高考化学大二轮专题复习训练专题08 电化学.docx

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高考化学大二轮专题复习训练专题08电化学

[考纲要求]1.理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；了解常见化学电源的种类及其工作原理。

2.了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　一座“盐桥”连接“两池”形成回路

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。

通常从以下四个方面命题。

（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。

（5）考查盐桥的作用与平衡移动。

题组一　明确原理，设计装置

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。

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

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．电流表读数为零时，反应达到化学平衡状态

D．电流表读数为零后，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＋得电子变成Fe2＋被还原，I－失去电子变成I2被氧化，所以A、B正确；电流表读数为零时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．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，电流表（A）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作正极

D．乙组操作时，C1上发生的电极反应为I2＋2e－===2I－

答案　D

解析　装置Ⅰ中的反应，AsO

＋2I－＋2H＋AsO

＋I2＋H2O，当加入适量浓盐酸时，平衡向右移动，有电子转移，但电子不会沿导线通过，所以甲组操作，电流表（A）指针不会发生偏转，但由于I2浓度增大，所以溶液颜色变深；向装置ⅡB烧杯中加入NaOH溶液中，AsO

－2e－＋2H2O===AsO

＋2H＋，电子沿导线到C1棒，I2＋2e－===2I－，所以C2为负极，C1为正极。

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”、“钮扣电池”、“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。

题组一　“一池多变”的燃料电池

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　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．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＋2H2O　④负极的电极反应式为CH4＋10OH－－8e－===CO

＋7H2O　⑤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．②④⑥

C．④⑤⑥D．①②③

答案　B

解析　根据题意知发生的反应为CH4＋2O2===CO2＋2H2O，反应产生的CO2在KOH溶液中会转化为CO

。

CH4为还原剂，应通入电源的负极，所以①错误；正极的电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，故②、④正确，③错误；放电时溶液（原电池内电路）中的阳离子向正极移动，阴离子向负极移动，⑤错误，⑥正确。

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

3．（2014·天津理综，6）已知：

锂离子电池的总反应为LixC＋Li1－xCoO2

C＋LiCoO2

锂硫电池的总反应为2Li＋S

Li2S

有关上述两种电池说法正确的是（　　）

A．锂离子电池放电时，Li＋向负极迁移

B．锂硫电池充电时，锂电极发生还原反应

C．理论上两种电池的比能量相同

D．下图表示用锂离子电池给锂硫电池充电

答案　B

解析　锂离子电池放电时，为原电池，阳离子Li＋移向正极，A错误；锂硫电池充电时，为电解池，锂电极发生还原反应生成Li，B正确；电池的比能量是指参与电极反应的单位质量的电极材料放出电能的多少，两种电池材料不同，显然其比能量不同，C错误；由图可知，锂离子电池的电极材料为C和LiCoO2，应为该电池放电完全所得产物，而锂硫电池的电极材料为Li和S，应为该电池充电完全所得产物，故此时应为锂硫电池给锂离子电池充电的过程，D错误。

4．（2014·浙江理综，11）镍氢电池（NiMH）目前已经成为混合动力汽车的一种主要电池类型。

NiMH中的M表示储氢金属或合金。

该电池在充电过程中的总反应方程式是：

Ni（OH）2＋M===NiOOH＋MH

已知：

6NiOOH＋NH3＋H2O＋OH－===6Ni（OH）2＋NO

下列说法正确的是（　　）

A．NiMH电池放电过程中，正极的电极反应式为NiOOH＋H2O＋e－===Ni（OH）2＋OH－

B．充电过程中OH－离子从阳极向阴极迁移

C．充电过程中阴极的电极反应式：

H2O＋M＋e－===MH＋OH－，H2O中的H被M还原

D．NiMH电池中可以用KOH溶液、氨水等作为电解质溶液

答案　A

解析　A项，放电过程中，NiOOH得电子，化合价降低，发生还原反应，该项正确；B项，充电过程中发生电解池反应，OH－从阴极向阳极迁移，该项错误；C项，充电过程中，阴极M得到电子，M被还原，H2O中的H化合价没有发生变化，该项错误；D项，NiMH在KOH溶液、氨水中会发生氧化还原反应，该项错误。

对于可充电电池，放电时为原电池，符合原电池的工作原理，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。

题组三　“全新应用”的高科技电池

5．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。

6．（2014·大纲全国卷，9）下图是在航天用高压氢镍电池基础上发展起来的一种金属氢化物镍电池（MH—Ni电池）。

下列有关说法不正确的是（　　）

A．放电时正极反应为NiOOH＋H2O＋e－―→Ni（OH）2＋OH－

B．电池的电解液可为KOH溶液

C．充电时负极反应为MH＋OH－―→H2O＋M＋e－

D．MH是一类储氢材料，其氢密度越大，电池的能量密度越高

答案　C

解析　A项，在原电池的负极发生的是氧化反应，在原电池的正极发生的是还原反应，分析化合价的升降，正确；B项，因为该电池为金属氢化物镍电池，又有Ni（OH）2等产生，因此可用碱性溶液作电解质溶液，正确；C项，该反应为放电时的负极反应，错误；D项，氢密度越大，单位体积内放出的电量越多，电池的能量密度越高，正确。

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．工业上电解法处理含镍酸性废水并得到单质Ni的原理如图所示。

下列说法不正确的是（　　）

已知：

①Ni2＋在弱酸性溶液中发生水解

②氧化性：

Ni2＋（高浓度）＞H＋＞Ni2＋（低浓度）

A．碳棒上发生的电极反应：

4OH－－4e－===O2↑＋2H2O

B．电解过程中，B中NaCl溶液的物质的量浓度将不断减少

C．为了提高Ni的产率，电解过程中需要控制废水pH

D．若将图中阳离子膜去掉，将A、B两室合并，则电解反应总方程式发生改变

答案　B

解析　电极反应式为

阳极：

4OH－－4e－===2H2O＋O2↑

阴极：

Ni2＋＋2e－===Ni

2H＋＋2e－===H2↑

A项正确；B项，由于C中Ni2＋、H＋不断减少，Cl－通过阴离子膜从C移向B，A中，OH－不断减少，Na＋通过阳离子膜从A移向B，所以B中NaCl溶液的物质的量浓度不断增大，错误；C项，由于H＋的氧化性大于Ni2＋（低浓度）的氧化性，所以为了提高Ni的产率，电解过程需要控制废水pH；D项，若去掉阳离子膜，在阳极Cl－放电生成Cl2，正确。

2．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________。

答案　

（1）负　硫酸

（2）SO

－2e－＋H2O===SO

＋2H＋

（3）H2OH＋＋OH－，在阴极H＋放电生成H2，c（H＋）减小，水的电离平衡正向移动，碱性增强

解析　根据Na＋、SO

的移向判断阴、阳极。

Na＋移向阴极区，a应接电源负极，b应接电源正极，其电极反应式分别为

阳极：

SO

－2e－＋H2O===SO

＋2H＋

阴极：

2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－

所以从C口流出的是H2SO4，在阴极区，由于H＋放电，破坏水的电离平衡，c（H＋）减小，c（OH－）增大，生成NaOH，碱性增强，从B口流出的是浓度较大的NaOH溶液。

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．根据2CrO

＋2H＋Cr2O

＋H2O设计图示装置（均为惰性电极）电解Na2CrO4溶液制取Na2Cr2O7，图中右侧电极连接电源的______极，其电极反应式为________________

________________________________________________________________________。

答案　正极　4OH－－4e－===O2↑＋2H2O

解析　根据NaOH溶液浓度的变化及Na＋交换膜，左侧为阴极区域，右侧为阳极区域，电极反应式为

阴极：

4H2O＋4e－===2H2↑＋4OH－

阳极：

2H2O－4e－===O2↑＋4H＋

在阳极区域：

2CrO

＋2H＋Cr2O

＋H2O。

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或生成一层致密的薄膜。

（2）电化学防护