资源描述
电化学基本原理及应用题型介绍：电化学是高考的必考考点，对原电池和电解池的考查往往以选择题的形式考查两电极反应式的书写、两电极附近溶液性质的变化、电子的转移或电流方向的判断等，在第卷中会以应用性和综合性进行命题，如与生产生活(如金属的腐蚀和防护等)相联系，也与无机推断、实验及化学计算等 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CO2C放电时，正极反应为：3CO2+4e 2CO32+CD充电时，正极反应为：Na+eNa【答案】D【解析】分析：原电池中负极发生失去电子的氧化反应，正极发生得到电子的还原反应，阳离子向正极移动，阴离子向负极移动，充电可以看作是放电的逆反应，据此解答。点睛：本题以我国科学家发表在化学顶级刊物上的“一种室温下可呼吸的钠、二氧化碳二次电池”为载体考查了原电池和电解池的工作原理，掌握原电池和电解池的工作原理是解答的关键，注意充电与发电关系的理解。本题很好的弘扬了社会主义核心价值观个人层面的爱国精神，落实了立德树人的教育根本任务。 名师揭秘】可充电电池在分析过程中搞清楚两个过程充电和放电，充电为电解池，放电为原电池；用双线桥法首先分析该氧化还原反应，找出两极反应的物质，写出两极反应的电极方程式，然后根据电解质溶液进行后面的分析。高频考点二：燃料电池【典例】【江西重点中学盟校2019届高三第一次联考】如图所示是一种以液态肼(N2H4)为燃料，氧气为氧化剂，某固体氧化物为电解质的新型燃料电池。该固体氧化物电解质的工作温度高达700900时，O2-可在该固体氧化物电解质中自由移动，反应生成物均为无毒无害的物质。下列说法正确的是 （ ）A电池总反应为：N2H4+2O2=2NO+2H2OB电池内的O2-由电极乙移向电极甲C当甲电极上有lmol N2H4消耗时，乙电极上有22.4LO2参与反应D电池正极方程式为：O2 + 4e-+2H2O=4OH-【答案】B【 名师揭秘】这类试题本身难度不大，但综合性强，在解题过程中首先分清楚池型，是原电池还是电解池；然后找电极，写出电极反应，再分析电子、离子流向。高频考点四：电解规律及应用【典例】【河南示范性高中2019届上学期期终】利用如图所示装置可制备LiOH，两电极区电解液分别为LiCl溶液和LiOH溶液。下列说法错误的是 （ ）AB极区的电极反应式2H2O+2e=H2+2OHBA极的电势一定比B极的高C实际电解过程中A极区pH减小D若改为阴离子交换膜，则两极气体产物仍相同【答案】B【 接触面积大，能增加电解效率，故B说法正确；C、阴极应为阳离子得电子，根据离子放电顺序应是H放电，即2H2e=H2，故C说法错误；D、根据电解原理，电解时，阴离子移向阳极，故D说法正确。【名师点睛】本题考查电解原理的应用，如本题得到致密的氧化铝，说明铝作阳极，因此电极方程式应是2Al6e3H2O=Al2O36H，这就要求学生不能照搬课本知识，注意题干信息的挖掘，本题难度不大。5【2017新课标3卷】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（2x8）。下列说法错误的是 （ ）A电池工作时，正极可发生反应：2Li2S6+2Li+2e-=3Li2S4B电池工作时，外电路中流过0.02 mol电子，负极材料减重0.14 gC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【名师点睛】考查二次电池的使用，涉及原电池工作原理，原电池工作时负极发生氧化反应，正极发生还原反应，而电池充电时，原来的负极连接电源的负极为电解池的阴极，发生还原反应，而原来的正极连接电源的正极为电解池的阳极发生氧化反应，解题是通过结合反应原理，根据元素化合价的变化，判断放电时正负极发生的反应，再结合电解质书写电极反应方程式。6【2017江苏卷】下列说法正确的是 （ ）A反应N2(g)+3H2(g)2NH3(g)的H 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，KspMg(OH)2=5.61012，pH=10的含Mg2+溶液中，c(Mg2+)5.6104 molL1D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6.021023【答案】BC【名师点睛】本题考查了对熵变、金属的电化学防腐措施、难溶电解质的沉淀溶解平衡、氧化还原反应中的电子转移、气体摩尔体积以及阿伏加德罗常数的掌握情况。要求学生会判断一些常见反应的熵变，能合理运用熵判据和焓判据来判断一个反应能否自发进行；搞懂牺牲阳极的阴极保护法和外接电流的阴极保护法的原理及其区别；会进行有关溶度积的简单计算；会判断氧化还原反应中电子转移的方向和数目；弄清气体摩尔体积的使用条件及阿伏加德罗常数的含义和近似值。7【2016年高考新课标卷】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-=AgC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【解析】试题分析：根据题意，电池总反应式为：Mg+2AgCl=MgCl2+2Ag，正极反应为：2AgCl+2e-= 2Cl-+ 2Ag，负极反应为：Mg-2e-=Mg2+，A项正确，B项错误；对原电池来说，阴离子由正极移向负极，所以电池放电时Cl-由正极向负极迁移，C项正确；由于镁是活泼金属，则负极会发生副反应Mg+2H2O=Mg(OH)2+H2，D项正确；答案选B。【考点定位】考查原电池的工作原理。【名师点睛】本题以Mg-AgCl电池是一种以海水为电解质溶液的水激活电池为载体，考查原电池电极反应式的书写，离子的迁移方向等知识。化学电源是高考中的热点，也是难点，学生要结合原电池的知识来推断试题给出的化学电源的工作原理，然后结合化合价的变化判断正、负极。8【2016年高考北京卷】用石墨电极完成下列电解实验。实验一实验二装置现象a、d处试纸变蓝；b处变红，局部褪色；c处无明显变化两个石墨电极附近有气泡产生；n处有气泡产生；下列对实验现象的解释或推测不合理的是 （ ）Aa、d处：2H2O+2e-=H2+2OH-Bb处：2Cl-2e-=Cl2Cc处发生了反应：Fe-2e-=Fe2+D根据实验一的原理，实验二中m处能析出铜【答案】B【考点定位】本题主要是考查电解原理的应用【名师点睛】化学反应主要是物质变化，同时也伴随着能量变化。电化学是化学能与电能转化关系的化学。电解池是把电能转化为化学能的装置，它可以使不能自发进行的化学借助于电流而发生。与外接电源正极连接的电极为阳极，与外接电源的负极连接的电极为阴极。阳极发生氧化反应，阴极发生还原反应。若阳极是活性电极(除Au、Pt、C之外的电极)，则电极本身失去电子，发生氧化反应；若是惰性电极(Au、Pt、C等电极)，则是溶液中的阴离子放电，放电的先后顺序是S2-I-Br-Cl-OH-含氧酸根离子，阴极则是溶液中的阳离子放电，放电顺序是Ag+Hg2+Fe3+Cu2+H+，与金属活动性顺序刚好相反。因此掌握电解池反应原理是本题解答的关键。注意依据实验现象分析可能发生的电极反应。9【2016年高考上海卷】图1是铜锌原电池示意图。图2中，x轴表示实验时流入正极的电子的物质的量，y轴表示 （ ）A铜棒的质量 Bc(Zn2+)Cc(H+) Dc(SO42-)【答案】C【考点定位】考查原电池基本原理和溶液中离子浓度变化。【名师点睛】原电池原理无论在工业生产、日常生活和科学研究领域都有着重要用途，尤其在金属的腐蚀与防护、新能源的开发和利用方面有着不可替代的作用，因此也是历年高考必考知识点之一。无论题型如何变化，如果把握原电池的工作原理、电极反应式和电池总反应方程式问题都会迎刃而解。在原电池中，一般活泼金属做负极、失去电子、发生氧化反应（金属被氧化）、逐渐溶解（或质量减轻）；不活泼金属（或导电的非金属）做正极、发生还原反应、有金属析出（质量增加）或有气体放出；电子从负极流出经过外电路流回正极，电流方向正好相反；溶液中离子浓度变化及移动方向由电极反应决定。10【2016年高考新课标卷】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2 H2O4e=O2+4H+，负极区溶液pH降低D当电路中通过1mol电子的电量时，会有0.5mol的O2生成【答案】B【考点定位】考查电解原理的应用的知识。【名师点睛】化学反应主要是物质变化，同时也伴随着能量变化。电化学是化学能与电能转化关系的化学。电解池是把电能转化为化学能的装置，它可以使不能自发进行的化学借助于电流而发生。与外接电源正极连接的电极为阳极，与外接电源的负极连接的电极为阴极。阳极发生氧化反应，阴极发生还原反应。若阳极是活性电极(除Au、Pt、C之外的电极)，则电极本身失去电子，发生氧化反应；若是惰性电极(Au、Pt、C等电极)，则是溶液中的阴离子放电，放电的先后顺序是S2-I-Br-Cl-OH-含氧酸根离子，阴极则是溶液中的阳离子放电，放电顺序是Ag+Hg2+Fe3+Cu2+H+，与金属活动性顺序刚好相反。溶液中的离子移方向符合：同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引的原则，即阳离子向阴极区移动，阴离子向阳极区移动。掌握电解池反应原理是本题解答的关键。本题难度适中。11【2016年高考新课标卷】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)。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，电解质溶液中逐渐减小C放电时，负极反应为：Zn+4OH-2e=Zn(OH)D放电时，电路中通过2mol电子，消耗氧气22.4L（标准状况）【答案】C【考点定位】考查原电池和电解池的工作原理【名师点睛】本题考查原电池的工作原理和电解池工作原理，这是两个装置的重点，也是新电池的考查点，需要熟记，同时考查对知识的灵活运用；电极反应式的书写是电化学中必考的一项内容，一般先写出还原剂（氧化剂）和氧化产物（还原产物），然后标出电子转移的数目，最后根据原子守恒和电荷守恒完成缺项部分和配平反应方程式，作为原电池，正极反应式为：O22H2O4e=4OH，负极电极反应式为：Zn4OH2e=Zn(OH)42；充电是电解池，阳离子在阴极上放电，阴离子在阳极上放电，即阳离子向阴极移动，阴离子向阳极移动，对可充电池来说，充电时原电池的正极接电源正极，原电池的负极接电源的负极，不能接反，否则发生危险或电极互换，电极反应式是原电池电极反应式的逆过程；涉及到气体体积，首先看一下有没有标准状况，如果有，进行计算，如果没有必然是错误选项。掌握原电池和电解池反应原理是本题解答的关键。本题难度适中。 2【2019年3月湖北省七市州教科研协作体高三联合考试】现有二氧化硫空气质子交换膜燃料电池，其原理如图所示。下列说法不正确的是 （ ）A该电池实现了制硫酸、发电、环保三位一体的结合B该电池工作时质子从Pt1电极经过内电路流到Pt2电极CPt1电极附近发生的反应为：SO22H2O2eSO424HDPt2电极附近发生的反应为：O22e2H2O4H+【答案】D3【辽宁凌源市二中2019届高三上学期期末】关于下列各装置图的叙述不正确的是 （ ）A用图装置精炼铜，a极为粗铜，b为精铜，电解质溶液为CuSO4溶液B图装置盐桥中KCl的Cl移向甲烧杯C图装置中钢闸门应与外接电源的正极相连获得保护D图两个装置中通过导线的电子数相同时，消耗负极材料的物质的量不同【答案】C4【山东济南市2019届高三上学期期末】金属-硫电池价格低廉，使用寿命长，能量密度高，因而在电池研究领域得到广泛关注。常温下新型Mg-S电池放电时的总反应为：Mg+nS=MgSn。下列关于该电池的说法中正确的是 （ ）A负极材料为金属镁，正极材料为固体硫B电解质溶液可选用硫酸铜溶液C放电时，溶液中的阳离子向负极移动D将金属镁换成金属钠或锂也可以形成原电池【答案】D【解析】A.根据总反应方程式可知，在反应中Mg失去电子，所以金属镁作原电池的负极，而固态S不能导电，因此不能作电极，A错误；B.若电解质溶液选用硫酸铜溶液，则在正极上就不能是S获得电子变为阴离子，B错误；C.在原电池放电时，溶液中的阳离子向负电荷较多的正极移动，C错误；D.若将金属镁换成金属钠或锂，由于这两种金属的活动性也很强，因此也可以形成原电池，D正确；故合理选项是D。5【云南省通海二中2019届高三9月月考】为探究原电池和电解池的工作原理，某研究性小组分别用如图所示装置进行实验。（1）甲装置中，a电极的反应式为_。（2）乙装置中，阴极区产物为_。（3）丙装置是一种家用环保型消毒液发生器。外接电源a为_(填“正”或“负”)极，该装置内发生反应的化学方程式为_。（4）若甲装置作为乙装置的电源，一段时间后，甲中消耗气体与乙中产生气体的物质的量之比为_(不考虑气体的溶解)。【答案】H2-2e-+2OH-=2H2O 氢氧化钠和氢气 负 2NaCl+2H2O2NaOH+H2+Cl2, Cl2+2NaOH=NaCl+NaClO+H2O 3:4（4）若甲装置作为乙装置的电源，因此满足电子转移守恒。每消耗2mol氢气同时消耗1mol氧气，转移4mol电子。而在乙装置中可以产生2mol氢气和2mol氯气，所以一段时间后，甲中消耗气体与乙中产生气体的物质的量之比为3:4。能力拓展：6【西安市蓝田县2019届高三第一次模拟】某新型水系钠离子电池工作原理如图所示。TiO2光电极能使电池在太阳光照下充电，充电时Na2S4还原为Na2S，下列说法不正确的是 （ ）A充电时，太阳能转化为电能，电能又转化为化学能B放电时，a极为负极C充电时，阳极的电极反应式为3I2e=13DM是阴离子交换膜【答案】D7【山东济宁市2019届高三一模】双极膜电渗析一步法盐制酸碱的技术进入到了工业化阶段，某科研小组研究采用BMED膜堆(如图所示)，模拟以精制浓海水为原料直接制备酸和碱。BMED膜堆包括阳离子交换膜、阴离子交换膜和双极膜(a、d)已知：在直流电源的作用下，双极膜内中间界面层发生水的解离，生成H+和OH-。下列说法正确的是 （ ）A电极Y连接电源的正极，发生还原反应BI口排出的是混合碱，口排出的是淡水C电解质溶液采用Na2SO4溶液可避免有害气体的产生Da左侧膜为阳离子交换膜，c为阴离子交换膜【答案】C8【辽宁抚顺市2019届高三一模】有一种新型二次电池其放电时的工作原理如图所示：电池两极区用阳离子交换膜隔开，下列说法错误的是 （ ）A电池放电时的正极反应为：I3-+ 2e-= 3I-B电池充电时，电解质为K2S2和K2S4极区的电极连接外加电源的负极C电池放电时当有0.2mol K+通过离子交换膜，电路中转移了0.2mole-D利用该电池电解100mL 0.2mol/L的CuSO4溶液 ，当电路中有0.1mol e-通过时，理论上可析出3.2g金属铜【答案】D【解析】该电池放电时属于原电池，负极上失电子发生氧化反应，正极上得电子发生还原反应，放电时，阳离子向正极移动，阴离子向负极移动，充电时，该装置是电解池，阴极上得到电子发生还原反应，阴极连接电源负极。A放电时，由图知K+从K2S2和K2S4极区移向KI3-KI极区，则K2S2和K2S4极区为负极，KI3-KI极区为正极，正极反应为：I3-+ 2e-= 3I-，故A项正确；B电池充电时，K2S2和K2S4极区得到电子发生还原反应为阴极，电极连接外加电源的负极，KI3-KI极区失去电子发生氧化反应为阳极，电极连接外加电源的正极，故B项正确；C电池放电时，负极的电极反应式为2S22-2e-=S42-，故当有0.2mol K+通过离子交换膜，电路中转移0.2mole-，故C项正确；D100mL 0.2mol/L的CuSO4溶液n(Cu2+)=0.02mol，根据反应式：Cu2+ +2e-=Cu，Cu2+完全转化为Cu单质，则m(Cu)= =1.28g，故D项错误；故选答案D。9【2019届四省名校高三第三次大联考】一种将燃料电池与电解池组合制备KMnO4的装置如图所示(电极甲、乙、丙、丁均为惰性电极)。该装置工作时，下列说法不正确的是 （ ）A甲为正极，丙为阴极B丁极的电极反应式为MnO42e=MnO4CKOH溶液的质量分数：c%a%b%D标准状况下，甲电极上每消耗22.4L气体时，理论上有4molK+移入阴极区【答案】C10【山东临沂十九中2019届高三第六次调研】铬是常见的过渡金属之一,研究铬的性质具有重要意义。（1）在上图装置中，观察到装置甲铜电极上产生大量的无色气体；而装置乙中铜电极上无气体产生，铬电极上产生大量红棕色气体。由此可得到的结论_。（2）工业上使用下图装置，采用石墨作电极电解Na2CrO4溶液，使Na2CrO4转化为Na2Cr2O7,其转化原理为_。（3）CrO3和K2Cr2O7均易溶于水，它们是工业废水造成铬污染的主要原因。要将Cr(VI)转化为Cr(III)常见的处理方法是电解法和铁氧磁体法。电解法：将含Cr2O72-的废水通入电解槽内，用铁作阳极，在酸性环境中，加入适量的NaC1进行电解，使阳极生成的Fe2+和Cr2O72-发生反应，其离子方程式为_。阴极上Cr2O72-、H+、Fe3+都可能放电。若Cr2O72-放电，则阴极的电极反应式为_；若H+放电，则阴极区形成Fe(OH)3和Cr(OH)3沉淀。铁氧磁体法：在含Cr(VI)的废水中加入绿矾，在pH4时发生反应使Cr(VI)转化为Cr(III),调节溶液pH为68，使溶液中的Fe(I)、Fe()、Cr(III)析出组成相当于Fe()Fe(III)xCr (III)2-xO4(铁氧磁体 的沉淀，则铁氧磁体中x=_。【答案】由装置甲知铬的金属活动性比铜强；由装置乙知常温下铬在浓硝酸中钝化 阳极4OH-4eO22H2O，使c(H+)增大，从而导致2CrO42-+2H+Cr2O72-+H2O反应发生 Cr2O72-+6Fe2+14H+2Cr3+6Fe3+7H2O Cr2O72-+6e-+14H+2Cr3+7H2O 1.5 （2）石墨电极电解Na2CrO4溶液，实现了Na2CrO4到Na2Cr2O7的转化，这是由于电解池中阳极是溶液中氢氧根离子失电子生成氧气：4OH-4eO22H2O，溶液酸性增强，使c(H+)增大，从而导致2CrO42-+2H+Cr2O72-+H2O反应发生，所以实现了Na2CrO4到Na2Cr2O7的转化；（3）重铬酸根离子具有强的氧化性，可以将亚铁离子氧化，发生氧化还原反应，根据电子得失守恒、原子守恒和电荷守恒可知反应的离子方程式为Cr2O72-+6Fe2+14H+2Cr3+6Fe3+7H2O；在阴极上是溶液中的离子发生得电子的还原反应，若Cr2O72-放电，则阴极的电极反应式为Cr2O72-+6e-+14H+2Cr3+7H2O；根据反应Cr2O72-+6Fe2+14H+2Cr3+6Fe3+7H2O可知Cr3+和Fe3+的物质的量之比为1：3，则：(2x)/x=1：3，解得x=1.5。 14【四川省江油中学2019届高三下学期第一次月考】我国科学家在天然气脱硫研究方面取得了新进展，利用如图装置进行脱硫，将硫化氢气体转化成硫沉淀。已知甲、乙池中发生的反应为(右图)：下列说法正确的是 （ ）A该装置中电能转化为光能B电路中每转移0.2mol电子，甲池溶液质量变化 3.4g，乙池溶液质量保持不变C光照时乙池电极上发生的反应为：H2S+I3-=3I-+S+2H+D甲池中碳棒上发生的电极反应为：AQ+2H+-2e-=H2AQ【答案】B15【聊城一中2019届高三第一学期期中】某课外小组分别用下图所示装置对原电池和电解原理进行实验探究。请回答：用图 1 所示装置进行第一组实验（K 闭合）（1）Zn 极为_极。实验过程中，甲中 SO42_（填“从左向右”、“从右向左”或“不”）移动；反应初期乙中 N 极发生的电极反应为_。（2）反应一段时间后，打开 K，向乙中加入 0.1mol Cu(OH)2 后恰好复原，则上述电解过程中转移的电子数为_NA。用图 2 所示装置进行第二组实验。实验中两极均有气体产生，且 Y 极区产生 FeO42，溶液呈浅紫红色。（3）Y 极上 Fe 变为FeO42的电极反应式为_（4）电解过程中，X 极区溶液的 pH_（填“增大” 、“减小”或“不变”）。若在 X 极收集到 672 mL 气体，在 Y 极收集到 168 mL 气体（均为标准状况），则 Y 电极质量减少_g。（5）在碱性锌电池中，用高铁酸钾作为正极材料，电池反应式为：2K2FeO4+3Zn = Fe2O3 +ZnO+2K2ZnO2 该电池正极发生的电极反应方程式为_。【答案】负 从右向左 Cu22e=Cu 0.4 Fe6e+8OH=FeO42-4H2O 增大 0.28 2FeO42- +6e- +5H2O = Fe2O3 +10OH- （2） 加入0.1mol Cu(OH)2的溶液可复原，说明发生反应的物质有CuSO4、水，0.1mol Cu(OH)2的作用相当于有0.1molCuO和0.1molH2O反应；n(CuSO4)=0.1mol，转移电子的物质的量为0.12=0.2mol，又有0.1mol的水电解，其转移电子的物质的量为0.12=0.2mol，因此共转移电子的物质的量为0.4mol电子数目为0.4NA；（3）在图2电解池中，Fe作阳极，失去电子，发生氧化反应，由于溶液显碱性，所以Y 极上 Fe 变为FeO42的电极反应式为Fe6e+8OH=FeO42-4H2O；（5）在正极上高铁酸根离子获得电子被还原，发生还原反应，电极反应式是：2FeO42- +6e- +5H2O = Fe2O3 +10OH-。 解决电化学一系列问题的基本步骤是：首先是判断是原电池，还是电解池根据题目条件判断出正负极（阴阳极）电极上的物质（阴阳离子）发生的电极反应带来的变化（离子浓度变化、pH变化、电子流向、现象等等）得出合理答案。
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