高中化學(xué)訓(xùn)練【電化學(xué)突破】

電化學(xué)專(zhuān)題突破

考點(diǎn)一：離子交換膜電池（應(yīng)用性考點(diǎn)）

必備知識(shí)?夯實(shí)

（一）隔膜的作用及應(yīng)用

1.隔膜的作用

（1）能將兩極區(qū)隔離，阻止兩極區(qū)產(chǎn)生的物質(zhì)接觸，防止發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。

⑵能選擇性地允許離子通過(guò)，起到平衡電荷、形成閉合回路的作用。

⑶隔膜的分類(lèi)

T陽(yáng)嘴子交換膜U只允許陽(yáng)離子通過(guò)'阻止

T陽(yáng)鬲子交換膜門(mén)陰離子和分子通過(guò)

.(陰離子交換膜M只允許陰離子通過(guò)‘阻止

f離圖-二I陽(yáng)離子和分子通過(guò)

y質(zhì)子交換膜卜只允許質(zhì)子出+）通過(guò)

交

換

膜廠隔離某些物質(zhì)，防止發(fā)生反應(yīng)

H悟L一用于物質(zhì)的制備（電解后溶液陰極區(qū)或陽(yáng)

〕

四廠極區(qū)得到所制備的物質(zhì)）

」物質(zhì)分離、提純

2.離子交換膜類(lèi)型的判斷方法

（1）首先寫(xiě)出陰、陽(yáng)（或正、負(fù)）兩極上的電極反應(yīng)。

⑵依據(jù)電極反應(yīng)式確定該電極附近哪種離子剩余。

⑶根據(jù)電極附近溶液呈電中性，從而判斷出離子移動(dòng)的方向。

（4）根據(jù)離子移動(dòng)的方向，確定離子交換膜的類(lèi)型。

3.應(yīng)用離子交換膜的常考裝置——多室電解池

多室電解池是利用離子交換膜的選擇透過(guò)性，即允許帶某種電荷的離子通過(guò)而

限制帶相反電荷的離子通過(guò)，將電解池分為兩室、三室、多室等，以達(dá)到物質(zhì)

制備、濃縮、凈化、提純的目的。

（1）兩室電解池

①制備原理：工業(yè)上利用如圖兩室電解裝置制備燒堿

-------------i*r

精制飽和?陽(yáng)扇子'H2O（含少

NaCI溶液交換膜量NaOH）

陽(yáng)極室中電極反應(yīng)：2C1--2e-=CLT,陰極室中的電極反應(yīng)：2H2O+2e-

==H2T+2OH-，陰極區(qū)H+放電，破壞了水的電離平衡，使OH-濃度增大，陽(yáng)

極區(qū)C1-放電，使溶液中的c(Cl-)減小，為保持電荷守恒，陽(yáng)極室中的Na+通過(guò)

陽(yáng)離子交換膜與陰極室中生成的OH-結(jié)合，得到濃的NaOH溶液。利用這種方

法制備物質(zhì)，純度較高，基本沒(méi)有雜質(zhì)。

②陽(yáng)離子交換膜的作用：它只允許Na+通過(guò)，而阻止陰離子(C1-)和氣體(CL)通

過(guò)。這樣既防止了兩極產(chǎn)生的H2和Cl2混合爆炸，又避免了Ch和陰極產(chǎn)生的

NaOH反應(yīng)生成NaClO而影響燒堿的質(zhì)量。

⑵三室電解池

利用三室電解裝置制備N(xiāo)H4NO3,其工作原理如圖所示。

+

陰極的NO被還原為NH；：NO+5e-+6H=NH；+H2O,NH：通過(guò)陽(yáng)離

子交換膜進(jìn)入中間室；陽(yáng)極的NO被氧化為NO；：NO-3e-+2H2O=NO3-+

4H+,NO；通過(guò)陰離子交換膜進(jìn)入中間室。根據(jù)電路中轉(zhuǎn)移電子數(shù)相等可得電

解總反應(yīng)：8NO+7H2。星鯉3NH4NO3+2HNO3,為使電解產(chǎn)物全部轉(zhuǎn)化為

NH4NO3,補(bǔ)充適量NH3可以使電解產(chǎn)生的HNO3轉(zhuǎn)化為NH4NO3O

(3)多室電解池

利用“四室電滲析法”制備H3P02(次磷酸),其工作原理如圖所示。

I~陽(yáng)離子陽(yáng)離子_I

石墨1交換膜簍胃焉交換膜1石墨

H3PNaH2PNaOH

稀硫酸稀溶液濃溶液稀溶液

陽(yáng)極室產(chǎn)品室原料室陰極室

+

電解稀硫酸的陽(yáng)極反應(yīng)：2H2。-4e-=O2T+4H,產(chǎn)生的H+通過(guò)陽(yáng)離子交換

膜進(jìn)入產(chǎn)品室，原料室中的H2P。2-穿過(guò)陰離子交換膜進(jìn)入產(chǎn)品室，與H+結(jié)合

生成弱電解質(zhì)H3P02電解NaOH稀溶液的陰極反應(yīng)：4H2O+4e-=2H2T+4OH

一，原料室中的Na+通過(guò)陽(yáng)離子交換膜進(jìn)入陰極室。

4.含離子交換膜電化學(xué)裝置題的解題步驟

分清交換膜類(lèi)型：即交換膜屈于陽(yáng)離子交換,

保二斗膜、陰離子交換膜或質(zhì)子交換膜中的哪一種.

------［判斷允許哪種離子通過(guò)交換膜.

....［寫(xiě)出電極反應(yīng)式,判斷交換膜兩側(cè)離子的變化.'

莊斐卜推斷電荷變化，根據(jù)電荷平衡判斷離子遷移的

方向

屋正廿分析交換膜的作用:在產(chǎn)品制備中.交換膜作川’

［第三藥-主要是提高產(chǎn)品純度，避免產(chǎn)物之間發(fā)生反應(yīng)

（二）思維建模

【題目】三室式電滲析法處理含Na2SO4廢水的原理如圖所示，采用惰性電極,

ab、cd均為離子交換膜，在直流電場(chǎng)的作用下，兩膜中間的Na+和SO『可通

過(guò)離子交換膜，而兩端隔室中離子被阻擋不能進(jìn)入中間隔室。判斷ab、cd是什

么交換膜；判斷離子的遷移方向；書(shū)寫(xiě)電極反應(yīng)式；判斷電極產(chǎn)物。

啰然）稀的Na2soi溶液

t

NaOH-^FfF

|O^H2SO4

放電順序:H+>Na*京監(jiān)黨放電順序:OH->SO寧

2H2O+2e^=2H2O—4e^=

+

%O2f+4H

濃的Na2sO4溶液

【思維模板】

①弄清是原電池還是電解池，判斷電極

有外接電源一電解池；n一陽(yáng)極，m一陰極

②根據(jù)電極判斷離子的移動(dòng)方向和交換膜的種類(lèi)

Na+—通過(guò)ab一陰極今ab是陽(yáng)離子交換膜

SOi-一通過(guò)cd->陽(yáng)極今cd是陰離子交換膜

③根據(jù)放電順序?qū)懗鲭姌O反應(yīng)式

陰極，陽(yáng)離子競(jìng)爭(zhēng)放電，放電W頁(yè)序：H+>Na+,陰極的電極反應(yīng)式為2H20+2e

-=H2T+2OH-；

陽(yáng)極，陰離子競(jìng)爭(zhēng)放電，放電順序：OH->SO「，陽(yáng)極的電極反應(yīng)式為2H20

-4e?==02?+4H+。

④根據(jù)電極反應(yīng)式和離子移動(dòng)方向確定電極反應(yīng)物

陰極H+放電生成H2,剩余OH-與遷移過(guò)來(lái)的Na+生成NaOH；

陽(yáng)極OH-放電生成O2,剩余H+與遷移過(guò)來(lái)的SO1-生成H2so4。

關(guān)鍵能力?進(jìn)階

典例精研

【典例】鉆(Co)的合金材料廣泛應(yīng)用于航空航天、機(jī)械制造等領(lǐng)域。如圖為水溶

液中電解制備金屬鉆的裝置示意圖。下列說(shuō)法正確的是()

石墨陽(yáng)離子”'"陰離"②|Co

'交個(gè)膜孥膜,

I室II室m室

A.工作時(shí)，i室和n室溶液的PH均增大

B.生成1molCo,I室溶液質(zhì)量理論上減少16g③

C.移除兩交換膜④后，石墨電極上發(fā)生的反應(yīng)不變

+

D.電解總反應(yīng)：2co2++2a。遵邕2CO+O2T+4H

［解題思維］解答本題的思維流程如下：

①陽(yáng)離子父換膜；②陰離子父換膜；

信息提取

③減少16g；④移除兩交換膜

①陽(yáng)離子交換膜只允許陽(yáng)離子通過(guò)，陽(yáng)離子在電解池中向

陰極移動(dòng)，故I室中的H+移向n室；

②陰離子交換膜只允許陰離子通過(guò)，陰離子在電解池中向

陽(yáng)極移動(dòng)，故m室中的ci-移向n室；

信息轉(zhuǎn)化

③根據(jù)I室中發(fā)生的反應(yīng)分析計(jì)算，不要忘了通過(guò)交換膜

購(gòu)^勺離子；

④移除交換膜后，陽(yáng)極附近有ci-,它的失去電子能力大

于OH-,先放電。

為什么II室中離子不能通過(guò)禺子交換膜離開(kāi)？

聯(lián)想質(zhì)疑提示：n室中氫昂于要向陰極移動(dòng)，但n室和in室之間是

陰園子父換膜，氫離子不能通過(guò)；同埋，11室中氯離子要

向陽(yáng)極移動(dòng)，但I(xiàn)室和n室之間是陽(yáng)離子交換膜，氯離子

不能通過(guò)。

【解析】選Do由圖可知，該裝置為電解池，石墨電極為陽(yáng)極，水在陽(yáng)極失去

電子發(fā)生氧化反應(yīng)生成氧氣和氫離子，電極反應(yīng)式為2H2。-4e-=O2T+4H+,

I室中陽(yáng)離子電荷數(shù)大于陰離子電荷數(shù)，放電生成的氫離子通過(guò)陽(yáng)離子交換膜

由I室向n室移動(dòng)，鉆電極為陰極，鉆離子在陰極得到電子發(fā)生還原反應(yīng)生成

鉆，電極反應(yīng)式為Co2++2e-=Co,III室中陰離子電荷數(shù)大于陽(yáng)離子電荷數(shù)，

氯離子通過(guò)陰離子交換膜由m室向n室移動(dòng)，電解的總反應(yīng)的離子方程式為

2co2++2H2O通皂2Co+O2T+4H+。由分析可知，放電生成的氫離子通過(guò)陽(yáng)

離子交換膜由I室向II室移動(dòng)，使II室中氫離子濃度增大，溶液pH減小，故A

錯(cuò)誤；由分析可知，陰極生成1mol鉆，陽(yáng)極有1mol水放電，則I室溶液質(zhì)量

減少18g,故B錯(cuò)誤；移除離子交換膜，氯離子的放電能力強(qiáng)于水，氯離子會(huì)

在陽(yáng)極失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)生成氯氣，則移除離子交換膜，石墨電極的電極

反應(yīng)會(huì)發(fā)生變化，故C錯(cuò)誤；由分析可知，電解的總反應(yīng)的離子方程式為2Co2

++2H2O^5￡2CO+O2T+4H+,故D正確。

＞思維拓展?延伸設(shè)問(wèn)

⑴II室中的HC1濃度將怎樣變化？

提示：增大。因?yàn)镮室中的氫離子和川室中的氯離子都移向H室。

(2)為什么用Co電極作陰極？

提示：Co電極作陰極并不參加電極反應(yīng)，能生產(chǎn)純凈的鉆。

遷移應(yīng)用

1.一種新型Na-CaFeCh可充電電池，其工作原理如圖所示。下列說(shuō)法正確的

是()

MN

/Na+一；>Na+'/CaFet方

NaCaFeOj

/Y

電電

NazOJ^CaFeO5

極有機(jī)2極

電解質(zhì)有機(jī)電解質(zhì)

鈉離子交換膜

A.放電時(shí)，電流由M極經(jīng)外電路流向N極

B.充電時(shí)，M應(yīng)與電源的正極相連接

C.放電時(shí)，每生成1molNa2O,轉(zhuǎn)移電子數(shù)為2mol

D.電極材料中，單位質(zhì)量放出的電能：Li>Na

【解析】選C、D。由題干工作原理圖可知，Na電極M發(fā)生的電極反應(yīng)為Na

-e-==Na+,發(fā)生氧化反應(yīng)，故M為負(fù)極；則N為電池正極，發(fā)生還原反應(yīng),

2

電極反應(yīng)為2CaFeO3+2e-=2CaFeO25+O',據(jù)此分析解題：由分析可知，放

電時(shí)，電流由正極經(jīng)導(dǎo)線流向負(fù)極即由N極經(jīng)外電路流向M極，A錯(cuò)誤；由分

析可知，M極為原電池的負(fù)極，故充電時(shí)，M應(yīng)與電源的負(fù)極相連接，B錯(cuò)誤;

根據(jù)電子守恒可知，放電時(shí)，每生成1molNa2O,轉(zhuǎn)移電子數(shù)為2mol,C正確；

電極材料中，Na的單位質(zhì)量放出的電能為4,Li的單位質(zhì)量放出的電能為;,

故Na<Li,D正確。

2.可充電水系Zn-CO2電池用鋅和催化劑材料作兩極，電池工作示意圖如圖所

示，其中雙極隔膜是由陽(yáng)膜和陰膜制成的復(fù)合膜，在直流電場(chǎng)的作用下，雙極

隔膜復(fù)合層間的H2O電離出的H+和OH-可以分別通過(guò)膜移向兩極。下列說(shuō)法

錯(cuò)誤的是()

雙極隔膜

A.放電時(shí)，右側(cè)電極的電極反應(yīng)為CO2+2H+-2e-=HCOOH

B.放電時(shí)，金屬鋅為負(fù)極，發(fā)生氧化反應(yīng)

C.充電時(shí)，雙極隔膜產(chǎn)生的H+向右側(cè)正極室移動(dòng)

D.充電時(shí)，電池總反應(yīng)為2Zn(OH)i-里昂2Zn+02T+4OH-+2H2。

【解析】選A、Co由圖可知，左側(cè)Zn電極為負(fù)極，Zn失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，

電極反應(yīng)式為Zn-2e-+4OH-=Zn(OH?-，右側(cè)電極為正極，發(fā)生還原反應(yīng)，

+

電極反應(yīng)式為CO2+2H+2e=HCOOH,充電時(shí)左側(cè)電極為陰極，電極反應(yīng)

式為Zn(OH)i-+2e-=Zn+4OH-,右側(cè)電極為陽(yáng)極，電極反應(yīng)式為2H2。-

4e-==O2?+4H+雙極隔膜復(fù)合層間的H2O電離出的H+通過(guò)膜移向左側(cè)電極,

OH-通過(guò)膜移向右側(cè)電極，據(jù)此分析解答。A.放電時(shí)，右側(cè)電極為正極，發(fā)生

還原反應(yīng)，電極反應(yīng)為CO2+2H++2e-=HCOOH，故A錯(cuò)誤；B.放電時(shí)，左

側(cè)Zn電極為負(fù)極，Zn失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，故B正確；C.充電時(shí)，雙極隔膜

復(fù)合層間的H20電離出的H+通過(guò)膜移向左側(cè)電極室，故C錯(cuò)誤；D.充電時(shí)，

電池總反應(yīng)為2Zn(OH)i-里隆2Zn+02T+4OH-+2H2。,故D正確。

畿【加固訓(xùn)練】

1,用電解法可提純含有某種鉀的含氧酸鹽雜質(zhì)(如硫酸鉀、碳酸鉀等)的粗KOH

溶液，其工作原理如圖所示。

下列說(shuō)法正確的是()

A.電極N為陽(yáng)極，電極M上H+發(fā)生還原反應(yīng)

B.電極M的電極反應(yīng)式為4OH--4e-==2H2O+02T

C.d處流進(jìn)粗KOH溶液，e處流出純KOH溶液

D.b處每產(chǎn)生11.2L氣體，必有1molK+穿過(guò)陽(yáng)離子交換膜

【解析】選Bo根據(jù)圖示，K+移向電極N,所以N是陰極，M極是陽(yáng)極，OH-

發(fā)生氧化反應(yīng)生成氧氣,電極反應(yīng)式為4OH--4e-=2H2O+Chf,故A錯(cuò)誤、

B正確；c處流進(jìn)粗KOH溶液，f處流出純KOH溶液，故C錯(cuò)誤；N極是陰極,

H+發(fā)生還原反應(yīng)生成氫氣，非標(biāo)準(zhǔn)狀況下11.2L氫氣的物質(zhì)的量不一定是0.5

mol,故D錯(cuò)誤。

2.高鐵酸鈉(NazFeCU)是一種新型綠色水處理劑。工業(yè)上可用電解濃NaOH溶液

制備N(xiāo)a2FeO4,其工作原理如圖所示，兩端隔室中離子不能進(jìn)入中間隔室。下列

說(shuō)法錯(cuò)誤的是()

離子離子

氣,交換膜a交換膜bFe

Cu

甲溶液一

d乙溶液

（含少量NaOH）濃NaOH溶液

A.陽(yáng)極反應(yīng)式：Fe-6e-+8OH-=FeOi-+4H2O

B.甲溶液可循環(huán)利用

C.離子交換膜a是陰離子交換膜

D.當(dāng)電路中通過(guò)2mol電子的電量時(shí)，會(huì)有1molH2生成

【解析】選CoA項(xiàng)陽(yáng)極發(fā)生氧化反應(yīng)，電極反應(yīng)式Fe-6e-+8OH-==FeO1

+4比0，正確；B項(xiàng)，陰極發(fā)生還原反應(yīng)，水電離出的氫離子放電生成氫氣和

氫氧根，甲溶液為濃的氫氧化鈉溶液，可循環(huán)利用，正確；C項(xiàng)，電解池中陽(yáng)離

子向陰極移動(dòng)，通過(guò)離子交換膜a的是Na+,故a為陽(yáng)離子交換膜，錯(cuò)誤；D

項(xiàng)，陰極發(fā)生還原反應(yīng)，水電離出的氫離子放電生成氫氣和氫氧根，電極反應(yīng)

式為2H2。+2e-===出1+2OH-，當(dāng)電路中通過(guò)2mol電子的電量時(shí)，會(huì)有1mol

H2生成，正確。

考點(diǎn)二：新型電化學(xué)裝置分析（應(yīng)用性考點(diǎn)）

必備知識(shí)?夯實(shí)

（一）以“本”為本破解新型電化學(xué)裝置

1.燃料電池的遷移應(yīng)用

項(xiàng)目教材裝置高考裝置

電極A電極B

CO+H

2△H用電器

---1|—~~

催化CO5'

K+co

圖示重整2

Na+

CH4+H2O

U

CO2+H2O--'

氫氧燃料電池工作原理熔融碳酸鹽燃料電池原理示意圖

H2+CO+2COi--4e-

負(fù)極H2-2e-=2H+（氧化反應(yīng)）

原理=3CCh+H2O（氧化反應(yīng)）

|O2+2H++2e-

正極2CO2+O2+4e-=2COr

——H2O（還原反應(yīng)）（還原反應(yīng)）

總反應(yīng)==

H2+2O2H2OH2+co+o2——co2+H2O

2.二次電池的遷移應(yīng)用

項(xiàng)目教材裝置至匿高考裝置

^^^H^SO4（aq）

分尼龍保護(hù)層

在導(dǎo)電線圈

——NiOOH

"。6翳金卜隔膜

圖示竺鎏闔"3D—Zn

PbCh（正極）/%<

Pb（負(fù)極）

3D-Zn-NiOOH二次電池

鉛蓄電池的構(gòu)造（二次電池）

負(fù)極：Pb(s)+SOi-(aq)-2e-負(fù)極：Zn(s)+2OH-(aq)-2e-

(氧化反應(yīng))

=PbSO4(s)(氧化反應(yīng))——ZnO(s)+H2O(1)

放電正極：PbO2(s)+4H+(aq)+

正極：NiOOH(s)+H2O(l)+e-——

SO：*(aq)+2e---PbSO4(s)+

Ni(OH)2(s)+OH-(aq)(還原反應(yīng))

2H2O⑴(還原反應(yīng))

陰極：ZnO(s)+H2O⑴+2e-

陰極：PbSO4(s)+2e-=Pb(s)

=Zn(s)+2OH-(aq)(還原反

原理+SOi(aq)(還原反應(yīng))

應(yīng))

充電

陽(yáng)極:PbSO4(s)+2H2OQ)-2e-

陽(yáng)極：Ni(OH)2(s)+OH-(aq)-e-

——PbO2(s)+4H+(aq)+SOi-

——NiOOH(s)+H2O⑴(氧化反應(yīng))

(aq)(氧化反應(yīng))

Pb(s)+PbO(s)+2H2so4(aq)Zn(s)+2NiOOH(s)+HO(1)

總反22

產(chǎn)電

應(yīng)

羌電2PbSO4(s)+2H2O(1)羌電ZnO(s)+2Ni(OH)2(s)

3.電解裝置的遷移應(yīng)用

項(xiàng)目教材裝置正卷高考裝置

陽(yáng)離子交換膜

圖示

KOH+LKOH

電解法制備KICh裝置示意圖

C/++2e-=Cu（還原反2HO+2e-=2OH-+

陰極2

應(yīng)）H2T（還原反應(yīng)）

2C1--2e-=I-+6OH--6e-=IO-+

原理陽(yáng)極3

Cl2T（氧化反應(yīng)）3H20（氧化反應(yīng)）

Cu2++2Cl-=￡8=CU+

總反應(yīng)

I-+3H2O=IO3-+3H2T

Cl2T

（二）新型化學(xué)電源中電極反應(yīng)式的書(shū)寫(xiě)三步驟

關(guān)鍵能力?進(jìn)階

典例精研

【典例】某全固態(tài)薄膜鋰離子電池截面結(jié)構(gòu)①如圖所示，電極A為非晶硅薄膜,

充電時(shí)Li+得電子成為L(zhǎng)i②嵌入該薄膜材料中；電極B為L(zhǎng)iCoCh③薄膜；集流

體起導(dǎo)電作用。下列說(shuō)法不年幅的是（）

A.充電時(shí)，集流體A與外接電源的負(fù)極相連

B.放電時(shí)，外電路通過(guò)amol電子時(shí)，LiPON薄膜電解質(zhì)損失amolLi+

+

C.放電時(shí)，電極B為正極，反應(yīng)可表示為L(zhǎng)ii-vCoO2+xLi+xe-=LiCoO2

放心

D.電池總反應(yīng)可表示為L(zhǎng)i.vSi+Li17COO2康Si+LiCoO2

E3BE)［解題思維］解答本題的思維流程如下：

信息提取①電池截面結(jié)構(gòu)；②Li+得電子成為L(zhǎng)i；③LiCoCh

①電池截面結(jié)構(gòu)：集流體A與電極A相連，集流體B與電極B相

連；

信息轉(zhuǎn)化

②Li+得電子成為L(zhǎng)i：則該電極為放電時(shí)的負(fù)極；

③LiCoCh：原電池正極的放電產(chǎn)物，正極的反應(yīng)物應(yīng)為L(zhǎng)iixCoCh。

為什么LiCoO2是正極的放電產(chǎn)物？

提?。阂韵率菆D考題中出現(xiàn)的鋰電池的反應(yīng)方程式：

Lii-xCoOz+LixCo----LiCoCh+CO(JV<1)

放戔

LiK+Lii7COO2就C+LiCoO2

放戔

聯(lián)想質(zhì)疑

Li+2Lio.35Ni02TOLio_85Ni02

放電

FePO4+Li嬴LiFePC)4

Li+LiMn2O4——Li2Mn2O4

由此可知，鋰電池中的正極發(fā)生反應(yīng)時(shí)，都是由含鋰少的物質(zhì)轉(zhuǎn)化

為含鋰多的物質(zhì)。

【解析】選B。A.由圖可知，集流體A與電極A相連,充電時(shí)電極A作陰極,

故充電時(shí)集流體A與外接電源的負(fù)極相連，A說(shuō)法正確；B.放電時(shí)，外電路通

過(guò)amol電子時(shí)，內(nèi)電路中有amolLi+通過(guò)LiPON薄膜電解質(zhì)從負(fù)極迂移到正

極，但是LiPON薄膜電解質(zhì)沒(méi)有損失Li+,B說(shuō)法不正確；C放電時(shí)，電極B

+

為正極，發(fā)生還原反應(yīng)，反應(yīng)可表示為L(zhǎng)ii-xCoO2+A：Li+xe~=LiCoO2,C說(shuō)

法正確；D.電池放電時(shí)，嵌入在非晶硅薄膜中的鋰失去電子變成Li+,正極上

LiiCoCh得到電子和Li+變?yōu)長(zhǎng)iCoCh,故電池總反應(yīng)可表示為L(zhǎng)ixSi+Li-

放電

xCoO2/Si+LiCoO2,D說(shuō)法正確。

.技法積累

放電

請(qǐng)以電池反應(yīng)Mo3s4+_xMgTtMgxMo3s4為例，總結(jié)二次電池的電極反應(yīng)式的特

自圣嗯

點(diǎn)。老卿旗導(dǎo)

提示：

互逆

極：還原殛、，負(fù)極：氧化反應(yīng)，

xMg2++2xc'=rMgIMxMg-Ixe=xMg"+

陽(yáng)總

陰原

放

反

離電電

電

用一

應(yīng)

7池

1；1極：氧化反應(yīng)池式正極：還原反應(yīng)

,

M03S?--2xe-=M03*■Mo3S4+2ve'=Mo3Sj'

||—

互逆—JI

技巧：陰極反應(yīng)式=充電總正極反應(yīng)式=放電總

反應(yīng)式-陽(yáng)極反應(yīng)式反應(yīng)式-負(fù)極反應(yīng)式

教師專(zhuān)用3【鏈接教材】一種鋰離子電池，其負(fù)極材料為嵌鋰石墨，正極材料為

LiCoCh（鉆酸鋰），電解質(zhì)溶液為L(zhǎng)iPF“六氟磷酸鋰）的碳酸酯溶液（無(wú)水）。該電池

放電時(shí)的反應(yīng)原理可表示為：

負(fù)極：LixCy-%e-=xU++Cy

正極：Lii-xCoC）2+XLi++^e=LiCoO2

總反應(yīng)可表示為：Li.vC,v+Lii-xCoO2=LiCoO2+Cv

放電時(shí)，鋰離子由石墨中脫嵌移向正極，嵌入鉆酸鋰晶體中；充電時(shí)，鋰離子

從鉆酸鋰晶體中脫嵌，又返回并嵌入石墨中。這樣在放電、充電時(shí)，鋰離子往

返于電池的兩極之間，完成化學(xué)能與電能的相互轉(zhuǎn)化。

⑴正極材料為L(zhǎng)iCoO2,是正極上的反應(yīng)物嗎？

提示：不是，是正極反應(yīng)的產(chǎn)物。

（2）Li.vCv中，Li元素的化合價(jià)是多少？

提示：Li、C,.屬于載體電極，鋰附著在石墨上，石墨僅起導(dǎo)電作用，不參與電極

反應(yīng)，故Li元素的化合價(jià)為0。

遷移應(yīng)用

1.鋅電池具有成本低、安全性強(qiáng)、可循環(huán)使用等優(yōu)點(diǎn)，一種新型鋅電池的工作

原理如圖所示(凝膠中允許離子生成或遷移)。下列說(shuō)法正確的是()

H2s04溶液K0H凝膠b

Mn02Zn

A.放電過(guò)程中，a電極為負(fù)極

B.放電過(guò)程中，轉(zhuǎn)移0.4mole-時(shí)，a電極消耗0.4molH+

C.充電過(guò)程中，b電極反應(yīng)式為Zn(OH)i-+2e-=Zn+4OH-

D.充電過(guò)程中,SOf向b極遷移

【解析】選Co由圖可知，放電時(shí)，b作負(fù)極，電極反應(yīng)式為Zn-2e-+4OH-

2

=Zn(OH)i-,a作正極，電極反應(yīng)式為MnO2+2e-+4H+=Mn++2H2O,

充電時(shí)，b作陰極，電極反應(yīng)式為Zn(OH?-+2e-=Zn+4OH-,a作陽(yáng)極，

2+

電極反應(yīng)式為Mn+2H2O-2e-=MnO2+4H+,據(jù)此作答。A.放電時(shí)，a作

+

正極，故A錯(cuò)誤；B.放電過(guò)程中，a作正極，電極反應(yīng)式為MnO2+2e-+4H

2+

=Mn+2H2O,轉(zhuǎn)移0.4mole-時(shí)，a電極消耗0.4molx2=0.8molH+,故B

錯(cuò)誤；C.充電時(shí),b作陰極,電極反應(yīng)式為Zn(OH)i-+2e-=Zn+4OH-，故

C正確；D.充電過(guò)程中，陰離子向陽(yáng)極遷移，故D錯(cuò)誤。

2.國(guó)內(nèi)某動(dòng)力電池研究院運(yùn)用FFC劍橋工藝實(shí)現(xiàn)熔鹽電解SiCh制備硅材料，

裝置如圖。下列說(shuō)法中錯(cuò)誤的是()

熔融CaCb

A,陽(yáng)極反應(yīng)為C-4e-+2O2-=C02T

B.SiO2電極減重60g時(shí)，生成CO2體積為22.4L

C.電解過(guò)程,熔鹽中Ca2+移向SiCh所在電極的方向

D.若用其他惰性電極代替石墨，可能會(huì)生成02、Ch

【解析】選Bo石墨電極生成二氧化碳，所以石墨電極為陽(yáng)極，陽(yáng)極反應(yīng)為C

2

-4e-+2O-=CO2T,故A正確;SiO2電極減重60g時(shí),消耗1molSiO2，陽(yáng)

極生成1molCO2,非標(biāo)準(zhǔn)狀況下，體積不一定為22.4L,故B錯(cuò)誤；電解過(guò)程,

陽(yáng)離子移向陰極，SiO2所在的電極為陰極，所以熔鹽中Ca2+移向SiCh所在電極

的方向，故C正確；若用其他惰性電極代替石墨作陽(yáng)極，可能是。2-、C1-失電

子生成生成。2、Cl2,故D正確。

畿【加固訓(xùn)練】

1.2019年化學(xué)諾貝爾獎(jiǎng)授予拓展鋰離子電池應(yīng)用的三位科學(xué)家。如圖是某鋰-

空氣充電電池的工作原理示意圖，下列敘述正確的是（）

A,電解質(zhì)溶液可選用可溶性鋰鹽的水溶液

B.電池放電時(shí)間越長(zhǎng)，U2O2含量越少

C.電池工作時(shí)，正極可發(fā)生Li++。2-e-=LiC）2

D.充電時(shí),b端應(yīng)接電源的負(fù)極

【解析】選Do鋰是非常活潑的金屬，可與水反應(yīng)生成LiOH和H2,故電解質(zhì)

溶液不能選用可溶性鋰鹽的水溶液，A項(xiàng)錯(cuò)誤；電池放電過(guò)程生成Li2O2,放電

時(shí)間越長(zhǎng)，U2O2含量越多，B項(xiàng)錯(cuò)誤；電池工作時(shí)，正極發(fā)生還原反應(yīng),當(dāng)工

=1時(shí)，電極反應(yīng)是Li++Ch+e-=LiO2,C項(xiàng)錯(cuò)誤；充電時(shí)，b端鋰離子轉(zhuǎn)化

為鋰，發(fā)生還原反應(yīng)為電解池陰極，陰極接外加電源的負(fù)極，故b端接電源的

負(fù)極，D項(xiàng)正確。

2.科學(xué)家預(yù)言，被稱(chēng)為“黑金”的“新材料之王”石墨烯將“徹底改變21世紀(jì)二中

國(guó)研發(fā)人員利用鋰離子能在石墨烯表面和電極之間快速大量穿梭運(yùn)動(dòng)的特性，

放電

已在世界上率先開(kāi)發(fā)出石墨烯電池，電池反應(yīng)式為L(zhǎng)iAC6+Li,-.vCoO2^C6+

LiCoO2,其工作原理如圖。下列關(guān)于該電池的說(shuō)法正確的是（）

A.有設(shè)計(jì)師建議該電池采用隔膜效果更好，可選用質(zhì)子交換膜

+

B.放電時(shí)，LiCoCh極發(fā)生的電極反應(yīng)為L(zhǎng)iCoO2-^e-=Li!-ACoO2+^Li

C.石墨烯電池通過(guò)提高儲(chǔ)鋰容量進(jìn)而提高能量密度，廢舊的該電池進(jìn)行“放電

處理”讓Li+嵌入LiCoO2中而有利于回收

D.石墨烯電池充電時(shí)LiCoCh極與電源負(fù)極相連

【解析】選C。隔膜只允許Li+通過(guò)，所以不能選用質(zhì)子交換膜，A錯(cuò)誤；根據(jù)

電池反應(yīng)，放電時(shí)，LiCoCh上得到電子，LiCoCh發(fā)生電極反應(yīng)式：Li,-ACOO2

+

+xU+xe-=LiCoO2,B錯(cuò)誤；石墨烯電池的優(yōu)點(diǎn)是提高電池的儲(chǔ)鋰容量進(jìn)

而提高能量密度，根據(jù)工作原理，Li+嵌入LiCoCh中，C正確；LiCoCh極是電

池正極，充電時(shí)與電源正極相連，D錯(cuò)誤。

3.鋁離子電池是以鋁和C?[A1C14]（C,,為石墨）為電極，有機(jī)物陽(yáng)離子和[A1C14]-

組成離子液體的電池,電池放電時(shí)，在負(fù)極附近形成[Al2c用-o充電和放電過(guò)程

中離子液體中的陽(yáng)離子濃度不變。下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是（）

起[Aicur

離子液體I兒L網(wǎng)￡1/

0003000000

A.放電時(shí)，鋁為電池負(fù)極，電極反應(yīng)式為Al+7[A1C14]--3e-=4[A12cl7]-

B.放電時(shí)，負(fù)極材料和正極材料質(zhì)量均減少

C.充電和放電過(guò)程中，有機(jī)物陽(yáng)離子移動(dòng)方向相反

D.充電時(shí)，陰極的電極反應(yīng)式為[A1C141+C”-e-=Cn[MCk]

【解析】選Do因負(fù)極形成[AI2CI7]-,故電極反應(yīng)式為Al+7[A1C14]--3e-

=4[A12C17]-,A正確；放電時(shí)Al溶解負(fù)極質(zhì)量減少，正極反應(yīng)式為

C,[A1C14]+e-=[A1C14]-+C?,質(zhì)量也減少，B正確；放電時(shí)，陽(yáng)離子從負(fù)極

移向正極，充電時(shí)，陽(yáng)離子從陽(yáng)極移向陰極，C正確；充電時(shí)，電池的陽(yáng)極發(fā)生

氧化反應(yīng)，失電子，陰極發(fā)生還原反應(yīng)，得電子，D錯(cuò)誤。

考點(diǎn)三：多池串聯(lián)（應(yīng)用性考點(diǎn)）

----必備知識(shí)?夯實(shí)

（一）有外接電源電池類(lèi)型的判斷方法

有外接電源的各電池均為電解池，若電池陽(yáng)極材料與電解質(zhì)溶液中的陽(yáng)離子相

同，則該電池為電鍍池。如

I------------H------------1

CirAgp「弓；走~pt=C

t-，/--'t—產(chǎn)J十一3

AgNCh溶液NaCl溶液CuSO」溶液

甲乙丙

則甲為電鍍池，乙、丙均為電解池。

（二）無(wú)外接電源電池類(lèi)型的判斷方法

1.直接判斷

非常直觀明顯的裝置，如燃料電池、鉛蓄電池等在電路中，則其他裝置為電解

池。如圖所示：A為原電池，B為電解池，甲池為原電池，其余為電解池。

2.根據(jù)電池中的電極材料和電解質(zhì)溶液判斷

---------@---------

PtJjj^pt_ZnQJj/Cu

NaCl溶液稀硫酸

AB

原電池一般是兩種不同的金屬電極或一個(gè)金屬電極一個(gè)碳棒電極；而電解池則

一般兩個(gè)都是惰性電極，如兩個(gè)粕電極或兩個(gè)碳棒電極。原電池中的電極材料

和電解質(zhì)溶液之間能發(fā)生自發(fā)的氧化還原反應(yīng)，電解池的電極材料一般不能和

電解質(zhì)溶液自發(fā)反應(yīng)。如圖所示：B為原電池,A為電解池。

3.根據(jù)電極反應(yīng)現(xiàn)象判斷

在某些裝置中根據(jù)電極反應(yīng)或反應(yīng)現(xiàn)象可判斷電極，并由此判斷電池類(lèi)型。如

圖所示：若C極溶解，D極上析出Cu,B極附近溶液變紅，A極上放出黃綠色

氣體，則可知乙是原電池，D是正極，C是負(fù)極；甲是電解池，A是陽(yáng)極，B是

陰極。B、D極發(fā)生還原反應(yīng)，A、C極發(fā)生氧化反應(yīng)。

----@----

D

AsJ,DBcn1/

J

NaCl.酚醞溶液CuSCh溶液

甲乙

關(guān)鍵能力?進(jìn)階

典例精研

【典例】認(rèn)真觀察下列裝置圖①，下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是()

Pt

電極

極二-二二

r---j,《N

足量的稀鹽酸LOmohL-iNaOH^^lOOmLX溶液

ABCDE

A.裝置B中PbO2上發(fā)生的電極反應(yīng)式為PbO2+4H++SO：+2e-=PbSO4

+2H2O

B.裝置A中總反應(yīng)的離子方程式為Cu+2H+通堡Cu2++H2T

C.若在裝置D中生成0.2molFe(OH)3,則消耗水的物質(zhì)的量共為0.5mol

D.若裝置E的目的是在Cu材料上鍍銀②,則極板M的材料為Ag

［解題思維］解答本題的思維流程如下：

信息提?、傺b置圖；②在Cu材料上鍍銀

①裝置圖：B、C組成鹽橋電池，其他屬于電解池；

信息轉(zhuǎn)化②在Cu材料上鍍銀：屬于電鍍池，陽(yáng)極材料應(yīng)是銀，溶

液中要含有銀離子

在鹽橋電池中，為什么電子會(huì)從負(fù)極流向正極？

提示：以銅鋅原電池為例，因?yàn)閮蓚€(gè)電極材料的活潑性不

聯(lián)想質(zhì)疑

同，則兩個(gè)電極的電勢(shì)不同，鋅電極的電勢(shì)低，電子就由

電勢(shì)低的電極流向電勢(shì)高的電極。

【解析】選D。裝置B和C之間通過(guò)鹽橋連接，形成原電池，PbOz作正極，發(fā)

生還原反應(yīng)，電極反應(yīng)式為PbO2+4H++SOT+2e-=PbSO4+2H2O,A項(xiàng)

正確；裝置A為電解池，Cu電極為陽(yáng)極，電極反應(yīng)式為Cu-2e-=Cu2+,Pt

電極為陰極，電極反應(yīng)式為2H++2e-=H2t,故裝置A中總反應(yīng)為Cu+2H+

通且Cu2++H2f,B項(xiàng)正確；裝置D中石墨為陰極，電極反應(yīng)式為2H20+2e

'=2OH-+H2?,Fe電極為陽(yáng)極，電極反應(yīng)式為Fe+2OH--2e-=Fe（OH）2；,

隨后被氧化生成Fe（OH）3：4Fe（OH）2+O2+2H2O=4Fe（OH）3,故裝置D中生成

0.2molFe(OH)3時(shí)，消耗水的物質(zhì)的量為0.4mol+0.1mol=0.5mol,C項(xiàng)正確；

裝置E中極板M為陰極，在Cu材料上鍍銀，應(yīng)將Cu材料作陰極，Ag材料作

陽(yáng)極，AgNO3溶液作電解質(zhì)溶液，故極板M的材料應(yīng)為Cu,D項(xiàng)錯(cuò)誤。

教師專(zhuān)用“技法積累】請(qǐng)用流程圖的形式，總結(jié)“串聯(lián)”類(lèi)裝置的解題流程。

提示:

判斷電

.池類(lèi)型

無(wú)外接電源,且能自發(fā)發(fā)生

氧化還原反應(yīng)的裝置d原電池）

原電池■（正極、負(fù)極）

確定電

極名稱(chēng)電解池山汨極、陰極）

根據(jù)原電池原理書(shū)寫(xiě)

?（正、負(fù)極反應(yīng)式）

書(shū)寫(xiě)電

.極反應(yīng)

根據(jù)電解池原理書(shū)寫(xiě)?（陰、陽(yáng)極反應(yīng)式）

依據(jù)電化學(xué)原理及電極反應(yīng)式.（判斷正誤）

解答實(shí)

、際問(wèn)題,依據(jù)“串聯(lián)”電池各極轉(zhuǎn)移

電子數(shù)相等進(jìn)行計(jì)