1、专题十一 电化学,高考化学 (北京市专用),考点一 原电池工作原理及应用 A组 自主命题北京卷题组 1.(2014北京理综,8,6分)下列电池工作时,O2在正极放电的是 ( ),五年高考,答案 B 氢燃料电池中,负极上H2放电,正极上O2放电,A、C、D中均不存在O2放电,故选B。,考查点 本题考查常见化学电源的工作原理。,解题关键 在燃料电池中,负极通入燃料,正极通入氧气或空气。,2.(2012北京理综,12,6分)人工光合作用能够借助太阳能,用CO2和H2O制备化学原料。下图是 通过人工光合作用制备HCOOH的原理示意图,下列说法不正确的是 ( )A.该过程是将太阳能转化为化学能的过程 B
2、.催化剂a表面发生氧化反应,有O2产生 C.催化剂a附近酸性减弱,催化剂b附近酸性增强 D.催化剂b表面的反应是CO2+2H+2e- HCOOH,答案 C 电池总反应式为2CO2+2H2O 2HCOOH+O2。负极:2H2O-4e- O2+4H+, 正极:2CO2+4H+4e- 2HCOOH。A项,该过程中太阳能先转化为电能,再转化为化学能;C项, 催化剂a附近生成H+,酸性增强,催化剂b附近消耗H+,酸性减弱,故C项错误。,3.(2011北京理综,8,6分)结合下图判断,下列叙述正确的是 ( ),A.和中正极均被保护 B.和中负极反应均是Fe-2e- Fe2+ C.和中正极反应均是O2+2H
3、2O+4e- 4OH- D.和中分别加入少量K3Fe(CN)6溶液,均有蓝色沉淀,答案 A A项,电子从负极流向正极,抑制正极金属失电子,所以正极均被保护。B项,中的 负极反应为Zn-2e- Zn2+。C项,中的正极反应为2H+2e- H2。D项,中负极反应产 生的Zn2+不会与K3Fe(CN)6溶液作用产生蓝色沉淀。,4.(2016北京理综,26,13分)用零价铁(Fe)去除水体中的硝酸盐(N )已成为环境修复研究的热 点之一。 (1)Fe还原水体中N 的反应原理如下图所示。作负极的物质是 。 正极的电极反应式是 。 (2)将足量铁粉投入水体中,经24小时测定N 的去除率和pH,结果如下:,
4、pH=4.5时,N 的去除率低。其原因是 。 (3)实验发现:在初始pH=4.5的水体中投入足量铁粉的同时,补充一定量的Fe2+可以明显提高N 的去除率。对Fe2+的作用提出两种假设: .Fe2+直接还原N ; .Fe2+破坏FeO(OH)氧化层。 做对比实验,结果如下图所示。可得到的结论是 。同位素示踪法证实Fe2+能与FeO(OH)反应生成Fe3O4。结合该反应的离子方程式,解释加入 Fe2+提高N 去除率的原因: 。,(4)其他条件与(2)相同,经1小时测定N 的去除率和pH,结果如下:,与(2)中数据对比,解释(2)中初始pH不同时,N 去除率和铁的最终物质形态不同的原因: 。,答案
5、(1)Fe N +8e-+10H+ N +3H2O (2)FeO(OH)不导电,阻碍电子转移 (3)本实验条件下,Fe2+不能直接还原N ;在Fe和Fe2+共同作用下能提高N 去除率 Fe2+2FeO(OH) Fe3O4+2H+,Fe2+将不导电的FeO(OH)转化为可导电的Fe3O4,利于电子转 移 (4)初始pH低时,产生的Fe2+充足;初始pH高时,产生的Fe2+不足,解析 (1)由图示可知,Fe失去电子作负极,N 在正极发生反应转化为N :N +8e-+10H+N +3H2O。 (4)初始pH低时,产生的Fe2+充足,能有效防止FeO(OH)的生成。,思路分析 认真观察图像,准确判断正
6、负极,结合原电池工作原理作答。,知识拓展 原电池电极反应式书写的“三步骤”,5.(2018课标,12,6分)我国科学家研发了一种室温下“可呼吸”的Na-CO2二次电池。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,Cl 向负极移动 B.充电时释放CO2,放电时吸收CO2 C.放电时,正极反应为:3CO2+4e- 2C +C D.充电时,正极反应为:Na+e- Na,B组 统一命题、省(区、市)卷题组,答案 D 本题考查二次电池的工作原理。放电时,负极反应为:4Na-4e
7、- 4Na+,正极反应为 3CO2+4e- C+2C ;Na+移向正极,C 、Cl 移向负极,A、C正确;充电过程与放电过程相 反,B正确;充电时,阳极反应为2C +C-4e- 3CO2,D错误。,规律总结 二次电池充、放电的电极判断 二次电池充电时,“正接正、负接负”;放电时的正极为充电时的阳极;放电时的负极为充电时 的阴极。,6.(2018课标,11,6分)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
8、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 本题考查原电池原理和电解原理的综合运用。A项,依据题意和可充电电池装置图 判断出,放电时锂电极作负极,多孔碳材料电极作正极,错误;B项,在原电池中,外电路电子由负 极流向正极,即放电时,外电路电子由锂电极流向多孔碳材料电极,错误;C项,充电时,电解质溶 液中的阳离子向阴极区迁移,即Li+向锂电极区迁移,错误;D项,充电时,Li+在阴极区得到电子生 成Li,阳极区生成O2,即电池总反应为Li2O2-x 2Li+(1- )O2,正确。,7.(2017课标,11,6分)全固态锂硫电池能量密度高、
9、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- 3Li2S4 B.电池工作时,外电路中流过0.02 mol电子,负极材料减重0.14 g C.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 根据图示中Li+移动方向可知,电极a为正极,依次发生S8Li2S8Li2S6Li2S4Li2S2 的转化,A正确;电池工作时负极反应式为Li-e- Li+,当转移0.02 mol电子时,负极消耗的Li的
10、物质的量为0.02 mol,质量为0.14 g,B正确;石墨烯具有导电性,可以提高电极a的导电能力,C正 确;电池充电时为电解池,此时Li2S2的量越来越少,D错误。,8.(2016课标,11,6分)Mg-AgCl电池是一种以海水为电解质溶液的水激活电池。下列叙述 的是 ( ) A.负极反应式为Mg-2e- Mg2+ B.正极反应式为Ag+e- Ag C.电池放电时Cl-由正极向负极迁移 D.负极会发生副反应Mg+2H2O Mg(OH)2+H2,答案 B Mg-AgCl电池中,Mg为负极,AgCl为正极,故正极反应式应为AgCl+e- Ag+Cl-,B 项错误。,9.(2016课标,11,6分
11、)锌空气燃料电池可用作电动车动力电源,电池的电解质溶液为KOH 溶液,反应为2Zn+O2+4OH-+2H2O 2Zn(OH 。下列说法正确的是 ( ) A.充电时,电解质溶液中K+向阳极移动 B.充电时,电解质溶液中c(OH-)逐渐减小 C.放电时,负极反应为:Zn+4OH-2e- Zn(OH D.放电时,电路中通过2 mol电子,消耗氧气22.4 L(标准状况),答案 C 充电时为电解池,溶液中的阳离子向阴极移动,发生的反应为2Zn(OH 2Zn+ O2+4OH-+2H2O,电解质溶液中c(OH-)增大,故A项、B项均错误;放电时负极反应为Zn+4OH-2e- Zn(OH ,故C项正确;每消
12、耗1 mol O2,电路中通过4 mol电子,故D项错误。,思路分析 根据原电池及电解池的工作原理分析判断。,知识拓展 1.,2.失电子,3.原电池充电时:正极接电源正极,电池正极变阳极。,10.(2016四川理综,5,6分)某电动汽车配载一种可充放电的锂离子电池,放电时电池总反应为: Li1-xCoO2+LixC6 LiCoO2+C6(x1)。下列关于该电池的说法不正确的是( ) A.放电时,Li+在电解质中由负极向正极迁移 B.放电时,负极的电极反应式为LixC6-xe- xLi+C6 C.充电时,若转移1 mol e-,石墨(C6)电极将增重7x g D.充电时,阳极的电极反应式为LiC
13、oO2-xe- Li1-xCoO2+xLi+,答案 C 由放电时电池总反应可知,放电时负极反应式为LixC6-xe- C6+xLi+,正极反应式 为Li1-xCoO2+xe-+xLi+ LiCoO2,在原电池内部阳离子由负极向正极迁移,A、B项均正确;充电 时阴极反应式为C6+xLi+xe- LixC6,阳极反应式为LiCoO2-xe- Li1-xCoO2+xLi+,转移x mol e-, 石墨电极增重7x g,若转移1 mol e-,石墨电极将增重7 g,C项不正确,D项正确。,11.(2015课标,11,6分)微生物电池是指在微生物的作用下将化学能转化为电能的装置,其工 作原理如图所示。下
14、列有关微生物电池的说法错误的是 ( )A.正极反应中有CO2生成 B.微生物促进了反应中电子的转移 C.质子通过交换膜从负极区移向正极区,D.电池总反应为C6H12O6+6O2 6CO2+6H2O,答案 A 根据微生物电池工作原理示意图可知:C6H12O6在负极上发生氧化反应,电极反应式 为 -24e-+6H2O 6CO2+24H+;O2在正极上发生还原反应,电极反应式为6O2+24e-+24H+ 12H2O。负极有CO2生成,A项错误;B项,微生物促进了反应中电子的转移,正确;C项,质 子通过交换膜从负极区移向正极区,正确;D项,电池总反应为C6H12O6+6O2 6CO2+6H2O,正 确
15、。,12.(2015天津理综,4,6分)锌铜原电池装置如图所示,其中阳离子交换膜只允许阳离子和水分子 通过。下列有关叙述正确的是( )A.铜电极上发生氧化反应 B.电池工作一段时间后,甲池的c(S )减小 C.电池工作一段时间后,乙池溶液的总质量增加 D.阴阳离子分别通过交换膜向负极和正极移动,保持溶液中电荷平衡,答案 C 题中所述锌铜原电池中,Zn为负极,电极反应式为Zn-2e- Zn2+;Cu为正极,电极反 应式为Cu2+2e- Cu,发生还原反应。Zn2+通过阳离子交换膜向正极移动;乙池溶液中消耗 的Cu2+与由甲池迁移过来的Zn2+的物质的量相同,则乙池溶液质量增加。溶液中的阴离子无法
16、 通过阳离子交换膜。故选C。,13.(2014广东理综,11,4分)某同学组装了如图所示的电化学装置,电极为Al,其他均为Cu,则 ( ),A.电流方向:电极A电极 B.电极发生还原反应 C.电极逐渐溶解 D.电极的电极反应:Cu2+2e- Cu,答案 A 由图示可分析出该图中为原电池的负极,为电解池的阴极,电子流向为A ,电流由A,A正确。Al极发生氧化反应,B错误。电极发生的电极反应为Cu2+ 2e- Cu,电极上有Cu生成,C错误。电极的电极反应为Cu-2e- Cu2+,D错误。,评析 本题考查了原电池和电解池的知识,较简单。考生只要掌握基本的电化学知识即可解 答。,14.(2018天津
17、理综,10节选)CO2是一种廉价的碳资源,其综合利用具有重要意义。回答下列问 题: (3)O2辅助的Al-CO2电池工作原理如图所示。该电池电容量大,能有效利用CO2,电池反应产物 Al2(C2O4)3是重要的化工原料。电池的负极反应式: 。 电池的正极反应式:6O2+6e- 6 6CO2+6 3C2 +6O2,反应过程中O2的作用是 。 该电池的总反应式: 。,答案 (3)Al-3e- Al3+(或2Al-6e- 2Al3+) 催化剂 2Al+6CO2 Al2(C2O4)3,解析 (3)观察原电池工作原理图知,铝电极作负极,多孔碳电极作正极,故负极反应式为Al-3e- Al3+;正极反应式为
18、6O2+6e- 6 、6CO2+6 3C2 +6O2,由此可知反应过程中O2 的作用是催化剂;电池总反应式为2Al+6CO2 Al2(C2O4)3。,15.(2016浙江理综,11,6分)金属(M)-空气电池(如图)具有原料易得、能量密度高等优点,有望成 为新能源汽车和移动设备的电源。该类电池放电的总反应方程式为:4M+nO2+2nH2O 4M(OH)n已知:电池的“理论比能量”指单位质量的电极材料理论上能释放出的最大电能。下列说法 不正确的是 ( ) A.采用多孔电极的目的是提高电极与电解质溶液的接触面积,并有利于氧气扩散至电极表面 B.比较Mg、Al、Zn三种金属-空气电池,Al-空气电池
19、的理论比能量最高 C.M-空气电池放电过程的正极反应式:4Mn+nO2+2nH2O+4ne- 4M(OH)n,C组 教师专用题组,D.在Mg-空气电池中,为防止负极区沉积Mg(OH)2,宜采用中性电解质及阳离子交换膜,答案 C A项,采用多孔电极可以提高电极与电解质溶液的接触面积,并有利于O2扩散至电 极表面;B项,单位质量的Mg、Al、Zn反应,Al转移的电子数最多,故Al-空气电池的理论比能量 最高;C项,由于电池中间为阴离子交换膜,故Mn+不能通过,则正极的电极反应式为O2+4e-+2H2O 4OH-;D项,在Mg-空气电池中,负极的电极反应式为Mg-2e- Mg2+,为防止负极区沉积
20、Mg(OH)2,可采用阳离子交换膜阻止OH-进入负极区。,评析 本题设计新颖,以新型电池为背景,考查原电池的工作原理。,16.(2015江苏单科,10,2分)一种熔融碳酸盐燃料电池原理示意如图。下列有关该电池的说法 正确的是 ( )A.反应 CH4+H2O 3H2+CO,每消耗1 mol CH4转移12 mol电子 B.电极A上H2参与的电极反应为:H2+2OH-2e- 2H2O C.电池工作时,C 向电极B移动 D.电极B上发生的电极反应为:O2+2CO2+4e- 2C,答案 D A项,由化合价变化知,每消耗1 mol CH4转移6 mol电子;B项,电极A为负极,H2参与的 电极反应为H2
21、-2e-+C H2O+CO2;C项,电池工作时,C 向电极A移动;D项,电极B是正极, 电极反应为O2+4e-+2CO2 2C 。,17.(2014福建理综,11,6分)某原电池装置如图所示,电池总反应为2Ag+Cl2 2AgCl。下列说 法正确的是 ( ),A.正极反应为AgCl+e- Ag+Cl- B.放电时,交换膜右侧溶液中有大量白色沉淀生成 C.若用NaCl溶液代替盐酸,则电池总反应随之改变 D.当电路中转移0.01 mol e-时,交换膜左侧溶液中约减少0.02 mol离子,答案 D 原电池的正极反应为Cl2+2e- 2Cl-,故A项错误;放电时,白色沉淀AgCl在左侧电 极处产生,
22、故B项错误;当电路中转移0.01 mol e-时,原电池左侧发生的反应为Ag-e-+Cl- AgCl, 减少了0.01 mol的Cl-,根据溶液呈电中性可知,左侧溶液中的H+通过阳离子交换膜向右侧转 移0.01 mol,故D项正确。,18.(2014课标,12,6分)2013年3月我国科学家报道了如图所示的水溶液锂离子电池体系。下 列叙述 的是 ( ),A.a为电池的正极 B.电池充电反应为LiMn2O4 Li1-xMn2O4+xLi C.放电时,a极锂的化合价发生变化,D.放电时,溶液中Li+从b向a迁移,答案 C 由图可知,b极(Li电极)为负极,a极为正极,放电时,Li+从负极(b)向正
23、极(a)迁移,A项、 D项正确;该电池放电时,负极:xLi-xe- xLi+,正极:Li1-xMn2O4+xLi+xe- LiMn2O4,a极Mn元 素的化合价发生变化,C项错误;由放电反应可得充电时的反应,B项正确。,19.(2014大纲全国,9,6分)下图是在航天用高压氢镍电池基础上发展起来的一种金属氢化物镍 电池(MH-Ni电池)。下列有关说法不正确的是 ( )A.放电时正极反应为:NiOOH+H2O+e- Ni(OH)2+OH- B.电池的电解液可为KOH溶液 C.充电时负极反应为:MH+OH- H2O+M+e- D.MH是一类储氢材料,其氢密度越大,电池的能量密度越高,答案 C 在金
24、属氢化物镍电池(MH-Ni电池)中,MH(M为零价,H为零价)在负极发生反应:MH +OH-e- M+H2O,NiOOH在正极发生反应:NiOOH+H2O+e- Ni(OH)2+OH-,电解液可为 KOH溶液,A、B正确;充电时,阴极反应式为M+H2O+e- MH+OH-,C错误;MH中氢密度越大, 单位体积电池所储存电量越多,即电池能量密度越高,D正确。,评析 本题对充电电池充、放电时的电极反应式的书写及电解液的选择等进行了考查。试 题的起点高,落点低,难度中等,区分度很好。,20.(2014天津理综,6,6分)已知: 锂离子电池的总反应为:LixC+Li1-xCoO2 C+LiCoO2 锂
25、硫电池的总反应为:2Li+S Li2S 有关上述两种电池说法正确的是 ( ) A.锂离子电池放电时,Li+向负极迁移 B.锂硫电池充电时,锂电极发生还原反应 C.理论上两种电池的比能量相同 D.下图表示用锂离子电池给锂硫电池充电,答案 B A项,在原电池内部,阳离子应移向正极;B项,二次电池的充电过程为电解过程,阴极 发生还原反应;C项,比能量是指这种电池单位质量或单位体积所能输出的电能,当二者质量相 同时,转移电子的物质的量不相等,即比能量不同;D项,锂离子电池与锂硫电池的正、负极连接 错误,应将锂硫电池的锂电极连接锂离子电池的石墨电极。,21.(2013课标,10,6分)银质器皿日久表面会
26、逐渐变黑,这是生成了Ag2S的缘故。根据电化学 原理可进行如下处理:在铝质容器中加入食盐溶液,再将变黑的银器浸入该溶液中,一段时间后 发现黑色会褪去。下列说法正确的是 ( ) A.处理过程中银器一直保持恒重 B.银器为正极,Ag2S被还原生成单质银 C.该过程中总反应为2Al+3Ag2S 6Ag+Al2S3 D.黑色褪去的原因是黑色Ag2S转化为白色AgCl,答案 B 根据电化学原理可知,Al为负极,电极反应为2Al-6e- 2Al3+;银器为正极,电极反 应为3Ag2S+6e- 6Ag+3S2-;溶液中反应为2Al3+3S2-+6H2O 2Al(OH)3+3H2S,三反应 相加可知该过程的总
27、反应为2Al+3Ag2S+6H2O 2Al(OH)3+6Ag+3H2S,故B正确,C、D错 误;银器表面黑色的Ag2S变成了Ag,质量必然减小,A错误。,评析 本题以表面变黑的银质器皿的处理为素材,考查原电池的工作原理、氧化还原反应及 盐类水解等知识,能力考查层级为综合应用,试题有一定难度。,22.(2013课标,11,6分)“ZEBRA”蓄电池的结构如图所示,电极材料多孔Ni/NiCl2和金属钠 之间由钠离子导体制作的陶瓷管相隔。下列关于该电池的叙述 的是 ( )A.电池反应中有NaCl生成 B.电池的总反应是金属钠还原三价铝离子 C.正极反应为:NiCl2+2e- Ni+2Cl- D.钠离
28、子通过钠离子导体在两电极间移动,答案 B 该原电池的负极反应为Na-e- Na+,正极反应为NiCl2+2e- Ni+2Cl-,电池总反 应为2Na+NiCl2 2NaCl+Ni。B项错误。,23.(2013安徽理综,10,6分)热激活电池可用作火箭、导弹的工作电源。一种热激活电池的基 本结构如下图所示,其中作为电解质的无水LiCl-KCl混合物受热熔融后,电池即可瞬间输出电 能。该电池总反应为:PbSO4+2LiCl+Ca CaCl2+Li2SO4+Pb。下列有关说法正确的是 ( ) A.正极反应式:Ca+2Cl-2e- CaCl2 B.放电过程中,Li+向负极移动 C.每转移0.1 mol
29、电子,理论上生成20.7 g Pb D.常温时,在正负极间接上电流表或检流计,指针不偏转,答案 D 本题以热激活电池为载体考查电化学知识。A项,根据电池总反应可知正极反应式 为PbSO4+2e- Pb+S ;B项,放电过程中,Li+向正极移动;C项,因为每转移0.1 mol电子,理论 上生成0.05 mol Pb,故质量为0.05 mol207 gmol-1=10.35 g;D项,常温时,由于电解质LiCl-KCl无 法电离,电解质中无自由移动的离子,不能形成闭合回路,所以不导电,无电流。,24.(2016江苏单科,20,14分)铁炭混合物(铁屑和活性炭的混合物)、纳米铁粉均可用于处理水 中污
30、染物。 (1)铁炭混合物在水溶液中可形成许多微电池。将含有Cr2 的酸性废水通过铁炭混合物,在 微电池正极上Cr2 转化为Cr3+,其电极反应式为 。 (2)在相同条件下,测量总质量相同、铁的质量分数不同的铁炭混合物对水中Cu2+和Pb2+的去除 率,结果如下图所示。当铁炭混合物中铁的质量分数为0时,也能去除水中少量的Cu2+和Pb2+,其原因是,。 当铁炭混合物中铁的质量分数大于50%时,随着铁的质量分数的增加,Cu2+和Pb2+的去除率不 升反降,其主要原因是 。 (3)纳米铁粉可用于处理地下水中的污染物。 一定条件下,向FeSO4溶液中滴加碱性NaBH4溶液,溶液中B (B元素的化合价为
31、+3)与Fe2+反 应生成纳米铁粉、H2和B(OH ,其离子方程式为 。 纳米铁粉与水中N 反应的离子方程式为4Fe+N +10H+ 4Fe2+N +3H2O 研究发现,若pH偏低将会导致N 的去除率下降,其原因是 。 相同条件下,纳米铁粉去除不同水样中N 的速率有较大差异(见下图),产生该差异的可能 原因是 。,答案 (1)Cr2 +14H+6e- 2Cr3+7H2O (2)活性炭对Cu2+和Pb2+有吸附作用 铁的质量分数增加,铁炭混合物中微电池数目减少 (3)2Fe2+B +4OH- 2Fe+2H2+B(OH 纳米铁粉与H+反应生成H2 Cu或Cu2+催化纳米铁粉去除N 的反应(或形成的
32、Fe-Cu原电池增大纳米铁粉去除N 的反 应速率),解析 (2)活性炭具有吸附作用,可以吸附少量的Cu2+和Pb2+。 铁炭混合物去除Cu2+和Pb2+发生的是原电池反应(Fe为负极,活性炭为正极),当铁的质量分数 达到一定数值后,随着铁的质量分数增加,活性炭的质量分数减少,铁炭混合物中微电池的数目 减少,所以Cu2+和Pb2+的去除率下降。 (3)pH偏低时,溶液中的H+可与纳米铁粉发生反应:Fe+2H+ Fe2+H2,从而使N 的去除 率下降。 、两种水样的不同之处是中含有一定量的Cu2+而中没有,因此去除N 的速率产 生差异的可能原因是Cu2+(或Fe与之反应生成的Cu)起到了催化作用,
33、也可能是Fe与Cu2+反应生 成Cu进而形成Fe-Cu原电池,加快了反应速率。,考点二 电解原理及应用 A组 自主命题北京卷题组 1.(2016北京理综,12,6分)用石墨电极完成下列电解实验。,下列对实验现象的解释或推测不合理的是 ( ) A.a、d处:2H2O+2e- H2+2OH- B.b处:2Cl-2e- Cl2 C.c处发生了反应:Fe-2e- Fe2+ D.根据实验一的原理,实验二中m处能析出铜,答案 B 根据实验一的实验现象可判断出c为阳极,d为阴极,a、d处的电极反应均为2H2O+2e-H2+2OH-,c处的电极反应为Fe-2e- Fe2+,由于Fe2+的颜色较浅,短时间观察不
34、到明显 的现象。“b处变红”,说明有H+生成,则发生了电极反应2H2O-4e- 4H+O2;“局部褪 色”说明在该电极上Cl-放电生成了Cl2,电极反应为2Cl-2e- Cl2。实验二中每个铜珠的 左侧为阳极,右侧为阴极,其中铜珠的左侧铜放电变成铜离子,铜离子移动到m处,在m处放电变 成铜析出。,思路分析 d处试纸变蓝说明该处有OH-生成,则d处发生了得电子的还原反应,从而确定d为阴 极;利用类比的方法确定m处为阴极,然后利用电解原理分析判断。,2.(2013北京理综,9,6分)用石墨电极电解CuCl2溶液(见下图)。下列分析正确的是 ( )A.a端是直流电源的负极 B.通电使CuCl2发生电
35、离 C.阳极上发生的反应:Cu2+2e- Cu D.通电一段时间后,在阴极附近观察到黄绿色气体,答案 A 电解过程中,阳离子向阴极移动,阴离子向阳极移动,阴极与直流电源的负极相连,阳 极与直流电源的正极相连,A项正确;电解质在溶液中的电离是因为水分子的作用,与通电无关, B项错误;电解过程中阳极上发生的反应为氧化反应,阳极反应为2Cl-2e- Cl2,在阳极附 近可观察到黄绿色气体,C、D项错误。,思路分析 观察电解装置图中离子的移动方向,判断出电解池的阴极、阳极和直流电源的正 极、负极,结合电解池的工作原理和电解规律分析判断。,解题关键 在电解池中,阳离子移向阴极,阴离子移向阳极。,3.(2
36、018课标,13,6分)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CO 2和H2S的高效去除。示意图如下图所示,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+H2S 2H+S+2EDTA-Fe2+,B组 统一命题、省(区、市)卷题组,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+H2O B.协同转化总反应:CO2+H2S CO+H2O+S C.石墨烯上的电势比ZnO石墨烯上的低 D.若采用Fe3+/Fe2+取代EDTA-Fe
37、3+/EDTA-Fe2+,溶液需为酸性,答案 C 本题考查电解原理的应用。由石墨烯电极区反应可知该极发生氧化反应,为阳 极,则ZnO石墨烯为阴极。阴极的电极反应为:CO2+2H+2e- CO+H2O,A正确;装置工作时 涉及三个反应,Fe2+与Fe3+的转化循环进行,总反应为CO2与H2S之间的反应,根据得失电子守恒 可知总反应为:CO2+H2S CO+H2O+S,B正确;石墨烯与电源正极相连,ZnO石墨烯与电源 负极相连,故石墨烯上的电势比ZnO石墨烯上的高,C错误;Fe2+、Fe3+均在酸性环境中稳定存 在,D正确。,审题技巧 解题的关键是电极名称的确定。如本题中CO2CO为还原反应阴极,
38、Fe2+ Fe3+为氧化反应阳极。,4.(2017课标,11,6分)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H2SO4-H2C2O4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:Al3+3e- Al D.硫酸根离子在电解过程中向阳极移动,答案 C 本题考查电解原理的应用。 O3发生氧化反应,故铝质工件为阳极,A正确;阴 极材料应为金属或导电的非金属,可选用不锈钢网,B正确;电解质溶液中含有大量H+,故阴极的 电极反应式为2H+2e- H2,C不正确;在电解池中,阴离子移向阳极,D正确。,知识拓展
39、 关于电解原理的“不寻常”应用,1.电解原理在“金属防腐”中的应用。如:外加电流的阴极保护法。,2.电解原理在“物质制备”中的应用。如:尿素CO(NH2)2制氢气。,3.电解原理在“环境治理”中的应用。如:用电解法消除CN-。,5.(2016课标,11,6分)三室式电渗析法处理含Na2SO4废水的原理如图所示,采用惰性电极,ab、 cd均为离子交换膜,在直流电场的作用下,两膜中间的Na+和S 可通过离子交换膜,而两端隔 室中离子被阻挡不能进入中间隔室。下列叙述正确的是 ( ) A.通电后中间隔室的S 离子向正极迁移,正极区溶液pH增大 B.该法在处理含Na2SO4废水时可以得到NaOH和H2S
40、O4产品,C.负极反应为2H2O-4e- O2+4H+,负极区溶液pH降低 D.当电路中通过1 mol电子的电量时,会有0.5 mol的O2生成,答案 B A项,通电后S 向正极移动,正极区OH-放电,溶液酸性增强,pH减小;C项,负极反应 为4H+4e- 2H2,溶液pH增大;D项,当电路中通过1 mol电子的电量时,会有0.25 mol O2生 成。,6.(2015福建理综,11,6分)某模拟“人工树叶”电化学实验装置如下图所示,该装置能将H2O和 CO2转化为O2和燃料(C3H8O)。下列说法正确的是 ( )A.该装置将化学能转化为光能和电能 B.该装置工作时,H+从b极区向a极区迁移
41、C.每生成1 mol O2,有44 g CO2被还原 D.a电极的反应为:3CO2+18H+-18e- C3H8O+5H2O,答案 B 由模拟“人工树叶”电化学实验装置可知,该装置将光能和电能转化为化学能,故 A错误;在电解池内部,阳离子向阴极迁移,故H+从b极区向a极区迁移,B正确;阴极上:3CO2C3H8O 18e-,阳极上:2H2OO24e-,根据得失电子守恒可知,当阳极生成1 mol O2时,阴极被还原的CO2 的质量为 44 g/mol=29.3 g,故C错误;a电极的反应为3CO2+18H+18e- C3H8O+5H2O,故 D错误。,7.(2015浙江理综,11,6分)在固态金属
42、氧化物电解池中,高温共电解H2O-CO2混合气体制备H2和 CO是一种新的能源利用方式,基本原理如图所示。下列说法不正确的是 ( )A.X是电源的负极 B.阴极的电极反应式是:H2O+2e- H2+O2-CO2+2e- CO+O2-,C.总反应可表示为:H2O+CO2 H2+CO+O2 D.阴、阳两极生成的气体的物质的量之比是11,答案 D H2OH2、CO2CO均为还原过程,X应为电源负极,A项正确;阴极电极反应式为 H2O+2e- H2+O2-和CO2+2e- CO+O2-,阳极电极反应式为2O2-4e- O2,总反应为H2O+ CO2 H2+CO+O2,B、C项正确;阴、阳两极生成气体的
43、物质的量之比为21,D项不正确。,8.(2018课标,26节选)我国是世界上最早制得和使用金属锌的国家。一种以闪锌矿(ZnS,含 有SiO2和少量FeS、CdS、PbS杂质)为原料制备金属锌的流程如图所示:相关金属离子c0(Mn+)=0.1 molL-1形成氢氧化物沉淀的pH范围如下:,回答下列问题: (4)电解硫酸锌溶液制备单质锌时,阴极的电极反应式为 ;沉积锌后 的电解液可返回 工序继续使用。,答案 (4)Zn2+2e- Zn 溶浸,解析 (4)电解硫酸锌溶液时,阴极反应式为Zn2+2e- Zn,阳极反应式为2H2O-4e- O2+ 4H+,沉积锌后的电解液中主要含硫酸,可返回溶浸工序继续
44、使用。,9.(2017天津理综,7,14分)某混合物浆液含Al(OH)3、MnO2和少量Na2CrO4。考虑到胶体的吸附 作用使Na2CrO4不易完全被水浸出,某研究小组利用设计的电解分离装置(如图),使浆液分离成 固体混合物和含铬元素溶液,并回收利用。回答和中的问题。.固体混合物的分离和利用(流程图中的部分分离操作和反应条件未标明),(1)反应所加试剂NaOH的电子式为 ,BC的反应条件为 ,CAl的制 备方法称为 。 (2)该小组探究反应发生的条件。D与浓盐酸混合,不加热,无变化;加热有Cl2生成,当反应停 止后,固体有剩余,此时滴加硫酸,又产生Cl2。由此判断影响该反应有效进行的因素有(
45、填序号) 。 a.温度 b.Cl-的浓度 c.溶液的酸度 (3)0.1 mol Cl2与焦炭、TiO2完全反应,生成一种还原性气体和一种易水解成TiO2xH2O的液态 化合物,放热4.28 kJ,该反应的热化学方程式为 。 .含铬元素溶液的分离和利用 (4)用惰性电极电解时,Cr 能从浆液中分离出来的原因是 ,分离后含铬元素的粒子是 ;阴极室生成的,物质为 (写化学式)。,答案 (14分) (1) 加热(或煅烧) 电解法 (2)ac (3)2Cl2(g)+TiO2(s)+2C(s) TiCl4(l)+2CO(g) H=-85.6 kJmol-1 (4)在直流电源作用下,Cr 通过阴离子交换膜向
46、阳极室移动,脱离浆液 Cr 和Cr2 NaOH和H2,解析 (1)NaOH是离子化合物,其电子式为Na+ H-;固体混合物中含有Al(OH)3和MnO2,加 入NaOH溶液,Al(OH)3转化为易溶于水的NaAlO2,MnO2不能溶于NaOH溶液,故固体D为MnO2, 溶液A中含有NaAlO2,向溶液A中通入CO2后生成的沉淀B为Al(OH)3,Al(OH)3受热分解生成 Al2O3(固体C),工业上常用电解熔融的Al2O3制备金属铝。 (2)固体D为MnO2。MnO2与浓盐酸混合,不加热无变化,加热有Cl2生成,说明该反应能否有效进 行与温度有关;反应停止后,固体有剩余,滴加硫酸又产生Cl2
47、,说明该反应能否有效进行与溶液 的酸度有关。 (3)通过分析可知反应生成的还原性气体为CO,易水解成TiO2xH2O的液态化合物为TiCl4,故反 应的热化学方程式为2Cl2(g)+TiO2(s)+2C(s) TiCl4(l)+2CO(g) H=-85.6 kJmol-1。 (4)依据离子交换膜的性质和电解池的工作原理知,在直流电源作用下,Cr 通过阴离子交换 膜向阳极室移动,脱离浆液;在电解过程中,OH-在阳极室失去电子生成O2,溶液的酸性增强,通 过阴离子交换膜移向阳极室的Cr 有部分转化为Cr2 ,故分离后含铬元素的粒子是Cr 和Cr2 ;H+在阴极室得到电子生成H2,溶液中的OH-浓度
48、增大,混合物浆液中的Na+通过阳离子 交换膜移向阴极室,故阴极室生成的物质为NaOH和H2。,易错易混 在电化学问题中,注意阳离子交换膜只允许阳离子通过,阴离子交换膜只允许阴离 子通过。,10.(2015山东理综,29,15分)利用LiOH和钴氧化物可制备锂离子电池正极材料。LiOH可由电 解法制备,钴氧化物可通过处理钴渣获得。 (1)利用如图装置电解制备LiOH,两电极区电解液分别为LiOH和LiCl溶液。B极区电解液为 溶液(填化学式),阳极电极反应式为 ,电解过程中Li+向 电极迁移(填“A”或“B”)。(2)利用钴渣含Co(OH)3、Fe(OH)3等制备钴氧化物的工艺流程如下:,Co(OH)3溶解还原反应的离子方程式为 。铁渣中 铁元素的化合价为 。在空气中煅烧CoC2O4生成钴氧化物和CO2,测得充分煅烧后固 体质量为2.41 g,CO2体积为1.344 L(标准状况),则钴氧化物的化学式为 。,
