2020版高考化学一轮复习专题十七电化学课件.pptx

1、专题十七电化学高考化学高考化学 (课标专用)考点一原电池的工作原理金属的电化学腐蚀与防护考点一原电池的工作原理金属的电化学腐蚀与防护五年高考A A组组 课标课标卷区题组卷区题组1.(2018课标,12,6分)我国科学家研发了一种室温下“可呼吸”的Na-CO2二次电池。将NaClO4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:3CO2+4Na2Na2CO3+C。下列说法错误的是()A.放电时,Cl 向负极移动B.充电时释放CO2,放电时吸收CO2C.放电时,正极反应为:3CO2+4e-2C +CD.充电时,正极反应为:Na+e-Na4O23O答案答案D本题考查

2、二次电池的工作原理。放电时,负极反应为:4Na-4e-4Na+,正极反应为3CO2+4e-C+2C;Na+移向正极,C、Cl移向负极,A、C正确;充电过程与放电过程相反,B正确;充电时,阳极反应为2C+C-4e-3CO2,D错误。23O23O4O23O规律总结规律总结二次电池充、放电的电极判断二次电池充电时,“正接正、负接负”;放电时的正极为充电时的阳极;放电时的负极为充电时的阴极。2.(2016课标,11,6分)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-Mg2+B.正极反应式为Ag+e-AgC.电池放电时Cl-由正极向负极迁移D.

3、负极会发生副反应Mg+2H2OMg(OH)2+H2答案答案BMg-AgCl电池中,Mg为负极,AgCl为正极,故正极反应式应为AgCl+e-Ag+Cl-,B项错误。思路分析思路分析AgCl为正极材料,得电子生成Ag和Cl-,正极附近溶液中c(Cl-)逐渐增大,负极周围Mg2+浓度逐渐增大,故Cl-向负极移动,Mg2+向正极移动。关联知识关联知识Mg可以和热水缓慢反应生成Mg(OH)2和H2。3.(2013课标,11,6分)“ZEBRA”蓄电池的结构如图所示,电极材料多孔Ni/NiCl2和金属钠之间由钠离子导体制作的陶瓷管相隔。下列关于该电池的叙述错误的是()A.电池反应中有NaCl生成B.电池

4、的总反应是金属钠还原三价铝离子C.正极反应为:NiCl2+2e-Ni+2Cl-D.钠离子通过钠离子导体在两电极间移动答案答案B该原电池的负极反应为:Na-e-Na+,正极反应为:NiCl2+2e-Ni+2Cl-,电池总反应为:2Na+NiCl22NaCl+Ni。B项错误。审题方法审题方法抓住试题中的关键词:Ni/NiCl2和金属钠。活泼的金属作负极,发生氧化反应。思路梳理思路梳理根据选项涉及的问题先分析出原电池的正、负极反应,再写出电池总反应,最后判断各选项正确与否。4.(2011课标,11,6分)铁镍蓄电池又称爱迪生电池,放电时的总反应为:Fe+Ni2O3+3H2OFe(OH)2+2Ni(O

5、H)2下列有关该电池的说法不正确的是()A.电池的电解液为碱性溶液,正极为Ni2O3、负极为FeB.电池放电时,负极反应为Fe+2OH-2e-Fe(OH)2C.电池充电过程中,阴极附近溶液的pH降低D.电池充电时,阳极反应为2Ni(OH)2+2OH-2e-Ni2O3+3H2O答案答案CA项,由电池反应可知,Ni2O3Ni(OH)2,Ni的化合价由+3价+2价,化合价降低,发生还原反应,故Ni2O3为正极;FeFe(OH)2,Fe的化合价由0价+2价,化合价升高,发生氧化反应,故Fe为负极,正确。B项,负极发生氧化反应:Fe+2OH-2e-Fe(OH)2,正确。C项,阴极发生还原反应:Fe(OH

6、)2+2e-Fe+2OH-,c(OH-)增大,溶液的pH升高,故错误;D项,阳极发生氧化反应,电极反应为2Ni(OH)2+2OH-2e-Ni2O3+3H2O,正确。5.(2015课标,26,14分)酸性锌锰干电池是一种一次性电池,外壳为金属锌,中间是碳棒,其周围是由碳粉、MnO2、ZnCl2和NH4Cl等组成的糊状填充物。该电池放电过程产生MnOOH。回收处理该废电池可得到多种化工原料。有关数据如下表所示:溶解度/(g/100g水)回答下列问题:(1)该电池的正极反应式为,电池反应的离子方程式为。(2)维持电流强度为0.5A,电池工作5分钟,理论上消耗锌g。(已知F=96500Cmol-1)(

7、3)废电池糊状填充物加水处理后,过滤,滤液中主要有ZnCl2和NH4Cl,二者可通过分离回收;滤渣的主要成分是MnO2、和,欲从中得到较纯的MnO2,最简便的方法为,其原理是。(4)用废电池的锌皮制备ZnSO47H2O的过程中,需除去锌皮中的少量杂质铁,其方法是:加稀H2SO4和H2O2溶解,铁变为,加碱调节至pH为时,铁刚好沉淀完全(离子浓度小于110-5molL-1时,即可认为该离子沉淀完全);继续加碱至pH为时,锌开始沉淀(假定Zn2+浓度为0.1molL-1)。若上述过程不加H2O2后果是,原因是。答案答案(1)MnO2+H+e-MnOOH2MnO2+Zn+2H+2MnOOH+Zn2+

8、(每空1分,共2分)注:式中Zn2+可写为Zn(NH3、Zn(NH3)2Cl2等,H+可写为N(2)0.05(2分)(3)加热浓缩、冷却结晶碳粉MnOOH空气中加热碳粉转变为CO2,MnOOH氧化为MnO2(每空1分,共5分)(4)Fe3+2.76Zn2+和Fe2+分离不开Fe(OH)2和Zn(OH)2的Ksp相近(每空1分,共5分)24)4H解析解析(1)该电池为酸性锌锰干电池,电极反应式为负极:Zn-2e-Zn2+,正极:2MnO2+2e-+2H+2MnOOH。(2)电量Q=It=0.5A560s=150C,则m(Zn)=65gmol-1=0.05g。(3)由表格中信息可知,ZnCl2的溶

9、解度受温度影响较大,NH4Cl的溶解度受温度影响较小,故可通过加热浓缩、冷却结晶的方法分离。(4)KspFe(OH)3=c(Fe3+)c3(OH-)=110-5c3(OH-)=110-39,c(OH-)=10-11.3molL-1,pOH=11.3,则pH=2.7。KspZn(OH)2=c(Zn2+)c2(OH-)=0.1c2(OH-)=110-17,c(OH-)=10-8molL-1,pOH=8,则pH=6。因Zn(OH)2和Fe(OH)2的Ksp接近,若不用H2O2将Fe2+氧化为Fe3+,沉淀Zn2+时,Fe2+也可转化为Fe(OH)2沉淀,而使制得的ZnSO47H2O不纯净。1150C

10、96500C mol2审题方法审题方法题目给出相关物质的Ksp,说明在分离除杂的过程中,可以利用溶解性,采用调节pH的方法将杂质成分除去。疑难突破疑难突破除去Fe元素的基本思路是先将其氧化成Fe3+,然后采用调节pH的方式,将Fe3+转化成沉淀而过滤除去。考点二电解原理及其应用考点二电解原理及其应用6.(2017课标,11,6分)用电解氧化法可以在铝制品表面形成致密、耐腐蚀的氧化膜,电解质溶液一般为H2SO4-H2C2O4混合溶液。下列叙述错误的是()A.待加工铝质工件为阳极B.可选用不锈钢网作为阴极C.阴极的电极反应式为:Al3+3e-AlD.硫酸根离子在电解过程中向阳极移动答案答案C本题考

11、查电解原理的应用。O3发生氧化反应,故铝质工件为阳极,A正确;阴极材料应为金属或导电的非金属,可选用不锈钢网,B正确;电解质溶液中含有大量H+,故阴极的电极反应式为2H+2e-H2,C不正确;在电解池中,阴离子移向阳极,D正确。0Al32Al知识拓展知识拓展电解原理的应用1.电解原理在“金属防腐”中的应用。如:外加电流的阴极保护法。2.电解原理在“物质制备”中的应用。如:尿素CO(NH2)2制氢气。3.电解原理在“环境治理”中的应用。如:用电解法消除CN-。7.(2014课标,12,6分)2013年3月我国科学家报道了如图所示的水溶液锂离子电池体系。下列叙述错误的是()A.a为电池的正极B.电

12、池充电反应为LiMn2O4Li1-xMn2O4+xLiC.放电时,a极锂的化合价发生变化D.放电时,溶液中Li+从b向a迁移答案答案C由图可知,b极(Li电极)为负极,a极为正极,放电时,Li+从负极(b)向正极(a)迁移,A项、D项正确;该电池放电时,负极:xLi-xe-xLi+,正极:Li1-xMn2O4+xLi+xe-LiMn2O4,a极Mn元素的化合价发生变化,C项错误;由放电反应可得充电时的反应,B项正确。规律方法规律方法对于原电池,负极流出电子,发生失电子的氧化反应;正极流入电子,发生得电子的还原反应;在原电池内部,通过电解质电离出来的阴、阳离子的定向移动形成内电路。B B组课标组

13、课标、课标、课标、自主命题、自主命题省省( (区、市区、市) )卷题组卷题组考点一原电池的工作原理金属的电化学腐蚀与防护考点一原电池的工作原理金属的电化学腐蚀与防护1.(2019课标,12,6分)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,示意图如下所示。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NH3D.电池工作时质子通过交换膜由负极区向正极区移动答案答案B本题涉及原电池的工作原理及应用,以生物燃料电池

14、为载体考查学生接受、吸收、整合化学信息的能力。借助不同形式的能量转化过程,体现了宏观辨识与微观探析的学科核心素养和关注社会发展、科技进步、生产生活的价值观念。A项,现有工业合成氨的反应条件是高温、高压、催化剂,则题述方法合成氨条件更为温和,同时可将化学能转化为电能,正确;B项,阴(正)极区,在固氮酶催化作用下发生反应N2+6H+6MV+2NH3+6MV2+,错误;C项,由B项分析可知正极区N2被还原为NH3,正确;D项,原电池工作时,质子(H+)通过交换膜由负极区向正极区移动,正确。思路点拨思路点拨根据电极反应类型确定电极名称。左电极:MV+MV2+发生氧化反应,故为负极,则右电极为正极。2.

15、(2019课标,13,6分)为提升电池循环效率和稳定性,科学家近期利用三维多孔海绵状Zn(3D-Zn)可以高效沉积ZnO的特点,设计了采用强碱性电解质的3D-ZnNiOOH二次电池,结构如下图所示。电池反应为Zn(s)+2NiOOH(s)+H2O(l)ZnO(s)+2Ni(OH)2(s)。下列说法错误的是()A.三维多孔海绵状Zn具有较高的表面积,所沉积的ZnO分散度高B.充电时阳极反应为Ni(OH)2(s)+OH-(aq)-e-NiOOH(s)+H2O(l)C.放电时负极反应为Zn(s)+2OH-(aq)-2e-ZnO(s)+H2O(l)D.放电过程中OH-通过隔膜从负极区移向正极区答案答案

16、D本题涉及二次电池知识,以新型三维多孔海绵状Zn的信息为切入点,考查了学生接受、吸收、整合化学信息的能力,运用电化学原理解决实际问题,体现了证据推理与模型认知的学科核心素养。A项,依题干信息可知正确;B项,充电时阳极发生氧化反应,正确;C项,放电时Zn作负极失去电子,发生氧化反应,正确;D项,放电时,OH-由正极区向负极区迁移。解题关键解题关键掌握原电池和电解池的反应原理及二次电池知识,同时注意从题干中获取关键信息。3.(2019天津理综,6,6分)我国科学家研制了一种新型的高比能量锌-碘溴液流电池,其工作原理示意图如下。图中贮液器可储存电解质溶液,提高电池的容量。下列叙述不正确的是()A.放

17、电时,a电极反应为I2Br-+2e-2I-+Br-B.放电时,溶液中离子的数目增大C.充电时,b电极每增重0.65g,溶液中有0.02molI-被氧化D.充电时,a电极接外电源负极答案答案D本题涉及原电池正负极的判断、电极反应式的书写等知识,通过工作原理示意图的分析,考查学生接受、吸收、整合化学信息的能力。新型高能电池的原理应用体现了科学探究与创新意识的学科核心素养。由工作原理示意图中Zn2+迁移的方向可判断放电时a为正极,b为负极。放电时,a极得到电子,发生还原反应,使溶液中离子数目增大,A、B项正确;充电时,a极接外接电源的正极,D项错误;充电时,b极为阴极,电极反应式为Zn2+2e-Zn

18、,每增重0.65g,转移0.02mol电子,a极为阳极,电极反应式为2I-+Br-2e-I2Br-,转移0.02mol电子,有0.02molI-被氧化,C项正确。解题思路解题思路根据示意图判断电池的正、负极,再结合图中微粒变化的情况书写出电极反应式,根据两极转移电子守恒作出正确计算。4.(2019江苏单科,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答案

19、答案C本题涉及的考点为金属的电化学腐蚀,考查了考生接受、吸收、整合化学信息的能力,体现了证据推理与模型认知的学科核心素养。铁作负极,Fe-2e-Fe2+,A不正确;电化学腐蚀过程中化学能不可能全部转化为电能,还有部分转化为热能,B不正确;活性炭的存在构成了原电池,加快了负极铁的腐蚀,C正确;以水代替NaCl溶液,铁仍然能发生吸氧腐蚀,只是吸氧腐蚀的速率会减慢,D不正确。知识总结知识总结在中性或极弱的酸性环境中钢铁发生吸氧腐蚀,正极的电极反应式为O2+2H2O+4e-4OH-;在酸性环境中钢铁发生析氢腐蚀,正极的电极反应式为2H+2e-H2。5.(2018课标,11,6分)一种可充电锂空气电池如

20、图所示。当电池放电时,O2与Li+在多孔碳材料电极处生成Li2O2-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D.充电时,电池总反应为Li2O2-x2Li+(1-)O22x答案答案D本题考查原电池原理和电解原理的综合运用。A项,依据题意和可充电电池装置图判断出,放电时锂电极作负极,多孔碳材料电极作正极,错误;B项,在原电池中,外电路电子由负极流向正极,即放电时,外电路电子由锂电极流向多孔碳材料电极,错误;C项,充电时,电解质溶液中的阳离子向阴极区迁移,即Li+向锂电极区迁

21、移,错误;D项,充电时,Li+在阴极区得到电子生成Li,阳极区生成O2,即电池总反应为Li2O2-x2Li+(1-)O2,正确。2x方法技巧方法技巧可充电电池的工作原理可充电电池中,放电过程用原电池原理分析,充电过程用电解原理分析;分析电化学问题时,先判断出电极,然后根据工作原理分析。6.(2015课标,11,6分)微生物电池是指在微生物的作用下将化学能转化为电能的装置,其工作原理如图所示。下列有关微生物电池的说法的是()错误D.电池总反应为C6H12O6+6O26CO2+6H2OA.正极反应中有CO2生成B.微生物促进了反应中电子的转移C.质子通过交换膜从负极区移向正极区答案答案A根据微生物

22、电池工作原理示意图可知:C6H12O6在负极上发生氧化反应,电极反应式为C6H12O6-24e-+6H2O6CO2+24H+;O2在正极上发生还原反应,电极反应式为6O2+24e-+24H+12H2O。负极有CO2生成,A项错误;B项,微生物促进了反应中电子的转移,正确;C项,质子通过交换膜从负极区移向正极区,正确;D项,电池总反应为C6H12O6+6O26CO2+6H2O,正确。规律方法规律方法微生物电池也是燃料电池的一种,其实质还是氧化还原反应。7.(2016课标,11,6分)锌空气燃料电池可用作电动车动力电源,电池的电解质溶液为KOH溶液,反应为2Zn+O2+4OH-+2H2O2Zn(O

23、H。下列说法正确的是()A.充电时,电解质溶液中K+向阳极移动B.充电时,电解质溶液中c(OH-)逐渐减小C.放电时,负极反应为:Zn+4OH-2e-Zn(OHD.放电时,电路中通过2mol电子,消耗氧气22.4L(标准状况)24)24)答案答案C充电时为电解池,溶液中的阳离子向阴极移动,发生的反应为2Zn(OH2Zn+O2+4OH-+2H2O,电解质溶液中c(OH-)增大,故A项、B项均错误;放电时负极反应为Zn+4OH-2e-Zn(OH,故C项正确;每消耗1molO2电路中通过4mol电子,故D项错误。24)24)解题关键解题关键充电时:阳极:4OH-4e-2H2O+O2阴极:2Zn(OH

24、+4e-2Zn+8OH-总反应:2Zn(OH2Zn+2H2O+O2+4OH-24)24)8.(2017课标,11,6分)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S8材料,电池反应为:16Li+xS88Li2Sx(2x8)。下列说法错误的是()A.电池工作时,正极可发生反应:2Li2S6+2Li+2e-3Li2S4B.电池工作时,外电路中流过0.02mol电子,负极材料减重0.14gC.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Li2S2的量越多答案答案D电池工作时为原电池,电池内部阳离子向正极移动,根据图示中Li+移动方向可知,电极

25、a为正极,依次发生S8Li2S8Li2S6Li2S4Li2S2的转化,A正确;电池工作时负极反应式为Li-e-Li+,当转移0.02mol电子时,负极消耗的Li的物质的量为0.02mol,质量为0.14g,B正确;石墨烯具有导电性,可以提高电极a的导电能力,C正确;电池充电时为电解池,此时Li2S2的量越来越少,D错误。思路分析思路分析结合反应原理,根据元素化合价的变化,判断放电时的正、负极,再结合电解质的性质书写电极反应式。9.(2017课标,11,6分)支撑海港码头基础的钢管桩,常用外加电流的阴极保护法进行防腐,工作原理如图所示,其中高硅铸铁为惰性辅助阳极。下列有关表述不正确的是()A.通

26、入保护电流使钢管桩表面腐蚀电流接近于零B.通电后外电路电子被强制从高硅铸铁流向钢管桩C.高硅铸铁的作用是作为损耗阳极材料和传递电流D.通入的保护电流应该根据环境条件变化进行调整答案答案C本题考查外加电流的阴极保护法。将被保护的金属(钢管桩)与电源的负极相连,防止钢管桩被腐蚀,外加保护电流可以抑制金属电化学腐蚀产生的电流,故其表面腐蚀电流接近于零,A项正确;高硅铸铁为惰性辅助阳极,阳极上发生氧化反应,失去电子,电子从高硅铸铁流向钢管桩,B项正确;高硅铸铁为惰性辅助阳极,只是用于传递电流,故阳极材料不损耗,C项错误;金属的腐蚀受环境的影响,故通入的电流要根据环境条件的变化及时进行调整,D项正确。审

27、题技巧审题技巧本题易因忽视高硅铸铁为惰性辅助阳极而导致出错。通常除金、铂以外的金属作为阳极材料,是活性电极,优先于溶液中的粒子放电,且起到导电作用。此题指出惰性辅助阳极,“惰性”说明在此条件下铁不放电,只是起导电作用(辅助)。做题时,应“具体问题具体分析”,不能一味地“按章办事”。10.(2018北京理综,12,6分)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)。下列说法不正确的是()A.对比,可以判定Zn保护了FeB.对比,K3Fe(CN)6可能将Fe氧化C.验证Zn保护Fe时不能用的方法D.将Zn换成Cu,用的方法可判断Fe比Cu活泼在Fe表面生成蓝色沉淀试管

28、内无明显变化试管内生成蓝色沉淀答案答案D本题考查原电池的原理、Fe2+的检验等知识。在中,若将Zn换成Cu,此时Fe作负极,其周围必然会出现Fe2+,Fe2+遇K3Fe(CN)6会出现蓝色沉淀,与原来的实验现象相同,也就是说,在中无论与Fe连接的金属活动性如何,实验现象都是一样的,所以用的方法无法判断Fe与Cu的活泼性强弱。规律方法规律方法做对比实验时,一定要弄清哪些实验条件是相同的,哪些是变化的。11.(2017江苏单科,12,4分)下列说法正确的是()A.反应N2(g)+3H2(g)2NH3(g)的H0B.地下钢铁管道用导线连接锌块可以减缓管道的腐蚀C.常温下,KspMg(OH)2=5.6

29、10-12,pH=10的含Mg2+溶液中,c(Mg2+)5.610-4molL-1D.常温常压下,锌与稀H2SO4反应生成11.2LH2,反应中转移的电子数为6.021023答案答案BC本题考查H、S的判断、金属防腐、与Ksp有关的计算、气体摩尔体积的应用。N2(g)+3H2(g)2NH3(g)的H0,S0,气体分子数减少的反应:S7C.钢铁水闸可用牺牲阳极或外加电流的阴极保护法防止其腐蚀D.一定条件下反应N2+3H22NH3达到平衡时,3v正(H2)=2v逆(NH3)答案答案CA项,由2H2O22H2O+O2可知,每生成1molO2转移的电子数约为26.021023;B项,pH=3的CH3C

30、OOH溶液与pH=11的NaOH溶液等体积混合后形成CH3COONa和CH3COOH的混合溶液,pH”“”或“=”)。(3)在恒温恒容的密闭容器中,某储氢反应:MHx(s)+yH2(g)MHx+2y(s)Hv(吸氢)(4)利用太阳能直接分解水制氢,是最具吸引力的制氢途径,其能量转化形式为。(5)化工生产的副产氢也是氢气的来源。电解法制取有广泛用途的Na2FeO4,同时获得氢气:Fe+2H2O+2OH-Fe+3H2,工作原理如图1所示。装置通电后,铁电极附近生成紫红色Fe,镍电极有气泡产生。若氢氧化钠溶液浓度过高,铁电极区会产生红褐色物质。已知:Na2FeO4只在强碱性条件下稳定,易被H2还原。

31、图1图224O24O电解一段时间后,c(OH-)降低的区域在(填“阴极室”或“阳极室”)。电解过程中,须将阴极产生的气体及时排出,其原因为。c(Na2FeO4)随初始c(NaOH)的变化如图2,任选M、N两点中的一点,分析c(Na2FeO4)低于最高值的原因:。答案答案(共14分)(1)污染小可再生来源广资源丰富燃烧热值高(任写其中2个)H2+2OH-2e-2H2O(2)(3)ac(4)光能转化为化学能(5)阳极室防止Na2FeO4与H2反应使产率降低M点:c(OH-)低,Na2FeO4稳定性差,且反应慢N点:c(OH-)过高,铁电极上有Fe(OH)3(或Fe2O3)生成,使Na2FeO4产率

32、降低解析解析(1)碱性氢氧燃料电池中H2在负极失电子结合OH-生成H2O。(2)两反应的S均小于0,且均为自发反应,故两反应均为放热反应。H2(g)+A(l)B(l)H10O2(g)+B(l)A(l)+H2O2(l)H20运用盖斯定律,+可得:H2(g)+O2(g)H2O2(l)的H=H1+H2v逆,即v(吸氢)v(放氢),d项不正确。(5)由题意可知,阳极的电极反应式为Fe-6e-+8OH-Fe+4H2O,阴极的电极反应式为6H2O+6e-3H2+6OH-,故电解一段时间后阳极室c(OH-)降低。阴极产生H2,若不及时排出,则会还原Na2FeO4,使产率降低。由题中信息可知Na2FeO4在强

33、碱性条件下稳定,故c(OH-)较低时Na2FeO4稳定性差;c(OH-)过高时,铁电极上会产生Fe(OH)3或Fe2O3,导致Na2FeO4产率降低。21(H )yc24O易混易错易混易错本题中第(3)小题b项中要注意可逆反应进行不彻底,参加反应的反应物的量应小于其加入量。C C组教师专用题组组教师专用题组考点一原电池的工作原理金属的电化学腐蚀与防护考点一原电池的工作原理金属的电化学腐蚀与防护1.(2014北京理综,8,6分)下列电池工作时,O2在正极放电的是()A.锌锰电池B.氢燃料电池C.铅蓄电池D.镍镉电池答案答案B氢燃料电池中,负极上H2放电,正极上O2放电,A、C、D中均不存在O2放

34、电,故选B。2.(2014天津理综,1,6分)化学与生产、生活息息相关,下列叙述错误的是()A.铁表面镀锌可增强其抗腐蚀性B.用聚乙烯塑料代替聚乳酸塑料可减少白色污染C.大量燃烧化石燃料是造成雾霾天气的一种重要因素D.含重金属离子的电镀废液不能随意排放答案答案BA项,铁表面镀锌,当发生电化学腐蚀时,Fe作正极被保护。B项,聚乙烯塑料非常稳定,不易降解,而聚乳酸塑料是易降解的塑料,故应用聚乳酸塑料代替聚乙烯塑料来减少白色污染,故B项错误。D项,重金属离子对土壤、水都会产生污染,所以含重金属离子的电镀废液不能随意排放。3.(2013课标,10,6分)银质器皿日久表面会逐渐变黑,这是生成了Ag2S的

35、缘故。根据电化学原理可进行如下处理:在铝质容器中加入食盐溶液,再将变黑的银器浸入该溶液中,一段时间后发现黑色会褪去。下列说法正确的是()A.处理过程中银器一直保持恒重B.银器为正极,Ag2S被还原生成单质银C.该过程中总反应为2Al+3Ag2S6Ag+Al2S3D.黑色褪去的原因是黑色Ag2S转化为白色AgCl答案答案B根据电化学原理可知,Al为负极,电极反应为:2Al-6e-2Al3+;银器为正极,电极反应为:3Ag2S+6e-6Ag+3S2-;溶液中反应为:2Al3+3S2-+6H2O2Al(OH)3+3H2S,三反应相加可知该过程的总反应为:2Al+3Ag2S+6H2O2Al(OH)3+

36、6Ag+3H2S,故B正确,C、D错误;银器表面黑色的Ag2S变成了Ag,质量必然减小,A错误。4.(2014大纲全国,9,6分)右图是在航天用高压氢镍电池基础上发展起来的一种金属氢化物镍电池(MH-Ni电池)。下列有关说法不正确的是()A.放电时正极反应为:NiOOH+H2O+e-Ni(OH)2+OH-B.电池的电解液可为KOH溶液C.充电时负极反应为:MH+OH-H2O+M+e-D.MH是一类储氢材料,其氢密度越大,电池的能量密度越高答案答案C在金属氢化物镍电池(MH-Ni电池)中,MH(M为零价,H为零价)在负极发生反应:MH+OH-e-M+H2O,NiOOH在正极发生反应:NiOOH+

37、H2O+e-Ni(OH)2+OH-,电解液可为KOH溶液,A、B正确;充电时,阴极反应式为M+H2O+e-MH+OH-,C错误;MH中氢密度越大,单位体积电池所储存电量越多,即电池能量密度越高,D正确。5.(2013江苏单科,9,2分)Mg-H2O2电池可用于驱动无人驾驶的潜航器。该电池以海水为电解质溶液,示意图如下。该电池工作时,下列说法正确的是()A.Mg电极是该电池的正极B.H2O2在石墨电极上发生氧化反应C.石墨电极附近溶液的pH增大D.溶液中Cl-向正极移动答案答案C该电池中Mg电极为负极,A项错误;石墨电极为正极,H2O2得电子发生还原反应,电极反应式为H2O2+2e-2OH-,电

38、极附近溶液pH增大,B项错误,C项正确;溶液中Cl-移向Mg电极,即Cl-向负极移动,D项错误。6.(2013江苏单科,1,2分)燃料电池能有效提高能源利用率,具有广泛的应用前景。下列物质均可用作燃料电池的燃料,其中最环保的是()A.甲醇B.天然气C.液化石油气D.氢气答案答案D氢氧燃料电池的产物只有H2O,没有其他物质生成,最为环保。7.(2016江苏单科,20,14分)铁炭混合物(铁屑和活性炭的混合物)、纳米铁粉均可用于处理水中污染物。(1)铁炭混合物在水溶液中可形成许多微电池。将含有Cr2的酸性废水通过铁炭混合物,在微电池正极上Cr2转化为Cr3+,其电极反应式为。27O27O(2)在相

39、同条件下,测量总质量相同、铁的质量分数不同的铁炭混合物对水中Cu2+和Pb2+的去除率,结果如下图所示。当铁炭混合物中铁的质量分数为0时,也能去除水中少量的Cu2+和Pb2+,其原因是。当铁炭混合物中铁的质量分数大于50%时,随着铁的质量分数的增加,Cu2+和Pb2+的去除率不升反降,其主要原因是。(3)纳米铁粉可用于处理地下水中的污染物。一定条件下,向FeSO4溶液中滴加碱性NaBH4溶液,溶液中B(B元素的化合价为+3)与Fe2+反应生成纳米铁粉、H2和B(OH,其离子方程式为。纳米铁粉与水中N反应的离子方程式为4Fe+N+10H+4Fe2+N+3H2O。研究发现,若pH偏低将会导致N的去

40、除率下降,其原因是。相同条件下,纳米铁粉去除不同水样中N的速率有较大差异(见下图),产生该差异的可能原因是。4H4)3O3O4H3O3O答案答案(14分)(1)Cr2+14H+6e-2Cr3+7H2O(2)活性炭对Cu2+和Pb2+有吸附作用铁的质量分数增加,铁炭混合物中微电池数目减少(3)2Fe2+B+4OH-2Fe+2H2+B(OH纳米铁粉与H+反应生成H2Cu或Cu2+催化纳米铁粉去除N的反应(或形成的Fe-Cu原电池增大纳米铁粉去除N的反应速率)27O4H4)3O3O解析解析(2)活性炭具有吸附作用,可以吸附少量的Cu2+和Pb2+。铁炭混合物去除Cu2+和Pb2+是通过发生置换反应实

41、现的,且发生的是原电池反应(Fe为负极,活性炭为正极),当铁的质量分数达到一定数值后,随着铁的质量分数增加,活性炭的质量分数减少,铁炭混合物中微电池的数目减少,所以Cu2+和Pb2+的去除率下降。(3)pH偏低时,溶液中的H+可与纳米铁粉发生反应:Fe+2H+Fe2+H2,从而使N的去除率下降。、两种水样的不同之处是中含有一定量的Cu2+而中没有,因此去除N的速率产生差异的可能原因是Cu2+(或Fe与之反应生成的Cu)起到了催化作用,也可能是Fe与Cu2+反应生成Cu进而形成Fe-Cu原电池,加快了反应速率。3O3O8.(2013广东理综,33,17分)化学实验有助于理解化学知识,形成化学观念

42、,提高探究与创新能力,提升科学素养。(1)在实验室中用浓盐酸与MnO2共热制取Cl2并进行相关实验。下列收集Cl2的正确装置是。将Cl2通入水中,所得溶液中具有氧化性的含氯粒子是。设计实验比较Cl2和Br2的氧化性,操作与现象是:取少量新制氯水和CCl4于试管中,。(2)能量之间可相互转化:电解食盐水制备Cl2是将电能转化为化学能,而原电池可将化学能转化为电能。设计两种类型的原电池,探究其能量转化效率。限选材料:ZnSO4(aq),FeSO4(aq),CuSO4(aq);铜片,铁片,锌片和导线。后,可观察到负极。甲乙两种原电池中可更有效地将化学能转化为电能的是,其原因是。(3)根据牺牲阳极的阴

43、极保护法原理,为减缓电解质溶液中铁片的腐蚀,在(2)的材料中应选作阳极。完成原电池甲的装置示意图(见右图),并作相应标注。要求:在同一烧杯中,电极与溶液含相同的金属元素。以铜片为电极之一,CuSO4(aq)为电解质溶液,只在一个烧杯中组装原电池乙,工作一段时间答案答案(1)CCl2、HClO、ClO-滴加NaBr溶液,振荡后静置,下层溶液呈红棕(棕黄)色(2)有红色固体析出,负极被腐蚀甲电池乙的负极可与CuSO4溶液直接发生反应,导致部分化学能转化为热能;电池甲的负极不与所接触的电解质溶液反应,化学能在转化为电能时损耗较小(3)锌片解析解析(1)Cl2密度比空气大,收集时采取向上排空气法,又因

44、为Cl2有毒,所以在收集装置后要有尾气处理装置(盛有NaOH溶液的烧杯)。比较Cl2和Br2的氧化性强弱,可以通过非金属单质间的置换反应来进行。(2)以Zn和Cu作电极为例分析,如果不用盐桥则除了电化学反应外还发生Zn和Cu2+的置换反应,反应放热,会使部分化学能以热能形式散失,使其不能完全转化为电能,而盐桥的使用,可以避免Zn和Cu2+的接触,从而避免能量损失,提供稳定电流。(3)根据牺牲阳极的阴极保护法,可知被保护的金属作阴极,即可选择Zn作阳极。9.(2016北京理综,26,13分)用零价铁(Fe)去除水体中的硝酸盐(N)已成为环境修复研究的热点之一。(1)Fe还原水体中N的反应原理如下

45、图所示。3O3O3O作负极的物质是。正极的电极反应式是。(2)将足量铁粉投入水体中,经24小时测定N 的去除率和pH,结果如下:初始pHpH=2.5pH=4.5N 的去除率接近100%50%24小时pH接近中性接近中性铁的最终物质形态3OpH=4.5时,N的去除率低。其原因是。(3)实验发现:在初始pH=4.5的水体中投入足量铁粉的同时,补充一定量的Fe2+可以明显提高N 的去除率。对Fe2+的作用提出两种假设:.Fe2+直接还原N;.Fe2+破坏FeO(OH)氧化层。做对比实验,结果如下图所示。可得到的结论是。同位素示踪法证实Fe2+能与FeO(OH)反应生成Fe3O4。结合该反应的离子方程

46、式,解释加入Fe2+提高N去除率的原因:。(4)其他条件与(2)相同,经1小时测定N的去除率和pH,结果如下:3O3O3O3O3O初始pHpH=2.5pH=4.5N 的去除率约10%约3%1小时pH接近中性接近中性3O与(2)中数据对比,解释(2)中初始pH不同时,N去除率和铁的最终物质形态不同的原因:。3O答案答案(13分)(1)FeN+8e-+10H+N+3H2O(2)FeO(OH)不导电,阻碍电子转移(3)本实验条件下,Fe2+不能直接还原N;在Fe和Fe2+共同作用下能提高N去除率Fe2+2FeO(OH)Fe3O4+2H+,Fe2+将不导电的FeO(OH)转化为可导电的Fe3O4,利于

47、电子转移(4)初始pH低时,产生的Fe2+充足;初始pH高时,产生的Fe2+不足3O4H3O3O解析解析(1)由图示可知,Fe失去电子作负极,N在正极发生反应转化为N:N+8e-+10H+N+3H2O。(4)初始pH低时,产生的Fe2+充足,能有效防止FeO(OH)的生成。3O4H3O4H10.(2014安徽理综,28,14分)某研究小组为探究弱酸性条件下铁发生电化学腐蚀类型的影响因素,将混合均匀的新制铁粉和碳粉置于锥形瓶底部,塞上瓶塞(如图1)。从胶头滴管中滴入几滴醋酸溶液,同时测量容器中的压强变化。(1)请完成以下实验设计表(表中不要留空格):编号实验目的碳粉/g铁粉/g醋酸/%为以下实验

48、作参照0.52.090.0醋酸浓度的影响0.536.00.22.090.0(2)编号实验测得容器中压强随时间变化如图2。t2时,容器中压强明显小于起始压强,其原因是铁发生了腐蚀,请在图3中用箭头标出发生该腐蚀时电子流动方向;此时,碳粉表面发生了(填“氧化”或“还原”)反应,其电极反应式是。(4)为验证假设一,某同学设计了检验收集的气体中是否含有H2的方案。请你再设计一个实验方案验证假设一,写出实验步骤和结论。实验步骤和结论(不要求写具体操作过程):(3)该小组对图2中0t1时压强变大的原因提出了如下假设,请你完成假设二:假设一:发生析氢腐蚀产生了气体;假设二:;答案答案(1)(2)吸氧还原2H

49、2O+O2+4e-4OH-(或4H+O2+4e-2H2O)(3)反应放热,温度升高(4)实验步骤和结论(不要求写具体操作过程):药品用量和操作同编号实验(多孔橡皮塞增加进、出导管);编号实验目的碳粉/g铁粉/g醋酸/%2.0碳粉含量的影响通入氩气排净瓶内空气;滴入醋酸溶液,同时测量瓶内压强变化(也可测温度变化,检验Fe2+等)。如果瓶内压强增大,假设一成立。否则假设一不成立。(本题属于开放性试题,合理答案均给分)解析解析(1)由表格数据知:组实验作参照,组实验探究醋酸浓度的影响,所以铁粉质量不变;组实验中醋酸浓度和铁粉质量未变,碳粉质量减少,所以实验目的是碳粉含量的影响。(2)由图2知,t2时

50、瓶内压强明显小于起始压强,所以瓶内压强减小,发生了吸氧腐蚀;Fe和碳构成了原电池的两极,电子由负极Fe流向正极碳,碳粉表面发生了还原反应,电极反应式为:2H2O+O2+4e-4OH-或4H+O2+4e-2H2O。(3)由图2知,0t1时瓶内压强增大,假设二可以为Fe与醋酸反应放热使气体受热体积膨胀。本题为开放性试题,其他合理答案也可。(4)由题意知,检验收集的气体中是否含有H2,可根据H2的性质设计实验方案,如实验步骤:收集一试管刚反应的气体,迅速插入一根表面变黑的灼热铜丝,若铜丝表面的黑色变红,则可验证有H2生成。考点二电解原理及其应用考点二电解原理及其应用11.(2016北京理综,12,6