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第7讲电化学-2-最新考纲核心素养1.理解原电池和电解池的构成、工作原理及应用,能书写电极反应和总反应方程式。了解常见化学电源的种类及其工作原理。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。1.能以变化观念认识电化学反应的本质是氧化还原反应,能多角度、动态分析电化学反应,并运用电化学原理解决实际问题。2.能运用原电池、电解池模型示意图解释电极及电池反应现象,揭示“放电”“充电”时现象的本质与规律。培养证据推理意识以及科学探究能力。3.能够发现和提出有探究价值的新型化学电源、环境污染与防治等电化学问题,确定探究目的,设计探究方案,进行实验探究,能根据实验现象总结规律,培养科学探究与创新意识以及科学态度与社会责任。原电池原理及应用真题示例1.(2019全国1,12)利用生物燃料电池原理研究室温下氨的合成,电池工作时MV2+/MV+在电极与酶之间传递电子,示意图如下所示。下列说法错误的是()A.相比现有工业合成氨,该方法条件温和,同时还可提供电能B.阴极区,在氢化酶作用下发生反应H2+2MV2+===2H++2MV+C.正极区,固氮酶为催化剂,N2发生还原反应生成NH3D.电池工作时质子通过交换膜由负极区向正极区移动-3-考点一考点二考点三答案解析解析关闭题给合成氨过程是在室温条件下进行的,因此比现有工业合成氨的条件温和,同时还能提供电能,A项正确;阴极区发生的是得电子的反应,而左池中发生的是失电子的反应,B项错误;右池为正极区,氮气发生还原反应生成氨气,C项正确;左池中产生的氢离子通过交换膜向右池移动,即由负极区移向正极区,D项正确。答案解析关闭B-4-考点一考点二2.(2019全国3,13)为提升电池循环效率和稳定性,科学家近期利用三维多孔海绵状Zn(3D-Zn)可以高效沉积ZnO的特点,设计了采用强碱性电解质的3D-Zn-NiOOH二次电池,结构如下图所示。电池反应为Zn(s)+2NiOOH(s)+H2O(l)ZnO(s)+2Ni(OH)2(s)。下列说法错误的是()考点三-5-考点一考点二A.三维多孔海绵状Zn具有较高的表面积,所沉积的ZnO分散度高B.充电时阳极反应为Ni(OH)2(s)+OH-(aq)-e-===NiOOH(s)+H2O(l)C.放电时负极反应为Zn(s)+2OH-(aq)-2e-===ZnO(s)+H2O(l)D.放电过程中OH-通过隔膜从负极区移向正极区考点三答案解析解析关闭三维多孔海绵状Zn类似于活性炭,故表面积较大,可高效沉积ZnO,所沉积的ZnO分散度也高,A项正确;根据总反应式Zn(s)+2NiOOH(s)+H2OZnO(s)+2Ni(OH)2(s)可知,充电时Ni(OH)2(s)在阳极上发生氧化反应Ni(OH)2(s)+OH-(aq)-e-NiOOH(s)+H2O(l),B项正确;放电时Zn在负极上发生氧化反应Zn(s)+2OH--2e-ZnO(s)+H2O(l),C项正确;在放电过程中,阴离子应向负极移动,D项错误。答案解析关闭D-6-考点一考点二3.(2018全国1,13)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:该装置工作时,下列叙述错误的是()①EDTA-Fe2+-e-EDTA-Fe3+②2EDTA-Fe3++H2S2H++S+2EDTA-Fe2+考点三-7-考点一考点二A.阴极的电极反应:CO2+2H++2e-===CO+H2OB.协同转化总反应:CO2+H2S===CO+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+,溶液需为酸性考点三答案解析解析关闭根据图示可知,ZnO@石墨烯电极上发生还原反应,则该电极为阴极,电极反应式为CO2+2H++2e-CO+H2O,A项正确;根据题干信息及图中两电极上的反应可知,该电化学装置(电解池)中的总反应为CO2+H2SCO+S+H2O,B项正确;石墨烯作阳极,ZnO@石墨烯作阴极,阳极上的电势应高于阴极上的电势,C项错误;若采用Fe3+/Fe2+取代EDTA-Fe3+/EDTA-Fe2+,溶液需为酸性,否则Fe3+、Fe2+可形成沉淀,且H2S和S不能稳定存在,D项正确。答案解析关闭C-8-考点一考点二4.(2018全国3,11)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-𝑥2)O2考点三答案解析解析关闭放电时,该电池中锂作负极,多孔碳材料作正极,A项错误;放电时,外电路电子由负极流向正极,即由锂电极流向多孔碳材料电极,B项错误;充电时,锂电极作阴极,多孔碳材料电极作阳极,电解质溶液中Li+应向锂电极区移动,C项错误;充电反应与放电反应相反:Li2O2-x2Li+(1-𝑥2)O2,D项正确。答案解析关闭D-9-考点一考点二考点突破1.原电池的结构及工作原理(以Cu、Zn和稀硫酸构成的原电池为例)负极装置正极活泼金属,电子流出,阴离子移向负极,发生氧化反应“惰性”材料,电子流入,阳离子移向正极,发生还原反应Zn-2e-Zn2+总反应:2H++ZnH2↑+Zn2+2H++2e-H2↑化学能→电能考点三-10-考点一考点二2.原电池正、负极的判断(1)依据构成原电池两极的电极材料判断。一般是较活泼的金属为负极,活泼性较弱的金属或能导电的非金属为正极。(2)依据原电池两极发生反应的类型判断。负极发生氧化反应;正极发生还原反应。(3)依据电子流动方向或电流方向判断。在外电路中,电子由负极流向正极,电流由正极流向负极。(4)依据原电池电解质溶液中离子的移动方向判断。阳离子向正极移动,阴离子向负极移动。(5)依据原电池盐桥中离子的移动方向判断。阳离子向正极移动,阴离子向负极移动。考点三-11-考点一考点二3.新型化学电源中电极反应式的书写方法(1)书写步骤。考点三-12-考点一考点二(2)不同介质在电极反应式中的“去留”。中性溶液反应物若是H+得电子或OH-失电子,则H+或OH-均来自水的电离酸性溶液反应物或生成物中均没有OH-碱性溶液反应物或生成物中均没有H+水溶液不能出现O2-考点三-13-考点一考点二应考训练考向1原电池工作原理1.(2019湖南邵东县创新实验学校高三检测)某同学利用氧化还原反应2KMnO4+10FeSO4+8H2SO4===2MnSO4+5Fe2(SO4)3+K2SO4+8H2O设计如图所示原电池,盐桥中装有饱和K2SO4溶液。下列说法正确的是()A.b电极上发生还原反应B.外电路电子的流向是从a到bC.电池工作时,盐桥中的SO42-移向甲烧杯D.a电极上发生的反应为MnO4-+8H++5e-Mn2++4H2O考点三答案解析解析关闭根据原电池的工作原理可知,负极失电子发生氧化反应,正极得电子发生还原反应,b极上电极反应式为Fe2+-e-Fe3+,A错误;外电路电子流向是从b流向a,B错误;在原电池电解质溶液中阴离子向负极移动,阳离子向正极移动,SO42-向b极移动,C错误;电池总反应式为2MnO4-+10Fe2++16H+2Mn2++10Fe3++8H2O,a极电极反应式=电池总反应式-b电极反应式,即a电极反应式为2MnO4-+16H++10e-2Mn2++8H2O,化简得MnO4-+8H++5e-Mn2++4H2O,D正确。答案解析关闭D-14-考点一考点二考向2可充电电池2.(2019山东潍坊高三一模)石墨烯电池是利用锂离子在石墨烯表面和电极之间快速大量穿梭运动的特性而研发的新型可充电电池,其电池反应式为LixC6+Li1-xCoO2C6+LiCoO2,其工作原理如图所示。下列关于该电池的说法正确的是()考点三-15-考点一考点二A.充电时,Li+嵌入LiCoO2中B.放电时,LiCoO2极发生的电极反应为LiCoO2-e-===Li1-xCoO2+Li+C.放电时负极反应为Li-e-===Li+D.充电时,若转移1mole-,石墨烯电极增重7g考点三答案解析解析关闭充电时,根据Li+移动方向可知,石墨烯为阴极,电极反应式为C6+xLi++xe-LixC6,则Li+嵌入石墨烯,A项错误;放电时,LiCoO2极是正极,发生得电子的还原反应,电极反应式为Li1-xCoO2+xLi++xe-LiCoO2,故B项错误;放电时负极反应为LixC6-xe-C6+xLi+,原电池中无Li单质存在,故C项错误;充电时,石墨烯电极的电极反应式为C6+xLi++xe-LixC6,根据关系式xe-~C6~LixC6,电极增重的实际质量为锂元素的质量,所以若转移1mole-,则电极增重为1mol×7g·mol-1=7g,故D项正确。答案解析关闭D-16-考点一考点二方法技巧有关可逆电池的解题思路考点三-17-考点一考点二考向3燃料电池3.(2019黑龙江哈尔滨呼兰区第一中学高三月考)一种熔融碳酸盐燃料电池原理示意图如下。有关该电池的说法正确的是()考点三-18-考点一考点二A.反应CH4+H2O3H2+CO中每消耗1molCH4转移12mol电子B.电极B上发生的电极反应:O2+2CO2+4e-2CO32-C.电池工作时,CO32-向电极B移动D.电极A上H2参与的电极反应:H2+2OH--2e-2H2O考点三答案解析解析关闭反应CH4+H2O3H2+CO中碳元素化合价由-4价升高到+2价,氢元素化合价由+1价降低到0价,每消耗1molCH4转移6mol电子,A错误;电极B为正极,正极为氧气得电子生成CO32-,电极反应为O2+2CO2+4e-2CO32-,B正确;电池工作时,CO32-向负极移动,即向电极A移动,故C错误;电解质中没有OH-,负极反应式为H2+CO+2CO32--4e-H2O+3CO2,D错误。答案解析关闭B-19-考点一考点二归纳总结燃料电池中氧气得电子的思维模型根据燃料电池的特点,一般在正极上发生还原反应的物质都是O2,O2得到电子后化合价降低,首先变成O2-,O2-能否稳定存在要看电解质环境。由于电解质溶液(酸、碱、盐)的不同,其电极反应也有所不同,下表为四种不同电解质环境中,氧气得电子后O2-的存在形式:电解质环境从电极反应式判氧元素的存在形式酸性电解质溶液环境下O2+4H++4e-2H2O碱性电解质溶液环境下O2+2H2O+4e-4OH-固体电解质(高温下能传导O2-)环境下O2+4e-2O2-熔融碳酸盐(如熔融K2CO3)环境下O2+2CO2+4e-2CO32-考点三-20-考点一考点二考向4原电池原理在工业生产中的应用4.(2019山东济南高三模拟)下图为利用电化学方法处理有机废水的原理示意图。下列说法正确的是()A.a、b极不能使用同种电极材料B.工作时,a极的电势低于b极的电势C.工作一段时间之后,a极区溶液的pH增大D.b极的电极反应式为CH3COO-+4H2O-8e-2HCO3-+9H+考点三答案解析解析关闭电极a、b上发生的反应不同,因而两极间形成电势差,故电极材料可相同也可不同,A项错误;工作时,电极b上CH3COO-HCO3-,碳元素化合价升高,电极b是原电池的负极,则电极a是原电池的正极,a极的电势高于b极的电势,B项错误;电极a(正极)电极反应式为+H++2e-+Cl-,正极每得到2mol电子时,为使溶液呈电中性,必有2molH+通过质子交换膜进入a极溶液,同时电极反应消耗1molH+。故工作一段时间之后,a极区溶液中H+浓度增大,pH减小,C项错误;根据图中物质转化过程,考虑到质量守恒和电荷守恒关系,电极b(负极)反应式为CH3COO-+4H2O-8e-2HCO3-+9H