2022屆新高考化學(xué)一輪復(fù)習(xí)電化學(xué)原理的綜合應(yīng)用學(xué)案

電化學(xué)原理的綜合應(yīng)用

導(dǎo)讀:在近幾年高考中，電化學(xué)是高考重點(diǎn)，電化學(xué)綜合題是?？碱}

型,考查的電化學(xué)裝置常采用串聯(lián)裝置,且常采用交換膜,特別是離子

交換膜的應(yīng)用及電解質(zhì)介質(zhì)對電極反應(yīng)的影響的試題比較多，且常出

常新,離子交換膜的功能在于選擇性地通過某些離子和阻止某些離子

來隔離某些物質(zhì)，電解質(zhì)介質(zhì)主要對電極反應(yīng)產(chǎn)物進(jìn)行二次反應(yīng),此

類題能大大提高學(xué)生的證據(jù)推理和模型認(rèn)知核心素養(yǎng)。

類型一“多池組合”電化學(xué)綜合分析

5此WfE-----------------------

[典例1]（2020?湖南長沙月考）中科院長春應(yīng)化所張新波團(tuán)隊(duì)提出

了一種獨(dú)特的鋰一氮電池（Li-N，該電池在放電過程中消耗氮?dú)?充

電過程中釋放氮?dú)?實(shí)現(xiàn)氮?dú)獾难h(huán),并對外提供電能。該電池在充

電時發(fā)生反應(yīng)：2LisN—岫t+6Lio現(xiàn)以該電池為電源進(jìn)行如圖所示

實(shí)驗(yàn),下列說法正確的是（）

維隔板碳布

+

3N-6e^_N2↑+6Li

+由甲電極遷移向乙電極,并在多孔碳布表面生成LisN

C.電極“石墨a”和m、n處均可能有銅析出

D.鋰一氮電池為綠色固氮提供了一種可能

考查情境:本題情境是基于鋰一氮電池的新型固氮技術(shù),該技術(shù)不僅

擴(kuò)展了人工固氮的新方法,將固氮技術(shù)與新能源聯(lián)系在一起,而且填

補(bǔ)了鋰一氮二次電池技術(shù)領(lǐng)域的空白，該情境設(shè)置是對題目的創(chuàng)新，

也能引導(dǎo)學(xué)生對科學(xué)的探究。

必備知識:本題考查的必備知識有電極反應(yīng)式的書寫、電解質(zhì)溶液中

離子移動方向、二次電池各電極之間的關(guān)系和固氮原理分析。

關(guān)鍵能力：該電池具有創(chuàng)新性和應(yīng)用性，既可實(shí)現(xiàn)綠色固氮,還可對外

提供電能。考查了學(xué)生的探究與創(chuàng)新能力，要求學(xué)生在解決化學(xué)問題

的過程中，運(yùn)用科學(xué)的方法,初步了解二次電池的充、放電規(guī)律,并對

化學(xué)原理和現(xiàn)象做出科學(xué)、合理的解釋。

解析:放電時該原電池中鋰失電子作負(fù)極,氮?dú)獾秒娮幼髡龢O,故乙

+

電極是正極,發(fā)生反應(yīng):N2+6Li+6e=2Li3N,A錯誤;充電過程是電解

池原理,Li'由乙電極移向甲電極，多孔碳布表面Li3N分解生成附和

Li+,B錯誤;石墨a是陽極，電解稀硫酸,在陽極:2H?0-4e_4H+02t,

產(chǎn)生氧氣,C錯誤;反應(yīng)N2+6Li=2Li3N屬于氮的固定,鋰一氮電池為

綠色固氮提供了一種可能,D正確。

答案:D

⑤思維建模

“串聯(lián)”類裝置的解題流程

■?？枷蛞唤柚娀瘜W(xué)原理分析“串聯(lián)”電池電極反應(yīng)

1.（2014?廣東卷）某同學(xué)組裝了如圖所示的電化學(xué)裝置，電極I為

Al,其它均為Cu,則（A）

A.電流方向：電極IV電極I

I發(fā)生還原反應(yīng)

C.電極∏逐漸溶解

D.電極HI的電極反應(yīng):Cu"+2d—Cu

解析：由左至右三個裝置分別記為①、②、③,帶鹽橋的①、②裝置

構(gòu)成原電池，電極I為負(fù)極，電極∏為正極,裝置③為電解池。A項(xiàng)，

電子移動方向：電極I電極IV,電流方向與電子移動方向相反,

正確;B項(xiàng),原電池負(fù)極在工作中發(fā)生氧化反應(yīng),錯誤;C項(xiàng),原電池正

極上發(fā)生還原反應(yīng),c『在電極π上得電子生成銅單質(zhì)，該電極質(zhì)量逐

漸增大,錯誤;D項(xiàng)，電解池中陽極為活性電極時一，電極本身被氧化,生

成的離子進(jìn)入溶液中，因?yàn)殡姌O∏為正極，因此電極HI為電解池的陽

極,其電極反應(yīng)式為Cu-2e=Cu2+,錯誤。

2.（2021?四川德陽月考）合成綠色能源、消除環(huán)境污染是新時代化

學(xué)研究的熱點(diǎn)課題,在這一領(lǐng)域的研究中，電化學(xué)可以大有作為。如

圖就是一種利用氫氣來消除CO、NH3、NO等污染氣體的電化學(xué)裝置，

在消除污染氣體的同時,還可獲得綠色能源甲醇，以及化工產(chǎn)品KOH

溶液和H2SO∣溶液等。下列說法中錯誤的是（C）

ll

質(zhì)子交換膜t陽離子陰離子

（只允許H*通過）?交換膜交換膜Y

NH3

A.消除CO污染的工作池內(nèi)要先加入稀硫酸，以提供合成甲醇所需的

原料

B.從B、C出口逸出的氣體相同,都是空氣中含量最多的氣體

C.從A、D出口分別獲得的化工產(chǎn)品是硫酸和氫氧化鉀

322.4L,需消耗氫氣3g

解析：由圖可知,CO發(fā)生還原反應(yīng)生成CHQH,即通入CO的電極為正

極,通入上的電極為負(fù)極;題給右圖為電解池,其中左側(cè)和右側(cè)電極分

別為陰極和陽極。稀硫酸在消除CO污染的工作池中作電解質(zhì)溶液，

可傳導(dǎo)H：即該工作池要先加入稀硫酸,A正確;NR,在陽極被氧化為

+

N2,即2NA—6e一一N2+6H,NO在陰極發(fā)生還原反應(yīng)，SP2N0+4e>2?0—

N2+40H,則B、C出口逸出的氣體均為N2,是空氣中含量最多的氣體,B

正確;SOf通過陰離子交換膜,K'通過陽離子交換膜,最終從A、D出

口分別獲得KoH溶液和H2SO4溶液,C錯誤;標(biāo)準(zhǔn)狀況下22.4LN?為

1mol,完全生成N轉(zhuǎn)移3mol電子,氫氣被氧化為H1,據(jù)得失電子守

恒可知,消耗1.5mol電其質(zhì)量為3g,D正確。

底考向二“串聯(lián)”電池各電極關(guān)系分析

3.某興趣小組的同學(xué)用如圖所示裝置研究有關(guān)電化學(xué)的問題。當(dāng)閉

合該裝置的電鍵時,觀察到檢流計(jì)的指針發(fā)生了偏轉(zhuǎn)。

電鍵

---------?----------?s,--

c

?l（k?ct∕∣∣*1Λ-fcl

J，??一：,一--j:：：^：：：ZJ.

KoH溶液AgNo,溶液CUCh溶液

甲池乙池丙池

請回答下列問題:

（1）甲池為（填“原電池”“電解池”或“電鍍池”），通入

CH3OH的電極的電極反應(yīng)式為。

⑵乙池中A（石墨）電極的名稱為（填“正極”“負(fù)極”

“陰極”或”陽極”），總反應(yīng)式為o

（3）當(dāng)乙池中B極質(zhì)量增加5.40g時一，甲池中理論上消耗的體積

為mL（標(biāo)準(zhǔn)狀況），丙池中極析出g

銅。

⑷若丙中電極不變,將其溶液換成NaCl溶液，電鍵閉合一段時間后,

甲中溶液的PH將（填“增大”“減小”或“不變”，下

同）；丙中溶液的pH將o

解析：(1)甲池為原電池,通入ChOH的電極為負(fù)極，電極反應(yīng)式為

CH30H-6e+80H—C0∣^+6H20o

⑵乙池中電解AgNO3溶液,其中C作陽極,Ag作陰極,總反應(yīng)式為

4AgN03+2H20±±4Ag+02↑+4HN03o

⑶根據(jù)各電極上轉(zhuǎn)移的電子數(shù)相同，得n(Ag)=4n(O2)=2n(Cu),故

V(O2)=(?×X22.4)L=O.28L=280

mL,m(Cu)=(∣×-∣^×64)g=l.60g0

⑷若丙中電極不變,將其溶液換成NaCl溶液,根據(jù)丙中總反

應(yīng):2岫d+2達(dá)01±2岫0口+乩1+Cl2↑,則丙中溶液PH增大,而甲中總反

應(yīng)為2CH30H+302+4K0H±±2K2C03+6H20,則甲中溶液pH減小。

答案：⑴原電池CH30H-6e"+80H_Cθf+6H20

⑵陽極4AgN03+2H20≡4Ag+02t+4HN03

(4)減小增大

類型二電化學(xué)中的介質(zhì)和交換膜

Ui??iW≡?-------------------------------

[典例2](2020?浙江杭州期中)利用膜技術(shù)原理和電化學(xué)原理制備

少量硫酸和綠色硝化劑N2O5,裝置如圖所示。下列說法正確的是

質(zhì)子膜隔膜

(只允許H+通過)(阻止水分子通過)

甲乙

電極反應(yīng)式是02+4e-+2H20-40H

B.甲中每消耗1molS02,a電極附近溶液H'增加2mol

電極反應(yīng)式是N204-2e+H20—N205+2H,

D.甲、乙裝置中分別生成的硫酸和岫。5的物質(zhì)的量相等

考查情境:膜技術(shù)的核心在于膜的應(yīng)用，也就是通過具有選擇性分離

功能的薄膜材料，以其為核心進(jìn)行的裝置的集成與應(yīng)用，膜技術(shù)在電

化學(xué)制備和除污上有著廣泛的應(yīng)用，該情境的引入,能激發(fā)學(xué)生對交

換膜的作用的探究。

必備知識:本題考查的必備知識有串聯(lián)裝置中四個電極的關(guān)系、串聯(lián)

電路中原電池和電解池的區(qū)分、電極反應(yīng)式的書寫、電路中轉(zhuǎn)移電

子及各電極產(chǎn)生物質(zhì)的物質(zhì)的量關(guān)系和交換膜的作用分析。

關(guān)鍵能力：本題主要考查的關(guān)鍵能力側(cè)重于分析與推測、探究與創(chuàng)新

能力：一是掌握研究電化學(xué)裝置的方法和技能;二是能夠通過對串聯(lián)

裝置的觀察,獲取有關(guān)的感性知識和印象,并進(jìn)行初步加工、吸收、

有序存儲的能力;三是能夠從試題提供的新信息中，準(zhǔn)確地提取實(shí)質(zhì)

性內(nèi)容,并與已有知識塊整合、重組為新知識塊,運(yùn)用到題目解答

中。

解析：甲裝置能自發(fā)地進(jìn)行氧化還原反應(yīng)且沒有外接電源,是原電池,

電極a為負(fù)極，電極b為正極,正極發(fā)生的還原反應(yīng)為02+4e+4H=

2H20,電解液為硫酸溶液,不能出現(xiàn)氫氧根離子,A錯誤;依據(jù)轉(zhuǎn)移電子

數(shù)相同可知，甲裝置a電極反應(yīng)為SO2-2葭+2乩0—4H'+S0f,總反應(yīng)為

2SO2+O2+2H2O—2球0」,可知甲消耗1molSO2時,a電極附近溶液H'增

加2mol,B正確;C電極是陽極,d電極是陰極,陽極上N2O∣放電生成

N2O5,電極反應(yīng)為N204-2e+2HN03=2N205+2H1,C錯誤;依據(jù)轉(zhuǎn)移電子數(shù)

相同可知，轉(zhuǎn)移2mole時一，甲裝置生成1molH2SOb乙裝置生成2

molN2O5,故轉(zhuǎn)移相同電子數(shù)時,生成硫酸和岫。5的物質(zhì)的量之比為

1：2,D錯誤。

答案:B

⑤思維建模

不同介質(zhì)電極反應(yīng)式的書寫

電化學(xué)中常見的五大介質(zhì)（以CH3OH.燃料電池為例）：

中性溶液、堿性介質(zhì)、酸性介質(zhì)、熔融鹽介質(zhì)（如熔融的

五大

K2CO3）＞摻雜Y2O3的ZrO3固體電解質(zhì)（在高溫下能傳導(dǎo)正極

介質(zhì)

生成的02^）

熔融鹽介質(zhì)，如熔融的K2CO3

書寫總反應(yīng):2CH30H+302—2C02+4H20

-

舉例(一)負(fù)極:2CH30H-12e+6C0∣—8C02+4H20

(+)正極:302+12e+6C02—6C0f

首先要分析介質(zhì)是否參與總反應(yīng),然后寫出總反應(yīng)方程式，

根據(jù)在不同介質(zhì)中的轉(zhuǎn)化關(guān)系:堿性（中性）溶液中轉(zhuǎn)化

書寫

為0田,酸性溶液中轉(zhuǎn)化為乩0,熔融碳酸鹽中轉(zhuǎn)化為COf,

規(guī)律

固體氧化物轉(zhuǎn)化為02；寫出正極反應(yīng),利用相減法（總反應(yīng)-

正極反應(yīng)=負(fù)極反應(yīng)），寫出負(fù)極反應(yīng)

2考向?qū)＞?/p>

?考向一電化學(xué)中的交換膜

1.（2020?山東等級考）

質(zhì)

子

交

換

膜

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

置如圖所示。忽略溫度變化的影響，下列說法錯誤的是（D）

f

2θ-4e—4H+02↑

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極生成的與b極反應(yīng)的等量

解析:結(jié)合題圖，可知a極上產(chǎn)生O2,發(fā)生的反應(yīng)為水被氧化生成O2的

反應(yīng)，即a極為陽極,b極為陰極，電極反應(yīng)式如表：

電極名稱電極反應(yīng)式

+

a極（陽極）2H20-4e^—^4H+02t

b極（陰極）2H+02+2e^—H2O2

結(jié)合上述分析可知,A項(xiàng)正確；電解一段時間后,溶液中H,濃度未變，

即陽極室的PH未變,B項(xiàng)正確；電解過程中H通過質(zhì)子交換膜,從a

極區(qū)向b極區(qū)遷移,C項(xiàng)正確；由陰、陽極的電極反應(yīng)式,可知電解一

段時間后,b極消耗的量是a極生成的量的2倍，即a極生成的

與b極反應(yīng)的0?的量不相等,D項(xiàng)錯誤。

2.（2021?重慶新高考適應(yīng)性考試）雙極膜在電滲析中應(yīng)用廣泛,它是

由陽離子交換膜和陰離子交換膜復(fù)合而成。雙極膜內(nèi)層為水層，工作

時水層中的H2O解離成H和OH,并分別通過離子交換膜向兩側(cè)發(fā)生

遷移。下圖為NaBr溶液的電滲析裝置示意圖。

NazSO”溶液循環(huán)液NaBr溶液循環(huán)液Na2SO4溶液

十

?

陰

IT陽??,

離

離

交

交

雙

雙

惰

惰

子

子

陰

陽

鹽

換

換

極

極

性

性

交

交

極

極

室

膜

室

膜

電

室

換

換

液

電

液

極12

膜

膜

極

—

——

.——

一I

J水層J水層I

出口1出口2出口3出口4出口5

下列說法正確的是（D）

HBr溶液

可從鹽室最終進(jìn)入陽極液中

*+2e-H2t

解析：A項(xiàng),鹽室中的鈉離子通過陽離子交換膜進(jìn)入交換室1,左側(cè)雙

極膜中水解離出的氫氧根離子通過雙極膜的陰離子交換膜進(jìn)入交換

室1,因此出口2的產(chǎn)物為氫氧化鈉溶液,錯誤;B項(xiàng)，陽極上OH一放電

（40H-4et+2H20或2H20-4e-O2t+4田），右側(cè)雙極膜中水解離

出的氫氧根離子通過雙極膜的陰離子交換膜進(jìn)入陽極液，因此出口5

的產(chǎn)物為硫酸鈉溶液,錯誤;C項(xiàng),雙極膜由陽離子交換膜和陰離子交

換膜復(fù)合而成,浸離子無法通過，因此不能進(jìn)入陽極液中，錯誤;D項(xiàng)，

陰極反應(yīng)為2l+2e_凡t,正確。

考向二電化學(xué)中的介質(zhì)

3.（2020?山東濟(jì)南質(zhì)檢）2019年諾貝爾化學(xué)獎由Whittingham、

John和吉野彰三位科學(xué)家分享，以表彰他們在鋰電池發(fā)展上做出的

杰出貢獻(xiàn)。以石墨烯和金屬鋰為電極的鋰一空氣電池原理如圖所

示。下列關(guān)于該電池的說法錯誤的是（C）

-----U?]-----

空氣

A.鋰電極的電極反應(yīng)式:Li-e=Lit

2在石墨烯電極上發(fā)生還原反應(yīng)

烯電極

烯電極方向移動

解析:在鋰一空氣電池中，鋰失電子作負(fù)極,負(fù)極區(qū)是有機(jī)電解液,鋰

不與有機(jī)電解液直接反應(yīng),負(fù)極反應(yīng)式為Li-e—Li：故A正確；以空

氣中的氧氣作為正極反應(yīng)物,則空氣中的Oz在石墨烯電極上發(fā)生還原

反應(yīng),故B正確；電池工作時電流從正極石墨烯電極沿導(dǎo)線流向負(fù)極

鋰電極,故C錯誤；電池工作時鋰離子向正極石墨烯電極方向移動，故

D正確。

2S0,溶液，已知固體氧化物在高溫下允許氧離子（（T）在其間通過,其工

作原理如圖所示（c、d均為惰性電極）。下列有關(guān)說法正確的是

(D)

A.電路中電子流向?yàn)閍-*d~*c-*b

2

B.電極b為負(fù)極，電極反應(yīng)式為02+4e—20^

解析:在溶液中沒有電子的移動，只有離子的移動,A項(xiàng)錯誤;通入。2

的一極(電極b)為電池的正極,發(fā)生還原反應(yīng),B項(xiàng)錯誤;惰性電極電

解NazSOi溶液實(shí)質(zhì)上是電解水,溶液的PH不變,C項(xiàng)錯誤;C極生成

O2,根據(jù)得失電子守恒可知D項(xiàng)正確。

類型三得失電子守恒在電化學(xué)計(jì)算中的應(yīng)用

皿仞WfE--------------------

[典例3](2020?黑龍江哈爾濱期中)在500mLKNO3和CU(NO3)2的

混合溶液中，c(NO。=6mol∕L,用石墨電極電解此溶液，當(dāng)通電一段時

間后,兩極均收集到22.4L氣體(標(biāo)準(zhǔn)狀況)，假定電解后溶液體積仍

為500mL,下列說法正確的是()

A.電解得到的Cu的物質(zhì)的量為0.5mol

B.向電解后的溶液中加入98g的CU(OH)2可恢復(fù)為原溶液

C.原混合溶液中c(K1)=4mol/L

D.電解后溶液中c(H+)=2mol/L

考查情境:本題以電解原理為載體,在簡單的研究對象及問題情境下，

體現(xiàn)了對化學(xué)計(jì)算、兩電極轉(zhuǎn)移電子等基礎(chǔ)性、綜合性的考查。

必備知識:本題考查的必備知識包括三個方面:一是考查電解規(guī)律、

放電順序,二是考查物質(zhì)的量濃度的求算,三是考查得失電子守恒的

應(yīng)用。

關(guān)鍵能力:本題考查的關(guān)鍵能力為歸納與論證能力(處理轉(zhuǎn)化數(shù)據(jù))，

能夠?qū)﹄娊庠淼幕A(chǔ)知識融會貫通,有正確復(fù)述、再現(xiàn)的能力，能

夠?qū)?shí)際問題分解,通過運(yùn)用相關(guān)知識,采用分析、綜合的方法,解決

化學(xué)計(jì)算的問題。

解析：由題意可知,石墨作電極電解此溶液，當(dāng)通電一段時間后,兩極

均收集到22.4L氣體(標(biāo)準(zhǔn)狀況)，則nɑ)=L「1?nol,

22.4L∕mol

陽極發(fā)生:40H-4e—O2↑+2H20

4mol4?nol1mol

陰極發(fā)生:Cu2'+2e—Cu

mol2mol1mol

+

2H+2e：—H2↑

2mol2mol1mol

根據(jù)以上分析可知，電解得到的Cu的物質(zhì)的量為1mol,故A錯誤；

溶液中析出1molCu>1mol是和1mol(λ,根據(jù)少什么加什么，則

加入98g即1mol的CU(OH)2可恢復(fù)為原溶液,故B正

確;C(CU2+)=罌=2mol∕L,由電荷守恒可知,原混合溶液中c(K*)為6

mol/L-2mol∕L×2=2mol∕L,故C錯誤；電解后溶液中c(H')為

答案:B

?規(guī)律方法

電化學(xué)計(jì)算的三大方法

_j先寫出電極反應(yīng)式,再寫出總反應(yīng)式,最后

1根據(jù)總反應(yīng)式列比例式計(jì)算

:①用于串聯(lián)電路中陰陽兩極產(chǎn)物、正負(fù)兩

根

失:極產(chǎn)物、相同電量等類型的計(jì)算,其依據(jù)是

守;電路上轉(zhuǎn)移的電子數(shù)目相等

:②用于混合溶液中電解的分階段計(jì)算

根據(jù)關(guān)口根據(jù)得失電子守恒建立已知量與未知量之

系式∏間的關(guān)系,得出計(jì)算所需的關(guān)系式

1.

a

鉛蓄電池。

X

陰離子交換膜

以鉛蓄電池為電源、石墨為電極電解CUSoI溶液,裝置如圖。若一段

時間后Y電極上有6.4g紅色物質(zhì)析出，停止電解。下列說法正確的

是(C)

為鉛蓄電池的負(fù)極

B.電解過程中，SOf向右側(cè)移動

C.電解結(jié)束時,左側(cè)溶液質(zhì)量增重8g

D.鉛蓄電池工作時，正極的電極反應(yīng)式為PbS04+2e≈Pb+S0f

解析:Y極有Cu析此發(fā)生還原反應(yīng),Y極為陰極,故b為負(fù)極,a為正

極,A錯誤；電解過程中，陰離子向陽極移動,B