2022 高考化学二轮专题复习 专题六　氧化还原反应与电化学课件PPT

这是一份2022 高考化学二轮专题复习 专题六　氧化还原反应与电化学课件PPT，共60页。PPT课件主要包含了内容索引，五年高考命题研究，要点归纳•再提升，两条概念线索，高价-低价，经典对练•得高分，答案B，答案A，对点演练，答案C等内容，欢迎下载使用。

高考总复习
第一编
2022
内容索引
考点一　氧化还原反应的概念及应用
考点二　原电池原理　新型化学电源
考点三　电解原理及其应用
专项模块　素养培优
五年高考 命题研究
考点一　氧化还原反应的概念 及应用
要点归纳•再提升
1.两条概念线索
特别提醒氧化还原反应的几个误区(1)误认为有单质参与或生成的反应一定是氧化还原反应。如O2与O3的转化为非氧化还原反应。(2)误认为元素由化合态变为游离态一定被还原,其实不一定。如HCl→Cl2,氯元素被氧化,CuO→Cu,铜元素被还原。(3)误认为氧化还原反应中有一种元素被氧化,则一定有另一种元素被还原,其实不一定。如Cl2+H2O HCl+HClO中,被氧化和被还原的都是氯元素。
(4)误认为具有氧化性的物质和具有还原性的物质一定都能发生化学反应,其实不一定。如SO2具有还原性,浓硫酸具有氧化性,但二者不发生氧化还原反应。(5)误认为同种元素的高价态的物质一定比低价态物质的氧化性强,其实不一定。如HClO的氧化性高于HClO4。
2.氧化还原反应中的“四大规律”
3.新情境下氧化还原反应方程式的书写与配平根据题目所给信息提炼反应物、生成物,进而分析反应中电子的得失情况,其流程为:
4.应用电子守恒解题的三步骤
高价-低价
5.三步解答氧化还原反应的题目
经典对练•得高分
考向1　氧化还原反应的概念及相互关系真题示例1-1.(2020浙江卷,10)反应MnO2+4HCl(浓) MnCl2+Cl2↑+2H2O中,氧化产物与还原产物的物质的量之比是(　　)A.1∶2 B.1∶1C.2∶1 D.4∶1
答案 B　
解析 ,还原产物是MnCl2,氧化产物是Cl2,二者的物质的量之比为1∶1,B项正确。
1-2.(2020北京卷,3)水与下列物质反应时,水表现出氧化性的是(　　)A.Na B.Cl2C.NO2 D.Na2O
答案 A　
解析 Na与H2O发生反应,2Na+2H2O==2NaOH+H2↑,H2O中H元素化合价由+1价降为0价,得电子被还原,在反应中表现出氧化性,故A符合题意;Cl2与H2O发生反应Cl2+H2O HCl+HClO,H2O中的元素没有发生化合价的变化,水在反应中既不是氧化剂也不是还原剂,既不表现氧化性也不表现还原性,故B不符合题意;NO2与水发生反应3NO2+H2O==2HNO3+NO,H2O中的元素没有发生化合价的变化,水在反应中既不是氧化剂也不是还原剂,既不表现氧化性也不表现还原性,故C不符合题意;Na2O与H2O发生反应Na2O+H2O==2NaOH,该反应没有元素化合价变化,不是氧化还原反应,水在反应中既不表现氧化性也不表现还原性,故D不符合题意。
对点演练1.(2021黑龙江鹤岗模拟)高锰酸钾溶液在酸性条件下可以与硫酸亚铁反应,化学方程式为KMnO4+FeSO4+H2SO4→K2SO4+MnSO4+Fe2(SO4)3+H2O(未配平)。下列说法正确的是(　　)A.Fe2+的还原性强于Mn2+B.Mn 是氧化剂,Fe3+是还原产物C.氧化剂和还原剂物质的量之比为5∶1D.生成1 mol水时,转移2.5 mol电子
答案 A　
解析 Fe2+化合价升高,是还原剂,Mn2+是还原产物,还原性:还原剂>还原产物,即Fe2+>Mn2+,故A项正确;Mn 中Mn元素化合价降低,是氧化剂,Fe3+是氧化产物,故B项错误;锰元素由+7价降至+2价,铁元素由+2价升至+3价,根据得失电子守恒可得,反应的化学方程式为2KMnO4+10FeSO4+8H2SO4==K2SO4+2MnSO4+5Fe2(SO4)3+8H2O,由此可知氧化剂和还原剂物质的量之比为1∶5,故C项错误;根据化学方程式可知,生成8 mol水时转移10 mol电子,所以生成1 mol水时,转移1.25 mol电子,故D项错误。
考向2　氧化还原反应化学方程式、离子方程式的书写和配平真题示例2.(2019江苏卷,16节选)N2O、NO和NO2等氮氧化物是空气污染物,含有氮氧化物的尾气需处理后才能排放。(1)N2O的处理。N2O是硝酸生产中氨催化氧化的副产物,用特种催化剂能使N2O分解。NH3与O2在加热和催化剂作用下生成N2O的化学方程式为 　 。 
(2)NO的氧化吸收。用NaClO溶液吸收硝酸尾气,可提高尾气中NO的去除率。其他条件相同,NO转化为N 的转化率随NaClO溶液初始pH(用稀盐酸调节)的变化如图所示。
①在酸性NaClO溶液中,HClO氧化NO生成Cl-和N ,其离子方程式为　。 ②NaClO溶液的初始pH越小,NO转化率越高。其原因是 　　　　　　。 
答案 (1)2NH3+2O2 N2O+3H2O(2)①3HClO+2NO+H2O==3Cl-+2N +5H+②溶液pH越小,溶液中HClO的浓度越大,氧化NO的能力越强
解析 本题以氮氧化物的处理为载体,考查有关化学方程式或离子方程式的书写。
(2)①在酸性条件下,氧化剂HClO+2e-→Cl-,还原剂NO-3e-→N ,根据电子守恒和原子守恒,写出离子方程式:2NO+3HClO+H2O==2N +3Cl-+5H+。②溶液pH越小,c(HClO)越大,氧化NO的能力越强。
对点演练
B.反应过程中溶液的pH减小C.生成1 mol NaNO3需消耗0.4 mol KMnO4D.　中的粒子是OH-
答案 C　
解析 根据原子守恒和电荷守恒可推出离子方程式左边缺正电荷和H元素,所以　内应填H+,配平离子方程式为
2-2.(2021陕西延安模拟)高铁酸钠(Na2FeO4)是水处理过程中使用的一种新型净水剂,它的氧化性比高锰酸钾更强,本身在反应中被还原为Fe2+。配平制取高铁酸钠的化学方程式:　　　Fe(NO3)3+　　　NaOH+　　Cl2==　　　Na2FeO4+　　　NaCl+6NaNO3+8H2O。反应中,　　　　　元素被氧化,每生成8 mol H2O转移电子总数为　　　。 
答案 2　16　3　2　6　Fe　6NA
解析 依据方程式可知,反应前后Fe元素的化合价由+3价→+6价,被氧化,而Cl元素则由0价→-1价,被还原,氧化还原反应中得失电子应守恒,所以Fe(NO3)3前的计量数为2,Cl2前的计量数为3,再通过质量守恒定律,推断得出该反应的化学方程式为2Fe(NO3)3+16NaOH+3Cl2==2Na2FeO4+6NaNO3+6NaCl+8H2O;每生成8 mol H2O即消耗3 mol Cl2转移电子总数为6NA。
技法点拨氧化还原反应方程式的配平方法
考向3　考查氧化还原反应的规律及其应用真题示例
3.(2021广东卷,9)火星大气中含有大量CO2,一种有CO2参加反应的新型全固态电池有望为火星探测器供电。该电池以金属钠为负极,碳纳米管为正极,放电时(　　)A.负极上发生还原反应B.CO2在正极上得电子C.阳离子由正极移向负极D.将电能转化为化学能
答案 B　
解析 本题考查新型化学电源。电池的负极发生氧化反应,A项错误;CO2在正极上得电子发生还原反应,B项正确;放电时阳离子移向正极,C项错误;原电池是把化学能转化为电能,D项错误。
对点演练3-1.(2021辽宁锦州模拟)已知H2SO3+I2+H2O==H2SO4+2HI,将0.1 mol Cl2通入100 mL含等物质的量的HI与H2SO3的混合溶液中,有一半的HI被氧化,则下列说法正确的是(　　)A.物质的还原性:HI>H2SO3>HClB.H2SO3的物质的量浓度为0.6 mol·L-1C.若再通入0.05 mol Cl2,则恰好能将HI和H2SO3完全氧化D.通入0.1 mol Cl2发生反应的离子方程式为5Cl2+4H2SO3+2I-+4H2O==4S +I2+10Cl-+16H+
答案 D　
解析 由已知反应可知,还原性:H2SO3>HI,故向混合溶液中通入Cl2后先发生反应:Cl2+H2SO3+H2O==2HCl+H2SO4,H2SO3反应完全后发生反应:Cl2+2HI==I2+2HCl,则还原性:HI>HCl,故还原性:H2SO3>HI>HCl,A项错误;设HI和H2SO3的物质的量浓度均为x mol·L-1,根据二者分别与Cl2反应的化学方程式并结合有一半的HI被氧化可知Cl2完全反应,则0.1x+ =0.1,解得x=0.8,B项错误;混合溶液中还剩余0.04 mol HI未被氧化,故只需再通入0.02 mol Cl2,即可恰好将HI和H2SO3完全氧化,C项错误;通入0.1 mol Cl2后,0.08 mol H2SO3和0.04 mol HI完全反应,即参与反应的n(Cl2)∶n(H2SO3)∶n(HI)=5∶4∶2,反应的离子方程式为5Cl2+4H2SO3+2I-+4H2O==4S +I2+10Cl-+16H+,D项正确。
3-2.(2021山东聊城模拟)工业上从含硒的废液中提取硒的方法之一是用硫酸和硝酸处理废料,获得亚硒酸和少量硒酸,再与盐酸共热,硒酸转化为亚硒酸(2HCl+H2SeO4==H2SeO3+Cl2↑+H2O),在亚硒酸溶液中通入SO2,有单质硒析出。下列说法错误的是(　　)A.氧化性:H2SeO4>Cl2>H2SO3B.酸性:H2SO4>H2SeO4C.析出1 mol硒需要消耗标准状况下22.4 L SO2D.亚硒酸理论上既有氧化性,又有还原性,但还原性不及亚硫酸
答案 C　
解析 在反应2HCl+H2SeO4==H2SeO3+Cl2↑+H2O中,氧化剂是H2SeO4,氧化产物是Cl2,所以氧化性:H2SeO4>Cl2;在Cl2+H2SO3+H2O==2HCl+H2SO4中,氯气是氧化剂,H2SO3是还原剂,则氧化性:Cl2>H2SO3,A正确;同一主族的元素,元素的非金属性越强,其最高价含氧酸的酸性就越强,元素的非金属性:S>Se,所以酸性:H2SO4>H2SeO4,B正确;根据氧化还原反应中电子转移数目相等可知,析出1 mol硒转移4 mol电子,则需要消耗标准状况下44.8 L SO2,C错误;在亚硒酸中Se元素的化合价为+4价,介于该元素的最高化合价和最低化合价之间,理论上既有氧化性,又有还原性,根据化学反应:2HCl+H2SeO4==H2SeO3+Cl2↑+H2O、Cl2+H2SO3+H2O==2HCl+H2SO4,则还原性:亚硫酸>亚硒酸,D正确。
技法点拨根据影响因素判断氧化性、还原性强弱的方法
易错防范•不失分
判断正误(正确的画“√”,错误的画“×”)。(1)若不同的氧化剂与同一还原剂发生反应时,所需温度高低不同,则温度低的氧化性弱。(　　)(2)含最高价元素的化合物,一定具有强氧化性。(　　)(3)有单质参加或生成的化学反应一定是氧化还原反应。(　　)
答案 (1)×　(2)×　(3)×
考点二　原电池原理　 新型化学电源
要点归纳•再提升
1.构建原电池思维模型
2.把握可充电电池题目的解答思路
微点拨可充电电池原理示意图
3.燃料电池题目的解答(1)解答燃料电池题目的思维模型
(2)燃料电池电极反应式的书写步骤①“6”步突破燃料电池负极反应式的书写
②熟记常见氧气在正极反应电极反应式
负极电极反应式=总反应的方程式-正极电极反应式。
4.新型化学电源中电极反应式的书写方法(1)书写步骤
(2)不同介质在电极反应式中的“去留”
5.离子交换膜的功能、类型与作用
经典对练•得高分
考向1　可充电电池真题示例1-1.(2020全国Ⅰ卷,12)科学家近年发明了一种新型Zn-CO2水介质电池。电池示意图如图,电极为金属锌和选择性催化材料。放电时,温室气体CO2被转化为储氢物质甲酸等,为解决环境和能源问题提供了一种新途径。
下列说法错误的是(　　)
思路点拨
答案 D　
1-2.(2021湖南卷,10)锌—溴液流电池是一种先进的水溶液电解质电池,广泛应用于再生能源储能和智能电网的备用电源等。三单体串联锌—溴液流电池工作原理如图所示:
下列说法错误的是(　　)A.放电时,N极为正极B.放电时,左侧贮液器中ZnBr2的浓度不断减小C.充电时,M极的电极反应式为Zn2++2e-==ZnD.隔膜允许阳离子通过,也允许阴离子通过
答案 B　
解析 本题考查新型化学电源工作原理。该电池放电反应总方程式:Zn+Br2==ZnBr2,放电时,Zn在负极反应,Br2在正极反应,A项正确,根据原电池中离子的移动规律可知,左侧贮液器中ZnBr2的浓度不会减小,B项错误;充电时,锌极为阴极发生还原反应:Zn2++2e-==Zn,C项正确;放电时,Br2得电子产生Br-,通过隔膜迁移向负极区,形成ZnBr2回流至左侧贮液器,Zn失电子产生Zn2+,通过隔膜迁移至正极区,形成ZnBr2回流至右侧贮液器,充电时,Zn2+得电子生成Zn在M极放电,部分Zn2+在隔膜上生成沉积锌,而Br-在贮液器处转化为Br2复合物贮存,该过程中Zn2+、Br-都可以通过隔膜,D项正确。
对点演练1-1.(2021江苏常州模拟)我国科学家研制了一种新型的高比能量锌—碘溴液流电池,其工作原理示意图如下。图中贮液器可储存电解质溶液,提高电池的容量。下列分析错误的是(　　)
A.放电时,a电极的电极反应式为I2Br-+2e-==2I-+Br-B.放电时,溶液中离子的数目增大C.充电时,b电极每增重0.65 g,溶液中有0.02 mol I-被氧化D.充电时,a电极接外电源负极
答案 D　
解析 根据题意分析可知,放电时,a电极为正极,碘得电子变成碘离子,正极的电极反应式为I2Br-+2e-==2I-+Br-,故A正确;放电时,正极的电极反应式为I2Br-+2e-==2I-+Br-,溶液中离子数目增大,故B正确;充电时,b电极的电极反应式为Zn2++2e-==Zn,每增加0.65 g,转移0.02 mol电子,阳极的电极反应式为Br-+2I--2e-==I2Br-,有0.02 mol I-失电子被氧化,故C正确;充电时,a是阳极,应与外电源的正极相连,故D错误。
1-2.(2021河南开封模拟)某课题组以纳米Fe2O3作为电极材料制备锂离子电池(另一极为金属锂和石墨的复合材料),通过在室温条件下对锂离子电池进行循环充放电,成功地实现了对磁性的可逆调控(如图)。下列说法错误的是(　　)
A.放电时,负极的电极反应式为Li-e-==Li+B.放电时,电子通过电解质从Li流向Fe2O3C.充电时,Fe作阳极,电池逐渐摆脱磁铁吸引D.充电时,阳极的电极反应式为2Fe+3Li2O-6e-==Fe2O3+6Li+
答案 B　
解析 该电池在充、放电时的总反应为6Li+Fe2O3 3Li2O+2Fe;放电时,Li为负极,失去电子,发生氧化反应,电极反应式是Li-e-==Li+,选项A正确;放电时,电子通过外电路从负极Li流向正极Fe2O3,不能经过电解质,选项B错误;充电时,Fe作阳极,失去电子,发生氧化反应,被氧化为Fe2O3,Fe2O3不能被磁铁吸引,故电池逐渐摆脱磁铁吸引,选项C正确;充电时,阳极失去电子,发生氧化反应,该电极反应式为2Fe-6e-+3Li2O==Fe2O3+6Li+,选项D正确。
技法点拨充电电池的电极反应式的书写先判断电池放电时的正、负极,根据电池充电时阳极接电源正极,阴极接电源负极的原理,将电池放电时负极反应反着写,则为充电时阴极的反应式,而正极反应式反着写为充电时的阳极反应式。
考向2　燃料电池真题示例
A.负载通过0.04 mol电子时,有0.224 L(标准状况)O2参与反应B.正极区溶液的pH降低,负极区溶液的pH升高
D.电流由复合碳电极经负载、VB2电极、KOH溶液回到复合碳电极
思路点拨第一步,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,根据微粒变化,判断电池的正负极。由题给VB2电极反应可知,该电极上发生失电子的氧化反应,故该电极为负极,复合碳电极为正极。
答案 B　
点睛本题考查的关键能力侧重两个方面:一是理解与辨析能力,能够从题给电化学装置中提取有效信息,根据物质变化过程判断正负极、离子浓度变化、电子移动方向等;二是分析与推测能力,能够根据原电池的工作原理,利用题干提供的信息分析正负极反应及微粒的变化、判断电池总反应的正误等。
2-2.(2019江苏卷,11)氢气与氧气生成水的反应是氢能源应用的重要途径。下列有关说法正确的是(　　)A.一定温度下,反应2H2(g)+O2(g)==2H2O(g)能自发进行,该反应的ΔH<0B.氢氧燃料电池的负极反应为O2+2H2O+4e-==4OH-C.常温常压下,氢氧燃料电池放电过程中消耗11.2 L H2,转移电子的数目为6.02×1023D.反应2H2(g)+O2(g) ==2H2O(g)的ΔH可通过下式估算:ΔH=反应中形成新共价键的键能之和-反应中断裂旧共价键的键能之和
答案 A　
解析 氢气与氧气反应生成水是可自发进行的放热的反应,ΔH<0,A项正确;氢氧燃料电池的负极反应为氧化反应,应是氢气在负极放电,B项错误;常温常压下,Vm大于22.4 L·mol-1,若常温常压下氢氧燃料电池消耗的氢气体积为11.2 L,则n(H2)<0.5 mol,转移电子数目小于6.02×1023,C项错误;反应2H2(g)+O2(g) ==2H2O(g)的ΔH=反应中断裂旧共价键的键能之和-反应中形成新共价键的键能之和,D项错误。
对点演练2-1.(2020河南濮阳模拟)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+2C -4e-==3CO2↑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,因为在电极Y上O2得到电子生成O2-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+2C -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转化为热能,热能转化为机械能,机械能再转化为电能,其中能量损耗较大,D项正确。
2-2.(2020山东济南模拟)锂—铜空气燃料电池容量高、成本低,具有广阔的发展前景。该电池通过一种复杂的铜腐蚀“现象”产生电力,其中放电过程为2Li+Cu2O+H2O==2Cu+2Li++2OH-。下列说法不正确的是(　　)
A.放电时,正极的电极反应式为Cu2O+H2O+2e-==2OH-+2CuB.放电时,电子透过固体电解质向Li极移动C.通空气时,铜电极被腐蚀,表面产生Cu2OD.整个反应过程中,氧化剂为O2
答案 B　
解析 题给电池放电过程为2Li+Cu2O+H2O==2Cu+2Li++2OH-,正极上Cu2O反应,碱性条件下通空气时,铜被氧化表面产生Cu2O,故A、C正确;放电时,阳离子向正极移动,则Li+透过固体电解质向Cu极移动,但电子不能在电解质中流动,故B错误;通空气时,铜被腐蚀,表面产生Cu2O,放电时Cu2O转化为Cu,则整个反应过程中氧化剂为O2,故D正确。
考向3　新型化学电源真题示例3-1.(2019全国Ⅰ卷,12)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,示意图如下所示。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
思路点拨第一步: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+。第四步:逐项分析判断。
答案 B　
3-2.(2021河北卷,9)K-O2电池结构如图,a和b为两个电极,其中之一为单质钾片。关于该电池,下列说法错误的是(　　)
A.隔膜允许K+通过,不允许O2通过B.放电时,电流由b电极沿导线流向a电极;充电时,b电极为阳极C.产生1 Ah电量时,生成KO2的质量与消耗O2的质量比值约为2.22D.用此电池为铅酸蓄电池充电,消耗3.9 g钾时,铅酸蓄电池消耗0.9 g水
答案 D　
解析 a电极的材料是钾片,为原电池的负极,b电极为原电池的正极,则充电时a电极为阴极、b电极为阳极。O2在正极得电子后结合K+生成KO2,所以K+通过隔膜,A项正确;放电时,电子从负极通过外电路流向正极,而电流方向与电子流向相反,即电流由b电极沿导线流向a电极,充电时b电极作阳极,B项正确;每生成1 mol KO2需要消耗1 mol O2,即生成KO2的质量与消耗O2的质量比约为71 g∶32 g≈2.22,C项正确;消耗3.9 g钾时,转移电子的物质的量为0.1 mol,依据铅酸蓄电池反应式Pb+PbO2+2H2SO4 2PbSO4+2H2O,此时消耗0.1 mol水,即1.8 g水,D项错误。
对点演练3-1.(2021山东聊城一模)我国科学家在研究HCOOH燃料电池方面有重大进展,装置如图所示,两电极区间用离子交换膜隔开。下列说法正确的是(　　)
A.正极的电极反应式为HCOO--2e-+2OH-==HC +H2OB.隔膜为阴离子交换膜,储液池中需补充的物质A为H2SO4C.放电时,1 mol HCOOH转化为KHCO3时,消耗11.2 L 氧气
D.当电路中转移1 mol电子时,理论上生成87 g K2SO4
答案 D　
3-2.(2021河北邢台模拟)一种新型太阳光电化学电池贮能时电解质溶液中离子在两极发生如图所示的转化。下列说法正确的是(　　)
A.贮能时,电能转变为化学能和光能B.贮能和放电时,电子在导线中流向相同C.贮能时,氢离子由a极区迁移至b极区
答案 D　
解析 A项,贮能时,太阳能转化为化学能,错误;B项,贮能过程相当于电解,放电时是原电池原理,电子在导线中流向相反,错误;C项,贮能时,a极发生反应V3++e-==V2+,b极发生反应VO2+-e-+H2O==V +2H+,H+由b极区迁移到a极区,错误。
易错防范•不失分
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一定是负极。(　　)(3)铁、铜及稀硫酸构成的原电池中,负极的电极反应式为Fe-3e-==Fe3+。(　　)(4)用稀硫酸和锌粒制取H2时,加入几滴CuSO4溶液可以加快反应速率。(　　)(5)原电池工作时,溶液中的阳离子向负极移动。(　　)
答案 (1)×　(2)×　(3)×　(4)√　(5)×
易错警示规避原电池工作原理的3个失分点
考点三　电解原理及其应用
要点归纳•再提升
1.图解电解池工作原理(阳极为惰性电极)
微点拨电解是在电解质电离的基础上完成的。电解需要外加直流电源,是化学过程,电离一般在水溶液或熔融状态下完成,为物理过程。
2.明确电解池的电极反应及其放电顺序
3.电化学计算的基本方法
4.电解池中电极反应式的书写方法(1)书写步骤①首先注意阳极是活性材料还是惰性材料。②分析确定溶液中所有的阴阳离子并明确放电顺序。③根据放电顺序分析放电产物。④根据电解质溶液的酸碱性确定电极反应式中是否有H+、OH-或H2O参与;最后配平电极反应式。
(2)介质对电极反应式的影响①在电解池电极反应式中,如果是H+或OH-放电,则电解质溶液的酸碱性对电极反应式没有影响。②酸性溶液反应物或生成物中均没有OH-。③碱性溶液反应物或生成物中均没有H+。
微点拨做到“三看”,正确书写电极反应式:(1)一看电极材料,若是金属(Au、Pt除外)作阳极,则金属一定被电解(注意Fe生成Fe2+)。(2)二看介质,分析介质是否参与电极反应。(3)三看电解质状态,若是熔融状态,一般是金属的电冶炼。
5.金属的腐蚀与防护(1)两种腐蚀:析氢腐蚀、吸氧腐蚀(主要区别在于电解质溶液的pH)。(2)金属电化学防护的两种方法
(3)金属腐蚀的快慢比较
经典对练•得高分
考向1　电解池的工作原理及应用真题示例1-1.(2020全国Ⅱ卷,12)电致变色器件可智能调控太阳光透过率,从而实现节能。下图是某电致变色器件的示意图。当通电时,Ag+注入到无色WO3薄膜中,生成AgxWO3,器件呈现蓝色。对于该变化过程,下列叙述错误的是(　　)
A.Ag为阳极B.Ag+由银电极向变色层迁移C.W元素的化合价升高D.总反应为WO3+xAg==AgxWO3
思路点拨第一步,根据图示判断电化学装置的类型。该装置为电解装置。第二步,根据微粒变化,判断阴、阳极。由通电产生Ag+可知,通电时Ag极失电子,作阳极;透明导电层作阴极。第三步,根据电极反应原理确定各电极上发生的反应。阳极反应为Ag-e-==Ag+;阴极反应为xAg++WO3+xe-==AgxWO3第四步,逐项分析判断。
答案 C　
1-2.(2021全国乙卷,12)沿海电厂采用海水为冷却水,但在排水管中生物的附着和滋生会阻碍冷却水排放并降低冷却效率。为解决这一问题,通常在管道口设置一对惰性电极(如图所示),通入一定的电流。
下列叙述错误的是(　　)A.阳极发生将海水中的Cl-氧化生成Cl2的反应B.管道中可以生成氧化灭杀附着生物的NaClOC.阴极生成的H2应及时通风稀释安全地排入大气D.阳极表面形成的Mg(OH)2等积垢需要定期清理
答案 D　
解析 根据装置示意图以及阴、阳极都是惰性电极可知,阳极反应为2Cl--2e-==Cl2↑,即Cl-被氧化生成Cl2,A项正确;阴极生成氢气,溶液碱性增强,海水中存在大量的Na+,故Cl2参与反应生成NaClO,NaClO具有强氧化性,可以杀灭附着生物,B项正确;阴极生成的氢气易燃,与空气的混合气体遇明火易发生爆炸,所以应将生成的氢气及时通风稀释安全地排出,C项正确;阴极上H+得电子生成氢气,溶液中c(OH-)增大,海水中的Mg2+向阴极移动,在阴极表面形成Mg(OH)2沉淀,故在阴极表面形成积垢,需要定期处理,D项错误。
对点演练1-1.(2021广东湛江模拟)金属镍有广泛的用途。粗镍中含有少量Fe、Zn、Cu、Pt等杂质,可用电解法制备高纯度的镍,下列叙述正确的是(已知:氧化性Fe2+答案 D　
解析 阳极应发生氧化反应,A错误;由于Fe、Zn的还原性强于镍,所以阳极发生的反应有Zn-2e-==Zn2+、Fe-2e-==Fe2+、Ni-2e-==Ni2+,阴极反应为Ni2++2e-==Ni,比较两电极反应,因Fe、Zn、Ni的相对原子质量不等,当两极通过的电量相等时,阳极减少的质量与阴极增加的质量不相等,B错误;Cu、Pt还原性弱于镍,所以不反应,D正确;电解后溶液中的阳离子主要是Ni2+,C错误。
1-2.(2021安徽淮北模拟)可从铅蓄电池中回收铅,实现铅的再生。在工艺中得到含Na2PbCl4的电解质溶液,电解Na2PbCl4溶液后生成Pb,如图所示。下列说法不正确的是(　　)
A.阳极区会有气泡冒出,产生O2B.一段时间后,阳极附近pH明显增大C.阴极的电极反应式为PbC +2e-==Pb+4Cl-D.Na2PbCl4浓度下降后可在阴极区加入PbO,实现电解液的继续使用
答案 B　
解析 阳极的电极反应式为2H2O-4e-==4H++O2↑,阳极区会有气泡冒出,A项正确;阳极的电极反应式为2H2O-4e-==4H++O2↑,一段时间后,阳极附近氢离子浓度增大,pH明显减小,B项错误;阴极发生还原反应,阴极的电极反应式为PbC +2e-==Pb+4Cl-,C项正确;电解一段时间后阴极溶液为HCl和NaCl的混合溶液,将PbO溶解在HCl和NaCl的混合溶液中可得到含Na2PbCl4的电解液,则继续向阴极区加PbO可恢复其浓度且实现电解液的继续使用,D项正确。
考向2　离子交换膜在电解池中的应用真题示例2-1.(2021全国甲卷,13)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 mol乙醛酸,理论上外电路中迁移了1 mol 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
答案 D　
2-2.(2021广东卷,16)钴(Co)的合金材料广泛应用于航空航天、机械制造等领域。如图为水溶液中电解制备金属钴的装置示意图。下列说法正确的是(　　)
A.工作时,Ⅰ室和Ⅱ室溶液的pH均增大B.生成1 mol Co,Ⅰ室溶液质量理论上减少16 gC.移除两交换膜后,石墨电极上发生的反应不变D.电解总反应:2Co2++2H2O 2Co+O2↑+4H+
答案 D　
解析 本题考查电解原理。电解装置工作时,Ⅰ室反应为2H2O-4e-==4H++O2↑,Ⅲ室反应:Co2++2e-==Co,形成闭合回路,H+移向Ⅱ室,Cl-移向Ⅱ室。Ⅰ室中H2SO4的物质的量不变,H2O的物质的量减小,H2SO4浓度增大,溶液pH减小,A项错误;生成1 mol Co转移2 mol e-,Ⅰ室减少1 mol H2O,质量为18 g,B项错误;移除两交换膜,石墨电极放电的是Cl-,C项错误;根据电子守恒,该电解过程的总反应为2Co2++2H2O 2Co+O2↑+4H+,D项正确。
2-1.(2021湖南常德模拟)相同金属在其不同浓度的盐溶液中可形成浓差电池。如图所示装置利用浓差电池电解Na2SO4溶液(a、b电极均为石墨电极),可以制得O2、H2、H2SO4和NaOH。下列说法不正确的是(　　)
A.a电极的电极反应为4H2O+4e-==2H2↑+4OH-B.c、d离子交换膜依次为阳离子交换膜和阴离子交换膜C.电池放电过程中,Cu(1)电极上的电极反应式为Cu2++2e-==CuD.电池从开始工作到停止放电,电解池理论上可制得320 g NaOH
答案 D　
解析 浓差电池放电时,两个电极区的浓度差会逐渐减小,当两个电极区硫酸铜溶液的浓度完全相等时,放电停止。电池放电过程中,Cu(1)电极上发生使Cu2+浓度降低的还原反应,Cu(1)电极为正极,Cu(2)电极上发生使Cu2+浓度升高的氧化反应,Cu(2)电极为负极,则在右边的电解池中,a极为电解池的阴极,H2O电离的H+得到电子发生还原反应生成H2,b为电解池的阳极,H2O电离的OH-失去电子发生氧化反应生成O2。电池从开始工作到停止放电,正极区硫酸铜溶液的浓度同时由2.5 mol·L-1降低到1.5 mol·L-1,负极区硫酸铜溶液同时由0.5 mol·L-1升到1.5 mol·L-1,正极反应可还原Cu2+的物质的量为2 L×(2.5-1.5) mol·L-1=2 mol,电路中转移4 mol电子,电解池的阴
极生成4 mol OH-,即阴极区可得4 mol氢氧化钠,其质量为160 g。a极为电解池的阴极,H2O电离的H+得到电子发生还原反应生成H2,a极电极反应式为4H2O+4e-==2H2↑+4OH-,A项正确;因溶液为电中性,a电极附近产生了阴离子,必须让阳离子发生移动,则c为阳离子交换膜,b电极附近阴离子减少,必须让阴离子发生移动,则d为阴离子交换膜,B项正确;由上述分析可知,Cu(1)电极得到电子,电极反应式为Cu2++2e-==Cu,C项正确;由上述分析可知,电池从开始工作到停止放电,阴极区可得4 mol氢氧化钠,其质量为160 g,D选项错误。
2-2.(2021福建福州模拟)应对新冠肺炎疫情时所采取的措施是对环境进行彻底消毒,二氧化氯(ClO2,黄绿色易溶于水的气体)是一种安全稳定、高效低毒的消毒剂。工业上通过惰性电极电解氯化铵和盐酸的方法制备ClO2的原理如图所示。下列说法正确的是(　　)
A.a与电源的负极连接,在b极区流出的Y溶液是浓盐酸B.当有0.3 mol阴离子通过离子交换膜时,二氧化氯发生器中产生1.12 L NH3C.电解池a极上发生的电极反应式为N -6e-+3Cl-==NCl3+4H+D.二氧化氯发生器内,发生的氧化还原反应中,氧化剂与还原剂的物质的量之比为6∶1
答案 C　
解析 在b极区有H+得到电子生成H2,电极反应式为2H++2e-==H2↑,在b极区流出的Y溶液是稀盐酸,则b极为电解池的阴极,b极与电源的负极相连接,则a极与电源的正极相连接,故A错误;没有指明条件为标准状况,不能准确计算产生NH3的体积,故B错误;a极为电解池的阳极,N 在阳极失去电子生成NCl3,电极反应式为N -6e-+3Cl-==NCl3+4H+,故C正确;在二氧化氯发生器内,发生反应3H2O+NCl3+6NaClO2==6ClO2↑+NH3↑+3NaCl+3NaOH,其中NCl3为氧化剂,NaClO2为还原剂,氧化剂与还原剂的物质的量之比为1∶6,故D错误。
技法点拨阴、阳离子交换膜的判断①看清图示,是否在交换膜上标注了阴、阳离子,是否标注了电源的正、负极,是否标注了电子流向等,明确阴、阳离子的移动方向。②根据原电池、电解池中阴、阳离子的移动方向,结合题目中给出的相关信息,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种类。
考向3　金属的腐蚀与防护真题示例3-1.(2017全国Ⅰ卷,11)支撑海港码头基础的钢管桩,常用外加电流的阴极保护法进行防腐,工作原理如图所示,其中高硅铸铁为惰性辅助阳极。下列有关表述不正确的是(　　)
A.通入保护电流使钢管桩表面腐蚀电流接近于零B.通电后外电路电子被强制从高硅铸铁流向钢管桩C.高硅铸铁的作用是作为损耗阳极材料和传递电流D.通入的保护电流应该根据环境条件变化进行调整
答案 C　
解析 外加电流的阴极保护法,使被保护的钢管桩上无腐蚀电流,A项正确;通电后,高硅铸铁为惰性阳极,钢管桩为阴极,外电路电子从阳极流向阴极,B项正确;由于高硅铸铁为惰性阳极,因此应是海水中的OH-失电子,2H2O-4e-==O2↑+4H+,因此阳极材料不被损耗,C项错误;在外加电流的阴极保护法中,应依据环境条件变化调整电流大小。
3-2.(2020江苏卷,11)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 所示装置是牺牲阳极的阴极保护法,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。
对点演练3-1.(2021山东德州模拟)某同学利用如图所示装置探究金属的腐蚀与防护条件。(已知Fe2+遇K3[Fe(CN)6]溶液呈蓝色)
下列说法不合理的是(　　)A.①区Cu电极上产生气泡,Fe电极附近滴加K3[Fe(CN)6]溶液后出现蓝色,Fe被腐蚀B.②区Cu电极附近滴加酚酞溶液后变成红色,Fe电极附近滴加K3[Fe(CN)6]溶液出现蓝色,Fe被腐蚀C.③区Zn电极的电极反应式为Zn-2e-==Zn2+,Fe电极附近滴加K3[Fe(CN)6]溶液未出现蓝色,Fe被保护D.④区Zn电极的电极反应式为2H2O+2e-==H2↑+2OH-,Fe电极附近滴加K3[Fe(CN)6]溶液出现蓝色,Fe被腐蚀
答案 A　
解析 ①区发生吸氧腐蚀,Cu为正极,电极反应式为O2+2H2O+4e-==4OH-,Cu电极上不产生气泡,A项错误;②区Cu为阴极,电极反应式为2H2O+2e-==H2↑+2OH-,Cu电极附近溶液碱性增强,滴加酚酞溶液后变成红色,Fe为阳极,被腐蚀,电极反应式为Fe-2e-==Fe2+,Fe电极附近滴加K3[Fe(CN)6]溶液出现蓝色,B项正确;③区Zn为负极,电极反应式为Zn-2e-==Zn2+,Fe为正极,得到保护,C项正确;④区Zn为阴极,电极反应式为2H2O+2e-==H2↑+2OH-,Fe为阳极,被腐蚀,电极反应式为Fe-2e-==Fe2+,Fe电极附近滴加K3[Fe(CN)6]溶液出现蓝色,D项正确。
3-2.(2021河南三门峡模拟)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
答案 D　
解析 具支试管内气体受热体积增大,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;铝制品腐蚀时负极电极反应式为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。
判断正误(正确的画“√”,错误的画“×”)。(1)电解时,经过溶液的电子与电路中电子数目相同。(　　)(2)电解盐酸、硫酸等溶液时H+放电,溶液的pH均增大。(　　)(3)工业上可用电解MgCl2溶液、AlCl3溶液的方法制备Mg和Al。 (　　)(4)用惰性电极电解CuSO4溶液,若加入0.1 mol Cu(OH)2固体可使电解质溶液复原,则整个电路中转移电子数为0.4NA。(　　)
易错防范•不失分
答案 (1)×　(2)×　(3)×　(4)√
易错警示书写电解池中电极反应式应规避“三个”失分点(1)书写电解池中电极反应式时,一般以实际放电的离子表示,但书写总电解反应方程式时,弱电解质要写成分子式,且应注明条件“电解”(或“通电”)。(2)要确保两极电子转移数目相同。(3)电解水溶液时,应注意放电顺序中H+、OH-之后的离子一般不参与放电。
专项模块　素养培优
(七)　电化学装置的综合应用
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。以前沿的电化学装置图为载体,考查电极反应式的正误判断与书写,电池正、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。同时离子交换膜的作用、性质已成为高考命题的新动向。
(一)读题干　抓信息审题的关键点:(1)弄清是原电池还是电解池,判断电极名称。(2)根据电极名称判断离子的移动方向和交换膜的种类。(3)根据放电顺序写出电极反应式。(4)根据电极反应式和离子的移动方向确定其他反应产物。
(二)审要点　抓关键解答该类试题时的关键是装置种类的判断,其次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,最后根据整个电路中各个电池工作时电子守恒进行数据处理和相关计算。1.多个串联装置中电池类型的判断(1)直接判断:非常直观明显的装置,如燃料电池、铅蓄电池等在电路中,则其他装置为电解池。如下图中A为原电池,B为电解池。
(2)根据电池中的电池材料和电解质溶液判断原电池一般是两种不同的金属电极或一个金属电极和一个碳棒电极;而电解池则一般都是两个惰性电极,如两个铂电极或两个碳棒。原电池中的电极材料和电解质溶液之间能发生自发的氧化还原反应,电解池的电极材料一般不能和电解质溶液发生自发反应。如下图中B为原电池,A为电解池。
(3)根据电极反应现象判断
在某些装置中根据电极反应或反应现象可判断电极,并由此判断电池类型,如图:若C极溶解,D极上析出Cu,B极附近溶液变红,A极上放出黄绿色气体,则可知乙是原电池,D是正极,C是负极,甲是电解池,A是阳极,B是阴极。B、D极发生还原反应,A、C极发生氧化反应。
2.多室交换膜的分析(1)两室电解池如图是利用一种微生物将废水中的有机化合物(如淀粉)和废气NO的化学能直接转化为电能。
(2)三室电解池用电渗析法可将含硝酸钠的废水再生为硝酸和氢氧化钠。
(3)四室电解池H3PO2可用电渗析法制备。“四室电渗析法”工作原理如图所示(阳膜和阴膜分别只允许阳离子、阴离子通过)
(三)规范答　思拓展1.有“膜”条件下离子移动方向的判断有“膜”条件下离子的定向移动,仍是由“同性电荷相排斥、异性电荷相吸引”的规律决定的,只是阳离子交换膜会阻断阴离子的定向移动,阴离子交换膜会阻断阳离子的定向移动。
2.防范失分点(1)看清图示,是否说明了交换膜的类型,是否标注了电源的正、负极,是否标注了电子流向等,从而明确阴、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,从而推断离子交换膜的类型。
题型突破
1.(2020全国Ⅱ卷,28节选)天然气的主要成分为CH4,一般还含有C2H6等烃类,是重要的燃料和化工原料。CH4和CO2都是比较稳定的分子,科学家利用电化学装置实现两种分子的耦合转化,其原理如下图所示:
①阴极上的电极反应式为　。 ②若生成的乙烯和乙烷的体积比为2∶1,则消耗的CH4和CO2体积比为　　　　。 
思路点拨第一步:分析装置——由装置图知为电解装置
第二步:解答①电极反应式的书写。第一步,明确反应物和生成物。由图知电极A为阴极,由球棍模型可知反应物为CO2,产物为CO;第二步,写电极反应式。固体电解质传递O2-,则电极反应式为CO2+2e-==CO+O2-。②根据原子、电子守恒进行求算:由球棍模型知,阳极的反应物为甲烷,生成物为乙烷、乙烯和水。生成的乙烯和乙烷的体积比为2∶1,即物质的量之比为2∶1,设乙烯、乙烷的物质的量分别为2 mol、1 mol,由原子守恒知消耗的CH4的物质的量为(2 mol+1 mol)×2=6 mol,转移电子的物质的量为2 mol×2×2+1 mol×2×1=10 mol,则消耗CO2的物质的量为10 mol÷2=5 mol,则消耗的CH4和CO2的物质的量之比为6∶5,即体积比为6∶5。
答案 ①CO2+2e-==CO+O2-　②6∶5
2.(2019全国Ⅱ卷,27节选)环戊二烯( )是重要的有机化工原料,广泛用于农药、橡胶、塑料等生产。回答下列问题:
环戊二烯可用于制备二茂铁[Fe(C5H5)2,结构简式为 ],后者广泛应用于航天、化工等领域中。二茂铁的电化学制备原理如图所示,其中电解液为溶解有溴化钠(电解质)和环戊二烯的DMF溶液(DMF为惰性有机溶剂)。该电解池的阳极为　　　　　　,总反应为　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。电解制备需要在无水条件下进行,原因为　 。 
思路点拨第一步:分析装置——由“电源”知该装置为电解池
第二步:确定电极反应式和总反应式
第三步:分析原因中间产物Na能与水反应,且水会电解生成OH-,OH-与Fe2+反应生成Fe(OH)2,故电解制备需要在无水条件下进行。
水会阻碍中间物Na的生成;水会电解生成OH-,进一步与Fe2+反应生成Fe(OH)2
应考训练1.(2020山东聊城模拟)某同学按如图所示的装置进行实验。A、B为两种常见金属,它们的硫酸盐可溶于水,当K闭合时,S 从右向左通过交换膜移向A极。下列分析正确的是(　　)
A.溶液中c(A2+)减小B.B极的电极反应式:B-2e-==B2+C.Y电极上有H2产生,发生还原反应D.反应初期,X电极周围出现白色胶状沉淀
答案 D　
解析 根据题意分析可知,左边为原电池,右边为电解池,S 从右向左通过交换膜移向A极,则A极为负极,故A极的电极反应式为A-2e-==A2+,溶液中c(A2+)增大,A错误;B极为正极,发生得电子的还原反应,B错误;Y电极为阳极,应为Cl-放电,发生氧化反应:2Cl--2e-==Cl2↑,有Cl2产生,C错误;右边U形管中最初为电解AlCl3溶液,X电极为H+放电,c(H+)减小,c(OH-)增大,且Al3+移向X极,因此会产生Al(OH)3白色胶状沉淀,D正确。
2.(2020陕西咸阳模拟)碳酸二甲酯[(CH3O)2CO]是一种具有发展前景的“绿色”化工产品。电化学法合成碳酸二甲酯的工作原理如图所示。下列说法错误的是(　　)
A.石墨Ⅰ与直流电源正极相连B.H+由石墨Ⅱ通过质子交换膜向石墨Ⅰ移动C.石墨Ⅰ上发生的电极反应式为2CH3OH+CO-2e-== (CH3O)2CO+2H+D.电解过程中,阴极和阳极消耗气体的物质的量之比为1∶2
答案 B　
解析 题给装置有外接电源,属于电解池,由图可知甲醇和一氧化碳失电子反应生成碳酸二甲酯,则石墨Ⅰ电极为阳极,阳极的电极反应式为2CH3OH+CO-2e-== (CH3O)2CO+2H+,石墨Ⅱ电极为阴极,阳极产生的氢离子通过质子交换膜移向阴极,氧气在阴极得电子与氢离子反应生成水,电极反应式为O2+4e-+4H+==2H2O。石墨Ⅰ电极为阳极,与直流电源正极相连,故A、C正确;电解池工作时,阳离子向阴极移动,即H+由石墨Ⅰ通过质子交换膜向石墨Ⅱ移动,故B错误;常温常压下甲醇是液体,电解池工作时转移电子守恒,根据关系式2CO~4e-~O2可知,阴极消耗的氧气与阳极消耗的一氧化碳的物质的量之比为1∶2,故D正确。
3.(2020东北三省四市联合模拟)我国科学家研发出一种新型的锌—碘单液流电池,其原理如图所示。下列说法不正确的是(　　)
A.放电时B极的电极反应式为I2+2e-== 2I-B.放电时电解质储罐中离子总浓度增大C.M为阳离子交换膜,N为阴离子交换膜D.充电时,A极增重65 g时,C区增加的离子数为4NA
答案 C　
解析 由装置图可知,放电时,A极是负极,负极的电极反应式为Zn-2e-==Zn2+,B极是正极,电极反应式为I2+2e-==2I-,外电路中电流由正极经过导线流向负极,充电时,阳极的电极反应式为2I--2e-==I2,阴极反应式为Zn2++2e-==Zn。放电时,B电极为正极,I2得到电子生成I-,电极反应式为I2+2e-==2I-,A正确;放电时,A极为负极,电极反应式为Zn-2e-==Zn2+,所以电解质储罐中的离子总浓度增大,B正确;离子交换膜是防止正、负极的I2、Zn接触发生反应,负极区生成Zn2+、正电荷增加,正极区生成I-、负电荷增加,所以Cl-通过M膜进入负极区,K+通过N膜进入正极区,所以M为阴离子交换膜,N为阳离子交换膜,C错误;充电时,A极的电极反应式为Zn2++2e-==Zn,A极增重65 g转移2 mol电子,所以C区增加2 mol K+、2 mol Cl-,离子总数为4NA,D正确。
4.(2021河北邯郸模拟)某研究机构使用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、膜c是阳离子交换膜,膜b是阴离子交换膜D.电解池中不锈钢电极附近溶液的pH增大
答案 B　
解析 由图示可知,Li电极为负极,发生氧化反应,则C电极为正极,发生得电子的还原反应,电极反应式为SO2Cl2+2e-==2Cl-+SO2↑,故A正确;原电池中Li电极为负极,C电极为正极,电解池中,Ni电极失去电子生成Ni2+,即g电极为阳极,则h电极为阴极,h电极与原电池的负极e电极相接,故B错误;电解池中,Ni电极失去电子生成Ni2+,通过膜a进入产品室,H2P 由Ⅲ室通过膜b进入产品室,在产品室中与Ni2+生成Ni(H2PO2)2,Na+通过膜c进入Ⅳ室,形成闭合回路,所以膜a、c是阳离子交换膜,膜b是阴离子交换膜,故C正确;电解池中不锈钢电极即h电极为阴极,电极上H2O发生得电子的还原反应,电极反应式为2H2O+2e-==H2↑+2OH-,所以电极附近溶液的pH增大,故D正确。
5.(2021贵州贵阳模拟)三室式电渗析法处理含NH4NO3废水的原理如图所示,工作一段时间后,在两极区均得到副产品NH4NO3。下列叙述错误的是(　　)
A.a极为电源负极,b极为电源正极B.c膜是阳离子交换膜,d膜是阴离子交换膜C.阳极电极反应式为4OH--4e-== O2↑+2H2OD.Ⅱ室溶液的pH保持不变
答案 D　
6.(1)(2020山西大同模拟)现有一种新型锂离子二次电池——磷酸铁锂(LiFePO4)电池。作为正极材料的磷酸铁锂在充、放电时的局部放大示意图如图,写出该电池充电时的阳极电极反应式:　　　　　　　　　　　。 
(2)(2021湖南长沙模拟)由于共生工程的应用,利用发电厂产生的SO2制成自发电池,其电池反应方程式为2SO2+O2+2H2O== 2H2SO4,该电池电动势为1.06 V。实际过程中,将SO2通入电池的　　(填“正”或“负”)极,写出负极的电极反应式:　 　。 
(3)(2020湖北武汉模拟)三甲胺是鱼腥臭的主要来源,是判断海水鱼类鲜度的化学指标之一。通过传感器产生的电流强度可以监测水产品中三甲胺的含量,一种燃料电池型三甲胺气体传感器的原理如图所示。外电路的电流方向为　　　　　(填“a→b”或“b→a”),负极的电极反应式为　　　　　　　　　　　。 
答案 (1)LiFePO4-xe-==Li(1-x)FePO4+xLi+　(2)负　SO2+2H2O-2e-==S +4H+　(3)a→b　2N(CH3)3-42e-+12H2O==N2↑+6CO2↑+42H+
解析 (1)由图可知,充电时LiFePO4失去电子,可生成Li+,故充电时阳极电极反应式为LiFePO4-xe-==Li(1-x)FePO4+xLi+。(2)利用发电厂产生的SO2制成自发电池,其电池反应方程式为2SO2+O2+2H2O==2H2SO4,原电池反应是负极发生氧化反应,正极发生还原反应,依据元素化合价变化可知,二氧化硫中硫元素化合价升高,失去电子发生氧化反应,将SO2通入电池的负极,电极反应式为SO2+2H2O-2e-==S +4H+。
(3)该电池为燃料电池,a电极上氧气得电子发生还原反应,b电极上三甲胺失电子发生氧化反应,则a为正极,b为负极,原电池中电子从负极流向正极即从b流向a,电流的方向与电子的移动方向相反,则外电路电流的方向为a→b;电解质溶液为酸性,结合图示,负极的电极反应式为2N(CH3)3-42e-+12H2O==N2↑+6CO2↑+42H+。
7.(1)(2021山东潍坊模拟)CO2资源化利用受到越来越多的关注,研究CO2对资源综合利用有重要意义。利用电化学装置可用CO2制CH4。
如图表示以KOH溶液作为电解质溶液进行电解的示意图,阴极的电极反应方程式为　　　　　　　　　,电解一段时间后,阳极区KOH溶液的质量分数减小,其原因是　　　　　　　　　　　　　　。 
(2)(2021辽宁丹东模拟)某种利用垃圾渗透液实现发电装置示意图如下,当该装置工作时,盐桥中K+向　　　　　　(填“X”或“Y”)极移动,Y极的电极反应式为　　　　　　。 
答案 (1)CO2+8e-+6H2O==CH4+8OH-　OH-在阳极被氧化,钾离子从右室往左室移动(2)Y　2N +10e-+6H2O==N2↑+12OH-
解析 (1)根据以KOH溶液作为电解质溶液进行电解的示意图,CO2在Cu电极上可以转化为CH4,根据电子转移、电荷守恒可得电极反应式为CO2+8e-+6H2O==CH4+8OH-,由于OH-在阳极被氧化,阳离子移向阴极,钾离子从右室往左室移动,使得电解一段时间后,阳极区KOH溶液的质量分数减小。(2)X电极上氨气失去电子生成氮气,说明X极为负极,Y极为正极,盐桥中K+向正极(Y极)移动,Y极发生还原反应,电极反应式为2N +10e-+6H2O==N2↑+12OH-。
8.(2021湖北武汉模拟)人们应用原电池原理制作了多种电池以满足不同的需要。电池发挥着越来越重要的作用,如在宇宙飞船、人造卫星、电脑、照相机等方面都离不开各式各样的电池,同时废弃的电池随便丢弃也会对环境造成污染。请根据题中提供的信息,回答下列问题:(1)研究人员最近发明了一种“水”电池,这种电池能利用淡水与海水之间含盐量的差别进行发电,在海水中电池反应可表示为5MnO2+2Ag+2NaCl==Na2Mn5O10+2AgCl
①该电池的负极反应式是　; ②在电池中,Na+不断移动到“水”电池的　　　(填“正”或“负”)极; ③外电路每通过4 mol电子时,生成Na2Mn5O10的物质的量是　　　　。 
(2)中国科学院应用化学研究所在甲醇(CH3OH,是一种可燃物)燃料电池技术方面获得新突破。甲醇燃料电池的工作原理如图所示。
①该电池工作时,b口通入的物质为　; ②写出该电池负极的电极反应式:　; ③工作一段时间后,当6.4 g甲醇完全反应生成CO2时,有　　　个电子转移(设NA为阿伏加德罗常数的值)。 
(3)Ag2O2是银锌碱性电池的正极活性物质,当银锌碱性电池的电解质溶液为KOH溶液,电池放电时正极的Ag2O2转化为Ag,负极的Zn转化为K2Zn(OH)4,写出该电池反应方程式:　。 (4)O2辅助的Al-CO2电池工作原理如图所示。该电池电容量大,能有效利用CO2,电池反应产物Al2(C2O4)3是重要的化工原料。
电池的负极反应式:　。 电池的正极反应式:反应过程中O2的作用是　　　　　　　　　　　。 该电池的总反应式:　　　　　　　　　　　。 
答案 (1)①Ag+Cl--e-==AgCl　②正　③2 mol(2)①CH3OH　②CH3OH-6e-+H2O==CO2+6H+　③1.2NA(3)Ag2O2+2Zn+4KOH+2H2O==2K2Zn(OH)4+2Ag(4)Al-3e-==Al3+(或2Al-6e-==2Al3+)　催化剂2Al+6CO2==Al2(C2O4)3
解析 (1)①根据电池总反应:5MnO2+2Ag+2NaCl==Na2Mn5O10+2AgCl可知,Ag元素的化合价由0价升高到+1价,发生氧化反应,Ag应为原电池的负极,负极发生反应的电极反应式为Ag+Cl--e-==AgCl;②在原电池中阴离子向负极移动,阳离子向正极移动,所以钠离子向正极移动;③根据方程式中5 mol MnO2生成1 mol Na2Mn5O10,每生成1 mol Na2Mn5O10转移2 mol电子,则外电路每通过4 mol电子时,生成Na2Mn5O10的物质的量是2 mol。
(2)①根据氢离子移动方向可知,阳离子向正极移动,则右侧电极为正极,左侧电极为负极,负极上通入燃料甲醇;②正极上氧气得电子和氢离子反应生成水,电极反应式为O2+4H++4e-==2H2O,负极上甲醇失电子和水反应生成二氧化碳和氢离子,电极反应式为CH3OH-6e-+H2O==CO2+6H+;③根据CH3OH-6e-+H2O==CO2+6H+反应知,消耗1 mol甲醇要转移6 mol电子,当6.4 g甲醇完全反应生成CO2时,转移电子的物质的量n= ×6=1.2 mol,则转移电子个数为1.2 NA。
本 课 结 束