届高考二轮化学人教版学案专题七电化学.docx

1、届高考二轮化学人教版学案专题七电化学专题七电化学体系构建串真知真题回放悟高考解读考纲1了解原电池和电解池的工作原理，能写出电极反应式和电池反应方程式。2了解常见化学电源的种类及其工作原理。3理解金属发生电化学腐蚀的原因及金属腐蚀的危害，防止金属腐蚀的措施。体验真题1(2020全国卷12)科学家近年发明了一种新型ZnCO2水介质电池。电池示意图如图，电极为金属锌和选择性催化材料，放电时，温室气体CO2被转化为储氢物质甲酸等，为解决环境和能源问题提供了一种新途径。下列说法错误的是(D)A放电时，负极反应为Zn2e4OHZn(OH)B放电时，1 mol CO2转化为HCOOH，转移的电子数为2 mo

2、lC充电时，电池总反应为2Zn(OH)2ZnO24OH2H2OD充电时，正极溶液中OH浓度升高【解析】放电时，负极上Zn发生氧化反应，电极反应式为：Zn2e4OHZn(OH)，故A正确；放电时，CO2转化为HCOOH，C元素化合价降低2，则1 mol CO2转化为HCOOH时，转移2 mol电子，故B正确；充电时，阳极上H2O转化为O2，负极上Zn(OH)转化为Zn，电池总反应为：2Zn(OH)2ZnO24OH2H2O，故C正确；充电时，正极即为阳极，电极反应式为：2H2O4e4HO2，溶液中H浓度增大，溶液中c(H)c(OH)KW，温度不变时，KW不变，因此溶液中OH浓度降低，故D错误。2(

3、2020全国卷12)电致变色器件可智能调控太阳光透过率，从而实现节能。下图是某电致变色器件的示意图。当通电时，Ag注入到无色WO3薄膜中，生成AgxWO3，器件呈现蓝色，对于该变化过程，下列叙述错误的是(C)AAg为阳极BAg由银电极向变色层迁移CW元素的化合价升高D总反应为：WO3xAgAgxWO3【解析】通电时，Ag电极有Ag生成，故Ag电极为阳极，故A项正确；通电时电致变色层变蓝色，说明有Ag从Ag电极经固体电解质进入电致变色层，故B项正确；过程中，W由WO3的6价降低到AgxWO3中的(6x)价，故C项错误；该电解池中阳极即Ag电极上发生的电极反应为：xAgxexAg，而另一极阴极上发

4、生的电极反应为：WO3xAgxeAgxWO3，故发生的总反应式为：xAgWO3AgxWO3，故D项正确。3(2020全国卷12)一种高性能的碱性硼化钒(VB2)空气电池如下图所示，其中在VB2电极发生反应：VB216OH11eVO2B(OH)4H2O该电池工作时，下列说法错误的是(B)A负载通过0.04 mol电子时，有0.224 L(标准状况)O2参与反应B正极区溶液的pH降低、负极区溶液的pH升高C电池总反应为4VB211O220OH6H2O8B(OH)4VOD电流由复合碳电极经负载、VB2电极、KOH溶液回到复合碳电极【解析】根据图示的电池结构，左侧VB2发生失电子的反应生成VO和B(O

5、H)，反应的电极方程式如题干所示，右侧空气中的氧气发生得电子的反应生成OH，反应的电极方程式为O24e2H2O4OH，电池的总反应方程式为4VB211O220OH6H2O8B(OH)4VO。当负极通过0.04 mol电子时，正极也通过0.04 mol电子，根据正极的电极方程式，通过0.04 mol电子消耗0.01 mol氧气，在标况下为0.224 L，A正确；反应过程中正极生成大量的OH使正极区pH升高，负极消耗OH使负极区OH浓度减小pH降低，B错误；根据分析，电池的总反应为4VB211O220OH6H2O8B(OH)4VO，C正确；电池中，电子由VB2电极经负载流向复合碳电极，电流流向与电

6、子流向相反，则电流流向为复合碳电极负载VB2电极KOH溶液复合碳电极，D正确。4(2019课标全国，12)利用生物燃料电池原理研究室温下氨的合成，电池工作时MV2/MV在电极与酶之间传递电子，示意图如图所示。下列说法错误的是(B)A相比现有工业合成氨，该方法条件温和，同时还可提供电能B阴极区，在氢化酶作用下发生反应H22MV22H2MVC正极区，固氮酶为催化剂，N2发生还原反应生成NH3D电池工作时质子通过交换膜由负极区向正极区移动【解析】由题图和题意知，电池总反应是3H2N22NH3。该合成氨反应在常温下进行，并形成原电池产生电能，反应不需要高温、高压和催化剂，A项正确；观察题图知，左边电极

7、发生氧化反应MVeMV2，为负极，不是阴极，B项错误；正极区N2在固氮酶作用下发生还原反应生成NH3，C项正确；电池工作时，H通过交换膜，由左侧(负极区)向右侧(正极区)迁移，D项正确。5(2019课标全国，13)为提升电池循环效率和稳定性，科学家近期利用三维多孔海绵状Zn(3DZn)可以高效沉积ZnO的特点，设计了采用强碱性电解质的3DZnNiOOH二次电池，结构如图所示。电池反应为Zn(s)2NiOOH(s)H2O(l)ZnO(s)2Ni(OH)2(s)。下列说法错误的是(D)A三维多孔海绵状Zn具有较高的表面积，所沉积的ZnO分散度高B充电时阳极反应为Ni(OH)2(s)OH(aq)eN

8、iOOH(s)H2O(l)C放电时负极反应为Zn(s)2OH(aq)2eZnO(s)H2O(l)D放电过程中OH通过隔膜从负极区移向正极区【解析】该电池采用的三维多孔海绵状Zn具有较大的表面积，可以高效沉积ZnO，且所沉积的ZnO分散度高，A正确；根据题干中总反应可知该电池充电时，Ni(OH)2在阳极发生氧化反应生成NiOOH，其电极反应式为Ni(OH)2(s)OH(aq)eNiOOH(s)H2O(l)，B正确；放电时Zn在负极发生氧化反应生成ZnO，电极反应式为Zn(s)2OH(aq)2eZnO(s)H2O(l)，C正确；电池放电过程中，OH等阴离子通过隔膜从正极区移向负极区，D错误。6(2

9、018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：EDTAFe2eEDTAFe32EDTAFe3H2S2HS2EDTAFe2该装置工作时，下列叙述错误的是(C)A阴极的电极反应：CO22H2eCOH2OB协同转化总反应：CO2H2SCOH2OSC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CO22e2HC

10、OH2O，A项正确；结合阳极区发生的反应，可知协同转化总反应为CO2H2SSCOH2O，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。7(2018课标全国卷，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3CO24Na 2Na2CO3C。下列说法错误的是(D)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3CO24e2COCD充电时，正极反应为Nae

11、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3CO24e2COC，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。8(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(D)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Li2O2x2Li(1)O2【解析】根据电池

12、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 Li2O2x2Li(1)O2，D项正确。9(2019全国卷节选)环戊二烯可用于制备二茂铁(Fe(C5H5)2，结构简式为)，后者广泛应用于航天、化工等领域中。二茂铁的电化学制备原理如图所示，其中电解液为溶解有溴化钠(电解质)和环戊二烯的DMF溶液(DMF为惰性有机溶剂)。该电解池的阳极为_Fe电极_，总反应为 Fe2H2(Fe2C5H6F

13、e(C5H5)2H2)_。电解制备需要在无水条件下进行，原因为_水会阻碍中间物Na的生成；水会电解生成OH，进一步与Fe2反应生成Fe(OH)2_。【解析】由原理图可知，Fe电极的铁生成Fe2，发生氧化反应，Fe电极为电解池的阳极；由图可知有H2生成，电解池的总反应为Fe2H2。中间物Na能与水反应，且水会电解生成OH，与Fe2反应生成Fe(OH)2，故电解制备需要在无水条件下进行。10(2020全国卷28节选)CH4和CO2都是比较稳定的分子，科学家利用电化学装置实现两种分子的耦合转化，其原理如下图所示：(1)阴极上的反应式为_CO22eCOO2_。(2)若生成的乙烯和乙烷的体积比为21，则

14、消耗的CH4和CO2体积比为_65_。【解析】(1)由图可知，CO2在阴极得电子发生还原反应，电极反应为CO22eCOO2；(2)令生成乙烯和乙烷分别为2体积和1体积，根据阿伏加德罗定律，同温同压下，气体体积比等于物质的量之比，再根据得失电子守恒，得到发生的总反应为：6CH45CO22C2H4C2H65H2O5CO，即消耗CH4和CO2的体积比为65。预判考情高考每年都会结合图形考查原电池原理或电解池原理在工业生产中的应用。建议在备考过程中加强对新型燃料电池、新型可充电电池的关注。近几年全国卷高考化学试题中均涉及电化学知识，并且试题的背景较为新颖，对考生分析问题的能力提出了较高要求。预测在20

15、21年的高考命题中，在题型上仍以传统题型为主，以某一个非水溶液电池为背景考察以原电池为主的电化学知识。依托于某一新型可充电电池示意图，考察原电池的工作原理及其电极反应式的书写，电极材料以及电极反应的判断，溶液pH的变化是高考命题的热点。考纲中对原电池的要求达到了“理解”的级别，因此，通过一个新型电池装置考察原电池的知识以及金属的腐蚀和绿色能源的开发，即突出了使考生了解新科技的发展，又达到了选拔优秀生的目的。知识深化精整合1原电池、电解池的工作原理原电池电解池(阳极为惰性电极)2.正、负极和阴、阳极的判断方法原电池电解池3新型化学电源中电极反应式的书写(1)书写步骤(2)燃料电池中正极电极反应式

16、的书写思路根据燃料电池的特点，一般在正极上发生还原反应的物质都是O2，O2得到电子后化合价降低，首先变成O2，O2能否存在要看电解质环境。由于电解质溶液(酸碱盐)的不同，其电极反应也有所不同，下表为四种不同电解质环境中，氧气得电子后O2的存在形式：电解质环境从电极反应式判O2的存在形式酸性电解质溶液环境下O24H4e2H2O碱性电解质溶液环境下O22H2O4e4OH固体电解质(高温下能传导O2)环境下O24e2O2熔融碳酸盐(如：熔融K2CO3)环境下O22CO24e2CO4.新型充电电池解题策略(1)新型电池“放电”时正、负极的判断新型电池(2)新型电池“放电”时正极、负极上的电极反应式的书

17、写首先根据电池反应分析物质得失电子情况，然后再考虑电极反应生成的物质是否跟电解质溶液中的离子发生反应；对于较复杂的电极反应，可以利用总反应较简单一极电极反应式较复杂一极电极反应式的方法解决。(3)新型电池“充电”时的阴、阳极的判断首先明确原电池放电时的正、负极，再根据电池充电时，阳极接正极、阴极接负极的原理进行分析。(4)新型电池充、放电时，电解质溶液中离子移动方向的判断首先分清电池是放电还是充电；再判断正、负极或阴、阳极，进而可确定离子的移动方向。5电解池电极反应式的书写方法特别说明：通常电极反应可以根据阳极材料和电解质溶液性质判断。但在高考题中往往需要结合题给信息进行判断。6电化学计算的基

18、本方法原电池和电解池的计算包括两极产物的定量计算、溶液的pH计算、相对原子质量和阿伏加德罗常数的计算、产物的量与电量关系的计算等，通常有下列几种方法：常见微粒间的计量关系式为4e4H4OH4Cl4Ag2Cu22H2O22Cl24Ag2Cu。7金属电化学保护的“两”方法典题精研通题型考点一原电池原理及应用典例探究角度一原电池工作原理典例1 (2020全国卷27)为验证不同化合价铁的氧化还原能力，利用下列电池装置进行实验。回答下列问题：(1)由FeSO47H2O固体配制0.10 mol L1 FeSO4溶液，需要的仪器有药匙、玻璃棒、_烧杯、量筒、托盘天平_(从下列图中选择，写出名称)。(2)电池

19、装置中，盐桥连接两电极电解质溶液。盐桥中阴、阳离子不与溶液中的物质发生化学反应，并且电迁移率(u)应尽可能地相近。根据下表数据，盐桥中应选择_KCl_作为电解质。阳离子u108/(m2s1V1)阴离子u108/(m2s1V1) Li4.07HCO4.61Na5.19NO7.40Ca26.59Cl7.91K7.62SO8.27(3)电流表显示电子由铁电极流向石墨电极。可知，盐桥中的阳离子进入_石墨_电极溶液中。(4)电池反应一段时间后，测得铁电极溶液中c(Fe2)增加了0.02 mol L1。石墨电极上未见Fe析出。可知，石墨电极溶液中c(Fe2)_0.09_mol/L_。(5)根据(3)、(4

20、)实验结果，可知石墨电极的电极反应式为_Fe3eFe2_，铁电极的电极反应式为_Fe2eFe2_。因此，验证了Fe2氧化性小于_Fe3_，还原性小于_Fe_。(6)实验前需要对铁电极表面活化。在FeSO4溶液中加入几滴Fe2(SO4)3溶液，将铁电极浸泡一段时间，铁电极表面被刻蚀活化。检验活化反应完成的方法是_取活化后溶液少许于试管中，加入KSCN溶液，若溶液不出现血红色，说明活化反应完成_。【解析】(1)由FeSO47H2O固体配制0.10 mol L1 FeSO4溶液的步骤为计算、称量、溶解并冷却至室温、移液、洗涤、定容、摇匀、装瓶、贴标签，由FeSO47H2O固体配制0.10 mol L

21、1 FeSO4溶液需要的仪器有药匙、托盘天平、合适的量筒、烧杯、玻璃棒、合适的容量瓶、胶头滴管，故答案为：烧杯、量筒、托盘天平。(2)Fe2、Fe3能与HCO反应，Ca2能与SO反应，FeSO4、Fe2(SO4)3都属于强酸弱碱盐，水溶液呈酸性，酸性条件下NO能与Fe2反应，根据题意“盐桥中阴、阳离子不与溶液中的物质发生化学反应”，盐桥中阴离子不可以选择HCO、NO，阳离子不可以选择Ca2，另盐桥中阴、阳离子的迁移率(u)应尽可能地相近，根据表中数据，盐桥中应选择KCl作为电解质。(3)电流表显示电子由铁电极流向石墨电极，则铁电极为负极，石墨电极为正极，盐桥中阳离子向正极移动，则盐桥中的阳离子

22、进入石墨电极溶液中。(4)根据(3)的分析，铁电极的电极反应式为Fe2eFe2，石墨电极上未见Fe析出，石墨电极的电极反应式为Fe3eFe2，电池反应一段时间后，测得铁电极溶液中c(Fe2)增加了0.02 mol/L，根据得失电子守恒，石墨电极溶液中c(Fe2)增加0.04 mol/L，石墨电极溶液中c(Fe2)0.05 mol/L0.04 mol/L0.09 mol/L。(5)根据(3)、(4)实验结果，可知石墨电极的电极反应式为Fe3eFe2，铁电极的电极反应式为Fe2eFe2；电池总反应为Fe2Fe33Fe2，根据同一反应中，氧化剂的氧化性强于氧化产物、还原剂的还原性强于还原产物，则验证

23、了Fe2氧化性小于Fe3，还原性小于Fe。(6)在FeSO4溶液中加入几滴Fe2(SO4)3溶液，将铁电极浸泡一段时间，铁电极表面被刻蚀活化，发生的反应为FeFe2(SO4)33FeSO4，要检验活化反应完成，只要检验溶液中不含Fe3即可，检验活化反应完成的方法是：取活化后溶液少许于试管中，加入KSCN溶液，若溶液不出现血红色，说明活化反应完成。角度二燃料电池典例2 (2020德阳模拟)微生物燃料电池的研究已成为治理和消除环境污染的重要课题，利用微生物电池电解饱和食盐水的工作原理如下图所示。下列说法正确的是(C)A电池正极的电极反应：O22H2O4e4OHB电极M附近产生黄绿色气体C若消耗1

24、mol S2，则电路中转移8 mol eD将装置温度升高到60 ，一定能提高电池的工作效率【解析】由图知，电解质溶液为酸性，正极的电极反应是O24H4e2H2O，A错误；M为阴极产生H2，N为阳极产生Cl2，B错误；1 mol S2转化成SO失8 mol e，则电路中转移8 mol e，C正确；该电池为微生物燃料电池，该微生物的最佳活性温度未知，无法确定60 时电池效率是否升高，D错误。规律方法燃料电池中不同环境下的电极反应式以甲醇、O2燃料电池为例：酸性介质，如稀H2SO4负极CH3OH6eH2OCO26H正极O26e6H3H2O碱性介质，如KOH溶液负极CH3OH6e8OHCO6H2O正极

25、O26e3H2O6OH熔融盐介质，如K2CO3负极CH3OH6e3CO4CO22H2O正极O26e3CO23CO高温下能传导O2的固体作电解质负极CH3OH6e3O2CO22H2O正极O26e3O2角度三新型化学电源典例3 (2020天水模拟)近年来，金属空气电池的研究和应用取得很大进步，这种新型燃料电池具有比能量高、污染小、应用场合多等多方面优点。铝空气电池工作原理如图所示。关于金属空气电池的说法不正确的是(C)A铝空气电池(如上图)中，铝作负极，电子通过外电路到正极B为帮助电子与空气中的氧气反应，可使用活性炭作正极材料C碱性溶液中，负极反应为Al(s)3OH(aq)Al(OH)3(s)3e

26、，每消耗2.7 g Al(s)，需耗氧6.72 L(标准状况)D金属空气电池的可持续应用要求是一方面在工作状态下要有足够的氧气供应，另一方面在非工作状态下能够密封防止金属自腐蚀【解析】铝空气电池(如图)中，铝作负极，电子是从负极通过外电路到正极，A正确；铝空气电池中活性炭作正极材料，可以帮助电子与空气中的氧气反应，B正确；碱性溶液中，负极反应为4Al(s)12e16OH(aq)4AlO(aq)8H2O；正极反应式为：3O212e6H2O12OH(aq)，所以每消耗2.7 g Al，需耗氧(标准状况)的体积为322.4 L1.68 L，C不正确；金属空气电池的正极上是氧气得电子的还原反应，电池在

27、工作状态下要有足够的氧气，电池在非工作状态下，能够密封防止金属自腐蚀，D正确。技巧点拨四步解决新型化学电源问题类题精练1(2020南昌模拟)二氧化硫空气质子交换膜燃料电池将化学能转变成电能的同时，实现了制硫酸、发电、环保三位一体的结合，其原理如图所示。下列说法错误的是(C)A负极的电极反应式为SO22H2O2eSO4HB反应总式为2SO2O22H2O2H2SO4C质子的移动方向为从电极B到电极ADSO2气流速度的大小可能影响电池的电动势【解析】A极通入SO2，SO2在负极失电子生成SO，则电极反应为SO22H2O2eSO4H，故A正确；该电池的反应原理为二氧化硫与氧气的反应，反应总方程式为2S

28、O2O22H2O2H2SO4，故B正确；A为负极，B为正极，质子的移动方向为从电极A到电极B，故C错误；反应物的浓度越大，反应速率越快，SO2气流速度的大小可能影响电池的电动势，故D正确。2氢氧熔融碳酸盐燃料电池是一种高温电池(600700 )，具有效率高、噪声低、无污染等优点。熔融碳酸盐燃料电池的工作原理如图所示。下列说法正确的是(B)A电池工作时，熔融碳酸盐只起到导电的作用B负极反应式为H22eCOCO2H2OC电子流向：电极a负载电极b熔融碳酸盐电极aD电池工作时，外电路中通过0.2 mol电子，消耗3.2 g O2【解析】电池工作时，熔融碳酸盐起到导电的作用，和氢离子结合生成二氧化碳，二氧化碳在正极生成碳酸根离子循环使用，故A错误；原电池工作时，H2失电子在负极反应，负极反应为H2CO2eH2OCO2，故B正确；电池工作时，电子从负极电极a负载电极b，电子不能通过熔融碳酸盐重新回到电极a，故C错误；电极反应中电子守恒，正极的电极反应为O22CO24e2CO，电池工作时，外电路中流过0.2 mol电子，反应消耗0.05 mol O2，消耗O2质量0.05 mol32 g/mol1