专题九 化学反应与电能-2022届高三高考化学复习考点剖析

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专题七  化学反应与电能1．两大工作原理(1)原电池工作原理示意图①无论是装置Ⅰ还是装置Ⅱ，电子均不能通过电解质溶液。②在装置Ⅰ中，由于不可避免会直接发生Zn＋Cu2＋===Cu＋Zn2＋而使化学能转化为热能，所以装置Ⅱ的能量转化率高。(2)电解池工作原理示意图①与电源正极相连的为阳极；与电源负极相连的为阴极。②电解液中阳离子移向阴极；阴离子移向阳极。2．电极的判断方法(1)原电池中正极和负极的5种判断方法(2)电解池中阴极和阳极的5种判断方法3．电解池的电极反应及其放电顺序（1）阳离子在阴极上的放电顺序：Ag＋＞Hg2＋＞Fe3＋＞Cu2＋＞H＋(酸)＞Pb2＋＞Fe2＋＞Zn2＋＞H＋(水)。(2)阴离子在阳极上的放电顺序：S2－＞I－＞Br－＞Cl－＞OH－。4．电解的四大类型及规律类型电极反应特点实例电解物质电解液浓度pH电解液复原方法电解水型阴极：4H＋＋4e－===2H2↑阳极：4OH－－4e－===2H2O＋O2↑NaOHH2O增大增大加H2OH2SO4减小Na2SO4不变电解电解质型电解质的阴、阳离子分别在两极放电HCl电解质减小增大通入HCl气体CuCl2—加CuCl2放H2生碱型阴极：放H2生成碱阳极：电解质阴离子放电NaCl电解质和水生成新电解质增大通入HCl气体放O2生酸型阴极：电解质阳离子放电阳极：放O2生成酸CuSO4减小加CuO 5．金属腐蚀与防护的方法(1)金属腐蚀快慢程度的判断方法(2)金属电化学保护的两种方法6、新型电池电极反应式的书写（1）、燃料电池电极反应式的书写(以氢氧燃料电池为例)①注意介质环境②     掌握书写程序（2）其他新型电池钠硫电池总反应：2Na＋xS===Na2Sx正极：xS＋2e－===S；负极：2Na－2e－===2Na＋全钒液流电池总反应：VO＋2H＋＋V2＋V3＋＋VO2＋＋H2O正极：VO＋2H＋＋e－===VO2＋＋H2O负极：V2＋－e－===V3＋锂­铜电池总反应：2Li＋Cu2O＋H2O===2Cu＋2Li＋＋2OH－正极：Cu2O＋H2O＋2e－===2Cu＋2OH－负极：Li－e－===Li＋Mg-­H2O2电池总反应：H2O2＋2H＋＋Mg===Mg2＋＋2H2O正极：H2O2＋2H＋＋2e－===2H2O；负极：Mg－2e－===Mg2＋Mg-­AgCl电池总反应：Mg＋2AgCl===2Ag＋MgCl2正极：2AgCl＋2e－===2Cl－＋2Ag；负极：Mg－2e－===Mg2＋镍铁电池总反应：NiO2＋Fe＋2H2OFe(OH)2＋Ni(OH)2正极：NiO2＋2e－＋2H2O===Ni(OH)2＋2OH－负极：Fe－2e－＋2OH－===Fe(OH)2阳极：Ni(OH)2＋2OH－－2e－===NiO2＋2H2O阴极：Fe(OH)2＋2e－===Fe＋2OH－锂离子电池 总反应：Li1－xCoO2＋LixC6LiCoO2＋C6(x<1)正极：Li1－xCoO2＋x e－＋x Li＋===LiCoO2负极：LixC6－ x e－=== x Li＋＋C6阳极：LiCoO2－x e－===Li1－xCoO2＋x Li＋阴极：x Li＋＋x e－＋C6===LixC6 （3）题型建模　 命题考点分析命题点一　新型化学电源1．世界某著名学术刊物近期介绍了一种新型中温全瓷铁－空气电池，其结构如图所示。下列有关该电池放电时的说法正确的是(　　)A．a极发生氧化反应B．正极的电极反应式为FeOx＋2xe－===Fe＋xO2－C．若有22.4 L(标准状况)空气参与反应，则电路中有4 mol电子转移D．铁表面发生的反应为xH2O(g)＋Fe===FeOx＋xH22．某新型电池，以NaBH4(B的化合价为＋3价) 和H2O2作原料，该电池可用作深水勘探等无空气环境电源，其工作原理如图所示。下列说法不正确的是(　　)A．每消耗3 mol H2O2，转移的电子为6 molB．电池工作时Na＋从b极区移向a极区C．b极上的电极反应式：H2O2＋2e－===2OH－D．a极上的电极反应式：BH＋8OH－－8e－===BO＋6H2O命题点二　可逆电池有关可逆电池的解题思路例题1．我国科学家研发了一种室温下“可呼吸”的Na­CO2二次电池。将NaClO4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＋4Na2Na2CO3＋C。下列说法错误的是(　　)A．放电时，ClO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－===2CO＋CD．充电时，正极反应为Na＋＋e－===Na例题2锌—铈液流电池体系作为氧化还原液流电池中的新生一代，有着诸多的优势，如开路电位高、污染小等。锌—铈液流电池放电时的工作原理如图所示，其中，b电极为惰性材料，不参与电极反应。下列有关说法正确的是(　　)A．放电时，电池的总反应式为2Ce4＋＋Zn===Zn2＋＋2Ce3＋B．充电时，a极发生氧化反应，b极发生还原反应C．充电时，当电路中通过0.1 mol电子时，b极增加14 gD．选择性离子膜为阴离子交换膜，能阻止阳离子通过命题点三　带离子交换膜的电化学装置常见的离子交换膜种类允许通过的离子及移动方向说明阳离子交换膜阳离子→移向电解池的阴极或原电池的正极阴离子和气体不能通过阴离子交换膜阴离子→移向电解池的阳极或原电池的负极阳离子和气体不能通过质子交换膜质子→移向电解池的阴极或原电池的正极只允许H＋通过【解题模型】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SO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。判断ab、cd是什么交换膜；判断离子的迁移方向；书写电极反应式；判断电极产物。①弄清是原电池还是电解池，电极有外接电源→电解池；n→阳极，m→阴极②根据电极判断离子的移动方向和交换膜的种类Na＋→通过ab→阴极⇒ab是阳离子交换膜SO→通过cd→阳极⇒cd是阴离子交换膜③根据放电顺序写出电极反应式阴极，阳离子竞争放电，放电顺序：H＋>Na＋，阴极的电极反应式为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－；阳极，阴离子竞争放电，放电顺序：OH－>SO，阳极的电极反应式为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋。④根据电极反应式和离子移动方向确定电极反应物阴极H＋放电生成H2，剩余OH－与迁移过来的Na＋生成NaOH；阳极OH－放电生成O2，剩余H＋与迁移过来的SO生成H2SO4。 例题：用一种阴、阳离子双隔膜三室电解槽处理废水中的NH，模拟装置如图所示。下列说法正确的是(　　)A．阳极室溶液由无色变成棕黄色B．电解一段时间后，阴极室溶液中的溶质一定是(NH4)3PO4C．电解一段时间后，阴极室溶液中的pH升高D．当电路中通过1 mol电子的电量时，阴极有0.25 mol的O2生成命题点四　电解原理在环保、新材料制备中的应用1、以惰性电极电解电解质溶液的规律 考点5、电解原理的应用1、电解饱和食盐水（氯碱工业）阳极反应式：2Cl－－2e－===Cl2↑(氧化反应)阴极反应式：2H＋＋2e－===H2↑(还原反应)总反应方程式：2NaCl＋2H2O   2NaOH＋H2↑＋Cl2↑2、电解精炼铜(1)电极材料：阳极为粗铜；阴极为纯铜。(2)电解质溶液：含Cu2＋的盐溶液。(3)电极反应：阳极：Zn－2e－==Zn2＋、Fe－2e－==Fe2＋、Ni－2e－==Ni2＋、Cu－2e－==Cu2＋；阴极：Cu2＋＋2e－==Cu。(4)阳极泥的形成：在电解过程中，活动性位于铜之后的银、金等杂质，难以在阳极失去电子变成阳离子而溶解，它们以金属单质的形式沉积在电解槽底部，形成阳极泥。3、电镀图为金属表面镀银的工作示意图，据此回答下列问题：       (1)镀件作阴极，镀层金属银作阳极。(2)电解质溶液是AgNO3溶液等含镀层金属阳离子的盐溶液。(3)电极反应：阳极：Ag－e－===Ag＋；阴极：Ag＋＋e－===Ag。(4)特点：阳极溶解，阴极沉积，电镀液的浓度不变。     例题：ClO2是一种安全稳定的消毒剂。工业上利用惰性电极电解氯化铵和盐酸制备ClO2的原理如图所示，下列有关说法错误的是(　　)A．b电极接直流电源的负极B．a电极上的电极反应式为NH－6e－＋3Cl－===NCl3＋4H＋C．若有2 g H2生成，通过阴离子交换膜的Cl－的物质的量为1 molD．ClO2发生器中反应的离子方程式为6ClO＋NCl3＋3H2O===6ClO2↑＋NH3↑＋3Cl－＋3OH－命题点五　新环境下金属的腐蚀与防护1、化学腐蚀与电化学腐蚀类型化学腐蚀电化学腐蚀条件金属跟非金属单质直接接触不纯金属或合金跟电解质溶液接触现象无电流产生有微弱电流产生本质金属被氧化较活泼金属被氧化联系两者往往同时发生，电化学腐蚀更普遍 2、析氢腐蚀与吸氧腐蚀（以钢铁的腐蚀为例进行分析）类型析氢腐蚀吸氧腐蚀条件水膜酸性较强(pH≤4.3)水膜酸性很弱或呈中性电极反应负极Fe－2e－===Fe2＋ 正极2H＋＋2e－===H2↑O2＋2H2O＋4e－===4OH－总反应式Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑2Fe＋O2＋2H2O=2Fe(OH)2联系吸氧腐蚀更普遍 3、金属的防护(1)电化学防护。①牺牲阳极的阴极保护法—原电池原理a．负极：比被保护金属活泼的金属；b．正极：被保护的金属设备。②外加电流的阴极保护法—电解原理a．阴极：被保护的金属设备；b．阳极：惰性金属或石墨。(2)改变金属的内部结构，如制成合金、不锈钢等。(3)加防护层，如在金属表面喷油漆、涂油脂、电镀、喷镀或表面钝化等方法。例题1：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。示意图如图所示，其中电极分别为ZnO@石墨烯(石墨烯包裹的ZnO)和石墨烯，石墨烯电极区发生反应为：①EDTA­Fe2＋－e－ = EDTA­Fe3＋；②2EDTA­Fe3＋＋H2S = 2H＋＋S＋2EDTA­Fe2＋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＋H2S===CO＋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EDTA­Fe3＋/EDTA­Fe2＋，溶液需为酸性答案：C解析：阴极发生还原反应，氢离子由交换膜右侧向左侧迁移，阴极的电极反应式为CO2＋2e－＋2H＋===CO＋H2O，A项正确；结合阳极区发生的反应，可知协同转化总反应为CO2＋H2S===S＋CO＋H2O，B项正确；石墨烯作阳极，其电势高于ZnO@石墨烯的，C项错误；Fe3＋、Fe2＋在碱性或中性介质中会生成沉淀，它们只稳定存在于酸性较强的介质中，D项正确。例题2： 深埋在潮湿土壤中的铁管道，在硫酸盐还原菌作用下，能被硫酸根腐蚀，其电化学腐蚀原理如下图所示，下列与此原理有关的说法错误的是(　　)A．正极反应：SO42-＋5H2O＋8e－===HS－＋9OH－B．输送暖气的管道不易发生此类腐蚀C．这种情况下，Fe腐蚀的最终产物为Fe2O3·xH2OD．管道上刷富锌油漆可以延缓管道的腐蚀答案：C解析：原电池的正极发生还原反应，由图示可知发生的电极反应为SO＋5H2O＋8e－===HS－＋9OH－，A正确；硫酸盐还原菌是蛋白质，在高温下易变性，失去催化作用，则输送暖气的管道不易发生此类腐蚀，B正确；由图示可知，Fe腐蚀的最终产物为FeO，C错误；管道上刷富锌油漆，形成Zn-­Fe原电池，Fe为正极，可以延缓管道的腐蚀，D正确。 命题点六　电化学相关计算及电极反应式的书写陌生电极反应式的书写[说明]　高考题中往往是非水溶液或具有离子交换膜，应根据图示信息确定电极反应方程式中需添加的“粒子”形式。 例题：(1)粗铜电解精炼的废电解液中常含有Zn2＋、Pb2＋，向废电解液中加入Na2S溶液，当有PbS和ZnS沉淀时，＝________。[已知：Ksp(PbS)＝3.4×10－28，Ksp(ZnS)＝1.6×10－24](2)利用电化学还原CO2制取ZnC2O4的示意图如图所示，电解液不参与反应。则Pb电极的电极反应为________________________，当通入标准状况下11.2 L CO2时，转移电子数为________。