新高考化学二轮复习精品讲义专题05 化学能与电能的转化（含解析）

专题05  化学能与电能的转化

高频考点一  新型电池的工作原理分析

1．突破原电池工作原理

2．原电池的改进

【特别提醒】(1)改进后的优点是电流效率的提高，电流持续稳定。

(2)盐析的三个作用

①隔绝正负极反应物，避免直接接触，导致电流不稳定；

②通过离子的定向移动，构成闭合回路；

③平衡电极区的电荷。

(3)离子交换膜的作用：离子交换膜是一种选择性透过膜，允许相应离子通过，离子迁移方向遵循电池中离子迁移方向。

3．二次电池充电时连接模型(“正”接“正”，“负”接“负”)

注意：放电时负极反应与充电时的阴极反应相反，同理放电时正极反应与充电时阳极反应相反。如铅蓄电池：

负极：Pb＋SO－2e－===PbSO4

阴极：PbSO4＋2e－===Pb＋SO

例1.（2022·山东卷）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，将废旧锂离子电池的正极材料转化为，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。下列说法正确的是

A. 装置工作时，甲室溶液pH逐渐增大

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

D. 若甲室减少，乙室增加，则此时已进行过溶液转移

【方法技巧】

(1)放电时，正、负极的判断。

(2)充、放电时两极反应式书写判断。

(3)充、放电时，电子、离子的移动方向。

(4)电极附近溶液性质的变化。

(5)充、放电两极反应类型判断。

(6)充电连接判断。

(7)基本电化学计算。

【变式探究】（2022·辽宁卷）某储能电池原理如图。下列说法正确的是

A. 放电时负极反应：

B. 放电时透过多孔活性炭电极向中迁移

C. 放电时每转移电子，理论上吸收

D. 充电过程中，溶液浓度增大

【举一反三】（2022·全国乙卷）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电池(如图所示)。光照时，光催化电极产生电子和空穴，驱动阴极反应和阳极反应(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     B. 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

高频考点二   电解原理的应用   金属腐蚀与防护

1．电解池工作原理模型图

【特别提醒】

①阳离子在阴极上的放电顺序：Ag＋＞Fe3＋＞Cu2＋＞H＋＞……

②阴离子在阳极上的放电顺序：S2－＞I－＞Br－＞Cl－＞OH－＞含氧酸根离子＞……

③当阳极是金属(Au、Pt除外)电极时，溶液中的离子不再放电而是金属失电子生成金属阳离子。

④微粒的放电顺序受温度、浓度、电压、电极材料等因素的影响。

2．电化学计算的两种常用方法

(1)根据电子守恒计算

①用于串联电路中阴阳两极产物、正负两极产物、相同电量等类型的计算，其依据是电路中转移的电子数相等。

②用于混合溶液中电解的分阶段计算。

(2)根据关系式计算

根据得失电子守恒定律建立起已知量与未知量之间的桥梁，构建计算所需的关系式。

如以通过4 mol e－为桥梁可构建如下关系式：

(式中M为金属，n为其离子的化合价数值)

例2.（2022·广东卷）以熔融盐为电解液，以含和等的铝合金废料为阳极进行电解，实现的再生。该过程中

A. 阴极发生的反应为 B. 阴极上被氧化

C. 在电解槽底部产生含的阳极泥 D. 阳极和阴极的质量变化相等

【变式探究】（2022·海南卷）一种采用和为原料制备的装置示意图如下。

下列有关说法正确的是

A. 在b电极上，被还原              B. 金属Ag可作为a电极的材料

C. 改变工作电源电压，反应速率不变     D. 电解过程中，固体氧化物电解质中不断减少

【举一反三】（2022·湖北卷）含磷有机物应用广泛。电解法可实现由白磷直接制备，过程如图所示(为甲基)。下列说法正确的是

A. 生成，理论上外电路需要转移电子

B. 阴极上的电极反应为：

C. 在电解过程中向铂电极移动

D. 电解产生的中的氢元素来自于

3．金属电化学腐蚀与防护

(1)金属腐蚀快慢的三个规律

①金属腐蚀类型的差异

电解原理引起的腐蚀>原电池原理引起的腐蚀>化学腐蚀>有防护腐蚀措施的腐蚀。

②电解质溶液的影响

a．对同一金属来说，腐蚀的快慢(浓度相同)：强电解质溶液>弱电解质溶液>非电解质溶液。

b．对同一种电解质溶液来说，电解质浓度越大，腐蚀越快。

③活泼性不同的两金属，活泼性差别越大，腐蚀越快。

(2)两种腐蚀与三种保护

①两种腐蚀：析氢腐蚀、吸氧腐蚀(关键在于电解液的pH)。

②三种保护：电镀保护、牺牲阳极的阴极保护法、外加电流的阴极保护法。

例3. （2022·广东卷）为检验牺牲阳极的阴极保护法对钢铁防腐的效果，将镀层有破损的镀锌铁片放入酸化的溶液中。一段时间后，取溶液分别实验，能说明铁片没有被腐蚀的是

A. 加入溶液产生沉淀         B. 加入淀粉碘化钾溶液无蓝色出现

C. 加入溶液无红色出现        D. 加入溶液无蓝色沉淀生成

【变式探究】（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。在题图所示的情境中，下列有关说法正确的是

A. 阴极的电极反应式为

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

高频考点三  离子交换膜在电化学中的综合应用

1．离子交换膜的作用

(1)防止副反应的发生，避免影响所制取产品的质量；防止引发不安全因素(如在电解饱和食盐水中，利用阳离子交换膜，防止阳极产生的Cl2进入阴极室与氢氧化钠反应，导致所制产品不纯；防止与阴极产生的H2混合发生爆炸)。

(2)用于物质的分离、提纯等。

(3)用于物质的制备。

2．离子交换膜的类型

根据透过的微粒，离子交换膜可以分为多种，在高考试题中主要出现过阳离子交换膜、阴离子交换膜和质子交换膜三种。阳离子交换膜只允许阳离子通过，阻止阴离子和气体通过，阴离子交换膜只允许阴离子通过，质子交换膜只允许质子(H＋)通过。

3．离子交换膜类型的判断

根据电解质溶液呈电中性的原则，判断膜的类型：

(1)首先写出阴、阳两极上的电极反应，依据电极反应式确定该电极附近哪种离子剩余。

(2)根据溶液呈电中性，判断出离子移动的方向，从而确定离子交换膜的类型。

4．定量关系

外电路电子转移数＝通过隔膜的阴、阳离子带的负或正电荷数。

例4.（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：

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

【变式探究】（2022·全国甲卷）一种水性电解液Zn-MnO2离子选泽双隔膜电池如图所示(KOH溶液中，Zn2+以Zn(OH)存在)。电池放电时，下列叙述错误的是

A.Ⅱ区的K+通过隔膜向Ⅲ区迁移

B.Ⅰ区的SO42-通过隔膜向Ⅱ区迁移

C. MnO2电极反应：MnO2+2e-+4H+=Mn2++2H2O

D.电池总反应：Zn+4OH-+MnO2+4H+=Zn(OH)42-+Mn2++2H2O

【举一反三】（2022·浙江卷）通过电解废旧锂电池中的可获得难溶性的和，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的电极发应：

C.电解一段时间后溶液中浓度保持不变

D.电解结束，可通过调节除去，再加入溶液以获得