1、第7讲 电化学,-2-,原电池原理及应用 真题示例 1.(2019全国1,12)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NH3 D.电池工作时质子通过交换膜由负极区向正极区移动,-3-,考点一,考点二,考点三,答案,解析,-4-,考点一,考点二,2.(2019全国3,13)为提升电池循环效率和稳定性,科学家近期利用三维多孔海绵状Z
2、n(3D-Zn)可以高效沉积ZnO的特点,设计了采用强碱性电解质的3D-Zn-NiOOH二次电池,结构如下图所示。电池反应为Zn(s)+2NiOOH(s)+H2O(l) ZnO(s)+2Ni(OH)2(s)。下列说法错误的是 ( ),考点三,-5-,考点一,考点二,A.三维多孔海绵状Zn具有较高的表面积,所沉积的ZnO分散度高 B.充电时阳极反应为Ni(OH)2(s)+OH-(aq)-e- = NiOOH(s)+H2O(l) C.放电时负极反应为Zn(s)+2OH-(aq)-2e- = ZnO(s)+H2O(l) D.放电过程中OH-通过隔膜从负极区移向正极区,考点三,答案,解析,-6-,考点
3、一,考点二,3.(2018全国1,13)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。示意图如下所示,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: 该装置工作时,下列叙述错误的是( ),考点三,-7-,考点一,考点二,A.阴极的电极反应:CO2+2H+2e- = CO+H2O B.协同转化总反应:CO2+H2S = CO+H2O+S C.石墨烯上的电势比ZnO石墨烯上的低 D.若采用Fe3+/Fe2+取代EDTA-Fe3+/EDTA-Fe2+,溶液需为酸性,考点三,答案,解析,-8-,考点一,考点二,4.(20
4、18全国3,11)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( ) A.放电时,多孔碳材料电极为负极 B.放电时,外电路电子由多孔碳材料电极流向锂电极 C.充电时,电解质溶液中Li+向多孔碳材料区迁移,考点三,答案,解析,-9-,考点一,考点二,考点突破 1.原电池的结构及工作原理(以Cu、Zn和稀硫酸构成的原电池为例),考点三,-10-,考点一,考点二,2.原电池正、负极的判断 (1)依据构成原电池两极的电极材料判断。一般是较活泼的金属为负极,活泼性较弱的金属或能导电的非金属为正极。 (2)依据原电池两极发生
5、反应的类型判断。负极发生氧化反应;正极发生还原反应。 (3)依据电子流动方向或电流方向判断。在外电路中,电子由负极流向正极,电流由正极流向负极。 (4)依据原电池电解质溶液中离子的移动方向判断。阳离子向正极移动,阴离子向负极移动。 (5)依据原电池盐桥中离子的移动方向判断。阳离子向正极移动,阴离子向负极移动。,考点三,-11-,考点一,考点二,3.新型化学电源中电极反应式的书写方法 (1)书写步骤。,考点三,-12-,考点一,考点二,(2)不同介质在电极反应式中的“去留”。,考点三,-13-,考点一,考点二,应考训练 考向1 原电池工作原理 1.(2019湖南邵东县创新实验学校高三检测)某同学
6、利用氧化还原反应2KMnO4+10FeSO4+8H2SO4 = 2MnSO4+5Fe2(SO4)3+K2SO4+8H2O设计如图所示原电池,盐桥中装有饱和K2SO4溶液。下列说法正确的是( ) A.b电极上发生还原反应 B.外电路电子的流向是从a到b,考点三,答案,解析,-14-,考点一,考点二,考向2 可充电电池 2.(2019山东潍坊高三一模)石墨烯电池是利用锂离子在石墨烯表面和电极之间快速大量穿梭运动的特性而研发的新型可充电电池,其电池反应式为LixC6+Li1-xCoO2 C6+LiCoO2,其工作原理如图所示。下列关于该电池的说法正确的是( ),考点三,-15-,考点一,考点二,A.
7、充电时,Li+嵌入LiCoO2中 B.放电时,LiCoO2极发生的电极反应为LiCoO2-e- = Li1-xCoO2+Li+ C.放电时负极反应为Li-e- = Li+ D.充电时,若转移1 mol e-,石墨烯电极增重7 g,考点三,答案,解析,-16-,考点一,考点二,方法技巧 有关可逆电池的解题思路,考点三,-17-,考点一,考点二,考向3 燃料电池 3.(2019黑龙江哈尔滨呼兰区第一中学高三月考)一种熔融碳酸盐燃料电池原理示意图如下。有关该电池的说法正确的是( ),考点三,-18-,考点一,考点二,考点三,答案,解析,-19-,考点一,考点二,归纳总结 燃料电池中氧气得电子的思维模
8、型 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,O2得到电子后化合价降低,首先变成O2-,O2-能否稳定存在要看电解质环境。由于电解质溶液(酸、碱、盐)的不同,其电极反应也有所不同,下表为四种不同电解质环境中,氧气得电子后O2-的存在形式:,考点三,-20-,考点一,考点二,考向4 原电池原理在工业生产中的应用 4.(2019山东济南高三模拟)下图为利用电化学方法处理有机废水的原理示意图。下列说法正确的是( ) A.a、b极不能使用同种电极材料 B.工作时,a极的电势低于b极的电势 C.工作一段时间之后,a极区溶液的pH增大,考点三,答案,解析,-21-,考点一,考点二,电解池
9、原理及应用 真题示例 1.(2019全国2,27节选)环戊二烯可用于制备二茂铁Fe(C5H5)2,结构简式为 ),后者广泛应用于航天、化工等领域中。二茂铁的电化学制备原理如下图所示,其中电解液为溶解有溴化钠(电解质)和环戊二烯的DMF溶液(DMF为惰性有机溶剂)。,考点三,-22-,考点一,考点二,该电解池的阳极为 ,总反应为 。电解制备需要在无水条件下进行,原因为 。,考点三,-23-,考点一,考点二,2.(2018全国3,27)KIO3是一种重要的无机化合物,可作为食盐中的补碘剂。回答下列问题: (1)KIO3的化学名称是 。 (2)利用“KClO3氧化法”制备KIO3工艺流程如下图所示:
10、 “酸化反应”所得产物有KH(IO3)2、Cl2和KCl。“逐Cl2”采用的方法是 。“滤液”中的溶质主要是 。“调pH”中发生反应的化学方程式为 。,考点三,-24-,考点一,考点二,(3)KIO3也可采用“电解法”制备,装置如图所示。 写出电解时阴极的电极反应式 。 电解过程中通过阳离子交换膜的离子主要为 ,其迁移方向是 。 与“电解法”相比,“KClO3氧化法”的主要不足之处有 (写出一点)。,考点三,-25-,考点一,考点二,考点三,-26-,考点一,考点二,考点突破 1.电解池中阴、阳极的判断,考点三,-27-,考点一,考点二,考点三,-28-,考点一,考点二,2.电解池中离子的放电
11、顺序,考点三,-29-,考点一,考点二,3.电解池中电极反应式书写时的思维流程,考点三,-30-,考点一,考点二,4.电化学计算的基本方法 根据电子守恒用于串联电路、阴阳两极产物、正负两极产物、相同电量等类型的计算,其依据是电路中转移的电子数相等 | 根据总反应式先写出电极反应式,再写出总反应式,最后根据总反应式列出比例式计算 | 根据关系式根据得失电子守恒关系,在已知量与未知量之间,建立计算所需的关系式。常见微粒间的计算量关系式为4e-4H+4Cl-4Ag+2Cu2+2H2O22Cl24Ag2Cu,考点三,-31-,考点一,考点二,应考训练 考向1 电解原理 1.(2019北京朝阳高三期末)
12、在不同电压下用惰性电极电解饱和NaCl溶液制备少量NaClO,实验结果如下:,考点三,-32-,考点一,考点二,下列分析不正确的是( ) A.、中,a极均发生了还原反应 B.、中均能发生反应 Cl2+2NaOH = NaCl+NaClO+H2O C.电解时OH-由b极向a极移动 D.不宜采用实验的电压制备NaClO,考点三,答案,解析,-33-,考点一,考点二,考向2 电解原理在环保、新材料制备中的应用 2.(2019安徽池州高三期末)工业上用Na2SO3溶液处理硫酸厂的废气SO2得NaHSO3溶液,然后用惰性电极电解NaHSO3废水(原理如图所示)使吸收液再生,两膜中间的Na+和 可通过离子
13、交换膜。下列叙述正确的是 ( ),考点三,-34-,考点一,考点二,A.通电后中间隔室的 通过C膜向左侧迁移,左侧电极室溶液pH增大 B.图中A连接电源的正极,B连接电源的负极 D.当电路中通过1 mol电子的电量时,会有0.5 mol的Na2SO3生成,考点三,答案,解析,-35-,考点一,考点二,考向3 电解的有关计算 3.(2019江西师大附中高三期末)在500 mL KNO3和Cu(NO3)2的混合溶液中,c( )=6 molL-1,用石墨电极电解此溶液,当通电一段时间后,两极均收集到22.4 L气体(标准状况),假定电解后溶液体积仍为500 mL。下列说法正确的是( ) A.电解得到
14、Cu的物质的量为0.5 mol B.向电解后的溶液中加入98 g的Cu(OH)2可恢复为原溶液 C.原混合溶液中c(K+)=4 molL-1 D.电解后溶液中c(H+)=2 molL-1,考点三,答案,解析,-36-,考点一,考点二,考向4 有关串联电化学装置的综合考查 4.(2019湖北黄冈中学高三适应性考试)传统接触法制取硫酸能耗大,污染严重。将燃料电池引入硫酸生产工艺可有效解决能耗和环境污染问题,同时提供电能。以燃料电池为电源电解硫酸铜溶液的工作原理示意图如下所示。,考点三,-37-,考点一,考点二,考点三,答案,解析,-38-,考点一,考点二,考点三,金属腐蚀与防护 真题示例 1.(2
15、019江苏化学,10)将铁粉和活性炭的混合物用NaCl溶液湿润后,置于如图所示装置中,进行铁的电化学腐蚀实验。下列有关该实验的说法正确的是( ) 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,答案,解析,-39-,考点一,考点二,考点三,2.(2018北京理综,12)验证牺牲阳极的阴极保护法,实验如下(烧杯内均为经过酸化的3% NaCl溶液)。,-40-,考点一,考点二,考点三,下列说法不正确的是( ) A.对比,可以判定Zn保护了Fe B.对比,K3Fe(CN)6可能将
16、Fe氧化 C.验证Zn保护Fe时不能用的方法 D.将Zn换成Cu,用的方法可判断Fe比Cu活泼,答案,解析,-41-,考点一,考点二,考点三,3.(2017全国1,11)支撑海港码头基础的钢管桩,常用外加电流的阴极保护法进行防腐,工作原理如图所示,其中高硅铸铁为惰性辅助阳极。下列有关表述不正确的是( ) A.通入保护电流使钢管桩表面腐蚀电流接近于零 B.通电后外电路电子被强制从高硅铸铁流向钢管桩 C.高硅铸铁的作用是作为损耗阳极材料和传递电流 D.通入的保护电流应该根据环境条件变化进行调整,答案,解析,-42-,考点一,考点二,考点三,考点突破 1.金属电化学保护的两种方法,-43-,考点一,
17、考点二,考点三,2.金属腐蚀的快慢比较,-44-,考点一,考点二,考点三,应考训练 考向1 金属腐蚀 1.(2019河北衡水安平县安平中学高三期中)如图是自来水表的常见安装方式。下列有关说法不正确的是( ) A.该安装方式的水表更容易被腐蚀 B.发生腐蚀过程中,电子从铁接头流向水表,答案,解析,-45-,考点一,考点二,考点三,考向2 金属腐蚀的防护 2.近年来,我国多条高压直流电线路的瓷绝缘子出现铁帽腐蚀的现象,在铁帽上加锌环能有效防止铁帽的腐蚀。下列说法正确的是( ) A.阳极电极反应为Zn-2e- = Zn2+ B.阴极电极反应为4OH-4e- = O2+2H2O C.该装置为牺牲阳极的
18、阴极保护法 D.绝缘子表面产生的OH-向阴极移动,答案,解析,-46-,热点(五) 电化学中的“离子交换膜” 电化学的有关知识是高考每年必考内容,题型有选择题和非选择题。命制的角度有电极反应式的正误判断与书写,电池反应式的书写,正、负极的判断,电池充、放电时离子移动方向的判断,电极附近离子浓度的变化,电解的应用与计算,金属的腐蚀与防护等。交换膜在电化学工业生产中应用十分广泛,离子交换膜的作用、性质已成为高考命题新动向。,-47-,(一)审题关注什么 1.审题的关键点 (1)弄清是原电池还是电解池,判断电极名称。 (2)根据电极名称判断离子的移动方向和交换膜的种类。 (3)根据放电顺序写出电极反
19、应式。 (4)根据电极反应式和离子的移动方向确定其他反应产物。 2.防范失分点 (1)看清图示,是否说明了交换膜的类型,是否标注了电源的正、负极,是否标注了电子流向、电荷流向等,明确阴、阳离子的移动方向。 (2)根据原电池和电解池中阴、阳离子的移动方向,结合题意中给出的制备、电解物质等信息,找出物质生成或消耗的电极区域,确定移动的阴、阳离子,从而推知离子交换膜的类型。,-48-,(二)题目考什么 1.常见的离子交换膜,-49-,2.判断离子交换膜的类型,判断离子的迁移方向,书写电极反应式,判断电极产物 如三室式电渗析法处理含Na2SO4废水的原理如下图所示,采用惰性电极,ab、cd均为离子交换
20、膜,在直流电场的作用下,两膜中间的Na+和 可通过离子交换膜,而两端隔室中离子被阻挡不能进入中间隔室。根据电解池原理可判断阴、阳离子的移动方向,从而确定离子交换膜的类型。然后可书写电极反应式,判断电极产物。,-50-,应考训练 1.(2019广东中山第一中学高三统测)最近科学家利用下列装置成功地实现了CO2和H2O合成CH4。下列叙述错误的是( ) A.电池工作时,实现了将太阳能转化为电能 B.铜电极为正极,电极反应式为CO2-8e-+8H+ = CH4+2H2O C.电池内H+透过质子交换膜从左向右移动 D.为提高该人工光合系统的工作效率,可向装置中加入少量稀硫酸,答案,解析,-51-,2.
21、(2019江西南昌第二中学高三检测)H3BO3(一元弱酸)可以通过电解NaB(OH)4溶液的方法制备,其工作原理如图。下列叙述错误的是( ) A.M室发生的电极反应式为2H2O-4e- = O2+4H+ B.N室中:a%b% C.b膜为阴离子交换膜,产品室发生反应的化学原理为强酸制弱酸 D.理论上每生成1 mol产品,阴极室可生成标准状况下5.6 L气体,答案,解析,-52-,3.(2019山东济南外国语学校高三模拟)已知高能锂离子电池的总反应式为2Li+FeS = Fe+Li2S,LiPF6SO(CH3)2为电解质,用该电池为电源电解含镍酸性废水并得到单质Ni的实验装置如图所示。下列说法不正确的是( ),A.电极Y应为Li B.电解过程中,b中NaCl溶液的物质的量浓度将不断减小 C.X极反应式为FeS+2Li+2e- = Fe+Li2S D.若将图中阳离子交换膜去掉,将a、b两室合并,则电解反应总方程式发生改变,答案,解析,
