资源简介

微专题2　　化学反应与电能
考点一 原电池原理及应用
【核心整合 模型重塑】
1.原电池基本工作原理及装置模型
2.原电池正负极判断方法
4.二次电池的解题模型
【真题再练 通法培优】
1.(2025·江苏卷)以稀H2SO4为电解质溶液的光解水装置如图所示,总反
应为2H2O 2H2↑+O2↑。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
√
【解题策略】分析原电池的思维流程
【解析】选A。光解过程中,电极a上电子流出,发生氧化反应,电极a为负极,电极反应式为2H2O?4e?===O2↑+4H+;电极b上电子流入,发生还原反应,电极b为正极,电极反应式为2H++2e?===H2↑。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,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。
2.(2025·安徽卷)研究人员开发出一种锂?氢可充电电池(如图所示),使用前需先充电,其固体电解质仅允许Li+通过。下列说法正确的是(　　)
A.放电时电解质溶液质量减小
B.放电时电池总反应为H2+2Li===2LiH
C.充电时Li+移向惰性电极
D.充电时每转移1 mol电子,c(H+)降低1 mol·L?1
√
【新题精练 素养提升】　
1.(2025·莆田二模)一种电催化羧酸与芳香酮化合物生成酯的装置(以碘
化钾为电解质和催化剂,二甲基亚砜作溶剂)如图所示。下列说法正确的
是(　　)
A.b为电源正极
B.工作时,K+移向碳棒
C.工作时,总反应: +R'COOH H2↑+
D.工作时,碳棒的电极反应式:I?+e?===I·
√
【解析】选C。由图可知,碳棒电极上碘离子失去电子生成碘原子,电极
反应式为I??e?===I·,a为正极,铂片上氢离子得到电子生成氢气,则b电极
为负极。由图可知,工作时,总反应: +R'COOH
H2↑+ ,C正确。
2.(2025·台州二模)一种Zn?CO2离子液体电池可以在供电的同时将CO2转化为CH4,电解质为离子液体[EMIM]+[BF4]?及少量水,其中的[EMIM]+是一种季铵离子,在电池中作电解质、质子源和促进剂。该电池如图所示运行一段时间后,碳纳米管表面可检测出有ZnCO3生成。
√
考点二 电解池原理及应用
【核心整合 模型重塑】
1.电解池基本工作原理及装置模型
2.电解池阴阳极判断方法
3.电解时电极反应式的书写
4.电解计算的三种方法
【真题再练 通法培优】
(2025·河北卷)科研工作者设计了一种用于废弃电极材料LixCoO2(x<1)再锂化的电化学装置,其示意图如下:
已知:参比电极的作用是确定LixCoO2再锂化为LiCoO2的最优条件,不干扰电极反应。下列说法正确的是(　　)
√
【解析】选B。由装置图可知,该装置中有直流电源,为电解池,则LixCoO2(x<1) 转化为LiCoO2过程中,Co元素化合价由+(4?x)降为+3,LixCoO2得电子发生还原反应,为阴极,电极反应式为LixCoO2+(1?x)e?+(1?x)Li+===LiCoO2,Pt电极为阳极,H2O失电子,发
生还原反应,电极反应式为2H2O?4e?===O2↑+4H+,据此回答。
【真题变式】——变图像
某种钴酸锂电池的电解质为LiPF6,放电过程反应式为xLi + Li1?xCoO2
===LiCoO2。 工作原理如图所示,下列说法正确的是(　　)
A.放电时,电子由R极流出,经电解质流向Q极
B.放电时,正极反应式为
xLi++Li1?xCoO2 +xe?===LiCoO2
C.充电时,电源b极为负极
D.充电时,R极净增重14 g时转移1 mol电子
√
√
2.(2025·吉林二模)CO2的捕集和利用是实现“双碳”目标的一个重要研究方向,我国设计CO2熔盐捕获与转化装置(图1),可与太阳能电池装置(图2)联合实现绿色转化。
√
考点三 电化学装置的综合应用　
新型电源　离子交换膜
【核心整合 模型重塑】
1.“九看”解答电化学的化学思维
“看”
化学思维
看情境“明类型”
有无电源→电池类型
看图像“定电极”
物质变化→电极反应
看目的“谁变谁”
价态升降→得失电子
看反应“谁放电”
电极性质→放电顺序
看离子“断方向”
正正负负(原电池),阴阳相吸(电解池)
看pH“晓增减”
正增负减(原电池),阴盛阳衰(电解池)
看隔膜“谁通过”
粒子种类→迁移方向
看介质“谁配平”
导电粒子:酸、碱性
看盐桥“知守恒”
阳离子移向正极区,阴离子移向负极区
2.含膜电化学装置模型构建
模型1　三室式原电池装置
中间室为原料室,离子由中间往两边移动,移动方向为“正正负负”。
模型2　三室式电解池装置
中间室为原料室,离子由中间往两边移动;中间室为产品室,离子由两边往中间移动,移动方向为“阴阳相吸”。
模型3　四室式电解池装置
离子由中间往两边移动的是原料室,离子由两边往中间移动的是产品室,移动方向皆为“阴阳相吸”。
3.浓差电池
浓差电池是利用物质的浓度差产生电势的一种装置。两侧半电池中的特定物质有浓度差,离子均是由“高浓度”移向“低浓度”,当两极室离子浓度相等时放电完成。两个电极材料相同,电解质中离子(负极失去电子后的产物)浓度小的是负极。如图:
离子交换膜的分析与应用
【真题再练 通法培优】
1.(2025·广东卷)一种高容量水系电池示意图如图。已知:放电时,电极Ⅱ上MnO2减少;电极材料每转移1 mol电子,对应的理论容量为26.8 A·h。下列说法错误的是(　　)
A.充电时Ⅱ为阳极
B.放电时Ⅱ极室中溶液的pH降低
C.放电时负极反应为MnS?2e?===S+Mn2+
D.充电时16 g S能提供的理论容量为26.8 A·h
√
【解析】选B。放电时,电极Ⅱ上MnO2减少,说明MnO2转化为Mn2+,化
合价降低,发生还原反应,为原电池的正极,由于电解质溶液为MnSO4,故
电解质应为酸性溶液,正极反应为MnO2+2e?+4H+===Mn2++2H2O,电极
Ⅰ为原电池负极,MnS失去电子生成S和Mn2+,负极反应为MnS?2e?===
S+Mn2+。由分析可知,放电时电极Ⅱ为正极,故充电时电极Ⅱ为阳极,A
正确;
由分析可知,放电时电极Ⅱ为正极,正极反应为MnO2+2e?+4H+===
Mn2++2H2O,反应消耗H+,溶液的pH升高,B错误;由分析可知,放电时电极
Ⅰ为原电池负极,负极反应为MnS?2e?===S+Mn2+,C正确;根据放电时负
极反应,可知充电时阴极反应为S+Mn2++2e?===MnS,每消耗16 g S,即
0.5 mol S,转移1 mol电子,根据题意可知,能提供的理论容量为26.8 A·h,
D正确。
√
【解析】选B。由工作时总反应可知,放电时Zn价态升高失电子,故Zn作
负极,电极反应式为Zn?2e?===Zn2+,MnO2作正极,电极反应式为Zn2++
2MnO2+2e?===ZnMn2O4,充电时Zn作阴极,ZnMn2O4作阳极。充、放电
时电解质溶液中锌离子浓度均不变,A错误;正极材料(ZnMn2O4)在放电
过程中会生成Mn2+而发生溶解,从而导致其循环容量逐渐衰减,在电解
液中添加MnSO4可以抑制正极材料溶解,B正确;放电时,正极反应:
Zn2++2MnO2+2e?===ZnMn2O4,C错误;充电时,锌离子(阳离子向阴极移
动)移向电池的负极,D错误。
2.(2025·河南卷)一种液流电解池在工作时可以实现海水淡化,并以LiCl形式回收含锂废弃物中的锂元素,其工作原理如图所示。
下列说法正确的是(　　)
A.Ⅱ为阳离子交换膜
B.电极a附近溶液的pH减小
C.电极b上发生的电极反应式为
[Fe(CN)6]4?+e?===[Fe(CN)6]3?
D.若海水用NaCl溶液模拟,则每脱除58.5 g NaCl,
理论上可回收1 mol LiCl
√
【解题策略】
含膜电化学装置原理分析
【解析】选D。由图可知,左侧为阴极,电极反应为O2+4e?+2H2O===
4OH?,右侧为阳极,电极反应为[Fe(CN)6]4??e?===[Fe(CN)6]3?,在膜Ⅰ和膜Ⅱ间加入海水,钠离子透过膜Ⅰ进入阴极区得到氢氧化钠,氯离子透过膜Ⅱ进入膜Ⅱ与膜Ⅲ之间,锂离子透过膜Ⅲ进入膜Ⅱ与膜Ⅲ之间,在此处得到LiCl,则膜Ⅰ为阳离子交换膜,膜Ⅱ为阴离子交换膜,膜Ⅲ为阳离子交换膜,据此解答。
由分析可知,膜Ⅱ为阴离子交换膜, A错误;a电极的反应为O2+4e?+2H2O===4OH?,pH变大,B错误;由分析可知,电极b的反应为[Fe(CN)6]4??e?===[Fe(CN)6]3?,C错误;每脱除58.5 g NaCl,转移电子数为1 mol,有1 mol Li+和1 mol Cl?分别透离子交换膜Ⅲ、Ⅱ,可得到1 mol LiCl,D正确。
【补偿训练】(2025·甘肃卷)我国科研工作者设计了一种Mg?海水电池驱动海水(pH=8.2)电解系统(如下图)。以新型MoNi/NiMoO4为催化剂(生长在泡沫镍电极上)。在电池和电解池中同时产生氢气。下列关于该系统的说法错误的是(　　)
A.将催化剂生长在泡沫镍电极上可提高催化效率
B.在外电路中,电子从电极1流向电极4
C.电极3的反应为:4OH??4e?===2H2O+O2↑
D.理论上,每通过2 mol电子,可产生1 mol H2
√
【解析】选D。由图可知,左侧为原电池,右侧为电解池,电极1为负极,发生氧化反应,电极反应式为Mg?2e?+2OH?===Mg(OH)2,电极2为正极,发生还原反应,电极反应式为2H2O+2e?===H2↑+2OH?,右侧为电解池,电极3为阳极,产生氧气,电极4为阴极,产生氢气。催化剂生长在泡沫镍电极上可加快电解速率,提高催化效率,A正确;
根据分析,电极1是负极,电极4为阴极,在外电路中,电子从电极1流向电极4,B正确;由分析可知,电极3为阳极,发生氧化反应,生成氧气,电极3的反应为4OH??4e?===2H2O+O2↑,C正确;根据分析可知,电极2和电极4均产生氢气,理论上,每通过2 mol电子,可产生2 mol H2,D错误。
√
【解析】选D。由图可知,放电时,电极M上Cd失去电子生成Cd2+,电极M是负极,则电极N为正极,结合二次电池的工作原理,分析解题。放电时,阳离子向正极移动,电极N为正极,则放电时,H+向电极N移动,A正确;充电时,电极M为阴极,阳离子向阴极移动,即氢离子向电极M移动,即阴极区pH减小,B正确;
2.(2025·辽宁二模)利用板状碳封装镍纳米晶体(Ni@C)电催化将
5?羟甲基糠醛(HMF)转化为2,5?呋喃二甲酸(FDCA),工作原理如图所示。
下列说法正确的是(　　)
A.电极电势:a>b
B.该装置工作时,H+向b极移动
C.一段时间后阴极区pH不变
D.产生1 mol气体X,双极膜中
质量减少18 g
√
【解析】选C。HMF在b极发生氧化反应生成FDCA,则板状碳封装镍纳米晶体是阳极,石墨烯是阴极。b极是阳极,a极是阴极,电极电势:aa是阴极,阴极水得电子生成氢气和氢氧根离子,电路中转移2 mol电子,阴极生成1 mol氢气和2 mol OH?,同时双极膜有2 mol H+移入a极区,所以阴极区pH不变,C正确;a为阴极,X为氢气,则每产生1 mol H2转移2 mol电子,双极膜中有2 mol OH?移向阳极,同时有2 mol H+移向阴极,双极膜中质量减少36 g,D错误。

展开更多......

收起↑