高考化学二轮专题复习知识点总结+跟踪训练（含答案） 专题06 化学能与电能的转化 讲义

专题06 化学能与电能的转化
直击考点
高频考点一 新型电池的工作原理分析
1．突破原电池工作原理
2．原电池的改进
【特别提醒】(1)改进后的优点是电流效率的提高，电流持续稳定。
(2)盐析的三个作用
①隔绝正负极反应物，避免直接接触，导致电流不稳定；
②通过离子的定向移动，构成闭合回路；
③平衡电极区的电荷。
(3)离子交换膜的作用：离子交换膜是一种选择性透过膜，允许相应离子通过，离子迁移方向遵循电池中离子迁移方向。
3．二次电池充电时连接模型(“正”接“正”，“负”接“负”)
注意：放电时负极反应与充电时的阴极反应相反，同理放电时正极反应与充电时阳极反应相反。如铅蓄电池：
负极：Pb＋SO－2e－===PbSO4
阴极：PbSO4＋2e－===Pb＋SO
高频考点二 电解原理的应用 金属腐蚀与防护
1．电解池工作原理模型图
【特别提醒】①阳离子在阴极上的放电顺序：Ag＋＞Fe3＋＞Cu2＋＞H＋＞……
②阴离子在阳极上的放电顺序：S2－＞I－＞Br－＞Cl－＞OH－＞含氧酸根离子＞……
③当阳极是金属(Au、Pt除外)电极时，溶液中的离子不再放电而是金属失电子生成金属阳离子。
④微粒的放电顺序受温度、浓度、电压、电极材料等因素的影响。
2．电化学计算的两种常用方法
(1)根据电子守恒计算
①用于串联电路中阴阳两极产物、正负两极产物、相同电量等类型的计算，其依据是电路中转移的电子数相等。
②用于混合溶液中电解的分阶段计算。
(2)根据关系式计算
根据得失电子守恒定律建立起已知量与未知量之间的桥梁，构建计算所需的关系式。
如以通过4 mol e－为桥梁可构建如下关系式：
(式中M为金属，n为其离子的化合价数值)
3．金属电化学腐蚀与防护
(1)金属腐蚀快慢的三个规律
①金属腐蚀类型的差异
电解原理引起的腐蚀>原电池原理引起的腐蚀>化学腐蚀>有防护腐蚀措施的腐蚀。
②电解质溶液的影响
a．对同一金属来说，腐蚀的快慢(浓度相同)：强电解质溶液>弱电解质溶液>非电解质溶液。
b．对同一种电解质溶液来说，电解质浓度越大，腐蚀越快。
③活泼性不同的两金属，活泼性差别越大，腐蚀越快。
(2)两种腐蚀与三种保护
①两种腐蚀：析氢腐蚀、吸氧腐蚀(关键在于电解液的pH)。
②三种保护：电镀保护、牺牲阳极的阴极保护法、外加电流的阴极保护法。
高频考点三 离子交换膜在电化学中的综合应用
1．离子交换膜的作用
(1)防止副反应的发生，避免影响所制取产品的质量；防止引发不安全因素(如在电解饱和食盐水中，利用阳离子交换膜，防止阳极产生的Cl2进入阴极室与氢氧化钠反应，导致所制产品不纯；防止与阴极产生的H2混合发生爆炸)。
(2)用于物质的分离、提纯等。
(3)用于物质的制备。
2．离子交换膜的类型
根据透过的微粒，离子交换膜可以分为多种，在高考试题中主要出现过阳离子交换膜、阴离子交换膜和质子交换膜三种。阳离子交换膜只允许阳离子通过，阻止阴离子和气体通过，阴离子交换膜只允许阴离子通过，质子交换膜只允许质子(H＋)通过。
3．离子交换膜类型的判断
根据电解质溶液呈电中性的原则，判断膜的类型：
(1)首先写出阴、阳两极上的电极反应，依据电极反应式确定该电极附近哪种离子剩余。
(2)根据溶液呈电中性，判断出离子移动的方向，从而确定离子交换膜的类型。
4．定量关系
外电路电子转移数＝通过隔膜的阴、阳离子带的负或正电荷数。
跟踪测试
1.关于原电池、电解池的电极名称，下列说法不正确的是( )
A. 原电池中失去电子的一极为负极 B. 电解池中与直流电源负极相连的一极为阴极
C. 原电池中相对活泼的一极为正极 D. 电解池中发生氧化反应的一极为阳极
2.利用某些装置可以实现化学能和电能之间的相互转化，例如原电池、电解池。下列关于铜－锌(硫酸)原电池的说法正确的是（ ）
A. 该原电池是实现电能转化为化学能的装置 B. 该原电池在工作时，Zn2+ 向铜片附近迁移
C. 该原电池的正极是铜，发生氧化反应 D. 该原电池的电子从铜出发通过外电路流向锌
3.关于原电池和电解池的叙述正确的是（ ）
A. 原电池中失去电子的电极为阳极 B. 原电池的两极一定是由活动性不同的两种金属组成
C. 电解时电解池的阳极一定是阴离子放电 D. 原电池的负极、电解池的阳极都发生氧化反应
4.原电池的应用促进了人类社会的发展。某种铜锌原电池示意图如图，关于该原电池的说法正确的是（ ）
A. 铜是负极
B. 工作时，电流由铜电极经导线流向锌电极
C. 溶液中H+发生氧化反应
D. 锌发生还原反应
5.如图是铜锌原电池示意图。当该原电池工作时，电解质溶液为稀硫酸。下列描述错误的是（ ）
A. 溶液逐渐变蓝 B. 锌片逐渐溶解 C. 铜片上有气泡产生 D. 电流计指针发生偏转
6.下图中甲和乙均是双液原电池装置。判断下列说法不正确的是( )
A. 甲中电池总反应的离子方程式为Cd(s)+Co2+(aq)=Co(s)+Cd2+(aq)
B. 反应2Ag(s)+Cd2+(aq)=Cd(s)+2Ag+(aq)能够发生
C. 盐桥的作用是形成闭合回路,并使两边溶液保持电中性
D. 乙电池中有1 mol电子通过外电路时,正极有108g Ag析出
7.有关如图所示原电池的说法正确的是（ ）
A. 随着反应进行，左烧杯中盐溶液浓度上升，右烧杯中酸溶液浓度下降
B. 盐桥的作用是让电子通过，以构成闭合回路
C. 随着反应进行，右烧杯中溶液pH变小
D. 总反应为：2H+＋ Zn = H2↑＋ Zn2+△H>0
8.用铜片、银片设计成如图所示的原电池。以下有关该原电池的叙述正确的是( )
A. 电子通过盐桥从乙池流向甲池
B. 铜导线替换盐桥,铜片上发生的反应是：Cu2++2e-=Cu
C. 开始时,银片上发生的反应是Ag-e-=Ag+
D. 将铜片浸入AgNO3溶液中发生的化学反应与该原电池总反应相同
9.常温下，将除去表面氧化膜的A1、Cu片插入浓HNO3中组成原电池(图1)，测得原电池的电流强度(I)随时间(t)的变化如图2所示。反应过程中有红棕色气体产生。下列说法错误的是（ ）
A. t1时刻前，Al片的电极反2A1-6e-+3H2O=A12O3+6H+
B. t1时，因A1在浓硝酸中钝化，氧化膜阻碍了A1继续反应
C. t1之后，负极Cu失电子，电流方向发生改变
D. 烧杯中发生的离子反应为：2NO2+2OH-=2NO3-+H2O
10.铁碳微电解技术是利用原电池原理处理酸性污水的一种工艺，装置如下图。若上端开口关闭，可得到强还原性的H·（氢原子)；若上端开口打开，并鼓入空气，可得到强氧化性的·OH(羟基自由基)。下列说法错误的是( )
A. 无论是否鼓入空气，负极的电极反应式均为Fe-2e-=Fe2+
B. 不鼓入空气时，正极的电极反应式为H++e-=H·
C. 鼓入空气时，每生成1mol·OH有2mol电子发生转移
D. 处理含有草酸(H2C2O4)的污水时，上端开口应打开并鼓入空气
11.某微生物电解池(MEC)制氢工作原理如右图所示。用该电解池电解0.1mol·L-1的CH3COOH溶液，下列说法正确的是（ ）
A. Y为电源的正极
B. 该电解装置中，阳极的电极反应式为：CH3COOH+2H2O+8e-= 2CO2↑+8H+
C. 当2mol H＋通过质子交换膜时，则标准状况下产生22.4L H2
D. 电解一段时间后，溶液中 的值变小
12.利用固体氧化物电解池研究高温电解将CO2和H2O转化为合成气(CO+H2)，示意图如图所示。下列说法错误的是（ ）
A. 该装置的能量转化方式只有电能转化为化学能
B. Y为电源的负极
C. 阳极的电极反应式为
D. 若阴极生成 1 mol 的合成气，则电路中转移2 mol电子
13.近日，科学家发表了高温二氧化碳电解发展报告，利用固体氧化物电解池将CO2和H2O转化为合成气并联产高纯度O2。原理如图所示。下列说法正确的是（ ）
A. x极为电源正极 B. 当有2 mol电子流向a极时，产生0.5 molO2
C. b极CO2的反应式：CO2+2H++2e－=CO+H2O D. 电解质中阴离子由a向b移动
14.在固态金属氧化物电解池中，高温共电解H2O—CO2混合气体制备H2和CO是一种新的能源利用方式，基本原理如图所示。下列说法错误的是（ ）
A. X是电源的负极
B. 阴极的反应式是：H2O＋2eˉ＝H2＋O2ˉCO2＋2eˉ＝CO＋O2ˉ
C. 总反应可表示为：H2O＋CO2H2＋CO＋O2
D. 阴、阳两极生成的气体的物质的量之比是1︰1
15.氯碱工业的一种节能新工艺是将电解池与燃料电池相组合，相关物料的传输与转化关系如图所示(电极未标出)。下列说法正确的是（ ）
A. 电解池的阴极反应式为2H2O+2e-=H2↑+2OH- B. 通入空气的电极为负极
C. 电解池中产生2 mol Cl2时，理论上燃料电池中消耗0.5 mol O2 D. a、b、c的大小关系为a>b=c
16.利用三室式电解池（装置结构如图所示，电极均为惰性电极）可以实现用硫酸钠溶液制取硫酸和氢氧化钠。下列叙述正确的是（ ）
A. a气体为氢气，b气体为氧气
B. A为氢氧化钠溶液，B为硫酸溶液
C. 通电后中问隔室的SO42－向阴极迁移，阳极区溶液的pH增大
D. 该电解反应的方程式为2Na2SO4＋6H2O 2H2SO4＋4NaOH＋O2↑＋2H2↑
17.电解原理在化学工业中有广泛应用。下图表示一个电解池，装有电解液a；X、Y是两块电极极板，通过导线与直流电源相连。下列说法错误的是 ( )
A. 若电镀铜，则Y为铜电极，电解液a可以是硫酸铜或氯化铜溶液
B. 若X为铁电极、Y为石墨电极，电解饱和氯化钠溶液一段时间，在两极分别滴加酚酞，X极变红色
C. 若用惰性电极电解一定浓度的硫酸铜溶液，通电一段时间后，加入0.1mol的氢氧化铜溶解，刚好恢复到通电前的浓度，则电解过程中转移的电子为0.2mol
D. 若X、Y为铂电极，a溶液为250mL CuSO4和KNO3的混合液，经过一段时间后，两极均得到标准状况下5.6L气体，则原混合液中CuSO4的物质的量浓度为1mol·L-1
18.为增强铝的耐腐蚀性，现以铅蓄电池为外电源，以Al作阳极、Pb作阴极，电解稀硫酸，使铝表面的氧化膜增厚。其反应原理如下：
电池：Pb(s) + PbO2(s) + 2H2SO4(aq) = 2PbSO4(s) + 2H2O(l)
电解池：2Al + 3H2O = Al2O3 + 3H2↑
对该电解过程，以下判断正确的是( )
电池 电解池
A H+ 移向Pb电极 H+ 移向Pb电极
B 每消耗3mol Pb 生成1mol Al2O3
C 正极：PbO2+4H++2e-=Pb2++2H2O 阳极：2Al+3H2O-6e-=Al2O3+6H+
D Pb电极反应质量不变 Pb电极反应质量不变
A. A B. B C. C D. D
答案解析
1.【答案】 C
【解析】A.在原电池中较活泼的电极失去电子，为负极 ，A符合题意；
B.电解池中电极的名称与外接电源的连接有关，与直流电源负极相连的一极为阴极，B符合题意；
C.原电池中相对活泼的一极为负极，不活泼的一极为正极，C不符合题意；
D.电解池中发生氧化反应的一极为阳极，D符合题意；
故答案为：C。
2.【答案】 B
【解析】A.该原电池是实现化学能转化为电能的装置，故A不符合题意；
B.原电池在工作时，溶液中阳离子向正极移动，Zn2+向铜片附近迁移，故B符合题意；
C.原电池在工作时，铜为正极，发生还原反应，故C不符合题意；
D.原电池在工作时，电子从正极流向负极，从锌出发通过外电路流向铜，故D不符合题意。
故答案为：B。
3.【答案】 D
【解析】解：A．原电池中失去电子的电极为负极不是阴极，失电子的一极为负极，故A错误；
B．原电池的两极不一定是由活动性不同的两种金属组成，可能是由金属和导电的非金属组成，如碳棒作正极，故B错误；
C．电解时，活性电极为阳极时，电极失电子，惰性电极作阳极时溶液中阴离子失电子，故C错误；
D．原电池负极上失电子发生氧化反应，电解池阳极上失电子发生氧化反应，故D正确．
故选D．
4.【答案】 B
【解析】A．铜没有锌活泼，故其为正极，A不符合题意；
B．工作时，电流由正极流向负极，故电流由铜电极经导线流向锌电极，B符合题意；
C．溶液中H+在正极上得到电子，发生还原反应生成氢气，C不符合题意；
D．锌是原电池的负极，其发生氧化反应，D不符合题意。
故答案为：B。
5.【答案】 A
【解析】A．该原电池中，锌易失电子作负极，铜作正极，正极上氢离子得电子生成氢气，溶液没有铜离子生成，不会变蓝，故A符合题意；
B．Zn易失电子作负极，所以锌片逐渐溶解，故B不符合题意；
C．Cu作正极，正极上氢离子得电子生成氢气，所以铜片上有气泡产生，故C不符合题意；
D．铜锌原电池中，电子从负极流向正极，所以电流计指针发生偏转，故D不符合题意；
故答案为：A。
6.【答案】 B
【解析】A.由图可知Cd作负极，则Cd能置换出Co，A不符合题意
B.由甲池可知活泼性Cd＞Co，乙池中Co＞Ag，则Ag不能置换出Cd，故B符合题意
C.盐桥两个作用：形成闭合回路，平衡电荷使溶液呈电中性，故C不符合题意
D.Ag~e-，1mol电子有108gAg析出，故D不符合题意
故答案为：B
7.【答案】 A
【解析】A.锌做负极，铜片做正极，电子从负极流向正极，负极：Zn - 2e－=Zn2+,正极：2H+＋2e－= H2↑， A符合题意；
B.盐桥中的阴离子向硫酸锌溶液中迁移，B不符合题意；
C. 右烧杯中2H+＋2e－= H2↑，PH增大，C不符合题意；
D.只有放热的氧化还原反应才能设计成原电池，所以总反应为：2H+＋ Zn = H2↑＋ Zn2+△H<0,D不符合题意；
故答案为：A。
8.【答案】 D
【解析】A．电解质溶液通过离子的定向移动形成电流，电子不经过电解质溶液，故A不符合题意；
B．铜线代替盐桥，乙池是原电池，甲池是电解池发生电镀，铜片是阳极，铜片上发生的反应是：Cu-2e-= Cu2+ ， 故B不符合题意；
C．银片是原电池的正极，溶液中的银离子得到电子发生还原反应，电极反应是Ag++e-=Ag，故C不符合题意；
D．该原电池负极是铜失电子生成铜离子，正极银离子得电子生成银单质，铜片浸入AgNO3溶液中发生的化学反应与该原电池总反应都是发生了Cu+2Ag+=2Ag+Cu2+ ， 故D符合题意，
故答案为:D。
9.【答案】 D
【解析】A．t1时刻前，铝片做负极反应，Al发生氧化反应，负极发生2A1-6e-+3H2O=Al2O3+6H+ ， 故A不符合题意；
B．t1时，随着反应进行铝表面钝化形成氧化膜阻碍反应进行，故B不符合题意；
C．随着反应进行铝表面钝化形成氧化膜阻碍反应进行，铜做负极反应，电流方向相反，故C不符合题意；
D． NO2溶解于NaOH溶液生成NaNO3和NaNO2 ， 烧杯中发生的离子反应为：2NO2+2OH-=NO3-+NO2-+H2O，故D符合题意；
故答案为D。
10.【答案】 C
【解析】A.无论是否鼓入空气，铁都做原电池的负极，发生失电子的氧化反应，其电极反应式为：Fe－2e－=Fe2＋ ， 选项正确，A不符合题意；
B.不鼓入空气时，H+在正极发生得电子的还原反应，其电极反应式为：H++e-=H·，选项正确，B不符合题意；
C.鼓入空气时，O2发生得电子的还原反应，其电极反应式为：O2＋2e－＋2H＋=2·OH，因此每生成1mol·OH转移1,mol电子，选项错误，C符合题意；
D.由于H2C2O4具有强还原性，易与O2反应生成CO2和H2O，因此上端开口应打开并鼓入空气，选项正确，D不符合题意；
故答案为：C
11.【答案】 C
【解析】用该电解池电解0.1mol·L-1的CH3COOH溶液，氢离子在阴极得到电子发生还原反应生成氢气，电极反应2H++2e-=H2↑，电源Y为负极，正极电极反应是醋酸失电子发生氧化反应生成二氧化碳，电极反应CH3COOH+2H2O-8e-═2CO2↑+8H+ ， 电源X为负极，质子交换膜允许阳离子通过；
A、分析可知Y为电源负极，故A不符合题意；
B、电解池电解0.1mol·L-1的CH3COOH溶液，氢离子在阴极得到电子发生还原反应生成氢气，电极反应2H++2e-=H2↑，正极电极反应是醋酸失电子发生氧化反应生成二氧化碳，电极反应CH3COOH+2H2O-8e-═2CO2↑+8H+ ， 故B不符合题意；
C、当2 molH+通过质子交换膜时，电子转移2mol，则标准状况下产生22.4L H2 ， 故C符合题意；
D、c(CH3COO-)/c(CH3COOH)=c(CH3COO-)/c(CH3COOH)×c(H+)/c(H+)=Ka/c(H+)，电极反应分析阴极电极反应2H++2e-=H2↑，阳极电极反应CH3COOH+2H2O-8e-═2CO2↑+8H+ ， 电子守恒可知氢离子浓度基本不变，比值基本不变，故D不符合题意；
故答案为：C。
12.【答案】 A
【解析】A．该装置先将风能转化为电能，再通过电解将电能转化为化学能，故A符合题意；
B．由于与Y所接的一极发生得电子的反应，则与Y所接的一极为阴极，即Y为电源的负极，故B不符合题意；
C．阳极的电极反应式为 ，故C不符合题意；
D．阴极每生成1 mol CO或H2 ， 转移的电子均为2 mol，因此若生成1 mol CO和H2的混合气体，转移的电子也应该是 2 mol，D不符合题意；
故答案为：A。
13.【答案】 A
【解析】A. 与x相连的电极上发生氧离子失电子生成氧气的氧化反应，x极为电源正极，故A符合题意；
B.a极为阳极，当有2 mol电子流出a极时，产生0.5 molO2 ， 故B不符合题意；
C. b极CO2的反应式：CO2+2H++2e－=CO+H2O，H2O＋2e－=H2+O2-,故C不符合题意；
D. 在电场作用下，电解质中阴离子移向阳极，由b向a移动，故D不符合题意；
故答案为：A。
14.【答案】 D
【解析】A、从图示可看出，与X相连的电极发生H2O→H2、CO2→CO的转化，均得电子，应为电解池的阴极，则X为电源的负极，不符合题意；
B、阴极H2O→H2、CO2→CO均得电子发生还原反应，电极反应式分别为：H2O＋2eˉ＝H2＋O2ˉ、CO2＋2eˉ＝CO＋O2ˉ ， 不符合题意；
C、从图示可知，阳极生成H2和CO的同时，阴极有O2生成，所以总反应可表示为：H2O＋CO2 H2＋CO＋O2 ， 不符合题意；
D、从总反应方程式可知，阴极生成2mol气体(H2、CO各1mol)、阳极生成1mol气体(氧气)，所以阴、阳两极生成的气体物质的量之比2∶1，符合题意。
故答案为：D。
15.【答案】 A
【解析】A.电解池中生成氢气的一端为电解池的阴极，溶液中氢离子得到电子生成氢气，电解池的阴极反应式为： ，故A符合题意；
B.由燃料电池的工作原理可以知道,负极是燃料氢气发生氧化反应,正极为通入空气的电极,故B不符合题意；
C.电解池中产生Cl2,根据电子守恒得到2Cl2 O2,则电解池中产生2molCl2,理论上燃料电池中消耗1molO2,故C不符合题意；
D.燃料电池中的阳离子交换膜只允许阳离子通过，而燃料电池中正极氧气得到电子产生OH- ， 所以反应后氢氧化钠的浓度升高，即a%小于c%，负极氢气失电子生成水，消耗氢氧根离子，所以 ,得到 ,故D不符合题意；
故答案为：A。
16.【答案】 D
【解析】A．在阳极氢氧根离子放电生成氧气，在阴极氢离子放电生成氢气，所以a气体为氧气，b气体为氢气，故A不符合题意；
B．在阳极氢氧根离子放电生成氧气，同时生成氢离子，所以阳极生成硫酸，即A溶液为硫酸；在阴极氢离子放电生成氢气，同时生成氢氧根离子，所以阴极生成NaOH，即B溶液为氢氧化钠，故B不符合题意；
C．阴离子透过c隔膜向阳极移动，在阳极氢氧根离子放电生成氧气，同时生成氢离子，所以阳极生成硫酸，溶液的pH降低，故C不符合题意；
D．在阳极氢氧根离子放电生成氧气，在阴极氢离子放电生成氢气，所以该电解反应的总方程式为2Na2SO4+6H2O 2H2SO4+4NaOH+O2↑+2H2↑，故D符合题意；
故答案为：D。
17.【答案】 C
【解析】A、根据电镀池的构成：镀层材料作阳极，镀件作阴极电解质溶液为含有镀层金属阳离子的盐溶液来判断，A不符合题意；
B、根据电解饱和氯化钠溶液的原理判断，B不符合题意；
C、电解硫酸铜溶液的反应方程式为： 2CuSO4+2H2O 2Cu+ 2H2SO4+O2↑ 从上述方程式可以看出，电解硫酸铜过程中，只析出铜和释放出氧气。因此电解后加入CuO就可以使溶液复原。本题加入Cu（OH）2后溶液复原，说明电解过程中还有水被电解（因为硫酸铜被电解完全）。0.1molCu（OH）2可以可以看作是0.1mol的CuO和0.1mol H2O，因此电解过程中有0.1mol的硫酸铜和0.1mol的水被电解，转移电子的物质的量是0.4mol，C符合题意；
D、电解硫酸铜和硝酸钾混合溶液，阳极上氢氧根离子放电生成氧气，阴极上先铜离子放电析出铜，当铜完全析出时，氢离子放电析出氢气，根据转移电子守恒计算析出铜的物质的量，再结合物质的量浓度公式计算硫酸铜溶液浓度，D不符合题意；
故答案为：C。
18.【答案】 B
【解析】A．电池中，溶液中氢离子向正极二氧化铅电极移动，故A不符合题意；
B．串联电池中转移电子数相等，每消耗3molPb，根据电子守恒生成lmolAl2O3 ， 故B符合题意；
C．原电池正极上二氧化铅得电子生成硫酸铅，故C不符合题意；
D．原电池中铅作负极，负极上铅失电子和硫酸根离子反应生成难溶性的硫酸铅，所以质量增加，在电解池中，Pb阴极，阴极上氢离子得电子生成氢气，所以铅电极质量不变，故D不符合题意；
故答案为：B。