高考化学一轮复习 专题八 化学能与电能课件

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1、专题八 化学能与电能高考化学高考化学(江苏省专用)考点一原电池原理及其应用考点一原电池原理及其应用A A组组自主命题自主命题江苏卷题组江苏卷题组1.(2015江苏单科,10,2分,)一种熔融碳酸盐燃料电池原理示意如图。下列有关该电池的说 法 正 确 的 是()五年高考A.反应CH4+H2O3H2+CO,每消耗1molCH4转移12mol电子B.电极A上H2参与的电极反应为:H2+2OH-2e-2H2OC.电池工作时,C向电极B移动D.电极B上发生的电极反应为:O2+2CO2+4e-2C答案答案DA项,由化合价变化知,每消耗1molCH4转移6mol电子;B项,电极A为负极,H2参与的电极反应为

2、H2-2e-+CH2O+CO2;C项,电池工作时,C向电极A移动;D项,电极B是正极,电极反应为O2+4e-+2CO22C。规律总结规律总结原电池中,阳离子移向正极,阴离子移向负极。审题技巧审题技巧根据“熔融碳酸盐燃料电池”的示意图,可挖掘出电极反应式的反应物、生成物,再根据电荷守恒写出电极反应式。2.2016江苏单科,20(1)(2),7分,0.374铁炭混合物(铁屑和活性炭的混合物)、纳米铁粉均可用于处理水中污染物。(1)铁炭混合物在水溶液中可形成许多微电池。将含有Cr2的酸性废水通过铁炭混合物,在微电池正极上Cr2转化为Cr3+,其电极反应式为。(2)在相同条件下,测量总质量相同、铁的质

3、量分数不同的铁炭混合物对水中Cu2+和Pb2+的去除率,结果如下图所示。当铁炭混合物中铁的质量分数为0时,也能去除水中少量的Cu2+和Pb2+,其原因是。当铁炭混合物中铁的质量分数大于50%时,随着铁的质量分数的增加,Cu2+和Pb2+的去除率不升反降,其主要原因是。答案答案(7分)(1)Cr2+14H+6e-2Cr3+7H2O(2分)(2)活性炭对Cu2+和Pb2+有吸附作用(2分)铁的质量分数增加,铁炭混合物中微电池数目减少(3分)解析解析(2)活性炭具有吸附作用,可以吸附少量的Cu2+和Pb2+。铁炭混合物去除Cu2+和Pb2+是通过发生置换反应实现的,且发生的是原电池反应(Fe为负极,

4、活性炭为正极),当铁的质量分数达到一定数值后,随着铁的质量分数增加,活性炭的质量分数减少,铁炭混合物中微电池的数目减少,所以Cu2+和Pb2+的去除率下降。易错警示易错警示在书写电极反应式时,一定要关注电解质溶液的环境。如此题中已告知是酸性废水,因此在书写时应用“H+”平衡电荷。知识拓展知识拓展活性炭是一种多孔物质,有很强的吸附能力,可用于吸附有害气体、去除异味、吸附一些可溶性物质。B B组统一命题、省组统一命题、省( (区、市区、市) )卷题组卷题组1.(2018课标,11,6分)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)。下列

5、说法正确的是()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+向多孔碳材料区迁移D.充电时,电池总反应为Li2O2-x2Li+(1-)O2答案答案D本题考查原电池原理和电解原理的综合运用。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,电解质溶液中的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Li2O

6、2-x2Li+(1-)O2,正确。方法技巧方法技巧可充电电池的工作原理可充电电池中,放电过程用原电池原理分析,充电过程用电解原理分析;分析电化学问题时,先判断出电极,然后根据工作原理分析。2.(2015课标,11,6分,)微生物电池是指在微生物的作用下将化学能转化为电能的装置,其工作原理如图所示。下列有关微生物电池的说法的 是()A.正极反应中有CO2生成B.微生物促进了反应中电子的转移C.质子通过交换膜从负极区移向正极区D.电池总反应为C6H12O6+6O26CO2+6H2O答案答案A根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-24e-+6H2O6CO

7、2+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CO2生成,A项错误;B项,微生物促进了反应中电子的转移,正确;C项,质子通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。3.(2016课标,11,6分)Mg-AgCl电池是一种以海水为电解质溶液的水激活电池。下列叙述的 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答案答案BMg-AgCl电池中,Mg为负极,AgCl为正极,故正极

8、反应式应为AgCl+e-Ag+Cl-,B项错误。思路分析思路分析结合反应原理,根据元素化合价的变化,判断放电时的正、负极,再结合电解质的性质书写电极反应式。4.(2016课标,11,6分)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-+2H2O2 Z n ( O H。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(OHD.放电时,电路中通过2mol电子,消耗氧气22.4L(标准状况)答案答案C 充 电 时 为 电 解 池 , 溶 液 中 的 阳

9、 离 子 向 阴 极 移 动 , 发 生 的 反 应 为2 Z n ( O H2Zn+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-Z n ( O H,故C项正确;每消耗1molO2电路中通过4mol电子,故D项错误。5.(2017课标,11,6分)全固态锂硫电池能量密度高、成本低,其工作原理如图所示,其中电极a常用掺有石墨烯的S8材料,电池反应为:16Li+xS88Li2Sx(2x8)。下列说法错误的是 ()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,

10、负极材料减重0.14gC.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,根据图示中Li+移动方向可知,电极a为正极,依次发生S8Li2S8Li2S6Li2S4Li2S2的转化,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,负极消耗的Li的物质的量为0.02mol,质量为0.14g,B正确;石墨烯具有导电性,可以提高电极a的导电能力,C正确;电池充电时为电解池,此时Li2S2的量越来越少,D错误。思路分析思路分析结合反应原理,根据元素化合价的变化,判断放电时的正、负极,再结合

11、电解质的性质书写电极反应式。C C组组教师专用题组教师专用题组1.(2013江苏单科,1,2分,)燃料电池能有效提高能源利用率,具有广泛的应用前景。下列物质均 可 用 作 燃 料 电 池 的 燃 料 , 其 中 最 环 保 的 是()A.甲醇B.天然气C.液化石油气D.氢气答案答案D氢氧燃料电池的产物只有H2O,没有其他物质生成,最为环保。方法归纳方法归纳燃料电池一般以通入O2的一极为正极,因此确定正极反应是燃料电池电极反应式书写的突破点:若为酸性环境,则电极反应为O2+4H+4e-2H2O;若为碱性或中性环境,则电极反应为O2+2H2O+4e-4OH-;若为熔融碳酸盐,则电极反应为O2+2C

12、O2+4e-2C;若为熔融氧化物,则为O2+4e-2O2-。易错警示易错警示原电池的两极称为正极和负极,电解池的两极称为阳极和阴极,切勿混淆。2.(2013江苏单科,9,2分,)Mg-H2O2电池可用于驱动无人驾驶的潜航器。该电池以海水为 电 解 质 溶 液 , 示 意 图 如 下 。 该 电 池 工 作 时 , 下 列 说 法 正 确 的 是()A.Mg电极是该电池的正极B.H2O2在石墨电极上发生氧化反应C.石墨电极附近溶液的pH增大D.溶液中Cl-向正极移动答案答案C该电池中Mg电极为负极,A项错误;石墨电极为正极,H2O2得电子发生还原反应,电极反应式为H2O2+2e-2OH-,电极附

13、近溶液pH增大,B项错误,C项正确;溶液中Cl-移向Mg电极,即Cl-向负极移动,D项错误。方法归纳方法归纳原电池正、负极判断的常用方法:若两电极均为金属材料,则较活泼金属一般作负极;若两电极分别为金属和非金属材料,则金属材料作负极。在原电池工作时,被不断消耗的电极一般为负极。电子流出的电极为负极,阴离子移向的电极为负极,发生氧化反应的电极为负极。对于燃料电池,非O2通入的电极一般为负极。考点分析考点分析江苏高考以“电化学”为依托考查氧化还原反应原理的运用,主要内容有电极反应式的书写,判断电解质溶液浓度、pH的变化,以及能源、环保等热点问题。3.(2010江苏单科,11,4分,)下图是一种航天

14、器能量储存系统原理示意图。下列说法正确的 是()A.该系统中只存在3种形式的能量转化B.装置Y中负极的电极反应式为:O2+2H2O+4e-4OH-C.装置X能实现燃料电池的燃料和氧化剂再生D.装置X、Y形成的子系统能实现物质的零排放,并能实现化学能与电能间的完全转化答案答案CA项,系统中存在光能电能、电能化学能、化学能电能、电能机械能等多种形式的能量转化;B项,Y中负极的电极反应式为H2-2e-2H+;C项,装置X可电解水生成H2和O2;D项,无论是原电池还是电解池都不可能实现电能与化学能间的完全转化。4.(2009江苏单科,12,3分,)以葡萄糖为燃料的微生物燃料电池结构示意图如下图所示。关

15、于 该 电 池 的 叙 述 正 确 的 是()A.该电池能够在高温下工作B.电池的负极反应为:C6H12O6+6H2O-24e-6CO2+24H+C.放电过程中,H+从正极区向负极区迁移D.在电池反应中,每消耗1mol氧气,理论上能生成标准状况下CO2气体L答案答案BA项,微生物在高温下会因蛋白质变性而死亡,故不正确;C项,放电时H+向正极区迁移,故不正确;D项,每消耗1mol氧气,理论上能生成标准状况下CO2气体22.4L。5.(2014北京理综,8,6分)下列电池工作时,O2在正极放电的是 ()A.锌锰电池B.氢燃料电池C.铅蓄电池D.镍镉电池答案答案B氢燃料电池中,负极上H2放电,正极上

16、O2放电,A、C、D中均不存在O2放电,故选B。6.(2015天津理综,4,6分)锌铜原电池装置如图所示,其中阳离子交换膜只允许阳离子和水分子通过。下列有关叙述正确的是()A.铜电极上发生氧化反应B.电池工作一段时间后,甲池的c(S)减小C.电池工作一段时间后,乙池溶液的总质量增加D.阴阳离子分别通过交换膜向负极和正极移动,保持溶液中电荷平衡答案答案C题中所述锌铜原电池中,Zn为负极,电极反应式为Zn-2e-Zn2+;Cu为正极,电极反应式为Cu2+2e-Cu,发生还原反应。Zn2+通过阳离子交换膜向正极移动;乙池溶液中消耗的Cu2+与由甲池迁移过来的Zn2+的物质的量相同,则乙池溶液质量增加

17、。溶液中的阴离子无法通过阳离子交换膜。故选C。7.(2016浙江理综,11,6分)金属(M)-空气电池(如图)具有原料易得、能量密度高等优点,有望成为新能源汽车和移动设备的电源。该类电池放电的总反应方程式为:4M+nO2+2nH2O4M(OH)n已知:电池的“理 论 比 能 量”指单位质量的电极材料理论上能释放出的最大电能。下列说法不正确的是()A.采用多孔电极的目的是提高电极与电解质溶液的接触面积,并有利于氧气扩散至电极表面B.比较Mg、Al、Zn三种金属-空气电池,Al-空气电池的理论比能量最高C.M-空气电池放电过程的正极反应式:4Mn+nO2+2nH2O+4ne-4M(OH)nD.在M

18、g-空气电池中,为防止负极区沉积Mg(OH)2,宜采用中性电解质及阳离子交换膜答案答案CA项,采用多孔电极可以提高电极与电解质溶液的接触面积,并有利于O2扩散至电极表面;B项,单位质量的Mg、Al、Zn反应,Al转移的电子数最多,故Al-空气电池的理论比能量最高;C项,由于电池中间为阴离子交换膜,故Mn+不能通过,则正极的电极反应式为O2+4e-+2H2O4OH-;D项,在Mg-空气电池中,负极的电极反应式为Mg-2e-Mg2+,为防止负极区沉积Mg(OH)2,可采用阳离子交换膜阻止OH-进入负极区。评析评析本题设计新颖,以新型电池为背景,考查原电池的工作原理。考点二电解原理及其应用考点二电解

19、原理及其应用A A组组自主命题自主命题江苏卷题组江苏卷题组1.2017江苏单科,16(4)(5),6分铝是应用广泛的金属。以铝土矿(主要成分为Al2O3,含SiO2和Fe2O3等杂质)为原料制备铝的一种工艺流程如下:注:SiO2在“碱溶”时转化为铝硅酸钠沉淀。(4)“电解”是电解Na2CO3溶液,原理如图所示。阳极的电极反应式为,阴极产生的物质A的化学式为。(5)铝粉在1000时可与N2反应制备AlN。在铝粉中添加少量NH4Cl固体并充分混合,有利于AlN的制备,其主要原因是。答案答案(4)4C+2H2O-4e-4HC+O2H2(5)NH4Cl分解产生的HCl能够破坏Al表面的Al2O3薄膜解

20、析解析本题考查了以铝土矿为原料制备铝的工艺流程,涉及离子方程式的书写和电化学的相关知识。(4)阳极应是H2O电离出的OH-放电,生成O2和H+,在Na2CO3溶液充足的条件下,H+与C反应生成HC,故阳极的电极反应式为:4C+2H2O-4e-4HC+O2;阴极的电极反应式为:4H2O+4e-2H2+4OH-,所以物质A为H2。(5)铝粉表面有Al2O3薄膜,阻碍反应的进行,而添加少量NH4Cl固体,NH4Cl分解生成的HCl能与Al2O3反应,破坏Al2O3薄膜,有利于Al和N2反应。2.2014江苏单科,20(1),5分,0.30硫化氢的转化是资源利用和环境保护的重要研究课题。由硫化氢获得硫

21、单质有多种方法。(1)将烧碱吸收H2S后的溶液加入到如图所示的电解池的阳极区进行电解。电解过程中阳极区发生如下反应:S2-2e-S(n-1)S+S2-写出电解时阴极的电极反应式:。电解后阳极区的溶液用稀硫酸酸化得到硫单质,其离子方程式可写成。答案答案(5分)(1)2H2O+2e-H2+2OH-+2H+(n-1)S+H2S解析解析(1)由电解原理知,阴极发生还原反应,又因为是碱性溶液中,所以电极反应式为2H2O+2e-H2+2OH-。由 题 意 知 ,在 酸 性 条 件 下 生 成 单 质 S , 所 以 离 子 方 程 式 为+2H+(n-1)S+H2S。命题归纳命题归纳化工流程题中一般会涉及

22、陌生方程式的书写,要求学生阅读、分析、理解、运用题中的信息,才能准确写出方程式。从近几年高考看,此类方程式的书写已成为必考题,要求写出的方程式涉及的反应类型可分为氧化还原反应和非氧化还原反应。方法归纳方法归纳陌生方程式书写的关键点是准确找出反应物和产物,可以通过流程图或题中给出的文字和图像信息,也可以利用自己储备的知识。因此必须读透流程图中的信息并筛选出有用信息。B B组统一命题、省组统一命题、省( (区、市区、市) )卷题组卷题组1.(2018课标,13,6分)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。示意图如下图所示,其中电极分别为ZnO石

23、墨烯(石墨烯包裹的ZnO)和石墨烯,石墨烯电极区发生反应为:EDTA-Fe2+-e-EDTA-Fe3+2EDTA-Fe3+H2S2H+S+2EDTA-Fe2+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+H2OB.协同转化总反应:CO2+H2SCO+H2O+SC.石墨烯上的电势比ZnO石墨烯上的低D.若采用Fe3+/Fe2+取代EDTA-Fe3+/EDTA-Fe2+,溶液需为酸性答案答案C本题考查电解原理的应用。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。阴极的电极反应为:CO2+2H+2e-CO+H2O,A正确;装置工作时涉及三个反

24、应,Fe2+与Fe3+的转化循环进行,总反应为CO2与H2S之间的反应,根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,故石墨烯上的电势比ZnO石墨烯上的高,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的关键是电极名称的确定。如本题中CO2CO为还原反应阴极,Fe2+Fe3+为氧化反应阳极。2.(2018课标,12,6分)我国科学家研发了一种室温下“可呼吸”的Na-CO2二次电池。将Na-ClO4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+4N

25、a2Na2CO3+C。下列说法错误的是()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答案答案D本题考查二次电池的工作原理。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、放电的电极判断二次电池充电时,“正接正、负接负”;放电时的正极为充电时的阳极;放电时的负极为充电时的阴极。3.(2017课标,11,

26、6分)支撑海港码头基础的钢管桩,常用外加电流的阴极保护法进行防腐,工作 原 理 如 图 所 示 , 其 中 高 硅 铸 铁 为 惰 性 辅 助 阳 极 。 下 列 有 关 表 述 不 正 确 的 是()A.通入保护电流使钢管桩表面腐蚀电流接近于零B.通电后外电路电子被强制从高硅铸铁流向钢管桩C.高硅铸铁的作用是作为损耗阳极材料和传递电流D.通入的保护电流应该根据环境条件变化进行调整答案答案C本题考查外加电流的阴极保护法。将被保护的金属(钢管桩)与电源的负极相连,防止钢管桩被腐蚀,外加保护电流可以抑制金属电化学腐蚀产生的电流,故其表面腐蚀电流接近于零,A项正确;高硅铸铁为惰性辅助阳极,阳极上发生

27、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;金属的腐蚀受环境的影响,故通入的电流要根据环境条件的变化及时进行调整,D项正确。审题技巧审题技巧本题易因忽视高硅铸铁为惰性辅助阳极而导致出错。通常除金、铂以外的金属作为阳极材料,是活性电极,优先于溶液中的粒子放电,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,只是起导电作用(辅助)。做题时,应“具体问题具体分析”,不能一味地“按章办事”。4.(2017课标,11,6分)用电解氧化法可以在铝制品表面形成致密、耐腐蚀的氧化膜,电解质溶液一般为H2SO

28、4-H2C2O4混 合 溶 液 。 下 列 叙 述 错 误 的 是()A.待加工铝质工件为阳极B.可选用不锈钢网作为阴极C.阴极的电极反应式为:Al3+3e-AlD.硫酸根离子在电解过程中向阳极移动答案答案C本题考查电解原理的应用。O3发生氧化反应,故铝质工件为阳极,A正确;阴极材料应为金属或导电的非金属,可选用不锈钢网,B正确;电解质溶液中含有大量H+,故阴极的电极反应式为2H+2e-H2,C不正确;在电解池中,阴离子移向阳极,D正确。知识拓展知识拓展关于电解原理的“不寻常”应用1.电解原理在“金属防腐”中的应用。如:外加电流的阴极保护法。2.电解原理在“物质制备”中的应用。如:尿素CO(N

29、H2)2制氢气。3.电解原理在“环境治理”中的应用。如:用电解法消除CN-。5.(2014大纲全国,9,6分,)右图是在航天用高压氢镍电池基础上发展起来的一种金属氢化物镍电池(MH-Ni电池)。下列有关说法不正确的 是()A.放电时正极反应为:NiOOH+H2O+e-Ni(OH)2+OH-B.电池的电解液可为KOH溶液C.充电时负极反应为:MH+OH-H2O+M+e-D.MH是一类储氢材料,其氢密度越大,电池的能量密度越高答案答案C在金属氢化物镍电池(MH-Ni电池)中,MH(M为零价,H为零价)在负极发生反应:MH+OH-e-M+H2O,NiOOH在正极发生反应:NiOOH+H2O+e-Ni

30、(OH)2+OH-,电解液可为KOH溶液,A、B正确;充电时,阴极反应式为M+H2O+e-MH+OH-,C错误;MH中氢密度越大,单位体积电池所储存电量越多,即电池能量密度越高,D正确。评析评析本题对充电电池充、放电时的电极反应式的书写及电解液的选择等进行了考查。试题的起点高,落点低,难度中等,区分度很好。6.(2014课标,12,6分,)2013年3月我国科学家报道了如图所示的水溶液锂离子电池体系。下列叙述错误的 是()A.a为电池的正极B.电池充电反应为LiMn2O4Li1-xMn2O4+xLiC.放电时,a极锂的化合价发生变化D.放电时,溶液中Li+从b向a迁移答案答案C由图可知,b极(

31、Li电极)为负极,a极为正极,放电时,Li+从负极(b)向正极(a)迁移,A项、D项正确;该电池放电时,负极:xLi-xe-xLi+,正极:Li1-xMn2O4+xLi+xe-LiMn2O4,a极Mn元素的化合价发生变化,C项错误;由放电反应可得充电时的反应,B项正确。7.(2016课标,11,6分)三室式电渗析法处理含Na2SO4废水的原理如图所示,采用惰性电极,ab、cd均为离子交换膜,在直流电场的作用下,两膜中间的Na+和 S可通过离子交换膜,而两端隔室中离子被阻挡不能进入中间隔室。下列叙述正确的是()A.通电后中间隔室的S离子向正极迁移,正极区溶液pH增大B.该法在处理含Na2SO4废

32、水时可以得到NaOH和H2SO4产品C.负极反应为2H2O-4e-O2+4H+,负极区溶液pH降低D.当电路中通过1mol电子的电量时,会有0.5mol的O2生成答案答案B负极区(阴极)电极反应为:4H+4e-2H2,正极区(阳极)电极反应为:4OH-4e-2H2O+O2。A项,通电后S向正极移动,正极区OH-放电,溶液酸性增强,pH减小;C项,负极反应为4H+4e-2H2,溶液pH增大;D项,当电路中通过1mol电子的电量时,会有0.25molO2生成。思路梳理思路梳理1.通电前:电解质溶液中含有哪些阴、阳离子(包括由水电离出的H+和OH-)。2.通电时:阴离子移向阳极,阳离子移向阴极,结合

33、放电顺序分析谁优先放电(注意活泼金属作阳极时,活泼金属优先放电)。3.正确书写电极反应式,要注意原子数、电荷数是否守恒。4.能结合题目要求分析电解时的各种变化情况,如两极现象、水的电离平衡移动、离子浓度的变化、pH的变化等。8.2018课标,27(3),4分焦亚硫酸钠(Na2S2O5)在医药、橡胶、印染、食品等方面应用广泛。回答下列问题:(3)制备Na2S2O5也可采用三室膜电解技术,装置如图所示,其中SO2碱吸收液中含有NaHSO3和Na2SO3。阳极的电极反应式为。电解后,室的NaHSO3浓度增加。将该室溶液进行结晶脱水,可得到Na2S2O5。答案答案(3)2H2O-4e-O2+4H+a解

34、析解析(3)根据装置图可知左侧为阳极,溶质为H2SO4,实际放电的是水电离出的OH-,电极反应式为2H2O-4e-O2+4H+。电解过程中,阳离子(H+) 向 右 侧 移 动 , 则 a 室 中 S+H+ H S,NaHSO3浓度增大。9.(2015北京理综,27,14分,)研究CO2在海洋中的转移和归宿,是当今海洋科学研究的前沿领域。(1)溶于海水的CO2主要以4种无机碳形式存在,其中HC占95%。写出CO2溶于水产生HC的方程式:。(2)在海洋碳循环中,通过如图所示的途径固碳。写出钙化作用的离子方程式:。同位素示踪法证实光合作用释放出的O2只来自于H2O。用18O标记物质的光合作用的化学方

35、程式如下,将其补充完整:+(CH2O)x+x18O2+xH2O(3)海水中溶解无机碳占海水总碳的95%以上,其准确测量是研究海洋碳循环的基础。测量溶解无机碳,可采用如下方法:气提、吸收CO2。用N2从酸化后的海水中吹出CO2并用碱液吸收(装置示意图如下)。将虚线框中的装置补充完整并标出所用试剂。滴定。将吸收液吸收的无机碳转化为NaHCO3,再用xmolL-1HCl溶液滴定,消耗ymLHCl溶液。海水中溶解无机碳的浓度=molL-1。(4)利用下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。结合方程式简述提取CO2的原理:。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

36、合格的方法是。答案答案(14分)(1)CO2+H2OH2CO3、H2CO3H+HC(2)2HC+Ca2+CaCO3+CO2+H2OxCO22xO(3)(4)a室:2H2O-4e-4H+O2,H+通过阳离子膜进入b室,发生反应:H+HCCO2+H2Oc室的反应: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解析解析(3)向盛有海水的装置中通入N2应长进短出,酸化海水应用难挥发的H2SO4。由NaHCO3+HClNaCl+CO2+H2O可以看出,n(NaHCO3)=n(HCl),c(C)=molL-1。(4)a室为阳极室,H2O放电生成的H+可通过

37、阳离子膜进入b室与HC反应产生CO2;c室为阴极室,H2O放电生成OH-使c室溶液呈碱性,故用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后,再将其排回大海。评析评析本题以研究CO2在海洋中的转移和归宿为载体,考查了方程式的书写、物质的分离与提取、电化学、化学计算等,综合性较强,有难度但不失基础。C C组组教师专用题组教师专用题组1.(2015浙江理综,11,6分)在固态金属氧化物电解池中,高温共电解H2O-CO2混合气体制备H2和CO是一种新的能源利用方式,基本原理如图所示。下列说法不正确的 是()A.X是电源的负极B.阴极的电极反应式是:H2O+2e-H2+O2-CO2+

38、2e-CO+O2-C.总反应可表示为:H2O+CO2H2+CO+O2D.阴、阳两极生成的气体的物质的量之比是11答案答案D由图示可看出:H2OH2、CO2CO均为还原反应,X应为电源负极,A项正确;阴极电极反应式为H2O+2e-H2+O2-和CO2+2e-CO+O2-,阳极电极反应式为2O2-4e-O2,总反应为H2O+CO2H2+CO+O2,B、C项正确;阴、阳两极生成气体的物质的量之比为21,D项不正确。2.(2014浙江理综,11,6分,)镍氢电池(NiMH)目前已经成为混合动力汽车的一种主要电池类型。NiMH中的M表示储氢金属或合金。该电池在充电过程中的总反应方程式是:Ni(OH)2+

39、MNiOOH+MH已知:6NiOOH+NH3+H2O+OH-6Ni(OH)2+N下列说法正确的是()A.NiMH电池放电过程中,正极的电极反应式为:NiOOH+H2O+e-Ni(OH)2+OH-B.充电过程中OH-离子从阳极向阴极迁移C.充电过程中阴极的电极反应式:H2O+M+e-MH+OH-,H2O中的H被M还原D.NiMH电池中可以用KOH溶液、氨水等作为电解质溶液答案答案A镍氢电池放电时负极电极反应式为MH-e-+OH-M+H2O,正极电极反应式为NiOOH+e-+H2ONi(OH)2+OH-,故A项正确;充电时,阴离子移向阳极,故B项错误;H2O分子中有一个转变为MH中H,M并没有参与

40、反应,故C项错误;从题干所给的反应方程式中可以看出,KOH溶液、氨水会将NiOOH转化为Ni(OH)2,使电池失去放电能力,故D项错误。3.(2014广东理综,11,4分)某同学组装了如图所示的电化学装置,电极为Al,其他电极均为Cu,则()A.电流方向:电极A电极B.电极发生还原反应C.电极逐渐溶解D.电极的电极反应:Cu2+2e-Cu答案答案A由图示可分析出该图中为原电池的负极,为电解池的阴极,电子流向为电极A电极,电流方向:电极A电极,A正确。Al电极发生氧化反应,B错误。电极发生的电极反应为Cu2+2e-Cu,电极上有Cu生成,C错误。电极的电极反应为Cu-2e-Cu2+,D错误。4.

41、(2015福建理综,9,6分,)纯净物X、Y、Z转化关系如图所示,下列判断正确的是()A.X可能是金属铜B.Y不可能是氢气C.Z可能是氯化钠D.Z可能是三氧化硫答案答案A若用惰性电极电解CuCl2溶液,可以生成Cu和Cl2,Cu可以在Cl2中燃烧生成CuCl2,故X可能是金属铜,A正确;若用惰性电极电解HCl的水溶液,可生成H2和Cl2,H2和Cl2在点燃的条件下可以生成HCl,故Y可能是H2,故B错误;在水溶液中Na+不可能放电,故C错误;若Z是三氧化硫,则Z的水溶液为H2SO4溶液,电解H2SO4溶液得到的X和Y作用不会生成三氧化硫,故D错误。5.(2015山东理综,29,15分,)利用L

42、iOH和钴氧化物可制备锂离子电池正极材料。LiOH可由电解法制备,钴氧化物可通过处理钴渣获得。(1)利用如图装置电解制备LiOH,两电极区电解液分别为LiOH和LiCl溶液。B极区电解液为溶液(填化学式),阳极电极反应式为,电解过程中Li+向电极迁移(填“A”或“B”)。(2)利用钴渣含Co(OH)3、Fe(OH)3等制备钴氧化物的工艺流程如下:Co(OH)3溶解还原反应的离子方程式为。铁渣中铁元素的化合价为。在空气中煅烧CoC2O4生成钴氧化物和CO2,测得充分煅烧后固体质量为2.41g,CO2体积为1.344L(标准状况),则钴氧化物的化学式为。答案答案(1)LiOH2Cl-2e-Cl2B

43、(2)2Co(OH)3+S+4H+2Co2+S+5H2O或Co(OH)3+3H+Co3+3H2O,2Co3+S+H2O2Co2+S+2H+3Co3O4解析解析(1)B极区产生H2,则B极区发生还原反应,为阴极;A极电极反应式为2Cl-2e-Cl2,为阳极。A极区电解液为LiCl溶液,B极区电解液为LiOH溶液;Li+(阳离子)向阴极(B电极)移动。(2)向浸液中加入了具有氧化性的NaClO3和O2,所以铁渣中的铁元素为+3价。设钴氧化物的化学式为CoxOy,由xCoC2O4+O2CoxOy+2xCO2(59x+16y)g2x22.4L2.41g1.344L则=,解得xy=34,则钴氧化物的化学

44、式为Co3O4。6.2014北京理综,26(4),4分NH3经一系列反应可以得到HNO3和NH4NO3,如下图所示。(4)中,电解NO制备NH4NO3,其工作原理如图所示。为使电解产物全部转化为NH4NO3,需补充物质A。A是,说明理由:。答案答案(4)NH3根据反应:8NO+7H2O3NH4NO3+2HNO3,电解产生的HNO3多解析解析由图示知,阴极反应为:NO+6H+5e-N+H2O,阳极反应为:NO+2H2O-3e-N+4H+,根据得失电子守恒可判断出:当转移的电子数目相同时,阳极产生的N的物质的量多于阴极产生的N的物质的量,为使电解产物全部转化为NH4NO3,可补充NH3。7.(20

45、17天津理综,7节选,6分)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),使浆液分离成固体混合物和含铬元素溶液,并回收利用。回答中的问题。.含铬元素溶液的分离和利用(4)用惰性电极电解时,Cr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)。答案答案(4)在直流电源作用下,Cr通过阴离子交换膜向阳极室移动,脱离浆液Cr和Cr2NaOH和H2解析解析(4)依据离子交换膜的性质和电解池的工作原理知,在直流电场作用下,Cr通过阴离子交换膜向阳极室移动,脱离浆

46、液;在电解过程中,OH-在阳极室失去电子生成O2,溶液的酸性增强 , 通 过 阴 离 子 交 换 膜 移 向 阳 极 室 的 C r有部分转化为Cr2,故分离后含铬元素的粒子是Cr和Cr2;H+在阴极室得到电子生成H2,溶液中的OH-浓度增大,混合物浆液中的Na+通过阳离子交换膜移向阴极室,故阴极室生成的物质为NaOH和H2。易错易混易错易混在电化学问题中,注意阳离子交换膜只允许阳离子通过,阴离子交换膜只允许阴离子通过。8.(2011江苏单科,20,14分,)氢气是一种清洁能源,氢气的制取与储存是氢能源利用领域的研究热点。已知:CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g)H=206.2k

47、Jmol-1CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g)H=247.4kJmol-12H2S(g)2H2(g)+S2(g)H=169.8kJmol-1(1)以甲烷为原料制取氢气是工业上常用的制氢方法。CH4(g)与H2O(g)反应生成CO2(g)和H2(g)的热化学方程式为。(2)H2S热分解制氢时,常向反应器中通入一定比例空气,使部分H2S燃烧,其目的是;燃烧生成的SO2与H2S进一步反应,生成物在常温下均非气体,写出该反应的化学方程式:。(3)H2O的热分解也可得到H2,高温下水分解体系中主要气体的体积分数与温度的关系如图甲所示。图中A、B表示的物质依次是。(4)电解尿素CO(NH

48、2)2的碱性溶液制氢的装置示意图见图乙(电解池中隔膜仅阻止气体通过,阴、阳极均为惰性电极)。电解时,阳极的电极反应式为。(5)Mg2Cu是一种储氢合金。350时,Mg2Cu与H2反应,生成MgCu2和仅含一种金属元素的氢化物(其中氢的质量分数为0.077)。Mg2Cu与H2反应的化学方程式为。答案答案(14分)(1)CH4(g)+2H2O(g)CO2(g)+4H2(g)H=165.0kJmol-1(2)为H2S热分解反应提供热量2H2S+SO22H2O+3S(或4H2S+2SO24H2O+3S2)(3)H、O(或氢原子、氧原子)(4)CO(NH2)2+8OH-6e-C+N2+6H2O(5)2M

49、g2Cu+3H2MgCu2+3MgH2解析解析(1)将题给3个热化学方程式依次编号为,根据盖斯定律,2-即可得到正确答案。(3)温度大约在3000K时,H2O分解成氢原子、氧原子,氢原子、氧原子部分结合成H2、O2,另一部分仍以原子状态存在于混合气体中。5000K以上时,氢原子、氧原子不再结合成分子,体系中只有两种原子。(4)CO(NH2)2在阳极上发生氧化反应,氮元素被氧化生成的N2从阳极区逸出,碳元素的化合价不变 , 在 碱 性 条 件 下 以 C的形式留在溶液中。(5)根据原子守恒可确定该氢化物只能是镁的氢化物,再根据氢的质量分数可确定其化学式。A A组组2016201620182018

50、年高考模拟年高考模拟基础题组基础题组考点一原电池原理及其应用考点一原电池原理及其应用1.(2018泰州姜堰中学高三上第一次月考,9)下列说法正确的是()A.铅蓄电池在充电过程中,阴极得到电子,质量增大B.加入少量硫酸铜可加快锌与稀硫酸的反应速率,说明Cu2+具有催化作用C.Na2CO3溶液中加入少量Ca(OH)2固体,C水解程度减小,溶液的pH减小D.H2O2分解产生标准状况下22.4LO2,理论上转移电子数约为26.021023三年模拟答案答案DA项,充电时阴极反应式为PbSO4+2e-Pb+S,阴极质量减小,故错误;B项,加少量硫酸铜后,Zn与CuSO4反应生成的Cu与Zn、H2SO4形成

51、原电池而加快反应速率,不能说明Cu2+有催化作用,故错误;C项,Na2CO3+Ca(OH)2CaCO3+2NaOH,溶液的pH应增大,故错误。2.(2018海安中学高三下期初,9)下列有关实验原理或操作正确的是()图1图2A.图1所示的装置可用于干燥、收集氨气并吸收多余的氨气B.用广泛pH试纸测得0.1molL-1NaClO溶液的pH约为12C.用蒸发溶剂的方法将10%的Ca(HCO3)2溶液变为20%的Ca(HCO3)2溶液D.用图2所示的装置可以验证生铁片在该雨水中是否会发生吸氧腐蚀答案答案DA项,收集NH3时导管应短进长出,图1中为长进短出,故错误;B项,NaClO溶液具有漂白性,无法用

52、pH试纸来测其pH,故错误;C项,Ca(HCO3)2受热易分解,不能用蒸发溶剂的方法将10%的Ca(HCO3)2溶液变为20%的Ca(HCO3)2溶液,故错误。3.(2018南通如皋中学高三上阶段练习,11)下列有关说法正确的是()A.反应CaC2(s)+N2(g)CaCN2(s)+C(s)能自发进行,则其HKsp(CuS)D.实验测得NaHSO3溶液的pH7,说明H2SO3是强酸答案答案ACB项,铝线与铜线直接相连,与电解质溶液接触能构成原电池,其中铝为负极,会导致铝线更快被氧化,故错误;D项,NaHSO3溶液的pH”“”或“=”)通过阳离子交换膜的离子数。图中a、b、c、d分别表示有关溶液

53、的pH,则a、b、c、d由小到大的顺序为。答案答案(3)4OH-4e-2H2O+O2或2H2O-4e-O2+4H+bacd解析解析阳极上由水电离出的OH-失电子,故电极反应式为4OH-4e-O2+2H2O,也可以写成2H2O-4e-O2+4H+;通过阴离子交换膜的离子为S,通过阳离子交换膜的离子为K+,为了维持电荷守恒,通过离子交换膜的S数目与K+数目之比为12,即S数目小于K+数目。a、b小于7,c、d大于7;由题意结合图像可知pH=b的H2SO4溶液较浓,c(H+)较大,故ba;pH=d的KOH溶液较浓,c(OH-)较大,cd,则有bac原电池的负极直接反应原电池的正极电解池的阴极。2.(

54、2018南通海门高三第一次调研,12)下列说法正确的是()A.常温下,pH=11的氨水与pH=3的盐酸等体积混合,所得溶液的pH7B.电解精炼铜时,粗铜做阴极,纯铜做阳极C.铜的化学性质比铁稳定,在铁闸门上安装铜块可减慢铁闸门的腐蚀速率D.氢氧燃料电池正极消耗5.6L气体时,电路中通过的电子数为6.021023个答案答案AB项,电解精炼铜时,粗铜做阳极,纯铜做阴极,故错误;C项,在铁闸门上安装铜块,铁做负极,铜做正极,会加快铁闸门的腐蚀速率,故错误;D项,未指明在标准状况下,正极消耗的5.6LO2不一定为0.25mol,则转移的电子数不一定为6.021023,故错误。易错警示易错警示只有在标准

55、状况下,才能使用V气体=n气体22.4Lmol-1,未注明标准状况时,22.4L气体不一定为1mol。3.(2018十套模拟之海安卷,8)煤的液化可以合成甲醇。“氧化”:C(s)+2H2O(g)CO2(g)+2H2(g)H1=+90.1kJmol-1催化液化:CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)H2=-49.0kJmol-1催化液化:CO2(g)+2H2(g)CH3OH(g)+O2(g)H3=akJmol-1下列有关说法不正确的是()A.催化液化中使用催化剂,反应的活化能减小、H2不变B.反应C(s)+H2O(g)+H2(g)CH3OH(g)H=+41.1kJmol-1C.

56、H20)来消除CO的污染。请你判断上述反应是否能自发进行,并说明理由:。答案答案(3)CO2+2e-+H2OCO+2OH-2mol不能,因为该反应的H0,S0解析解析(3)CO2转化为CO,碳元素的化合价由+4价降低到+2价,NaOH溶液为电解质溶液,故电极反应式为CO2+2e-+H2OCO+2OH-;生成的CO做电池燃料,即2CO+O22CO2,碳元素的化合价由+2价升高到+4价,故1molCO参加反应,转移电子的物质的量为2mol。反应2CO(g)2C(s)+O2(g)的S0,G=H-TS0,该反应不能自发进行。易错警示易错警示书写电极反应式时,应注意原子守恒和电荷守恒。16.2017南通

57、启东中学高三下期初,20(3)(6分)2016年11月4日是巴黎协定气候协议生效的日期,其宗旨是提高绿色低碳转型的竞争力、抵御气候变化,人们需要用不同的方法将CO2进行转化利用。(3)在强酸性的电解质水溶液中,以惰性材料为电极,电解CO2可得到多种燃料,其原理如图所示。该工艺中能量转化方式主要有;电解时,生成丙烯的电极反应式为。答案答案(3)太阳能转化为电能,电能转化为化学能3CO2+18H+18e-C3H6(丙烯)+6H2O解析解析(3)太阳能电池是将太阳能转化为电能的装置,以太阳能电池为电源进行电解时将电能转化为化学能。C3H6中C元素平均价态为-2价,3molCO2转化为1molC3H6

58、,得到e-的物质的量为3mol4-(-2)=18mol,电解质溶液呈强酸性,需在方程式左侧补H+,结合电荷守恒,可知电极反应式为3CO2+18H+18e-C3H6(丙烯)+6H2O。解题关键解题关键书写生成丙烯的电极反应式要抓住以下几点:根据图像判断出反应物和生成物。根据价态改变判断物质是得电子还是失电子。根据电解质环境判断是添加H+还是OH-来使电荷守恒。17.2017南通二模,20(2)(6分)SO2和氮氧化物的转化和综合利用既有利于节约资源,又有利于保护环境。(2)20世纪80年代Townley首次提出利用电化学膜脱除烟气中SO2的技术:将烟气预氧化使SO2转化为SO3,再将预氧化后的烟

59、气利用如图所示原理净化利用。阴极反应式为。若电解过程中转移1mol电子,所得“扫出气”用水吸收最多可制得溶质质量分数为70%的硫酸g。答案答案(2)2SO3+O2+4e-2S70解析解析(2)由题图信息可得,阴极进入的是预氧化后的烟气和O2,得电子后转化为S,则阴极反应式为:2SO3+O2+4e-2S。设可制得溶质质量分数为70%的H2SO4xg。2e-SH2SO42mol1mol1mol=,x=70。解题关键解题关键预氧化后烟气的主要成分为SO3,在审题时要细心。因此在阴极参与反应的是O2和SO3,O2得电子并与SO3结 合 形 成 S。18.2017盐城中学检测,20(4)(6分)利用光能

60、和光催化剂,可将CO2和H2O(g)转化为CH4和O2。(4)利用太阳光分解水制氢是未来解决能源危机的理想方法之一。某研究小组设计了如图所示的循环系统实现光分解水制氢。反应过程中所需的电能由太阳能光电池提供,反应体系中I2和Fe3+等可循环使用。电解池A中发生的总反应的离子方程式:;电解池B中阳极的电极反应式:。若电解池A中生成1.12LH2(标准状况),则电解池B中生成Fe2+的物质的量为。答案答案(4)2H+2I-H2+I24OH-4e-O2+2H2O或2H2O-4e-O2+4H+0.1mol解析解析根据外接电源的正、负极,可判断出电解池A的左侧为阴极、右侧为阳极,对于电解池A,阴极:2H

61、+2e-H2,阳极:2I-2e-I2;电解池B左侧为阴极,右侧为阳极,阴极:Fe3+e-Fe2+,阳极:2H2O-4e-O2+4H+或4OH-4e-O2+2H2O。根据得失电子守恒有H22e-2Fe2+,当有标准状况下1.12LH2(0.05mol)生成时,有0.05mol2=0.1molFe2+生成。解题技巧解题技巧对于串联的电解池,判断阴、阳极是一个易错点。如果已知外接电源的正、负极,在研究其中某一个电解池时,可将其余的电解池均看作导线。19.2017南通如皋中学检测,20(1)(2)(6分)用铁(Fe)去除水体中的硝酸盐(N)已成为环境修复研究的热点之一。(1)Fe去除水体中N的反应原理

62、如图所示。负极的电极反应式是;(2)用铁(Fe)作为电极电解NaOH浓溶液可制取多功能净水剂Na2FeO4,同时有气泡产生,其工作原理如图所示。铁(Fe)电极发生的电极反应式是。研究发现,铁电极在某一电压范围内会“钝化”(表面生成Fe2O3膜),原因是在该电压范围内铁电极上发生了(写电极反应式),氧气将铁氧化成Fe2O3。答案答案(1)3Fe+4H2O-8e-Fe3O4+8H+(2)Fe+8OH-6e-Fe+4H2O4OH-4e-O2+2H2O解析解析(1)负极发生氧化反应,由图可知,是FeFe3O4,再根据电荷守恒、得失电子守恒即得负极电极反应式:3Fe-8e-+4H2OFe3O4+8H+。

63、(2)根据题给信息,FeFe,再结合反应环境,易写出Fe-6e-+8OH-Fe+4H2O。根据题给信息,可知铁电极上先生成了O2,O2再将Fe氧化成Fe2O3,所以电极反应式为4OH-4e-O2+2H2O。考点分析考点分析本题考查原电池、电解池中电极反应式的书写,首先根据图中信息判断“正、负极”和“阴、阳极”,其次,书写时要注意原子守恒和电荷守恒。易错警示易错警示正确区分原电池与电解池的电极反应。20.2016南通二模,18(1)(6分)用电解法处理含氮氧化物废气,可回收硝酸,具有较高的环境效益和经济效益。实验室模拟电解法吸收NOx的装置如图所示(图中电极均为石墨电极)。(1)若用NO2气体进

64、行模拟电解法吸收实验。写出电解时NO2发生反应的电极反应式:。若有标准状况下2.24LNO2被吸收,则通过阳离子交换膜(只允许阳离子通过)的H+为mol。答案答案(1)NO2-e-+H2ON+2H+0.1解析解析(1)写电极反应式时,抓住反应实质,反应物为NO2,生成物为N,即NO2N,再根据反应后溶液的环境判断,溶液中有H+,结合电荷守恒和原子守恒可得电极反应式为NO2-e-+H2ON+2H+。考点分析考点分析电镀、电解精炼、废水和废气的处理等电解原理在生活、生产中的应用是高考中电化学的热点问题,应高度重视。解题关键解题关键由左室中产生H2,可知左室为阴极室,则右室为阳极室,NO2失电子,发生氧化反应。