2019届二轮复习命题区间五　电化学基础课件（60张） 60页

第一篇 　 高考选择题满分策略 命题区间五 　 电化学 基础 角度一　 原电池 原理和化学电池 角度二　 电解 原理及应用 栏目索引 角度三　 电化学 原理的综合判断 角度一　 原电池 原理和化学电池 高考必备 1. 构建原电池模型，类比分析原电池工作原理 构建如图 Zn|H 2 SO 4 |Cu 原电池模型，通过类比模型，结合氧化还原反应知识 ( 如：化合价的变化、得失电子情况等 ) ，能迅速判断原电池的正、负极，弄清楚外电路中电子的移动情况和内电路中离子的移动情况，准确书写电极反应式和电池总反应式，掌握原电池的工作原理。 2. 化学电源中电极反应式书写的思维模板 (1) 明确直接产物：根据负极氧化、正极还原，明确两极的直接产物。 (2) 确定最终产物：根据介质环境和共存原则，找出参与的介质粒子，确定最终产物。 (3) 配平：根据电荷守恒、原子守恒配平电极反应式 。 注意　 ① H ＋ 在碱性环境中不存在； ② O 2 － 在水溶液中不存在，在酸性环境中结合 H ＋ ，生成 H 2 O ，在中性或碱性环境中结合 H 2 O ，生成 OH － ； ③ 若已知总反应式时，可先写出较易书写的一极的电极反应式，然后在电子守恒的基础上，总反应式减去较易写出的一极的电极反应式，即得较难写出的另一极的电极反应式 。 题组一　原理的理解 1. 锌铜原电池装置如图所示，其中 阳离子交换 膜 只允许阳离子和水分子通过，下列有关 叙述 正确 的 是 A. 铜电极上发生氧化反应 B. 电池工作一段时间后，甲池的 c ( ) 减小 C. 电池工作一段时间后，乙池溶液的总质量增加 D. 阴、阳离子分别通过交换膜向负极和正极移动，保持溶液中 电荷平衡 对点集训 √ 答案 解析 1 2 3 4 5 6 解析　 A 项，由锌的活泼性大于铜，可知铜电极为正极，在正极上 Cu 2 ＋ 得电子发生还原反应生成 Cu ，错误； C 项，在乙池中 Cu 2 ＋ ＋ 2e － == =Cu ，同时甲池中的 Zn 2 ＋ 通过阳离子交换膜进入乙池中，由于 M (Zn 2 ＋ )> M (Cu 2 ＋ ) ，故乙池溶液的总质量增加，正确； D 项，阳离子交换膜只允许阳离子和水分子通过，电解过程中 Zn 2 ＋ 通过交换膜移向正极保持溶液中电荷平衡，阴离子是不能通过交换膜的，错误 。 B 项，由于阳离子交换膜只允许阳离子和水分子通过，故甲池 的 c ( ) 不变，错误； 1 2 3 4 5 6 2.(2017· 青岛二模 )Zn-ZnSO 4 -PbSO 4 -Pb 电池装置如图，下列说法错误的 是 A . 从 右向左迁移 B. 电池的正极反应为 Pb 2 ＋ ＋ 2e － == =Pb C. 左边 ZnSO 4 浓度增大，右边 ZnSO 4 浓度不变 D. 若有 6.5 g 锌溶解，有 0.1 mol 通过离子交换膜 √ 答案 解析 1 2 3 4 5 6 解析　 装置左侧电极为负极，右侧电极为正极，阴离子移向负极， 即 从 右向左迁移， A 项正确； 电池的正极反应式为 PbSO 4 ＋ 2e － == =Pb ＋ ， B 项错误； 负极反应式为 Zn － 2e － == =Zn 2 ＋ ，产生 ZnSO 4 ，左边 ZnSO 4 浓度增大，右边 ZnSO 4 浓度不变， C 项正确； 6.5 g 锌溶解，转移 0.2 mol e － ，电解液中有 0.2 mol 负电荷通过离子交换膜，即有 0.1 mol 通过 离子交换膜， D 项正确。 1 2 3 4 5 6 3.(2016· 全国卷 Ⅱ ， 11)Mg—AgCl 电池是一种以海水为电解质溶液的水激活电池。下列叙述错误的是 A. 负极反应式为 Mg － 2e － == =Mg 2 ＋ B. 正极反应式为 Ag ＋ ＋ e － == =Ag C. 电池放电时 Cl － 由正极向负极迁移 D. 负极会发生副反应 Mg ＋ 2H 2 O == =Mg(OH) 2 ＋ H 2 ↑ √ 答案 解析 解题思路 [ 解题思路 ] 　 1 2 3 4 5 6 解析　 根据题意， Mg| 海水 |AgCl 电池总反应式为 Mg ＋ 2AgCl == =MgCl 2 ＋ 2Ag 。 A 项，负极反应式为 Mg － 2e － == =Mg 2 ＋ ，正确； B 项，正极反应式为 2AgCl ＋ 2e － == =2Cl － ＋ 2Ag ，错误； C 项，对原电池来说，阴离子由正极移向负极，正确； D 项，由于镁是活泼金属，则负极会发生副反应 Mg ＋ 2H 2 O == =Mg(OH) 2 ＋ H 2 ↑ ，正确。 1 2 3 4 5 6 题组二　新型化学电源的分析 4.(2017· 全国卷 Ⅲ ， 11) 全固态锂硫电池能量密度高、成本低，其工作原理如图所示，其中电极 a 常用掺有石墨烯的 S 8 材料，电池反应为 16Li ＋ x S 8 == =8Li 2 S x (2 ≤ x ≤ 8) 。下列说法错误的 是 答案 解析 A . 电池工作时，正极可发生反应： 2Li 2 S 6 ＋ 2Li ＋ ＋ 2e － == =3Li 2 S 4 B. 电池工作时，外电路中流过 0.02 mol 电子，负极材料减重 0.14 g C. 石墨烯的作用主要是提高电极 a 的导电性 D. 电池充电时间越长，电池中 Li 2 S 2 的量越 多 √ 1 2 3 4 5 6 解析　 A 项，原电池电解质中阳离子移向正极，根据全固态锂硫电池工作原理图示中 Li ＋ 移动方向可知，电极 a 为正极，正极发生还原反应，由总反应可知正极依次发生 S 8 → Li 2 S 8 → Li 2 S 6 → Li 2 S 4 → Li 2 S 2 的还原反应，正确； B 项 , 电池 工作时负极电极方程式为 Li － e － == =Li ＋ , 当 外电路中流过 0.02 mol 电子时，负极消耗的 Li 的物质的量为 0.02 mol ，其质量为 0.14 g ，正确； C 项，石墨烯具有良好的导电性，故可以提高电极 a 的导电能力，正确 ； D 项，电池充电时为电解池，此时电解总反应为 8Li 2 S x 16Li ＋ x S 8 (2 ≤ x ≤ 8) ，故 Li 2 S 2 的量会越来越少，错误。 1 2 3 4 5 6 5.(2018· 全国卷 Ⅱ ， 12) 我国科学家研发了一种室温下 “ 可呼吸 ” 的 Na—CO 2 二次电池。将 NaClO 4 溶于有机溶剂作为电解液，钠和负载碳纳米管的镍网分别作为电极材料，电池的总反应为 3CO 2 ＋ 4Na 2Na 2 CO 3 ＋ C 。下列说法错误的 是 A. 放电时 ， 向 负极移动 B. 充电时释放 CO 2 ，放电时吸收 CO 2 C. 放电时，正极反应为 3CO 2 ＋ 4e － == = 2 ＋ C D. 充电时，正极反应为 Na ＋ ＋ e － == = Na 答案 解析 √ 1 2 3 4 5 6 解析 　 根据电池的总反应知，放电时负极反应： 4Na － 4e － == =4Na ＋ 充电时，阴 ( 负 ) 极： 4Na ＋ ＋ 4e － == =4Na 1 2 3 4 5 6 [ 解题思路 ] 　 结合原电池结构，明确原电池的工作原理，结合总反应方程式判断电极及电极反应式是解本题的关键。解答时注意结合装置图和题干信息分析判断。 6. 锂 — 铜空气燃料电池容量高、成本低，具有广阔的发展前景。该电池通过一种复杂的铜腐蚀 “ 现象 ” 产生电能，其中放电过程为 2Li ＋ Cu 2 O ＋ H 2 O == =2Cu ＋ 2Li ＋ ＋ 2OH － ，下列说法错误的 是 答案 解析 A . 放电时， Li ＋ 透过固体电解质向 Cu 极移动 B. 放电时，正极的电极反应式为 O 2 ＋ 2H 2 O ＋ 4e － == =4OH － C. 通空气时，铜被腐蚀，表面产生 Cu 2 O D. 整个反应过程中，氧化剂为 O 2 √ 解题思路 1 2 3 4 5 6 解析　 因为原电池放电时，阳离子移向正极，所以 Li ＋ 透过固体电解质向 Cu 极移动， A 正确； 由总反应方程式可知 Cu 2 O 中 Cu 元素化合价降低，被还原，正极反应式应为 Cu 2 O ＋ H 2 O ＋ 2e － == =2Cu ＋ 2OH － ， B 错误； 放电过程为 2Li ＋ Cu 2 O ＋ H 2 O == =2Cu ＋ 2Li ＋ ＋ 2OH － ，可知通空气时，铜被腐蚀，表面产生 Cu 2 O ， C 正确； 由 C 项分析知， Cu 先与 O 2 反应生成 Cu 2 O ，放电时 Cu 2 O 重新生成 Cu ，则整个反应过程中， Cu 相当于催化剂， O 2 为氧化剂， D 正确。 1 2 3 4 5 6 解答新型化学电源的步骤 (1) 判断电池类型 → 确认电池原理 → 核实电子、离子移动方向。 (2) 确定电池两极 → 判断电子、离子移动方向 → 书写电极反应和电池反应。 (3) 充电电池 → 放电时为原电池 → 失去电子的为负极反应。 (4) 电极反应 → 总反应离子方程式减去较简单一极的电极反应式 → 另一电极反应式 。 练后反思 角度 二 　 电解原理及应用 高考必备 1. 构建电解池模型，类比分析电解基本原理 构建如图电解 CuCl 2 溶液模型，通过类比模型，结合氧化还原反应知识 ( 如：化合价的变化、得失电子情况等 ) ，能迅速判断电解池的阴、阳极，弄清楚外电路中电子的移动情况和内电路中离子的移动情况，准确判断离子的放电顺序并书写电极反应式和电解总反应式，掌握电解基本原理 。 2. “ 六点 ” 突破电解应用题 (1) 分清阴、阳极，与电源正极相连的为阳极，与电源负极相连的为阴极，两极的反应为 “ 阳氧阴还 ” 。 (2) 剖析离子移向，阳离子移向阴极，阴离子移向阳极。 (3) 注意放电顺序。 (4) 书写电极反应式，注意得失电子守恒 。 (5) 正确判断产物 ① 阳极产物的判断首先看电极，如果是活性电极作阳极，则电极材料失电子，电极溶解 ( 注意：铁作阳极溶解生成 Fe 2 ＋ ，而不是 Fe 3 ＋ ) ；如果是惰性电极，则需看溶液中阴离子的失电子能力，阴离子放电顺序为 S 2 － >I － >Br － >Cl － >OH － ( 水 )> 含氧酸根 >F － 。 ② 阴极产物的判断直接根据阳离子的放电顺序进行判断： Ag ＋ >Hg 2 ＋ >Fe 3 ＋ >Cu 2 ＋ >H ＋ >Pb 2 ＋ >Fe 2 ＋ >Zn 2 ＋ >H ＋ ( 水 )>Al 3 ＋ >Mg 2 ＋ >Na ＋ 。 (6) 恢复原态措施 电解后有关电解质溶液恢复原态的问题应该用质量守恒法分析。一般是加入阳极产物和阴极产物的化合物，但也有特殊情况，如用惰性电极电解 CuSO 4 溶液， Cu 2 ＋ 完全放电之前，可加入 CuO 或 CuCO 3 复原，而 Cu 2 ＋ 完全放电之后，应加入 Cu(OH) 2 或 Cu 2 (OH) 2 CO 3 复原。 题组一　电解原理的理解 1.(2018· 全国卷 Ⅰ ， 13) 最近我国科学家设计了一种 CO 2 ＋ H 2 S 协同转化装置，实现对天然气中 CO 2 和 H 2 S 的高效去除。示意图如下所示，其中电极分别为 ZnO@ 石墨烯 ( 石墨烯包裹的 ZnO) 和石墨烯，石墨烯电极区发生反应为： ① EDTA-Fe 2 ＋ － e － == =EDTA-Fe 3 ＋ ② 2EDTA-Fe 3 ＋ ＋ H 2 S == =2H ＋ ＋ S ＋ 2EDTA-Fe 2 ＋ 对点集训 1 2 3 4 5 6 该装置工作时，下列叙述错误的是 A. 阴极的电极反应： CO 2 ＋ 2H ＋ ＋ 2e － == =CO ＋ H 2 O B. 协同转化总反应： CO 2 ＋ H 2 S == =CO ＋ H 2 O ＋ S C. 石墨烯上的电势比 ZnO@ 石墨烯上的低 D. 若采用 Fe 3 ＋ /Fe 2 ＋ 取代 EDTA-Fe 3 ＋ / EDTA-Fe 2 ＋ ，溶液需为酸性 √ 答案 解析 1 2 3 4 5 6 解析　 由题中信息可知，石墨烯电极发生氧化反应，为电解池的阳极，则 ZnO@ 石墨烯电极为阴极。阳极接电源正极，电势高，阴极接电源负极，电势低，故石墨烯上的电势比 ZnO@ 石墨烯上的高， C 项错误 ； 由 题图可知，电解时阴极反应式为 CO 2 ＋ 2H ＋ ＋ 2e － == =CO ＋ H 2 O ， A 项正确 ； 将 阴、阳两极反应式合并可得总反应式为 CO 2 ＋ H 2 S == =CO ＋ H 2 O ＋ S ， B 项正确 ； Fe 3 ＋ 、 Fe 2 ＋ 只能存在于酸性溶液中， D 项正确。 1 2 3 4 5 6 2.(2018· 长春一模 ) 铝表面在空气中天然形成的氧化膜耐磨性和抗蚀性不够强，控制一定的条件，用如图所示的电化学氧化法，可在铝表面生成坚硬的氧化膜。下列有关叙述正确的 是 A. 阴极上有金属铝生成 B. 电极 A 为石墨，电极 B 为金属铝 C.OH － 在电极 A 上放电，有氧气生成 D. 阳极的电极反应式为： 2Al － 6e － ＋ 3H 2 O == =Al 2 O 3 ＋ 6H ＋ √ 解析 　 根据原电池装置和题目信息可知电解总反应为： 2Al ＋ 3H 2 O Al 2 O 3 ＋ 3H 2 ↑ ，电解质为硫酸溶液，氢氧根离子不可能参加反应，阳极反应为： 2Al ＋ 3H 2 O － 6e － == =Al 2 O 3 ＋ 6H ＋ ，阴极反应为： 6H ＋ ＋ 6e － == =3H 2 ↑ 。 答案 解析 1 2 3 4 5 6 3. 甲、乙为惰性电极，根据如图判断，下列说法正确的 是 A. 甲电极附近溶液 pH 会升高 B. 甲极生成氢气，乙极生成氧气 C. 当有 0.1 mol 电子转移时，乙电极产生 1.12 L 气体 D. 图中 b 为阴离子交换膜、 c 为阳离子交换膜，利用 该 装置 可以制硫酸和氢 氧化钠 √ 答案 解析 解析　 甲为阳极，放氧生酸，电极附近 H ＋ 浓度增大；乙为阴极，产生 H 2 ； C 项未指明标准状况，错。 1 2 3 4 5 6 题组二　电解原理的应用 4. 纳米氧化亚铜在制作陶瓷等方面有广泛应用。利用电解的方法可得到纳米 Cu 2 O ，电解原理如图所示。下列有关说法不正确的 是 答案 解析 A.b 极为负极 B. 铜极的电极反应式为 2Cu － 2e － ＋ 2OH － == =Cu 2 O ＋ H 2 O C. 钛极附近逸出 O 2 D. 每生成 1 mol Cu 2 O ，理论上有 2 mol OH － 从离子交换膜左侧向右侧迁移 √ 1 2 3 4 5 6 解析　 A 项，铜为阳极，钛为阴极，阴极与负极相连，所以 b 极为负极，不符合题意 ； B 项，铜极上发生氧化反应生成氧化亚铜，不符合题意 ； C 项，钛极的电极反应式为 2H 2 O ＋ 2e － == =2OH － ＋ H 2 ↑ ，符合题意 ； D 项，左侧生成 OH － ，右侧消耗 OH － ，且每生成 1 mol Cu 2 O 时，消耗 2 mol OH － ，为维持电荷平衡，则理论上有 2 mol OH － 从离子交换膜左侧向右侧迁移，不符合题意。 1 2 3 4 5 6 5. 用粗硅作原料，熔融盐电解法制取硅烷原理如图 。 下列 叙述正确的 是 A. 电源的 B 极为负极 B. 可选用石英代替粗硅 C. 电解时，熔融盐中 Li ＋ 向粗硅移动 D. 阳极反应： Si ＋ 4H － － 4e － == = SiH 4 √ 答案 解析 1 2 3 4 5 6 解析　 根据该装置图，该装置为电解池，总反应为： Si ＋ 2H 2 == =SiH 4 。 H 2 生成 H － ，发生还原反应， Si 发生氧化反应。根据电解池原理，阴极发生还原反应，阳极发生氧化反应，故通入 H 2 的那一极是阴极，故 A 是负极， B 是正极，故 A 项错误 ； 阳极 粗硅失电子，若换成石英，即 SiO 2 ， SiO 2 中 Si 已经是＋ 4 价，无法再失电子，故 B 项错误 ； 电解 时，熔融盐中 Li ＋ 向阴极移动，故 C 项错误 ； 阳极 粗硅生成 SiH 4 ，故电极反应为： Si ＋ 4H － － 4e － == =SiH 4 ，故 D 项正确 。 1 2 3 4 5 6 6. 储氢合金表面镀铜过程中发生的反应为 Cu 2 ＋ ＋ 2HCHO ＋ 4OH － == =Cu ＋ H 2 ↑ ＋ 2H 2 O ＋ 2HCOO － 。下列说法正确的是 A. 阴极发生的电极反应只有 Cu 2 ＋ ＋ 2e － == =Cu B. 镀铜过程中化学能转变为电能 C. 合金作阳极，铜作阴极 D. 电镀过程中 OH － 向阳极迁移 √ 答案 解析 1 2 3 4 5 6 解析　 A 项，阴极上还会析出氢气，发生的电极反应还有 2H 2 O ＋ 2e － == =2OH － ＋ H 2 ↑ ，错误 ； B 项，利用电解原理在合金表面镀铜，是将电能转化为化学能，错误 ； C 项，合金作阴极，铜作阳极，错误 ； D 项，阳极反应式为 HCHO － 2e － ＋ 3OH － == =HCOO － ＋ 2H 2 O ， OH － 向阳极迁移，并在阳极上发生反应，正确。 1 2 3 4 5 6 角度 三 　 电化学 原理的综合判断 高考必备 1. 金属腐蚀原理及防护方法总结 (1) 常见的电化学腐蚀有两类： ① 形成原电池时，金属作负极，大多数是吸氧腐蚀； ② 形成电解池时，金属作阳极。 (2) 金属防腐的电化学方法： ① 原电池原理 —— 牺牲阳极的阴极保护法：与较活泼的金属相连，较活泼的金属作负极被腐蚀，被保护的金属作正极。 注意：此处是原电池，牺牲了负极保护了正极，但习惯上叫做牺牲阳极的阴极保护法 。 ② 电解池原理 —— 外加电流的阴极保护法：被保护的金属与电池负极相连，形成电解池，作阴极 。 2. 可充电电池的反应规律 (1) 可充电电池有充电和放电两个过程，放电时是原电池反应，充电时是电解池反应。 (2) 放电时的负极反应和充电时的阴极反应、放电时的正极反应和充电时的阳极反应互为逆反应。将负 ( 正 ) 极反应式变换方向并将电子移项即可得出阴 ( 阳 ) 极反应式。 (3) 可充电电池充电时原负极必然要发生还原反应 ( 生成原来消耗的物质 ) ，即作阴极，连接电源的负极；同理，原正极连接电源的正极，作阳极。简记为负连负，正连正 。 3. “ 串联 ” 类电池的解题流程 题组一　金属的腐蚀与防护 1.2018 年 4 月 12 日，我国海军首次在南海进行海上阅兵。为了保护舰艇 ( 主要是钢合金材料 ) ，在舰体表面镶嵌金属块 (R) 。下有关说法不正确的是 A. 这种保护舰体的方法叫做牺牲阳极的阴极保护法 B. 金属块 R 可能是镁或锌 C. 海水呈弱碱性，舰艇在海水中易发生析氢腐蚀 D. 正极反应式为 O 2 ＋ 2H 2 O ＋ 4e － == =4OH － 对点集训 √ 答案 解析 1 2 3 4 5 6 7 8 9 解析 　 在舰体表面镶嵌金属块 (R) ，这种保护方法利用原电池原理，需要金属块 R 比铁活泼， R 作负极，钢铁作正极，这种方法叫做牺牲阳极的阴极保护法，故 A 项正确 ； 金属 块 R 比铁活泼，可能是镁或锌，故 B 项正确 ； 在 弱碱性海水中主要发生吸氧腐蚀，在酸性溶液中才会发生析氢腐蚀，故 C 项错误 ； 吸 氧腐蚀的正极上发生还原反应，电极反应式为 O 2 ＋ 2H 2 O ＋ 4e － == =4OH － ，故 D 项正确。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 2.(2018· 北京， 12) 验证牺牲阳极的阴极保护法，实验如下 ( 烧杯内均为经过酸化的 3%NaCl 溶液 ) 。 ① ② ③ 在 Fe 表面生成蓝色沉淀 试管内无明显变化 试管内生成蓝色沉淀 1 2 3 4 5 6 7 8 9 下列说法不正确的是 A. 对比 ②③ ，可以判定 Zn 保护了 Fe B. 对比 ①② ， K 3 [ Fe(CN) 6 ] 可能将 Fe 氧化 C. 验证 Zn 保护 Fe 时不能用 ① 的方法 D. 将 Zn 换成 Cu ，用 ① 的方法可判断 Fe 比 Cu 活泼 √ 答案 解析 1 2 3 4 5 6 7 8 9 解析　 K 3 [ Fe(CN) 6 ] 可将单质铁氧化为 Fe 2 ＋ ， Fe 2 ＋ 与 K 3 [ Fe(CN) 6 ] 生成蓝色沉淀，附着在 Fe 表面，无法判断铁比铜活泼， D 错 ； 实验 ② 中加入 K 3 [ Fe(CN) 6 ] ，溶液无变化，说明溶液中没有 Fe 2 ＋ ；实验 ③ 中加入 K 3 [ Fe(CN) 6 ] 生成蓝色沉淀，说明溶液中有 Fe 2 ＋ ， A 对 ； 对比 ①② 可知， ① 中 K 3 [ Fe(CN) 6 ] 可将 Fe 氧化成 Fe 2 ＋ ， Fe 2 ＋ 再与 K 3 [ Fe(CN) 6 ] 反应生成蓝色沉淀， B 对 ； 由 以上分析可知，验证 Zn 保护 Fe 时，可以用 ②③ 做对比实验， C 对。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 3. 在远洋轮船与接触海水的船侧和船底镶嵌一些金属 M ，以提高船体的抗腐蚀能力。下列说法不正确的是 A. 金属 M 宜选择化学性质比铁稳定的银、铜等 B. 金属 M 发生氧化反应 C. 海水 pH 一般为 7.5 ，正极反应为 O 2 ＋ 4e － ＋ 2H 2 O == =4OH － D. 上述方法为牺牲阳极的阴极保护法 √ 答案 解析 1 2 3 4 5 6 7 8 9 解析　 建造船体的主要材料是钢铁，船体与弱碱性的海水接触时会发生钢铁的吸氧腐蚀，为了保护船体免受海水的腐蚀，可在与海水接触的船侧和船底镶嵌一些比铁活泼的镁、锌等金属，使活泼金属、船体与海水构成原电池，镁、锌等活泼金属发生氧化反应，船体上发生还原反应 (O 2 ＋ 4e － ＋ 2H 2 O == =4OH － ) ，使船体得到保护，该方法为牺牲阳极的阴极保护法， A 项错误。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 下列说法正确的是 A.a 极为氢镍电池的正极 B. 氢镍电池的负极反应式为 MH ＋ OH － － 2e － == =M ＋ ＋ H 2 O C. 充电时， Na ＋ 通过固体 Al 2 O 3 陶瓷向 M 极移动 D. 充电时，外电路中每通过 2 mol 电子， N 极上生成 1 mol S 单质 题组二　二次电池的充电与放电 4. 某学习小组设计如图所示实验装置，利用氢镍电池为钠硫电池充电。已知氢镍电池放电时的总反应式为 NiO(OH) ＋ MH == =Ni(OH) 2 ＋ M 。 √ 答案 解析 1 2 3 4 5 6 7 8 9 解析　 利用氢镍电池为钠硫电池充电时，氢镍电池为直流电源，钠硫电池放电时，活泼金属 Na 在负极失电子，故 M 极为负极，充电时 M 极作阴极，故 a 极为氢镍电池的负极， A 项错误 ； 由 氢镍电池的总反应式知，负极的电极反应式为 MH ＋ OH － － e － == =M ＋ H 2 O ， B 项错误 ； 充电 时，阳离子向阴极移动， C 项正确 ； 充电 时， N 极的电极反应式 为 － 2e － == = x S ，故充电时，外电路中每通过 2 mol 电子， N 极上生成 x mol S 单质， D 项错误。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 5.(2018· 全国卷 Ⅲ ， 11) 一种可充电锂 — 空气电池如图所示。当电池放电时， O 2 与 Li ＋ 在多孔碳材料电极处生成 Li 2 O 2 － x ( x ＝ 0 或 1) 。下列说法正确的 是 A. 放电时，多孔碳材料电极为负极 B. 放电时，外电路电子由多孔碳材料电极流向锂电极 C. 充电时，电解质溶液中 Li ＋ 向多孔碳材料区 迁移 答案 解析 D. 充电时，电池总反应为 Li 2 O 2 － x == =2Li ＋ (1 － ) O 2 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 解析　 由题意知，放电时负极反应为 4Li － 4e － == =4Li ＋ ，正极反应为 (2 － x )O 2 ＋ 4Li ＋ ＋ 4e － == =2Li 2 O 2 － x ( x ＝ 0 或 1) ，电池总反应为 (1 － ) O 2 ＋ 2Li == =Li 2 O 2 － x 。充电时的电池总反应与放电时的电池总反应互为逆反应，故充电时电池总反应为 Li 2 O 2 － x == =2Li ＋ (1 － ) O 2 ， D 项正确； 该电池放电时，金属锂为负极，多孔碳材料为正极， A 项错误 ； 该 电池放电时，外电路电子由锂电极流向多孔碳材料电极， B 项错误 ； 该 电池放电时，电解质溶液中 Li ＋ 向多孔碳材料区迁移，充电时电解质溶液中的 Li ＋ 向锂材料区迁移， C 项错误。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 6. 磷酸铁锂电池具有高效率输出、可快速充电、对环境无污染等优点，其工作原理如图所示。 M 电极是金属锂和碳的复合材料 ( 碳作为金属锂的载体 ) ，电解质为一种能传导 Li ＋ 的高分子材料，隔膜只允许 Li ＋ 通过，电池反应式为 Li x C 6 ＋ Li 1 － x FePO 4 LiFePO 4 ＋ 6C 。下列说法正确的 是 答案 解析 A. 放电时 Li ＋ 从右边移向左边 B. 放电时 M 是负极，电极反应式 为 － x e － == =6C C. 充电时电路中通过 0.5 mol 电子，消耗 36 g C D. 充电时 N 极连接电源的正极，电极反应式 为 LiFePO 4 － x e － == =Li 1 － x FePO 4 ＋ x Li ＋ √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 解析　 根据电池反应式，得出 Li x C 6 作负极， Li 1 － x FePO 4 作正极，依据原电池的工作原理，阳离子向正极移动，即从左向右移动， A 项错误； 根据 A 选项分析， M 为负极，其电极反应式为 Li x C 6 － x e － == = x Li ＋ ＋ 6C ， B 项错误； 充电时，阴极反应式 x Li ＋ ＋ 6C ＋ x e － == =Li x C 6 ，通过 0.5 mol 电子，消耗 g 的 C ， C 项错误； 充电时， N 极连接电源的正极，作阳极，电极反应式是电池正极反应式的逆过程，即 LiFePO 4 － x e － == =Li 1 － x FePO 4 ＋ x Li ＋ ， D 项正确。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 题组三　多池连接装置的分析 7. 已知 H 2 O 2 是一种弱酸，在强碱溶液中主要 以 的 形式存在。已知： Al—H 2 O 2 碱性燃料电池的总反应为 2Al ＋ 3NaHO 2 == =2NaAlO 2 ＋ NaOH ＋ H 2 O 。以 Al—H 2 O 2 燃料电池电解尿素 [ CO(NH 2 ) 2 ] 的碱性溶液制备氢气 ( 电解池中隔膜仅阻止气体通过， c 、 d 均为惰性电极 ) 。下列说法不正确的是 1 2 3 4 5 6 7 8 9 A. 电极 a 发生的反应为 Al ＋ 4OH － － 3e － == = ＋ 2H 2 O B. 电极 b 是正极，且反应后该电极区的 pH 增大 C. 电解过程中，电子的流向为 a → b → c → d D. 电解时，消耗 2.7 g Al ，则产生标准状况下的氮气 1.12 L √ 答案 解析 1 2 3 4 5 6 7 8 9 根据上述分析， a 为负极，故电子流向为 a → d ， c → b ， C 项错误； 由 CO(NH 2 ) 2 → N 2 ，可知每生成 1 mol N 2 ，转移 6 mol 电子，需要消耗 2 mol Al ，故消耗 2.7 g (0.1 mol)Al 时，转移 0.3 mol 电子，生成 0.05 mol N 2 ，换算成标准状况下的体积为 1.12 L ， D 项正确。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 8. 肼 ( 分子式为 N 2 H 4 ，又称联氨 ) 具有可燃性，在氧气中完全燃烧生成氮气，可用作燃料电池的燃料 。 由题图信息可知下列叙述不正确的是 A. 甲为原电池，乙为电解池 B.b 电极的电极反应式为 O 2 ＋ 4e － == =2O 2 － C.d 电极的电极反应式为 Cu 2 ＋ ＋ 2e － == =Cu D.c 电极质量变化 128 g 时，理论消耗标准状况下的空气约为 112 L √ 答案 解析 1 2 3 4 5 6 7 8 9 解析　 由题图信息可知，甲为乙中的电解提供能量， A 项不符合题意； 水溶液中不可能存在 O 2 － ， B 项符合题意； d 电极与负极相连，发生还原反应，生成 Cu ， C 项不符合题意； 铜质量减少 128 g ，减少的物质的量为 2 mol ，故转移 4 mol 电子，由 N 2 H 4 ＋ O 2 == =N 2 ＋ 2H 2 O 可知 , N 元素的化合价由－ 2 升高到 0, 故 转移 4 mol 电子时，参与反应的 O 2 的物质的量为 1 mol ，即消耗空气的物质的量约 为 ＝ 5 mol ，即标准状况下的体积为 5 mol × 22.4 L·mol － 1 ＝ 112 L ， D 项不符合题意。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 9. 由于存在同种电解质溶液的浓度差而产生电动势的电池称为浓差电池。利用浓差电池电解硫酸钠溶液可以制得氧气、氢气、硫酸和氢氧化钠，其装置如下图所示 ( 左侧是浓差电池，右侧是电解池， a 、 b 电极均为石墨电极 ) 。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 下列说法正确的是 A. 电池放电过程中， Cu(1) 电极上的电极反应为 Cu 2 ＋ － 2e － == =Cu B.a 电极的电极反应为 2H 2 O － 4e － == =O 2 ↑ ＋ 4H ＋ C.c 、 d 离子交换膜依次为阴离子交换膜和阳离子交换膜 D. 电池从开始工作到停止放电，电解池理论上可制得 160 g 氢氧化钠 √ 答案 解析 1 2 3 4 5 6 7 8 9 解析 　 浓差电池放电时，两个电极区的硫酸铜溶液的浓度差会逐渐减小，当两个电极区硫酸铜溶液的浓度完全相等时，放电停止。电池放电过程中， Cu(1) 电极上发生使 Cu 2 ＋ 浓度降低的还原反应 Cu 2 ＋ ＋ 2e － == =Cu ， Cu(2) 电极发生使 Cu 2 ＋ 浓度升高的氧化反应 Cu － 2e － == =Cu 2 ＋ ， Cu(1) 电极为正极， Cu(2) 电极为负极， A 项错误； 电解池中， a 、 b 电极分别连接电池的负极和正极，因此 a 、 b 电极依次为电解池的阴极和阳极 , 阴极反应为 4H 2 O ＋ 4e － == =2H 2 ↑ ＋ 4OH － , 阳极反应为 2H 2 O － 4e － == =O 2 ↑ ＋ 4H ＋ ， B 项错误； 1 2 3 4 5 6 7 8 9 电解过程中，两个离子交换膜之间的硫酸钠溶液中， Na ＋ 通过阳离子交换膜 c 进入阴极 (a 极 ) 区 ， 通过 阴离子交换膜 d 进入阳极 (b 极 ) 区， C 项错误； 电池从开始工作到停止 放电 , 正 极区硫酸铜溶液的浓度将由 2.5 mol·L － 1 降低到 1.5 mol·L － 1 ，负极区硫酸铜溶液的浓度同时由 0.5 mol·L － 1 升高到 1.5 mol·L － 1 , 正极 反应可还原 Cu 2 ＋ 的物质的量为 2 L × (2.5 － 1.5) mol·L － 1 ＝ 2 mol ，电路中转移 4 mol 电子，电解池的阴极反应生成 4 mol OH － ，即阴极区可制得 4 mol 氢氧化钠，其质量为 160 g ， D 项正确。 1 2 3 4 5 6 7 8 9