模板01 电化学装置分析(原卷版)-2025年高考化学答题技巧与模板构建

模板01电化学装置分析识识·题型解读考情分析+命题预测/技巧解读明·模板构建答题模板+技巧点拨技法01原电池技法02二次电池技法03电解池技法04带离子交换膜电化学装置通·模板运用真题示例+模板答题+变式训练练·模板演练最新模拟、预测考向本节导航电化学电化学装置图是高考中电化学最常见的呈现方式，多以选择题的形式呈现，考查电极的判断，电极反应式的书写、电极附近溶液性质的变化，电子、电流、离子移动方向的判断，利用守恒关系进行相关的计算等。考查学生接受、吸收、整合化学信息的能力，也体现了对“宏观辨识与微观探析”的学科核心素养考查。命题角度主要有新型一般电池、新型可充电电池、新型燃料电池、电解池原理及其应用，另外有无离子交换膜也是关注的角度。在复杂、陌生、新颖的研究对象和真实问题情境下，体现了对电化学知识基础性、综合性、创新性和应用性的考查。第一步：细审题阅读题目获取对解题有价值的信息，排除无效信息，并作标记。第二步：定类型判断装置类型是原电池、电解池、二次电池（放电为原电池，充电为电解池）。第三步：析装置根据题目所给信息，判断电极名称、电极发生的反应、电子和离子移动情况等。第四步：巧计算根据电化学原理及装置所处的环境，书写相关的电极反应式和总反应式，分析电解液变化。技法01原电池1．原电池的工作原理2．解题技巧(1)原电池装置的分析方法①判断电极：负极：活泼金属、燃料、还原性物质等，物质中元素化合价升高，发生氧化反应。正极：较活泼金属、O2、氧化性物质等，物质中元素化合价降低，发生还原反应。②电极反应：负极：还原剂-ne-—→氧化产物；正极：氧化剂+ne-—→还原产物。③电子移动：电子从负极流出，经外电路流向正极。④离子移动：阳离子移向正极，阴离子移向负极。(2)电极反应式书写的一般步骤3．燃料电池(1)燃料电池结构分析(2)解答燃料电池题目的几个关键点①要注意燃料电池的介质电解质溶液还是熔融盐或氧化物。②通入负极的物质为燃料，通入正极的物质一般为氧气。③通过介质中离子的移动方向，可判断电池的正负极，同时考虑该离子参与靠近一极的电极反应。(3)燃料电池电极反应式书写的常用方法第一步，写出电池总反应式。燃料电池的总反应与燃料燃烧的反应一致，若产物能和电解质反应，则总反应为加合后的反应。如甲烷燃料电池(电解质溶液为NaOH溶液)的反应如下：CH4＋2O2=CO2＋2H2O①CO2＋2NaOH=Na2CO3＋H2O②①＋②可得甲烷燃料电池的总反应式：CH4＋2O2＋2NaOH=Na2CO3＋3H2O。第二步，写出电池的正极反应式。根据燃料电池的特点，一般在正极上发生还原反应的物质都是O2，因电解质溶液不同，故其电极反应也会有所不同：①酸性电解质：O2＋4H＋＋4e－=2H2O。②)碱性电解质：O2＋2H2O＋4e－=4OH－。③固体电解质(高温下能传导O2－)：O2＋4e－=2O2－。④熔融碳酸盐(如熔融K2CO3)：O2＋2CO2＋4e－=2COeq\o\al(2－,3)。第三步，电池的总反应式－电池的正极反应式＝电池的负极反应式。技法02二次电池1．二次电池的结构分析2．解题技巧技法03电解池1．电解池的工作原理2．电解池中阴、阳极的判断方法3．电子和离子的移动方向(惰性电极)4．阴、阳极放电离子的判断(1)分析电解质的组成，找全离子并分为阴、阳两组，不要忽略水溶液中的H+和OH-离子。(2)根据放电顺序确定两极放电物质或离子。①阴极：无论是惰性电极还是活性电极都不参与电极反应，发生反应的是溶液中的阳离子。②阳极：活泼电极：电极材料（电极为活性电极）本身失去电子被氧化而溶入溶液中。惰性电极：溶液中还原性强的阴离子失去电子被氧化。(3)判断电极产物，写出电极反应式。(4)写出电解反应的总反应式。技法04带离子交换膜电化学装置1．离子交换膜的作用(1)将两极区隔离，阻止两极区产生的物质接触，防止发生化学反应。(2)选择性通过离子，起到平衡电荷、形成闭合回路的作用。2．离子交换膜的类型(1)阳离子交换膜(只允许阳离子和水分子通过，阻止阴离子和气体通过)以锌铜原电池为例，中间用阳离子交换膜隔开①负极反应式：Zn-2e-=Zn2＋②正极反应式：Cu2＋＋2e-=Cu③Zn2＋通过阳离子交换膜进入正极区④阳离子→透过阳离子交换膜→原电池正极(或电解池的阴极)(2)阴离子交换膜(只允许阴离子和水分子通过，阻止阳离子和气体通过)以Pt为电极电解淀粉­KI溶液，中间用阴离子交换膜隔开①阴极反应式：2H2O＋2e-=H2↑＋2OH-②阳极反应式：2I-_2e-=I2③阴极产生的OH-移向阳极与阳极产物反应：3I2＋6OH-=IO3-＋5I-＋3H2O④阴离子→透过阴离子交换膜→电解池阳极(或原电池的负极)(3)质子交换膜(只允许H＋和水分子通过)在微生物作用下电解有机废水(含CH3COOH)，可获得清洁能源H2①阴极反应式：2H＋＋2e-=H2↑②阳极反应式：CH3COOH-8e-＋2H2O=2CO2↑＋8H＋③阳极产生的H＋通过质子交换膜移向阴极④H＋→透过质子交换膜→原电池正极(或电解池的阴极)(4)电渗析法将含AnBm的废水再生为HnB和A(OH)m的原理：已知A为金属活动顺序表H之前的金属，Bn-为含氧酸根离子。3．离子交换膜的应用(1)海水淡化——阴、阳离子交换膜（电渗析法）(2)燃料电池(3)物质制备——隔膜、质子交换膜(4)氯碱工业——离子交换膜电解槽4．“隔膜”电解池的解题步骤(1)分清隔膜类型。即交换膜属于阳膜、阴膜或质子膜中的哪一种，判断允许哪种离子通过隔膜。(2)写出电极反应式，判断交换膜两侧离子变化，推断电荷变化，根据电荷平衡判断离子迁移方向。(3)分析隔膜作用。在产品制备中，隔膜作用主要是提高产品纯度，避免产物之间发生反应，或避免产物因发生反应而造成危险。5．离子交换膜的计算(1)迁移离子所带的电荷数总是等于外电路上转移的电子数。(2)溶液质量变化等于电极反应引起的变化和离子迁移引起的变化之和。类型01原电池1．（2024·安徽卷）我国学者研发出一种新型水系锌电池，其示意图如下。该电池分别以Zn-TCPP(局部结构如标注框内所示)形成的稳定超分子材料和Zn为电极，以ZnSO4和KI混合液为电解质溶液。下列说法错误的是A．标注框内所示结构中存在共价键和配位键B．电池总反应为：C．充电时，阴极被还原的Zn2+主要来自Zn-TCPPD．放电时，消耗0.65gZn，理论上转移0.02mol电子【答案】C【第一步定类型】该装置为二次电池【第二步析装置】【第三步巧计算】放电时，负极的电极反应式为Zn-2e-=Zn2+，因此消耗0.65gZn（物质的量为0.01mol），理论上转移0.02mol电子，D正确。1．(2023•全国新课标卷，10)一种以V2O5和Zn为电极、Zn(CF3SO3)2水溶液为电解质的电池，其示意图如下所示。放电时，Zn2+可插入V2O5层间形成·。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：·D．充电阳极反应：·2．(2023•全国乙卷，12)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类型02电解池2．（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A．电极a连接电源负极B．加入Y的目的是补充NaBrC．电解总反应式为Br-+3H2Oeq\o(=,\s\up7(电解))BrO3-+3H2↑D．催化阶段反应产物物质的量之比n(Z)：n(Br-)=3:2【答案】B【第一步定类型】该装置为电解池【第二步析装置】【第三步巧计算】催化阶段，Br元素的化合价由+5价降至-1价，生成1molBr-得到6mol电子，O元素的化合价由-2价升至0价，生成1molO2失去4mol电子，根据得失电子守恒，反应产物物质的量之比n(O2)∶n(Br-)=6∶4=3∶2，D正确。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A．电解时，OH-向Ni电极移动B．生成的电极反应：C．电解一段时间后，溶液pH升高D．每生成1molH2的同时，生成0.5molK4C6N162．（2024·甘肃卷）某固体电解池工作原理如图所示，下列说法错误的是A．电极1的多孔结构能增大与水蒸气的接触面积B．电极2是阴极，发生还原反应：C．工作时从多孔电极1迁移到多孔电极2D．理论上电源提供能分解类型03带离子交换膜的电化学装置3．（2024·湖北卷）我国科学家设计了一种双位点电催化剂，用和电化学催化合成甘氨酸，原理如图，双极膜中解离的和在电场作用下向两极迁移。已知在溶液中，甲醛转化为，存在平衡。电极上发生的电子转移反应为。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-==CHOCOOH+H2O【答案】B【第一步定类型】该装置为带双极膜电解池【第二步析装置】【第三步巧计算】1molH2O解离成1molH+和1molOH-，故理论上生成1molH3N+CH2COOH双极膜中有6molH2O解离，B错误。1．（2024·黑吉辽卷）“绿色零碳”氢能前景广阔。为解决传统电解水制“绿氢”阳极电势高、反应速率缓慢的问题，科技工作者设计耦合HCHO高效制H2的方法，装置如图所示。部分反应机理为：。下列说法错误的是A．相同电量下H2理论产量是传统电解水的1.5倍B．阴极反应：2H2O+2e-=2OH-+H2↑C．电解时OH-通过阴离子交换膜向b极方向移动D．阳极反应：2HCHO-2e-+4OH-=2HCOO-+2H2O+H2↑2．(2023•湖北省选择性考试，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mol·-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2mol·-11．铜锌原电池为电化学建构认识模型奠定了重要的基础，懂得原理才能真正做到举一反三，应用到其他复杂的电池分析中。盐桥中装有琼脂凝胶，内含氯化钾。下面两种原电池说法错误的是()A．原电池Ⅰ和Ⅱ的反应原理都是Zn+Cu2+=Zn2++CuB．电池工作时，导线中电子流向为Zn→CuC．正极反应为Zn-2e-=Zn2+，发生还原反应D．电池工作时，盐桥中的K+向右侧烧杯移动，Cl-向左侧烧杯移动2．风力发电输出功率的波动性导致其直接并网会对电网带来不良影响，需要连接储能电池装置，通过储能电池对电能的存储、汇集，再集中供电来提高并网性能，下图是水系铝离子储能电池工作机理，下列有关其说法不正确的是()A．单位质量的铝放出的电量高，并且价格低廉，储量丰富B．铝储能电池是二次电池C．放电时，Al3+从正极材料的空隙中脱出进入电解液，再以单质铝的形式沉积负极材料表面D．该电池中金属铝电极易形成致密的氧化铝钝化膜，阻断铝离子的传输从而降低电池效能3．科学家报道了一种新型可充电Na/Fe二次电池，其工作原理如图所示，下列有关说法正确的是()A．充电时，X极为阴极，发生了氧化反应B．充电时，Y极的电极反应式为CaFeO2.5＋0.5Na2O-e-=CaFeO3＋Na＋C．充电时，可用乙醇代替有机电解质溶液D．电极材料中，单位质量金属放出的电能：Na＞Li4．香港城市大学化学工作者首次提出了电池(如图)，该电池使用N2为原料，以离子液体()为电解质，既实现了能量的存储，又实现了的生产，和碱反应能产生NH3，可进一步生产氮肥。下列说法错误的是()A．极为负极，发生氧化反应B．电池总反应为2C．石墨烯电极反应式为D．生成标准状况下33.6LNH3，电池中转移3mol电子5．如图所示的锂-二氧化锰电池是以高氯酸锂或三氟甲基磺酸锂为电解质，其正极反应是一种典型的嵌入式反应，电池总反应为Li+MnO2LiMnO2。下列说法不正确的是()A．锂片做负极，发生氧化反应B．放电时，电子移动方向为：电极盖1→用电器→电极盖2→内电路→电极盖1C．高氯酸锂或三氟甲基磺酸锂应溶解在非水有机溶剂中D．放电时，正极反应为：MnO2+Li++e-═LiMnO26．(2024·河北邢台王岳联盟高三联考)我国最近在太阳能光电催化一化学耦合处理硫化氢研究中获得新进展，相关装置如图所示。下列说法错误的是()A．该装置中能量转化形式有化学能转化为电能B．该装置工作时，b极为正极C．a极的电极反应式为Fe2+-e-=Fe3+D．电路中每通过1mole-，可处理34gH2S7．如图，科学家基于易溶于C的性质，发展了一种无需离子交换膜的新型氯流电池，可作储能设备，总方程式为：NaTNaNa3T。下列说法正确的是()A．放电时Na溶液的减小B．放电时透过多孔活性炭电极向C中迁移C．充电时的阴极反应为NaTNaNa3TD．充电时，电路中每转移2mol，理论上从C中释放1mol8．光催化微生物燃料电池的工作原理如图所示：已知：电极a在光激发条件下会产生电子(e-)-空穴(h+)。下列说法错误的是()A．电极电势：电极a>电极bB．光激发时，光生电子会与O2结合，光生空穴会与电极b产生的电子结合C．电极b发生的电极反应式为D．电池工作一段时间后，右侧溶液pH保持不变(不考虑CO2的溶解)9．(2024·辽宁沈阳市第一二〇中学校高三期中)哈尔滨工业大学的研究团队发现，以非晶态Ni(Ⅲ)基硫化物为催化剂，能有效催化OER(析氧反应)和UOR(尿素氧化反应)，从而降低电解水制氢过程中的能耗，其工作原理和反应机理如图所示：下列说法正确的是()A．UOR的电化学反应总过程为CO(NH2)2-6e-+6OH-=CO2↑+N2↑+5H2OB．电解过程中，电极A附近溶液的pH不变C．OER分四步进行，其中没有非极性键的形成与断裂D．若将光伏电池换成铅蓄电池，电极A应连接铅蓄电池的PbO2电极10．(2024·山东德州高三期中)中国科学院将分子I2引入电解质中调整充电和放电反应途径，实现了高功率可充电LiSOCl2电池，工作原理如下图所示。下列有关说法错误的是()A．分子I2的引入催化了电池放电和充电过程B．电池工作环境必须在无水无氧的条件下进行C．充电时阴极反应式：2LiCl+I2+2e-=2ICl+2Li+D．电池的放电总反应：4Li+2SOCl2=4LiCl+S+SO2↑11．(2024·山东省新高考联合质量测评高三联考)中国科学技术大学某课题组发明一款可充放电的全固态钠电池，本发明提供的固态钠离子电解质的制备方法工艺简单、成本低廉、生产效率高，适用于大规模产业化生产。工作原理如图所示，下列说法正确的是()A．放电时，电极电势N极高于M极B．充电时，由M极迁移至N极C．充电时，M极电极反应式为Na3V2(PO4)3+2e-=NaV2(PO4)3+2Na+D．为了降低成本，可以将固态聚合物电解质换为Na3PO4溶液12．铜基配合物电催化还原CO2的装置原理如图所示，下列说法不正确的是()A．石墨烯为阳极，发生电极反应为CO2+2e-+2H+=HCOOHB．Pt电极附近溶液的pH值减小C．每转移2mol电子，阳极室、阴极室溶液质量变化量的差值为28gD．该装置可减少CO2在大气中累积和实现可再生能源有效利用13．某科研小组利用下图装置完成乙炔转化为乙烯的同时为用电器供电。其中锌板处发生的反应有：①ZnZn2+；②Zn2++4OH-=[Zn((OH)4]2-；③Zn[Zn((OH)4]2-=ZnO+2OH-+H2O。下列说法不正确的是()A．电极a的电势高于电极b的电势B．放电过程中正极区KOH溶液浓度保持不变C．电极a上发生的电极反应式为D．电解足量CuSO4溶液，理论上消耗2.24L(标准状况)C2H2时，生成6.4gCu14．高铁酸钠(Na2FeO4)是一种新型的消毒剂，以Fe、Ni为电极制取Na2FeO4的原理如图所示。下列叙述错误的是()A．Fe电极的电极反应式为Fe-6e-＋8OH-=FeO4