内容正文:
第四章 化学反应与电能
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一、原电池与化学电源
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二、电解原理及其应用
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三、金属的腐蚀与防护
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主题1 新型二次电池的工作原理及电极反应式书写
1.新型二次电池电极的确定思路
(1)根据总反应中物质元素的化合价变化确定两极反应物,进而确定两极。
(2)根据两极物质的变化,根据化合价升降确定得失电子,进而确定两极。
(3)根据反应类型确定两极。
(4)根据电子或电流流向或阴、阳离子移向确定两极。
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2.新型电池电极反应式的书写思路
[注意] 二次电池的放电与充电的反应方向相反,放电时电池负极反应与充电时的阴极(外接负极)反应方向相反。
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主题2 涉及隔膜的电解原理制备或提纯物质的原理模型
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[示例] 如“四室电渗析法”制备H3PO2(次磷酸),其工作原理如图所示
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考点1 新型化学电池的原理分析
1.(2022·湖南选择性考试)海水电池在海洋能源领域备受关注,一种锂-海水电池构造示意图如图,下列说法错误的是( )
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A.海水起电解质溶液作用
B.N极仅发生的电极反应:2H2O+2e-===2OH-+H2↑
C.玻璃陶瓷具有传导离子和防水的功能
D.该锂-海水电池属于一次电池
√
B [锂-海水电池的总反应为4Li+2H2O+O2===4LiOH, M极上Li失去电子发生氧化反应,则M电极为负极,电极反应为Li-e-===Li+,N极为正极,电极反应为O2+2H2O+4e-===4OH-。]
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2.(2022·辽宁选择性考试)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:+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 Cl2
D.充电过程中,NaCl溶液浓度增大
√
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A [放电时负极反应:+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,由此分析,A正确;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;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;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。]
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考点2 电解原理的应用
3.(2022·山东等级考)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( )
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-===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
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BD [电池工作时,甲室中细菌上乙酸盐的阴离子失去电子被氧化为CO2气体,Co2+在另一个电极上得到电子,被还原产生Co单质,CH3COO--8e-+2H2O===2CO2↑+7H+,H+移向甲室,c(H+)变大,pH减小,A错误;乙室电极反应式为8LiCoO2+32H++8e-===8Li++8Co2++16H2O,右侧装置中细菌电极(负极)的电极反应式为CH3COO-+2H2O-8e-===2CO2↑+7H+,每转移8个e-,乙室消耗32个H+,而负极反应仅产生7个H+,因此电池工作一段时间后,乙室应补充盐酸,B正确;电解质溶液为酸性,不可能大量存
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在OH-,乙室电极反应式为LiCoO2+e-+4H+===Li++Co2++2H2O,C错误;若甲室Co2+减少200 mg,电子转移物质的量为n(e-)=×2=0.006 8 mol,乙室Co2+增加300 mg,转移电子的物质的量为n(e-)=×1=0.005 1 mol,说明此时已进行过溶液转移,D正确。]
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4.(2021·天津等级考)如下所示电解装置中,通电后石墨电极Ⅱ上有O2生成,Fe2O3逐渐溶解,下列判断错误的是( )
√
A.a是电源的负极
B.通电一段时间后,向石墨电极Ⅱ附近滴加石蕊溶液,出现红色
C.随着电解的进行,CuCl2溶液浓度变大
D.当0.01 mol Fe2O3完全溶解时,至少产生气体336 mL(折合成标准状况下)
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C [通电后石墨电极Ⅱ上有O2生成,Fe2O3逐渐溶解,说明石墨电极Ⅱ为阳极,则b为电源的正极,a为电源的负极,石墨电极Ⅰ为阴极,据此解答。由分析可知,a是电源的负极,故A正确;石墨电极Ⅱ为阳极,通电一段时间后,产生氧气和氢离子,所以向石墨电极Ⅱ附近滴加石蕊溶液,出现红色,故B正确;随着电解的进行,铜离子在阴极得电子生成铜单质,Cl-移向中间室,所以CuCl2溶液浓度变小,故C错误;当0.01 mol Fe2O3完全溶解时,消耗氢离子0.06 mol,根据阳极电极反应式:2H2O-4e-===O2↑+4H+,产生氧气0.015 mol,在标准状况下的体积为336 mL,故D正确。]
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