第4章 化学反应与电能 章末整合提升(Word学生用书)-【学霸笔记·同步精讲】2026-2027学年高中化学选择性必修第一册（人教版）

该高中化学导学案聚焦电化学核心知识，涵盖锂离子电池、环保电化学应用及电有机合成等主题，通过主题探究问题连接原电池与电解池基础原理，搭配体系构建图辅助知识整合，搭建从理论到实际应用的学习支架。 资料特色在于主题探究与高考真题结合，主题问题设计引导科学探究与实践，高考题训练科学思维（如证据推理、模型建构），真实应用场景渗透科学态度与责任，助力学生提升解决实际问题能力，适合教学与自主学习。

主题一　锂离子电池初探 　　锂离子电池是一类电池，其正极材料除LiCoO2外，还有LiNiO2、LiMnO4等，负极材料通常为锂—碳层间化合物LixC6（金属锂和碳的复合材料），以溶有锂盐的LiPF6、LiAs6的有机导体或高分子材料为电解质。 问题1　如图是钴酸锂电池，其负极材料为嵌锂石墨，正极材料为LiCoO2（钴酸锂），电解质溶液为LiPF6（六氟磷酸锂）的碳酸酯溶液（无水）。该电池的充、放电原理为LixCy＋Li1－xCoO2LiCoO2＋Cy。 （1）上述锂离子电池放电时，电极a和电极b分别是哪一极？ （2）充电时，电极a、电极b分别接外电源的哪一极？写出充电时这两极的电极反应式。 问题2　锰酸锂可作为锂离子电池的正极材料。锰酸锂可充电电池的总反应为 Li1－xMn2O4＋LixCLiMn2O4＋C（0＜x＜1） 请写出充电时电池的阳极反应式。若充电时转移2 mol e－，则石墨电极将增重多少g？ 主题二　电化学技术在环保领域的应用 问题3　下图为光电催化能源化利用CO2制备太阳能燃料（如CO、HCHO、CH3OH、CH4等）的示意图。 （1）写出该电解池的阳极反应式。 （2）若太阳能燃料为甲醇，请写出阴极的电极反应式。 问题4　下图是电化学膜法脱硫过程示意图，该装置为电解池，a、b表示电极。电化学膜的主要材料是碳和熔融的碳酸盐。 （1）结合图示判断该电解池的阴、阳极。 （2）写出阴极的电极反应式。 （3）脱硫过程中发现净化气中CO2含量明显增加，有的同学认为是电化学膜中的碳被氧化。这种观点对吗？如果不对，请你给出合理的解释。 （4）工作一段时间后，生成H2和S2的物质的量之比为是多少？ 主题三　电有机合成 问题5　制造尼龙－66的原料己二腈［NC（CH2）4CN］用量很大，传统上以乙炔和甲醛为原料经过很长路线才能合成己二腈。如改用电合成法，则先以丙烯为原料制备丙烯腈（CH2CHCN），再用丙烯腈电合成己二腈，已知电合成己二腈的总反应为2CH2CHCN＋H2ONC（CH2）4CN＋O2↑，其装置如图。 （1）已知丙烯腈（CH2CHCN）和己二腈［NC（CH2）4CN］中氮元素的化合价为－3价，试判断电极a、电极b是电解池的阳极还是阴极？ （2）四甲基溴化铵［（CH3）4NBr］的作用是什么？试判断装置中的离子交换膜是阳离子交换膜还是阴离子交换膜？ 问题6　在新材料工业中，己内酰胺是生产尼龙－6和聚酰胺的关键原料。利用氮氧化物和环己酮、乙二醇（EG）进行电化学还原偶联反应以合成己内酰胺是一种有前景的绿色合成途径（装置及物质转化示意图如下），同时得到副产品乙醇酸（GA）。 （1）写出EG转化为GA的电极反应式。 （2）若两电极间增加质子交换膜，当得到1 mol GA时，有多少mol H＋进入阴极室？ 1.（2025•广东高考16题）某理论研究认为：燃料电池（图b）的电极Ⅰ和Ⅱ上所发生反应的催化机理示意图分别如图a和图c，其中O2获得第一个电子的过程最慢。由此可知，理论上（　　） A．负极反应的催化剂是ⅰ B．图a中，ⅰ到ⅱ过程的活化能一定最低 C．电池工作过程中，负极室的溶液质量保持不变 D．相同时间内，电极Ⅰ和电极Ⅱ上的催化循环完成次数相同 2.（2025•江苏高考8题）以稀硫酸为电解质溶液的光解水装置如图所示，总反应为2H2O2H2↑＋O2↑。下列说法正确的是（　　） A．电极a上发生氧化反应生成O2 B．H＋通过质子交换膜从右室移向左室 C．光解前后，H2SO4溶液的pH不变 D．外电路每通过0.01 mol电子，电极b上产生0.01 mol H2 3.（2025•黑吉辽蒙13题）一种基于Cu2O的储氯电池装置如图，放电过程中a、b极均增重。若将b极换成Ag/AgCl电极，b极仍增重。关于图中装置所示电池，下列说法错误的是（　　） A．放电时Na＋向b极迁移 B．该电池可用于海水脱盐 C．a极反应：Cu2O＋2H2O＋Cl－－2e－Cu2（OH）3Cl＋H＋ D．若以Ag/AgCl电极代替a极，电池将失去储氯能力 4.（2025•四川高考14题）最近，我国科学工作者制备了一种Ni－CuO电催化剂，并将其与金属铝组装成可充电电池，用于还原污水中的N为NH3，其工作原理如图所示。研究证明，电池放电时，水中的氢离子在电催化剂表面获得电子成为氢原子，氢原子再将吸附在电催化剂表面的N逐步还原为NH3。 下列说法错误的是（　　） A．放电时，负极区游离的OH－数目保持不变 B．放电时，还原1.0 mol N为NH3，理论上需要8.0 mol氢原子 C．充电时，OH－从阴极区穿过离子交换膜进入阳极区 D．充电时，电池总反应为4［Al（OH）4］－4Al＋6H2O＋4OH－＋3O2↑ 5.（2025•北京高考14题）用电解Na2SO4溶液（图1）后的石墨电极1、2探究氢氧燃料电池，重新取Na2SO4溶液并用图2装置按ⅰ→ⅳ顺序依次完成实验。 实验 电极Ⅰ 电极Ⅱ 电压/Ⅴ 关系 ⅰ 石墨1 石墨2 a a＞d＞c＞b＞0 ⅱ 石墨1 新石墨 b ⅲ 新石墨 石墨2 c ⅳ 石墨1 石墨2 d 下列分析不正确的是（　　） A．a＞0，说明实验ⅰ中形成原电池，反应为2H2＋O22H2O B．b＜d，是因为ⅱ中电极Ⅱ上缺少H2作为还原剂 C．c＞0，说明ⅲ中电极Ⅰ上有O2发生反应 D．d＞c，是因为电极Ⅰ上吸附H2的量：ⅳ＞ⅲ 6.（2025•云南高考11题）一种用双极膜电渗析法卤水除硼的装置如图所示，双极膜中H2O解离的H＋和OH－在电场作用下向两极迁移。除硼原理：［B（OH）4］－＋H＋B（OH）3＋H2O。下列说法错误的是（　　） A．Pt电极反应：4OH－－4e－O2↑＋2H2O B．外加电场可促进双极膜中水的电离 C．Ⅲ室中，X膜、Y膜分别为阳离子交换膜和阴离子交换膜 D．Ⅳ室每生成1 mol NaOH，同时Ⅱ室最多生成1 mol B（OH）3 7.（2025•湖北高考15题）某电化学制冷系统的装置如图所示。［Fe（H2O）6］3＋和［Fe（H2O）6］2＋在电极上发生相互转化，伴随着热量的吸收或释放，经由泵推动电解质溶液的循环流动（①→②→③→④→①）实现制冷。装置只通过热交换区域Ⅰ和Ⅱ与环境进行传热，其他区域绝热。下列描述错误的是（　　） A．阴极反应为［Fe（H2O）6］3＋＋e－［Fe（H2O）6］2＋ B．已知②处的电解液温度比①处的低，可推断［Fe（H2O）6］2＋比［Fe（H2O）6］3＋稳定 C．多孔隔板可以阻止阴极区和阳极区间的热交换 D．已知电子转移过程非常快，物质结构来不及改变。热效应主要来自电子转移后［Fe（H2O）6］2＋和［Fe（H2O）6］3＋结构的改变 答案 章末整合提升 【主题探究】 问题1　（1）提示：电极a为正极，电极b为负极。 （2）提示：充电时，电极a接电源的正极，则阳极反应式为LiCoO2－xe－xLi＋＋Li1－xCoO2，电极b接电源的负极，则阴极反应式为Cy＋xLi＋＋xe－LixCy。 问题2　提示：阳极反应式为LiMn2O4－xe－Li1－xMn2O4＋xLi＋；14 g。充电时为电解池，电池的阳极为放电时的正极，放电时，电池的正极发生还原反应，反应式为Li1－xMn2O4＋xLi＋＋xe－LiMn2O4，充电时电池的阳极反应式为LiMn2O4－xe－Li1－xMn2O4＋xLi＋；此时，石墨电极上发生的反应为C＋xe－＋xLi＋LixC，则转移1 mol e－石墨电极的质量将增加1 mol Li＋的质量，由于Li的摩尔质量是7 g•mol－1，2 mol Li＋的质量是14 g，石墨电极将增重14 g。 问题3　（1）提示：2H2O－4e－4H＋＋O2↑。图中阳极是水失电子生成O2和H＋，所以电极反应式为2H2O－4e－4H＋＋O2↑。 （2）提示：CO2＋6H＋＋6e－CH3OH＋H2O。太阳能燃料为甲醇，阴极反应物为CO2和H＋，则电极反应式为CO2＋6H＋＋6e－CH3OH＋H2O。 问题4　（1）提示：a极为阴极，b极为阳极。 （2）提示：阴极反应式为H2S＋2e－S2－＋H2↑。 （3）提示：不对。硫化氢是酸性气体，净化气中CO2含量明显增加的原因是硫化氢气体与熔融碳酸盐反应生成二氧化碳。 （4）提示：2∶1。由得失电子数目守恒可知，工作一段时间后，生成H2和S2的物质的量之比为2∶1。 问题5　（1）提示：依据化合物中元素化合价的代数和为0的原则可知，丙烯腈中碳元素的平均价态为0价，己二腈中碳元素的化合价为－价。故左室中丙烯腈转化为己二腈，碳元素的化合价降低，发生还原反应，故a为阴极，b为阳极。 （2）提示：（CH3）4NBr可增加溶液中的离子浓度，故可增加溶液的导电性；溶液中的H＋通过离子交换膜移向阴极，故为阳离子交换膜（或质子交换膜）。 问题6　（1）提示：HOH2C—CH2OH－4e－＋H2OHOH2C—COOH＋4H＋。 （2）提示：4 mol。若两电极间增加质子交换膜，则H＋将通过质子交换膜向右侧移动，当得到1 mol GA时，转移4 mol e－，有4 mol H＋进入阴极室。 【真题体验】 1.C　由图a知，电极Ⅰ发生的反应为O2＋4H＋＋4e－2H2O，故电极Ⅰ作正极，由图c知，电极Ⅱ发生的反应为H2－2e－2H＋，故电极Ⅱ作负极。结合上述分析知，正极反应的催化剂是ⅰ，A错误；由O2获得第一个电子的过程最慢知，ⅰ到ⅱ过程的活化能最大，B错误；H2进入负极失电子生成H＋，为保持溶液呈电中性，H＋通过质子交换膜向正极迁移，故负极室的溶液质量保持不变，C正确；根据正、负极的电极反应式及得失电子守恒知，相同时间内电极Ⅱ上催化循环完成次数为电极Ⅰ上的2倍，D错误。 2.A　由题图可知，该原电池中电子由电极a向电极b移动，故电极a失电子作负极，电极反应式为2H2O－4e－4H＋＋O2↑；电极b得电子作正极，电极反应式为2H＋＋2e－H2↑；H＋由负极向正极移动。由上述分析可知，电极a上发生氧化反应生成O2，A正确；H＋由负极向正极移动，即通过质子交换膜由左室向右室移动，B错误；由总反应可知，光解时消耗水，电解质溶液中硫酸浓度逐渐增大，故溶液pH减小，C错误；由正极反应式可知，电路中每通过0.01 mol e－，电极b上产生0.005 mol H2，D错误。 3.D　放电时，a、b极均增重，由两个电极及电解液组成可知，a极上Cu2O→Cu2（OH）3Cl，Cu元素由＋1价升高为＋2价，发生氧化反应，a极为原电池负极，b极上NaTi2（PO4）3→Na3Ti2（PO4）3，Ti元素由＋4价降低为＋3价，发生还原反应，b极为原电池正极。原电池中，阳离子移向正极，即放电时，Na＋向b极迁移，A正确；由两个电极的物质转化可知，a极消耗电解质溶液中的Cl－，b极消耗电解质溶液中的Na＋，故电池工作时，电解质溶液中的NaCl浓度逐渐减小，则该电池可用于海水脱盐，B正确；结合a极的物质转化及得失电子守恒、原子守恒，可知a极的电极反应式为Cu2O－2e－＋Cl－＋2H2OCu2（OH）3Cl＋H＋，C正确；将b极换成Ag/AgCl电极，b极仍增重，说明b极上Ag→AgCl，Ag元素由0价升高为＋1价，发生氧化反应，此时b极为原电池负极，则相比于Cu2O/Cu2（OH）3Cl电极，Ag/AgCl电极的电极电势更低，结合原装置中Cu2O/Cu2（OH）3Cl电极作负极可知，电极电势：Ag/AgCl＜Cu2O/Cu2（OH）3Cl＜NaTi2（PO4）3/Na3Ti2（PO4）3，因此若将a极换为Ag/AgCl电极，则a极作原电池的负极，Ag转化为AgCl，该电池仍能起到储氯的作用，D错误。 4.A　放电时，负极铝失去电子和氢氧根离子结合生成四羟基合铝酸根离子，Al－3e－＋4OH－［Al（OH）4］－，正极水中的氢离子在电催化剂表面获得电子成为氢原子，氢原子再将吸附在电催化剂表面的N逐步还原为NH3，充电时，金属铝为阴极，Ni－CuO电极为阳极。放电时，负极铝失去电子和氢氧根离子结合生成四羟基合铝酸根离子：Al－3e－＋4OH－［Al（OH）4］－，当转移3 mol电子时，消耗4 mol OH－，同时正极区会有3 mol OH－通过OH－离子交换膜进行补充，OH－净消耗1 mol，故负极区游离的OH－数目会减少，A错误；氢原子将吸附在电催化剂表面的N逐步还原为NH3，还原1.0 mol N为NH3，由化合价变化可知，得到8 mol电子，所以理论上需要8.0 mol氢原子，B正确；充电时，阴离子向阳极移动，所以充电时，OH－从阴极区穿过OH－离子交换膜进入阳极区，C正确；充电时，电池阴极反应式为4［Al（OH）4］－＋12e－4Al＋16OH－，阳极反应式为12OH－－12e－3O2↑＋6H2O，总反应为4［Al（OH）4］－4Al＋6H2O＋4OH－＋3O2↑，D正确。 5.D　按照图1电解Na2SO4溶液，石墨1为阳极，发生反应2H2O－4e－O2↑＋4H＋，石墨1中会吸附少量氧气；石墨2为阴极，发生反应2H2O＋2e－H2↑＋2OH－，石墨2中会吸附少量氢气；实验ⅰ会形成原电池，a＞0，反应为2H2＋O22H2O，A正确；因为ⅱ中电极Ⅱ为新石墨，不含有H2，缺少H2作为还原剂，故导致b＜d，B正确；图2中，电极Ⅰ发生还原反应，实验ⅲ中新石墨可能含有空气中的少量氧气，c＞0，说明ⅲ中电极Ⅰ上有O2发生反应，C正确；d＞c，实验ⅲ与实验ⅳ中电极Ⅰ不同，d＞c，是因为电极Ⅰ上吸附O2的量：ⅳ＞ⅲ，D错误。 6.C　由图中H＋－和OH－－的流向，可推出左侧Pt电极为阳极，右侧石墨电极为阴极，阳极发生的反应为4OH－－4e－O2↑＋2H2O，阴极发生的反应为2H＋＋2e－H2↑，Ⅲ室中氯化钠浓度降低了，说明钠离子往阴极方向移动，氯离子往阳极方向移动，A正确；在外加电场作用下，使H＋和OH－往两侧移动，降低了浓度，可促进双极膜中水的电离，B正确；Ⅲ室中氯化钠浓度降低了，说明Na＋往阴极方向移动，Cl－往阳极方向移动，即Na＋往右侧移动，通过Y膜，则Y膜为阳离子交换膜，Cl－往左侧移动，通过X膜，则X膜为阴离子交换膜，C错误；Ⅳ室每生成1 mol NaOH，则转移1 mol电子，有1 mol氢离子移到Ⅱ室中，生成1 mol B（OH）3，D正确。 7.B　由图可知，左侧电极发生反应［Fe（H2O）6］2＋－e－［Fe（H2O）6］3＋，则左侧为阳极，右侧电极反应为［Fe（H2O）6］3＋＋e－［Fe（H2O）6］2＋，则右侧电极为阴极，A正确；已知②处的电解液温度比①处的低，则可推断［Fe（H2O）6］3＋＋e－［Fe（H2O）6］2＋是吸热反应，则［Fe（H2O）6］3＋更稳定，B错误；多孔隔板可以阻止两电极区的溶液对流，可阻止热交换，C正确；题干明确指出电子转移过程非常快，物质结构来不及改变。这意味着电子转移（即氧化还原反应）本身不会直接导致结构变化，热效应实际上来源于电子转移完成后，新生成的离子［Fe（H2O）6］2＋和［Fe（H2O）6］3＋因配位环境或电荷分布变化引起的结构重组导致热量变化，D正确。 6 / 6 学科网（北京）股份有限公司 $