新教材（通用版）高考化学二轮复习专题5电化学课件

这是一份新教材（通用版）高考化学二轮复习专题5电化学课件，共60页。PPT课件主要包含了高考命题研究，答案C，答案B，归纳总结，解题思路，答案D，答案CD，答案阳Na+，答案AB等内容，欢迎下载使用。

【要点归纳•再提升】
1.原电池工作原理(1)原电池工作原理图解。
(2)原电池装置的迁移创新。
2.原电池正、负极的判断
3.新型化学电源中电极反应式的书写方法
【经典对练•得高分】
考向1　新型化学电源真题示例
1- 1.(2023全国乙)室温钠-硫电池被认为是一种成本低、比能量高的能源存储系统。一种室温钠-硫电池的结构如图所示。将钠箔置于聚苯并咪唑膜上作为一个电极,表面喷涂有硫黄粉末的炭化纤维素纸作为另一电极。工作时,在硫电极发生反应:
下列叙述错误的是(　　)。A.充电时Na+从钠电极向硫电极迁移B.放电时外电路电子流动的方向是a→bC.放电时正极反应为2Na++ S8+2e- === Na2SxD.炭化纤维素纸的作用是增强硫电极导电性能
答案 A解析 钠-硫电池负极为Na,正极为S。充电时钠电极为阴极,电极反应式为Na++e-Na,Na+应由硫电极向钠电极迁移,A项错误;放电时,外电路中电子由负极移向正极(a→b),B项正确;放电时正极为硫放电,电极反应式为2Na++ S8+2e- === Na2Sx,C项正确;利用炭化纤维素纸易导电的性质,可增强电极的导电性能,D项正确。
1- 2.(2023新课标卷)一种以V2O5和Zn为电极、Zn(CF3SO3)2水溶液为电解质溶液的电池,其示意图如下所示。放电时,Zn2+可插入V2O5层间形成ZnxV2O5·nH2O。下列说法错误的是(　　)。
A.放电时V2O5为正极B.放电时Zn2+由负极向正极迁移C.充电总反应:xZn+V2O5+nH2O === ZnxV2O5·nH2OD.充电阳极反应:ZnxV2O5·nH2O-2xe- === xZn2++V2O5+nH2O
答案 C解析 Zn为活泼金属,放电时发生氧化反应,Zn电极为电源的负极,A项正确;放电时,阳离子(Zn2+)由负极向正极迁移,B项正确;xZn+V2O5+nH2O === ZnxV2O5·nH2O反应中Zn发生氧化反应,为放电总反应方程式,C项错误;充电时阳极(原电池正极)重新生成V2O5,D项正确。
方法技巧有关可充电电池的解题思路:
对点演练1- 1. 碱性锌铁液流电池采用资源丰富的铁和锌作为电池正、负极电解液活性物质,具有电压高、成本低的优点。该电池的总反应为Zn+2[Fe(CN)6]3-+4OH- 2[Fe(CN)6]4-+[Zn(OH)4]2-。下列叙述正确的是(　　)。
A.充电时,M极的电极反应式为[Fe(CN)6]4-+e- ===[Fe(CN)6]3-B.放电时,N极的电势高于M极C.1 ml [Fe(CN)6]3-中含有σ键为12 mlD.放电时,电路中转移2 ml电子时,负极区电解质溶液质量增加65 g
1- 2. 我国科学家发明了一种“可固氮”的镁-氮二次电池,其装置如图所示,下列说法不正确的是(　　)。
A.固氮时,电池的总反应为3Mg+N2 === Mg3N2B.脱氮时,钌复合电极的电极反应式为Mg3N2-6e- === 3Mg2++N2↑C.固氮时,外电路中电子由钌复合电极流向镁电极D.当无水LiCl-MgCl2混合物受热熔融后电池才能工作
答案 C解析 固氮时该装置为原电池装置,镁为活泼金属,作负极,被氧化成Mg2+;钌复合电极为正极,氮气在该电极上发生还原反应生成N3-,与熔融电解质中镁离子生成Mg3N2,所以总反应为3Mg+N2 === Mg3N2,A项正确。脱氮时,-3价的氮元素被氧化,钌复合电极上应发生氧化反应,Mg3N2失电子发生氧化反应生成氮气,电极反应为Mg3N2-6e- === 3Mg2++N2↑,B项正确。固氮时,镁电极为负极,外电路中电子由镁电极流向钌复合电极,C项错误。无水LiCl-MgCl2混合物常温下为固体,无自由移动离子,不能导电,受热熔融后产生自由移动离子后,电池才能工作,D项正确。
考向2　离子交换膜电池真题示例
2- 1.(2022广东卷)科学家基于Cl2易溶于CCl4的性质,发展了一种无须离子交换膜的新型氯流电池,可作储能设备(如图所示)。充电时电极a的反应为
下列说法正确的是(　　)。A.充电时电极b是阴极B.放电时NaCl溶液的pH减小C.放电时NaCl溶液的浓度增大D.每生成1 ml Cl2,电极a质量理论上增加23 g
解析 根据题干给的电极反应知:充电时电极a上发生得电子的反应,为阴极,放电时电极a失电子,为负极,则充电时电极b为阳极,A项错误;放电时正极的电极反应式为Cl2+2e- ══ 2Cl-,NaCl溶液中氢离子和氢氧根离子的浓度无变化,pH不变,B项错误;放电时正极反应生成氯离子,负极反应生成钠离子,放电时NaCl溶液的浓度增大,C项正确;充电时电极b的反应为2Cl--2e- ══ Cl2↑,每生成1 ml氯气转移2 ml电子,电极a理论上有2 ml Na+转化为Na3Ti2(PO4)3,增重46 g,D项错误。
A.负极反应为CH3COO-+2H2O-8e- === 2CO2↑+7H+B.隔膜1为阳离子交换膜,隔膜2为阴离子交换膜C.当电路中转移1 ml电子时,模拟海水理论上除盐58.5 gD.电池工作一段时间后,正、负极产生气体的物质的量之比为2∶1
2- 2.(2020山东卷)微生物脱盐电池是一种高效、经济的能源装置,利用微生物处理有机废水获得电能,同时可实现海水淡化。现以NaCl溶液模拟海水,采用惰性电极,用下图装置处理有机废水(以含CH3COO-的溶液为例)。下列说法错误的是(　　)。
【解题思路】第一步,根据图示判断电化学装置的类型。该装置为原电池装置。第二步,根据粒子变化判断正、负极。CH3COO-转化为CO2,C元素的化合价升高,CH3COO-失电子被氧化,因此a极为负极,b极为正极。第三步,根据电极反应原理确定各电极上发生的反应。依据电荷守恒可得负极反应为CH3COO-+2H2O-8e- === 2CO2↑+7H+;正极反应为2H++2e- === H2↑。第四步逐项分析判断。
失分剖析一是不能根据图示中的相关信息判断正、负极,从而无法书写负极反应式而错判A项;二是不能根据实验目的判断离子移动方向而错判B项;三是不能根据电子守恒和电荷守恒进行计算而错判C项;四是不能判断正、负极产物以及不能利用电子守恒计算正、负极产物物质的量的关系而错判D项。
对点演练2- 1.(双选)硫化氢-空气质子交换膜燃料电池实现了发电、环保的有效结合。已知2H2S(g)+O2(g) === S2(s)+2H2O(l)　ΔH= -632 kJ·ml-1,下列说法不正确的是(　　)。
A.电极a上发生了氧化反应B.标准状况下,每 11.2 L H2S 参与反应,有1 ml H+经固体电解质膜进入正极区C.当电极a的质量增加64 g 时,电池内部释放632 kJ 的热能D.电极b上发生的电极反应为O2+2H2O+4e- === 4OH-
答案 CD解析 由2H2S(g)+O2(g) === S2(s)+2H2O(l)可知,O2在b极(正极)发生还原反应,由于是质子固体电解质膜,电极反应式为O2+4H++4e- === 2H2O;H2S在a极(负极)发生氧化反应,电极反应式为2H2S-4e- === 4H++S2,A项正确。由电极反应式2H2S-4e- === 4H++S2可知,标准状况下,每 11.2 L H2S 即0.5 ml H2S参与反应,有1 ml H+经固体电解质膜进入正极区,B项正确。原电池反应由化学能转化为电能,电池内部释放的热能小于632 kJ,C项错误。该电池是质子固体作电解质,所以电极反应式为O2+4H++4e- === 2H2O,D项错误。
A.放电时,胶状聚合物电解质和固体电解质的作用均为传导离子,构成闭合回路B.若放电前两个电极质量相等,转移0.1 ml电子后两个电极质量相差0.7 gC.充电时,与正极连接的电极反应为LiMO2-xe- === Li1-xMO2+xLi+D.为保护电池,GS-Si包覆石墨烯的电极反应不能进行至C6Li-e- === C6+Li+
考向3　燃料电池真题示例3- 1.(2021山东卷)以KOH溶液为离子导体,分别组成CH3OH-O2、N2H4-O2、(CH3)2NNH2-O2清洁燃料电池,下列说法正确的是(　　)。A.放电过程中,K+均向负极移动B.放电过程中,KOH的物质的量均减小C.消耗等质量燃料,(CH3)2NNH2-O2燃料电池的理论放电量最大D.消耗1 ml O2时,理论上N2H4-O2燃料电池气体产物的体积在标准状况下为11.2 L
3- 2.(双选)(2020海南卷)某燃料电池的主要构成要素如图所示,下列说法正确的是(　　)。
A.电池可用于乙醛的制备B.b电极为正极C.电池工作时,a电极附近pH降低D.a电极的反应式为O2+4e-+4H+ === 2H2O
答案 AD解析 该电池将乙烯和水转化为乙醛,可用于乙醛的制备,A项正确。该燃料电池中,通入氧气的电极为电池的正极,即a电极是正极,B项错误。电池工作时,H+移向正极,a电极的反应式为O2+4e-+4H+ === 2H2O,a电极附近pH升高,C项错误,D项正确。
对点演练3- 1. 直接煤-空气燃料电池原理如图所示,下列说法错误的是(　　)。
A.随着反应的进行,氧化物电解质的量不断减少B.负极的电极反应式为C.电极X为负极,O2-向X极迁移D.直接煤-空气燃料电池的能量效率比煤燃烧发电的能量效率高
答案 A解析 氧化物电解质的量不会减少,在电极Y上O2得到电子生成O2-,氧化物电解质的量不断在补充,A项错误。由原理图分析可知,其负极反应式为C+2 -4e- === 3CO2↑,B项正确。原电池内部的阴离子向负极移动,C项正确。直接煤-空气燃料电池是把化学能直接转化为电能,而煤燃烧发电是把化学能通过多个步骤再转化为电能,其能量损耗较大,D项正确。
3- 2. 某课题组将二氧化锰和生物质置于一个由滤纸制成的折纸通道内,形成电池如图,该电池可将碳酸饮料(pH=2.5)中的葡萄糖作为燃料获得能量。下列说法正确的是(　　)。
A.b极为负极B.每消耗0.01 ml葡萄糖,外电路中转移0.02 ml电子C.可以在实验室中用葡萄糖与浓硫酸加热的方式制备葡萄糖内酯D.葡萄糖与氢气加成后的产物分子中手性碳原子数比葡萄糖分子中的少
答案 B解析 由图可知,电极a为负极,酸性条件下,葡萄糖在负极失去电子发生氧化反应生成葡萄糖内酯,电极反应式为C6H12O6-2e- === C6H10O6+2H+;电极b为正极,二氧化锰在正极得到电子,发生还原反应,A项错误。每消耗0.01 ml葡萄糖,外电路中转移0.02 ml电子,B项正确。葡萄糖分子中不含有羧基,不可能在浓硫酸加热条件下发生酯化反应生成葡萄糖内酯,C项错误。手性碳原子是指与四个各不相同原子或基团相连的碳原子,葡萄糖分子中含有如图所示的4个手性碳原子: ,葡萄糖与氢气加成后的产物中也含有如图所示的4个手性碳原子: ,D项错误。
3- 3. 锌-空气燃料电池是一种低能耗电池,在生产生活中应用广泛,其装置示意图如图所示。下列说法错误的是(　　)。
A.充电时,a与电源正极相连B.放电过程中,KOH溶液浓度不变C.充电时,N极的电极反应式为ZnO+2H++2e- === Zn+H2OD.放电时,M极每消耗16 g O2,理论上N极质量增加16 g
答案 C解析 锌-空气燃料电池中Zn为活泼金属,放电时被氧化,所以N极为负极,M极为正极,氧气在M极上被还原。放电时M极为正极,则充电时M极为阳极,a与电源正极相连,A项正确。放电过程中N极上的反应为Zn+2OH--2e- === ZnO+H2O,M极上的反应为O2+2H2O+4e- === 4OH-,总反应为2Zn+O2 === 2ZnO,所以KOH溶液浓度不变,B项正确。电解质溶液为碱性溶液,充电时N极上的反应为H2O+ZnO+2e- === Zn+2OH-,C项错误。16 g O2的物质的量为0.5 ml,根据电极反应式可知转移2 ml电子,有1 ml Zn转化为1 ml ZnO,增加的质量为1 ml O的质量,为16 g,D项正确。
归纳总结1.燃料电池认知模型。
2.燃料电池中通入氧气的一极的电极反应式的书写。
判断正误(正确的画“√”,错误的画“×”)。(1)原电池工作时,正极表面一定有气泡产生。(　　)(2)Mg、Al形成的原电池,Mg一定作负极。(　　)(3)铜-铁原电池中,负极反应式为Fe-3e- === Fe3+。(　　)(4)用稀硫酸与锌粒制取H2时,加几滴CuSO4溶液可以增大反应速率。(　 )(5)原电池工作时,溶液中的阳离子向负极移动,盐桥中的阳离子向正极移动。(　　)
【易错防范•不失分】
易错警示(1)Mg、Al和氢氧化钠溶液构成的原电池中,负极是Al。(2)原电池中,铁放电生成的是Fe2+。
1.电解池中阴、阳极的判断
2.电解池中离子的放电顺序
3.电化学计算的基本方法
考向1　电解原理真题示例
1- 1.(2023湖北卷)我国科学家设计如图所示的电解池,实现了海水直接制备氢气技术的绿色化。该装置工作时阳极无Cl2生成且KOH溶液的浓度不变,电解生成氢气的速率为x ml·h-1。下列说法错误的是(　　)。
A.b电极反应式为2H2O+2e- === H2↑+2OH-B.离子交换膜为阴离子交换膜C.电解时海水中动能高的水分子可穿过PTFE膜D.海水为电解池补水的速率为2x ml·h-1
答案 D解析 该装置工作时,b电极连接电源负极,为阴极,电极上放出H2:2H2O+2e- === H2↑+2OH-,A项正确;阳极无Cl2生成且KOH溶液浓度不变,则阳极上生成O2:4OH--4e- === O2↑+2H2O,离子交换膜为阴离子交换膜,B项正确;电解时KOH溶液浓度不变,PTFE膜不透液态水,则通过PTFE膜的水应为动能高的水分子(透汽),C项正确;电解生成H2的速率为x ml·h-1,电解的总反应为2H2O 2H2↑+O2↑,故海水为电解池补水的速率为x ml·h-1,D项错误。
1- 2.(2022广东卷)以熔融盐为电解液,以含Cu、Mg和Si等的铝合金废料为阳极进行电解,实现Al的再生。该过程中(　　)。A.阴极发生的反应为Mg-2e- ══ Mg2+B.阴极上Al被氧化C.在电解槽底部产生含Cu的阳极泥D.阳极和阴极的质量变化相等
解析 由题干信息可知,以铝合金废料作为阳极进行电解,镁和铝在阳极失电子,A、B两项错误;进行电解时,铜失电子能力小于铝,不能在电极上放电,与硅以单质形式沉积在电解槽阳极底部,形成阳极泥,C项正确;由于阳极存在多种金属放电,阴极为单一离子放电,阴极和阳极质量变化不相等,D项错误。
方法技巧电极反应方程式的书写策略:
对点演练1- 1. 我国科学家合成了一种新型的Fe-SnO2催化剂,用该催化剂修饰电极,可实现在室温条件下电催化氮气制备铵盐和硝酸盐。下列说法错误的是(　　)。
A.电解过程中H+由b极区向a极区迁移B.阴极反应式为N2+6e-+8H+ === 2C.电解一段时间,阳极区的pH减小D.电解一段时间,阴极、阳极消耗N2的物质的量之比为3∶5
1- 2.(双选) 利用间接成对电化学合成间氨基苯甲酸的工作原理如图所示。下列说法错误的是(　　)。
考向2　电解原理的应用真题示例2- 1.(2021山东卷改编)矿物中相关元素可溶性组分物质的量浓度c与pH的关系如图所示。
2- 2.(2023辽宁卷)某无隔膜流动海水电解法制H2的装置如下图所示,其中高选择性催化剂PRT可抑制O2产生。下列说法正确的是(　　)。
A.b端电势高于a端电势B.理论上转移2 ml e-生成4 g H2C.电解后海水pH下降D.阳极发生:Cl-+H2O-2e- === HClO+H+
答案 D解析 H2为还原产物,故钛箔为电解池的阴极,钛网极为阳极。阳极连接电源正极,阴极连接电源负极,故a端电势高于b端电势,A项错误;电解时,阳极反应为Cl-+H2O-2e- === HClO+H+,阴极反应为2H2O+2e- === H2↑+2OH-,总反应方程式为Cl-+H2O === ClO-+H2↑,理论上转移2 ml e-生成2 g H2,B项错误、D项正确;流动海水电解后,海水中含有NaClO,其为强碱弱酸盐,pH不会下降,C项错误。
2- 3.(2021全国甲)乙醛酸是一种重要的化工中间体,可采用如下图所示的电化学装置合成。图中的双极膜中间层中的H2O解离为H+和OH-,并在直流电场作用下分别向两极迁移。下列说法正确的是(　　)。
A.KBr在上述电化学合成过程中只起电解质的作用C.制得2 ml乙醛酸,理论上外电路迁移了1 ml电子D.双极膜中间层中的H+在外电场作用下向铅电极方向迁移
对点演练2- 1. SiH4广泛用于微电子、光电子行业,用粗硅作原料,熔融盐电解法制取硅烷原理如图,下列叙述正确的是(　　)。
A.通入H2的一极为电解池的阳极,电极反应式为H2-2e- === 2H+B.电解过程中,Li+由粗硅一极向通入H2的一极迁移C.为增强导电性,使用粗硅D.粗硅上反应:Si+4H++4e- === SiH4↑
答案 B解析 熔融盐LiH中,含有Li+和H-,所以H2应转化为H-,从而得出通入H2的电极为阴极,粗硅为阳极。通入氢气的电极为电解池的阴极,电极反应式为H2+2e- === 2H-,A项错误。电解过程中,通入氢气的一极为阴极,Li+由粗硅一极向通入H2的一极迁移,B项正确。粗硅为电解池的阳极,使用粗硅的主要目的不是增强导电性,是为了降低生产成本,C项错误。粗硅上反应为Si+4H--4e- === SiH4↑,D项错误。
2- 2.纳米Fe2O3在常压电化学法合成氨过程中起催化作用。该电解装置如图所示。已知熔融NaOH-KOH为电解液,Fe2O3在发生反应时生成中间体Fe。下列说法正确的是(　　)。
A.惰性电极Ⅱ是电解池的阴极,惰性电极Ⅱ上发生还原反应B.产生2.24 L O2时,转移的电子数为0.4NA(设NA代表阿伏加德罗常数的值)C.惰性电极Ⅰ的电极反应为Fe2O3+3H2O-6e- === 2Fe+6OH-D.生成氨的反应为2Fe+N2+3H2O === Fe2O3+2NH3
答案 D解析 惰性电极上产生氧气,氧元素化合价升高,发生氧化反应,故惰性电极Ⅱ为电解池的阳极,A项错误。产生2.24 L O2,未标注状态,故不能计算出转移的电子数,B项错误。根据图示可知,惰性电极Ⅰ为阴极,电极反应为Fe2O3+3H2O+6e- === 2Fe+6OH-,C项错误。结合图示及阴极的电极反应式可知,生成氨的反应为2Fe+N2+3H2O === Fe2O3+2NH3,D项正确。
方法技巧电解池中电极反应式书写时的思维流程:
判断正误(正确的画“√”,错误的画“×”)。(1)电解精炼铜和电镀铜,电解液的浓度均会发生很大的变化。(　　)(2)电解饱和食盐水,在阳极区得到NaOH溶液。(　　)(3)工业上可用电解MgCl2溶液、AlCl3溶液的方法制备Mg和Al。(　　)(4)电解精炼铜时,阳极泥可以作为提炼贵重金属的原料。(　　)
易错警示 较为活泼的金属在溶液中不能放电,电解法制取金属,通常是电解熔融的盐(制取Al是电解熔融的Al2O3)。
1.金属的电化学腐蚀(以铁的电化学腐蚀为例)本质是金属原子失去电子
2.金属电化学保护的两种方法　　　 原电池原理
考向　金属的腐蚀与防护真题示例
(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
解析 检验铁片是否被腐蚀,实际上就是检验有无Fe2+产生。溶液中的氯离子能与银离子反应生成氯化银沉淀,因此产生沉淀无法说明Fe2+是否存在,A项错误;加入淀粉碘化钾溶液无蓝色出现,说明不存在Fe3+,但不能确定是否存在Fe2+,B项错误;加入KSCN溶液无红色出现,说明不存在Fe3+,但不能确定是否存在Fe2+,C项错误;加入铁氰化钾溶液,无蓝色沉淀,则说明无Fe2+,即铁片未被腐蚀,D项正确。
对点演练(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。在如图所示的情境中,下列有关说法正确的是(　　)。
A.阴极的电极反应式为Fe-2e- === Fe2+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
答案 C解析 题中所示装置是牺牲阳极法,阳极材料M比Fe活泼,M失电子,发生氧化反应,电子通过导线流向钢铁设施(被保护的一极),阴极的电极反应式(一般)为O2+2H2O+4e- === 4OH-,A、B两项错误,C项正确;海水比河水中电解质的浓度大,钢铁更易腐蚀,D项错误。
判断正误(正确的画“√”,错误的画“×”)。(1)纯银器表面变黑和钢铁表面生锈的腐蚀原理一样。(　　)(2)外加电流法是将被保护金属接在直流电源的正极。(　　)(3)白口铁(镀锌)破损,仍然对铁具有保护作用。(　　)
易错警示(1)银器变黑发生的是化学腐蚀,产生黑色的Ag2S。(2)白口铁是镀锌铁,马口铁是镀锡铁,金属性Zn>Fe>Sn。
五、电化学中的离子交换膜
【热点专攻】电化学的有关知识是每年高考必考内容,题型有选择题和非选择题。命题的角度有电极反应式的正误判断与书写,电池反应式的书写,正、负极的判断,电池充、放电时离子移动方向的判断,电极附近离子浓度的变化,电解的应用与计算,金属的腐蚀与防护等。离子交换膜在电化学工业生产中应用十分广泛,离子交换膜的作用、性质已成为高考命题的新动向。
1.判断离子交换膜的类型,判断离子的迁移方向,书写电极反应式,判断电极产物如三室式电渗析法处理含Na2SO4废水的原理如下图所示,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 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。根据电解池原理可判断阴、阳离子的移动方向,从而确定离子交换膜的类型,然后可书写电极反应式,判断电极产物。
2.防范失分点(1)看清图示,是否说明了离子交换膜的类型,是否标注了电源的正、负极,是否标注了电子流向、电荷流向等,明确阴、阳离子的移动方向。(2)根据原电池和电解池中阴、阳离子的移动方向,结合题目中给出的制备、电解物质等信息,找出物质生成或消耗的电极区域,确定移动的阴、阳离子,从而推知离子交换膜的类型。
【题型突破】(2019全国Ⅰ)利用生物燃料电池原理研究室温下氨的合成,电池工作时MV2+/MV+在电极与酶之间传递电子,示意图如图所示。下列说法错误的是(　　)。
A.相比现有工业合成氨,该方法条件温和,同时还可提供电能B.阴极区,在氢化酶作用下发生反应H2+2MV2+ === 2H++2MV+C.正极区,固氮酶为催化剂,N2发生还原反应生成NH3D.电池工作时质子通过交换膜由负极区向正极区移动
【解题思路】第一步:根据图示判断电化学装置的类型。该装置为化学能转化为电能的装置,所以为原电池。第二步:根据物质变化,判断得失电子情况,确定电极名称。根据题给示意图,左室电极上MV+失电子发生氧化反应生成MV2+,所以左室为负极区,右室为正极区。第三步:根据电极反应原理确定各电极上发生的反应。负极失电子,电极反应式为MV+-e- === MV2+;正极得电子,电极反应式为MV2++e- === MV+。
失分剖析一是易受“阴极区”的干扰,造成电极名称与原电池正、负极的冲突;二是易忽视每个区域发生两个反应,电极反应和在酶作用下的反应;三是易根据异性相吸的原理而错误地认为带正电荷的质子向负极移动。
应考训练1.(双选) 处理烟气中的SO2,可以采用碱吸-电解法,其流程如图1,模拟过程Ⅱ如图2,下列推断正确的是(　　)。
A.膜1为阳离子交换膜,膜2为阴离子交换膜B.SO2是含有极性键的极性分子C.a极的电极反应式为2H2O-4e- === 4H++O2↑D.若收集22.4 L的P(标准状况下),则有2 ml N离子移向右室
2.Ca-LiFePO4可充电电池的工作原理示意图如下,其中锂离子交换膜只允许Li+通过,电池反应为xCa+2Li1-xFePO4+2xLi+ xCa2++2LiFePO4。下列说法正确的是(　　)。
A.LiPF6/LiAsF6电解质与Li2SO4溶液可互换B.充电时,当转移0.1 ml 电子时,左室中电解质的质量减小 1.3 gC.充电时,阴极反应为Li1-xFePO4+xLi++xe- === LiFePO4D.放电时,Li1-xFePO4/LiFePO4电极发生Li+脱嵌,充电时发生Li+嵌入
答案 B解析 据原电池反应可知,放电时Ca转化为Ca2+,发生氧化反应,所以钙电极为负极,充电时钙电极为阴极,则放电时Li1-xFePO4/LiFePO4电极为正极,充电时Li1-xFePO4/LiFePO4电极为阳极。Ca是活泼金属,易与水发生剧烈反应,所以LiPF6/LiAsF6电解质为非水电解质,而Li2SO4溶液中有水,不可互换,A项错误。充电时每转移0.1 ml电子,左室中就有0.05 ml Ca2+转化为Ca,同时有0.1 ml Li+迁移到左室,所以左室中电解质的质量减小0.05 ml×40 g·ml-1-0.1 ml×7 g·ml-1=1.3 g,B项正确。充电时,钙电极为阴极,电极反应为Ca2++2e- === Ca,C项错误。充电时为电解池,电解池中阳离子移向阴极,Li1-xFePO4/LiFePO4电极为阳极,所以Li1-xFePO4/LiFePO4电极发生Li+脱嵌,然后Li+移向阴极;放电时为原电池,原电池中阳离子移向正极,所以放电时发生Li+嵌入,D项错误。
3.利用CH4燃料电池电解制备Ca(H2PO4)2并得到副产物NaOH、H2、Cl2,装置如图所示。下列说法正确的是(　　)。