2024届高三化学二轮复习 选择题突破7:电化学(含解析)

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2024届高三化学二轮复习 选择题突破7:电化学(含解析)

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选择题突破7 电化学
【真题回顾】
命题角度1 新型化学电源
1.(2022·湖南卷)海水电池在海洋能源领域备受关注,一种锂 海水电池构造示意图如下。下列说法错误的是(  )
A.海水起电解质溶液作用
B.N极仅发生的电极反应:2H2O+2e-===2OH-+H2↑
C.玻璃陶瓷具有传导离子和防水的功能
D.该锂 海水电池属于一次电池
2.(2023·全国新课标卷)一种以V2O5和Zn为电极、Zn(CF3SO3)2水溶液为电解质的电池,其示意图如下所示。放电时,Zn2+可插入V2O5层间形成ZnxV2O5·nH2O。下列说法错误的是(  )
A.放电时V2O5为正极
B.放电时Zn2+由负极向正极迁移
C.充电总反应:xZn+V2O5+nH2O===ZnxV2O5·nH2O
D.充电阳极反应:ZnxV2O5·nH2O-2xe-===xZn2++V2O5+nH2O
命题角度2 电解原理及应用
3.(2023·辽宁卷)某无隔膜流动海水电解法制H2的装置如下图所示,其中高选择性催化剂PRT可抑制O2产生。下列说法正确的是(  )
A.b端电势高于a端电势
B.理论上转移2 mol e-生成4 g H2
C.电解后海水pH下降
D.阳极发生:Cl-+H2O-2e-===HClO+H+
4.(2023·浙江1月选考)在熔融盐体系中,通过电解TiO2和SiO2获得电池材料(TiSi),电解装置如图,下列说法正确的是(  )
A.石墨电极为阴极,发生氧化反应
B.电极A的电极反应:8H++TiO2+SiO2+8e-===TiSi+4H2O
C.该体系中,石墨优先于Cl-参与反应
D.电解时,阳离子向石墨电极移动
命题角度3 电化学“膜”装置的应用
5.(2023·湖北卷)我国科学家设计如图所示的电解池,实现了海水直接制备氢气技术的绿色化。该装置工作时阳极无Cl2生成且KOH溶液的浓度不变,电解生成氢气的速率为x mol·h-1。下列说法错误的是(  )
A.b电极反应式为2H2O+2e-===H2↑+2OH-
B.离子交换膜为阴离子交换膜
C.电解时海水中动能高的水分子可穿过PTFE膜
D.海水为电解池补水的速率为2x mol·h-1
6.(2023·全国甲卷)用可再生能源电还原CO2时,采用高浓度的K+抑制酸性电解液中的析氢反应可提高多碳产物(乙烯、乙醇等)的生成率,装置如下图所示。下列说法正确的是(  )
A.析氢反应发生在IrOx Ti电极上
B.Cl-从Cu电极迁移到IrOx Ti电极
C.阴极发生的反应有:2CO2+12H++12e-===C2H4+4H2O
D.每转移1 mol电子,阳极生成11.2 L气体(标准状况)
【考点剖析】
微点1 新型化学电源
【典题精练】
1.(2023·辽宁卷)某低成本储能电池原理如下图所示。下列说法正确的是(  )
A.放电时负极质量减小
B.储能过程中电能转变为化学能
C.放电时右侧H+通过质子交换膜移向左侧
D.充电总反应:Pb+SO+2Fe3+===PbSO4+2Fe2+
2.(2023·重庆调研)一种无需离子交换膜的氯流电池的工作原理如图所示。下列说法正确的是(  )
A.充电时,a极接电源正极
B.充电时,左侧NaCl溶液储液罐中溶液的pH减小
C.放电时,a极的电极反应为Na3Ti2(PO4)3-2e-===NaTi2(PO4)3+2Na+
D.放电时,1 mol Cl2参与反应,理论上NaCl溶液增重71 g
3.(2023·北京海淀区期末)直接H2O2-H2O2燃料电池是一种新型化学电源,其工作原理如图所示。电池放电时,下列说法不正确的是(  )
A.电极Ⅰ为负极
B.电极Ⅱ的反应式为H2O2+2e-+2H+===2H2O
C.电池总反应为2H2O2===O2↑+2H2O
D.该电池的设计利用了H2O2在酸碱性不同条件下氧化性、还原性的差异
【智能提升】
1.图解原电池工作原理
2.原电池正、负极的判断方法
3.燃料电池中电极反应式的书写(以甲醇-O2的燃料电池为例)
酸性介质,如稀硫酸碱性介质,如KOH溶液 负极 CH3OH-6e-+H2O===CO2↑+6H+
正极 O2+6e-+6H+===3H2O
负极 CH3OH-6e-+8OH-===CO+6H2O
正极 O2+6e-+3H2O===6OH-
熔融盐介质,如熔融K2CO3 负极 CH3OH-6e-+3CO===4CO2↑+2H2O
正极 O2+6e-+3CO2===3CO
高温下能传导O2-的固体为电解质 负极 CH3OH-6e-+3O2-===CO2↑+2H2O
正极 O2+6e-===3O2-
4.可充电电池题目的解答思路
微点2 电解原理及应用
【典题精练】
4.(2023·浙江6月选考)氯碱工业能耗大,通过如图改进的设计可大幅度降低能耗,下列说法不正确的是(  )
A.电极A接电源正极,发生氧化反应
B.电极B的电极反应式为:2H2O+2e-===H2↑+2OH-
C.应选用阳离子交换膜,在右室获得浓度较高的NaOH溶液
D.改进设计中通过提高电极B上反应物的氧化性来降低电解电压,减少能耗
5.(2023·广州调研)通过电解废旧锂电池中的LiMn2O4回收锰和锂,电解示意图如图(其中滤布的作用是阻挡固体颗粒,但离子可自由通过;电解质溶液为H2SO4和MnSO4的混合溶液)。下列说法正确的是(  )
A.电极A为阳极,发生氧化反应
B.电极A处理1 mol LiMn2O4转移3 mol电子
C.电解一段时间后电解质溶液的pH减小
D.电解一段时间后电解质溶液中c(Mn2+)不变
6.(2023·石家庄质检)我国科学家研究发现,在MnO2/Mn2+氧化还原介质的辅助下,可将电解水分离为制氢和制氧两个独立的过程,从而实现低电压下电解水,其电化学原理如图所示。下列说法错误的是(  )
A.a、c为电源的负极
B.K向左端闭合时,N电极发生的反应为MnO2+2e-+4H+===Mn2++2H2O
C.产生等物质的量的H2和O2时,N电极质量减小
D.K向右端闭合时,电解过程中NaOH的物质的量不变
【智能提升】
1.图解电解池的工作原理
2.解答电解类问题的一般步骤
分析电解过程的思维程序:
(1)首先判断阴、阳极,分析阳极材料是惰性电极还是活性电极。
(2)再分析电解质水溶液的组成,找全离子并分阴、阳两组(不要忘记水溶液中的H+和OH-)。
(3)然后排出阴、阳两极的放电顺序。
电解池阴、阳两极的放电顺序
3.电解计算破题“3方法”
参考答案
真题回顾
1.B [海水中含有丰富的电解质,如氯化钠、氯化镁等,可作为电解质溶液,故A正确;N为正极,电极反应为2H2O+2e-===2OH-+H2↑和O2+2H2O+4e-===4OH-,故B错误;Li为活泼金属,易与水反应,玻璃陶瓷的作用是防止水和Li反应,并能传导离子,故C正确;该电池不可充电,属于一次电池,故D正确。]
2.C [由题中信息可知,该电池中Zn为负极、V2O5为正极,电池的总反应为xZn+V2O5+nH2O===ZnxV2O5·nH2O。A.由题信息可知,放电时,Zn2+可插入V2O5层间形成ZnxV2O5·nH2O,V2O5发生了还原反应,则放电时V2O5为正极,A说法正确;B.Zn为负极,放电时Zn失去电子变为Zn2+,阳离子向正极迁移,则放电时Zn2+由负极向正极迁移,B说法正确;C.电池在放电时的总反应为xZn+V2O5+nH2O===ZnxV2O5·nH2O,则其在充电时的总反应为ZnxV2O5·nH2O===xZn+V2O5+nH2O,C说法不正确;D.充电阳极上ZnxV2O5·nH2O被氧化为V2O5,则阳极的电极反应为ZnxV2O5·nH2O-2xe-===xZn2++V2O5+nH2O,D说法正确。]
3.D [由图可知,钛网电极上在PRT的抑制下,Cl-放电生成HClO,电极反应为Cl-+H2O-2e-===HClO+H+,故钛网电极为阳极,a为正极,b为负极,钛箔电极为阴极,该电极上水放电生成氢气,电极反应为2H2O+2e-===H2↑+2OH-,电解池总反应为NaCl+H2ONaClO+H2↑,以此解题。A.由分析可知,a为正极,b电极为负极,则a端电势高于b端电势,A错误;B.右侧电极上产生氢气的电极方程式为:2H2O+2e-===H2↑+2OH-,则理论上转移2 mol e-生成2 g H2,B错误;C.由分析知电解后得到NaClO溶液,水解呈碱性,溶液的pH升高,C错误;D.由图可知,阳极上的电极反应为:Cl-+H2O-2e-===HClO+H+,D正确。]
4.C [由图可知,电解时,石墨电极上C转化为CO,发生氧化反应,为阳极,与电源正极相连,则电极A作阴极,TiO2和SiO2获得电子产生电池材料(TiSi),电极反应为TiO2+SiO2+8e-===TiSi+4O2-。A项,石墨电极为阳极,A错误;B项,电极A的电极反应为TiO2+SiO2+8e-===TiSi+4O2-,B错误;C项,根据图中信息可知,该体系中,石墨优先于Cl-参与反应,C正确;D项,电解池中石墨电极为阳极,阳离子向阴极(电极A)移动,D错误;故选C。]
5.D [由图可知,该装置为电解水制取氢气的装置,a电极与电源正极相连,为电解池的阳极,b电极与电源负极相连,为电解池的阴极,阴极反应为2H2O+2e-===H2↑+2OH-,阳极反应为4OH--4e-===O2↑+2H2O,电池总反应为2H2O2H2↑+O2↑,据此解答。A.b电极为阴极,发生还原反应,电极反应为2H2O+2e-===H2↑+2OH-,故A正确;B.该装置工作时阳极无Cl2生成且KOH浓度不变,阳极发生的电极反应为4OH--4e-===O2↑+2H2O,为保持OH-离子浓度不变,则阴极产生的OH-离子要通过离子交换膜进入阳极室,即离子交换膜应为阴离子交换膜,故B正确;C.电解时电解槽中不断有水被消耗,海水中的动能高的水可穿过PTFE膜,为电解池补水,故C正确;D.由电解总反应可知,每生成1 mol H2要消耗1 mol H2O,生成H2的速率为x mol·h-1,则补水的速率也应是x mol·h-1,故D错误。]
6.C [由图可知,该装置为电解池,与直流电源正极相连的IrOx Ti电极为电解池的阳极,水在阳极失去电子发生氧化反应生成氧气和氢离子,电极反应式为2H2O-4e-===O2↑+4H+,铜电极为阴极,酸性条件下二氧化碳在阴极得到电子发生还原反应生成乙烯、乙醇等,电极反应式为2CO2+12H++12e-===C2H4+4H2O、2CO2+12H++12e-===C2H5OH+3H2O,电解池工作时,氢离子通过质子交换膜由阳极室进入阴极室。A.析氢反应为还原反应,应在阴极发生,即在铜电极上发生,故A错误;B.离子交换膜为质子交换膜,只允许氢离子通过,Cl-不能通过,故B错误;C.由分析可知,铜电极为阴极,酸性条件下二氧化碳在阴极得到电子发生还原反应生成乙烯、乙醇等,电极反应式有2CO2+12H++12e-===C2H4+4H2O,故C正确;D.水在阳极失去电子发生氧化反应生成氧气和氢离子,电极反应式为2H2O-4e-===O2↑+4H+,每转移1 mol电子,生成0.25 mol O2,在标况下体积为5.6 L,故D错误。]
考点剖析
微点1
典题精练
1.B [该储能电池放电时,Pb为负极,失电子结合硫酸根离子生成PbSO4,则多孔碳电极为正极,正极上Fe3+得电子转化为Fe2+;充电时,多孔碳电极为阳极,Fe2+失电子生成Fe3+,PbSO4电极为阴极,PbSO4得电子生成Pb和SO。A.放电时负极上Pb失电子结合硫酸根离子生成PbSO4附着在负极上,负极质量增大,A错误;B.储能过程中,该装置为电解池,将电能转化为化学能,B正确;C.放电时,右侧为正极,电解质溶液中的阳离子向正极移动,左侧的H+通过质子交换膜移向右侧,C错误;D.充电时,总反应为PbSO4+2Fe2+===Pb+SO+2Fe3+,D错误。]
2.C [该装置连接负载时为原电池,根据b极上氯气转化为Cl-,发生还原反应,知b极为正极,a极为负极。充电时a极为阴极,接电源负极,A项错误;充电时左侧为阴极区,电极反应为NaTi2(PO4)3+2e-+2Na+===Na3Ti2(PO4)3,左侧NaCl溶液储液罐中溶液的pH不变,B项错误;由上述分析知,C项正确;根据电极反应式知,放电时,1 mol Cl2参与反应,有2 mol Na+、2 mol Cl-进入NaCl溶液中,溶液增重117 g,D项错误。]
3.C [燃料电池放电过程中,负极失去电子发生氧化反应,正极得到电子发生还原反应,电子由负极经外电路流向正极,由图中电子的移动方向知,电极Ⅰ为负极,A正确;由上述分析知,B正确;该电池放电过程中,正极区的H+来自H2SO4,负极区的OH-来自KOH,K+通过阳离子交换膜进入正极区与SO结合生成K2SO4,因此该电池的总反应方程式为2H2O2+2KOH+H2SO4===4H2O+K2SO4+O2↑,C错误;由该电池的工作原理可知,在酸性环境中H2O2以氧化性为主,在碱性环境中H2O2以还原性为主,因此该电池的设计利用了H2O2在酸碱性不同条件下氧化性、还原性的差异,D正确。]
微点2
典题精练
4.B [A.电极A是氯离子变为氯气,化合价升高,失去电子,是电解池阳极,因此电极A接电源正极,发生氧化反应,故A正确;B.电极B为阴极,通入氧气,氧气得到电子,其电极反应式为:2H2O+4e-+O2===4OH-,故B错误;C.右室生成氢氧根,应选用阳离子交换膜,左边的钠离子进入到右边,在右室获得浓度较高的NaOH溶液,故C正确;D.改进设计中通入氧气,提高了电极B处的氧化性,通过反应物的氧化性来降低电解电压,减少能耗,故D正确。]
5.B [电极A为阴极,发生还原反应,A项错误;电极A的电极反应为2LiMn2O4+6e-+16H+===2Li++4Mn2++8H2O,故处理1 mol LiMn2O4转移3 mol电子,B项正确;该电解池的总反应为2LiMn2O4+2H2SO4Li2SO4+MnSO4+3MnO2+2H2O,电解时消耗硫酸,生成MnSO4,故电解一段时间后电解质溶液的pH增大,电解质溶液中c(Mn2+)增大,C项错误,D项错误。]
6.B [由图可知,a、c为电源的负极,A项正确;K向左端闭合时,N电极为阳极,Mn2+失去电子生成MnO2,电极反应式为Mn2++2H2O-2e-===MnO2+4H+,B项错误;产生1 mol氢气转移电子2 mol,N电极生成1 mol MnO2,产生1 mol O2,转移4 mol电子,N电极发生反应:MnO2+4H++2e-===Mn2++2H2O,消耗2 mol MnO2,故产生等物质的量的H2和O2时,N电极质量减小,C项正确;K向右端闭合时,氢氧根离子放电生成氧气,氢氧根离子由双极膜中水电离产生,NaOH的物质的量不变,D项正确。]

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