2025版高考化学二轮复习课件 选择题突破9 化学反应与电能

选择题突破九化学反应与电能突破点1原电池新型化学电源突破点2电解原理及金属的防护目录索引

突破点1原电池新型化学电源聚焦核心要点1.原电池工作原理及应用[1](1)原电池工作原理示意图(2)原电池电极反应式的书写

(3)设计制作原电池的方法

【应用示例1】硫化氢(H2S)是一种神经毒素,对黏膜有强烈的刺激作用。科研人员设计了如图装置,借助太阳能,将H2S再利用,变废为宝。(1)b电极发生

反应。

(2)a电极区

(填“能”或“不能”)用NaOH溶液作电解质溶液。

(3)H+的迁移方向为

电极→

电极。

(4)每生成2gH2,负极区需消耗

LH2S(标准状况)。

还原

不能

ab22.4解析:根据工作原理图分析可知,b电极上H+获得电子生成氢气,则b作正极,电极反应式为2H++2e-═H2↑,因此a作负极,Fe2+失去电子,电极反应式为Fe2+-e-═Fe3+。(1)由分析可知,b作正极,电极反应式为2H++2e-═H2↑,则b电极发生还原反应;(2)由分析可知,a电极区反应为Fe2+-e-═Fe3+,若用NaOH溶液作电解质溶液则生成Fe(OH)2、Fe(OH)3覆盖在电极a上,阻止反应继续进行;(3)由分析可知,a电极为负极,b电极为正极,故H+的迁移方向为负极a电极→正极b电极;(4)由电极反应式为2H++2e-═H2↑可知,每生成2

g

H2(1

mol),电路中转移2

mol电子,负极区生成2

mol

Fe3+,由离子方程式2Fe3++H2S═2Fe2++S+2H+可知,标准状况下需消耗22.4

L

H2S。2.新型化学电源[2](1)单液电池(2)双液电池

(3)间接电池媒质也称为“电对”或“介对”,其首先在电极表面失去(或得到)电子,形成氧化态(或还原态)在电解质溶液中进一步氧化(或还原)反应基质,最终生成目的产物。其原理如下图所示:(4)二次电池

(5)解答燃料电池题目的几个关键点①注意介质成分,是电解质溶液还是熔融盐、氧化物或是有机溶剂。②通入负极的物质为燃料,通入正极的物质为氧气(或其他氧化剂)。③通过介质中离子的移动方向,可判断电池的正负极,同时考虑该离子是否参与靠近一极的电极反应。【应用示例2】直接H2O2-H2O2燃料电池是一种新型化学电源,其工作原理如图所示。(1)电池工作时,电极

电势低;

(2)电池放电时,电极Ⅰ的反应式为

,电极Ⅱ的反应式为

;

(3)电池放电时,电池总反应为

;

(4)电池放电时,当电路中转移0.1mol电子时,通过阳离子交换膜的K+为

g。

Ⅰ

H2O2-2e-+2OH-═O2↑+2H2OH2O2+2e-+2H+═2H2O2H2O2+2KOH+H2SO4═O2↑+K2SO4+4H2O3.9解析:(1)电池工作时,电势低的是负极,电子从负极流向正极,故电极Ⅰ电势低;(2)电池工作时,电势低的是负极,电子从负极流向正极,故电极Ⅰ为负极,电极Ⅱ为正极,负极:H2O2-2e-+2OH-═O2↑+2H2O,正极:H2O2+2e-+2H+═2H2O;(3)该电池放电过程中,负极区的OH-来自KOH,正极区的H+来自H2SO4,K+通过阳离子交换膜进入正极区与硫酸根结合生成K2SO4,因此电池总反应为2H2O2+2KOH+H2SO4═O2↑+K2SO4+4H2O;(4)当电路中转移0.1

mol电子时,通过阳离子交换膜的K+为0.1

mol,即3.9

g。

D2.(2021·广东卷)火星大气中含有大量CO2,一种有CO2参加反应的新型全固态电池有望为火星探测器供电。该电池以金属钠为负极,碳纳米管为正极,下列有关放电时的说法正确的是(

)A.负极上发生还原反应

B.CO2在正极上得电子C.阳离子由正极移向负极

D.将电能转化为化学能B解析:根据题干信息可知,放电时总反应为4Na+3CO2═2Na2CO3+C。放电时负极上Na发生氧化反应失去电子生成Na+,故A错误;放电时正极为CO2得到电子生成C,故B正确;放电时阳离子移向还原电极,即阳离子由负极移向正极,故C错误;放电时装置为原电池,能量转化关系为化学能转化为电能等,故D错误。链接高考[2]1.(2023·全国乙卷)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:下列说法错误的是(

)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→bD.炭化纤维素纸的作用是增强硫电极导电性能

A解析:由题意可知放电时硫电极得电子,硫电极为原电池正极,钠电极为原电池负极。充电时为电解池装置,阳离子移向阴极,即钠电极,故充电时,Na+由硫电极迁移至钠电极,A错误;放电时Na在a电极失去电子,失去的电子经外电路流向b电极,硫黄粉在b电极上得电子与a电极释放出的Na+结合得到Na2Sx,电子在外电路的流向为a→b,B正确;由题给的一系列方程式相加可以得到放电时正极的反应式为

,C正确;炭化纤维素纸中含有大量的炭,炭具有良好的导电性,可以增强硫电极的导电性能,D正确。2.(2023·辽宁卷)某低成本储能电池原理如图所示。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H+通过质子交换膜移向左侧D.充电总反应:B解析:该储能电池放电时,Pb为负极,失电子结合硫酸根离子生成PbSO4,则多孔碳电极为正极,正极上Fe3+得电子转化为Fe2+,充电时,多孔碳电极为阳极,Fe2+失电子生成Fe3+,PbSO4电极为阴极,PbSO4得电子生成Pb和硫酸。放电时负极上Pb失电子结合硫酸根离子生成PbSO4附着在负极上,负极质量增大,A错误;储能过程中,该装置为电解池,将电能转化为化学能,B正确;放电时,右侧为正极,电解质溶液中的阳离子向正极移动,左侧的H+通过质子交换膜移向右侧,C错误;充电时,总反应为PbSO4+2Fe2+═Pb+

+2Fe3+,D错误。精研核心命题命题角度1二次电池及其分析例1(2024·全国甲卷)科学家使用δ-MnO2研制了一种MnO2-Zn可充电电池(如图所示)。电池工作一段时间后,MnO2电极上检测到MnOOH和少量ZnMn2O4。下列叙述正确的是(

)

A.充电时,Zn2+向阳极方向迁移B.充电时,会发生反应Zn+2MnO2═ZnMn2O4C.放电时,正极反应有MnO2+H2O+e-═MnOOH+OH-D.放电时,Zn电极质量减少0.65g,MnO2电极生成了0.020molMnOOHC解析:根据化合价代数和为0,MnOOH和ZnMn2O4中Mn的化合价为+3价,则MnO2发生了还原反应,该电极为正极,Zn电极为负极。充电时,阳离子Zn2+应移向阴极(Zn),A项错误;根据价态变化,Zn+2MnO2═ZnMn2O4为放电时的反应,B项错误;MnOOH为正极放电产物,根据电子守恒和电荷守恒配平方程式:MnO2+H2O+e-═MnOOH+OH-,C项正确;放电时,Zn电极质量减少0.65

g,转移电子0.02

mol,MnO2得电子转化的产物有MnOOH和ZnMn2O4两种形式,D项错误。[变式演练1](2024·山东德州一模)水系锌锰二次电池放电时存在电极MnO2剥落现象,造成电池容量衰减。研究发现,加入少量KI固体能很大程度恢复“损失”的容量,原理如图。已知PBS膜只允许Zn2+通过。下列说法错误的是(

)

A.放电时,0.6molI-参加反应,理论上负极减少13gB.充电时,电路中每通过2mole-,阳极区溶液减少87gC.放电时的总反应:Zn+MnO2+4H+═Zn2++Mn2++2H2OD.PBS膜的优点是能有效抑制电池的自放电B

命题角度2新型化学电源及分析例2(2024·全国新课标卷)一种可植入体内的微型电池工作原理如图所示,通过CuO催化消耗血糖发电,从而控制血糖浓度。当传感器检测到血糖浓度高于标准,电池启动。血糖浓度下降至标准,电池停止工作。(血糖浓度以葡萄糖浓度计)电池工作时,下列叙述错误的是(

)A.电池总反应为2C6H12O6+O2═2C6H12O7B.b电极上CuO通过Cu(Ⅱ)和Cu(Ⅰ)相互转变起催化作用C.消耗18mg葡萄糖,理论上a电极有0.4mmol电子流入D.两电极间血液中的Na+在电场驱动下的迁移方向为b→aC解析:由题中信息可知,当电池开始工作时,a电极为电池正极,血液中的O2在a电极上得电子生成OH-,电极反应式为O2+4e-+2H2O═4OH-;b电极为电池负极,Cu2O在b电极上失电子转化成CuO,电极反应式为Cu2O-2e-+2OH-═2CuO+H2O,然后葡萄糖被CuO氧化为葡萄糖酸,CuO被还原为Cu2O,则电池总反应为2C6H12O6+O2═2C6H12O7,A正确;b电极上CuO将葡萄糖氧化为葡萄糖酸后被还原为Cu2O,Cu2O在b电极上失电子转化成CuO,在这个过程中CuO的质量和化学性质保持不变,因此,CuO通过Cu(Ⅱ)和Cu(Ⅰ)相互转变起催化作用,B正确;根据反应2C6H12O6+O2═2C6H12O7可知,1

mol

C6H12O6参加反应时转移2

mol电子,18

mg

C6H12O6的物质的量为0.1

mmol,则消耗18

mg葡萄糖时,理论上a电极有0.2

mmol电子流入,C错误;原电池中阳离子从负极移向正极,故Na+迁移方向为b→a,D正确。[变式演练2](2024·山东德州二模)我国科研团队提出一种新型阴离子电极材料——Cu3(PO4)2的水系双离子电池,该电池以Na0.44MnO2和Cu3(PO4)2为电极,其工作原理如图所示。下列有关叙述错误的是(

)CA.放电时,电流从Na0.44MnO2电极经电解质溶液流向Cu3(PO4)2电极B.放电时,若电极a得到6.4gCu和1.44gCu2O,则电路中转移0.22mole-C.充电时,电极b的电极反应式为Na0.44-xMnO2+xNa++xe-═Na0.44MnO2D.为消除第一次放电的不可逆,可将Cu3(PO4)2彻底放电转化为Cu2O后再充电解析:由图可知,放电时为原电池,a极上Cu3(PO4)2→Cu2O→Cu,发生得电子的还原反应,b极上Na0.44MnO2→Na0.44-xMnO2,发生失电子的氧化反应,则a极为正极,b极为负极,负极反应式为Na0.44MnO2-xe-═Na0.44-xMnO2+xNa+,充电时为电解池,原电池的正、负极分别与电源的正、负极相接,即a极为阳极,b极为阴极,阴、阳极反应与负、正极反应相反。放电时,电流从正极沿导线流向负极,再经电解质溶液到正极,A正确;放电时,电子转移情况为:Cu~2e-、Cu2O~2e-,若电极a得到6.4

g

Cu(为0.1

mol)和1.44

g

Cu2O(为0.01

mol),则电路中转移0.1

mol×2+0.01

mol×2=0.22

mol电子,观察原电池的a极,发现a极还发生反应2H2O+2e-═H2↑+2OH-,因此无法判断转移多少电子,B错误;根据分析知,充电时,电极b的电极反应式为Na0.44-xMnO2+xNa++xe-═Na0.44MnO2,C正确;若将Cu3(PO4)2彻底放电转化为Cu2O,再充电时Cu2O可单向转化生成Cu3(PO4)2,D正确。命题角度3燃料电池及其分析例3(2024·广东湛江一模)如图是一种酸性燃料电池酒精检测仪,具有自动吹起、流量侦测与控制的功能,非常适合进行现场酒精检测。下列说法正确的是(

)BA.电子由氧气通入的Pt电极流出B.质子(H+)通过质子交换膜从负极流向正极C.每消耗22.4LO2,会产生1mol醋酸D.左侧Pt电极表面发生的反应:CH3CH2OH+2e-═CH3COOH+2H+解析:乙醇酸性燃料电池中,乙醇发生失电子的氧化反应生成醋酸,则乙醇所在铂电极为负极,负极反应式为CH3CH2OH-4e-+H2O═4H++CH3COOH,O2所在的铂电极为正极、发生得电子的还原反应,电极正极反应式为O2+4e-+4H+═2H2O,放电时,电子由负极经过导线流向正极。由图可知,氧气通入的Pt电极为电池正极,电子流入正极,A项错误;电池工作时,质子(H+)通过质子交换膜从负极流向正极,B项正确;未指明标准状况,O2的物质的量无法判断,C项错误;左侧Pt电极表面发生的反应为CH3CH2OH-4e-+H2O═

4H++CH3COOH,D项错误。[变式演练3](双选)微生物燃料电池是一种利用微生物将有机物中的化学能直接转化成电能的装置。某微生物燃料电池工作原理如图1,浓度与Cr元素去除率(%)的关系如图2,下列说法错误的是(

)DA.N为正极,

被氧化B.M极的电极反应式:CH3COO--8e-+2H2O═2CO2↑+7H+C.浓度较大时,可能会造成铬还原菌失去活性D.装置中有6mole-发生转移时,有1mol

被消耗图1图2分层训练层级1练真题·明考向1.(2024·湖南卷)在KOH水溶液中,电化学方法合成高能物质K4C6N16时,伴随少量O2生成,电解原理如图所示,下列说法正确的是(

)

B

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

)A.放电时V2O5为正极B.放电时Zn2+由负极向正极迁移C.充电总反应:xZn+V2O5+nH2O═ZnxV2O5·nH2OD.充电阳极反应:ZnxV2O5·nH2O-2xe-═xZn2++V2O5+nH2OCC解析:由题中信息可知,该电池中Zn为负极、V2O5为正极,电池的总反应为xZn+V2O5+nH2O═ZnxV2O5·nH2O。由题给信息可知,放电时,Zn2+可插入V2O5层间形成ZnxV2O5·nH2O,V2O5发生了还原反应,则放电时V2O5为正极,A正确;Zn为负极,放电时Zn失去电子变为Zn2+,阳离子向正极迁移,则放电时Zn2+由负极向正极迁移,B正确;电池在放电时的总反应为xZn+V2O5+nH2O═ZnxV2O5·nH2O,则其在充电时的总反应为ZnxV2O5·nH2O═xZn+V2O5+nH2O,C不正确;充电阳极上ZnxV2O5·nH2O被氧化为V2O5,则阳极的电极反应为ZnxV2O5·nH2O-2xe-═xZn2++V2O5+nH2O,D正确。层级2练易错·避陷阱3.(2024·福建南平一模)锌-空气二次电池具有性能高、寿命长、可充电等优点,其工作原理如图所示。下列说法错误的是(

)A.充电时a极与直流电源的负极相连B.放电过程中22.4LO2(标准状况)参与反应时,有4molOH-由b极区向a极区迁移C.充电过程中a极的电极反应为[Zn(OH)4]2-+2e-═Zn+4OH-D.放电一段时间后,a极区c(KOH)大于b极区c(KOH)D解析:根据反应的自发性,活泼金属电池中金属往往作负极,故锌在负极放电,电极反应式为Zn+4OH--2e-═[Zn(OH)4]2-,氧气在正极放电,电极反应式为O2+4e-+2H2O═4OH-。放电时a极为负极,则充电时a极为阴极,阴极与直流电源的负极相连,A正确;放电时b极为正极,正极的电极反应为O2+4e-+2H2O═4OH-,22.4

L

O2(标准状况)参与反应时,外电路中有4

mol电子通过,内电路中有4

mol

OH-由b极区向a极区迁移,B正确;放电过程中a极的电极反应为Zn-2e-+4OH-═[Zn(OH)4]2-,则充电过程中a极的电极反应为[Zn(OH)4]2-+2e-═Zn+4OH-,C正确;放电过程中,外电路中有4

mol电子通过时,a极区消耗8

mol

OH-,同时有4

mol

OH-由b极区向a极区迁移,a极区c(KOH)减小,b极区n(KOH)保持不变,但溶剂的量减小,即溶液的体积减小,b极区c(KOH)增大,故放电一段时间后,a极区c(KOH)小于b极区c(KOH),D错误。4.(双选)(2024·山东泰安二模)我国科学家发现,利用如下装置可以将邻苯二醌类物质转化为邻苯二酚类物质,已知双极膜(膜a、膜b)中间层中的H2O可解离为H+和OH-。下列说法错误的是(

)AC

层级3练预测·押考向5.钠离子电池因原料和性能的优势而逐渐取代锂离子电池,电池结构如图所示。该电池的负极材料为NaxCy(嵌钠硬碳),正极材料为Na2Mn[Fe(CN)6](普鲁士白)。在充、放电过程中,Na+在两个电极之间往返嵌入和脱嵌。下列说法不正确的是(

)A.由于未使用稀缺的锂元素,量产后的钠离子电池的生产成本比锂离子电池的低B.放电时,负极电极反应式为NaxCy-xe-═Cy+xNa+C.放电时,Na+移向电势较高的电极后得到电子发生还原反应D.充电时,每转移1mol电子,阳极的质量减少23gC解析:由题意知此电池为二次电池,嵌钠硬碳在放电时作负极,充电时作阴极。锂比钠稀缺,钠离子电池生产成本低,A正确;负极材料为嵌钠硬碳,相当于Na原子嵌在碳中,则NaxCy中的Na为0价,放电时为负极,Na失去电子,电极反应式为NaxCy-xe-═Cy+xNa+,B正确;正极电势比负极高,Na+移向正极但不是Na+得电子,C错误;充电时阳极失去电子释放出Na+,每转移1

mol电子,释放1

mol

Na+,Na+在阴极得电子变成NaxCy,所以阳极减少的质量就是1

mol

Na+的质量即23

g,D正确。6.(双选)一种新型锌-乙炔电池的结构如图所示,工作时,该电池左右室中KOH的质量均保持不变。下列有关说法错误的是(

)A.M极的电势比N极的低B.左室溶液pH增大,右室溶液pH减小C.N极的电极反应式为Zn-2e-+2OH-═ZnO+H2OD.每转移4mole-,左室中溶液质量减少68gAD解析:M极乙炔加氢还原为乙烯,为正极,N极为负极,正极的电势高于负极,A错误;左室发生反应C2H2+2e-+2H2O═C2H4+2OH-,溶液pH增大,右室发生反应:Zn-2e-+2OH-═ZnO+H2O,溶液pH减小,B正确;N极为负极,发生的电极反应式为Zn-2e-+2OH-═ZnO+H2O,C正确;根据左室反应C2H2+2e-+2H2O═

C2H4+2OH-,每转移4

mol

e-,消耗4

mol水,产生4

mol

OH-转移至右室中,产生2

mol乙烯气体,左室中的溶液质量减少72

g,D错误。突破点2电解原理及金属的防护聚焦核心要点1.电解原理及应用[1](1)电解过程的三个流向①电子流向:电源负极→电解池阴极;电解池阳极→电源正极;②离子流向:阳离子→电解池的阴极,阴离子→电解池的阳极。③电流方向:电源正极→电解池阳极→电解质溶液→电解池阴极→电源负极。(2)判断电极产物及电极反应式的方法

【应用示例1】一种氯离子介导的电化学合成方法,能将乙烯高效清洁、选择性地转化为环氧乙烷,电化学反应的具体过程如图所示。在电解结束后,将阴、阳极电解液输出混合,便可反应生成环氧乙烷。(1)Ni电极与电源

极相连,电极反应式为

。

(2)阴极生成标准状况下22.4L气体,最终可制得

(填“>”“<”或“=”)1mol

。

(3)工作过程中阴极附近pH

。

(4)在电解液混合过程中会发生反应

。

负

2H2O+2e-═H2↑+2OH-<增大

HCl+KOH═KCl+H2O解析:根据题给信息得乙烯在左室与HClO发生氧化还原反应,HClO由Cl2与H2O反应生成,而Cl-转化生成Cl2应发生在Pt电极上,即Pt电极为阳极,连接电源正极,Ni为阴极,连接电源负极。(1)根据分析知,Ni为阴极,与电源负极相连,阴极发生还原反应,电极反应式为2H2O+2e-═H2↑+2OH-。(2)阴极生成标准状况下22.4

L氢气时,电路上转移的电子为2

mol;阳极对应生成1

mol

Cl2,Cl2与水反应为可逆反应,生成的HClO小于1

mol,被氧化的CH2=CH2小于1

mol,因此可制得的环氧乙烷小于1

mol。(3)工作过程中,阴极上水被电解生成氢气和氢氧根离子,因此阴极附近pH增大。(4)电解过程中,阳极生成的Cl2与水反应时生成HCl,阴极反应生成KOH,电解液混合时会发生以下反应:HCl+KOH═KCl+H2O。2.金属的腐蚀与防护[2](1)电化学腐蚀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(2)金属的防护①电化学防护。方法原理正负极牺牲阳极保护法原电池原理负极:比被保护金属活泼的金属正极:被保护的金属设备外加电流的阴极保护法电解原理阴极:被保护的金属设备阳极:惰性金属或石墨②改变金属的内部结构,如制成合金、不锈钢等。③加防护层,如在金属表面喷油漆、涂油脂、电镀、喷镀或表面钝化等方法。【应用示例2】利用原电池原理可以避免金属腐蚀,某小组同学设计了如图所示的实验方案来探究铁片的腐蚀情况。(1)

(填“甲”或“乙”)中的铁片附近会出现蓝色。

(2)甲中形成了

装置,锌片作

极。

(3)乙中

片附近会出现红色。

(4)上述装置可用于铁的保护的是培养皿

,属于

法。乙

原电池

负铜甲牺牲阳极保护

解析:甲中构成原电池装置,锌为负极,其失去电子变为锌离子,而铁片是正极,其被保护而不会被腐蚀,没有亚铁离子生成,因此铁片附近不会出现蓝色;乙中铁作负极,失去电子变为亚铁离子,铁氰化钾与亚铁离子反应会生成蓝色物质,铜作正极,铜附近氧气得到电子变为氢氧根而使溶液呈碱性,酚酞变为红色,故铜片附近出现红色。链接高考[1]1.判断正误:对的打“√”,错的打“×”。(2023·广东卷,13)利用活性石墨电极电解饱和食盐水,U形管两侧均有气泡冒出,分别是Cl2和O2。(

)×解析:利用活性石墨电极电解饱和食盐水,阳极氯离子失去电子生成氯气,电极反应为2Cl--2e-═Cl2↑,阴极电极反应为2H++2e-═H2↑。2.(2023·湖北卷)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(

)A.b电极反应式为2H2O+2e-═H2↑+2OH-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2xmol·h-1D解析:由图可知,该装置为电解水制取氢气的装置,a电极与电源正极相连,为电解池的阳极,b电极与电源负极相连,为电解池的阴极,阴极反应为2H2O+2e-═H2↑+2OH-,阳极反应为4OH--4e-═O2↑+2H2O,电池总反应为2H2O

2H2↑+O2↑。b电极为阴极,发生还原反应,电极反应为2H2O+2e-═H2↑+2OH-,A正确;该装置工作时阳极无Cl2生成且KOH浓度不变,阳极发生的电极反应为4OH--4e-═O2↑+2H2O,为保持OH-浓度不变,则阴极产生的OH-要通过离子交换膜进入阳极室,即离子交换膜应为阴离子交换膜,B正确;电解时电解槽中不断有水被消耗,海水中的动能高的水可穿过PTFE膜,为电解池补水,C正确;由电解总反应可知,每生成1

mol

H2要消耗1

mol

H2O,生成H2的速率为x

mol·h-1,则补水的速率也应是x

mol·h-1,D错误。3.(2023·浙江1月卷)在熔融盐体系中,通过电解TiO2和SiO2获得电池材料(TiSi),电解装置如图。下列说法正确的是(

)A.石墨电极为阴极,发生氧化反应B.电极A的电极反应:8H++TiO2+SiO2+8e-═TiSi+4H2OC.该体系中,石墨优先于Cl-参与反应D.电解时,阳离子向石墨电极移动C解析:由图可知,在外加电源下石墨电极上C转化为CO,失电子发生氧化反应,为阳极,与电源正极相连,则电极A作阴极,TiO2和SiO2获得电子产生电池材料(TiSi),电极反应为TiO2+SiO2+8e-═TiSi+4O2-。在外加电源下石墨电极上C转化为CO,失电子发生氧化反应,为阳极,A错误;电极A的电极反应为TiO2+SiO2+8e-═TiSi+4O2-,B错误;根据图中信息可知,该体系中,石墨优先于Cl-参与反应,C正确;电解池中石墨电极为阳极,阳离子向阴极电极A移动,D错误。链接高考[2]1.2024年5月8日,我国第三艘航空母舰福建舰顺利完成首次海试。舰体表面需要采取有效的防锈措施,下列防锈措施中不形成表面钝化膜的是(

)A.发蓝处理 B.阳极氧化C.表面渗镀

D.喷涂油漆D2.(2020·江苏卷)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。

下列说法正确的是(

)A.金属M的活动性比Fe的活动性弱B.钢铁设施表面因积累大量电子而被保护C.钢铁设施在河水中的腐蚀速率比在海水中的快D.阴极的电极反应式为Fe-2e-═Fe2+B解析:阳极金属M实际为原电池装置的负极,电子流出,原电池中负极金属比正极活泼,因此M活动性比Fe的活动性强,A错误;金属M失电子,电子经导线流入钢铁设备,从而使钢铁设施表面积累大量电子,自身金属不再失电子从而被保护,B正确;海水中的离子浓度大于河水中的离子浓度,离子浓度越大,溶液的导电性越强,因此钢铁设施在海水中的腐蚀速率比在河水中快,C错误;阴极的钢铁设施实际作原电池的正极,正极金属被保护不失电子,D错误。3.(2019·江苏卷)将铁粉和活性炭的混合物用NaCl溶液润湿后,置于如图所示装置中,进行铁的电化学腐蚀实验。下列说法正确的是(

)A.铁被氧化的电极反应式为Fe-3e-═Fe3+B.铁腐蚀过程中化学能全部转化为电能C.活性炭的存在会加速铁的腐蚀D.以水代替NaCl溶液,铁不能发生吸氧腐蚀C解析:该装置中发生吸氧腐蚀,Fe作负极,Fe失电子生成亚铁离子,电极反应式为Fe-2e-═Fe2+,A错误;铁腐蚀过程发生电化学反应,部分化学能转化为电能,放热,所以还存在化学能转化为热能的变化,B错误;Fe、C和电解质溶液构成原电池,Fe易失电子被腐蚀,加速Fe的腐蚀,C正确;弱酸性或中性条件下铁发生吸氧腐蚀,水代替NaCl溶液,溶液仍然呈中性,Fe发生吸氧腐蚀,D错误。精研核心命题命题角度1V电解原理及应用例1(2023·辽宁卷)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(

)A.b端电势高于a端电势B.理论上转移2mole-生成4gH2C.电解后海水pH下降D.阳极发生:Cl-+H2O-2e-═HClO+H+D解析:由图可知,左侧电极产生氧气,则左侧电极为阳极,电极a为正极,右侧电极为阴极,b电极为负极,该装置的总反应产生氧气和氢气,相当于电解水。由分析可知,a为正极,b电极为负极,则a端电势高于b端电势,A错误;右侧电极上产生氢气的电极反应式为2H++2e-═H2↑,则理论上转移2

mol

e-生成2

g

H2,B错误;由图可知,该装置的总反应为电解海水的装置,随着电解的进行,海水的浓度增大,但是其pH基本不变,C错误;由图可知,阳极上的电极反应为Cl-+H2O-2e-═HClO+H+,D正确。[变式演练1](2024·山东卷)以不同材料修饰的Pt为电极,一定浓度的NaBr溶液为电解液,采用电解和催化相结合的循环方式,可实现高效制H2和O2,装置如图所示。下列说法错误的是(

)

B命题角度2原电池、电解池的综合装置例2(2024·山东菏泽一模)以浓差电池(电解质溶液浓度不同造成电势差)为电源,用石墨作电极将NH3转化为高纯H2的装置如图。下列说法错误的是(

)A.Cu(1)的电极反应式为Cu-2e-═Cu2+B.离子交换膜Ⅱ可以为阴离子交换膜C.工作时,M电极附近溶液的pH降低D.电解停止时,理论上Cu(1)和Cu(2)电极的质量差为256gA解析:以浓差电池为电源,以石墨为电极将NH3转化为高纯H2,M电极上,NH3转化为N2,N元素化合价升高,发生氧化反应,M电极为阳极,则N电极为阴极,Cu(1)为正极,Cu(2)为负极。Cu(1)为正极,正极发生反应:Cu2++2e-═Cu,故A错误;M电极为阳极,发生电极反应:2NH3-6e-+6OH-═N2+6H2O,消耗了OH-,则丙室内阴离子浓度降低,N电极为阴极,发生电极反应:2H2O+2e-═H2↑+2OH-,丁室内阴离子浓度增大,为保持两侧电荷守恒,可以是丙室中钾离子进入丁室,则离子交换膜为阳离子交换膜,也可以是丁中氢氧根离子进入丙室,则离子交换膜可以为阴离子交换膜,故B正确;电极M为阳极,发生电极反应:2NH3-6e-+6OH-═N2+6H2O,消耗了OH-,碱性减弱,pH减小,故C正确;电池从开始工作到停止放电,正极区硫酸铜溶液的浓度由2.5

mol·L-1降低到1.5

mol·L-1,负极区硫酸铜溶液的浓度由0.5

mol·L-1升到1.5

mol·L-1,正极反应可还原Cu2+的物质的量为2

L×(2.5-1.5)

mol·L-1=2

mol,正极质量增加128

g,电路中转移4

mol电子,负极反应:Cu-2e-═Cu2+,转移4

mol电子时,负极消耗2

mol

Cu单质,质量减少128

g,理论上Cu(1)和Cu(2)电极的质量差为256

g,故D正确。[变式演练2](双选)(2024·山东潍坊调研)Adv·Mater报道我国科学家耦合光催化/电催化分解水的装置如图,光照时,光催化电极产生电子(e-)和空穴(h+),下列有关说法正确的是(

)BD

命题角度3金属的腐蚀与防护例3对如图所示的实验装置的判断错误的是(

)A.开关K置于A处时,可减缓铁的腐蚀B.开关K置于A处时,铁棒表面有氢气产生C.开关K置于B处时,铁棒一定为负极D.开关K置于B处时,可通过牺牲阳极保护法减缓铁的腐蚀C解析:开关K置于A处,则铁为阴极,可减缓铁的腐蚀,A正确;开关K置于A处,铁为阴极,阴极上水得电子生成氢气和氢氧根离子,铁棒表面有氢气生成,B正确;开关K置于B处,X电极的材料未知,无法确定铁棒一定为负极,C错误;开关K置于B处,X金属的活泼性若强于铁,则X为负极,铁为正极被保护,可通过牺牲阳极保护法减缓铁的腐蚀,D正确。[变式演练3](双选)(2024·山东聊城二模)恒温条件下,用图1所示装置研究铁的电化学腐蚀,测定结果如图2。图1图2下列说法正确的是(

)A.AB段pH越大,析氢速率越小B.其他条件不变,增大空气中氧气浓度,析出H2质量减少C.BC段正极反应式主要为O2+4e-+2H2O═4OH-D.DE段溶液pH基本不变,可能的原因:相同时间内,2Fe+O2+4H+═2Fe2++2H2O消耗H+的量与4Fe2++O2+10H2O═4Fe(OH)3+8H+产生H+的量基本相同AD解析:图1中构成原电池,铁作负极,开始时pH较小,AB段溶液pH增大,体系压强增大,铁主要发生析氢腐蚀;BD段溶液的pH增加,体系压强减小,正极反应式为O2+4e-+4H+═2H2O;DE段溶液pH基本不变,但压强减小,产生的Fe2+被O2氧化。AB段铁主要发生析氢腐蚀:负极Fe-2e-═Fe2+,正极2H++2e-═

H2↑,pH越大,析氢速率越小,A正确;析出H2质量与氧气浓度无关,B错误;由图可知BC段的pH为3~5,正极不能产生氢氧根离子,电极反应式为O2+4e-+4H+═2H2O,C错误;pH基本不变可能的原因:相同时间内,2Fe+O2+4H+═

2Fe2++2H2O消耗H+的量与4Fe2++O2+10H2O═4Fe(OH)3+8H+产生H+的量基本相同,D正确。分层训练层级1练真题·明考向1.(2024·湖北卷)我国科学家设计了一种双位点PbCu电催化剂,用H2C2O4和NH2OH电化学催化合成甘氨酸,原理如图,双极膜中H2O解离的H+和OH-在电场作用下向两极迁移。已知在KOH溶液中,甲醛转化为HOCH2O-,存在平衡HOCH2O-+OH-

[OCH2O]2-+H2O。Cu电极上发生的电子转移反应为[OCH2O]2--e-═HCOO-+H·。下列说法错误的是(

)A.电解一段时间后阳极区c(OH-)减小B.理论上生成1molH3N+CH2COOH,双极膜中有4molH2O解离C.阳极总反应式为2HCHO+4OH--2e-═2HCOO-+H2↑+2H2OD.阴极区存在反应H2C2O4+2H++2e-═OHC—COOH+H2OB解析:根据题述信息,在KOH溶液中HCHO转化为HOCH2O-,离子方程式为HCHO+OH-→HOCH2O-,存在平衡HOCH2O-+OH-

[OCH2O]2-+H2O,Cu电极上发生的电子转移反应为[OCH2O]2--e-═HCOO-+H·,2个H·结合生成H2,Cu电极为阳极;PbCu电极为阴极,首先HOOC—COOH在Pb上发生得电子的还原反应转化为OHC—COOH,电极反应式为H2C2O4+2e-+2H+═

OHC—COOH+H2O,再是OHC—COOH与HO—N+H3反应生成HOOC—CH=N—OH,离子方程式为OHC—COOH+HO—N+H3→HOOC—CH=N—OH+H2O+H+,最后HOOC—CH=N—OH在Cu上发生得电子的还原反应转化成H3N+CH2COOH,电极反应式为HOOC—CH=N—OH+4e-+5H+═

H3N+CH2COOH+H2O。根据分析,电解过程中,阳极区消耗OH-、同时生成H2O,故电解一段时间后阳极区c(OH-)减小,A项正确;根据分析,阴极区的总反应为H2C2O4+HO—N+H3+6e-+6H+═H3N+CH2COOH+3H2O,1

mol

H2O解离成1

mol

H+和1

mol

OH-,故理论上生成1

mol

H3N+CH2COOH,双极膜中有6

mol

H2O解离,B项错误;根据分析,结合装置图,阳极总反应为2HCHO-2e-+4OH-═2HCOO-+H2↑+2H2O,C项正确;根据分析,阴极区的Pb上发生反应H2C2O4+2e-+2H+═OHC—COOH+H2O,D项正确。2.(2023·广东卷)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KNO3溶液制氨。工作时,H2O在双极膜界面处被催化解离成H+和OH-,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:KNO3+3H2O═NH3·H2O+2O2↑+KOHB.每生成1molNH3·H2O,双极膜处有9molH2O解离C.电解过程中,阳极室中KOH的物