(讲练测)2019年高考化学三轮复习核心热点总动员专题06电化学(含解析)
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1、电化学【名师精讲指南篇】【高考真题再现】1【2018新课标1卷】最近我国科学家设计了一种CO2+H2S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:EDTA-Fe2+-e-EDTA-Fe3+2EDTA-Fe3+H2S2H+S+2EDTA-Fe2+该装置工作时,下列叙述错误的是 ( )A阴极的电极反应:CO2+2H+2e-CO+H2OB协同转化总反应:CO2+H2SCO+H2O+SC石墨烯上的电势比ZnO石墨烯上的低D若采用Fe3+/Fe2+取代EDTA-Fe3+/EDTA-Fe2+,溶液需
2、为酸性【答案】C【解析】分析:该装置属于电解池,CO2在ZnO石墨烯电极上转化为CO,发生得到电子的还原反应,为阴极,石墨烯电极为阳极,发生失去电子的氧化反应,据此解答。详解:A、CO2在ZnO石墨烯电极上转化为CO,发生得到电子的还原反应,为阴极,电极反应式为CO2+H+2eCO+H2O,A正确;B、根据石墨烯电极上发生的电极反应可知+即得到H2S2e2H+S,因此总反应式为CO2+H2SCO+H2O+S,B正确;C、石墨烯电极为阳极,与电源的正极相连,因此石墨烯上的电势比ZnO石墨烯电极上的高,C错误;D、由于铁离子、亚铁离子均易水解,所以如果采用Fe3/Fe2取代EDTA-Fe3/EDT
3、A-Fe2,溶液需要酸性,D正确。答案选C。点睛:准确判断出阴阳极是解答的关键,注意从元素化合价变化的角度去分析氧化反应和还原反应,进而得出阴阳极。电势高低的判断是解答的难点,注意从物理学的角度借助于阳极与电源的正极相连去分析。2【2018新课标2卷】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:3CO2+4Na2Na2CO3+C。下列说法错误的是 ( )A放电时,ClO4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:3CO2+4e 2CO32+CD充电时,正极反应为
4、:Na+eNa【答案】D【解析】分析:原电池中负极发生失去电子的氧化反应,正极发生得到电子的还原反应,阳离子向正极移动,阴离子向负极移动,充电可以看作是放电的逆反应,据此解答。详解:A放电时是原电池,阴离子ClO4向负极移动,A正确;B电池的总反应为3CO2+4Na2Na2CO3+C,因此充电时释放CO2,放电时吸收CO2,B正确;C放电时是原电池,正极是二氧化碳得到电子转化为碳,反应为:3CO2+4e2CO32+C,C正确;D充电时是电解,正极与电源的正极相连,作阳极,发生失去电子的氧化反应,反应为2CO32+C4e3CO2,D错误。答案选D。点睛:本题以我国科学家发表在化学顶级刊物上的“一
5、种室温下可呼吸的钠、二氧化碳二次电池”为载体考查了原电池和电解池的工作原理,掌握原电池和电解池的工作原理是解答的关键,注意充电与发电关系的理解。本题很好的弘扬了社会主义核心价值观个人层面的爱国精神,落实了立德树人的教育根本任务。3【2018新课标3卷】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Li2O2-x(x=0或1)。下列说法正确的是 ( )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Li2O2-x=2Li+(1)O2【答案】D【解析】分析:本题考查的是
6、电池的基本构造和原理,应该先根据题目叙述和对应的示意图,判断出电池的正负极,再根据正负极的反应要求进行电极反应方程式的书写。详解:A题目叙述为:放电时,O2与Li+在多孔碳电极处反应,说明电池内,Li+向多孔碳电极移动,因为阳离子移向正极,所以多孔碳电极为正极,选项A错误。B因为多孔碳电极为正极,外电路电子应该由锂电极流向多孔碳电极(由负极流向正极),选项B错误。C充电和放电时电池中离子的移动方向应该相反,放电时,Li+向多孔碳电极移动,充电时向锂电极移动,选项C错误。D根据图示和上述分析,电池的正极反应应该是O2与Li+得电子转化为Li2O2-X,电池的负极反应应该是单质Li失电子转化为Li
7、+,所以总反应为:2Li + (1)O2 Li2O2-X,充电的反应与放电的反应相反,所以为Li2O2-X 2Li + (1)O2,选项D正确。点睛:本题是比较典型的可充电电池问题。对于此类问题,还可以直接判断反应的氧化剂和还原剂,进而判断出电池的正负极。本题明显是空气中的氧气得电子,所以通氧气的为正极,单质锂就一定为负极。放电时的电池反应,逆向反应就是充电的电池反应,注意:放电的负极,充电时应该为阴极;放电的正极充电时应该为阳极。4【2017新课标1卷】支撑海港码头基础的钢管桩,常用外加电流的阴极保护法进行防腐,工作原理如图所示,其中高硅铸铁为惰性辅助阳极。下列有关表述不正确的是 ( )A通
8、入保护电流使钢管桩表面腐蚀电流接近于零B通电后外电路电子被强制从高硅铸铁流向钢管桩C高硅铸铁的作用是作为损耗阳极材料和传递电流D通入的保护电流应该根据环境条件变化进行调整【答案】C【解析】本题使用的是外加电流的阴极保护法,钢管柱与电源的负极相连,被保护。A外加强大的电流可以抑制金属电化学腐蚀产生的电流,从而保护钢管柱,A正确;B通电后,被保护的钢管柱作阴极,高硅铸铁作阳极,因此外电路电子被强制从高硅铸铁流向钢管桩,B正确;C高硅铸铁为惰性辅助阳极,所以高硅铸铁不损耗,C错误;D通过外加电流抑制金属电化学腐蚀产生的电流,因此通入的保护电流应该根据环境条件变化进行调整,D正确。答案选C。【名师点睛
9、】该题难度较大,明确电化学原理是以及金属的防腐蚀原理是解答的关键,钢管桩表面腐蚀电流的理解是难点,注意题干信息的挖掘,即高硅铸铁为惰性辅助阳极,性质不活泼,不会被损耗。5【2017新课标2卷】用电解氧化法可以在铝制品表面形成致密、耐腐蚀的氧化膜,电解质溶液一般为混合溶液。下列叙述错误的是 ( )A待加工铝质工件为阳极B可选用不锈钢网作为阴极C阴极的电极反应式为: D硫酸根离子在电解过程中向阳极移动【答案】C【解析】A、根据原理可知,Al要形成氧化膜,化合价升高失电子,因此铝为阳极,故A说法正确;B、不锈钢网接触面积大,能增加电解效率,故B说法正确;C、阴极应为阳离子得电子,根据离子放电顺序应是
10、H放电,即2H2e=H2,故C说法错误;D、根据电解原理,电解时,阴离子移向阳极,故D说法正确。【名师点睛】本题考查电解原理的应用,如本题得到致密的氧化铝,说明铝作阳极,因此电极方程式应是2Al6e3H2O=Al2O36H,这就要求学生不能照搬课本知识,注意题干信息的挖掘,本题难度不大。6【2017新课标3卷】全固态锂硫电池能量密度高、成本低,其工作原理如图所示,其中电极a常用掺有石墨烯的S8材料,电池反应为:16Li+xS8=8Li2Sx(2x8)。下列说法错误的是 ( )A电池工作时,正极可发生反应:2Li2S6+2Li+2e-=3Li2S4B电池工作时,外电路中流过0.02 mol电子,
11、负极材料减重0.14 gC石墨烯的作用主要是提高电极a的导电性D电池充电时间越长,电池中Li2S2的量越多【答案】D【解析】A原电池工作时,Li+向正极移动,则a为正极,正极上发生还原反应,随放电的进行可能发生多种反应,其中可能发生反应2Li2S6+2Li+2e-=3Li2S4,故A正确;B原电池工作时,转移0.02mol电子时,氧化Li的物质的量为0.02mol,质量为0.14g,故B正确;C石墨烯能导电,S8不能导电,利用掺有石墨烯的S8材料作电极,可提高电极a的导电性,故C正确;D电池充电时间越长,转移电子数越多,生成的Li和S8越多,即电池中Li2S2的量越少,故D错误。答案为A。【名
12、师点睛】考查二次电池的使用,涉及原电池工作原理,原电池工作时负极发生氧化反应,正极发生还原反应,而电池充电时,原来的负极连接电源的负极为电解池的阴极,发生还原反应,而原来的正极连接电源的正极为电解池的阳极发生氧化反应,解题是通过结合反应原理,根据元素化合价的变化,判断放电时正负极发生的反应,再结合电解质书写电极反应方程式。7【2017江苏卷】下列说法正确的是 ( )A反应N2(g)+3H2(g)2NH3(g)的H 0 B地下钢铁管道用导线连接锌块可以减缓管道的腐蚀 C常温下,KspMg(OH)2=5.61012,pH=10的含Mg2+溶液中,c(Mg2+)5.6104 molL1D常温常压下,
13、锌与稀H2SO4反应生成11.2 L H2,反应中转移的电子数为6.021023【答案】BC【解析】A该反应气体的分子数减少了,所以是熵减的反应,SIBrClOH(水)。(2)阴极产物的判断直接根据阳离子的放电顺序进行判断:AgHg2Fe3Cu2HPb2Fe2Zn2H(水)6恢复原态措施。电解后有关电解质溶液恢复原态的问题应该用质量守恒法分析。一般是加入阳极产物和阴极产物的化合物,但也有特殊情况,如用惰性电极电解CuSO4溶液,Cu2完全放电之前,可加入CuO或CuCO3复原,而Cu2完全放电之后,应加入Cu(OH)2或Cu2(OH)2CO3复原。三、金属腐蚀与防护1腐蚀快慢的比较一般来说可用
14、下列原则判断:电解池原理引起的腐蚀原电池原理引起的腐蚀化学腐蚀有防护措施的腐蚀;对同一金属来说,腐蚀的快慢:强电解质溶液中弱电解质溶液中非电解质溶液中;活泼性不同的两种金属,活泼性差别越大,腐蚀越快;对同一种电解质溶液来说,电解质溶液浓度越大,金属腐蚀的速率越快。2两种保护方法(1)加防护层如在金属表面加上油漆、搪瓷、沥青、塑料、橡胶等耐腐蚀的非金属材料;采用电镀或表面钝化等方法在金属表面镀上一层不易被腐蚀的金属或生成一层致密的薄膜。(2)电化学防护牺牲阳极的阴极保护法原电池原理:正极为被保护的金属,负极为比被保护的金属活泼的金属;外加电流的阴极保护法电解原理:阴极为被保护的金属,阳极为惰性电
15、极。四、电化学的相关计算原电池和电解池的计算包括两极产物的定量计算、溶液pH的计算、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。通常有下列三种方法:1根据电子守恒计算用于串联电路中阴阳两极产物、正负两极产物、相同电量等类型的计算,其依据是电路中转移的电子数相等。2根据总反应式计算先写出电极反应式,再写出总反应式,最后根据总反应式列出比例式计算。3根据关系式计算根据得失电子守恒定律关系建立起已知量与未知量之间的桥梁,构建计算所需的关系式。【应试技巧点拨】1不同“介质”下燃料电池电极反应式的书写。本类题型难度较大,主要集中在:一是得失电子数目的判断,二是电极产物的判断。下面以C
16、H3OH、O2燃料电池为例,分析电极反应式的书写。(1)酸性介质,如H2SO4。CH3OH在负极上失去电子生成CO2气体,O2在正极上得到电子,在H作用下生成H2O。电极反应式为负极:CH3OH6eH2O=CO26H;正极:O26e6H=3H2O(2)碱性介质,如KOH溶液。CH3OH在负极上失去电子,在碱性条件下生成CO,1 mol CH3OH 失去6 mol e,O2在正极上得到电子生成OH,电极反应式为:负极:CH3OH6e8OH=CO6H2O;正极:O26e3H2O=6OH(3)熔融盐介质,如K2CO3。在电池工作时,CO移向负极。CH3OH在负极上失去电子,在CO的作用下生成CO2气
17、体,O2在正极上得到电子,在CO2的作用下生成CO,其电极反应式为:负极:CH3OH6e3CO=4CO22H2O;正极:O26e3CO2=3CO(4)掺杂Y2O3的ZrO3固体作电解质,在高温下能传导正极生成的O2。根据O2移向负极,在负极上CH3OH失电子生成CO2气体,而O2在正极上得电子生成O2,电极反应式为负极:CH3OH6e3O2=CO22H2O;正极:O26e=3O22掌握规律,逐步分析电化学试题在解题过程中有很强的规律性,解题过程中建立好思维模型,即首先分析池型,确定用电解原理还是原电池原理进行分析,然后分析电解材料及反应物质,写出电解反应;再分析电子及离子流动方向,最后分析整个
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