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(共41张PPT)
专题五　电化学
新型化学电源
分析维度 具体内容与考情
专题地位 必考重点,核心主干。电化学是高考化学的“常青树”,每年必考。通常以选择题(1道)和填空题(工艺流程、实验探究或原理大题中的1-2问)的形式出现,分值约占6-10分,是拉开分数差距的关键板块之一。
分析维度 具体内容与考情
核心考点 1.原电池原理与应用:判断电极、书写电极反应式、判断电子/离子移动方向、分析反应现象。
2.电解池原理与应用:判断阴阳极、书写电极反应式、分析电解质溶液浓度/pH变化、计算产物的量。
3.原电池与电解池的融合与区分:判断装置是原电池还是电解池(有无外接电源)、可充电电池(放电为原电池,充电为电解池)。
4.金属的腐蚀与防护:析氢腐蚀与吸氧腐蚀的辨析与电极反应式书写、金属防护的三种方法(改变内部结构、覆盖保护层、电化学保护法)。
5.新型化学电源:燃料电池(酸性、碱性、熔融碳酸盐、固体氧化物电解质)、锂离子电池等;这是当前最大的命题热点。
分析维度 具体内容与考情
常见题型 选择题:判断装置类型(原/电解池);判断电极性质及反应类型;判断离子移动方向或电子流向;分析溶液pH、浓度变化;比较金属活动性强弱;评价金属防护措施。
填空题: 电极反应式的书写(最高频、最核心);总反应与电极反应的互推;计算产物的质量、体积或转移电子数;结合工艺流程,考查电解在物质制备、提纯中的应用(如电解精炼铜、冶活泼金属、制备NaOH等);结合实验探究,设计或分析电化学实验。
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命题趋势 与热点 1.情境新颖化:试题多以新型电池技术(如Li-CO2电池、Na离子电池、液流电池)、能源转换与存储(如电解水制氢、CO2电化学还原)、工业生产应用(如电镀、电冶金、污水处理)为背景,考查学生知识迁移能力。
2.考查综合化:不再孤立考查电化学,电化学常与氧化还原反应、离子反应、化学计算、热化学、化学反应速率与平衡等知识点深度融合。
3.能力要求高:重点考查学生信息获取与加工能力(读懂新电池的反应原理)、逻辑推理能力(电极反应式的书写与配平)和综合分析能力(多池串联系统的分析)。
分析维度 具体内容与考情
常见失分点 1.电极判断错误:尤其是多池串联装置,分不清原电池和电解池。
2.电极反应式书写错误:得失电子数算错、电荷不守恒、原子不守恒。忽略电解质环境(酸性、碱性、熔融盐)对产物的影响(如O2在酸性条件下生成H+,在碱性或中性条件下生成OH-)。燃料电池中,燃料失电子在阳极,氧气得电子在阴极,学生容易写反。
3.离子移动方向混淆:原电池中“正正负负”(阳离子向正极移动),电解池中“阴阳相吸”(阳离子向阴极移动)。
4.溶液pH变化分析错误:需根据电极反应式中H+或OH-的消耗与生成来准确判断。
分析维度 具体内容与考情
复习策略建议 1.构建知识网络:以“电子流向”和“离子流向”为主线,将原电池、电解池、腐蚀与防护的知识串联成体系,对比记忆。
2.突破核心技能:强化电极反应式的书写训练。总结规律,特别是燃料电池在不同介质中的书写方法。务必做到“三步走”:①标得失电子;②看介质配平电荷;③补H2O或H+/OH-使原子守恒。
3.聚焦热点题型:集中练习以新型电池和工业应用为背景的题目,提高从陌生情境中提取关键信息的能力。
4.注重错题归因:建立错题本,将错误归类(是概念不清,还是规律不熟,或是审题马虎),针对性强化训练。
　1.原电池的基本装置及原理
2.燃料电池工作原理
3.充电电池原理分析
4.有机物燃料电池电极反应式的书写
(1)在酸性电池中,电极反应式用H+平衡电荷,不能出现OH-。负极生成H+,正极消耗H+。以CH4燃料电池为例(电解液为H2SO4溶液),写出电极反应式。
负极:CH4+2H2O-8e-═CO2+8H+。
正极:O2+4e-+4H+═2H2O。
电池总反应式:CH4+2O2═CO2+2H2O。
(2)在碱性电池中,电极反应式用OH-平衡电荷,不能出现H+、CO2(应为C)。负极消耗OH-,正极生成OH-。
以CH4燃料电池为例(电解液为KOH溶液),写出电极反应式。
负极:CH4+10OH--8e-═7H2O+C。
正极:O2+4e-+2H2O═4OH-。
电池总反应式:CH4+2O2+2KOH═K2CO3+3H2O。
(3)熔融碳酸盐燃料电池(C平衡电荷)。
负极:燃料失去电子,生成CO2。
正极:氧气得到电子,生成C。
以CH4燃料电池为例,写出电极反应式。
负极:CH4+4C-8e-═5CO2+2H2O。
正极:O2+2CO2+4e-═2C。
(4)固态氧化物燃料电池(O2-平衡电荷)。
以CH4燃料电池为例,写出电极反应式。
负极:CH4+4O2--8e-═CO2+2H2O。
正极:O2+4e-═2O2-。
(5)微生物燃料电池。
微生物(或酶)电池是指在微生物的作用下(类似催化作用),将化学能转化为电能的装置,其工作原理如图所示:
①微生物有利于有机物的氧化反应,促进了反应中电子的转移。
②有机物在负极失去电子,负极反应中有CO2生成,同时生成H+(如葡萄糖在负极发生反应:C6H12O6+6H2O-24e-═6CO2+24H+),H+通过质子交换膜从负极区移向正极区。
1.(2025·深圳一模)Mg-AgCl电池是一种可被海水激活的贮备电池,电池放电时,下列说法不正确的是(　　)
A.Cl-由负极向正极迁移
B.海水作电解质溶液
C.Mg作负极发生氧化反应
D.正极反应为AgCl+e-═Cl-+Ag
A　
【解析】电池放电时,为原电池原理,阴离子由正极向负极迁移,A项错
误;Mg-AgCl电池是一种用海水激活的贮备电池,海水作为电解质溶液,B项正确;原电池负极发生氧化反应,Mg失电子,作原电池的负极,C项正确;原电池正极发生还原反应,AgCl得电子,生成Ag和Cl-,电极反应式为:AgCl+e-═
Cl-+Ag,D项正确。
2.(2025·广州模拟预测)Mg-H2O2电池可用于驱动无人驾驶的潜航器。该电池以海水为电解质溶液,示意图如上。该电池工作时,下列说法正确的是(　　)
A.石墨电极是负极
B.Mg电极发生还原反应
C.溶液中Na+向负极移动
D.石墨电极的电极反应式为:H2O2+2e-═2OH-
D　
【解析】由分析可知,Mg电极为电池的负极,A错误;Mg电极失去电子发生氧化反应,B错误;溶液中阴离子向负极移动、阳离子向正极移动,C错误;　D.石墨为正极,H2O2具有氧化性,得到电子被还原:H2O2+2e-═2OH-,D正
确。
3.(2025·惠州一调)一种锂-空气电池的工作原理如图所示,下列说法不正确的是(　　)
A.金属锂作电池的负极
B.电子由金属锂经负载流向石墨烯
C.石墨烯表面发生的电极反应:O2+4e-+4H+═2H2O
D.每消耗1 mol O2,金属锂电极减少28 g
C　
【解析】锂为活泼金属,锂(Li)—空气电池中,锂作负极,发生氧化反应,A正
确;原电池中电子由负极流向正极,则电子由金属锂经负载流向石墨烯,B正确;通入空气的一极为正极,在碱性条件下氧气被还原生成氢氧根离子,正极的电极反应:O2+2H2O+ 4e-═4OH-,C错误;每消耗1 mol O2,转移4 mol电子,则消耗4 mol Li,金属锂电极减少4 mol×7 g/mol=28 g,D正确。
4.(2024·广西二模)海水电池在海洋能源领域应用广泛,铁、镁、钠、锂都可以作为海水电池的电极材料,工作原理如下图所示。下列说法错误的是(　　)
A.该装置不能将化学能完全转化为电能
B.海水中盐分大,可作为电解质溶液
C.钠、锂等活泼金属作为M极,要防止它们与海水直接接触
D.若铁为M极材料,则正极电极反应式一定为2H2O+2e-═2OH-+H2↑
D　
【解析】一般情况下,活泼金属作为负极,石墨作为正极,所以该装置中N极是正极,M极是负极。原电池在工作中不可能将化学能完全转化为电能,A正确;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,B正确;Na、Li等活泼金属易与水反应,要防止它们与水直接接触,C正确;若铁为M极材料,则正极的电极反应式为O2+4e-+2H2O═4OH-,D错误。
5.(2024·湖北三模)一种新型原电池的工作原理如下图所示,其中电极材料均为石墨,阴离子交换膜只允许S通过,工作时两极室均无气体生成。下列说法错误的是(　　)
A.电极a为负极
B.电池工作过程中,乙室溶液的pH减小
C.该电池的总反应为H++OH-═H2O
D.每转移1 mol电子,甲室质量增加48 g
B　
【解析】根据S的移动方向可知,电极a为负极,A正确;电极b为正极,电极反应为H2O2+2H++2e-═2H2O,消耗H+,电池工作过程中乙室溶液的pH增大,B错误;该电池的负极反应为2OH--2e-═H2O2,正、负极反应相加可得总反应为H++OH-═H2O,C正确;每转移1 mol电子,甲室迁移进入0.5 mol S,质量增加48 g,D正确。
6.沉积物微生物燃料电池(SMFC)可以将沉积物中的化学能直接转化为电
能,同时加速沉积物中污染物的去除,用SMFC处理含硫废水的工作原理如图所示,酸性增强不利于菌落存活。下列说法错误的是(　　)
A.碳棒b电势比碳棒a电势低
B.碳棒a附近酸性增强
C.碳棒b存在电极反应:S-6e-+4H2O═S+8H+
D.工作一段时间后,电池效率降低
B　
【解析】光合菌产生的O2得电子结合H+生成H2O,碳棒a为正极,FeSx在硫氧化菌的作用下被氧化为S,S在硫氧化菌的作用下被氧化为硫酸根离子,碳棒b为负极,正极的电势高于负极,A正确;a为正极,电极反应为O2+4e-+4H+═2H2O,碳棒a附近的酸性减弱,B错误;根据图示,碳棒b存在电极反应:S-6e-+4H2O═S+8H+,C正确;酸性增强不利于菌落存活,负极失电子发生的氧化反应速率会减慢,故工作一段时间后,电池效率降低,D正确。
7.由于存在离子浓度差而产生电动势的电池称为离子浓差电池,当两极室离子浓度相等时放电完成。某离子浓差电池的工作原理如图所示,下列说法正确的是(　　)
A.铜电极Ⅰ上发生氧化反应
B.Cu2+从左极室透过隔膜移向右极室
C.电池工作一段时间后,右极室CuSO4浓度增大
D.该电池工作时,电能转化为化学能
C　
【解析】根据题意可知,铜电极Ⅰ附近CuSO4浓度高,发生的反应是Cu2++2e-═Cu,是还原反应,A错误;当两极室离子浓度相等时放电完成,说明左侧硫酸铜浓度要降低,右侧硫酸铜浓度要升高,直至左右两侧硫酸铜浓度相等,则隔膜应为阴离子交换膜,硫酸根离子从左侧移向右侧,B错误;铜电极Ⅱ附近CuSO4浓度低,发生的反应是Cu-2e-═Cu2+,硫酸根离子从左侧移向右侧,导致右极室CuSO4浓度增大,C正确;该电池工作时,化学能转化为电能,D错
误。
8.(2024·江西南昌质检)锂离子电池被广泛应用于便携式电子设备、电动汽车、航空航天和国防军事等领域。下图是锂离子二次电池的放电过程示意图,下列说法正确的是(　　)
A.放电时,电极A的电势高于电极B
B.放电时,正极反应:LiCoO2-xe-═LCoO2+xLi+
C.充电时,当转移1 mol电子时,则有1 mol
Li+从LiCoO2的晶格中脱出,并穿过隔膜嵌入石墨层间
D.该电池电解液的溶剂可选择水
C　
【解析】根据题给电池结构示意图,电极B上LCoO2转换成LiCoO2,Co元素化合价降低,得电子,可判断电极B为原电池的正极,电极A为原电池的负极,正极电势高于负极,A错误;放电时,正极得电子,正极反应LCoO2+xe-+xLi+═LiCoO2,B错误;充电时,电极B为阳极,电极反应式为LiCoO2-xe-═LCoO2+xLi+,当转移1 mol电子时,有1 mol Li+从LiCoO2的晶格中脱出,并穿过隔膜嵌入石墨层间,C正确;金属Li与水反应,电解液的溶剂为水会消耗金属Li导致电池效率降低,D错误。
1.(2025·广东卷)某理论研究认为:燃料电池(图b)的电极Ⅰ和Ⅱ上所发生反应的催化机理示意图分别如图a和图c,其中O2获得第一个电子的过程最慢。由此可知,理论上(　　)
A.负极反应的催化剂是ⅰ
B.图a中,ⅰ到ⅱ过程的活化能一定最低
C.电池工作过程中,负极室的溶液质量保持不变
D.相同时间内,电极Ⅰ和电极Ⅱ上的催化循环完成次数相同
C　
【解析】由分析可知,氧气发生还原反应,作正极,正极反应的催化剂是ⅰ,A错误;图a中,ⅰ到ⅱ过程为O2获得第一个电子的过程,根据题中信息,O2获得第一个电子的过程最慢,则ⅰ到ⅱ过程的活化能一定最高,B错误;氢气发生氧化反应,作负极,电极方程式为:H2-2e-═2H+,同时,反应负极每失去1个电子,就会有一个H+通过质子交换膜进入正极室,故电池工作过程中,负极室的溶液质量保持不变,C正确;由图a、c可知,氧气催化循环一次需要转移4个电子,氢气催化循环一次需要转移2个电子,相同时间内,电极Ⅰ和电极Ⅱ上的催化循环完成次数不相同,D错误。
2.(2025·重庆卷)下图为AgCl-Sb二次电池的放电过程示意图如图所示。
下列叙述正确的是(　　)
A.放电时,M极为正极
B.放电时,N极上反应为Ag-e-+Cl-═AgCl
C.充电时,消耗4 mol Ag的同时将消耗1 mol Sb4O5Cl2
D.充电时,M极上反应为Sb4O5Cl2+12e-+10H+═4Sb+2Cl-+5H2O
D　
【解析】由分析可知,放电时,M电极为负极,A错误;由分析可知,放电时,N电极反应为:AgCl+e-═Ag+Cl-,B错误;由分析可知,建立电子转移关系式:Sb4O5Cl2~12e-~12Ag,由此可知,消耗4 molAg,同时消耗mol Sb4 O5Cl2,C错误;充电时,M极为阴极,电极反应与原电池相反:Sb4O5Cl2+12e-+10H+═4Sb+2Cl-+5H2O,D正确。
3.(2025·江苏卷)下列说法正确的是(　　)
A.电极a上发生氧化反应生成O2
B.H+通过质子交换膜从右室移向左室
C.光解前后,H2SO4溶液的pH不变
D.外电路每通过0.01 mol电子,电极b上产生0.01 mol H2
A　
【解析】根据分析,电极a为负极,发生氧化反应,电极反应式为:2H2O-4e-═O2↑+4H+,生成物有O2,A正确;原电池中阳离子向正极移动,电极a上生成H+,电极b上消耗H+,H+通过质子交换膜从左室移向右室,B错误;在探究溶液浓度变化时,不仅要关注溶质的变化,也要关注溶剂的变化,在光解总反应是电解水,H2SO4溶液中H2O减少,H2SO4溶液浓度增大,pH减小,C错误;生成1 mol H2,转移2 mol电子,外电路通过0.01 mol电子时,电极b上生成0.005 mol H2,D错误。
4.(2024·江苏卷)碱性锌锰电池的总反应为Zn+2MnO2+H2O═ZnO+2MnOOH,电池构造示意图如图所示。下列有关说法正确的是(　　)
A.电池工作时,MnO2发生氧化反应
B.电池工作时,OH-通过隔膜向正极移动
C.环境温度过低,不利于电池放电
D.反应中每生成1 mol MnOOH,转移电子数为2×6.02×1023
C　
【解析】根据电池总反应可知,电池工作时,Zn为负极,电极反应式为Zn-2e-+2OH-═ZnO+H2O,MnO2为正极,电极反应式为MnO2+e-+H2O═MnOOH+OH-,MnO2得到电子,发生还原反应,A错误;电池工作时,OH-通过隔膜向负极移动,B错误;环境温度过低,化学反应速率减小,不利于电池放电,C正确;由正极电极反应式可知,反应中每生成1 mol MnOOH,转移电子数为6.02×1023,D错误。
5.(2024·河北卷)我国科技工作者设计了如下图所示的可充电Mg—CO2电池,以Mg(TFSI)2为电解质,电解液中加入1,3-丙二胺(PDA)以捕获CO2,使放电时CO2还原产物为MgC2O4。该设计克服了MgCO3导电性差和释放CO2能力差的障碍,同时改善了Mg2+的溶剂化环境,提高了电池充放电循环性能。
下列说法错误的是(　　)
A.放电时,电池总反应为2CO2+Mg═MgC2O4
B.充电时,多孔碳纳米管电极与电源正极连接
C.充电时,电子由Mg电极流向阳极,Mg2+向阴极迁移
D.放电时,每转移1 mol电子,理论上可转化1 mol CO2
C　
【解析】放电时CO2转化为MgC2O4,碳元素化合价由+4价降低为+3价,发生还原反应,所以放电时,多孔碳纳米管电极为正极,Mg电极为负极,充电时多孔碳纳米管电极为阳极,Mg电极为阴极。放电时正极电极反应式为Mg2++2CO2+2e-═MgC2O4,负极电极反应式为Mg-2e-═Mg2+,故放电时电池总反应为Mg+2CO2═MgC2O4,A正确;充电时,多孔碳纳米管电极为阳极,与电源正极连接,B正确;充电时,Mg电极为阴极,电子从电源负极经外电路流向Mg电极,同时Mg2+向阴极迁移,C错误;根据放电时正极电极反应式可知,每转移2 mol电子,有2 mol CO2参与反应,因此每转移1 mol电子,理论上可转化1 mol CO2,D正确。

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