内容正文:
第6题 电 化 学
[高考师说] 分析近几年高考试题,本专题的考查频率为100%,既在选择题中命题,也在非选择题中命题。选择题中题目的特点往往是最新科研成果的呈现,新鲜度偏高,难度偏大。但考查的内容仍然是高中所学的主要内容,其主要考点有①新型电池与二次电池;②电解原理及其应用。从2018年、2019年开始出现间接协同电池和电解池的原理分析。预计2020年全国卷Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ仍会结合隔膜装置对新型原电池、电解原理的应用进行重点考查,但题目形式会有所创新。
考点一 新型电池与二次电池
[真题集训·明规律]
1.(2019·全国卷Ⅲ)为提升电池循环效率和稳定性,科学家近期利用三维多孔海绵状Zn(3DZn)可以高效沉积ZnO的特点,设计了采用强碱性电解质的3DZn—NiOOH二次电池,结构如图所示。电池反应为Zn(s)+2NiOOH(s)+H2O(l)eq \o(,\s\up12(放电),\s\do12(充电))ZnO(s)+2Ni(OH)2(s)。
下列说法错误的是( )
A.三维多孔海绵状Zn具有较高的表面积,所沉积的ZnO分散度高
B.充电时阳极反应为Ni(OH)2(s)+OH-(aq)-e-===NiOOH(s)+H2O(l)
C.放电时负极反应为Zn(s)+2OH-(aq)-2e-===ZnO(s)+H2O(l)
D.放电过程中OH-通过隔膜从负极区移向正极区
解析:选D A对:三维多孔海绵状Zn为多孔结构,具有较高的表面积,所沉积的ZnO分散度高。B对:二次电池充电时作为电解池使用,阳极发生氧化反应,元素化合价升高,原子失去电子,阳极反应为Ni(OH)2(s)+OH-(aq)-e-===NiOOH(s)+H2O(l)。C对:二次电池放电时作为原电池使用,负极发生氧化反应,元素化合价升高,原子失去电子,由电池总反应可知负极反应为Zn(s)+2OH-(aq)-2e-===ZnO(s)+H2O(l)。D错:二次电池放电时作为原电池使用,阴离子从正极区向负极区移动。
2.(2018·全国卷Ⅱ)我国科学家研发了一种室温下“可呼吸”的NaCO2二次电池。将NaClO4溶于有机溶剂作为电解液,钠和负载碳纳米管的镍网分别作为电极材料,电池的总反应为3CO2+4Na2Na2CO3+C。下列说法错误的是( )
A.放电时,ClOeq \o\al(-,4)向负极移动
B.充电时释放CO2,放电时吸收CO2
C.放电时,正极反应为3CO2+4e-===2COeq \o\al(2-,3)+C
D.充电时,正极反应为Na++e-===Na
解析:选D 根据电池的总反应知,放电时负极反应:4Na-4e-===4Na+;正极反应:3CO2+4e-===2COeq \o\al(2-,3)+C。充电时,阴极:4Na++4e-===4Na;阳极:2COeq \o\al(2-,3)+C-4e-===3CO2↑。放电时,ClOeq \o\al(-,4)向负极移动。根据充电和放电时的电极反应式知,充电时释放CO2,放电时吸收CO2。
3.(2017·全国卷Ⅲ)全固态锂硫电池能量密度高、成本低,其工作原理如图所示,其中电极a常用掺有石墨烯的S8材料,电池反应为16Li+xS8===8Li2Sx(2≤x≤8)。下列说法错误的是( )
A.电池工作时,正极可发生反应:2Li2S6+2Li++2e-===3Li2S4
B.电池工作时,外电路中流过0.02 mol电子,负极材料减重0.14 g
C.石墨烯的作用主要是提高电极a的导电性
D.电池充电时间越长,电池中Li2S2的量越多
解析:选D 原电池工作时,正极发生一系列得电子的还原反应,即:Li2S8→Li2S6→Li2S4→Li2S2,其中可能有2Li2S6+2Li++2e-===3Li2S4,A项正确;该电池工作时,每转移0.02 mol电子,负极有0.02 mol Li(质量为0.14 g)被氧化为Li+,则负极质量减少0.14 g,B项正确;石墨烯能导电,利用石墨烯作电极,可提高电极a的导电性,C项正确;充电过程中,Li2S2的量逐渐减少,当电池充满电时,相当于达到平衡状态,电池中Li2S2的量趋于不变,故不是电池充电时间越长,电池中Li2S2的量越多,D项错误。
[重点强化·提知能]
1.原电池工作原理平面图
2.二次电池的放电与充电原理
说明:充电时原电池的负极接外加电源的负极,正极接外加电源的正极(即负接负,正接正)。
3.有关可逆电池的解题思路
4.新型化学电源中电极反应式的书写三步骤
[针对训练·过考点]
1.一种新型燃料电池,一极通入空气,另一极通入丁烷气体;电解质是掺杂氧化钇(Y2O3)的氧化锆(ZrO2)晶体,在熔融状态下能传导O2-。下列说法不正确的是( )
A.通