資源簡介

選擇題突破六　電化學
命題角度1 新型化學電源
1.(2023·廣東卷)負載有Pt和Ag的活性炭，可選擇性去除Cl－實現廢酸的純化，其工作原理如圖。下列說法正確的是(　　)
A.Ag作原電池正極
B.電子由Ag經活性炭流向Pt
C.Pt表面發生的電極反應：O2＋2H2O＋4e－===4OH－
D.每消耗標準狀況下11.2 L的O2，最多去除1 mol Cl－
2.(2022·廣東卷)科學家基于Cl2易溶于CCl4的性質，發展了一種無需離子交換膜的新型氯流電池，可作儲能設備(如圖)。充電時電極a的反應為NaTi2(PO4)3＋2Na＋＋2e－===Na3Ti2(PO4)3。下列說法正確的是(　　)
A.充電時電極b是陰極
B.放電時NaCl溶液的pH減小
C.放電時NaCl溶液的濃度增大
D.每生成1 mol Cl2，電極a質量理論上增加23 g
命題角度2 電解原理及應用
3.(2023·廣東卷)利用活性石墨電極電解飽和食鹽水，進行如圖所示實驗。閉合K1，一段時間后(　　)
A.U型管兩側均有氣泡冒出，分別是Cl2和O2
B.a處布條褪色，說明Cl2具有漂白性
C.b處出現藍色，說明還原性：Cl－>I－
D.斷開K1，立刻閉合K2，電流表發生偏轉
4.(2022·廣東卷)以熔融鹽為電解液，以含Cu、Mg和Si等的鋁合金廢料為陽極進行電解，實現Al的再生。該過程中(　　)
A.陰極發生的反應為Mg－2e－===Mg2＋
B.陰極上Al被氧化
C.在電解槽底部產生含Cu的陽極泥
D.陽極和陰極的質量變化相等
命題角度3 電化學“膜”裝置的應用
5.(2023·廣東卷)用一種具有“卯榫”結構的雙極膜組裝電解池(下圖)，可實現大電流催化電解KNO3溶液制氨。工作時，H2O在雙極膜界面處被催化解離成H＋和OH－，有利于電解反應順利進行。下列說法不正確的是(　　)
A.電解總反應：KNO3＋3H2O===NH3·H2O＋2O2↑＋KOH
B.每生成1 mol NH3·H2O，雙極膜處有9 mol 的H2O解離
C.電解過程中，陽極室中KOH的物質的量不因反應而改變
D.相比于平面結構雙極膜，“卯榫”結構可提高氨生成速率
6.(2021·廣東卷)鈷(Co)的合金材料廣泛應用于航空航天、機械制造等領域。如圖為水溶液中電解制備金屬鈷的裝置示意圖。下列說法正確的是(　　)
A.工作時，Ⅰ室和Ⅱ室溶液的pH均增大
B.生成1 mol Co，Ⅰ室溶液質量理論上減少16 g
C.移除兩交換膜后，石墨電極上發生的反應不變
D.電解總反應：2Co2＋＋2H2O2Co＋O2↑＋4H＋
微題型1 新型化學電源
【典題精練】
1.(2023·廣東六校三次聯考)二氧化硫－空氣質子交換膜燃料電池實現了制硫酸、發電、環保二位一體的結合，可以解決酸雨等環境污染問題，原理如圖所示。下列說法正確的是(　　)
A.該電池放電時電子流向：Pt1電極→負載→Pt2電極→質子交換膜→Pt1電極
B.Pt1電極附近發生的反應：SO2＋2H2O－2e－===H2SO4＋2H＋
C.放電過程中若消耗22.4 L O2(標準狀況)，理論上可以消除2 mol SO2
D.H＋移向Pt1電極，導致Pt2電極附近pH減小
2.(2023·廣東聯考)以氨氣代替氫氣可研發氨燃料電池。如圖是兩種氨燃料電池裝置示意圖，生成物為無毒無害的物質。下列說法錯誤的是(　　)
A.圖1電池工作時負極附近溶液pH下降
B.圖2電池N極電勢比M極的高
C.兩個原電池總反應都為4NH3＋3O2===2N2＋6H2O
D.兩個裝置均消耗2 mol NH3時，移動到負極的陰離子均為6 mol
3.(2023·揭陽聯考)硅－酸電池是一種新型電池，如圖為硅－酸電池的裝置示意圖，已知：硅可與NaOH溶液反應。下列說法錯誤的是(　　)
A.負極區的電極附近溶液pH減小
B.電池轉移1 mol電子，溶液中有1 mol H＋通過質子交換膜移向正極區
C.硅－酸電池電解質溶液用堿性溶液代替，也有較好的長期放電性能
D.電池總反應為Si＋2MnO2＋4H＋===SiO2＋2Mn2＋＋2H2O
【智能提升】
1.圖解原電池工作原理
2.原電池正、負極的判斷方法
3.燃料電池中電極反應式的書寫(以甲醇－O2的燃料電池為例)
酸性介質，如稀硫酸 負極 CH3OH－6e－＋H2O===CO2↑＋6H＋
正極 O2＋6e－＋6H＋===3H2O
堿性介質，如KOH溶液 負極 CH3OH－6e－＋8OH－===CO＋6H2O
正極 O2＋6e－＋3H2O===6OH－
熔融鹽介質，如熔融K2CO3 負極 CH3OH－6e－＋3CO===4CO2↑＋2H2O
正極 O2＋6e－＋3CO2===3CO
高溫下能傳導O2－的固體為電解質 負極 CH3OH－6e－＋3O2－===CO2↑＋2H2O
正極 O2＋6e－===3O2－
4.可充電電池題目的解答思路
微題型2 電解原理及應用
【典題精練】
4.(2023·茂名聯考)可利用堿性鋅－空氣電池(反應原理：2Zn＋O2===2ZnO)電解處理含銅污水，回收銅單質，并制備較高濃度硫酸，電解裝置如圖所示。下列說法錯誤的是(　　)
A.b膜是陰離子交換膜
B.電解裝置工作一段時間后，Ⅰ區溶液中Na2SO4的濃度不變
C.理論上，每生成1.6 g氣體X，有0.2 mol H＋從Ⅰ區經a膜移向Ⅱ區
D.N極為電源負極，電極反應式為Zn＋2OH－－2e－===ZnO＋H2O
5.(2023·廣州調研)通過電解廢舊鋰電池中的LiMn2O4回收錳和鋰，電解示意圖如圖(其中濾布的作用是阻擋固體顆粒，但離子可自由通過；電解質溶液為H2SO4和MnSO4的混合溶液)。下列說法正確的是(　　)
A.電極A為陽極，發生氧化反應
B.電極A處理1 mol LiMn2O4轉移3 mol電子
C.電解一段時間后電解質溶液的pH減小
D.電解一段時間后電解質溶液中c(Mn2＋)不變
6.我國科學家研究發現，在MnO2/Mn2＋氧化還原介質的輔助下，可將電解水分離為制氫和制氧兩個獨立的過程，從而實現低電壓下電解水，其電化學原理如圖所示。下列說法錯誤的是(　　)
A.a、c為電源的負極
B.K向左端閉合時，N電極發生的反應為MnO2＋2e－＋4H＋===Mn2＋＋2H2O
C.產生等物質的量的H2和O2時，N電極質量減小
D.K向右端閉合時，電解過程中NaOH的物質的量不變
【智能提升】
1.圖解電解池的工作原理
2.解答電解類問題的一般步驟
分析電解過程的思維程序：
(1)首先判斷陰、陽極，分析陽極材料是惰性電極還是活性電極。
(2)再分析電解質水溶液的組成，找全離子并分陰、陽兩組(不要忘記水溶液中的H＋和OH－)。
(3)然后排出陰、陽兩極的放電順序。
電解池陰、陽兩極的放電順序
3.電解計算破題“3方法”
板塊Ⅲ　反應原理與規律
選擇題突破六　電化學
真題導航·明確考向
1.B　[O2在Pt極得電子發生還原反應，Pt為正極，Ag失去電子發生氧化反應，Ag為負極。A.由分析可知，Ag失去電子發生氧化反應，Ag為負極，A錯誤；B.電子由負極Ag經活性炭流向正極Pt，B正確；C.溶液為酸性，故Pt表面發生的電極反應為O2＋4H＋＋4e－===2H2O，C錯誤；D.每消耗標準狀況下11.2 L的O2，轉移電子2 mol，而2 mol Ag失去2 mol 電子生成2 mol Ag＋，故最多去除2 mol Cl－，D錯誤。]
2.C　[由充電時電極a的反應可知，充電時電極a發生還原反應，所以電極a是陰極，則電極b是陽極，故A錯誤；放電時電極反應和充電時相反，則放電時電極a的反應為Na3Ti2(PO4)3－2e－===NaTi2(PO4)3＋2Na＋，NaCl溶液的pH不變，故B錯誤；放電時負極反應為Na3Ti2(PO4)3－2e－===NaTi2(PO4)3＋2Na＋，正極反應為Cl2＋2e－===2Cl－，反應后Na＋和Cl－濃度都增大，則放電時NaCl溶液的濃度增大，故C正確；充電時陽極反應為2Cl－－2e－===Cl2↑，陰極反應為NaTi2(PO4)3＋2Na＋＋2e－===Na3Ti2(PO4)3，由得失電子守恒可知，每生成1 mol Cl2，電極a質量理論上增加23 g·mol－1×2 mol＝46 g，故D錯誤。]
3.D　[閉合K1，形成電解池，電解飽和食鹽水，左側為陽極，陽極氯離子失去電子生成氯氣，電極反應為2Cl－－2e－===Cl2↑，右側為陰極，陰極電極反應為2H＋＋2e－===H2↑，總反應為2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑，據此解答。A.根據分析，U型管兩側均有氣泡冒出，分別是Cl2和H2，A錯誤；B.左側生成氯氣，氯氣遇到水生成HClO的具有漂白性，則a處布條褪色，說明HClO具有漂白性，B錯誤；C.b處出現藍色，發生Cl2＋2KI===I2＋2KCl，說明還原性：I－>Cl－，C錯誤；D.斷開K1，立刻閉合K2，此時構成氫氯燃料電池，形成電流，電流表發生偏轉，D正確。]
4.C　[根據電解原理可知，電解池中陽極發生失電子的氧化反應，陰極發生得電子的還原反應，該題中以熔融鹽為電解液，含Cu、Mg和Si等的鋁合金廢料為陽極進行電解，通過控制一定的條件，從而可使陽極區Mg和Al發生失電子的氧化反應，分別生成Mg2＋和Al3＋，Cu和Si不參與反應，陰極區Al3＋得電子生成Al單質，從而實現Al的再生。陰極應該發生得電子的還原反應，實際上Mg在陽極失電子生成Mg2＋，A錯誤；Al在陽極上被氧化生成Al3＋，B錯誤；陽極材料中Cu和Si不參與氧化反應，在電解槽底部可形成陽極泥，C正確；因為陽極除了鋁參與電子轉移，鎂也參與了電子轉移，且還會形成陽極泥，而陰極只有鋁離子得電子生成鋁單質，根據轉移電子數守恒及元素守恒可知，陽極與陰極的質量變化不相等，D錯誤。]
5.B　[由信息大電流催化電解KNO3溶液制氨可知，在電極a處KNO3放電生成NH3，發生還原反應，故電極a為陰極，電極方程式為NO＋8e－＋7H2O===NH3·H2O＋9OH－，電極b為陽極，電極方程式為4OH－－4e－===O2↑＋2H2O，“卯榫”結構的雙極膜中的H＋移向電極a，OH－移向電極b。A.由分析中陰陽極電極方程式可知，電解總反應為KNO3＋3H2O===NH3·H2O＋2O2↑＋KOH，故A正確；B.每生成1 mol NH3·H2O，陰極得8 mol e－，同時雙極膜處有8 mol H＋進入陰極室，即有8 mol 的H2O解離，故B錯誤；C.電解過程中，陽極室每消耗4 mol OH－，同時有4 mol OH－通過雙極膜進入陽極室，KOH的物質的量不因反應而改變，故C正確；D.相比于平面結構雙極膜，“卯榫”結構具有更大的膜面積，有利于H2O被催化解離成H＋和OH－，可提高氨生成速率，故D正確。]
6.D　[石墨電極為陽極，電極反應式為2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，H＋通過陽離子交換膜由Ⅰ室進入Ⅱ室，右側Co電極為陰極，電極反應式為Co2＋＋2e－===Co，Cl－通過陰離子交換膜由Ⅲ室進入Ⅱ室，與H＋結合生成鹽酸。由上述分析知，Ⅰ室中水放電使硫酸濃度增大，Ⅱ室中生成鹽酸，故Ⅰ室和Ⅱ室溶液的pH均減小，A錯誤；生成1 mol Co時，轉移2 mol電子，Ⅰ室有0.5 mol O2(即16 g)逸出，有2 mol(即2 g)H＋通過陽離子交換膜進入Ⅱ室，則I室溶液質量理論上減少18 g，B錯誤；移除兩交換膜后，石墨電極上的電極反應為2Cl－－2e－===Cl2↑，C錯誤；根據上述分析可知，電解時生成了O2、Co、H＋，則電解總反應為2Co2＋＋2H2O2Co＋O2↑＋4H＋，D正確。]
剖析題型·培育能力
微題型1
典題精練
1.C　[由圖可知，氧氣得到電子發生還原反應，故Pt2為正極；Pt1電極為負極，二氧化硫失去電子發生氧化反應生成硫酸，SO2＋2H2O－2e－===SO＋4H＋；A.電子不能進入內電路，A錯誤；B.由分析可知，Pt1電極為負極，二氧化硫失去電子發生氧化反應生成硫酸，SO2＋2H2O－2e－===SO＋4H＋，B錯誤；C.根據電子守恒可知，O2～4e－～2SO2，放電過程中若消耗22.4 L O2(標準狀況1 mol)，理論上可以消除2 mol SO2，C正確；D.原電池中陽離子向正極移動，故H＋移向Pt2電極，D錯誤。]
2.D　[A.圖1為堿性燃料電池，則其負極的電極反應式為2NH3＋6OH－－6e－===N2＋6H2O，消耗OH－，故其工作時負極附近溶液pH下降，A正確；B.圖2中的M電極為負極，N電極為正極，正極電勢比負極高，B正確；C.由題給信息，知兩個原電池的生成物均為無毒無害的物質，因此總反應均為4NH3＋3O2===2N2＋6H2O，C正確；D.由圖示知，圖1裝置正極反應為O2＋4e－＋2H2O===4OH－，圖2裝置正極反應為O2＋4e－===2O2－，兩個原電池均消耗2 mol NH3時，電路中均通過6 mol e－，則圖1裝置中有6 mol OH－移動到負極，圖2裝置中有3 mol O2－移動到負極，D錯誤。]
3.C　[由圖可知，CuSi@C是負極，α－MnO2是正極，負極的電極反應式為Si＋2H2O－4e－===SiO2＋4H＋，電極附近溶液pH值減小，A項正確；正極的電極反應式為2MnO2＋8H＋＋4e－===2Mn2＋＋4H2O，總反應為Si＋2MnO2＋4H＋===SiO2＋2Mn2＋＋2H2O，轉移1 mol電子，需要消耗1 mol H＋，負極區轉移1 mol H＋到正極區進行消耗，B項正確，D項正確；Si能與堿性溶液反應，會消耗電極材料，不能有很好的長期放電效果，C項錯誤。]
微題型2
典題精練
4.B　[A.Ⅲ區Cu2＋濃度減少，為保持電中性，SO應向Ⅱ區移動，故b膜為陰離子交換膜，故A正確；B.Ⅰ區H2O減少，溶液濃度增大，故B錯誤；C.惰性電極發生反應2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，故每生成1.6 g O2(即0.05 mol O2)，同時生成0.05 mol×4＝0.2 mol H＋，為保持溶液電中性，0.2 mol H＋會從Ⅰ區經a膜移向Ⅱ區，故C正確；D.N為負極，堿性條件下電極反應式為Zn＋2OH－－2e－===ZnO＋H2O，故D正確。]
5.B　[電極A為陰極，發生還原反應，A項錯誤；電極A的電極反應為2LiMn2O4＋6e－＋16H＋===2Li＋＋4Mn2＋＋8H2O，故處理1 mol LiMn2O4轉移3 mol電子，B項正確；該電解池的總反應為2LiMn2O4＋2H2SO4Li2SO4＋MnSO4＋3MnO2＋2H2O，電解時消耗硫酸，生成MnSO4，故電解一段時間后電解質溶液的pH增大，電解質溶液中c(Mn2＋)增大，C項錯誤，D項錯誤。]
6.B　[由圖可知，a、c為電源的負極，A項正確；K向左端閉合時，N電極為陽極，Mn2＋失去電子生成MnO2，電極反應式為Mn2＋＋2H2O－2e－===MnO2＋4H＋，B項錯誤；產生1 mol氫氣轉移電子2 mol，N電極生成1 mol MnO2，產生1 mol O2，轉移4 mol電子，N電極發生反應：MnO2＋4H＋＋2e－===Mn2＋＋2H2O，消耗2 mol MnO2，故產生等物質的量的H2和O2時，N電極質量減小，C項正確；K向右端閉合時，氫氧根離子放電生成氧氣，氫氧根離子由雙極膜中水電離產生，NaOH的物質的量不變，D項正確。]

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