高考化学二轮复习专题 电化学.docx

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高考化学二轮复习专题电化学

专题八：

电化学

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

2.了解常见化学电源的种类及其工作原理。

3.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。

考点一　盐桥问题面面观

知识精讲

1．电化学装置中都有两个电极，分别发生氧化反应与还原反应。

若两个电极插在同一电解质溶液的容器内，则由于阴阳离子的移动速率不同而导致两极之间出现浓度差，以及因电极本身直接与离子反应而导致两极之间电势差变小，影响了电流的稳定。

为解决这个问题，人们使用了盐桥。

盐桥主要出现在原电池中，有时也可在电解池中出现，其主要作用就是构建闭合的内电路，但不影响反应的实质。

盐桥内常为饱和氯化钾、硝酸钾等溶液。

2．盐桥是新课改教材中出现的新名词，因而围绕盐桥的电化学知识已成为新课改地区命题的一个热点，所以有必要分析研究盐桥问题的考查思路。

常从以下四方面命题。

（1）考查盐桥的作用；

（2）考查含盐桥的电化学总反应式的书写；

（3）考查盐桥内溶液离子的移动方向；

（4）考查含盐桥的电化学装置的设计。

题组集训

题组一　明确原理，设计装置

1．根据下图，下列判断中正确的是（）

A．烧杯a中的溶液pH降低

B．烧杯b中发生氧化反应

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

2．[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。

方法归纳

1．工作原理

原电池的闭合回路有外电路与内电路之分，外电路的电流是从正极流向负极，内电路是从负极流向正极，故内电路中的阳离子移向正极、阴离子移向负极。

（盐桥中的阳离子移向正极区，阴离子移向负极区，以维持电荷守恒）。

2．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液。

然后补充缺少的电极材料及电解液。

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

3．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

4．下图Ⅰ、Ⅱ分别是甲、乙两组同学将反应“AsO

＋2I－＋2H＋AsO

＋I2＋H2O”设计成的原电池装置，其中C1、C2均为碳棒。

甲组向图Ⅰ烧杯中逐滴加入适量浓盐酸；乙组向图ⅡB烧杯中逐滴加入适量40%NaOH溶液。

下列叙述中正确的是（）

A．甲组操作时，电流计（G）指针发生偏转

B．甲组操作时，溶液颜色变浅

C．乙组操作时，C2做正极

D．乙组操作时，C1上发生的电极反应为I2＋2e－===2I－

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　燃料电池与不同“介质”

知识精讲

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－

题组集训

题组一　判断“酸、碱”介质，理清书写思路

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－

2．将两个铂电极放置在KOH溶液中，然后分别向两极通入CH4和O2，即可产生电流。

下列叙述正确的是（）

①通入CH4的电极为正极　②正极的电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－③通入CH4的电极反应式为CH4＋2O2＋4e－===CO2＋2H2O④负极的电极反应式为CH4＋10OH－－8e－===CO

＋7H2O⑤放电时溶液中的阳离子向负极移动　⑥放电时溶液中的阴离子向负极移动

A．①③⑤B．②④⑥C．④⑤⑥D．①②③

思路归纳

对于燃料电池，正极往往通入O2，书写时应注意：

（1）首先书写正极反应式：

①酸性O2＋4e－＋4H＋===2H2O

②碱性O2＋4e－＋2H2O===4OH－

（2）然后用总反应式减去正极的电极反应式得到负极的电极反应式。

题组二　区分介质“状态”，判断离子流向

3．某燃料电池以Ca（HSO4）2固体为电解质传递H＋，其基本结构如图所示，电池总反应可表示为2H2＋O2===2H2O。

请回答：

（1）H＋由____极通过固体酸电解质传递到另一极（填a或b）。

（2）b极上发生的电极反应式是__________________。

4．科学家制造出一种使用固体电解质的燃料电池，其效率更高，可用于航天航空。

如下图所示装置中，以稀土金属材料作惰性电极，在两极上分别通入CH4和空气，其中固体电解质是掺杂了Y2O3的ZrO3固体，它在高温下能传导正极生成的O2－。

（1）c电极的名称为________。

（2）d电极上的电极反应式为____________________。

失误防范

根据内电路中的离子流向判断正、负极，在内电路中，阳离子由负极区流向正极区，阴离子由正极区流向负极区。

考点三　突破电解池，应用“不寻常”

知识精讲

“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，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＋>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。

题组集训

题组一　对可充电电池的深度剖析

1．Li/SO2电池具有输出功率高和低温性能好等特点，其电解质是LiBr，溶剂是碳酸丙烯酯和乙腈，电池反应式为2Li＋2SO2

Li2S2O4。

下列说法正确的是（）

A．该电池反应为可逆反应

B．放电时，Li＋向负极移动

C．充电时，阴极反应式为Li＋＋e－===Li

D．该电池的电解质溶液可以换成LiBr的水溶液

2．某种可充电聚合物锂离子电池放电时的反应为

Li1－xCoO2＋LixC6===6C＋LiCoO2，其工作原理示意图如右。

下列说法不正确的是（）

A．放电时LixC6发生氧化反应

B．充电时，Li＋通过阳离子交换膜从左向右移动

C．充电时将电池的负极与外接电源的负极相连

D．放电时，电池的正极反应为Li1－xCoO2＋xLi＋＋xe－===LiCoO2

方法技巧

对于可充电电池，放电时为原电池，符合原电池工作原理，负极发生氧化反应，正极发生还原反应；外电路中电子由负极流向正极，内电路中阳离子向正极移动，阴离子向负极移动。

可充电电池充电时为电解池，阳极发生氧化反应，阴极发生还原反应；充电时电池的“＋”极与外接直流电源的正极相连，电池的“－”极与外接直流电源的负极相连。

题组二　电解原理的“不寻常”应用

（一）处理废水

3．某工厂采用电解法处理含铬废水，耐酸电解槽用铁板作阴、阳极，槽中盛放含铬废水，原理示意图如右，下列说法不正确的是（）

A．A为电源正极

B．阳极区溶液中发生的氧化还原反应为

Cr2O

＋6Fe2＋＋14H＋===2Cr3＋＋6Fe3＋＋7H2O

C．阴极区附近溶液pH降低

D．若不考虑气体的溶解，当收集到H213.44L（标准状况）时，有0.1molCr2O

被还原

（二）制备物质

4．电解尿素[CO（NH2）2]的碱性溶液制氢气的装置示意图如下：

电解池中隔膜仅阻止气体通过，阴阳两极均为惰性电极，

（1）A极为________，电极反应式为______________________。

（2）B极为________，电极反应式为______________________。

（三）处理废气

5．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________。

（2）SO

放电的电极反应式为____________

。

（3）电解过程中阴极区碱性明显增强，用平衡移动原理解释原因________。

考点四　“两比较”“两法”突破金属的腐蚀与防护

知识精讲

1．两比较

（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，活泼性差别越大，腐蚀越快。

④对同一种电解质溶液来说，电解质溶液浓度越大，金属腐蚀的速率越快。

2．两种保护方法

（1）加防护层

如在金属表面加上油漆、搪瓷、沥青、塑料、橡胶等耐腐蚀的非金属材料；采用电镀或表面钝化等方法在金属表面镀上一层不易被腐蚀的金属。

（2）电化学防护

①牺牲阳极的阴极保护法——原电池原理：

正极为被保护的金属；负极为比被保护的金属活泼的金属；

②外加电流的阴极保护法——电解原理：

阴极为被保护的金属，阳极为惰性电极。

题组集训

题组一　两种腐蚀的比较

1．利用下图装置进行实验，开始时，a、b两处液面相平，密封好，放置一段时间。

下列说法不正确的是（）

A．a管发生吸氧腐蚀，b管发生析氢腐蚀

B．一段时间后，a管液面高于b管液面

C．a处溶液的pH增大，b处溶液的pH减小

D．a、b两处具有相同的电极反应式：

Fe－2e－===Fe2＋

2．右图是用铁铆钉固定两个铜质零件的示意图，若该零件置于潮湿空气中，下列说法正确的是（）

A．发生电化学腐蚀，铜为负极，铜极产生H2

B．铜易被腐蚀，铜极上发生还原反应，吸收O2

C．铁易被腐蚀，铁发生氧化反应，Fe－2e===Fe2＋

D．发生化学腐蚀：

Fe＋Cu2＋===Cu＋Fe2＋

失误防范

正确判断“介质”溶液的酸碱性是分析析氢腐蚀和吸氧腐蚀的关键。

潮湿的空气、中性溶液发生吸氧腐蚀；NH4Cl溶液、稀H2SO4等酸性溶液发生析氢腐蚀。

题组二　腐蚀快慢与防护方法的比较

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

4．下列与金属腐蚀有关的说法，正确的是（）

A．图1中，铁钉易被腐蚀

B．图2中，滴加少量K3[Fe（CN）6]溶液，没有蓝色沉淀出现

C．图3中，燃气灶的中心部位容易生锈，主要是由于高温下铁发生化学腐蚀

D．图4中，用牺牲镁块的方法来防止地下钢铁管道的腐蚀，镁块相当于原电池的正极

考点五　正确理解“电解池”的串联　突破电化学的计算

知识精讲

电化学计算的基本方法和技巧：

原电池和电解池的计算包括两极产物的定量计算、溶液pH的计算、相对原子质量和阿伏加德罗常数的计算、产物的量与电量关系的计算等。

通常有下列三种方法：

1．根据电子守恒计算

用于串联电路中阴阳两极产物、正负两极产物、相同电量等类型的计算，其依据是电路中转移的电子数相等。

2．根据总反应式计算

先写

出电极反应式，再写出总反应式，最后根据总反应式列出比例式计算。

3．根据关系式计算

根据得失电子守恒定律关系建立起已知量与未知量之间的桥梁，构建计算所需的关系式。

如以通过4mole－为桥梁可构建如下关系式：

4e－～2Cl2（Br2、I2）～O2

　　阳极产物

2H2～2Cu～4Ag～

M

　阴极产物

（式中M为金属，n为其离子的化合价数值）

该关系式具有总揽电化学计算的作用和价值，熟记电极反应式，灵活运用关系式便能快速解答常见的电化学计算问题。

题组集训

题组一　无明显“外接电源”的电解池“串联”的判断与计算

1．如下图所示，其中甲池的总反应式为2CH3OH＋3O2＋4KOH===2K2CO3＋6H2O，下列说法正确的是（）

A．甲池是电能转化为化学能的装置，乙、丙池是化学能转化电能的装置

B．甲池通入CH3OH的电极反应式为CH3OH－6e－＋2H2O===CO

＋8H＋

C．反应一段时间后，向乙池中加入一定量Cu（OH）2固体能使CuSO4溶液恢复到原浓度

D．甲池中消耗280mL（标准状况下）O2，此时丙池中理论上最多产生1.45g固体

题组二　有明显“外接电源”的电解池“串联”的判断与计算

2．在如图所示的装置中，若通直流电5min时，铜电极质量增加2.16g。

试回答下列问题。

（1）电源中X电极为直流电源的________极。

（2）pH变化：

A：

________，B：

________，C：

________（填“增大”、“减小”或“不变”）

（3）通电5min时，B中共收集224mL（标准状况下）气体，溶液体积为200mL，则通电前CuSO4溶液的物质的量浓度为________（设电解前后溶液体积无变化）。

（4）若A中KCl足量且溶液的体积也是200mL，电解后，溶液的pH为__________（设电解前后溶液体积无变化）。

失误防范

（1）无明显“外接电源”的电解池的“串联”问题，主要是根据“原电池”的形成条件判断“电源”的正、负极，从而判断阴、阳极。

（2）有明显“外接电源”的电解池的“串联”问题，主要是根据“电极现象”判断阴、阳极，从而判断电源的正、负极，进一步判断其它“电解池”的阴、阳极。

专题突破训练

1．某小组为研究电化学原理，设计如图装置。

下列叙述正确的是（）

A．a和b用导线连接时，铁片上会有金属铜析出

B．a和b用导线连接时，铜片上发生的反应为2H＋＋2e－===H2↑

C．无论a和b是否连接，铁片均会溶解，溶液从蓝色逐渐变成浅绿色

D．a和b分别连接直流电源正、负极，电压足够大时，Cu2＋向铜电极移动

2．用如图所示装置进行实验，下列叙述不正确的是（）

A．K与N连接时，铁被腐蚀

B．K与N连接时，石墨电极产生气泡

C．K与M连接时，一段时间后溶液的pH增大

D．K与M连接时，石墨电极反应式：

4OH－－4e－===2H2O＋O2↑

3．研究发现，可以用石墨作阳极、钛网作阴极、熔融CaF2—CaO作电解质，利用右图所示装置获得金属钙，并以钙为还原剂还原二氧化钛制备金属钛。

下列说法中，正确的是（）

A．由TiO2制得1mol金属Ti，理论上外电路转移2mol电子

B．阳极的电极反应式为C＋2O2－－4e－===CO2↑

C．在制备金属钛前后，整套装置中CaO的总量减少

D．若用铅蓄电池作该装置的供电电源，“＋”接线柱应连接Pb电极

4．在下列装置中，MSO4和NSO4是两种常见金属的易溶盐。

当K闭合时，SO

从右到左通过交换膜移向M极，下列分析正确的是（）

A．溶液中c（M2＋）减小

B．N的电极反应式：

N===N2＋＋2e－

C．X电极上有H2产生，发生还原反应

D．反应过程中Y电极周围生成白色胶状沉淀

5．一种太阳能电池的工作原理如下图所示，电解质为铁氰化钾K3[Fe（CN）6]和亚

铁氰化钾K4[Fe（CN）6]的混合溶液，下列说法不正确的是（）

A．K＋移向催化剂b

B．催化剂a表面发生的化学反应：

[Fe（CN）6]4－－e－===[Fe（CN）6]3－

C．Fe（CN）

在催化剂b表面被氧化

D．电解池溶液中的[Fe（CN）6]4－和[Fe（CN）6]3－浓度基本保持不变

6．太阳能光伏发电系统是被称为“21世纪绿色光源”的半导体照明（LED）系统（如图）。

已知发出白光的LED是将GaN芯片和钇铝石榴石（YAG，化学式：

Y3Al5O12）芯片封装在一起做成。

下列说法中不正确的是（）

A．光伏发电是将太阳能转变为电能

B．上图中N区半导体为负极，P区半导体为正极，电流从a流向b

C．YAG中钇显＋3价

D．Ga与N在元素周期表中不处于同一主族

7．早在1807年化学家戴维用电解熔融氢氧化钠制得钠：

4NaOH（熔）

4Na＋O2↑＋2H2O；后来盖·吕萨克用铁与熔融氢氧化钠作用也制得钠：

3Fe＋4NaOH

Fe3

O4＋2H2↑＋4Na↑。

下列有关说法正确的是（）

A．电解熔融氢氧化钠制钠，阳极发生电解反应为2OH－－2e－===H2↑＋O2↑

B．盖·吕萨克法制钠原理是利用铁的还原性比钠强

C．若戴维法与盖·吕萨克法制得等量的钠，则两反应中转移的电子总数不同

D．目前工业上常用电解熔融氯化钠法制钠（如上图），电解槽中石墨极为阴极，铁为阳极

8．相同材质的铁在图中四种情况下最不易被腐蚀的是（）

9．下列图示中关于铜电极的连接错误的是（）

10．某小组按图1所示的装置探究铁的吸氧腐蚀。

完成下列填空：

（1）图2是图1所示装置的示意图，在图2的小括号内填写正极材料的化学式；在方括号内用箭头表示出电子流动的方向。

（2）写出正、负极反应的方程式。

正极：

________________，负极：

________________。

（3）按图1装置实验，约8分钟才看到导管中液柱上升，下列措施可以更快更清晰地观察到液柱上升的是____________________（填字母序号）。

a．用纯氧气代替具支试管内的空气

b．用食盐水浸泡过的铁钉再蘸取铁粉和炭粉的混合物

c．用毛细尖嘴管代替玻璃导管，并向试管的水中滴加少量红墨水

（4）升高温度可以加快化学反应速率，建议用酒精灯加热具支试管。

这一措施________（填“可行”或“不行”）。

11．海洋资源的开发与利用具有广阔的前景。

海水的pH一般在7.5～8.6之间。

某地海水中主要离子的含量如下表：

成分

Na＋

K＋

Ca2＋

Mg2＋

Cl－

SO

HCO

含量/mg·L－1

9360

83

200

1100

16000

1200

118

（1）电渗析法是近年发展起来的一种较好的海水淡化技术，其原理如下图所示。

其中阴（阳）离子交换膜只允许阴（阳）离子通过。

①阴极的电极反应式为__________________。

②电解一段时间，阴极区会产生水垢，其成分为CaCO3和Mg（OH）2，写出生成CaCO3的离子方程式______________________________

________。

③淡水的出口为a、b、c中的________出口。

（2）海水中锂元素储量非常丰富，从海水中提取锂的研究极具潜力。

锂是制造化学电源的重要原料，如LiFePO4电池某电极的工作原理如右图所示：

该电池电解质为传导Li＋的固体材料。

放电时该电极是电池的________极（填“正