新高考新教材广西专版2024届高考化学二轮总复习专题9电化学课件

这是一份新高考新教材广西专版2024届高考化学二轮总复习专题9电化学课件，共60页。PPT课件主要包含了内容索引，考点二电解原理，专项突破•素能提升，归纳总结，解题思路，Na+，题型突破等内容，欢迎下载使用。

考点一　原电池　新型化学电源
考点三　金属的腐蚀与防护
【考情分析•定向备考】
【要点归纳•夯基提能】
1.原电池工作原理(1)原电池工作原理图解。
(2)原电池装置的迁移创新。
2.原电池正、负极的判断
3.新型化学电源中电极反应式的书写方法
【经典对练•得高分】
考向1　新型化学电源真题示例1- 1.(2021广东卷)火星大气中含有大量CO2,一种有CO2参加反应的新型全固态电池有望为火星探测器供电。该电池以金属钠为负极,碳纳米管为正极,放电时(　　)。A.负极上发生还原反应 　B.CO2在正极上得电子C.阳离子由正极移向负极D.将电能转化为化学能
解析 电池的负极上发生氧化反应,A项错误;CO2在正极上得电子发生还原反应,B项正确;放电时阳离子移向正极,C项错误;原电池是把化学能转化为电能的装置,D项错误。
1- 2.(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1 ml电子,理论上CCl4吸收0.5 ml Cl2D.充电过程中,NaCl溶液浓度增大
解析 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+,A项正确;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,B项错误;放电时每转移1 ml电子,正极:Cl2+2e-═2Cl-,理论上CCl4释放0.5 ml Cl2,C项错误;充电过程中,阳极反应:2Cl--2e-═Cl2↑,消耗氯离子,NaCl溶液浓度减小,D项错误。
1- 3.(2021河北卷)K-O2电池结构如图,a和b为两个电极,其中之一为单质钾片。关于该电池,下列说法错误的是(　　)。
A.隔膜允许K+通过,不允许O2通过B.放电时,电流由b电极沿导线流向a电极;充电时,b电极为阳极C.产生1 Ah电量时,生成KO2的质量与消耗O2的质量的比值约为2.22D.用此电池为铅酸蓄电池充电,消耗3.9 g钾时,铅酸蓄电池消耗0.9 g水
方法技巧有关可充电电池的解题思路:
A.充电时,M极的电极反应为[Fe(CN)6]4-+e- ===[Fe(CN)6]3-B.放电时,N极的电势高于M极C.1 ml [Fe(CN)6]3-中含有σ键为12 mlD.放电时,电路中转移2 ml电子时,负极区电解质溶液质量增加65 g
解析 根据图示和总反应知,放电时,N极为负极,Zn失去电子,发生氧化反应; M极为正极,[Fe(CN)6]3-得电子,发生还原反应。充电时,N极为阴极, [Zn(OH)4]2-得电子,发生还原反应;M极为阳极,[Fe(CN)6]4-失去电子发生氧化反应:[Fe(CN)6]4-- e-═[Fe(CN)6]3-,A项错误。放电时,N极为负极,M极为正极,则N极的电势低于M极,B项错误。在配合物[Fe(CN)6]3-中,CN-与铁离子之间有6个配位键,在每个CN-内部有一个σ共价键,所以1 ml该配合物中含有σ键12 ml,C项正确。放电时,Zn失电子后与氢氧根生成[Zn(OH)4]2-,溶液增加的质量为1 ml Zn和4 ml氢氧根之和,大于65 g,D项错误。
1- 2. 我国科学家发明了一种“可固氮”的镁-氮二次电池,其装置如图所示,下列说法不正确的是(　　)。
A.固氮时,电池的总反应为3Mg+N2 === Mg3N2B.脱氮时,钌复合电极的电极反应为Mg3N2-6e- === 3Mg2++N2↑C.固氮时,外电路中电子由钌复合电极流向镁电极D.当无水LiCl-MgCl2混合物受热熔融后电池才能工作
解析 固氮时该装置为原电池装置,镁为活泼金属,作负极,被氧化成Mg2+;钌复合电极为正极,氮气在该电极上发生还原反应生成N3-,与熔融电解质中镁离子生成Mg3N2,所以总反应为3Mg+N2 === Mg3N2,A项正确。脱氮时,-3价的氮元素被氧化,钌复合电极上应发生氧化反应,Mg3N2失电子发生氧化反应生成氮气,电极反应为Mg3N2-6e- === 3Mg2++N2↑,B项正确。固氮时,镁电极为负极,外电路中电子由镁电极流向钌复合电极,C项错误。无水LiCl-MgCl2混合物常温下为固体,无自由移动离子,不能导电,受热熔融后产生自由移动离子后,电池才能工作,D项正确。
考向2　离子交换膜电池真题示例
2- 1.(2022广东卷)科学家基于Cl2易溶于CCl4的性质,发展了一种无须离子交换膜的新型氯流电池,可作储能设备(如图所示)。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1 ml Cl2,电极a质量理论上增加23 g
解析 根据题干给的电极反应知:充电时电极a上发生得电子的反应,为阴极,放电时电极a失电子,为负极,则充电时电极b为阳极,A项错误;放电时正极的电极反应式为Cl2+2e- ══ 2Cl-,NaCl溶液中氢离子和氢氧根离子的浓度无变化,pH不变,B项错误;放电时正极反应生成氯离子,负极反应生成钠离子,放电时NaCl溶液的浓度增大,C项正确;充电时电极b的反应为2Cl--2e- ══ Cl2↑,每生成1 ml氯气转移2 ml电子,电极a理论上有2 ml Na+转化为Na3Ti2(PO4)3,增重46 g,D项错误。
2- 2.(2022湖南卷)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:2H2O+2e-═2OH-+H2↑C.玻璃陶瓷具有传递离子和防水的功能D.该锂-海水电池属于一次电池
解析 本题考查新型电池的工作原理。海水中存在NaCl、MgCl2等电解质,海水在该电池中起电解质溶液的作用,A项正确;N极为电池的正极,正极上水放电生成氢气,同时,海水中溶解的O2也可在N极放电,电极反应为O2+4e-+2H2O═4OH-,B项错误;Li为活泼金属,能够与水反应,玻璃陶瓷起到隔绝水的作用,同时传导离子形成闭合回路,C项正确;该电池将化学能转化为电能后,H2在N极不具有充电后发生失电子反应的条件,故该锂-海水电池属于一次电池,D项正确。
A.负极反应为CH3COO-+2H2O-8e- === 2CO2↑+7H+B.隔膜1为阳离子交换膜,隔膜2为阴离子交换膜C.当电路中转移1 ml电子时,模拟海水理论上除盐58.5 gD.电池工作一段时间后,正、负极产生气体的物质的量之比为2∶1
2- 3.(2020山东卷)微生物脱盐电池是一种高效、经济的能源装置,利用微生物处理有机废水获得电能,同时可实现海水淡化。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(以含CH3COO-的溶液为例)。下列说法错误的是(　　)。
【解题思路】第一步,根据图示判断电化学装置的类型。该装置为原电池装置。第二步,根据粒子变化判断正、负极。CH3COO-转化为CO2,C元素的化合价升高,CH3COO-失电子被氧化,因此a极为负极,b极为正极。第三步,根据电极反应原理确定各电极上发生的反应。依据电荷守恒可得负极反应为CH3COO-+2H2O-8e- === 2CO2↑+7H+;正极反应为2H++2e- === H2↑。第四步逐项分析判断。
失分剖析一是不能根据图示中的相关信息判断正、负极,从而无法书写负极反应而错判A项;二是不能根据实验目的判断离子移动方向而错判B项;三是不能根据电子守恒和电荷守恒进行计算而错判C项;四是不能判断正、负极产物以及不能利用电子守恒计算正、负极产物物质的量的关系而错判D项。
对点演练2- 1.(2023广东统考一模)我国科学家设计了一种新型的溴基液流可充电电池用于大规模储能,其放电时的工作原理如图所示。下列有关说法不正确的是(　　)。
2- 2.包覆纳米硅复合材料(GS-Si)的可充电石墨烯电池的工作原理如图所示。放电时,GS-Si包覆石墨烯电极上的物质变化为C6Li→C6Li1-x;多元含锂过渡金属氧化物电极上的物质变化为Li1-xMO→→LiMO2。下列说法错误的是(　　)。
A.放电时,胶状聚合物电解质和固体电解质的作用均为传导离子,构成闭合回路B.若放电前两个电极质量相等,转移0.1 ml电子后两个电极质量相差0.7 gC.充电时,与正极连接的电极反应为LiMO2-xe-═Li1-xMO2+xLi+D.为保护电池,GS-Si包覆石墨烯的电极反应不能进行至C6Li-e-═C6+Li+
解析 结合题意可知放电时,GS-Si包覆石墨烯电极上发生的反应为C6Li-xe-═C6Li1-x+xLi+;多元含锂过渡金属氧化物电极上的反应为xLi++xe-+Li1-xMO2═LiMO2,因此GS-Si包覆石墨烯电极为电池的负极,多元含锂过渡金属氧化物电极为正极。放电时,电池内电路由胶状聚合物电解质、隔膜、固体电解质构成,胶状聚合物电解质和固体电解质的作用均为传导Li+,构成闭合回路,A项正确。由电极反应可知,放电时,转移0.1 ml电子后,负极材料减少0.1 ml Li+,正极材料增加0.1 ml Li+,因此转移0.1 ml电子后两个电极质量相差0.1 ml×2×7 g·ml-1=1.4 g,B项错误。放电时,正极反应为xLi++xe-+Li1-xMO2═LiMO2,则充电时,与正极连接的电极反应式为LiMO2-xe-═Li1-xMO2+xLi+,C项正确。若GS-Si包覆石墨烯的电极反应进行至C6Li-e-═C6+Li+,石墨烯电极会被氧化,损伤电极,因此为保护电池,GS-Si包覆石墨烯的电极反应不能进行至C6Li-e-═C6+Li+,D项正确。
考向3　燃料电池真题示例3- 1.[2020海南卷改编]某燃料电池的主要构成要素如图所示,下列说法错误的是(　　)。
A.电池可用于乙醛的制备B.b电极为正极C.电池工作时,b电极附近pH降低D.a电极的反应为O2+4e-+4H+═2H2O
解析 该电池将乙烯和水转化为乙醛,可用于乙醛的制备,A项正确。该燃料电池中,通入氧气的电极为电池的正极,即a电极是正极,B项错误。电池工作时,H+移向正极,a电极的反应式为O2+4e-+4H+═2H2O,b电极附近生成H+,pH降低,C、D项正确。
3- 2.(2021山东卷)以KOH溶液为离子导体,分别组成CH3OH-O2、N2H4-O2、(CH3)2NNH2-O2清洁燃料电池。下列说法正确的是(　　)。A.放电过程中,K+均向负极移动B.放电过程中,KOH的物质的量均减小C.消耗等质量燃料,(CH3)2NNH2-O2燃料电池的理论放电量最大D.消耗1 ml O2时,理论上N2H4-O2燃料电池气体产物的体积在标准状况下为11.2 L
对点演练3- 1. 直接煤-空气燃料电池原理如图所示,下列说法错误的是(　　)。
A.随着反应的进行,氧化物电解质的量不断减少B.负极的电极反应为C.电极X为负极,O2-向X极迁移D.直接煤-空气燃料电池的能量效率比煤燃烧发电的能量效率高
A.b极为负极B.每消耗0.01 ml葡萄糖,外电路中转移0.02 ml电子C.可以在实验室中用葡萄糖与浓硫酸加热的方式制备葡萄糖内酯D.葡萄糖与氢气加成后的产物分子中手性碳原子数比葡萄糖分子中的少
3- 2. 某课题组将二氧化锰和生物质置于一个由滤纸制成的折纸通道内,形成电池如图,该电池可将碳酸饮料(pH=2.5)中的葡萄糖作为燃料获得能量。下列说法正确的是(　　)。
3- 3. 锌-空气燃料电池是一种低能耗电池,在生产生活中应用广泛,其装置示意图如图所示。下列说法错误的是(　　)。
A.充电时,a与电源正极相连B.放电过程中,KOH溶液浓度不变C.充电时,N极的电极反应为ZnO+2H++2e- === Zn+H2OD.放电时,M极每消耗16 g O2,理论上N极质量增加16 g
解析 锌-空气燃料电池中Zn为活泼金属,放电时被氧化,所以N极为负极,M极为正极,氧气在M极上被还原。放电时M极为正极,则充电时M极为阳极, a与电源正极相连,A项正确。放电过程中N极上的反应为Zn+2OH--2e- === ZnO+H2O,M极上的反应为O2+2H2O+4e- === 4OH-,总反应为2Zn+O2 === 2ZnO,所以KOH溶液浓度不变,B项正确。电解质溶液为碱性溶液,充电时N极上的反应为H2O+ZnO+2e- === Zn+2OH-,C项错误。16 g O2的物质的量为0.5 ml,根据电极反应式可知转移2 ml电子,有1 ml Zn转化为1 ml ZnO,增加的质量为1 ml O的质量,为16 g,D项正确。
归纳总结1.燃料电池认知模型。
2.燃料电池中通入氧气的一极的电极反应式的书写。
判断正误(正确的画“√”,错误的画“×”)。(1)原电池工作时,正极表面一定有气泡产生。(　　)(2)Mg、Al形成的原电池,Mg一定作负极。(　　)(3)铜-铁原电池中,负极反应式为Fe-3e- === Fe3+。(　　)(4)用稀硫酸与锌粒制取H2时,加几滴CuSO4溶液可以增大反应速率。(　 )(5)原电池工作时,溶液中的阳离子向负极移动,盐桥中的阳离子向正极移动。(　　)
【易错易混•防范失分】
易错警示(1)Mg、Al和氢氧化钠溶液构成的原电池中,负极是Al。(2)原电池中,铁放电生成的是Fe2+。
1.电解池中阴、阳极的判断
2.电解池中离子的放电顺序
3.电化学计算的基本方法
考向1　电解原理真题示例
1- 1.(2022广东卷)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Mg-2e- ══ Mg2+B.阴极上Al被氧化C.在电解槽底部产生含Cu的阳极泥D.阳极和阴极的质量变化相等
解析 由题干信息可知,以铝合金废料作为阳极进行电解,镁和铝在阳极失电子,A、B两项错误;进行电解时,铜失电子能力小于铝,不能在电极上放电,与硅以单质形式沉积在电解槽阳极底部,形成阳极泥,C项正确;由于阳极存在多种金属放电,阴极为单一离子放电,阴极和阳极质量变化不相等,D项错误。
1- 2.(2023全国甲)用可再生能源电还原CO2时,采用高浓度的K+抑制酸性电解液中的析氢反应来提高多碳产物(乙烯、乙醇等)的生成率,装置如下图所示。下列说法正确的是(　　)。
A.析氢反应发生在IrOx-Ti电极上B.Cl-从Cu电极迁移到IrOx-Ti电极C.阴极发生的反应有:2CO2+12H++12e-═C2H4+4H2OD.每转移1 ml电子,阳极生成11.2 L气体(标准状况)
1- 3.(2021广东卷)钴(C)的合金材料广泛应用于航空航天、机械制造等领域。如图为水溶液中电解制备金属钴的装置示意图。下列说法正确的是(　　)。
方法技巧电极反应方程式的书写策略:
对点演练1- 1.(2023广东揭阳高三期末)如图所示,将纯锌片和石墨棒插入饱和食盐水中。下列说法正确的是(　　)。
A.直接将a、b接通,能观察到石墨棒上有气泡冒出B.直接将a、b接通,为了保护锌片,将石墨棒换成铁片,属于牺牲阳极保护法C.电源正极接a、负极接b,电解质换成硫酸铜,锌片有铜析出D.电源负极接a、正极接b,密封装置并通电一段时间后电解质溶液具有一定的漂白性
解析 直接将a、b接通,构成原电池,石墨棒作正极,氧气得电子,无气体产生,A项错误;锌、铁、NaCl溶液构成原电池,发生吸氧腐蚀,锌的金属活动性强于铁而失去电子,没有达到保护锌片的目的,B项错误;电源正极接a、负极接b,锌片作阳极失去电子,锌片没有铜析出,C项错误;电源负极接a、正极接b,阳极氯离子失电子生成氯气,密封装置并通电一段时间后,氯气溶于电解液生成次氯酸钠,电解质溶液具有一定的漂白性,D项正确。
1- 2. 我国科学家合成了一种新型的Fe-SnO2催化剂,用该催化剂修饰电极,可实现在室温条件下电催化氮气制备铵盐和硝酸盐。下列说法错误的是(　　)。
考向2　电解原理的应用真题示例2- 1.(2023辽宁卷)某无隔膜流动海水电解法制H2的装置如下图所示,其中高选择性催化剂PRT可抑制O2产生。下列说法正确的是(　　)。
A.b端电势高于a端电势B.理论上转移2 ml e-生成4 g H2C.电解后海水pH下降D.阳极发生:Cl-+H2O-2e-═HClO+H+
解析 本题考查电解原理的应用。H2为还原产物,故钛箔为电解池的阴极,钛网极为阳极。阳极连接电源正极,阴极连接电源负极,故a端电势高于b端电势,A项错误;电解时,阳极反应为Cl-+H2O-2e-═HClO+H+,阴极反应为2H2O+2e-═H2↑+2OH-,总反应方程式为Cl-+H2O═ClO-+H2↑,理论上转移2 ml e-生成2 g H2,B项错误、D项正确;流动海水电解后,海水中含有NaClO,其为强碱弱酸盐,pH不会下降,C项错误。
2- 2.(2022浙江6月选考)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:2H2O+Mn2+-2e-═MnO2+4H+C.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Li2CO3
解析 由电解示意图可知,电极B上Mn2+转化为MnO2,锰元素化合价升高,失电子,则电极B为阳极,电极A为阴极,得电子,发生还原反应,A项正确;由电解示意图可知,电极B上Mn2+失电子转化为MnO2,电极反应为2H2O+Mn2+-2e-═MnO2+4H+,B项正确;电极A为阴极,LiMn2O4得电子,电极反应为2LiMn2O4+6e-+16H+═2Li++4Mn2++8H2O,依据得失电子守恒,电解池总反应为2LiMn2O4+4H+═2Li++Mn2++3MnO2+2H2O,反应生成了Mn2+,Mn2+浓度增大,C项错误;电解池总反应为2LiMn2O4+4H+═2Li++Mn2++3MnO2+ 2H2O,电解结束后,可通过调节溶液pH将锰离子转化为沉淀除去,然后加入碳酸钠溶液,从而获得碳酸锂,D项正确。
2- 3.(2021全国甲)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
C.制得2 ml乙醛酸,理论上外电路迁移了1 ml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- 4.(2021山东卷改编)矿物中相关元素可溶性组分物质的量浓度c与pH的关系如图所示。
对点演练2- 1.(2023广东深圳模拟)以CO2和H2O为原料的共电解技术既能制备原料气(CO和H2),又能实现CO2减排,对环境保护有重要意义。固体氧化物(电解质为掺杂了氧化钇的氧化锆)电解池的工作原理如图,下列说法正确的是(　　)。
A.N为阴极,与电源的负极相连B.若n(CO2)∶n(H2O)=1∶1,则M极的电极反应为CO2+H2O-4e-═H2+CO+2O2-C.理论上每生成22.4 L(标准状况)H2和CO电路中转移电子数为2NAD.该装置在常温下工作,可节约能源
解析 该电解池中,O2-移向N极、失去电子发生氧化反应生成O2,则N极为阳极,N极与电源正极相连,M极是阴极,与电源负极相连,M极上发生还原反应, A项错误;M极上发生还原反应,若n(CO2)∶n(H2O)=1∶1,则M极的电极反应为CO2+H2O+4e-═H2+CO+2O2-,B项错误;存在关系式:CO2~2e-~CO~O2-,每生成22.4 L(标准状况)CO电路中转移电子数为2NA,H2O~2e-~H2~O2-,每生成22.4 L(标准状况)H2电路中转移电子数为2NA,则理论上每生成22.4 L(标准状况)H2和CO电路中转移电子数为2NA,C项正确;常温下固体氧化物(电解质为掺杂了氧化钇的氧化锆)中离子不能自由移动,高温下熔融离子可自由移动,则该装置不能在常温下工作,D项错误。
2- 2.(2023广东校联考一模)次磷酸钴[C(H2PO2)2]广泛应用于化学镀钴,以金属钴和次磷酸钠为原料,采用四室电渗析槽电解法制备次磷酸钴的装置如图所示。下列说法正确的是(　　)。
A.C电极连接电源负极B.C采用阴离子交换膜C.石墨电极的电极反应为2H2O+2e-═2OH-+H2↑D.工作时,原料室中NaH2PO2的浓度不变
方法技巧电解池中电极反应式书写时的思维流程:
判断正误(正确的画“√”,错误的画“×”)。(1)电解精炼铜和电镀铜,电解液的浓度均会发生很大的变化。(　　)(2)电解饱和食盐水,在阳极区得到NaOH溶液。(　　)(3)工业上可用电解MgCl2溶液、AlCl3溶液的方法制备Mg和Al。(　　)(4)电解精炼铜时,阳极泥可以作为提炼贵重金属的原料。(　　)
易错警示 较为活泼的金属在溶液中不能放电,电解法制取金属,通常是电解熔融的盐(制取Al是电解熔融的Al2O3)。
1.金属的电化学腐蚀(以铁的电化学腐蚀为例)本质是金属原子失去电子
2.金属电化学保护的两种方法　　　 原电池原理
考向　金属的腐蚀与防护真题示例
(2022广东卷)为检验牺牲阳极的阴极保护法对钢铁防腐的效果,将镀层有破损的镀锌铁片放入酸化的3%NaCl溶液中。一段时间后,取溶液分别实验,能说明铁片没有被腐蚀的是(　　)。A.加入AgNO3溶液产生沉淀B.加入淀粉碘化钾溶液无蓝色出现C.加入KSCN溶液无红色出现D.加入K3[Fe(CN)6]溶液无蓝色沉淀生成
解析 检验铁片是否被腐蚀,实际上就是检验有无Fe2+产生。溶液中的氯离子能与银离子反应生成氯化银沉淀,因此加入AgNO3溶液产生沉淀无法说明Fe2+是否存在,A项错误;加入淀粉碘化钾溶液无蓝色出现,说明不存在Fe3+,但不能确定是否存在Fe2+,B项错误;加入KSCN溶液无红色出现,说明不存在Fe3+,但不能确定是否存在Fe2+,C项错误;加入铁氰化钾溶液,无蓝色沉淀,则说明无Fe2+,即铁片未被腐蚀,D项正确。
对点演练1- 1.白铁皮和镀锡铁皮的腐蚀情况如图所示。下列有关说法不正确的是(　　)。
A.白铁皮和镀锡铁皮破损后,后者铁更易被腐蚀B.白铁皮发生电化学腐蚀时,Zn作负极,Fe作正极C.镀锡铁皮发生电化学腐蚀时,Fe的腐蚀电势比Sn的腐蚀电势高D.两种材料发生电化学腐蚀时,正极的电极反应均为O2+4e-+2H2O═4OH-
解析 Zn的金属活动性强于Fe,白铁皮破损后,Zn作负极被腐蚀,Fe作正极被保护;Fe的金属活动性强于Sn,镀锡铁皮破损后,Fe作负极被腐蚀,因此,镀锡铁皮更易被腐蚀,A、B两项正确;Fe的金属活动性强于Sn,镀锡铁皮发生电化学腐蚀时,Fe作负极,Sn作正极,因此Fe的腐蚀电势比Sn的腐蚀电势低,C项错误;两种材料发生电化学腐蚀时,正极均是O2参与反应,电极反应均为O2+4e-+2H2O═4OH-,D项正确。
1- 2.(2023湖南校联考二模)某同学利用如图所示装置探究金属的腐蚀与防护,下列说法不正确的是(　　)。
A.③区电极电势Cu高于FeB.①区Fe电极和③区Fe电极电极反应均为Fe-2e-═Fe2+C.②区Zn电极和④区Cu电极电极反应均为2H2O+2e-═H2↑+2OH-D.②区Fe电极和④区Fe电极附近滴加K3[Fe(CN)6]溶液,均会出现蓝色沉淀
解析 由图可知,①区和③区为原电池,②区和④区构成电解池,①区中Zn为负极、Fe为正极,③区中Fe为负极、Cu为正极,②区中与直流电源正极相连的Fe为电解池的阳极、Zn为阴极,④区中与直流电源正极相连的Fe为电解池的阳极、Cu为阴极。③区中Fe为负极、Cu为正极,则③区电极电势正极Cu高于负极Fe,A项正确;①区中Fe为正极,氧气在正极得到电子发生还原反应生成氢氧根离子,电极反应为O2+4e-+2H2O═4OH-,B项错误;②区Zn电极和④区Cu电极均为电解池的阴极,电极反应均为2H2O+2e-═ H2↑+2OH-,C项正确;②区Fe电极和④区Fe电极均为电解池的阳极,电极反应均为Fe-2e-═Fe2+,放电生成的亚铁离子均能与铁氰化钾溶液反应生成蓝色沉淀,D项正确。
判断正误(正确的画“√”,错误的画“×”)。(1)纯银器表面变黑和钢铁表面生锈的腐蚀原理一样。(　　)(2)外加电流法是将被保护金属接在直流电源的正极。(　　)(3)白口铁(镀锌)破损,仍然对铁具有保护作用。(　　)
易错警示(1)银器变黑发生的是化学腐蚀,产生黑色的Ag2S。(2)白口铁是镀锌铁,马口铁是镀锡铁,金属性Zn>Fe>Sn。
九、电化学中的离子交换膜
【热点专攻】电化学的有关知识是每年高考必考内容,题型有选择题和非选择题。命题的角度有电极反应的正误判断与书写,电池反应的书写,正、负极的判断,电池充、放电时离子移动方向的判断,电极附近离子浓度的变化,电解的应用与计算,金属的腐蚀与防护等。离子交换膜在电化学工业生产中应用十分广泛,离子交换膜的作用、性质已成为高考命题的新动向。
2.防范失分点(1)看清图示,是否说明了离子交换膜的类型,是否标注了电源的正、负极,是否标注了电子流向、电荷流向等,明确阴、阳离子的移动方向。(2)根据原电池和电解池中阴、阳离子的移动方向,结合题目中给出的制备、电解物质等信息,找出物质生成或消耗的电极区域,确定移动的阴、阳离子,从而推知离子交换膜的类型。
(2022全国乙)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
【解题思路】电池分析:装置判断:由选项“充电”“放电”可知,该装置为二次电池。由装置图连接灯泡可知,该装置示意图为放电过程。电极判断:金属锂电极,Li转化为Li+,发生失电子的氧化反应,作负极。光催化电极,O2转化为Li2O2,发生得电子的还原反应,作正极。充电时为电解池,金属锂作阴极,光催化电极作阳极。
由电池分析可知,A、D两项正确;光照产生的电子和空穴量越大,阴、阳极放电的物质越多,则充电效率越高,B项正确;放电时为原电池,原电池中阳离子向正极迁移,故Li+从负极穿过离子交换膜向正极迁移,C项错误。
应考训练1.(2023湖南名校联考二模)中科院化学研究所开发了一个包括苯酚电催化还原和苯酚电催化氧化两个半反应的综合电化学策略,成功实现了苯酚合成两种重要的化工原料——环己酮和苯醌。下列说法错误的是(　　)。
A.溶液中的H+的移动方向:电极a→电极bB.阴极区的电极反应为C.电路中转移2 ml e-时,理论上会消耗苯酚的数目为0.5NAD.该电化学合成环己酮和苯醌的原子利用率为100%
A.LiPF6/LiAsF6电解质与Li2SO4溶液可互换B.充电时,当转移0.1 ml 电子时,左室中电解质的质量减小 1.3 gC.充电时,阴极反应为Li1-xFePO4+xLi++xe- === LiFePO4D.放电时,Li1-xFePO4/LiFePO4电极发生Li+脱嵌,充电时发生Li+嵌入
解析 据原电池反应可知,放电时Ca转化为Ca2+,发生氧化反应,所以钙电极为负极,充电时钙电极为阴极,则放电时Li1-xFePO4/LiFePO4电极为正极,充电时Li1-xFePO4/LiFePO4电极为阳极。Ca是活泼金属,易与水发生剧烈反应,所以LiPF6/LiAsF6电解质为非水电解质,而Li2SO4溶液中有水,不可互换,A项错误。充电时每转移0.1 ml电子,左室中就有0.05 ml Ca2+转化为Ca,同时有0.1 ml Li+迁移到左室,所以左室中电解质的质量减小0.05 ml×40 g·ml-1-0.1 ml×7 g·ml-1=1.3 g,B项正确。充电时,钙电极为阴极,电极反应为Ca2++2e-═Ca,C项错误。充电时为电解池,电解池中阳离子移向阴极,Li1-xFePO4/LiFePO4电极为阳极,所以Li1-xFePO4/LiFePO4电极发生Li+脱嵌,然后Li+移向阴极;放电时为原电池,原电池中阳离子移向正极,所以放电时发生Li+嵌入,D项错误。
3.利用CH4燃料电池电解制备Ca(H2PO4)2并得到副产物NaOH、H2、Cl2,装置如图所示。下列说法正确的是(　　)。