2023届高三化学二轮复习选择题突破题型(三)　电化学课件PPT

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题型(三)　电化学命题视角一　新型化学电源1.图解化学电源工作原理2.电极反应式的书写(1)三步法(也适用于电解池)(2)加减法(一般适用于燃料电池或给出电池总反应的电池)①根据题给信息，将已知的电池总反应写成“氧化剂＋还原剂＋介质1＝还原产物＋氧化产物＋介质2”的形式，介质常为H2O、H＋或OH－等。燃料电池电池总反应往往与燃料燃烧反应相同(注意介质)。②燃料电池的正极反应式较简单，一般为O2得电子的还原反应，写出该电极反应式，并使反应式中O2的化学计量数与总反应式中O2的化学计量数相等。③用电池总反应减去简单的电极反应式即得复杂的电极反应式。书写时要满足电荷守恒、质量守恒等。[典例1]　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。D解析　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。分析可充电电池的思维流程1.(2022·广东卷)科学家基于Cl2易溶于CCl4的性质，发展了一种无需离子交换膜的新型氯流电池，可作储能设备(如图)。充电时电极a的反应为NaTi2(PO4)3＋2Na＋＋2e－===Na3Ti2(PO4)3。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 mol Cl2，电极a质量理论上增加23 gC解析　由充电时电极a的反应可知，充电时电极a发生还原反应，所以电极a是阴极，则电极b是阳极，故A错误；放电时电极反应和充电时相反，则放电时电极a的反应为Na3Ti2(PO4)3－2e－===NaTi2(PO4)3＋2Na＋，NaCl溶液的pH不变，故B错误；放电时负极反应为Na3Ti2(PO4)3－2e－===NaTi2(PO4)3＋2Na＋，正极反应为Cl2＋2e－===2Cl－，反应后Na＋和Cl－浓度都增大，则放电时NaCl溶液的浓度增大，故C正确；充电时阳极反应为2Cl－－2e－===Cl2↑，阴极反应为NaTi2(PO4)3＋2Na＋＋2e－===Na3Ti2(PO4)3，由得失电子守恒可知，每生成1 mol Cl2，电极a质量理论上增加23 g·mol－1×2 mol＝46 g，故D错误。2.(2022·全国乙卷)Li－O2电池比能量高，在汽车、航天等领域具有良好的应用前景。近年来，科学家研究了一种光照充电Li－O2电池(如图所示)。光照时，光催化电极产生电子(e－)和空穴(h＋)，驱动阴极反应(Li＋＋e－===Li)和阳极反应(Li2O2＋2h＋===2Li＋＋O2)对电池进行充电。下列叙述错误的是(　　)A.充电时，电池的总反应为Li2O2===2Li＋O2B.充电效率与光照产生的电子和空穴量有关C.放电时，Li＋从正极穿过离子交换膜向负极迁移D.放电时，正极发生反应：O2＋2Li＋＋2e－===Li2O2C解析　充电时光照光催化电极产生电子和空穴，驱动阴极反应(Li＋＋e－===Li)和阳极反应(Li2O2＋2h＋===2Li＋＋O2)，则充电时总反应为Li2O2===2Li＋O2，A正确；充电时，光照光催化电极产生电子和空穴，阴极反应与电子有关，阳极反应与空穴有关，故充电效率与光照产生的电子和空穴量有关，B正确；放电时，金属Li电极为负极，光催化电极为正极，Li＋从负极穿过离子交换膜向正极迁移，C错误；放电时总反应为2Li＋O2===Li2O2，则正极反应为O2＋2Li＋＋2e－===Li2O2，D正确。命题视角二　电解原理的应用1.图解电解池工作原理2.电解原理分析模型以制备KIO3的电解装置为例(1)提取信息(2)分析流程[典例2]　双极膜(BP)为复合膜，可在直流电的作用下，将膜间的水分子解离，提供H＋、OH－。利用双极膜与离子交换膜组合可以实现含硫酸钠工业废水的净化和资源回收，原理如图所示。下列说法错误的是(　　)B3.(2022·济南检测)采用电渗析法可以从含NH4H2PO4和(NH4)2HPO4的废水中回收NH3·H2O和H3PO4，电解装置如图所示。下列说法正确的是(　　)A.X电极应连电源的正极B.M口处回收产生的浓氨水C.隔膜ab为阳离子交换膜，隔膜cd为阴离子交换膜D.电解一段时间后，产生的NH3·H2O和H3PO4的物质的量相等C4.(2022·浙江6月选考)通过电解废旧锂电池中的LiMn2O4可获得难溶性的Li2CO3和MnO2，电解示意图如下(其中滤布的作用是阻挡固体颗粒，但离子可自由通过。电解过程中溶液的体积变化忽略不计)。下列说法不正确的是(　　)A.电极A为阴极，发生还原反应B.电极B的电极反应：2H2O＋Mn2＋－2e－===MnO2＋4H＋C.电解一段时间后溶液中Mn2＋浓度保持不变D.电解结束，可通过调节pH除去Mn2＋，再加入Na2CO3溶液以获得Li2CO3C解析　由电解示意图可知，电极B上Mn2＋转化为MnO2，锰元素化合价升高，失电子，则电极B为阳极，电极A为阴极，得电子，发生还原反应，A正确；电极B上Mn2＋失电子转化为MnO2，电极反应式为2H2O＋Mn2＋－2e－===MnO2＋4H＋，B正确；电极A电极反应式为2LiMn2O4＋6e－＋16H＋===2Li＋＋4Mn2＋＋8H2O，依据得失电子守恒，电解池总反应为2LiMn2O4＋4H＋===2Li＋＋Mn2＋＋3MnO2＋2H2O，反应生成了Mn2＋，Mn2＋浓度增大，C错误；电解结束后，可通过调节溶液pH将锰离子转化为沉淀除去，然后再加入碳酸钠溶液，从而获得碳酸锂，D正确。1.科学家设想利用图示装置进行CO2的固定，同时产生电能。该装置工作时，生成的碳附着在电极上。下列说法错误的是(　　)A.电极板(Li)作该电池的负极B.若导线中流过4 mol e－，理论上负极区减少4 mol Li＋C.负极区不适合选用水溶液作电解质溶液D.采用多孔催化剂电极有利于CO2扩散到电极表面B解析　A.由图知，Li为负极，多孔催化剂电极为正极，故A正确；B.导线中流过4 mol e－，负极产生4 mol Li＋，同时有4 mol Li＋向正极区移动，所以理论上负极区Li＋的物质的量不变，故B错误；C.Li能与水反应，负极区不适合选用水溶液作电解质溶液，故C正确；D.多孔结构有利于气体扩散，即有利于CO2扩散到电极表面，故D正确。D3.(2022·日照联考)一种利用烃(CxHy)来消除氮氧化物污染的工作原理如图所示，装置中电极均为惰性电极，两侧电解质为同浓度的盐酸。下列说法错误的是(　　)A.通入NO2的电极为正极，发生还原反应B.若使用的烃为C2H6，该电极反应为：C2H6＋4H2O－14e－===2CO2＋14H＋C.装置中转移0.4 mol电子时，有0.4NA个H＋通过质子交换膜D.装置工作一段时间后，两侧电极室中溶液的pH不变D解析　通入NO2的电极上NO2转化为N2，发生还原反应，该电极为正极，A项正确；若使用的烃为C2H6，C2H6转化为CO2，结合电解质溶液显酸性，知该电极反应为：C2H6＋4H2O－14e－===2CO2＋14H＋，B项正确；为平衡电荷，装置中转移0.4 mol电子时，有0.4NA个H＋通过质子交换膜，C项正确；结合B项中负极反应和正极反应：2NO2＋8e－＋8H＋===N2＋4H2O，知装置工作一段时间后，左室中溶液pH增大，右室中溶液pH减小，D项错误。4.(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C解析　根据电解原理可知，电解池中阳极发生失电子的氧化反应，阴极发生得电子的还原反应，该题中以熔融盐为电解液，含Cu、Mg和Si等的铝合金废料为阳极进行电解，通过控制一定的条件，从而可使阳极区Mg和Al发生失电子的氧化反应，分别生成Mg2＋和Al3＋，Cu和Si不参与反应，阴极区Al3＋得电子生成Al单质，从而实现Al的再生。阴极应该发生得电子的还原反应，实际上Mg在阳极失电子生成Mg2＋，A错误；Al在阳极上被氧化生成Al3＋，B错误；阳极材料中Cu和Si不参与氧化反应，在电解槽底部可形成阳极泥，C正确；因为阳极除了铝参与电子转移，镁也参与了电子转移，且还会形成阳极泥，而阴极只有铝离子得电子生成铝单质，根据转移电子数守恒及元素守恒可知，阳极与阴极的质量变化不相等，D错误。A卷1.(2022·湖南卷)海水电池在海洋能源领域备受关注，一种锂－海水电池构造示意图如下。下列说法错误的是(　　)A.海水起电解质溶液作用B.N极仅发生的电极反应：2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑C.玻璃陶瓷具有传导离子和防水的功能D.该锂－海水电池属于一次电池B解析　海水中含有丰富的电解质，如氯化钠、氯化镁等，可作为电解质溶液，故A正确；N为正极，电极反应为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，故B错误；Li为活泼金属，易与水反应，玻璃陶瓷的作用是防止水和Li反应，并能传导离子，故C正确；该电池不可充电，属于一次电池，故D正确。2.(2022·重庆抽测)我国科学家设计的一种甲酸(HCOOH)燃料电池如图所示(半透膜只允许K＋、H＋通过)，下列说法错误的是(　　)DA4.科学家利用多晶铜高效催化电解CO2制乙烯，原理如图所示。已知：电解前后电解液浓度几乎不变。下列说法错误的是(　　)B5.我国科学家最近发明了一种 Zn－PbO2电池，电解质为K2SO4、H2SO4和KOH，通过 a和 b两种离子交换膜将电解质溶液隔开，形成 M、R、N三个电解质溶液区域，结构示意图如下。下列说法正确的是(　　)C6.硫酸工业尾气中的SO2可用Na2SO3溶液吸收，并通过电解方法实现吸收液的循环再生。如图所示，下列有关说法中正确的是(　　)B7.(2022·保定二模)研究人员利用膜电解技术，以Na2CrO4溶液为主要原料制备Na2Cr2O7的装置如图1所示，下列叙述正确的是(　　)CA.a为电源负极，b为正极 B.Na2Cr2O7在阴极室制得C.交换膜为阳离子交换膜 D.每转移1 mol电子，产生16.8 L气体CB卷9.(2022·湖北十一校联考)二氧化铅－铜电池是一种电解质可循环流动的新型电池(如图所示)，电池总反应为PbO2＋Cu＋2H2SO4===PbSO4＋CuSO4＋2H2O。下列有关该电池的说法正确的是(　　)C10.Ca－LiFePO4可充电电池的工作原理示意图如图，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 mol电子时，左室中电解质的质量减轻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B解析　A.Ca是活泼金属，易与水发生剧烈反应，所以LiPF6/LiAsF6为非水电解质，而Li2SO4溶液中有水，不可互换，A项错误；B.充电时每转移0.1 mol电子，左室中就有0.05 mol Ca2＋转化为Ca，同时有0.1 mol Li＋迁移到左室，所以左室中电解质的质量减轻0.05 mol×40 g/mol－0.1 mol×7 g/mol＝1.3 g，B项正确；C.充电时，钙电极为阴极，电极反应为Ca2＋＋2e－===Ca，C项错误；D.充电时为电解池，电解池中阳离子流向阴极，Li1－xFePO4/LiFePO4为阳极，所以Li1－xFePO4/LiFePO4电极发生Li＋脱嵌然后流向阴极，放电时为原电池，原电池中阳离子流向正极，所以放电时发生Li＋嵌入，D项错误。11.(2022·山东卷改编)设计如图装置回收金属钴。保持细菌所在环境pH稳定，借助其降解乙酸盐生成CO2，将废旧锂离子电池的正极材料LiCoO2(s)转化为Co2＋，工作时保持厌氧环境，并定时将乙室溶液转移至甲室。已知电极材料均为石墨材质，右侧装置为原电池。下列说法不正确的是(　　)A.装置工作时，甲室溶液pH逐渐减小B.装置工作一段时间后，乙室应补充盐酸C.乙室电极反应式为LiCoO2＋2H2O＋e－===Li＋＋Co2＋＋4OH－D.若甲室Co2＋减少200 mg，乙室Co2＋增加300 mg，则此时已进行过溶液转移C12.(2022·岳阳二模)利用如图的电解装置分离含Al(OH)3、MnO2和少量Na2CrO4的混合物浆液，使其分离成固体混合物和含铬元素溶液。下列有关分析错误的是(　　)C13.一种可充放电的铝离子电池工作原理如图所示，电解质为AlxCly离子液体，CuS在电池反应后转化为Cu2S和Al2S3。下列说法正确的是(　　)BBA.电解质中除包含上述离子外，可选用盐酸环境B.闭合K2时，与b电极连接的是电源的正极C.放电时，负极反应式为BiHx－xe－===Bi+xH+D.充电时，BiHx只起导电作用D解析　由图可知，闭合K1时，该装置为原电池，电极a为负极，氢化铋在负极失去电子发生氧化反应生成铋和氢离子，铋和氢离子与溶液中的亚铬离子反应生成铬离子和氢化铋，电极b为正极，铁离子得到电子发生还原反应生成亚铁离子；闭合K2时，该装置为电解池，与直流电源负极相连的电极a为阴极，铋和氢离子在阴极得到电子发生还原反应生成氢化铋，氢化铋与溶液中的铬离子反应生成亚铬离子、铋和氢离子，与正极相连的电极b为阳极，亚铁离子失去电子发生氧化反应生成铁离子。A.由题意可知，铁－铬液流电池的电解质溶液可以为氯化铁、氯化亚铬和盐酸，其中盐酸起提供氢离子的作用，故A正确；B.由分析可知，闭合K2时，该装置为电解池，与正极相连的电极b为阳极，故B正确；C.由分析可知，放电时，电极a为负极，氢化铋在负极失去电子发生氧化反应生成铋和氢离子，电极反应式为BiHx－xe－===Bi＋xH＋，故C正确；D.由分析可知，充电时，电极a为阴极，铋和氢离子在阴极得到电子发生还原反应生成氢化铋，氢化铋与溶液中的铬离子反应生成亚铬离子、铋和氢离子，所以氢化铋起导电和还原剂的作用，故D错误。16.双极膜能够在直流电场作用下将H2O解离为H＋和OH－。以维生素C的钠盐(C6H7O6Na)为原料制备维生素C(C6H8O6，具有弱酸性和还原性)的装置示意图如图。下列说法正确的是(　　)A.X极右侧的离子交换膜能有效阻止H＋、Na＋通过B.将X极区的Na2SO4替换为C6H7O6Na，可以提高维生素C的产率C.a离子是OH－，b离子是H＋D.阴极区附近pH减小C