大單元整合提能力驗考情四電化學審題模板1.思維過程2.可充電電池電池狀態電極名稱及電極反應電子流向及離子流向放電(原電池原理)負極(失電子，發生氧化反應)正極(得電子，發生還原反應)電子由負極經導線流向正極；陽離子流向正極，陰離子流向負極充電(電解池原理)陰極(得電子，發生還原反應)陽極(失電子，發生氧化反應)電子由外電源負極經導線流向陰極，再由陽極流向外電源正極；陽離子流向陰極，陰離子流向陽極舉例：鉛蓄電池①放電(圖1)負極：Pb－2e－＋SOeq\o\al(2－,4)=PbSO4正極：PbO2＋SOeq\o\al(2－,4)＋2e－＋4H＋=PbSO4＋2H2O②充電(圖2)陰極：PbSO4＋2e－=Pb＋SOeq\o\al(2－,4)陽極：PbSO4＋2H2O－2e－=PbO2＋SOeq\o\al(2－,4)＋4H＋圖1圖2有關電化學的基本計算1.根據得失電子守恒建立起已知量與未知量之間的橋梁，構建計算所需的關系式。如以通過4mole－為橋梁可構建如下關系式：(式中M為金屬，n為其離子的化合價數值)該關系式具有總攬電化學計算的作用和價值，熟記電極反應式，靈活運用關系式便能快速解答常見的電化學計算問題。2.在電化學計算中，還常利用Q＝I·t和Q＝n(e－)×NA×1.60×10－19C(電量的單位為庫侖，符號為C)來計算電路中通過的電量。鋰電池與鋰離子電池1.鋰電池鋰電池是一類由金屬鋰或鋰合金為負極材料、使用非水電解質溶液的電池。鋰電池的負極材料是金屬鋰或鋰合金，工作時金屬鋰失去電子被氧化為Li＋，負極反應均為Li－e－=Li＋，生成的Li＋經過電解質定向移動到正極。2.鋰離子二次電池(1)鋰離子電池基于電化學“嵌入/脫嵌”反應原理，替代了傳統的“氧化eq\a\vs4\al(－)還原”理念；在兩極形成的電勢差的驅動下，Li＋可以從電極材料提供的“空間”中“嵌入”或者“脫嵌”。(2)鋰離子電池充電時陰極反應式一般為6C＋xLi＋＋xe－=LixC6；放電時負極反應是充電時陰極反應的逆過程：LixC6－xe－=6C＋xLi＋。(3)鋰離子電池的正極材料一般為含Li＋的化合物，目前已商業化的正極材料有LiFePO4、LiCoO2、LiMn2O4等。充電、放電時正極材料上的電極反應、電池總反應如下表：正極材料充電時陽極反應式放電時正極反應式電池總反應LiFePO4LiFePO4－xe－=xLi＋＋Li1－xFePO4Li1－xFePO4＋xLi＋＋xe－=LiFePO4Li1－xFePO4＋LixC6eq\o(,\s\up7(放電),\s\do5(充電))LiFePO4＋6CLiCoO2LiCoO2－xe－=xLi＋＋Li1－xCoO2Li1－xCoO2＋xLi＋＋xe－=LiCoO2Li1－xCoO2＋LixC6eq\o(,\s\up7(放電),\s\do5(充電))LiCoO2＋6CLiMn2O4LiMn2O4－xe－=xLi＋＋Li1－xMn2O4Li1－xMn2O4＋xLi＋＋xe－=LiMn2O4Li1－xMn2O4＋LixC6eq\o(,\s\up7(放電),\s\do5(充電))LiMn2O4＋6C原電池(2023·南昌二模)沉積物微生物燃料電池(SMFC)可以將沉積物中的化學能直接轉化為電能，同時加速沉積物中污染物的去除，用SMFC處理含硫廢水的工作原理如圖所示。下列說法正確的是(C)A.外電路的電流方向是從b到aB.碳棒a附近酸性增強C.碳棒b存在電極反應：S－6e－＋4H2O=SOeq\o\al(2－,4)＋8H＋D.升高溫度可提高電池的能量轉化效率【解析】根據光合菌產生的O2得電子結合H＋得到H2O，碳棒a為正極，FeSx在硫氧化菌的作用下被氧化為S，S在硫氧化菌的作用下被氧化為SOeq\o\al(2－,4)。a極為正極，正極的電勢高于負極，外電路的電流方向是從a到b，A錯誤；a為正極，光合菌產生的O2得電子結合H＋得到H2O，電極反應為O2＋4e－＋4H＋=2H2O，酸性減弱，B錯誤；升高溫度可能引起光合菌、硫氧菌失去生理活性，降低電池的能量轉化效率，D錯誤。(2023·福州模擬)鐵碳微電池在弱酸性條件下處理含氮廢水技術的研究取得突破性進展，其工作原理如圖所示。下列說法正確的是(B)A.工作時H＋透過質子交換膜由甲室向乙室移動B.碳電極上的電極反應式：2NOeq\o\al(－,3)＋12H＋＋10e－=N2↑＋6H2OC.處理廢水過程中兩側溶液的pH基本不變D.若處理含6.2gNOeq\o\al(－,3)的廢水，則有0.2mol的H＋通過質子交換膜【解析】由圖可知電池工作時，碳電極是正極，H＋由負極移向正極，即H＋由乙室通過質子交換膜向甲室移動，A錯誤；Fe電極發生反應：2NHeq\o\al(＋,4)－6e－=N2↑＋8H＋，碳電極上發生反應：2NOeq\o\al(－,3)＋12H＋＋10e－=N2↑＋6H2O，即兩極轉移相同電子時，產生和消耗H＋不等，則兩側pH會發生變化，B正確，C錯誤；處理含NOeq\o\al(－,3)的廢水時，根據得失電子守恒可知關系式為NOeq\o\al(－,3)～5e－，透過質子交換膜的H＋與轉移的電子物質的量相等，所以處理6.2gNOeq\o\al(－,3)(其物質的量是0.1mol)時，有0.5molH＋透過質子交換膜，D錯誤。電解池(2023·廣東卷)用一種具有“卯榫”結構的雙極膜組裝電解池(下圖)，可實現大電流催化電解KNO3溶液制氨。工作時，H2O在雙極膜界面處被催化解離成H＋和OH－，有利于電解反應順利進行。下列說法不正確的是(B)A.電解總反應：KNO3＋3H2O=NH3·H2O＋2O2↑＋KOHB.每生成1molNH3·H2O，雙極膜處有9mol的H2O解離C.電解過程中，陽極室中KOH的物質的量不因反應而改變D.相比于平面結構雙極膜，“卯榫”結構可提高氨生成速率【解析】由催化電解KNO3溶液制氨可知，在電極a處KNO3放電生成NH3，發生還原反應，故電極a為陰極，電極反應式為NOeq\o\al(－,3)＋8e－＋7H2O=NH3·H2O＋9OH－；電極b為陽極，電極反應式為4OH－－4e－=O2↑＋2H2O，“卯榫”結構的雙極膜中的H＋移向電極a，OH－移向電極b。由兩極電極反應式可知，電解總反應為KNO3＋3H2O=NH3·H2O＋2O2↑＋KOH，A正確；每生成1molNH3·H2O，陰極得8mole－，同時雙極膜處有8molH＋進入陰極室，即有8mol的H2O解離，B錯誤；電解過程中，陽極室每消耗4molOH－，同時有4molOH－通過雙極膜進入陽極室，KOH的物質的量不因反應而改變，C正確；相比于平面結構雙極膜，“卯榫”結構具有更大的膜面積，有利于H2O被催化解離成H＋和OH－，可提高氨生成速率，D正確。(2023·全國甲卷)用可再生能源電還原CO2時，采用高濃度的K＋抑制酸性電解液中的析氫反應來提高多碳產物(乙烯、乙醇等)的生成率，裝置如下圖所示。下列說法正確的是(C)A.析氫反應發生在IrOx－Ti電極上B.Cl－從Cu電極遷移到IrOx－Ti電極C.陰極發生的反應有2CO2＋12H＋＋12e－=C2H4＋4H2OD.每轉移1mol電子，陽極生成11.2L氣體(標準狀況)【解析】由圖可知該裝置為電解池，與直流電源正極相連的IrOx－Ti電極為電解池的陽極，水在陽極失去電子，發生氧化反應，電極反應式為2H2O－4e—=O2↑＋4H＋，銅電極為陰極，酸性條件下二氧化碳在陰極得到電子，發生還原反應，電極反應式為2CO2＋12H＋＋12e－=C2H4＋4H2O、2CO2＋12H＋＋12e－=C2H5OH＋3H2O，電解池工作時，氫離子通過質子交換膜由陽極室進入陰極室。析氫反應為還原反應，應在陰極發生，A錯誤；離子交換膜為質子交換膜，只允許氫離子通過，Cl－不能通過，B錯誤；水在陽極失去電子發生氧化反應生成氧氣和氫離子，電極反應式為2H2O－4e—=O2↑＋4H＋，每轉移1mol電子，生成0.25molO2，在標準狀況下體積為5.6L，D錯誤。可充電電池(2023·遼寧卷)某低成本儲能電池原理如下圖所示。下列說法正確的是(B)A.放電時負極質量減小B.儲能過程中電能轉變為化學能C.放電時右側H＋通過質子交換膜移向左側D.充電總反應：Pb＋SOeq\o\al(2－,4)＋2Fe3＋=PbSO4＋2Fe2＋【解析】該儲能電池放電時，Pb為負極，失電子結合硫酸根離子生成PbSO4，則多孔碳電極為正極，正極上Fe3＋得電子轉化為Fe2＋，充電時，多孔碳電極為陽極，Fe2＋失電子生成Fe3＋，PbSO4電極為陰極，PbSO4得電子生成Pb和硫酸。放電時負極上Pb失電子結合硫酸根離子生成PbSO4附著在負極上，負極質量增大，A錯誤；儲能過程中，該裝置為電解池，將電能轉化為化學能，B正確；放電時，右側為正極，電解質溶液中的陽離子向正極移動，左側的H＋通過質子交換膜移向右側，C錯誤；充電時，總反應為PbSO4＋2Fe2＋=Pb＋SOeq\o\al(2－,4)＋2Fe3＋，D錯誤。(2023·全國乙卷)室溫鈉－硫電池被認為是一種成本低、比能量高的能源存儲系統。一種室溫鈉－硫電池的結構如圖所示。將鈉箔置于聚苯并咪唑膜上作為一個電極，表面噴涂有硫黃粉末的炭化纖維素紙作為另一電極。工作時，在硫電極發生反應：eq\f(1,2)S8＋e－→eq\f(1,2)Seq\o\al(2－,8)，eq\f(1,2)Seq\o\al(2－,8)＋e－→Seq\o\al(2－,4)，2Na＋＋eq\f(x,4)Seq\o\al(2－,4)＋2(1－eq\f(x,4))e－→Na2Sx。下列敘述錯誤的是(A)A.充電時Na＋從鈉電極向硫電極遷移B.放電時外電路電子流動的方向是a→bC.放電時正極反應為2Na＋＋eq\f(x,8)S8＋2e－→Na2SxD.炭化纖維素紙的作用是增強硫電極導電性能【解析】放電時鈉電極為原電池負極，硫電極得電子，硫電極為原電池正極。充電時為電解池裝置，即鈉電極為陰極，陽離子移向陰極，所以Na＋由硫電極遷移至鈉電極，A錯誤。(2023·梅州二模)近年來電池研究領域涌現出一類紙電池。某紙電池結構如圖所示，其M極為嵌鋰石墨烯(LixC6)，N極為鈷酸鋰(LiCoO2)，電解質為六氟磷酸鋰(LiPF6)的碳酸酯溶液，電池總反應為LixC6＋Li1－xCoO2=LiCoO2＋C6。下列說法不正確的是(B)A.放電時，M電極反應式為LixC6－xe－=xLi＋＋C6B.放電時，Li＋由N極向M極遷移C.充電時，M極接直流電源負極，發生還原反應D.充電時，每轉移1mol電子，N極質量理論上減少7g【解析】根據電池總反應可知放電時M極為負極，電極反應式為LixC6－xe－=xLi＋＋C6，A正確；放電時，原電池的陽離子向正極移動，Li＋由M極向N極遷移，B錯誤；充電時，M極接直流電源負極，為陰極，發生還原反應，C正確；充電時，N極為陽極，發生還原反應：LiCoO2－xe－=Li1－xCoO2＋xLi＋，每轉移1mol電子，N極減少1molLi＋，質量減少1mol×7g/mol＝7g，D正確。(2023·浙江卷)氯堿工業能耗大，通過如圖改進的設計可大幅度降低能耗。下列說法不正確的是(B)A.電極A接電源正極，發生氧化反應B.電極B的電極反應式為2H2O＋2e－=H2↑＋2OH－C.應選用陽離子交換膜，在右室獲得濃度較高的NaOH溶液D.改進設計中通過提高電極B上反應物的氧化性來降低電解電壓，減少能耗【解析】電極A上氯離子失電子生成氯氣，發生氧化反應，電極A為陽極，接接電源正極，A正確；電極B為陰極，電極反應式為2H2O＋4e－＋O2=4OH－，B錯誤；鈉離子通過陽離子交換膜進入右室，與右室生成的氫氧根離子結合，在右室獲得濃度較高的NaOH溶液，C正確；改進設計中增大了氧氣的量，提高了電極B處的氧化性，通過反應物的氧化性來降低電解電壓，減少能耗，D正確。(2023·安徽合肥二模)中國科學家設計出如圖裝置實現CO2的轉化，可有效解決溫室效應及能源問題，總反應為CO2＋NaCleq\o(=,\s\up7(電解))CO＋NaClO。忽略氣體在溶液中的溶解及溶液的體積變化，下列敘述正確的是(C)A.A極為太陽能電池的正極B.電極Ⅱ的電極反應式為Cl－＋2e－＋H2O=ClO－＋2H＋C.理論上轉化44gCO2，左室溶液質量增重18gD.電解結束后，電極Ⅱ所在電極室溶液的pH變小【解析】總反應為CO2＋NaCleq\o(=,\s\up7(電解))CO＋NaClO，則催化電極Ⅰ附近CO2被還原為CO，為電解池的陰極，催化電極Ⅱ附近NaCl轉化為Na