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O2在正极发生反应,电极反应式为O2+4e-===2O2-,B错误;
由B项分析可知,电路中有4mol电子转移时正极上消耗1molO2,在标准状况下的体积为22.4L,则通入空气的体积约为22.4L×
5=112L,C错误;
由图可知,铁表面H2O(g)参与反应生成H2,则发生的反应为xH2O(g)+Fe===FeOx+xH2,D正确。
题型二 带离子交换膜的化学电源
[典例2] 液体燃料电池相比于气体燃料电池具有体积小等优点。
一种以液态肼(N2H4)为燃料的电池装置如图所示,该电池用空气中的氧气作为氧化剂,KOH溶液作为电解质溶液。
下列关于该电池的叙述正确的是( )
A.b电极上发生氧化反应
B.a电极反应式:
N2H4+4OH--4e-===N2↑+4H2O
C.放电时,电流从a电极经过负载流向b电极
D.其中的离子交换膜需选用阳离子交换膜
[解析] A项,b电极上发生还原反应,错误;
C项,放电时,电子从a电极经过负载流向b电极,错误;
D项,其中的离子交换膜需选用阴离子交换膜,错误。
[答案] B
[题后悟道]
2.用Na2SO3溶液吸收硫酸工业尾气中的二氧化硫,将所得的混合液进行电解循环再生,这种新工艺叫再生循环脱硫法。
其中阴、阳离子交换膜组合循环再生机理如图所示,则下列有关说法中不正确的是( )
A.X为直流电源的负极,Y为直流电源的正极
B.阳极区pH增大
C.图中的b>
a
D.该过程中的产品主要为H2SO4和H2
选B A项,由图示可知Pt(Ⅰ)极上H+→H2,发生还原反应,故Pt(Ⅰ)为阴极,X为直流电源的负极,Y为直流电源的正极,正确;
B项,Pt(Ⅱ)为阳极,在阳极,SO、HSO被氧化为H2SO4,SO+H2O-2e-===2H++SO,HSO+H2O-2e-===3H++SO,溶液的酸性增强,pH减小,错误;
C项,由上面的分析可知,阳极有H2SO4生成,故b>
a,正确;
D项,阳极产物为H2SO4,阴极产物为H2,正确。
题型三 可逆电池
[典例3] (2016·
全国卷Ⅲ)锌-空气燃料电池可用作电动车动力电源,电池的电解质溶液为KOH溶液,反应为2Zn+O2+4OH-+2H2O===2Zn(OH)。
下列说法正确的是( )
A.充电时,电解质溶液中K+向阳极移动
B.充电时,电解质溶液中c(OH-)逐渐减小
C.放电时,负极反应为Zn+4OH--2e-===Zn(OH)
D.放电时,电路中通过2mol电子,消耗氧气22.4L(标准状况)
[解析] A项,充电时装置为电解池,溶液中的阳离子向阴极移动。
B项,充电时的总反应为放电时的逆反应:
2Zn(OH)===2Zn+O2+4OH-+2H2O,c(OH-)逐渐增大。
C项,放电时负极失电子发生氧化反应,由放电时的总反应可知,负极反应式为Zn+4OH--2e-===Zn(OH)。
D项,由放电时的总反应可知,电路中通过2mol电子时,消耗0.5molO2,其体积为11.2L(标准状况)。
[答案] C
有关可逆电池的解题思路
3.(2016·
四川高考)某电动汽车配载一种可充放电的锂离子电池,放电时电池总反应为Li1-xCoO2+LixC6===LiCoO2+C6(x<1)。
下列关于该电池的说法不正确的是( )
A.放电时,Li+在电解质中由负极向正极迁移
B.放电时,负极的电极反应式为LixC6-xe-===xLi++C6
C.充电时,若转移1mole-,石墨(C6)电极将增重7xg
D.充电时,阳极的电极反应式为LiCoO2-xe-===Li1-xCoO2+xLi+
选C A.原电池中阳离子由负极向正极迁移,正确;
B.放电时,负极发生氧化反应,电极反应式为LixC6-xe-===xLi++C6,正确;
C.充电时,若转移1mol电子,石墨电极质量将增重7g,错误;
D.充电时阳极发生氧化反应,电极反应式为LiCoO2-xe-===Li1-xCoO2+xLi+,正确。
题型四 电解原理在环保、新材料制备中的应用
[典例4] (2015·
四川高考)用右图所示装置除去含CN-、Cl-废水中的CN-时,控制溶液pH为9~10,阳极产生的ClO-将CN-氧化为两种无污染的气体,下列说法不正确的是( )
A.用石墨作阳极,铁作阴极
B.阳极的电极反应式:
Cl-+2OH--2e-===ClO-+H2O
C.阴极的电极反应式:
2H2O+2e-===H2↑+2OH-
D.除去CN-的反应:
2CN-+5ClO-+2H+===N2↑+2CO2↑+5Cl-+H2O
[解析] A项,若铁作阳极,则铁失电子生成Fe2+,则CN-无法除去,故铁只能作阴极,正确;
B项,阳极Cl-放电生成ClO-,Cl的化合价升高,故在阳极发生氧化反应,又已知该溶液呈碱性,正确;
C项,阳离子在电解池的阴极得电子发生还原反应,在碱性条件下,H2O提供阳离子(H+),正确;
D项,由于溶液是碱性条件,故除去CN-发生的反应为2CN-+5ClO-+H2O===N2↑+2CO2↑+5Cl-+2OH-,错误。
4.(2017·
广州模拟)用电化学法制备LiOH的实验装置如图,采用惰性电极,a口导入LiCl溶液,b口导入LiOH溶液,下列叙述正确的是( )
A.通电后阳极区溶液pH增大
B.阴极区的电极反应式为4OH--4e-===O2↑+2H2O
C.当电路中通过1mol电子的电量时,会有0.25mol的Cl2生成
D.通电后Li+通过交换膜向阴极区迁移,LiOH浓溶液从d口导出
选D A项,左端为阳极,Cl-放电生成Cl2,Cl2溶于水,生成酸,pH减小,错误;
B项,右端是阴极区得到电子,电极反应式为2H2O+2e-===2OH-+H2↑,错误;
C项,2Cl--2e-===Cl2,通过1mol电子,得到0.5molCl2,错误;
D项,根据电解原理,阳离子通过阳离子交换膜,从阳极区向阴极区移动,LiOH浓溶液从d口导出,正确。
题型五 新环境下金属的腐蚀与防护
[典例5] (2015·
上海高考)研究电化学腐蚀及防护的装置如图所示。
下列有关说法错误的是( )
A.d为石墨,铁片腐蚀加快
B.d为石墨,石墨上电极反应为O2+2H2O+4e-―→4OH-
C.d为锌块,铁片不易被腐蚀
D.d为锌块,铁片上电极反应为2H++2e-―→H2↑
[解析] A.由于活动性:
Fe>
石墨,所以铁、石墨及海水构成原电池,Fe为负极,失去电子被氧化变为Fe2+进入溶液,溶解在海水中的氧气在正极石墨上得到电子被还原,比没有形成原电池时的速率快,正确。
B.d为石墨,由于是中性电解质,所以发生的是吸氧腐蚀,石墨上氧气得到电子,发生还原反应,电极反应为O2+2H2O+4e-―→4OH-,正确。
C.若d为锌块,则由于金属活动性:
Zn>
Fe,Zn为原电池的负极,Fe为正极,首先被腐蚀的是Zn,铁得到保护,铁片不易被腐蚀,正确。
D.d为锌块,由于电解质为中性环境,发生的是吸氧腐蚀,在铁片上电极反应为O2+2H2O+4e-―→4OH-,错误。
5.城市地下潮湿的土壤中常埋有纵横交错的管道和输电线路,当有电流泄漏并与金属管道形成回路时,就会引起金属管道的腐蚀。
原理如图所示,但若电压等条件适宜,钢铁管道也可能减缓腐蚀,此现象被称为“阳极保护”。
下列有关说法不正确的是( )
A.该装置能够将电能转化为化学能
B.管道右端腐蚀比左端快,右端电极反应式为Fe-2e-===Fe2+
C.如果没有外加电源,潮湿的土壤中的钢铁管道比较容易发生吸氧腐蚀
D.钢铁“阳极保护”的实质是在阳极金属表面形成一层耐腐蚀的钝化膜
选B A项,该装置相当于电解池,能将电能转化为化学能,正确;
B项,左端是阳极,腐蚀得更快,错误;
C项,如果没有外加电源,潮湿的土壤(接近中性)中的钢铁管道发生原电池反应,所以发生的是吸氧腐蚀,正确;
D项,根据题意,此种腐蚀较慢,所以“阳极保护”实际上是在金属表面形成了一层致密的保护膜,正确。
[课堂练——练熟方法]
1.MCFC型燃料电池可同时供应电和水蒸气,其工作温度为600~700℃,所用燃料为H2,电解质为熔融的K2CO3。
已知该电池的总反应为2H2+O2===2H2O,下列有关该电池的说法正确的是( )
A.该电池的正极反应式为4OH-+4e-===O2↑+2H2O
B.该电池的负极反应式为H2-2e-===2H+
C.放电时OH-向负极移动
D.当生成1molH2O时,转移2mol电子
选D 该燃料电池的燃料为H2,电解质为熔融的K2CO3,总反应为2H2+O2===2H2O,负极反应式为2H2+2CO-4e-===2H2O+2CO2,正极反应式为O2+2CO2+4e-===2CO,故A、B均错误;
电解质中移动的阴离子为CO,不是OH-,故C错误;
根据负极反应式知,生成1molH2O时转移2mol电子,故D正确。
2.(2017·
北京西城模拟)利用如图所示装置可以将温室气体CO2转化为燃料气体CO。
下列说法中,正确的是( )
A.该过程是将太阳能转化为化学能的过程
B.电极a表面发生还原反应
C.该装置工作时,H+从b极区向a极区移动
D.该装置中每生成1molCO,同时生成1molO2
选A 根据图示,该过程是将太阳能转化为化学能的过程,故A正确;
电极a表面发生水转化为氧气的过程,反应中O元素的化合价升高,被氧化,发生氧化反应,故B错误;
由图知,a为负极,b为正极,H+从a极区向b极区移动,故C错误;
根据得失电子守恒,该装置中每生成1molCO,同时生成molO2,故D错误。
3.纳米级Cu2O由于具有优良的催化性能而受到关注。
采用离子交换膜控制电解液中OH-的浓度制备纳米级Cu2O的装置如图所示,发生的反应为2Cu+H2OCu2O+H2↑。
A.钛电极发生氧化反应
B.阳极附近溶液的pH逐渐增大
C.离子交换膜应采用阳离子交换膜
D.阳极反应为2Cu+2OH--2e-===Cu2O+H2O
选D 钛电极为阴极,发生还原反应,A项错误;
铜作阳极,阳极上铜发生失电子的氧化反应,阳极反应为2Cu+2OH--2e-===Cu2O+H2O,OH-由阴极区迁移到阳极区参与反应,离子交换膜应为阴离子交换膜,C项错误、D项正确;
由阴极区迁移过来的OH-在阳极全部参与反应,阳极附近溶液的pH不变,B项错误。
4.如图是一种可充电的锂离子电池充、放电的工作示意图。
该电池的反应式为LiMnO2+C6Li1-xMnO2+LixC6(LixC6表示锂原子嵌入石墨形成的复合材料)。
下列有关说法正确的是( )
A.K与N相接时,A极为负极,该电极反应式为LixC6-xe-===C6+xLi+
B.在整个充电或放电过程中都只存在一种形式的能量转化
C.K与N相接时,Li+由A极迁移到B极
D.K与M相接时,A极发生氧化反应,LiMnO2-xe-===Li1-xMnO2+xLi+
选D 充电时原电池的正极与电源正极相连,故A为原电池的正极,B为原电池的负极。
A项,K与N相接时,该装置为原电池,A为正极,错误;
B项,在整个充电或放电过程中不仅存在电能与化学能的转化,也存在化学能与热能或电能与热能的转化,错误;
C项,K与N相接时,该装置为原电池,在原电池中,阳离子向正极移动,即Li+由B极迁移到A极,错误;
D项,K与M相接时,该装置为电解池,A极为阳极,发生氧化反应,电极反应为LiMnO2-xe-===Li1-xMnO2+xLi+,正确。
5.二甲醚(CH3OCH3)是一种绿色燃料,可以用来制备燃料电池,其工作原理如图所示。
下列有关判断正确的是( )
A.a电极为电源阳极,发生氧化反应
B.H+从a电极移向b电极
C.b电极反应式为O2+4e-===2O2-
D.水是该电池的负极反应物,不是该电池的生成物
选B 该电池为原电池,二甲醚在a电极发生氧化反应,a电极是电源负极,不称为阳极,A项错误;
原电池中,阳离子从负极移向正极,B项正确;
b电极为正极,O2得电子,电极反应式为O2+4e-+4H+===2H2O,C项错误;
该电池为燃料电池,一般燃料电池的电池反应为该燃料燃烧的反应(电池反应不注明反应条件“燃烧”),则该电池反应为CH3OCH3+3O2===2CO2+3H2O,D项错误。
6.(2017·
石家庄模拟)如图所示装置Ⅰ是一种可充电电池,装置Ⅱ为电解池。
离子交换膜只允许Na+通过,充放电的化学方程式为2Na2S2+NaBr3Na2S4+3NaBr。
闭合开关K时,b极附近先变红色。
A.负极反应为4Na-4e-===4Na+
B.闭合K后,b电极附近的pH变小
C.当有0.01molNa+通过离子交换膜时,b电极上析出气体在标准状况下体积为112mL
D.闭合K后,a电极上产生的气体具有漂白性
选C 当闭合开关K时,b附近溶液先变红,即b附近有OH-生成,在b极析出氢气,b极是阴极,a极是阳极,与阴极连接的是原电池的负极,所以B极是负极,A极是正极。
闭合K时,负极发生氧化反应,电极反应为2Na2S2-2e-===2Na++Na2S4,A错误;
闭合开关K时,b极附近先变红色,该极上生成H2和OH-,pH增大,B错误;
闭合K时,有0.01molNa+通过离子交换膜,说明有0.01mol电子转移,阴极上生成0.005molH2,标准状况下体积为0.005mol×
22.4L·
mol-1=0.112L=112mL,C正确;
闭合开关K时,a极是阳极,该极上金属铜被氧化,电极反应为Cu-2e-===Cu2+,没有气体产生,D错误。
7.如图所示的电化学装置,可用于净化处理厕所排放废水中的尿素(H2NCONH2),同时产生电能。
A.右侧的多孔碳电极是原电池的负极
B.电解质溶液中H+向左侧移动
C.正极上发生还原反应:
H2NCONH2+H2O-6e-===CO2↑+N2↑+6H+
D.电极上消耗标准状况下33.6LO2,电路中转移6mol电子
选C 在该原电池中,通入氧气的电极是正极,通入尿素(H2NCONH2)的电极是负极,即左侧多孔碳电极是原电池的正极,右侧为负极,故A正确;
电解质溶液中H+向电池正极移动,即向左侧移动,故B正确;
H2NCONH2在负极上发生氧化反应,故C错误;
根据正极上的反应O2+4H++4e-===2H2O,当电极上消耗标准状况下33.6L即1.5molO2时,电子转移为6mol,故D正确。
[课下练——练通高考]
1.用电解法制取KIO3的方法是以石墨和铁为电极电解KI溶液,电解反应方程式为KI+3H2OKIO3+3H2↑。
下列说法中正确的是( )
A.电解时石墨作阴极
B.电解时阳极上产生H2
C.电解过程中阴极溶液pH升高
D.阴极电极反应式:
I--6e-+3H2O===IO+6H+
选C A项,电解时,铁作阴极,石墨作阳极,若铁作阳极,则铁放电,错误;
B项,阳极发生氧化反应,I-失电子被氧化,电极反应为I--6e-+3H2O===IO+6H+,错误;
C项,阴极水电离出的H+放电,2H++2e-===H2↑,H+不断减少,使电离平衡H2OH++OH-不断右移,OH-增多,溶液的pH升高,C项正确,D项错误。
2.(2017·
贵州模拟)镁燃料电池具有比能量高、使用安全方便、原材料来源丰富、成本低、燃料易于贮运及污染小等特点。
如图所示为镁-次氯酸盐燃料电池的工作原理图,下列有关说法不正确的是( )
A.该燃料电池中镁为负极,发生氧化反应
B.正极反应为ClO-+H2O+2e-===Cl-+2OH-
C.电池总反应为Mg+ClO-+H2O===Mg(OH)2↓+Cl-
D.放电过程中OH-移向正极
选D 根据题给装置图可知,Mg失电子生成Mg2+发生氧化反应,镁作负极,负极反应为Mg-2e-+2OH-===Mg(OH)2↓,A项说法正确;
正极反应为ClO-+H2O+2e-===Cl-+2OH-,B项说法正确;
将电池的正极反应和负极反应相加得电池总反应式Mg+ClO-+H2O===Mg(OH)2↓+Cl-,C项说法正确;
放电过程中OH-移向负极,D项错误。
3.近年来AIST报告正在研制一种“高容量、低成本”锂-铜空气燃料电池,该电池通过一种复杂的铜腐蚀“现象”产生电力,其中放电过程为2Li+Cu2O+H2O===2Cu+2Li++2OH-,示意图如图。
下列说法不正确的是( )
A.放电时,Li+透过固体电解质向Cu极移动
B.放电时,负极的电极反应式为Cu2O+H2O+2e-===2Cu+2OH-
C.通空气时,铜被腐蚀,表面产生Cu2O
D.整个反应过程中,铜相当于催化剂
选B 由题中装置图和放电时的总反应可知,放电时Li为负极,Cu为正极,阳离子向正极移动,A项正确;
放电时,负极Li失电子转化成Li+,B项错误;
结合题中装置图可知,通入空气铜被腐蚀,生成Cu2O,C项正确;
铜被腐蚀生成Cu2O,放电时Cu2O又被还原成Cu,所以整个反应过程中Cu相当于催化剂,D项正确。
4.利用如图所示装置进行实验,开始时,a、b两处的液面相平,密封好,放置一段时间。
A.a管发生吸氧腐蚀,b管发生析氢腐蚀
B.一段时间后,a管的液面高于b管的液面
C.a处溶液的pH增大,b处溶液的pH减小
D.a、b两处具有相同的电极反应式:
Fe-2e-===Fe2+
选C a管发生吸氧腐蚀,a处溶液的pH增大,b管发生析氢腐蚀,b处溶液的c(H+)减小,pH增大,A项正确、C项错误;
B项,a处消耗了液面上的O2,b管有H2生成,b管压强大于a管压强,正确;
D项,电化学腐蚀中铁失去电子变成Fe2+,正确。
5.(2017·
清远模拟)研究发现,可以用石墨作阳极、钛网作阴极、熔融的CaF2CaO作电解质,利用图示装置获得金属钙,并以钙为还原剂还原二氧化钛制备金属钛。
下列说法中错误的是( )
A.在制备金属钛前后,整套装置中CaO的总量保持不变
B.阳极的电极反应式为C+2O2--4e-===CO2↑
C.由TiO2制得1mol金属Ti,理论上外电路通过2mol电子
D.若用铅蓄电池作供电电源,“-”接线柱应连接Pb电极
选C A.石墨为阳极,电极反应式为C+2O2--4e-===CO2↑,阴极反应式为CaO+2e-===Ca+O2-,然后2Ca+TiO2===Ti+2CaO,因此反应前后消耗氧化钙的量不变,正确;
B.石墨作阳极,C失去电子,转变成CO2,因此电极反应式为C+2O2--4e-===CO2↑,正确;
C.根据选项A的分析,生成1molTi,转移4mole-,错误;
D.铅蓄电池:
Pb+PbO2+2H2SO4===2PbSO4+2H2O,Pb作负极,正确。
6.光电池是发展性能源。
一种光化学电池的结构如图,当光照在表面涂有氯化银的银片上时,AgCl(s)Ag(s)+Cl(AgCl)[Cl(AgCl)表示生成的氯原子吸附在氯化银表面],接着Cl(AgCl)+e-===Cl-(aq)。
若将光源移除,电池会立即恢复至初始状态。
A.光照时,外电路中电流由X流向Y
B.光照时,Pt电极发生的反应为2Cl-+2e-===Cl2↑
C.光照时,Cl-向Pt电极移动
D.光照时,电池总反应为AgCl(s)+Cu+(aq)Ag(s)+Cu2+(aq)+Cl-(aq)
选B Ag电极上发生Cl(AgCl)+e-===Cl-(aq),则Ag电极为正极,Pt电极为负极,外电路中电流由X流向Y,A项正确;
Pt电极为负极,Cu+失去电子,电极反应式为Cu+-e-===Cu2+,B项错误;
光照时,Cl-向负极(Pt电极)移动,C项正确;
光照时,电池总反应为AgCl(s)+Cu+(aq)Ag(s)+Cu2+(aq)+Cl-(aq),D项正确。
7.(2017·
北京东城模拟)氢氧化锂是制取锂和锂的化合物的原料,用电解法制备氢氧化锂的工作原理如图所示:
下列叙述不正确的是( )
A.b极附近溶液的pH增大
B.a极发生的反应为2H2O-4e-===O2↑+4H+
C.该法制备LiOH还可得到硫酸和氢气等产品
D.当电路中通过1mol电子时,可得到2molLiOH
选D 从电解质溶液中离子的移动方向看,石墨a是阳极,石墨b是阴极;
a极失去电子,发生氧化反应,即2H2O-4e-===O2↑+4H+,结合移动过来的SO得到硫酸;
b极H+得电子放出氢气,c(OH-)增大,溶液的pH增大,结合移动过来的Li+生成LiOH,故A、B、C都是正确的。
由电子守恒,反应中电路中通过1mol电子时,得到1molLiOH,D说法是错误的。
8.用一种阴、阳离子双隔膜三室电解槽处理废水中的NH,模拟装置如图所示。
A.阳极室溶液由无色变成棕黄色
B.电解一段时间后,阴极室溶液中的溶质一定是(NH4)3PO4
C.电解一段时间后,阴极室溶液中的pH升高
D.当电路中通过1mol电子的电量时,阴极有0.25mol的O2生成
选C A项,Fe为阳极,阳极上Fe失电子发生氧化反应生成Fe2+,所以溶液变浅绿色,错误;
B项,电解时,溶液中NH向阴极室移动,H+放电生成H2,所以阴极室中溶质为(
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- 高考 化学 二轮 专题 复习 精选 电化学
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