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-Fe 2+-e-EDTA-Fe 3+2EDTA-Fe 3+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:CO 2+2H+2e-CO+H 2OB协同转化总反应:CO 2+H2SCO+H 2O+SC石墨烯上的电势比 ZnO石墨烯上的低D若采用 Fe3+/Fe2+取代 ED
2、TA-Fe3+/EDTA-Fe2+,溶液需为酸性【答案】C【解析】分析:该装置属于电解池,CO 2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、CO 2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 +2e CO+H 2O,A 正确;B、根据石墨烯电极上发生的电极反应可知+即得到 H2S2e 2H +S,因此总反应式为CO2+H2SCO+H 2O+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
3、子、亚铁离子均易水解,所以如果采用 Fe3 /Fe2 取代 EDTA-Fe3 /EDTA-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+4Na 2Na2CO3+C。下列说法错误的是 ( )A放电时,ClO 4 向负极移
4、动B充电时释放 CO2,放电时吸收 CO2C放电时,正极反应为:3CO 2+4e 2CO 32 +CD充电时,正极反应为: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+4Na 2Na2CO3+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:3CO 2+4e2CO 32 +C,C 正确;D充电时是电解,正极与电
5、源的正极相连,作阳极,发生失去电子的氧化反应,反应为2CO32 +C4e 3CO 2,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,O 2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
6、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 )O 2【答案】D【解析】分析:本题考查的是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,O 2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
7、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+,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
8、,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
9、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】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
10、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 H 放电,即 2H 2e =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2Al6e3H 2O=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
11、 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(2 x8) 。下列说法错误的是 ( )A电池工作时,正极可发生反应:2Li 2S6+2Li+2e-=3Li2S4B电池工作时,外电路中流过 0.02 mol 电子,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-=3Li
12、2S4,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,S 8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
13、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+)5.610 4 molL1D常温常压下,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, SI Br Cl OH (水)。(2)阴极产物的判断直
14、接根据阳离子的放电顺序进行判断:Ag Hg2 Fe3 Cu2 H Pb2 Fe2 Zn2 H (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,Cu 2 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
15、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
16、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CH3OH、O 2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,O 2在正极上得到电子
17、,在 H 作用下生成 H2O。电极反应式为负极:CH 3OH6e H 2O=CO26H ;正极: O26e 6H =3H2O32(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 ,O 2在正极上得到23电子生成 OH ,电极反应式为:负极:CH 3OH6e 8OH =CO 6H 2O;正极:23O26e 3H 2O=6OH32(3)熔融盐介质,如 K2CO3。在电池工作时,CO 移向负极。CH 3OH 在负极上失去电子,在 CO 的作用下生成 CO2气体,O 2在正23 23极上得到电子,在 CO2的作用下生
18、成 CO ,其电极反应式为:负极:23CH3OH6e 3CO =4CO22H 2O;23正极: O26e 3CO 2=3CO32 23(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:CH 3OH6e 3O 2 =CO22H 2O;正极: O26e =3O2322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
19、析电子及离子流动方向,最后分析整个过程中量的关系。电化学反应过程是以氧化还原反应为基础的,必须要用氧化还原的规律方法进行分析。3重视盐桥的作用与分析盐桥是新课改教材中出现的新名词,因而围绕盐桥的电化学知识已成为新课改地区命题的一个热点,所以有必要分析研究盐桥问题的考查思路。常从以下四方面命题。(1)考查盐桥的作用(2)考查含盐桥的电化学总反应式的书写(3)考查盐桥内溶液离子的移动方向(4)考查含盐桥的电化学装置的设计【名题精选练兵篇】1 【上海金山区 2019 届高三一模】关于如图两个电化学装置的说法正确的是 ( )A饱和食盐水中均有电子流过B甲中铁被腐蚀,乙中铁被保护C甲中正极反应式为 4O
20、H 4e -2H 2O+O2D乙中石墨电极上发生还原反应【答案】B【解析】A.甲装置是原电池,金属铁是负极,发生失电子的氧化反应,乙装置是电解池,金属铁是阴极,都会形成闭合回路,但是电子不会经过电解质,则饱和食盐水中不会有电子流过,故 A 错误;B.甲装置是原电池,金属铁是负极,被腐蚀,乙装置是电解池,金属铁是阴极,铁被保护,故 B 正确;C.甲装置是原电池,发生金属的吸氧腐蚀,正极反应式为:2H 2O+O2+4e-=4OH ,故 C 错误;D.乙装置是电解池,金属铁是阴极,乙中石墨电极是阳极,发生氧化反应,故 D 错误。答案选 B。2 【安徽六安市一中 2019 届高三下学期模拟(三)】三氧
21、化二镍(Ni 2O3)可用于制造高能电池元件。电解法制备过程如下:用 NaOH 溶液将 NiCl2溶液的 pH 调至 7.5(该 pH 下溶液中的 Ni2+不沉淀),加入适量硫酸钠固体后进行电解。电解过程中产生的 Cl2(不考虑 Cl2的逸出)在弱碱性条件下生成 ClO ,ClO 再把二价镍(可简单写成 Ni2+)氧化为 Ni3+,再将 Ni3+经一系列反应后转化为 Ni2O3,电解装置如图所示。下列说法不正确的是 ( )A加入适量硫酸钠的作用是增加离子浓度,增强溶液的导电能力B电解过程中阴、阳两极附近溶液的 pH 均升高C当有 1mol Ni2+氧化为 Ni3+时,外电路中通过的电子数目为
22、1NA,通过阳离子交换膜的 Na+数目为 1NAD反应前后 b 池中 Cl- 浓度几乎不变【答案】B【解析】A.硫酸钠是一种强电解质,向其中加入硫酸钠,是为了增加离子浓度,增强溶液的导电能力,A正确;B.在电解过程中,阴极上发生反应:2H +2e-=H2,促进了水的电离平衡,溶液中 c(OH-)增大,该电极附近溶液的 pH 升高;在阳极发生反应:2Cl -+2e-=Cl2,电解过程中阳极附近产生的氯气溶于水反应产生盐酸和次氯酸,使溶液的 pH 降低,B 错误;C.当有 1mol Ni2+氧化为 Ni3+时,Ni 元素化合价升高 1 价,由于电子转移数目与元素化合价升高数目相等,所以外电路中通过
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