高考化学二轮专题七电化学.docx

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高考化学二轮专题七电化学

[考纲要求]　1.了解原电池和电解池的工作原理，能写出电极反应和电池反应方程式。

2.了解常见化学电源及其工作原理。

3.理解金属发生电化学腐蚀的原因；了解金属腐蚀的危害和防止金属腐蚀的措施。

考点一　原电池原理的全面突破

1．通常只有能自发进行的氧化还原反应才能设计成原电池。

2．工作原理

以锌铜原电池为例：

电极名称

负极

正极

电极材料

锌片

铜片

电极反应

Zn－2e－===Zn2＋

Cu2＋＋2e－===Cu

反应类型

氧化反应

还原反应

电子流向

由Zn沿导线流向Cu

盐桥中

离子移向

盐桥含饱和KCl溶液，K＋移向正极，Cl－移向负极

盐桥的作用

（1）平衡电荷；

（2）避免断路时发生化学腐蚀（隔离作用）

说明　

（1）无论是装置Ⅰ还是装置Ⅱ，电子均不能通过电解质溶液。

（2）在装置Ⅰ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Ⅱ的能量转化率高。

题组一　对比设计两类原电池

1．[2013·广东理综，33

（2）（3）]

（2）能量之间可相互转化：

电解食盐水制备Cl2是将电能转化为化学能，而原电池可将化学能转化为电能。

设计两种类型的原电池，探究其能量转化效率。

限选材料：

ZnSO4（aq），FeSO4（aq），CuSO4（aq）；铜片，铁片，锌片和导线。

①完成原电池甲的装置示意图（见上图），并作相应标注，要求：

在同一烧杯中，电极与溶液含相同的金属元素。

②以铜片为电极之一，CuSO4（aq）为电解质溶液，只在一个烧杯中组装原电池乙，工作一段时间后，可观察到负极___________________________________________________________。

③甲、乙两种原电池可更有效地将化学能转化为电能的是________，其原因是________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

（3）根据牺牲阳极的阴极保护法原理，为减缓电解质溶液中铁片的腐蚀，在

（2）的材料中应选__________作阳极。

答案　

（2）①

（或其他合理答案）

②电极逐渐溶解，表面有红色固体析出

③甲　在甲装置中，负极不和Cu2＋接触，避免了Cu2＋直接与负极发生反应而使化学能转化为热能

（3）锌片

解析　

（2）①根据题给条件和原电池的构成条件可得：

a．若用Zn、Cu、CuSO4（aq）、ZnSO4（aq）组成原电池，Zn作负极，Cu作正极，Zn插入到ZnSO4（aq）中，Cu插入到CuSO4（aq）中。

b．若用Fe、Cu、FeSO4（aq）、CuSO4（aq）组成原电池，Fe作负极，Cu作正极，Fe插入到FeSO4（aq）中，Cu插入到CuSO4（aq）中。

c．注意，画图时要注意电极名称、电极材料、电解质溶液名称（或化学式），并形成闭合回路。

②由于金属活动性Zn>Fe>Cu，锌片或铁片作负极，由于Zn或Fe直接与CuSO4溶液接触，工作一段时间后，负极逐渐溶解，表面有红色固体析出。

③带有盐桥的甲原电池中负极没有和CuSO4溶液直接接触，二者不会直接发生置换反应，化学能不会转化为热能，几乎全部转化为电能；而原电池乙中的负极与CuSO4溶液直接接触，两者会发生置换反应，部分化学能转化为热能，化学能不可能全部转化为电能。

（3）由牺牲阳极的阴极保护法可得，铁片作正极（阴极）时被保护，作负极（阳极）时被腐蚀，所以应选择比铁片更活泼的锌作负极（阳极）才能有效地保护铁不被腐蚀。

方法归纳

原电池的设计思路

首先根据离子方程式判断出氧化剂、还原剂，明确电极反应。

然后再分析两剂状态确定电极材料，若为固态时可作电极，若为溶液时则只能作电解质溶液。

然后补充缺少的电极材料及电解质溶液。

电极材料一般添加与电解质溶液中阳离子相同的金属作电极（使用惰性电极也可），电解质溶液则是一般含有与电极材料形成的阳离子相同的物质。

最后再插入盐桥即可。

题组二　“盐桥”的作用与化学平衡的移动

2．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．电流计读数为零时，反应达到化学平衡状态

D．电流计读数为零后，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；电流计读数为零时Fe3＋得电子速率等于Fe2＋失电子速率，反应达到平衡状态；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。

3．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________极（填“正”或“负”）。

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

答案　负　Fe2＋＋Ag＋Fe3＋＋Ag

失误防范

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。

考点二　几种重要的化学电池

高考中常见的新型电池有“氢镍电池”、“高铁电池”、“碱性锌锰电池”、“海洋电池”、“燃料电池”（如新型细菌燃料电池、氢氧燃料电池、丁烷燃料电池、甲醇质子交换膜燃料电池、CO燃料电池）、“锂离子电池”、“锌银电池”、“纽扣电池”、“Mg—AgCl电池”、“Mg—H2O2电池”等。

新型电池是对电化学原理的综合考查，在高考中依托新型电池考查的电化学原理知识有以下几点。

1．判断电极

（1）“放电”时正、负极的判断

①负极：

元素化合价升高或发生氧化反应的物质；

②正极：

元素化合价降低或发生还原反应的物质。

（2）“充电”时阴、阳极的判断

①阴极：

“放电”时的负极在“充电”时为阴极；

②阳极：

“放电”时的正极在“充电”时为阳极。

2．微粒流向

（1）电子流向

①电解池：

电源负极→阴极，阳极→电源正极；

②原电池：

负极→正极。

提示：

无论是电解池还是原电池电子均不能流经电解质溶液。

（2）离子流向

①电解池：

阳离子移向阴极，阴离子移向阳极；

②原电池：

阳离子移向正极，阴离子移向负极。

3．书写电极反应式

（1）“放电”时电极反应式的书写

①依据条件，指出参与负极和正极反应的物质，根据化合价的变化，判断转移电子的数目；

②根据守恒书写负极（或正极）反应式，特别应注意电极产物是否与电解质溶液共存。

（2）“充电”时电极反应式的书写

充电时的电极反应与放电时的电极反应过程相反，充电的阳极反应为放电时正极反应的逆过程，充电的阴极反应为放电时负极反应的逆过程。

特别提醒　在书写“放电”时电极反应式时，要注意：

（1）阳离子在正极上参与反应，在负极上就必须生成；

（2）阴离子在负极上参与反应，在正极上就必须生成。

题组一　“一池多变”的燃料电池

1．一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，阳离子要往正极移动，故A错；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；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。

2．（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；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。

类型“全”归纳

不同“介质”下燃料电池电极反应式的书写，大多数学生感到较难。

主要集中在：

一是得失电子数目的判断，二是电极产物的判断。

下面以CH3OH、O2燃料电池为例，分析电极反应式的书写。

（1）酸性介质，如H2SO4。

CH3OH在负极上失去电子生成CO2气体，O2在正极上得到电子，在H＋作用下生成H2O。

电极反应式为

负极：

CH3OH－6e－＋H2O===CO2↑＋6H＋

正极：

O2＋6e－＋6H＋===3H2O

（2）碱性介质，如KOH溶液。

CH3OH在负极上失去电子，在碱性条件下生成CO

，1molCH3OH失去6mole－，O2在正极上得到电子生成OH－，电极反应式为

负极：

CH3OH－6e－＋8OH－===CO

＋6H2O

正极：

O2＋6e－＋3H2O===6OH－

（3）熔融盐介质，如K2CO3。

在电池工作时，CO

移向负极。

CH3OH在负极上失去电子，在CO

的作用下生成CO2气体，O2在正极上得到电子，在CO2的作用下生成CO

，其电极反应式为

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，在高温下能传导正极生成的O2－。

根据O2－移向负极，在负极上CH3OH失电子生成CO2气体，而O2在正极上得电子生成O2－，电极反应式为

负极：

CH3OH－6e－＋3O2－===CO2↑＋2H2O

正极：

O2＋6e－===3O2－

题组二　“久考不衰”的可逆电池

（一）“传统”可逆电池的考查

3．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。

有关该电池的说法正确的是（　　）

A．放电时负极得电子，质量减轻

B．放电时电解质溶液中的OH－向正极移动

C．充电时阴极附近溶液的pH减小

D．充电时阳极反应：

Ni（OH）2－e－＋OH－===NiOOH＋H2O

答案　D

解析　该可充电电池的放电过程的电极反应式为负极：

Cd－2e－＋2OH－===Cd（OH）2；正极：

2NiOOH＋2H2O＋2e－===2Ni（OH）2＋2OH－，所以正确选项为D。

（二）“新型”可逆电池的考查

4．（2014·新课标全国卷Ⅱ，12）2013年3月我国科学家报道了如图所示的水溶液锂离子电池体系。

下列叙述错误的是（　　）

A．a为电池的正极

B．电池充电反应为LiMn2O4===Li1－xMn2O4＋xLi

C．放电时，a极锂的化合价发生变化

D．放电时，溶液中Li＋从b向a迁移

答案　C

解析　图示所给出的是原电池装置。

A项，由图示分析，金属锂易失电子，由原电池原理可知，含有锂的一端为原电池的负极，即b为负极，a为正极，故正确；B项，电池充电时为电解池，反应式为原电池反应的逆反应，故正确；C项，放电时，a极为原电池的正极，发生还原反应的是Mn元素，锂元素的化合价没有变化，故不正确；D项，放电时为原电池，锂离子应向正极（a极）迁移，故正确。

5．

（1）[2015·四川理综，11（5）]FeSO4在一定条件下可制得FeS2（二硫化亚铁）纳米材料。

该材料可用于制造高容量锂电池，电池放电时的总反应为4Li＋FeS2===Fe＋2Li2S，正极反应式是________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

（2）[2015·广东理综，32（5）]一种可超快充电的新型铝电池，充放电时AlCl

和Al2Cl

两种离子在Al电极上相互转化，其他离子不参与电极反应，放电时负极Al的电极反应式为________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

答案　

（1）FeS2＋4Li＋＋4e－===Fe＋2Li2S或FeS2＋4e－===Fe＋2S2－

（2）Al－3e－＋7AlCl

===4Al2Cl

方法归纳

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。

题组三　“广泛应用”的高科技电池

6．气体的自动化检测中常常应用原电池原理的传感器。

下图为电池的工作示意图，气体扩散进入传感器，在敏感电极上发生反应，传感器就会接收到电信号。

下表列出了待测气体及敏感电极上部分反应产物。

则下列说法中正确的是（　　）

待测气体

敏感电极部分产物

NO2

NO

Cl2

HCl

CO

CO2

H2S

H2SO4

A.上述气体检测时，敏感电极均作原电池正极

B．检测Cl2气体时，敏感电极的电极反应为Cl2＋2e－===2Cl－

C．检测H2S气体时，对电极充入空气，对电极上电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－

D．检测H2S和CO体积分数相同的两份空气样本时，传感器上产生的电流大小相同

答案　B

解析　A项，NO2―→NO，得电子，作正极，Cl2―→HCl，得电子，作正极，CO―→CO2，失电子，作负极，H2S―→H2SO4，失电子，作负极；B项，根据产物可以判断Cl2得电子，生成Cl－，正确；C项，应为O2＋4e－＋4H＋===2H2O；D项，H2S生成H2SO4失去8e－，而CO生成CO2失去2e－，所以检测体积分数相同的两气体时传感器上产生的电流大小不相同。

考点三　电解池的“不寻常”应用

“六点”突破电解池

1．分清阴、阳极，与电源正极相连的为阳极，与电源负极相连的为阴极，两极的反应为“阳氧阴还”。

2．剖析离子移向，阳离子移向阴极，阴离子移向阳极。

3．注意放电顺序。

4．书写电极反应式，注意得失电子守恒。

5．正确判断产物。

（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）

6．恢复原态措施。

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　电解原理在“治理环境”中的不寻常应用

1．（2015·四川理综，4）用右图所示装置除去含CN－、Cl－废水中的CN－时，控制溶液pH为9～10，阳极产生的ClO－将CN－氧化为两种无污染的气体。

下列说法不正确的是（　　）

A．用石墨作阳极，铁作阴极

B．阳极的电极反应式：

Cl－＋2OH－－2e－===ClO－＋H2O

C．阴极的电极反应式：

2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－

D．除去CN－的反应：

2CN－＋5ClO－＋2H＋===N2↑＋2CO2↑＋5Cl－＋H2O

答案　D

解析　Cl－在阳极发生氧化反应生成ClO－，水电离出的H＋在阴极发生还原反应生成H2，又由于电解质溶液呈碱性，故A、B、C项正确；D项，溶液呈碱性，离子方程式中不能出现H＋，正确的离子方程式为2CN－＋5ClO－＋H2O===N2↑＋2CO2↑＋5Cl－＋2OH－，错误。

2．[2015·北京理综，27（4）]利用如图所示装置从海水中提取CO2，有利于减少环境温室气体含量。

①结合方程式简述提取CO2的原理：

________________________________________________

________________________。

②用该装置产生的物质处理b室排出的海水，合格后排回大海。

处理至合格的方法是________________________________________________________________________。

答案　①a室：

2H2O―4e－===O2↑＋4H＋，H＋通过阳离子膜进入b室，发生反应：

HCO

＋H＋===CO2↑＋H2O

②c室的反应：

2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，用c室排出的碱液将从b室排出的酸液调至接近装置入口海水的pH

解析　①a室的电极连接电源的正极，作阳极，发生氧化反应：

2H2O―4e－===O2↑＋4H＋，c（H＋）增大，H＋从a室通过阳离子膜进入b室，发生反应：

HCO

＋H＋===CO2↑＋H2O。

②海水的pH≈8，电解后的海水pH<6，呈酸性；c室的反应：

2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，可用c室排出的碱液与从b室排出的酸液中和调至接近装置入口海水的pH，即处理合格。

题组二　电解原理在“制备物质”中的不寻常应用

3．

（1）[2014·新课标全国卷Ⅰ，27（4）]H3PO2也可用电渗析法制备。

“四室电渗析法”工作原理如图所示（阳膜和阴膜分别只允许阳离子、阴离子通过）：

①写出阳极的电极反应式：

_______________________________________________________

_________________。

②分析产品室可得到H3PO2的原因：

________________________________________________

________________________________________________________________________________________________。

③早期采用“三室电渗析法”制备H3PO2：

将“四室电渗析法”中阳极室的稀硫酸用H3PO2稀溶液代替。

并撤去阳极室与产品室之间的阳膜，从而合并了阳极室与产品室。

其缺点是产品中混有____________杂质。

该杂质产生的原因是_____________________________________

___________________________________。

（2）[2014·北京理综，26（4）]电解NO制备NH4NO3，其工作原理如图所示，为使电解产物全部转化为NH4NO3，需补充物质A，A是________，说明理由：

___________________________

_____________________________________________________________________________________________________________________。

答案　

（1）①2H2O－4e－===O2↑＋4H＋

②阳极室的H＋穿过阳膜扩散至产品室，原料室的H2PO

穿过阴膜扩散至产品室，二者反应生成H3PO2

③PO

　H2PO

或H3PO2被氧化

（2）NH3　根据反应：

8NO＋7H2O

3NH4NO3＋2HNO3，电解产生的HNO3多

4．[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。

考点四　金属腐蚀与防护的“两种比较”、“两种方法”

1．两种比较

（1）析氢腐蚀和吸氧腐蚀的比较

类型

析氢腐蚀

吸氧腐蚀

条件

水膜呈酸性

水膜呈弱酸性或中性

正极

反应

2H＋＋2e－

===H2↑

O2＋2H2O＋4e－

===4OH－

负极反应

Fe－2e－===Fe2＋

其他

反应

Fe2＋＋2OH－===Fe（OH）2↓

4Fe（OH）2＋O2＋2H2O===

4Fe（OH）3

Fe（OH）3失去部分水转化为铁锈

（2）腐蚀快慢的比较

①一般来说可用下列原则判断：

电解池原理引起的腐蚀>原电池原理引起的腐蚀>化学腐蚀>有防护措施的腐蚀；

②对同一金属来说，腐蚀的快慢：

强电解质溶液中>弱电解质溶液中>非电解质溶液中；

③活泼性不同的两种金属，活泼性差别