2021新高考化學(xué)復(fù)習(xí)練習(xí)課件：專題十-化學(xué)能與電能

考點(diǎn)1原電池金屬的電化學(xué)腐蝕與防護(hù)五

年

高

考1.(2020課標(biāo)Ⅰ,12,6分)科學(xué)家近年發(fā)明了一種新型Zn-CO2水介質(zhì)電池。電池示意圖如下,電極為

金屬鋅和選擇性催化材料。放電時,溫室氣體CO2被轉(zhuǎn)化為儲氫物質(zhì)甲酸等,為解決環(huán)境和能源問

題提供了一種新途徑。下列說法錯誤的是

()A.放電時,負(fù)極反應(yīng)為Zn-2e-+4OH-

Zn(OH

B.放電時,1molCO2轉(zhuǎn)化為HCOOH,轉(zhuǎn)移的電子數(shù)為2molC.充電時,電池總反應(yīng)為2Zn(OH

2Zn+O2↑+4OH-+2H2OD.充電時,正極溶液中OH-濃度升高答案

DA項,放電時Zn極為負(fù)極,負(fù)極反應(yīng)式為Zn-2e-+4OH-

Zn(OH

,正確;B項,放電時,正極反應(yīng)為CO2+2e-+2H+

HCOOH,每轉(zhuǎn)化1molCO2,轉(zhuǎn)移2mol電子,正確;C項,充電時,陽極反應(yīng)式為2H2O-4e-

4H++O2↑,陰極反應(yīng)式為2Zn(OH

+4e-

2Zn+8OH-,將兩極電極反應(yīng)式相加得總反應(yīng),正確;D項,充電時,正極溶液中OH-濃度降低,錯誤。2.(2020課標(biāo)Ⅲ,12,6分)一種高性能的堿性硼化釩(VB2)—空氣電池如下圖所示,其中在VB2電極發(fā)

生反應(yīng):VB2+16OH--11e-

V

+2B(OH

+4H2O。該電池工作時,下列說法錯誤的是

()

A.負(fù)載通過0.04mol電子時,有0.224L(標(biāo)準(zhǔn)狀況)O2參與反應(yīng)B.正極區(qū)溶液的pH降低、負(fù)極區(qū)溶液的pH升高C.電池總反應(yīng)為4VB2+11O2+20OH-+6H2O

8B(OH

+4V

D.電流由復(fù)合碳電極經(jīng)負(fù)載、VB2電極、KOH溶液回到復(fù)合碳電極答案

B正極發(fā)生的電極反應(yīng)為O2+2H2O+4e-

4OH-,因此當(dāng)負(fù)載通過0.04mol電子時,消耗0.01molO2,即標(biāo)準(zhǔn)狀況下0.224LO2,A項正確;正極O2發(fā)生反應(yīng)產(chǎn)生OH-,c(OH-)增大,正極區(qū)溶液pH

升高,負(fù)極VB2發(fā)生反應(yīng)消耗OH-,c(OH-)減小,負(fù)極區(qū)溶液pH降低,B項錯誤;正極反應(yīng)式×11即11O2+

22H2O+44e-

44OH-,負(fù)極反應(yīng)式×4即4VB2+64OH--44e-

4V

+8B(OH

+16H2O,相加可得電池總反應(yīng)為4VB2+11O2+20OH-+6H2O

8B(OH

+4V

,C項正確;外電路中,電流由電池正極(復(fù)合碳電極)經(jīng)負(fù)載流到負(fù)極(VB2電極),電池內(nèi)部,電流由電池負(fù)極經(jīng)電解質(zhì)溶液(KOH溶液)流回

正極,D項正確。易錯提醒

原電池中電流方向:外電路中由電池正極流向負(fù)極;電池內(nèi)部,由負(fù)極流回正極。原電池中電子移動方向:外電路中由電池負(fù)極流向電池正極,內(nèi)電路電解質(zhì)溶液中無電子通過。3.(2020山東,10,2分)微生物脫鹽電池是一種高效、經(jīng)濟(jì)的能源裝置,利用微生物處理有機(jī)廢水獲

得電能,同時可實現(xiàn)海水淡化?，F(xiàn)以NaCl溶液模擬海水,采用惰性電極,用下圖裝置處理有機(jī)廢水

(以含CH3COO-的溶液為例)。下列說法錯誤的是

()

A.負(fù)極反應(yīng)為CH3COO-+2H2O-8e-

2CO2↑+7H+B.隔膜1為陽離子交換膜,隔膜2為陰離子交換膜C.當(dāng)電路中轉(zhuǎn)移1mol電子時,模擬海水理論上除鹽58.5gD.電池工作一段時間后,正、負(fù)極產(chǎn)生氣體的物質(zhì)的量之比為2∶1答案

BA項,結(jié)合題給微生物脫鹽電池裝置可知,a極的電極反應(yīng)式為CH3COO-+2H2O-8e-

2CO2↑+7H+,故a極為負(fù)極,b極為正極,正確。B項,a極區(qū)有H+產(chǎn)生,陽離子增多,為保證溶液呈電中

性,Cl-需定向遷移到a極區(qū),隔膜1為陰離子交換膜;同理,b極的電極反應(yīng)式為2H++2e-

H2↑,需Na+定向遷移到b極區(qū),隔膜2為陽離子交換膜,錯誤。C項,當(dāng)電路中轉(zhuǎn)移1mol電子時,有1molNa+和1

molCl-發(fā)生定向遷移,故理論上除鹽58.5g,正確。D項,結(jié)合電極反應(yīng)式,得8e-~2CO2~4H2,故電池工

作一段時間后,正、負(fù)極產(chǎn)生的氣體的物質(zhì)的量之比為2∶1,正確。4.(2020天津,11,3分)熔融鈉-硫電池性能優(yōu)良,是具有應(yīng)用前景的儲能電池。下圖中的電池反應(yīng)為2

Na+xS

Na2Sx(x=5~3,難溶于熔融硫)。下列說法錯誤的是

()答案

CA項,Na2S4中有類似Na2O2中O原子間形成的非極性鍵,正確;B項,由電池的總反應(yīng)方程式

可知,x個S原子得到2個電子,故放電時正極反應(yīng)為xS+2Na++2e-

Na2Sx(因Na2Sx難溶于熔融硫,故不拆),正確;C項,由電池的總反應(yīng)方程式可知,放電時,鈉失去電子是負(fù)極反應(yīng)物,硫得到電子是正

極反應(yīng)物,故Na和S分別作電池的負(fù)極和正極,錯誤;D項,由題圖可知Na-β-Al2O3是隔膜,且電池可以

充電,屬于二次電池,正確。A.Na2S4的電子式為Na+[··

··

··

··

··]2-Na+B.放電時正極反應(yīng)為xS+2Na++2e-

Na2SxC.Na和Na2Sx分別為電池的負(fù)極和正極D.該電池是以Na-β-Al2O3為隔膜的二次電池5.(2020江蘇單科,11,4分)將金屬M(fèi)連接在鋼鐵設(shè)施表面,可減緩水體中鋼鐵設(shè)施的腐蝕。在下圖

所示的情境中,下列有關(guān)說法正確的是

()

A.陰極的電極反應(yīng)式為Fe-2e-

Fe2+B.金屬M(fèi)的活動性比Fe的活動性弱C.鋼鐵設(shè)施表面因積累大量電子而被保護(hù)D.鋼鐵設(shè)施在河水中的腐蝕速率比在海水中的快答案

CA項,題圖中金屬的防護(hù)方法是犧牲陽極的陰極保護(hù)法,金屬M(fèi)失去電子被氧化,水在鋼

鐵設(shè)施表面得到電子,錯誤;B項,金屬M(fèi)和鋼鐵設(shè)施構(gòu)成原電池,金屬M(fèi)作負(fù)極,故金屬M(fèi)的活動性

比鐵的活動性強(qiáng),錯誤;C項,電子流向鋼鐵設(shè)施,鋼鐵設(shè)施表面積累大量電子而被保護(hù),正確;D項,海

水中含有大量電解質(zhì),故鋼鐵設(shè)施在河水中的腐蝕速率比在海水中的慢,錯誤。6.(2019課標(biāo)Ⅰ,12,6分)利用生物燃料電池原理研究室溫下氨的合成,電池工作時MV2+/MV+在電極

與酶之間傳遞電子,示意圖如下所示。下列說法錯誤的是

()

A.相比現(xiàn)有工業(yè)合成氨,該方法條件溫和,同時還可提供電能B.陰極區(qū),在氫化酶作用下發(fā)生反應(yīng)H2+2MV2+

2H++2MV+C.正極區(qū),固氮酶為催化劑,N2發(fā)生還原反應(yīng)生成NH3D.電池工作時質(zhì)子通過交換膜由負(fù)極區(qū)向正極區(qū)移動答案

B本題涉及原電池的工作原理及應(yīng)用,以生物燃料電池為載體考查學(xué)生接受、吸收、整

合化學(xué)信息的能力。借助不同形式的能量轉(zhuǎn)化過程,體現(xiàn)了證據(jù)推理與模型認(rèn)知的學(xué)科核心素養(yǎng)

和關(guān)注社會發(fā)展、科技進(jìn)步、生產(chǎn)生活的價值觀念。A項,現(xiàn)有工業(yè)合成氨的反應(yīng)條件是高溫、高壓、催化劑,則題述方法合成氨條件更為溫和,同時可

將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能,正確;B項,陰(正)極區(qū),在固氮酶催化作用下發(fā)生反應(yīng)N2+6H++6MV+

2NH3+6MV2+,錯誤;C項,由B項分析可知正極區(qū)N2被還原為NH3,正確;D項,原電池工作時,質(zhì)子(H+)通過

交換膜由負(fù)極區(qū)向正極區(qū)移動,正確。7.(2019課標(biāo)Ⅲ,13,6分)為提升電池循環(huán)效率和穩(wěn)定性,科學(xué)家近期利用三維多孔海綿狀Zn(3D-Zn)

可以高效沉積ZnO的特點(diǎn),設(shè)計了采用強(qiáng)堿性電解質(zhì)的3D-Zn—NiOOH二次電池,結(jié)構(gòu)如下圖所

示。電池反應(yīng)為Zn(s)+2NiOOH(s)+H2O(l)

ZnO(s)+2Ni(OH)2(s)。

下列說法錯誤的是

()A.三維多孔海綿狀Zn具有較高的表面積,所沉積的ZnO分散度高B.充電時陽極反應(yīng)為Ni(OH)2(s)+OH-(aq)-e-

NiOOH(s)+H2O(l)C.放電時負(fù)極反應(yīng)為Zn(s)+2OH-(aq)-2e-

ZnO(s)+H2O(l)D.放電過程中OH-通過隔膜從負(fù)極區(qū)移向正極區(qū)答案

D本題涉及二次電池知識,以新型三維多孔海綿狀Zn的信息為切入點(diǎn),考查了學(xué)生接受、

吸收、整合化學(xué)信息的能力,運(yùn)用電化學(xué)原理解決實際問題,體現(xiàn)了證據(jù)推理與模型認(rèn)知的學(xué)科核

心素養(yǎng)。A項,依題干信息可知正確;B項,充電時陽極發(fā)生氧化反應(yīng),正確;C項,放電時Zn作負(fù)極失去電子,發(fā)

生氧化反應(yīng),正確;D項,放電時,OH-由正極區(qū)向負(fù)極區(qū)遷移,錯誤。解題關(guān)鍵掌握原電池和電解池的反應(yīng)原理及二次電池知識,同時注意從題干中獲取關(guān)鍵信息。8.(2019海南單科,8,4分)(雙選)微型銀—鋅電池可用作電子儀器的電源,其電極分別是Ag/Ag2O和

Zn,電解質(zhì)為KOH溶液,電池總反應(yīng)為Ag2O+Zn+H2O

2Ag+Zn(OH)2,下列說法正確的是

(

)A.電池工作過程中,KOH溶液濃度降低B.電池工作過程中,電解液中OH-向負(fù)極遷移C.負(fù)極發(fā)生反應(yīng)Zn+2OH--2e-

Zn(OH)2D.正極發(fā)生反應(yīng)Ag2O+2H++2e-

Ag+H2O答案

BCA項,依據(jù)電池總反應(yīng)知,電池工作過程中消耗水,故KOH溶液濃度增大,錯誤;B項,原電

池工作過程中,電解液中陰離子移向負(fù)極,即OH-向負(fù)極遷移,正確;C項,鋅在負(fù)極失去電子被氧化,

生成氫氧化鋅,電極反應(yīng)式為Zn+2OH--2e-

Zn(OH)2,正確;D項,氧化銀在正極得到電子生成銀單質(zhì),但電解質(zhì)溶液顯堿性,故正極的電極反應(yīng)式為Ag2O+2e-+H2O

2Ag+2OH-,錯誤。9.(2018海南單科,8,4分)(雙選)一種鎂氧電池如圖所示,電極材料為金屬鎂和吸附氧氣的活性炭,電

解液為KOH濃溶液。下列說法錯誤的是

()

A.電池總反應(yīng)式為:2Mg+O2+2H2O

2Mg(OH)2B.正極反應(yīng)式為:Mg-2e-

Mg2+C.活性炭可以加快O2在負(fù)極上的反應(yīng)速率D.電子的移動方向由a經(jīng)外電路到b答案

BCMg、活性炭和KOH濃溶液構(gòu)成原電池,Mg易失電子作負(fù)極,C作正極,負(fù)極反應(yīng)式為

Mg-2e-+2OH-

Mg(OH)2,正極反應(yīng)式為O2+4e-+2H2O

4OH-,得失電子相同的條件下將正負(fù)極電極反應(yīng)式相加得電池總反應(yīng)式:2Mg+O2+2H2O

2Mg(OH)2,故A正確、B錯誤;通入空氣的電極是正極,活性炭可以加快O2在正極上的反應(yīng)速率,故C錯誤;外電路中,電子由負(fù)極移向正極,Mg

作負(fù)極,活性炭作正極,電子從負(fù)極a經(jīng)外電路到正極b,故D正確。10.(2018課標(biāo)Ⅱ,12,6分)我國科學(xué)家研發(fā)了一種室溫下“可呼吸”的Na-CO2二次電池。將NaClO4

溶于有機(jī)溶劑作為電解液,鈉和負(fù)載碳納米管的鎳網(wǎng)分別作為電極材料,電池的總反應(yīng)為:3CO2+4Na

2Na2CO3+C。下列說法錯誤的是

()A.放電時,Cl

向負(fù)極移動B.充電時釋放CO2,放電時吸收CO2C.放電時,正極反應(yīng)為:3CO2+4e-

2C

+CD.充電時,正極反應(yīng)為:Na++e-

Na答案

D本題考查原電池的工作原理及其應(yīng)用、二次電池的工作原理等,體現(xiàn)了證據(jù)推理與模

型認(rèn)知和科學(xué)態(tài)度與社會責(zé)任的學(xué)科核心素養(yǎng)。放電時,負(fù)極反應(yīng)為4Na-4e-

4Na+,正極反應(yīng)為3CO2+4e-

C+2C

,Na+移向正極,C

、Cl

移向負(fù)極,A、C正確;充電過程與放電過程相反,充電時釋放CO2,放電時吸收CO2,B正確;充電時,陽

極反應(yīng)為2C

+C-4e-

3CO2↑,D錯誤。11.(2018課標(biāo)Ⅲ,11,6分)一種可充電鋰—空氣電池如圖所示。當(dāng)電池放電時,O2與Li+在多孔碳材料

電極處生成Li2O2-x(x=0或1)。下列說法正確的是

()

A.放電時,多孔碳材料電極為負(fù)極B.放電時,外電路電子由多孔碳材料電極流向鋰電極C.充電時,電解質(zhì)溶液中Li+向多孔碳材料區(qū)遷移D.充電時,電池總反應(yīng)為Li2O2-x

2Li+(1-

)O2↑答案

D本題以新型化學(xué)電源為載體,涉及的知識點(diǎn)有原電池工作原理及應(yīng)用、電解原理及其

應(yīng)用、二次電池等,體現(xiàn)了證據(jù)推理與模型認(rèn)知和科學(xué)態(tài)度與社會責(zé)任的學(xué)科核心素養(yǎng)。A項,依據(jù)題意和可充電電池裝置圖判斷出,放電時鋰電極作負(fù)極,多孔碳材料電極作正極,錯誤;B

項,在原電池中,外電路電子由負(fù)極流向正極,即放電時,外電路電子由鋰電極流向多孔碳材料電極,

錯誤;C項,充電時,電解質(zhì)溶液中的陽離子向陰極區(qū)遷移,即Li+向鋰電極區(qū)遷移,錯誤;D項,充電時,Li+在陰極區(qū)得到電子生成Li,陽極區(qū)生成O2,即電池總反應(yīng)為Li2O2-x

2Li+(1-

)O2↑,正確。方法技巧

可充電電池的工作原理①可充電電池中,放電過程用原電池原理分析,充電過程用電解原理分析;②分析電化學(xué)問題時,先

判斷出電極,然后根據(jù)工作原理分析。12.(2018北京理綜,12,6分)驗證犧牲陽極的陰極保護(hù)法,實驗如下(燒杯內(nèi)均為經(jīng)過酸化的3%NaCl

溶液)。下列說法不正確的是

()A.對比②③,可以判定Zn保護(hù)了FeB.對比①②,K3[Fe(CN)6]可能將Fe氧化C.驗證Zn保護(hù)Fe時不能用①的方法D.將Zn換成Cu,用①的方法可判斷Fe比Cu活潑①②③

在Fe表面生成藍(lán)色沉淀試管內(nèi)無明顯變化試管內(nèi)生成藍(lán)色沉淀答案

D本題涉及的知識點(diǎn)有金屬的腐蝕與防護(hù)、原電池原理及其應(yīng)用、Fe2+的檢驗等,以探究

性實驗的形式考查學(xué)生接受、吸收、整合化學(xué)信息的能力,體現(xiàn)了證據(jù)推理與模型認(rèn)知和科學(xué)探

究與創(chuàng)新意識的學(xué)科核心素養(yǎng)。A項,實驗②中加入K3[Fe(CN)6]溶液,溶液無變化,說明溶液中沒有Fe2+;實驗③中加入K3[Fe(CN)6]溶

液生成藍(lán)色沉淀,說明溶液中有Fe2+,正確;B項,對比①②可知,①中K3[Fe(CN)6]可能將Fe氧化成Fe2+,

Fe2+再與K3[Fe(CN)6]反應(yīng)生成藍(lán)色沉淀,正確;C項,由以上分析可知,驗證Zn保護(hù)Fe時,可以用②③

做對比實驗,不能用①的方法,正確;D項,K3[Fe(CN)6]可將單質(zhì)鐵氧化為Fe2+,Fe2+與K3[Fe(CN)6]反應(yīng)

生成藍(lán)色沉淀,附著在Fe表面,無法判斷鐵比銅活潑,錯誤。思路分析

本題應(yīng)該從實驗現(xiàn)象進(jìn)行判斷,如實驗③中試管內(nèi)生成藍(lán)色沉淀,說明產(chǎn)生Fe2+,然后結(jié)

合元素及其化合物的性質(zhì),進(jìn)行判斷即可。規(guī)律方法

做對比實驗時,一定要弄清哪些實驗條件是相同的,哪些是變化的。13.(2017課標(biāo)Ⅰ,11,6分)支撐海港碼頭基礎(chǔ)的鋼管樁,常用外加電流的陰極保護(hù)法進(jìn)行防腐,工作原

理如圖所示,其中高硅鑄鐵為惰性輔助陽極。下列有關(guān)表述不正確的是

()

A.通入保護(hù)電流使鋼管樁表面腐蝕電流接近于零B.通電后外電路電子被強(qiáng)制從高硅鑄鐵流向鋼管樁C.高硅鑄鐵的作用是作為損耗陽極材料和傳遞電流D.通入的保護(hù)電流應(yīng)該根據(jù)環(huán)境條件變化進(jìn)行調(diào)整答案

C本題涉及的知識點(diǎn)有金屬的腐蝕與防護(hù)、電解原理及其應(yīng)用等,以教材上的模型考查

學(xué)生對知識的識記、再現(xiàn)和理解能力及理論聯(lián)系實際的學(xué)科思想,體現(xiàn)了證據(jù)推理與模型認(rèn)知的

學(xué)科核心素養(yǎng)。將被保護(hù)的金屬(鋼管樁)與電源的負(fù)極相連,防止鋼管樁被腐蝕,外加保護(hù)電流可以抑制金屬電化

學(xué)腐蝕產(chǎn)生的電流,故其表面腐蝕電流接近于零,A項正確;高硅鑄鐵為惰性輔助陽極,陽極上發(fā)生

氧化反應(yīng),失去電子,外電路電子從高硅鑄鐵流向鋼管樁,B項正確;高硅鑄鐵為惰性輔助陽極,只是

用于傳遞電流,故陽極材料不損耗,C項錯誤;金屬的腐蝕受環(huán)境的影響,故通入的電流要根據(jù)環(huán)境

條件的變化及時進(jìn)行調(diào)整,D項正確。14.(2016課標(biāo)Ⅱ,11,6分)Mg-AgCl電池是一種以海水為電解質(zhì)溶液的水激活電池。下列敘述錯誤

的是

()A.負(fù)極反應(yīng)式為Mg-2e-

Mg2+B.正極反應(yīng)式為Ag++e-

AgC.電池放電時Cl-由正極向負(fù)極遷移D.負(fù)極會發(fā)生副反應(yīng)Mg+2H2O

Mg(OH)2+H2↑答案

BA項,Mg-AgCl電池中,Mg為負(fù)極,失去電子,正確;B項,AgCl為正極,故正極反應(yīng)式為AgCl

+e-

Ag+Cl-,錯誤;C項,電池放電時,陰離子移向負(fù)極,正確;D項,鎂是活潑金屬,能與水發(fā)生反應(yīng),故電池負(fù)極會發(fā)生副反應(yīng),正確。思路分析

AgCl為正極材料,得電子生成Ag和Cl-,正極附近溶液中c(Cl-)逐漸增大,負(fù)極周圍Mg2+濃

度逐漸增大,故Cl-向負(fù)極移動,Mg2+向正極移動。15.(2016課標(biāo)Ⅲ,11,6分)鋅—空氣燃料電池可用作電動車動力電源,電池的電解質(zhì)溶液為KOH溶

液,反應(yīng)為2Zn+O2+4OH-+2H2O

2Zn(OH

。下列說法正確的是

()A.充電時,電解質(zhì)溶液中K+向陽極移動B.充電時,電解質(zhì)溶液中c(OH-)逐漸減小C.放電時,負(fù)極反應(yīng)為:Zn+4OH--2e-

Zn(OH

D.放電時,電路中通過2mol電子,消耗氧氣22.4L(標(biāo)準(zhǔn)狀況)答案

C本題涉及的知識點(diǎn)有原電池原理及其應(yīng)用、化學(xué)電源、電解原理等,以電動車電源為

載體主要考查學(xué)生接受、吸收、整合化學(xué)信息的能力和理論聯(lián)系實際的學(xué)科思想,體現(xiàn)了證據(jù)推

理與模型認(rèn)知的學(xué)科核心素養(yǎng)。充電時為電解池,溶液中的陽離子向陰極移動,發(fā)生的反應(yīng)為2Zn(OH

2Zn+O2↑+4OH-+2H2O,電解質(zhì)溶液中c(OH-)增大,故A項、B項均錯誤;放電時負(fù)極反應(yīng)為Zn+4OH--2e-

Zn(OH,故C項正確;每消耗1molO2電路中通過4mol電子,故D項錯誤。知識拓展

1.

2.失電子

3.原電池充電時:正極接電源正極,電池正極變陽極。16.(2020江蘇單科,20,14分)CO2/HCOOH循環(huán)在氫能的貯存/釋放、燃料電池等方面具有重要應(yīng)

用。(1)CO2催化加氫。在密閉容器中,向含有催化劑的KHCO3溶液(CO2與KOH溶液反應(yīng)制得)中通入H2生成HCOO-,其離子方程式為

;其他條件不變,HC

轉(zhuǎn)化為HCOO-的轉(zhuǎn)化率隨溫度的變化如圖1所示。反應(yīng)溫度在40℃~80℃范圍內(nèi),HC

催化加氫的轉(zhuǎn)化率迅速上升,其主要原因是

。

圖1(2)HCOOH燃料電池。研究HCOOH燃料電池性能的裝置如圖2所示,兩電極區(qū)間用允許K+、H+通

過的半透膜隔開。

圖2①電池負(fù)極電極反應(yīng)式為

;放電過程中

需補(bǔ)充的物質(zhì)A為

(填化學(xué)式)。②圖2所示的HCOOH燃料電池放電的本質(zhì)是通過HCOOH與O2的反應(yīng),將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能,其反

應(yīng)的離子方程式為

。(3)HCOOH催化釋氫。在催化劑作用下,HCOOH分解生成CO2和H2可能的反應(yīng)機(jī)理如圖3所示。

圖3①HCOOD催化釋氫反應(yīng)除生成CO2外,還生成

(填化學(xué)式)。②研究發(fā)現(xiàn):其他條件不變時,以HCOOK溶液代替HCOOH催化釋氫的效果更佳,其具體優(yōu)點(diǎn)是

。答案(1)HC

+H2

HCOO-+H2O溫度升高反應(yīng)速率增大,溫度升高催化劑的活性增強(qiáng)(2)①HCOO-+2OH--2e-

HC

+H2OH2SO4②2HCOOH+2OH-+O2

2HC

+2H2O或2HCOO-+O2

2HC

(3)①HD②提高釋放氫氣的速率,提高釋放出氫氣的純度解析(1)根據(jù)題意,HC

+H2

HCOO-,1個H2失去2個電子,1個HC

得到2個電子,說明n(HC

)∶n(H2)∶n(HCOO-)=1∶1∶1。根據(jù)原子守恒及電荷守恒配平離子方程式:HC

+H2

HCOO-+H2O;反應(yīng)溫度在40℃~80℃范圍內(nèi),隨著溫度升高,催化劑活性增強(qiáng),反應(yīng)速率加快,單位

時間內(nèi)HC

催化加氫的轉(zhuǎn)化率迅速上升。(2)①通過觀察物質(zhì)的變化情況,可知HCOO-→HC

,HCOO-失電子,在負(fù)極發(fā)生反應(yīng),結(jié)合環(huán)境為堿性環(huán)境,得電極反應(yīng)式:HCOO-+2OH--2e-

HC

+H2O;右側(cè)電極上Fe3+→Fe2+,通入物質(zhì)A和O2,產(chǎn)生K2SO4,又因Fe3+在強(qiáng)酸性條件下存在,可知物質(zhì)A為H2SO4。②根據(jù)物質(zhì)變化,確定反應(yīng)物、產(chǎn)

物,得離子方程式:2HCOOH+2OH-+O2

2HC

+2H2O,溶液是堿性環(huán)境,本質(zhì)是HCOO-反應(yīng),故反應(yīng)方程式可寫為2HCOO-+O2

2HC

。(3)①觀察題圖所示反應(yīng)機(jī)理,HCOOH電離出的H+結(jié)合

形成

,HCOO-結(jié)合

形成

,然后

脫去CO2形成

與

結(jié)合產(chǎn)生H2,故是HCOOH的2個H結(jié)合產(chǎn)生了H2,則HCOOD的產(chǎn)物除了CO2還有HD。②HCOOK與HCOOH的不同之處在于前者完全電離,更易與催化劑結(jié)合脫去CO2,相比而言,可提高釋放氫氣的

速率;HCOOK溶液呈堿性,CO2不易放出,故還可提高釋放出氫氣的純度。以下為教師用書專用（17—19）17.(2019江蘇單科,10,2分)將鐵粉和活性炭的混合物用NaCl溶液濕潤后,置于如圖所示裝置中,進(jìn)

行鐵的電化學(xué)腐蝕實驗。下列有關(guān)該實驗的說法正確的是

()

A.鐵被氧化的電極反應(yīng)式為Fe-3e-

Fe3+B.鐵腐蝕過程中化學(xué)能全部轉(zhuǎn)化為電能C.活性炭的存在會加速鐵的腐蝕D.以水代替NaCl溶液,鐵不能發(fā)生吸氧腐蝕答案

C鐵作負(fù)極,Fe-2e-

Fe2+,A不正確;電化學(xué)腐蝕過程中化學(xué)能不可能全部轉(zhuǎn)化為電能,還有部分轉(zhuǎn)化為熱能,B不正確;活性炭的存在構(gòu)成了原電池,加快了負(fù)極鐵的腐蝕,C正確;以水代

替NaCl溶液,鐵仍然能發(fā)生吸氧腐蝕,只是吸氧腐蝕的速率會減慢,D不正確。知識總結(jié)

在中性或極弱的酸性環(huán)境中鋼鐵發(fā)生吸氧腐蝕,正極的電極反應(yīng)式為O2+2H2O+4e-

4OH-;在酸性環(huán)境中鋼鐵發(fā)生析氫腐蝕,正極的電極反應(yīng)式為2H++2e-

H2↑。18.(2019天津理綜,6,6分)我國科學(xué)家研制了一種新型的高比能量鋅-碘溴液流電池,其工作原理示

意圖如下。圖中貯液器可儲存電解質(zhì)溶液,提高電池的容量。下列敘述不正確的是()

A.放電時,a電極反應(yīng)為I2Br-+2e-

2I-+Br-B.放電時,溶液中離子的數(shù)目增大C.充電時,b電極每增重0.65g,溶液中有0.02molI-被氧化D.充電時,a電極接外電源負(fù)極答案

D本題涉及原電池正負(fù)極的判斷、電極反應(yīng)式的書寫等知識,通過工作原理示意圖的分

析,考查學(xué)生接受、吸收、整合化學(xué)信息的能力。新型高能電池的原理應(yīng)用體現(xiàn)了科學(xué)探究與創(chuàng)

新意識的學(xué)科核心素養(yǎng)。由工作原理示意圖中Zn2+遷移的方向可判斷放電時a為正極,b為負(fù)極,a極的電極反應(yīng)式為I2Br-+2e-

2I-+Br-,A項正確;放電時,a極得到電子,發(fā)生還原反應(yīng),使溶液中離子數(shù)目增大,B項正確;充電時,b極為陰極,電極反應(yīng)式為Zn2++2e-

Zn,每增重0.65g,轉(zhuǎn)移0.02mol電子,a極為陽極,電極反應(yīng)式為2I-+Br--2e-

I2Br-,轉(zhuǎn)移0.02mol電子,有0.02molI-被氧化,C項正確;充電時,a極接外接電源的正極,D項錯誤。解題思路

根據(jù)示意圖判斷電池的正、負(fù)極,再結(jié)合圖中微粒變化的情況書寫出電極反應(yīng)式,根據(jù)

兩極轉(zhuǎn)移電子守恒作出正確計算。19.(2016海南單科,10,4分)(雙選)某電池以K2FeO4和Zn為電極材料,KOH溶液為電解質(zhì)溶液,下列說

法正確的是

()A.Zn為電池的負(fù)極B.正極反應(yīng)式為2Fe

+10H++6e-

Fe2O3+5H2OC.該電池放電過程中電解質(zhì)溶液濃度不變D.電池工作時OH-向負(fù)極遷移答案

ADA項,根據(jù)化合價升降判斷,Zn化合價只能上升,故為負(fù)極材料,K2FeO4為正極,正確;B

項,KOH溶液為電解質(zhì)溶液,則正極電極反應(yīng)式為2Fe

+6e-+8H2O

2Fe(OH)3+10OH-,錯誤;C項,電池總反應(yīng)式為3Zn+2K2FeO4+8H2O

3Zn(OH)2+2Fe(OH)3+4KOH,消耗H2O并且生成KOH,則該電池放電過程中電解質(zhì)溶液濃度增大,錯誤;D項,電池工作時陰離子OH-向負(fù)極遷移,正確?？键c(diǎn)2電解原理及其應(yīng)用

1.(2020課標(biāo)Ⅱ,12,6分)電致變色器件可智能調(diào)控太陽光透過率,從而實現(xiàn)節(jié)能。下圖是某電致變

色器件的示意圖。當(dāng)通電時,Ag+注入到無色WO3薄膜中,生成AgxWO3,器件呈現(xiàn)藍(lán)色,對于該變化

過程,下列敘述錯誤的是

()

A.Ag為陽極B.Ag+由銀電極向變色層遷移C.W元素的化合價升高D.總反應(yīng)為:WO3+xAg

AgxWO3

答案

C本題重點(diǎn)考查電解原理及其應(yīng)用。根據(jù)題給裝置圖可知,該裝置有外接電源,為電解池,

且Ag電極作陽極,故A項正確;通電時,陽極反應(yīng)式為Ag-e-

Ag+,生成的Ag+通過固體電解質(zhì)進(jìn)入電致變色層,與WO3結(jié)合得到AgxWO3,W的化合價降低,陰極反應(yīng)式為WO3+xe-

W

,總反應(yīng)為xAg+WO3

AgxWO3,故B、D項正確,C項錯誤。2.(2020山東,13,4分)采用惰性電極,以去離子水和氧氣為原料通過電解法制備雙氧水的裝置如下

圖所示。忽略溫度變化的影響,下列說法錯誤的是

()

A.陽極反應(yīng)為2H2O-4e-

4H++O2↑B.電解一段時間后,陽極室的pH未變C.電解過程中,H+由a極區(qū)向b極區(qū)遷移D.電解一段時間后,a極生成的O2與b極反應(yīng)的O2等量答案

D根據(jù)題給電解裝置圖可知,電解池右側(cè)O2參加反應(yīng)生成H2O2,a極為陽極,b極為陰極。電

解時,陽極的電極反應(yīng)式為2H2O-4e-

4H++O2↑,陰極的電極反應(yīng)式為4H++2O2+4e-

2H2O2,A正確;根據(jù)電極反應(yīng)式及得失電子守恒可知,陽極生成的H+通過質(zhì)子交換膜進(jìn)入陰極區(qū)最終轉(zhuǎn)化

為H2O2,陽極區(qū)H+的物質(zhì)的量濃度不發(fā)生變化,pH不變,B、C正確;設(shè)電解時轉(zhuǎn)移電子為4mol,則陽

極生成1molO2,陰極消耗2molO2,D錯誤。3.(2020浙江7月選考,21,2分)電解高濃度RCOONa(羧酸鈉)的NaOH溶液,在陽極RCOO-放電可得到

R—R(烷烴)。下列說法不正確的是

()A.電解總反應(yīng)方程式:2RCOONa+2H2O

R—R+2CO2↑+H2↑+2NaOHB.RCOO-在陽極放電,發(fā)生氧化反應(yīng)C.陰極的電極反應(yīng):2H2O+2e-

2OH-+H2↑D.電解CH3COONa、CH3CH2COONa和NaOH混合溶液可得到乙烷、丙烷和丁烷答案

ARCOO-在陽極放電,溶液呈堿性,RCOO-不能轉(zhuǎn)化為CO2,A項錯誤;RCOO-在陽極放電,發(fā)

生氧化反應(yīng),B項正確;水電離產(chǎn)生的H+在陰極得電子產(chǎn)生H2,其電極反應(yīng)式為2H2O+2e-

2OH-+H2↑,C項正確;RCOO-轉(zhuǎn)化為R—R可以理解為脫去C、O,產(chǎn)生—R,繼而產(chǎn)生R—R,故CH3COONa、

CH3CH2COONa溶液中的CH3COO-、CH3CH2COO-脫去C、O后產(chǎn)生—CH3,—CH2CH3,產(chǎn)物可能是

乙烷、丙烷、丁烷,D項正確。4.(2020浙江1月選考,18,2分)在氯堿工業(yè)中,離子交換膜法電解飽和食鹽水示意圖如下,下列說法不

正確的是

()

A.電極A為陽極,發(fā)生氧化反應(yīng)生成氯氣B.離子交換膜為陽離子交換膜C.飽和NaCl溶液從a處進(jìn),NaOH溶液從d處出D.OH-遷移的數(shù)量等于導(dǎo)線上通過電子的數(shù)量答案

D由示意圖知,電極A上生成Cl2,發(fā)生的反應(yīng)為2Cl--2e-

Cl2↑,A正確;電極B上發(fā)生的反應(yīng)為2H2O+2e-

H2↑+2OH-,為防止陰極區(qū)生成的OH-與陽極區(qū)生成的Cl2反應(yīng)且維持兩側(cè)溶液呈電中性,中間的離子交換膜應(yīng)不允許OH-通過,左室中的Na+通過離子交換膜遷移到右室,故離子

交換膜為陽離子交換膜,B正確;飽和NaCl溶液從a處進(jìn),得到的NaOH溶液從d處出,C正確;OH-沒有

發(fā)生遷移,遷移的是Na+,且遷移的Na+數(shù)量等于導(dǎo)線上通過電子的數(shù)量,D錯誤。解題點(diǎn)睛

本題以離子交換膜法電解飽和食鹽水為命題背景,考查對電解原理的理解及應(yīng)用所學(xué)

知識分析和解決化學(xué)問題的能力。試題中等難度,主要體現(xiàn)了宏觀辨識與微觀探析的學(xué)科核心素

養(yǎng)。5.(2018課標(biāo)Ⅰ,13,6分)最近我國科學(xué)家設(shè)計了一種CO2+H2S協(xié)同轉(zhuǎn)化裝置,實現(xiàn)對天然氣中CO2和

H2S的高效去除。示意圖如下圖所示,其中電極分別為ZnO@石墨烯(石墨烯包裹的ZnO)和石墨烯,

石墨烯電極區(qū)發(fā)生反應(yīng)為:①EDTA-Fe2+-e-

EDTA-Fe3+②2EDTA-Fe3++H2S

2H++S+2EDTA-Fe2+

該裝置工作時,下列敘述錯誤的是

()A.陰極的電極反應(yīng):CO2+2H++2e-

CO+H2OB.協(xié)同轉(zhuǎn)化總反應(yīng):CO2+H2S

CO+H2O+SC.石墨烯上的電勢比ZnO@石墨烯上的低D.若采用Fe3+/Fe2+取代EDTA-Fe3+/EDTA-Fe2+,溶液需為酸性答案

C本題涉及的知識點(diǎn)有電解原理及其應(yīng)用、電極反應(yīng)式的書寫、氧化還原反應(yīng)等,主要

通過我國科學(xué)家的最新研究成果為背景考查學(xué)生的觀察、識圖、辨析能力和知識的靈活運(yùn)用能

力,體現(xiàn)了證據(jù)推理與模型認(rèn)知和科學(xué)態(tài)度與社會責(zé)任的學(xué)科核心素養(yǎng)。由石墨烯電極區(qū)反應(yīng)①可知該極發(fā)生氧化反應(yīng),為陽極,則ZnO@石墨烯為陰極。陰極的電極反應(yīng)

為CO2+2H++2e-

CO+H2O,A正確。裝置工作時涉及三個反應(yīng),Fe2+與Fe3+的轉(zhuǎn)化循環(huán)進(jìn)行,總反應(yīng)為CO2與H2S之間的反應(yīng),根據(jù)得失電子守恒可知總反應(yīng)為CO2+H2S

CO+H2O+S,B正確。石墨烯與電源正極相連,ZnO@石墨烯與電源負(fù)極相連,故石墨烯上的電勢比ZnO@石墨烯上的高,C

錯誤。Fe2+、Fe3+均在酸性環(huán)境中穩(wěn)定存在,D正確。6.(2017課標(biāo)Ⅱ,11,6分)用電解氧化法可以在鋁制品表面形成致密、耐腐蝕的氧化膜,電解質(zhì)溶液

一般為H2SO4-H2C2O4混合溶液。下列敘述錯誤的是

()A.待加工鋁質(zhì)工件為陽極B.可選用不銹鋼網(wǎng)作為陰極C.陰極的電極反應(yīng)式為:Al3++3e-

AlD.硫酸根離子在電解過程中向陽極移動答案

C本題涉及的知識點(diǎn)有電解原理及其應(yīng)用等,以電解氧化法在鋁制品表面形成氧化膜為

載體,主要考查學(xué)生接受、吸收、整合化學(xué)信息的能力和知識的靈活運(yùn)用能力,體現(xiàn)了證據(jù)推理與

模型認(rèn)知的學(xué)科核心素養(yǎng)。A項,根據(jù)原理可知,Al要形成氧化膜,化合價升高失電子,因此鋁為陽極,正確;B項,不銹鋼網(wǎng)接觸面

積大,能提高電解效率,正確;C項,陰極應(yīng)為陽離子得電子,根據(jù)離子放電順序應(yīng)是H+放電,即2H++2e-

H2↑,錯誤;D項,根據(jù)電解原理,電解時,陰離子移向陽極,正確。知識拓展

關(guān)于電解原理的“不尋?！睉?yīng)用1.電解原理在“金屬防腐”中的應(yīng)用。如:外加電流的陰極保護(hù)法。2.電解原理在“物質(zhì)制備”中的應(yīng)用。如:尿素[CO(NH2)2]制氫氣。3.電解原理在“環(huán)境治理”中的應(yīng)用。如:用電解法消除CN-。7.(2016課標(biāo)Ⅰ,11,6分)三室式電滲析法處理含Na2SO4廢水的原理如圖所示,采用惰性電極,ab、cd

均為離子交換膜,在直流電場的作用下,兩膜中間的Na+和S

可通過離子交換膜,而兩端隔室中離子被阻擋不能進(jìn)入中間隔室。

下列敘述正確的是

()A.通電后中間隔室的S

離子向正極遷移,正極區(qū)溶液pH增大B.該法在處理含Na2SO4廢水時可以得到NaOH和H2SO4產(chǎn)品C.負(fù)極反應(yīng)為2H2O-4e-

O2+4H+,負(fù)極區(qū)溶液pH降低D.當(dāng)電路中通過1mol電子的電量時,會有0.5mol的O2生成答案

B本題涉及的知識點(diǎn)有電解原理的應(yīng)用、電極反應(yīng)式的書寫和有關(guān)電解的計算等,以電

滲析法處理廢水為背景考查學(xué)生對所學(xué)知識的靈活運(yùn)用能力,體現(xiàn)了證據(jù)推理與模型認(rèn)知和科學(xué)

態(tài)度與社會責(zé)任的學(xué)科核心素養(yǎng)。A項,通電后S

向正極移動,正極區(qū)OH-放電,溶液酸性增強(qiáng),pH減小,錯誤;B項,在正極區(qū)OH-放電后c(H+)增大,S

向正極移動得到H2SO4,在負(fù)極區(qū)H+放電后c(OH-)增大,Na+向負(fù)極區(qū)移動得到NaOH,正確;C項,負(fù)極反應(yīng)為4H++4e-

2H2↑,溶液pH增大,錯誤;D項,當(dāng)電路中通過1mol電子的電量時,會有0.25molO2生成,錯誤。思路分析

1.通電前:電解質(zhì)溶液中含有哪些陰、陽離子(包括由水電離出的H+和OH-)。2.通電時:陰離子移向陽極,陽離子移向陰極,結(jié)合放電順序分析誰優(yōu)先放電(注意活潑金屬作陽極

時,活潑金屬優(yōu)先放電)。3.正確書寫電極反應(yīng)式,要注意原子數(shù)、電荷數(shù)是否守恒。4.結(jié)合題目要求分析電解時的各種變化情況。如兩極現(xiàn)象、水的電離平衡移動、離子濃度的變

化、pH的變化等。8.(2019北京理綜,27,14分)氫能源是最具應(yīng)用前景的能源之一,高純氫的制備是目前的研究熱點(diǎn)。(1)甲烷水蒸氣催化重整是制高純氫的方法之一。①反應(yīng)器中初始反應(yīng)的生成物為H2和CO2,其物質(zhì)的量之比為4∶1,甲烷和水蒸氣反應(yīng)的方程式是

。②已知反應(yīng)器中還存在如下反應(yīng):ⅰ.CH4(g)+H2O(g)

CO(g)+3H2(g)

ΔH1ⅱ.CO(g)+H2O(g)

CO2(g)+H2(g)

ΔH2ⅲ.CH4(g)

C(s)+2H2(g)

ΔH3……ⅲ為積炭反應(yīng),利用ΔH1和ΔH2計算ΔH3時,還需要利用

反應(yīng)

的ΔH。③反應(yīng)物投料比采用n(H2O)∶n(CH4)=4∶1,大于初始反應(yīng)的化學(xué)計量數(shù)之比,目的是

(選

填字母序號)。a.促進(jìn)CH4轉(zhuǎn)化b.促進(jìn)CO轉(zhuǎn)化為CO2c.減少積炭生成④用CaO可以去除CO2。H2體積分?jǐn)?shù)和CaO消耗率隨時間變化關(guān)系如下圖所示。

從t1時開始,H2體積分?jǐn)?shù)顯著降低,單位時間CaO消耗率

(填“升高”“降低”或“不

變”)。此時CaO消耗率約為35%,但已失效,結(jié)合化學(xué)方程式解釋原因:

。(2)可利用太陽能光伏電池電解水制高純氫,工作示意圖如下。通過控制開關(guān)連接K1或K2,可交替

得到H2和O2。

①制H2時,連接

。產(chǎn)生H2的電極反應(yīng)式是

。②改變開關(guān)連接方式,可得O2。③結(jié)合①和②中電極3的電極反應(yīng)式,說明電極3的作用:

。答案(1)①CH4+2H2O

4H2+CO2②C(s)+2H2O(g)

CO2(g)+2H2(g)或C(s)+CO2(g)

2CO(g)③abc④降低CaO+CO2

CaCO3,CaCO3覆蓋在CaO表面,減少了CO2與CaO的接觸面積(2)①K12H2O+2e-

H2↑+2OH-③制H2時,電極3發(fā)生反應(yīng):Ni(OH)2+OH--e-

NiOOH+H2O。制O2時,上述電極反應(yīng)逆向進(jìn)行,使電極3得以循環(huán)使用解析本題考查的內(nèi)容是化學(xué)反應(yīng)原理中的化學(xué)反應(yīng)與能量變化、化學(xué)平衡的移動、電化學(xué)

等。試題的綜合性強(qiáng)、信息量大,側(cè)重考查了學(xué)生接受、吸收、整合化學(xué)信息的能力和分析問

題、解決問題的能力,體現(xiàn)了變化觀念與平衡思想、證據(jù)推理與模型認(rèn)知的學(xué)科核心素養(yǎng)及培養(yǎng)

學(xué)生關(guān)注社會發(fā)展、科技進(jìn)步的意識和創(chuàng)新思維、創(chuàng)新意識的價值觀念。(1)②反應(yīng)ⅲ中有固體碳生成,而ⅰ、ⅱ中都沒有碳參與反應(yīng),所以必須有一個有碳參與的反應(yīng)的Δ

H才能計算ΔH3。(2)①控制開關(guān)連接K1時,電極1作陰極,H2O在電極周圍放電產(chǎn)生H2。③開關(guān)連接K1時,電極3作陽極,Ni(OH)2被氧化為NiOOH;開關(guān)連接K2時,電極3作陰極,NiOOH被還

原為Ni(OH)2。以下為教師用書專用（9—11）9.(2017海南單科,10,4分)一種電化學(xué)制備NH3的裝置如圖所示,圖中陶瓷在高溫時可以傳輸H+。下

列敘述錯誤的是

()

A.Pd電極b為陰極B.陰極的反應(yīng)式為:N2+6H++6e-

2NH3C.H+由陽極向陰極遷移D.陶瓷可以隔離N2和H2

答案

AA項,此裝置為電解池,總反應(yīng)為N2+3H2

2NH3,由電化學(xué)制備NH3的裝置可知,通入氮?dú)獾囊欢藶殛帢O,通入氫氣的一端為陽極,即Pd電極b上是氫氣發(fā)生反應(yīng),即氫氣失去電子化合價升

高,Pd電極b為陽極,錯誤;B項,觀察裝置圖知,Pd電極a為陰極,反應(yīng)式為N2+6H++6e-

2NH3,正確;C項,根據(jù)電解池的原理,陽離子在陰極上放電,故H+由陽極移向陰極,正確;D項,由題圖可知,氮?dú)馀c氫

氣不直接接觸,陶瓷可以隔離N2和H2,正確。思路分析本題考查電解原理,首先判斷陰、陽兩極,陰極連接電源的負(fù)極,陰極上得到電子化合

價降低,發(fā)生還原反應(yīng);陽極連接電源的正極,陽極上失去電子化合價升高,發(fā)生氧化反應(yīng)。然后判

斷電極材料,若活潑金屬作陽極,活潑金屬先失電子,如果是惰性材料作陽極,則是還原性強(qiáng)的陰離

子先失電子,氧化性強(qiáng)的離子在陰極上得電子。電極反應(yīng)式的書寫是高考的熱點(diǎn),一般需要根據(jù)裝

置圖完成,需要看清反應(yīng)環(huán)境。10.(2017江蘇單科,16,12分)鋁是應(yīng)用廣泛的金屬。以鋁土礦(主要成分為Al2O3,含SiO2和Fe2O3等雜

質(zhì))為原料制備鋁的一種工藝流程如下:

注:SiO2在“堿溶”時轉(zhuǎn)化為鋁硅酸鈉沉淀。(1)“堿溶”時生成偏鋁酸鈉的離子方程式為

。(2)向“過濾Ⅰ”所得濾液中加入NaHCO3溶液,溶液的pH

(填“增大”“不變”或“減

小”)。(3)“電解Ⅰ”是電解熔融Al2O3,電解過程中作陽極的石墨易消耗,原因是

。(4)“電解Ⅱ”是電解Na2CO3溶液,原理如圖所示。陽極的電極反應(yīng)式為

,陰極產(chǎn)生的物質(zhì)A的化學(xué)式為

。

(5)鋁粉在1000℃時可與N2反應(yīng)制備AlN。在鋁粉中添加少量NH4Cl固體并充分混合,有利于AlN

的制備,其主要原因是

。答案(12分)(1)Al2O3+2OH-

2Al

+H2O(2)減小(3)石墨電極被陽極上產(chǎn)生的O2氧化(4)4C

+2H2O-4e-

4HC

+O2↑H2(5)NH4Cl分解產(chǎn)生的HCl能夠破壞Al表面的Al2O3薄膜解析(1)Al2O3是兩性氧化物,能與強(qiáng)堿反應(yīng)生成Al

和H2O。(2)“堿溶”時,NaOH溶液應(yīng)過量,則在“過濾Ⅰ”所得濾液中一定含有過量的NaOH,當(dāng)加入

NaHCO3溶液時,HC

+OH-

C

+H2O,使c(OH-)減小,故pH減小。(3)電解熔融Al2O3時,陽極反應(yīng)式為:2O2--4e-

O2↑,O2會與石墨發(fā)生化學(xué)反應(yīng),從而消耗石墨。(4)陽極應(yīng)是H2O電離出的OH-放電,生成O2和H+,在Na2CO3溶液充足的條件下,H+與C

反應(yīng)生成HC

,故陽極的電極反應(yīng)式為:4C

+2H2O-4e-

4HC

+O2↑;陰極的電極反應(yīng)式為:4H2O+4e-

2H2↑+4OH-,所以物質(zhì)A為H2。(5)鋁粉表面有Al2O3薄膜,阻礙反應(yīng)的進(jìn)行,而添加少量NH4Cl固體,NH4Cl分解生成的HCl能與Al2O3

反應(yīng),破壞Al2O3薄膜,有利于Al和N2反應(yīng)。疑難突破

向“過濾Ⅰ”所得濾液中加入NaHCO3溶液時,除了發(fā)生反應(yīng)HC

+OH-

H2O+C

,還發(fā)生反應(yīng)HC

+Al

+H2O

Al(OH)3↓+C

,然后經(jīng)“過濾Ⅱ”得到Al(OH)3,灼燒Al(OH)3,發(fā)生反應(yīng)2Al(OH)3

Al2O3+3H2O,再電解熔融的Al2O3可得到Al。11.(2016天津理綜,10,14分)氫能是發(fā)展中的新能源,它的利用包括氫的制備、儲存和應(yīng)用三個環(huán)

節(jié)。回答下列問題:(1)與汽油相比,氫氣作為燃料的優(yōu)點(diǎn)是

(至少答出兩點(diǎn))。但是氫氣

直接燃燒的能量轉(zhuǎn)換率遠(yuǎn)低于燃料電池,寫出堿性氫氧燃料電池的負(fù)極反應(yīng)式:

。(2)氫氣可用于制備H2O2。已知:H2(g)+A(l)

B(l)

ΔH1O2(g)+B(l)

A(l)+H2O2(l)

ΔH2其中A、B為有機(jī)物,兩反應(yīng)均為自發(fā)反應(yīng),則H2(g)+O2(g)

H2O2(l)的ΔH

0(填“>”“<”或“=”)。(3)在恒溫恒容的密閉容器中,某儲氫反應(yīng):MHx(s)+yH2(g)

MHx+2y(s)

ΔH<0達(dá)到化學(xué)平衡。下列有關(guān)敘述正確的是

。a.容器內(nèi)氣體壓強(qiáng)保持不變b.吸收ymolH2只需1molMHxc.若降溫,該反應(yīng)的平衡常數(shù)增大d.若向容器內(nèi)通入少量氫氣,則v(放氫)>v(吸氫)(4)利用太陽能直接分解水制氫,是最具吸引力的制氫途徑,其能量轉(zhuǎn)化形式為

。(5)化工生產(chǎn)的副產(chǎn)氫也是氫氣的來源。電解法制取有廣泛用途的Na2FeO4,同時獲得氫氣:Fe+2H2

O+2OH-

Fe

+3H2↑,工作原理如圖1所示。裝置通電后,鐵電極附近生成紫紅色Fe

,鎳電極有氣泡產(chǎn)生。若氫氧化鈉溶液濃度過高,鐵電極區(qū)會產(chǎn)生紅褐色物質(zhì)。已知:Na2FeO4只在強(qiáng)堿

性條件下穩(wěn)定,易被H2還原。

圖1圖2

①電解一段時間后,c(OH-)降低的區(qū)域在

(填“陰極室”或“陽極室”)。②電解過程中,須將陰極產(chǎn)生的氣體及時排出,其原因為

。③c(Na2FeO4)隨初始c(NaOH)的變化如圖2,任選M、N兩點(diǎn)中的一點(diǎn),分析c(Na2FeO4)低于最高值的

原因:

。答案(1)污染小、可再生、來源廣、資源豐富、燃燒熱值高(任寫其中2個)H2+2OH--2e-

2H2O(2)<(3)ac(4)光能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能(5)①陽極室②防止Na2FeO4與H2反應(yīng)使產(chǎn)率降低③M點(diǎn):c(OH-)低,Na2FeO4穩(wěn)定性差,且反應(yīng)慢N點(diǎn):c(OH-)過高,鐵電極上有Fe(OH)3(或Fe2O3)生成,使Na2FeO4產(chǎn)率降低解析(1)堿性氫氧燃料電池中H2在負(fù)極失電子結(jié)合OH-生成H2O。(2)兩反應(yīng)的ΔS均小于0,且均為自發(fā)反應(yīng),故兩反應(yīng)均為放熱反應(yīng)。H2(g)+A(l)

B(l)

ΔH1<0……①O2(g)+B(l)

A(l)+H2O2(l)

ΔH2<0……②運(yùn)用蓋斯定律,①+②可得:H2(g)+O2(g)

H2O2(l)的ΔH=ΔH1+ΔH2<0。(3)恒溫恒容條件下反應(yīng)達(dá)平衡后H2的物質(zhì)的量不再改變,容器內(nèi)壓強(qiáng)不再改變,a項正確;該反應(yīng)為

可逆反應(yīng),吸收ymolH2需要MHx的物質(zhì)的量大于1mol,b項不正確;降溫,平衡正向移動,c(H2)減小,

平衡常數(shù)K=

,故K增大,c項正確;v(放氫)代表逆反應(yīng)速率,v(吸氫)代表正反應(yīng)速率,向容器內(nèi)通入少量H2,v正>v逆,即v(吸氫)>v(放氫),d項不正確。(5)①由題意可知,陽極的電極反應(yīng)式為Fe-6e-+8OH-

Fe

+4H2O,陰極的電極反應(yīng)式為6H2O+6e-

3H2↑+6OH-,故電解一段時間后陽極室c(OH-)降低。②陰極產(chǎn)生H2,若不及時排出,則會還原Na2FeO4,使產(chǎn)率降低。③由題中信息可知Na2FeO4在強(qiáng)堿性條件下穩(wěn)定,故c(OH-)較低時Na2FeO4穩(wěn)

定性差;c(OH-)過高時,鐵電極上會產(chǎn)生Fe(OH)3或Fe2O3,導(dǎo)致Na2FeO4產(chǎn)率降低。三

年

模

擬A組考點(diǎn)基礎(chǔ)題組考點(diǎn)1原電池金屬的電化學(xué)腐蝕與防護(hù)1.(2020海南等級考模擬,10)(雙選)鋅—空氣電池的電容量大,可作為汽車的清潔能源?？偡磻?yīng)式

為2Zn+O2+2H2O

2Zn(OH)2,示意圖如下,有關(guān)該電池的說法正確的是

()

A.電池可以用稀硫酸作電解質(zhì)溶液B.電池工作時,電子由a電極沿導(dǎo)線流向b電極C.空氣擴(kuò)散電極上的電極反應(yīng):O2+2H2O+4e-

4OH-D.阻隔空氣進(jìn)入鋅—空氣電池,電池停止工作答案

CDA項,由電池總反應(yīng)產(chǎn)物為Zn(OH)2可知電解質(zhì)溶液呈堿性,錯誤;B項,根據(jù)電池示意圖

可知a極為正極,b極為負(fù)極,電子由負(fù)極沿導(dǎo)線流向正極,錯誤;C項,堿性電解質(zhì)溶液中,O2在正極得

電子生成OH-,電極反應(yīng)式為O2+2H2O+4e-

4OH-,正確;D項,阻隔空氣進(jìn)入鋅—空氣電池,電池反應(yīng)無法進(jìn)行,則電池停止工作,正確。2.(2020重慶一中3月檢測,12)2019年11月《Science》雜志報道了王浩天教授團(tuán)隊發(fā)明的制取H2O2

的綠色方法,原理如圖所示(已知:H2O2

H++H

,Ka=2.4×10-12)。下列說法錯誤的是

()答案

BA項,a極的電極反應(yīng)式為H2-2e-

2H+,H+透過陽離子交換膜(X膜)進(jìn)入中間,與H

反應(yīng)生成H2O2,正確;B項,1molO2參加反應(yīng)生成1molH2O2,共轉(zhuǎn)移2mol電子,錯誤;C項,催化劑可加快

反應(yīng)速率,故可加快單位時間內(nèi)電子轉(zhuǎn)移數(shù)目,正確;D項,b極為正極,氧氣得到電子,電極反應(yīng)式為O

2+H2O+2e-

H

+OH-,正確。A.X膜為陽離子交換膜B.每生成1molH2O2外電路通過4mole-C.催化劑可加快單位時間內(nèi)反應(yīng)中電子的轉(zhuǎn)移數(shù)目D.b極上的電極反應(yīng)為:O2+H2O+2e-

H

+OH-

3.(2020湖北隨州3月調(diào)研,11)如圖所示,一種鋁—空氣電池是將鋁離子導(dǎo)體Al2(WO4)3置于靠近電解

液、鋁電極和石墨電極的表面,該導(dǎo)體使鋁離子有更好的導(dǎo)電性,防止了電解質(zhì)溶液與電極的直接

接觸。下列敘述正確的是

()答案

C負(fù)極反應(yīng)式為Al-3e-

Al3+,因電解質(zhì)溶液與電極不直接接觸,所以Al3+不會與OH-反應(yīng)生成Al

,故A不正確;因電解質(zhì)溶液與Al電極不直接接觸,所以Al電極不會發(fā)生析氫腐蝕,故B不正確;可采用在金屬Al表面噴油漆、涂油脂等物理方法來防止金屬Al的腐蝕,故C正確;鋁—空氣電

池具有很高的能量密度,工作原理簡單,反應(yīng)產(chǎn)物可被循環(huán)利用,成本低,無污染等優(yōu)點(diǎn),是一種極有

應(yīng)用前景的綠色能源,故D不正確。A.負(fù)極反應(yīng)式為Al-3e-+4OH-

Al

+2H2OB.如果電解質(zhì)溶液采用KOH溶液,會出現(xiàn)析氫腐蝕C.可采用在金屬Al表面噴油漆、涂油脂的方法來防止金屬Al的腐蝕D.鋁—空氣電池優(yōu)點(diǎn)很多,但不屬于綠色能源4.(2020山東等級考模擬,13)利用小粒徑零價鐵(ZVI)的電化學(xué)腐蝕處理三氯乙烯,進(jìn)行水體修復(fù)的

過程如圖所示。H+、O2、N

等共存物的存在會影響水體修復(fù)效果,定義單位時間內(nèi)ZVI釋放電子的物質(zhì)的量為nt,其中用于有效腐蝕的電子的物質(zhì)的量ne。下列說法錯誤的是

()

A.反應(yīng)①②③④均在正極發(fā)生B.單位時間內(nèi),三氯乙烯脫去amolCl時ne=amolC.④的電極反應(yīng)式為N

+10H++8e-

N

+3H2OD.增大單位體積水體中小粒徑ZVI的投入量,可使nt增大答案

B本題以利用小粒徑零價鐵(ZVI)的電化學(xué)腐蝕處理三氯乙烯進(jìn)行水體修復(fù)為載體,考查

了原電池原理在生產(chǎn)中的應(yīng)用,考點(diǎn)有正、負(fù)極電極反應(yīng)的判斷,電極反應(yīng)式的書寫與相關(guān)計算,

加快化學(xué)反應(yīng)速率方法的判斷等;體現(xiàn)了“四翼”考查要求中的綜合性、應(yīng)用性和創(chuàng)新性,考查

的學(xué)科核心素養(yǎng)有變化觀念與平衡思想、證據(jù)推理與模型認(rèn)知等。A項,由題圖中反應(yīng)前后元素化合價變化可知,反應(yīng)①②③④均為得電子的反應(yīng),所以應(yīng)在正極發(fā)

生,正確;B項,三氯乙烯脫氯時發(fā)生的反應(yīng)為CHCl

CCl2+3H++6e-

CH2

CH2+3Cl-,故脫去a

molCl時ne=2amol,錯誤;C項,由題圖及N元素的化合價變化可寫出④的電極反應(yīng)式為N

+10H++8e-

N

+3H2O,正確;D項,增大單位體積水體中小粒徑ZVI的投入量,可以增大小粒徑ZVI和正極的接觸面積,加快ZVI釋放電子的速率,可使nt增大,正確。5.(2020湖北宜昌4月聯(lián)考,11)2019年諾貝爾化學(xué)獎頒給了三位為鋰離子電池發(fā)展作出重要貢獻(xiàn)的

科學(xué)家。一種鋰離子電池充電時的陽極反應(yīng)式為LiFePO4-xe-

xFePO4+(1-x)LiFePO4+xLi+,放電時的工作原理如圖所示。下列敘述不正確的是

()A.該電池工作時Fe、P元素化合價均不變B.放電時,電子由銅箔經(jīng)外電路流向鋁箔C.充電時,鋁箔電極應(yīng)該接電源的正極D.充電時,Li+通過隔膜移向銅箔電極方向遷移答案

AA項,該電池在放電時Fe元素化合價由反應(yīng)前FePO4中的+3價變?yōu)榉磻?yīng)后LiFePO4中的+

2價,可見Fe元素化合價發(fā)生了變化,錯誤;B項,根據(jù)工作原理示意圖可知,放電時Li+移向鋁箔,則放

電時鋁箔為正極,銅箔為負(fù)極,放電時,電子由銅箔經(jīng)外電路流向鋁箔,正確;C項,根據(jù)題意可知充電

時Al箔為陽極,則充電時,鋁箔電極應(yīng)該接電源的正極,正確;D項,根據(jù)圖示可知,電池放電時Li+通過

隔膜向鋁箔電極方向遷移,充電是放電的逆過程,則充電時Li+要由鋁箔通過隔膜向銅箔電極方向

遷移,正確。考點(diǎn)2電解原理及其應(yīng)用6.(2020山東等級考模擬,11)工業(yè)上電解NaHSO4溶液制備Na2S2O8。電解時,陰極材料為Pb;陽極(鉑

電極)電極反應(yīng)式為2HS

-2e-

S2

+2H+。下列說法正確的是

()A.陰極電極反應(yīng)式為Pb+HS

-2e-

PbSO4+H+B.陽極反應(yīng)中S的化合價升高C.S2

中既存在非極性鍵又存在極性鍵D.可以用銅電極作陽極答案

CS2

的結(jié)構(gòu)為

,由此可以得出以下信息:S2

中含硫氧極性鍵和氧氧非極性鍵,S的化合價仍為+6價,—O—O—中的兩個O均為-1價,其他的O均為-2價;電解時陽極的HS

中O失去電子,S未變價;陰極電極反應(yīng)式為2H++2e-

H2↑;若用銅作陽極,則陽極反應(yīng)為Cu-2e-

Cu2+,故選C。拓展延伸

S的幾種含氧酸的結(jié)構(gòu)

(1)兩分子硫酸發(fā)生類似醇分子間脫水生成醚的反應(yīng),生成焦硫酸;(2)過氧化氫(H—O—O—H)中的兩個H原子被磺基(

)取代,得到過二硫酸。7.(2020湖北武漢華中師大一附中2月網(wǎng)上檢測,11)處理煙氣中的SO2可以采用堿吸——電解法,其

流程如圖1;模擬過程Ⅱ如圖2,下列推斷正確的是

()

圖1

圖2A.膜1為陰離子交換膜,膜2為陽離子交換膜B.若用鋅錳堿性電池為電源,a極與鋅極相連C.a極的電極反應(yīng)式為2H2O-4e-

4H++O2↑D.若收集22.4L的P(標(biāo)準(zhǔn)狀況下),則轉(zhuǎn)移4mol電子答案

B本題以處理煙氣中的SO2為背景,要求學(xué)生具備學(xué)以致用的能力,主要考查電解原理及

其應(yīng)用,體現(xiàn)科學(xué)態(tài)度與社會責(zé)任的核心素養(yǎng)。A項,電解Na2SO3溶液時,S

通過陰離子交換膜進(jìn)入右室,Na+通過陽離子交換膜進(jìn)入左室,則膜1為陽離子交換膜,膜2為陰離子交換膜,錯誤;B項,a極為陰極,與鋅錳堿性電池的負(fù)極(鋅極)相連,正

確;C項,a極為陰極,水在陰極得電子發(fā)生還原反應(yīng)生成氫氣,電極反應(yīng)式為2H2O+2e-

2OH-+H2↑,錯誤;D項,由陰極電極反應(yīng)式可知,若收集標(biāo)準(zhǔn)狀況下22.4LH2,轉(zhuǎn)移2mol電子,錯誤。8.(2020北京西城一模,11)光電池在光照條件下可產(chǎn)生電壓,如下裝置可以實現(xiàn)光能源的充分利用,

雙極性膜可將水解離為H+和OH-,并實現(xiàn)其定向通過。下列說法不正確的是

()

A.該裝置將光能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能并分解水B.雙極性膜可控制其兩側(cè)溶液分別為酸性和堿性C.光照過程中陽極區(qū)溶液中的n(OH-)基本不變D.再生池中的反應(yīng):2V2++2H2O

2V3++2OH-+H2↑答案

D本題通過圖像考查電解池工作原理,主要考查接受、吸收和整合化學(xué)信息的能力,體現(xiàn)

證據(jù)推理與模型認(rèn)知的學(xué)科核心素養(yǎng),突出對應(yīng)用性的考查要求。該裝置利用光電池將光能轉(zhuǎn)換為電能,再利用電解池將電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能,最終達(dá)到分解水的目

的,A項正確;由圖可知,陽極區(qū)為堿性環(huán)境,陰極區(qū)為酸性環(huán)境,且H+、OH-均來自雙極性膜上進(jìn)行

的水的解離,故雙極性膜可控制其兩側(cè)溶液分別為酸性和堿性,B項正確;陽極區(qū):4OH--4e-

2H2O+O2↑,陰極區(qū):V3++e-

V2+,雙極性膜:H2O

H++OH-,再生池中:2V2++2H+

2V3++H2↑,由此建立比例關(guān)系,電解池:4e-~4OH-~4V3+,再生池:4V3+~4H+,陽極區(qū)消耗4個OH-的同時,雙極性膜

中的水會電離出4個OH-,故光照過程中陽極區(qū)溶液中的n(OH-)基本不變,C正確,D錯誤。思路分析

由示意圖可知,雙極性膜將水解離為H+和OH-,在光電池的作用下,左側(cè)電極為陰極,V3+

在陰極得電子發(fā)生還原反應(yīng)生成V2+,右側(cè)電極為陽極,OH-在陽極失電子發(fā)生氧化反應(yīng)生成氧氣,

再生池中V2+和H+在催化劑作用下反應(yīng)生成V3+和H2,反應(yīng)的化學(xué)方程式為2V2++2H+

2V3++H2↑。9.(2020北京等級考適應(yīng)性測試,15)地球上的氮元素對動植物有重要作用,其中氨的合成與應(yīng)用是

當(dāng)前的研究熱點(diǎn)。(1)人工固氮最主要的方法是Haber-Bosch法。通常用以鐵為主的催化劑在400~500℃和10~30

MPa的條件下,由氮?dú)夂蜌錃庵苯雍铣砂?。①已知上述反?yīng)中生成1molNH3放出46kJ熱量,該反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為

。②該反應(yīng)放熱,但仍選擇較高溫度。其原因是

。(2)常溫常壓下電解法合成氨的原理如下圖所示:

①陰極生成氨的電極反應(yīng)式為

。②陽極氧化產(chǎn)物只有O2。電解時實際生成的NH3的總量遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于由O2理論計算所得NH3的量,結(jié)

合電極反應(yīng)式解釋原因:

。(3)氨是生產(chǎn)氮肥的原料,經(jīng)如下轉(zhuǎn)化可以得到NH4NO3。NH3

NO

NO2

HNO3

NH4NO3已知:氮原子利用率是指目標(biāo)產(chǎn)物中氮的總質(zhì)量與生成物中氮的總質(zhì)量之比上述反應(yīng)③的氮原子利用率為66.7%。要使原料NH3轉(zhuǎn)化為NH4NO3的整個轉(zhuǎn)化過程中氮原子利

用率達(dá)到100%,可采取的措施是

。答案(1)①N2(g)+3H2(g)

2NH3(g)ΔH=-92kJ/mol②溫度升高反應(yīng)速率加快(2)①N2+6H++6e-

2NH3②陰極一定有其他微粒放電,2H++2e-

H2↑(3)將生成物NO循環(huán)利用或通入足量O2

解析試題以氨的合成與應(yīng)用為情境,通過Haber-Bosch法和電解法合成氨考查學(xué)生對合成氨條

件的選擇和電解原理的理解,涉及熱化學(xué)方程式、合成氨條件的選擇、電解原理的應(yīng)用等知識,主

要考查理解能力和推理論證能力,體現(xiàn)變化觀念與平衡思想和證據(jù)推理與模型認(rèn)知的學(xué)科核心素

養(yǎng),突出對應(yīng)用性的考查。(1)①由題意知,生成1molNH3放出46kJ熱量,則生成2molNH3放出92kJ熱量,故該反應(yīng)的熱化學(xué)

方程式為N2(g)+3H2(g)

2NH3(g)

ΔH=-92kJ/mol;②該反應(yīng)放熱,但仍選擇較高溫度的原因是溫度升高可以提高化學(xué)反應(yīng)速率。(2)①由題圖知,陰極N2得電子生成NH3,則電極反應(yīng)式為N2+6H+

+6e-

2NH3;②由題意知,陽極產(chǎn)物只有O2,故陽極反應(yīng)式為2H2O-4e-

O2↑+4H+,生成的H+經(jīng)過質(zhì)子交換膜進(jìn)入陰極室,在陰極可放電生成H2,使實際生成的NH3總量遠(yuǎn)小于由O2理論計