电化学原理中的高考常考问题.docx

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电化学原理中的高考常考问题

电化学原理中的常考问题

电化学是高中化学的重要基础理论内容之一，是高考的重点和热点问题，对原电池和电解池的考查往往以选择题的形式考查两电极反应式的书写、两电极附近溶液性质的变化、电子的转移或电流方向的判断等。

在Ⅱ卷中会以应用性和综合性进行命题，如与生产生活（如金属的腐蚀和防护等）相联系，与无机推断、实验及化学计算等进行学科内知识综合考查，在复习时要特别注意燃料电池和新型电池的正、负极材料分析和电极反应式的书写。

20XX年的高考中该部分仍是重点，在题型上应以传统题型为主，其中原电池、电解池的工作原理、电解产物的判断与计算、电极及电池反应方程式的书写、离子的移动方向、溶液pH的变化等都是高考命题的热点。

下面就高考常考问题简要总结如下：

一、关于原电池原理及其应用的考察

1、命题导向：

原电池原理是高考的重点，新型化学电源是高考的热点。

2、命题角度：

电池电极的判断，电极反应式的书写，原电池的设计等。

例一、（2011·海南卷改编，12）根据如图，下列判断中正确的是（　　）。

A．烧杯a中的溶液pH升高

B．烧杯b中发生还原反应

C．烧杯a中发生的反应为2H＋＋2e－===H2↑

D．烧杯b中发生的反应为2Cl－－2e－===Cl2↑

解析：

题中给出的物质表明，该电池的总反应是2Zn＋O2＋2H2O===2Zn（OH）2，a烧杯中电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，b中电极反应式为Zn－2e－===Zn2＋。

答案　A

3、解题关键——有关原电池原理的三点说明

1．原电池将一个完整的氧化还原反应分为两个半反应，负极发生氧化反应，正极发生还原反应，一般将两个电极反应中得失电子的数目写为相同，相加便得到总反应方程式。

2．不参与电极反应的离子从微观上讲发生移动，但从宏观上讲其在溶液中各区域的浓度基本不变。

3．原电池反应速率一定比相互接触的反应快。

如上题中a、b连接是构成原电池进行反应，a、b不连接则是在Fe电极接触面上直接进行反应。

前者的反应速率要大于后者。

4、易错警示

（1）在带有盐桥的原电池中，盐桥中的阳离子移向正极、阴离子移向负极，因此盐桥的作用是将两个半电池连通，形成闭合回路，平衡电荷。

（2）判断原电池的正负极时，除了考虑电极材料的相对活泼性外，还要考虑电解质溶液的性质及浓度。

如Mg—NaOH溶液—Al原电池中，Al作负极；Fe—浓硝酸—Cu原电池中，Cu作负极。

（3）对于可充电电池的反应，需看清楚“充电、放电”的方向，放电过程是原电池，充电过程是电解池。

（4）书写电极反应式的前提是能正确判断原电池的正、负极反应产物，判断的关键是关注电解质的介质环境。

【提升1】

（2012·四川理综，11）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：

结合题意，该电池总反应即是乙醇的氧化反应，不消耗H＋，故负极产生的H＋应向正极移动，A项错误；酸性溶液中，正极电极反应式为O2＋4e－＋4H＋===2H2O，D项错误，转移0.4mol电子时，消耗O20.1mol，即标准状况下为2.24L，B项错误；正极反应式与负极反应式相加可得电池反应为CH3CH2OH＋O2===CH3COOH＋H2O，C正确。

]

二、关于电解原理及其应用的考察

（1）命题导向：

电解原理与生产、生活实际联系密切，是高考的必考内容，也是高考的热点之一。

（2）命题角度：

电解原理及其应用。

【题型2】

碘被称为“智力元素”，科学合理地补充碘可防止碘缺乏病。

碘酸钾（KIO3）是国家规定的食盐加碘剂，它的晶体为白色，可溶于水。

碘酸钾在酸性介质中与过氧化氢或碘化物作用均生成单质碘。

以碘为原料，通过电解制备碘酸钾的实验装置如图所示。

（1）碘是________（填颜色）固体物质，实验室常用________的方法来分离提纯含有少量杂质的固体碘。

（2）电解前，先将一定量的精制碘溶于过量氢氧化钾溶液，溶解时发生反应：

3I2＋6KOH===5KI＋KIO3＋3H2O，将该溶液加入阳极区。

另将氢氧化钾溶液加入阴极区，电解槽用水冷却。

电解时，阳极上发生反应的电极反应式为_____________________________；

每生成1molKIO3，电路中通过的电子的物质的量为________。

（3）电解过程中，为确定电解是否完成，需检验电解液中是否有I－。

请设计一个检验电解液中是否有I－的实验方案，并按要求填写下表。

要求：

所需药品只能从下列试剂中选择，实验仪器及相关用品自选。

试剂：

淀粉溶液、淀粉KI试纸、过氧化氢溶液、稀硫酸。

实验方法

实验现象及结论

（4）电解完毕，从电解液中得到碘酸钾晶体的实验过程如下：

步骤②的操作名称是________，步骤⑤的操作名称是________。

步骤④洗涤晶体的目的是_____________________________________________________。

解析：

（1）碘是紫黑色固体，实验室常利用碘易升华的特性来分离提纯含有少量杂质的固体碘。

（2）电解时，溶液中的阴离子（I－、IO

、OH－）向阳极移动，因为I－的还原性最强，所以I－在阳极失电子被氧化为单质碘：

2I－－2e－===I2。

生成的I2再与KOH溶液反应生成KIO3：

3I2＋6KOH===5KI＋KIO3＋3H2O，如此循环，最终I－都转化为KIO3。

1molI－转化成1molIO

时，转移6mol电子。

（3）阳极区溶液中会含有IO

，如果其中含有I－，在酸性条件下，IO

和I－会反应生成单质碘：

IO

＋5I－＋6H＋===3I2＋3H2O。

据此可设计实验：

取少量阳极区溶液于试管中，加入几滴稀硫酸和淀粉溶液，如果溶液变蓝，则说明其中含有I－，否则没有I－。

（4）阳极电解液经过蒸发浓缩、冷却结晶后可得到碘酸钾晶体，过滤得到的碘酸钾晶体中含有KOH等杂质，需要进行洗涤除杂；洗涤后的晶体经干燥即得到纯净干燥的碘酸钾晶体。

答案　

（1）紫黑色　升华

（2）2I－－2e－===I2（或I－＋6OH－－6e－===IO

＋3H2O）　6mol

（3）

实验方法

实验现象及结论

取少量阳极区电解液于试管中，加稀硫酸酸化后加入几滴淀粉试液，观察是否变蓝

如果不变蓝，说明无I－（如果变蓝，说明有I－）

（4）冷却结晶　干燥　洗去吸附在碘酸钾晶体上的氢氧化钾等杂质

解题关键——有关电解的三点说明

（1）同一电解池的阴极、阳极电极反应中得、失电子数相等。

（2）书写电极反应式时需要考虑电解液（介质）的影响，不同的介质中，电极反应产物的存在形式不同，同样从电极反应式的产物存在形式也可以知道该电池反应的电解液（反应环境）的相关信息。

（3）串联电路中的各个电极反应得、失电子数相等。

在写电极反应式时，得、失电子数要相等，在计算电解产物的量时，应按得、失电子数相等计算。

易错警示

书写电解的离子方程式时，要将反应物中来自于水的H＋或OH－均换成水，在生成物中出现的是碱或酸。

易错警示

用石墨作电极电解一段时间后，应根据“出什么加什么”的原则使电解质溶液复原。

如电解稀盐酸和NaCl溶液——通入适量氯化氢气体，NaOH溶液和Na2SO4溶液——加入适量水，AgNO3溶液——加入适量Ag2O或Ag2CO3。

【提升2】

如图是一个化学过程的示意图。

已知甲池的总反应式为2CH3OH＋3O2＋4KOH===2K2CO3＋6H2O

请回答：

（1）甲池是________池，通入O2的电极作为________极，电极反应式为__________________________________________________________。

（2）乙池是________池，A电极名称为________极，电极反应式为__________________________________________________。

乙池中的总反应离子方程式为_______________________________，

溶液的pH________（填“增大”、“减小”或“不变”）。

（3）当乙池中B（Ag）极的质量增加5.40g时，甲池中理论上消耗O2________mL（标准状况下）。

解析：

（3）利用电子守恒找出关系式：

4Ag～O2，V（O2）＝

n（Ag）×22.4L·mol－1＝

×

×22.4L·mol－1＝0.28L，即280mL。

答案　

（1）原电　正　O2＋2H2O＋4e－===4OH－

（2）电解　阳　4OH－－4e－===O2↑＋2H2O　4Ag＋＋2H2O

4Ag＋O2↑＋4H＋　减小

（3）280

三、关于金属的腐蚀与防护的考察

（1）命题导向：

金属腐蚀与防护体现了电化学与生活实际的密切联系，是高考的热点之一。

（2）命题角度：

铜铁的电化学防护原理。

【题型3】

（2011·浙江理综，10）将NaCl溶液滴在一块光亮清洁的铁板表面上，一段时间后发现液滴覆盖的圆圈中心区（a）已被腐蚀而变暗，在液滴外

沿形成棕色铁锈环（b），如右图所示。

导致该现象的主要原因是液滴之下氧气含量比边缘处少。

下列说法正确的是（　　）。

A．液滴中的Cl－由a区向b区迁移

B．液滴边缘是正极区，发生的电极反应为：

O2＋2H2O＋4e－===4OH－

C．液滴下的Fe因发生还原反应而被腐蚀，生成的Fe2＋由a区向b区迁移，与b区的OH－形成Fe（OH）2，进一步氧化、脱水形成铁锈

D．若改用嵌有一铜螺丝钉的铁板，在铜铁接触处滴加NaCl溶液，则负极发生的电极反应为：

Cu－2e－===Cu2＋

答案　B解析：

　Cl－由b区向a区迁移，A错；正极反应为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，B正确；由题干知铁板发生吸氧腐蚀，铁做负极，发生氧化反应，因此C项错；铜镙丝钉做正极，因此D错。

解题关键——金属的两大防腐方法

1．牺牲阳极的阴极保护法

在被保护的钢铁设备（如海水中的闸门、地下的天然气管道等）上连接或直接安装若干锌块，使锌、铁形成原电池，锌作阳极，从而保护了钢铁免受腐蚀。

2．外加电流的阴极保护法

外加电流的阴极保护法是使被保护的钢铁设备作为阴极（接电源负极），用惰性电极作为阳极（接电源正极），在两者之间连接直流电源。

通电后，电子被强制流向被保护的钢铁设备，从而使钢铁表面产生电子积累，抑制钢铁设备失去电子，起到保护的作用。

【提升3】

（2012·山东理综，13）下列与金属腐蚀有关的说法正确的是（　　）。

A．图a中，插入海水中的铁棒，越靠近底端腐蚀越严重

B．图b中，开关由M改置于N时，CuZn合金的腐蚀速率减小

C．图c中，接通开关时Zn腐蚀速率增大，Zn上放出气体的速率也增大

D．图d中，ZnMnO2干电池自放电腐蚀主要是由MnO2的氧化作用引起的

答案B　解析：

图a中，烧杯底端的海水中含氧量比较少，故铁棒发生吸氧腐蚀的速率应该减小，A项错误；图b中，当开关置于N时，左边的锌与合金形成了原电池，并且合金作正极，合金的腐蚀速率减小，B项正确；图c中，接通开关后，形成原电池，生成氢气的速率增大，但是氢气是在Pt电极上放出的，C项错误；图d中，在放电时应该是MnO2发生还原反应，D项错误。

]

高考演练

1．（2012·大纲全国卷）①②③④四种金属片两两相连浸入稀硫酸中都可组成原电池。

①②相连时，外电路电流从②流向①；①③相连时，③为正极；②④相连时，②上有气泡逸出；③④相连时，③的质量减少。

据此判断这四种金属活动性由大到小的顺序是（　　）

A．①③②④　　　　　　　　B．①③④②

C．③④②①D．③①②④

解析：

选B　①②相连时，外电路电流从②流向①，说明①为负极；①③相连时，①为负极；②④相连时，②上有气泡，说明④为负极；③④相连时，③的质量减少，说明③为负极。

综上所述可知，这四种金属活动性由大到小的顺序为①③④②，选项B正确。

2．（2012·海南高考）下列各组中，每种电解质溶液电解时只生成氢气和氧气的是（　　）

A．HCl、CuCl2、Ba（OH）2B．NaOH、CuSO4、H2SO4

C．NaOH、H2SO4、Ba（OH）2D．NaBr、H2SO4、Ba（OH）2

解析：

选C　电解基本原理考查。

电解时只生成氧气和氢气，则电解质所含阳离子在金属活动性顺序表中位于铜之前，阴离子不是简单离子。

3．（2013·海南高考）Mg－AgCl电池是一种能被海水激活的一次性贮备电池，电池反应方程式为2AgCl＋Mg===Mg2＋＋2Ag＋2Cl－。

有关该电池的说法正确的是（　　）

A．Mg为电池的正极

B．负极反应为AgCl＋e－===Ag＋Cl－

C．不能被KCl溶液激活

D．可用于海上应急照明供电

解析：

选D　根据氧化还原判断，Mg为还原剂是负极、失电子，所以A、B都错误，电解质溶液可用KCl溶液代替，C错误。

4．（2013·新课标卷Ⅰ）银质器皿日久表面会逐渐变黑，这是生成了Ag2S的缘故。

根据电化学原理可进行如下处理：

在铝质容器中加入食盐溶液，再将变黑的银器浸入该溶液中，一段时间后发现黑色会褪去。

下列说法正确的是（　　）

A．处理过程中银器一直保持恒重

B．银器为正极，Ag2S被还原生成单质银

C．该过程中总反应为2Al＋3Ag2S===6Ag＋Al2S3

D．黑色褪去的原因是黑色Ag2S转化为白色AgCl

解析：

选B　本题考查电化学知识在生活中的应用，意在考查考生运用电化学原理解决实际问题的能力。

根据信息可知在银器处理过程中运用了原电池原理，铝质容器作负极，电极反应为2Al－6e－===2Al3＋；银器作正极，电极反应为3Ag2S＋6e－===6Ag＋3S2－；继而Al3＋和S2－发生互相促进的水解反应：

2Al3＋＋3S2－＋6H2O===2Al（OH）3↓＋3H2S↑，故原电池的总反应为：

3Ag2S＋2Al＋6H2O===6Ag＋2Al（OH）3＋3H2S↑，故C错误。

黑色褪去的原因是Ag2S被还原为Ag，此过程中银器质量逐渐减小，故A、D错误，B正确。

5．（2013·天津高考）为增强铝的耐腐蚀性，现以铅蓄电池为外电源，以Al作阳极、Pb作阴极，电解稀硫酸，使铝表面的氧化膜增厚。

反应原理如下：

电池：

Pb（s）＋PbO2（s）＋2H2SO4（aq）===2PbSO4（s）＋2H2O（l）

电解池：

2Al＋3H2O

Al2O3＋3H2↑

电解过程中，以下判断正确的是（　　）

电池

电解池

A

H＋移向Pb电极

H＋移向Pb电极

B

每消耗3molPb

生成2molAl2O3

C

正极：

PbO2＋4H＋＋

2e－===Pb2＋＋2H2O

阳极：

2Al＋3H2O－

6e－===Al2O3＋6H＋

D

解析：

选D　本题考查电化学知识，意在考查考生提取信息的能力、判断能力和知识的迁移能力。

原电池中阳离子向正极移动，所以H＋移向PbO2极，电解池中，阳离子移向阴极，即H＋移向Pb极，A项错误；原电池中消耗3molPb，转移6mole－，在电解池中转移6mole－生成1molAl2O3，B项错误；原电池中正极反应为PbO2＋2e－＋4H＋＋SO

===PbSO4＋2H2O，C项错误；原电池中Pb失电子转化为PbSO4，所以Pb电极质量增加，而电解池中Pb作阴极，不参与反应，所以质量不变，D项正确。

高考模拟

1．（双选）（2012·海南高考改编）下列叙述错误的是（　　）

A．生铁中含有碳，抗腐蚀能力比纯铁弱

B．用锡焊接的铁质器件，焊接处易生锈

C．在铁制品上镀铜时，镀件为阳极，铜盐为电镀液

D．铁管上镶嵌铜块，铁管不易被腐蚀

解析：

选CD　A、B、D选项，都是原电池原理，铁作负极，使铁更易腐蚀。

2．（双选）（2013·浙江高考改编）电解装置如图所示，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

下列说法不正确的是（　　）

A．右侧发生的电极反应式：

2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－

B．电解结束后，只有左侧溶液中含有IO

C．电解槽内发生反应的总化学方程式：

KI＋3H2O

KIO3＋3H2↑

D．如果用阳离子交换膜代替阴离子交换膜，电解槽内发生的总化学反应不变

解析：

选BD　本题考查了电化学知识，意在考查考生对新型电池的分析能力。

装置图中左侧电极为阳极，I－失去电子生成I2，右侧电极为阴极，H2O得到电子生成H2，A、C项正确；电解结束后，左侧溶液中的IO

经阴离子交换膜进入右侧，B项错误；D项，如果将阴离子交换膜换为阳离子交换膜，那么阴极产生的OH－不会与I2发生反应，故电解槽内发生的总化学反应要变化，D项错误。

3．（双选）如下图所示，用铅蓄电池电解100g10.0%的硫酸钠溶液，经过一段时间后，测得溶液质量变为95.5g。

下列说法正确的是（　　）

A．电路中转移0.5mol电子

B．铅蓄电池中消耗0.5molH2SO4

C．铅蓄电池的负极反应式为：

PbSO4＋2H2O－2e－===PbO2＋4H＋＋SO

D．Fe电极发生的电极反应为Fe－2e－===Fe2＋

解析：

选AB　电解硫酸钠溶液时，铁作阴极，D项错误；电解硫酸钠溶液其实质上是电解水，根据题意可知有4.5g水被电解，转移电子的物质的量为4.5g/18g·mol－1×2＝0.5mol，A项正确；铅蓄电池的负极应为Pb失去电子，C项错误。

由电池反应Pb＋PbO2＋2H2SO4===2PbSO4＋2H2O可知B正确。

4．如图是一个用铂丝作电极,电解稀的MgSO4溶液的装置,电解液中加有中性红指示剂,此时溶液呈红色。

（指示剂的pH变色范围:

6.8~8.0,酸色—红色,碱色—黄色）

回答下列问题:

（1）下列关于电解过程中电极附近溶液颜色变化的叙述正确的是　　　　　（填编号）; 

①A管溶液由红变黄②B管溶液由红变黄③A管溶液不变色④B管溶液不变色

（2）写出A管中发生的反应:

　　　　　　　　　　; 

（3）写出B管中发生的反应:

　　　　　　　　　　; 

（4）检验a管中气体的方法是　　　　　　　　　　; 

（5）检验b管中气体的方法是　　　　　　　　　　; 

（6）电解一段时间后,切断电源,将电解液倒入烧杯内观察到的现象是　　　　　　　　　　　。

解析:

由装置图可知A为电解池的阴极,电极反应为:

4H++4e-

2H2↑;B为电解池的阳极,电极反应为:

4OH--4e-

2H2O+O2↑。

根据放电情况可知A极由于H+放电附近显碱性,指示剂应显黄色,同时还会发生反应Mg2++2OH-

Mg（OH）2↓;B极由于OH-放电附近显酸性,指示剂仍显本身的颜色红色。

在检验H2时利用其可燃性,检验O2时利用其能使带火星的木条复燃的性质进行检验。

由于该电解池实质是电解水,所以将电解液倒入烧杯后,整个溶液呈中性,故指示剂变红,Mg（OH）2沉淀会消失。

答案:

（1）①④

（2）2H++2e-

H2↑、Mg2++2OH-

Mg（OH）2↓（3）4OH--4e-

2H2O+O2↑

（4）用拇指按住管口,取出试管,靠近火焰,放开拇指,有爆鸣声,管口有蓝色火焰

（5）用拇指按住管口,取出试管,放开拇指,将带有火星的木条伸入试管内,木条复燃

（6）溶液呈红色,白色沉淀溶解（或大部分溶解）

4.（2013·浙江理综，11）电解装置如图所示，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－===IO3－＋5I－＋3H2O

下列说法不正确的是（　　）。

A．右侧发生的电极反应式：

2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－

B．电解结束时，右侧溶液中含IO3－

C．电解槽内发生反应的总化学方程式：

KI＋3H2O

KIO3＋3H2↑

D．如果用阳离子交换膜代替阴离子交换膜，电解槽内发生的总化学反应不变

解析　左侧变蓝，说明左侧是阳极，I－在阳极放电，被氧化生成I2，因而右侧是阴极，只能是水电离的H＋放电被还原生成H2，其电极反应为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，A项正确；阴离子交换膜允许阴离子通过，B项正确；电解KI的过程发生如下两个反应：

①2I－＋2H2O

I2＋2OH－＋H2↑②3I2＋6OH－===IO3－＋5I－＋3H2O

①×3＋②即得总方程式，C项正确；如果将阴离子交换膜换成阳离子交换膜，阴极产生的OH－将不能到达阳极区，I2与OH－无法反应生成IO3－，因而D项错。

答案　D