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1、新型电池和电解原理的应用复习目标1.理解原电池和电解池的构成、工作原理及应用，能正确书写电极反应式和总反 应方程式。2.了解常见化学电源的种类及其工作原理。3.了解金属发生电化学腐蚀的原因、金属腐蚀的危害及防止金属腐蚀的措施。新型电池的分析应用1.识别“交换膜”提取信息，书写电极反应式(1)如将燃煤产生的二氧化碳回收利用，可达到低碳排放的目的。如图是通过人工光合作用，以CO2和H2O为原料制备HCOOH和O2的原理示意图。负极：_。正极：_。2H2O4e=O24H2CO24H4e=2HCOOH(2)液体燃料电池相比于气体燃料电池具有体积小等优点。一种以液态肼(N2H4)为燃料的电池装置如图所示
2、。负极：_。正极：_。N2H44e4OH=N24H2OO24e2H2O=4OH2.辨析燃料电池不同“介质”，书写电极反应式(1)按要求书写不同“介质”下甲醇燃料电池的电极反应式。酸性介质，如H2SO4溶液：负极：_。正极：_。碱性介质，如KOH溶液：负极：_。正极：_。CH3OH6eH2O=CO26H熔融盐介质，如K2CO3：负极：_。正极：_。掺杂Y2O3的ZrO3固体作电解质，在高温下能传导O2：负极：_。正极：_。CH3OH6e3O2=CO22H2O碱性介质C 其余介质C CO2酸性介质H H其余介质H H2O(2)明确“充放电”书写电极反应式镍镉(Ni-Cd)可充电电池在现代生活中有广
3、泛的应用。已知某镍镉电池的电解质溶液为KOH溶液，其充、放电按下式进行：Cd2NiOOH2H2O Cd(OH)22Ni(OH)2。负极：_。阳极：_。Cd2e2OH=Cd(OH)22Ni(OH)22OH2e=2NiOOH2H2O某电动汽车配载一种可充放电的锂离子电池，放电时电池总反应为Li1xCoO2LixC6 LiCoO2C6(x1)。则：负极：_。正极：_。LixC6xe=xLiC6Li1xCoO2xexLi=LiCoO2常见的锂离子电极材料正极材料：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：
4、LixCnxe=xLinC正极反应：Li1xMO2xLixe=LiMO2锂离子电池充放电分析1.图解原电池工作原理2.原电池装置图的升级考查说明(1)无论是装置还是装置，电子均不能通过电解质溶液。(2)在装置中，由于不可避免会直接发生ZnCu2=Zn2Cu而使化学能转化为热能，所以装置的能量转化率高。(3)盐桥的作用：原电池装置由装置到装置的变化是由盐桥连接两个“半电池装置”，其中盐桥的作用有三种：a.隔绝正、负极反应物，避免直接接触，导致电流不稳定；b.通过离子的定向移动，构成闭合回路；c.平衡电极区的电荷。(4)离子交换膜作用：由装置到装置的变化是“盐桥”变成“质子交换膜”。离子交换膜是一
5、种选择性透过膜，允许相应离子通过，离子迁移方向遵循电池中离子迁移方向。3.陌生原电池装置的知识迁移(1)燃料电池(2)二次电池(一)全国卷真题汇编1.(2022全国乙卷，12)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(Lie=Li)和阳极反应(Li2O22h=2LiO2)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=2LiO2B.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
6、应：O22Li2e =Li2O22.(2020全国卷，12)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Zn2e4OHB.放电时，1 mol CO2转化为HCOOH，转移的电子数为2 molC.充电时，电池总反应为 =2ZnO24OH2H2OD.充电时，正极溶液中OH浓度升高3.(2020全国卷，12)一种高性能的碱性硼化钒(VB2)-空气电池如下图所示，其中在VB2电极发生反应：该电池工作时，下列说法错误的是A.负载通过0
7、.04 mol电子时，有0.224 L(标准 状况)O2参与反应B.正极区溶液的pH降低、负极区溶液的pH 升高C.电池总反应为D.电流由复合碳电极经负载、VB2电极、KOH溶液回到复合碳电极(二)2022新高考卷真题研究4.(2022湖南，8)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：2H2O2e =2OHH2C.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5.(2022广东，16)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
8、电极a的反应为NaTi2(PO4)32Na2e=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 g1.(2022湘豫名校联考高三下学期模拟)锌-空气燃料电池的能量密度较高，广泛应用于需要长时间在低电流下进行的设备，如助听器等，其装置示意图如图所示。下列说法正确的是A.放电时，A极为正极，电极反应式为O24e=2O2B.放电时，电子由B极流出经外电路到达A极，再 进入电解质溶液回到B极构成闭合回路C.充电时，B极电极反应式为ZnOH2O2e=Zn2OHD.电池
9、工作一段时间后，电解质溶液pH降低2.(2022河南省十所名校高中理综)研究发现，在肼(N2H4)酸性燃料电池中添加少量Fe2(SO4)3能持续大电流放电，工作原理如图所示。下列说法错误的是A.交换膜M为质子交换膜B.Fe3能够降低正极区反应的 活化能C.放电时正极区溶液的pH下降D.负极反应式为N2H44e=N24H3.(2022成都市高三第二次诊断)钠离子电池易获取，正负极材料均采用铝箔(可减少铜箔用量)，因此钠离子电池理论成本低于锂离子电池。现有一种正极材料为KFe2(CN)6，固体电解质为Na3PS4，负极材料为Na2Ti3O7的钠离子电池。下列有关叙述错误的是A.正极KFe2(CN)
10、6中Fe的化合价为2、3B.放电时，正极可能发生C.放电时，电子从负极流经固体电解质到 达正极D.充电时，阴极发生还原反应，并且Na增多4.(2022山西省高三下学期高考考前适应性测试)利用微生物电池处理有机废水同时也可实现海水淡化。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(含CH3COO的溶液)。下列说法错误的是A.电极电势a极低于b极B.当b极上产生11.2 L(标准状况)气体时，会有1 mol Cl通过隔膜1C.a极反应为CH3COO8e2H2O=2CO27HD.当电路中通过4 mol电子时，负极区溶 液的质量理论上减少44 g电解原理的分析应用1.正误判断，正确的
11、打“”，错误的打“”(1)电解质溶液导电发生化学变化()(2)电解精炼铜和电镀铜，电解液的浓度均会发生很大的变化()(3)电解饱和食盐水，在阳极区得到NaOH溶液()(4)工业上可用电解MgCl2溶液、AlCl3溶液的方法制备Mg和Al()(5)电解精炼铜时，阳极泥可以作为提炼贵重金属的原料()(6)用惰性电极电解CuSO4溶液，若加入0.1 mol Cu(OH)2固体可使电解质溶液复原，则整个电路中转移电子数为0.4NA()2.按要求书写电极反应式(1)用惰性电极电解NaCl溶液：阳极：_。阴极：_。(2)用惰性电极电解CuSO4溶液：阳极：_。阴极：_。2Cl2e=Cl22H2O2e=H2
12、2OH2H2O4e=O24H2Cu24e=2Cu(3)铁作阳极，石墨作阴极电解NaOH溶液：阳极：_。阴极：_。(4)用惰性电极电解熔融MgCl2：阳极：_。阴极：_。Fe2e2OH=Fe(OH)22H2O2e=H22OH2Cl2e=Cl2Mg22e=Mg3.复杂电极反应式的书写(1)按要求书写电极反应式以铝材为阳极，在H2SO4溶液中电解，铝材表面形成氧化膜，阳极反应式为_。用Al单质作阳极，石墨作阴极，NaHCO3溶液作电解液进行电解，生成难溶物R，R受热分解生成化合物Q，写出阳极生成R的电极反应式：_。2Al6e3H2O=Al2O36HAl3HCO3e=Al(OH)33CO2离子液体是一
13、种室温熔融盐，为非水体系。由有机阳离子、和 组成的离子液体作电解液时，可在钢制品上电镀铝。已知电镀过程中不产生其他离子且有机阳离子不参与电极反应，则电极反应式为阳极：_。阴极：_。用惰性电极电解K2MnO4溶液能得到化合物KMnO4，则电极反应式为阳极：_。阴极：_。将一定浓度的磷酸二氢铵(NH4H2PO4)、氯化锂混合液作为电解液，以铁棒作阳极，石墨为阴极，电解析出LiFePO4沉淀，则阳极反应式为_。2H2e=H2(2)按要求书写电极反应式电解装置如图，电解槽内装有KI及淀粉溶液，中间用阴离子交换膜隔开。在一定的电压下通电，发现左侧溶液变蓝色，一段时间后，蓝色逐渐变浅。已知：阳极：_。阴极
14、：_。2I2e=I22H2O2e=H22OH可用氨水作为吸收液吸收工业废气中的SO2，当吸收液失去吸收能力时，可通过电解法使吸收液再生而循环利用(电极均为石墨电极)，并生成化工原料硫酸。其工作示意如图：阳极：_。阴极：_。2H2O2e=H22OH1.图解电解池工作原理(阳极为惰性电极)2.正确判断电极产物(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Fe2，而不是Fe3)；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S2IBrClOH(水)含氧酸根离子。(2)阴极产物的判断直接根据阳离子的放电顺序进行判断：AgHg2
15、Fe3Cu2H(酸)Pb2Fe2Zn2H(水)。3.对比掌握电解规律(阳极为惰性电极)电解类型电解质实例溶液复原物质电解水NaOH、H2SO4或Na2SO4水电解电解质HCl或CuCl2原电解质放氢生碱型NaClHCl气体放氧生酸型CuSO4或AgNO3CuO或Ag2O注意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CuSO4溶液，Cu2完全放电之前，可加入CuO或CuCO3复原，而Cu2完全放电之后，溶液中H继续放电，应加入Cu(OH)2或Cu2(OH)2CO3复原。4.金属的腐蚀与电化学防护电化学腐蚀与防护腐
16、蚀析氢腐蚀(正极：2H2e=H2)吸氧腐蚀(正极：O24e2H2O=4OH)防护牺牲阳极法外加电流法5.陌生电解池装置图的知识迁移(1)电解池(2)金属腐蚀(一)全国卷真题汇编1.(2021全国甲卷，13)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：2H2e H2OC.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2.(2021全国乙卷，12)沿海电
17、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(二)2022新高考卷真题研究3.(2022广东，10)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Mg2e=Mg2B.阴极上Al被氧化C.在电解槽底部产生含Cu的阳极泥D
18、.阳极和阴极的质量变化相等4.(2022浙江6月选考，21)通过电解废旧锂电池中的LiMn2O4可获得难溶性的Li2CO3和MnO2，电解示意图如下(其中滤布的作用是阻挡固体颗粒，但离子可自由通过。电解过程中溶液的体积变化忽略不计)。下列说法不正确的是A.电极A为阴极，发生还原反应B.电极B的电极反应：2H2OMn2 2e=MnO24HC.电解一段时间后溶液中Mn2浓度保 持不变D.电解结束，可通过调节pH除去Mn2，再加入Na2CO3溶液以获得Li2CO35.(2022海南，9)一种采用H2O(g)和N2(g)为原料制备NH3(g)的装置示意图如下。下列有关说法正确的是A.在b电极上，N2被
19、还原B.金属Ag可作为a电极的材料C.改变工作电源电压，反应速率不变D.电解过程中，固体氧化物电解质中O2不断减少6.(2022湖北，14)含磷有机物应用广泛。电解法可实现由白磷直接制备LiP(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 LiP(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：P48CN 4e=4P(CN)2C.在电解过程中CN向铂电极移动D.电解产生的H2中的氢元素来自于LiOH7.(2022山东，13改编)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(
20、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，乙室应补充水C.乙室电极反应式为LiCoO22H2Oe =LiCo24OHD.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1.(2022太原市高三下学期模拟)我国科学家开发出一种双极制氢系统，在低电池电压下的KOH介质中，可将醛类物质电催化转化为相应的羧酸盐和氢气，其工作原理如图所示。下列说法不正确的是A.泡沫铜与直流电源的正极相连B.制得1 mol氢气，理论上外电路中迁
21、移了2 mol电子C.高电压下不能实现双极制氢的原因 可能是Cu被氧化从而使催化剂失活D.泡沫铜电极上发生的反应可能为 2RCHO4OH2e=2RCOOH22H2O3.(2022郑州市高三第二次质量预测)钛铁合金具有优异的性能，在航天和生物医学等领域有广泛的应用。下图是以二氧化钛、氧化亚铁混合粉末压制的块体和石墨坩埚分别做电极材料，以CaCl2熔盐为离子导体(不参与电极反应)制备钛铁合金的电解装置示意图。下列相关说法正确的是A.石墨坩埚连接直流电源的负极B.通入Ar气主要是为了保护石墨坩埚不被氧化C.TiO2发生的电极反应为TiO24e=Ti2O2D.每生成16.0 g TiFe2时，流出气体在标准状况下的体积大于4.48 L4.电渗析法淡化海水装置示意图如图，电解槽中阴离子交换膜和阳离子交换膜相间排列，将电解槽分隔成多个独立的间隔室，海水充满在各个间隔室中。通电后，一个间隔室的海水被淡化，而其相邻间隔室的海水被浓缩，从而实现了淡水和浓缩海水分离。下列说法正确的是A.离子交换膜b为阳离子交换膜B.各间隔室的排出液中，为淡水C.通电时，电极1附近溶液的pH 比电极2附近溶液的pH变化明显D.淡化过程中，得到的浓缩海水没有任何使用价值