新高考化学二轮复习精品讲义专题05 化学能与电能的转化（含解析）

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专题05  化学能与电能的转化课标解读内容原电池原理及其应用电解原理及其应用解读理解原电池的构成、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3.了解常见化学电源的种类及其工作原理理解电解池的构成、工作原理及应用，能书写电极反应和总反应方程式考情分析电化学是氧化还原反应知识的应用和延伸，是热点考查内容。通常会以新型二次电池为载体考查原电池原理与电解原理。试题难度中等，预计今后以新型电源及含有离子交换膜的原电池、电解池为背景，以选择题、填空题形式考查工作原理、离子、电子移动方向、电极反应的书写和判断、电解质溶液的判断和计算、交换膜的应用。考查考生的核心素养和探究能力。备考策略本专题命题往往以可充电电池的工作原理及电解原理的应用为背景，考查电极反应式的书写、离子移动方向、金属的电化学腐蚀及防护等知识。同时也对信息提取、应用能力进行考查。备考时要侧重原电池与电解池工作原理中基础考点的复习和电极反应式书写技巧的掌握。核心素养变化观念与平衡思想  证据推理与模型认知高频考点一  新型电池的工作原理分析1．突破原电池工作原理2．原电池的改进【特别提醒】(1)改进后的优点是电流效率的提高，电流持续稳定。(2)盐析的三个作用①隔绝正负极反应物，避免直接接触，导致电流不稳定；②通过离子的定向移动，构成闭合回路；③平衡电极区的电荷。(3)离子交换膜的作用：离子交换膜是一种选择性透过膜，允许相应离子通过，离子迁移方向遵循电池中离子迁移方向。3．二次电池充电时连接模型(“正”接“正”，“负”接“负”)注意：放电时负极反应与充电时的阴极反应相反，同理放电时正极反应与充电时阳极反应相反。如铅蓄电池：负极：Pb＋SO－2e－===PbSO4阴极：PbSO4＋2e－===Pb＋SO例1.（2022·山东卷）设计如图装置回收金属钴。保持细菌所在环境pH稳定，借助其降解乙酸盐生成，将废旧锂离子电池的正极材料转化为，工作时保持厌氧环境，并定时将乙室溶液转移至甲室。已知电极材料均为石墨材质，右侧装置为原电池。下列说法正确的是A. 装置工作时，甲室溶液pH逐渐增大B. 装置工作一段时间后，乙室应补充盐酸C. 乙室电极反应式为D. 若甲室减少，乙室增加，则此时已进行过溶液转移 【方法技巧】 (1)放电时，正、负极的判断。(2)充、放电时两极反应式书写判断。(3)充、放电时，电子、离子的移动方向。(4)电极附近溶液性质的变化。(5)充、放电两极反应类型判断。(6)充电连接判断。(7)基本电化学计算。【变式探究】（2022·辽宁卷）某储能电池原理如图。下列说法正确的是A. 放电时负极反应：B. 放电时透过多孔活性炭电极向中迁移C. 放电时每转移电子，理论上吸收D. 充电过程中，溶液浓度增大【举一反三】（2022·全国乙卷）电池比能量高，在汽车、航天等领域具有良好的应用前景。近年来科学家研究了一种光照充电电池(如图所示)。光照时，光催化电极产生电子和空穴，驱动阴极反应和阳极反应(Li2O2+2h+=2Li++O2)对电池进行充电。下列叙述错误的是A. 充电时，电池的总反应     B. 充电效率与光照产生的电子和空穴量有关C. 放电时，Li+从正极穿过离子交换膜向负极迁移 D. 放电时，正极发生反应高频考点二   电解原理的应用   金属腐蚀与防护1．电解池工作原理模型图【特别提醒】①阳离子在阴极上的放电顺序：Ag＋＞Fe3＋＞Cu2＋＞H＋＞……②阴离子在阳极上的放电顺序：S2－＞I－＞Br－＞Cl－＞OH－＞含氧酸根离子＞……③当阳极是金属(Au、Pt除外)电极时，溶液中的离子不再放电而是金属失电子生成金属阳离子。④微粒的放电顺序受温度、浓度、电压、电极材料等因素的影响。2．电化学计算的两种常用方法(1)根据电子守恒计算①用于串联电路中阴阳两极产物、正负两极产物、相同电量等类型的计算，其依据是电路中转移的电子数相等。②用于混合溶液中电解的分阶段计算。(2)根据关系式计算根据得失电子守恒定律建立起已知量与未知量之间的桥梁，构建计算所需的关系式。如以通过4 mol e－为桥梁可构建如下关系式： (式中M为金属，n为其离子的化合价数值)例2.（2022·广东卷）以熔融盐为电解液，以含和等的铝合金废料为阳极进行电解，实现的再生。该过程中A. 阴极发生的反应为 B. 阴极上被氧化C. 在电解槽底部产生含的阳极泥 D. 阳极和阴极的质量变化相等【变式探究】（2022·海南卷）一种采用和为原料制备的装置示意图如下。下列有关说法正确的是A. 在b电极上，被还原              B. 金属Ag可作为a电极的材料C. 改变工作电源电压，反应速率不变     D. 电解过程中，固体氧化物电解质中不断减少【举一反三】（2022·湖北卷）含磷有机物应用广泛。电解法可实现由白磷直接制备，过程如图所示(为甲基)。下列说法正确的是A. 生成，理论上外电路需要转移电子B. 阴极上的电极反应为：C. 在电解过程中向铂电极移动D. 电解产生的中的氢元素来自于3．金属电化学腐蚀与防护 (1)金属腐蚀快慢的三个规律①金属腐蚀类型的差异电解原理引起的腐蚀>原电池原理引起的腐蚀>化学腐蚀>有防护腐蚀措施的腐蚀。②电解质溶液的影响a．对同一金属来说，腐蚀的快慢(浓度相同)：强电解质溶液>弱电解质溶液>非电解质溶液。b．对同一种电解质溶液来说，电解质浓度越大，腐蚀越快。③活泼性不同的两金属，活泼性差别越大，腐蚀越快。(2)两种腐蚀与三种保护①两种腐蚀：析氢腐蚀、吸氧腐蚀(关键在于电解液的pH)。②三种保护：电镀保护、牺牲阳极的阴极保护法、外加电流的阴极保护法。例3. （2022·广东卷）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. 加入溶液产生沉淀         B. 加入淀粉碘化钾溶液无蓝色出现C. 加入溶液无红色出现        D. 加入溶液无蓝色沉淀生成【变式探究】（2020·江苏卷）将金属M连接在钢铁设施表面，可减缓水体中钢铁设施的腐蚀。在题图所示的情境中，下列有关说法正确的是A. 阴极的电极反应式为B. 金属M的活动性比Fe的活动性弱C. 钢铁设施表面因积累大量电子而被保护D. 钢铁设施在河水中的腐蚀速率比在海水中的快高频考点三  离子交换膜在电化学中的综合应用1．离子交换膜的作用(1)防止副反应的发生，避免影响所制取产品的质量；防止引发不安全因素(如在电解饱和食盐水中，利用阳离子交换膜，防止阳极产生的Cl2进入阴极室与氢氧化钠反应，导致所制产品不纯；防止与阴极产生的H2混合发生爆炸)。(2)用于物质的分离、提纯等。(3)用于物质的制备。2．离子交换膜的类型根据透过的微粒，离子交换膜可以分为多种，在高考试题中主要出现过阳离子交换膜、阴离子交换膜和质子交换膜三种。阳离子交换膜只允许阳离子通过，阻止阴离子和气体通过，阴离子交换膜只允许阴离子通过，质子交换膜只允许质子(H＋)通过。3．离子交换膜类型的判断根据电解质溶液呈电中性的原则，判断膜的类型：(1)首先写出阴、阳两极上的电极反应，依据电极反应式确定该电极附近哪种离子剩余。(2)根据溶液呈电中性，判断出离子移动的方向，从而确定离子交换膜的类型。4．定量关系外电路电子转移数＝通过隔膜的阴、阳离子带的负或正电荷数。例4.（2022·湖南卷）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下。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：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 【变式探究】（2022·全国甲卷）一种水性电解液Zn-MnO2离子选泽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SO42-通过隔膜向Ⅱ区迁移C. MnO2电极反应：MnO2+2e-+4H+=Mn2++2H2OD.电池总反应：Zn+4OH-+MnO2+4H+=Zn(OH)42-+Mn2++2H2O【举一反三】（2022·浙江卷）通过电解废旧锂电池中的可获得难溶性的和，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：C.电解一段时间后溶液中浓度保持不变D.电解结束，可通过调节除去，再加入溶液以获得