2025版高考热点题型与考点专练化学一热点5氧化还原反应与电化学原理试题（Word版附答案）

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考向1 氧化还原反应
【真题研磨】
典例 (2024·浙江6月选考)利用CH3OH可将废水中的NO3-转化为对环境无害的物质后排放。反应原理为:H++CH3OH+NO3-→X+CO2+H2O(未配平)。下列说法正确的是(C)
A.X表示NO2
B.可用O3替换CH3OH
C.氧化剂与还原剂物质的量之比为6∶5
D.若生成标准状况下的CO2气体11.2 L,则反应转移的电子数为2NA(NA表示阿伏加德罗常数的值)
【审答思维】 题干划线部分关键信息解读
【失分警示】 缺项配平时,可以根据元素种类、元素化合价的变化特点推断物质所含元素,同时结合题干信息中缺项物质的特点进行判断。
【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 ml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】
★★(氧化还原反应概念与计算)氮氧化物是大气污染物之一,如图为科研人员探究消除氮氧化物的反应机理,下列说法不正确的是(B)
A.过程Ⅰ中NO既作氧化剂又作还原剂
B.过程Ⅱ中每生成1 ml O2时,转移电子的数目约为4×6.02×1023
C.过程中涉及的反应均为氧化还原反应
D.整个过程中Ni2+作催化剂
考向2 新型电池的工作原理
【真题研磨】
典例 (2024·全国甲卷)科学家使用δ-MnO2研制了一种MnO2-Zn可充电电池(如图所示)。电池工作一段时间后,MnO2电极上检测到MnO(OH)和少量ZnMn2O4。下列叙述正确的是(C)
A.充电时,Zn2+向阳极方向迁移
B.充电时,会发生反应Zn+2MnO2===ZnMn2O4
C.放电时,正极反应有MnO2+H2O+e-===MnO(OH)+OH-
D.放电时,Zn电极质量减少0.65 g,MnO2电极生成了0.020 ml MnO(OH)
【审答思维】 题干划线部分关键信息解读
【失分警示】 本题若不能从题干给的信息中提取有效信息“少量”,则会误选D。从题干信息可知,二氧化锰电极上的产物不唯一,除MnO(OH)外,还含有少量ZnMn2O4。因此,MnO(OH)的物质的量不足0.020 ml。
【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)LiPON薄膜锂离子电池是目前研究最广泛的全固态薄膜锂离子电池。如图所示为其工作示意图,LiPON薄膜只允许Li+通过,电池反应为LixSi+Li1-xCO2 Si+LiCO2。下列有关说法正确的是(B)
A.导电介质c为含Li+的盐的水溶液
B.放电时,当电路通过0.3 ml电子时,b极薄膜质量增加2.1 g
C.充电时,阳极发生反应为xLi++xe-+Si===LixSi
D.LiPON薄膜在充电及放电过程中参与了电极反应,质量发生变化
2.★★★(双极膜电池)我国科学家研发了一种水系可逆Zn-CO2电池,电池工作时,复合膜(由a、b膜复合而成)层间的H2O解离成H+和OH-,在外加电场中可透过相应的离子膜定向移动。当闭合K1时,Zn-CO2电池工作原理如图所示。下列说法不正确的是(B)
A.闭合K1时,Pd电极电势高于Zn电极电势
B.闭合K2时,Pd电极发生还原反应
C.闭合K2时,OH-通过b膜向Pd电极方向移动
D.闭合K1时,Pd表面的电极反应式为CO2+2H++2e-===HCOOH
3.★★★(液流电池)铁—铬液流电池是近年新投产、较好利用储(放)能技术的新型电池。该电池总反应为Fe3++Cr2+ Fe2++Cr3+。下列有关说法错误的是(D)
A.放电时正极电解质溶液酸性增强
B.储能时原正极上的电极反应为Fe2+-e-===Fe3+
C.负极区电解质溶液中存在Cr3+与Cr2+的相互转化
D.在相同条件下,离子的氧化性:Cr3+>Fe3+
4.★★★(新型二次电池)目前新能源汽车多采用三元锂电池,某三元锂电池的工作原理如图所示,下列说法正确的是(D)
A.充电时,需连接K1、K2,且B极为阴极
B.放电时,A极发生的反应为xLi++6C+xe-===LixC6
C.放电时,电子流向为A极→用电器→B极→电解质溶液→A极
D.外电路每通过1 ml e-时,通过隔膜的Li+质量为7 g
考向3 电解池工作原理及应用
【真题研磨】
典例 (2024·湖北选择考)我国科学家设计了一种双位点PbCu电催化剂,用H2C2O4和NH2OH电化学催化合成甘氨酸,原理如图,双极膜中H2O解离的H+和OH-在电场作用下向两极迁移。已知在KOH溶液中,甲醛转化为HOCH2O-,存在平衡HOCH2O-+OH- [OCH2O]2-+H2O。Cu电极上发生的电子转移反应为[OCH2O]2--e-===HCOO-+H·。下列说法错误的是(B)
A.电解一段时间后阳极区c(OH-)减小
B.理论上生成1 ml H3N+CH2COOH双极膜中有4 ml H2O解离
C.阳极总反应式为2HCHO+4OH--2e-===2HCOO-+H2↑+2H2O
D.阴极区存在反应H2C2O4+2H++2e-===CHOCOOH+H2O
【审答思维】 (1)反应流程分析
(2)题干划线部分关键信息解读
【失分警示】 本题中并不是阳极有氢氧根离子进入,氢氧根离子的浓度就增加,也并不是因为消耗氢氧根离子,氢氧根离子的浓度就减小,阳极区氢氧根离子浓度变化为进入与消耗的差值。
【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】
★★★(电解池原理及应用)如图为电解法处理含有Cl-、NO3-的酸性废水的工作示意图。已知在铁的化合物的催化机理中,H+吸附到b电极表面获得电子形成活性H再参与反应。下列说法错误的是(D)
A.起催化作用的是Fe(Ⅲ)
B.b极的电极反应式为10H++NO3-+8e-===NH4++3H2O
C.阳极附近的pH变小
D.废水处理过程中Cl-浓度基本不变
考向4 电化学装置中的“离子交换膜”
【真题研磨】
典例 (2024·黑、吉、辽选择考)“绿色零碳”氢能前景广阔。为解决传统电解水制“绿氢”阳极电势高、反应速率缓慢的问题,科技工作者设计耦合HCHO高效制H2的方法,装置如图所示。部分反应机理为+12H2。下列说法错误的是(A)
A.相同电量下H2理论产量是传统电解水的1.5倍
B.阴极反应:2H2O+2e-===2OH-+H2↑
C.电解时OH-通过阴离子交换膜向b极方向移动
D.阳极反应:2HCHO-2e-+4OH-===2HCOO-+2H2O+H2↑
【审答思维】
(1)电解池分析
(2)题干划线部分关键信息解读
【失分警示】 原电池装置中,阳离子向正极移动,阴离子向负极移动;电解池装置中阴离子向阳极移动,阳离子向阴极移动。判断过程中容易将两池混淆而作出错误的判断。
【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)1,2-二氯乙烷主要用作聚氯乙烯单体制取过程的中间体,用有机电合成法合成1,2-二氯乙烷的装置如图所示。下列说法中正确的是(C)
A.直流电源电极a为负极
B.X为阳离子交换膜,Y为阴离子交换膜
C.液相反应中,C2H4被氧化为1,2-二氯乙烷
D.该装置总反应为2Cl-+2H2O 2OH-+H2↑+Cl2↑
考向5 金属的电化学腐蚀与防护
【真题研磨】
典例 (2024·浙江6月选考)金属腐蚀会对设备产生严重危害,腐蚀快慢与材料种类、所处环境有关。如图为两种对海水中钢闸门的防腐措施示意图:
下列说法正确的是(B)
A.图1、图2中,阳极材料本身均失去电子
B.图2中,外加电压偏高时,钢闸门表面可发生反应:O2+2H2O+4e-===4OH-
C.图2中,外加电压保持恒定不变,有利于提高对钢闸门的防护效果
D.图1、图2中,当钢闸门表面的腐蚀电流为零时,钢闸门、阳极均不发生化学反应
【审答思维】 题干划线部分关键信息解读
【失分警示】 电解池的阳极和原电池的负极均是发生氧化反应的电极,但是并不都是电极失去电子,因此本题误认为A项正确。
【考场技法】
金属防护分析模型
【多维演练】
(金属的电化学腐蚀)下列根据实验操作及现象进行的分析和推断中,不正确的是(B)
A.NaCl的琼脂水溶液为离子迁移的通路
B.①中变红是因为发生反应2H++2e-===H2↑,促进了水的电离
C.②中可观察到铁钉裸露在外的附近区域产生蓝色沉淀,铜丝附近区域变红
D.①和②中发生的氧化反应均可表示为M-2e-===M2+(M代表锌或铁)
1.★★(金属的腐蚀与防护)港珠澳大桥的设计使用寿命高达120年,主要的防腐方法:①钢梁上安装铝片;②使用高性能富锌(富含锌粉)底漆;③使用高附着性防腐涂料等。下列分析不正确的是(B)
A.防腐涂料可以防水、隔离O2,降低腐蚀速率
B.防腐过程中铝和锌均作为负极,得到电子
C.钢铁在海水中发生吸氧腐蚀时正极反应为O2+2H2O+4e-===4OH-
D.方法①②③只能减缓钢铁腐蚀,不能完全消除铁的腐蚀
2.★★(氧化还原反应的计算)利用石灰乳和硝酸工业的尾气反应,既能净化尾气,又能获得应用广泛的Ca(NO2)2,已知NO2+NO+Ca(OH)2===Ca(NO2)2+H2O,下列说法不正确的是(D)
A.氧化剂与还原剂之比为1∶1
B.NO2-的空间结构为V形
C.每生成1 mlCa(NO2)2,有1 ml电子发生转移
D.当NO2与NO的比值为2∶1时,反应所得的Ca(NO2)2的纯度最高
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(B)
A.充电时,N极接电源的负极
B.放电时,导线中每通过1 ml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.★★★(新型燃料电池)科学家开发了一种可植入体内的燃料电池,血糖(葡萄糖)过高时会激活电池,产生电能进而刺激人造胰岛细胞分泌胰岛素,降低血糖水平。电池工作时的原理如图所示(G—CHO代表葡萄糖)。
下列说法不正确的是(B)
A.该燃料电池是否工作与血糖的高低有关,血糖正常时电池不工作
B.工作时,电极Ⅰ附近pH下降
C.工作时,电子流向:电极Ⅱ→传感器→电极Ⅰ
D.工作时,电极Ⅱ电极反应式为G—CHO+H2O-2e-===G—COOH+2H+
5.★★★(双膜电池)微生物脱盐池是在微生物燃料电池的基础上发展而来的新兴生物电化学系统,示意图如图所示。下列说法正确的是(A)
A.该装置能同时实现海水淡化、化学能转化为电能
B.当消耗标准状况下氧气11.2 L时,透过X、Y交换膜的离子总数是2NA个
C.负极反应为CH3COO-+7OH--8e-===2CO2↑+5H2O
D.Y为阴离子交换膜
6.★★★(新型电池)我国某科研团队借助氧化还原介质(RM),将Li-CO2电池的放电电压提高至3 V以上,该电池的工作原理如图。下列说法正确的是(B)
A.LiFePO4电极的电势比多孔碳电极的高
B.负极反应:LiFePO4-xe-===Li(1-x)FePO4+xLi+
C.RM和RM+-CO2-均为该电池反应的催化剂
D.LiFePO4电极每减重7 g,就有22 g CO2被固定
7.★★★(液流电池)全钒液流电池是一种新型的绿色环保储能系统,工作原理如图所示。当完成储能时,右端储液罐溶液为紫色。下列说法错误的是(B)
A.放电时,正极颜色由黄色→蓝色
B.放电时,H+由电极A→电极B
C.充电时,总反应为V3++VO2++H2O===VO2++V2++2H+
D.充电时,阳极反应为VO2++H2O-e-===VO2++2H+
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(D)
A.Y是电源的正极
B.阳极的电极反应式是2O2--4e-===O2↑
C.总反应可表示为H2O+CO2 H2+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)科研团队开创了海水原位直接电解制氢的全新技术(如图所示)。该研究的关键点是利用海水侧和电解质(KOH)侧的水蒸气压力差使海水自发蒸发,并以蒸汽形式通过透气膜扩散到电解质侧重新液化,即“液-气-液”水迁移机制,为电解提供淡水。下列叙述错误的是(B)
A.直接电解海水存在阳极易腐蚀的问题
B.液态水、阴离子分别不能通过膜a、膜b
C.铅酸蓄电池作电源时,Pb电极与N电极相连
D.电解过程中,阴极区溶液pH可能不变
10.★★★(多池连续装置)为适应不同发电形式产生的波动性,我国科学家设计了一种电化学装置,其原理如图所示。当闭合K1和K3、打开K2时,装置处于蓄电状态;当打开K1和K3、闭合K2时,装置处于放电状态。放电时,双极膜中间层中的H2O解离为H+和OH-并分别向两侧迁移。下列说法错误的是(D)
A.蓄电时,碳锰电极的电极反应式为Mn2+-2e-+2H2O===MnO2+4H+
B.蓄电时,右侧电解池发生的总反应为2ZnO 2Zn+O2↑
C.放电时,每消耗1 ml MnO2,理论上有2 ml H+由双极膜向碳锰电极迁移
D.理论上,该电化学装置运行过程中需要补充H2SO4和KOH
关键信息
信息解读
对环境无害的物质
对环境无害的物质说明反应中的NO3-转化为 N2
O3替换CH3OH
CH3OH中C元素的化合价由 -2 价升高到 +4 价,作 还原 剂,而O3有 强氧化 性
转移的电子数
氧化还原反应中的转移电子数为得到的电子数目或者失去的电子数目,而不是两者之和
关键信息
信息解读
MnO2电极上检测到MnO(OH)和少量ZnMn2O4
二氧化锰电极上检测到两种物质中锰元素的化合价均低于+4,因此放电过程中二氧化锰作正极
充电
充电过程相当于电解质被电解的过程,阳离子向阴极移动,阴离子向阳极移动
关键信息
信息解读
电子转移反应
铜电极上发生的电极反应为失电子的反应,因此铜电极为阳极,另一电极为阴极
c(OH-)减小
阳极区氢氧根离子浓度变化决定于双极膜上进入的氢氧根离子与阳极上消耗的氢氧根离子的差值
双极膜中有
4 ml H2O解离
双极膜上解离的水的物质的量等于电路中转移电子的物质的量
关键信息
信息解读
相同电量
相同电量是指转移电子的物质的量相等
传统电解水
水通电生成氢气和氧气的过程中每生成1 ml氢气,转移2 ml电子
关键信息
信息解读
本身均失去电子
普通原电池的负极若用活泼金属作电极,放电时,负极 失去 电子,发生氧化反应;电解池的阳极一般为辅助阳极,阴离子在阳极上 失去 电子,发生氧化反应,因此不是自身失去电子
外加电压偏高
外加电压偏高时,电极表面聚集的电子数较多,除了海水中的H+放电外,海水中溶解的 O2 也会竞争放电
腐蚀电流
从牺牲阳极或外加电源传递过来的电子阻止了铁的反应,钢闸门 不发生 化学反应,阳极发生了 氧化 反应
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
操作
现象
一段时间后:①中,铁钉裸露在外的附近区域变红;
②中……
离子种类
VO2+
VO2+
V3+
V2+
颜色
黄色
蓝色
绿色
紫色