2022届高考化学二轮教学案-命题区间七角度一　原电池、电解池的工作原理　电极反应式的书写

1．(2020·全国卷Ⅲ，12)一种高性能的碱性硼化钒(VB2)—空气电池如下图所示，其中在VB2电极发生反应：VB2＋16OH－－11e－=VOeq\o\al(3－,4)＋2B(OH)eq\o\al(－,4)＋4H2O该电池工作时，下列说法错误的是()A．负载通过0.04mol电子时，有0.224L(标准状况)O2参与反应B．正极区溶液的pH降低、负极区溶液的pH升高C．电池总反应为4VB2＋11O2＋20OH－＋6H2O=8B(OH)eq\o\al(－,4)＋4VOeq\o\al(3－,4)D．电流由复合碳电极经负载、VB2电极、KOH溶液回到复合碳电极答案B解析根据VB2电极发生的反应VB2＋16OH－－11e－=VOeq\o\al(3－,4)＋2B(OH)eq\o\al(－,4)＋4H2O，判断得出VB2电极为负极，复合碳电极为正极，电极反应式为O2＋4e－＋2H2O=4OH－，所以电池总反应为4VB2＋11O2＋20OH－＋6H2O=8B(OH)eq\o\al(－,4)＋4VOeq\o\al(3－,4)，C正确；负载通过0.04mol电子时，有0.01mol氧气参与反应，即标准状况下有0.224L氧气参与反应，A正确；负极区消耗OH－，溶液的pH降低，正极区生成OH－，溶液的pH升高，B错误。2．(2020·全国卷Ⅰ，12)科学家近年发明了一种新型Zn—CO2水介质电池。电池示意图如下，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()A．放电时，负极反应为Zn－2e－＋4OH－=Zn(OH)eq\o\al(2－,4)B．放电时，1molCO2转化为HCOOH，转移的电子数为2molC．充电时，电池总反应为2Zn(OH)eq\o\al(2－,4)=2Zn＋O2↑＋4OH－＋2H2OD．充电时，正极溶液中OH－浓度升高答案D解析由装置示意图可知，放电时负极反应为Zn－2e－＋4OH－=Zn(OH)eq\o\al(2－,4)，A项正确；放电时CO2转化为HCOOH，C元素化合价降低2，则1molCO2转化为HCOOH时，转移电子数为2mol，B项正确；由装置示意图可知充电时正极(阳极)产生O2，负极(阴极)产生Zn，C项正确；充电时正极(阳极)上发生反应2H2O－4e－=4H＋＋O2↑，OH－浓度降低，D项错误。3．(2020·江苏，11)将金属M连接在钢铁设施表面，可减缓水体中钢铁设施的腐蚀。在题图所示的情境中，下列有关说法正确的是()A．阴极的电极反应式为Fe－2e－=Fe2＋B．金属M的活动性比Fe的活动性弱C．钢铁设施表面因积累大量电子而被保护D．钢铁设施在河水中的腐蚀速率比在海水中的快答案C解析阴极得电子，A错误；金属M失电子，其活动性应比铁强，B错误；M失去的电子流入钢铁设施表面，钢铁设施不易失去电子而被保护，C正确；海水中所含电解质的浓度远大于河水中的，因此钢铁设施在海水中被腐蚀的速率快，D错误。4．(2020·全国卷Ⅱ，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＋注入到无色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＋xAg=AgxWO3答案C解析根据题给信息，通电时Ag＋注入无色WO3薄膜中，生成AgxWO3，可得Ag为阳极，失去电子发生氧化反应，Ag－e－=Ag＋，Ag＋通过固体电解质向变色层迁移，总反应为WO3＋xAg=AgxWO3，A、B、D正确；WO3得xe－生成WOeq\o\al(x－,3)，W元素的化合价降低，C错误。5．(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()A．KBr在上述电化学合成过程中只起电解质的作用B．阳极上的反应式为＋2H＋＋2e－→＋H2OC．制得2mol乙醛酸，理论上外电路中迁移了1mol电子D．双极膜中间层中的H＋在外电场作用下向铅电极方向迁移答案D解析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，生成的Br2为乙二醛制备乙醛酸的中间产物，故A错误；阳极上Br－失去电子生成Br2，Br2将乙二醛氧化为乙醛酸，故B错误；电解过程中阴、阳极均生成乙醛酸，1mol乙二酸生成1mol乙醛酸转移的电子为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制得2mol乙醛酸时，理论上外电路中迁移了2mol电子，故C错误；由上述分析可知，双极膜中间层的H＋在外电场作用下移向阴极，即H＋移向铅电极，故D正确。6．(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答案D解析根据题干信息分析可知，阳极区海水中的Cl－会优先失去电子生成Cl2，发生氧化反应，A正确；设置的装置为电解池原理，根据分析知，阳极区生成的Cl2与阴极区生成的OH－在管道中会发生反应生成NaCl、NaClO和H2O，其中NaClO具有强氧化性，可氧化灭杀附着的生物，B正确；因为H2是易燃性气体，所以阴极区生成的H2需及时通风稀释，安全地排入大气，以排除安全隐患，C正确；阴极的电极反应式为2H2O＋2e－=H2↑＋2OH－，会使海水中的Mg2＋沉淀积垢，所以阴极表面会形成Mg(OH)2等积垢，需要定期清理，D错误。7．[2021·河北，16(4)节选]我国科学家研究Li—CO2电池，取得了重大科研成果，回答下列问题：①Li—CO2电池中，Li为单质锂片，则该电池中的CO2在________(填“正”或“负”)极发生电化学反应。研究表明，该电池反应产物为碳酸锂和单质碳，且CO2电还原后与锂离子结合形成碳酸锂按以下4个步骤进行，写出步骤Ⅲ的离子方程式。Ⅰ.2CO2＋2e－=C2Oeq\o\al(2－,4) Ⅱ.C2Oeq\o\al(2－,4)=CO2＋COeq\o\al(2－,2)Ⅲ.__________________ Ⅳ.COeq\o\al(2－,3)＋2Li＋=Li2CO3②研究表明，电解质水溶液中，CO2气体可被电化学还原。CO2在碱性介质中电还原为正丙醇(CH3CH2CH2OH)的电极反应方程式为______________。答案①正2COeq\o\al(2－,2)＋CO2=2COeq\o\al(2－,3)＋C②12CO2＋18e－＋4H2O=CH3CH2CH2OH＋9COeq\o\al(2－,3)解析①由题意知，Li—CO2电池的总反应式为4Li＋3CO2=2Li2CO3＋C，CO2发生得电子的还原反应，则CO2作电池的正极；CO2还原后与Li＋结合成Li2CO3，按4个步骤进行，由步骤Ⅱ可知生成了COeq\o\al(2－,2)，而步骤Ⅳ需要COeq\o\al(2－,3)参加反应，所以步骤Ⅲ的离子方程式为2COeq\o\al(2－,2)＋CO2=2COeq\o\al(2－,3)＋C。②CO2在碱性条件下得电子生成CH3CH2CH2OH，根据电子守恒和电荷守恒写出电极反应式为12CO2＋18e－＋4H2O=CH3CH2CH2OH＋9COeq\o\al(2－,3)。8．[2021·湖南，16(4)(5)]氨电解法制氢气利用电解原理，将氨转化为高纯氢气，其装置如图所示。(4)电解过程中OH－的移动方向为____________(填“从左往右”或“从右往左”)。(5)阳极的电极反应式为_________________________________________________________。答案(4)从右往左(5)2NH3－6e－＋6OH－=N2＋6H2O解析(4)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。(5)阳极NH3失电子发生氧化反应生成N2，结合碱性条件，电极反应式为2NH3－6e－＋6OH－=N2＋6H2O。 原电池原理的应用及相关计算T1新型电源的充放电分析T2金属的腐蚀与防护T3电解原理及其在生产生活中的应用T4～T6电极反应式的书写T7、T8近几年全国高考化学试题中每年都会结合图形考查原电池或电解池原理及其在工业生产中的应用，并且试题的背景较为新颖，原电池和电解池原理及应用、电极材料及电极反应式的判断、溶液pH的变化和有关计算等是高考命题的热点，以选择题为主。填空题一般不单独命题，常在实验、化工流程、化学平衡等综合性大题中穿插考查电极反应式的书写等。角度一原电池、电解池的工作原理电极反应式的书写1．构建模型，类比分析原电池、电解池工作原理2．电极反应式的书写思路(1)列变价——写出电极上发生变价的主要反应物和主要产物。(2)标电子——由化合价写出得失电子数。(3)调电荷——由电荷守恒依据介质环境将反应式两边的电荷调平，酸性溶液用H＋，碱性溶液用OH－，若是熔融电解质，则依据具体题目信息，一般熔融氧化物用O2－，熔融碳酸盐用COeq\o\al(2－,3)。(4)后补水——由原子守恒配平电极反应，一般看氢原子，哪边少氢原子就在哪边以水的形式补上相应数目的氢原子。也被称为“氢不够，水来凑”。(5)检查氧——最后用“O”守恒检查是否正确。典例已知高铁电池的总反应为3Zn(OH)2＋4KOH＋2Fe(OH)3eq\o(,\s\up7(充电),\s\do5(放电))3Zn＋2K2FeO4＋8H2O，则充电时阳极反应为_________________________________________________________。[书写过程](1)先写出电极主要反应物和主要产物。Fe(OH)3→FeOeq\o\al(2－,4)(2)由化合价变化及变价原子数目综合判断得失电子数(Fe元素由＋3价变为＋6价，失去3e－)。Fe(OH)3－3e－→FeOeq\o\al(2－,4)(3)调平电荷，箭头左边有3个正电荷，右边有2个负电荷，根据信息推断此电池介质为碱性环境，由电荷守恒知应在左边补“5OH－”。Fe(OH)3－3e－＋5OH－→FeOeq\o\al(2－,4)(4)由原子守恒，右边还缺8个氢原子，故在右边补“4H2O”。Fe(OH)3－3e－＋5OH－=FeOeq\o\al(2－,4)＋4H2O(5)最后检查氧原子也守恒，说明电极反应式正确。3．金属的腐蚀与防护(1)判断金属腐蚀快慢的规律①对同一电解质溶液来说，腐蚀速率的快慢：电解原理引起的腐蚀＞原电池原理引起的腐蚀＞化学腐蚀＞有防腐措施的腐蚀。②对同一金属来说，在不同溶液中腐蚀速率的快慢：强电解质溶液中＞弱电解质溶液中＞非电解质溶液中。③活动性不同的两种金属，活动性差别越大，腐蚀速率越快。④对同一种电解质溶液来说，电解质浓度越大，金属腐蚀越快。(2)根据介质判断析氢腐蚀和吸氧腐蚀正确判断“介质”溶液的酸碱性是分析析氢腐蚀和吸氧腐蚀的关键。潮湿的空气、酸性很弱或中性溶液发生吸氧腐蚀；NH4Cl溶液、稀硫酸等酸性溶液发生析氢腐蚀。(3)金属的电化学保护题组一原电池工作原理1．下面是利用盐桥电池从某些含碘盐中提取碘的两个装置，下列说法正确的是()A．两个装置中石墨Ⅰ和石墨Ⅱ均作负极B．碘元素在装置①中被还原，在装置②中被氧化C．①中MnO2极的电极反应式为MnO2＋2H2O＋2e－=Mn2＋＋4OH－D．装置①②中生成等量的I2时，导线上通过的电子数之比为1∶5答案D解析装置①中碘离子失去电子，石墨Ⅰ作负极，装置②中碘酸钠得到电子，石墨Ⅱ作正极，A项错误；根据A项分析可知，碘元素在装置①中被氧化，在装置②中被还原，B项错误；①中MnO2得到电子，溶液呈酸性，则电极反应式为MnO2＋4H＋＋2e－=Mn2＋＋2H2O，C项错误；①中1mol碘化钠失去1mol电子，②中1mol碘酸钠得到5mol电子，则装置①②中生成等量的I2时，导线上通过的电子数之比为1∶5，D项正确。2．(2020·湖北省名师联盟高三4月模拟)“太阳水”电池装置如图所示，该电池由三个电极组成，其中a为TiO2电极，b为Pt电极，c为WO3电极，电解质溶液为pH＝3的Li2SO4—H2SO4溶液。锂离子交换膜将电池分为A、B两个区，A区与大气相通，B区为封闭体系并有N2保护。下列关于该电池的说法错误的是()A．若用导线连接a、c，则a为负极，该电极附近pH减小B．若用导线连接a、c，则c电极的电极反应式为HxWO3－xe－=WO3＋xH＋C．若用导线先连接a、c，再连接b、c，可实现太阳能向电能的转化D．若用导线连接b、c，b电极的电极反应式为O2＋4H＋＋4e－=2H2O答案B解析用导线连接a、c，a极发生氧化反应，为负极，电极反应为2H2O－4e－=4H＋＋O2↑，a电极周围H＋浓度增大，溶液pH减小，故A正确；用导线连接a、c，c极为正极，发生还原反应，电极反应为WO3＋xH＋＋xe－=HxWO3，故B错误；用导线先连接a、c，再连接b、c，由光电池转化为原电池，实现太阳能向电能的转化，故C正确；用导线连接b、c，b电极为正极，电极表面氧气得电子，发生还原反应，电极反应式为O2＋4H＋＋4e－=2H2O，故D正确。题组二电解池原理3．(2020·苏锡常镇模拟)如图所示的电解装置可实现低电位下高效催化还原CO2。下列说法不正确的是()A．a极连接外接电源的负极B．电解过程中Na＋从右池移向左池C．b极的电极反应式：Cl－－2e－＋H2O=ClO－＋2H＋D．外电路上每转移1mol电子，理论可催化还原标准状况下CO2气体11.2L答案C解析A项，如图所示，左侧通入CO2逸出CO，C元素化合价降低，发生还原反应，是阴极，故a极连接电源负极，正确；B项，电解池中阳离子向阴极移动，电解过程中Na＋从右池移向左池，正确；C项，右侧Cl－变为ClO－，Cl元素化合价升高，发生氧化反应，故为阳极，故b极连接电源正极，电解质溶液呈碱性，故电极反应式为Cl－－2e－＋2OH－=ClO－＋H2O，错误；D项，依据阴极电极反应CO2＋2e－＋2H＋=CO＋H2O，每转移1mol电子，被还原的CO2为0.5mol，在标况下的体积为0.5mol×22.4L·mol－1＝11.2L，正确。4．将NO2、O2和熔融KNO3制成燃料电池，电解处理含Cr2Oeq\o\al(2－,7)的废水，工作原理如图所示。电解过程中发生反应：Cr2Oeq\o\al(2－,7)＋6Fe2＋＋14H＋=2Cr3＋＋6Fe3＋＋7H2O。下列说法正确的是()A．石墨Ⅱ是电池的负极B．若溶液中减少了0.01molCr2Oeq\o\al(2－,7)，则电路中至少通过了0.12mol电子C．Fe(a)棒上发生的电极反应为Fe－3e－=Fe3＋D．在相同条件下，消耗的O2和NO2的体积比为4∶1答案B解析左侧为原电池，通入氧气的电极为正极，通入二氧化氮的电极为负极，则a为阳极，b为阴极。A项，石墨Ⅱ电极上O2得电子发生还原反应，所以石墨Ⅱ为电池的正极，错误；B项，根据题给方程式Cr2Oeq\o\al(2－,7)＋6Fe2＋＋14H＋=2Cr3＋＋6Fe3＋＋7H2O，溶液中减少了0.01molCr2Oeq\o\al(2－,7)，则消耗0.06molFe2＋，阳极需要生成0.06molFe2＋，则电路中至少转移的电子的物质的量为0.06mol×2＝0.12mol，正确；C项，a电极上Fe失电子生成亚铁离子