高三化学复习专题十四《电化学基础》.docx

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高三化学复习专题十四《电化学基础》

专题十四电化学基础

1.（09广东理科基础34）下列有关电池的说法不正确的是

A．手机上用的锂离子电池属于二次电池

B．铜锌原电池工作时，电子沿外电路从铜电极流向锌电极

C．甲醇燃料电池可把化学能转化为电能

D．锌锰干电池中，锌电极是负极

2.（09安徽卷12）Cu2O是一种半导体材料，基于绿色化学理念设计的制取.Cu2O的电解池示意图如下，点解总反应：

2Cu+H2O==Cu2O+H2O

。

下列说法正确的是

A.石墨电极上产生氢气

B.铜电极发生还原反应

C.铜电极接直流电源的负极

D.当有0.1mol电子转移时，有0.1molCu2O生成。

3.（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：

D．工业上电解饱和和食盐水的阳极反应：

4、（09全国卷Ⅰ28）（15分）下图所示装置中，甲、乙、丙三个烧杯依次分别盛放100g5.0的NaOH溶液、足量的CuSO4溶液和100g10.00%的K2SO4溶液，电极均为石墨电极。

（1）接通电源，经过一段时间后，测得丙中K2SO4浓度为10.47%，乙中c电极质量增加。

据此回答问题：

①电源的N端为极；②电极b上发生的电极反应为；

③列式计算电极b上生成的气体在标准状态下的体积：

；

④电极c的质量变化是g；

⑤电解前后各溶液的酸、碱性大小是否发生变化，简述其原因：

甲溶液；乙溶液；丙溶液；

（2）如果电解过程中铜全部析出，此时电解能否继续进行，为什么？

考试说明：

理解原电池和电解池的工作原理，能写出常见的简单电极反应和电池反应方程式。

了解常见的化学电源，认识化学能与电能相互转化的实际意义及其重要应用。

认识金属腐蚀的危害，理解金属发生电化学腐蚀的原因，能选用恰当的措施防止铁、铝等金属腐蚀

了解提高燃料的燃烧效率、开发高能清洁燃料和研制新型化学电源的重要性。

认识化学在解决能源危机中的重要作用

命题趋向：

电化学知识是理论部分的一个重要内容，也是历年高考考查的一个重点。

电化学知识既可以综合学科内的知识，如联系到：

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。

也可以涉及到学科间的知识的运用，如联系到物理学的“有关电流强度的计算、有关电量和阿伏加德罗常数的计算”等，还可以与生产生活（如金属的腐蚀和防护、电镀废液的危害与环保）、新科技及新技术（新型电池）等问题相联系

高考预测

从08、09两年高考试题看，电化学是高考命题的热点之一。

试题常以选择题居多，也有以填空、简答、实验、计算等形式命题。

由于电化学中的电路、电量等与物理学联系紧密，在今后的综合考试中该部分不仅不会“降温”，还有“变热”的趋势。

在题型上应以传统题为主，在内容上与物理学科的综合应引起重视

知识框架

化学电池化学能转变为电能

原电池金属的电化学腐蚀（自发进行）

氧化还原反应——能量变化电解

电解池电镀电能转变为化学能

电冶金（外界能量推动）

一、原电池

1．定义：

2．基本组成：

3．构成条件：

4．工作原理：

5．原电池正、负极的判断方法：

电极名称：

判定方法：

6．电极反应式和总反应式的书写：

（1）书写方法：

如果题目给定的是图示装置，先分析正、负极，再根据正、负极反应规律去写电极反应式；如果题目给定的是总反应式，可分析此反应中的氧化反应或还原反应（即分析有关元素的化合价变化情况），再选择一个简单变化情况去写电极反应式，另一极的电极反应式可直接写或将各反应式看作数学中的代数式，用总反应式减去已写出的电极反应式，即得结果。

特别需要指出的是：

对于可逆电池的反应，需要看清楚“充电、放电”的方向，放电的过程应用原电池原理，充电的过程应用电解池原理

（2）书写方法步骤

以铅蓄电池放电时的反应为例，总反应为Pb+PbO2+2H2SO4====2PbSO4+2H2O，电极反应式的书写步骤如下：

负极：

Pb-2e-====PbSO4

Pb+

-2e-====PbSO4

正极：

PbO2+2e-====PbSO4

PbO2+

+2e-====PbSO4

PbO2+4H++

+2e-====PbSO4+2H2O。

（也可用总反应式减去负极反应式得到正极反应式）

【例1】（09福建卷

11）控制适合的条件，将反应

设计成如右图所示的原电池。

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固定，乙中石墨电极为负极

解析与评价：

本题以原电池基本概念为考察背景，属较容易题。

乙中I－失去电子放电，故为氧化反应，A项正确；由总反应方程式知，Fe3＋被还原成Fe2＋，B项正确；

当电流计为零时，即说明没有电子发生转移，可证明反应达平衡，C项正确。

加入Fe2＋，导致平衡逆向移动，则Fe2＋失去电子生成Fe3＋，而作为负极，D项错。

答案：

D

【变式训练1】（09上海卷13）右图装置中，U型管内为红墨水，a、b试管内分别盛有食盐水和氯化铵溶液，各加入生铁块，放置一段时间。

下列有关描述错误的是

A．生铁块中的碳是原电池的正极

B．红墨水柱两边的液面变为左低右高

C．两试管中相同的电极反应式是：

D．a试管中发生了吸氧腐蚀，b试管中发生了析氢腐蚀

【例2】（09广东化学14）可用于电动汽车的铝-空气燃料电池，通常以NaCl溶液或NaOH溶液为电解液，铝合金为负极，空气电极为正极。

下列说法正确的是（）

A．以NaCl溶液或NaOH溶液为电解液时，正极反应都为：

O2＋2H2O＋4e－＝4OH－

B．以NaOH溶液为电解液时，负极反应为：

Al＋3OH－－3e-＝Al（OH）3↓

C．以NaOH溶液为电解液时，电池在工作过程中电解液的pH保持不变

D．电池工作时，电子通过外电路从正极流向负极

解析与评价：

以考察电极反应式的正误判断和书写的形式出现，属于中等难度。

电解质溶液显碱性或中性，该燃料电极的正极发生反应为：

O2＋2H2O＋4e－＝4

，A对；铝作负极，负极反应应该是铝失去电子变为铝离子，在氢氧化钠的溶液中铝离子继续与过量的碱反应生成偏铝酸根，因此负极反应为：

Al＋4

OH－－3e＝

+2H2O，B错；该电池在碱性条件下消耗了碱，反应式为4Al＋3O2＋4

=4

+2H2O溶液PH降低，C错；电池工作时，电子从负极出来经过外电路流到正极，D错.

答案：

A

【变式训练2】（09海南卷15）（9分）Li-SOCl2电池可用于心脏起搏器。

该电池的电极材料分别为锂和碳，电解液是LiAlCl4—SOCl2。

电池的总反应可表示为：

4Li+2SOCl2=4LiCl+S+SO2

请回答下列问题：

（1）电池的负极材料为，发生的电极反应为；

（2）电池正极发生的电极反应为；

（3）SOCl2易挥发，实验室中常用NaOH溶液吸收SOCl2，有Na2SO3和NaCl生成。

如果把少量水滴到SOCl2中，实验现象是，反应的化学方程式为；

（4）组装该电池必须在无水、无氧的条件下进行，原因是。

【例3】（09天津卷10）（14分）氢氧燃料电池是符合绿色化学理念的新型发电装置。

下图为电池示意图，该电池电极表面镀一层细小的铂粉，铂吸附气体的能力强，性质稳定，请回答：

（1）氢氧燃料电池的能量转化主要形式是　　　　　　，在导线中电子流动方向为　　　　　（用a、b表示）。

（2）负极反应式为　　　　　　　　。

（3）电极表面镀铂粉的原因为　　　　　。

（4）该电池工作时，H2和O2连续由外部供给，电池可连续不断提供电能。

因此，大量安全储氢是关键技术之一。

金属锂是一种重要的储氢材料，吸氢和放氢原理如下：

Ⅰ.2Li+H2

2LiH

Ⅱ.LiH+H2O==LiOH+H2↑

①反应Ⅰ中的还原剂是　　　　　，反应Ⅱ中的氧化剂是　　　　　。

②已知LiH固体密度为0.82g/cm3。

用锂吸收224L（标准状况）H2，生成的LiH体积与被吸收的H2体积比为　　　　　　　　。

③由②生成的LiH与H2O作用，放出的H2用作电池燃料，若能量转化率为80％，则导线中通过电子的物质的量为　　　　mol。

解析与评价：

本题考查氧化还原及原电池的知识。

（1）原电池的实质为化学能转化成电能。

总反应为2H2+O2=2H2O，其中H2从零价升至+1价，失去电子，即电子从a流向b。

（2）负极为失去电子的一极，即H2失电子生成H＋，由于溶液是碱性的，故电极反应式左右应各加上OH－

（3）铂粉的接触面积大，可以加快反应速率。

（4）I.Li从零价升至+1价，作还原剂。

II.H2O的H从+1降至H2中的零价，作氧化剂。

由反应I，当吸收10molH2时，则生成20molLiH，V=m/ρ=20×7.9/0.82×10-3L=192.68×10-3L。

V（LiH）/v（H2）=192.68×10-3L/224L=8.71×10-4。

20molLiH可生成20molH2，实际参加反应的H2为20×80%=1.6mol，1molH2转化成1molH2O，转移2mol电子，所以1.6molH2可转移3.2mol的电子。

答案：

（1）由化学能转变为电能由a到b

（2）

或

（3）增大电极单位面积吸附

、

分子数，加快电极反应速率

（4）①

②

或

③32

【变式训练3】（08海南卷）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）+

（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）+

（aq）

1.原电池电极名称的判断方法

（1）根据电极材料的性质确定金属—金属电极，活泼金属是负极，不活泼金属是正极；金属—非金属电极，金属是负极，非金属是正极；金属—化合物电极，金属是负极，化合物是正极。

（2）根据电极反应的本身确定失电子的反应—氧化反应—负极；得电子的反应—还原反应—正极

.原电池电极反应式书写关键

（1）明确电池的负极反应物是电极本身还是其他物质、反应产物及化合价的变化；

（2）确定电池的正极反应物是电解质溶液中的离子，还是其他物质（如溶有或通入的氧气）；

（3）判断是否存在特定的条件（如介质中的微粒H+、OH-非放电物质参加反应），进而推断电解质溶液的酸碱性的变化；

（4）总的反应式是否满足质量守衡、得失电子守衡、电荷守衡。

二、电解池

1．定义：

2．基本组成：

3．构成条件：

4．电极名称的判断方法：

电极名称：

判定方法：

5．工作原理：

离子放电顺序：

电解规律：

试写出以石墨为电极分别电解下列溶液的电极反应式和电解总方程式：

1.硫酸钠、氢氧化钠、硫酸2.硝酸铜、硫酸铜3.氯化铜4.氯化钠

、阴极放电的总是溶液中的阳离子，与电极材料无关。

放电顺序是：

K+、Ca2+、Na+、Mg2+、Al3+、Zn2+、Fe2+（H+）、Cu2+、Hg2+、Ag+、Au3+

放电由难到易

阳极：

若是惰性电极作阳极，溶液中的阴离子放电，放电顺序是：

S2-、I-、Br-、Cl-、OH-、含氧酸根离子（NO3-、SO42-、CO32-）、F-

失电子由易到难

、S2->I->Br->Cl->OH->含氧酸根>F-

ⅠⅡ

Ag+>Fe3+>Cu2+>H+>Fe2+>Zn2+>H+>Al3+>Mg2+>Na+

ⅢⅣ

电解质溶液电解规律

Ⅰ与Ⅲ区：

电解电解质型

Ⅰ与Ⅳ区：

放氢生碱型

Ⅱ与Ⅲ区：

放氧生酸型

Ⅱ与Ⅳ区：

电解水型

、电解时溶液pH值的变化规律：

电解质溶液在电解过程中，有时溶液pH值会发生变化。

判断电解质溶液的pH值变化，有时可以从电解产物上去看。

①若电解时阴极上产生H2，阳极上无O2产生，电解后溶液pH值增大；

②若阴极上无H2，阳极上产生O2，则电解后溶液pH值减小；

③若阴极上有H2，阳极上有O2，且V（H2）==2V（O2），则有三种情况：

a如果原溶液为中性溶液，则电解后pH值不变；b如果原溶液是酸溶液，则pH值变小；c如果原溶液为碱溶液，则pH值变大；

④若阴极上无H2，阳极上无O2产生，电解后溶液的pH可能也会发生变化。

如电解CuCl2溶液（CuCl2溶液由于Cu2+水解显酸性），一旦CuCl2全部电解完，pH值会变大，成中性溶液

6．电极反应式和总反应式的书写：

（1）书写方法：

如果题目给定的是图示装置，先分析阴、阳极，再根据阴、阳极反应规律去写电极反应式；如果题目给定的是总反应式，可分析此反应中的氧化反应或还原反应（即分析有关元素的化合价变化情况），再选择一个简单变化情况去写电极反应式，另一极的电极反应式可直接写或将各反应式看作数学中的代数式，用总反应式减去已写出的电极反应式，即得结果。

特别需要指出的是：

对于可逆电池的反应，需要看清楚“充电、放电”的方向，放电的过程应用原电池原理，充电的过程应用电解池原理。

（2）书写方法步骤

以铅蓄电池充电时的反应为例，总反应为2PbSO4+2H2O====Pb+PbO2+2H2SO4，电极反应式的书写步骤如下：

阴极：

PbSO4====Pb-2e-

PbSO4====Pb+

-2e-

阳极：

PbSO4====PbO2+2e-

PbSO4====PbO2+

+2e-

PbSO4+2H2O====PbO2+4H++

+2e-。

（也可用总反应式减去负极反应式得到正极反应式）

【例4】（09年浙江理综·12）市场上经常见到的标记为Li－ion的电池称为“锂离子电池”。

它的负极材料是金属锂和碳的复合材料（碳作为金属锂的载体），电解质为一种能传导Li＋的高分子材料。

这种锂离子电池的电池反应式为：

Li＋2Li0.35NiO2

2Li0.85NiO2。

下列说法不正确的是

A．放电时，负极的电极反应式：

Li－e－

Li＋

B．充电时，Li0.85NiO2既发生氧化反应又发生还原反应

C．该电池不能用水溶液作为电解质

D．放电过程中Li＋向负极移动

解析与评价：

本题主要将原电池电解池的原理以可充电电池为背景进行考察。

A.Li从零价升至正价，失去电子，作为负极，正确；

B.反应逆向进行时。

反应物只有一种，故化合价既有升，又有降，所以既发生氧化反应又发生还原反应，正确；

C.由于Li可以与水反应，故应为非水材料，正确；

D.原电池中阳离子应迁移至正极失电子，故错

答案：

D

【变式训练4】（08江苏卷）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．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

【例5】（08全国Ⅱ卷）右图为直流电源电解稀Na2SO4水溶液的装置，通电后在石墨电极a和b附近分别滴加石蕊溶液，下列实验现象正确的是（）

A．逸出气体的体积：

a电极的小于b电极的

B．电极逸出无味气体，另一电极逸出刺激性气味气体

C．a电极附近呈红色，b电极附近呈蓝色

D．a电极附近呈蓝色，b电极附近呈红色

解析与评价：

本题主要考察电解规律。

Na2SO4===2Na＋＋

，H2O

H＋＋

，

和

移向b电极，Na＋和H＋移向a电极，在b电极上：

4

-4e－===2H2O＋O2↑，在a电极上：

2

＋2e－===H2↑，所以产生的气体体积a电极的大于b电极的；两种气体均为无色无味的气体；由于a电极上

放电，所以a电极附近的c（

）＞c（

），滴加石蕊试液a电极附近变蓝色，同理，b电极附近变红色。

答案：

D

【变式训练5】（09年重庆理综·26）（14分）工业上电解饱和食盐能制取多种化工原料，其中部分原料可用于制备多晶硅。

（1）题26图是离子交换膜法电解饱和食盐水示意图，电解槽阳极产生的气体是；NaOH溶液的出口为（填字母）；精制饱和食盐水的进口为（填字母）；干燥塔中应使用的液体是。

三、电化学原理的应用

1.原电池原理的应用

常见的化学电源：

金属的电化学腐蚀与防护：

2.电解池原理的应用

氯碱工业：

电镀：

电冶金：

【例6】（08宁夏卷）一种燃料电池中发生的化学反应为：

在酸性溶液中甲醇与氧作用生成水和二氧化碳。

该电池负极发生的反应是（）

A．CH3OH（g）+O2（g）=H2O

（1）+CO2（g）+2H+（aq）+2e－

B．O2（g）+4H+（aq）+4e－=2H2O

（1）

C．CH3OH（g）+H2O

（1）=CO2（g）+6H+（aq）+6e－

D．O2（g）+2H2O

（1）+4e－=4OH－

解析与评价：

本题以燃料电池作为考察背景，较容易。

甲醇与氧气反应的化学方程式为：

2CH3OH＋3O2

2CO2＋4H2O，化合价升高的元素为C，所以在负极上甲醇失去电子而放电，在该极上的电极反应式为：

CH3OH（g）+H2O

（1）=CO2（g）+6H+（aq）+6e－。

答案：

C

【变式训练6】（09江苏卷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：

C．放电过程中，

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

气体

【例7】（08上海卷）取一张用饱和的NaCl溶液浸湿的pH试纸，两根铅笔芯作电极，接通直流电源，一段时间后，发现a电极与试纸接触处出现一个双色同心圆，内圈为白色，外圈呈浅红色。

则下列说法错误的是（）

A．b电极是阴极B．a电极与电源的正极相连

C．电解过程中水是氧化剂D．b电极附近溶液的pH变小

解析与评价：

其实本题考查的是电解饱和食盐水相关知识，与氯碱工业原理是一致的。

a电极与试纸接触处出现一个双色同心圆，内圈为白色，外圈呈浅红色，说明a极负极产生了Cl2，所以a极与电源的正极相连，即a为阳极，电极反应式为：

2

-2e===Cl2↑，b为阴极，2H2O－4e－===H2↑＋2

，所以b极附近的pH增大

答案：

D

【变式训练7】工业上对海水资源综合开发利用的部分工艺流程如下图所示。

（1）电解饱和食盐水常用离子膜电解槽和隔膜电解槽。

离子膜和隔膜均允许通过的分子或离子是________。

电解槽中的阳极材料为__________。

（2）本工艺流程中先后制得Br2、CaSO4和Mg（OH）2，能否按Br2、Mg（OH）2、CaSO4顺序制备？

_____原因是。

（3）溴单质在四氧化碳中的溶解度比在水中大得多，四氧化碳与水不互溶，故可用于萃取溴，但在上述工艺中却不用四氯化碳，原因是______________________________________。

【例8】（09广东理科基础25）钢铁生锈过程发生如下反应：

①2Fe+O2+2H2O=2Fe（OH）2；②4Fe（OH）2+O2+2H2O=4Fe（OH）3；

③2Fe（OH）3=Fe2O3+3H2O。

下列说法正确的是

A．反应①、②中电子转移数目相等

B．反应①中氧化剂是氧气和水

C．与铜质水龙头连接处的钢质水管不易发生腐蚀

D．钢铁在潮湿的空气中不能发生电化学腐蚀

解析与评价：

本题主要考察金属的电化学腐蚀与防护，

反应中消耗O2的量相等，两个反应也仅有O2作为氧化剂，故转移电子数是相等的，A项正确。

中H2O的H、O两元素的化合价没有变，故不作氧化剂，B项错；铜和钢构成原电池，腐蚀速度加快，C项错；钢铁是铁和碳的混合物，在潮湿的空气的中易发生吸氧腐蚀，属于电化学腐蚀，故D项错。

答案：

A

【变式训练8】（09广东化学10）出土的锡青铜（铜锡合金）文物常有Cu2（OH）3Cl覆盖在其表面。

下列说法正确的是（）

A.锡青铜的熔点比纯铜高

B．在自然环境中，锡青铜中的锡对铜起保护作用

C．锡青铜文物在潮湿环境中的腐蚀比干燥环境中快

D．生成Cu2（OH）3Cl覆盖物是电化学腐蚀过程，但不是化学反应过程

内容

原电池

电解池

电镀池

装

置

图

CuSO4溶液

盐酸溶液

CuCl2溶液

定义

将化学能转变成电能的装置

将电能转变成化学能的装置

应用电解原理在某些金属表面镀上一层其他金属或合金的装置

形成

条件

①活动性不同的两电极（连接）；

②电解质溶液（电极插入其中并与电极自发反应）；

③形成闭合回路。

①两电极接直流电源；

②两电极插入电解质溶液；

③形成闭合回路。

①镀层金属接电源正极作阳极，镀件接电源负极作阴极；

②电镀液必须含有镀层金属的阳离子

③形成闭合回路。

两电极规定及

反应

负极：

较活泼金属；释放电子；发生氧化反应

正极：

较不活泼金属（或能导电的非金属）；电子流入一极；发生还原反应。

阴极：

与电源负极相连的

极；发生还原反应。

阳极：

与电源正极相连的

极；发生氧化反应。

阴极：

待镀金属；还原反应。

阳极：

镀层金属；氧化反应。

电子

流向

负极正极

负极→阴极→阳离子

正极←阳极←阴离子

负极→阴极→阳离子

正极←阳极

电解液变化

1.（09上海理综11）茫茫黑夜中，航标灯为航海员指明了方向。

航标灯的电源必须长效、稳定。

我国科技工作者研制出以铝合金、Pt-Fe合金网为电极材料的海水电池。

在这种电池中①

铝合金是阳极②铝合金是负极

③海水是电解液④铝合金电极发生还原反应

A．②③B．②④

C．①②D．①④

2.（09山东卷31）（8分）（化学－化学与技术）

金属铝的生产是以Al2O，为原料，在熔融状态下进行电解：

2Al2O3

4Al+3O2↑

请回答下列问题：

（1）冰品石（Na3AlF6）的作用是　　　　。

（2）电解生成的金属铝是在熔融液的　　　　（填“上层”或“下层”）。

（3）阴极和阳极均由　　材料做成；电解时所消耗的电极是　　（填“阳极”或“阴极”）。

（4）铝是高耗能产品，废旧铝材的回收利用十分重要。

在工业上，最能体现节能减排思想的是将回收铝做成　　　　（填代号）。

a.冰品石　　　　b.氧化铝　　　　c.铝锭　　　　d.硫酸铝

3.（09山东卷29）（12分）Zn-MnO2干电池应用广泛，其电解质溶液是ZnCl2-NH4Cl混合溶液。

（1）该电池的负极材料是　　　　。

电池工作时，电子流向　　　　（填“正极”或“负极”）。

（2）若ZnCl2-NH4Cl混合溶液中含有杂质Cu2+，会加速某电极的腐蚀，其主要原因是　　　　。

欲除去Cu2+，最好选用下列试剂中的　　　　（填代号）。