高考化学突破一本专题复习化学能与电能电化学Word下载.docx
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2.镍镉(NiCd)可充电电池在现代生活中有广泛应用。
已知某镍镉电池的电解质溶液为KOH溶液,其充电、放电按下式进行:
Cd+2NiOOH+2H2O
Cd(OH)2+2Ni(OH)2。
放电时:
Cd-2e-+2OH-===Cd(OH)2
2NiOOH+2H2O+2e-===2Ni(OH)2+2OH-
3.如将燃煤产生的二氧化碳回收利用,可达到低碳排放的目的。
如图是通过人工光合作用,以CO2和H2O为原料制备HCOOH和O2的原理示意图。
_____________________________________________________________。
2H2O-4e-===O2↑+4H+
2CO2+4H++4e-===2HCOOH
4.按要求书写电极反应式
(1)用惰性电极电解NaCl溶液:
阳极:
阴极:
(2)用惰性电极电解CuSO4溶液
__________________________________________________________。
(3)以铁为阳极,石墨为阴极,电解NaOH溶液
(4)用惰性电极电解熔融MgCl2
_________________________________________________________________。
(1)2Cl--2e-===Cl2↑ 2H++2e-===H2↑
(2)4OH--4e-===2H2O+O2↑(或2H2O-4e-===O2↑+4H+) Cu2++2e-===Cu
(3)Fe-2e-+2OH-===Fe(OH)2 2H2O+2e-===H2↑+2OH-
(4)2Cl--2e-===Cl2↑ Mg2++2e-===Mg
5.按要求书写电极反应式
(1)以铝材为阳极,在H2SO4溶液中电解,铝材表面形成氧化膜,阳极反应式为________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(2)以Al单质为阳极,石墨为阴极,NaHCO3溶液作电解液进行电解,生成难溶物R,R受热分解生成化合物Q,写出阳极生成R的电极反应式:
_______________________________。
(3)离子液体是一种室温熔融盐,为非水体系。
由有机阳离子、Al2Cl
和AlCl
组成的离子液体作电解液时,可在钢制品上电镀铝。
已知电镀过程中不产生其他离子且有机阳离子不参与电极反应,则电极反应式为:
______________________________________________________________。
(1)2Al-6e-+3H2O===Al2O3+6H+
(2)Al+3HCO
-3e-===Al(OH)3↓+3CO2↑
(3)Al-3e-+7AlCl
===4Al2Cl
[探高考·
真题鉴赏]
1.(2018·
全国高考卷Ⅰ)最近我国科学家设计了一种CO2+H2S协同转化装置,实现对天然气中CO2和H2S的高效去除。
示意图如下所示,其中电极分别为ZnO@石墨烯(石墨烯包裹的ZnO)和石墨烯,石墨烯电极区发生反应为:
①EDTAFe2+-e-===EDTAFe3+
②2EDTAFe3++H2S===2H++S+2EDTAFe2+
该装置工作时,下列叙述错误的是( )
A.阴极的电极反应:
CO2+2H++2e-===CO+H2O
B.协同转化总反应:
CO2+H2S===CO+H2O+S
C.石墨烯上的电势比ZnO@石墨烯上的低
D.若采用Fe3+/Fe2+取代EDTAFe3+/EDTAFe2+,溶液需为酸性
解析:
由题中信息可知,石墨烯电极发生氧化反应,为电解池的阳极,则ZnO@石墨烯电极为阴极。
阳极接电源正极,电势高,阴极接电源负极,电势低,故石墨烯上的电势比ZnO@石墨烯上的高,C错误。
由题图可知,电解时阴极反应式为CO2+2H++2e-===CO+H2O,A正确。
将阴、阳两极反应式合并可得总反应式为CO2+H2S===CO+H2O+S,B正确。
Fe3+、Fe2+只能存在于酸性溶液中,D正确。
C
2.
(2018·
全国高考卷Ⅱ)我国科学家研发了一种室温下“可呼吸”的NaCO2二次电池。
将NaClO4溶于有机溶剂作为电解液,钠和负载碳纳米管的镍网分别作为电极材料,电池的总反应为3CO2+4Na2Na2CO3+C。
下列说法错误的是( )
A.放电时,ClO
向负极移动
B.充电时释放CO2,放电时吸收CO2
C.放电时,正极反应为3CO2+4e-===2CO
+C
D.充电时,正极反应为Na++e-===Na
根据电池的总反应知,放电时负极反应为4Na-4e-===4Na+。
正极反应为3CO2+4e-===2CO
+C,C正确;
充电时,阴(负)极反应为4Na++4e-===4Na,阳(正)极为2CO
+C-4e-===3CO2↑,D错误;
放电时,ClO
向负极移动,A正确;
根据充电和放电时的电极反应式知,充电时释放CO2,放电时吸收CO2,B正确。
D
3.(2015·
全国高考卷Ⅱ)酸性锌锰干电池是一种一次性电池,外壳为金属锌,中间是碳棒,其周围是由碳粉、MnO2、ZnCl2和NH4Cl等组成的糊状填充物。
该电池放电过程产生MnOOH。
回收处理该废电池可以得到多种化工原料。
回答下列问题:
(1)该电池的正极反应式为_____________________________________________,
电池反应的离子方程式为___________________________________________。
(2)维持电流强度为0.5A,电池工作5分钟,理论上消耗锌________g。
(已知F=96500C·
mol-1)
(1)酸性锌锰干电池外壳为金属锌,锌是负极,电极反应式为Zn-2e-===Zn2+。
中间是碳棒,碳棒是正极,二氧化锰得到电子,则正极电极反应式为MnO2+e-+H+===MnOOH,总反应式为Zn+2MnO2+2H+===Zn2++2MnOOH。
(2)维持电流强度为0.5A,电池工作5分钟,则通过的电量是150C,因此通过电子的物质的量是
=1.554×
10-3mol,锌在反应中失去2个电子,则理论上消耗Zn的质量是
×
65g·
mol-1=0.05g。
(1)MnO2+e-+H+===MnOOH
Zn+2MnO2+2H+===Zn2++2MnOOH
{注:
式中Zn2+可写为[Zn(NH3)4]2+,Zn(NH3)2Cl2等,H+可写为NH
}
(2)0.05
[研考纲·
聚焦素养]
最新考纲
1.理解原电池和电解池的构成、工作原理及应用,能书写电极反应和总反应方程式。
2.了解常见化学电源的种类及其工作原理。
3.了解金属发生电化学腐蚀的原因、金属腐蚀的危害以及防止金属腐蚀的措施。
核心素养
1.变化观念与平衡思想:
认识电化学反应的本质是氧化还原反应,能多角度、动态分析电化学反应,并运用电化学原理解决实际问题。
2.证据推理与模型认知:
能运用原电池、电解池模型示意图解释电极及电池反应现象,揭示“放电”“充电”“电解”时现象的本质与规律。
3.科学探究与创新意识:
能够发现和提出有探究价值的新型化学电源、环境污染与防治等电化学问题,确定探究目的,设计探究方案,进行实验探究,能根据实验现象总结规律,并勇于提出自己的独到见解。
4.科学精神与社会责任:
具有可持续发展意识和绿色化学观念,研究新型高效、绿色化学电源,能对与电化学有关的社会热点问题做出正确的价值判断。
[题型突破·
通法悟道] 摆题型示例 巧取应考宝典
对应学生用书第29页
题型一 电化学原理
[研——题型探究]
►角度一 原电池原理
南昌模拟)氨硼烷(NH3·
BH3)电池可在常温下工作,装置如图所示。
该电池工作时的总反应为:
NH3·
BH3+3H2O2===NH4BO2+4H2O。
下列说法正确的是( )
A.正极附近溶液的pH减小
B.电池工作时,H+通过质子交换膜向负极移动
C.消耗3.1g氨硼烷,理论上通过内电路的电子为0.6mol
D.负极电极反应为:
BH3+2H2O-6e-===NH
+BO
+6H+
根据电池总反应,正极上H2O2发生还原反应:
H2O2+2e-+2H+===2H2O,正极附近c(H+)减小,溶液pH增大,A项错误;
原电池工作时,阳离子向正极移动,故H+通过质子交换膜向正极移动,B项错误;
BH3转化为NH4BO2,N的化合价不变,B的化合价升高,根据NH3·
BH3
NH4BO2,消耗3.1g氨硼烷(0.1mol),反应中转移0.6mol电子,但电子不通过内电路,C项错误;
根据电池总反应,负极上氨硼烷发生氧化反应:
+6H+,D项正确。
►角度二 化学电源
2.(2017·
全国高考卷Ⅲ)全固态锂硫电池能量密度高、成本低,其工作原理如图所示,其中电极a常用掺有石墨烯的S8材料,电池反应为:
16Li+xS8===8Li2Sx(2≤x≤8)。
A.电池工作时,正极可发生反应:
2Li2S6+2Li++2e-===3Li2S4
B.电池工作时,外电路中流过0.02mol电子,负极材料减重0.14g
C.石墨烯的作用主要是提高电极a的导电性
D.电池充电时间越长,电池中Li2S2的量越多
电池工作时,电极a为正极,得到电子,由题图可知,工作过程中可发生反应2Li2S6+2Li++2e-===3Li2S4;
外电路中流过0.02mol电子时,负极消耗0.02molLi,即减重0.14g;
石墨烯可导电,能提高电极a的导电性;
放电时Li2S8不断转化为Li2S2,充电时Li2S2不断转化为Li2S8,Li2S2的量逐渐减少,当电池充满电时,相当于达到平衡状态,电池中Li2S2的量趋于不变,故不是电池充电时间越长,电池中Li2S2的量越多;
故D不正确,A、B、C均正确。
[题型建模] 解答新型化学电源的步骤
(1)判断电池类型→确认电池原理→核实电子、离子移动方向。
(2)确定电池两极→判断电子、离子移动方向→书写电极反应和电池反应。
(3)可充电电池→放电时为原电池→失去电子的为负极反应。
(4)电极反应→总反应离子方程式减去较简单一极的电极反应式→另一电极反应式。
►角度三 电解池原理
3.(2018·
福州模拟)科研人员设计一种电化学反应器,以Na2SO4溶液为电解质,负载纳米MnO2的导电微孔钛膜和不锈钢为电极材料。
这种电催化膜反应器可用于正丙醇合成丙酸,装置示意图如图。
以下叙述错误的是( )
A.微孔钛膜作阴极
B.使用Na2SO4溶液是为了在电解开始时增强溶液导电性
C.丙醇转化为丙酸的电极反应式为:
CH3CH2CH2OH+H2O-4e-===CH3CH2COOH+4H+
D.反应器工作时料槽中正丙醇分子向电催化膜移动
微孔钛膜与电源正极相连,作阳极,A项错误;
Na2SO4为强电解质,使用Na2SO4溶液是为了在电解开始时增强溶液导电性,B项正确;
丙醇转化为丙酸,发生氧化反应:
CH3CH2CH2OH+H2O-4e-===CH3CH2COOH+4H+,C项正确;
反应器工作时,正丙醇发生氧化反应,根据阳极上发生氧化反应,知正丙醇分子向电催化膜移动,D项正确。
A
4.用石墨电极完成下列电解实验。
实验一
实验二
装
置
现
象
a、d处试纸变蓝;
b处变红,局部褪色;
c处无明显变化
两个石墨电极附近有气泡产生;
n处有气泡产生……
下列对实验现象的解释或推测不合理的是( )
A.a、d处:
2H2O+2e-===H2↑+2OH-
B.b处:
2Cl--2e-===Cl2↑
C.c处发生了反应:
Fe-2e-===Fe2+
D.根据实验一的原理,实验二中m处能析出铜
根据a、d处试纸变蓝,可判断a、d两点都为电解池的阴极,发生的电极反应为2H2O+2e-===H2↑+2OH-,A选项正确;
b处变红,局部褪色,说明b为电解池的阳极:
2Cl--2e-===Cl2↑,氯气溶于水生成盐酸和次氯酸:
Cl2+H2OHCl+HClO,HCl溶液显酸性,HClO具有漂白性,B选项不正确;
c处为阳极,铁失去电子生成亚铁离子,发生的电极反应为Fe-2e-===Fe2+,C选项正确;
实验一中ac形成电解池,db形成电解池,所以实验二中也形成电解池,铜珠的左端为电解池的阳极,铜失电子生成铜离子,m、n是铜珠的右端,为电解池的阴极,开始时产生气体,后来铜离子得到电子生成单质铜,故D选项正确。
B
[题型建模] “电解装置”解题流程
[练——即学即用]
兰州模拟)如图为“甲醇燃料电池”的工作原理示意图,下列有关说法正确的是( )
A.该燃料电池工作过程中电流方向从a极流向b极
B.该燃料电池工作时电路中通过1mol电子,消耗的O2的体积为5.6L
C.Pt(a)电极的反应式为CH3OH-6e-+H2O===CO2↑+6H+
D.该燃料电池工作时H+由b极室向a极室移动,电解质溶液的pH增大
根据图示可知,通入CH3OH的电极a为负极,通入空气的电极b为正极,燃料电池工作时电流从正极b流向负极a,A项错误;
正极反应式为O2+4H++4e-===2H2O,则燃料电池工作时电路中通过1mol电子,消耗0.25molO2,因没有给出O2所处条件,故无法确定O2的体积,B项错误;
CH3OH在Pt(a)极上发生氧化反应,电极反应式为CH3OH-6e-+H2O===CO2↑+6H+,C项正确;
燃料电池工作时阳离子向正极移动,即H+从a极室向b极室移动,D项错误。
2.(2018·
全国高考卷Ⅲ)一种可充电锂空气电池如图所示。
当电池放电时,O2与Li+在多孔碳材料电极处生成Li2O2-x(x=0或1)。
A.放电时,多孔碳材料电极为负极
B.放电时,外电路电子由多孔碳材料电极流向锂电极
C.充电时,电解质溶液中Li+向多孔碳材料区迁移
D.充电时,电池总反应为Li2O2-x===2Li+(1-
)O2
由题意知,放电时负极反应为Li-e-===Li+,正极反应为(2-x)O2+4Li++4e-===2Li2O2-x(x=0或1),电池总反应为(1-
)O2+2Li===Li2O2-x。
充电时的电池总反应与放电时的电池总反应互为逆反应,故充电时电池总反应为Li2O2-x===2Li+(1-
)O2,D正确。
该电池放电时,金属锂为负极,多孔碳材料为正极,A错误。
该电池放电时,外电路电子由锂电极流向多孔碳材料电极,B错误。
该电池放电时,电解质溶液中的Li+向多孔碳材料区迁移,充电时电解质溶液中的Li+向锂材料区迁移,C错误。
郑州模拟)利用光伏电池与膜电解法制备Ce(SO4)2溶液的装置如图所示,下列说法不正确的是( )
A.该离子交换膜为阴离子交换膜,SO
由右池向左池迁移
B.电解池中发生的总反应为Cu2++2Ce3+===Cu+2Ce4+
C.该装置工作时的能量转化形式只有两种
D.由P电极向N电极转移0.1mol电子时,阳极室生成33.2gCe(SO4)2
电解池左池中Ce2(SO4)3转化为Ce(SO4)2,溶液中SO
的量增多,因此该离子交换膜允许SO
通过,为阴离子交换膜,SO
由右池向左池迁移,A项正确;
电解池中左池发生氧化反应:
Ce3+-e-===Ce4+,则右池发生还原反应:
Cu2++2e-===Cu,电解池总反应为2Ce3++Cu2+===2Ce4++Cu,B项正确;
该装置工作时光伏电池将太阳能转化为电能,电解池将电能转化为化学能,但电能同时还会转化为热能,C项错误;
根据阳极反应:
Ce3+-e-===Ce4+,转移0.1mol电子时,生成0.1molCe(SO4)2,其质量为0.1mol×
332g·
mol-1=33.2g,D项正确。
题型二 离子交换膜在电化学中的应用
1.某混合物浆液含Al(OH)3、MnO2和少量Na2CrO4。
考虑到胶体的吸附作用使Na2CrO4不易完全被水浸出,某研究小组利用设计的电解分离装置(如图所示),使浆液分离成固体混合物和含铬元素溶液,并回收利用。
用惰性电极电解时,CrO
能从浆液中分离出来的原因是________________,分离后含铬元素的粒子是________________;
阴极室生成的物质为____________________(写化学式)。
惰性电极电解混合物的浆液时,Na+移向阴极,CrO
移向阳极。
Al(OH)3、MnO2在固体混合物中,当加入NaOH时,Al(OH)3转化为AlO
,通入CO2转化为Al(OH)3沉淀,再加热分解为Al2O3,最后熔融电解生成Al。
在直流电源的作用下,CrO
通过阴离子交换膜向阳极室移动,脱离浆液;
分离后含铬元素的粒子是CrO
和Cr2O
;
由于阴极是溶液中的H+得电子生成氢气,所以阴极室生成的物质为NaOH和H2。
在直流电场作用下,CrO
通过阴离子交换膜向阳极室移动,脱离浆液
拓展思考
CrO
NaOH和H2
(1)写出阳极反应式:
_________________________________________。
(2)常温下,Na2SO4足量,当电路中通过0.1mol电子的电量时,阴极区附近溶液的pH为________(设溶液体积为1L,反应前后不变)。
提示:
(1)阳极上放电离子是OH-,4OH--4e-===2H2O+O2↑。
(2)13。
当电路中通过0.1mol电子的电量时,阴极发生反应2H2O+2e-===2OH-+H2↑,可得n(OH-)=0.1mol,则溶液的pH为13。
2.溶于海水中的CO2主要以HCO
的形式存在。
利用如图所示装置从海水中提取CO2,有利于减少环境温室气体含量。
(1)结合方程式简述提取CO2的原理:
__________________________________。
(2)用该装置产生的物质处理b室排出的海水,合格后排回大海。
处理至合格的方法是________________________________________________________________________
(1)a室是阳极室,发生氧化反应:
2H2O-4e-===O2↑+4H+,出去的海水pH<
6,显酸性,表明反应后溶液由碱性变为酸性,a室中的H+通过阳离子交换膜进入b室,发生反应:
HCO
+H+===CO2↑+H2O。
(2)c室是阴极室,发生还原反应:
2H2O+2e-===2OH-+H2↑,即c室生成碱,然后用碱液将从b室排出的酸性海水调至接近装置入口海水的pH。
(1)a室发生的反应:
2H2O-4e-===O2↑+4H+,H+通过阳离子交换膜从a室进入b室,发生反应:
+H+===CO2↑+H2O
(2)c室发生的反应:
2H2O+2e-===2OH-+H2↑,用c室排出的碱液将从b室排出的酸性海水调至接近装置入口海水的pH
[题型建模]
(1)膜的作用:
阳离子交换膜允许阳离子通过,不允许阴离子通过;
阴离子交换
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