高考化学二轮总复习优化设计 专题五 电化学课件PPT

这是一份高考化学二轮总复习优化设计 专题五 电化学课件PPT，共60页。PPT课件主要包含了内容索引，高考命题研究，答案C，答案B，答案D，归纳总结，解题思路，答案CD，答案阳Na+，答案AB等内容，欢迎下载使用。
考点一　原电池　新型化学电源
考点三　金属的腐蚀与防护
【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.(2021广东卷)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 电池的负极上发生氧化反应,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的装置,D项错误。
1- 2.(2021河北卷)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的质量的比值约为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电极流向a电极;充电时,b电极作阳极,B项正确。每生成1 ml KO2需要消耗1 ml 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 ml,依据铅酸蓄电池反应式Pb+PbO2+2H2SO4 2PbSO4+2H2O,此时消耗0.1 ml水,即1.8 g水,D项错误。
方法技巧有关可充电电池的解题思路:
对点演练1- 1.(2021山东济南阶段性检测)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.(2021河北名校联盟高三联考)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
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- 1.(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。
2- 2.(2020全国Ⅰ)科学家近年发明了一种新型Zn-CO2水介质电池。电池示意图如下,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(　　)
【解题思路】第一步,根据图示判断电化学装置的类型。该装置为二次电池,既可充电又可放电。第二步,根据粒子变化,判断正、负极和阴、阳极。放电时Zn失电子生成[Zn(OH)4]2-,Zn作负极;充电时,在阳极上水失电子生成氧气,阴极上[Zn(OH)4]2-得电子生成Zn。第三步,根据电极反应原理确定各电极上发生的反应。负极电极反应为Zn-2e-+4OH- ===[Zn(OH)4]2-;正极电极反应为CO2+2H++2e- === HCOOH,同时说明电解质溶液1为碱性溶液,电解质溶液2为酸性溶液。
第四步,逐项分析判断。
失分剖析一是没有看清放电和充电时粒子变化的箭头指示,错将放电时粒子的变化当作充电时粒子的变化;二是认为充电时总反应方程式中反应物不可能是一种;三是易受“充电时正极区”的干扰,从而造成充电时阴、阳极与原电池正、负极的冲突。
对点演练2- 1.(双选)(2021湖南岳阳质量检测)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.(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.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,其中能量损耗较大,D项正确。
3- 2.(2021山东济南阶段性检测)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.(2021山东泰安四模)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.(2020全国Ⅱ)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
【解题思路】第一步,根据图示判断电化学装置的类型。该装置为电解装置。第二步,根据粒子变化,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。
1- 2.(2021广东卷)钴(C)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 ml C,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:2C2++2H2O 2C+O2↑+4H+
方法技巧电极反应方程式的书写策略:
对点演练1- 1.(2021广东广州一模)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)(2021山东淄博三模)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.(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.(2021山东济南十一校联考)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.(2021山东菏泽一模)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)电解质溶液导电发生化学变化。(　　)(2)电解精炼铜和电镀铜,电解液的浓度均会发生很大的变化。(　　)(3)电解饱和食盐水,在阳极区得到NaOH溶液。(　　)(4)工业上可用电解MgCl2溶液、AlCl3溶液的方法制备Mg和Al。(　　)(5)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(1)电解质溶液导电是通过离子的定向移动,然后在电极上发生氧化反应(或还原反应)的过程。(2)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1.(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。
2.(2019江苏卷)将铁粉和活性炭的混合物用NaCl溶液湿润后,置于如图所示装置中,进行铁的电化学腐蚀实验。下列有关该实验的说法正确的是(　　)
A.铁被氧化的电极反应式为Fe-3e- === Fe3+B.铁腐蚀过程中化学能全部转化为电能C.活性炭的存在会加速铁的腐蚀D.以水代替NaCl溶液,铁不能发生吸氧腐蚀
答案 C解析 Fe失电子生成Fe2+,A项错误。在铁的腐蚀过程中,化学能会转化为电能和热能,B项错误。活性炭与Fe、NaCl溶液构成原电池,可加快铁的腐蚀速率,C项正确。以水代替NaCl溶液,水虽是一种弱电解质,但也能使铁发生吸氧腐蚀,只是速率会变慢,D项错误。
对点演练(2021广东佛山南海区测试)下列有关金属腐蚀和防护的说法中正确的是(　　)A.金属发生的化学腐蚀比电化学腐蚀要普遍得多B.因为合金在潮湿的空气中易形成原电池,所以合金耐腐蚀性都比较差C.钢铁发生吸氧腐蚀时,负极反应是Fe-3e- === Fe3+D.在海轮外壳连接锌块保护外壳不受腐蚀是采用了牺牲阳极法
答案 D解析 金属发生的电化学腐蚀比化学腐蚀要普遍得多,A项错误。有些合金的耐腐蚀性较强,如不锈钢耐腐蚀,B项错误。钢铁发生吸氧腐蚀时,负极反应是Fe-2e- === Fe2+,C项错误。锌的活泼性比铁强,锌、铁构成的原电池,锌为负极;在海轮外壳连接锌块保护外壳不受腐蚀是采用了牺牲阳极法,D项正确。
判断正误(正确的画“√”,错误的画“×”)。(1)铜在酸性较强的溶液中可发生析氢腐蚀。(　　)(2)纯银器表面变黑和钢铁表面生锈的腐蚀原理一样。(　　)(3)外加电流法是将被保护金属接在直流电源的正极。(　　)(4)白口铁(镀锌)破损,仍然对铁具有保护作用。(　　)
易错警示(1)铜与酸反应不能放出H2,故铜发生的电化学腐蚀只能是吸氧腐蚀。(2)银器变黑发生的是化学腐蚀,产生黑色的Ag2S。(3)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)(2021山东聊城一模)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.(2021山东泰安二模)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.(2021辽宁丹东一模)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(　　)
4.(2021湖南永州第三次模拟)“太阳水”电池装置如图所示,该电池由三个电极组成,其中a为TiO2电极,b为Pt电极,c为WO3电极,电解质溶液为pH=3的Li2SO4-H2SO4溶液。锂离子交换膜将电池分为A、B两个区,A区与大气相通,B区为封闭体系并有N2保护。下列关于该电池的说法错误的是(　　)
A.若用导线连接a、c,则a为负极,该电极附近pH减小B.若用导线连接a、c,则c电极的电极反应为HxWO3-xe- === WO3+xH+C.若用导线连接b、c,b电极的电极反应为O2+4H++4e- === 2H2OD.利用该装置,可实现太阳能向电能转化
答案 B解析 根据示意图可知,a与c相连后,a电极上发生失电子的氧化反应,所以a作负极,考虑到电解质溶液为pH=3的Li2SO4-H2SO4溶液,a极的电极反应式为2H2O-4e- === O2↑+4H+,由于生成H+,所以a极附近的pH减小,A项正确。a与c相连后,c为正极,发生得电子的还原反应,电极反应式为WO3+e-+xH+ === HxWO3,B项错误。若b与c相连,b极为正极,发生氧气的还原反应,考虑到电解质溶液为pH=3的Li2SO4-H2SO4溶液,所以电极反应式为O2+4e-+4H+ === 2H2O,C项正确。连接a与c后,将太阳能转变成B中的化学能,再连接b、c后,就可将化学能再转变成电能,最终实现了太阳能向电能的转化,D项正确。
5.(双选)三室式电渗析法处理含NH4NO3废水的原理如图所示,在直流电源的作用下,两膜中间的 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。工作一段时间后,在两极区均得到副产品NH4NO3。下列叙述正确的是(　　)
A.a极为电源负极,b极为电源正极B.c膜是阴离子交换膜,d膜是阳离子交换膜D.当电路中通过1 ml电子的电量时,阳极会有5.6 L (标准状况)O2生成
6.利用电解质溶液的浓度对电极电势的影响,可设计浓差电池。如图为一套浓差电池和电解质溶液再生的配套装置示意图,闭合开关K之前,两个Cu电极的质量相等。下列有关这套装置的说法中错误的是(　　)
A.循环物质E为水B.乙池中Cu电极为阴极,发生还原反应C.甲池中的电极反应式为Cu2++2e- === CuD.若外电路中通过1 ml电子,两电极的质量差为64 g