2024版 步步高 考前三个月 化学 新高考第6题　新型电源、电解应用与金属腐蚀

第6题 新型电源、电解应用与金属腐蚀复习建议：3课时(题型突破2课时 习题1课时)考向1 多介质带膜新型电池1.(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)eq\o\al(2－,4)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SOeq\o\al(2－,4)通过隔膜向Ⅱ区迁移C.MnO2电极反应：MnO2＋2e－＋4H＋===Mn2＋＋2H2OD.电池总反应：Zn＋4OH－＋MnO2＋4H＋===Zn(OH)eq\o\al(2－,4)＋Mn2＋＋2H2O答案 A解析 根据图示的电池结构和题目所给信息可知，Ⅲ区Zn为电池的负极，电极反应为Zn－2e－＋4OH－===Zn(OH)eq\o\al(2－,4)，Ⅰ区MnO2为电池的正极，电极反应为MnO2＋2e－＋4H＋===Mn2＋＋2H2O，K＋从Ⅲ区通过隔膜向Ⅱ区迁移，A错误；Ⅰ区的SOeq\o\al(2－,4)通过隔膜向Ⅱ区移动，B正确；MnO2电极的电极反应式为MnO2＋2e－＋4H＋===Mn2＋＋2H2O，C正确；电池的总反应为Zn＋4OH－＋MnO2＋4H＋===Zn(OH)eq\o\al(2－,4)＋Mn2＋＋2H2O，D正确。2.(2022·全国乙卷)Li－O2电池比能量高，在汽车、航天等领域具有良好的应用前景。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，电池的总反应为Li2O2===2Li＋O2B.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答案 C解析 充电时光照光催化电极产生电子和空穴，驱动阴极反应(Li＋＋e－===Li)和阳极反应(Li2O2＋2h＋===2Li＋＋O2)，则充电时总反应为Li2O2===2Li＋O2，A正确；充电时，光照光催化电极产生电子和空穴，阴极反应与电子有关，阳极反应与空穴有关，故充电效率与光照产生的电子和空穴量有关，B正确；放电时，金属Li电极为负极，光催化电极为正极，Li＋从负极穿过离子交换膜向正极迁移，C错误；放电时总反应为2Li＋O2===Li2O2，则正极反应为O2＋2Li＋＋2e－===Li2O2，D正确。3.(2020·全国卷Ⅰ)科学家近年发明了一种新型Zn－CO2水介质电池。电池示意图如下，电极为金属锌和选择性催化材料。放电时，温室气体CO2被转化为储氢物质甲酸等，为解决环境和能源问题提供了一种新途径。下列说法错误的是( )A.放电时，负极反应为Zn－2e－＋4OH－===Zn(OH)eq\o\al(2－,4)B.放电时，1molCO2转化为HCOOH，转移的电子数为2molC.充电时，电池总反应为2Zn(OH)eq\o\al(2－,4)===2Zn＋O2↑＋4OH－＋2H2OD.充电时，正极溶液中OH－浓度升高答案 D解析 由题给装置图可知，放电时负极锌失去电子后结合OH－生成Zn(OH)eq\o\al(2－,4)，负极反应为Zn－2e－＋4OH－===Zn(OH)eq\o\al(2－,4)，A项正确；放电时，正极上CO2得电子生成HCOOH，CO2中C的化合价为＋4，HCOOH中C的化合价为＋2，1molCO2转化为1molHCOOH，转移2mol电子，B项正确；充电时阴极上Zn(OH)eq\o\al(2－,4)参与反应得到锌，阳极上H2O参与反应得到氧气，电池总反应为2Zn(OH)eq\o\al(2－,4)===2Zn＋O2↑＋4OH－＋2H2O，C项正确；充电时，阳极上发生失电子的氧化反应：2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，氢氧根离子浓度降低，D项错误。考向2 电解原理在工农业生产中的多维应用4.(2021·全国甲卷)乙醛酸是一种重要的化工中间体，可采用如下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－―→＋H2OC.制得2mol乙醛酸，理论上外电路中迁移了1mol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答案 D解析 由题图可知，在铅电极乙二酸变成乙醛酸是去氧的过程，发生还原反应，则铅电极是电解装置的阴极，石墨电极发生氧化反应，反应为2Br－－2e－===Br2，是电解装置的阳极。由上述分析可知，Br－起到还原剂的作用，A错误；阳极上的反应式为2Br－－2e－===Br2，B错误；制得2mol乙醛酸，实际上是左、右两侧各制得1mol乙醛酸，共转移2mol电子，故理论上外电路中迁移的电子为2mol，C错误；电解装置中，阳离子移向阴极(即铅电极)，D正确。5.(2021·全国乙卷)沿海电厂采用海水为冷却水，但在排水管中生物的附着和滋生会阻碍冷却水排放并降低冷却效率。为解决这一问题，通常在管道口设置一对惰性电极(如图所示)，通入一定的电流。下列叙述错误的是( )A.阳极发生将海水中的Cl－氧化生成Cl2的反应B.管道中可以生成氧化灭杀附着生物的NaClOC.阴极生成的H2应及时通风稀释安全地排入大气D.阳极表面形成的Mg(OH)2等积垢需要定期清理答案 D解析 海水中存在大量的Cl－，在阳极Cl－放电生成Cl2，A叙述正确；阴极H2O放电生成H2和OH－，OH－与Cl2反应生成ClO－，因此管道中存在一定量的NaClO，B叙述正确；因为H2为可燃性气体，所以阴极生成的H2应及时通风稀释，安全地排入大气，C叙述正确；阴极产生OH－，因此会在阴极表面形成Mg(OH)2等积垢，需定期清理以保持良好的导电性，D叙述错误。考情预测：预测在2023高考中，以二次电池以及含有离子交换膜的电解池为背景的命题仍为热点题型，因为二次电池不仅实现电极材料循环使用，符合“低耗高效”的时代需求，而且命题角度丰富，便于同时考查原电池和电解池工作原理；含有离子交换膜的电解池设问空间大，便于考查考生的探究能力，也体现了学以致用的命题方向。微题型1 新型化学电源[精练1] [储能电池](2022·辽宁卷)某储能电池原理如图。下列说法正确的是( )A.放电时负极反应：Na3Ti2(PO4)3－2e－===NaTi2(PO4)3＋2Na＋B.放电时Cl－透过多孔活性炭电极向CCl4中迁移C.放电时每转移1mol电子，理论上CCl4吸收0.5molCl2D.充电过程中，NaCl溶液浓度增大答案 A解析 A.放电时负极失电子，发生氧化反应，电极反应：Na3Ti2(PO4)3－2e－===NaTi2(PO4)3＋2Na＋，正确；B.放电时，阴离子移向负极，放电时Cl－透过多孔活性炭电极向NaCl中迁移，错误；C.放电时每转移1mol电子，正极：Cl2＋2e－===2Cl－，理论上CCl4释放0.5molCl2，错误；D.充电过程中，阳极：2Cl－－2e－===Cl2，消耗氯离子，NaCl溶液浓度减小，错误。[精练2] [氯流电池](2022·广东卷)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1molCl2，电极a质量理论上增加23g答案 C解析 由充电时电极a的反应可知，充电时电极a发生还原反应，所以电极a是阴极，则电极b是阳极，故A错误；放电时电极反应和充电时相反，则放电时电极a的反应为Na3Ti2(PO4)3－2e－===NaTi2(PO4)3＋2Na＋，NaCl溶液的pH不变，故B错误；放电时负极反应为Na3Ti2(PO4)3－2e－===NaTi2(PO4)3＋2Na＋，正极反应为Cl2＋2e－===2Cl－，反应后Na＋和Cl－浓度都增大，则放电时NaCl溶液的浓度增大，故C正确；充电时阳极反应为2Cl－－2e－===Cl2↑，阴极反应为NaTi2(PO4)3＋2Na＋＋2e－===Na3Ti2(PO4)3，由得失电子守恒可知，每生成1molCl2，电极a质量理论上增加23g·mol－1×2mol＝46g，故D错误。[精练3] [燃料电池](2022·河南名校联考)一种利用金属氟化物的HF溶液作电解质的氢氧燃料电池装置如图所示：装置工作时，下列说法错误的是( )A.化学能转变为电能B.负极电极反应式为H2－2e－===2H＋C.理论上消耗n(H2)∶n(O2)＝2∶1D.正极电极反应式为O2＋4e－＋12[(HF)3F]－===16[(HF)2F]－＋2H2O答案 B解析 如图所示氢氧燃料电池装置是将化学能转变为电能的装置，氢气在负极通入，失去电子后与[(HF)2F]－结合生成[(HF)3F]－；电池的正极通入氧气，氧气得电子后与[(HF)3F]－释放出来的H＋结合生成水，同时[(HF)3F]－转化成[(HF)2F]－并循环参与反应。A.氢氧燃料电池是将化学能转变为电能的装置，A正确；B.负极电极反应式为H2－2e－＋8[(HF)2F]－===6[(HF)3F]－，B错误；C.根据体系内得失电子总数相等，理论上消耗n(H2)∶n(O2)＝2∶1，C正确；D.正极电极反应式为O2＋4e－＋12[(HF)3F]－===16[(HF)2F]－＋2H2O，D正确。1.构建两大模型(1)原电池基础模型(2)可逆电池解题模型关系图示解题模型例：xMg＋Mo3S4eq\o(,\s\up7(放电),\s\do5(充电))MgxMo3S4。2.抓住一个重点——原电池电极方程式的书写(1)燃料电池(以CH3OH燃料电池为例，体会不同介质对电极反应的影响)质子交换膜(酸性)H＋总反应：2CH3OH＋3O2===2CO2＋4H2O正极O2＋4e－＋4H＋===2H2O负极CH3OH－6e－＋H2O===CO2↑＋6H＋碱性燃料电池OH－总反应：2CH3OH＋3O2＋4OH－===2COeq\o\al(2－,3)＋6H2O正极O2＋4e－＋2H2O===4OH－关注微信公众号《全元高考》领取高中精品资料负极CH3OH－6e－＋8OH－===COeq\o\al(2－,3)＋6H2O固态氧化物燃料电池O2－总反应：2CH3OH＋3O2===2CO2＋4H2O正极O2＋4e－===2O2－负极CH3OH－6e－＋3O2－===CO2↑＋2H2O(2)充电(可逆)电池镍电池(传统)总反应：NiO2＋Fe＋2H2Oeq\o(,\s\up7(放电),\s\do5(充电))Fe(OH)2＋Ni(OH)2正极NiO2＋2e－＋2H2O===Ni(OH)2＋2OH－负极Fe－2e－＋2OH－===Fe(OH)2阳极Ni(OH)2＋2OH－－2e－===NiO2＋2H2O阴极Fe(OH)2＋2e－===Fe＋2OH－锂离子电池(新型)总反应：Li1－xCoO2＋LixC6eq\o(,\s\up7(放电),\s\do5(充电))LiCoO2＋C6(x<1)正极Li1－xCoO2＋xe－＋xLi＋===LiCoO2负极LixC6－xe－===xLi＋＋C6阳极LiCoO2－xe－===Li1－xCoO2＋xLi＋阴极