高考化学答题技巧之选择题 题型02 电化学图像分析(原卷版)Word（14页）

题型02 电化学图像分析 1．电化学题解题流程 2．电化学解题模板 第一步：读题 逐字逐句读，挖掘关键字，排除无效信息，找到对解题有价值的信息，并作标记。 第一步：确定装置类型 放电为原电池，充电为电解池。 第二步：判断电极名称 放电时的正极为充电时间阳极，放电时的负极为充电时的阴极。 第三步：写出电极反应 放电时的正极反应颠倒过来为充电时的阳极反应；放电时的负极反应颠倒过来为充电时的阴极反应。 第四步：分析离子移动 由生成一极向消耗一极移动；区域pH 变化：OH-生成区，H+消耗区，pH 增大；OH-消耗区，H+生成区， pH 减小。 3．原电池及其设计 (1)原电池闭合回路的形成有多种方式，可以是导线连接两个电极，也可以是两电极相接触。 电化学图象题是高考中电化学最常见的呈现方式，通过陌生电化学装置图，考查学生接受、吸收、整 合化学信息的能力，也体现了对“宏观辨识与微观探析”的学科核心素养考查。命题角度主要有新型 一般电池、新型可充电电池、新型燃料电池、电解池原理及其应用，另外有无离子交换膜也是关注的 角度。在复杂、陌生、新颖的研究对象和真实问题情境下，体现了对电化学知识基础性、综合性、创 新性和应用性的考查。 (2)电解质溶液中阴、阳离子的定向移动，与导线中电子的定向移动共同组成了一个完整的闭合回路。 (3)无论在原电池还是在电解池中，电子均不能通过电解质溶液。 (4)原电池设计步骤 4．二次电池结构原理 5．锂离子电池充放电分析 正极材料：LiMO2(M：Co、Ni、Mn 等)；LiM2O4(M：Co、Ni、Mn 等)；LiMPO4(M：Fe 等) 负极材料：石墨(能吸附锂原子) 负极反应：LixCn－xe－===xLi＋＋Cn 正极反应：Li1－xMO2＋xLi＋＋xe－===LiMO2 总反应：Li1－xMO2＋LixCn Cn＋LiMO2。 6．燃料电池结构分析 7．解答燃料电池题目的几个关键点 ①要注意介质是什么？是电解质溶液还是熔融盐或氧化物。 ②通入负极的物质为燃料，通入正极的物质为氧气。 ③通过介质中离子的移动方向，可判断电池的正负极，同时考虑该离子参与靠近一极的电极反应。 8．燃料电池电极反应式书写的常用方法 第一步，写出电池总反应式。 燃料电池的总反应与燃料燃烧的反应一致，若产物能和电解质反应，则总反应为加合后的反应。 如甲烷燃料电池(电解质溶液为NaOH 溶液)的反应如下： CH4＋2O2===CO2＋2H2O ① CO2＋2NaOH===Na2CO3＋H2O ② ①＋②可得甲烷燃料电池的总反应式：CH4＋2O2＋2NaOH===Na2CO3＋3H2O。 第二步，写出电池的正极反应式。 根据燃料电池的特点，一般在正极上发生还原反应的物质都是O2，因电解质溶液不同，故其电极反 应也会有所不同： (1)酸性电解质：O2＋4H＋＋4e－===2H2O。 (2)碱性电解质：O2＋2H2O＋4e－===4OH－。 (3)固体电解质(高温下能传导O2－)：O2＋4e－===2O2－。 (4)熔融碳酸盐(如熔融K2CO3)：O2＋2CO2＋4e－===2CO。 第三步，电池的总反应式－电池的正极反应式＝电池的负极反应式。 9．离子交换膜的类型 (1)阳离子交换膜(只允许阳离子和水分子通过，阻止阴离子和气体通过) 以锌铜原电池为例，中间用阳离子交换膜隔开 ①负极反应式：Zn-2e-=Zn2＋ ②正极反应式：Cu2＋＋2e-=Cu ③Zn2＋通过阳离子交换膜进入正极区 ④阳离子→透过阳离子交换膜→原电池正极(或电解池的阴极) (2)阴离子交换膜(只允许阴离子和水分子通过，阻止阳离子和气体通过) 以Pt 为电极电解淀粉KI 溶液，中间用阴离子交换膜隔开 ①阴极反应式：2H2O＋2e-=H2↑＋2OH- ②阳极反应式：2I-_2e-=I2 ③阴极产生的OH-移向阳极与阳极产物反应：3I2＋6OH-=IO3 -＋ 5I-＋3H2O ④阴离子→透过阴离子交换膜→电解池阳极(或原电池的负极) (3)质子交换膜(只允许H＋和水分子通过) 在微生物作用下电解有机废水(含CH3COOH)，可获得清洁能源H2 ①阴极反应式：2H＋＋2e-=H2↑ ②阳极反应式：CH3COOH-8e-＋2H2O=2CO2↑＋8H＋ ③阳极产生的H＋通过质子交换膜移向阴极 ④H＋→透过质子交换膜→原电池正极(或电解池的阴极) (4)电渗析法 将含AnBm 的废水再生为HnB 和 A(OH)m 的原理：已知A 为金属活动 顺序表H 之前的金属，Bn-为含氧酸根 离子 (5)解题模板 第一步，分清隔膜类型。即交换膜属于阳离子交换膜、阴离子交换膜或质子交换膜中的哪一种，判断 允许哪种离子通过隔膜。 第二步，写出电极反应，判断交换膜两侧离子变化，推断电荷变化，根据电荷平衡判断离子迁移方向。 第三步，分析隔膜作用。在产品制备中，隔膜作用主要是提高产品纯度，避免产物之间发生反应，或 避免产物因发生反应而造成危险。 1．(2023•全国新课标卷，10)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 2．(2023•全国乙卷，12)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-→ S ， S +e-→S ，2Na++ S +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 3．(2023•湖北省选择性考试，10)我国科学家设计如图所示的电解池，实现了海水直接制备氢气技术 的绿色化。该装置工作时阳极无Cl2生成且KOH 溶液的浓度不变，电解生成氢气的速率为x mol·h -1。下列 说法错误的是( ) A．b 电极反应式为2H2O+2e-=H2↑+2OH- B．离子交换膜为阴离子交换膜 C．电解时海水中动能高的水分子可穿过PTFE 膜 D．海水为电解池补水的速率为2x mol·h -1 4． (2023•山东卷，11)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 5．(2022•全国甲卷)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) 4 2-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SO4 2-通过隔膜向Ⅱ区迁移 C． MnO2电极反应：MnO2+2e-+4H+=Mn2++2H2O D．电池总反应：Zn+4OH-+MnO2+4H+=Zn(OH) 4 2-+Mn2++2H2O 1．铜锌原电池为电化学建构认识模型奠定了重要的基础，懂得原理才能真正做到举一反三，应用 到其他复杂的电池分析中。盐桥中装有琼脂凝胶，内含氯化钾。下面两种原电池说法错误的是( ) A．原电池Ⅰ和Ⅱ的反应原理都是Zn+Cu2+=Zn2++Cu B．电池工作时，导线中电子流向为Zn→Cu C．正极反应为Zn-2e-=Zn2+，发生还原反应 D．电池工作时，盐桥中的K+向右侧烧杯移动，Cl-向左侧烧杯移动 2．风力发电输出功率的波动性导致其直接并网会对电网带来不良影响，需要连接储能电池装置，通过 储能电池对电能的存储、汇集，再集中供电来提高并网性能，下图是水系铝离子储能电池工作机理，下列 有关其说法不正确的是( ) A．单位质量的铝放出的电量高，并且价格低廉，储量丰富 B．铝储能电池是二次电池 C．放电时，Al3+从正极材料的空隙中脱出进入电解液，再以单质铝的形式沉积负极材料表面 D．该电池中金属铝电极易形成致密的氧化铝钝化膜，阻断铝离子的传输从而降低电池效能 3．科学家报道了一种新型可充电Na/Fe 二次电池，其工作原理如图所示，下列有关说法正确的是( ) A．充电时，X 极为阴极，发生了氧化反应 B．充电时，Y 极的电极反应式为CaFeO2.5＋0.5Na2O-e-=CaFeO3＋Na＋ C．充电时，可用乙醇代替有机电解质溶液 D．电极材料中，单位质量金属放出的电能：Na＞Li 4．香港城市大学化学工作者首次提出了Al-N2电池(如图)，该电池使用N2为原料，以离子液体(Al2Cl7 -- AlCl4 -)为电解质，既实现了能量的存储，又实现了AlN 的生产， 和碱反应能产生NH3，可进一步生产 氮肥。下列说法错误的是( ) A．Al 极为负极，发生氧化反应 B．电池总反应为2Al+N2=2 C．石墨烯电极反应式为8Al2Cl7 -+N2+6e- =2AlN+14AlCl4 - D．生成标准状况下33.6LNH3，电池中转移3mol 电子 5．如图所示的锂-二氧化锰电池是以高氯酸锂或三氟甲基磺酸锂为电解质，其正极反应是一种典型的 嵌入式反应，电池总反应为Li+MnO2 LiMnO2。下列说法不正确的是( ) A．锂片做负极，发生氧化反应 B．放电时，电子移动方向为：电极盖1→用电器→电极盖2→内电路→电极盖1 C．高氯酸锂或三氟甲基磺酸锂应溶解在非水有机溶剂中 D．放电时，正极反应为：MnO2+Li++e-═LiMnO2 6．(2024·河北邢台王岳联盟高三联考)我国最近在太阳能光电催化一化学耦合处理硫化氢研究中获得 新进展，相关装置如图所示。 下列说法错误的是( ) A．该装置中能量转化形式有化学能转化为电能 B．该装置工作时，b 极为正极 C．a 极的电极反应式为Fe2+-e-=Fe3+ D．电路中每通过1 mol e-，可处理34 g H2S 7．如图，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，总方程式为：NaTi 2(PO4)3+2NaCl Na3Ti 2(PO4)3+Cl2。下列说法正确的是( ) A．放电时NaCl 溶液的 减小 B．放电时Cl-透过多孔活性炭电极向CCl4中迁移 C．充电时的阴极反应为NaTi 2(PO4)3+2Na++2e- Na3Ti 2(PO4)3 D．充电时，电路中每转移2mol e-，理论上从CCl4中释放1molCl2 8．光催化微生物燃料电池的工作原理如图所示： 已知：电极a 在光激发条件下会产生电子(e-)-空穴(h+)。下列说法错误的是( ) A．电极电势：电极a>电极b B．光激发时，光生电子会与O2结合，光生空穴会与电极b 产生的电子结合 C．电极b 发生的电极反应式为 D．电池工作一段时间后，右侧溶液pH 保持不变(不考虑CO2的溶解) 9．(2024·辽宁沈阳市第一二〇中学校高三期中)哈尔滨工业大学的研究团队发现，以非晶态Ni( ) Ⅲ基硫 化物为催化剂，能有效催化OER(析氧反应)和UOR(尿素氧化反应)，从而降低电解水制氢过程中的能耗， 其工作原理和反应机理如图所示： 下列说法正确的是( ) A．UOR 的电化学反应总过程为CO(NH2)2-6e-+6OH-= CO2↑+ N2↑+5 H2O B．电解过程中，电极A 附近溶液的pH 不变 C．OER 分四步进行，其中没有非极性键的形成与断裂 D．若将光伏电池换成铅蓄电池，电极A 应连接铅蓄电池的PbO2电极 10．(2024·山东德州高三期中)中国科学院将分子I2引入电解质中调整充电和放电反应途径，实现了高 功率可充电LiSOCl2电池，工作原理如下图所示。下列有关说法错误的是( ) A．分子I2的引入催化了电池放电和充电过程 B．电池工作环境必须在无水无氧的条件下进行 C．充电时阴极反应式：2LiCl+I2+2e-= 2ICl+2Li+ D．电池的放电总反应：4Li+2SOCl2=4LiCl+S+SO2↑ 11．(2024·山东省新高考联合质量测评高三联考)中国科学技术大学某课题组发明一款可充放电的全固 态钠电池，本发明提供的固态钠离子电解质的制备方法工艺简单、成本低廉、生产效率高，适用于大规模 产业化生产。工作原理如图所示，下列说法正确的是( ) A．放电时，电极电势N 极高于M 极 B．充电时， 由M 极迁移至N 极 C．充电时，M 极电极反应式为Na3V2(PO4)3+2e-=NaV2(PO4)3+2Na+ D．为了降低成本，可以将固态聚合物电解质换为Na3PO4溶液 12．铜基配合物电催化还原CO2的装置原理如图所示，下列说法不正确的是( ) A．石墨烯为阳极，发生电极反应为CO2+2e-+2H+=HCOOH B．Pt 电极附近溶液的pH 值减小 C．每转移2mol 电子，阳极室、阴极室溶液质量变化量的差值为28g D．该装置可减少CO2在大气中累积和实现可再生能源有效利用 13．某科研小组利用下图装置完成乙炔转化为乙烯的同时为用电器供电。其中锌板处发生的反应有： ①Zn-2e-=Zn2+；②Zn2++4OH-=[Zn((OH)4]2-；③Zn [Zn((OH)4]2-=ZnO+2OH-+H2O。下列说法不正确的是( ) A．电极a 的电势高于电极b 的电势 B．放电过程中正极区KOH 溶液浓度保持不变 C．电极a 上发生的电极反应式为C2H2+2H2O+2e-=C2H4+2OH- D．电解足量CuSO4溶液，理论上消耗2.24L(标准状况)C2H2时，生成6.4gCu 14．高铁酸钠(Na2FeO4)是一种新型的消毒剂，以Fe、Ni 为电极制取Na2FeO4的原理如图所示。下列叙 述错误的是( ) A．Fe 电极的电极反应式为Fe-6e-＋8OH-=FeO4 2-＋4H2O B．离子交换膜b 为阴离子交换膜 C．通入I 室的水中加入少量NaOH，可以加快高铁酸钠的生成 D．每生成0.1 mol Na2FeO4，II 室中溶液减少的质量为32.0 g 15．一种电解法制备Ca(H2PO4)2并得到NaOH 等副产物的示意装置如图，下列说法正确的是( ) A．与a、b 相连的分别是电源的负极、正极 B．NaOH 溶液中石墨电极上的反应为2H2O+2e-=H2↑+2OH- C．A 膜、C 膜均为阴离子交换膜，B 膜为阳离子交换膜 D．产品室中的Ca2+和原料室的 物质的量浓度同等程度增大 16．(2024·江西赣州中学高三月考)利用细菌处理有机废水产生的电能可以进行脱硫，从而达到废物利 用同时有利于环境保护。脱硫原理：利用羟基自由化基( ，氧元素为-1 价)将燃煤中的含硫物质(主要是 )氧化除去，其装置示意图如图所示。下列说法错误的是( ) A．X 为阴离子交换膜 B．a 为负极，电极反应式为CH3COO-+2H2O-8e-═2CO2↑+7H+ C．理论上处理12.0gFeS2，b 极消耗标况下空气(氧气占空气体积分数21%)约为42L D．利用羟基自由基除去煤中FeS2的离子方程式：FeS2+15·OH=Fe3++2 SO4 2-+7H2O+H+ 17．钠硒电池是一类以单质硒或含硒化合物为正极、金属钠为负极的新型电池，具有能量密度大、导 电率高、成本低等优点。以Cu2-xSe 填充碳纳米管作为正极材料的一种钠硒电池工作原理如图所示，充放 电过程中正极材料立方晶胞内未标出因放电产生的0 价Cu 原子。下列说法错误的是( ) A．每个Cu2-xSe 晶胞中Cu2+个数为4x B．在Na2Se 晶胞结构中，Se2-占据的位置是项点和面心 C．充分放电时，正极的电极反应式为Cu2-xSe + 2Na++2e-=Na2Se+(2-x)Cu D．充电时外电路中转移lmol 电子，两极质量变化差为23g