2022屆高考化學(xué)二輪教學(xué)案-命題區(qū)間七角度一　原電池、電解池的工作原理　電極反應(yīng)式的書寫

1．(2020·全國卷Ⅲ，12)一種高性能的堿性硼化釩(VB2)—空氣電池如下圖所示，其中在VB2電極發(fā)生反應(yīng)：VB2＋16OH－－11e－=VOeq\o\al(3－,4)＋2B(OH)eq\o\al(－,4)＋4H2O該電池工作時(shí)，下列說法錯(cuò)誤的是()A．負(fù)載通過0.04mol電子時(shí)，有0.224L(標(biāo)準(zhǔn)狀況)O2參與反應(yīng)B．正極區(qū)溶液的pH降低、負(fù)極區(qū)溶液的pH升高C．電池總反應(yīng)為4VB2＋11O2＋20OH－＋6H2O=8B(OH)eq\o\al(－,4)＋4VOeq\o\al(3－,4)D．電流由復(fù)合碳電極經(jīng)負(fù)載、VB2電極、KOH溶液回到復(fù)合碳電極答案B解析根據(jù)VB2電極發(fā)生的反應(yīng)VB2＋16OH－－11e－=VOeq\o\al(3－,4)＋2B(OH)eq\o\al(－,4)＋4H2O，判斷得出VB2電極為負(fù)極，復(fù)合碳電極為正極，電極反應(yīng)式為O2＋4e－＋2H2O=4OH－，所以電池總反應(yīng)為4VB2＋11O2＋20OH－＋6H2O=8B(OH)eq\o\al(－,4)＋4VOeq\o\al(3－,4)，C正確；負(fù)載通過0.04mol電子時(shí)，有0.01mol氧氣參與反應(yīng)，即標(biāo)準(zhǔn)狀況下有0.224L氧氣參與反應(yīng)，A正確；負(fù)極區(qū)消耗OH－，溶液的pH降低，正極區(qū)生成OH－，溶液的pH升高，B錯(cuò)誤。2．(2020·全國卷Ⅰ，12)科學(xué)家近年發(fā)明了一種新型Zn—CO2水介質(zhì)電池。電池示意圖如下，電極為金屬鋅和選擇性催化材料，放電時(shí)，溫室氣體CO2被轉(zhuǎn)化為儲氫物質(zhì)甲酸等，為解決環(huán)境和能源問題提供了一種新途徑。下列說法錯(cuò)誤的是()A．放電時(shí)，負(fù)極反應(yīng)為Zn－2e－＋4OH－=Zn(OH)eq\o\al(2－,4)B．放電時(shí)，1molCO2轉(zhuǎn)化為HCOOH，轉(zhuǎn)移的電子數(shù)為2molC．充電時(shí)，電池總反應(yīng)為2Zn(OH)eq\o\al(2－,4)=2Zn＋O2↑＋4OH－＋2H2OD．充電時(shí)，正極溶液中OH－濃度升高答案D解析由裝置示意圖可知，放電時(shí)負(fù)極反應(yīng)為Zn－2e－＋4OH－=Zn(OH)eq\o\al(2－,4)，A項(xiàng)正確；放電時(shí)CO2轉(zhuǎn)化為HCOOH，C元素化合價(jià)降低2，則1molCO2轉(zhuǎn)化為HCOOH時(shí)，轉(zhuǎn)移電子數(shù)為2mol，B項(xiàng)正確；由裝置示意圖可知充電時(shí)正極(陽極)產(chǎn)生O2，負(fù)極(陰極)產(chǎn)生Zn，C項(xiàng)正確；充電時(shí)正極(陽極)上發(fā)生反應(yīng)2H2O－4e－=4H＋＋O2↑，OH－濃度降低，D項(xiàng)錯(cuò)誤。3．(2020·江蘇，11)將金屬M(fèi)連接在鋼鐵設(shè)施表面，可減緩水體中鋼鐵設(shè)施的腐蝕。在題圖所示的情境中，下列有關(guān)說法正確的是()A．陰極的電極反應(yīng)式為Fe－2e－=Fe2＋B．金屬M(fèi)的活動性比Fe的活動性弱C．鋼鐵設(shè)施表面因積累大量電子而被保護(hù)D．鋼鐵設(shè)施在河水中的腐蝕速率比在海水中的快答案C解析陰極得電子，A錯(cuò)誤；金屬M(fèi)失電子，其活動性應(yīng)比鐵強(qiáng)，B錯(cuò)誤；M失去的電子流入鋼鐵設(shè)施表面，鋼鐵設(shè)施不易失去電子而被保護(hù)，C正確；海水中所含電解質(zhì)的濃度遠(yuǎn)大于河水中的，因此鋼鐵設(shè)施在海水中被腐蝕的速率快，D錯(cuò)誤。4．(2020·全國卷Ⅱ，12)電致變色器件可智能調(diào)控太陽光透過率，從而實(shí)現(xiàn)節(jié)能。下圖是某電致變色器件的示意圖。當(dāng)通電時(shí)，Ag＋注入到無色WO3薄膜中，生成AgxWO3，器件呈現(xiàn)藍(lán)色，對于該變化過程，下列敘述錯(cuò)誤的是()A．Ag為陽極B．Ag＋由銀電極向變色層遷移C．W元素的化合價(jià)升高D．總反應(yīng)為：WO3＋xAg=AgxWO3答案C解析根據(jù)題給信息，通電時(shí)Ag＋注入無色WO3薄膜中，生成AgxWO3，可得Ag為陽極，失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)，Ag－e－=Ag＋，Ag＋通過固體電解質(zhì)向變色層遷移，總反應(yīng)為WO3＋xAg=AgxWO3，A、B、D正確；WO3得xe－生成WOeq\o\al(x－,3)，W元素的化合價(jià)降低，C錯(cuò)誤。5．(2021·全國甲卷，13)乙醛酸是一種重要的化工中間體，可采用如圖所示的電化學(xué)裝置合成。圖中的雙極膜中間層中的H2O解離為H＋和OH－，并在直流電場作用下分別向兩極遷移。下列說法正確的是()A．KBr在上述電化學(xué)合成過程中只起電解質(zhì)的作用B．陽極上的反應(yīng)式為＋2H＋＋2e－→＋H2OC．制得2mol乙醛酸，理論上外電路中遷移了1mol電子D．雙極膜中間層中的H＋在外電場作用下向鉛電極方向遷移答案D解析KBr在上述電化學(xué)合成過程中除作電解質(zhì)外，同時(shí)還是電解過程中陽極的反應(yīng)物，生成的Br2為乙二醛制備乙醛酸的中間產(chǎn)物，故A錯(cuò)誤；陽極上Br－失去電子生成Br2，Br2將乙二醛氧化為乙醛酸，故B錯(cuò)誤；電解過程中陰、陽極均生成乙醛酸，1mol乙二酸生成1mol乙醛酸轉(zhuǎn)移的電子為2mol,1mol乙二醛生成1mol乙醛酸轉(zhuǎn)移電子為2mol，根據(jù)轉(zhuǎn)移電子守恒可知制得2mol乙醛酸時(shí)，理論上外電路中遷移了2mol電子，故C錯(cuò)誤；由上述分析可知，雙極膜中間層的H＋在外電場作用下移向陰極，即H＋移向鉛電極，故D正確。6．(2021·全國乙卷，12)沿海電廠采用海水為冷卻水，但在排水管中生物的附著和滋生會阻礙冷卻水排放并降低冷卻效率。為解決這一問題，通常在管道口設(shè)置一對惰性電極(如圖所示)，通入一定的電流。下列敘述錯(cuò)誤的是()A．陽極發(fā)生將海水中的Cl－氧化生成Cl2的反應(yīng)B．管道中可以生成氧化滅殺附著生物的NaClOC．陰極生成的H2應(yīng)及時(shí)通風(fēng)稀釋安全地排入大氣D．陽極表面形成的Mg(OH)2等積垢需要定期清理答案D解析根據(jù)題干信息分析可知，陽極區(qū)海水中的Cl－會優(yōu)先失去電子生成Cl2，發(fā)生氧化反應(yīng)，A正確；設(shè)置的裝置為電解池原理，根據(jù)分析知，陽極區(qū)生成的Cl2與陰極區(qū)生成的OH－在管道中會發(fā)生反應(yīng)生成NaCl、NaClO和H2O，其中NaClO具有強(qiáng)氧化性，可氧化滅殺附著的生物，B正確；因?yàn)镠2是易燃性氣體，所以陰極區(qū)生成的H2需及時(shí)通風(fēng)稀釋，安全地排入大氣，以排除安全隱患，C正確；陰極的電極反應(yīng)式為2H2O＋2e－=H2↑＋2OH－，會使海水中的Mg2＋沉淀積垢，所以陰極表面會形成Mg(OH)2等積垢，需要定期清理，D錯(cuò)誤。7．[2021·河北，16(4)節(jié)選]我國科學(xué)家研究Li—CO2電池，取得了重大科研成果，回答下列問題：①Li—CO2電池中，Li為單質(zhì)鋰片，則該電池中的CO2在________(填“正”或“負(fù)”)極發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)。研究表明，該電池反應(yīng)產(chǎn)物為碳酸鋰和單質(zhì)碳，且CO2電還原后與鋰離子結(jié)合形成碳酸鋰按以下4個(gè)步驟進(jìn)行，寫出步驟Ⅲ的離子方程式。Ⅰ.2CO2＋2e－=C2Oeq\o\al(2－,4) Ⅱ.C2Oeq\o\al(2－,4)=CO2＋COeq\o\al(2－,2)Ⅲ.__________________ Ⅳ.COeq\o\al(2－,3)＋2Li＋=Li2CO3②研究表明，電解質(zhì)水溶液中，CO2氣體可被電化學(xué)還原。CO2在堿性介質(zhì)中電還原為正丙醇(CH3CH2CH2OH)的電極反應(yīng)方程式為______________。答案①正2COeq\o\al(2－,2)＋CO2=2COeq\o\al(2－,3)＋C②12CO2＋18e－＋4H2O=CH3CH2CH2OH＋9COeq\o\al(2－,3)解析①由題意知，Li—CO2電池的總反應(yīng)式為4Li＋3CO2=2Li2CO3＋C，CO2發(fā)生得電子的還原反應(yīng)，則CO2作電池的正極；CO2還原后與Li＋結(jié)合成Li2CO3，按4個(gè)步驟進(jìn)行，由步驟Ⅱ可知生成了COeq\o\al(2－,2)，而步驟Ⅳ需要COeq\o\al(2－,3)參加反應(yīng)，所以步驟Ⅲ的離子方程式為2COeq\o\al(2－,2)＋CO2=2COeq\o\al(2－,3)＋C。②CO2在堿性條件下得電子生成CH3CH2CH2OH，根據(jù)電子守恒和電荷守恒寫出電極反應(yīng)式為12CO2＋18e－＋4H2O=CH3CH2CH2OH＋9COeq\o\al(2－,3)。8．[2021·湖南，16(4)(5)]氨電解法制氫氣利用電解原理，將氨轉(zhuǎn)化為高純氫氣，其裝置如圖所示。(4)電解過程中OH－的移動方向?yàn)開___________(填“從左往右”或“從右往左”)。(5)陽極的電極反應(yīng)式為_________________________________________________________。答案(4)從右往左(5)2NH3－6e－＋6OH－=N2＋6H2O解析(4)由圖可知，通NH3的一極氮元素化合價(jià)升高，發(fā)生氧化反應(yīng)，為電解池的陽極，則另一電極為陰極，電解過程中OH－移向陽極，則從右往左移動。(5)陽極NH3失電子發(fā)生氧化反應(yīng)生成N2，結(jié)合堿性條件，電極反應(yīng)式為2NH3－6e－＋6OH－=N2＋6H2O。 原電池原理的應(yīng)用及相關(guān)計(jì)算T1新型電源的充放電分析T2金屬的腐蝕與防護(hù)T3電解原理及其在生產(chǎn)生活中的應(yīng)用T4～T6電極反應(yīng)式的書寫T7、T8近幾年全國高考化學(xué)試題中每年都會結(jié)合圖形考查原電池或電解池原理及其在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用，并且試題的背景較為新穎，原電池和電解池原理及應(yīng)用、電極材料及電極反應(yīng)式的判斷、溶液pH的變化和有關(guān)計(jì)算等是高考命題的熱點(diǎn)，以選擇題為主。填空題一般不單獨(dú)命題，常在實(shí)驗(yàn)、化工流程、化學(xué)平衡等綜合性大題中穿插考查電極反應(yīng)式的書寫等。角度一原電池、電解池的工作原理電極反應(yīng)式的書寫1．構(gòu)建模型，類比分析原電池、電解池工作原理2．電極反應(yīng)式的書寫思路(1)列變價(jià)——寫出電極上發(fā)生變價(jià)的主要反應(yīng)物和主要產(chǎn)物。(2)標(biāo)電子——由化合價(jià)寫出得失電子數(shù)。(3)調(diào)電荷——由電荷守恒依據(jù)介質(zhì)環(huán)境將反應(yīng)式兩邊的電荷調(diào)平，酸性溶液用H＋，堿性溶液用OH－，若是熔融電解質(zhì)，則依據(jù)具體題目信息，一般熔融氧化物用O2－，熔融碳酸鹽用COeq\o\al(2－,3)。(4)后補(bǔ)水——由原子守恒配平電極反應(yīng)，一般看氫原子，哪邊少氫原子就在哪邊以水的形式補(bǔ)上相應(yīng)數(shù)目的氫原子。也被稱為“氫不夠，水來湊”。(5)檢查氧——最后用“O”守恒檢查是否正確。典例已知高鐵電池的總反應(yīng)為3Zn(OH)2＋4KOH＋2Fe(OH)3eq\o(,\s\up7(充電),\s\do5(放電))3Zn＋2K2FeO4＋8H2O，則充電時(shí)陽極反應(yīng)為_________________________________________________________。[書寫過程](1)先寫出電極主要反應(yīng)物和主要產(chǎn)物。Fe(OH)3→FeOeq\o\al(2－,4)(2)由化合價(jià)變化及變價(jià)原子數(shù)目綜合判斷得失電子數(shù)(Fe元素由＋3價(jià)變?yōu)椋?價(jià)，失去3e－)。Fe(OH)3－3e－→FeOeq\o\al(2－,4)(3)調(diào)平電荷，箭頭左邊有3個(gè)正電荷，右邊有2個(gè)負(fù)電荷，根據(jù)信息推斷此電池介質(zhì)為堿性環(huán)境，由電荷守恒知應(yīng)在左邊補(bǔ)“5OH－”。Fe(OH)3－3e－＋5OH－→FeOeq\o\al(2－,4)(4)由原子守恒，右邊還缺8個(gè)氫原子，故在右邊補(bǔ)“4H2O”。Fe(OH)3－3e－＋5OH－=FeOeq\o\al(2－,4)＋4H2O(5)最后檢查氧原子也守恒，說明電極反應(yīng)式正確。3．金屬的腐蝕與防護(hù)(1)判斷金屬腐蝕快慢的規(guī)律①對同一電解質(zhì)溶液來說，腐蝕速率的快慢：電解原理引起的腐蝕＞原電池原理引起的腐蝕＞化學(xué)腐蝕＞有防腐措施的腐蝕。②對同一金屬來說，在不同溶液中腐蝕速率的快慢：強(qiáng)電解質(zhì)溶液中＞弱電解質(zhì)溶液中＞非電解質(zhì)溶液中。③活動性不同的兩種金屬，活動性差別越大，腐蝕速率越快。④對同一種電解質(zhì)溶液來說，電解質(zhì)濃度越大，金屬腐蝕越快。(2)根據(jù)介質(zhì)判斷析氫腐蝕和吸氧腐蝕正確判斷“介質(zhì)”溶液的酸堿性是分析析氫腐蝕和吸氧腐蝕的關(guān)鍵。潮濕的空氣、酸性很弱或中性溶液發(fā)生吸氧腐蝕；NH4Cl溶液、稀硫酸等酸性溶液發(fā)生析氫腐蝕。(3)金屬的電化學(xué)保護(hù)題組一原電池工作原理1．下面是利用鹽橋電池從某些含碘鹽中提取碘的兩個(gè)裝置，下列說法正確的是()A．兩個(gè)裝置中石墨Ⅰ和石墨Ⅱ均作負(fù)極B．碘元素在裝置①中被還原，在裝置②中被氧化C．①中MnO2極的電極反應(yīng)式為MnO2＋2H2O＋2e－=Mn2＋＋4OH－D．裝置①②中生成等量的I2時(shí)，導(dǎo)線上通過的電子數(shù)之比為1∶5答案D解析裝置①中碘離子失去電子，石墨Ⅰ作負(fù)極，裝置②中碘酸鈉得到電子，石墨Ⅱ作正極，A項(xiàng)錯(cuò)誤；根據(jù)A項(xiàng)分析可知，碘元素在裝置①中被氧化，在裝置②中被還原，B項(xiàng)錯(cuò)誤；①中MnO2得到電子，溶液呈酸性，則電極反應(yīng)式為MnO2＋4H＋＋2e－=Mn2＋＋2H2O，C項(xiàng)錯(cuò)誤；①中1mol碘化鈉失去1mol電子，②中1mol碘酸鈉得到5mol電子，則裝置①②中生成等量的I2時(shí)，導(dǎo)線上通過的電子數(shù)之比為1∶5，D項(xiàng)正確。2．(2020·湖北省名師聯(lián)盟高三4月模擬)“太陽水”電池裝置如圖所示，該電池由三個(gè)電極組成，其中a為TiO2電極，b為Pt電極，c為WO3電極，電解質(zhì)溶液為pH＝3的Li2SO4—H2SO4溶液。鋰離子交換膜將電池分為A、B兩個(gè)區(qū)，A區(qū)與大氣相通，B區(qū)為封閉體系并有N2保護(hù)。下列關(guān)于該電池的說法錯(cuò)誤的是()A．若用導(dǎo)線連接a、c，則a為負(fù)極，該電極附近pH減小B．若用導(dǎo)線連接a、c，則c電極的電極反應(yīng)式為HxWO3－xe－=WO3＋xH＋C．若用導(dǎo)線先連接a、c，再連接b、c，可實(shí)現(xiàn)太陽能向電能的轉(zhuǎn)化D．若用導(dǎo)線連接b、c，b電極的電極反應(yīng)式為O2＋4H＋＋4e－=2H2O答案B解析用導(dǎo)線連接a、c，a極發(fā)生氧化反應(yīng)，為負(fù)極，電極反應(yīng)為2H2O－4e－=4H＋＋O2↑，a電極周圍H＋濃度增大，溶液pH減小，故A正確；用導(dǎo)線連接a、c，c極為正極，發(fā)生還原反應(yīng)，電極反應(yīng)為WO3＋xH＋＋xe－=HxWO3，故B錯(cuò)誤；用導(dǎo)線先連接a、c，再連接b、c，由光電池轉(zhuǎn)化為原電池，實(shí)現(xiàn)太陽能向電能的轉(zhuǎn)化，故C正確；用導(dǎo)線連接b、c，b電極為正極，電極表面氧氣得電子，發(fā)生還原反應(yīng)，電極反應(yīng)式為O2＋4H＋＋4e－=2H2O，故D正確。題組二電解池原理3．(2020·蘇錫常鎮(zhèn)模擬)如圖所示的電解裝置可實(shí)現(xiàn)低電位下高效催化還原CO2。下列說法不正確的是()A．a(chǎn)極連接外接電源的負(fù)極B．電解過程中Na＋從右池移向左池C．b極的電極反應(yīng)式：Cl－－2e－＋H2O=ClO－＋2H＋D．外電路上每轉(zhuǎn)移1mol電子，理論可催化還原標(biāo)準(zhǔn)狀況下CO2氣體11.2L答案C解析A項(xiàng)，如圖所示，左側(cè)通入CO2逸出CO，C元素化合價(jià)降低，發(fā)生還原反應(yīng)，是陰極，故a極連接電源負(fù)極，正確；B項(xiàng)，電解池中陽離子向陰極移動，電解過程中Na＋從右池移向左池，正確；C項(xiàng)，右側(cè)Cl－變?yōu)镃lO－，Cl元素化合價(jià)升高，發(fā)生氧化反應(yīng)，故為陽極，故b極連接電源正極，電解質(zhì)溶液呈堿性，故電極反應(yīng)式為Cl－－2e－＋2OH－=ClO－＋H2O，錯(cuò)誤；D項(xiàng)，依據(jù)陰極電極反應(yīng)CO2＋2e－＋2H＋=CO＋H2O，每轉(zhuǎn)移1mol電子，被還原的CO2為0.5mol，在標(biāo)況下的體積為0.5mol×22.4L·mol－1＝11.2L，正確。4．將NO2、O2和熔融KNO3制成燃料電池，電解處理含Cr2Oeq\o\al(2－,7)的廢水，工作原理如圖所示。電解過程中發(fā)生反應(yīng)：Cr2Oeq\o\al(2－,7)＋6Fe2＋＋14H＋=2Cr3＋＋6Fe3＋＋7H2O。下列說法正確的是()A．石墨Ⅱ是電池的負(fù)極B．若溶液中減少了0.01molCr2Oeq\o\al(2－,7)，則電路中至少通過了0.12mol電子C．Fe(a)棒上發(fā)生的電極反應(yīng)為Fe－3e－=Fe3＋D．在相同條件下，消耗的O2和NO2的體積比為4∶1答案B解析左側(cè)為原電池，通入氧氣的電極為正極，通入二氧化氮的電極為負(fù)極，則a為陽極，b為陰極。A項(xiàng)，石墨Ⅱ電極上O2得電子發(fā)生還原反應(yīng)，所以石墨Ⅱ?yàn)殡姵氐恼龢O，錯(cuò)誤；B項(xiàng)，根據(jù)題給方程式Cr2Oeq\o\al(2－,7)＋6Fe2＋＋14H＋=2Cr3＋＋6Fe3＋＋7H2O，溶液中減少了0.01molCr2Oeq\o\al(2－,7)，則消耗0.06molFe2＋，陽極需要生成0.06molFe2＋，則電路中至少轉(zhuǎn)移的電子的物質(zhì)的量為0.06mol×2＝0.12mol，正確；C項(xiàng)，a電極上Fe失電子生成亞鐵離子