統(tǒng)考版2023高考化學二輪專題復習第一部分高考選擇題專項突破題型7電化學原理應用-化學電源與電解技術課件

題型7電化學原理應用——化學電源與電解技術真題·考情題型·練透?？肌ゎA測真題·考情全國卷1.[2022·全國乙卷]Li-O2電池比能量高，在汽車、航天等領域具有良好應用前景。近年來，科學家研究了一種光照充電Li-O2電池(如圖所示)。光照時，光催化電極產(chǎn)生電子(e－)和空穴(h＋)，驅(qū)動陰極反應(Li＋＋e－===Li)和陽極反應(Li2O2＋2h＋===2Li＋＋O2)對電池進行充電。下列敘述錯誤的是(

)A．充電時，電池的總反應Li2O2===2Li＋O2B．充電效率與光照產(chǎn)生的電子和空穴量有關C．放電時，Li＋從正極穿過離子交換膜向負極遷移D．放電時，正極發(fā)生反應O2＋2Li＋＋2e－===Li2O2答案：C解析：根據(jù)題給電池裝置圖并結(jié)合陰、陽極電極反應可知，充電時，電池的總反應為Li2O2===2Li＋O2，A項正確；由題干中光照時陰、陽極反應可知，充電效率與光照產(chǎn)生的電子和空穴量有關，B項正確；放電時題給裝置為原電池，陽離子（Li＋）向正極遷移，C項錯誤；根據(jù)題給裝置圖可知，放電時正極上O2得電子并與Li＋結(jié)合生成Li2O2，即O2＋2Li＋＋2e－===Li2O2，D項正確。

答案：A

3．[2021·全國甲卷]乙醛酸是一種重要的化工中間體，可采用如圖所示的電化學裝置合成。圖中的雙極膜中間層中的H2O解離為H＋和OH－，并在直流電場作用下分別向兩極遷移。下列說法正確的是(

)A．KBr在上述電化學合成過程中只起電解質(zhì)的作用B．陽極上的反應式為：

C．制得2mol乙醛酸，理論上外電路中遷移了1mol電子D．雙極膜中間層中的H＋在外電場作用下向鉛電極方向遷移答案：D解析：根據(jù)圖示，石墨電極一側(cè)發(fā)生反應2Br－－2e－===Br2、OHC—CHO＋Br2＋H2O―→HOOC—CHO＋2HBr，總反應為OHC—CHO－2e－＋H2O===HOOC—CHO＋2H＋，因此石墨電極為陽極，KBr不只是起到電解質(zhì)的作用，A項錯誤，B項錯誤；根據(jù)陽極總反應OHC—CHO－2e－＋H2O===HOOC—CHO＋2H＋、陰極反應HOOC—COOH＋2e－＋2H＋===HOOC—CHO＋H2O，可得總反應式為OHC—CHO＋HOOC—COOH===2HOOC—CHO，故制得2mol乙醛酸，理論上外電路中遷移了2mol電子，C項錯誤；根據(jù)陰極（鉛電極）反應，雙極膜中間層中的H＋在外電場作用下向陰極（鉛電極）遷移，D項正確。4．[2021·全國乙卷]沿海電廠采用海水為冷卻水，但在排水管中生物的附著和滋生會阻礙冷卻水排放并降低冷卻效率。為解決這一問題，通常在管道口設置一對惰性電極(如圖所示)，通入一定的電流。下列敘述錯誤的是(

)A．陽極發(fā)生將海水中的Cl－氧化生成Cl2的反應B．管道中可以生成氧化滅殺附著生物的NaClOC．陰極生成的H2應及時通風稀釋安全地排入大氣D．陽極表面形成的Mg(OH)2等積垢需要定期清理答案：D解析：海水中含有較大濃度的Cl－，通電后Cl－能在陽極上發(fā)生失電子的氧化反應生成Cl2，A項正確；電解過程中陰極區(qū)有NaOH生成，陽極上生成的Cl2與陰極區(qū)生成的NaOH反應可得到NaClO，B項正確；H2具有可燃性，故應及時排入大氣，以免出現(xiàn)意外，C項正確；陰極的電極反應式為2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑，生成的OH－與海水中的Mg2＋結(jié)合形成Mg（OH）2，故Mg（OH）2主要在陰極上形成，D項錯誤。5．[2020·全國卷Ⅰ]科學家近年發(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。

答案：D

6．[2020·全國卷Ⅱ]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。當通電時，Ag＋注入到無色WO3薄膜中，生成AgxWO3，器件呈現(xiàn)藍色，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．總反應為：WO3＋xAg===AgxWO3答案：C

省市卷1.[2022·湖南卷]海水電池在海洋能源領域備受關注，一種鋰—海水電池構(gòu)造示意圖如下，下列說法錯誤的是(

)A.海水起電解質(zhì)溶液作用B．N極僅發(fā)生的電極反應：2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑C．玻璃陶瓷具有傳導離子和防水的功能D．該鋰—海水電池屬于一次電池答案：B解析：海水中含有大量的電解質(zhì)，故A項正確；Li是活潑金屬，作負極，則N極是正極，正極上海水中溶解的O2、CO2等均能放電，B項錯誤；由于Li易與水反應，故玻璃陶瓷應具有良好的防水功能，同時為形成閉合的回路，也應具有傳導離子的功能，C項正確；該電池屬于一次電池，D項正確。2．[2022·廣東卷]科學家基于Cl2易溶于CCl4的性質(zhì)，發(fā)展了一種無需離子交換膜的新型氯流電池，可作儲能設備(如圖)。充電時電極a的反應為：

NaTi2(PO4)3＋2Na＋＋2e－===Na3Ti2(PO4)3。下列說法正確的是(

)A．充電時電極b是陰極B．放電時NaCl溶液的pH減小C．放電時NaCl溶液的濃度增大D．每生成1molCl2，電極a質(zhì)量理論上增加23g答案：C解析：由充電時電極a的反應可知，充電時電極a發(fā)生還原反應，所以電極a是陰極，則電極b是陽極，故A錯誤；放電時電極反應和充電時相反，則由放電時電極a的反應為Na3Ti2（PO4）3－2e－===NaTi2（PO4）3＋2Na＋可知，NaCl溶液的pH不變，故B錯誤；放電時負極反應為Na3Ti2（PO4）3－2e－===NaTi2（PO4）3＋2Na＋，正極反應為Cl2＋2e－===2Cl－，反應后Na＋和Cl－濃度都增大，則放電時NaCl溶液的濃度增大，故C正確；充電時陽極反應為2Cl－－2e－===Cl2↑，陰極反應為NaTi2（PO4）3＋2Na＋＋2e－===Na3Ti2（PO4）3，由得失電子守恒可知，每生成1molCl2，電極a質(zhì)量理論上增加23g·mol－1×2mol＝46g，故D錯誤。

答案：D

4．[2021·河北卷]K－O2電池結(jié)構(gòu)如圖，a和b為兩個電極，其中之一為單質(zhì)鉀片。關于該電池，下列說法錯誤的是(

)A．隔膜允許K＋通過，不允許O2通過B．放電時，電流由b電極沿導線流向a電極；充電時，b電極為陽極C．產(chǎn)生1Ah電量時，生成KO2的質(zhì)量與消耗O2的質(zhì)量比值約為2.22D．用此電池為鉛酸蓄電池充電，消耗3.9g鉀時，鉛酸蓄電池消耗0.9g水答案：D解析：由題圖可知，b極上O2轉(zhuǎn)化為KO2，則b極為電池正極，a極為電池負極，K＋通過隔膜由a極向b極遷移，為避免O2氧化K電極，O2不能通過隔膜，A說法正確；放電時，電流由正極經(jīng)導線流向負極，即由b極經(jīng)導線流向a極，充電時，b極接外接電源的正極，b電極為陽極，B說法正確；產(chǎn)生1Ah電量時，生成KO2與消耗O2的質(zhì)量比為71∶32≈2.22，C說法正確；消耗3.9g鉀時，轉(zhuǎn)移0.1mole－，鉛酸蓄電池消耗0.1molH2O，其質(zhì)量為1.8g，D說法錯誤。5．[2020·山東卷]微生物脫鹽電池是一種高效、經(jīng)濟的能源裝置，利用微生物處理有機廢水獲得電能，同時可實現(xiàn)海水淡化。現(xiàn)以NaCl溶液模擬海水，采用惰性電極，用下圖裝置處理有機廢水(以含CH3COO－的溶液為例)。下列說法錯誤的是(

)A．負極反應為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、負極產(chǎn)生氣體的物質(zhì)的量之比為2∶1答案：B解析：結(jié)合圖示可知放電時的電極反應如下：根據(jù)上述分析可知，A項正確；該電池工作時，Cl－向a極移動，Na＋向b極移動，即隔膜1為陰離子交換膜，隔膜2為陽離子交換膜，B項錯誤；電路中轉(zhuǎn)移1mol電子時，向a極和b極分別移動1molCl－和1molNa＋，則模擬海水理論上可除鹽58.5g，C項正確；電池工作時負極產(chǎn)生CO2，正極產(chǎn)生H2，結(jié)合正、負極的電極反應知，一段時間后，正極和負極產(chǎn)生氣體的物質(zhì)的量之比為2∶1，D項正確。電極名稱電極反應負極（a極）CH3COO－＋2H2O－8e－===2CO2↑＋7H＋正極（b極）2H＋＋2e－===H2↑6．[2020·江蘇卷]將金屬M連接在鋼鐵設施表面，可減緩水體中鋼鐵設施的腐蝕。在如圖所示的情境中，下列有關說法正確的是(

)A．陰極的電極反應式為Fe－2e－===Fe2＋B．金屬M的活動性比Fe的活動性弱C．鋼鐵設施表面因積累大量電子而被保護D．鋼鐵設施在河水中的腐蝕速率比在海水中的快答案：C解析：本題考查金屬的腐蝕與防護，考查的化學學科核心素養(yǎng)是科學態(tài)度與社會責任。該裝置中陰極發(fā)生還原反應，A項錯誤；金屬M被氧化，即金屬活動性：M>Fe，B項錯誤；鋼鐵設施為原電池的正極，表面積累大量電子而被保護，C項正確；海水中含有大量的NaCl等電解質(zhì)，而河水中電解質(zhì)較少，故鋼鐵設施在河水中的腐蝕速率比在海水中的慢，D項錯誤?？记榉治?/p>

考向考點考情1新型化學電源正、負極判斷離子移動方向電極反應式、原電池總方程式的正誤判斷電極及電解液轉(zhuǎn)移電子計算考情2電解原理與技術陰、陽極的判斷離子交換膜的作用溶液酸堿性的改變及副反應分析電極方程式的正誤判斷考情3金屬的腐蝕與防護電化學腐蝕的原因分析金屬的防護技術題型·練透精準備考·要有方向——研析題型角度題型角度1新型化學電源分析例12019年諾貝爾化學獎頒給了三位為鋰離子電池發(fā)展作出重要貢獻的科學家。磷酸鐵鋰鋰離子電池充電時陽極反應式為xLiFePO4－xe－===xLi＋＋xFePO4，放電工作示意圖如圖。下列敘述不正確的是(

)A．放電時，Li＋通過隔膜移向正極B．放電時，電子由鋁箔沿導線流向銅箔C．放電時正極反應為：xFePO4＋xLi＋＋xe－===xLiFePO4D．磷酸鐵鋰鋰離子電池充放電過程通過Li＋遷移實現(xiàn)，C、Fe、P元素化合價均不發(fā)生變化答案：D解析：放電時，Li＋通過隔膜移向正極，故A正確；放電時，電子由負極即鋁箔沿導線流向正極即銅箔，故B正確；放電正極得電子，發(fā)生還原反應為：xFePO4＋xLi＋＋xe－===xLiFeO4，故C正確；磷酸鐵鋰鋰離子電池充放電過程通過Li＋遷移實現(xiàn)，F(xiàn)e元素化合價發(fā)生變化，故D錯誤；綜上所述，答案為D。練1

鋰—銅空氣燃料電池容量高、成本低，具有廣闊的發(fā)展前景。該電池通過一種復雜的銅腐蝕“現(xiàn)象”產(chǎn)生電能，其中放電過程為2Li＋Cu2O＋H2O===2Cu＋2Li＋＋2OH－，下列說法錯誤的是(

)A．放電時，Li＋透過固體電解質(zhì)向Cu極移動B．放電時，正極的電極反應式為O2＋2H2O＋4e－===4OH－C．通空氣時，銅被腐蝕，表面產(chǎn)生Cu2OD．整個反應過程中，氧化劑為O2答案：B解析：因為原電池放電時，陽離子移向正極，所以Li＋透過固體電解質(zhì)向Cu極移動，A正確；由總反應方程式可知Cu2O中Cu元素化合價降低，被還原，正極反應式應為Cu2O＋H2O＋2e－===2Cu＋2OH－，B錯誤；放電過程為2Li＋Cu2O＋H2O===2Cu＋2Li＋＋2OH－，可知通空氣時，銅被腐蝕，表面產(chǎn)生Cu2O，C正確；由C項分析知，Cu先與O2反應生成Cu2O，放電時Cu2O重新生成Cu，則整個反應過程中，Cu相當于催化劑，O2為氧化劑，D正確。練2

為提升電池循環(huán)效率和穩(wěn)定性，科學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，設計了采用強堿性電解質(zhì)的3D-Zn—NiOOH二次電池，結(jié)構(gòu)如圖所示。電池反應為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．充電時陽極反應為Ni(OH)2(s)＋OH－(aq)－e－===NiOOH(s)＋H2O(l)C．放電時負極反應為Zn(s)＋2OH－(aq)－2e－===ZnO(s)＋H2O(l)D．放電過程中OH－通過隔膜從負極區(qū)移向正極區(qū)答案：D解析：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，考查了學生接受、吸收、整合化學信息的能力，運用電化學原理解決實際問題，體現(xiàn)了變化觀念與平衡思想的學科核心素養(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，正確；C項，放電時Zn作負極失去電子，發(fā)生氧化反應，正確；D項，放電時，OH－由正極區(qū)向負極區(qū)遷移，錯誤。題型角度2電解原理與工業(yè)技術例2最近我國科學家設計了一種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：CO2＋2H＋＋2e－===CO＋H2OB．協(xié)同轉(zhuǎn)化總反應：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解析：陰極發(fā)生還原反應，氫離子由交換膜右側(cè)向左側(cè)遷移，陰極的電極反應式為CO2＋2e－＋2H＋===CO＋H2O，A項正確；結(jié)合陽極區(qū)發(fā)生的反應，可知協(xié)同轉(zhuǎn)化總反應為CO2＋H2S===S＋CO＋H2O，B項正確；石墨烯作陽極，其電勢高于ZnO@石墨烯的，C項錯誤；Fe3＋、Fe2＋在堿性或中性介質(zhì)中會生成沉淀，它們只穩(wěn)定存在于酸性較強的介質(zhì)中，D項正確。練1

用如圖所示裝置除去含CN－、Cl－廢水中的CN－時，控制溶液pH為9～10，CN－與陽極產(chǎn)生的ClO－反應生成無污染的氣體，下列說法不正確的是(

)A．用石墨作陽極，鐵作陰極B．陽極的電極反應式為Cl－＋2OH－－2e－===ClO－＋H2OC．陰極的電極反應式為2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－D．除去CN－的反應：2CN－＋5ClO－＋2H＋===N2↑＋2CO2↑＋5Cl－＋H2O答案：D

練2

碳酸二甲酯(DMC)結(jié)構(gòu)簡式為(CH3O)2CO，化學性質(zhì)非常活潑，極易水解。用電解法制備碳酸二甲酯的模擬裝置如圖所示。下列說法正確的是(

)A.圖中左側(cè)電極為陰極，右側(cè)電極為陽極B．陽極反應：CO－2e－＋2CH3OH===(CH3O)2CO＋2H＋C．質(zhì)子通過交換膜從陰極區(qū)移向陽極區(qū)D．離子液體必須是水溶液，目的是傳遞電荷答案：B解析：根據(jù)圖知，通入氧氣的電極上氧氣得電子生成水，則通入氧氣的電極是陰極，通入甲醇和CO的電極是陽極，則圖中左側(cè)電極為陽極，右側(cè)電極為陰極，A錯誤；B正確；質(zhì)子（H＋）在陽極區(qū)生成，通過交換膜從陽極區(qū)移向陰極區(qū)，C錯誤；依據(jù)題干信息“碳酸二甲酯（DMC）極易水解”知：離子液體必須是非水體系，D錯誤。

答案：C

練支撐海港碼頭基礎的防腐技術，常用外加電流的陰極保護法進行防腐，工作原理如圖所示，其中高硅鑄鐵為惰性輔助陽極。下列有關表述不正確的是(

)A．通入保護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．通入的保護電流應該根據(jù)環(huán)境條件變化進行調(diào)整答案：C解析：A對：外加強大的電流可以抑制金屬電化學腐蝕產(chǎn)生的電流。B對：被保護的鋼管樁作陰極，高硅鑄鐵作陽極，電解池中外電路電子由陽極流向陰極，即從高硅鑄鐵流向鋼管樁。C錯：高硅鑄鐵為惰性輔助陽極，其主要作用是傳遞電流，而不是作為損耗陽極。D對：保護電流要抑制金屬電化學腐蝕產(chǎn)生的電流，應根據(jù)環(huán)境條件變化進行調(diào)整。精準備考·要有方案——高考必備基礎一、電化學“兩池”原理1．構(gòu)建原電池模型，分析原電池工作原理構(gòu)建如圖Zn-Cu-H2SO4原電池模型，通過類比模型，結(jié)合氧化還原反應知識(如：化合價的變化、得失電子情況等)，能迅速判斷原電池的正、負極，弄清楚外電路中電子的移動情況和內(nèi)電路中離子的移動情況，準確書寫電極反應式和電池總反應式，掌握原電池的工作原理。3．“兩池”中“兩極”的判斷判斷依據(jù)電極材料電極反應電子流向離子移向電極現(xiàn)象原電池負極活潑金屬氧化反應流出陰離子移向電極質(zhì)量減小正極不活潑金屬或非金屬還原反應流入陽離子移向電極增重或質(zhì)量不變電解池陽極與電源正極相連氧化反應流出陰離子移向電極溶解或pH減小陰極與電源負極相連還原反應流入陽離子移向電極增重或pH增大二、“交換膜”技術在兩池中的應用種類允許通過的離子及移動方向說明陽離子交換膜陽離子→移向電解池的陰極或原電池的正極陰離子和氣體不能通過陰離子交換膜陰離子→移向電解池的陽極或原電池的負極陽離子和氣體不能通過質(zhì)子交換膜質(zhì)子→移向電解池的陰極或原電池的正極只允許H＋通過

三、新型化學電源電極反應式書寫1．燃料電池電極反應式的書寫(以氫氧燃料電池為例)(1)注意介質(zhì)環(huán)境(2)掌握書寫程序2．其他新型一次電池鈉硫電池總反應：2Na＋xS===Na2Sx全釩液流電池鋰—銅電池總反應：2Li＋Cu2O＋H2O===2Cu＋2Li＋＋2OH－正極：Cu2O＋H2O＋2e－===2Cu＋2OH－負極：2Li－2e－===2Li＋Mg-H2O2電池總反應：H2O2＋2H＋＋Mg===Mg2＋＋2H2O正極：H2O2＋2H＋＋2e－===2H2O負極：Mg－2e－===Mg2＋Mg-AgCl電池總反應：Mg＋2AgCl===2Ag＋MgCl2正極：2AgCl＋2e－===2Cl－＋2Ag負極：Mg－2e－===Mg2＋3.充電(可逆)電池鋅銀電池總反應：Ag2O＋Zn＋H2O

2Ag＋Zn(OH)2正極：Ag2O＋H2O＋2e－===2Ag＋2OH－負極：Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2陽極：2Ag＋2OH－－2e－===Ag2O＋H2O陰極：Zn(OH)2＋2e－===Zn＋2OH－鎳鐵電池總反應：NiO2＋Fe＋2H2O

Fe(OH)2＋Ni(OH)2正極：NiO2＋2e－＋2H2O===Ni(OH)2＋2OH－負極：Fe－2e－＋2OH－===Fe(OH)2陽極：Ni(OH)2＋2OH－－2e－===NiO2＋2H2O陰極：Fe(OH)2＋2e－===Fe＋2OH－鎳鎘電池總反應：Cd＋2NiOOH＋2H2O

Cd(OH)2＋2Ni(OH)2正極：2NiOOH＋2H2O＋2e－===2Ni(OH)2＋2OH－負極：Cd－2e－＋2OH－===Cd(OH)2陽極：2Ni(OH)2＋2OH－－2e－===2NiOOH＋2H2O陰極：Cd(OH)2＋2e－===Cd＋2OH－鋅鐵電池總反應：3Zn＋2K2FeO4＋8H2O

3Zn(OH)2＋2Fe(OH)3＋4KOH鋰離子電池總反應：Li1－xCoO2＋LixC6

LiCoO2＋C6(x<1)正極Li1－xCoO2＋xe－＋xLi＋===LiCoO2負極：LixC6－xe－===xLi＋＋C6陽極：LiCoO2－xe－===Li1－xCoO2＋xLi＋陰極：xLi＋＋xe－＋C6===LixC6四、金屬腐蝕原理及防護方法總結(jié)(1)常見的電化學腐蝕有兩類：①形成原電池時，金屬作負極，大多數(shù)是吸氧腐蝕；②形成電解池時，金屬作陽極。(2)金屬防腐的電化學方法：①原電池原理——犧牲陽極的陰極保護法：與較活潑的金屬相連，較活潑的金屬作負極被腐蝕，被保護的金屬作正極。注意：此處是原電池，犧牲了負極保護了正極，但習慣上叫做犧牲陽極的陰極保護法。②電解池原理——外加電流的陰極保護法：被保護的金屬與電池負極相連，形成電解池，作陰極。?？肌ゎA測1.一種電化學制備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．陰極的反應式為N2＋6H＋