电化学基础考题分析与解题方法.doc

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《电化学基础》考题分析与解题方法

广州市真光中学化学科王国强

一、课程标准、考试说明的要求

新课程内容标准

新课程活动

与探究建议

2010年广东省高考

考试说明要求

1．体验化学能与电能相互转化的探究过程，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．通过查阅资料了解常见化学电源的种类及其工作原理，认识化学能与电能相互转化的实际意义及其重要应用。

3．能解释金属发生电化学腐蚀的原因，认识金属腐蚀的危害，通过实验探究防止金属腐蚀的措施。

①实验探究：

电能与化学能的相互转化。

②调查市场常见化学电池的种类，讨论它们的工作原理、生产工艺和回收价值。

③查阅资料并交流：

防止钢铁腐蚀的方法。

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。

了解常见化学电源的种类及其工作原理。

2.理解金属发生电化学腐蚀的原因，金属腐蚀的危害，防止金属腐蚀的措施。

二、近三年高考有关电化学知识考题分析

从新课程实验省（如山东、宁夏、广东、海南、江苏、天津等）近三年化学考题分析，其中考查原电池、电解池原理及电化学腐蚀的考题有19题，全国所有省份2009年高考题就有20题之多，可见这部分知识重要性。

（一）原电池及原理其综合考查

1、在书本锌铜原电池原理基础上稍有变化的原电池：

从原电池的组成、电极反应（或原电池反应）、电流方向（或电子流向）、盐桥的作用等多方面来考查原电池的基本原理，在多年来高考题中时有出现，体现了对基础知识和能力的考查。

如（09福建卷11）（08年广东化学·5）（07年海南卷第14题）有盐桥的铜银电池；（07年宁夏理综·26）锌银原电池工作原理与阿伏伽德罗常数关系；（07年山东理综·29）简单原电池设计。

（见附件1）

【复习建议】高考命题的原则是万变不离其宗，无论谁命题考查的都是教材的核心知识内容。

必须抓好基础，重视课本，重视主干知识，逐一过关。

同样是重点知识内容，复习方法可以有所不同。

电化学部分知识是学生易弄错易弄混的难点知识内容。

学习和复习的过程中都不能赶进度，也不能搞“题海战术”。

要引导学生认真阅读教材，深入思考核心知识内容，最关键的知识内容一定要让学生自己理解记忆，而不是死记硬背。

学生把难点真正“消化”了就可以做到一通百通，题目再怎么变换形式，学生也能会答，而不用老师讲个面面俱道。

复习原电池要从氧化还原反应开始。

有电子转移的反应叫氧化还原反应，若能使氧化还原反应发生在两类导体的界面上，并使转移的电子从导线中流过就会有电流产生。

Zn跟稀H2SO4制H2的反应可分解为Zn－2e-=Zn2+，2H++2e-=H2↑的两个半反应。

这两个半反应就是原电池的电极反应。

真正想懂原电池等自发电池中发生的电极反应与氧化还原反应的关系。

象把FeCl3溶液与Cu的反应设计成自发电池的题目就很容易答出来。

对于各种电池中发生的电极反应和总的氧化还原反应都不要去死记硬背，都要引导学生自己分析自己写出。

2、扩展到其他自发电池：

①能分析一次电池（碱性锌锰电池）、可充电电池（铅蓄电池）的充放电情况：

正负极、阴阳极的判断及电极反应式。

如（09山东卷29）、（08年广东化学·16）、（08年海南化学·7）、（08年江苏化学·5）、（07年广东·24）。

（见附件2）

②常见燃料电池（氢氧燃料电池，甲烷、乙醇等燃料电池）的正负极判断，能写出在酸性/碱性条件下的电极反应式及总反应，并能从电极反应物、得失电子判断电极反应式的正误。

如（09天津卷10）、（09广东·14）、（09江苏卷12）、（08年宁夏理综·10）、（08年山东理综·29）、（07年广东化学·9）。

③（09浙江卷12）（09四川卷29）考查磷酸亚铁锂（LiFePO4）新型锂离子电池、（09年海南化学·15）考查心脏起搏器电池：

Li—SOCl2电池。

（见附件3）

【复习建议】教学中应把选修四第四章第2节给出的碱性锌锰电池、铅蓄电池、氢氧燃料电池的正负极材料、电极反应及总反应作为重点分析。

虽然课本中只给出氢氧燃料电池一个例子，但课本还提了一句“除氢气外，烃、肼、甲醇、氨、煤气等液体或气体，均可作燃料电池的燃料；除纯氧外，空气中的氧气也可以作氧化剂”。

讲课时适当拓展，则可以开阔学生的思维，做到举一反三。

试题的命题材料很多很新颖，但殊途同归，考查的内容都是围绕那几个知识点进行。

课堂上有意识地涉及，当学生遇到背景新的题目时就不会觉得无从下手了。

3.实物图电池：

这一类是09年各地化学高考题重要的考查形式，这类题设问方式很多，且

灵活多变，如实物图接线柱的连接、电极情况分析、与化学实验相联系、化学计算等。

如（09

年江苏化学·12）、（09年福建理综·11）。

（见附件4）

【复习建议】要充分利用实物图，从实物图获取信息，提炼信息，从而正确解题。

4.金属的腐蚀和防护：

07年-09年广东化学高考题连续三年都对金属发生电化学腐蚀的原因、金属腐蚀的危害、防止金属腐蚀的措施等进行了考查，题型都是选择题。

从三年的试题可看出这部分考的难度不大。

（见附件5）

【复习建议】金属发生电化学腐蚀是在电解质溶液存在条件下形成无数多的微小原电池而造成的腐蚀。

无论是吸氧腐蚀，还是析氢腐蚀都要让学生自己看书自己分析，通过自己动脑想懂再自己写出电极反应式。

电化学腐蚀原理与原电池相同，但它不是作为电源使用，故强调的是电极上发生的反应，所以电化学保护法才叫牺牲阳极的阴极保护法。

（二）电解池原理及其综合考查

1.电解池电极材料的选择，电解后电解质溶液pH变化，电极反应式，阴阳极的放电顺序，转移电子数的计算。

如（07年广东化学·20）、（09年江苏化学·16）。

2.电解原理的应用：

电解饱和食盐水（09重庆卷26）、（09安徽卷12）、（08年山东理综·30）、（07年山东理综·31）、（09年宁夏·37）；电镀池（镀铜）（09年广东·23）、电冶金（09年山东理综·31）；电解精炼铜的工作原理（09北京卷6）、（08年广东·22）等，主要考查电解原理、阴阳极材料、电极反应式及总反应。

（见附件6）

3.与化工生产题型相结合电解原理来考查化合物性质。

（见附件7）

【复习建议】电解是在直流电的作用下，电解质溶液或熔融电解质在阴阳两极发生氧化还原反应的过程。

电解时电解池的阳极连电源正极。

电解的目的是为了获得电解产物，因此一般都采用惰性电极。

要想判断好电解产物，除应明确电场力的作用下阴离子移向阳极，阳离子移向阴极外，还应记准离子的放电顺序。

阳离子在阴极的放电顺序正好与金属活动顺序相反。

在阳极阴离子的放电顺序突出记住Cl->OH->NO3-即可。

判断酸碱盐水溶液的电解产物，首先让学生自己写电离式分析溶液中有哪几种离子，根据放电顺序判断阳极、阴极应出什么产物，然后自己写电极反应式、电解的化学反应方程式。

最后引导学生自己进行总结，归纳出有无氧气或氢气产生的四类电解质水溶液电解规律，包括电解产物、方程式、适用范围、溶液pH变化等。

熔融电解质的电极产物要让学生自己分析并写出方程式。

将电化学知识的核心内容融会贯通，就能解答好各种类型的题并取得好成绩。

对于电化学专题，展望今后，高考命题会继续在上述几方面进行，同时也会出既涉及新能源、环境保护、工业生产等热点问题，以及利用电解原理实现用通常方法难以制备的物质的制备等方面的内容。

将电化学有关知识应用在化学实验现象的判断和分析、定量实验的操作要求、离子方程式的书写、氧化还原反应问题分析、化学计算”等方面，是高考命题的一个新的变化，应引起足够的重视。

三、解题提示

1、几类必会的原电池反应方程式及电极方程式

（1）碱性锌锰干电池：

负极：

Zn—2e－＋2OH—＝Zn（OH）2

正极：

2MnO2＋2H2O＋2e－＝2MnOOH＋2OH－（或2MnO2＋H2O＋2e－＝Mn2O3＋2OH－）

电池总反应为：

Zn+2MnO2+2H2O＝Zn（OH）2+2MnOOH

或：

Zn+2MnO2+H2O＝Zn（OH）2+Mn2O3

（2）铅蓄电池：

负极：

Pb—2e－＋2SO42—＝PbSO4

正极：

PbO2+2e—+4H++SO42—＝PbSO4+2H2O

电池总反应为：

Pb＋PbO2+2H2SO42PbSO4+2H2O

（3）各种二次充电电池：

根据“可逆”方程式中的“充电和放电”方向判断原电池的正、负极和电解池的阴、阳极，写出各极方程式。

例1.LiFePO4电池具有稳定性高、安全、对环境友好等优点，可用于电动汽车。

电池反应为：

FePO4+LiLiFePO4，电池的正极材料是LiFePO4，负极材料是石墨，含Li+导电固体为电解质。

下列有关LiFePO4电池说法正确的是

A.可加入硫酸以提高电解质的导电性

B放电时电池内部Li+向负极移动.

C.充电过程中，电池正极材料的质量减少

D.放电时电池正极反应为：

FePO4+Li++e-＝LiFePO4

例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+2H2OCd（OH）2+2Ni（OH）2

有关该电池的说法正确的是

A．充电时阳极反应：

Ni（OH）2－e—+OH-==NiOOH+H2O

B．充电过程是化学能转化为电能的过程

C．放电时负极附近溶液的碱性不变

D．放电时电解质溶液中的OH-向正极移动

（4）各种燃料电池：

根据电解质溶液的性质（酸性、碱性、中性或熔融盐）及两极反应物的性质写出电极方程式。

例1．据报道，我国拥有完全自主知识产权的氢氧燃料电池车已在北京奥运会期间为运动员提供了优质服务。

某种氢氧燃料电池的电解液为KOH溶液，下列有关叙述不正确的是

A.正极反应式为：

O2+2H2O+4e－=4OH－

B.工作一段时间后，电解液中KOH的物质的量不变

C.该燃料电池的总反应方程式为：

2H2+O2=2H2O

D.用该电池电解CuCl2溶液，产生2.24LCl2（标准状况）时，有0.1mol电子转移

例2．新型的质子交换膜燃料电池——甲醇燃料电池，在固定电站、电动车、军用特种电源、载人的公共汽车和奔驰轿车上等方面都有广阔的应用前景。

其工作原理如图所示。

写出有关电极方程式。

【答案】总反应2CH3OH+3O2＝2CO2+4H2O，

负极反应式为：

2CH3OH+2H2O=2CO2+12H++12e-；

正极反应式为：

3O2+12e-+12H+＝6H2O（H+可自由移动）。

2、原电池、电解池电极方程式的书写方法

①确定正、负极或阴、阳极放电微粒（不一定是电极材料，得失电子均可称为“放电”，也可根据题中所给的总方程式判断）。

②写电极方程式：

负、阳极放电微粒失电子，正、阴极放电微粒得电子。

③如果放电后所得的微粒还可以与电解液发生离子反应，则电极方程式中还要有电解液中的粒子参加反应。

④正、负极或阴、阳极电极方程式电子数可配成等同的最小公倍数，也可不用等同。

⑤也可根据题中所给的总方程式和先写出来一极方程式相减得到另一极方程式（？

）。

⑥如果由水电离出来的H+或OH—在电极上放电，则此电极方程式可以写H+或OH—放电，也可写H2O放电。

例如：

（1）电解饱和食盐水：

阴极：

2H++2e—=H2↑或写成H2O+2e—=H2↑+2OH—；

（2）电解CuSO4溶液：

阳极：

4OH——4e—=2H2O+O2↑或写成2H2O—4e—=O2↑+4H+。

⑦知道阴或阳离子交换膜的作用与原理：

阴（阳）离子交换膜只允许阴（阳）离子自由通过，不允许阳（阴）离子和分子通过。

例1．（09年江苏化学·12）以葡萄糖为燃料的微生物燃料电池结构示意图如图所示。

关于该电池的叙述正确的是

A．该电池能够在高温下工作

B．电池的负极反应为：

C6H12O6＋6H2O－24e－=6CO2↑＋24H＋

C．放电过程中，H＋从正极区向负极区迁移

D．在电池反应中，每消耗1mol氧气，理论上能生成标

准状况下CO2气体

3、燃料电池的试题类型和解题方法

（1）燃料电池在放电时发生的总反应和燃料燃烧时的总反应实质相同，但反应方程式不一定相同。

如：

甲烷碱性燃料电池总反应和燃烧反应方程式：

CH4+2O2+2OH-=CO32-+3H2O（酸性介质时相同）；CH4+2O2CO2+2H2O

（2）一般是由O2作氧化剂，可燃物为还原剂。

所以可燃物为负极反应物，发生氧化反应，O2为正极反应物，发生还原反应。

（3）燃料电池铂电极的作用：

吸附燃料气和催化燃料气的反应

（4）O2在正极放电的电极方程式写法：

①酸性介质：

O2+4e—+4H+==2H2O

②碱性或中性介质：

O2+4e—+2H2O==4OH—

③固体氧化物熔融传导O2—：

O2+4e—==2O2—

④熔融碳酸盐：

负极O2+4e—+CO2==CO32—（O2—与CO2反应）

例1．氢氧燃料电池的突出优点是把化学能直接转化为电能，而不经过热能中间形式。

以KOH为电解质发生的反应为：

2H2+O2==2H2O。

⑴电极反应式分别为：

负极          ，正极           。

⑵如把KOH改为稀H2SO4作导电物质，则电极反应式为    、   。

⑶如把H2改为甲烷，KOH作导电物质，则电极反应式为   、  。

如果用稀H2SO4作导电物质，则电极反应式为       、      。

答案：

⑴碱性介质：

负极：

2H2+4OH-－4e-=4H2O正极：

O2+2H2O+4e-＝4OH-  

⑵酸性介质：

负极：

2H2－4e-=4H+正极：

O2+4H++4e-＝2H2O。

⑶碱性介质：

负极：

CH4+10OH-－8e－=CO32-+7H2O正极：

O2+2H2O+4e-＝4OH-。

酸性介质：

负极：

CH4+2H2O－8e-=CO2+8H+正极：

O2+4H++4e-＝2H2O。

例2．一种新型燃料电池，一极通入空气，另一极通入丁烷气体；电解质是掺杂氧化钇（Y2O3）的氧化锆（ZrO2）晶体 ，在熔融状态下能传导O2—。

下列对该燃料电池说法正确的是

A.在熔融电解质中，O2—由负极移向正极

B.电池的总反应是：

2C4H10+13O2==8CO2+10H2O

C.通入空气的一极是正极，电极反应为：

O2+4e—=2O2—

D.通入丁烷的一极是正极，电极反应为：

C4H10+26e—+13O2—==4CO2+5H2O

例3．（2000年理科高考综合卷26题）熔融盐燃料电池具有高的发电效率,因而受到重视,可用Li2CO3和Na2CO3的熔融盐混和物作电解质,CO为负极燃气，空气与CO2的混和气为正极助燃气，制得在650℃下工作的燃料电池。

完成有关电极及电池方程式

负极：

2CO+2CO32-—4e—==4CO2

正极：

总反应式

答案：

负极：

2CO＋2CO32-—4e－==4CO2

正极：

O2＋4e-＋2CO2＝2CO32-

总电池反应式：

2CO＋O2＝2CO2

4、钢铁腐蚀的类型及其原理——析氢腐蚀和吸氧腐蚀

析氢腐蚀

※吸氧腐蚀

条件

水膜酸性较强

水膜呈弱酸性、中性或碱性

正极反应

2H2O+2e—==H2↑+2OH—

O2+2H2O+4e—==4OH—

负极反应

Fe—2e—==Fe2+

总式：

2Fe+O2+2H2O=2Fe（OH）2

4Fe（OH）2+O2+2H2O=4Fe（OH）3

P87【科学探究】牺牲阳极的阴极保护法实验中，用K3[Fe（CN）6]（铁氰化钾）溶液检验Fe2+的有关现象（蓝色沉淀）反应方程式：

2[Fe（CN）6]3—+3Fe2+=Fe3[Fe（CN）6]2（铁氰化亚铁）。

例1．（09北京卷6）下列叙述不正确的是

A．铁表面镀锌，铁作阳极

B．船底镶嵌锌块，锌作负极，以防船体被腐蚀

C．钢铁吸氧腐蚀的正极反应：

2H2O+O2+4e—==4OH—

D．工业上电解饱和和食盐水的阳极反应：

2Cl——2e—=Cl2↑

5、电解池放电顺序：

电解过程中阴、阳两极上离子的放电顺序：

当阳极是惰性电极时，几种阴离子的放电顺序可依据常例为：

Cl—＞OH—＞SO42—；当阳极是活性电极（易失电子的金属）时，放电顺序应为：

金属（电极）＞Cl—＞OH—＞SO42—。

在阴极，阳离子的放电顺序一般是：

按金属活动顺序，越不活泼金属，其阳离子越容易被还原（Ag+>Fe3+>Cu2+>H+>Pb2+>Sn2+>Fe2+>Zn2+）（注意：

阳极：

Fe—2e—=Fe2+；阴极：

Fe3++e—=Fe2+），而铝以前的金属均不可能在水溶液中被还原。

要特别注意：

教学中不要把阴、阳离子在电极上的放电顺序绝对化。

因为阴、阳离子在两极上的放电情况比较复杂，与离子性质、溶液浓度、电流密度和电极材料等都有关系。

2、几个必会和熟记的电解反应方程式及电极方程式

①电解CuCl2溶液：

CuCl2Cu+Cl2↑

②电解熔融MgCl2：

MgCl2（熔融）Mg+Cl2↑

③电解熔融NaCl：

NaCl（熔融）2Na+Cl2↑

④电解饱和NaCl溶液（饱和食盐水）：

2NaCl（饱和）+2H2O2NaOH+H2↑+Cl2↑

⑤电解CuSO4溶液：

2CuSO4+2H2O2Cu+O2↑+2H2SO4

⑥电解AgNO3溶液：

4AgNO3+2H2O4Ag+O2↑+4HNO3

⑦电解熔融氧化铝：

2Al2O3（熔融）4Al+3O2↑

例1．用两支惰性电极插入CuSO4溶液中，通电电解，当有1×10－3mol的OH－放电时，溶液显浅蓝色，则下列叙述正确的是（）

A．阳极上析出5.6mLO2（标准状况）

B．阴极上析出32mgCu

C．阴极上析出11.2mLH2（标准状况）

D．阳极和阴极质量都无变化

6、电化学有关计算方法——紧紧依靠下列两个守恒关系以及pH换算：

（1）（溶液中离子）电荷守恒

（2）（两极）电子守恒

例1.用惰性电极电解M（NO3）x的水溶液，当阴极上增重ag时，在阳极上同时产生bL氧气（标准状况）：

从而可知M的原子量为（）

A.22.4ax/b　　　　B.11.2ax/b　　　　　C.5.6ax/b　　　　D.2.5ax/b

例2．设NA为阿伏伽德罗常数的值，下列叙述中正确的是（）

A、lmolO2－含有的电子数为17NA

B、电解饱和食盐水时，阳极上生成1mol气体时转移的电子数为2NA

C、常温常压下，32g18O2中所含的中子数为20NA

D、工业上铜的电解精炼时电解池中每转移1mol电子时阳极上溶解的铜等于0.5NA

7、各种电池优、缺点评价：

（优点）

（1）比能量大（单位体积或质量所能输出电能的多少）：

碱性锌锰干电池、锂电池、银锌电池

（2）可储存的时间长：

碱性锌锰干电池、锂电池、银锌电池、铅蓄电池

（3）电压稳定，电流持续：

碱性锌锰干电池、锂电池、银锌电池、铅蓄电池

（4）废弃电池无污染：

燃料电池

燃料电池能量转化率高，废弃物污染小，电压稳定，电流持续。

四、题型示例

【附件1】——原电池原理基本原理

1．（08年广东化学·5）用铜片、银片、Cu（NO3）2溶液、AgNO3溶液、导线和盐桥（装有琼

脂-KNO3的U型管）构成一个原电池。

以下有关该原电池的叙述正确的是

①在外电路中，电流由铜电极流向银电极②正极反应为：

Ag++e-=Ag

③实验过程中取出盐桥，原电池仍继续工作

④将铜片浸入AgNO3溶液中发生的化学反应与该原电池反应相同

A．①② B．②③ C．②④ D．③④

2.（2007海南·14）依据氧化还原反应：

2Ag+（aq）+Cu（s）==Cu2+（aq）+2Ag（s）设计的原电池如图所示。

请回答下列问题：

（1）电极X的材料是           ；电解质溶液Y是           ；

（2）银电极为电池的           极，发生的电极反应为           ；X电极上发生的电极反应为           ；

（3）外电路中的电子是从           电极流向           电极。

【答案】

（1）CuAgNO3

（2）正极Ag++e－＝Ag↓Cu－2e－＝Cu2+（3）XAg

3．（07年宁夏理综·26）（14分）

（1）将锌片和银片浸入稀硫酸中组成原电池，两电极间连接一个电流计。

锌片上发生的电极反应：

；

银片上发生的电极反应：

。

（2）若该电池中两电极的总质量为60g，工作一段时间后，取出锌片和银片洗净干燥后称

重，总质量为47g，试计算：

①产生氢气的体积（标准状况）；

②通过导线的电量。

（已知NA＝6.02×1023/mol，电子电荷为1.60×10－19C）

【答案】：

（1）Zn－2e－=Zn2＋2H＋＋2e－=H2↑

（2）①4.5L②3.8×104C

4.（07年山东理综·29）铁及铁的化合物应用广泛，如FeCl3可用作催化剂、印刷电路铜板腐蚀剂和外伤止血剂等。

（1）写出FeCl3溶液腐蚀印刷电路铜板的离子方程式：

2Fe3+Cu=Cu2++2Fe2+

（2）若将

（1）中的反应设计成原电池，请画出原电池的装置图，标出正、负极，并写出电极反应式。

正极反应负极反应。

【附件2】——【（碱性锌锰电池）、可充电电池（铅蓄电池）】

1．（08年广东化学·16）LiFePO4电池具有稳定性高、安全、对环境友好等优点，可用于电动汽车。

电池反应为：

FePO4+Li放电

充电

LiFePO4，电池的正极材料是LiFePO4，负极材料是石墨，含Li＋导电固体为电解质。

下列有关LiFePO4电池说法正确的是

A．可加入硫酸以提高电解质的导电性

B．放电时电池内部Li＋向负极移动.

C．充电过程中，电池正极材料的质量减少

D．放电时电池正极反应为：

FePO4+Li++e-=LiFePO4

2．（08年海南化学·7）关于铅蓄电池的说法正确的是

A．在放电时，正极发生的反应是Pb（s）+SO42—（aq）=PbSO4（s）+2e—

B．在放电时，该电池的负极材料是铅板

C．在充电时，电池中硫酸的浓度不断变小

D．在充电时，阳极发生的反应是PbSO4（s）+2e—=Pb（s）+SO42—（aq）

3．（08年江苏化学·5）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+2H2OCd（OH）2+2Ni（OH）2。

有关该电池的说法正确的是

A．充电时阳极反应：

Ni（OH）2－e—+OH-==NiOOH+H