高考化学复习 专题六电化学.docx

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高考化学复习专题六电化学

高考化学复习专题六电化学

[考纲要求]　1.理解原电池和电解池的构成、工作原理及应用，能书写电极反应和总反应方程式。

2.了解常见化学电源的种类及其工作原理。

3.了解金属发生电化学腐蚀的原因、金属腐蚀的危害以及防止金属腐蚀的措施。

考点一　原电池的工作原理及其应用

1．图解原电池工作原理

2．原电池装置图的升级考查

说明　

（1）无论是装置①还是装置②，电子均不能通过电解质溶液。

（2）在装置①中，由于不可避免会直接发生Zn＋Cu2＋===Cu＋Zn2＋而使化学能转化为热能，所以装置②的能量转化率高。

（3）盐桥的作用：

原电池装置由装置①到装置②的变化是由盐桥连接两个“半电池装置”，其中盐桥的作用有三种：

①隔绝正负极反应物，避免直接接触，导致电流不稳定；②通过离子的定向移动，构成闭合回路；③平衡电极区的电荷。

（4）离子交换膜作用：

由装置②到装置③的变化是“盐桥”变成“质子交换膜”。

离子交换膜是一种选择性透过膜，允许相应离子通过，离子迁移方向遵循电池中离子迁移方向。

题组一　原电池电极反应式书写集训

（一）辨析“介质”书写电极反应式

1．按要求书写不同“介质”下甲醇燃料电池的电极反应式。

（1）酸性介质，如H2SO4溶液：

负极：

CH3OH－6e－＋H2O===CO2＋6H＋。

正极：

O2＋6e－＋6H＋===3H2O。

（2）碱性介质，如KOH溶液：

负极：

CH3OH－6e－＋8OH－===CO

＋6H2O。

正极：

O2＋6e－＋3H2O===6OH－。

（3）熔融盐介质，如K2CO3：

负极：

CH3OH－6e－＋3CO

===4CO2＋2H2O。

正极：

O2＋6e－＋3CO2===3CO

。

（4）掺杂Y2O3的ZrO3固体作电解质，在高温下能传导O2－：

负极：

CH3OH－6e－＋3O2－===CO2＋2H2O。

正极：

O2＋6e－===3O2－。

（二）明确“充、放电”书写电极反应式

2．镍镉（Ni－Cd）可充电电池在现代生活中有广泛应用。

已知某镍镉电池的电解质溶液为KOH溶液，其充、放电按下式进行：

Cd＋2NiOOH＋2H2O

Cd（OH）2＋2Ni（OH）2。

负极：

Cd－2e－＋2OH－===Cd（OH）2。

阳极：

2Ni（OH）2＋2OH－－2e－===2NiOOH＋2H2O。

（三）识别“交换膜”提取信息，书写电极反应式

3．如将燃煤产生的二氧化碳回收利用，可达到低碳排放的目的。

如下图是通过人工光合作用，以CO2和H2O为原料制备HCOOH和O2的原理示意图。

负极：

2H2O－4e－===O2＋4H＋。

正极：

2CO2＋4H＋＋4e－===2HCOOH。

4．金属（M）－空气电池（如图）具有原料易得、能量密度高等优点，有望成为新能源汽车和移动设备的电源。

该类电池放电的总反应方程式为4M＋nO2＋2nH2O===4M（OH）n。

负极：

4M－4ne－===4Mn＋。

正极：

nO2＋2nH2O＋4ne－===4nOH－。

5．液体燃料电池相比于气体燃料电池具有体积小等优点。

一种以液态肼（N2H4）为燃料的电池装置如图所示。

负极：

N2H4－4e－＋4OH－===N2＋4H2O。

正极：

O2＋4e－＋2H2O===4OH－。

锂离子电池充放电分析

常见的锂离子电极材料

正极材料：

LiMO2（M：

Co、Ni、Mn等）

LiM2O4（M：

Co、Ni、Mn等）

LiMPO4（M：

Fe等）

负极材料：

石墨（能吸附锂原子）

负极反应：

LixCn－xe－===xLi＋＋nC

正极反应：

Li1－xMO2＋xLi＋＋xe－===LiMO2

总反应：

Li1－xMO2＋LixCn

nC＋LiMO2。

题组二　“盐桥”的作用与化学平衡的移动

6．控制适合的条件，将反应2Fe3＋＋2I－2Fe2＋＋I2设计成如下图所示的原电池。

下列判断不正确的是（　　）

A．反应开始时，乙中石墨电极上发生氧化反应

B．反应开始时，甲中石墨电极上Fe3＋被还原

C．电流表读数为零时，反应达到化学平衡状态

D．电流表读数为零后，在甲中溶入FeCl2固体，乙中的石墨电极为负极

答案　D

解析　由图示结合原电池原理分析可知，Fe3＋得电子生成Fe2＋被还原，I－失去电子生成I2被氧化，所以A、B正确；电流表读数为零时，Fe3＋得电子速率等于Fe2＋失电子速率，反应达到平衡状态，所以C正确；D项，在甲中溶入FeCl2固体，平衡2Fe3＋＋2I－2Fe2＋＋I2向左移动，I2被还原为I－，乙中石墨为正极，不正确。

7．某同学为探究Ag＋和Fe2＋的反应，按下图连接装置并加入药品（盐桥中的物质不参与反应），发现电压表指针偏移。

电子由石墨经导线流向银。

放置一段时间后，向甲烧杯中逐渐加入浓Fe2（SO4）3溶液，发现电压表指针的变化依次为偏移减小―→回到零点―→逆向偏移。

则电压表指针逆向偏移后，银为________（填“正”或“负”）极。

由实验得出Ag＋和Fe2＋反应的离子方程式是__________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

答案　负　Fe2＋＋Ag＋Fe3＋＋Ag

1．把氧化剂、还原剂均为溶液状态的氧化还原反应设计成原电池时，必须使用盐桥才能实现氧化剂与还原剂的分离，否则不会有明显的电流出现。

2．电子流向的分析方法

（1）改变条件，平衡移动；

（2）平衡移动，电子转移；

（3）电子转移，判断区域；

（4）根据区域，判断流向；

（5）根据流向，判断电极。

题组三　化学电池集训

（一）燃料电池

8．一种基于酸性燃料电池原理设计的酒精检测仪，负极上的反应为CH3CH2OH－4e－＋H2O===CH3COOH＋4H＋。

下列有关说法正确的是（　　）

A．检测时，电解质溶液中的H＋向负极移动

B．若有0.4mol电子转移，则在标准状况下消耗4.48L氧气

C．电池反应的化学方程式为CH3CH2OH＋O2===CH3COOH＋H2O

D．正极上发生的反应为O2＋4e－＋2H2O===4OH－

答案　C

解析　解答本题时审题是关键，反应是在酸性电解质溶液中进行的。

在原电池中，阳离子要向正极移动，故A错误；因电解质溶液是酸性的，不可能存在OH－，故正极的反应式为O2＋4H＋＋4e－===2H2O，转移4mol电子时消耗1molO2，则转移0.4mol电子时消耗2.24LO2，故B、D错误；电池反应式即正、负极反应式之和，将两极的反应式相加可知C正确。

9．（2015·江苏，10）一种熔融碳酸盐燃料电池原理示意如图。

下列有关该电池的说法正确的是（　　）

A．反应CH4＋H2O

3H2＋CO，每消耗1molCH4转移12mol电子

B．电极A上H2参与的电极反应为H2＋2OH－－2e－===2H2O

C．电池工作时，CO

向电极B移动

D．电极B上发生的电极反应为O2＋2CO2＋4e－===2CO

答案　D

解析　A项，

H4→

O，则该反应中每消耗1molCH4转移6mol电子，错误；B项，该电池的传导介质为熔融的碳酸盐，所以A电极即负极上H2参与的电极反应为H2－2e－＋CO

===CO2＋H2O，错误；C项，原电池工作时，阴离子移向负极，而B极是正极，错误；D项，B电极即正极上O2参与的电极反应为O2＋4e－＋2CO2===2CO

，正确。

10．甲醇燃料电池（简称DMFC）由于其结构简单、能量转化率高、对环境无污染，可作为常规能源的替代品而越来越受到关注。

DMFC的工作原理如下图所示：

通入a气体的电极是电池的________（填“正极”或“负极”），其电极反应为________________________________________________________________________。

答案　负极　CH3OH－6e－＋H2O===CO2＋6H＋

解析　根据图知，交换膜是质子交换膜，则电解质溶液呈酸性，根据氢离子移动方向知，通入a的电极为负极，通入b的电极为正极，负极上甲醇失去电子发生氧化反应，负极反应式为CH3OH－6e－＋H2O===CO2＋6H＋，正极上氧气得电子发生还原反应，电极反应式为O2＋4e－＋4H＋===2H2O。

（二）可逆电池

11．（2016·全国卷Ⅲ，11）锌－空气燃料电池可用作电动车动力电源，电池的电解质溶液为KOH溶液，反应为2Zn＋O2＋4OH－＋2H2O===2Zn（OH）

。

下列说法正确的是（　　）

A．充电时，电解质溶液中K＋向阳极移动

B．充电时，电解质溶液中c（OH－）逐渐减小

C．放电时，负极反应为Zn＋4OH－－2e－===Zn（OH）

D．放电时，电路中通过2mol电子，消耗氧气22.4L（标准状况）

答案　C

解析　A项，充电时，电解质溶液中K＋向阴极移动，错误；B项，放电时总反应方程式为2Zn＋O2＋4OH－＋2H2O===2Zn（OH）

，则充电时电解质溶液中c（OH－）逐渐增大，错误；C项，在碱性环境中负极Zn失电子生成的Zn2＋将与OH－结合生成Zn（OH）

，正确；D项，O2～4e－，故电路中通过2mol电子，消耗氧气0.5mol，标准状况下体积为11.2L，错误。

12．（2016·四川理综，5）某电动汽车配载一种可充放电的锂离子电池，放电时电池总反应为Li1－xCoO2＋LixC6===LiCoO2＋C6（x＜1）。

下列关于该电池的说法不正确的是（　　）

A．放电时，Li＋在电解质中由负极向正极迁移

B．放电时，负极的电极反应式为LixC6－xe－===xLi＋＋C6

C．充电时，若转移1mole－，石墨（C6）电极将增重7xg

D．充电时，阳极的电极反应式为LiCoO2－xe－===Li1－xCoO2＋xLi＋

答案　C

解析　放电时，负极反应为LixC6－xe－===xLi＋＋C6，正极反应为Li1－xCoO2＋xe－＋xLi＋===LiCoO2，A、B正确；充电时，阴极反应为xLi＋＋C6＋xe－===LixC6，转移1mole－时，石墨C6电极将增重7g，C项错误；充电时，阳极反应为放电时正极反应的逆反应：

LiCoO2－xe－===Li1－xCoO2＋xLi＋，D项正确。

13．（2017·全国卷Ⅲ，11）全固态锂硫电池能量密度高、成本低，其工作原理如图所示，其中电极a常用掺有石墨烯的S8材料，电池反应为16Li＋xS8===8Li2Sx（2≤x≤8）。

下列说法错误的是（　　）

A．电池工作时，正极可发生反应：

2Li2S6＋2Li＋＋2e－===3Li2S4

B．电池工作时，外电路中流过0.02mol电子，负极材料减重0.14g

C．石墨烯的作用主要是提高电极a的导电性

D．电池充电时间越长，电池中Li2S2的量越多

答案　D

解析　A项，原电池电解质中阳离子移向正极，根据全固态锂硫电池工作原理图示中Li＋移动方向可知，电极a为正极，正极发生还原反应，由总反应可知正极依次发生S8→Li2S8→Li2S6→Li2S4→Li2S2的还原反应，正确；B项，电池工作时负极电极方程式为Li－e－===Li＋，当外电路中流过0.02mol电子时，负极消耗的Li的物质的量为0.02mol，其质量为0.14g，正确；C项，石墨烯具有良好的导电性，故可以提高电极a的导电能力，正确；D项，电池充电时为电解池，此时电解总反应为8Li2Sx

16Li＋xS8（2≤x≤8），故Li2S2的量会越来越少，错误。

14．（2016·北京市海淀区高三上学期期末）2015年斯坦福大学研究人员研制出一种可在一分钟内完成充、放电的超常性能铝离子电池，内部用AlCl

和有机阳离子构成电解质溶液，其放电工作原理如下图所示。

下列说法不正确的是（　　）

A．放电时，铝为负极、石墨为正极

B．放电时，有机阳离子向铝电极方向移动

C．放电时的负极反应：

Al－3e－＋7AlCl

===4Al2Cl

D．充电时的阳极反应：

Cn＋AlCl

－e－===CnAlCl4

答案　B

解析　A项，放电时是原电池，铝是活性电极，石墨为惰性电极，铝为负极、石墨为正极，正确；B项，在原电池中，阳离子向正极移动，有机阳离子由铝电极向石墨电极方向移动，错误；C项，根据示意图，放电时，铝为负极，失去电子与AlCl

生成Al2Cl

，负极反应：

Al－3e－＋7AlCl

===4Al2Cl

，正确；D项，充电时，阳极发生氧化反应，电极反应式为Cn＋AlCl

－e－===CnAlCl4，正确。

（三）储“氢”电池

15．镍氢电池的化学方程式为NiO（OH）＋MH

NiO＋M＋H2O（M为储氢合金，电解质为KOH），下列说法不正确的是（　　）

A．充电过程中，电池的负极上发生的反应为H2O＋M＋e－===MH＋OH－

B．储氢合金位于电池的负极

C．放电时，OH－向电池的负极移动

D．充电过程中，化学能转化为电能储存在电池中

答案　D

解析　本题考查了电化学反应原理、电极反应式的书写等，意在考查学生的理解能力及应用能力。

据镍氢电池反应原理和化学方程式可知，充电过程为电解池，电池的负极得到电子，发生的反应为H2O＋M＋e－===MH＋OH－，A项正确；根据化学方程式可知，电池的负极有氢生成，M为储氢合金，只能位于电池的负极，B项正确；放电时，阴离子向负极移动，故电解质中的OH－移向负极，C项正确；充电过程是电能转化为化学能的过程，D项错误。

16．镍氢电池（NiMH）目前已经成为混合动力汽车的一种主要电池类型。

NiMH中的M表示储氢金属或合金。

该电池在充电过程中的总反应方程式是：

Ni（OH）2＋M===NiOOH＋MH

已知：

6NiOOH＋NH3＋H2O＋OH－===6Ni（OH）2＋NO

下列说法正确的是（　　）

A．NiMH电池放电过程中，正极的电极反应式为NiOOH＋H2O＋e－===Ni（OH）2＋OH－

B．充电过程中OH－离子从阳极向阴极迁移

C．充电过程中阴极的电极反应式：

H2O＋M＋e－===MH＋OH－，H2O中的H被M还原

D．NiMH电池中可以用KOH溶液、氨水等作为电解质溶液

答案　A

解析　A项，放电过程中，NiOOH得电子，化合价降低，发生还原反应，正确；B项，充电过程中发生电解池反应，OH－从阴极向阳极迁移，错误；C项，充电过程中，阴极M得到电子，M被还原，H2O中的H化合价没有发生变化，错误；D项，NiMH在KOH溶液、氨水中会发生氧化还原反应，错误。

考点二　电解池及其应用

1．图解电解池工作原理（阳极为惰性电极）

2．正确判断电极产物

①阳极产物的判断首先看电极，如果是活性电极作阳极，则电极材料失电子，电极溶解（注意：

铁作阳极溶解生成Fe2＋，而不是Fe3＋）；如果是惰性电极，则需看溶液中阴离子的失电子能力，阴离子放电顺序为S2－＞I－＞Br－＞Cl－＞OH－（水）。

②阴极产物的判断直接根据阳离子的放电顺序进行判断：

Ag＋＞Hg2＋＞Fe3＋＞Cu2＋＞H＋＞Pb2＋＞Fe2＋＞Zn2＋＞H＋（水）

3．对比掌握电解规律（阳极为惰性电极）

电解类型

电解质实例

溶液复原物质

电解水

NaOH、H2SO4或Na2SO4

水

电解电解质

HCl或CuCl2

原电解质

放氢生碱型

NaCl

HCl气体

放氧生酸型

CuSO4或AgNO3

CuO或Ag2O

注意　电解后有关电解质溶液恢复原态的问题应该用质量守恒法分析。

一般是加入阳极产物和阴极产物的化合物，但也有特殊情况，如用惰性电极电解CuSO4溶液，Cu2＋完全放电之前，可加入CuO或CuCO3复原，而Cu2＋完全放电之后，应加入Cu（OH）2或Cu2（OH）2CO3复原。

题组一　辨析电解原理易错点

1．正误判断，下列说法正确的打“√”，错误的打“×”

（1）电解质溶液导电发生化学变化（√）

（2）电解精炼铜和电镀铜，电解液的浓度均会发生很大的变化（×）

（3）电解饱和食盐水，在阳极区得到NaOH溶液（×）

（4）工业上可用电解MgCl2溶液、AlCl3溶液的方法制备Mg和Al（×）

（5）电解精炼铜时，阳极泥可以作为提炼贵金属的原料（√）

（6）用惰性电极电解CuSO4溶液，若加入0.1molCu（OH）2固体可使电解质溶液复原，则整个电路中转移电子数为0.4mol（√）

题组二　电解池电极反应式书写集训

（一）基本电极反应式的书写

2．按要求书写电极反应式

（1）用惰性电极电解NaCl溶液

阳极：

2Cl－－2e－===Cl2↑。

阴极：

2H＋＋2e－===H2↑。

（2）用惰性电极电解CuSO4溶液

阳极：

4OH－－4e－===2H2O＋O2↑（或2H2O－4e－===O2↑＋4H＋）。

阴极：

Cu2＋＋2e－===Cu。

（3）铁作阳极，石墨作阴极电解NaOH溶液

阳极：

Fe－2e－＋2OH－===Fe（OH）2。

阴极：

2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－。

（4）用惰性电极电解熔融MgCl2

阳极：

2Cl－－2e－===Cl2↑。

阴极：

Mg2＋＋2e－===Mg。

（二）提取“信息”书写电极反应式

3．按要求书写电极反应式

（1）以铝材为阳极，在H2SO4溶液中电解，铝材表面形成氧化膜，阳极反应式为________________________________________________________________________。

答案　2Al－6e－＋3H2O===Al2O3＋6H＋

（2）用Al单质作阳极，石墨作阴极，NaHCO3溶液作电解液进行电解，生成难溶物R，R受热分解生成化合物Q，写出阳极生成R的电极反应式：

_______________________________。

答案　Al＋3HCO

－3e－===Al（OH）3↓＋3CO2↑

（3）离子液体是一种室温熔融盐，为非水体系。

由有机阳离子、Al2Cl

和AlCl

组成的离子液体作电解液时，可在钢制品上电镀铝。

已知电镀过程中不产生其他离子且有机阳离子不参与电极反应，则电极反应式为

阳极：

Al－3e－＋7AlCl

===4Al2Cl

。

阴极：

4Al2Cl

＋3e－===Al＋7AlCl

。

（4）用惰性电极电解K2MnO4溶液能得到化合物KMnO4，则电极反应式为

阳极：

MnO

－e－===MnO

。

阴极：

2H＋＋2e－===H2↑。

（5）将一定浓度的磷酸二氢铵（NH4H2PO4）、氯化锂混合液作为电解液，以铁棒作阳极，石墨为阴极，电解析出LiFePO4沉淀，则阳极反应式为____________________________________

________________________________________________________________________。

答案　Fe＋H2PO

＋Li＋－2e－===LiFePO4↓＋2H＋

（三）根据“交换膜”利用“信息”书写电极反应式

4．按要求书写电极反应式

（1）电解装置如图，电解槽内装有KI及淀粉溶液，中间用阴离子交换膜隔开。

在一定的电压下通电，发现左侧溶液变蓝色，一段时间后，蓝色逐渐变浅。

已知：

3I2＋6OH－===IO

＋5I－＋3H2O

阳极：

2I－－2e－===I2。

阴极：

2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－。

（2）可用氨水作为吸收液吸收工业废气中的SO2，当吸收液失去吸收能力时，可通过电解法使吸收液再生而循环利用（电极均为石墨电极），并生成化工原料硫酸。

其工作示意图如下。

阳极：

HSO

－2e－＋H2O===3H＋＋SO

。

阴极：

2H＋＋2e－===H2↑（或2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－）。

题组三　电解池的“不寻常”应用

类型一　电解原理在治理环境中的不寻常应用

5．[2016·天津理综，10（5）]化工生产的副产氢也是氢气的来源。

电解法制取有广泛用途的Na2FeO4，同时获得氢气：

Fe＋2H2O＋2OH－

FeO

＋3H2↑，工作原理如图1所示。

装置通电后，铁电极附近生成紫红色FeO

，镍电极有气泡产生。

若氢氧化钠溶液浓度过高，铁电极区会产生红褐色物质。

已知：

Na2FeO4只在强碱性条件下稳定，易被H2还原。

①电解一段时间后，c（OH－）降低的区域在________（填“阴极室”或“阳极室”）。

②电解过程中，须将阴极产生的气体及时排出，其原因：

_____________________

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

③c（Na2FeO4）随初始c（NaOH）的变化如图2，任选M、N两点中的一点，分析c（Na2FeO4）低于最高值的原因：

___________________________________________。

答案　①阳极室　②防止Na2FeO4与H2反应使产率降低　③M点：

c（OH－）低，Na2FeO4稳定性差，且反应慢[或N点：

c（OH－）过高，铁电极上有Fe（OH）3生成，使Na2FeO4产率降低]

解析　①根据题意，镍电极有气泡产生是H＋得电子生成H2，发生还原反应，则铁电极上OH－被消耗且无补充，溶液中的OH－减少，因此电解一段时间后，c（OH－）降低的区域在阳极室。

②H2具有还原性，根据题意：

Na2FeO4只在强碱性条件下稳定，易被H2还原。

因此，电解过程中，需将阴极产生的气体及时排出，防止Na2FeO4与H2反应使产率降低。

③根据题意Na2FeO4只在强碱性条件下稳定，在M点：

c（OH－）低，Na2FeO4稳定性差，且反应慢；在N点：

c（OH－）过高，铁电极上有Fe（OH）3生成，使Na2FeO4产率降低。

类型二　电解原理在“制备物质”中的不寻常应用

（一）“单膜”电解池

6．[2015·山东理综，29

（1）]利用LiOH和钴氧化物可制备锂离子电池正极材料。

LiOH可由电解法制备，钴氧化物可通过处理钴渣获得。

利用如图装置电解制备LiOH，两电极区电解液分别为LiOH和LiCl溶液。

B极区电解液为________溶液（填化学式），阳极电极反应式为__________________________________，电解过程中Li＋向________电极迁移（填“A”或“B”）。

答案　LiOH　2Cl－－2e－===Cl2↑　B

解析　B极区生成H2，同时会生成LiOH，则B极区电解液为LiOH溶液；电极A为阳极，在阳极区LiCl溶液中Cl－放电，电极反应式为2Cl－－2e－===Cl2↑；在电解过程中Li＋（阳离子）向B电极（阴极区）迁移。

（二）“双膜”电解池

7．用NaOH溶液吸收烟气中的SO2，将所得的Na2SO3溶液进行电解，可循环再生NaOH，同时得到H2SO4，其原理如下图所示（电极材料为石墨）。

（1）图中a极要连接电源的________（填“正”或“负”）极，C口流出的物质是______