­CO2电池可使用有机电解液B．充电时，Li＋由正极向负极迁移C．放电时，正极反应为3CO2＋4Li＋＋4e－===2Li2CO3＋CD．*LiCO2、*CO、*LiC2O3和C都是正极反应的中间产物答案解析解析 Li为碱金属单质，能与水反应，因此Li­CO2电池可使用有机电解液，A正确；充电时Li＋由阳极(正极)向阴极(负极)移动，B正确；由正极反应可能的历程知，放电时正极上CO2发生还原反应，电极反应为：3CO2＋4Li＋＋4e－

===2Li2CO3＋C，C正确；根据图示，*LiCO2、*CO、*LiC2O3是正极反应的中间产物，C是正极反应的最终产物，D错误。2．(2022·浙江三市高三质量检测)三元电池是电动汽车的新能源，其正极材料可表示为LiNixCoyMnzO2。充电时电池总反应为LiNixCoyMnzO2＋6C(石墨)===Li1－aNixCoyMnzO2＋LiaC6，其电池工作原理如图所示，两极之间有一个允许特定的离子X通过的隔膜。下列说法正确的是(

)A．允许离子X通过的隔膜属于阴离子交换膜B．放电时，电流由A经负载回到BC．充电时，B为阴极，发生还原反应D．放电时，负极反应式为：LiaC6－ae－===6C(石墨)＋aLi＋答案解析解析

根据充电时电池总反应可知，A为原电池的负极，B为正极，电池工作时，Li＋透过隔膜向正极移动，则X为Li＋，允许阳离子通过的隔膜属于阳离子交换膜，A错误；放电时电流由正极B经负载回到负极A，B错误；充电时A为阴极，发生还原反应，B为阳极，发生氧化反应，C错误；根据充电时电池总反应可知，放电时的负极反应式为LiaC6－ae－===6C(石墨)＋aLi＋，D正确。专项作业

建议用时：40分钟选择题(每小题只有1个选项符合题意)1．热激活电池可用作火箭、导弹的工作电源。该电池以Ca为负极，熔融无水LiCl－KCl混合物作电解质，结构如图所示。正极反应式为PbSO4＋2Li＋＋2e－===Li2SO4＋Pb。下列说法不正确的是(

)A．放电过程中，Li＋向正极移动B．常温下电解质是不导电的固体，电池不工作C．每转移0.1mol电子，理论上生成20.7gPbD．该电池总反应为PbSO4＋2LiCl＋Ca===CaCl2＋Li2SO4＋Pb解析

根据正极反应式PbSO4＋2Li＋＋2e－===Li2SO4＋Pb可知，每转移0.1mol电子，理论上生成10.35gPb，C错误。答案解析2．(2022·广州市高三阶段训练)镁－次氯酸盐燃料电池具有比能量高、安全方便等优点，该电池主要工作原理如图所示。下列关于该电池的说法错误的是(

)A．铂合金为正极，附近溶液的碱性增强B．电池工作时，OH－向镁合金电极移动C．电池工作时，需要不断添加次氯酸盐以保证电解质的氧化能力D．若电解质溶液为H2O2、硫酸和NaCl的混合液，则正极反应为H2O2＋2e－===2OH－答案解析解析 Mg→Mg(OH)2过程中Mg失去电子，故镁合金是负极，则铂合金是正极，由图示知，正极反应式为ClO－＋H2O＋2e－===Cl－＋2OH－，正极附近OH－增多，溶液碱性增强，A正确；电池工作时，OH－移向负极，即镁合金电极，B正确；因为正极反应物是ClO－，故电池工作时必须不断添加次氯酸盐，C正确；若电解质溶液是H2O2、NaCl的酸性溶液，则正极反应式是H2O2＋2e－＋2H＋===2H2O，D错误。3．中国首个空间实验室——“天宫一号”的供电系统中有再生氢氧燃料电池(RFC)，它是一种将水电解技术与氢氧燃料电池技术相结合的可充电电池。下图为RFC工作原理示意图，a、b、c、d均为Pt电极。下列说法正确的是(

)A．B区的OH－通过隔膜向a电极移动，A区pH增大B．图中右管中的OH－通过隔膜向c电极移动，d电极上发生还原反应C．c是正极，电极上的电极反应为2H＋＋2e－===H2↑D．当有1mol电子转移时，b电极产生气体Y的体积为11.2L答案解析解析 B区为阴极区，水电离出的H＋放电，OH－向a电极移动，A区水电离出的OH－放电，H＋与B区的OH－结合生成H2O，pH基本保持不变，A错误；气体Y为氢气，在c极发生氧化反应：H2－2e－＋2OH－===2H2O，气体X是氧气，在d极发生还原反应：O2＋4e－＋2H2O===4OH－，所以OH－向c极移动，B正确，C错误；D项，没给出气体所处状况，错误。答案解析答案解析6．(2022·广东省高考一模)为适应可再生能源的波动性和间歇性，我国科学家设计了一种电化学装置，其原理如图所示。当闭合K1和K3、打开K2时，装置处于蓄电状态；当打开K1和K3、闭合K2时，装置处于放电状态。放电状态时，双极膜中间层中的H2O解离为H＋和OH－并分别向两侧迁移。下列有关该电化学装置工作时的说法不正确的是(

)答案答案解析答案解析答案解析解析

电池工作时，光能转变为电能，由图中电子的移动方向可知，电极X为原电池的负极，故A错误。10．我国在太阳能光电催化－化学耦合分解硫化氢研究中获得新进展，相关装置如图所示。下列说法中正确的是(

)A．该制氢工艺中光能最终转化为化学能B．该装置工作时，H＋由b极区流向a极区C．a极上发生的电极反应为Fe3＋＋e－===Fe2＋D．a极区需不断补充含Fe3＋和Fe2＋的溶液答案11．在环境和能源备受关注的今天，开发清洁、可再生新能源已成为世界各国政府