新教材适用2023_2024学年高中化学第4章化学反应与电能章末素能提升课件新人教版选择性必修1

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第四章　化学反应与电能章末素能提升知识网络专题归纳专题1　燃料电池电极反应式的书写1.燃料电池的组成(1)电极：惰性电极。(2)燃料：包括H2、烃(如CH4)、醇(如C2H5OH)、肼(N2H4)等。(3)电解质：酸性电解质溶液，如H2SO4溶液；碱性电解质溶液，如NaOH溶液；熔融氧化物，如Y2O3；熔融碳酸盐，如K2CO3等。2．书写燃料电池电极方程式的基本步骤(1)第一步：写出电池总反应式。燃料电池的总反应与燃料的燃烧反应一致，若产物能和电解质反应，则总反应为加和后的反应。如氢氧燃料电池的总反应为2H2＋O2===2H2O；甲烷燃料电池(电解质溶液为NaOH溶液)的反应：CH4＋2O2===CO2＋2H2O①CO2＋2NaOH===Na2CO3＋H2O②①＋②式得燃料电池总反应为CH4＋2O2＋2NaOH===Na2CO3＋3H2O。(2)第二步：写出电池的正极反应式。根据燃料电池的特点，一般在正极上发生还原反应的物质都是O2，随着电解质溶液的不同，其电极反应有所不同，一般为以下四种情况：①酸性电解质溶液环境下电极反应式：O2＋4H＋＋4e－===2H2O。②碱性电解质溶液环境下电极反应式：O2＋2H2O＋4e－===4OH－。(3)第三步：根据电池总反应式和正极反应式写出电池的负极反应式。电池的总反应和正、负极反应之间有如下关系：电池的总反应式＝电池正极反应式＋电池负极反应式(消去电子)。故根据第一、二步写出的反应：电池的总反应式－电池正极反应式＝电池负极反应式，注意在将两个反应式相减时，要约去正极的反应物O2。专题2　氯碱工业生产中的离子交换膜1.阳离子交换膜的作用电解饱和食盐水是氯碱工业的基础，能制得氯气、氢气、氢氧化钠等重要的化工原料。电解过程中，在电场的作用下，阳离子向阴极移动，而阴离子向阳极移动。由于在阳极氯离子失去电子生成氯气，若不采取措施，氢氧根离子会向阳极移动，从而与氯气发生反应，既减少了氯气的产量，又会使得到的氢氧化钠不纯。因此，必须阻止氢氧根离子向阳极移动。目前，常用的隔膜有石棉隔膜和阳离子交换膜。石棉隔膜能阻止气体通过，但允许水分子及离子通过。由于氢氧根离子能透过隔膜，因此氯气会与氢氧根发生反应，导致制得的氢氧化钠不纯。阳离子交换膜只允许阳离子通过，而不允许阴离子及气体通过，也就是说，只允许钠离子通过，氯离子、氢氧根离子和氢气、氯气均不能通过。这样既可以防止阴极产生的氢气与阳极产生的氯气相混合，在一定条件下引起爆炸，又能避免氯气与氢氧化钠作用生成次氯酸钠而影响烧碱的质量。2．原料的精制(1)粗盐的成分：粗盐中含有泥沙、Ca2＋、Mg2＋、Fe3＋、SO等杂质，不符合电解要求，因此必须经过精制。(2)杂质的危害：Ca2＋、Mg2＋、Fe3＋等金属离子在碱性环境中会产生沉淀，损坏离子交换膜，此外，杂质的存在会使得到的产品不纯。提示：除杂质时所加试剂的顺序要求是：a.Na2CO3必须在BaCl2之后；b.盐酸在过滤之后加入。真题体验1．(2022·海南省选择性考试)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A解析：由装置可知，b电极的N2转化为NH3，N元素的化合价降低，得到电子发生还原反应，因此b为阴极，电极反应式为N2＋3H2O＋6e－===2NH3＋3O2－，a为阳极，电极反应式为2O2－－4e－===O2。A项，由分析可得，b电极上N2转化为NH3，N元素的化合价降低，得到电子发生还原反应，即N2被还原，A正确；a为阳极，若金属Ag作a的电极材料，则金属Ag优先失去电子，B错误；增大工作电源的电压，反应速率会加快，反之，反应速率会减慢，C错误；电解过程中，阴极电极反应式为N2＋3H2O＋6e－===2NH3＋3O2－，阳极电极反应式为2O2－－4e－===O2，因此固体氧化物电解质中O2－不会改变，D错误。故选A。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－===Li2O2C 解析：充电时为电解池，由题目信息知，光照时，光催化电极产生电子(e－)和空穴(h＋)，电子通过外电路转移到锂电极发生反应Li＋＋e－===Li，光催化电极上发生反应Li2O2＋2h＋===2Li＋＋O2，总反应为Li2O2===2Li＋O2，因此充电效率与光照产生的电子和空穴量有关，A、B项正确；放电时，阳离子移向正极，因此放电时，Li＋从负极穿过离子交换膜向正极迁移，C项错误；放电时，正极发生还原反应，其电极反应式为O2＋2e－＋2Li＋===Li2O2，D项正确。3．(2022·辽宁省选择性考试)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 mol电子，理论上CCl4吸收0.5 mol Cl2D．充电过程中，NaCl溶液浓度增大A解析：放电时负极反应：Na3Ti2(PO4)3－2e－===NaTi2(PO4)3＋2Na＋，正极反应：Cl2＋2e－===2Cl－，消耗氯气，放电时，阴离子移向负极，充电时阳极：2Cl－－2e－===Cl2，由此解析。A项，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＋，故A正确；B项，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，故B错误；C项，放电时每转移1 mol电子，正极：Cl2＋2e－===2Cl－，理论上CCl4释放0.5 mol Cl2，故C错误；D项，充电过程中，阳极：2Cl－－2e－===Cl2，消耗氯离子，NaCl溶液浓度减小，故D错误。故选A。A5．(2022·山东卷改编)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，乙室应补充盐酸C．乙室电极反应式为LiCoO2＋2H2O＋e－＋4H＋===Li＋＋Co2＋＋4OH－D．若甲室Co2＋减少200 mg，乙室Co2＋增加300 mg，则此时没有进行溶液转移B6．(2022·广东选择性考试)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D解析：若铁片被腐蚀，则溶液中含有Fe2＋，在溶液中加入K3Fe(CN)6溶液，反应生成蓝色的Fe3[Fe(CN)6]2沉淀，D项正确；A项只能检验溶液中含有Cl－，B项只能检验溶液中无强氧化性物质，C项只能检验溶液中无Fe3＋，三者均不能说明铁片没有被腐蚀。