专题06电化学-2024年高考化学二轮复习讲义习题（原卷版）

专题06电化学一、原电池（一）原电池工作原理1．概念：利用氧化还原反应原理将化学能转化为电能的装置。2．构成条件：（1）具有两个电极。（2）合适的离子导体(如溶液或非水溶液的离子导体，如电解质或电解质)。（3）形成闭合回路。（4）能自发地发生氧化还原反应。3．工作原理(以铜锌原电池为例)：（1）实验现象。①电流表指针发生偏转。②锌片逐渐溶解。③铜片上有红色物质析出。④将盐桥取出，电流表指针回到0点。（2）工作原理。电极名称负极正极电极材料ZnCu电极反应反应类型反应反应电子流向由极沿导线流向极，不能在溶液中流动。电流方向由极沿导线流向极。离子移向(内电路)阴离子向极移动，阳离子向极移动；盐桥含饱和KCl溶液，K＋移向极，Cl－移向极，不能在导线中流动。盐桥的作用①连接内电路形成闭合回路。②平衡电荷，使电池能持续提供电流。（二）化学电源一、一次电池1．基本构造2．组成：正极：碳棒；负极：Zn；电解质：KOH。3．工作原理负极反应：；正极反应：总反应：4．特点：碱性锌锰电池比普通锌锰电池性能好，它的比能量和可储存时间均有提高，适用于大电流和连续放电。二、二次电池1．铅蓄电池（1）基本构造（2）组成负极：Pb；正极：PbO2；电解质溶液：H2SO4。（3）工作原理①放电过程：负极：Pb＋SOeq\o\al(2－,4)－2e－===PbSO4正极：；总反应：。②充电过程：铅蓄电池的充电过程与其放电过程相反。③铅蓄电池的充、放电过程：（4）优缺点①优点：可重复使用、电压稳定、使用方便、安全可靠、价格低廉，在生产、生活中应用广泛。②缺点：比能量低、笨重，废弃的电池污染环境。2．锂离子电池（1）组成负极：嵌锂石墨；正极：LiCoO2(钴酸锂)；电解质溶液：LiPF6(六氟磷酸锂)（2）工作原理①放电过程：负极：；正极：；总反应：LixCy＋Li1－xCoO2===LiCoO2＋C。放电时，锂离子由石墨中脱嵌移向正极，嵌入钴酸锂晶体中。②充电过程：充电时，锂离子从钴酸锂晶体中脱嵌，由正极回到负极极，嵌入石墨中。③锂离子电池的充、放电过程：（3）优点:质量小、体积小、储存和输出能量大等。3.燃料电池(以酸性氢氧燃料电池为例)（1）基本构造（2）工作原理负极反应：；正极反应：；总反应：H2＋eq\f(1,2)O2===H2O。【提分秘籍归纳】1.电池正负极判断方法：（1）根据电子流向：电子由负极流出，流入正极。（2）根据离子流向：阳离子流向正极，阴离子流向负极。（3）根据两极反应的物质判断：发生氧化反应的物质所在电极是负极，发生还原反应的物质所在电极是正极，如氢氧燃料电池，由于氢气发生氧化反应，则所在电极是负极。2.电极反应方程式的书写技巧（1）明确两极的反应物。（2）明确直接产物：根据负极氧化、正极还原，明确两极的直接产物，然后根据化合价变化值求转移电子数、再根据介质环境和共存原则，找出参与反应的介质粒子，利用电荷守恒、原子守恒配平电极反应式（注意电解质有没有参加反应）。3.二次电池充电时电极的连接：原电池的正极接外电源的正极，原电池的负极接外电源的正极。4.pH变化规律的判断：若电极反应消耗OH－(H＋)，则电极周围溶液的pH减小(增大)；若电极反应生成H＋(OH－)，则电极周围溶液的pH减小(增大)。若总反应的结果是消耗OH－(H＋)，则溶液的pH减小(增大)；若总反应的结果是生成H＋(OH－)，则溶液的pH减小(增大)。若两极消耗或生成的OH－(H＋)的物质的量相等，则溶液的pH变化规律视溶液的酸碱性及是否有水生成而定，应具体问题具体分析（如酸性燃料电池，由于生成水，pH增大）。5.以甲烷燃料电池为例书写四种电解质环境下的电极反应方程式。（1）酸性条件总反应：CH4＋2O2=CO2＋2H2O。正极反应式：2O2＋8H＋＋8e－=4H2O。负极反应式：CH4－8e－＋2H2O=CO2＋8H＋（根据C的化合价由4到+4知转移电子数为8，根据电荷守恒及电解质环境知方程式右边补8个H＋）（2）碱性条件总反应：。正极反应式：。负极反应式：（注意电解质有没有参加反应）。（3）熔融碳酸盐(如熔融K2CO3)环境下总反应：CH4＋2O2=CO2＋2H2O。正极反应式：。负极反应式：（4）熔融氧化物环境下总反应：CH4＋2O2=CO2＋2H2O。正极反应式：。负极反应式：6.交换膜（1）质子交换膜：只允许H+通过。（2）阳离子氧化膜：只允许阳离子通过。（3）阴离子交换膜：只允许阴离子通过。（4）交换膜两侧溶液质量变化：分析离子流向，根据物质的消耗或生成来判断质量变化。例如：镍镉蓄电池组充放电时发生的反应为：，其电池装置如图所示，阴离子交换膜两侧均注入溶液。分析放电一段时间后，两电极区溶液中KOH的物质的量是否改变？pH是否改变？[放电时，Cd是负极，反应为Cd2e+2OH=Cd（OH）2，同时OH由右向左通过交换膜迁移进来，则KOH的物质的量不变，溶液pH不变；正极反应为：2NiOOH+2e+2H2O=2Ni（OH）2+2OH，生成的OH通过交换膜由右向左迁移到交换膜的左侧，即KOH的物质的量不变，但消耗了水，KOH浓度增大，pH增大。]二、电解池（一）电解池工作原理1．电解：利使电流通过电解质溶液(或熔融的电解质)而在阴、阳两极引起氧化还原反应的过程。在此过程中，电能转化为化学能。2.电解池：电能转化为化学能的装置，其构成条件：a.外接电源；b.电极插入电解质溶液或熔融电解质；c.闭合回路。3.电解池工作原理示意图（1）电子流向：电源负极→阴极（发生还原反应），阳极→电源正极（发生氧化反应）（2）离子移动方向：阳离子移向阴极，阴离子移向阳极（3）电流闭合：电源正极→阳极→溶液→阴极→电源负极【提分秘籍警示】1．电极的判断（1）根据电源正负极、离子移动方向、发生反应类型判断，具体如下：判断方法：（2）依据电极产物——如果电极上析出Cl2或O2，它一定是阳极；如果电极上产生H2或析出金属，它一定是阴极。（3）根据实验现象判断阴、阳极：实际题目中往往不给出电解池的电源，而是给出一些实验现象，据此先判断出是何种离子放电，从而确定出电源的正、负极和电解池的阴、阳极，并进行有关问题的分析。①滴入酚酞试剂显红色的一极(说明H＋放电显碱性)是阴极，接电源的负极，电极反应是2H＋＋2e－===H2↑。②滴入石蕊试剂显红色的一极(说明OH－放电显酸性)是阳极，接电源的正极，电极反应是4OH－－4e－=2H2O＋O2↑。③电极增重的一极(说明不活泼金属离子放电析出金属)是阴极，接电源的负极，如Cu2＋放电时Cu2＋＋2e－===Cu。2.电极反应方程式的书写技巧：六字真言：分析判断书写分：分析电极材料是惰性电极如碳棒、Pt，还是活性电极（电极参与反应）析：分析溶液组成即溶液中有哪些离子判：判断离子流向（阳离子移向阴极，阴离子移向阳极）断：根据离子放电顺序判断反应的离子书：书写电极反应方程式写：书写总反应方程式[例如惰性电极电解氯化钠溶液：分（电极的惰性电极）、析（溶液含Na+、Cl、H+、OH）、判（Cl、OH移向阳极，Na+、H+移向阴极）、断（反应的微粒是Cl、H+）、书（阳极反应式：2Cl－－2e－=Cl2↑、阴极反应式：2H2O＋2e－=H2↑＋2OH－）、写（总反应为2NaCl＋2H2Oeq\o(=====,\s\up15(通电))2NaOH+H2↑＋Cl2↑）]3.电解方程式的书写：放电离子来源物质=电极产物+剩余部分组合[以惰性电极电解氯化钠溶液为例：溶液含Na+、Cl、H＋、OH－，放电顺序：Na+<H＋、Cl>OH－，总反应：H＋来自水，Cl来自NaCl，剩余Na+、OH－，组成NaOH，即反应物是NaCl、H2O，电极产物是Cl2、H2，剩余组合为NaOH，则总反应为2NaCl＋2H2Oeq\o(=====,\s\up15(通电))2NaOH+H2↑＋Cl2↑。]4.惰性电极电解电解质溶液的四种类型放H2生碱型(以NaCl为例)阳极反应式：阴极反应式：电解电解质型(以HCl为例)阳极反应式：阴极反应式：电解水型(以H2SO4为例)阳极反应式：阴极反应式：放O2生酸型(以CuSO4为例)阳极反应式：阴极反应式：总离子方程式：5.离子放电顺序：6.电解后电解质溶液复原遵循“少什么补什么”原则，如电解NaCl溶液少的H和Cl，通入HCl复原，电解CuSO4溶液少的是Cu和O，补CuO复原等。（二）电解原理应用1、电解饱和食盐水（1）电极反应阳极：2Cl－－2e－=Cl2↑(反应类型：氧化反应)，阴极：2H＋＋2e－=H2↑(反应类型：还原反应)。（2）总反应方程式化学方程式：2NaCl＋2H2Oeq\o(=====,\s\up7(电解))2NaOH＋H2↑＋Cl2↑。离子方程式：2Cl－＋2H2Oeq\o(=====,\s\up7(电解))2OH－＋H2↑＋Cl2↑。（3）应用：氯碱工业——制Cl2、H2和NaOH①阳离子交换膜的作用阻止OH－进入阳极室与Cl2发生副反应：Cl2＋2OH－===Cl－＋ClO－＋H2O，阻止阳极产生的Cl2和阴极产生的H2混合发生爆炸。②a、b、c、d加入或取出的物质分别是精制饱和NaCl溶液、含少量NaOH的水、淡盐水、NaOH溶液；X、Y分别是Cl2、H2。2、电镀和电解精炼铜电镀(铁制品上镀Cu)电解精炼铜阳极电极材料镀层金属铜粗铜(含Zn、Fe、Ni、Ag、Au等杂质)电极反应Cu－2e－===Cu2＋Cu－2e－===Cu2＋、Zn－2e－===Zn2＋、Fe－2e－===Fe2＋、Ni－2e－===Ni2＋阴极电极材料待镀铁制品精铜电极反应Cu2＋＋2e－===Cu电解质溶液含Cu2＋的盐溶液电解精炼铜时，粗铜中的Ag、Au等不反应，沉积在电解池底部形成阳极泥3、电冶金本质为Mn＋＋ne－===M，利用电解熔融盐(或氧化物)的方法来冶炼活泼金属Na、Ca、Mg、Al等。总方程式阳极、阴极反应式冶炼钠2NaCl(熔融)eq\o(=====,\s\up7(电解))2Na＋Cl2↑阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑阴极：2Na＋＋2e－===2Na冶炼镁MgCl2(熔融)eq\o(=====,\s\up7(电解))Mg＋Cl2↑阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑阴极：Mg2＋＋2e－===Mg冶炼铝2Al2O3(熔融)eq\o(=====,\s\up12(电解),\s\do4(冰晶石))4Al＋3O2↑阳极：6O2－－12e－===3O2↑阴极：4Al3＋＋12e－===4Al（三）金属的腐蚀与防护1、金属腐蚀的本质：金属原子失去电子变成金属阳离子，金属发生氧化反应。2、金属腐蚀的类型（1）化学腐蚀与电化学腐蚀类型化学腐蚀电化学腐蚀定义金属跟接触到的物质直接发生化学反应引起的腐蚀不纯金属(或合金)接触到电解质溶液所发生的原电池反应，较活泼金属原子失去电子被氧化而引起的腐蚀条件金属与接触到的物质直接反应不纯金属接触到电解质溶液发生原电池反应本质M－ne－===Mn＋M－ne－===Mn＋现象金属被腐蚀较活泼金属被腐蚀区别无电流产生有微弱电流产生联系电化学腐蚀比化学腐蚀普遍得多，腐蚀速率更快，危害也更严重（2）电化学腐蚀类型：析氢腐蚀与吸氧腐蚀(以钢铁的腐蚀为例)类型析氢腐蚀吸氧腐蚀条件水膜酸性较强(pH≤4.3)水膜酸性很弱或呈中性电极反应负极Fe－2e－===Fe2＋正极2H＋＋2e－===H2↑O2＋2H2O＋4e－===4OH－总反应式Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑2Fe＋O2＋2H2O===2Fe(OH)2联系吸氧腐蚀更普遍铁锈的形成：4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3，2Fe(OH)3===Fe2O3·xH2O(铁锈)＋(3－x)H2O。3.金属的防护（1）金属防护原理：金属防护就是防止金属的腐蚀，要解决的主要问题是使金属不被氧化，应从金属腐蚀的化学反应原理、腐蚀的类型等方面来确定金属防护的具体方法。（2）金属防护的方法①改变金属的内部组织结构：如把铬、镍等加入普通钢里制成不锈钢，就大大增强了钢铁对各种侵蚀的抵抗力。②在金属表面覆盖保护层：（ⅰ）喷涂油漆、矿物性油脂或覆盖搪瓷、塑料等；（ⅱ）电镀一层金属；（ⅲ）发蓝处理；（ⅳ）阳极氧化处理铝制品，形成钝化膜等。③电化学保护法（1）牺牲阳极法：原电池原理，外接活泼金属作eq\a\vs4\al(负)极(阳极)使被保护金属作eq\a\vs4\al(正)极(阴极)。形成原电池时，被保护的金属作正极，不发生化学反应受到保护；活泼金属作负极，发生化学反应受到腐蚀。负极要定期予以更换。（2）外加电流法：电解原理，被保护金属作eq\a\vs4\al(阴)极，用惰性电极作辅助eq\a\vs4\al(阳)极。通电后强制电子流向被保护的金属设备，使金属表面腐蚀电流降至零或接近零。从而使金属受到保护。方法牺牲阳极法外加电流法依据原电池原理电解池原理原理形成原电池时，被保护的金属作正极，不发生化学反应受到保护；活泼金属作负极，发生化学反应受到腐蚀。负极要定期予以更换将被保护的金属与另一附加电极作为电解池的两个电极，使被保护的金属作阴极，在外加直流电的作用下使阴极得到保护应用保护一些钢铁设备，如锅炉内壁、船体外壳等装上镁合金或锌块保护土壤、海水及水中的金属设备实例示意图

1．（2023·河北·统考高考真题）我国科学家发明了一种以和为电极材料的新型电池，其内部结构如下图所示，其中①区、②区、③区电解质溶液的酸碱性不同。放电时，电极材料转化为。下列说法错误的是A．充电时，b电极上发生还原反应B．充电时，外电源的正极连接b电极C．放电时，①区溶液中的向②区迁移D．放电时，a电极的电极反应式为2．（2023·福建·统考高考真题）一种可在较高温下安全快充的铝硫电池的工作原理如图，电解质为熔融氯铝酸盐(由和形成熔点为的共熔物)，其中氯铝酸根起到结合或释放的作用。电池总反应：。下列说法错误的是A．含个键B．中同时连接2个原子的原子有个C．充电时，再生单质至少转移电子D．放电时间越长，负极附近熔融盐中n值小的浓度越高3．（2023·重庆·统考高考真题）电化学合成是一种绿色高效的合成方法。如图是在酸性介质中电解合成半胱氨酸和烟酸的示意图。下列叙述错误的是A．电极a为阴极B．从电极b移向电极aC．电极b发生的反应为：

D．生成半胱氨酸的同时生成烟酸4．（2023·海南·统考高考真题）利用金属Al、海水及其中的溶解氧可组成电池，如图所示。下列说法正确的是A．b电极为电池正极B．电池工作时，海水中的向a电极移动C．电池工作时，紧邻a电极区域的海水呈强碱性D．每消耗1kgAl，电池最多向外提供37mol电子的电量5．（2023·广东·统考高考真题）用一种具有“卯榫”结构的双极膜组装电解池(下图)，可实现大电流催化电解溶液制氨。工作时，在双极膜界面处被催化解离成和，有利于电解反应顺利进行。下列说法不正确的是A．电解总反应：B．每生成，双极膜处有的解离C．电解过程中，阳极室中的物质的量不因反应而改变D．相比于平面结构双极膜，“卯榫”结构可提高氨生成速率6．（2023·广东·统考高考真题）利用活性石墨电极电解饱和食盐水，进行如图所示实验。闭合，一段时间后A．U型管两侧均有气泡冒出，分别是和 B．a处布条褪色，说明具有漂白性C．b处出现蓝色，说明还原性： D．断开，立刻闭合，电流表发生偏转7．（2023·北京·统考高考真题）回收利用工业废气中的和，实验原理示意图如下。下列说法不正确的是A．废气中排放到大气中会形成酸雨B．装置a中溶液显碱性的原因是的水解程度大于的电离程度C．装置a中溶液的作用是吸收废气中的和D．装置中的总反应为8．（2023·浙江·统考高考真题）氯碱工业能耗大，通过如图改进的设计可大幅度降低能耗，下列说法不正确的是A．电极A接电源正极，发生氧化反应B．电极B的电极反应式为：C．应选用阳离子交换膜，在右室获得浓度较高的溶液D．改进设计中通过提高电极B上反应物的氧化性来降低电解电压，减少能耗9．（2023·浙江·统考高考真题）下列说法正确的是A．图①装置可用于制取并收集氨气B．图②操作可排出盛有溶液滴定管尖嘴内的气泡C．图③操作俯视刻度线定容会导致所配溶液浓度偏大D．图④装置盐桥中阳离子向溶液中迁移10．（2023·湖南·统考高考真题）下列有关电极方程式或离子方程式错误的是A．碱性锌锰电池的正极反应：MnO2+H2O+e=MnO(OH)+OHB．铅酸蓄电池充电时的阳极反应：Pb2++2H2O2e=PbO2+4H+C．K3[Fe(CN)6]溶液滴入FeCl2溶液中：K++Fe2++[Fe(CN)6]3=KFe[Fe(CN)6]↓D．TiCl4加入水中：TiCl4+(x+2)H2O=TiO2·xH2O↓+4H++4Cl11．（2023·湖北·统考高考真题）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生成且KOH溶液的浓度不变，电解生成氢气的速率为。下列说法错误的是A．b电极反应式为B．离子交换膜为阴离子交换膜C．电解时海水中动能高的水分子可穿过PTFE膜D．海水为电解池补水的速率为12．（2023·辽宁·统考高考真题）某低成本储能电池原理如下图所示。下列说法正确的是A．放电时负极质量减小B．储能过程中电能转变为化学能C．放电时右侧通过质子交换膜移向左侧D．充电总反应：13．（2023·辽宁·统考高考真题）某无隔膜流动海水电解法制的装置如下图所示，其中高选择性催化剂可抑制产生。下列说法正确的是A．b端电势高于a端电势 B．理论上转移生成C．电解后海水下降 D．阳极发生：14．（2023·全国·统考高考真题）室温钠硫电池被认为是一种成本低、比能量高的能源存储系统。一种室温钠硫电池的结构如图所示。将钠箔置于聚苯并咪唑膜上作为一个电极，表面喷涂有硫黄粉末的炭化纤维素纸作为另一电极。工作时，在硫电极发生反应：S8+e→S，S+e→S，2Na++S+2(1)e→Na2Sx下列叙述错误的是A．充电时Na+从钠电极向硫电极迁移B．放电时外电路电子流动的方向是a→bC．放电时正极反应为：2Na++S8+2e→Na2SxD．炭化纤维素纸的作用是增强硫电极导电性能15．（2023·全国·统考高考真题）一种以和为电极、水溶液为电解质的电池，其示意图如下所示。放电时，可插入层间形成。下列说法错误的是A．放电时为正极B．放电时由负极向正极迁移C．充电总反应：D．充电阳极反应：16．（2023·全国·统考高考真题）用可再生能源电还原时，采用高浓度的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，装置如下图所示。下列说法正确的是

A．析氢反应发生在电极上B．从电极迁移到电极C．阴极发生的反应有：D．每转移电子，阳极生成气体(标准状况)1．（2024·江西·统考模拟预测）水系电池在碳循环方面具有广阔的应用前景。该电池的示意图如下，其中双极膜在工作时催化解离为和，并在直流电场的作用下分别向两极迁移。下列说法正确的是A．放电时，电极为负极，发生还原反应B．充电时，从电极通过双极膜到达催化电极发生反应C．放电时，催化电极上的反应为D．充电时，电极上的反应为2．（2024·广西·统考模拟预测）利用下图的电化学装置，可实现对的固定。下列说法错误的是A．向b电极移动B．a电极的电极反应式为C．电解过程中有生成D．b电极的Pt用Cu代替后总反应不变3．（2024·安徽·统考模拟预测）我国学者研制了一种锌基电极，与涂覆氢氧化镍的镍基电极组成可充电电池，其示意图如下。放电时，转化为。下列说法错误的是A．放电时，正极反应为：B．放电时，若外电路有电子转移，则有向正极迁移C．充电时，为外接电源负极D．充电时，阴极反应为：4．（2024·贵州·统考模拟预测）钠基海水电池是一种能量密度高、环境友好的储能电池(示意图如下)，电极材料为钠基材料和选择性催化材料(能抑制海水中的吸附和氧化)，固体电解质只允许透过。下列说法正确的是A．放电时，a电极发生还原反应B．放电时，电极的电势低于电极C．充电时，电极的电极反应式为：D．充电时，每转移电子，理论上有由电极迁移到电极5．（2024·河南·统考模拟预测）一种基于固体电解质的可充电熔融钠电池，具有安全、电流密度高、使用条件宽泛等优点，其工作示意图如下所示，已知电池放电时不断有生成。下列说法错误的是A．放电时电极为负极 B．固体电解质含钠离子C．充电时阳极反应式： D．转移时，区和区的质量差改变6．（2024·吉林·统考模拟预测）某生物质电池原理如下图所示，充、放电时分别得到高附加值的醇和羧酸。下列说法正确的是A．放电时，正极电极反应为：+H2O2e=+2H+B．放电时，转化为C．充电时，通过交换膜从左室向右室迁移D．充电时，阴极电极反应为：+2H2O+2e=+2OH7．（2024·吉林·统考模拟预测）如图，b为标准氢电极，可发生还原反应（）或氧化反应（），a、c分别为、电极。实验发现：1与2相连a电极质量减小，2与3相连c电极质量增大。下列说法正确的是A．1与2相连，盐桥1中阳离子向b电极移动B．2与3相连，电池反应为C．1与3相连，a电极减小的质量等于c电极增大的质量D．1与2、2与3相连，b电极均为流出极8．（2023·山东·山东省五莲县第一中学校联考模拟预测）一种原位电化学沉淀技术制备纳米碳酸钙的方法是：向Ca(OH)2过饱和溶液中通入CO2，实验室模拟该方法制备纳米碳酸钙的装置如图所示。下列说法错误的是A．电流方向为电极a→外电路→电极b→电解质溶液→电极aB．X、Y、Z对应的物质依次是块状大理石、H2、NaOHC．离子交换膜为阳离子交换膜D．理论上外电路每通过2mol电子，则内电路有1mol离子通过交换膜9．（2023·辽宁沈阳·校联考一模）环氧乙烷(，简称EO)是一种重要的工业原料和消毒剂。由乙烯经电解制备EO的原理示意图如下，下列说