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1、专题十一电化学高考化学高考化学(课标专用)第1页考点一原电池工作原理金属电化学腐蚀与防护考点一原电池工作原理金属电化学腐蚀与防护1.(课标,12,6分)我国科学家研发了一个室温下“可呼吸”Na-CO2二次电池。将NaClO4溶于有机溶剂作为电解液,钠和负载碳纳米管镍网分别作为电极材料,电池总反应为:3CO2+4Na2Na2CO3+C。以下说法错误是()A.放电时,Cl向负极移动B.充电时释放CO2,放电时吸收CO2C.放电时,正极反应为:3CO2+4e-2C+CD.充电时,正极反应为:Na+e-Na五年高考A A组组统一命题统一命题课标卷题组课标卷题组第2页答案答案D本题考查二次电池工作原理。
2、放电时,负极反应为:4Na-4e-4Na+,正极反应为3CO2+4e-C+2C;Na+移向正极,C、Cl移向负极,A、C正确;充电过程与放电过程相反,B正确;充电时,阳极反应为2C+C-4e-3CO2,D错误。规律总结规律总结二次电池充、放电电极判断二次电池充电时,“正接正、负接负”;放电时正极为充电时阳极;放电时负极为充电时阴极。第3页2.(课标,11,6分)一个可充电锂空气电池如图所表示。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)。以下说法正确是()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
3、+向多孔碳材料区迁移D.充电时,电池总反应为Li2O2-x2Li+(1-)O2第4页答案答案D本题考查原电池原理和电解原理综合利用。A项,依据题意和可充电电池装置图判断出,放电时锂电极作负极,多孔碳材料电极作正极,错误;B项,在原电池中,外电路电子由负极流向正极,即放电时,外电路电子由锂电极流向多孔碳材料电极,错误;C项,充电时,电解质溶液中阳离子向阴极区迁移,即Li+向锂电极区迁移,错误;D项,充电时,Li+在阴极区得到电子生成Li,阳极区生成O2,即电池总反应为Li2O2-x2Li+(1-)O2,正确。方法技巧方法技巧可充电电池工作原理可充电电池中,放电过程用原电池原理分析,充电过程用电解
4、原理分析;分析电化学问题时,先判断出电极,然后依据工作原理分析。第5页3.(课标,11,6分)Mg-AgCl电池是一个以海水为电解质溶液水激活电池。以下叙述错误是()A.负极反应式为Mg-2e-Mg2+B.正极反应式为Ag+e-AgC.电池放电时Cl-由正极向负极迁移D.负极会发生副反应Mg+2H2OMg(OH)2+H2第6页答案答案BMg-AgCl电池中,Mg为负极,AgCl为正极,故正极反应式应为AgCl+e-Ag+Cl-,B项错误。思绪分析思绪分析AgCl为正极材料,得电子生成Ag和Cl-,正极附近溶液中c(Cl-)逐步增大,负极周围Mg2+浓度逐步增大,故Cl-向负极移动,Mg2+向正
5、极移动。关联知识关联知识Mg能够和热水迟缓反应生成Mg(OH)2和H2。第7页4.(课标,11,6分,0.588)微生物电池是指在微生物作用下将化学能转化为电能装置,其工作原理如图所表示。以下相关微生物电池说法是()A.正极反应中有CO2生成B.微生物促进了反应中电子转移C.质子经过交换膜从负极区移向正极区D.电池总反应为C6H12O6+6O26CO2+6H2O第8页答案答案A依据微生物电池工作原理示意图可知:C6H12O6在负极上发生氧化反应,电极反应式为C6H12O6-24e-+6H2O6CO2+24H+;O2在正极上发生还原反应,电极反应式为6O2+24e-+24H+12H2O。负极有C
6、O2生成,A项错误;B项,微生物促进了反应中电子转移,正确;C项,质子经过交换膜从负极区移向正极区,正确;D项,电池总反应为C6H12O6+6O26CO2+6H2O,正确。规律方法规律方法微生物电池也是燃料电池一个,其实质还是氧化还原反应。第9页5.(课标,11,6分)锌空气燃料电池可用作电动车动力电源,电池电解质溶液为KOH溶液,反应为2Zn+O2+4OH-+2H2O2Zn(OH。以下说法正确是()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-)逐步减小C.放电时,负极反应为:Zn+4OH-2e-Zn(OHD.放电时,电路中经过2mol电子,消耗氧气22.4L(标准
7、情况)答案答案C充电时为电解池,溶液中阳离子向阴极移动,发生反应为2Zn(OH2Zn+O2+4OH-+2H2O,电解质溶液中c(OH-)增大,故A项、B项均错误;放电时负极反应为Zn+4OH-2e-Zn(OH,故C项正确;每消耗1molO2电路中经过4mol电子,故D项错误。第10页规律方法规律方法1.;2.失电子;3.原电池充电时:正极接电源正极,电池正极变阳极。解题关键解题关键充电时:阳极:4OH-4e-2H2O+O2阴极:2Zn(OH+4e-2Zn+8OH-总反应:2Zn(OH2Zn+2H2O+O2+4OH-第11页6.(课标,11,6分)全固态锂硫电池能量密度高、成本低,其工作原理如图
8、所表示,其中电极a惯用掺有石墨烯S8材料,电池反应为:16Li+xS88Li2Sx(2x8)。以下说法错误是()A.电池工作时,正极可发生反应:2Li2S6+2Li+2e-3Li2S4B.电池工作时,外电路中流过0.02mol电子,负极材料减重0.14gC.石墨烯作用主要是提升电极a导电性D.电池充电时间越长,电池中Li2S2量越多第12页答案答案D电池工作时为原电池,电池内部阳离子向正极移动,依据图示中Li+移动方向可知,电极a为正极,依次发生S8Li2S8Li2S6Li2S4Li2S2转化,A正确;电池工作时负极反应式为Li-e-Li+,当转移0.02mol电子时,负极消耗Li物质量为0.
9、02mol,质量为0.14g,B正确;石墨烯含有导电性,能够提升电极a导电能力,C正确;电池充电时为电解池,此时Li2S2量越来越少,D错误。思绪分析思绪分析结合反应原理,依据元素化合价改变,判断放电时正、负极,再结合电解质性质书写电极反应式。第13页7.(课标,11,6分)支撑海港码头基础钢管桩,惯用外加电流阴极保护法进行防腐,工作原理如图所表示,其中高硅铸铁为惰性辅助阳极。以下相关表述不正确是()A.通入保护电流使钢管桩表面腐蚀电流靠近于零B.通电后外电路电子被强制从高硅铸铁流向钢管桩C.高硅铸铁作用是作为损耗阳极材料和传递电流D.通入保护电流应该依据环境条件改变进行调整第14页答案答案C
10、本题考查外加电流阴极保护法。将被保护金属(钢管桩)与电源负极相连,防止钢管桩被腐蚀,外加保护电流能够抑制金属电化学腐蚀产生电流,故其表面腐蚀电流靠近于零,A项正确;高硅铸铁为惰性辅助阳极,阳极上发生氧化反应,失去电子,电子从高硅铸铁流向钢管桩,B项正确;高硅铸铁为惰性辅助阳极,只是用于传递电流,故阳极材料不损耗,C项错误;金属腐蚀受环境影响,故通入电流要依据环境条件改变及时进行调整,D项正确。审题技巧审题技巧本题易因忽略高硅铸铁为惰性辅助阳极而造成犯错。通常除金、铂以外金属作为阳极材料,是活性电极,优先于溶液中粒子放电,且起到导电作用。此题指出惰性辅助阳极,“惰性”说明在此条件下铁不放电,只是
11、起导电作用(辅助)。做题时,应“详细问题详细分析”,不能一味地“按章办事”。第15页8.(课标,26,14分,0.182)酸性锌锰干电池是一个一次性电池,外壳为金属锌,中间是碳棒,其周围是由碳粉、MnO2、ZnCl2和NH4Cl等组成糊状填充物。该电池放电过程产生MnOOH。回收处理该废电池可得到各种化工原料。相关数据以下表所表示:溶解度/(g/100g水)温度/化合物020406080100NH4Cl29.337.245.855.365.677.3ZnCl2343395452488541614化合物Zn(OH)2Fe(OH)2Fe(OH)3Ksp近似值10-1710-1710-39第16页回
12、答以下问题:(1)该电池正极反应式为,电池反应离子方程式为。(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=96500Cmol-1)(3)废电池糊状填充物加水处理后,过滤,滤液中主要有ZnCl2和NH4Cl,二者可经过分离回收;滤渣主要成份是MnO2、和,欲从中得到较纯MnO2,最简便方法为,其原理是。(4)用废电池锌皮制备ZnSO47H2O过程中,需除去锌皮中少许杂质铁,其方法是:加稀H2SO4和H2O2溶解,铁变为,加碱调整至pH为时,铁刚好沉淀完全(离子浓度小于110-5molL-1时,即可认为该离子沉淀完全);继续加碱至pH为时,锌开始沉淀(假定Zn2+浓度为0
13、.1molL-1)。若上述过程不加H2O2后果是,原因是。第17页答案答案(1)MnO2+H+e-MnOOH2MnO2+Zn+2H+2MnOOH+Zn2+(每空1分,共2分)注:式中Zn2+可写为Zn(NH3、Zn(NH3)2Cl2等,H+可写为N(2)0.05(2分)(3)加热浓缩、冷却结晶碳粉MnOOH空气中加热碳粉转变为CO2,MnOOH氧化为MnO2(每空1分,共5分)(4)Fe3+2.76Zn2+和Fe2+分离不开Fe(OH)2和Zn(OH)2Ksp相近(每空1分,共5分)第18页解析解析(1)该电池为酸性锌锰干电池,电极反应式为负极:Zn-2e-Zn2+,正极:2MnO2+2e-+
14、2H+2MnOOH。(2)电量Q=It=0.5A560s=150C,则m(Zn)=65gmol-1=0.05g。(3)由表格中信息可知,ZnCl2溶解度受温度影响较大,NH4Cl溶解度受温度影响较小,故可经过加热浓缩、冷却结晶方法分离。(4)KspFe(OH)3=c(Fe3+)c3(OH-)=110-5c3(OH-)=110-39,c(OH-)=10-11.3molL-1,pOH=11.3,则pH=2.7。KspZn(OH)2=c(Zn2+)c2(OH-)=0.1c2(OH-)=110-17,c(OH-)=10-8molL-1,pOH=8,则pH=6。因Zn(OH)2和Fe(OH)2Ksp靠近
15、,若不用H2O2将Fe2+氧化为Fe3+,沉淀Zn2+时,Fe2+也可转化为Fe(OH)2沉淀,而使制得ZnSO47H2O不纯净。审题方法审题方法题目给出相关物质Ksp,说明在分离除杂过程中,能够利用溶解性,采取调整pH方法将杂质成份除去。疑难突破疑难突破除去Fe元素基本思绪是先将其氧化成Fe3+,然后采取调整pH方式,将Fe3+转化成沉淀而过滤除去。第19页考点二电解原理及其应用考点二电解原理及其应用1.(课标,13,6分)最近我国科学家设计了一个CO2+H2S协同转化装置,实现对天然气中CO2和H2S高效去除。示意图以下列图所表示,其中电极分别为ZnO石墨烯(石墨烯包裹ZnO)和石墨烯,石
16、墨烯电极区发生反应为:EDTA-Fe2+-e-EDTA-Fe3+2EDTA-Fe3+H2S2H+S+2EDTA-Fe2+第20页该装置工作时,以下叙述错误是()A.阴极电极反应:CO2+2H+2e-CO+H2OB.协同转化总反应:CO2+H2SCO+H2O+SC.石墨烯上电势比ZnO石墨烯上低D.若采取Fe3+/Fe2+取代EDTA-Fe3+/EDTA-Fe2+,溶液需为酸性答案答案C本题考查电解原理应用。由石墨烯电极区反应可知该极发生氧化反应,为阳极,则ZnO石墨烯为阴极。阴极电极反应为:CO2+2H+2e-CO+H2O,A正确;装置工作时包括三个反应,Fe2+与Fe3+转化循环进行,总反应为CO2与H2S之间反应,依据得失电子守恒可知总反应为:CO2+H2SCO+H2O+S,B正确;石墨烯与电源正极相连,ZnO石墨烯与电源负极相连,故石墨烯上电势比ZnO石墨烯上高,C错误;Fe2+、Fe3+均在酸性环境中稳定存在,D正确。审题技巧审题技巧解题关键是电极名称确实定。如本题中CO2CO为还原反应阴极,Fe2+Fe3+为氧化反应阳极。第21页2.(课标,11,6分)用电解氧化法能够在铝制
