区间五　电化学

区间五电化学NO.1“品”高考考情——考什么?怎么考?精准备考!新型化学电源√2.(2020·全国Ⅰ卷,12)科学家近年发明了一种新型Zn-CO2水介质电池。电池示意图如图,电极为金属锌和选择性催化材料,放电时,温室气体CO2被转化为储氢物质甲酸等,为解决环境和能源问题提供了一种新途径。下列说法错误的是(

)√3.(2018·全国Ⅲ卷,11)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(

)√可逆电池充放电过程分析√√√电化学原理在环保、新材料制备中的应用1.(2023·全国甲卷,12)用可再生能源电还原CO2时,采用高浓度的K+抑制酸性电解液中的析氢反应来提高多碳产物(乙烯、乙醇等)的生成率,装置如图所示。下列说法正确的是(

)A.析氢反应发生在IrOx-Ti电极上B.Cl-从Cu电极迁移到IrOx-Ti电极C.阴极发生的反应有:2CO2+12H++12e-C2H4+4H2OD.每转移1mol电子,阳极生成11.2L气体(标准状况)√2.(2021·全国甲卷,13)乙醛酸是一种重要的化工中间体,可采用如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(

)√3.(2021·全国乙卷,12)沿海电厂采用海水为冷却水,但在排水管中生物的附着和滋生会阻碍冷却水排放并降低冷却效率。为解决这一问题,通常在管道口设置一对惰性电极(如图所示),通入一定的电流。下列叙述错误的是(

)A.阳极发生将海水中的Cl-氧化生成Cl2的反应B.管道中可以生成氧化灭杀附着生物的NaClOC.阴极生成的H2应及时通风稀释安全地排入大气D.阳极表面形成的Mg(OH)2等积垢需要定期清理√解析:海水中存在大量的Cl-,在阳极Cl-放电生成Cl2,A叙述正确;阴极H2O放电生成H2和OH-,OH-与Cl2反应生成ClO-,因此管道中存在一定量的NaClO,B叙述正确;因为H2为易燃易爆的气体,所以阴极生成的H2应及时通风稀释安全地排入大气,C叙述正确;阴极产生OH-,因此会在阴极表面形成Mg(OH)2等积垢,需要定期清理以保持良好的导电性,D叙述错误。√4.(2020·全国Ⅱ卷,12)电致变色器件可智能调控太阳光透过率,从而实现节能。下图是某电致变色器件的示意图。当通电时,Ag+注入无色WO3薄膜中,生成AgxWO3,器件呈现蓝色,对于该变化过程,下列叙述错误的是(

)A.Ag为阳极B.Ag+由银电极向变色层迁移C.W元素的化合价升高D.总反应为:WO3+xAgAgxWO35.(2018·全国Ⅰ卷,13)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:√√离子交换膜在电化学中的应用2.(2019·全国Ⅰ卷,12)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√√电化学相关计算电化学是一个经久不衰的考题类型,无论是全国卷还是地方卷均不会爽约。此类题型重点考查原电池、电解池,偶尔考查金属腐蚀与防护。此类题的难点是原理陌生、装置陌生,这对考生来说是非常大的挑战。此类题目往往属于中高档难度类型的题目,预测2024年必考,题目形式应该没有太大变化。1.原电池基本模型NO.2“讲”必备知识——考什么,讲什么,实现精讲!原电池原理及应用2.解决原电池问题基本流程(1)分析电池内存在的氧化还原反应,若存在多个氧化还原反应还要分析先后顺序。(2)画出双线桥,分析“半反应”;根据电极材料,电子、电流流动方向,离子移动方向或者题目所给图示分析出正、负极。(3)综合考虑电极材料、电解质特点以及题目所给的电池构造图写出正、负极电极反应式。(4)对陌生装置尤其注意两点:一是装置图中相关物质化合价变化(从中可以分析氧化还原的情况),二是箭头表示的意义(表示粒子移动或表示粒子的转化)。3.原电池基本解题规律(1)大部分电池一般先写负极反应式,燃料电池一般先写正极反应式;然后用总反应(离子方程式)减去负极(燃料电池为正极)反应式即得正极(燃料电池为负极)反应式。(2)燃料电池常见的四种正极反应式。(3)可充电二次电池:先写放电(原电池)电极反应式,把放电电极反应式“颠倒过来”即为充电(电解池)电极反应式。(4)注意近些年一些非常规原电池问题时有考查,这些电池有浓差电池、温差电池、非氧化还原型原电池等,这些电池不符合原电池基本理论(高中所学原电池理论是基于自发的氧化还原反应理论)。遇到此类问题要根据题意进行分析,而不能硬套我们所学的原电池理论。电解池原理及应用1.电解原理模型2.电解池的电极反应及其放电顺序3.电解原理应用、常见四种类型电解及电解质溶液复原。4.电解原理解题基本流程(1)先看阳极是否为“惰性电极”,若为活性电极,则放电的就是阳极本身,直接写出阳极反应式;若为惰性电极,则根据阴离子放电顺序写出阳极反应式。(2)根据阳离子放电顺序写出阴极反应式。(3)根据阴、阳极反应式结合离子方程式书写规律,写出总反应。(4)根据电解总反应以及阴、阳极反应式进行相关计算或判断。[温馨提示]离子放电顺序只是一个在离子浓度相同条件下的理论顺序,实际离子放电顺序非常复杂,与温度、浓度、电流密度、电极材料等多种因素有关。有时阴离子会在阴极放电,阳离子也可能在阳极放电,不同离子很多时候会同时放电(离子放电顺序靠前的,放电的比例高于靠后的离子)。所以分析电解问题时,首先根据题意分析到底什么物质或粒子放电,仅在根据题意无法作出判断时才可根据“离子放电顺序”考虑。电极反应式书写规律电极反应式的书写规律类似于氧化还原反应离子方程式的书写规律,主要的思路是先分析化合价,搞清氧化剂→还原产物,还原剂→氧化产物,然后根据化合价及物质电离情况初步写出电极反应式,最后根据电荷守恒,结合内电路离子种类、交换膜情况及原子守恒补充相关离子,使电极反应式符合电荷守恒和原子守恒。例如:(2019·天津卷,6)我国科学家研制了一种新型的高比能量锌-碘溴液流电池,其工作原理示意图如图。图中贮液器可储存电解质溶液,提高电池的容量。[分析技巧]1.有些元素化合价分析不出来,可以考虑整体化合价。例如:(2019·全国Ⅰ卷,12)MV2+MV+,虽然不清楚M、V分别显示的化合价,但是可以总体分析,整体从+2价→+1价,所以该变化对应的电极反应式为MV2++e-MV+。2.某物质是否可拆(是否完全电离)要综合考虑电解质有没有水、是否为熔融电解质、电解质强弱、装置图隐含的信息等。无水、没有熔融条件(电离条件不具备)一般不能拆;弱电解质、单质、气体等一般不能拆。电化学原理综合应用1.金属的腐蚀与防护(1)两种腐蚀:析氢腐蚀、吸氧腐蚀(主要区别在于电解质溶液的pH)。(2)金属电化学防护的两种方法。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.电化学综合计算(1)注意串联的原电池或电解池各个电极放电量相等的基本等量关系。(3)电化学计算一般根据得失电子守恒,有时结合电荷守恒解决。4.电化学装置中离子的移动与电势高低(1)电化学装置中离子移动方向可以总结为原电池为“正正负负(阳离子移向正极,阴离子移向负极)”,电解池为“阴阳阳阴(阴离子移向阳极,阳离子移向阴极)”。(2)电势问题:原电池中正极电势高于负极,电解池中阳极电势高于阴极,可以简记为“正阳高”。5.各种膜的用途(1)原电池中一般是“单膜(正负极之间)”。原电池中膜的主要作用有两点:一是隔离正负极某些粒子,防止其发生反应造成内放电;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”等等。电解池中膜的主要作用是控制离子的移动以期获得所需的产品或达到除杂、提纯等目的。NO.3“练”关键能力——考什么,练什么,实现精练!新型化学电源1.(2022·湖南卷,8)海水电池在海洋能源领域备受关注,一种锂—海水电池构造示意图如下。下列说法错误的是(

)A.海水起电解质溶液作用B.N极仅发生的电极反应:2H2O+2e-2OH-+H2↑C.玻璃陶瓷具有传导离子和防水的功能D.该锂—海水电池属于一次电池√2.(2023·河北模拟)燃料电池近几年发展迅速,如图是科学家利用页岩气设计的一种固态(熔盐)燃料电池工作示意图。下列说法错误的是(

)√3.(2023·吉林延边统考二模)某微生物燃料电池在废水处理和新能源开发领域具有广阔的应用前景,其工作原理如图所示。下列说法正确的是(

)A.该燃料电池不宜在高温下使用B.电极b为阳极,发生氧化反应√可逆电池充放电过程分析1.(2023·四川巴中一诊)锂离子电池应用广泛,某课题组使用纳米Si-C复合颗粒直接与锂接触,形成LixSi,将锂盐溶于三乙二醇二甲醚(TEGDME)作为电解液,与O2/C电极匹配组成如图所示原电池。该电池的总反应为xO2+2LixSixLi2O2+2Si,下列说法错误的是(

)A.该电池放电时,a电极为负极B.放电时,当负极质量减少14g时,电解液中转移1molLi+C.充电和放电过程,电解液中Li+浓度都不会改变D.电池充电时,阳极的电极反应为Li2O2-2e-O2↑+2Li+√2.一种高压可充电Zn-PbO2电池工作原理如图所示,通过复合膜ab与复合膜ba反向放置,分隔两室电解液,复合膜间是少量H2O,复合膜ab与ba交界处离子不能通过,复合膜中a膜是阳离子交换膜,b膜是阴离子交换膜。下列说法错误的是(

)A.放电时,K+穿过a膜移向复合膜ab间B.放电时,复合膜ba间发生了H2O解离出H+和OH-的变化√电化学原理在环保、新材料制备中的应用1.(2023·四川成都联考)FeCl3溶液吸收工业废气H2S后可通过电解装置实现再生,同时将酸性污水中的硝酸盐降解为无污染物质,其工作原理如图所示。下列说法正确的是(

)A.惰性电极b为电解池的阳极B.H+从b极区向a极区迁移√2.(2023·内蒙古包头模拟)2020年,某教授团队实现了两电极体系中将温室气体CO2转化为甲酸的高选择性合成,装置工作原理如图(隔膜a只允许OH-通过)。下列说法错误的是(

)A.Ni2P为阳极,发生氧化反应B.在外电场作用下,OH-由左向右迁移C.In/In2O3-x电极上发生的反应:CO2+2e-+H2OHCOO-+OH-D.若Ni2P电极上生成1molCH3(CH2)6CN,理论上通过隔膜a的OH-为2mol√离子交换膜在电化学中的应用√2.(2023·山东聊城期末)Co是磁性合金的重要材料,也是维生素重要的组成元素。工业上可用如下装置制取单质Co并获得副产品盐酸(A、B均为离子交换膜)。下列说法正确的是(

)A.A膜为阴离子交换膜,B膜为阳离子交换膜B.若去掉A膜,石墨电极的电极反应不变C.当电路中转移2mol电子时,阳极产生11.2LO2D.若产品室Δn(HCl)=0.2mol,阴极溶液质量减少13g√电化学相关计算√1.(2023·重庆模拟)利用电化学原理在厌氧条件下分解有机物的装置如图所示。下列说法正确的是(

)A.电流流向:A电极→用电器→B电极B.A电极发生的电极反应为Y-2e-X+2H+C.若左池有100gX转化为Y,理论上右池溶液增加的质量为18gD