2021高考化学专题讲解 专题六　化学能与电能的转化（试题部分）

这是一份2021高考化学专题讲解 专题六　化学能与电能的转化（试题部分），共29页。

【真题探秘】
【基础集训】
考点一 原电池原理及其应用
1.金属锂燃料电池是一种新型电池,比锂离子电池具有更高的能量密度。它无电时无需充电,只需更换其中的某些材料即可,其工作示意图如下。下列说法正确的是( )
A.放电时,通入空气的一极为负极
B.放电时,电池反应为4Li+O22Li2O
C.有机电解液可以是乙醇等无水有机物
D.在更换锂电极的同时,要更换水性电解液
答案 D
2.LED系列产品是一类新型节能产品。图甲是NaBH4/H2O2燃料电池的装置示意图,图乙是LED发光二极管的装置示意图。下列叙述错误的是( )
A.电池应选用阳离子交换膜,Na+向A极区移动
B.电池A极区的电极反应式为H2O2+2e-2OH-
C.每有1 ml NaBH4参加反应,转移电子数为4NA
D.要使LED发光二极管正常发光,图乙中的导线a应与图甲中的B极相连
答案 C
3.一定条件下,实验室利用如图所示装置,通过测量电压求算Ksp(AgCl)。工作一段时间后,两电极质量均增大。下列说法正确的是( )
A.右池中银电极作负极
B.总反应为Ag++Cl- AgCl↓
C.正极电极反应式为Ag-e- Ag+
D.盐桥中的NO3-向右池方向移动
答案 B
4.“碳呼吸电池”是一种新型化学电源,其工作原理如图所示。下列说法正确的是( )
A.该装置能将电能转化为化学能
B.正极的电极反应为C2O42--2e- 2CO2↑
C.每得到1 ml草酸铝,电路中转移3 ml电子
D.利用该技术可捕捉大气中的CO2
答案 D
5.为了减少钢管因锈蚀造成的损失,某城市拟用如图方法保护埋在酸性土壤中的钢管。下列有关说法中错误的是( )
A.在潮湿的酸性土壤中钢管主要发生析氢腐蚀
B.在潮湿的酸性土壤中电子由金属棒M通过导线流向钢管
C.在潮湿的酸性土壤中H+向金属棒M移动,抑制H+与铁的反应
D.金属棒M与钢管用导线连接后可使钢管表面的腐蚀电流接近零
答案 C
考点二 电解原理及其应用
6.硼酸(H3BO3)为一元弱酸,已知H3BO3与足量NaOH溶液反应的离子方程式为H3BO3+OH-B(OH)4-,H3BO3可以通过电解的方法制备。其工作原理如图所示(阳膜和阴膜分别只允许阳离子、阴离子通过)。下列说法正确的是( )
A.当电路中通过1 ml电子时,可得到1 ml H3BO3
B.将电源的正、负极反接,工作原理不变
C.阴极室的电极反应式为2H2O-4e-O2↑+4H+
D.B(OH)4-穿过阴膜进入阴极室,Na+穿过阳膜进入产品室
答案 A
7.高压直流电线路的瓷绝缘子经日晒雨淋容易出现铁帽腐蚀现象,在铁帽上加锌环能有效防止铁帽腐蚀,防护原理如图所示。下列说法错误的是( )
A.通电时,锌环是阳极,发生氧化反应
B.通电时,阴极上的电极反应为2H2O+2e-H2↑+2OH-
C.断电时,锌环上的电极反应为Zn2++2e-Zn
D.断电时,仍能防止铁帽被腐蚀
答案 C
8.图甲为一种新型污水处理装置,该装置可利用一种微生物将有机废水的化学能直接转化为电能,图乙是一种用惰性电极电解饱和食盐水的消毒液发生器。下列说法不正确的是( )
A.图甲的X点要与图乙中的a极连接
B.图乙中b极的电极反应式为2Cl--2e-Cl2↑
C.当N极消耗1 ml气体时,有2 ml H+通过离子交换膜
D.若有机废水中主要含有淀粉,则图甲中M极反应为(C6H10O5)n+7nH2O-24ne-6nCO2↑+24nH+
答案 C
9.某工厂用电解法处理含有SO2的尾气,其装置如图所示(电极材料均为惰性电极)。下列说法不正确的是( )
A.电极a连接的是电源的正极
B.若电路中转移0.03 ml e-,则离子交换膜左侧溶液中增加0.03 ml 离子
C.图中的离子交换膜是阳离子交换膜
D.阴极的电极反应式为2HSO3-+2e-+2H+ S2O42-+2H2O
答案 B
10.普通电解精炼铜的方法所制备的铜中仍含杂质,利用下面的双膜(阴离子交换膜和过滤膜)电解装置可制备高纯度的Cu。下列有关叙述中正确的是( )
A.电极a为粗铜,电极b为精铜
B.甲膜为过滤膜,可阻止阳极泥及漂浮物杂质进入阴极区
C.乙膜为阴离子交换膜,可阻止杂质阳离子进入阴极区
D.当电路中通过1 ml电子时,可生成32 g精铜
答案 D
【综合集训】
1.(2018湖南H11教育联盟联考,8)化学用语是学习化学的重要工具,下列用来表示物质变化的化学用语正确的是( )
A.用铜作阴极,石墨作阳极,电解饱和食盐水时,阳极的电极反应式为2Cl--2e- Cl2↑
B.铅蓄电池放电时的正极反应式为Pb-2e-+SO42- PbSO4
C.粗铜精炼时,与电源正极相连的应是粗铜,该极发生的电极反应只有Cu-2e- Cu2+
D.钢铁发生电化学腐蚀的正极反应式为Fe-2e- Fe2+
答案 A
2.(2019 5·3原创预测卷二,13)高铁酸钾(K2FeO4)是环保型水处理剂,以光伏电池为电源先制备高铁酸钠,再将其转化为高铁酸钾,装置如图所示。下列说法不正确的是( )
A.石墨为阴极,铁电极发生氧化反应
B.a可能是H2,b为Na2FeO4溶液
C.铁电极反应式为Fe-6e-+8OH-FeO42-+4H2O
D.若电路中转移1 ml电子,则石墨电极区NaOH溶液质量增加23 g
答案 D
3.(2019 5·3原创预测卷四,13)如图所示,用两张砂纸分别将镁条和铝片表面的氧化膜打磨干净,并迅速将两个电极分别插入两个盛有0.5 ml/L的电解质溶液的烧杯中,盐桥中装有饱和氯化钠溶液的琼脂。结果发现该装置中,电流计指针一直偏向铝片,镁条溶解,两极上均没有气泡产生。下列说法正确的是( )
A.铝片为负极,电极反应为2Al+4OH--6e- 2AlO2-+2H2O
B.镁条为负极,电极反应为Mg-2e-Mg2+
C.该实验证明镁能与氢氧化钠溶液反应
D.若镁电极减少0.48 g,则氢氧化钠溶液增重1.6 g
答案 B
4.(2018安徽A10联盟联考,13)用氟硼酸(HBF4,属于强酸)溶液代替硫酸溶液作铅蓄电池的电解质溶液,可使铅蓄电池在低温下工作时的性能更优良,反应方程式为Pb+PbO2+4HBF42Pb(BF4)2+2H2O,Pb(BF4)2为可溶于水的强电解质。下列说法中正确的是( )
A.放电时,负极反应为PbO2+4HBF4-2e- Pb(BF4)2+2BF4-+2H2O
B.充电时,当正极质量减少23.9 g时转移0.2 ml电子
C.放电时,PbO2电极附近溶液的pH增大
D.充电时,Pb电极的电极反应式为PbO2+4H++2e- Pb2++2H2O
答案 C
【应用集训】
1.(2019河北邯郸一模,13)氯盐可导致混凝土中的钢筋腐蚀。为防止混凝土中的钢筋腐蚀,可在混凝土表面敷置一定电解质溶液并将惰性金属导电网浸泡其中,惰性金属导电网与钢筋分别连接外部直流电源从而除去Cl-,装置图如下。下列说法错误的是( )
A.钢筋接电源的正极
B.金属导电网上发生的电极反应为2Cl--2e- Cl2↑
C.混凝土中的钙离子向钢筋方向移动
D.电解一段时间后钢筋附近溶液的pH增大
答案 A
2.(2019江西上饶六校一联,13)生产硝酸钙的工业废水中常含有NH4NO3,可用电解法净化,其工作原理如图所示。下列有关说法正确的是( )
A.a极为电源负极,b极为电源正极
B.装置工作时电子由b极流出,经导线、电解槽流入a极
C.Ⅰ室能得到副产品浓硝酸,Ⅲ室能得到副产品浓氨水
D.阴极的电极反应式为2NO3-+12H++10e- N2↑+6H2O
答案 C
【创新集训】
1.(2019河南中原名校联考,11)一种电催化合成氨的装置如图所示。该装置工作时,下列说法正确的是( )
A.图中涉及的能量转化方式共有3种
B.两极产生的气体的物质的量之比是1∶1
C.电路中每通过1 ml电子,有1 ml H+迁移至a极
D.b极上发生的主要反应为N2+6H++6e- 2NH3
答案 D
2.(2019陕西商洛中学五检,11)微生物电解池(MEC)是一项潜在的有吸引力的绿色电解池,其制取氢气的原理如图所示:
下列说法正确的是( )
A.MEC可在高温下工作
B.电解池工作时,化学能转变为电能
C.活性微生物抑制反应中电子的转移
D.阳极的电极反应式为CH3COO-+4H2O-8e- 2HCO3-+9H+
答案 D
【五年高考】
考点一 原电池原理及其应用
1.(2019课标Ⅲ,13,6分)为提升电池循环效率和稳定性,科学家近期利用三维多孔海绵状Zn(3D-Zn)可以高效沉积ZnO的特点,设计了采用强碱性电解质的3D-Zn—NiOOH二次电池,结构如图所示。电池反应为Zn(s)+2NiOOH(s)+H2O(l)ZnO(s)+2Ni(OH)2(s)。
下列说法错误的是( )
A.三维多孔海绵状Zn具有较高的表面积,所沉积的ZnO分散度高
B.充电时阳极反应为Ni(OH)2(s)+OH-(aq)-e-NiOOH(s)+H2O(l)
C.放电时负极反应为Zn(s)+2OH-(aq)-2e-ZnO(s)+H2O(l)
D.放电过程中OH-通过隔膜从负极区移向正极区
答案 D
2.(2019天津理综,6,6分)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。下列叙述不正确的是( )
A.放电时,a电极反应为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 ml I-被氧化
D.充电时,a电极接外电源负极
答案 D
3.(2019江苏单科,10,2分)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
4.(2018课标Ⅱ,12,6分)我国科学家研发了一种室温下“可呼吸”的Na-CO2二次电池。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+4Na2Na2CO3+C。下列说法错误的是( )

A.放电时,ClO4-向负极移动
B.充电时释放CO2,放电时吸收CO2
C.放电时,正极反应为:3CO2+4e-2CO32-+C
D.充电时,正极反应为:Na++e-Na
答案 D
5.(2018课标Ⅲ,11,6分)一种可充电锂—空气电池如图所示。当电池放电时,O2与Li+在多孔碳材料电极处生成Li2O2-x(x=0或1)。下列说法正确的是( )
A.放电时,多孔碳材料电极为负极
B.放电时,外电路电子由多孔碳材料电极流向锂电极
C.充电时,电解质溶液中Li+向多孔碳材料区迁移
D.充电时,电池总反应为Li2O2-x 2Li+(1-x2)O2↑
答案 D
6.(2017江苏单科,12,4分)下列说法正确的是( )
A.反应N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)的ΔH<0,ΔS>0
B.地下钢铁管道用导线连接锌块可以减缓管道的腐蚀
C.常温下,Ksp[Mg(OH)2]=5.6×10-12,pH=10的含Mg2+溶液中,c(Mg2+)≤5.6×10-4 ml·L-1
D.常温常压下,锌与稀H2SO4反应生成11.2 L H2,反应中转移的电子数为6.02×1023
答案 BC
7.(2016课标Ⅱ,11,6分)Mg-AgCl电池是一种以海水为电解质溶液的水激活电池。下列叙述错误的是( )
A.负极反应式为Mg-2e- Mg2+
B.正极反应式为Ag++e- Ag
C.电池放电时Cl-由正极向负极迁移
D.负极会发生副反应Mg+2H2O Mg(OH)2+H2↑
答案 B
8.(2016课标Ⅲ,11,6分)锌—空气燃料电池可用作电动车动力电源,电池的电解质溶液为KOH溶液,反应为2Zn+O2+4OH-+2H2O 2Zn(OH)42-。下列说法正确的是( )
A.充电时,电解质溶液中K+向阳极移动
B.充电时,电解质溶液中c(OH-)逐渐减小
C.放电时,负极反应为:Zn+4OH--2e- Zn(OH)42-
D.放电时,电路中通过2 ml电子,消耗氧气22.4 L(标准状况)
答案 C
9.(2016四川理综,5,6分)某电动汽车配载一种可充放电的锂离子电池,放电时电池总反应为:Li1-xCO2+LixC6 LiCO2+C6(x<1)。下列关于该电池的说法不正确的是( )
A.放电时,Li+在电解质中由负极向正极迁移
B.放电时,负极的电极反应式为LixC6-xe- xLi++C6
C.充电时,若转移1 ml e-,石墨(C6)电极将增重7x g
D.充电时,阳极的电极反应式为LiCO2-xe- Li1-xCO2+xLi+
答案 C
10.(2016浙江理综,11,6分)金属(M)-空气电池(如图)具有原料易得、能量密度高等优点,有望成为新能源汽车和移动设备的电源。该类电池放电的总反应方程式为:4M+nO2+2nH2O 4M(OH)n
已知:电池的“理论比能量”指单位质量的电极材料理论上能释放出的最大电能。下列说法不正确的是( )
A.采用多孔电极的目的是提高电极与电解质溶液的接触面积,并有利于氧气扩散至电极表面
B.比较Mg、Al、Zn三种金属-空气电池,Al-空气电池的理论比能量最高
C.M-空气电池放电过程的正极反应式:4Mn++nO2+2nH2O+4ne- 4M(OH)n
D.在Mg-空气电池中,为防止负极区沉积Mg(OH)2,宜采用中性电解质及阳离子交换膜
答案 C
11.(2017课标Ⅰ,11,6分)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
考点二 电解原理及其应用
12.(2018课标Ⅰ,13,6分)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。示意图如下图所示,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:
①EDTA-Fe2+-e- EDTA-Fe3+
②2EDTA-Fe3++H2S 2H++S+2EDTA-Fe2+
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+H2O
B.协同转化总反应:CO2+H2S CO+H2O+S
C.石墨烯上的电势比ZnO@石墨烯上的低
D.若采用Fe3+/Fe2+取代EDTA-Fe3+/EDTA-Fe2+,溶液需为酸性
答案 C
13.(2016课标Ⅰ,11,6分)三室式电渗析法处理含Na2SO4废水的原理如图所示,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SO42-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。
下列叙述正确的是( )
A.通电后中间隔室的SO42-离子向正极迁移,正极区溶液pH增大
B.该法在处理含Na2SO4废水时可以得到NaOH和H2SO4产品
C.负极反应为2H2O-4e- O2+4H+,负极区溶液pH降低
D.当电路中通过1 ml电子的电量时,会有0.5 ml的O2生成
答案 B
14.(2017课标Ⅱ,11,6分)用电解氧化法可以在铝制品表面形成致密、耐腐蚀的氧化膜,电解质溶液一般为H2SO4-H2C2O4混合溶液。下列叙述错误的是( )
A.待加工铝质工件为阳极
B.可选用不锈钢网作为阴极
C.阴极的电极反应式为:Al3++3e-Al
D.硫酸根离子在电解过程中向阳极移动
答案 C
15.(2019北京理综,27,14分)氢能源是最具应用前景的能源之一,高纯氢的制备是目前的研究热点。
(1)甲烷水蒸气催化重整是制高纯氢的方法之一。
①反应器中初始反应的生成物为H2和CO2,其物质的量之比为4∶1,甲烷和水蒸气反应的方程式是 。
②已知反应器中还存在如下反应:
ⅰ.CH4(g)+H2O(g) CO(g)+3H2(g) ΔH1
ⅱ.CO(g)+H2O(g) CO2(g)+H2(g) ΔH2
ⅲ.CH4(g) C(s)+2H2(g) ΔH3
……
ⅲ为积炭反应,利用ΔH1和ΔH2计算ΔH3时,还需要利用 反应的ΔH。
③反应物投料比采用n(H2O)∶n(CH4)=4∶1,大于初始反应的化学计量数之比,目的是 (选填字母号)。
a.促进CH4转化
b.促进CO转化为CO2
c.减少积炭生成
④用CaO可以去除CO2。H2体积分数和CaO消耗率随时间变化关系如下图所示。
从t1时开始,H2体积分数显著降低,单位时间CaO消耗率 (填“升高”“降低”或“不变”)。此时CaO消耗率约为35%,但已失效,结合化学方程式解释原因: 。
(2)可利用太阳能光伏电池电解水制高纯氢,工作示意图如下。通过控制开关连接K1或K2,可交替得到H2和O2。
①制H2时,连接 。产生H2的电极反应式是 。
②改变开关连接方式,可得O2。
③结合①和②中电极3的电极反应式,说明电极3的作用: 。
答案 (1)①CH4+2H2O 4H2+CO2
②C(s)+2H2O(g) CO2(g)+2H2(g)或C(s)+CO2(g)2CO(g)
③abc
④降低 CaO+CO2 CaCO3,CaCO3覆盖在CaO表面,减少了CO2与CaO的接触面积
(2)①K1 2H2O+2e- H2↑+2OH-
③制H2时,电极3发生反应:Ni(OH)2+OH--e- NiOOH+H2O。制O2时,上述电极反应逆向进行,使电极3得以循环使用
16.(2018课标Ⅰ,27,14分)焦亚硫酸钠(Na2S2O5)在医药、橡胶、印染、食品等方面应用广泛。回答下列问题:
(1)生产Na2S2O5,通常是由NaHSO3过饱和溶液经结晶脱水制得。写出该过程的化学方程式 。
(2)利用烟道气中的SO2生产Na2S2O5的工艺为:
①pH=4.1时,Ⅰ中为 溶液(写化学式)。
②工艺中加入Na2CO3固体、并再次充入SO2的目的是 。
(3)制备Na2S2O5也可采用三室膜电解技术,装置如图所示,其中SO2碱吸收液中含有NaHSO3和Na2SO3。阳极的电极反应式为 。电解后, 室的NaHSO3浓度增加。将该室溶液进行结晶脱水,可得到Na2S2O5。
(4)Na2S2O5可用作食品的抗氧化剂。在测定某葡萄酒中Na2S2O5残留量时,取50.00 mL葡萄酒样品,用0.010 00 ml·L-1的碘标准液滴定至终点,消耗10.00 mL。滴定反应的离子方程式为 ,该样品中Na2S2O5的残留量为 g·L-1(以SO2计)。
答案 (1)2NaHSO3 Na2S2O5+H2O
(2)①NaHSO3 ②得到NaHSO3过饱和溶液
(3)2H2O-4e- O2↑+4H+ a
(4)S2O52-+2I2+3H2O 2SO42-+4I-+6H+ 0.128
教师专用题组
考点一 原电池原理及其应用
1.(2017课标Ⅲ,11,6分)全固态锂硫电池能量密度高、成本低,其工作原理如图所示,其中电极a常用掺有石墨烯的S8材料,电池反应为:16Li+xS8 8Li2Sx(2≤x≤8)。下列说法错误的是( )
A.电池工作时,正极可发生反应:2Li2S6+2Li++2e- 3Li2S4
B.电池工作时,外电路中流过0.02 ml电子,负极材料减重0.14 g
C.石墨烯的作用主要是提高电极a的导电性
D.电池充电时间越长,电池中Li2S2的量越多
答案 D
2.(2015天津理综,4,6分)锌铜原电池装置如图所示,其中阳离子交换膜只允许阳离子和水分子通过。下列有关叙述正确的是( )
A.铜电极上发生氧化反应
B.电池工作一段时间后,甲池的c(SO42-)减小
C.电池工作一段时间后,乙池溶液的总质量增加
D.阴阳离子分别通过交换膜向负极和正极移动,保持溶液中电荷平衡
答案 C
3.(2015江苏单科,10,2分)一种熔融碳酸盐燃料电池原理示意如图。下列有关该电池的说法正确的是( )
A.反应 CH4+H2O 3H2+CO,每消耗1 ml CH4转移12 ml 电子
B.电极A上H2参与的电极反应为:H2+2OH--2e- 2H2O
C.电池工作时,CO32-向电极B移动
D.电极B上发生的电极反应为:O2+2CO2+4e- 2CO32-
答案 D
4.(2015江苏单科,11,4分)下列说法正确的是( )
A.若H2O2分解产生1 ml O2,理论上转移的电子数约为 4×6.02×1023
B.室温下,pH=3的CH3COOH溶液与pH=11的NaOH溶液等体积混合,溶液pH>7
C.钢铁水闸可用牺牲阳极或外加电流的阴极保护法防止其腐蚀
D.一定条件下反应N2+3H22NH3达到平衡时,3v正(H2)=2v逆(NH3)
答案 C
5.(2015重庆理综,11,14分)我国古代青铜器工艺精湛,有很高的艺术价值和历史价值。但出土的青铜器大多受到环境腐蚀,故对其进行修复和防护具有重要意义。
(1)原子序数为29的铜元素位于元素周期表中第 周期。
(2)某青铜器中Sn、Pb的质量分别为119 g、20.7 g,则该青铜器中Sn和Pb原子的数目之比为 。
(3)研究发现,腐蚀严重的青铜器表面大都存在CuCl。关于CuCl在青铜器腐蚀过程中的催化作用,下列叙述正确的是 。
A.降低了反应的活化能
B.增大了反应的速率
C.降低了反应的焓变
D.增大了反应的平衡常数
(4)采用“局部封闭法”可以防止青铜器进一步被腐蚀。如将糊状Ag2O涂在被腐蚀部位,Ag2O与有害组分CuCl发生复分解反应,该化学方程式为 。
(5)如图所示为青铜器在潮湿环境中发生电化学腐蚀的原理示意图。
①腐蚀过程中,负极是 (填图中字母“a”或“b”或“c”);
②环境中的Cl-扩散到孔口,并与正极反应产物和负极反应产物作用生成多孔粉状锈Cu2(OH)3Cl,其离子方程式为 ;
③若生成4.29 g Cu2(OH)3Cl,则理论上耗氧体积为 L(标准状况)。
答案 (1)四 (2)10∶1 (3)A、B
(4)Ag2O+2CuCl 2AgCl+Cu2O
(5)①c ②2Cu2++3OH-+Cl- Cu2(OH)3Cl↓ ③0.448
6.(2015课标Ⅱ,26,14分)酸性锌锰干电池是一种一次性电池,外壳为金属锌,中间是碳棒,其周围是由碳粉、MnO2、ZnCl2和NH4Cl等组成的糊状填充物。该电池放电过程产生MnOOH。回收处理该废电池可得到多种化工原料。有关数据如下表所示:
溶解度/(g/100 g水)
回答下列问题:
(1)该电池的正极反应式为 ,电池反应的离子方程式为 。
(2)维持电流强度为0.5 A,电池工作5分钟,理论上消耗锌 g。(已知F=96 500 C·ml-1)
(3)废电池糊状填充物加水处理后,过滤,滤液中主要有ZnCl2和NH4Cl,二者可通过 分离回收;滤渣的主要成分是MnO2、 和 ,欲从中得到较纯的MnO2,最简便的方法为 ,其原理是 。
(4)用废电池的锌皮制备ZnSO4·7H2O的过程中,需除去锌皮中的少量杂质铁,其方法是:加稀H2SO4和H2O2溶解,铁变为 ,加碱调节至pH为 时,铁刚好沉淀完全(离子浓度小于1×10-5 ml·L-1时,即可认为该离子沉淀完全);继续加碱至pH为 时,锌开始沉淀(假定Zn2+浓度为0.1 ml·L-1)。若上述过程不加H2O2后果是 ,原因是 。
答案 (1)MnO2+H++e- MnOOH
2MnO2+Zn+2H+ 2MnOOH+Zn2+(每空1分,共2分)[注:式中Zn2+可写为Zn(NH3)42+、Zn(NH3)2Cl2等,H+可写为NH4+] (2)0.05(2分)
(3)加热浓缩、冷却结晶 碳粉 MnOOH 空气中加热
碳粉转变为CO2,MnOOH氧化为MnO2(每空1分,共5分)
(4)Fe3+ 2.7 6 Zn2+和Fe2+分离不开 Fe(OH)2和Zn(OH)2的Ksp相近(每空1分,共5分)
考点二 电解原理及其应用
7.(2015福建理综,9,6分)纯净物X、Y、Z转化关系如图所示,下列判断正确的是( )

A.X可能是金属铜B.Y不可能是氢气
C.Z可能是氯化钠D.Z可能是三氧化硫
答案 A
8.(2015福建理综,11,6分)某模拟“人工树叶”电化学实验装置如下图所示,该装置能将H2O和CO2转化为O2和燃料(C3H8O)。下列说法正确的是( )
A.该装置将化学能转化为光能和电能
B.该装置工作时,H+从b极区向a极区迁移
C.每生成1 ml O2,有44 g CO2被还原
D.a电极的反应为:3CO2+18H+-18e- C3H8O+5H2O
答案 B
9.(2015四川理综,4,6分)用如图所示装置除去含CN-、Cl-废水中的CN-时,控制溶液pH为9~10,阳极产生的ClO-将CN-氧化为两种无污染的气体。下列说法不正确的是( )
A.用石墨作阳极,铁作阴极
B.阳极的电极反应式:Cl-+2OH--2e- ClO-+H2O
C.阴极的电极反应式:2H2O+2e- H2↑+2OH-
D.除去CN-的反应:2CN-+5ClO-+2H+ N2↑+2CO2↑+5Cl-+H2O
答案 D
10.(2015浙江理综,11,6分)在固态金属氧化物电解池中,高温共电解H2O-CO2混合气体制备H2和CO是一种新的能源利用方式,基本原理如图所示。下列说法不正确的是( )
A.X是电源的负极
B.阴极的电极反应式是:H2O+2e- H2+O2-
CO2+2e- CO+O2-
C.总反应可表示为:H2O+CO2 H2+CO+O2
D.阴、阳两极生成的气体的物质的量之比是1∶1
答案 D
11.(2015山东理综,29,15分)利用LiOH和钴氧化物可制备锂离子电池正极材料。LiOH可由电解法制备,钴氧化物可通过处理钴渣获得。
(1)利用如图装置电解制备LiOH,两电极区电解液分别为LiOH和LiCl溶液。B极区电解液为 溶液(填化学式),阳极电极反应式为 ,电解过程中Li+向 电极迁移(填“A”或“B”)。
(2)利用钴渣[含C(OH)3、Fe(OH)3等]制备钴氧化物的工艺流程如下:
C(OH)3溶解还原反应的离子方程式为 。铁渣中铁元素的化合价为 。在空气中煅烧CC2O4生成钴氧化物和CO2,测得充分煅烧后固体质量为2.41 g,CO2体积为1.344 L(标准状况),则钴氧化物的化学式为 。
答案 (1)LiOH 2Cl--2e-Cl2↑ B
(2)2C(OH)3+SO32-+4H+2C2++SO42-+5H2O
[或C(OH)3+3H+C3++3H2O,2C3++SO32-+H2O2C2++SO42-+2H+] +3 C3O4
12.(2017江苏单科,16,12分)铝是应用广泛的金属。以铝土矿(主要成分为Al2O3,含SiO2和Fe2O3等杂质)为原料制备铝的一种工艺流程如下:
注:SiO2在“碱溶”时转化为铝硅酸钠沉淀。
(1)“碱溶”时生成偏铝酸钠的离子方程式为 。
(2)向“过滤Ⅰ”所得滤液中加入NaHCO3溶液,溶液的pH (填“增大”“不变”或“减小”)。
(3)“电解Ⅰ”是电解熔融Al2O3,电解过程中作阳极的石墨易消耗,原因是 。
(4)“电解Ⅱ”是电解Na2CO3溶液,原理如图所示。阳极的电极反应式为 ,阴极产生的物质A的化学式为 。
(5)铝粉在1 000 ℃时可与N2反应制备AlN。在铝粉中添加少量NH4Cl固体并充分混合,有利于AlN的制备,其主要原因是 。
答案 (1)Al2O3+2OH-2AlO2-+H2O
(2)减小
(3)石墨电极被阳极上产生的O2氧化
(4)4CO32-+2H2O-4e-4HCO3-+O2↑ H2
(5)NH4Cl分解产生的HCl能够破坏Al表面的Al2O3薄膜
【三年模拟】
时间:45分钟 分值:95分
一、选择题(每题6分,共24分,每小题只有一个选项正确)
1.(2019河南开封一模,10)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Fe2O3
C.充电时,Fe做阳极,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
2.(2019广东佛山二检,10)沉积物微生物燃料电池可处理含硫废水,其工作原理如图所示。下列说法错误的是( )
A.碳棒b的电极反应式为O2+4e-+4H+ 2H2O
B.光照强度对电池的输出功率有影响
C.外电路的电流方向:碳棒a→碳棒b
D.酸性增强不利于菌落存活,故工作一段时间后,电池效率降低
答案 C
3.(2019江西名校3月联考,11)利用膜技术原理和电化学原理制备少量硫酸和绿色硝化剂N2O5,装置如图所示。下列说法正确的是( )
A.b电极反应式是O2+4e-+2H2O 4OH-
B.电解后乙装置d电极附近溶液的pH不变
C.c电极反应式为N2O4-2e-+H2O N2O5+2H+
D.甲中每消耗1 ml SO2,乙装置中有1 ml H+通过隔膜
答案 B
4.(2019河北衡水中学二调,9)某兴趣小组进行电解原理的实验探究,实验如下:一定温度下,以铜为电极,按如图所示装置电解饱和食盐水,通电2 min。实验现象:接通电源30 s内,阳极附近出现白色浑浊,之后变为橙黄色浑浊,此时测得溶液的pH约为10。结束后(温度不变),试管底部聚集大量红色沉淀,溶液仍为无色。
查阅资料:
下列说法错误的是( )
A.反应结束后,最终溶液一定呈碱性
B.反应过程中发生了沉淀转化,说明Ksp(CuOH)C.阴极的电极反应式为2H2O+2e- H2↑+2OH-
D.电解过程中,Cl-移向阳极
答案 A
二、选择题(每题6分,共18分,每小题有一个或两个选项正确)
5.(2019山东青岛一模改编)水系锌离子电池是一种新型二次电池,工作原理如图。该电池以粉末多孔锌电极(锌粉、活性炭及黏结剂等)为负极,V2O5为正极,三氟甲磺酸锌[Zn(CF3SO3)2]为电解液。下列叙述错误的是( )
A.放电时,Zn2+向V2O5电极移动
B.充电时,阳极区电解液的浓度变大
C.充电时,粉末多孔锌电极发生氧化反应
D.放电时,V2O5电极上的电极反应式为V2O5+xZn2++2xe- ZnxV2O5
答案 BC
6.(2019福建龙岩一模,12)高能锂离子电池总反应式为2Li+FeS Fe+Li2S,LiPF6·SO(CH3)2为电解质,用该电池为电源电解含镍酸性废水并得到单质Ni的实验装置如图所示。下列说法正确的是( )
A.LiPF6·SO(CH3)2可用Li2SO4水溶液代替
B.当转移1 ml e-时,b室离子数增加NA个
C.该电池充电时,阳极反应式为Fe+Li2S-2e- FeS+2Li+
D.若去除阴离子膜,则电解总反应发生改变
答案 C
7.(2019河北衡水中学一调,12)用多孔石墨电极完成下列实验。下列解释或推理合理的是( )
A.Ⅰ中电解一段时间后,c(Na2SO4)一定增大
B.由Ⅱ中反应H2+Cu2+ Cu↓+2H+可知,用玻璃导管将H2通入CuSO4溶液中,也会产生红色沉淀
C.Ⅲ中,只可能发生反应2Ag++Cu Cu2++2Ag
D.Ⅰ中,a极上既发生了化学变化,也发生了物理变化
答案 D
三、非选择题(共53分)
8.(2019广东深圳二调,27)(14分)重铬酸钾常用作有机合成的氧化剂和催化剂等。由含铬废液(主要含Cr3+、Fe3+、K+、SO42-等)制备K2Cr2O7的流程如图所示。
已知:Ⅰ.在酸性条件下,H2O2能将Cr2O72-还原为Cr3+
Ⅱ.相关金属离子形成氢氧化物沉淀的pH范围如下:
回答下列问题:
(1)滤渣②的主要成分为 (填化学式)。
(2)写出“氧化”步骤中反应的化学方程式: 。
(3)“加热”操作的目的是 。
(4)“酸化”过程中发生反应2CrO42-+2H+ Cr2O72-+H2O(K=4×1014)。已知:“酸化”后溶液中c(Cr2O72-)=1.6×10-3 ml/L,则溶液中c(CrO42-)= 。
(5)“结晶”后得到K2Cr2O7(M=294 g/ml)产品0.500 0 g,将其溶解后用稀H2SO4酸化,再用浓度为1.000 0 ml/L(NH4)2Fe(SO4)2 标准溶液滴定,滴定终点消耗标准溶液的体积为9.00 mL,则产品的纯度为 。[滴定反应为K2Cr2O7+6(NH4)2Fe(SO4)2+7H2SO4 K2SO4 +Cr2(SO4)3+6(NH4)2SO4+3Fe2(SO4)3+7H2O]
(6)在K2Cr2O7存在下,可利用微生物电化学技术实现含苯酚废水的有效处理,其工作原理如下图所示。
①负极的电极反应式为 ;
②一段时间后,中间室中NaCl溶液的浓度 (填“增大”“减小”或“不变”)。
答案 (每空2分)(1)Fe(OH)3
(2)2Cr(OH)3+3H2O2+4KOH 2K2CrO4+8H2O
(3)分解除去过量的H2O2
(4)2×10-8 ml/L
(5)88.20%
(6)①C6H5OH+11H2O-28e- 6CO2↑+28H+ ②减小
9.(2018豫北、豫南二联,17节选)(12分)氮的重要化合物如氨(NH3)、氮氧化物(NxOy)、肼(N2H4)、三氟化氮(NF3)等,在生产、生活中具有重要作用。
(2)利用反应NO2+NH3 N2+H2O(未配平)消除NO2的简易装置如下图所示。电极b的电极反应式为 ,消耗标准状况下4.48 L NH3时,被消除的NO2的物质的量为 ml。
(3)在微电子工业中NF3常用作氮化硅的蚀刻剂,工业上通过电解含NH4F等的无水熔融物生产NF3,其电解原理如图所示。
①a电极为电解池的 (填“阴”或“阳”)极,写出该电极的电极反应式: ;电解过程中还会生成少量氧化性极强的气体单质,该气体的分子式是 。
②已知NH3·H2O电离常数Kb=1.8×10-5,HF电离常数Ka=3.5×10-4,则NH4F的电子式为 ,0.1 ml·L-1 NH4F溶液中所有离子浓度由大到小的顺序为 。
答案 (2)2NO2+8e-+4H2O 8OH-+N2 0.15
(3)①阳 NH4++3F--6e- NF3+4H+ F2
② H：N··HH··：H +[：F····：]- c(F-)>c(NH4+)>c(H+)>c(OH-)
10.(2019四川成都顶级名校零诊,25)(12分)丙烷燃烧可以通过以下两种途径:
途径Ⅰ:C3H8(g)直接燃烧,标准燃烧热ΔH=-x kJ/ml。
途径Ⅱ:C3H8(g)C3H6(g)+H2(g) ΔH=+b kJ/ml
2C3H6(g)+9O2(g)6CO2(g)+6H2O(l) ΔH=-c kJ/ml
2H2(g)+O2(g)2H2O(l) ΔH=-d kJ/ml
(b、c、d均为正值)。
请回答下列问题:
(1)判断等量的丙烷通过两种途径放出的热量,途径Ⅰ放出的热量 (填“大于”“等于”或“小于”)途径Ⅱ放出的热量。
(2)C3H8(g)C3H6(g)+H2(g)的反应中,正反应活化能 (填“大于”“等于”或“小于”)逆反应活化能。
(3)C3H8(g)的标准燃烧热ΔH中x= (用含b、c、d的代数式表示)。
(4)以酸性氢氧燃料电池为电源将废水中的尿素(H2NCONH2,氮元素显-3价)转化为对环境无害物质的实验装置如图所示。
①酸性氢氧燃料电池是将 能转化为 能。
②电解池中H+透过质子交换膜 移动(填“向左”或“向右”)。
③M、N两极若是石墨,在相同条件下,电池中消耗的H2体积为6 L,则电解池中产生的气体体积为 。
答案 (1)等于(2分) (2)大于(2分) (3)c+d-2b2(2分) (4)①化学(1分) 电(1分) ②向右(2分) ③10 L(2分)
11.(2018河南、河北重点高中一联,17)(15分)二氧化碳的再利用是实现温室气体减排的重要途径之一。
(1)二氧化碳的电子式为 。
(2)下列二氧化碳所参与的反应中,原子利用率达到100%的是 (填字母)。
a.CO2+2NH3 CO(NH2)2+H2O
b.CO2+CH4 CH3COOH
c.CO2+3H2 CH3OH+H2O
d.
(3)在稀H2SO4中利用电催化可将CO2同时转化为多种燃料,其原理如图所示。
①该装置能量转化的方式为 。
②一段时间后,Cu极区溶液质量 (填“增大”“减小”或“不变”)。
③铜极上产生乙烯的电极反应式为 。
④若阴极只生成0.17 ml CO和0.33 ml HCOOH,则电路中转移电子的物质的量为 ml。
答案 (1)：O··：：C：：O··：(3分) (2)bd(2分)
(3)①电能转化为化学能(2分) ②增大(2分)
③2CO2+12H++12e- C2H4+4H2O(3分) ④1(3分)课
标
解
读
内容
原电池原理及其应用
电解原理及其应用
解读
1.理解原电池的构成、工作原理及应用,能书写电极反应和总反应方程式
2.了解金属发生电化学腐蚀的原因、金属腐蚀的危害以及防止金属腐蚀的措施
3.了解常见化学电源的种类及其工作原理
理解电解池的构成、工作原理及应用,能书写电极反应和总反应方程式
考情分析
电化学是氧化还原反应知识的应用和延伸,是热点考查内容。通常会以新型二次电池为载体考查原电池原理与电解原理。试题难度中等,预计今后对本专题知识的考查会保持稳定
备考策略
本专题命题往往以可充电电池的工作原理及电解原理的应用为背景,考查电极反应式的书写、离子移动方向、金属的电化学腐蚀及防护等知识。同时也对信息提取、应用能力进行考查。备考时要侧重原电池与电解池工作原理中基础考点的复习和电极反应式书写技巧的掌握
温度/℃
化合物
0
20
40
60
80
100
NH4Cl
29.3
37.2
45.8
55.3
65.6
77.3
ZnCl2
343
395
452
488
541
614
化合物
Zn(OH)2
Fe(OH)2
Fe(OH)3
Ksp近似值
10-17
10-17
10-39
物质
氯化铜
氧化亚铜
氢氧化亚铜(不稳定)
氯化亚铜
颜色
固体呈棕色,浓溶液呈绿色,稀溶液呈蓝色
红色
橙黄色
白色
实验
现象
Ⅰ中,a、b两极均有气泡产生
Ⅱ中,a极上析出红色固体
Ⅲ中,a极上析出灰白色固体
金属离子
开始沉淀的pH
沉淀完全的pH
Cr3+
4.9
6.8
Fe3+
1.5
2.8