届高考化学精选考点突破 电化学基础解析版.docx
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届高考化学精选考点突破电化学基础解析版
电化学基础
1.(2021届·郑州市河南省实验中学高三期中)近年来我国在天然气脱硫研究方面取得了新进展,利用如图1装置可完成天然气脱硫,甲池中发生反应如图2所示。
下列关于该装置工作原理的说法中,正确的是()
A.碳棒为该脱硫装置的负极
B.乙池中发生的反应为:
H2S+2e-=S+2H+
C.AQ与H2AQ间的转化属于非氧化还原反应
D.除I
/I-外,Fe3+/Fe2+也能实现如图所示循环过程
【答案】D
【解析】A项,碳棒上AQ和氢离子反应生成H2AQ发生还原反应,所以碳棒为正极,故A错误;B.在乙池中,硫化氢失电子生成硫单质,碘单质得电子生成I-,发生的反应为H2S+I3-=3I-+S↓+2H+,故B错误;C项,据图可知,AQ与H2AQ互相转化过程中C元素的化合价发生变化,属于氧化还原反应,故C错误;D项,Fe3+也可以氧化H2S生成S,同时自身被还原成Fe2+,Fe2+再在N型半导体上被氧化生成Fe3+,从而实现循环,所以除I3-/I-外,Fe3+/Fe2+也能实现如图所示循环过程,故D正确;故选D。
2.(2021届·山东威海市高三一模)目前可采用“双极膜组”电渗析法淡化海水,同时获得副产品A和B。
其模拟工作原理如图所示。
M、N为离子交换膜,在直流电作用下,双极阴阳膜(BP)复合层间的H2O解离成H+和OH-,作为H+和OH-的离子源。
下列说法正确的是()
A.Y电极为阳极,电极反应式为2Cl――2e-=Cl2↑
B.M为阳离子交换膜,N为阴离子交换膜,BP膜作用是选择性通过Cl-和Na+
C.电路中每生成0.25mol气体a,理论上获得副产品A和B各1mol
D.“双极膜组”电渗析法也可应用于从盐溶液(MX)制备相应的酸(HX)和碱(MOH)
【答案】D
【解析】在“双极膜组”的左边区域,精制食盐水中的Na+透过M膜(阳离子交换膜)进入,从而获得产品A(NaOH溶液),精制食盐水的Cl-继续向左边迁移,在X电极失电子生成Cl2,X电极为阳极;在“双极膜组”的右边区域,精制食盐水的Cl-透过N膜(阴离子交换膜)进入,从而获得产品B(HCl溶液),精制食盐水的Na+继续向右边迁移,在Y电极,水电离出的H+在Y电极得电子生成H2,Y电极为阴极。
A项,由以上分析知,Y电极为阴极,电极反应式为2H2O+2e-==2OH-+H2↑,A不正确;B项,M为阳离子交换膜,N为阴离子交换膜,BP膜作用是选择性通过H+和OH-,B不正确;C项,电路中每生成0.25mol气体a(Cl2),理论上获得副产品A(NaOH溶液)和B(HCl溶液)各0.5mol,C不正确;D项,“双极膜组”电渗析法从NaCl溶液获得酸(HCl)和碱(NaOH),由此推知,也可从MX溶液制备相应的酸(HX)和碱(MOH),D正确;故选D。
3.(2021届·攀枝花市第十五中学校高三期中)2020年化学科学家用微生物燃料电池作电源进行模拟消除酸性工业废水中的重铬酸根离子(Cr2O72-)的示意图如图所示,反应一段时间后,在装置②中得到Fe(OH)3和Cr(OH)3两种沉淀。
已知6Fe2++Cr2O72-+14H+=6Fe3++2Cr3++7H2O。
下列说法错误的是()
A.装置①中,a极的电极反应为HS--8e-+4H2O=SO42-+9H+
B.向装置②中加入适量Na2SO4,其主要作用是增强溶液的导电性
C.装置①中,b极上消耗的n(O2)与装置②中惰性电极上生成的n(生成物)相等
D.当装置①中有0.6molH+通过质子交换膜时,装置②中产生0.4mol沉淀
【答案】C
【解析】A项,根据装置图可知,在a电极上HS-失去电子被氧化产生SO42-,由于电解质溶液为酸性,所以a电极反应式为:
HS--8e-+4H2O=SO42-+9H+,A正确;B项,在装置②中,Fe电极连接电源正极,作阳极,失去电子发生氧化反应,Fe-2e-=Fe2+,Fe2+具有强的还原性,与废水中的Cr2O72-发生氧化还原反应:
6Fe2++Cr2O72-+14H+=6Fe3++2Cr3++7H2O;惰性电极连接电源负极,作阴极,发生还原反应:
2H++2e-=H2↑,氢离子放电变为氢气逸出,使溶液碱性增强,溶液中的Fe3+、Cr3+变为Fe(OH)3和Cr(OH)3沉淀,可见,Na2SO4电离产生的离子不参加化学反应,其主要作用是增强溶液的导电性,B正确;C项,在装置①中,每产生1molO2转移4mol电子,在装置②惰性电极上产生的气体为H2,每反应产生1molH2转移2mol电子,由于同一闭合回路中电子转移数目相等,所以b极上消耗的n(O2)与装置②中惰性电极上生成的n(生成物)不等,C错误;D项,当装置①中有0.6molH+通过质子交换膜时,转移0.6mol电子,根据同一闭合回路中电子转移数目相等,装置②中由Fe-2e-=Fe2+可知反应产生0.3molFe2+,Fe2+再发生反应:
6Fe2++Cr2O72-+14H+=6Fe3++2Cr3++7H2O,根据物质转化关系可知0.3molFe2+反应转化为0.3molFe3+,同时得到0.1molCr3+,0.3molFe3+产生0.3molFe(OH)3沉淀,0.1molCr3+产生0.1molCr(OH)3沉淀,故装置②中共产生0.4mol沉淀,D正确;故选C。
4.中山大学化学科研团队首次将CsPbBr3纳米晶锚定在氨基化RGO包覆的α—Fe2O3(α—Fe2O3/Amine—RGO/CsPbBr3),构筑Z—Scheme异质结光催化剂,可有效降低电荷复合,促进电荷分离,从而提升光催化性能。
光催化还原CO2和氧化H2O的反应路径如图。
下列说法正确的是()
A.该路径能量转化形式为电能→化学能
B.该光催化转化反应可以阻止温室效应
C.“CsPbBr3纳米晶”表面发生了还原反应
D.该催化转化的总反应涉及到非极性共价键、极性共价键的断裂和形成
【答案】C
【解析】H2O能在α—Fe2O3光催化剂材料作用下,被氧化成O2,同时生成质子(H+),发生的氧化反应为:
2H2O-4e—=4H++O2;电子转移到“CsPbBr3纳米晶”用于还原CO2,CO2被还原为CO、CH4,发生的还原反应为:
CO2+2e-+2H+=CO+H2O、CO2+8e-+8H+=CH4+2H2O。
A项,由图可知,光能使α—Fe2O3光催化剂材料产生电子,电子的移动引起电极上发生氧化还原反应,最终生成O2、CO、CH4,储存能量,该路径能量转化形式为光能→电能→化学能,A错误;B项,该光催化转化反应生成了CH4,CH4也能导致温室效应,故该反应不能阻止温室效应,B错误;C项,“CsPbBr3纳米晶”表面上CO2转化为CO、CH4,发生了还原反应:
CO2+2e-+2H+=CO+H2O、CO2+8e-+8H+=CH4+2H2O,C正确;D项,该催化转化的总反应:
2CO2
2CO+O2、CO2+2H2O
CH4+2O2,CO2、H2O都只含有极性共价键,CO、CH4都只含极性共价键,O2只含非极性共价键,故只有极性共价键断裂、有极性和非极性共价键生成,D错误;故选C。
5.(2021届·河南新乡市高三模拟)一种钾离子电池的工作原理如图所示,下列说法正确的是()
A.放电时,负极的电极反应式:
KC6–e-=K++6C
B.充电时,阳极的电极反应式:
K0.5-xMnO2+xK++xe-=K0.5MnO2
C.放电时,K+通过阳离子交换膜向石墨电极移动
D.若仅把钾离子换成锂离子,当负极减少的质量相同时,钾离子电池转移的电子数比锂离子电池的多
【答案】A
【解析】据图可知放电时总反应为K0.5-xMnO2+xKC6=K0.5MnO2+6xC,该过程中K→K+被氧化,为负极,即放电时石墨电极为负极,则充电时发生还原反应为阴极;Mn元素化合价降低被还原,所以K0.5MnO2放电时为正极,充电时为阳极。
A项,放电时,石墨电极为负极,附着在石墨上的K失电子被氧化成K+,结合总反应可知电极方程式为KC6–e-=K++6C,故A正确;B项,充电时为电解池,K0.5MnO2为阳极,阳极失电子发生氧化反应,电极方程式为K0.5MnO2-xe-=K0.5-xMnO2+xK+,故B错误;C项,放电时为原电池,原电池电解质中阳离子流向正极,K0.5MnO2为正极,所以K+通过阳离子交换膜向K0.5MnO2电极移动,故C错误;D项,钾离子电池放电时负极反应为KC6–e-=K++6C,锂离子电池放电时负极反应为LiC6–e-=Li++6C,相同质量的锂和钾,锂的物质的量更大,转移的电子更多,故D错误;故选A。
6.(2020·赤峰二中高三月考)光电池在光照条件下可产生电流,如图装置可以实现光能源的充分利用,双极性膜可将水解离为H+和OH-,并实现其定向通过。
下列说法不正确的是()
A.该装置可利用光能实现水的分解
B.光照过程中阴、阳极区溶液中的pH均基本不变
C.再生池中的反应为2V2++2H+
2V3++H2↑
D.每有1molOH-通过双极性膜,可产生5.6L(标准状况)的O2
【答案】B
【解析】由图上电子的移动方向可知右侧电解池的阳极,反应式为4OH--4e-=2H2O+O2↑,阴极反应式为2V3++2e-=2V2+,双极性膜可将水解离为H+和OH-,由图可知,H+进入阴极,OH-进入阳极,放电后的溶液进入再生池中在催化剂条件下发生反应放出氢气,反应方程式为2V2++2H+
2V3++H2 ↑。
A项,由图可知,该装置将光能转化为化学能并分解水,故A正确;B项,双极性膜可将水解离为H+和OH-,由图可知,H+进入阴极,OH-进入阳极,则双极性膜可控制其两侧溶液分别为酸性和碱性,则光照过程中阴、阳极区溶液中的pH均发生改变,故B错误;C项,由分析知,再生池中的反应为2V2++2H+
2V3++H2↑,故C正确;D项,阳极区反应式为4OH--4e-=2H2O+O2↑,每有1molOH-通过双极性膜,生成0.25molO2,其标准状况下体积为5.6L,故D正确;故选B。
7.(2021届·安徽合肥市高三模拟)中国科学院科学家团队通过镁热还原法将天然的硅藻土转化为具有多级孔道结构的硅框架,并将该硅框架与熔融态的锂金属混合制成具有多孔结构的复合锂金属。
一种全固态锂金属电池是以复合锂金属为a极,磷酸铁锂为b极,聚环氧乙烷基聚合物(PEO-SPE)为固态电解质(如图所示),该电池的总反应为:
LiFePO4
xLi+Li1-xFePO4。
下列说法不正确的是()
A.放电时Li+通过固态电解质向b极移动
B.多孔结构的复合锂金属有利于锂金属的均匀沉积和脱出
C.充电时,b极反应为:
Li1-xFePO4+xe-+xLi+=LiFePO4
D.充电时,当a极质量增加mg时,理论上b极质量减少mg
【答案】C
【解析】放电时,该装置为原电池装置,复合锂金属(a)为负极,负极反应为:
xLi-xe-=xLi+,磷酸铁锂为(b)正极,正极反应为:
Li1-xFePO4+xLi++xe-=LiFePO4;充电时,该装置为电解池装置,复合锂金属(a)为阴极,阴极反应为:
xLi++xe-=xLi,磷酸铁锂(b)为阳极,阳极反应为:
LiFePO4-xe-=Li1-xFePO4+xLi+。
A项,放电时,该装置为原电池装置,阳离子向正极移动,则Li+向b极移动,A正确;B项,多孔结构的复合锂金属表面积比较大,有利于锂金属的均匀沉积和脱出,B正确;C项,由分析可知,充电时,该装置为电解池装置,b极为阳极,阳极反应为:
LiFePO4-xe-=Li1-xFePO4+xLi+,C错误;D项,由得失电子守恒和充电时的电极反应可得如下关系:
b极产生xmolLi+~b极质量减少xmolLi+~xe-~a极增加xmolLi,那么b极质量减少值=a极质量增加值,故当a极质量增加mg时,理论上b极质量减少mg,D正确。
故选C。
8.(2021届·湖北质检)我国科学家设计了一种太阳能驱动的H2S分解装置,工作原理如图所示。
下列叙述正确的是()
A.甲区发生反应的离子方程式为:
2Fe3++S2-=2Fe2++S↓
B.理论上每生成1molS时,H+由质子交换膜右侧向左侧移动的物质的量为2mol
C.丙区发生的电极反应为:
H4[SiW12O40]+2e-+2H+=H6[SiW12O40]
D.丁区H6[SiW12O40]在催化剂表面发生电化学反应生成H4[SiW12O40]和H2
【答案】C
【解析】根据图可知,甲区:
通入H2S,发生:
H2S+2Fe3+=2Fe2++S↓+2H+,S通过甲装置下端排出,Fe2+与H+通过甲乙之间的泵到达乙区,Fe2+在乙区失去电子,发生:
Fe2+-e-=Fe3+,Fe3+从左上面管子到甲区循环,H+通过质子交换膜进入丙区,发生:
H4[SiW12O40]+2e-+2H+=H6[SiW12O40],H6[SiW12O40]从右上管到达丁区,在催化剂作用下发生:
H6[SiW12O40]=H4[SiW12O40]+H2↑,H4[SiW12O40]从丙丁之间的泵回到丙区循环,H2排出。
A项,甲区:
通入H2S,发生的离子反应方程式为:
H2S+2Fe3+=2Fe2++S↓+2H+,A错误;B项,H+由质子交换膜左侧向右侧移动,B错误;C项,丙区:
发生反应为:
H4[SiW12O40]+2e-+2H+=H6[SiW12O40],C正确;D项,丁区:
在催化剂作用下发生:
H6[SiW12O40]=H4[SiW12O40]+H2↑,没发生电化学反应,D错误;故选C。
9.(2021届·天津和平区高三模拟)一种新型的锌碘单液流电池,其原理如下图所示。
下列说法不正确的是()
A.放电时B电极反应式为:
I2+2e-=2I-
B.M为阳离子交换膜,N为阴离子交换膜
C.充电时,A极增重65g时,C区增加离子数为4NA
D.放电时电解质储罐中离子总浓度增大
【答案】B
【解析】由装置图可知,放电时,Zn是负极,负极反应式为Zn-2e-═Zn2+,石墨是正极,反应式为I2+2e-=2I-,外电路中电流由正极经过导线流向负极,充电时,阳极反应式为2I--2e-=I2、阴极反应式为Zn2++2e-=Zn。
A项,放电时,B电极为正极,I2得到电子生成I-,电极反应式为I2+2e-=2I-,故A正确;B项,离子交换膜是防止正负极I2、Zn接触直接发生氧化还原反应,负极区生成Zn2+、正电荷增加,正极区生成I-、负电荷增加,所以Cl-通过M膜进入负极,K+通过N膜进入正极,所以M为阴离子交换膜,N为阳离子交换膜,故B错误;C项,充电时,A极反应式Zn2++2e-=Zn,A极增重65g转移2mol电子,所以C区增加2molK+、2molCl-,离子总数为4NA,故C正确;D项,放电时,Zn是负极,负极反应式为Zn-2e-═Zn2+,石墨是正极,反应式为I2+2e-=2I-,转移2mol电子时负极生成1mol的锌离子,正极产生2mol的碘离子,所以放电时电解质储罐中离子总浓度增大,故D正确;故选B。
10.(2021届·江西南昌市高三模拟)将电解质溶液与某些有机电极材料组合可形成低温环境仍能正常工作的充电电池(如图所示),电池充电时,Li+固定在b侧的有机材料上,电解质溶液中的有机阴离子向a侧移动,被吸附到a侧的有机材料上。
下列说法正确是()
A.放电时,a侧是负极
B.放电时,锂离子向b侧移动
C.充电时,b侧发生氧化反应
D.充电时,电子的移动方向如①所示
【答案】D
【解析】电池充电时为电解池,电解质溶液中的有机阴离子向a侧移动,推知a极为阳极,b极为阴极,故电池放电时a极为正极,b极为负极。
A项,电池充电时,电解质溶液中的有机阴离子向a侧移动,推知a极为阳极,故电池放电时a极为正极,A错误;B项,放电时a极为正极,b极为负极,阳离子流向正极,故锂离子向a侧移动,B错误;C项,电池充电时,b极为阴极,阴极发生还原反应,C错误;D项,充电时,电子由阳极流向正极,由负极流向阴极,b极为阴极,电子的移动方向如①所示,D正确;故选D。
11.(2021届·邢台市第二中学高三月考)新型镁-锂双离子二次电池如图,下列关于该电池的说法不正确的是()
A.放电时,Li+由左向右移动
B.放电时,导线上每通过1mole-,左室溶液质量减轻5g
C.充电时,外加电源的正极与Y相连
D.充电时,阳极上的电极反应式为LiFePO4-xe-=Li1-xFePO4+xLi+
【答案】B
【解析】放电时,左边镁为负极失电子发生氧化反应,反应式为Mg-2e-=Mg2+;右边为正极,得电子发生还原反应,反应式为Li1-xFePO4+xLi++xe-=LiFePO4,阳离子移向正极;充电时,外加电源的正极与正极相连,负极与负极相连。
放电时Mg为负极,则充电时Mg为阴极;A项,放电时,阳离子移向正极,所以Li+由左向右移动,故A正确;B项,放电时,导线上每通过1mole-,左室Mg失电子发生氧化反应,反应式为Mg-2e-=Mg2+,说明溶解0.5molMg,同时左侧将有1molLi+移向右侧,但左室溶液质量增重0.5mol×24g/mol-7g/mol×1mol=5g,故B错误;C项,充电时,原来的正极Y极与外接电源的正极相连,故C正确;D项,充电时,阳极发生氧化反应,电极反应式为LiFePO4-xe-=Li1-xFePO4+xLi+,故D正确;故选B。
12.(2021届·苏州新草桥中学高三月考)一种电化学“大气固碳”电池工作原理如图所示。
该电池在充电时,通过催化剂的选择性控制,只有Li2CO3发生氧化,释放出CO2和O2。
下列说法正确的是()
A.该电池放电时的正极反应为2Li-2e-+CO32-=Li2CO3
B.该电池既可选用含水电解液,也可选无水电解液
C.充电时阳极发生的反应为C+2Li2CO3-4e-=3CO2+4Li+
D.该电池每放、充4mol电子一次,理论上能固定1molCO2
【答案】D
【解析】A项,原电池正极发生还原反应,放电时Li被氧化成Li+应为负极,正极反应为:
3CO2+4e-+4Li+=2Li2CO3+C,故A错误;B项,Li能与水反应,所以不能选用含水电解液,故B错误;C项,充电时阳极只有Li2CO3发生氧化,释放出CO2和O2,所以电极方程式为2Li2CO3-4e-=2CO2↑+4Li++O2↑,故C错误;D项,根据放电时正极反应可知转移4mol电子,可以吸收3molCO2,根据充电时阳极反应可知转移4mol电子,释放2mollCO2,所以每放、充4mol电子一次,理论上能固定1molCO2,故D正确;故选D。
13.(2021届·湖北武汉市高三模拟)我国科技工作者设计了一种电解装置,能将甘油(C3H8O3)和二氧化碳转化为甘油醛(C3H6O3)和合成气,原理如图所示。
下列说法错误的是()
A.催化电极b与电源负极相连
B.电解时催化电极a附近的pH增大
C.电解时阴离子透过交换膜向a极迁移
D.生成的甘油醛与合成气的物质的量相等
【答案】B
【解析】A项,催化电极b表面CO2还原为CO,为电解池的阴极,与电源的负极相连,故A正确;B项,催化电极a为阳极,表面甘油(C3H8O3)氧化为甘油醛(C3H6O3),发生的电极反应为C3H8O3-2e-+2CO32-=C3H6O3+2HCO3-,则电极附近的pH减小,故B错误;C项,电解池工作时,阴离子向阳极区移动,即阴离子透过交换膜向a极迁移,故C正确;D项,阳极生成1molC3H6O3转移2mole-,阴极生成1molCO和H2的混合气体转移2mole-,电解池工作时,阴、阳极转移电子的物质的量相等,则生成的甘油醛与合成气的物质的量相等,故D正确;故选B。
14.我国科学家在太阳能可规模化分解水制氢方面取得新进展——率先提出并验证了一种全新的基于粉末纳米颗粒光催化剂太阳能分解水制氢的“氢农场”策略,其太阳能光催化全分解水制氢的效率创国际最高记录(示意图如图所示,M1、M2为含铁元素的离子)。
下列说法正确的是()
A.制O2装置中,太阳能转化为电能
B.制H2装置中,交换膜为阴离子交换膜
C.系统制得1molH2的同时可制得1molO2
D.制H2时阳极可发生反应:
[Fe(CN)6]4––e-=[Fe(CN)6]3–
【答案】D
【解析】制氧气装置中,光催化剂太阳能分解水得到氧气,M1转化为M2,O元素化合价升高,则M1中Fe元素化合价下降;制氢装置中阳极M2转化为M1,阴极2H++2e-=H2↑,总反应方程为2H2O-
2H2↑+O2↑,以此分析。
A项,制O2装置中,太阳能转化为化学能,故A错误;B项,制H2装置中,阴极发生的反应为2H++2e-=H2↑,其中的交换膜为阳离子交换膜,故B错误;C项,由总反应方程式2H2O-
2H2↑+O2↑可知,系统制得2molH2的同时可制得1molO2,故C错误;D项,制H2时阳极M2转化为M1,且M1中Fe元素化合价比M2低,可发生反应:
[Fe(CN)6]4––e-=[Fe(CN)6]3–,故D正确;故选D。
15.(2021届·河南高三模拟)2019年获诺贝尔化学奖的是约翰·班尼斯特·古迪纳夫(JohnB.Goodenough)、迈克尔·斯坦利·威廷汉(M.StanleyWhittlingham)和吉野彰(AkiraYoshino)三位科学家,他们在锂离子电池发展上做出了突出贡献。
锂离子电池是将层状石墨加导电剂及黏合剂涂在铜箔基带上,将钴酸锂(LiCoO2)涂在铝箔上制作而成,利用锂离子在两极上的嵌入和脱嵌进行充、放电,其原理如图所示。
下列说法错误的是()
LiCoO2+6C=Li1-xCoO2+LixC6
A.石墨加导电剂及黏合剂涂在铜箔基带上作锂离子电池的负极
B.充电时Li+从石墨层状结构中脱嵌,进入电解质
C.放电时的正极反应为Li1-xCoO2+xLi++xe-=LiCoO2
D.锂离子电池常用非水液态有机电解质作电解液
【答案】B
【解析】从图中可以看出,左侧为铝箔,右侧是石墨,放电过程中锂离子从石墨电极上脱嵌,铝箔电极上嵌入,充电过程中锂离子从铝箔电极上脱嵌,在石墨电极上嵌入。
放电的方程式为LixC6+Li1-xCoO2=LiCoO2+6C,反之为充电的方程式。
A项,从图中可以看出,右侧石墨电极中锂离子脱嵌,LixC6失去电子,做负极,A正确;B项,充电时锂离子从铝箔电极上脱嵌进入电解质,B错误;C项,放电时,正极为电解质中的Li+得电子与正极上的Li1-xCoO2结合生成LiCoO2,电极方程式为Li1-xCoO2+xLi++xe-=LiCoO2,C正确;D项,锂是活泼的金属,锂离子电池常用非水溶剂电解质作为电解液,当用水溶剂做电解质时,充电过程中易生成气体,影响使用安全和使用寿命,D正确;故选B。
16.(2021届·福建厦门市质检)我国科学家设计了一种太阳能驱动的H2S分解装置,工作原理如图所示。
下列叙述错误的是()
A.丙区发生的电极反应为H4[SiW12O40]+2e-+2H+=H6[SiW12O40
]
B.丁区H6[SiW12O40]在催化剂表面发生电化学反应生成H4[SiW12O40]和H2
C.理论上甲区每生成1molS时通过质子交换膜的H+为2mol
D.该装置实现了利用太阳能间接将H2S分解为S和H2
【答案】B
【解析】从图上可获得如下信息:
甲区:
通入H2S,发生H2S+2Fe3+=2F
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