模板01 電化學(xué)裝置分析(原卷版)-2025年高考化學(xué)答題技巧與模板構(gòu)建

模板01電化學(xué)裝置分析識識·題型解讀考情分析+命題預(yù)測/技巧解讀明·模板構(gòu)建答題模板+技巧點撥技法01原電池技法02二次電池技法03電解池技法04帶離子交換膜電化學(xué)裝置通·模板運用真題示例+模板答題+變式訓(xùn)練練·模板演練最新模擬、預(yù)測考向本節(jié)導(dǎo)航電化學(xué)電化學(xué)裝置圖是高考中電化學(xué)最常見的呈現(xiàn)方式，多以選擇題的形式呈現(xiàn)，考查電極的判斷，電極反應(yīng)式的書寫、電極附近溶液性質(zhì)的變化，電子、電流、離子移動方向的判斷，利用守恒關(guān)系進(jìn)行相關(guān)的計算等?？疾閷W(xué)生接受、吸收、整合化學(xué)信息的能力，也體現(xiàn)了對“宏觀辨識與微觀探析”的學(xué)科核心素養(yǎng)考查。命題角度主要有新型一般電池、新型可充電電池、新型燃料電池、電解池原理及其應(yīng)用，另外有無離子交換膜也是關(guān)注的角度。在復(fù)雜、陌生、新穎的研究對象和真實問題情境下，體現(xiàn)了對電化學(xué)知識基礎(chǔ)性、綜合性、創(chuàng)新性和應(yīng)用性的考查。第一步：細(xì)審題閱讀題目獲取對解題有價值的信息，排除無效信息，并作標(biāo)記。第二步：定類型判斷裝置類型是原電池、電解池、二次電池（放電為原電池，充電為電解池）。第三步：析裝置根據(jù)題目所給信息，判斷電極名稱、電極發(fā)生的反應(yīng)、電子和離子移動情況等。第四步：巧計算根據(jù)電化學(xué)原理及裝置所處的環(huán)境，書寫相關(guān)的電極反應(yīng)式和總反應(yīng)式，分析電解液變化。技法01原電池1．原電池的工作原理2．解題技巧(1)原電池裝置的分析方法①判斷電極：負(fù)極：活潑金屬、燃料、還原性物質(zhì)等，物質(zhì)中元素化合價升高，發(fā)生氧化反應(yīng)。正極：較活潑金屬、O2、氧化性物質(zhì)等，物質(zhì)中元素化合價降低，發(fā)生還原反應(yīng)。②電極反應(yīng)：負(fù)極：還原劑-ne-—→氧化產(chǎn)物；正極：氧化劑+ne-—→還原產(chǎn)物。③電子移動：電子從負(fù)極流出，經(jīng)外電路流向正極。④離子移動：陽離子移向正極，陰離子移向負(fù)極。(2)電極反應(yīng)式書寫的一般步驟3．燃料電池(1)燃料電池結(jié)構(gòu)分析(2)解答燃料電池題目的幾個關(guān)鍵點①要注意燃料電池的介質(zhì)電解質(zhì)溶液還是熔融鹽或氧化物。②通入負(fù)極的物質(zhì)為燃料，通入正極的物質(zhì)一般為氧氣。③通過介質(zhì)中離子的移動方向，可判斷電池的正負(fù)極，同時考慮該離子參與靠近一極的電極反應(yīng)。(3)燃料電池電極反應(yīng)式書寫的常用方法第一步，寫出電池總反應(yīng)式。燃料電池的總反應(yīng)與燃料燃燒的反應(yīng)一致，若產(chǎn)物能和電解質(zhì)反應(yīng)，則總反應(yīng)為加合后的反應(yīng)。如甲烷燃料電池(電解質(zhì)溶液為NaOH溶液)的反應(yīng)如下：CH4＋2O2=CO2＋2H2O①CO2＋2NaOH=Na2CO3＋H2O②①＋②可得甲烷燃料電池的總反應(yīng)式：CH4＋2O2＋2NaOH=Na2CO3＋3H2O。第二步，寫出電池的正極反應(yīng)式。根據(jù)燃料電池的特點，一般在正極上發(fā)生還原反應(yīng)的物質(zhì)都是O2，因電解質(zhì)溶液不同，故其電極反應(yīng)也會有所不同：①酸性電解質(zhì)：O2＋4H＋＋4e－=2H2O。②)堿性電解質(zhì)：O2＋2H2O＋4e－=4OH－。③固體電解質(zhì)(高溫下能傳導(dǎo)O2－)：O2＋4e－=2O2－。④熔融碳酸鹽(如熔融K2CO3)：O2＋2CO2＋4e－=2COeq\o\al(2－,3)。第三步，電池的總反應(yīng)式－電池的正極反應(yīng)式＝電池的負(fù)極反應(yīng)式。技法02二次電池1．二次電池的結(jié)構(gòu)分析2．解題技巧技法03電解池1．電解池的工作原理2．電解池中陰、陽極的判斷方法3．電子和離子的移動方向(惰性電極)4．陰、陽極放電離子的判斷(1)分析電解質(zhì)的組成，找全離子并分為陰、陽兩組，不要忽略水溶液中的H+和OH-離子。(2)根據(jù)放電順序確定兩極放電物質(zhì)或離子。①陰極：無論是惰性電極還是活性電極都不參與電極反應(yīng)，發(fā)生反應(yīng)的是溶液中的陽離子。②陽極：活潑電極：電極材料（電極為活性電極）本身失去電子被氧化而溶入溶液中。惰性電極：溶液中還原性強(qiáng)的陰離子失去電子被氧化。(3)判斷電極產(chǎn)物，寫出電極反應(yīng)式。(4)寫出電解反應(yīng)的總反應(yīng)式。技法04帶離子交換膜電化學(xué)裝置1．離子交換膜的作用(1)將兩極區(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)選擇性通過離子，起到平衡電荷、形成閉合回路的作用。2．離子交換膜的類型(1)陽離子交換膜(只允許陽離子和水分子通過，阻止陰離子和氣體通過)以鋅銅原電池為例，中間用陽離子交換膜隔開①負(fù)極反應(yīng)式：Zn-2e-=Zn2＋②正極反應(yīng)式：Cu2＋＋2e-=Cu③Zn2＋通過陽離子交換膜進(jìn)入正極區(qū)④陽離子→透過陽離子交換膜→原電池正極(或電解池的陰極)(2)陰離子交換膜(只允許陰離子和水分子通過，阻止陽離子和氣體通過)以Pt為電極電解淀粉-KI溶液，中間用陰離子交換膜隔開①陰極反應(yīng)式：2H2O＋2e-=H2↑＋2OH-②陽極反應(yīng)式：2I-_2e-=I2③陰極產(chǎn)生的OH-移向陽極與陽極產(chǎn)物反應(yīng)：3I2＋6OH-=IO3-＋5I-＋3H2O④陰離子→透過陰離子交換膜→電解池陽極(或原電池的負(fù)極)(3)質(zhì)子交換膜(只允許H＋和水分子通過)在微生物作用下電解有機(jī)廢水(含CH3COOH)，可獲得清潔能源H2①陰極反應(yīng)式：2H＋＋2e-=H2↑②陽極反應(yīng)式：CH3COOH-8e-＋2H2O=2CO2↑＋8H＋③陽極產(chǎn)生的H＋通過質(zhì)子交換膜移向陰極④H＋→透過質(zhì)子交換膜→原電池正極(或電解池的陰極)(4)電滲析法將含AnBm的廢水再生為HnB和A(OH)m的原理：已知A為金屬活動順序表H之前的金屬，Bn-為含氧酸根離子。3．離子交換膜的應(yīng)用(1)海水淡化——陰、陽離子交換膜（電滲析法）(2)燃料電池(3)物質(zhì)制備——隔膜、質(zhì)子交換膜(4)氯堿工業(yè)——離子交換膜電解槽4．“隔膜”電解池的解題步驟(1)分清隔膜類型。即交換膜屬于陽膜、陰膜或質(zhì)子膜中的哪一種，判斷允許哪種離子通過隔膜。(2)寫出電極反應(yīng)式，判斷交換膜兩側(cè)離子變化，推斷電荷變化，根據(jù)電荷平衡判斷離子遷移方向。(3)分析隔膜作用。在產(chǎn)品制備中，隔膜作用主要是提高產(chǎn)品純度，避免產(chǎn)物之間發(fā)生反應(yīng)，或避免產(chǎn)物因發(fā)生反應(yīng)而造成危險。5．離子交換膜的計算(1)遷移離子所帶的電荷數(shù)總是等于外電路上轉(zhuǎn)移的電子數(shù)。(2)溶液質(zhì)量變化等于電極反應(yīng)引起的變化和離子遷移引起的變化之和。類型01原電池1．（2024·安徽卷）我國學(xué)者研發(fā)出一種新型水系鋅電池，其示意圖如下。該電池分別以Zn-TCPP(局部結(jié)構(gòu)如標(biāo)注框內(nèi)所示)形成的穩(wěn)定超分子材料和Zn為電極，以ZnSO4和KI混合液為電解質(zhì)溶液。下列說法錯誤的是A．標(biāo)注框內(nèi)所示結(jié)構(gòu)中存在共價鍵和配位鍵B．電池總反應(yīng)為：C．充電時，陰極被還原的Zn2+主要來自Zn-TCPPD．放電時，消耗0.65gZn，理論上轉(zhuǎn)移0.02mol電子【答案】C【第一步定類型】該裝置為二次電池【第二步析裝置】【第三步巧計算】放電時，負(fù)極的電極反應(yīng)式為Zn-2e-=Zn2+，因此消耗0.65gZn（物質(zhì)的量為0.01mol），理論上轉(zhuǎn)移0.02mol電子，D正確。1．(2023?全國新課標(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，其示意圖如下所示。放電時，Zn2+可插入V2O5層間形成·。下列說法錯誤的是()A．放電時V2O5為正極B．放電時Zn2+由負(fù)極向正極遷移C．充電總反應(yīng)：·D．充電陽極反應(yīng)：·2．(2023?全國乙卷，12)室溫鈉-硫電池被認(rèn)為是一種成本低、比能量高的能源存儲系統(tǒng)。一種室溫鈉-硫電池的結(jié)構(gòu)如圖所示。將鈉箔置于聚苯并咪唑膜上作為一個電極，表面噴涂有硫黃粉末的炭化纖維素紙作為另一電極。工作時，在硫電極發(fā)生反應(yīng)：S8+e-→S，S+e-→S，2Na++S+2(1-)e-→Na2Sx下列敘述錯誤的是()A．充電時Na+從鈉電極向硫電極遷移B．放電時外電路電子流動的方向是a→bC．放電時正極反應(yīng)為：2Na++S8+2e-→Na2SxD．炭化纖維素紙的作用是增強(qiáng)硫電極導(dǎo)電性能類型02電解池2．（2024·山東卷）以不同材料修飾的Pt為電極，一定濃度的NaBr溶液為電解液，采用電解和催化相結(jié)合的循環(huán)方式，可實現(xiàn)高效制H2和O2，裝置如圖所示。下列說法錯誤的是A．電極a連接電源負(fù)極B．加入Y的目的是補充NaBrC．電解總反應(yīng)式為Br-+3H2Oeq\o(=,\s\up7(電解))BrO3-+3H2↑D．催化階段反應(yīng)產(chǎn)物物質(zhì)的量之比n(Z)：n(Br-)=3:2【答案】B【第一步定類型】該裝置為電解池【第二步析裝置】【第三步巧計算】催化階段，Br元素的化合價由+5價降至-1價，生成1molBr-得到6mol電子，O元素的化合價由-2價升至0價，生成1molO2失去4mol電子，根據(jù)得失電子守恒，反應(yīng)產(chǎn)物物質(zhì)的量之比n(O2)∶n(Br-)=6∶4=3∶2，D正確。1．（2024·湖南卷）在KOH水溶液中，電化學(xué)方法合成高能物質(zhì)K4C6N16時，伴隨少量O2生成，電解原理如圖所示，下列說法正確的是A．電解時，OH-向Ni電極移動B．生成的電極反應(yīng)：C．電解一段時間后，溶液pH升高D．每生成1molH2的同時，生成0.5molK4C6N162．（2024·甘肅卷）某固體電解池工作原理如圖所示，下列說法錯誤的是A．電極1的多孔結(jié)構(gòu)能增大與水蒸氣的接觸面積B．電極2是陰極，發(fā)生還原反應(yīng)：C．工作時從多孔電極1遷移到多孔電極2D．理論上電源提供能分解類型03帶離子交換膜的電化學(xué)裝置3．（2024·湖北卷）我國科學(xué)家設(shè)計了一種雙位點電催化劑，用和電化學(xué)催化合成甘氨酸，原理如圖，雙極膜中解離的和在電場作用下向兩極遷移。已知在溶液中，甲醛轉(zhuǎn)化為，存在平衡。電極上發(fā)生的電子轉(zhuǎn)移反應(yīng)為。下列說法錯誤的是A．電解一段時間后陽極區(qū)c(OH-)減小B．理論上生成1molH3N+CH2COOH雙極膜中有4molH2O解離C．陽極總反應(yīng)式為2HCHO+4OH--2e-=2HCOO-+H2↑+2H2OD．陰極區(qū)存在反應(yīng)H2C2O4+2H++2e-==CHOCOOH+H2O【答案】B【第一步定類型】該裝置為帶雙極膜電解池【第二步析裝置】【第三步巧計算】1molH2O解離成1molH+和1molOH-，故理論上生成1molH3N+CH2COOH雙極膜中有6molH2O解離，B錯誤。1．（2024·黑吉遼卷）“綠色零碳”氫能前景廣闊。為解決傳統(tǒng)電解水制“綠氫”陽極電勢高、反應(yīng)速率緩慢的問題，科技工作者設(shè)計耦合HCHO高效制H2的方法，裝置如圖所示。部分反應(yīng)機(jī)理為：。下列說法錯誤的是A．相同電量下H2理論產(chǎn)量是傳統(tǒng)電解水的1.5倍B．陰極反應(yīng)：2H2O+2e-=2OH-+H2↑C．電解時OH-通過陰離子交換膜向b極方向移動D．陽極反應(yīng)：2HCHO-2e-+4OH-=2HCOO-+2H2O+H2↑2．(2023?湖北省選擇性考試，10)我國科學(xué)家設(shè)計如圖所示的電解池，實現(xiàn)了海水直接制備氫氣技術(shù)的綠色化。該裝置工作時陽極無Cl2生成且KOH溶液的濃度不變，電解生成氫氣的速率為mol·-1。下列說法錯誤的是()A．b電極反應(yīng)式為2H2O+2e-=H2↑+2OH-B．離子交換膜為陰離子交換膜C．電解時海水中動能高的水分子可穿過PTFE膜D．海水為電解池補水的速率為2mol·-11．銅鋅原電池為電化學(xué)建構(gòu)認(rèn)識模型奠定了重要的基礎(chǔ)，懂得原理才能真正做到舉一反三，應(yīng)用到其他復(fù)雜的電池分析中。鹽橋中裝有瓊脂凝膠，內(nèi)含氯化鉀。下面兩種原電池說法錯誤的是()A．原電池Ⅰ和Ⅱ的反應(yīng)原理都是Zn+Cu2+=Zn2++CuB．電池工作時，導(dǎo)線中電子流向為Zn→CuC．正極反應(yīng)為Zn-2e-=Zn2+，發(fā)生還原反應(yīng)D．電池工作時，鹽橋中的K+向右側(cè)燒杯移動，Cl-向左側(cè)燒杯移動2．風(fēng)力發(fā)電輸出功率的波動性導(dǎo)致其直接并網(wǎng)會對電網(wǎng)帶來不良影響，需要連接儲能電池裝置，通過儲能電池對電能的存儲、匯集，再集中供電來提高并網(wǎng)性能，下圖是水系鋁離子儲能電池工作機(jī)理，下列有關(guān)其說法不正確的是()A．單位質(zhì)量的鋁放出的電量高，并且價格低廉，儲量豐富B．鋁儲能電池是二次電池C．放電時，Al3+從正極材料的空隙中脫出進(jìn)入電解液，再以單質(zhì)鋁的形式沉積負(fù)極材料表面D．該電池中金屬鋁電極易形成致密的氧化鋁鈍化膜，阻斷鋁離子的傳輸從而降低電池效能3．科學(xué)家報道了一種新型可充電Na/Fe二次電池，其工作原理如圖所示，下列有關(guān)說法正確的是()A．充電時，X極為陰極，發(fā)生了氧化反應(yīng)B．充電時，Y極的電極反應(yīng)式為CaFeO2.5＋0.5Na2O-e-=CaFeO3＋Na＋C．充電時，可用乙醇代替有機(jī)電解質(zhì)溶液D．電極材料中，單位質(zhì)量金屬放出的電能：Na＞Li4．香港城市大學(xué)化學(xué)工作者首次提出了電池(如圖)，該電池使用N2為原料，以離子液體()為電解質(zhì)，既實現(xiàn)了能量的存儲，又實現(xiàn)了的生產(chǎn)，和堿反應(yīng)能產(chǎn)生NH3，可進(jìn)一步生產(chǎn)氮肥。下列說法錯誤的是()A．極為負(fù)極，發(fā)生氧化反應(yīng)B．電池總反應(yīng)為2C．石墨烯電極反應(yīng)式為D．生成標(biāo)準(zhǔn)狀況下33.6LNH3，電池中轉(zhuǎn)移3mol電子5．如圖所示的鋰-二氧化錳電池是以高氯酸鋰或三氟甲基磺酸鋰為電解質(zhì)，其正極反應(yīng)是一種典型的嵌入式反應(yīng)，電池總反應(yīng)為Li+MnO2LiMnO2。下列說法不正確的是()A．鋰片做負(fù)極，發(fā)生氧化反應(yīng)B．放電時，電子移動方向為：電極蓋1→用電器→電極蓋2→內(nèi)電路→電極蓋1C．高氯酸鋰或三氟甲基磺酸鋰應(yīng)溶解在非水有機(jī)溶劑中D．放電時，正極反應(yīng)為：MnO2+Li++e-═LiMnO26．(2024·河北邢臺王岳聯(lián)盟高三聯(lián)考)我國最近在太陽能光電催化一化學(xué)耦合處理硫化氫研究中獲得新進(jìn)展，相關(guān)裝置如圖所示。下列說法錯誤的是()A．該裝置中能量轉(zhuǎn)化形式有化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能B．該裝置工作時，b極為正極C．a(chǎn)極的電極反應(yīng)式為Fe2+-e-=Fe3+D．電路中每通過1mole-，可處理34gH2S7．如圖，科學(xué)家基于易溶于C的性質(zhì)，發(fā)展了一種無需離子交換膜的新型氯流電池，可作儲能設(shè)備，總方程式為：NaTNaNa3T。下列說法正確的是()A．放電時Na溶液的減小B．放電時透過多孔活性炭電極向C中遷移C．充電時的陰極反應(yīng)為NaTNaNa3TD．充電時，電路中每轉(zhuǎn)移2mol，理論上從C中釋放1mol8．光催化微生物燃料電池的工作原理如圖所示：已知：電極a在光激發(fā)條件下會產(chǎn)生電子(e-)-空穴(h+)。下列說法錯誤的是()A．電極電勢：電極a>電極bB．光激發(fā)時，光生電子會與O2結(jié)合，光生空穴會與電極b產(chǎn)生的電子結(jié)合C．電極b發(fā)生的電極反應(yīng)式為D．電池工作一段時間后，右側(cè)溶液pH保持不變(不考慮CO2的溶解)9．(2024·遼寧沈陽市第一二〇中學(xué)校高三期中)哈爾濱工業(yè)大學(xué)的研究團(tuán)隊發(fā)現(xiàn)，以非晶態(tài)Ni(Ⅲ)基硫化物為催化劑，能有效催化OER(析氧反應(yīng))和UOR(尿素氧化反應(yīng))，從而降低電解水制氫過程中的能耗，其工作原理和反應(yīng)機(jī)理如圖所示：下列說法正確的是()A．UOR的電化學(xué)反應(yīng)總過程為CO(NH2)2-6e-+6OH-=CO2↑+N2↑+5H2OB．電解過程中，電極A附近溶液的pH不變C．OER分四步進(jìn)行，其中沒有非極性鍵的形成與斷裂D．若將光伏電池?fù)Q成鉛蓄電池，電極A應(yīng)連接鉛蓄電池的PbO2電極10．(2024·山東德州高三期中)中國科學(xué)院將分子I2引入電解質(zhì)中調(diào)整充電和放電反應(yīng)途徑，實現(xiàn)了高功率可充電LiSOCl2電池，工作原理如下圖所示。下列有關(guān)說法錯誤的是()A．分子I2的引入催化了電池放電和充電過程B．電池工作環(huán)境必須在無水無氧的條件下進(jìn)行C．充電時陰極反應(yīng)式：2LiCl+I2+2e-=2ICl+2Li+D．電池的放電總反應(yīng)：4Li+2SOCl2=4LiCl+S+SO2↑11．(2024·山東省新高考聯(lián)合質(zhì)量測評高三聯(lián)考)中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)某課題組發(fā)明一款可充放電的全固態(tài)鈉電池，本發(fā)明提供的固態(tài)鈉離子電解質(zhì)的制備方法工藝簡單、成本低廉、生產(chǎn)效率高，適用于大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)。工作原理如圖所示，下列說法正確的是()A．放電時，電極電勢N極高于M極B．充電時，由M極遷移至N極C．充電時，M極電極反應(yīng)式為Na3V2(PO4)3+2e-=NaV2(PO4)3+2Na+D．為了降低成本，可以將固態(tài)聚合物電解質(zhì)換為Na3PO4溶液12．銅基配合物電催化還原CO2的裝置原理如圖所示，下列說法不正確的是()A．石墨烯為陽極，發(fā)生電極反應(yīng)為CO2+2e-+2H+=HCOOHB．Pt電極附近溶液的pH值減小C．每轉(zhuǎn)移2mol電子，陽極室、陰極室溶液質(zhì)量變化量的差值為28gD．該裝置可減少CO2在大氣中累積和實現(xiàn)可再生能源有效利用13．某科研小組利用下圖裝置完成乙炔轉(zhuǎn)化為乙烯的同時為用電器供電。其中鋅板處發(fā)生的反應(yīng)有：①ZnZn2+；②Zn2++4OH-=[Zn((OH)4]2-；③Zn[Zn((OH)4]2-=ZnO+2OH-+H2O。下列說法不正確的是()A．電極a的電勢高于電極b的電勢B．放電過程中正極區(qū)KOH溶液濃度保持不變C．電極a上發(fā)生的電極反應(yīng)式為D．電解足量CuSO4溶液，理論上消耗2.24L(標(biāo)準(zhǔn)狀況)C2H2時，生成6.4gCu14．高鐵酸鈉(Na2FeO4)是一種新型的消毒劑，以Fe、Ni為電極制取Na2FeO4的原理如圖所示。下列敘述錯誤的是()A．Fe電極的電極反應(yīng)式為Fe-6e-＋8OH-=FeO4