2020年高考化學(xué)提升突破專題十電化學(xué)知識(shí)的應(yīng)用

1、第1頁(yè)共13頁(yè)2020年高考化學(xué)提升突破專題10電化學(xué)知識(shí)的應(yīng)用全面培養(yǎng)科學(xué)精神和社會(huì)責(zé)任V認(rèn)知芝莽少電化學(xué)是化學(xué)學(xué)科的重要組成部分。目前，高中化學(xué)課程中的電化學(xué)內(nèi)容涉及原電池、電解池、金屬的腐蝕與防護(hù)等。電化學(xué)尤其是新型電源和光電設(shè)備不僅能體現(xiàn)化學(xué)學(xué)科的價(jià)值，而且有利于學(xué)生獲取相關(guān)的知識(shí)與科學(xué)方法，更好地促進(jìn)學(xué)生掌握化學(xué)學(xué)科規(guī)律。 學(xué)習(xí)和使用電化學(xué)知識(shí)既能解決化學(xué)問(wèn)題， 又能發(fā)展和提高學(xué)生的化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。高考電化學(xué)試題的情境來(lái)源于生活中的化學(xué)電源、研發(fā)中的新型電池、實(shí)驗(yàn)室中的電化學(xué)裝置以及生產(chǎn)中的電化學(xué)設(shè)備，既能考查學(xué)生對(duì)基本電化學(xué)知識(shí)的掌握程度，也能考查基于模型認(rèn)知、變化觀念和證據(jù)推理

2、等認(rèn)知方面的素養(yǎng)，也能滲透灌輸創(chuàng)新意識(shí)和社會(huì)責(zé)任等情感態(tài)度方面的素養(yǎng)。嵌 r1.【2019新課標(biāo)I卷】利用生物燃料電池原理研究室溫下氨的合成，電池工作時(shí)MV2+/MV+在電極與酶之間傳遞電子，示意圖如下所示。下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是A.相比現(xiàn)有工業(yè)合成氨，該方法條件溫和，同時(shí)還可提供電能B.陰極區(qū)，在氫化酶作用下發(fā)生反應(yīng)H2+2MV2+2H+2MV+C.正極區(qū)，固氮酶為催化劑，N2發(fā)生還原反應(yīng)生成NH3D.電池工作時(shí)質(zhì)子通過(guò)交換膜由負(fù)極區(qū)向正極區(qū)移動(dòng)【答案】B【解析】本題還屬于否定式單選題，仍要求選擇錯(cuò)誤的說(shuō)法。A項(xiàng)正確，工業(yè)合成氨的條件是高溫、高壓、催化劑，而生物燃料電池則在室溫下合成氨，條件溫和，

3、且能將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能；B項(xiàng)錯(cuò)誤，圖中的氫化酶作用下，發(fā)生氧化還原反應(yīng)H2+2MV2+=2H+2MV+,氫氣發(fā)生氧化反應(yīng)生成氫離子，MV2+發(fā)生還原反應(yīng)生成MV+,左室電極上反應(yīng)式為MV+-e=MV2+，即發(fā)生氧化反應(yīng)，因此左電極為該生物燃料電池的負(fù)第2頁(yè)共13頁(yè)極；C項(xiàng)正確，正極區(qū)，在固氮酶作用下發(fā)生反應(yīng)N2+6MV+6H+=2NH3+6MV2+,氮元素由0價(jià)降低為3價(jià)，固氮酶為催化劑，N2發(fā)生還原反應(yīng)生成NH3；D項(xiàng)正確，電池工作時(shí)，負(fù)極反應(yīng)式為MV+e=MV2+,正極反應(yīng)式為MV2+e=MV+,則內(nèi)電路中帶正電的質(zhì)子(即H+)移向正極，即從左極室移質(zhì)子交換膜，進(jìn)而穿過(guò)交換膜移向右極室?！?/p>

4、素養(yǎng)解讀】本題以生物燃料電池、室溫合成氨等真實(shí)情境為載體，考查原電池、燃料電池的工作原理，滲透了宏觀辨識(shí)與微觀探析、變化觀念、證據(jù)推理與模型認(rèn)知等素養(yǎng)的水平1、水平2、水平3的考查，體現(xiàn)了考綱中信息的接受、吸收和整合能力的要求，也體現(xiàn)了分析問(wèn)題與解決問(wèn)題能力的考查。2.【2019新課標(biāo)m卷】為提升電池循環(huán)效率和穩(wěn)定性，科學(xué)家近期利用三維多孔海綿狀Zn(3D-Zn)可以高效沉積ZnO的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了采用強(qiáng)堿性電解質(zhì)的3D-Zn-NiOOH二次電池，結(jié)構(gòu)如下圖所示。電池反應(yīng)為放電Zn(s)+2NiOOH(s)+H2O(l)舂出ZnO(s)+2Ni(OH)2(s)。A.三維多孔海綿狀ZnM有較高的表面

5、積，所沉積的ZnO分散度高B.充電時(shí)陽(yáng)極反應(yīng)為Ni(OH)2(s)+OH(aq)-e-=NiOOH(s)+H2O(l)C.放電時(shí)負(fù)極反應(yīng)為Zn(s)+2OH(aq)-2e-=ZnO(s)+H2O(l)D.放電過(guò)程中OH通過(guò)隔膜從負(fù)極區(qū)移向正極區(qū)【答案】D【解析】本題屬于否定式單選題，選擇說(shuō)法錯(cuò)誤的是，A、多孔增加了表面積，加快反應(yīng)速率，使沉積的ZnO分散度高，故A說(shuō)法正確；B、根據(jù)電池反應(yīng)方程式，正極反應(yīng)式為NiOOH+H2O+e=Ni(OH)2+OHL充電時(shí)，電池的正極連接電源的正極，陽(yáng)極反應(yīng)式為正極反應(yīng)式的逆過(guò)程，即陽(yáng)極反應(yīng)式為Ni(OH)2(s)+OH(aq)-e=NiOOH(s)+H2

6、O(l),故B說(shuō)法正確；G根據(jù)電池反應(yīng)方程式，負(fù)極上失去電子，化合價(jià)升高，即負(fù)極反應(yīng)式為Zn(s)+2OH(aq)-2e-=ZnO(s)+H2O(l),故C說(shuō)法正確；D、根據(jù)原電池的工作原理，陰離子從正極區(qū)移向負(fù)極區(qū)，故D說(shuō)法錯(cuò)誤?！舅仞B(yǎng)解讀】本題以新的科學(xué)成果為載體，考查原電池工作原理、電極反應(yīng)式的書寫、二級(jí)電池等知識(shí)，第3頁(yè)共13頁(yè)涉及變化觀念、宏觀辨識(shí)、微觀探析等素養(yǎng)，體現(xiàn)了運(yùn)用知識(shí)能力，分析問(wèn)題與解決問(wèn)題能力的考查，難度系數(shù)不大。儡秒一R解碼1、新型化學(xué)電源一般這類試題以我國(guó)科學(xué)家發(fā)表的科技成果為素材設(shè)計(jì)高考題， 既弘揚(yáng)了社會(huì)主義核心價(jià)值觀， 又落實(shí)了立德樹(shù)人的根本任務(wù)，起點(diǎn)很高，但考

7、查的內(nèi)容并不難，落腳于電化學(xué)基本理論，主要考查二次電池的充放電的電極反應(yīng)及離子移動(dòng)方向等，注重于基本能力的考查。首先大致瀏覽一下題目和題目所配的原理圖（此時(shí)不要過(guò)多地糾結(jié)于化學(xué)電源的工作原理）；然后，重點(diǎn)關(guān)注需要回答的問(wèn)題，看是否屬于考查原電池一般原理的題目。如是，解決必須借助化學(xué)電源工作原理解決的題目時(shí)，要帶著問(wèn)題去研究題目或題目所提供的原理圖。電極反應(yīng)式書寫與判斷的三個(gè)步驟步驟一：負(fù)極失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)；正極上，溶液中陽(yáng)離子（或氧化性強(qiáng)的離子）得到電子，發(fā)生還原反應(yīng)，充電時(shí)則正好相反；步驟二：兩電極轉(zhuǎn)移電子數(shù)守恒，符合正極反應(yīng)加負(fù)極反應(yīng)等于電池反應(yīng)的原則；步驟三：注意電極產(chǎn)物是否與電解質(zhì)

8、溶液反應(yīng)，若反應(yīng)，一般要將電極反應(yīng)和電極產(chǎn)物與電解質(zhì)溶液發(fā)生的反應(yīng)合并。【典例1】【2018高考全國(guó)卷H】我國(guó)科學(xué)家研發(fā)了一種室溫下可呼吸”的Na-CO2二次電池。將NaCl。溶于有機(jī)溶劑作為電解液，鈉和負(fù)載碳納米管的鐐網(wǎng)分別作為電極材料，電池的總反應(yīng)為：3CO2+4Na=2Na2CQj+C。下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是（）第4頁(yè)共13頁(yè)A.放電時(shí)，CIQ4向負(fù)極移動(dòng)B.充電時(shí)釋放CQ,放電時(shí)吸收CO2C.放電時(shí)，正極反應(yīng)為：3CO2+4e=2CO2+CD.充電時(shí)，正極反應(yīng)為：Na+e=Na【答案】D【解析】電池放電時(shí)，C1O4向負(fù)極移動(dòng)，A項(xiàng)正確；結(jié)合總反應(yīng)可知放電時(shí)需吸收CO2,而充電時(shí)釋放出CO2,

9、B項(xiàng)正確；放電時(shí)，正極CO2得電子被還原生成單質(zhì)C,即電極反應(yīng)式為3CO2+4e=2CO3+C,C項(xiàng)正確；充電時(shí)陽(yáng)極發(fā)生氧化反應(yīng)，即C被氧化生成CO2,D項(xiàng)錯(cuò)誤?！舅仞B(yǎng)解讀】本題以我國(guó)科學(xué)家研制的可呼吸NaCO2二次電池為背景，要求考生依據(jù)題干給予的電極材料信息判斷出電池正負(fù)極，進(jìn)而判斷電極反應(yīng)式；命題要求考生對(duì)于電化學(xué)反應(yīng)原理不僅要有感性認(rèn)識(shí)，還要應(yīng)用模型思想、綜合相關(guān)模塊知識(shí)、辯證分析與解答具體問(wèn)題。2、多池串聯(lián)模型（1）常見(jiàn)串聯(lián)裝置圖模型一外接電源與電解池的串聯(lián)（如圖）A、B為兩個(gè)串聯(lián)電解池，相同時(shí)間內(nèi)，各電極得失電子數(shù)相等。模型二原電池與電解池的串聯(lián)（如圖）第5頁(yè)共13頁(yè)顯然兩圖中，A

10、均為原電池，B均為電解池。2.串聯(lián)”類裝置的解題流程有外接垂海一里解地能門發(fā)發(fā)七瓶化還血反R的裝置原屯池?zé)o外密電源不能自發(fā)發(fā)生亞化還尊反曲的轉(zhuǎn)置電髀池埠嶇池Qst.改段電釁池-fwLsim根據(jù)眼里泡原理心與一負(fù)極反立式艱據(jù)電釁地原瑋書與痢，陽(yáng)橫院浦式收據(jù)電化學(xué)原理及電楙反戍式判斷正誤儂擁“甲#r電池再極待祥電亍牧相等避行計(jì) m【典例2】某同學(xué)組裝了如圖所示的電化學(xué)裝置，電極I為Al,其他均為Cu,貝U下列說(shuō)法正確的是（A.電流方向：電極WB.電極I發(fā)生還原反應(yīng)國(guó)乙第6頁(yè)共13頁(yè)C.電極II逐漸溶解D.電極山的電極反應(yīng)：Cu2+2e=Cu【答案】A【解析】A項(xiàng)，電子移動(dòng)方向：電極I電極W,電流方

11、向與電子移動(dòng)方向相反，正確；B項(xiàng)，原電池負(fù)極在工作中失電子，被氧化，發(fā)生氧化反應(yīng)，錯(cuò)誤；C項(xiàng)，原電池正極為得電子一極，銅離子在電極n上得電子，生成銅單質(zhì)，該電極質(zhì)量逐漸增大，錯(cuò)誤；D項(xiàng)，電解池中陽(yáng)極為非惰性電極時(shí)，電極本身失電子，形成離子進(jìn)入溶液中，因?yàn)殡姌On為正極，因此電極m為電解池的陽(yáng)極，其電極反應(yīng)式為Cu-2e=Cu2,錯(cuò)誤。【素養(yǎng)解讀】當(dāng)多個(gè)電化學(xué)裝置串聯(lián)時(shí)，兩電極材料活潑性相差大的作原電池，其他作電解池，由此可知第7頁(yè)共13頁(yè)圖示中左邊兩池組成原電池，右邊組成電解池。解題的關(guān)鍵就是從模型的角度分析出池型，然后進(jìn)行進(jìn)步的解答。3、電化學(xué)中離子交換膜”的作用隔膜的使用充分體現(xiàn)了變化與平衡

12、思想。同時(shí)，交換膜隔離兩種電解質(zhì)溶液，避免負(fù)極材料與能發(fā)生反應(yīng)的電解質(zhì)溶液直接接觸，能提高電流效率。在這種裝置中，交換膜起到鹽橋作用，且優(yōu)于鹽橋，鹽橋需要定時(shí)替換或再生。通過(guò)限制離子遷移，使指定離子在溶液中定向移動(dòng)形成閉合回路，完成氧化劑和還原劑在不接觸條件下發(fā)生氧化還原反應(yīng)。(1)常見(jiàn)的隔膜隔膜又叫離子交換膜，由特殊高分子材料制成。離子交換膜分三類：1.陽(yáng)離子交換膜，簡(jiǎn)稱陽(yáng)膜，只允許陽(yáng)離子通過(guò)，即允許H*和其他陽(yáng)離子通過(guò)，不允許陰離子通過(guò)。2.陰離子交換膜，簡(jiǎn)稱陰膜，只允許陰離子通過(guò)，不允許陽(yáng)離子通過(guò)。3.質(zhì)子交換膜，只允許H+通過(guò)，不允許其他陽(yáng)離子和陰離子通過(guò)。(2)隔膜的作用1.能將兩極

13、區(qū)隔離，阻止兩極區(qū)產(chǎn)生的物質(zhì)接觸，防止發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。2.能選擇性地通過(guò)離子，起到平衡電荷、形成閉合回路的作用。3.能提高產(chǎn)品的純度。(3)解這類問(wèn)題方法第一步交換膜屬于陽(yáng)膜、阻膜或質(zhì)子膜中的卵一種，判斷允許哪種分清隔膜類型離子通過(guò)隔膜。第二為判斷交換腹兩側(cè)離子變化,推斷電荷變化，根曙電荷平衡寫出電極反應(yīng)式判斷離子汪移方向口第三步在產(chǎn)品制備中,隔腹作用主要是提高產(chǎn)品純度，避免 F 之分析隔膜作用間發(fā)生反應(yīng)，巽免產(chǎn)物因發(fā)生反應(yīng)而造成危瞼，【典例3】【2018新課標(biāo)1卷】最近我國(guó)科學(xué)家設(shè)計(jì)了一種CO2+H2S協(xié)同轉(zhuǎn)化裝置，實(shí)現(xiàn)對(duì)天然氣中CO2和H2S的高效去除。示意圖如圖所示，其中電極分別為ZnO墨

14、烯(石墨烯包裹的ZnO)和石墨烯，石墨烯電極區(qū)發(fā)生反應(yīng)為:第8頁(yè)共13頁(yè)40COT?II.HST?|Stflr-l1EDTA-Fe+-e-=EDTA-F&+22EDTA-Fe+H2蕓2H+S+2EDTA-F2+該裝置工作時(shí)，下列敘述錯(cuò)誤的是A.陰極的電極反應(yīng)：CO2+2H+2e-=CO+H2OB.協(xié)同轉(zhuǎn)化總反應(yīng)：CO2+H2蕓CO+H2O+SC.石墨烯上的電勢(shì)比ZnO!墨烯上的低D.若采用Fe3+/Fe2+取代EDTA-Fe+ZEDTA-Fe2,溶液需為酸性【答案】C【解析】該裝置屬于電解池，CO2在ZnO墨烯電極上轉(zhuǎn)化為CO,發(fā)生得到電子的還原反應(yīng)，為陰極，石墨烯電極為陽(yáng)極，發(fā)生失去

15、電子的氧化反應(yīng)，則詳解：A、CQ在ZnO墨烯電極上轉(zhuǎn)化為CO,發(fā)生得到電子的還原反應(yīng)，為陰極，電極反應(yīng)式為CQ+H*+2e=CO+HO,A正確；B、根據(jù)石墨烯電極上發(fā)生的電極反應(yīng)可知+即得到H2S2e=2H+S,因此總反應(yīng)式為CO2+H2蕓CO+H2O+S,B正確；G石墨烯電極為陽(yáng)極，與電源的正極相連，因此石墨烯上的電勢(shì)比ZnO墨烯電極上的高，C錯(cuò)誤；D、由于鐵離子、亞鐵離子均易水解，所以如果采用Fe3+/Fe2+取代EDTA-Fe+/EDTA-F(T，溶液需要酸性，D正確。答案選Co【素養(yǎng)解讀】準(zhǔn)確判斷出陰陽(yáng)極是解答的關(guān)鍵，注意從元素化合價(jià)變化的角度去分析氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)，進(jìn)而得出陰陽(yáng)極。

16、電勢(shì)高低的判斷是解答的難點(diǎn)，注意從物理學(xué)的角度借助于陽(yáng)極與電源的正極相連去分析。1.科學(xué)家研制出了一種新型的鋰-空氣電池，其工作原理如圖所示。關(guān)于該電池的說(shuō)法中不正確的是第9頁(yè)共13頁(yè)A.隨著電極反應(yīng)的不斷進(jìn)行，正極附近的電解液pH不斷升高B.可將有機(jī)電解液改為水溶液C.放電時(shí)，當(dāng)有22.4LO2（標(biāo)準(zhǔn)狀況下）被還原時(shí)，溶液中有4molLi從左槽移動(dòng)到右槽D.電池總反應(yīng)方程式為4Li+O2+2H2O=4LiOH2.一種以NaBH4和H2O2為原料的新型電池的工作原理如圖所示。下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是（）A.電池的正極反應(yīng)為H2O2+2e=2OHB.電池放電時(shí)Na*從a極區(qū)移向b極區(qū)C.電池放電時(shí)電子從

17、電極b經(jīng)外電路流向電極aD.b極室的輸出液經(jīng)處理后可輸入a極室循環(huán)利用3.我國(guó)科學(xué)家發(fā)明的水溶液鋰電池為電動(dòng)汽車發(fā)展掃除了障礙，裝置原理如圖所示，其中固體薄膜只允許Li+通過(guò)。鋰離子電池的總反應(yīng)為xLi+Lii第10頁(yè)共13頁(yè)LiMn2O4。下列有關(guān)說(shuō)法錯(cuò)誤的是（）A.放電時(shí)，L穿過(guò)固體薄膜進(jìn)入水溶液電解質(zhì)中B.放電時(shí)，正極反應(yīng)為L(zhǎng)iixMn2O4+xLi+xe=LiMn2O4C.充電時(shí)，電極b為陽(yáng)極，發(fā)生氧化反應(yīng)D.該電池的缺點(diǎn)是存在副反應(yīng)2Li+2H2O=2LiOH+H2f4.某興趣小組的同學(xué)用如圖所示裝置研究有關(guān)電化學(xué)的問(wèn)題。當(dāng)閉合該裝置的電鍵時(shí)，觀察到電流表的指針發(fā)生了偏轉(zhuǎn)。xMn2O

18、4第11頁(yè)共13頁(yè)請(qǐng)回答下列問(wèn)題:（1）甲池為（填原電池”電解池”或電鍍池”）通入CH3OH電極的電極反應(yīng)式為（2）乙池中A（石墨）電極的名稱為（填正極”負(fù)極”陰極”或陽(yáng)極”）總反應(yīng)式為（3）當(dāng)乙池中B極質(zhì)量增加5.40g時(shí)，甲池中理論上消耗。2的體積為mL（標(biāo)準(zhǔn)狀況下），丙池中極析出g銅。（4）若丙中電極不變，將其溶液換成NaCl溶液，電鍵閉合一段時(shí)間后，甲中溶液的pH將（填增大”減小”或不變”）丙中溶液的pH將（填增大”減小”或不變”g）V升華駕第12頁(yè)共13頁(yè)1.B該鋰電池中，正極上的電極反應(yīng)式為O2+4e+2H2O=4OH，正極附近的電解液pH會(huì)升A項(xiàng)正確；Li屬于活潑金屬，能與水反應(yīng)，不能將有機(jī)電解液改為水溶液,LO2（標(biāo)準(zhǔn)狀況下）被還原時(shí)，根據(jù)正極反應(yīng)式：O2+4e+2H2O=4OH,會(huì)轉(zhuǎn)移電子4mol,即溶液中有4molLi+從左槽（負(fù)極）移動(dòng)到右槽，C項(xiàng)正確；由圖示可知，正極的電極反應(yīng)式為2H2O=4OHL電池總反應(yīng)方程式為4Li+。2+2H2O=4LiOH,D項(xiàng)正確。2.選C。以硼氫化鈉（NaBH4）和H2O2作原料的電池中，電解質(zhì)溶液呈堿性，由工作原理裝置圖可知，負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，電極反應(yīng)式為BH4+8OH8e=BO2+6H2O，正極H2O2發(fā)生還原反應(yīng)，得到電子被還原生成OH一，電極反應(yīng)式為H2O2+2=2OH,A項(xiàng)正確；放電時(shí)為原電池，陽(yáng)離子移向正極,梗型