还剩30页未读，
继续阅读
所属成套资源：全套2023届高考化学二轮复习热点专题含解析
成套系列资料，整套一键下载
2023届高考化学二轮复习热点5氧化还原反应与电化学原理专题练含解析
展开
热点5:氧化还原反应与电化学原理
考向1氧化还原反应
【真题研磨】
【典例】(2022·浙江6月选考) 关于反应Na2S2O3+H2SO4===Na2SO4+S↓+SO2↑+H2O,下列说法正确的是( )
A.H2SO4发生还原反应
B.Na2S2O3既是氧化剂又是还原剂
C.氧化产物与还原产物的物质的量之比为2∶1
D.1molNa2S2O3发生反应,转移4 mol电子
【审答思维】题干划线部分关键信息解读
关键信息
信息解读
H2SO4
H2SO4作用是提供酸性环境,H2SO4转化为Na2SO4和H2O
Na2S2O3
Na2S2O3中S的化合价为+2,其发生歧化反应生成S(0价)和SO2(+4价)
用双线桥法
表示方程式
【失分警示】因错误判断H2SO4为氧化剂而错选A。实际H2SO4作用是提供酸性环境,所含元素化合价均未发生变化,故其没有发生还原反应。
【考场技法】
1.氧化还原反应概念间的关系
2.氧化还原反应价态规律
(1)歧化反应规律思维模型
“中间价→高价+低价”。具有多种价态的元素(如氯、硫、氮和磷元素等)均可发生歧化反应,如:Cl2+2NaOH===NaCl+NaClO+H2O。
(2)价态归中规律思维模型
含不同价态的同种元素的物质间发生氧化还原反应时,
该元素价态的变化一定遵循“高价+低价→中间价”,而不会出现交叉现象。简记为“两相靠,不相交”。
例如:不同价态硫之间可以发生氧化还原反应的是图中的①②③④。
[注意]不会出现⑤中H2S转化为SO2、H2SO4转化为S的情况。
3.电子守恒法解题的思维流程
(1)找出反应中的氧化剂、还原剂及相应的还原产物和氧化产物。
(2)找出一个原子或离子得失电子数目,从而确定1 mol氧化剂或还原剂得失电子数目。
(3)根据题目中各物质的物质的量和得失电子守恒列出等式:n(氧化剂)×变价原子数×化合价变化值=n(还原剂)×变价原子数×化合价变化值,从而求算出答案。
【多维演练】
(氧化还原反应概念及计算)高铜酸钠(NaCuO2)是黑色难溶于水的固体,具有强氧化性,在中性或碱性环境下稳定。一种制备高铜酸钠的原理为2Cu+3NaClO+2NaOH===2NaCuO2+3NaCl+H2O。下列说法错误的是 ( )
A.NaCuO2中铜的化合价为+3价
B.1molClO-参加反应转移2 mol电子
C.反应中氧化产物和还原产物的物质的量之比为2∶3
D.NaCuO2与稀硫酸反应的离子方程式为4Cu+12H+===4Cu2++O2↑+6H2O
考向2新型电池的工作原理
【真题研磨】
【典例】(2022·湖南选择考)海水电池在海洋能源领域备受关注,一种锂-海水电池构造示意图如图。下列说法错误的是 ( )
A.海水起电解质溶液作用
B.N极仅发生的电极反应:2H2O+2e-===2OH-+H2↑
C.玻璃陶瓷具有传导离子和防水的功能
D.该锂-海水电池属于一次电池
【审答思维】解答本题的思维流程如下:
项目
电极
电极反应
负极
M极
正极
N极
总反应
【失分警示】不能正确理解玻璃陶瓷具有传导离子的功能而错选C。Li为活泼金属,易与水反应,玻璃陶瓷的作用是防止水和Li反应,同时玻璃陶瓷应该具有传导离子的功能,相当于离子交换膜,这样才能形成闭合回路。
【考场技法】
1.新型化学电源解题快捷四步骤
2.电极反应式书写的一般步骤
【多维演练】
1.(新型锂电池)如图所示的锂-二氧化锰电池是以高氯酸锂或三氟甲基磺酸锂为电解质,其正极反应是一种典型的嵌入式反应,电池总反应为Li+MnO2===
LiMnO2。下列说法错误的是 ( )
A.锂片作负极,发生氧化反应
B.放电时,正极反应为MnO2+Li++e-===LiMnO2
C.高氯酸锂或三氟甲基磺酸锂应溶解在非水有机溶剂中
D.放电时,电子移动方向为电极盖1→用电器→电极盖2→内电路→电极盖1
2.(微生物燃料电池)微生物燃料电池是一种高效、经济的能源装置。如图装置所示为一种双室微生物燃料电池。下列说法错误的是 ( )
A.负极反应为C6H12O6-24e-+6H2O===6CO2↑+24H+
B.上图所示装置中,左侧区域为负极区,右侧区域为正极区
C.电池工作一段时间后,负极区酸性增强
D.电池工作时,正极消耗的气体和负极生成气体的物质的量之比为2∶1
3.(液流电池)2022年的北京冬奥会使用了液流电池做备用电源。我国科学家研发出一种绿色锌碘单液流二次电池,工作原理如图所示。下列说法错误的是 ( )
A.放电时,聚烯烃多孔电极上发生氧化反应
B.放电时,K+向多孔石墨电极迁移
C.充电时,阳极反应式为2I--2e-===I2
D.充电时,阴极净增65 g时a区净增2 mol离子
4.(协同转化电池)中国制造“2025”是中国政府实施制造强国战略第一个十年行动纲领,电池的生成与创新是中国制造“2025”的核心项目。Zn-BiOI电池以ZnI2水溶液作为锌离子电池的氧化还原介质,可实现快速可逆的协同转化反应,具有超高的可逆容量和超长循环寿命。下列说法错误的是 ( )
A.放电时,负极反应为Zn-2e-===Zn2+
B.放电时,1 molBiOI参与反应,转移3 mol e-
C.充电时,电池的总反应为2Bi+2Bi2O3+3ZnI2===6BiOI+3Zn
D.ZnI2能加快电极反应速率
考向3电解池工作原理及应用
【真题研磨】
【典例】(2022·浙江6月选考)通过电解废旧锂电池中的LiMn2O4可获得难溶性的Li2CO3和MnO2,电解示意图如下(其中滤布的作用是阻挡固体颗粒,但离子可自由通过。电解过程中溶液的体积变化忽略不计)。下列说法不正确的是 ( )
A.电极A为阴极,发生还原反应
B.电极B的电极发应:2H2O+Mn2+-2e-===MnO2+4H+
C.电解一段时间后溶液中Mn2+浓度保持不变
D.电解结束,可通过调节pH除去Mn2+,再加入Na2CO3溶液以获得Li2CO3
【审答思维】解答本题的思维流程如下:
项目
电极
电极反应
阳极
电极B
阴极
电极A
总反应
【失分警示】不能正确判断电解池阴极、阳极和反应类型而错选A。电解时,阴极得电子,发生还原反应,阳极失电子,发生氧化反应。
【考场技法】
1.分析电解过程的思维流程
2.电解池电极反应式的书写步骤
注意:(1)分清阴、阳极,与电源正极相连的为阳极,与电源负极相连的为阴极,两极反应为“阳氧阴还”。
(2)剖析离子移向,阳离子移向阴极,阴离子移向阳极。
(3)注意放电顺序,正确判断放电的微粒或物质。
(4)注意介质,正确判断反应产物,酸性介质不出现OH-,碱性介质不出现H+;不能想当然地认为金属作阳极,电极产物为金属阳离子。
(5)注意得失电子守恒和电荷守恒,正确书写电极反应式。
【多维演练】
(电解池原理应用)间接电氧化苯甲醇(C6H5CH2OH)合成苯甲醛(C6H5CHO)是一种绿色生产工艺。我国学者利用Ce4+/Ce3+为媒介在酸性水溶液中合成苯甲醛,工作原理如图所示。下列说法正确的是 ( )
A.电极b与电源负极相连
B.一段时间后,体系中Ce3+浓度逐渐减小
C.生成0.2 molC6H5CHO时,电极b上生成H2 4.48 L(标准状况)
D.阳极的电极反应式为C6H5CH2OH-2e-===C6H5CHO+2H+
考向4电化学装置中的“离子交换膜”
【真题研磨】
【典例】(2022·全国甲卷)一种水性电解液Zn-MnO2离子选择双隔膜电池如图所示(KOH溶液中,Zn2+以Zn(OH存在)。电池放电时,下列叙述错误的是 ( )
A.Ⅱ区的K+通过隔膜向Ⅲ区迁移
B.Ⅰ区的S通过隔膜向Ⅱ区迁移
C.MnO2电极反应:MnO2+4H++2e-===Mn2++2H2O
D.电池总反应:Zn+4OH-+MnO2+4H+===Zn(OH+Mn2++2H2O
【审答思维】题干划线部分关键信息解读
关键信息
信息解读
离子选择双隔膜电池
隔膜的作用是将两极区隔离,阻止两极物质发生化学反应;能选择性地允许离子通过,起到平衡电荷、形成闭合回路的作用。双隔膜可以防止Ⅰ区中的H+与Ⅲ区中的OH-发生反应
电池放电
电极
电极反应
负极
正极
总反应
【失分警示】不能正确理解题目中给出的已知信息而错选D。在KOH溶液中,Zn2+以Zn(OH存在,故负极电极反应不是Zn-2e-===Zn2+,不能想当然地认为活泼金属作负极,电极产物为金属阳离子,故通过正、负极电极反应加和得到的电池总反应不正确。
【考场技法】
解答含有“离子交换膜”电池的四个步骤
【多维演练】
(双膜电解池)污水资源化利用既可以缓解水的供需矛盾,又可以减少水污染。化学工作者提出采用电解法除去工业污水中的NaCN,其原理如图所示,通电前先向污水中加入适量食盐并调整其pH维持碱性(CN-不参与电极反应)。下列说法正确的是 ( )
A.b为电源的负极
B.隔膜Ⅰ为阳离子交换膜
C.X为H2,电极反应为2H2O+2e-===H2↑+2OH-
D.当生成2.24 L N2时,电路中通过1 mol电子
考向5金属的电化学腐蚀与防护
【真题研磨】
【典例】(2022·广东选择考)为检验牺牲阳极的阴极保护法对钢铁防腐的效果,将镀层有破损的镀锌铁片放入酸化的3%NaCl溶液中。一段时间后,取溶液分别实验,能说明铁片没有被腐蚀的是 ( )
A.加入AgNO3溶液产生沉淀
B.加入淀粉碘化钾溶液无蓝色出现
C.加入KSCN溶液无红色出现
D.加入K3[Fe(CN)6]溶液无蓝色沉淀生成
【审答思维】题干划线部分关键信息解读
关键信息
信息解读
酸化的3% NaCl溶液
酸性环境中,铁片发生析氢腐蚀
镀层有破损的镀锌铁片
负极电极反应
正极电极反应
总反应
【失分警示】不能判断铁在腐蚀过程中被氧化为Fe2+而错选C。解答本题的关键是明确铁在腐蚀过程中被氧化为Fe2+,而不是被氧化为Fe3+,因此只需要检测溶液中Fe2+的存在即可。
【考场技法】
金属防护分析模型
两种
防护
解题
模型
判断防护类型→分析防腐原理→做出合理判断
【多维演练】
(金属腐蚀)点蚀又称为孔蚀,是一种集中于金属表面很小的范围并深入金属内部的腐蚀形态。某铁合金钝化膜破损后的孔蚀如图,下列说法正确的是 ( )
A.为防止孔蚀发生可以将外接电源正极与金属相连
B.孔蚀外每吸收2.24 L O2,可氧化0.2 mol Fe
C.由于孔蚀中Fe3+水解导致电解质酸性增强
D.孔隙中可以发生析氢腐蚀
1.(氧化还原反应计算及应用)雄黄(As4S4)和雌黄(As2S3)是提取砷的主要矿物原料,二者在自然界中共生,As2S3和HNO3有如下反应:As2S3+10H++10N=== 2H3AsO4+3S+10NO2↑+2H2O。下列说法错误的是 ( )
A.生成1 molH3AsO4,则反应中转移电子的物质的量为5 mol
B.若将该反应设计成原电池,则NO2应该在负极附近逸出
C.反应产生的NO2可用NaOH溶液吸收
D.氧化剂和还原剂的物质的量之比为10∶1
2.(双膜电池)在一种微生物作用下苯酚可以转化为CO2,目前,某研究团队利用电化学原理来模拟处理废水中的苯酚(C6H5OH),其工作原理如图所示。下列说法错误的是( )
A.a极为正极,M为阳离子交换膜
B.b极的电极反应式为C6H5OH-28e-+11H2O===6CO2↑+28H+
C.NaCl溶液的作用是增强导电性
D.电池工作过程中,a极室的pH升高
3.(新型二次电池)相比锂电池,钠电池具有性能稳定、安全性好等优点,且可循环使用,寿命较长,对环境较友好。如图是某钠离子二次电池工作原理示意图,电池反应为2NaFePO4F+Na3Ti2(PO4)3===2Na2FePO4F+NaTi2(PO4)3,下列说法错误的是 ( )
A.充电时,N极接电源的正极
B.放电时,导线中每通过1 mol电子,理论上M极质量减轻23 g
C.放电时,N电极上的电极反应式为Na3Ti2(PO4)3-2e-===NaTi2(PO4)3+2Na+
D.理论上,该电池在充、放电过程中,溶液中的钠离子浓度始终不变
4.(微生物燃料电池)某微生物燃料电池在废水处理和新能源开发领域具有广阔的应用前景,其工作原理如图所示。下列说法正确的是 ( )
A.电极电势a< b,电极b上发生氧化反应
B.HS-在硫氧化菌作用下发生反应 HS-+ 4H2O- 8e-===S+9H+
C.若该电池外电路有0.4 mol电子转移,则有0.4 mol H+迁移到b极
D.该燃料电池在高温下进行效率更高
5.(酶生物电池)如图为一种酶生物电池,可将葡萄糖(C6H12O6)转化为葡萄糖内酯(C6H10O6),两个碳纳米管电极材料由石墨烯片层卷曲而成。下列说法正确的是 ( )
A.图中的离子交换膜为阴离子交换膜
B.负极区发生的电极反应为H2-2e-===2H+
C.碳纳米管有良好导电性能,且能高效吸附气体
D.理论上消耗标准状况下2.24 L O2,可生成葡萄糖内酯0.2 mol
6.(三极式电池)水系钠离子电池有望代替锂离子电池和铅酸蓄电池,工作原理如图所示。下列说法错误的是 ( )
A.放电时,电极N上的电势高于电极M上的电势
B.充电时,TiO2光电极参与该过程
C.该交换膜为阴离子交换膜
D.放电时总反应为4S2-+3===+9I-
7.(液流电池)液流电池具有储能时间长、安全稳定的优势,电池中的电解液在正负极附近各自循环。电池的总反应为2NaBr+(x-1)Na2SxBr2+xNa2Sx-1,其中x=2~4。下列说法正确的是 ( )
A.电池可用铁作负极
B.放电时正极反应为x-2e-===(x-1);x=2~4
C.电池充电时,转移1 mol电子,阴极附近增加2 mol离子
D.电池的离子选择膜可以用阳离子交换膜,也可用阴离子交换膜
8.(电解池原理及应用)实现“碳中和”的重要方式之一是将CO2重新转化成能源,在金属氧化物电解池中,高温下电解H2O 和CO2的混合气体制备H2和CO是一种新的能源利用方式,基本原理如图所示。下列说法错误的是 ( )
A.Y是电源的负极
B.阳极的电极反应式是2O2--4e-===O2↑
C.总反应可表示为H2O+CO2H2+CO+O2
D.阴阳两极生成的气体的物质的量之比是1∶2
9.(电解池原理及应用)科学家设计了一种高效、低能耗制备H2O2的装置,装置如图所示。下列有关说法不正确的是( )
A.阴极区产生2 mol OH-时,参加反应的O2在标准状况下的体积为11.2 L
B.a为电源的正极
C.阳极区反应为-2e-+3OH-===2H2O+
D.该装置中,离子交换膜为阳离子交换膜
10.(金属腐蚀探究)在日常生活中,我们经常看到铁制品生锈、铝制品表面出现白斑等众多的金属腐蚀现象。可以通过下列装置所示实验进行探究。下列说法正确的是( )
A.按图Ⅰ装置实验,为了更快更清晰地观察到液柱上升,可采用酒精灯加热具支试管的方法
B.图Ⅱ是图Ⅰ所示装置的原理示意图,图Ⅱ的正极材料是铁
C.铝制品表面出现白斑可以通过图Ⅲ装置进行探究,Cl-由活性炭区向铝箔表面迁移,并发生电极反应:2Cl--2e-===Cl2↑
D.图Ⅲ装置的总反应为4Al+3O2+6H2O===4Al(OH)3,生成的Al(OH)3进一步脱水形成白斑
11.(电化学原理综合)MFC-电芬顿技术不需要外加能量即可发生,通过产生羟基自由基(·OH)处理有机污染物,可获得高效的废水净化效果。其耦合系统原理示意图如图,下列说法中错误的是 ( )
A.标准状况下,乙池中消耗22.4 L O2时,可以产生2mol ·OH
B.甲池是将化学能转化为电能,其中a极上发生氧化反应
C.电子移动方向为a→Y,X→b
D.乙池中生成羟基自由基的反应为Fe2++H2O2+H+===Fe3++H2O+·OH
12.(电化学原理综合)某电池研究员使用锂-磺酰氯(Li-SO2Cl2)电池作为电源电解制备Ni(H2PO2)2,其工作原理如图所示。已知电池反应为2Li+SO2Cl2===2LiCl
+SO2↑。下列说法错误的是 ( )
A.电池中C电极的电极反应式为SO2Cl2+2e-===2Cl-+SO2↑
B.电池的e极连接电解池的g极
C.膜a是阳离子交换膜,膜c是阴离子交换膜
D.电解池中不锈钢电极的电极反应式为2H2O+2e-===H2↑+2OH-
热点5:氧化还原反应与电化学原理
考向1
【典例】【审答思维】
B 该反应的本质是S2在酸性条件下发生歧化反应生成S和SO2,化合价发生变化的只有S元素一种,硫酸的作用是提供酸性环境,所含元素的化合价均未发生变化,故其没有发生还原反应,A项错误;Na2S2O3发生歧化反应,故其既是氧化剂又是还原剂,B项正确;该反应的氧化产物是SO2,还原产物为S,氧化产物与还原产物的物质的量之比为1∶1,C项错误;1 mol Na2S2O3发生反应转移2 mol电子,D项错误。
D NaCuO2中Na为+1价、O为-2价,则铜的化合价为+3价,故A正确;ClO-→Cl-,氯元素的化合价由+1价下降到-1价,所以1 mol ClO-参加反应转移2 mol电子,故B正确;该反应中Cu元素化合价升高,则NaCuO2为氧化产物,Cl元素化合价降低,则NaCl为还原产物,两者的物质的量之比为2∶3,故C正确;NaCuO2是难溶于水的固体,离子方程式中应以分子形式书写,故D错误。
考向2
【典例】【审答思维】
项目
电极
电极反应
负极
M极
Li-e-===Li+
正极
N极
2H2O+2e-===2OH-+H2↑;
O2+4e-+2H2O===4OH-
总反应
2Li+2H2O===2LiOH+H2↑;
4Li+O2+2H2O===4LiOH
B 海水中含有丰富的电解质,如氯化钠、氯化镁等,海水可作为电解质溶液,故A正确; M极上Li失去电子发生氧化反应,则M电极为负极,电极反应为Li-e-===Li+,N极为正极,电极反应为2H2O+2e-===2OH-+H2↑,同时氧气也可以在N极得电子,电极反应为O2+4e-+2H2O===4OH-,故B错误;Li为活泼金属,易与水反应,玻璃陶瓷的作用是防止水和Li反应,同时也能传导离子形成闭合回路,故C正确;该电池不可充电,属于一次电池,故D正确。
1.D 由电池总反应Li+MnO2===LiMnO2可知Li失电子,MnO2得电子,负极反应式为Li-e-===Li+,Li+向正极移动,正极反应式为MnO2+Li++e-===LiMnO2。Li失电子,作负极,发生氧化反应,A正确;放电时,MnO2在正极得电子,正极反应为MnO2+Li++e-===LiMnO2,B正确;负极Li是活泼金属,能与水反应,故高氯酸锂或三氟甲基磺酸锂应溶解在非水有机溶剂中,C正确;放电时属于原电池装置,电子从负极经用电器流向正极,不在电解质中移动,故放电时,电子移动方向为电极盖1→用电器→电极盖2,D错误。
2.C、D 由图可知,左侧电极为电子的流出极,故左侧电极为负极,电极反应式为C6H12O6-24e-+6H2O===6CO2↑+24H+,右侧电极为正极,电极反应式为O2+4e-+4H+===2H2O,故A正确;左侧电极为电子的流出极,故左侧电极为负极,右侧电极为正极,故B正确;负极生成氢离子,由电荷守恒可知,生成的氢离子进入正极区,故负极区溶液pH变化不大,故C错误;当电路中通过4 mol电子时,负极生成1 mol二氧化碳,正极消耗1 mol氧气,正极消耗的气体和负极生成气体的物质的量之比为1∶1,故D错误。
3.D 装置连接用电器时,该装置为原电池装置,连接光伏电池时,该装置为电解池装置,若为原电池时,根据原电池工作原理,以及装置图可知,聚烯烃多孔电极为负极,电极反应式为Zn-2e-===Zn2+,多孔石墨电极为正极,电极反应式为I2+2e-===2I-,据此分析。根据上述分析,放电时,聚烯烃多孔电极作负极,发生氧化反应,故A正确;根据原电池工作原理,阳离子向正极移动,即放电时,K+向多孔石墨电极迁移,故B正确;充电时,电池正极接电源的正极,阳极的电极反应式为2I--2e-===I2,故C正确;充电时,阴极电极反应式为Zn2++2e-===Zn,增加65 g锌,转移电子的物质的量为2 mol,所以a区增加2 mol K+、2 mol Cl-,离子总数为4 mol,故D错误。
4.B 该电池为二次电池,放电时锌作负极,BiOI作正极,放电时电池的总反应为6BiOI+3Zn===2Bi+2Bi2O3+3ZnI2;充电时, Bi作阳极,Bi2O3作阴极,电池的总反应为2Bi+2Bi2O3+3ZnI26BiOI+3Zn。放电时锌为负极,电极反应为Zn-2e-===Zn2+, A正确;放电时,通过电池总反应可知,转移6 mol电子时消耗6 mol BiOI, 故1 mol BiOI参与反应,转移1 mol e- ,B错误;根据分析,充电时电池总反应正确,C正确;ZnI2水溶液作为锌离子电池的氧化还原介质,故ZnI2能加快电极反应速率, D正确。
考向3
【典例】【审答思维】
项目
电极
电极反应
阳极
电极B
2H2O+Mn2+-2e-===MnO2+4H+
阴极
电极A
2LiMn2O4+6e-+16H+===2Li++4Mn2++8H2O
总反应
2LiMn2O4+4H+2Li++Mn2++3MnO2+2H2O
C 由电解示意图可知,电极B上Mn2+转化为了MnO2,锰元素化合价升高,失电子,发生氧化反应,则电极B为阳极,电极A为阴极,得电子,发生还原反应,A项正确;由电解示意图可知,电极B上Mn2+失电子转化为了MnO2,电极反应式为2H2O+Mn2+-2e-===MnO2+4H+,B项正确;电极A为阴极, LiMn2O4得电子,电极反应式为2LiMn2O4+6e-+16H+===2Li++4Mn2++8H2O,依据得失电子守恒和电荷守恒,电解池总反应为2LiMn2O4+4H+2Li++Mn2++3MnO2+2H2O,反应生成了Mn2+,Mn2+浓度增大,C项错误;电解池总反应为2LiMn2O4+4H+2Li++Mn2++3MnO2+2H2O,电解结束后,可通过调节溶液pH将Mn2+转化为沉淀除去,然后再加入Na2CO3溶液,从而获得Li2CO3,D项正确。
A、C 电极a上Ce元素化合价升高,发生氧化反应,则a为阳极,电极反应式为Ce3+-e-===Ce4+,电极b为阴极,在酸性水溶液中氢离子得到电子生成氢气,电极反应式为2H++2e-===H2↑。由电极a上Ce元素化合价升高,则a为阳极,b为阴极,阴极与电源负极相连,A正确;由于Ce3+和 Ce4+之间是循环反应,则体系中Ce3+浓度保持不变,B错误;C6H5CH2OH→C6H5CHO过程中失去2个电子,生成0.2 mol C6H5CHO时,转移0.4 mol电子,电极b上电极反应式为2H++2e-===H2↑,则生成0.2 mol氢气,标准状况下生成H2体积为V=nVm=0.2 mol×22.4 L·mol-1=4.48 L,C正确;分析可知,电极a上Ce元素化合价升高,阳极的电极反应式为Ce3+-e-===Ce4+,D错误。
考向4
【典例】【审答思维】Zn-2e-+4OH-===Zn(OH MnO2+2e-+4H+===Mn2++2H2O Zn+4OH-+MnO2+4H+===Zn(OH+Mn2++2H2O
A 根据图示的电池结构和题目所给信息可知,电池放电时,该电池为原电池,Zn电极在KOH溶液中转化为Zn(OH,发生氧化反应,故Zn电极为负极,电极反应为Zn-2e-+4OH-===Zn(OH,MnO2电极为正极,电极反应为MnO2+2e-+4H+===Mn2++2H2O,C项正确;在原电池中阴离子向负极迁移,因此Ⅰ区的S向Ⅱ区移动,Ⅰ区、Ⅱ区之间的隔膜为阴离子交换膜,B项正确;在原电池中阳离子向正极迁移,因此Ⅲ区的K+向Ⅱ区移动,Ⅱ区、Ⅲ区之间的隔膜为阳离子交换膜,A项错误;原电池的正、负极电极反应加和可得电池的总反应为Zn+4OH-+MnO2+4H+===Zn(OH+Mn2++2H2O,D项正确。
B、C 右侧氯离子放电得到次氯酸根离子,次氯酸根离子再氧化CN-为氮气,所以右侧电极为阳极, b为电源的正极,故A错误;由A项分析知b为电源的正极,则a为电源的负极,左侧电极为阴极,发生2H2O+2e-===H2↑+2OH-,阴离子增加,污水中的钠离子会通过隔膜Ⅰ进入左侧,形成氢氧化钠溶液,所以隔膜Ⅰ为阳离子交换膜,故B正确;由A、B可知左侧电极反应为2H2O+2e-===H2↑+2OH-,则X为H2,故C正确;生成的2.24 L N2未标明条件,无法求得电路中通过电子的量,故D错误。
考向5
【典例】【审答思维】Zn-2e-===Zn2+ 2H++2e-===H2↑
Zn+2H+===Zn2++H2↑
D 镀锌铁片被腐蚀后一定会有Fe2+生成,检验铁片是否腐蚀只需检验Fe2+。将镀层有破损的镀锌铁片放入酸化的3% NaCl溶液中,溶液中存在Cl-,加入硝酸银溶液一定会生成沉淀,不能说明铁片没有被腐蚀,故A错误;加入淀粉碘化钾溶液无蓝色出现,说明溶液中没有氧化性强于碘离子的物质如Fe3+,有可能含有Fe2+,不能说明铁片没有被腐蚀,故B错误;加入KSCN溶液无红色出现,只能证明溶液中没有Fe3+,有可能含有Fe2+,不能说明铁片没有被腐蚀,故C错误;加入K3[Fe(CN)6]溶液无蓝色沉淀生成,说明溶液中不含有亚铁离子,说明铁片没有被腐蚀,故D正确。
D 为防止孔蚀发生可以将外接电源负极与金属相连,A错误;2.24 L O2没有指明是否为标准状况,不一定为0.1 mol O2,B错误;封闭环境中由于Fe2+水解导致酸性增强,C错误;由于孔隙中介质的酸性增强有HCl存在,可发生析氢腐蚀,D正确。
1.B 根据反应方程式可知HNO3中氮元素由+5价降低到+4价,生成2 mol H3AsO4转移10 mol电子,则生成1 mol H3AsO4,反应中转移电子的物质的量为5 mol,故A正确;若将该反应设计成原电池,N在正极发生还原反应,故NO2应该在正极附近逸出,故B错误;NO2会污染环境,反应产生的NO2可用NaOH溶液吸收,故C正确;HNO3为氧化剂,As2S3为还原剂,因此氧化剂和还原剂的物质的量之比为10∶1,故D正确。
2.A 由题图可知,此装置为原电池,a极物质由Cr2转化为Cr(OH)3化合价降低,为正极,则b极为负极。由图可知,a极发生还原反应Cr2转化为Cr(OH)3同时生成氢氧根离子,则 M为阴离子交换膜,使氢氧根离子通过,故A错误;b极苯酚发生氧化反应生成CO2,电极反应式为C6H5OH-28e-+11H2O===6CO2↑+28H+,故B正确;氯化钠溶液的作用是增强溶液导电性,故C正确;电池工作过程中,a极室发生反应:Cr2+6e-+7H2O===2Cr(OH)3↓+8OH-,a极室的pH升高,故D正确。
3.A、B 该装置为二次电池,放电为原电池装置,充电为电解池装置,根据装置图,放电时,Na+向左边电极移动,根据原电池工作原理,左边电极为正极,右边电极为负极,充电时,左边电极作阳极与外接电源正极相连,即M接电源正极,故N接电源负极,A项错误;根据总反应式,放电时,原电池的正极反应为NaFePO4F+Na++e-===Na2FePO4F,M极质量不会减轻,反而会增重,导线中每通过1 mol电子,理论上M极质量增重23 g,B项错误;由总反应结合原电池正极反应可知,放电时负极N上的电极反应式为Na3Ti2(PO4)3-2e-===NaTi2(PO4)3+2Na+,C项正确;由图示知,NaFePO4F、Na2FePO4F、Na3Ti2(PO4)3、NaTi2(PO4)3均附着在电极材料上,充、放电时两极反应的Na+生成与消耗的量相等,理论上溶液中的钠离子浓度不变,D项正确。
4.B、C 由图可知,b极为正极,电极反应式为O2+4e-+4H+===2H2O,a极为负极,电极反应式为HS-+4H2O-8e-===S+9H+,据此作答。a极为负极,b极为正极,正极发生还原反应,电极电势a
2H2O,标准状况下2.24 L O2的物质的量为0.1 mol,消耗标准状况下0.1 mol O2可生成葡萄糖内酯0.1 mol,故D错误。
6.C 由图可知,放电时,M极上硫元素价态升高失电子,故M极为负极,电极反应式为4S2--6e-===,N极为正极,充电时,M极为阴极,TiO2光电极为阳极。由图可知,放电时,电极N上转化为I-,碘元素被还原,因此电极N为正极,电极M为负极,电极N上的电势高于电极M上的电势,故A正确;充电时,在TiO2光电极作用下,I-转化为,因此充电时,TiO2光电极参与该过程,故B正确;充放电时,钠离子透过交换膜发生定向移动,故交换膜为阳离子交换膜,故C错误;放电时,负极电极反应式为4-6e-===,正极电极N上转化为I-,放电时总反应为4+3===+9I-,故D正确。
7.C 放电时,负极电极反应式为2Br--2e-===Br2,正极反应式为(x-1)+2e-===x;x=2~4,据此作答。A.放电时负极生成Br2,Fe与溴单质能反应,故A错误;B.放电时,正极反应式为(x-1)+2e-===x;x=2~4,故B错误;C.充电时,阴极电极反应式为Br2+2e-===2Br-,转移1 mol电子,生成1 mol溴离子,由电荷守恒可知有1 mol钠离子透过交换膜进入阴极,故阴极附近增加2 mol离子,故C正确;D.装置中离子选择膜让钠离子透过,故应用阳离子交换膜,故D错误。
8.A、D 由图可知产生氢气和CO的电极H、C元素化合价降低,发生还原反应,为电解池阴极,则X是电源的负极,Y为正极。由分析可知A错误;金属氧化物为电解质,则阳极的反应式为2O2--4e-===O2↑,B正确;由图可知反应物为水和二氧化碳,生成物为氢气、一氧化碳、氧气,则该电解池的总反应可表示为H2O+CO2H2+CO+O2 ,C正确;结合电解池的总反应可知阴极每产生1 mol H2和1 mol CO的同时阳极产生1 mol O2,则阴阳两极生成的气体的物质的量之比是2∶1,D错误。
9.A、D 右边氧气变为H2O2,氧元素化合价降低,说明右边是阴极,则b为负极,a为正极,左边为阳极。阴极电极反应式O2+2e-+2H2O===H2O2+2OH-,则阴极区产生2 mol OH-时,参加反应的O2为1 mol,在标准状况下的体积为22.4 L,故A错误;根据前面分析a为电源的正极,故B正确;根据前面得到左边是阳极,被氧化,因此阳极区反应式为-2e-+3OH-===2H2O+,故C正确;该装置中,氢氧根离子在阳极消耗,因此阴极产生的氢氧根离子要转移到阳极区域,则离子交换膜为阴离子交换膜,故D错误。
10.D 具支试管内气体受热压强增大,不能更快更清晰地观察到液柱上升,A项错误;在铁腐蚀的原电池反应中,铁作负极,B项错误;负极电极反应式为Al-3e-===Al3+,正极电极反应式为O2+2H2O+4e-===4OH-,总反应方程式为4Al+3O2+6H2O===4Al(OH)3,生成的Al(OH)3进一步脱水形成白斑,C项错误,D项正确。
11.A 乙池中Y电极上的反应为O2+2H++2e-===H2O2,之后再发生H2O2+H++Fe2+===Fe3++H2O+·OH, 当产生1 mol羟基自由基时,需要 1 mol H2O2,消耗1 mol的O2。所以标准状况下,消耗22.4 L的O2时,产生的是1 mol的羟基自由基,A错误;甲池为原电池,将化学能转化为电能,是燃料电池,b电极上氧气被还原,为正极,a电极为负极,a极上发生的是氧化反应,B正确;甲池为原电池,a电极为负极,b电极为正极。乙池为电解池,X电极为阳极,Y电极为阴极。串联装置中,电子由原电池负极流向电解池阴极,即a→Y,由电解池的阳极流向原电池正极,即X→b,C正确;乙池中生成羟基自由基的反应:H2O2+H++Fe2+===Fe3++H2O+·OH,其中过氧化氢作氧化剂,Fe2+作还原剂,D正确。
12.B、C 在锂-磺酰氯电池中,Li为负极,电极反应式为Li-e-===Li+,C为正极,电极反应式为SO2Cl2+2e-===2Cl-+SO2↑;在电解池中,不锈钢为阴极,电极反应式为2H2O+2e-===H2↑+2OH-,镍为阳极,电极反应式为Ni-2e-===Ni2+,B项错误。Ⅱ室为产品室,故阳极上Ni失去电子生成的Ni2+通过膜a进入产品室,Ⅲ室中的H2P通过膜b进入产品室,与Ni2+形成Ni(H2PO2)2,故膜a为阳离子交换膜,膜b为阴离子交换膜,膜c应为阳离子交换膜,以防Ⅳ室中的OH-通过膜c进入Ⅲ室与NaH2PO2反应消耗原料,同时Na+通过膜c进入Ⅳ室可制备浓氢氧化钠溶液,C项错误。
考向1氧化还原反应
【真题研磨】
【典例】(2022·浙江6月选考) 关于反应Na2S2O3+H2SO4===Na2SO4+S↓+SO2↑+H2O,下列说法正确的是( )
A.H2SO4发生还原反应
B.Na2S2O3既是氧化剂又是还原剂
C.氧化产物与还原产物的物质的量之比为2∶1
D.1molNa2S2O3发生反应,转移4 mol电子
【审答思维】题干划线部分关键信息解读
关键信息
信息解读
H2SO4
H2SO4作用是提供酸性环境,H2SO4转化为Na2SO4和H2O
Na2S2O3
Na2S2O3中S的化合价为+2,其发生歧化反应生成S(0价)和SO2(+4价)
用双线桥法
表示方程式
【失分警示】因错误判断H2SO4为氧化剂而错选A。实际H2SO4作用是提供酸性环境,所含元素化合价均未发生变化,故其没有发生还原反应。
【考场技法】
1.氧化还原反应概念间的关系
2.氧化还原反应价态规律
(1)歧化反应规律思维模型
“中间价→高价+低价”。具有多种价态的元素(如氯、硫、氮和磷元素等)均可发生歧化反应,如:Cl2+2NaOH===NaCl+NaClO+H2O。
(2)价态归中规律思维模型
含不同价态的同种元素的物质间发生氧化还原反应时,
该元素价态的变化一定遵循“高价+低价→中间价”,而不会出现交叉现象。简记为“两相靠,不相交”。
例如:不同价态硫之间可以发生氧化还原反应的是图中的①②③④。
[注意]不会出现⑤中H2S转化为SO2、H2SO4转化为S的情况。
3.电子守恒法解题的思维流程
(1)找出反应中的氧化剂、还原剂及相应的还原产物和氧化产物。
(2)找出一个原子或离子得失电子数目,从而确定1 mol氧化剂或还原剂得失电子数目。
(3)根据题目中各物质的物质的量和得失电子守恒列出等式:n(氧化剂)×变价原子数×化合价变化值=n(还原剂)×变价原子数×化合价变化值,从而求算出答案。
【多维演练】
(氧化还原反应概念及计算)高铜酸钠(NaCuO2)是黑色难溶于水的固体,具有强氧化性,在中性或碱性环境下稳定。一种制备高铜酸钠的原理为2Cu+3NaClO+2NaOH===2NaCuO2+3NaCl+H2O。下列说法错误的是 ( )
A.NaCuO2中铜的化合价为+3价
B.1molClO-参加反应转移2 mol电子
C.反应中氧化产物和还原产物的物质的量之比为2∶3
D.NaCuO2与稀硫酸反应的离子方程式为4Cu+12H+===4Cu2++O2↑+6H2O
考向2新型电池的工作原理
【真题研磨】
【典例】(2022·湖南选择考)海水电池在海洋能源领域备受关注,一种锂-海水电池构造示意图如图。下列说法错误的是 ( )
A.海水起电解质溶液作用
B.N极仅发生的电极反应:2H2O+2e-===2OH-+H2↑
C.玻璃陶瓷具有传导离子和防水的功能
D.该锂-海水电池属于一次电池
【审答思维】解答本题的思维流程如下:
项目
电极
电极反应
负极
M极
正极
N极
总反应
【失分警示】不能正确理解玻璃陶瓷具有传导离子的功能而错选C。Li为活泼金属,易与水反应,玻璃陶瓷的作用是防止水和Li反应,同时玻璃陶瓷应该具有传导离子的功能,相当于离子交换膜,这样才能形成闭合回路。
【考场技法】
1.新型化学电源解题快捷四步骤
2.电极反应式书写的一般步骤
【多维演练】
1.(新型锂电池)如图所示的锂-二氧化锰电池是以高氯酸锂或三氟甲基磺酸锂为电解质,其正极反应是一种典型的嵌入式反应,电池总反应为Li+MnO2===
LiMnO2。下列说法错误的是 ( )
A.锂片作负极,发生氧化反应
B.放电时,正极反应为MnO2+Li++e-===LiMnO2
C.高氯酸锂或三氟甲基磺酸锂应溶解在非水有机溶剂中
D.放电时,电子移动方向为电极盖1→用电器→电极盖2→内电路→电极盖1
2.(微生物燃料电池)微生物燃料电池是一种高效、经济的能源装置。如图装置所示为一种双室微生物燃料电池。下列说法错误的是 ( )
A.负极反应为C6H12O6-24e-+6H2O===6CO2↑+24H+
B.上图所示装置中,左侧区域为负极区,右侧区域为正极区
C.电池工作一段时间后,负极区酸性增强
D.电池工作时,正极消耗的气体和负极生成气体的物质的量之比为2∶1
3.(液流电池)2022年的北京冬奥会使用了液流电池做备用电源。我国科学家研发出一种绿色锌碘单液流二次电池,工作原理如图所示。下列说法错误的是 ( )
A.放电时,聚烯烃多孔电极上发生氧化反应
B.放电时,K+向多孔石墨电极迁移
C.充电时,阳极反应式为2I--2e-===I2
D.充电时,阴极净增65 g时a区净增2 mol离子
4.(协同转化电池)中国制造“2025”是中国政府实施制造强国战略第一个十年行动纲领,电池的生成与创新是中国制造“2025”的核心项目。Zn-BiOI电池以ZnI2水溶液作为锌离子电池的氧化还原介质,可实现快速可逆的协同转化反应,具有超高的可逆容量和超长循环寿命。下列说法错误的是 ( )
A.放电时,负极反应为Zn-2e-===Zn2+
B.放电时,1 molBiOI参与反应,转移3 mol e-
C.充电时,电池的总反应为2Bi+2Bi2O3+3ZnI2===6BiOI+3Zn
D.ZnI2能加快电极反应速率
考向3电解池工作原理及应用
【真题研磨】
【典例】(2022·浙江6月选考)通过电解废旧锂电池中的LiMn2O4可获得难溶性的Li2CO3和MnO2,电解示意图如下(其中滤布的作用是阻挡固体颗粒,但离子可自由通过。电解过程中溶液的体积变化忽略不计)。下列说法不正确的是 ( )
A.电极A为阴极,发生还原反应
B.电极B的电极发应:2H2O+Mn2+-2e-===MnO2+4H+
C.电解一段时间后溶液中Mn2+浓度保持不变
D.电解结束,可通过调节pH除去Mn2+,再加入Na2CO3溶液以获得Li2CO3
【审答思维】解答本题的思维流程如下:
项目
电极
电极反应
阳极
电极B
阴极
电极A
总反应
【失分警示】不能正确判断电解池阴极、阳极和反应类型而错选A。电解时,阴极得电子,发生还原反应,阳极失电子,发生氧化反应。
【考场技法】
1.分析电解过程的思维流程
2.电解池电极反应式的书写步骤
注意:(1)分清阴、阳极,与电源正极相连的为阳极,与电源负极相连的为阴极,两极反应为“阳氧阴还”。
(2)剖析离子移向,阳离子移向阴极,阴离子移向阳极。
(3)注意放电顺序,正确判断放电的微粒或物质。
(4)注意介质,正确判断反应产物,酸性介质不出现OH-,碱性介质不出现H+;不能想当然地认为金属作阳极,电极产物为金属阳离子。
(5)注意得失电子守恒和电荷守恒,正确书写电极反应式。
【多维演练】
(电解池原理应用)间接电氧化苯甲醇(C6H5CH2OH)合成苯甲醛(C6H5CHO)是一种绿色生产工艺。我国学者利用Ce4+/Ce3+为媒介在酸性水溶液中合成苯甲醛,工作原理如图所示。下列说法正确的是 ( )
A.电极b与电源负极相连
B.一段时间后,体系中Ce3+浓度逐渐减小
C.生成0.2 molC6H5CHO时,电极b上生成H2 4.48 L(标准状况)
D.阳极的电极反应式为C6H5CH2OH-2e-===C6H5CHO+2H+
考向4电化学装置中的“离子交换膜”
【真题研磨】
【典例】(2022·全国甲卷)一种水性电解液Zn-MnO2离子选择双隔膜电池如图所示(KOH溶液中,Zn2+以Zn(OH存在)。电池放电时,下列叙述错误的是 ( )
A.Ⅱ区的K+通过隔膜向Ⅲ区迁移
B.Ⅰ区的S通过隔膜向Ⅱ区迁移
C.MnO2电极反应:MnO2+4H++2e-===Mn2++2H2O
D.电池总反应:Zn+4OH-+MnO2+4H+===Zn(OH+Mn2++2H2O
【审答思维】题干划线部分关键信息解读
关键信息
信息解读
离子选择双隔膜电池
隔膜的作用是将两极区隔离,阻止两极物质发生化学反应;能选择性地允许离子通过,起到平衡电荷、形成闭合回路的作用。双隔膜可以防止Ⅰ区中的H+与Ⅲ区中的OH-发生反应
电池放电
电极
电极反应
负极
正极
总反应
【失分警示】不能正确理解题目中给出的已知信息而错选D。在KOH溶液中,Zn2+以Zn(OH存在,故负极电极反应不是Zn-2e-===Zn2+,不能想当然地认为活泼金属作负极,电极产物为金属阳离子,故通过正、负极电极反应加和得到的电池总反应不正确。
【考场技法】
解答含有“离子交换膜”电池的四个步骤
【多维演练】
(双膜电解池)污水资源化利用既可以缓解水的供需矛盾,又可以减少水污染。化学工作者提出采用电解法除去工业污水中的NaCN,其原理如图所示,通电前先向污水中加入适量食盐并调整其pH维持碱性(CN-不参与电极反应)。下列说法正确的是 ( )
A.b为电源的负极
B.隔膜Ⅰ为阳离子交换膜
C.X为H2,电极反应为2H2O+2e-===H2↑+2OH-
D.当生成2.24 L N2时,电路中通过1 mol电子
考向5金属的电化学腐蚀与防护
【真题研磨】
【典例】(2022·广东选择考)为检验牺牲阳极的阴极保护法对钢铁防腐的效果,将镀层有破损的镀锌铁片放入酸化的3%NaCl溶液中。一段时间后,取溶液分别实验,能说明铁片没有被腐蚀的是 ( )
A.加入AgNO3溶液产生沉淀
B.加入淀粉碘化钾溶液无蓝色出现
C.加入KSCN溶液无红色出现
D.加入K3[Fe(CN)6]溶液无蓝色沉淀生成
【审答思维】题干划线部分关键信息解读
关键信息
信息解读
酸化的3% NaCl溶液
酸性环境中,铁片发生析氢腐蚀
镀层有破损的镀锌铁片
负极电极反应
正极电极反应
总反应
【失分警示】不能判断铁在腐蚀过程中被氧化为Fe2+而错选C。解答本题的关键是明确铁在腐蚀过程中被氧化为Fe2+,而不是被氧化为Fe3+,因此只需要检测溶液中Fe2+的存在即可。
【考场技法】
金属防护分析模型
两种
防护
解题
模型
判断防护类型→分析防腐原理→做出合理判断
【多维演练】
(金属腐蚀)点蚀又称为孔蚀,是一种集中于金属表面很小的范围并深入金属内部的腐蚀形态。某铁合金钝化膜破损后的孔蚀如图,下列说法正确的是 ( )
A.为防止孔蚀发生可以将外接电源正极与金属相连
B.孔蚀外每吸收2.24 L O2,可氧化0.2 mol Fe
C.由于孔蚀中Fe3+水解导致电解质酸性增强
D.孔隙中可以发生析氢腐蚀
1.(氧化还原反应计算及应用)雄黄(As4S4)和雌黄(As2S3)是提取砷的主要矿物原料,二者在自然界中共生,As2S3和HNO3有如下反应:As2S3+10H++10N=== 2H3AsO4+3S+10NO2↑+2H2O。下列说法错误的是 ( )
A.生成1 molH3AsO4,则反应中转移电子的物质的量为5 mol
B.若将该反应设计成原电池,则NO2应该在负极附近逸出
C.反应产生的NO2可用NaOH溶液吸收
D.氧化剂和还原剂的物质的量之比为10∶1
2.(双膜电池)在一种微生物作用下苯酚可以转化为CO2,目前,某研究团队利用电化学原理来模拟处理废水中的苯酚(C6H5OH),其工作原理如图所示。下列说法错误的是( )
A.a极为正极,M为阳离子交换膜
B.b极的电极反应式为C6H5OH-28e-+11H2O===6CO2↑+28H+
C.NaCl溶液的作用是增强导电性
D.电池工作过程中,a极室的pH升高
3.(新型二次电池)相比锂电池,钠电池具有性能稳定、安全性好等优点,且可循环使用,寿命较长,对环境较友好。如图是某钠离子二次电池工作原理示意图,电池反应为2NaFePO4F+Na3Ti2(PO4)3===2Na2FePO4F+NaTi2(PO4)3,下列说法错误的是 ( )
A.充电时,N极接电源的正极
B.放电时,导线中每通过1 mol电子,理论上M极质量减轻23 g
C.放电时,N电极上的电极反应式为Na3Ti2(PO4)3-2e-===NaTi2(PO4)3+2Na+
D.理论上,该电池在充、放电过程中,溶液中的钠离子浓度始终不变
4.(微生物燃料电池)某微生物燃料电池在废水处理和新能源开发领域具有广阔的应用前景,其工作原理如图所示。下列说法正确的是 ( )
A.电极电势a< b,电极b上发生氧化反应
B.HS-在硫氧化菌作用下发生反应 HS-+ 4H2O- 8e-===S+9H+
C.若该电池外电路有0.4 mol电子转移,则有0.4 mol H+迁移到b极
D.该燃料电池在高温下进行效率更高
5.(酶生物电池)如图为一种酶生物电池,可将葡萄糖(C6H12O6)转化为葡萄糖内酯(C6H10O6),两个碳纳米管电极材料由石墨烯片层卷曲而成。下列说法正确的是 ( )
A.图中的离子交换膜为阴离子交换膜
B.负极区发生的电极反应为H2-2e-===2H+
C.碳纳米管有良好导电性能,且能高效吸附气体
D.理论上消耗标准状况下2.24 L O2,可生成葡萄糖内酯0.2 mol
6.(三极式电池)水系钠离子电池有望代替锂离子电池和铅酸蓄电池,工作原理如图所示。下列说法错误的是 ( )
A.放电时,电极N上的电势高于电极M上的电势
B.充电时,TiO2光电极参与该过程
C.该交换膜为阴离子交换膜
D.放电时总反应为4S2-+3===+9I-
7.(液流电池)液流电池具有储能时间长、安全稳定的优势,电池中的电解液在正负极附近各自循环。电池的总反应为2NaBr+(x-1)Na2SxBr2+xNa2Sx-1,其中x=2~4。下列说法正确的是 ( )
A.电池可用铁作负极
B.放电时正极反应为x-2e-===(x-1);x=2~4
C.电池充电时,转移1 mol电子,阴极附近增加2 mol离子
D.电池的离子选择膜可以用阳离子交换膜,也可用阴离子交换膜
8.(电解池原理及应用)实现“碳中和”的重要方式之一是将CO2重新转化成能源,在金属氧化物电解池中,高温下电解H2O 和CO2的混合气体制备H2和CO是一种新的能源利用方式,基本原理如图所示。下列说法错误的是 ( )
A.Y是电源的负极
B.阳极的电极反应式是2O2--4e-===O2↑
C.总反应可表示为H2O+CO2H2+CO+O2
D.阴阳两极生成的气体的物质的量之比是1∶2
9.(电解池原理及应用)科学家设计了一种高效、低能耗制备H2O2的装置,装置如图所示。下列有关说法不正确的是( )
A.阴极区产生2 mol OH-时,参加反应的O2在标准状况下的体积为11.2 L
B.a为电源的正极
C.阳极区反应为-2e-+3OH-===2H2O+
D.该装置中,离子交换膜为阳离子交换膜
10.(金属腐蚀探究)在日常生活中,我们经常看到铁制品生锈、铝制品表面出现白斑等众多的金属腐蚀现象。可以通过下列装置所示实验进行探究。下列说法正确的是( )
A.按图Ⅰ装置实验,为了更快更清晰地观察到液柱上升,可采用酒精灯加热具支试管的方法
B.图Ⅱ是图Ⅰ所示装置的原理示意图,图Ⅱ的正极材料是铁
C.铝制品表面出现白斑可以通过图Ⅲ装置进行探究,Cl-由活性炭区向铝箔表面迁移,并发生电极反应:2Cl--2e-===Cl2↑
D.图Ⅲ装置的总反应为4Al+3O2+6H2O===4Al(OH)3,生成的Al(OH)3进一步脱水形成白斑
11.(电化学原理综合)MFC-电芬顿技术不需要外加能量即可发生,通过产生羟基自由基(·OH)处理有机污染物,可获得高效的废水净化效果。其耦合系统原理示意图如图,下列说法中错误的是 ( )
A.标准状况下,乙池中消耗22.4 L O2时,可以产生2mol ·OH
B.甲池是将化学能转化为电能,其中a极上发生氧化反应
C.电子移动方向为a→Y,X→b
D.乙池中生成羟基自由基的反应为Fe2++H2O2+H+===Fe3++H2O+·OH
12.(电化学原理综合)某电池研究员使用锂-磺酰氯(Li-SO2Cl2)电池作为电源电解制备Ni(H2PO2)2,其工作原理如图所示。已知电池反应为2Li+SO2Cl2===2LiCl
+SO2↑。下列说法错误的是 ( )
A.电池中C电极的电极反应式为SO2Cl2+2e-===2Cl-+SO2↑
B.电池的e极连接电解池的g极
C.膜a是阳离子交换膜,膜c是阴离子交换膜
D.电解池中不锈钢电极的电极反应式为2H2O+2e-===H2↑+2OH-
热点5:氧化还原反应与电化学原理
考向1
【典例】【审答思维】
B 该反应的本质是S2在酸性条件下发生歧化反应生成S和SO2,化合价发生变化的只有S元素一种,硫酸的作用是提供酸性环境,所含元素的化合价均未发生变化,故其没有发生还原反应,A项错误;Na2S2O3发生歧化反应,故其既是氧化剂又是还原剂,B项正确;该反应的氧化产物是SO2,还原产物为S,氧化产物与还原产物的物质的量之比为1∶1,C项错误;1 mol Na2S2O3发生反应转移2 mol电子,D项错误。
D NaCuO2中Na为+1价、O为-2价,则铜的化合价为+3价,故A正确;ClO-→Cl-,氯元素的化合价由+1价下降到-1价,所以1 mol ClO-参加反应转移2 mol电子,故B正确;该反应中Cu元素化合价升高,则NaCuO2为氧化产物,Cl元素化合价降低,则NaCl为还原产物,两者的物质的量之比为2∶3,故C正确;NaCuO2是难溶于水的固体,离子方程式中应以分子形式书写,故D错误。
考向2
【典例】【审答思维】
项目
电极
电极反应
负极
M极
Li-e-===Li+
正极
N极
2H2O+2e-===2OH-+H2↑;
O2+4e-+2H2O===4OH-
总反应
2Li+2H2O===2LiOH+H2↑;
4Li+O2+2H2O===4LiOH
B 海水中含有丰富的电解质,如氯化钠、氯化镁等,海水可作为电解质溶液,故A正确; M极上Li失去电子发生氧化反应,则M电极为负极,电极反应为Li-e-===Li+,N极为正极,电极反应为2H2O+2e-===2OH-+H2↑,同时氧气也可以在N极得电子,电极反应为O2+4e-+2H2O===4OH-,故B错误;Li为活泼金属,易与水反应,玻璃陶瓷的作用是防止水和Li反应,同时也能传导离子形成闭合回路,故C正确;该电池不可充电,属于一次电池,故D正确。
1.D 由电池总反应Li+MnO2===LiMnO2可知Li失电子,MnO2得电子,负极反应式为Li-e-===Li+,Li+向正极移动,正极反应式为MnO2+Li++e-===LiMnO2。Li失电子,作负极,发生氧化反应,A正确;放电时,MnO2在正极得电子,正极反应为MnO2+Li++e-===LiMnO2,B正确;负极Li是活泼金属,能与水反应,故高氯酸锂或三氟甲基磺酸锂应溶解在非水有机溶剂中,C正确;放电时属于原电池装置,电子从负极经用电器流向正极,不在电解质中移动,故放电时,电子移动方向为电极盖1→用电器→电极盖2,D错误。
2.C、D 由图可知,左侧电极为电子的流出极,故左侧电极为负极,电极反应式为C6H12O6-24e-+6H2O===6CO2↑+24H+,右侧电极为正极,电极反应式为O2+4e-+4H+===2H2O,故A正确;左侧电极为电子的流出极,故左侧电极为负极,右侧电极为正极,故B正确;负极生成氢离子,由电荷守恒可知,生成的氢离子进入正极区,故负极区溶液pH变化不大,故C错误;当电路中通过4 mol电子时,负极生成1 mol二氧化碳,正极消耗1 mol氧气,正极消耗的气体和负极生成气体的物质的量之比为1∶1,故D错误。
3.D 装置连接用电器时,该装置为原电池装置,连接光伏电池时,该装置为电解池装置,若为原电池时,根据原电池工作原理,以及装置图可知,聚烯烃多孔电极为负极,电极反应式为Zn-2e-===Zn2+,多孔石墨电极为正极,电极反应式为I2+2e-===2I-,据此分析。根据上述分析,放电时,聚烯烃多孔电极作负极,发生氧化反应,故A正确;根据原电池工作原理,阳离子向正极移动,即放电时,K+向多孔石墨电极迁移,故B正确;充电时,电池正极接电源的正极,阳极的电极反应式为2I--2e-===I2,故C正确;充电时,阴极电极反应式为Zn2++2e-===Zn,增加65 g锌,转移电子的物质的量为2 mol,所以a区增加2 mol K+、2 mol Cl-,离子总数为4 mol,故D错误。
4.B 该电池为二次电池,放电时锌作负极,BiOI作正极,放电时电池的总反应为6BiOI+3Zn===2Bi+2Bi2O3+3ZnI2;充电时, Bi作阳极,Bi2O3作阴极,电池的总反应为2Bi+2Bi2O3+3ZnI26BiOI+3Zn。放电时锌为负极,电极反应为Zn-2e-===Zn2+, A正确;放电时,通过电池总反应可知,转移6 mol电子时消耗6 mol BiOI, 故1 mol BiOI参与反应,转移1 mol e- ,B错误;根据分析,充电时电池总反应正确,C正确;ZnI2水溶液作为锌离子电池的氧化还原介质,故ZnI2能加快电极反应速率, D正确。
考向3
【典例】【审答思维】
项目
电极
电极反应
阳极
电极B
2H2O+Mn2+-2e-===MnO2+4H+
阴极
电极A
2LiMn2O4+6e-+16H+===2Li++4Mn2++8H2O
总反应
2LiMn2O4+4H+2Li++Mn2++3MnO2+2H2O
C 由电解示意图可知,电极B上Mn2+转化为了MnO2,锰元素化合价升高,失电子,发生氧化反应,则电极B为阳极,电极A为阴极,得电子,发生还原反应,A项正确;由电解示意图可知,电极B上Mn2+失电子转化为了MnO2,电极反应式为2H2O+Mn2+-2e-===MnO2+4H+,B项正确;电极A为阴极, LiMn2O4得电子,电极反应式为2LiMn2O4+6e-+16H+===2Li++4Mn2++8H2O,依据得失电子守恒和电荷守恒,电解池总反应为2LiMn2O4+4H+2Li++Mn2++3MnO2+2H2O,反应生成了Mn2+,Mn2+浓度增大,C项错误;电解池总反应为2LiMn2O4+4H+2Li++Mn2++3MnO2+2H2O,电解结束后,可通过调节溶液pH将Mn2+转化为沉淀除去,然后再加入Na2CO3溶液,从而获得Li2CO3,D项正确。
A、C 电极a上Ce元素化合价升高,发生氧化反应,则a为阳极,电极反应式为Ce3+-e-===Ce4+,电极b为阴极,在酸性水溶液中氢离子得到电子生成氢气,电极反应式为2H++2e-===H2↑。由电极a上Ce元素化合价升高,则a为阳极,b为阴极,阴极与电源负极相连,A正确;由于Ce3+和 Ce4+之间是循环反应,则体系中Ce3+浓度保持不变,B错误;C6H5CH2OH→C6H5CHO过程中失去2个电子,生成0.2 mol C6H5CHO时,转移0.4 mol电子,电极b上电极反应式为2H++2e-===H2↑,则生成0.2 mol氢气,标准状况下生成H2体积为V=nVm=0.2 mol×22.4 L·mol-1=4.48 L,C正确;分析可知,电极a上Ce元素化合价升高,阳极的电极反应式为Ce3+-e-===Ce4+,D错误。
考向4
【典例】【审答思维】Zn-2e-+4OH-===Zn(OH MnO2+2e-+4H+===Mn2++2H2O Zn+4OH-+MnO2+4H+===Zn(OH+Mn2++2H2O
A 根据图示的电池结构和题目所给信息可知,电池放电时,该电池为原电池,Zn电极在KOH溶液中转化为Zn(OH,发生氧化反应,故Zn电极为负极,电极反应为Zn-2e-+4OH-===Zn(OH,MnO2电极为正极,电极反应为MnO2+2e-+4H+===Mn2++2H2O,C项正确;在原电池中阴离子向负极迁移,因此Ⅰ区的S向Ⅱ区移动,Ⅰ区、Ⅱ区之间的隔膜为阴离子交换膜,B项正确;在原电池中阳离子向正极迁移,因此Ⅲ区的K+向Ⅱ区移动,Ⅱ区、Ⅲ区之间的隔膜为阳离子交换膜,A项错误;原电池的正、负极电极反应加和可得电池的总反应为Zn+4OH-+MnO2+4H+===Zn(OH+Mn2++2H2O,D项正确。
B、C 右侧氯离子放电得到次氯酸根离子,次氯酸根离子再氧化CN-为氮气,所以右侧电极为阳极, b为电源的正极,故A错误;由A项分析知b为电源的正极,则a为电源的负极,左侧电极为阴极,发生2H2O+2e-===H2↑+2OH-,阴离子增加,污水中的钠离子会通过隔膜Ⅰ进入左侧,形成氢氧化钠溶液,所以隔膜Ⅰ为阳离子交换膜,故B正确;由A、B可知左侧电极反应为2H2O+2e-===H2↑+2OH-,则X为H2,故C正确;生成的2.24 L N2未标明条件,无法求得电路中通过电子的量,故D错误。
考向5
【典例】【审答思维】Zn-2e-===Zn2+ 2H++2e-===H2↑
Zn+2H+===Zn2++H2↑
D 镀锌铁片被腐蚀后一定会有Fe2+生成,检验铁片是否腐蚀只需检验Fe2+。将镀层有破损的镀锌铁片放入酸化的3% NaCl溶液中,溶液中存在Cl-,加入硝酸银溶液一定会生成沉淀,不能说明铁片没有被腐蚀,故A错误;加入淀粉碘化钾溶液无蓝色出现,说明溶液中没有氧化性强于碘离子的物质如Fe3+,有可能含有Fe2+,不能说明铁片没有被腐蚀,故B错误;加入KSCN溶液无红色出现,只能证明溶液中没有Fe3+,有可能含有Fe2+,不能说明铁片没有被腐蚀,故C错误;加入K3[Fe(CN)6]溶液无蓝色沉淀生成,说明溶液中不含有亚铁离子,说明铁片没有被腐蚀,故D正确。
D 为防止孔蚀发生可以将外接电源负极与金属相连,A错误;2.24 L O2没有指明是否为标准状况,不一定为0.1 mol O2,B错误;封闭环境中由于Fe2+水解导致酸性增强,C错误;由于孔隙中介质的酸性增强有HCl存在,可发生析氢腐蚀,D正确。
1.B 根据反应方程式可知HNO3中氮元素由+5价降低到+4价,生成2 mol H3AsO4转移10 mol电子,则生成1 mol H3AsO4,反应中转移电子的物质的量为5 mol,故A正确;若将该反应设计成原电池,N在正极发生还原反应,故NO2应该在正极附近逸出,故B错误;NO2会污染环境,反应产生的NO2可用NaOH溶液吸收,故C正确;HNO3为氧化剂,As2S3为还原剂,因此氧化剂和还原剂的物质的量之比为10∶1,故D正确。
2.A 由题图可知,此装置为原电池,a极物质由Cr2转化为Cr(OH)3化合价降低,为正极,则b极为负极。由图可知,a极发生还原反应Cr2转化为Cr(OH)3同时生成氢氧根离子,则 M为阴离子交换膜,使氢氧根离子通过,故A错误;b极苯酚发生氧化反应生成CO2,电极反应式为C6H5OH-28e-+11H2O===6CO2↑+28H+,故B正确;氯化钠溶液的作用是增强溶液导电性,故C正确;电池工作过程中,a极室发生反应:Cr2+6e-+7H2O===2Cr(OH)3↓+8OH-,a极室的pH升高,故D正确。
3.A、B 该装置为二次电池,放电为原电池装置,充电为电解池装置,根据装置图,放电时,Na+向左边电极移动,根据原电池工作原理,左边电极为正极,右边电极为负极,充电时,左边电极作阳极与外接电源正极相连,即M接电源正极,故N接电源负极,A项错误;根据总反应式,放电时,原电池的正极反应为NaFePO4F+Na++e-===Na2FePO4F,M极质量不会减轻,反而会增重,导线中每通过1 mol电子,理论上M极质量增重23 g,B项错误;由总反应结合原电池正极反应可知,放电时负极N上的电极反应式为Na3Ti2(PO4)3-2e-===NaTi2(PO4)3+2Na+,C项正确;由图示知,NaFePO4F、Na2FePO4F、Na3Ti2(PO4)3、NaTi2(PO4)3均附着在电极材料上,充、放电时两极反应的Na+生成与消耗的量相等,理论上溶液中的钠离子浓度不变,D项正确。
4.B、C 由图可知,b极为正极,电极反应式为O2+4e-+4H+===2H2O,a极为负极,电极反应式为HS-+4H2O-8e-===S+9H+,据此作答。a极为负极,b极为正极,正极发生还原反应,电极电势a
2H2O,标准状况下2.24 L O2的物质的量为0.1 mol,消耗标准状况下0.1 mol O2可生成葡萄糖内酯0.1 mol,故D错误。
6.C 由图可知,放电时,M极上硫元素价态升高失电子,故M极为负极,电极反应式为4S2--6e-===,N极为正极,充电时,M极为阴极,TiO2光电极为阳极。由图可知,放电时,电极N上转化为I-,碘元素被还原,因此电极N为正极,电极M为负极,电极N上的电势高于电极M上的电势,故A正确;充电时,在TiO2光电极作用下,I-转化为,因此充电时,TiO2光电极参与该过程,故B正确;充放电时,钠离子透过交换膜发生定向移动,故交换膜为阳离子交换膜,故C错误;放电时,负极电极反应式为4-6e-===,正极电极N上转化为I-,放电时总反应为4+3===+9I-,故D正确。
7.C 放电时,负极电极反应式为2Br--2e-===Br2,正极反应式为(x-1)+2e-===x;x=2~4,据此作答。A.放电时负极生成Br2,Fe与溴单质能反应,故A错误;B.放电时,正极反应式为(x-1)+2e-===x;x=2~4,故B错误;C.充电时,阴极电极反应式为Br2+2e-===2Br-,转移1 mol电子,生成1 mol溴离子,由电荷守恒可知有1 mol钠离子透过交换膜进入阴极,故阴极附近增加2 mol离子,故C正确;D.装置中离子选择膜让钠离子透过,故应用阳离子交换膜,故D错误。
8.A、D 由图可知产生氢气和CO的电极H、C元素化合价降低,发生还原反应,为电解池阴极,则X是电源的负极,Y为正极。由分析可知A错误;金属氧化物为电解质,则阳极的反应式为2O2--4e-===O2↑,B正确;由图可知反应物为水和二氧化碳,生成物为氢气、一氧化碳、氧气,则该电解池的总反应可表示为H2O+CO2H2+CO+O2 ,C正确;结合电解池的总反应可知阴极每产生1 mol H2和1 mol CO的同时阳极产生1 mol O2,则阴阳两极生成的气体的物质的量之比是2∶1,D错误。
9.A、D 右边氧气变为H2O2,氧元素化合价降低,说明右边是阴极,则b为负极,a为正极,左边为阳极。阴极电极反应式O2+2e-+2H2O===H2O2+2OH-,则阴极区产生2 mol OH-时,参加反应的O2为1 mol,在标准状况下的体积为22.4 L,故A错误;根据前面分析a为电源的正极,故B正确;根据前面得到左边是阳极,被氧化,因此阳极区反应式为-2e-+3OH-===2H2O+,故C正确;该装置中,氢氧根离子在阳极消耗,因此阴极产生的氢氧根离子要转移到阳极区域,则离子交换膜为阴离子交换膜,故D错误。
10.D 具支试管内气体受热压强增大,不能更快更清晰地观察到液柱上升,A项错误;在铁腐蚀的原电池反应中,铁作负极,B项错误;负极电极反应式为Al-3e-===Al3+,正极电极反应式为O2+2H2O+4e-===4OH-,总反应方程式为4Al+3O2+6H2O===4Al(OH)3,生成的Al(OH)3进一步脱水形成白斑,C项错误,D项正确。
11.A 乙池中Y电极上的反应为O2+2H++2e-===H2O2,之后再发生H2O2+H++Fe2+===Fe3++H2O+·OH, 当产生1 mol羟基自由基时,需要 1 mol H2O2,消耗1 mol的O2。所以标准状况下,消耗22.4 L的O2时,产生的是1 mol的羟基自由基,A错误;甲池为原电池,将化学能转化为电能,是燃料电池,b电极上氧气被还原,为正极,a电极为负极,a极上发生的是氧化反应,B正确;甲池为原电池,a电极为负极,b电极为正极。乙池为电解池,X电极为阳极,Y电极为阴极。串联装置中,电子由原电池负极流向电解池阴极,即a→Y,由电解池的阳极流向原电池正极,即X→b,C正确;乙池中生成羟基自由基的反应:H2O2+H++Fe2+===Fe3++H2O+·OH,其中过氧化氢作氧化剂,Fe2+作还原剂,D正确。
12.B、C 在锂-磺酰氯电池中,Li为负极,电极反应式为Li-e-===Li+,C为正极,电极反应式为SO2Cl2+2e-===2Cl-+SO2↑;在电解池中,不锈钢为阴极,电极反应式为2H2O+2e-===H2↑+2OH-,镍为阳极,电极反应式为Ni-2e-===Ni2+,B项错误。Ⅱ室为产品室,故阳极上Ni失去电子生成的Ni2+通过膜a进入产品室,Ⅲ室中的H2P通过膜b进入产品室,与Ni2+形成Ni(H2PO2)2,故膜a为阳离子交换膜,膜b为阴离子交换膜,膜c应为阳离子交换膜,以防Ⅳ室中的OH-通过膜c进入Ⅲ室与NaH2PO2反应消耗原料,同时Na+通过膜c进入Ⅳ室可制备浓氢氧化钠溶液,C项错误。
相关资料
更多
