第一篇　主题八　选择题16　两类电化学模型的理解与应用-2024年高考化学二轮复习课件

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考向一　原电池模型的理解与应用 1.(2023·新课标卷，10)一种以V2O5和Zn为电极、Zn(CF3SO3)2水溶液为电解质的电池，其示意图如右所示。放电时，Zn2＋可插入V2O5层间形成ZnxV2O5·nH2O。下列说法错误的是A.放电时V2O5为正极B.放电时Zn2＋由负极向正极迁移C.充电总反应：xZn＋V2O5＋nH2O===ZnxV2O5·nH2OD.充电阳极反应：ZnxV2O5·nH2O－2xe－===xZn2＋＋V2O5＋nH2O
放电时，Zn2＋可插入V2O5层间形成ZnxV2O5·nH2O，V2O5发生了还原反应，则放电时V2O5为正极，A正确；Zn为负极，放电时Zn失去电子变为Zn2＋，阳离子向正极迁移，则放电时Zn2＋由负极向正极迁移，B正确；电池在放电时的总反应为xZn＋V2O5＋nH2O===ZnxV2O5·nH2O，则其在充电时的总反应为ZnxV2O5·nH2O===xZn＋V2O5＋nH2O，C不正确；充电阳极上ZnxV2O5·nH2O被氧化为V2O5，则阳极的电极反应为ZnxV2O5·nH2O－2xe－===xZn2＋＋V2O5＋nH2O，D正确。
2.(2022·浙江1月选考，21)pH计是一种采用原电池原理测量溶液pH的仪器。如图所示，以玻璃电极(在特制玻璃薄膜球内放置已知浓度的HCl溶液，并插入Ag-AgCl电极)和另一Ag-AgCl电极插入待测溶液中组成电池，pH与电池的电动势E存在关系：pH＝ 。下列说法正确的是
A.如果玻璃薄膜球内电极的电势低， 则该电极反应式为：AgCl(s)＋e－ ===Ag(s)＋Cl－(0.1 ml·L－1)B.玻璃膜内外氢离子浓度的差异不 会引起电动势的变化C.分别测定含已知pH的标准溶液和未知溶液的电池的电动势，可得出未 知溶液的pHD.pH计工作时，电能转化为化学能
如果玻璃薄膜球内电极的电势低，则该电极为负极，负极发生氧化反应而不是还原反应，A错误；pH与电池的电动势E存在关系：pH＝ ，则玻璃膜内外氢离子浓度的差异会引起电动势的变化，B错误；pH与电池的电动势E存在关系：pH＝ ，则分别测定含已知pH的标准溶液和未知溶液的电池的电动势，可得出未知溶液的pH，C正确；pH计工作时，利用原电池原理，则化学能转化为电能，D错误。
3.(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
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，pH不变，故B错误，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1 ml Cl2，电极a质量理论上增加23 g·ml－1×2 ml＝46 g，故D错误。
考向二　电解池模型的理解与应用4.(2022·天津，11)实验装置如图所示。接通电源后，用碳棒(a′、b′)作笔，在浸有饱和NaCl溶液和石蕊溶液的湿润试纸上同时写字，a′端的字迹呈白色。下列结论正确的是A.a为负极B.b′端的字迹呈蓝色C.电子流向：b→b′→a′→aD.如果将a′、b′换成铜棒，与碳棒作电极时的现象相同
根据实验现象，a′端的字迹呈白色，即生成了氯气，则为氯离子失去电子，为阳极，即a为正极，A错误；b′端为阴极，水得到电子放电的同时，生成氢氧根离子，遇石蕊变蓝，B正确；电子不经过电解质溶液，C错误；如果换成铜棒，铜作阳极放电，现象与碳棒作电极时不相同，D错误。
5.(2023·辽宁，7)某无隔膜流动海水电解法制H2的装置如图所示，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＋
由题图分析可知，a为正极，b为负极，则a端电势高于b端电势，A错误；右侧电极上产生氢气的电极方程式为2H＋＋2e－===H2↑，则理论上转移2 ml e－生成2 g H2，B错误；电解总反应为Cl－＋H2O===ClO－＋H2↑，ClO－水解使溶液呈碱性，海水pH上升，C错误。
6.(2023·北京，5)回收利用工业废气中的CO2和SO2，实验原理示意图如右。下列说法不正确的是A.废气中SO2排放到大气中会形成酸雨
SO2是酸性氧化物，废气中SO2排放到大气中会形成硫酸型酸雨，故A正确；装置a中溶液的溶质为NaHCO3，溶液显碱性，说明 的水解程度大于其电离程度，故B正确；装置a中NaHCO3溶液的作用是吸收SO2气体，CO2与NaHCO3溶液不反应，不能吸收CO2，故C错误。
1.构建原电池模型(以锌铜原电池为例)
2.构建电解池模型(以电解CuCl2溶液为例)
3.二次电池的工作原理及充电连接
(1)二次电池充电时，电池正极连接电源正极，电池负极连接电源负极，即“正接正，负接负”。(2)放电时负极反应与充电时阴极反应相反，同理放电时正极反应与充电时阳极反应相反。
4.解答电化学综合判断题的一般步骤
考向一　新型化学电池的工作原理1.(2023·山东潍坊一模)铝-石墨双离子电池是一种全新的高效、低成本储能电池，电池反应为AlLi＋CxPF6 Al＋xC＋Li＋＋ ，电池装置如图所示。下列说法正确的是A.AlLi合金作原电池的正极B.放电时 移向正极C.充电时，电路中转移1 ml电子，阴极质量增加9 gD.充电时，阳极反应为xC＋ －e－===CxPF6
充电时，阴极反应式为Li＋＋e－＋Al===AlLi，电路中转移1 ml电子，阴极生成1 ml AlLi，其质量增加7 g，故C错误；
2.(2023·河南洛阳二模)为适应未来绿电长时储能需求，我国企业开始于2022年利用“全钒液流电池”布局大型储能基地。电池的充放电总反应式为VO2＋＋V3＋＋H2O ＋V2＋＋2H＋，如图为全钒液流电池工作原理示意图。下列说法错误的是A.放电时电极A的电势比B的高B.放电时正极的电极反应式为 ＋e－ ＋ 2H＋===VO2＋＋H2OC.在220 V电压下，用恒定的1 A电流充 电1小时，电池中增加的化学能为7.92×105 JD.充电时H＋由A极室通过质子交换膜向B极室迁移
电池的充放电总反应式为VO2＋＋V3＋＋H2O ＋V2＋＋2H＋，由图可知，放电时A极室 转化为VO2＋，得到电子，则电极A为正极，B极室V2＋转化为V3＋，失去电子，则电极B为负极，故充电时电极A为阳极，电极B为阴极。据分析可知，放电时电极A为正极，电极B为负极，则电极A的电势比B的高，A正确；
充电过程中，电能不会完全转化为化学能，则无法用W＝UIt计算，C错误；据分析可知，充电时电极A为阳极，电极B为阴极，则H＋由A极室通过质子交换膜向B极室迁移，D正确。
3.(2023·辽宁鞍山二模)甲酸钠燃料电池是一种膜基碱性电池，提供电能的同时可以获得烧碱，其工作原理如图所示，下列有关说法正确的是A.CEM隔膜为质子交换膜B.甲为电池负极，电极反应为HCOO－－ e－＋H2O===H2CO3＋H＋C.电池在工作时，乙电极附近溶液pH增大D.单位时间内甲电极产生的H2CO3与乙 电极消耗的O2物质的量之比为4∶1
该装置同时可以获得烧碱，则钠离子应与氢氧根离子结合，若为质子交换膜，则钠离子与正极生成的氢氧根离子不能接触，无法得到NaOH，故A错误；由装置信息可知乙电极上氧气得电子，则甲电极上HCOONa失电子生成碳酸，电极反应为HCOO－－2e－＋H2O===H2CO3＋H＋，故B错误；电池在工作时，乙电极发生反应：O2＋2H2O＋4e－===4OH－，电极附近溶液氢氧根离子浓度增大，pH增大，故C正确；
由电极反应可知转移4 ml电子正极消耗1 ml氧气，负极生成2 ml碳酸，则单位时间内甲电极产生的H2CO3与乙电极消耗的O2物质的量之比为2∶1，故D错误。
4.聚吡咯(PPy)是一种光敏型半导体，在紫外光照射时能快速产生PPyn＋，其制成的纳米管反应如下：PPy＋nH＋ PPyn＋＋ 。通过PPy纳米管道一端正电荷分布密度的变化，在电解质溶液中产生离子电流。使用PPy构建一种浓差电池，用来提取天然水中的氢能，其构造如图。下列叙述错误的是A.a极的电势低于b极B.a极电极反应式：2H＋＋2e－===H2↑C.PPy纳米管道右端正电荷分布密度大D.照射一段时间后关闭光源，纳米管道中仍能存在微弱电流
a极为正极，b极为负极，故a极的电势高于b极，A错误；a极为正极，电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑，B正确；照射一段时间后关闭光源，发生暗态反应：PPyn＋＋ PPy＋nH＋，导致氢离子发生定向移动，仍有微弱电流，D正确。
5.(2023·河南新乡二模)基于H2O、H2O2、O2自循环的生物混合光电化学电池，在单个单元中实现可持续太阳能—燃料—电能转换，工作原理如图。下列说法错误的是A.电池工作时，电子由电极N经导线流向电极MB.负极的电极反应式有2H2O－2e－===H2O2＋2H＋C.自循环过程中存在O2＋2e－＋2H＋===H2O2D.该电池的有效开发和利用可减少碳排放
电池工作时，M极H2O失电子，生成H2O2或O2等，N极O2得电子，生成H2O2或H2O，所以M极为负极，N极为正极，则电池工作时，电子由电极M经导线流向电极N，A错误；该电池的有效开发和利用，实现了可持续太阳能－燃料－电能转换，整个过程中不涉及含碳物质，可减少碳排放，D正确。
考向二　应用电解原理制备物质6.(2023·安徽安庆二模)氯气是一种重要的工业原料，在传统的电解氯化氢回收氯气技术的基础上，科学家最近采用碳基电极材料设计了一种新工艺方案，如图所示。下列说法正确的是A.电极A发生还原反应：O2＋4e－＋4H＋===2H2OB.电极B与外接电源的负极相连C.电解时，电流经电极B、电解质溶液流向 电极AD.当有2 ml电子转移时，两室溶液中H＋数 目理论上相差4NA
由图分析，电极B的电极反应为2Cl－－2e－===Cl2↑，发生氧化反应，为电解池的阳极，与电源正极相连。电极A为电解池的阴极，发生还原反应，Fe3＋变为Fe2＋，Fe2＋再经O2氧化变回Fe3＋。A极电极反应式为Fe3＋＋e－===Fe2＋，A项错误；电流从电源正极流出经电极B，再由电解质溶液流经电极A，再到电源负极，C项正确；
A极区发生的反应为4Fe2＋＋O2＋4H＋===2H2O＋4Fe3＋，该反应中每转移2 ml电子需要消耗2 ml H＋，同时，电解池工作时，每转移2 ml电子，有2 ml H＋从B极经质子交换膜流向A极，即A极H＋没有发生变化。而B极H＋减少了2 ml，所以两极H＋数目理论上相差为2NA，D项错误。
7.(2023·浙江温州二模)利用废料Ce2O3制备Ce(SO4)2的工作原理如图，下列说法不正确的是A.电极b为阴极，发生还原反应B.电解总方程式：Ce2O3＋8H＋ 2Ce4＋＋3H2O＋H2↑C.离子交换膜为阴离子交换膜D.X可以是H2SO4溶液
由图可知，与直流电源正极相连的电极a为阳极，酸性条件下三氧化二铈在阳极失去电子发生氧化反应生成铈离子和水，电极b为阴极，氢离子在阴极得到电子发生还原反应生成氢气，则X为硫酸溶液，铈离子通过阳离子交换膜由阳极室移向阴极室，电解的总反应方程式为Ce2O3＋8H＋ 2Ce4＋＋3H2O＋H2↑。
8.(2023·湖南邵阳一模)一种电化学固氮的原理如图所示，已知N≡N的键能为946 kJ·ml－1，N—N的键能为193 kJ·ml－1。下列说法正确的是A.在b电极上，N2被氧化B.金属Cu可作为a电极的材料C.电解过程中，固体氧化物电解质中O2－数目 保持不变D.N2分子中π键和σ键数目之比为2∶1，且π键 键能小于σ键键能
由题图可知，b电极上N2转化为NH3，即N2被还原，A错误；a为阳极，若金属Cu作a电极的材料，则金属Cu优先失去电子，B错误；电解过程中，阴极电极反应式为2N2＋6H2O＋12e－===4NH3＋6O2－，阳极电极反应式为6O2－－12e－===3O2，固体氧化物电解质中O2－数目保持不变，故C正确；
N2分子中存在氮氮三键，π键和σ键数目之比为2∶1，已知N≡N的键能为946 kJ·ml－1，N—N的键能为193 kJ·ml－1，则π键键能为 ＝376.5 kJ·ml－1，π键键能大于σ键键能，故D错误。
9.(2023·四川宜宾二模)由乙烯制备2-氯乙醇(HOCH2CH2Cl)的原理为CH2==CH2＋HClO―→ HOCH2CH2Cl。用铂(Pt)作电极电解KCl溶液制备2-氯乙醇的装置如图所示。下列说法错误的是A.Y连接电源的负极B.电解时，K＋通过阳离子交换膜从 左侧移向右侧C.理论上，制取1 ml 2-氯乙醇生成 气体b的体积为11.2 L (标准状况)D.电解时，左侧溶液pH逐渐减小，右侧溶液pH逐渐增大
用铂(Pt)作电极电解KCl溶液，左侧氯离子失电子被氧化为氯气，氯气溶于水生成盐酸和次氯酸，次氯酸氧化乙烯制备2-氯乙醇，所以X电极为电解池的阳极，右侧Y电极为阴极，水得电子生成氢气和氢氧根离子，溶液中钾离子通过阳离子交换膜进入右侧，则推知气体b为氢气，溶液a为KOH溶液，A、B正确；
当制取1 ml 2-氯乙醇时，消耗1 ml HClO，因氯气与水反应为可逆反应，所以电极反应中转移电子大于2 ml，则生成氢气的体积大于22.4 L(标准状况)，C错误；电解时，左侧氯气与水反应生成HCl和HClO，HClO与乙烯反应，而生成的HCl会使溶液pH逐渐减小，右侧溶液中“放氢生碱”，所以溶液pH逐渐增大，D正确。
考向三　微电解技术工作原理分析10.(2023·福建莆田二模)铁碳微电解技术是处理酸性废水的一种工艺，装置如图所示。若上端口打开，并鼓入空气，可得到强氧化性中间体羟基自由基(·OH)；若上端口关闭，可得到强还原性中间体氢原子(·H)。下列说法正确的是A.无论上端口是关闭还是打开，正极反应式均为 Fe－2e－===Fe2＋B.1 ml O2完全转化为羟基自由基(·OH)时转移了 2 ml电子C.若处理含酚类的酸性废水，则上端口应关闭
正极发生得电子的还原反应，负极发生失电子的氧化反应，所以无论是否鼓入空气，Fe易失去电子生成Fe2＋，作负极，电极反应为Fe－2e－===Fe2＋，A错误；若上端口打开，并鼓入空气，可得到强氧化性的羟基自由基，电极反应为2H＋＋2e－＋O2===2·OH，所以1 ml O2完全转化为羟基自由基(·OH)时转移了2 ml电子，B正确；除去含酚类的酸性废水，需要氧化性物质，所以上端口需要打开，可生成羟基自由基氧化酚类，C错误；
11.(2023·湖南张家界二模)铁碳微电池法在弱酸性条件下处理含氮废水技术的研究获得突破性进展，其工作原理如图所示。下列说法错误的是A.工作时H＋透过质子交换膜由乙室向甲 室移动
由图可知电池工作时，碳电极是正极，H＋由负极移向正极，即H＋由乙室透过质子交换膜向甲室移动，A正确；