2019版高考化学二轮复习 第一篇 理综化学选择题突破 第5题 新型电源、电解的应用与金属腐蚀学案.doc

第5题新型电源、电解的应用与金属腐蚀复习建议：3课时(题型突破2课时习题1课时)1(2018课标全国，13)最近我国科学家设计了一种CO2H2S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：EDTAFe2e=EDTAFe32EDTAFe3H2S=2HS2EDTAFe2该装置工作时，下列叙述错误的是()A.阴极的电极反应：CO22H2e=COH2OB协同转化总反应：CO2H2S=COH2OSC石墨烯上的电势比ZnO石墨烯上的低D若采用Fe3/Fe2取代EDTAFe3/EDTAFe2，溶液需为酸性解析阴极发生还原反应，氢离子由交换膜右侧向左侧迁移，阴极的电极反应式为CO22e2H=COH2O，A项正确；结合阳极区发生的反应，可知协同转化总反应为CO2H2S=SCOH2O，B项正确；石墨烯作阳极，其电势高于ZnO石墨烯的，C项错误；Fe3、Fe2在碱性或中性介质中会生成沉淀，它们只稳定存在于酸性较强的介质中，D项正确。答案C2(2018课标全国，12)我国科学家研发了一种室温下“可呼吸”的NaCO2二次电池。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：3CO24Na2Na2CO3C。下列说法错误的是()A放电时，ClO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：3CO24e=2COCD充电时，正极反应为：Nae=Na解析电池放电时，ClO向负极移动，A项正确；结合总反应可知放电时需吸收CO2，而充电时释放出CO2，B项正确；放电时，正极CO2得电子被还原生成单质C，即电极反应式为3CO24e=2COC，C项正确；充电时阳极发生氧化反应，即C被氧化生成CO2，D项错误。答案D3(2018课标全国，11)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Li2O2x(x0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Li2O2x=2LiO2解析根据电池工作原理，多孔碳材料吸附O2，O2在此获得电子，所以多孔碳材料电极为电池的正极，A项错误；放电时电子从负极(锂电极)流出，通过外电路流向正极(多孔碳材料电极)，B项错误；Li带正电荷，充电时，应该向电解池的阴极(锂电极)迁移，C项错误；充电时，电池总反应为Li2O2x=2LiO2，D项正确。答案D4(2017课标全国，11)支撑海港码头基础的防腐技术，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解析钢管桩接电源的负极，高硅铸铁接电源的正极，通电后，外电路中的电子从高硅铸铁(阳极)流向正极，从负极流向钢管桩(阴极)，A、B正确；C项，题给信息高硅铸铁为“惰性辅助阳极”不损耗，错误。答案C5(2017课标全国，11)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H2SO4H2C2O4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：Al33e=AlD硫酸根离子在电解过程中向阳极移动解析A项，根据原理可知，Al要形成氧化膜，化合价升高失电子，因此铝为阳极，正确；B项，阴极仅作导体，可选用不锈钢网，且不锈钢网接触面积大，能增加电解效率，正确；C项，阴极应为氢离子得电子生成氢气，错误；D项，电解时，阴离子移向阳极，正确。答案C6(2017课标全国，11)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：16LixS8=8Li2Sx(2x8)。下列说法错误的是()A电池工作时，正极可发生反应：2Li2S62Li2e=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的量越多解析A项，原电池电解质中阳离子移向正极，根据全固态锂硫电池工作原理图示中Li移动方向可知，电极a为正极，正极发生还原反应，由总反应可知正极依次发生S8Li2S8Li2S6Li2S4Li2S2的还原反应，正确；B项，电池工作时负极电极方程式为：Lie=Li，当外电路中流过0.02 mol电子时，负极消耗的Li的物质的量为0.02 mol，其质量为0.14 g，正确；C项，石墨烯具有良好的导电性，故可以提高电极a的导电能力，正确；D项，电池充电时为电解池，此时电解总反应为8Li2Sx16LixS8(2x8)，故Li2S2的量会越来越少，错误。答案D7(2016课标全国，11)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SO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SO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2H2O4e=O24H，负极区溶液pH降低D当电路中通过1 mol电子的电量时，会有0.5 mol的O2生成解析电解池中阴离子向正极移动，阳离子向负极移动，即SO离子向正极区移动，Na 向负极区移动，正极区水电离的OH发生氧化反应生成氧气，H留在正极区，该极得到H2SO4产品，溶液pH减小，负极区水电离的H发生还原反应生成氢气，OH留在负极区，该极得到NaOH产品，溶液pH增大，故A、C项错误，B正确；该电解池相当于电解水，根据电解水的方程式可计算出当电路中通过1 mol电子的电量时，会有0.25 mol的O2生成，错误。答案B8(2016课标全国，11)MgAgCl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Mg2e=Mg2B正极反应式为Age=AgC电池放电时Cl由正极向负极迁移D负极会发生副反应Mg2H2O=Mg(OH)2H2解析根据题意，Mg海水AgCl电池总反应式为Mg2AgCl=MgCl22Ag。A项，负极反应式为Mg2e=Mg2，正确；B项，正极反应式为2AgCl2e=2Cl 2Ag，错误；C项，对原电池来说，阴离子由正极移向负极，正确；D项，由于镁是活泼金属，则负极会发生副反应Mg2H2O=Mg(OH)2H2，正确。答案B9(2015全国卷，11)微生物电池是指在微生物的作用下将化学能转化为电能的装置，其工作原理如图所示。下列有关微生物电池的说法错误的是()A正极反应中有CO2生成B微生物促进了反应中电子的转移C质子通过交换膜从负极区移向正极区D电池总反应为C6H12O66O2=6CO26H2O解析由题意可知，微生物电池的原理是在微生物作用下O2与C6H12O6发生氧化还原反应，将化学能转化为电能，B正确；氧气在正极反应，由于质子交换膜只允许H通过，则正极反应为O24e4H=2H2O，没有CO2生成，A项错误；负极发生反应：C6H12O624e6H2O=6CO224H，H在负极区生成，移向正极区，在正极被消耗，C项正确；总反应为C6H12O66O2=6CO26H2O，D项正确。答案A命题调研(20142018五年大数据)命题角度设项方向频数难度1.新型化学电源正、负极判断50.43离子移动方向电极反应式、总原电池方程式的正误判断电极及电解液转移电子计算2.电解原理在工、农业生产中的应用阴、阳极的判断30.51离子交换膜的作用副反应分析及溶液酸碱性的改变电极方程式的正误判断3.金属的腐蚀与防护电化学腐蚀的原因分析10.60防止金属腐蚀的措施 在2019年高考中，对于电化学的考查将继续坚持以新型电池及电解应用装置为背景材料，以题干(装置图)提供电极构成材料、交换膜等基本信息，基于电化学原理广泛设问，综合考查电化学基础知识及其相关领域的基本技能，包括电极与离子移动方向判断、电极反应式书写、溶液的酸碱性和pH变化、有关计算及其与相关学科的综合考查等。预测以二次电池以及含有离子交换膜的电解池为背景的命题将成为热点题型，因为二次电池不仅实现电极材料循环使用，符合“低耗高效”的时代需求，而且命题角度丰富，便于同时考查原电池和电解池工作原理；含有离子交换膜的电解池设问空间大，便于考查考生的探究能力。判断依据电极材料电极反应电子流向离子移向电极现象原电池负极活泼金属氧化反应流出阴离子移向电极质量减小正极不活泼金属或非金属还原反应流入阳离子移向电极增重或质量不变电解池阳极与电源正极相连氧化反应流出阴离子移向电极溶解或pH减小阴极与电源负极相连还原反应流入阳离子移向电极增重或pH增大(1)燃料电池电极反应式的书写(以氢氧燃料电池为例)注意介质环境掌握书写程序(2)其他新型一次电池钠硫电池总反应：2NaxS=Na2Sx正极：xS2e=S负极：2Na2e=2Na全钒液流电池总反应：VO2HV2V3VO2H2O正极：VO2He=VO2H2O负极：V2e=V3锂铜电池总反应：2LiCu2OH2O=2Cu2Li2OH正极：Cu2OH2O2e=2Cu2OH负极：Lie=LiMgH2O2电池总反应：H2O22HMg=Mg22H2O正极：H2O22H2e=2H2O负极：Mg2e=Mg2MgAgCl电池总反应：Mg2AgCl=2AgMgCl2正极：2AgCl2e=2Cl2Ag负极：Mg2e=Mg2(3)充电(可逆)电池锌银电池总反应：Ag2OZnH2O 2AgZn(OH)2正极：Ag2OH2O2e=2Ag2OH负极：Zn2OH2e=Zn(OH)2阳极：2Ag2OH2e=Ag2OH2O阴极：Zn(OH)22e=Zn2OH镍铁电池总反应：NiO2Fe2H2OFe(OH)2Ni(OH)2正极：NiO22e2H2O=Ni(OH)22OH负极：Fe2e2OH=Fe(OH)2阳极：Ni(OH)22OH2e=NiO22H2O阴极：Fe(OH)22e=Fe2OH镍镉电池总反应：Cd2NiOOH2H2OCd(OH)22Ni(OH)2正极：NiOOHH2Oe=Ni(OH)2OH负极：Cd2e2OH=Cd(OH)2阳极：Ni(OH)2OHe=NiOOHH2O阴极：Cd(OH)22e=Cd2OH高铁电池总反应：3Zn2K2FeO48H2O3Zn(OH)22Fe(OH)34KOH正极：FeO3e4H2O=Fe(OH)35OH负极：Zn2e2OH=Zn(OH)2阳极：Fe(OH)35OH3e=FeO4H2O阴极：Zn(OH)22e=Zn2OH锂离子电池总反应：Li1xCoO2LixC6LiCoO2C6(xNa，阴极的电极反应式为2H2O2e=H22OH；阳极，阴离子竞争放电，放电顺序：OHSO，阳极的电极反应式为2H2O4e=O24H。(4)根据电极反应式和离子移动方向确定电极反应物阴极H放电生成H2，剩余OH与迁移过来的Na生成NaOH；阳极OH放电生成O2，剩余H与迁移过来的SO生成H2SO4。典例演示1 世界某著名学术刊物介绍了一种新型中温全瓷铁空气电池，其结构如图所示。下列有关该电池放电时的说法正确的是()Aa极发生氧化反应B正极的电极反应式为FeOx2xe=FexO2C若有22.4 L(标准状况)空气参与反应，则电路中有4 mol电子转移D铁表面发生的反应为xH2O(g)Fe=FeOxxH2解析a极通入空气，O2在该电极发生得电子的还原反应，A错误；O2在正极发生反应，电极反应式为O24e=2O2，B错误；由B项分析可知，电路中有4 mol电子转移时正极上消耗1 mol O2，在标准状况下的体积为22.4 L，则通入空气的体积约为22.4 L5112 L，C错误；由图可知，铁表面H2O(g)参与反应生成H2，则发生的反应为xH2O(g)Fe=FeOxxH2，D正确。答案D题型训练1 我国科研人员以Zn和尖晶石型锰酸锌(ZnMn2O4)为电极材料，研制出一种水系锌离子电池，该电池的总反应式为xZnZn1xMn2O4ZnMn2O4(0xFeCu，所以若将锌板换成铜板，则先腐蚀活泼金属Fe，错误；D项，钢闸门与电源的负极相连而被保护，正确。答案C2如图是电化学还原CO2制备草酸铜(CuC2O4)的反应原理，电解液不参加反应，通电一段时间后，下列说法不正确的是 ()ACu电极反应式为：Cu 2e=Cu2B草酸铜在阳离子交换膜右侧生成C该过程是电能转化为化学能D每生成1 mol CuC2O4需要标况下44.8 L CO2解析Cu2在阳极生成，通过阳离子交换膜移向阴极(左侧)，草酸铜在阳离子交换膜左侧生成，B错误。答案B3碳酸二甲酯(DMC)结构简式为(CH3O)2CO，化学性质非常活泼，极易水解。用电解法制备碳酸二甲酯的模拟装置如图所示。下列说法正确的是 ()A图中左侧电极为阴极，右侧电极为阳极B阳极反应：CO2e2CH3OH=(CH3O)2CO2HC质子通过交换膜从阴极区移向阳极区D离子液体必须是水溶液，目的是传递电荷解析左侧放电物质CO是还原剂发生氧化反应为阳极，右侧O2放电为阴极，A错误；B正确；质子(H)在阳极区生成，通过交换膜从阳极区移向阴极区，C错误；依据题干信息“碳酸二甲酯(DMC)极易水解”知：离子液体必须是非水体系，D错误。答案B4利用电解原理净化含有机物的废水，其原理是：在电解条件下将较低价态的金属离子(Co2)氧化成较高价态的金属离子(Co3)，利用较高价态的金属离子将废水中的有机物氧化成CO2。装置如图所示。下列说法正确的是()A锌极为负极，发生氧化反应B石墨极上发生的电极反应式为Co2e=Co3C电解过程中，阴极附近溶液pH减小D氧化1 mol HCHO时电路中至少转移3 mol电子解析根据图示知，锌为阴极、石墨为阳极，阴极发生还原反应，A项错误；石墨极发生氧化反应，电极反应式为Co2e=Co3，B项正确；锌极的电极反应式为2H2e=H2，阴极附近的电解质溶液pH增大，C项错误；4Co3HCHOH2O=CO24H4Co2，氧化1 mol HCHO时至少要转移4 mol电子，D项错误。答案B5H3BO3可以通过电解NaB(OH)4溶液的方法制备，其工作原理如图，下列叙述错误的是()AM室发生的电极反应式为2H2O4e=O24HBN室中：a%b%Cb膜为阴膜，产品室发生反应的化学原理为强酸制弱酸D理论上每生成1 mol产品，阴极室可生成标准状况下5.6 L气体解析制备原理是原料室中B(OH)4通过阴膜(b膜)进入产品室，M室中石墨电极上H2O放电产生O2和H，H通过阳膜(a膜)进入产品室，HB(OH)4=H3BO3H2O，A正确，C正确；原料室中的Na通过阳膜(c膜)进入N室，N室中石墨电极上H2O放电产生H2和OH，因而N室中NaOH溶液的浓度会增大，B正确；理论上每生成1 mol产品，M、N室电极反应式分别为2H2O4e=O24H、2H2O2e=H22OH，阴极室(N室)生成0.5 mol H2，标准状况下为11.2 L，D错误。答案D6用如图所示装置处理含NO的酸性工业废水，某电极反应式为2NO12H10e=N26H2O，则下列说法错误的是()A电源正极为A，电解过程中有气体放出B电解时H从质子交换膜左侧向右侧移动C电解过程中，右侧电解液pH保持不变D电解池一侧生成5.6 g N2，另一侧溶液质量减少18 g解析A项，根据题意，与B极相连的电极反应为2NO12H10e=N26H2O，作电解池的阴极，故B为负极，则A为正极，溶液中的OH放电，生成O2，正确；B项，电解时，左侧阳极室OH发生反应，剩余了H，故H从质子交换膜左侧向右侧移动，正确；C项，在电解过程中，转移20 mol e时左侧产生20 mol H，右侧消耗24 mol H，右侧c(H)减小，pH变大，错误；D项，电解池一侧生成5.6 g N2，转移的电子的物质的量为2 mol，故另一侧发生反应的水的物质的量为1 mol，溶液质量减少18 g，正确。答案C7(2017河南罗山模拟)某学生为探究铜生锈的过程设计如图所示装置，下列选项正确的是()A一段时间后C棒上有气泡冒出，附近的溶液变为红色B一段时间后溶液中会有蓝色沉淀产生CCu棒为正极，电极反应式：Cu2e=Cu2DC棒为正极，电极反应式：2H2e=H2解析由于铜的金属活动性比氢弱，在电解质溶液中发生吸氧腐蚀，负极：Cu2e=Cu2，正极：O24e2H2O=4OH，溶液中，Cu22OH=Cu(OH)2，所以B选项正确。答案B8锂铜空气燃料电池容量高、成本低，具有广阔的发展前景。该电池通过一种复杂的铜腐蚀“现象”产生电能，其中放电过程为2LiCu2OH2O=2Cu2Li2OH，下列说法错误的是()A放电时，Li透过固体电解质向Cu极移动B放电时，正极的电极反应式为O22H2O4e=4OHC通空气时，铜被腐蚀，表面产生Cu2OD整个反应过程中，氧化剂为O2解析因为原电池放电时，阳离子移向正极，所以Li透过固体电解质向Cu极移动，A正确；由总反应方程式可知Cu2O中Cu元素化合价降低，被还原，正极反应式应为Cu2OH2O2e=2Cu2OH，B错误；放电过程为2LiCu2OH2O=2Cu2Li2OH，可知通空气时，铜被腐蚀，表面产生Cu2O，C正确；由C项分析知，Cu先与O2反应生成Cu2O，放电时Cu2O重新生成Cu，则整个反应过程中，Cu相当于催化剂，O2为氧化剂，D正确。答案B9将烧碱吸收H2S后的溶液加入到如图所示的电解池的阳极区进行电解，以实现H2S转化为S的目的。下列判断错误的是()A电解过程中阳极区发生如下反应：S22e=S，(n1)SS2=SB电解时阴极的电极反应式：2H2O2e=H22OHC电解后阳极区的溶液用稀硫酸酸化得到硫单质，其离子方程式可写成S2H=nSH2D该装置的离子交换膜为阳离子交换膜解析电解过程中阳极区发生氧化反应，得到硫单质，然后是S和S2之间的反应，即S22e=S，(n1)SS2=S，故A正确；电解过程中阴极上氢离子放电生成氢气：2H2O2e=H22OH，故B正确；电解后阳极区离子为S，酸性条件下，S失电子发生氧化反应生成S单质，同时生成H2S，反应方程式为S2H=(n1)SH2S，故C错误；电解时阳极区c(S2)减小，阴极区c(OH)增大，故该装置的离子交换膜为阳离子交换膜，故D正确。答案C题型特训(三)(教师素材)1远洋轮船的船体材料是合金钢，为了保障航行安全，延长轮船的使用寿命，通常在与海水接触的船壳(船底及船侧)上镶嵌一些金属块M。下列有关说法不正确的是()A上述保护船壳免受腐蚀的方法叫牺牲阳极的阴极保护法BM可能是锌、镁、锡等金属C船壳主要发生吸氧腐蚀D在上述保护船壳的过程中，负极反应为Mne =Mn解析利用原电池原理，在钢铁的表面镶嵌比铁活泼的金属，使钢铁免受腐蚀的方法叫牺牲阳极的阴极保护法，A项正确；如果在与海水接触的船壳上镶嵌锡块，由于铁比锡活泼，在船壳、空气、海水构成的原电池中，铁为负极，会加快船壳的腐蚀，B项错误；海水的pH8，船壳主要发生吸氧腐蚀，C项正确；在牺牲阳极的阴极保护法中，比铁活泼的金属M作负极，发生氧化反应，D项正确。答案B2我国科学家设计出的一种装置(如图所示)，实现了“太阳能电能化学能”的转化，总反应为2CO2=2COO2。下列有关说法正确的是()A该装置属于原电池B人体呼出的水蒸气参与Y极反应：CO2H2O2e=CO2OHC反应完毕，该太阳能装置中的电解质溶液碱性增强DX极电极反应式为O22H2O4e=4OH解析该装置实现了太阳能电能化学能的转化，而将电能转化为化学能属于电解池，A项错误；由图可知Y极发生的是得电子的反应，人体呼出的气体中含有CO2和H2O，B项正确；由得失电子守恒原理知，X极消耗的OH总量等于Y极生成的OH总量，即电解质溶液的碱性没有改变，C项错误；从电子的流向看，X电极失去电子，故X电极是负极，电极反应式为4OH4e=2H2OO2，D项错误。答案B3为了强化安全管理，某油库引进一台空气中汽油含量的测量仪，其工作原理如图所示(用强酸性溶液作电解质溶液)。下列说法不正确的是()A石墨电极作正极，发生还原反应B铂电极的电极反应式：C8H1816H2O50e=8CO250HCH由质子交换膜左侧向右侧迁移D每消耗5.6 L O2，电路中通过1 mol电子解析由图像知，石墨电极通入O2，发生还原反应O24e4H=2H2O，A项不符合题意。铂电极上发生氧化反应，电极反应式为C8H1816H2O50e=8CO250H，B项不符合题意。在原电池中，阳离子向正极迁移，阴离子向负极迁移，C项不符合题意。由于没有指明反应温度和压强，不能通过体积计算O2的物质的量，也就无法确定转移电子的物质的量，D项符合题意。答案D4电化学气敏传感器可用于监测环境中NH3的含量，其工作原理如图所示，其中NH3被氧化为常见无毒物质。下列说法错误的是()A溶液中OH向电极a移动B电极b上发生还原反应C负极的电极反应式为2NH36e6OH=N26H2OD理论上反应消耗的NH3和O2的物质的量之比为34解析电极a上NH3发生氧化反应生成N2，则电极a为负极，电极b为正极，原电池中，阴离子向负极移动，故A项正确；电极b为正极，发生还原反应，B项正确；负极上NH3失电子生成N2和H2O，电极反应式为2NH36e6OH=N2十6H2O，C项正确；由电池反应4NH33O2=2N26H2O可知，理论上反应消耗的NH3与O2的物质的量之比为43，D项错误。答案D5用一种阴、阳离子双隔膜三室电解槽，可使废水中NH在某一室富集，模拟装置如图所示。下列说法正确的是()A阳极室溶液由无色逐渐变成棕黄色B阴极的电极反应式为4OH4e=2H2OO2C电解一段时间后阴极室溶液的pH升高D电解一段时间后，阴极室溶液中的溶质一定是(NH4)3PO4解析阳极上Fe发生氧化反应，阳极室溶液由无色变为浅绿色，A项错误；阴极上H发生还原反应，2H2e=H2，B项错误；根据阴极上电极反应，阴极消耗H，电解一段时间后，阴极室溶液pH升高，C项正确；电解一段时间后，阴极室溶液pH升高，NH与OH反应生成NH3H2O，因此阴极室溶液中溶质除(NH4)3PO4外，还可能有NH3H2O，D项错误。答案C6已知反应：2CrO2HCr2OH2O。某科研小组用如图所示的电解装置，从Na2CrO4溶液中制取Na2Cr2O7。下列有关叙述正确的是()ACrO生