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-1-专题7化学能与电能备考篇提纲挈领【考情探究】课标解读考点原电池原理及应用电解原理及应用解读1.理解原电池的构成、工作原理及应用,能书写电极反应和总反应方程式2.了解金属发生电化学腐蚀的原因、金属腐蚀的危害以及防止金属腐蚀的措施3.了解常见化学电源的种类及其工作原理理解电解池的构成、工作原理及应用,能书写电极反应和总反应方程式考情分析本专题的考题以中等难度的题为主。设题形式通常有选择题和填空题。与本专题有关的选择题主要考查电极反应式正误判断、正负极和阴阳极判断、电子和电流流向判断以及电极产物判断等;填空题主要考查电极反应式的书写和电池总反应式的书写、正负极和阴阳极的判断。通常伴随考查氧化还原反应有关知识备考指导2021年高考备考重点关注新型燃料电池有关知识和与化工生产有密切关系的电化学反应。熟练掌握基础知识,适当做一些“新颖题”拓展思路,以一种积极的状态备考【真题探秘】-2-基础篇固本夯基【基础集训】考点一原电池原理及应用1.镁—空气电池的工作原理如图所示。下列说法错误的是()A.电池工作时电极B上会生成少量气体,该气体可能是H2B.电池工作时,电子由电极A经外电路流向电极BC.若采用阴离子交换膜,能防止负极区形成Mg(OH)2沉淀D.电池工作时的主要反应为:2Mg+O2+2H2O2Mg(OH)2答案C2.“碳呼吸电池”是一种新型能源装置,其工作原理如下图。下列说法正确的是()-3-A.该装置是将电能转变为化学能的装置B.正极的电极反应式为:C22--2e-2CO2↑C.每得到1mol草酸铝,电路中转移3mol电子D.利用该装置可捕捉大气中的CO2答案D3.(2018苏州调研,12)下列说法正确的是()A.反应NH3(g)+HCl(g)NH4Cl(s)的ΔH0,ΔS0B.若在海轮外壳上附着一些铜块,则可以减缓海轮外壳的腐蚀C.用pH均为11的氨水和NaOH溶液分别中和等体积、等浓度的盐酸,消耗氨水的体积大D.H2O与Na2O2反应生成1molO2,反应中转移的电子数为×6.02×1023答案A考点二电解原理及应用4.一种生物电化学方法脱除水体中NH的原理如下图所示:下列说法正确的是()A.装置工作时,化学能转化为电能B.装置工作时,a极周围溶液pH降低C.装置内工作温度越高,NH脱除率一定越大D.电极b上发生的反应之一是2N--2e-N2↑+2↑答案B5.H2S有剧毒,石油化工中常用以下方法处理石油炼制过程中产生的H2S废气。先将含H2S的废气(其他成分不参与反应)通入FeCl3溶液中,过滤后将溶液加入以铁和石墨棒为电极的电解槽中电解(如下图所示),电解后溶液可以循环利用。下列有关说法不正确的是()-4-A.过滤所得沉淀的成分为S和FeSB.与外接电源a极相连的电极反应式为Fe2+-e-Fe3+C.与外接电源b相连的是铁电极D.若有0.20mol的电子转移,得到氢气2.24L(标准状况)答案A6.废水中的有害物质不同,处理方法也不相同。酸性废水中的NH可在一定条件下利用硝酸盐菌转化为N-,再用图甲电化学装置除去N-。①1molNH转化为N-需要消耗O2的物质的量为。②阴极的电极反应式为。甲答案(1)①2mol②2N-+10e-+12H+N2↑+6H2O综合篇知能转换【综合集训】1.(2019扬州期中,9)H2S废气资源化利用途径之一是回收能量并得到单质硫。反应原理为:2H2S(g)+O2(g)S2(s)+2H2O(l)ΔH=-62kJ·mol-1,如图为H2S燃料电池的示意图。下列说法正确的是()-5-A.电极b为电池的负极B.电极b上发生的电极反应为:O2+2H2O+4e-4OH-C.电路中每流过4mol电子,电池会产生632kJ电能D.每34gH2S参与反应,有2molH+经质子膜进入正极区答案D2.(2018南通海门中学调研二,9)含乙酸钠和对氯苯酚()的废水可以利用微生物电池除去,其原理如下图所示。下列说法正确的是()A.该装置中电能转化为化学能B.每转移8mol电子消耗1molCH3COO-C.电子从A极经导线流向B极D.A极电极反应式为答案B3.[2020届仿真冲刺练二,20(5)(6)]甲醇不仅是重要的化工原料,还是性能优良的能源和车用燃料。Ⅱ.如图是甲醇燃料电池工作原理示意图。-6-(5)当内电路转移1.5molC2-时,消耗甲醇的质量是g。(6)正极的电极反应式为。答案Ⅱ.(5)16(6)O2+2CO2+4e-2C2-4.[2020届扬州中学开学测试,19(2)]CO2的资源化对于构建低碳社会具有重要意义。(2)高温共电解CO2和H2O是一种制备清洁燃料的新技术,其原理如图所示。电极a上的电极反应式是H2O+2e-H2+O2-和。答案(2)CO2+2e-CO+O2-应用篇知行合一【应用集训】1.(2020届南通栟茶中学学情监测一,10)锌-空气电池(原理如图)适宜用作电动车的动力电源,该电池放电时Zn转化为ZnO。该电池工作时下列说法正确的是()A.氧气在石墨电极上发生氧化反应B.该电池的负极反应为Zn+H2O-2e-ZnO+2H+C.该电池放电时OH-向石墨电极移动D.该电池充电时应将Zn电极与电源负极相连答案D2.(2020届南师附中阶段测试一,10)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+2nH2O4M(OH)n。-7-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-空气电池的理论比能量最高C.Mg-空气电池放电过程的正极反应式:4Mn++nO2+2nH2O+4ne-4M(OH)nD.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C3.(2019盐城期中,13)2017年法国科研人员发明一种新的低能量电解合成1,2-二氯乙烷的方法,其原理及装置如下图所示:装置工作时,下列说法正确的是()A.化学能转变为电能B.阳极主要发生2Cl--2e-Cl2↑C.X、Y依次为阴离子交换膜、阳离子交换膜D.该工艺总反应为CH2CH2+2H2O+2NaClH2+2NaOH+ClCH2CH2Cl答案CD4.(2018苏中苏北七市调研二,10)铝石墨双离子电池是一种全新低成本、高效电池,原理为AlLi+Cx(PF6)Al+xC+Li++P6-,电池结构如图所示。下列说法正确的是()A.放电时外电路中电子向铝锂电极移动B.放电时正极反应为Cx(PF6)+e-xC+P6--8-C.充电时应将铝石墨电极与电源负极相连D.充电时,若电路中转移1mol电子,阴极质量增加9g答案B创新篇守正出奇创新集训1.(2019云南保山市级统一检测,12)中国科学家用墨汁书写后的纸张作为空气电极,设计并组装了轻型、柔性、能折叠的可充电锂-空气电池如图甲,电池的工作原理如图乙。下列有关说法正确的是()A.放电时,纸张中的纤维素作为锂电池的负极B.充电时,若阳极放出1molO2,则有4mole-回到电源正极C.闭合开关K给锂电池充电,X对应充电电极上的反应为Li++e-LiD.放电时,Li+由正极经过有机电解质溶液移向负极答案C2.(2019江西南昌一模,13)微生物燃料电池(MFC)是一种现代化氨氮去除技术。下图为MFC碳氮联合同时去除的转化系统原理示意图。下列说法正确的是()A.好氧微生物反应器中反应为NH+2O2N-+2H++H2OB.B极电势比A极电势低C.A极的电极反应式为CH3COO-+8e-+2H2O2CO2↑+7H+D.当电路中通过1mol电子时,理论上总共生成2.24LN2答案A-9-3.(2019河南中原名校联考,11)一种电催化合成氨的装置如图所示。该装置工作时,下列说法正确的是()A.图中涉及的能量转化方式共有3种B.两极产生的气体的物质的量之比是1∶1C.电路中每通过1mol电子,有1molH+迁移至a极D.b极上发生的主要反应为N2+6H++6e-2NH3答案D【五年高考】考点一原电池原理及应用1.(2018江苏单科,10,2分)下列说法正确的是()A.氢氧燃料电池放电时化学能全部转化为电能B.反应4Fe(s)+3O2(g)2Fe2O3(s)常温下可自发进行,该反应为吸热反应C.3molH2与1molN2混合反应生成NH3,转移电子的数目小于6×6.02×1023D.在酶催化淀粉水解反应中,温度越高淀粉水解速率越快答案C2.(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+H2O3H2+CO,每消耗1molCH4转移12mol电子-10-B.电极A上H2参与的电极反应为:H2+2OH--2e-2H2OC.电池工作时,C2-向电极B移动D.电极B上发生的电极反应为:O2+2CO2+4e-2C2-答案D3.(2018课标Ⅲ,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,电解质溶液中Li+向多孔碳材料区迁移D.充电时,电池总反应为Li2O2-x2Li+(1-2)O2↑答案D4.[2016江苏单科,20(1)(2),7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染物。(1)铁炭混合物在水溶液中可形成许多微电池。将含有Cr272-的酸性废水通过铁炭混合物,在微电池正极上Cr272-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。①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-11-。②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。答案(7分)(1)Cr272-+14H++6e-2Cr3++7H2O(2分)(2)①活性炭对Cu2+和Pb2+有吸附作用(2分)②铁的质量分数增加,铁炭混合物中微电池数目减少(3分)考点二电解原理及应用5.(2018课标Ⅰ,1,6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CO2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:①EDTA-Fe2+-e-EDTA-Fe3+②2EDTA-Fe3++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:CO2+2H++2e-CO+H2OB.协同转化总反应:CO2+H2SCO+H2O+SC.石墨烯上的电势比ZnO@石墨烯上的低D.若采用Fe3+/Fe2+取代EDTA-Fe3+/EDTA-Fe2+,溶液需为酸性答案C6.[2019江苏单科,20(2),4分]CO2的资源化利用能有效减少CO2排放,充分利用碳资源。(2)电解法转化CO2可实现CO2资源化利用。电解CO2制HCOOH的原理示意图如图2。-12-图2①写出阴极CO2还原为HCOO-的电极反应式:。②电解一段时间后,阳极区的KHCO3溶液浓度降低,其原因是。答案(2)①C2+H++2e-HCOO-或CO2+HC-+2e-HCOO-+C2-②阳极产生O2,pH减小,HC-浓度降低;K+部分迁移至阴极区7.[2017江苏单科,16(4)(5),6分]铝是应用广泛的金属。以铝土矿(主要成分为Al2O3,含SiO2和Fe2O3等杂质)为原料制备铝的一种工艺流程如下:注:SiO2在“碱溶”时转化为铝硅酸钠沉淀。()“电解Ⅱ”是电解Na2CO3溶液,原理如图所示。阳极的电极反应式为