第7章 主题式微课(9) 新型电化学装置的解答突破-【名师导航】2025年高考化学一轮总复习课件（人教版）

第七章 化学反应与能量 主题式微课 (九)新型电化学装置的解答突破 1．(2023·山东卷)(双选)利用热再生氨电池可实现CuSO4电镀废液的浓缩再生。电池装置如图所示，甲、乙两室均预加相同的CuSO4电镀废液，向甲室加入足量氨水后电池开始工作。下列说法正确的是(　　) A．甲室Cu电极为正极 B．隔膜为阳离子膜 C．电池总反应为Cu2+＋4NH3===[Cu(NH3)4]2+ D．NH3扩散到乙室将对电池电动势产生影响 √ √ 主题式微课 (九)新型电化学装置的解答突破 CD　解析：向甲室加入足量氨水后电池开始工作，则甲室Cu电极溶解，Cu2+与NH3形成[Cu(NH3)4]2+，因此甲室Cu电极为负极，故A错误；原电池中阳离子向正极移动，若隔膜为阳离子膜，负极溶解生成的Cu2+向右侧(正极)移动，通入NH3要消耗Cu2+，左侧阳离子不断减少，明显不利于电池反应正常进行，故B错误；甲室Cu电极为负极，电极反应为Cu＋4NH3－2e－===[Cu(NH3)4]2+，乙室Cu电极为正极，电极反应为Cu2+＋2e－===Cu，则电池总反应为Cu2+＋4NH3===[Cu(NH3)4]2+，故C正确；NH3扩散到乙室会与Cu2+反应生成[Cu(NH3)4]2+，使Cu2+浓度降低，两室Cu2+浓度差值减小，电池电动势减小，故D正确。 主题式微课 (九)新型电化学装置的解答突破 2．(2022·山东卷)(双选)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(s)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(　　) 主题式微课 (九)新型电化学装置的解答突破 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．乙室电极反应为LiCoO2＋2H2O＋e－===Li＋＋Co2+＋4OH－ D．若甲室Co2+减少200 mg，乙室Co2+增加300 mg，则此时已进行过溶液转移 √ √ 主题式微课 (九)新型电化学装置的解答突破 BD　解析：甲室电极反应为Co2+＋2e－===Co，左侧细菌电极反应为 CH3COO－＋2H2O－8e－===2CO2↑＋7H＋，氢离子、金属阳离子通过阳膜移向甲室，甲室溶液pH逐渐减小，故A错误；乙室电极反应为LiCoO2＋4H＋＋ e－===Li＋＋Co2+＋2H2O，工作一段时间后，乙室应补充盐酸，故B正确，C错误；甲室电极反应为Co2+＋2e－===Co，乙室电极反应为2LiCoO2＋8H＋＋2e－===2Li＋＋2Co2+＋4H2O，根据电子转移守恒，可知没有进行溶液转移时，乙室Co2+增加质量是甲室Co2+减少质量的2倍，而实际二者倍数为＝1.5<2，故此时已进行过溶液转移，故D正确。 主题式微课 (九)新型电化学装置的解答突破 新型电化学装置试题通常以文字叙述和装置图的形式呈现，一般以较陌生且复杂的能量转化装置图为情境，考查电极名称、电极反应和总反应的书写、电子和离子移动方向、离子交换膜的使用、有关电化学计算、电极电势高低比较、双极膜特殊性能等。2023年山东卷以新颖的热再生氨电池为背景，不同以往的微生物脱盐电池、燃料电池、储能电池的命题情境，这就要求根据新情境和已掌握的电化学基础知识进行分析判断。 命题分析 主题式微课 (九)新型电化学装置的解答突破 电化学解题模型 主题式微课 (九)新型电化学装置的解答突破 (2023·新课标卷)一种以V2O5和Zn为电极、Zn(CF3SO3)2水溶液为电解质的电池，其示意图如图所示。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·nH2O D．充电阳极反应：ZnxV2O5·nH2O－2xe－===xZn2+＋V2O5＋nH2O √ 主题式微课 (九)新型电化学装置的解答突破 C　解析：由题中信息可知，放电时，Zn2+可插入V2O5层间形成ZnxV2O5·nH2O，该电池中Zn为负极、V2O5为正极，A正确；放电时Zn失电子变为Zn2+，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错误；充电时阳极上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。 主题式微课 (九)新型电化学装置的解答突破 [模型应用] 主题式微课 (九)新型电化学装置的解答突破 1．(2023·辽宁卷)某低成本储能电池原理如图所示。下列说法正确的是(　　) A．放电时负极质量减小 B．储能过程中电能转变为化学能 C．放电时右侧H＋通过质子交换膜移向左侧 D．充电总反应：Pb＋＋2Fe3+===PbSO4＋2Fe2+ √ 主题式微课 (九)新型电化学装置的解答突破 B　解析：该储能电池放电时，Pb为负极，失电子结合生成PbSO4，负极质量增大，A错误；储能过程中，该装置为电解池，将电能转化为化学能，B正确；放电时，右侧为正极，左侧的H＋通过质子交换膜移向右侧，C错误；放电时多孔碳电极为正极，Fe3+得电子转化为Fe2+，充电时，多孔碳电极为阳极，Fe2+失电子生成Fe3+，总反应为PbSO4＋2Fe2+===Pb＋＋2Fe3+，D错误。 主题式微课 (九)新型电化学装置的解答突破 2．(2024·济南模拟)化学镀铜废液中含有一定量的CuSO4，任意排放会污染环境，利用电化学原理可对废液进行回收处理，装置如图所示，其中质子交换膜只允许H＋通过。 已知：①Cu2+＋HCHO＋3OH－===Cu＋HCOO－＋2H2O；②还原性：HCHO>M(一种金属)>Cu。下列说法正确的是(　　) 主题式微课 (九)新型电化学装置的解答突破 A．反应之前，应将含OH－的HCHO溶液加入装置的左侧 B．右侧发生的电极反应为HCHO＋H2O－2e－===HCOO－＋3H＋ C．若将质子交换膜换成阴离子交换膜，放电过程中，大量的OH－将向左侧迁移 D．放电一段时间后打开开关，移去质子交换膜，装置中可能会有红色固体、蓝色絮状物出现 √ 主题式微课 (九)新型电化学装置的解答突破 D　解析：该装置为原电池，M为负极，石墨为正极。根据②还原性：HCHO>M(一种金属)>Cu可知，为防止M与镀铜废液中的Cu2+发生反应生成新的金属离子污染环境，应将镀铜废液加入装置的左侧，则将含OH－的HCHO溶液加入装置的右侧，A错误；右侧发生反应的电极反应为HCHO＋3OH－－2e－===HCOO－＋2H2O，B错误；若将质子交换膜换成阴离子交换膜，则放电过程中，大量的OH－将向原电池的负极迁移，即向右侧迁移，C错误；若移去质子交换膜，会发生反应：Cu2+＋HCHO＋3OH－===Cu＋HCOO－＋2H2O，产生红色沉淀，同时Cu2+和OH－也会结合生成Cu(OH)2蓝色絮状沉淀，D正确。 主题式微课 (九)新型电化学装置的解答突破 3．(2024·潍坊模拟)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 mol e－，阴极质量增加9 g D．充电时，阳极反应为xC＋－e－===CxPF6 √ 主题式微课 (九)新型电化学装置的解答突破 D　解析：电池反应为AlLi＋CxPF6 Al＋xC＋Li＋＋，放电时Li的化合价升高，因此AlLi作负极，CxPF6作正极，A错误；放电时移向负极，B错误；充电时，阴极反应为Li＋＋Al＋e－===AlLi，电路中转移1 mol电子，阴极生成1 mol AlLi，其质量增加7 g，C错误；放电时，正极反应为CxPF6＋e－===xC＋，则充电时阳极反应为xC＋－e－===CxPF6，D正确。 主题式微课 (九)新型电化学装置的解答突破 4．我国科学家构建水系级联二次电池，实现了在同一个反应腔体中耦合不同的氧化还原反应。如图所示电池以S、Zn为电极，以CuSO4溶液和ZnSO4溶液为离子导体，分两步放电，在a极首先生成Cu2S，后生成Cu。下列说法正确的是(　　) 主题式微课 (九)新型电化学装置的解答突破 A．放电过程中，每生成1 mol Cu2S的同时消耗1 mol Zn B．充电时通过隔膜向b极移动 C．充电时a作阳极，Cu和Cu2S失电子生成单质硫和Cu2+ D．用此电池为铅酸蓄电池充电，电极a应连接铅电极 √ 主题式微课 (九)新型电化学装置的解答突破 C　解析：根据题意，Cu2+和S在a极得到电子，被还原，S作正极，电极反应为2Cu2+＋S＋4e－===Cu2S、Cu2S＋2e－===2Cu＋S2-，Zn为负极，电极反应为Zn－2e－===Zn2+。根据放电过程中的电极反应，每生成1 mol Cu2S转移4 mol电子，消耗2 mol Zn，A错误；充电时为电解池，b极为阴极，a极为阳极通过隔膜向a极移动，B错误；充电时a极作阳极，Cu先失电子变为Cu2S：2Cu＋S2-－2e－===Cu2S，然后Cu2S再失电子变为Cu2+和S单质：Cu2S－4e－===2Cu2+＋S，C正确；用此电池为铅酸蓄电池充电，电极a为正极，充电时应连接PbO2电极，铅电极连接电极b，D错误。 主题式微课 (九)新型电化学装置的解答突破 5．一种聚合物锂电池通过充、放电可实现“大气固碳”(如图所示)。该电池在充电时，通过催化剂的选择性控制，只有Li2CO3发生氧化释放出CO2和O2。下列说法正确的是(　　) 主题式微课 (九)新型电化学装置的解答突破 A．该电池可选用含Li＋的水溶液作电解质 B．图中Li＋的移动方向是充电时的移动方向 C．充电时，阳极发生的反应为2Li2CO3＋C－4e－===3CO2↑＋4Li＋ D．该电池每循环充、放电子各4 mol，理论上可固定CO2 22.4 L(标准状况下) D　解析：金属锂会与水反应，不能选含Li＋的水溶液作电解质，A错误；锂为负极，电极B为正极，因此图中Li＋的移动方向是放电时的移动方向，B错误；电池充电时，通过催化剂的选择性控制，只有Li2CO3发生氧化释放出CO2和O2，则充电时阳极发生的反应为2Li2CO3－4e－===2CO2↑＋4Li＋＋O2↑，C错误；放电时正极反应为3CO2＋4Li＋＋4e－===2Li2CO3＋C，充电时阳极反应为2Li2CO3－4e－===2CO2↑＋4Li＋＋O2↑，因此该电池每循环充、放电子各4 mol，理论上能固定1 mol CO2，标准状况下的体积为22.4 L，D正确。 √ 主题式微课 (九)新型电化学装置的解答突破 6．(双选)科学家发明了一种Mg­PbO2电池，电解质为Na2SO4、H2SO4、NaOH，通过M和N两种离子交换膜将电解质溶液隔开，形成A、B、C三个电解质溶液区域(已知：a>b)，装置如图所示。下列说法不正确的是(　　) A．Na＋通过M膜移向B区，离子交换膜N为阴离子交换膜 B．区域B的电解质浓度逐渐减小 C．放电时，Mg电极反应为Mg＋2OH－－2e－===Mg(OH)2 D．消耗2.4 g Mg时，C区域电解质溶液减少19.6 g √ √ 主题式微课 (九)新型电化学装置的解答突破 BD　解析：由题意知，Mg电极为原电池的负极，碱性条件下电极反应为Mg＋2OH－－2e－===Mg(OH)2，A区溶液中OH－浓度减小，A区Na＋通过阳离子交换膜M进入B区，C区溶液中通过阴离子交换膜进入B区，B区中Na2SO4溶液的浓度增大，A、C正确，B错误；PbO2为正极，酸性条件下，正极的电极反应为PbO2＋4H＋＋＋2e－===PbSO4＋2H2O，原电池工作时，消耗 2.4 g 镁时，放电转移0.2 mol电子，则C区放电消耗0.4 mol H＋、，同时有移向B区，相当于溶液中减少0.2 mol硫酸，同时生成0.2 mol水，则C区实际减少的质量为0.2 mol×98 g·mol-1－0.2 mol×18 g·mol-1＝16.0 g，D错误。 主题式微课 (九)新型电化学装置的解答突破 7．(2024·贵州适应性测试)钠基海水电池是一种能量密度高、环境友好的储能电池(示意图如下所示)，电极材料为钠基材料和选择性催化材料(能抑制海水中Cl－的吸附和氧化)，固体电解质只允许Na＋透过。下列说法正确的是(　　) 主题式微课 (九)新型电化学装置的解答突破 A．放电时，a电极发生还原反应 B．放电时，b电极的电势低于a电极 C．充电时，b电极的电极反应为2Cl－－2e－===Cl2↑ D．充电时，每转移2 mol电子，理论上有 2 mol Na＋由b电极迁移到a电极 D　解析：钠为活泼金属，失去电子发生氧化反应，a为负极，则b为正极。放电时，a电极为负极，钠失去电子发生氧化反应，故A错误；放电时，a为负极，b为正极，正极的电势高于负极的电势，b电极的电势高于a电极，故B错误；放电时，a为负极，b为正极，充电时，b为阳极，由于选择性催化材料能抑制海水中Cl－的吸附和氧化，故电极上不是Cl－放电，故C错误；充电时，a为阴极，b为阳极，阳离子向阴极移动，故每转移2 mol电子，理论上有 2 mol Na＋由b电极迁移到a电极，故D正确。 √ 主题式微课 (九)新型电化学装置的解答突破 $$