2020年高考化学提升突破专题十 电化学知识的应用(带答案解析)

专题10 电化学知识的应用

——全面培养科学精神和社会责任

电化学是化学学科的重要组成部分。目前，高中化学课程中的电化学内容涉及原电池、电解池、金属的腐蚀与防护等。电化学尤其是新型电源和光电设备不仅能体现化学学科的价值，而且有利于学生获取相关的知识与科学方法，更好地促进学生掌握化学学科规律。学习和使用电化学知识既能解决化学问题，又能发展和提高学生的化学学科核心素养。

高考电化学试题的情境来源于生活中的化学电源、研发中的新型电池、实验室中的电化学装置以及生产中的电化学设备，既能考查学生对基本电化学知识的掌握程度，也能考查基于模型认知、变化观念和证据推理等认知方面的素养，也能渗透灌输创新意识和社会责任等情感态度方面的素养。

1．【2019新课标Ⅰ卷】利用生物燃料电池原理研究室温下氨的合成，电池工作时MV2+/MV+在电极与酶之

间传递电子，示意图如下所示。下列说法错误的是

A．相比现有工业合成氨，该方法条件温和，同时还可提供电能

B．阴极区，在氢化酶作用下发生反应H2+2MV2+2H++2MV+

C．正极区，固氮酶为催化剂，N2发生还原反应生成NH3

D．电池工作时质子通过交换膜由负极区向正极区移动

【答案】B

【解析】本题还属于否定式单选题，仍要求选择错误的说法。A项正确，工业合成氨的条件是高温、高压、

催化剂，而生物燃料电池则在室温下合成氨，条件温和，且能将化学能转化为电能；B项错误，图中的氢

化酶作用下，发生氧化还原反应H2+2MV2+=2H++2MV+，氢气发生氧化反应生成氢离子，MV2+发生还原反

应生成MV+，左室电极上反应式为MV+－e－=MV2+，即发生氧化反应，因此左电极为该生物燃料电池的负

极；C项正确，正极区，在固氮酶作用下发生反应N2+6MV++6H+=2NH3+6MV2+，氮元素由0价降低为－3

价，固氮酶为催化剂，N2发生还原反应生成NH3；D项正确，电池工作时，负极反应式为MV+－e－=MV2+，

正极反应式为MV2++e－=MV+，则内电路中带正电的质子（即H+）移向正极，即从左极室移质子交换膜，

进而穿过交换膜移向右极室。

【素养解读】本题以生物燃料电池、室温合成氨等真实情境为载体，考查原电池、燃料电池的工作原理， 渗透了宏观辨识与微观探析、变化观念、证据推理与模型认知等素养的水平1、水平2、水平3的考查，体 现了考纲中信息的接受、吸收和整合能力的要求，也体现了分析问题与解决问题能力的考查。

2．【2019新课标Ⅲ卷】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 （3D −Zn ）可以 高效沉积ZnO 的特点，设计了采用强碱性电解质的3D −Zn —NiOOH 二次电池，结构如下图所示。电池反应为

Zn(s)+2NiOOH(s)+H 2O(l)−−−→←−−−

放电

充电

ZnO(s)+2Ni(OH)2(s)。

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)+H 2O(l)

C ．放电时负极反应为Zn(s)+2OH −(aq)−2e −

ZnO(s)+H 2O(l)

D ．放电过程中OH −通过隔膜从负极区移向正极区 【答案】D

【解析】本题属于否定式单选题，选择说法错误的是，A 、多孔增加了表面积，加快反应速率，使沉积的 ZnO 分散度高，故A 说法正确；B 、根据电池反应方程式，正极反应式为NiOOH ＋H 2O ＋e －

=Ni(OH)2＋OH

－

，充电时，电池的正极连接电源的正极，阳极反应式为正极反应式的逆过程，即阳极反应式为Ni(OH)2(s)

＋OH －

(aq)－e －

=NiOOH(s)＋H 2O(l)，故B 说法正确；C 、根据电池反应方程式，负极上失去电子，化合价升 高，即负极反应式为Zn(s)+2OH −(aq)−2e −

ZnO(s)+H 2O(l)，故C 说法正确；D 、根据原电池的工作原理，

阴离子从正极区移向负极区，故D 说法错误。

【素养解读】本题以新的科学成果为载体，考查原电池工作原理、电极反应式的书写、二级电池等知识， 涉及变化观念、宏观辨识、微观探析等素养，体现了运用知识能力，分析问题与解决问题能力的考查，难 度系数不大。

1、新型化学电源

一般这类试题以我国科学家发表的科技成果为素材设计高考题，既弘扬了社会主义核心价值观，又落实了立德树人的根本任务，起点很高，但考查的内容并不难，落脚于电化学基本理论，主要考查二次电池的充放电的电极反

应及离子移动方向等，注重于基本能力的考查。

首先大致浏览一下题目和题目所配的原理图(此时不要过多地纠结于化学电源的工作原理)；然后，重点关注需要回答的问题，看是否属于考查原电池一般原理的题目。如是，解决必须借助化学电源工作原理解决的题目时，要带着问题去研究题目或题目所提供的原理图。

电极反应式书写与判断的三个步骤

步骤一：负极失去电子发生氧化反应；正极上，溶液中阳离子(或氧化性强的离子)得到电子，发生还原反应，充电时则正好相反；

步骤二：两电极转移电子数守恒，符合正极反应加负极反应等于电池反应的原则；

步骤三：注意电极产物是否与电解质溶液反应，若反应，一般要将电极反应和电极产物与电解质溶液发生的反应合并。

【典例1】【2018·高考全国卷Ⅱ】我国科学家研发了一种室温下“可呼吸”的Na-CO2二次电池。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＋

4Na=2Na2CO3＋C。下列说法错误的是()

A．放电时，ClO－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－===2CO2－3＋C

D．充电时，正极反应为：Na＋＋e－===Na

【答案】D

【解析】电池放电时，ClO－4向负极移动，A项正确；结合总反应可知放电时需吸收CO2，而充电时释放出

CO2，B项正确；放电时，正极CO2得电子被还原生成单质C，即电极反应式为3CO2＋4e－===2CO2－3＋C，

C项正确；充电时阳极发生氧化反应，即C被氧化生成CO2，D项错误。

【素养解读】本题以我国科学家研制的可呼吸Na—CO2二次电池为背景，要求考生依据题干给予的电极材

料信息判断出电池正负极，进而判断电极反应式；命题要求考生对于电化学反应原理不仅要有感性认识，

还要应用模型思想、综合相关模块知识、辩证分析与解答具体问题。

2、多池串联模型

（1）常见串联装置图

模型一外接电源与电解池的串联(如图)