选择题突破七　电化学

专题五反应变化与规律选择题突破七电化学重温经典明确考向NO.1命题角度1原电池原理及应用1.(双选)(2023·山东卷,11)利用热再生氨电池可实现CuSO4电镀废液的浓缩再生。电池装置如图所示,甲、乙两室均预加相同的CuSO4电镀废液,向甲室加入足量氨水后电池开始工作。下列说法正确的是(

)√√2.(双选)(2022·山东卷,13)设计如图装置回收金属钴。保持细菌所在环境pH稳定,借助其降解乙酸盐生成CO2,将废旧锂离子电池的正极材料LiCoO2(s)转化为Co2+,工作时保持厌氧环境,并定时将乙室溶液转移至甲室。已知电极材料均为石墨材质,右侧装置为原电池。下列说法正确的是(

)√√3.(2023·新课标卷,10)一种以V2O5和Zn为电极、Zn(CF3SO3)2水溶液为电解质的电池,其示意图如图所示。放电时,Zn2+可插入V2O5层间形成ZnxV2O5·nH2O。下列说法错误的是(

)√命题角度2电解原理及应用1.(2023·辽宁卷,7)某无隔膜流动海水电解法制H2的装置如图所示,其中高选择性催化剂PRT可抑制O2产生。下列说法正确的是(

)√2.(2023·湖北卷,10)我国科学家设计如图所示的电解池,实现了海水直接制备氢气技术的绿色化。该装置工作时阳极无Cl2生成且KOH溶液的浓度不变,电解生成氢气的速率为xmol·h-1。下列说法错误的是(

)√3.(2020·山东卷,13)采用惰性电极,以去离子水和氧气为原料通过电解法制备双氧水的装置如图所示。忽略温度变化的影响,下列说法错误的是(

)√解析:结合题图,可知a极上产生O2,发生的反应为水被氧化生成O2的反应,即a极为阳极,b极为阴极,电极反应式如下表结合上述分析可知,A项正确;电解一段时间后,溶液中H+浓度未变,即阳极室的pH未变,B项正确;电解过程中H+通过质子交换膜,从a极区向b极区迁移,C项正确;由阴、阳极的电极反应式,可知电解一段时间后,b极消耗O2的量是a极生成O2的量的2倍,即a极生成的O2与b极反应的O2的量不相等,D项错误。对于电化学,在新高考省份基本都在第一卷从原电池角度进行了命题,个别省份是从电解池角度命题。原电池题型涉及的电池模型、装置图有时会比较复杂,对考生的原电池原理知识、电池模型的分析能力要求较高。而最终选项的设置上还是落实到电极的判别、电极反应式的书写、电解液中离子浓度的变化及移动方向、电极产物的判断与计算、隔离膜的作用等。从以上分析很容易感觉到,电化学试题的设计承担了从宏观辨识与微观探析、证据推理与模型认知、科学精神与社会责任的维度进行学科素养培养的任务。从山东卷近些年考情看,原电池与电解池均有涉及,考查方式基本没有太大变化。夯实必备提升知能NO.2知能点1原电池的原理1.原电池模型和原理2.确定正、负极的依据依据正极负极反应类型还原反应氧化反应电流方向流出流入电子流向流入流出离子移动方向阳离子移动方向阴离子移动方向注意:根据电极材料确定正、负极通常情况适用,但根本依据为自发的氧化还原反应。如MgAl、NaOH溶液形成的原电池中,铝作负极,因为只有铝与NaOH溶液发生氧化还原反应。知能点2电解池的原理1.电解池模型和原理(1)直流电源的正极(阳极)有强的氧化能力;直流电源的负极(阴极)有强的还原能力。(2)电极上粒子的放电顺序。①阴极:取决于粒子的氧化性强弱,氧化性强的先得到电子,与电极材料无关。常见阳离子放电顺序:Ag+>Fe3+>Cu2+>H+(酸)>Pb2+>Sn2+>Fe2+>Zn2+>H+(水)>Al3+>Mg2+>Na+>Ca2+>K+。③电极上离子的放电顺序取决于其氧化性、还原性,可能会出现强氧化性阴离子在阴极放电;强还原性阳离子在阳极放电。2.惰性电极电解电解质溶液的四种类型电解类型常见电解质实例阳极产物阴极产物电解质溶液变化电解水NaOH、H2SO4、Na2SO4O2H2浓度增大电解电解质HCl、CuCl2卤素单质(Cl2)H2、金属(Cu)浓度减小放氢生碱型NaCl卤素单质(Cl2)H2生成强碱放氧生酸型CuSO4、AgNO3O2金属(Cu、Ag)生成含氧酸注意:(1)电解后溶液pH的变化一方面要考虑酸碱的生成,还要考虑电解质溶液浓度变化导致水解程度的变化。(2)电解质溶液的还原问题要本着两电极析出什么(元素),就加入什么(恰当物质)的原则。3.电解池阳极和阴极确定(1)如装置中给出直流电源,则可直接确定电解装置的阳极、阴极。(2)如装置中没有给出直流电源,则要根据电解过程的特征先确定电解装置的阳极、阴极。依据阴极阳极电流方向流出流入电子流向流入流出离子移动方向阳离子移动方向阴离子移动方向电极产物金属(增重)、H2电极溶解、O2、Cl2等非金属单质pH变化增大(碱性增强)减小(酸性增强)反应类型还原反应氧化反应知能点3电极反应式的书写1.原电池电极反应式的书写(1)结合电池的电解液情境写出电极反应式。①负极反应:还原剂失去电子的氧化反应(注意负极失电子产物与电解质溶液反应生成恰当生成物)。②正极反应:氧化剂得到电子的还原反应(注意正极得电子产物与电解质溶液反应生成恰当生成物)。(2)燃料电池电极反应式的书写。①燃料电池基本都是燃料(还原剂)与氧气(或氧化性气体)进行的氧化还原反应。③正极反应基本都是氧气分子得电子的反应,同样产物要结合电解液情境。2.电解池电极反应式的书写(1)阳极反应:①阳极是活泼电极(金属活动性顺序表Ag之前),则应是阳极失电子;②阳极是惰性电极(Pt、Au、石墨),则应是电解质溶液中的还原性离子(分子)放电,结合题意书写电极反应式。(2)阴极反应:氧化性离子(分子)得到电子被还原的反应,注意题中物质的转化要求。(3)电解原理的试题在新高考中主要是物质的制备。所以首先要看物质的制备原理,要通过电解原理完成物质的转化(电子的得失、化合价的转变),结合电解的基本原理写出电极反应式。如:以去离子水和氧气为原料通过电解法制备双氧水的装置如图所示。知能点4电化学原理综合运用1.金属腐蚀与防护(2)金属腐蚀类型:①化学腐蚀(直接的氧化反应);②电化学腐蚀(又分为原电池腐蚀、电解原理腐蚀)。(3)金属电化学防腐。①原电池原理:牺牲阳极的阴极保护法。让活泼性更强的金属作原电池的负极。②电解池原理:外加电流的阴极保护法。利用直流电源负极强大的还原能力保护金属不被腐蚀(待保护金属一定接电源的负极)。2.原电池、电解池串联装置串联电路中阴、阳极或正、负极总是交替出现,只要分析出某个电极,则与之相邻的电极名称相反(比如某电极是阳极,则与之相邻的电极为阴极)。3.电化学装置中离子的移动方向(1)阳离子一定向阴极移动(原电池的正极从内电路看发生还原反应,属于阴极)。(2)阴离子一定向阳极移动(原电池的负极从内电路看发生氧化反应,属于阳极)。4.各种膜的用途分析(1)电化学装置中常见的离子交换膜。种类允许通过的离子及移动方向说明阳离子交换膜阳离子→移向电解池的阴极或原电池的正极阴离子和气体不能通过阴离子交换膜阴离子→移向电解池的阳极或原电池的负极阳离子和气体不能通过质子交换膜质子→移向电解池的阴极或原电池的正极只允许H+通过(2)离子交换膜的功能。①原电池中一般是“单膜(正、负极之间)”。主要作用一是隔离正、负极区域的某些粒子,防止其发生反应;二是防止某些粒子在电极表面沉淀析出,导致电极活性降低。②电解池中很多时候是“双膜”或“多膜”。多膜会把整个电解池分割成若干不同的“室”,比如有“阳极室”“阴极室”“产品室”等。其主要作用是控制离子的移动以获得所需的产品或达到除杂、提纯等目的。5.电化学的相关计算(1)计算类型:电极产物(析出金属、生成气体)、电路中通过的电量、溶液中离子浓度(pH)等。(2)计算的依据:根据电子守恒计算,电路中所有电极上通过的电子相等。(3)关系式的应用:通过便于计算的电极产物,利用关系式确定复杂产物的计算。可根据得失电子守恒建立起已知量与未知量之间的关系式。如以通过4mole-为桥梁可构建如下关系式:演练考向凝练素养NO.3命题角度1原电池原理及应用1.(2023·山东济南校联考三模)镍钴锰三元材料中Ni为主要活泼元素,镍钴锰电极材料可表示为Li1-nNixCoyMnzO2,x+y+z=1,通常简写为Li1-nMO2,Ni、Co、Mn三种元素分别显+2、+3、+4价。下列说法正确的是(

)A.放电时Ni元素最先失去电子B.在Li1-nMO2材料中,若x∶y∶z=2∶3∶5,则n=0.3C.可从充分放电的石墨电极中回收金属锂D.充电时,当转移nmol电子,两极材料质量差为14ng√2.(2023·山东潍坊阶段练)LiFePO4的晶胞结构示意图如(a)所示。其中O围绕Fe和P分别形成正八面体和四面体。电池充放电时,LiFePO4脱出或嵌入Li+形成结构示意图如(b)所示。下列说法正确的是(

)A.每个Li1-xFePO4晶胞中Li+个数为1-xB.图(b)中x=0.1875C.图(b)中n(Fe2+)∶n(Fe3+)=3∶13D.当FePO4转化为Li1-xFePO4时,每转移电子(1-x)mol,嵌入4(1-x)molLi+√新型化学电源分析流程(1)依据电池反应→明确电池原理→确定电池两极(正、负极)→判断电子、离子移动方向。(2)可逆电池→放电为原电池→充电为电解池→原电池的负极=电解池的阴极、原电池的正极=电解池的阳极。(3)电池反应→还原剂失电子反应(负极反应)→氧化剂得电子反应(正极反应)。注意:在正、负极上发生的电极反应往往与电解质溶液有所关联。命题角度