2024届高考化学一轮复习专题训练课件★★第九章 化学反应与电能 课件(共80张PPT)

(共80张PPT)
2024届高考化学一轮复习专题训练课件★★
第九章　化学反应与电能
第27练　 原电池原理及应用
1.[2021广东·9,2分,难度★★☆☆☆]
火星大气中含有大量CO2,一种有CO2参加反应的新型全固态电池有望为火星探测器供电。该电池以金属钠为负极,碳纳米管为正极,放电时(　　)
A.负极上发生还原反应
B.CO2在正极上得电子
C.阳离子由正极移向负极
D.将电能转化为化学能
B
【解析】
该电池的负极上金属钠失去电子发生氧化反应,A项错误;CO2在正极(碳纳米管)上得电子发生还原反应,B项正确;原电池工作时,阳离子从负极向正极移动,C项错误;该装置为原电池,放电时将化学能转化为电能,D项错误。
【原理分析】　根据题中信息可知该Na-CO2电池中Na为负极,负极上Na失电子发生氧化反应,碳纳米管为正极,CO2在正极上得电子发生还原反应。
2.[2022湖南·8,3分,难度★★☆☆☆]
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
B
【解析】
海水中含有大量的电解质,故A项正确;Li是活泼金属,作负极,则N极是正极,正极上海水中溶解的O2、CO2等均能放电,B项错误;由于Li易与水反应,故玻璃陶瓷应具有良好的防水功能,同时为形成闭合的回路,也应具有传导离子的功能,C项正确;该电池属于一次电池,D项正确。
【电池分析】
　
3.[2021重庆·13,3分,难度★★★☆☆]
CO2电化学传感器是将环境中CO2浓度转变为电信号的装置,工作原理如图所示,其中YSZ是固体电解质。当传感器在一定温度下工作时,在熔融Li2CO3和YSZ之间的界面X会生成固体Li2O。下列说法错误的是(　　)
A.C迁移方向为界面X→电极b
B.电极a上消耗的O2和电极b上产生的CO2的物质的量之比为1∶1
C.电极b为负极,发生的电极反应为2C-4e- O2↑+2CO2↑
D.电池总反应为Li2CO3 Li2O+CO2↑
B
【解析】
根据各电极上转移电子数相等,知电极a上消耗的O2和电极b上产生的CO2的物质的量之比为1∶2,B项错误。
4.[2021山东·10,2分,难度★★★☆☆]
以KOH溶液为离子导体,分别组成CH3OH-O2、N2H4-O2、(CH3)2NNH2-O2清洁燃料电池,下列说法正确的是(　　)
A.放电过程中,K+均向负极移动
B.放电过程中,KOH物质的量均减小
C.消耗等质量燃料,(CH3)2NNH2-O2燃料电池的理论放电量最大
D.消耗1 mol O2时,理论上N2H4-O2燃料电池气体产物的体积在标准状况下为11.2 L
C
【解析】　燃料电池工作时,阳离子向正极移动,则K+向正极移动,A项错误;N2H4-O2燃料电池的总反应为N2H4+O2 N2+2H2O,因此放电过程中,KOH的物质的量不变,B项错误;根据CH3OH→C失6e-,N2H4→N2失4e-,
(CH3)2NNH2→2C+N2失16e-,知消耗1 g燃料时,转移电子的物质的量分别为×6 mol、×4 mol、×16 mol,显然消耗等质量燃料,(CH3)2NNH2转移电子最多,放电量最大,C项正确;根据N2H4+O2 N2+2H2O,知消耗1 mol O2,理论上N2H4-O2燃料电池气体产物N2为1 mol,其在标准状况下的体积为22.4 L,D项错误。
5.[2019全国Ⅰ·12,6分,难度★★★☆☆]
利用生物燃料电池原理研究室温下氨的合成,电池工作时MV2+/MV+在电极与酶之间传递电子,示意图如图所示。下列说法错误的是(　　)
A.相比现有工业合成氨,该方法条件温和,同时还可提供电能
B.阴极区,在氢化酶作用下发生反应H2+2MV2+ 2H++2MV+
C.正极区,固氮酶为催化剂,N2发生还原反应生成NH3
D.电池工作时质子通过交换膜由负极区向正极区移动
B
【解析】
由题图和题意知,电池总反应是3H2+N2 2NH3。该合成氨反应在常温下进行,并形成原电池产生电能,反应不需要高温、高压和催化剂,A项正确;观察题图知,左边电极发生氧化反应MV+-e- MV2+,为负极,不是阴极,B项错误;正极区N2在固氮酶作用下发生还原反应生成NH3,C项正确;电池工作时,通过交换膜,由左侧(负极区)向右侧(正极区)迁移,D项正确。
【教你审题】　分析装置图时,抓住粒子流向与物质转化,整体认识合成氨原理。联系原电池原理综合作出判断。
6.[2020山东·10,2分,难度★★★☆☆]
微生物脱盐电池是一种高效、经济的能源装置,利用微生物处理有机废水获得电能,同时可实现海水淡化。现以NaCl溶液模拟海水,采用惰性电极,用下图装置处理有机废水(以含CH3COO-的溶液为例)。下列说法错误的是(　　)
A.负极反应为CH3COO-+2H2O-8e- 2CO2↑+7H+
B.隔膜1为阳离子交换膜,隔膜2为阴离子交换膜
C.当电路中转移1 mol电子时,模拟海水理论上除盐58.5 g
D.电池工作一段时间后,正、负极产生气体的物质的量之比为2∶1
B
【解析】
根据上述分析可知,A项正确;该电池工作时,Cl-向a极移动,Na+向b极移动,即隔膜1为阴离子交换膜,隔膜2为阳离子交换膜,B项错误;电路中转移1 mol电子时,向a极和b极分别移动1 mol Cl-和1 mol Na+,则模拟海水理论上可除盐58.5 g,C项正确;电池工作时负极产生CO2,正极产生H2,结合正、负极的电极反应知,一段时间后,正极和负极产生气体的物质的量之比为2∶1,D项正确。
【图象分析】　结合图示可知放电时的电极反应如下:
电极名称 电极反应
负极(a极)
正极(b极)
7.[2023山东·11,4分,难度★★★☆☆][双选]
利用热再生氨电池可实现CuSO4电镀废液的浓缩再生。电池装置如图所示,甲、乙两室均预加相同的CuSO4电镀废液,向甲室加入足量氨水后电池开始工作。下列说法正确的是(　　　　)
A.甲室Cu电极为正极
B.隔膜为阳离子膜
C.电池总反应为:Cu2++4NH3 [Cu(NH3)4]2+
D.NH3扩散到乙室将对电池电动势产生影响
CD
【解析】　据图可知,甲室流出液经低温热解得到CuSO4和NH3,则甲室中生成了[Cu(NH3)4]SO4,发生的反应为Cu-2e-+4NH3 [Cu(NH3)4] 2+,甲室Cu电极为负极,A错误;乙室Cu电极为正极,发生反应:Cu2++2e- Cu,消耗Cu2+,为维持电解质溶液呈电中性,S透过隔膜进入甲室,则隔膜为阴离子膜,B错误;根据正、负极反应,可知电池总反应为Cu2++4NH3 [Cu(NH3)4] 2+,C正确;NH3能与Cu2+反应生成[Cu(NH3)4]2+,因此若NH3扩散到乙室,则乙室Cu2+浓度减小,对电池电动势有影响,D正确。
8.[2022全国甲·10,6分,难度★★★☆☆]
一种水性电解液Zn-MnO2离子选择双隔膜电池如图所示(KOH溶液中,Zn2+以Zn(OH存在)。电池放电时,下列叙述错误的是(　　)
A.Ⅱ区的K+通过隔膜向Ⅲ区迁移
B.Ⅰ区的S通过隔膜向Ⅱ区迁移
C.MnO2电极反应:MnO2+4H++2e-
Mn2++2H2O
D.电池总反应:Zn+4OH-+MnO2+4H+ Zn(OH+Mn2++2H2O
A
【解析】
【电池分析】
　
MnO2电极为正极,Zn电极为负极,电池放电时,电解质溶液中阴离子向负极移动,阳离子向正极移动,A项错误;Ⅰ区中的S通过隔膜向Ⅱ区迁移,B项正确;MnO2电极为正极,电极反应式为MnO2+2e-+4H+ Mn2++2H2O,C项正确;根据正负两极的电极反应式可得电池总反应,D项正确。
新考法
9.[2022浙江1月·21,2分,难度★★★☆☆]
创新命题角度,以pH计的工作原理为载体考查原电池原理的应用
pH计是一种采用原电池原理测量溶液pH的仪器。如图所示,以玻璃电极(在特制玻璃薄膜球内放置已知浓度的HCl溶液,并插入Ag-AgCl电极)和另一Ag-AgCl电极插入待测溶液中组成电池,pH与电池的电动势E存在关系:pH=(E-常数)/0.059。下列说法正确的是(　　)
C
A.如果玻璃薄膜球内电极的电势低,则该电极反应式为:AgCl(s)+e- Ag(s)+Cl-(0.1 mol·L-1)
B.玻璃膜内外氢离子浓度的差异不会引起电动势的变化
C.分别测定含已知pH的标准溶液和未知溶液的电池的电动势,可得出未知溶液的pH
D.pH计工作时,电能转化为化学能
新考法
【解析】　电势低的电极为负极,负极失去电子,电极反应式为Ag+Cl--e- AgCl(s),A项错误;pH与H+浓度有关,根据pH=(E-常数)/0.059可知,玻璃膜内外的H+浓度差异会引起电动势的变化,B项错误;通过测定含已知pH的标准溶液的电池的E可以得出题给公式中常数的值,然后测定含未知溶液的电池的E就可以计算出未知溶液的pH,C项正确;因为pH计利用的是原电池原理,故其工作时是化学能转化为电能,D项错误。
第28练　 二次电池
1.[2021辽宁·10,3分,难度★★★☆☆]
如图,某液态金属储能电池放电时产生金属间化合物Li3Bi。下列说法正确的是(　　)
A.放电时,M电极反应为Ni-2e- Ni2+
B.放电时,Li+由M电极向N电极移动
C.充电时,M电极的质量减小
D.充电时,N电极反应为Li3Bi+3e- 3Li++Bi
B
【解析】
结合上述分析可知,A项错误;原电池中阳离子从负极向正极方向移动,即Li+由M电极向N电极移动,B项正确;充电时M电极为阴极,电极反应为3Li++3e- 3Li,电极质量将增加,C项错误;充电时N电极为阳极,电极反应为Li3Bi-3e- 3Li++Bi,D项错误。
【原理分析】　结合该电池放电时产生金属间化合物Li3Bi,可知M极为负极,N极为正极,电极反应分析如下。
电极 电极反应式
负极(M极)
正极(N极)
2.[2022广东·16,4分,难度★★★☆☆]
科学家基于Cl2易溶于CCl4的性质,发展了一种无需离子交换膜的新型氯流电池,可作储能设备(如图)。充电时电极a的反应为:NaTi2(PO4)3+2Na++2e- Na3Ti2(PO4)3
下列说法正确的是(　　)
A.充电时电极b是阴极
B.放电时NaCl溶液的pH减小
C.放电时NaCl溶液的浓度增大
D.每生成1 mol Cl2,电极a质量理论上增加23 g
C
【解析】　由充电时电极a的反应式可知,电极a发生还原反应,则充电时电极a为阴极,电极b为阳极,A项错误;放电时,负极Na3Ti2(PO4)3转化为Na+,正极Cl2发生还原反应生成Cl-,NaCl溶液的浓度增大,但溶液一直为中性,故放电时NaCl溶液的pH不变,B项错误、C项正确;充电时,每生成1 mol Cl2,则转移2 mol电子,由题干电极a反应式可知,有2 mol Na+参与反应,则电极a质量理论上增加46 g,D项错误。
【技巧点拨】　(1)题干中充电时电极a反应式是解答的突破口;(2)充电时,阳极发生氧化反应,阴极发生还原反应。
3.[2023全国乙·12,6分,难度★★★☆☆]
室温钠-硫电池被认为是一种成本低、比能量高的能源存储系统。一种室温钠-硫电池的结构如图所示。将钠箔置于聚苯并咪唑膜上作为一个电极, 表面喷涂有硫黄粉末的炭化纤维素纸作为另一电极。 工作时,在硫电极发生反应:
S8+e-,+e-,
2Na+++2(1-)e-Na2Sx
下列叙述错误的是(　　)
A.充电时Na+从钠电极向硫电极迁移
B.放电时外电路电子流动的方向是a→b
C.放电时正极反应为:2Na++S8+2e-Na2Sx
D.炭化纤维素纸的作用是增强硫电极导电性能
A
【解析】　
充电时,阳离子Na+应向阴极钠电极迁移,A错误;放电时,Na失去的电子经外电路流向正极,即电子流向是a→b,B正确;将题给硫电极发生的反应依次标号为①②③,由×①+×②+③可得正极总反应,C正确;炭化纤维素纸具有良好的导电性,D正确。
【电池分析】
　
新考法
4.[2022福建·9,4分,难度★★★☆☆]
创新命题素材,以化学“自充电”的锌-有机物电池为载体,体现化学在能源转化领域的研究成果
一种化学“自充电”的锌-有机物电池,电解质为KOH和Zn(CH3COO)2水溶液。将电池暴露于空气中,某电极无需外接电源即能实现化学自充电,该电极充放电原理如图所示。下列说法正确的是(　　)
A.化学自充电时,c(OH-)增大
B.化学自充电时,电能转化为化学能
C.化学自充电时,锌电极反应式:Zn2++2e- Zn
D.放电时,外电路通过0.02 mol电子,正极材料损耗0.78 g
A
新考法
【解析】　由图示可知,化学自充电时,O2得电子转化为OH-,OH-与K+结合形成KOH,c(OH-)增大,A正确;该电池为自充电电池,无需外接电源,因此化学自充电时,没有电能转化为化学能,B错误;由图示可知,化学自充电时,阳极反应
为有机物之间的转化,阴极反应为O2转化为OH-,没有发生Zn2++2e- Zn,C错误;放电时, +
2nK++2ne- ,正极材料中增加了K+,故当外电路中通过0.02 mol电子时,正极材料增加0.78 g,
D错误。
第29练　 电解原理及应用
1.[2022广东·10,2分,难度★★☆☆☆]
以熔融盐为电解液,以含Cu、Mg和Si等的铝合金废料为阳极进行电解,实现Al的再生。该过程中(　　)
A.阴极发生的反应为Mg-2e- Mg2+
B.阴极上Al被氧化
C.在电解槽底部产生含Cu的阳极泥
D.阳极和阴极的质量变化相等
C
【解析】　阴极得电子,发生还原反应,被还原,A项、B项错误;由金属活动性顺序可知,Mg、Al在阳极失电子,离子进入电解液,Cu金属活动性弱,则阳极泥主要含Si、Cu,C项正确;阴极Al3+得电子生成Al单质,阳极上Mg、Al均失电子变成离子进入电解液中,故阳极和阴极的质量变化不相等,D项错误。
2.[2023辽宁·7,3分,难度★★☆☆☆]
某无隔膜流动海水电解法制H2的装置如图所示,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+
D
【解析】　钛网上发生氧化反应,为阳极,则电源a端为正极,电源b端为负极,a端电势高于b端电势,A项错误;理论上每转移2 mol e-,生成1 mol H2,质量为2 g,B项错误;电解总反应可表示为Cl-+H2O ClO-+H2↑,电解后ClO-水解使溶液呈碱性,海水pH上升,C项错误;阳极上Cl-放电转化为HClO,电极反应为Cl-+H2O-2e- HClO+H+,D项正确。
3.[2022天津·11,3分,难度★★★☆☆]
实验装置如图所示。接通电源后,用碳棒(a'、b')作笔,在浸有饱和NaCl溶液和石蕊溶液的湿润试纸上同时写字,a'端的字迹呈白色。下列结论正确的是(　　)
A.a为负极
B.b'端的字迹呈蓝色
C.电子流向为:b b' a' a
D.如果将a'、b'换为铜棒,与碳棒作电极时的现象相同
B
【解析】　a'端的字迹呈白色,说明碳棒a'上发生氧化反应:Cl--2e-+H2O HClO+H+,碳棒a'为阳极,则a为正极,A项错误;碳棒b'为阴极,发生还原反应:2H2O+2e- 2OH-+ H2↑,c(OH-)增大,石蕊变为蓝色,B项正确;电子流向:阳极a'→电源正极a→电源负极b→阴极b',电子不通过电解质溶液,C项错误;如果将a'、b'换为铜棒,则阳极反应为Cu-2e- Cu2+、阴极反应为2H2O+2e- 2OH-+H2↑,阳极端字迹不变白色,因此现象不同,D项错误。
4.[2021广东·16,4分,难度★★★☆☆]
钴(Co)的合金材料广泛应用于航空航天、机械制造等领域。如图为水溶液中电解制备金属钴的装置示意图。下列说法正确的是(　　)
A.工作时,Ⅰ室和Ⅱ室溶液的pH均增大
B.生成1 mol Co,Ⅰ室溶液质量理论上减少16 g
C.移除两交换膜后,石墨电极上发生的反应不变
D.电解总反应:2Co2++2H2O2Co+O2↑+4H+
D
【解析】
结合阳极反应式可知,电解时Ⅰ室H+浓度增大,溶液的pH减小,Ⅰ室中的H+通过阳离子交换膜进入Ⅱ室,Ⅱ室溶液的pH减小,A项错误;生成1 mol Co时,电路中通过2 mol电子,阳极产生0.5 mol O2,其质量为16 g,同时有H+从Ⅰ室进入Ⅱ室,也导致Ⅰ室溶液质量减小,故生成1 mol Co时,Ⅰ室溶液质量理论上减少大于16 g,B项错误;若移除两交换膜,Cl-在阳极会发生反应生成Cl2,C项错误;结合上述分析可知,电解时的总反应为2Co2++2H2O2Co+O2↑+4H+,D项正确。
【原理分析】　图示装置为电解池,根据外接电源可确定石墨电极为阳极,Co电极为阴极,其电极反应分别为:
阳极(石墨)
阴极(Co电极)
5.[2022湖北·14,3分,难度★★★☆☆]
含磷有机物应用广泛。电解法可实现由白磷直接制备Li[P(CN)2],过程如图所示(Me为甲基)。下列说法正确的是
(　　)
A.生成1 mol Li[P(CN)2],理论上外电路需要转移2 mol电子
B.阴极上的电极反应为:P4+8CN--4e- 4[P(CN)2]-
C.在电解过程中CN-向铂电极移动
D.电解产生的H2中的氢元素来自LiOH
D
【解析】　由题图可知,石墨电极上发生反应P4+8CN--4e- 4[P(CN)2]-,石墨电极作阳极,当生成1 mol Li[P(CN)2]时,外电路转移1 mol电子,故A、B项错误;在电解过程中CN-向阳极移动,即向石墨电极移动,C项错误;由2Me3SiCN+LiOH O(SiMe3)2+LiCN+HCN,可知HCN中的H来自LiOH,电解过程中HCN在铂电极上放电产生H2,故D项正确。
6.[2021天津·11,3分,难度★★★☆☆]
如下所示电解装置中,通电后石墨电极Ⅱ上有O2生成,Fe2O3逐渐溶解,下列判断错误的是(　　)
A.a是电源的负极
B.通电一段时间后,向石墨电极Ⅱ附近滴加石蕊溶液,出现红色
C.随着电解的进行,CuCl2溶液浓度变大
D.当0.01 mol Fe2O3完全溶解时,至少产生气体336 mL(折合成标准状况下)
C
【解析】　根据题图,结合题意知,石墨电极Ⅱ上H2O发生氧化反应产生O2,故石墨电极Ⅱ是阳极,则b是电源的正极、a是电源的负极,A项正确;石墨电极Ⅱ上H2O放电产生O2和H+:2H2O-4e- 4H++O2↑,通电一段时间后,石墨电极Ⅱ附近溶液显酸性,能使石蕊显红色,B项正确;电解时,Cu2+在石墨电极Ⅰ上放电生成Cu,左室中Cl-通过阴离子交换膜进入中间室,故CuCl2溶液的浓度减小,C项错误;由Fe2O3+6H+ 2Fe3++3H2O和阳极反应式可得Fe2O3~O2,故产生O2的体积是×0.01 mol×22.4 L·mol-1×103 mL·L-1=336 mL,D项正确。
新考法
7.[2023全国甲·12,6分,难度★★★☆☆]
创新命题素材,本题用可再生能源电还原CO2,考查电解池工作原理的应用
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)
C
新考法
【解析】　IrOx-Ti电极接电源正极,为阳极,发生失电子的氧化反应,故电极反应为2H2O-4e- 4H++O2↑,A错误;质子交换膜只允许H+通过,故左室H+从IrOx-Ti电极向Cu电极迁移,B错误;Cu电极接电源负极,为阴极,发生得电子的还原反应,根据图中物质转化关系知CO2可发生反应2CO2+12H++12e- C2H4 +4H2O,C正确;由A可知每转移1 mol电子,阳极生成0.25 mol即5.6 L(标准状况)O2,D错误。
新考法
8.[2022辽宁·9,3分,难度★★★☆☆]
创新命题形式,本题给出测定乙酸溶液浓度的图象,考查电解池工作原理的应用
如图,c管为上端封口的量气管,为测定乙酸溶液浓度,量取10.00 mL待测样品加入b容器中,接通电源,进行实验。下列说法正确的是(　　)
A.左侧电极反应:2H2O-4e- O2↑+4H+
B.实验结束时,b中溶液红色恰好褪去
C.若c中收集气体11.20 mL,则样品中乙酸浓度为0.1 mol·L-1
D.把盐桥换为U形铜导线,不影响测定结果
A
新考法
【解析】　
【原理分析】　根据题意结合图示知,通过测量b容器中溶液变红色时c管内收集的气体的体积,结合各电极上转移的电子数相等可计算乙酸溶液的浓度,则右侧Pt电极为阴极,CH3COOH放电,左侧Pt电极为阳极,H2O放电。具体分析如下:
新考法
由以上分析知,A项正确;实验结束时,b中CH3COOH被完全消耗生成CH3COO-,CH3COO-水解使溶液显碱性,故溶液为红色,B项错误;未指明气体所处的状况,不能根据体积计算其物质的量,C项错误;盐桥起传递离子使溶液呈电中性的作用,铜导线不能传递离子,D项错误。
新考法
9.[2022北京·13,3分,难度★★★☆☆]
深挖教材命题,本题考查了铁上电镀铜的实验探究
利用下图装置进行铁上电镀铜的实验探究。
下列分析不正确的是(　　)
A.①中气体减少,推测是由于溶液中c(H+)减小,且Cu覆盖铁电极,阻碍H+与铁接触
B.①中检测到Fe2+,推测可能发生反应:Fe+2H+ Fe2++H2↑、Fe+Cu2+ Fe2++Cu
C.随阴极析出铜,推测②中溶液c(Cu2+)减小,Cu2++4NH3 [Cu(NH3)4]2+平衡逆向移动
D.②中Cu2+生成[Cu(NH3)4]2+,使得c(Cu2+)比①中溶液的小,Cu缓慢析出,镀层更致密
C
装置 序号 电解质溶液 实验现象
① 0.1 mol·L-1 CuSO4+少量H2SO4溶液 阴极表面产生无色气体,一段时间后阴极表面有红色固体,气体减少。经检验,电解液中有Fe2+
② 0.1 mol·L-1CuSO4+过量氨水 阴极表面未观察到气体,一段时间后阴极表面有致密红色固体。经检验,电解液中无Fe元素
新考法
【解析】　
随着反应进行,H+浓度减小,其与Fe的反应速率减慢,且Cu2+得电子生成的铜覆盖铁电极,可阻碍H+与铁接触,导致产生的气体减少,A项正确;由以上分析知,B项正确;[Cu(NH3)4]2+在阴极得到电子缓慢发生还原反应生成铜,故随阴极析出铜,[Cu(NH3)4]2+浓度减小,Cu2++4NH3]2+平衡正向移动,C项错误;由以上分析知,D项正确。
【原理分析】　图示装置中铁作阴极,由实验现象知,实验①中铁会先与溶液中的氢离子、铜离子反应生成亚铁离子、氢气和铜,一段时间后,铜离子在阴极放电,得电子发生还原反应生成铜;实验②中铜离子先与过量氨水反应生成四氨合铜离子,c(Cu2+)减小,避免了Fe与Cu2+反应,然后四氨合铜离子在阴极得到电子缓慢发生还原反应生成铜,故铁表面得到比实验①更致密的镀层。
第30练　 金属的腐蚀与防护
1.[2019江苏·10,2分,★★☆☆☆]
将铁粉和活性炭的混合物用NaCl溶液湿润后,置于如图所示装置中,进行铁的电化学腐蚀实验。下列有关该实验的说法正确的是(　　)
A.铁被氧化的电极反应式为Fe-3e- Fe3+
B.铁腐蚀过程中化学能全部转化为电能
C.活性炭的存在会加速铁的腐蚀
D.以水代替NaCl溶液,铁不能发生吸氧腐蚀
C
【解析】　A项,铁和炭的混合物用NaCl溶液湿润后构成原电池,铁作负极,铁失去电子生成Fe2+,电极反应式为Fe-2e- Fe2+,错误;B项,铁腐蚀过程中化学能除了转化为电能外,还可转化为热能等,错误;C项,构成原电池后,铁腐蚀的速率变快,正确;D项,用水代替NaCl溶液,Fe和炭也可以构成原电池,Fe失去电子,空气中的O2得到电子,铁发生吸氧腐蚀,错误。
2.[2022广东·11,4分,难度★★★☆☆]
为检验牺牲阳极的阴极保护法对钢铁防腐的效果,将镀层有破损的镀锌铁片放入酸化的3%NaCl溶液中。一段时间后,取溶液分别实验,能说明铁片没有被腐蚀的是(　　)
A.加入AgNO3溶液产生沉淀
B.加入淀粉碘化钾溶液无蓝色出现
C.加入KSCN溶液无红色出现
D.加入K3[Fe(CN)6]溶液无蓝色沉淀生成
D
【解析】　若铁片被腐蚀,则溶液中含有Fe2+,在溶液中加入K3[Fe(CN)6]溶液,反应生成蓝色的KFe[Fe(CN)6]沉淀,D项正确;A项只能检验溶液中含有Cl-,B项只能检验溶液中无强氧化性物质,C项只能检验溶液中无Fe3+,三者均不能说明铁片没有被腐蚀。
3.[2022上海·18,2分,难度★★★☆☆]
浓硫酸贮存罐的钝化金属保护法示意图如图,其原理是利用可钝化的金属与直流电源相连,控制合适的电压,使金属贮存罐表面形成致密的钝化膜,以有效减缓金属腐蚀。下列选项错误的是(　　)
A.金属贮存罐可用钢制材料
B.电子沿导线流入辅助电极
C.贮存浓硫酸的金属罐与电源负极相连
D.电压高到一定程度有可能会加剧腐蚀
C
【解析】
钢的主要成分是铁,铁遇冷的浓硫酸发生钝化,因此金属贮存罐可用钢制材料,A正确;贮存浓硫酸的金属罐为阳极,连接电源正极,辅助电极是阴极,电子沿导线流向辅助电极,B正确,C错误;电压过高时,有可能会加剧腐蚀,D正确。
【原理分析】
　
第31练　 新型电化学装置的分析
1.[2023浙江1月·11,3分,难度★★★☆☆]
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
C
【解析】
石墨电极为阳极,A项错误;该电解池的电解质为熔融盐,不存在H+,B项错误;根据阳极上生成CO知,石墨优先于Cl-参与反应,C项正确;石墨电极为阳极,阴离子O2-向石墨电极移动,D项错误。
【原理分析】　根据各电极上的物质变化,判断反应类型,确定电极类型。
2.[2021湖南·10,3分,难度★★★☆☆]
锌/溴液流电池是一种先进的水溶液电解质电池,广泛应用于再生能源储能和智能电网的备用电源等。三单体串联锌/溴液流电池工作原理如图所示:
下列说法错误的是(　　)
A.放电时,N极为正极
B.放电时,左侧贮液器中ZnBr2的浓度不断减小
C.充电时,M极的电极反应式为Zn2++2e- Zn
D.隔膜允许阳离子通过,也允许阴离子通过
B
【解析】
A项,放电时,M极Zn失去电子,为负极,则N极为正极,正确;B项,放电时,负极发生反应:Zn-2e- Zn2+,正极发生反应:Br2+2e- 2Br-,溶液中有Zn2+与Br-生成,通过循环回路,左侧贮液器中ZnBr2的浓度逐渐增大,错误;C项,充电时,M极Zn2+得电子,被还原为Zn,正确;D项,结合题图知,隔膜的作用是防止Br2通过,造成电池自放电,但可以让Br-和Zn2+通过,正确。
【原理分析】　锌溴液流电池的电解液为ZnBr2水溶液,电解液通过泵循环流过正、负电极表面。充电时锌沉积在阴极上,阳极生成的溴转化成Br2复合物贮存在贮液器中;放电时负极表面的锌溶解,正极Br2复合物放电转变成溴离子,电解液回到溴化锌的状态。
3.[2021辽宁·13,3分,难度★★★☆☆]
利用 (Q)与 (QH2)电解转化法从烟气中分离CO2的原理如图。已知气体可选择性
通过膜电极,溶液不能通过。下列说法错误的是(　　)
A.a为电源负极
B.溶液中Q的物质的量保持不变
C.CO2在M极被还原
D.分离出的CO2从出口2排出
C
【解析】　
根据上述分析知,M极为阴极,则a极为电源负极,A项正确;结合阴极和阳极反应可知,整个电解过程中溶液中Q的物质的量保持不变,B项正确;M极通入的烟气中的CO2能与OH-反应生成HC,HC移向阳极N极,与H+反应生成CO2,从而实现CO2的分离,分离出的CO2从出口2排出,整个过程中CO2中各元素化合价保持不变,C项错误,D项正确。
【原理分析】　M极上Q→QH2,为Q得氢的反应,即发生还原反应,故M极为阴极,N极为阳极。
电极 电极反应
阴极(M极)
阳极(N极)
4.[2021浙江6月·22,2分,难度★★★☆☆]
某全固态薄膜锂离子电池截面结构如图所示,电极A为非晶硅薄膜,充电时Li+得电子成为Li嵌入该薄膜材料中;电极B为LiCoO2薄膜;集流体起导电作用。下列说法不正确的是(　　)
A.充电时,集流体A与外接电源的负极相连
B.放电时,外电路通过a mol电子时,LiPON薄膜电解质损失a mol Li+
C.放电时,电极B为正极,反应可表示为Li1-xCoO2+xLi++xe- LiCoO2
D.电池总反应可表示为LixSi+Li1-x CoO2Si+LiCoO2
B
【解析】
结合充电时Li+得电子成为Li嵌入电极A的薄膜材料中,知充电时电极A为阴极,则集流体A应和外接电源负极相连,A项正确;放电时,外电路中通过a mol电子时,负极(电极A)生成的a mol Li+通过LiPON薄膜电解质转移至电极B,LiPON薄膜电解质并未损失Li+,B项错误;由上述分析知,C项正确;结合正极和负极反应式可写出电池总反应为LixSi+
Li1-xCoO2 Si+LiCoO2,D项正确。
【原理分析】　根据题中信息和图示装置,可知该电池放电时,电极A为负极,电极B为正极,电极反应为:
电极 电极反应
负极(电极A)
正极(电极B)
5.[2021全国甲·13,6分,难度★★★☆☆]
乙醛酸是一种重要的化工中间体,可采用如图所示的电化学装置合成。图中的双极膜中间层中的H2O解离为H+和OH-,并在直流电场作用下分别向两极迁移。下列说法正确的是(　　)
A.KBr在上述电化学合成过程中只起电解质的作用
B.阳极上的反应式为: +2H++2e-
+H2O
C.制得2 mol乙醛酸,理论上外电路中迁移了1 mol电子
D.双极膜中间层中的H+在外电场作用下向铅电极方向迁移
D
【解析】　根据图示,石墨电极一侧发生反应2Br--2e- Br2、OHC—CHO+Br2+H2OHOOC—CHO+2HBr,总反应为OHC—CHO-2e-+H2O HOOC—CHO+2H+,因此石墨电极为阳极,KBr不只是起到电解质的作用,A项错误,B项错误;根据阳极总反应OHC—CHO-2e-+H2O HOOC—CHO+2H+、阴极反应HOOC—COOH+2e-+2H+ HOOC—CHO+H2O,可得总反应式为OHC—CHO+HOOC—COOH 2HOOC—CHO,故制得2 mol乙醛酸,理论上外电路中迁移了2 mol电子,C项错误;根据阴极(铅电极)反应,双极膜中间层中的H+在外电场作用下向阴极(铅电极)迁移,D项正确。
6.[2023新课标·10,6分,难度★★★☆☆]
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
C
【解析】　
【电池分析】
　
放电时Zn失去电子生成Zn2+,Zn为负极,则V2O5为正极,A正确;放电时,阳离子(Zn2+)移向正极,B正确;由上述分析可知,放电总反应为xZn+V2O5+nH2O ZnxV2O5·nH2O,充电总反应为ZnxV2O5·nH2O xZn+V2O5+nH2O,C错误;由上述分析可知,D正确。
7.[2022河北·12,4分,难度★★★★☆][双选]
科学家研制了一种能在较低电压下获得氧气和氢气的电化学装置。工作原理示意图如下。
下列说法正确的是(　　　　)
A.电极b为阳极
B.隔膜为阴离子交换膜
C.生成气体M与N的物质的量之比为2∶1
D.反应器Ⅰ中反应的离子方程式为4[Fe(CN)6]3-+4OH-4[Fe(CN)6]4-+O2↑+2H2O
BD
【解析】　由电极a上[Fe(CN)6]4-→[Fe(CN)6]3-,发生失去电子的氧化反应可知,电极a为阳极、电极b为阴极,A项错误;由图示知,阴极反应为DHPS+2H2O+2e- DHPS-2H+2OH-,阳极反应为 [Fe(CN)6]4--e- [Fe(CN)6,为维持溶液的电中性,阴极室的OH-应通过隔膜进入阳极室,B项正确;根据题意,结合氧化还原反应规律可知,反应器Ⅰ中反应为+4OH-4[Fe(CN)6]4-+O2↑+2H2O,反应器Ⅱ中反应为DHPS-2HDHPS+H2↑,则M是O2、N是H2,根据得失电子守恒,O2与H2的物质的量之比为1∶2,C项错误,D项正确。
8.[2022山东·13,4分,难度★★★★☆][双选]
设计如图装置回收金属钴。保持细菌所在环境pH稳定,借助其降解乙酸盐生成CO2,将废旧锂离子电池的正极材料LiCoO2(s)转化为Co2+,工作时保持厌氧环境,并定时将乙室溶液转移至甲室。已知电极材料均为石墨材质,右侧装置为原电池。下列说法正确的是(　　　　)
A.装置工作时,甲室溶液pH逐渐增大
B.装置工作一段时间后,乙室应补充盐酸
C.乙室电极反应式为LiCoO2+2H2O+e- Li++Co2++4OH-
D.若甲室Co2+减少200 mg,乙室Co2+增加300 mg,则此时已进行过溶液转移
BD
【解析】　
【原理分析】　根据右侧装置为原电池,乙酸盐降解为二氧化碳,发生氧化反应,LiCoO2转化为Co2+,发生还原反应,知右侧装置左电极为负极,右电极为正极;左侧装置为电解池,左电极为阳极,乙酸盐转化为CO2气体,右电极为阴极,Co2+转化为Co单质。
装置工作时,甲室为阴极室,阳极发生反应CH3COO--8e-+2H2O 2CO2↑+7H+,结合阴极反应及电解液呈电中性知,阳极生成的 H+通过阳膜进入阴极室,故甲室溶液pH减小,A项错误;乙室为正极室,正极反应为LiCoO2+e-+4H+ Li++Co2++2H2O,消耗H+生成H2O,电解质溶液酸性减弱,需要补充盐酸,B项正确,C项错误;根据甲室中电极反应Co2++2e- Co和乙室中电极反应可知,甲室中减少的Co2+的质量为乙室中增加的Co2+的质量的一半,则甲室Co2+减少200 mg,乙室Co2+增加300 mg时已进行过溶液转移,D项正确。
新考法
9.[2022重庆·12,3分,难度★★★☆☆]
创新命题形式,本题给出“成对间接电氧化”法合成硝酮的图象,考查反应过程的相关分析
硝酮是重要的有机合成中间体,可采用“成对间接电氧化”法合成。电解槽中水溶液的主要成分及反应过程如图所示。
下列说法错误的是(　　)
A.惰性电极2为阳极
B.反应前后W/W数量不变
C.消耗1 mol氧气,可得到1 mol硝酮
D.外电路通过1 mol电子,可得到1 mol水
C
新考法
【解析】
惰性电极2上Br-转化为Br2,发生氧化反应,为阳极,A项正确;由总反应可知,反应前后W/W数量不变,B项正确;根据总反应知,消耗1 mol氧气,可得到2 mol硝酮,C项错误;根据阴极区反应知,外电路通过1 mol电子,可得到1 mol水,D项正确。
【原理分析】　阳极区反应为2Br--2e- Br2、Br2+ +2HBr;阴极区反应为
O2+2e-+2H+ H2O2、H2O2+W H2O+W、W+ +
W+H2O;制备硝酮的总反应为 O2 2H2O。
新考法
10.[2022全国乙·12,6分,难度★★★☆☆]
关注科技前沿,以科学家研究的一种光照充电Li-O2电池为载体,考查该电池的工作原理
Li-O2电池比能量高,在汽车、航天等领域具有良好应用前景。近年来,科学家研究了一种光照充电Li-O2电池(如图所示)。光照时,光催化电极产生电子(e-)和空穴(h+),驱动阴极反应(Li++e- Li) 和阳极反应(Li2O2 +2h+ 2Li++O2) 对电池进行充电。下列叙述错误的是(　　)
A.充电时,电池的总反应Li2O2 2Li+O2
B.充电效率与光照产生的电子和空穴量有关
C.放电时,Li+从正极穿过离子交换膜向负极迁移
D.放电时,正极发生反应O2+2Li++2e- Li2O2
C
新考法
【解析】
充电时为电解池,由题目信息知,光照时,光催化电极产生电子(e-)和空穴(h+),电子通过外电路转移到锂电极发生反应Li++e- Li,光催化电极上发生反应Li2O2+2h+ 2Li++O2,总反应为Li2O2 2Li+O2,因此充电效率与光照产生的电子和空穴量有关,A、B项正确;放电时,阳离子移向正极,因此放电时,Li+从负极穿过离子交换膜向正极迁移,C项错误;放电时,正极发生还原反应,其电极反应式为O2+2e-+2Li+ Li2O2,D项正确。
【原理分析】　由图可知该装置为二次电池,放电时O2→Li2O2,Li→Li+;充电时Li2O2→O2,Li+→Li,由此写出的电极反应式如下:
电极 电极反应式
电解池 阳极(光催化电极)
阴极(金属锂)
原电池 正极(光催化电极)
负极(金属锂)