專題06-化學(xué)能與電能的轉(zhuǎn)化-(講)-原卷版

專題06化學(xué)能與電能的轉(zhuǎn)化【考情探究】課標(biāo)解讀內(nèi)容原電池原理及其應(yīng)用電解原理及其應(yīng)用解讀理解原電池的構(gòu)成、工作原理及應(yīng)用，能書寫電極反應(yīng)和總反應(yīng)方程式2.了解金屬發(fā)生電化學(xué)腐蝕的原因、金屬腐蝕的危害以及防止金屬腐蝕的措施3.了解常見(jiàn)化學(xué)電源的種類及其工作原理理解電解池的構(gòu)成、工作原理及應(yīng)用，能書寫電極反應(yīng)和總反應(yīng)方程式考情分析電化學(xué)是氧化還原反應(yīng)知識(shí)的應(yīng)用和延伸，是熱點(diǎn)考查內(nèi)容。通常會(huì)以新型二次電池為載體考查原電池原理與電解原理。試題難度中等，預(yù)計(jì)今后對(duì)本專題知識(shí)的考查會(huì)保持穩(wěn)定。備考策略本專題命題往往以可充電電池的工作原理及電解原理的應(yīng)用為背景，考查電極反應(yīng)式的書寫、離子移動(dòng)方向、金屬的電化學(xué)腐蝕及防護(hù)等知識(shí)。同時(shí)也對(duì)信息提取、應(yīng)用能力進(jìn)行考查。備考時(shí)要側(cè)重原電池與電解池工作原理中基礎(chǔ)考點(diǎn)的復(fù)習(xí)和電極反應(yīng)式書寫技巧的掌握?！靖哳l考點(diǎn)】高頻考點(diǎn)一新型電池的工作原理分析1．突破原電池工作原理2．原電池的改進(jìn)【特別提醒】(1)改進(jìn)后的優(yōu)點(diǎn)是電流效率的提高，電流持續(xù)穩(wěn)定。(2)鹽析的三個(gè)作用①隔絕正負(fù)極反應(yīng)物，避免直接接觸，導(dǎo)致電流不穩(wěn)定；②通過(guò)離子的定向移動(dòng)，構(gòu)成閉合回路；③平衡電極區(qū)的電荷。(3)離子交換膜的作用：離子交換膜是一種選擇性透過(guò)膜，允許相應(yīng)離子通過(guò)，離子遷移方向遵循電池中離子遷移方向。3．二次電池充電時(shí)連接模型(“正”接“正”，“負(fù)”接“負(fù)”)注意：放電時(shí)負(fù)極反應(yīng)與充電時(shí)的陰極反應(yīng)相反，同理放電時(shí)正極反應(yīng)與充電時(shí)陽(yáng)極反應(yīng)相反。如鉛蓄電池：負(fù)極：Pb＋SOeq\o\al(2－,4)－2e－===PbSO4陰極：PbSO4＋2e－===Pb＋SOeq\o\al(2－,4)高頻考點(diǎn)二電解原理的應(yīng)用金屬腐蝕與防護(hù)1．電解池工作原理模型圖【特別提醒】①陽(yáng)離子在陰極上的放電順序：Ag＋＞Fe3＋＞Cu2＋＞H＋＞……②陰離子在陽(yáng)極上的放電順序：S2－＞I－＞Br－＞Cl－＞OH－＞含氧酸根離子＞……③當(dāng)陽(yáng)極是金屬(Au、Pt除外)電極時(shí)，溶液中的離子不再放電而是金屬失電子生成金屬陽(yáng)離子。④微粒的放電順序受溫度、濃度、電壓、電極材料等因素的影響。2．電化學(xué)計(jì)算的兩種常用方法(1)根據(jù)電子守恒計(jì)算①用于串聯(lián)電路中陰陽(yáng)兩極產(chǎn)物、正負(fù)兩極產(chǎn)物、相同電量等類型的計(jì)算，其依據(jù)是電路中轉(zhuǎn)移的電子數(shù)相等。②用于混合溶液中電解的分階段計(jì)算。(2)根據(jù)關(guān)系式計(jì)算根據(jù)得失電子守恒定律建立起已知量與未知量之間的橋梁，構(gòu)建計(jì)算所需的關(guān)系式。如以通過(guò)4mole－為橋梁可構(gòu)建如下關(guān)系式：(式中M為金屬，n為其離子的化合價(jià)數(shù)值)3．金屬電化學(xué)腐蝕與防護(hù)(1)金屬腐蝕快慢的三個(gè)規(guī)律①金屬腐蝕類型的差異電解原理引起的腐蝕>原電池原理引起的腐蝕>化學(xué)腐蝕>有防護(hù)腐蝕措施的腐蝕。②電解質(zhì)溶液的影響a．對(duì)同一金屬來(lái)說(shuō)，腐蝕的快慢(濃度相同)：強(qiáng)電解質(zhì)溶液>弱電解質(zhì)溶液>非電解質(zhì)溶液。b．對(duì)同一種電解質(zhì)溶液來(lái)說(shuō)，電解質(zhì)濃度越大，腐蝕越快。③活潑性不同的兩金屬，活潑性差別越大，腐蝕越快。(2)兩種腐蝕與三種保護(hù)①兩種腐蝕：析氫腐蝕、吸氧腐蝕(關(guān)鍵在于電解液的pH)。②三種保護(hù)：電鍍保護(hù)、犧牲陽(yáng)極的陰極保護(hù)法、外加電流的陰極保護(hù)法。高頻考點(diǎn)三離子交換膜在電化學(xué)中的綜合應(yīng)用1．離子交換膜的作用(1)防止副反應(yīng)的發(fā)生，避免影響所制取產(chǎn)品的質(zhì)量；防止引發(fā)不安全因素(如在電解飽和食鹽水中，利用陽(yáng)離子交換膜，防止陽(yáng)極產(chǎn)生的Cl2進(jìn)入陰極室與氫氧化鈉反應(yīng)，導(dǎo)致所制產(chǎn)品不純；防止與陰極產(chǎn)生的H2混合發(fā)生爆炸)。(2)用于物質(zhì)的分離、提純等。(3)用于物質(zhì)的制備。2．離子交換膜的類型根據(jù)透過(guò)的微粒，離子交換膜可以分為多種，在高考試題中主要出現(xiàn)過(guò)陽(yáng)離子交換膜、陰離子交換膜和質(zhì)子交換膜三種。陽(yáng)離子交換膜只允許陽(yáng)離子通過(guò)，阻止陰離子和氣體通過(guò)，陰離子交換膜只允許陰離子通過(guò)，質(zhì)子交換膜只允許質(zhì)子(H＋)通過(guò)。3．離子交換膜類型的判斷根據(jù)電解質(zhì)溶液呈電中性的原則，判斷膜的類型：(1)首先寫出陰、陽(yáng)兩極上的電極反應(yīng)，依據(jù)電極反應(yīng)式確定該電極附近哪種離子剩余。(2)根據(jù)溶液呈電中性，判斷出離子移動(dòng)的方向，從而確定離子交換膜的類型。4．定量關(guān)系外電路電子轉(zhuǎn)移數(shù)＝通過(guò)隔膜的陰、陽(yáng)離子帶的負(fù)或正電荷數(shù)。【題型突破】題型一考查二次電池例1.（2020·天津卷）熔融鈉-硫電池性能優(yōu)良，是具有應(yīng)用前景的儲(chǔ)能電池。下圖中的電池反應(yīng)為(x=5~3，難溶于熔融硫)，下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是（）A.Na2S4的電子式為B.放電時(shí)正極反應(yīng)為C.Na和Na2Sx分別為電池的負(fù)極和正極D.該電池是以為隔膜的二次電池【方法技巧】(1)放電時(shí)，正、負(fù)極的判斷。(2)充、放電時(shí)兩極反應(yīng)式書寫判斷。(3)充、放電時(shí)，電子、離子的移動(dòng)方向。(4)電極附近溶液性質(zhì)的變化。(5)充、放電兩極反應(yīng)類型判斷。(6)充電連接判斷。(7)基本電化學(xué)計(jì)算。【變式探究】(2019·全國(guó)卷Ⅲ)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(jì)了采用強(qiáng)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(yīng)為Zn(s)＋2NiOOH(s)＋H2O(l)ZnO(s)＋2Ni(OH)2(s)。下列說(shuō)法錯(cuò)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(shí)陽(yáng)極反應(yīng)為Ni(OH)2(s)＋OH－(aq)－e－===NiOOH(s)＋H2O(l)C．放電時(shí)負(fù)極反應(yīng)為Zn(s)＋2OH－(aq)－2e－===ZnO(s)＋H2O(l)D．放電過(guò)程中OH－通過(guò)隔膜從負(fù)極區(qū)移向正極區(qū)題型二考查新型電池例2.（2020·新課標(biāo)Ⅲ）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)：該電池工作時(shí)，下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是（）A.負(fù)載通過(guò)0.04mol電子時(shí)，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【變式探究】（2018·全國(guó)卷Ⅲ）一種可充電鋰-空氣電池如圖所示。當(dāng)電池放電時(shí)，O2與Li+在多孔碳材料電極處生成Li2O2-x（x=0或1）。下列說(shuō)法正確的是（）A.放電時(shí)，多孔碳材料電極為負(fù)極B.放電時(shí)，外電路電子由多孔碳材料電極流向鋰電極C.充電時(shí)，電解質(zhì)溶液中Li+向多孔碳材料區(qū)遷移D.充電時(shí)，電池總反應(yīng)為L(zhǎng)i2O2-x=2Li+（1－x2）O2題型三考查電解原理及其例3.（2020·浙江卷）電解高濃度(羧酸鈉)的溶液，在陽(yáng)極放電可得到(烷烴)。下列說(shuō)法不正確的是()A.電解總反應(yīng)方程式：B.在陽(yáng)極放電，發(fā)生氧化反應(yīng)C.陰極的電極反應(yīng)：D.電解、和混合溶液可得到乙烷、丙烷和丁烷【舉一反三】（2020·江蘇卷）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。在題圖所示的情境中，下列有關(guān)說(shuō)法正確的是A.陰極的電極反應(yīng)式為B.金屬M(fèi)的活動(dòng)性比Fe的活動(dòng)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【變式探究】[2019·江蘇卷]將鐵粉和活性炭的混合物用NaCl溶液濕潤(rùn)后，置于如圖所示裝置中，進(jìn)行鐵的電化學(xué)腐蝕實(shí)驗(yàn)。下列有關(guān)該實(shí)驗(yàn)的說(shuō)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(guò)程中化學(xué)能全部轉(zhuǎn)化為電能C．活性炭的存在會(huì)加速鐵的腐蝕D．以水代替NaCl溶液，鐵不能發(fā)生吸氧腐蝕題型四考查膜電池綜合應(yīng)用例4.（2020·山東卷）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(shí)可實(shí)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(shuō)法錯(cuò)誤的是A.負(fù)極反應(yīng)為B.隔膜1為陽(yáng)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(shí)，模擬海水理論上除鹽58.5gD.電池工作一段時(shí)間后，正、負(fù)極產(chǎn)生氣體的物質(zhì)的量之比為2:1【變式探究】（2020·新課標(biāo)Ⅰ）科學(xué)家近年發(fā)明了一種新型Zn?CO2水介質(zhì)電池。電池示意圖如圖，電極為金屬鋅和選擇性催化材料，放電時(shí)，溫室氣體CO2被轉(zhuǎn)化為儲(chǔ)氫物質(zhì)甲酸等，為解決環(huán)境和能源問(wèn)題提供了一種新途徑。下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是（）A.放電時(shí)，負(fù)極反應(yīng)為B.放電時(shí)，1molCO2轉(zhuǎn)化為HCOOH，轉(zhuǎn)移的電子數(shù)為2molC.充電時(shí)，電池總反應(yīng)為D.充電時(shí)，正極溶液中OH?濃度升高【變式探究】(2019·全國(guó)卷Ⅰ)利用生物燃料電池原理研究室溫下氨的合成，電池工作時(shí)MV2＋/MV＋在電極與酶之間傳遞電子，示意圖如下所示。下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是()A．相比現(xiàn)有工業(yè)合成氨，該方法條件溫和，同時(shí)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