選擇題突破七　電化學(xué)

專題五反應(yīng)變化與規(guī)律選擇題突破七電化學(xué)重溫經(jīng)典明確考向NO.1命題角度1原電池原理及應(yīng)用1.(雙選)(2023·山東卷,11)利用熱再生氨電池可實(shí)現(xiàn)CuSO4電鍍廢液的濃縮再生。電池裝置如圖所示,甲、乙兩室均預(yù)加相同的CuSO4電鍍廢液,向甲室加入足量氨水后電池開始工作。下列說法正確的是(

)√√2.(雙選)(2022·山東卷,13)設(shè)計(jì)如圖裝置回收金屬鈷。保持細(xì)菌所在環(huán)境pH穩(wěn)定,借助其降解乙酸鹽生成CO2,將廢舊鋰離子電池的正極材料LiCoO2(s)轉(zhuǎn)化為Co2+,工作時(shí)保持厭氧環(huán)境,并定時(shí)將乙室溶液轉(zhuǎn)移至甲室。已知電極材料均為石墨材質(zhì),右側(cè)裝置為原電池。下列說法正確的是(

)√√3.(2023·新課標(biāo)卷,10)一種以V2O5和Zn為電極、Zn(CF3SO3)2水溶液為電解質(zhì)的電池,其示意圖如圖所示。放電時(shí),Zn2+可插入V2O5層間形成ZnxV2O5·nH2O。下列說法錯(cuò)誤的是(

)√命題角度2電解原理及應(yīng)用1.(2023·遼寧卷,7)某無隔膜流動(dòng)海水電解法制H2的裝置如圖所示,其中高選擇性催化劑PRT可抑制O2產(chǎn)生。下列說法正確的是(

)√2.(2023·湖北卷,10)我國科學(xué)家設(shè)計(jì)如圖所示的電解池,實(shí)現(xiàn)了海水直接制備氫氣技術(shù)的綠色化。該裝置工作時(shí)陽極無Cl2生成且KOH溶液的濃度不變,電解生成氫氣的速率為xmol·h-1。下列說法錯(cuò)誤的是(

)√3.(2020·山東卷,13)采用惰性電極,以去離子水和氧氣為原料通過電解法制備雙氧水的裝置如圖所示。忽略溫度變化的影響,下列說法錯(cuò)誤的是(

)√解析:結(jié)合題圖,可知a極上產(chǎn)生O2,發(fā)生的反應(yīng)為水被氧化生成O2的反應(yīng),即a極為陽極,b極為陰極,電極反應(yīng)式如下表結(jié)合上述分析可知,A項(xiàng)正確;電解一段時(shí)間后,溶液中H+濃度未變,即陽極室的pH未變,B項(xiàng)正確;電解過程中H+通過質(zhì)子交換膜,從a極區(qū)向b極區(qū)遷移,C項(xiàng)正確;由陰、陽極的電極反應(yīng)式,可知電解一段時(shí)間后,b極消耗O2的量是a極生成O2的量的2倍,即a極生成的O2與b極反應(yīng)的O2的量不相等,D項(xiàng)錯(cuò)誤。對于電化學(xué),在新高考省份基本都在第一卷從原電池角度進(jìn)行了命題,個(gè)別省份是從電解池角度命題。原電池題型涉及的電池模型、裝置圖有時(shí)會(huì)比較復(fù)雜,對考生的原電池原理知識、電池模型的分析能力要求較高。而最終選項(xiàng)的設(shè)置上還是落實(shí)到電極的判別、電極反應(yīng)式的書寫、電解液中離子濃度的變化及移動(dòng)方向、電極產(chǎn)物的判斷與計(jì)算、隔離膜的作用等。從以上分析很容易感覺到,電化學(xué)試題的設(shè)計(jì)承擔(dān)了從宏觀辨識與微觀探析、證據(jù)推理與模型認(rèn)知、科學(xué)精神與社會(huì)責(zé)任的維度進(jìn)行學(xué)科素養(yǎng)培養(yǎng)的任務(wù)。從山東卷近些年考情看,原電池與電解池均有涉及,考查方式基本沒有太大變化。夯實(shí)必備提升知能NO.2知能點(diǎn)1原電池的原理1.原電池模型和原理2.確定正、負(fù)極的依據(jù)依據(jù)正極負(fù)極反應(yīng)類型還原反應(yīng)氧化反應(yīng)電流方向流出流入電子流向流入流出離子移動(dòng)方向陽離子移動(dòng)方向陰離子移動(dòng)方向注意:根據(jù)電極材料確定正、負(fù)極通常情況適用,但根本依據(jù)為自發(fā)的氧化還原反應(yīng)。如MgAl、NaOH溶液形成的原電池中,鋁作負(fù)極,因?yàn)橹挥袖X與NaOH溶液發(fā)生氧化還原反應(yīng)。知能點(diǎn)2電解池的原理1.電解池模型和原理(1)直流電源的正極(陽極)有強(qiáng)的氧化能力;直流電源的負(fù)極(陰極)有強(qiáng)的還原能力。(2)電極上粒子的放電順序。①陰極:取決于粒子的氧化性強(qiáng)弱,氧化性強(qiáng)的先得到電子,與電極材料無關(guān)。常見陽離子放電順序:Ag+>Fe3+>Cu2+>H+(酸)>Pb2+>Sn2+>Fe2+>Zn2+>H+(水)>Al3+>Mg2+>Na+>Ca2+>K+。③電極上離子的放電順序取決于其氧化性、還原性,可能會(huì)出現(xiàn)強(qiáng)氧化性陰離子在陰極放電;強(qiáng)還原性陽離子在陽極放電。2.惰性電極電解電解質(zhì)溶液的四種類型電解類型常見電解質(zhì)實(shí)例陽極產(chǎn)物陰極產(chǎn)物電解質(zhì)溶液變化電解水NaOH、H2SO4、Na2SO4O2H2濃度增大電解電解質(zhì)HCl、CuCl2鹵素單質(zhì)(Cl2)H2、金屬(Cu)濃度減小放氫生堿型NaCl鹵素單質(zhì)(Cl2)H2生成強(qiáng)堿放氧生酸型CuSO4、AgNO3O2金屬(Cu、Ag)生成含氧酸注意:(1)電解后溶液pH的變化一方面要考慮酸堿的生成,還要考慮電解質(zhì)溶液濃度變化導(dǎo)致水解程度的變化。(2)電解質(zhì)溶液的還原問題要本著兩電極析出什么(元素),就加入什么(恰當(dāng)物質(zhì))的原則。3.電解池陽極和陰極確定(1)如裝置中給出直流電源,則可直接確定電解裝置的陽極、陰極。(2)如裝置中沒有給出直流電源,則要根據(jù)電解過程的特征先確定電解裝置的陽極、陰極。依據(jù)陰極陽極電流方向流出流入電子流向流入流出離子移動(dòng)方向陽離子移動(dòng)方向陰離子移動(dòng)方向電極產(chǎn)物金屬(增重)、H2電極溶解、O2、Cl2等非金屬單質(zhì)pH變化增大(堿性增強(qiáng))減小(酸性增強(qiáng))反應(yīng)類型還原反應(yīng)氧化反應(yīng)知能點(diǎn)3電極反應(yīng)式的書寫1.原電池電極反應(yīng)式的書寫(1)結(jié)合電池的電解液情境寫出電極反應(yīng)式。①負(fù)極反應(yīng):還原劑失去電子的氧化反應(yīng)(注意負(fù)極失電子產(chǎn)物與電解質(zhì)溶液反應(yīng)生成恰當(dāng)生成物)。②正極反應(yīng):氧化劑得到電子的還原反應(yīng)(注意正極得電子產(chǎn)物與電解質(zhì)溶液反應(yīng)生成恰當(dāng)生成物)。(2)燃料電池電極反應(yīng)式的書寫。①燃料電池基本都是燃料(還原劑)與氧氣(或氧化性氣體)進(jìn)行的氧化還原反應(yīng)。③正極反應(yīng)基本都是氧氣分子得電子的反應(yīng),同樣產(chǎn)物要結(jié)合電解液情境。2.電解池電極反應(yīng)式的書寫(1)陽極反應(yīng):①陽極是活潑電極(金屬活動(dòng)性順序表Ag之前),則應(yīng)是陽極失電子;②陽極是惰性電極(Pt、Au、石墨),則應(yīng)是電解質(zhì)溶液中的還原性離子(分子)放電,結(jié)合題意書寫電極反應(yīng)式。(2)陰極反應(yīng):氧化性離子(分子)得到電子被還原的反應(yīng),注意題中物質(zhì)的轉(zhuǎn)化要求。(3)電解原理的試題在新高考中主要是物質(zhì)的制備。所以首先要看物質(zhì)的制備原理,要通過電解原理完成物質(zhì)的轉(zhuǎn)化(電子的得失、化合價(jià)的轉(zhuǎn)變),結(jié)合電解的基本原理寫出電極反應(yīng)式。如:以去離子水和氧氣為原料通過電解法制備雙氧水的裝置如圖所示。知能點(diǎn)4電化學(xué)原理綜合運(yùn)用1.金屬腐蝕與防護(hù)(2)金屬腐蝕類型:①化學(xué)腐蝕(直接的氧化反應(yīng));②電化學(xué)腐蝕(又分為原電池腐蝕、電解原理腐蝕)。(3)金屬電化學(xué)防腐。①原電池原理:犧牲陽極的陰極保護(hù)法。讓活潑性更強(qiáng)的金屬作原電池的負(fù)極。②電解池原理:外加電流的陰極保護(hù)法。利用直流電源負(fù)極強(qiáng)大的還原能力保護(hù)金屬不被腐蝕(待保護(hù)金屬一定接電源的負(fù)極)。2.原電池、電解池串聯(lián)裝置串聯(lián)電路中陰、陽極或正、負(fù)極總是交替出現(xiàn),只要分析出某個(gè)電極,則與之相鄰的電極名稱相反(比如某電極是陽極,則與之相鄰的電極為陰極)。3.電化學(xué)裝置中離子的移動(dòng)方向(1)陽離子一定向陰極移動(dòng)(原電池的正極從內(nèi)電路看發(fā)生還原反應(yīng),屬于陰極)。(2)陰離子一定向陽極移動(dòng)(原電池的負(fù)極從內(nèi)電路看發(fā)生氧化反應(yīng),屬于陽極)。4.各種膜的用途分析(1)電化學(xué)裝置中常見的離子交換膜。種類允許通過的離子及移動(dòng)方向說明陽離子交換膜陽離子→移向電解池的陰極或原電池的正極陰離子和氣體不能通過陰離子交換膜陰離子→移向電解池的陽極或原電池的負(fù)極陽離子和氣體不能通過質(zhì)子交換膜質(zhì)子→移向電解池的陰極或原電池的正極只允許H+通過(2)離子交換膜的功能。①原電池中一般是“單膜(正、負(fù)極之間)”。主要作用一是隔離正、負(fù)極區(qū)域的某些粒子,防止其發(fā)生反應(yīng);二是防止某些粒子在電極表面沉淀析出,導(dǎo)致電極活性降低。②電解池中很多時(shí)候是“雙膜”或“多膜”。多膜會(huì)把整個(gè)電解池分割成若干不同的“室”,比如有“陽極室”“陰極室”“產(chǎn)品室”等。其主要作用是控制離子的移動(dòng)以獲得所需的產(chǎn)品或達(dá)到除雜、提純等目的。5.電化學(xué)的相關(guān)計(jì)算(1)計(jì)算類型:電極產(chǎn)物(析出金屬、生成氣體)、電路中通過的電量、溶液中離子濃度(pH)等。(2)計(jì)算的依據(jù):根據(jù)電子守恒計(jì)算,電路中所有電極上通過的電子相等。(3)關(guān)系式的應(yīng)用:通過便于計(jì)算的電極產(chǎn)物,利用關(guān)系式確定復(fù)雜產(chǎn)物的計(jì)算?？筛鶕?jù)得失電子守恒建立起已知量與未知量之間的關(guān)系式。如以通過4mole-為橋梁可構(gòu)建如下關(guān)系式:演練考向凝練素養(yǎng)NO.3命題角度1原電池原理及應(yīng)用1.(2023·山東濟(jì)南校聯(lián)考三模)鎳鈷錳三元材料中Ni為主要活潑元素,鎳鈷錳電極材料可表示為Li1-nNixCoyMnzO2,x+y+z=1,通常簡寫為Li1-nMO2,Ni、Co、Mn三種元素分別顯+2、+3、+4價(jià)。下列說法正確的是(

)A.放電時(shí)Ni元素最先失去電子B.在Li1-nMO2材料中,若x∶y∶z=2∶3∶5,則n=0.3C.可從充分放電的石墨電極中回收金屬鋰D.充電時(shí),當(dāng)轉(zhuǎn)移nmol電子,兩極材料質(zhì)量差為14ng√2.(2023·山東濰坊階段練)LiFePO4的晶胞結(jié)構(gòu)示意圖如(a)所示。其中O圍繞Fe和P分別形成正八面體和四面體。電池充放電時(shí),LiFePO4脫出或嵌入Li+形成結(jié)構(gòu)示意圖如(b)所示。下列說法正確的是(

)A.每個(gè)Li1-xFePO4晶胞中Li+個(gè)數(shù)為1-xB.圖(b)中x=0.1875C.圖(b)中n(Fe2+)∶n(Fe3+)=3∶13D.當(dāng)FePO4轉(zhuǎn)化為Li1-xFePO4時(shí),每轉(zhuǎn)移電子(1-x)mol,嵌入4(1-x)molLi+√新型化學(xué)電源分析流程(1)依據(jù)電池反應(yīng)→明確電池原理→確定電池兩極(正、負(fù)極)→判斷電子、離子移動(dòng)方向。(2)可逆電池→放電為原電池→充電為電解池→原電池的負(fù)極=電解池的陰極、原電池的正極=電解池的陽極。(3)電池反應(yīng)→還原劑失電子反應(yīng)(負(fù)極反應(yīng))→氧化劑得電子反應(yīng)(正極反應(yīng))。注意:在正、負(fù)極上發(fā)生的電極反應(yīng)往往與電解質(zhì)溶液有所關(guān)聯(lián)。命題角度