選擇題專項12　新型化學電源、電解分析及應用 課件三化學二輪復習

專題四電化學選擇題專項12新型化學電源、電解分析及應用(1)考向一

新型化學電源

(Mg－CO2二次電池)(2024·河北高考)我國科技工作者設計了如圖所示的可充電Mg－CO2電池，以Mg(TFSI)2為電解質(zhì)，電解液中加入1，3－丙二胺(PDA)以捕獲CO2，使放電時CO2還原產(chǎn)物為MgC2O4。該設計克服了MgCO3導電性差和釋放CO2能力差的障礙，同時改善了Mg2＋的溶劑化環(huán)境，提高了電池充放電循環(huán)性能。

下列說法錯誤的是(

C

)

B.

充電時，多孔碳納米管電極與電源正極陽極與正極反應相反，陰極與負極反應相反連接C.

充電時，電子由Mg電極流向陽極，Mg2＋向陰極遷移CD.

放電時，每轉(zhuǎn)移1

mol電子，理論上可轉(zhuǎn)化1

mol

CO2

1.

原電池工作原理及正、負極判斷注意：原電池正、負極的判斷不僅與電極材料的性質(zhì)有關，還與電解質(zhì)溶液有關，不要形成活潑金屬一定作負極的思維定式。如以Cu、Fe為電極，濃硝酸為電解質(zhì)溶液時構(gòu)成的原電池負極是Cu。2.

電極反應式的書寫方法(1)四步法(也適用于電解池)①確定電極上的反應物及產(chǎn)物。

③根據(jù)原子守恒及介質(zhì)信息，在初步書寫的電極反應式兩側(cè)補充介質(zhì)，介質(zhì)常為H2O、H＋、OH－等。配平電子守恒?補H＋或OH－；配平電荷守恒?補H2O配平原子守恒④根據(jù)原子守恒及電荷守恒配平電極反應式。(2)加減法(一般適用于燃料電池或給出電池總反應的電池)

②先判斷哪個電極反應式較簡單，寫出該電極反應式，并使該電極反應式與電池總反應轉(zhuǎn)移的電子數(shù)相等。例如燃料電池的正極反應式較簡單，一般為O2得電子的還原反應。③用電池總反應減去較簡單的電極反應式即得復雜的電極反應式。3.

幾種?？嫉碾姵?1)可充電電池(二次電池)的工作原理(2)燃料電池燃料電池轉(zhuǎn)化：通入O2或空氣的一極為正極，通入燃料的一極為負極。燃料電池中電極反應式的書寫(以甲醇－O2的燃料電池為例)酸性介質(zhì)(如稀硫酸)負極CH3OH－6e－＋H2O

CO2↑＋6H＋正極

O2＋6e－＋6H＋

3H2O堿性介質(zhì)(如KOH溶液)負極CH3OH－6e－＋8OH－

C

＋6H2O含C有機物堿性環(huán)境均生成C

正極

O2＋6e－＋3H2O

6OH－熔融鹽介質(zhì)(如熔融K2CO3)負極CH3OH－6e－＋3C

4CO2↑＋2H2O正極

O2＋6e－＋3CO2

3C

高溫下能傳導O2－的陶瓷負極CH3OH－6e－＋3O2－

CO2↑＋2H2O正極

O2＋6e－

3O2－(3)3種特殊的原電池一般情況下，能自發(fā)進行的氧化還原反應可設計成原電池，但也存在一些特殊情況。①沉淀反應、中和反應等非氧化還原反應也可以設計為原電池。a.利用沉淀反應設計的原電池

b.利用中和反應設計的原電池

②利用離子濃度差也可以設計成原電池，即“濃差電池”，其總反應是一個體系的物理狀態(tài)的變化。

③可逆的氧化還原反應也可設計成原電池，改變物質(zhì)的濃度，電極反應式會發(fā)生變化。利用可逆氧化還原反應設計的原電池

電流為0

1.(水系Zn－TCPP電池)(2024·安徽高考)我國學者研發(fā)出一種新型水系鋅電池，其示意圖如圖。該電池分別以Zn－TCPP(局部結(jié)構(gòu)如標注框內(nèi)所示)形成的穩(wěn)定超分子材料和Zn為電極，以ZnSO4和KI混合液為電解質(zhì)溶液。下列說法錯誤的是(

C

)A.

標注框內(nèi)所示結(jié)構(gòu)中存在共價鍵和配位鍵B.

電池總反應為

＋Zn

Zn2＋＋3I－C.

充電時，陰極被還原的Zn2＋主要來自Zn－TCPPD.

放電時，消耗0.65

g

Zn，理論上轉(zhuǎn)移0.02

mol電子C

2.(傳感器微型電池)(2024·新課標卷)一種可植入體內(nèi)的微型電池工作原理如圖所示，通過CuO催化消耗血糖發(fā)電，從而控制血糖濃度。當傳感器檢測到血糖濃度高于標準，電池啟動。血糖濃度下降至標準，電池停止工作。(血糖濃度以葡萄糖濃度計)電池工作時，下列敘述錯誤的是(

C

)CA.

電池總反應為：2C6H12O6＋O2

2C6H12O7B.b電極上CuO通過Cu(Ⅱ)和Cu(Ⅰ)相互轉(zhuǎn)變起催化作用C.

消耗18

mg葡萄糖，理論上a電極有0.4

mmol電子流入D.

兩電極間血液中的Na＋在電場驅(qū)動下的遷移方向為b→a

3.(MnO2－Zn充放電電池)(2024·全國甲卷)科學家使用δ－MnO2研制了一種MnO2－Zn可充電電池(如圖所示)。電池工作一段時間后，MnO2電極上檢測到MnOOH和少量ZnMn2O4。下列敘述正確的是(

C

)A.

充電時，Zn2＋向陽極方向遷移B.

充電時，會發(fā)生反應Zn＋2MnO2

ZnMn2O4C.

放電時，正極反應有MnO2＋H2O＋e－

MnOOH＋OH－D.

放電時，Zn電極質(zhì)量減少0.65

g，MnO2電極生成了0.020

mol

MnOOHC

4.(甲醛－硝酸鹽電池)(2024·江西高考)我國學者發(fā)明了一種新型多功能甲醛－硝酸鹽電池，可同時處理廢水中的甲醛和硝酸根離子(如圖)。下列說法正確的是(

B

)A.CuAg電極反應為2HCHO＋2H2O－4e－

2HCOO－＋H2↑＋2OH－B.CuRu電極反應為N

＋6H2O＋8e－

NH3↑＋9OH－C.

放電過程中，OH－通過質(zhì)子交換膜從左室傳遞到右室D.

處理廢水過程中溶液pH不變，無需補加KOHB

考向二

電解分析及應用

A.

相同電量下H2理論產(chǎn)量是傳統(tǒng)電解水的1.5倍B.

陰極反應：2H2O＋2e－

2OH－＋H2↑C.

電解時OH－通過陰離子交換膜向b極方向移動D.

陽極反應：2HCHO－2e－＋4OH－

2HCOO－＋2H2O＋H2↑

答案：A

1.

電解原理及陰、陽極判斷2.

分析電解過程的思維模型3.

利用電解原理制備物質(zhì)可分為兩個類型(1)“解離”型膜1：陽離子交換膜；膜2：陰離子交換膜。(2)“組合”型膜3：陽離子交換膜；膜4：陰離子交換膜。4.

?？純煞N復雜的電解裝置(1)復雜有機電化學裝置快速判斷有機物電池電極類型的方法：某電極有機物中碳原子的化合價變化不易判斷，電極是發(fā)生氧化反應，為陽極(或負極)，還是發(fā)生還原反應，為陰極(或正極)，可通過以下四種方法判斷：可認為H為＋1價，O為－2價，N為－3價，利用代數(shù)和為0計算C的化合價①比較反應前后有機物分子式(或結(jié)構(gòu)簡式)，得氫去氧為還原反應，得氧去氫為氧化反應。②將有機物分子去掉“H2O”，剩余的部分再分析元素化合價，如C3H8O3去掉3個“H2O”后剩余“C3H2”，C3H6O3去掉3個“H2O”后剩余“C3”，則C3H8O3轉(zhuǎn)化為C3H6O3可看作“C3H2”轉(zhuǎn)化為“C3”，C的化合價升高，發(fā)生氧化反應。③燃料電池中通入O2的電極發(fā)生還原反應，該電極為正極。④有機反應中，分子結(jié)構(gòu)整體變化不大時，分析局部價鍵變化。適用于分析結(jié)構(gòu)復雜體系，根據(jù)常用電負性順序：F＞O＞N＞C＞H＞Si，可以判斷有機物中元素化合價的變化。如某研究團隊以KOH溶液為電解質(zhì)溶液，CoP和Ni2P納米片為催化電極材料，電催化合成偶氮化合物(RCN，R代表烴基)的裝置如圖所示：

(2)協(xié)同轉(zhuǎn)化裝置解題關鍵：分清楚哪個是電極反應，哪個是電極區(qū)反應，要注意電極及電極區(qū)均可能存在多個反應。如CO2＋H2S協(xié)同轉(zhuǎn)化裝置實現(xiàn)了對天然氣中CO2和H2S的高效去除。電極分別為ZnO@石墨烯(石墨烯包裹的ZnO)和石墨烯，石墨烯電極區(qū)發(fā)生反應：

為石墨烯的陽極反應

1.(K4C6N16的電解制備)(2024·湖南高考)在KOH水溶液中，電化學方法合成高能物質(zhì)K4C6N16時，伴隨少量O2生成，電解原理如圖所示，下列說法正確的是(

B

)A.

電解時，OH－向Ni電極移動B.

生成C6

的電極反應：2C3N8H4＋8OH——4e－

C6

＋8H2OC.

電解一段時間后，溶液pH升高D.

每生成1

mol

H2的同時，生成0.5

mol

K4C6N16B

2.(循環(huán)電解H2和O2)(2024·山東高考)以不同材料修飾的Pt為電極，一定濃度的NaBr溶液為電解液，采用電解和催化相結(jié)合的循環(huán)方式，可實現(xiàn)高效制H2和O2，裝置如圖所示。下列說法錯誤的是(

B

)BA.

電極a連接電源負極B.

加入Y的目的是補充NaBrC.

電解總反應式為Br－＋3H2O

Br

＋3H2↑D.

催化階段反應產(chǎn)物物質(zhì)的量之比n(Z)∶n(Br－)＝3∶2

A.

該芬頓系統(tǒng)能量轉(zhuǎn)化形式為太陽能→電能→化學能B.

陰極反應式為O2＋2H＋＋2e－

H2O2C.

光陽極每消耗1

mol

H2O，體系中生成2

mol

H2O2D.H2O2在Mn(Ⅱ)/Mn(Ⅳ)的循環(huán)反應中表現(xiàn)出氧化性和還原性下列說法錯誤的是(

C

)C

4.(濕法冶鐵電解池)(2024·廣東高考)一種基于氯堿工藝的新型電解池如下圖，可用于濕法冶鐵的研究。電解過程中，下列說法不正確的是(

C

)A.

陽極反應：2Cl——2e－

Cl2↑B.

陰極區(qū)溶液中OH－濃度逐漸升高C.

理論上每消耗1

mol

Fe2O3，陽極室溶液減少213

gD.

理論上每消耗1

mol

Fe2O3，陰極室物質(zhì)最多增加138

gC

考向三

“膜”在電化學裝置中的應用及電化學計算

H＋向陰極移動，OH－向陽極移動BA.

電解一段時間后陽極區(qū)c(OH－)減小B.

理論上生成1

mol

H3N＋CH2COOH雙極膜中有4

mol

H2O解離離子交換膜上遷移的離子所帶電荷數(shù)目與電路中或電極上通過的電子數(shù)目相同，與電極反應中消耗或生成的相關離子數(shù)目沒有必然聯(lián)系

1.

“膜”在電化學中的應用(1)常見的“膜”及功能交換膜類型陽膜陰膜雙極膜特定的交換膜允許通過的離子及移動方向陽離子

原電池的正極(電解池的陰極)陰離子

原電池的負極(電解池的陽極)中間層中的H2O解離出H＋和OH－，H＋通過陽極膜移向原電池的正極(電解池的陰極)，OH－通過陰極膜移向原電池的負極(電解池的陽極)只允許特定的離子或分子通過，如質(zhì)子交換膜只允許H＋通過，氯離子交換膜只允許Cl－通過交換膜類型陽膜陰膜雙極膜特定的交換膜允許通過的離子及移動方向陽離子

原電池的正極(電解池的陰極)陰離子

原電池的負極(電解池的陽極)中間層中的H2O解離出H＋和OH－，H＋通過陽極膜移向原電池的正極(電解池的陰極)，OH－通過陰極膜移向原電池的負極(電解池的陽極)只允許特定的離子或分子通過，如質(zhì)子交換膜只允許H＋通過，氯離子交換膜只允許Cl－通過通性無論是原電池還是電解池中，陽離子均移向得電子的一極，陰離子均移向失電子的一極功能離子有選擇性的定向移動，平衡整個溶液的離子電荷守恒(2)離子移動方向判斷依據(jù)判斷方法電極原電池中“正正負負”；電解池中“陰陽相吸”。即原電池中，陽離子移向正極，陰離子移向負極；電解池中，陽離子移向陰極，陰離子移向陽極電極反應離子從“生成區(qū)”移向“消耗區(qū)”裝置信息離子從“原料區(qū)”移向“產(chǎn)品區(qū)”；從“濃→稀”的溶液區(qū)移出，移向“稀→濃”的溶液區(qū)(3)“膜”種類的判斷①離子從“生成區(qū)”移向“消耗區(qū)”(以電解CO2制HCOOH為例，其原理如圖所示)②離子從“原料區(qū)”移向“產(chǎn)品區(qū)”(以電滲析法制備H3PO2為例，其原理如圖所示)③離子從“濃→稀”的溶液區(qū)移出，移向“稀→濃”的溶液區(qū)(以電化學制備K2Cr2O7為例，其原理如圖所示，其中a、b均為石墨電極)2.

電化學計算(1)電子守恒法計算原理：電路中轉(zhuǎn)移的電子數(shù)＝電極上得失電子數(shù)。形式：利用電極反應式、總反應式確定比例關系。如4e－～2Cl2(Br2、I2)～O2～2H2～2Cu～4Ag～4Cl－～4OH－～4H＋～2Cu2＋～4Ag＋。

注意氣體的排出(質(zhì)量變小)、吸收(質(zhì)量變大)、固體的析出(溶液質(zhì)量變小)、固體溶解(溶液質(zhì)量變大)，尤其不能忽略通過膜的轉(zhuǎn)移移出(溶液質(zhì)量變小)、移入(溶液質(zhì)量變大)。

1.(多室、多膜電池)(2024·淄博二模)調(diào)節(jié)溶液的pH，當溶液中的氨基酸主要以兩性離子存在時，分子整體呈電中性，此時溶液的pH為該氨基酸的pI，谷氨酸的pI：3.22；丙氨酸的pI：6.02；賴氨酸的pI：9.74。已知：可以利用如圖裝置分離這三種氨基酸，a、b為離子交換膜，下列說法不正確的是(

D

)DA.

陽極的電極反應為2H2O－4e－

4H＋＋O2↑B.a應采用陽離子膜，b應采用陰離子膜C.

原料室的pH應控制在6.02D.

在產(chǎn)品室1中，可以收集到賴氨酸

A.

通入CO2的一極為電解池的陽極B.

當電壓小于U1

V時，陰極產(chǎn)物為O2C.

當電解電壓為U2

V時，電解生成CH4的電極反應式為CO2－8e－＋6H2O

CH4＋8OH－D.

當電解電壓為U3

V時，電解生成的C2H4和HCOO－的物質(zhì)的量之比為1∶2答案：D

3.(雙極膜制備氨的電池)(2024·邯鄲調(diào)研三)香港城市大學、中國科學院深圳先進技術研究院和深圳大學合作，證明了TiO2納米片在酸性條件下具有本征差的析氫活性，展現(xiàn)出快速選擇性地將硝酸根離子還原為氨的催化性能。下列有關裝置放電過程(如圖所示)的敘述錯誤的是(

D

)A.

電子由a極經(jīng)用電器流向b極B.a極為負極，b極發(fā)生還原反應C.b極上的電極反應式為N

＋8e－＋6H2O

NH3↑＋9OH－D.a極質(zhì)量減少2.60

g時，b極區(qū)有0.09

mol

OH－向雙極膜遷移D

4.(雙膜二次電池)(2024·貴州模擬)一種FeBr2－Br2雙膜二次電池的結(jié)構(gòu)及放電時的工作原理如圖所示。已知：①M、N均為多孔石墨烯電極；②起始時Ⅰ室(含儲液罐)中只含F(xiàn)eBr2。下列說法錯誤的是(

B

)BA.X膜、Y膜均為陰離子交換膜B.

充電過程中，Ⅱ室中的NaBr溶液和Ⅲ室

中的Br2溶液濃度均逐漸增大C.

放電過程的總反應為2FeBr2＋Br2

2FeBr3D.

放電時，Ⅲ室中1

mol

Br2參加反應，此時Ⅰ室中c(Fe3＋)∶c(Fe2＋)＝1∶3，則起始Ⅰ室中含8

mol

FeBr2

考向四

金屬的電化學腐蝕與防護

(金屬腐蝕速率快慢探究)(2024·浙江6月高考)金屬腐蝕會對設備產(chǎn)生嚴重危害，腐蝕快慢與材料種類、所處環(huán)境有關。下圖為兩種對海水中鋼閘門的防腐措施示意圖：A.

圖1、圖2中，陽極材料本身均失去電子B.

圖2中，外加電壓偏高時，鋼閘門表面可發(fā)生反應：O2＋4e－＋2H2O

4OH－C.

圖2中，外加電壓保持恒定不變，有利于提高對鋼閘門的防護效果D.

圖1、圖2中，當鋼閘門表面的腐蝕電流為零時，鋼閘門、陽極均不發(fā)生化學反應下列說法正確的是(

B

)B

1.

金屬腐蝕的快慢比較模型2.

金屬防護分析模型兩種防護