1、2021年，广东、江苏、河北、湖南、辽宁、湖北、重庆、福建八省市第三批进入新高考。1月23日-25日，八省市进行了高考前模拟考试。研究本次命题对于2021届高三备考具有积极意义。青岛市高中化学教研组织全市高三骨干教师分专题对本次考试进行专题分析项目研究，成果共享，共同为2021届高考助力。整体评价试题评析思维模型变式训练PART 01 本次八省市模拟考试电化学试题命题以科学、技术、环境发展成果为情境，以“证据推理与模型认知”、“宏观辨识与微观探析”为测试宗旨，重点考察了学生的化学信息处理能力、模型认知能力和化学计算能力，要求考生在掌握电化学基本原理的基础上对实验现象进行推断，通过分析、推理等方
2、法认识原电池和电解池的本质特征、构成要素及其相互关系。同时，燃料电池，碳捕捉等情境的选取帮助学生树立保护环境可持续发展的意识。从设问看，在新情境之下对原电池和电解池的基本工作原理、电极反应式的书写、离子交换膜的判断、溶液pH变化、定量分析进行考查，题目落脚点都是电化学主干知识点，考查难度适中。PART 02 试题精讲 考点分析 题目溯源1. 【湖北T10】研究发现，在酸性乙醇燃料电池中加入硝酸，可使电池持续大电流放电，其工作原理如下图所示：下列说法错误的是（ ）A加入HNO3降低了正极反应的活化能B电池工作时正极区溶液的pH降低C1molCH3CH2OH被完全氧化时有3molO2被还原D负极反
3、应为 3222CH CH OH3H O 12e2CO12H【答案】B【解析】这道题主要考查燃料电池的相关知识： 分析题干可知，Pt是负极，乙醇在负极上失电子生成二氧化碳；C是正极，硝酸在正极上得电子生成一氧化氮， 一氧化氮和氧气反应生成硝酸和水，即正极实际上是氧气生成水，硝酸起催化剂的作用，从而使正极区的反应更容易发生(即降低了反应活化能)，所以A正确； 正极区不断生成水，溶液的浓度不断减小，所以酸性减弱，PH增大，B错误； 1mol乙醇被氧化成二氧化碳，电子转移数为12mol，依据得失电子守恒，被还原的氧气是12/4=3mol，C正确； 乙醇和水反应生成二氧化碳和氢离子，电子转移数为12，电
4、极反应式书写正确，D正确。题目以燃料电池为背景考查了原电池的工作原理、电极反应式的书写、溶液pH变化等，中等难度。 以甲醇、乙醇、甲酸为燃料的直接液体燃料电池以环境友好、能量转换率高、使用方便安全等优势,将成为绿色能源技术的主导。相比甲醇的毒性，乙醇很易从农作物中大量生产,来源广泛,又无毒,因此乙醇燃料电池的研究具有很大的应用潜力。然而乙醇在电催化剂的作用下发生电化学氧化反应过程较复杂，涉及到多种化学吸附态、碳碳键的断裂以及多种中间产物。在质子交换膜这样的强酸环境中，只有贵金属Pt才能稳定存在，它的催化活性较高。乙醇在Pt电极上的电催化氧化反应，由于一些强吸附中间物质如CO使得Pt很快中毒，寻
5、找高催化性能的阳极催化剂是一项重要的研究课题。因此，高效电催化剂成为乙醇直接燃料电池的关键。解答燃料电池题目的思维模型解答燃料电池题目的几个关键点：(1)要注意介质是什么？是电解质溶液还是熔融盐或氧化物。(2)通入负极的物质为燃料，通入正极的物质为氧气。(3)通过介质中离子的移动方向，可判断电池的正负极，同时考虑该离子参与靠近一极的电极反应。2、【江苏T9】利用电解法将CO2 转化为CH4 的原理如图所示.下列说法正确的是（ ）A.电解过程中，H+由a极区向b极区迁移B.电极b上反应为 C.电解过程中化学能转化为电能D.电解时Na2SO4溶液浓度保持不变223432CO8HCO8eCH8CO2
6、H O【答案】A【解析】通过题干“电解法”可知此电池为电解池：A由a极生成O2可以判断出a极为阳极，b为阴极，阳离子向阴极流动。则H+由a极区向b极区迁移正确，故A正确；Bb为阴极，发生得电子的反应，故电极方程式书写错误，电极b上反应应为CO28HCO3-+8eCH48CO32-2H2O，故B错误；C此电池为电解池，所以电解过程中是电能转化为化学能，故C错误；D电解Na2SO4溶液的实质是电解水，溶液中的水发生消耗，所以Na2SO4溶液的浓度是增大的，故D错误； 题目以将CO2转化为CH4为背景考查了电解池的工作原理、电极反应式的书写、离子移动方向等，中等难度。 将CO2转化为CH4，既减少了
7、温室气体的排放，又能得到清洁的能源，而科学界主攻的研究方向是模拟光合作用，利用太阳的能量产生甲烷，如果这一技术在全球范围使用将带来完美的能源循环。这项研究的关键是寻找一种高效的催化剂，2020年1月出版的美国国家科学院院刊报道了这种新型催化剂，作为将二氧化碳转化为甲烷的光驱动催化剂，其效率和产量是有史以来最高的。3、【湖南T12】某单液电池如图所示，其反应原理为 。下列说法错误的是( )A. 放电时，左边电极为负极B. 放电时，溶液中H+向右边电极移动C. 充电时，右边电极上发生的电极反应式： D. 充电时，当左边电极生成1molH2时，电解质溶液减轻2gAgeAg【答案】CD【解析】A由图示
8、分析可知，放电时左边电极发生氧化反应，为电池的负极，故A正确；B由A分析可知，放电时左边为电池的负极，右边则为电池的正极，工作时阳离子向正极移动，B正确；C充电时,左边电极为阴极，发生还原反应，即 ；右边电极为阳极，发生氧化反应，即 ，故C错误；D由反应 可知，充电时，当左边电极生成1molH2时，电解质溶液中会减少2molHCl，则减少的质量为73g，故D错误。22H2e =HAg-e +Cl =AgCl22HCl2Ag2AgClH充电 题目以二次电池为载体考查了可充电电池的工作原理、电极反应式的书写、定量计算等，中等难度。4、【重庆T10】双极膜在电渗析中应用广泛，它是由阳离子交换膜和阴离
9、子交换膜复合而成。双极膜内层为水层，工作时水层中的H2解离成H+和OH-，并分别通过离子交换膜向两侧发生迁移。下图为NaBr溶液的电渗析装置示意图。下列说法正确的是A. 出口2的产物为HBr溶液B. 出口5的产物为硫酸溶液C. Br-可从盐室最终进入阳极液中 D. 阴极电极反应式为2H+2e-=H2【答案】D【解析】A 电解时， 溶液中的阳离子向阴极移动，阴离子向阳极移动，溶液中的Na+向阴极移动，与双极膜提供的氢氧根离子结合，出口2的产物为NaOH溶液，A错误；B 电解时， 溶液中的阳离子向阴极移动，阴离子向阳极移动，溶液中的Br-向阳极移动，与双极膜提供的氢离子结合，故出口4的产物为HBr
10、溶液，钠离子不能通过双极膜，故出口5不是硫酸，B错误；C 结合选项B，Br-不会从盐室最终进入阳极液中，C错误；D 电解池阴极处，发生的反应是物质得到电子被还原，发生还原反应，水解离成H+和OH，则在阴极处发生的反应为2H+2e-=H2，D正确； 题目以双极膜为背景考查了电解池的工作原理、电极反应式的书写、离子交换膜的应用等，中等难度。 双极膜(Bipolar membrane,BPM)是一种新型的离子交换膜。基于双极膜水解离技术的双极膜电渗析可用于多种分离过程,如化工、环保、能源等。5、【广东T13】 环氧乙烷(C2H4O)常用于医用消毒，一种制备方法为：使用惰性电极电解KCl溶液，用Cl-
11、交换膜将电解液分为阴极区和阳极区，其中一区持续通入乙烯；电解结束，移出交换膜，两区混合反应： HOCH2CH2Cl +OH-=Cl- + H2O + C2H4O。下列说法错误的是（ ）A. 乙烯应通入阴极区B. 移出交换膜前存在反应Cl2+ H2O HCl + HClOC. 使用Cl- 交换膜阻止OH- 通过，可使Cl2生成区的pH逐渐减小D. 制备过程的总反应为：H2C=CH2+ H2O= H2+ C2H4O【答案】A【解析】Cl-在阳极被氧化生成Cl2，Cl2与水发生反应Cl2+ H2O HCl + HClO，HClO与乙烯发生加成反应生成HOCH2CH2Cl；阴极区水电离出的氢离子放电生
12、成氢气，同时产生氢氧根，电解结束，移除交换膜，两区混合反应： HOCH2CH2Cl +OH-=Cl- + H2O + C2H4O。A阳极区产生HClO，所以乙烯通入阳极区，故A错误；B根据分析可知阳极氧化生成的氯气会与水发生反应Cl2+ H2O HCl + HClO，故B正确；C根据分析可知阳极区会产生HCl，使用Cl- 交换膜阻止OH- 通过，HCl的浓度不断增大，pH逐渐减小，故C正确；D根据分析可知该反应过程中KCl并没有被消耗，实际上是水、乙烯反应，总反应为H2C=CH2+ H2O= H2+ C2H4O，故D正确； 题目以环氧乙烷的制备为背景考查了电解池的工作原理、离子交换膜、溶液pH
13、变化等，但是由于乙烯、氯气、水的反应太陌生，学生分析起来还是有困难，难度比较大。 环氧乙烷（C2H4O），是一种有毒的致癌物质，以前被用来制造杀菌剂。环氧乙烷易燃易爆，不易长途运输，因此有强烈的地域性。被广泛地应用于洗涤，制药，印染等行业。 氯醇法制备环氧乙烷：分两步反应，第一步是将乙烯和氯气通入水中，乙烯经次氯酸化生成2-氯乙醇。第二步是用碱（通常为石灰乳）与2-氯乙醇反应，生成环氧乙烷粗产品，再经分馏，制得环氧乙烷。工艺流程如下：6.【辽宁T9】在N-羟基邻苯二甲酰亚胺(NHPI)介质中，可实现醇向醛的转化，原理如图。下列说法错误的是A. 理论上NHPI的总量在反应前后不变B. 海绵Ni电
14、极作阳极C. 总反应为 + H2D. 每消耗1 mmol苯甲醇，产生22.4 mL氢气答案：DA：由题可知，Ni3+ 生成Ni2+的同时，NHPI在消耗，但苯甲醇向苯甲醛的转化过程中，NHPI在生成，所以理论上NHPI的总量在反应前后不变，正确；B：在海绵Ni电极上，Ni2+ 生成Ni3+，发生氧化反应，所以海绵Ni电极作阳极；C：题干指出“可实现醇向醛的转化”，所以总反应正确；D：没有说明温度和压强，没有指明是标准状况，错误。 在气体摩尔体积的应用中，缺少温度和压强，没有指明标准状况，是常见的陷阱。但学生常考常错。 本题应用了一个崭新的情境，起点高，但落点低，考查了氧化还原、反应机理等内容，
15、最后让学生在气体摩尔体积这个基本概念上，来做出选择。 化工生产正趋向于以温和的条件和廉价的原料来获得高收益。长期以来，需氧氧化催化系统都是利用过渡金属的催化性能。但是由于在反应过程中产生大量对环境不友好的金属污染物，所以应用前景并不乐观。而NHPI催化活性高，价廉低毒，对环境友好，引起了学术界和工业界的浓厚兴趣。7.【辽宁T13】Hg-Hg2SO4标准电极常用于测定其它电极的电势，测知Hg-Hg2SO4电极的电势高于Cu电极的电势。以下说法正确的是A. K2SO4溶液可用CCl4代替B. Hg-Hg2SO4电极反应为 Hg2SO4 -2e-=2Hg+ SO42-C. 若把Cu-CuSO4体系换
16、作Zn-ZnSO4体系，电压表的示数变大D. 微孔瓷片起到阻隔离子通过的作用答案：CA：K2SO4溶液不可用CCl4代替，K2SO4是电解质，溶液导电，可以形成闭合回路。CCl4是非电解质，不可以形成闭合回路，错误；B：Hg-Hg2SO4电极电势高，是正极，应该得电子，错误；C：若把Cu-CuSO4体系换作Zn-ZnSO4体系，正负极之间的电势差变大，电压表的示数变大，所以是正确的；D：若微孔瓷片起到阻隔离子通过的作用，则不可以形成闭合回路，错误。 通过“Hg-Hg2SO4电极的电势高于Cu电极的电势”信息的给出，让学生判断原电池构成的条件、氧化还原反应原理与电极反应式的书写等核心知识，深入考
17、查原电池工作原理的本质。 Hg-Hg2SO4标准电极常用于测定其它电极的电势，是测量各种电极电势时作为参照比较的电极。将被测定的电极与精确已知电极电势数值的参比电极构成电池，测定电池电动势数值，就可计算出被测定电极的电极电势。在参比电极上进行的电极反应必须是单一的可逆反应，电极电势稳定和重现性好。通常多用微溶盐电极作为参比电极，氢电极只是一个理想的但不易于实现的参比电极。8.【福建T8】一种新型镁硫电池的工作原理如下图所示。下列说法正确的是( )A 使用碱性电解质水溶液B放电时，正极反应包括 3Mg2+MgS8 - 6e-4MgS2C使用的隔膜是阳离子交换膜D充电时，电子从Mg电极流出答案：C
18、A：负极生成Mg2+，若使用碱性电解质水溶液，会与Mg2+生成Mg(OH)2沉淀，错误；B：放电时为原电池，正极反应应该是得电子，错误；CMg2+要穿过隔膜参与正极反应，所以使用的隔膜是阳离子交换膜，正确；D应该是放电时，电子从Mg电极流出。充电时，电子应流入Mg电极，错误。 考查新型电池的工作原理，陌生的情境就是一种难度。要求学生能够将知识迁移应用，把原电池的工作原理、电极方程式的书写、电子及阴阳离子的移动方向和隔膜法的应用综合理解，举一反三，将已有的知识应用到新情境中。 随着电动汽车和智能电网等领域对电池能量密度和安全性要求的不断提高，发展成本低、能量密度高和安全的新型二次电池越发迫切。镁
19、电池被认为有望取代锂电池，其存储密度比锂电池更高，资源丰富，无毒害。目前，新型镁硫电池的研究已经取得了重要进展，体现出了优异的性能。9.【河北T18】我国科学家最近发明了一种Zn- PbO2电池，电解质为K2SO4、H2SO4和KOH，由a和b两种离子交换膜隔开，形成A、B、C三个电解质溶液区域，结构示意图如下：回答下列问题：(1)电池中，Zn为_极，B区域的电解质为_(填“K2SO4”、“H2SO4”或“KOH”)。(2)电池反应的离子方程式为_。(3)阳离子交换膜为图中的_膜(填“a”或“b”)。答案： (1) 负 (2) K2SO4 (3) PbO2 + SO42- + Zn + 2H2
20、O = PbSO4 + Zn(OH)42- 解析： (1) 考查原电池的基本概念：活泼金属作负极，失电子。 (2)根据题目信息：Zn生成了Zn(OH)42-，应该是在碱性环境中，A区域电解质应为KOH，且这个过程是可以逆向进行的，所以PbO2也要找到一种可以作为二次电池的循环反应，那么迁移到铅蓄电池的工作原理，C区域电解质溶液应该是H2SO4，所以B区域电解质溶液是K2SO4。 (3) 综合上述分析，可以写出电池反应方程式：PbO2 + SO42- + Zn + 2H2O = PbSO4 + Zn(OH)42-9.【河北T18】(4)此电池中，消耗6.5克Zn，理论上可产生的容量(电量)为_毫
21、安时( )(1 mol电子的电量为1 F，1F=96500C/mol，结果保留整数)(5)已知E为电池电动势(电池电动势即电池的理论电压，是两个电极电位之差， )， 为电池反应的自由能变，则该电池与传统铅酸蓄电池相比较， _ ； _ (填“”或“”)。(6)Zn是一种重要的金属材料，工业上一般先将ZnS氧化，再采用热还原或者电解法制备。利用H2还原ZnS也可得到Zn，其反应式如下：ZnS(s)+H2(g) Zn(s)+H2S(g)。727时，上述反应的平衡常数Kp= 2.2410-6。此温度下，在盛有 的刚性容器内通入压强为1.01105Pa的H2，达平衡时H2S的分压为_Pa(结果保留两位小
22、数)。答案：(4) a (5) 5360 (6) (7) (8) 0.23 解析： (4)要使A区域电解质KOH保留在本区域内，使A区域呈碱性，则a为阳离子交换膜。(5)理论上消耗65克Zn，可产生2mol电子,所以消耗6.5克Zn，可产生0.2mol电子。1C=1A1s, 单位换算：1A=1000mA；1h=3600s。所以0.2mol电子所带电量为0.2mol96500C/mol=19300C=19300As=193001000/3600 mAh=5360 mAh(6) 正负极之间的电极电势差越大，电池电动势越大，由于锌比铅的金属性更强，所以电池电动势 大 (7) 电池反应的自由能变0时反
23、应自发进行。电池电动势越大，反应越趋向于自发进行。(8) 设达平衡时H2S的分压为X, 根据Kp= H2S / H2 = X / 1.01105 X= 2.2410-6 , 解得 X = 0.23 考查新型电池的工作原理和隔膜法的应用、Kp与分压的计算，电极电势与电动势的关系、电池反应的自由能变等信息。穿插物理学知识库仑和安培的关系，还有毫安和安培、秒与小时的单位换算等，加大了公式变形和计算的难度。 水性可充电电池由于其安全、低成本和可持续性的优势而受到了广泛的研究关注，而水的有限电化学稳定性窗口（1.23 V）则导致其无法与有机锂离子电池竞争。近日，中科院福建物构所温珍海研究员报道了一种碱-
24、酸Zn-PbO2混合电池，放电过程中，Zn在碱性负极中氧化成Zn(OH)42-并产生电子，经外电路转移到酸性正极将PbO2还原为PbSO4，正极中的SO42-和负极液中的K+通过阴离子交换膜（AEM）和阳离子交换膜CEM进入中间中性溶液完成循环。电化学测试结果显示，将碱性Zn负极与酸性PbO2正极耦合，由于碱-酸不对称电解质混合电池扩大了电压窗口和电化学中和能，在电流密度为5 mA cm-2时，表现出惊人的高开路电压(VOC)（3.09 V）和工作电压（2.95V）。此外，混合电池可以潜在地提供超过2 mAh cm-2的大面积容量以及252.39 Wh kg-1的高能量密度，并且在经过250次
25、的充放电循环后，面容量几乎没有衰退。良好的电化学性能使得混合碱酸锌铅电池凭为解决传统水性电池(如铅酸电池)的关键问题提供了很好的机会，并为先进的水系电池的发展铺平了道路。PART 03电化学的“根”在氧化还原反应，解答电化学问题的核心是抓住“失电子的氧化反应”发生在负极或阳极，其基本分析流程如下：PART 04【答案】B【详解】A电池放电时，锌单质被氧化成为锌离子，所以A为负极，所以电路中电流方向为BbaAB，故A错误；B放电时A区产生Zn2+，为负极，所以C区Cl-应移向A区，故M为阴离子交换膜，B区I2转化为I-，为正极，所以C区K+应移向B区，故N为阳离子交换膜，故B正确；C充电时B电极
26、应与外接电源的正极相连，则B电极应于铅蓄电池中的PbO2电极相连，故C项错误；D充电时Cl-从A区移向C区、K+从C区移向B区，所以C区增加的离子数为2NA时，电路中有1mol电子通过，A极的电极反应为Zn2+2e-=Zn，生成0.5molZn，所以A极增重32.5g，故D错误；1、2019年2月27日,科技日报报道中科院大连化学物理研究所创新性地提出锌碘单液流电池的概念,锌碘单液流电池中电解液的利用率达到近100% ,进而大幅度提高了电池的能量密度,工作原理如图所示。下列说法正确的是（ ）A该电池放电时电路中电流方向为AabBABM为阴离子交换膜,N为阳离子交换膜C如果使用铅蓄电池进行充电,
27、则B电极应与铅蓄电池中的Pb电极相连D若充电时C区增加的离子数为2NA,则A极增重65 g2、双极膜(BP)是阴、阳复合膜，在直流电的作用下，阴、阳膜复合层间的H2O解离成H+和OH-，作为H+和OH-离子源。利用双极膜电渗析法电解食盐水可获得淡水、NaOH和HCl，其工作原理如图所示，M、N为离子交换膜。下列说法错误的是（ ）AY电极与电源正极相连，发生的反应为4OH-4e-=O2+2H2OBM为阴离子交换膜，N为阳离子交换膜C“双极膜组”电渗析法也可应用于从盐溶液(MX)制备相应的酸(HX)和碱(MOH)D若去掉双极膜(BP)，电路中每转移1mol电子，两极共得到0.5mol气体【答案】B
28、D【解析】盐室加入NaCl浓溶液，阴离子向Y电极移动，则Y电极为阳极，则氯离子向Y电极移动，则N为阴离子交换膜；则X电极为阴极。A分析可知，Y电极为阳极，与电源正极相连，发生的反应为4OH-4e-=O2+2H2O，A说法正确；B分析可知，M为阳离子交换膜，N为阴离子交换膜，B说法错误；C“双极膜组”电渗析法利用阴阳离子的定向移动，可应用于从盐溶液(MX)制备相应的酸(HX)和碱(MOH)，C说法正确；D若去掉双极膜(BP)，电路中每转移1mol电子，两极可产生0.5mol氯气和0.5mol的氢气，共得到1mol气体，D说法错误；【变式训练】(1)锂锰电池的体积小，性能优良，是常用的一次电池。该
29、电池的反应原理如图所示，其中电解质LiClO4溶于混合有机溶剂中，Li通过电解质迁移进入MnO2晶格中，生成LiMnO2。回答下列问题：外电路的电流方向是由_(填“a”或“b”，下同)极流向_极。电池的正极反应式为_。(2)微生物燃料电池是一种利用微生物将化学能直接转化成电能的装置。已知某种甲醇微生物燃料电池中，电解质溶液为酸性，示意图如右：该电池中外电路电子的流动方向为_(填“从A到B”或“从B到A”)。工作结束后，B电极室溶液的pH与工作前相比将_(填“增大”“减小”或“不变”，溶液体积变化忽略不计)。A电极附近甲醇发生的电极反应为_。答案：(1)ba MnO2eLi=LiMnO2(2)从
30、A到B不变CH3OHH2O6e=6HCO2解析：(1)结合所给装置图以及原电池反应原理，可知Li作负极，MnO2作正极，所以电子流向是ab，电流方向则是ba。根据题给信息“电解质LiClO4溶于混合有机溶剂中，Li通过电解质迁移进入MnO2晶格中，生成LiMnO2”，所以正极的电极反应式为MnO2eLi=LiMnO2。(2)甲醇失去电子，作为电池的负极，所以该电池外电路电子的流动方向为从A到B。B电极上O2得电子消耗H，同时溶液中的H移向B电极室，所以B电极室溶液的pH与工作前相比未发生变化。CH3OH失电子，生成CO2和H，根据化合价变化和元素守恒配平方程式即可得电极反应式：CH3OHH2O6e=6HCO2
