秘籍10-電化學(xué)(新高考專用)(原卷版)

秘籍10電化學(xué)突破概率預(yù)測☆☆☆☆☆題型預(yù)測選擇題☆☆☆☆☆考向預(yù)測原電池、新型化學(xué)電源、電解池、金屬腐蝕的綜合分析及應(yīng)用本專題命題往往以可充電電池的工作原理及電解原理的應(yīng)用為背景，考查電極反應(yīng)式的書寫、離子移動方向、金屬的電化學(xué)腐蝕及防護(hù)等知識。同時也對信息提取、應(yīng)用能力進(jìn)行考查。備考時要側(cè)重原電池與電解池工作原理中基礎(chǔ)考點(diǎn)的復(fù)習(xí)和電極反應(yīng)式書寫技巧的掌握?？键c(diǎn)一、新型電池的工作原理分析1．突破原電池工作原理2．二次電池充電時連接模型(“正”接“正”，“負(fù)”接“負(fù)”)注意：放電時負(fù)極反應(yīng)與充電時的陰極反應(yīng)相反，同理放電時正極反應(yīng)與充電時陽極反應(yīng)相反。如鉛蓄電池：負(fù)極：Pb＋SOeq\o\al(2－,4)－2e－===PbSO4陰極：PbSO4＋2e－===Pb＋SOeq\o\al(2－,4)考點(diǎn)二、電解原理的應(yīng)用金屬腐蝕與防護(hù)1．電解池工作原理模型圖【特別提醒】①陽離子在陰極上的放電順序：Ag＋＞Fe3＋＞Cu2＋＞H＋＞……②陰離子在陽極上的放電順序：S2－＞I－＞Br－＞Cl－＞OH－＞含氧酸根離子＞……③當(dāng)陽極是金屬(Au、Pt除外)電極時，溶液中的離子不再放電而是金屬失電子生成金屬陽離子。④微粒的放電順序受溫度、濃度、電壓、電極材料等因素的影響。2．電化學(xué)計算的兩種常用方法(1)根據(jù)電子守恒計算①用于串聯(lián)電路中陰陽兩極產(chǎn)物、正負(fù)兩極產(chǎn)物、相同電量等類型的計算，其依據(jù)是電路中轉(zhuǎn)移的電子數(shù)相等。②用于混合溶液中電解的分階段計算。(2)根據(jù)關(guān)系式計算根據(jù)得失電子守恒定律建立起已知量與未知量之間的橋梁，構(gòu)建計算所需的關(guān)系式。如以通過4mole－為橋梁可構(gòu)建如下關(guān)系式：(式中M為金屬，n為其離子的化合價數(shù)值)3．金屬電化學(xué)腐蝕與防護(hù)(1)金屬腐蝕快慢的三個規(guī)律①金屬腐蝕類型的差異電解原理引起的腐蝕>原電池原理引起的腐蝕>化學(xué)腐蝕>有防護(hù)腐蝕措施的腐蝕。②電解質(zhì)溶液的影響a．對同一金屬來說，腐蝕的快慢(濃度相同)：強(qiáng)電解質(zhì)溶液>弱電解質(zhì)溶液>非電解質(zhì)溶液。b．對同一種電解質(zhì)溶液來說，電解質(zhì)濃度越大，腐蝕越快。③活潑性不同的兩金屬，活潑性差別越大，腐蝕越快。(2)兩種腐蝕與三種保護(hù)①兩種腐蝕：析氫腐蝕、吸氧腐蝕(關(guān)鍵在于電解液的pH)。②三種保護(hù)：電鍍保護(hù)、犧牲陽極的陰極保護(hù)法、外加電流的陰極保護(hù)法?？键c(diǎn)三、離子交換膜在電化學(xué)中的綜合應(yīng)用1．離子交換膜的作用(1)防止副反應(yīng)的發(fā)生，避免影響所制取產(chǎn)品的質(zhì)量；防止引發(fā)不安全因素(如在電解飽和食鹽水中，利用陽離子交換膜，防止陽極產(chǎn)生的Cl2進(jìn)入陰極室與氫氧化鈉反應(yīng)，導(dǎo)致所制產(chǎn)品不純；防止與陰極產(chǎn)生的H2混合發(fā)生爆炸)。(2)用于物質(zhì)的分離、提純等。(3)用于物質(zhì)的制備。2．離子交換膜的類型根據(jù)透過的微粒，離子交換膜可以分為多種，在高考試題中主要出現(xiàn)過陽離子交換膜、陰離子交換膜和質(zhì)子交換膜三種。陽離子交換膜只允許陽離子通過，阻止陰離子和氣體通過，陰離子交換膜只允許陰離子通過，質(zhì)子交換膜只允許質(zhì)子(H＋)通過。3．離子交換膜類型的判斷根據(jù)電解質(zhì)溶液呈電中性的原則，判斷膜的類型：(1)首先寫出陰、陽兩極上的電極反應(yīng)，依據(jù)電極反應(yīng)式確定該電極附近哪種離子剩余。(2)根據(jù)溶液呈電中性，判斷出離子移動的方向，從而確定離子交換膜的類型。4．定量關(guān)系外電路電子轉(zhuǎn)移數(shù)＝通過隔膜的陰、陽離子帶的負(fù)或正電荷數(shù)。四、串聯(lián)電池和電解池的判斷1．有外接電源電池類型的判斷方法有外接電源的各電池均為電解池，若電池陽極材料與電解質(zhì)溶液中的陽離子相同，則該電池為電鍍池。如則甲為電鍍池，乙、丙均為電解池。2．無外接電源電池類型的判斷方法(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)溶液判斷原電池一般是兩種不同的金屬電極或一個金屬電極一個碳棒電極；而電解池則一般兩個都是惰性電極，如兩個鉑電極或兩個碳棒電極。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)。【方法技巧】串聯(lián)電路的解題流程技法一、判斷電極(1)通過反應(yīng)類型判斷①失去電子的電極為負(fù)極，發(fā)生氧化反應(yīng)；②得到電子的電極為正極，發(fā)生還原反應(yīng)。(2)通過電子定向移動方向和電流方向判斷①電子流出的電極為負(fù)極，電子經(jīng)外電路流入正極；②電流流出的電極為正極，電流經(jīng)外電路流入負(fù)極。(3)根據(jù)離子移動方向判斷陰離子向負(fù)極移動，陽離子向正極移動。(4)根據(jù)電極現(xiàn)象判斷一般不斷溶解、質(zhì)量減輕的電極為負(fù)極；有固體析出、質(zhì)量增加或不變或有氣體產(chǎn)生的電極為正極。技法二、書寫電極反應(yīng)式1.直接書寫2.間接書寫第一步，寫出電池總反應(yīng)式。第二步，寫出電極的正極反應(yīng)式。第三步，負(fù)極反應(yīng)式＝總反應(yīng)式－正極反應(yīng)式。技法三、充、放電時電解質(zhì)溶液中離子移動方向的判斷分析電池工作過程中電解質(zhì)溶液的變化時，要結(jié)合電池總反應(yīng)進(jìn)行分析。1.首先應(yīng)分清電池是放電還是充電。2.再判斷出正、負(fù)極或陰、陽極。放電：陽離子→正極，陰離子→負(fù)極；充電：陽離子→陰極，陰離子→陽極；總之：陽離子→發(fā)生還原反應(yīng)的電極；陰離子→發(fā)生氧化反應(yīng)的電極。技法四、燃料電池電極反應(yīng)式的書寫第一步：寫出電池總反應(yīng)式。燃料電池的總反應(yīng)與燃料燃燒的反應(yīng)一致，若產(chǎn)物能和電解質(zhì)反應(yīng)，則總反應(yīng)為加合后的反應(yīng)。如甲烷燃料電池(電解質(zhì)溶液為NaOH溶液)的反應(yīng)如下：CH4＋2O2=CO2＋2H2O①CO2＋2NaOH=Na2CO3＋H2O②①＋②可得甲烷燃料電池的總反應(yīng)式：CH4＋2O2＋2NaOH=Na2CO3＋3H2O。第二步：寫出電池的正極反應(yīng)式。根據(jù)燃料電池的特點(diǎn)，一般在正極上發(fā)生還原反應(yīng)的物質(zhì)都是O2，因電解質(zhì)溶液不同，故其電極反應(yīng)也會有所不同：燃料電池電解質(zhì)正極反應(yīng)式酸性電解質(zhì)O2＋4H＋＋4e－=2H2O堿性電解質(zhì)O2＋2H2O＋4e－=4OH－固體電解質(zhì)(高溫下能傳導(dǎo)O2－)O2＋4e－=2O2－熔融碳酸鹽(如熔融K2CO3)O2＋2CO2＋4e－=2COeq\o\al(2－,3)第三步：電池的總反應(yīng)式－電池的正極反應(yīng)式＝電池的負(fù)極反應(yīng)式。技法五、金屬腐蝕快慢的判斷方法（1）在同一種電解質(zhì)溶液中：電解原理引起的腐蝕＞原電池原理引起的腐蝕＞化學(xué)腐蝕＞有防護(hù)措施的腐蝕。（2）在不同介質(zhì)中：強(qiáng)電解質(zhì)溶液中的腐蝕＞弱電解質(zhì)溶液中的腐蝕＞非電解質(zhì)溶液中的腐蝕。（3）對同一種電解質(zhì)溶液來說，電解質(zhì)溶液濃度越大，金屬腐蝕越快。例1.K—O2電池結(jié)構(gòu)如圖，a和b為兩個電極，其中之一為單質(zhì)鉀片。關(guān)于該電池，下列說法錯誤的是A．隔膜允許K+通過，不允許O2通過B．放電時，電流由b電極沿導(dǎo)線流向a電極；充電時，b電極為陽極C．產(chǎn)生1Ah電量時，生成KO2的質(zhì)量與消耗O2的質(zhì)量比值約為2.22D．用此電池為鉛酸蓄電池充電，消耗3.9g鉀時，鉛酸蓄電池消耗0.9g水例2.以石墨電極電解200mLCuSO4溶液，電解過程中轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量n(e－)與產(chǎn)生氣體總體積V(標(biāo)準(zhǔn)狀況)的關(guān)系如圖所示，下列說法中正確的是()A．電解前CuSO4溶液的物質(zhì)的量濃度為2mol·L－1B．忽略溶液體積變化，電解后所得溶液中c(H＋)＝2mol·L－1C．當(dāng)n(e－)＝0.6mol時，V(H2)∶V(O2)＝3∶2D．向電解后的溶液中加入16gCuO，則溶液可恢復(fù)到電解前的濃度【方法技巧】電化學(xué)綜合計算的三種常用方法(1)根據(jù)總反應(yīng)式計算先寫出電極反應(yīng)式，再寫出總反應(yīng)式，最后根據(jù)總反應(yīng)式列出比例式計算。(2)根據(jù)電子守恒計算①用于串聯(lián)電路中陰陽兩極產(chǎn)物、正負(fù)兩極產(chǎn)物、相同電量等類型的計算，其依據(jù)是電路中轉(zhuǎn)移的電子數(shù)相等。②用于混合溶液中電解的分階段計算。(3)根據(jù)關(guān)系式計算根據(jù)得失電子守恒定律建立起已知量與未知量之間的橋梁，構(gòu)建計算所需的關(guān)系式。例3.鈷(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鈷的裝置示意圖。下列說法正確的是A．工作時，Ⅰ室和Ⅱ室溶液的均增大B．生成，Ⅰ室溶液質(zhì)量理論上減少C．移除兩交換膜后，石墨電極上發(fā)生的反應(yīng)不變D．電解總反應(yīng)：例4.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【方法技巧】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>有防護(hù)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。1．（安徽省定遠(yuǎn)第三中學(xué)2022-2023學(xué)年高三二模）利用光伏電池與膜電解法制備溶液的裝置如下圖所示，下列說法不正確的是A．該光伏電池的電極為正極B．該離子交換膜為陰離子交換膜，由左池向右池遷移C．電解池中陰極的電極反應(yīng)式為D．電路中有電子通過時，陽極室生成2．（陜西省西安市新城區(qū)2023屆高三二模）燃料敏化太陽能電池因其工藝簡單、性能穩(wěn)定等特點(diǎn)深受科學(xué)家的青睞。一種釕基配合物作為光敏劑(S)的太陽能電池的工作原理如圖所示，其中一個電極可表示為TiO2/S，電極反應(yīng)為TiO2/S*→TiO2/S++e-。下列有關(guān)說法錯誤的是A．該電池工作時，光能直接轉(zhuǎn)化為電能B．電池的正極反應(yīng)為+2e-→3I-C．電解質(zhì)溶液中可發(fā)生反應(yīng)TiO2/S++3I-→TiO2/S+D．電池的電解質(zhì)溶液中I-和的濃度不會減少3．（遼寧省沈陽市第二中學(xué)2023屆高三第三次模擬）水系可逆電池在工作時，復(fù)合膜(由a、b膜復(fù)合而成，a膜只允許通過，b膜只允許通過)層間的解離成和，在外加電場中可透過相應(yīng)的離子膜定向移動。當(dāng)閉合時，電池工作原理如圖所示，下列說法正確的是A．閉合時，右側(cè)電極反應(yīng)為B．閉合時，電池工作一段時間，復(fù)合膜兩側(cè)溶液的pH左側(cè)升高右側(cè)降低C．閉合時，從復(fù)合膜流向Zn電極D．閉合時，每生成65gZn，同時一定生成氣體11.2L4．（山東省新高考聯(lián)合質(zhì)量測評2023屆高三聯(lián)考）目前研究較多的Zn－H2O2電池，其電池總反應(yīng)為Zn+OH-+HO=ZnO+H2O。現(xiàn)以Zn－H2O2電池電解尿素[CO(NH2)2]堿性溶液制備氫氣，同時獲得N2及極少量O2(裝置2中隔膜僅阻止氣體通過，b、c、d均為惰性電極)。下列說法錯誤的是A．裝置1中OH-移向Zn電極B．反應(yīng)過程中，d極附近的pH增大C．電極c的主要反應(yīng)式為CO(NH2)2-6e-+8OH-=CO+N2+6H2OD．通電一段時間后，若Zn電極的質(zhì)量減輕19.5g，則c電極產(chǎn)生N22.24L(標(biāo)準(zhǔn)狀況)5．（北京市西城區(qū)2023屆一模）我國科學(xué)家設(shè)計可同時實(shí)現(xiàn)H2制備和海水淡化的新型電池，裝置示意圖如圖。下列說法不正確的是A．電極a是正極B．電極b的反應(yīng)式：N2H4-4e-+4OH-=N2↑+4H2OC．每生成1molN2，有2molNaCl發(fā)生遷移D．離子交換膜c、d分別是陽離子交換膜和陰離子交換膜6．（湖北省十一校2023屆高三第二次聯(lián)考）某液流電池工作原理如圖。充電過程中，陽極會發(fā)生如下副反應(yīng)：，加入少量可將還原為，提高電池的能量密度和穩(wěn)定性。下列說法正確的是A．放電時，電極為負(fù)極，發(fā)生還原反應(yīng)B．放電時，通過質(zhì)子交換膜，向石墨電極移動C．加入少量后，經(jīng)多次充放電，正極可能會發(fā)生3個以上不同的還原反應(yīng)D．加入少量后，充電時，陽極生成和陰極生成的物質(zhì)的量之比為2：17．（河北省石家莊精英中學(xué)2022-2023學(xué)年高三模擬）高電壓水系鋅-有機(jī)混合液流電池的裝置及充、放電原理如圖所示。下列說法正確的是A．鋅元素位于元素周期表的d區(qū)B．充電時，每轉(zhuǎn)移，陰極增重C．放電時，負(fù)極的電極反應(yīng)式為D．放電時，化學(xué)能全部轉(zhuǎn)化為電能8．（山東省淄博一中2022-2023學(xué)年高三模擬）據(jù)統(tǒng)計，2022年我國光伏發(fā)電并裝機(jī)容量突破3億千瓦，連續(xù)七年穩(wěn)居全球首位。已知四甲基氫氧化銨[(CH3)4NOH]常用作電子工業(yè)清洗劑，以四甲基氯化銨[(CH3)4NCl]為原料，采用電滲析法合成[(CH3)4NOH]，工作原理如圖。下列說法正確的是A．光伏并網(wǎng)發(fā)電裝置中N型半導(dǎo)體為正極B．c、d為陽離子交換膜，e為陰離子交換膜C．a(chǎn)為陰極，電極反應(yīng)式為2(CH3)4N++2H2O+2e-=2(CH3)4NOH+H2↑D．制備182g四甲基氫氧化銨，兩極共產(chǎn)生33.6L氣體9．（湖北省襄陽市四中2022-2023學(xué)年高三模擬）某科研小組利用如圖所示裝置完成乙炔轉(zhuǎn)化為乙烯的同時為用電器供電。下列說法錯誤的是A．電極a的電勢高于電極b的電勢B．電極a的電極反應(yīng)式為C2H2+2H2O+2e-=C2H4+2OH-C．放電過程中正極區(qū)KOH溶液濃度保持不變，OH-從左室流向右室D．電解足量CuSO4溶液，理論上消耗2.24L(標(biāo)準(zhǔn)狀況)C2H2時，生成6.4gCu10．（山東歷城二中2022-2023學(xué)年高三模擬）我國科學(xué)家研發(fā)了一種水系可逆Zn-CO2電池，電池工作時，復(fù)合膜(由a、b膜復(fù)合而成)層間的H2O解離成H+和OH-，在外加電場中可透過相應(yīng)的離子膜定向移動。當(dāng)閉合K1時，Zn-CO2電池工作原理如圖所示。下列說法不正確的是A．閉合K2時，Zn電極與直流電源正極相連B．閉合K2時，Pd電極是陽極，發(fā)生氧化反應(yīng)C．閉合K1時，H+通過a膜向Pd電極方向移動D．閉合K1時，Zn表面的電極反應(yīng)式為Zn+4OH--2e-=Zn(OH)11．（重慶市萬州第二高級中學(xué)2022-2023學(xué)年高三質(zhì)檢）是一種黃色黏稠的油狀液體(其中N顯負(fù)價)，可利用惰性電極電解制備，裝置如圖所示，其原理是，下列說法錯誤的是A．b電極接電源的負(fù)極 B．陽極區(qū)被氧化的元素為C．流出液X中不含 D．每生成，約有通過陰離子交換膜12．（江西省鷹潭市2023屆高三第一次模擬）利用垃圾假單胞菌株分解有機(jī)物的電化學(xué)原理如圖所示。下列說法正確的是A．電子流向：電極B→負(fù)載→電極AB．若有機(jī)物為葡萄糖，處理0.25mol有機(jī)物，電路中轉(zhuǎn)移電子6molC．電極A上的反應(yīng)式為：X-4e-=Y+4H+D．若B電極上消耗氧氣22.4L，B電極區(qū)域溶液增重36g13．（河北衡水第二中學(xué)2023屆調(diào)研）我國科學(xué)家近期開發(fā)了一種高性能的水系錳基鋅電池。其工作原理如圖所示，已知該裝置工作一段時間后，K2SO4溶液的濃度增大。下列說法正確的是A．電子流向:Zn電極→b膜→a膜→MnO2電極→負(fù)載→Zn電極B．負(fù)極的電極反應(yīng)式為MnO2+2e-+4H+=Mn2++2H2OC．a(chǎn)膜為陰離子交換膜，b膜為陽離子交換膜D．裝置工作一段時間后，正極區(qū)溶液的pH降低14．（湖南省衡陽市部分學(xué)校2023屆高三下學(xué)期第二次聯(lián)考）鈉離子電池的工作原理與鋰離子電池相似，與鋰離子電池相比較，成本低，充電時間短。一種鈉-空氣電池的裝置如圖所示。該電池利用“多孔”石墨電極形成空氣通道，放電時生成的填充在“空位”中，當(dāng)“空位”填滿后，放電終止。下列說法正確的是A．放電時，M為陰極B．放電時，N電極發(fā)生的電極反應(yīng)為C．充電時，每轉(zhuǎn)移，N電極減輕D．該電池的比能量比鋰離子電池低15．（浙江省溫州市普通高中2023屆高三第二次適應(yīng)性考試）利用廢料制備的工作原理如圖，下列說法不正確的是A．電極b為陰極，發(fā)生還原反應(yīng)B．電解總方程式：C．離子交換膜為陰離子交換膜D．X可以是溶液16．（河北省唐山第一中學(xué)2023屆高三模擬）液流電池因其具有可深度充放電、可模塊化調(diào)控、不受地理環(huán)境限制等優(yōu)點(diǎn)，已成為大規(guī)模儲能領(lǐng)域中備受重視的儲能器件。其中鋅/溴液流電池作為新能源儲能技術(shù)的代表，功率性能極佳且造價低廉。三單體串聯(lián)鋅/溴液流電池