届一轮复习人教版 电化学原理的综合应用 学案.docx
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届一轮复习人教版电化学原理的综合应用学案
专题讲座(六) 电化学原理的综合应用
电化学知识既是高中化学的核心知识,也是高考化学试题必考知识点。
新型化学电源是高考中每年必考的知识点,随着全球能源逐渐枯竭,研发、推广新型能源迫在眉睫,因此,化学中的新型电源成了高考的高频考点。
以新型可逆电池为素材设计试题,对原电池、电解池工作原理、工作中电极周围的变化,电解质溶液的变化,物质数量的变化进行考查,以多池串联方式设计试题,也多次出现在高考试卷中。
一、新型二次化学电源的综合应用
1.新型化学电源的充放电关系图
2.新型化学电源电极反应式书写
(1)“放电”时正极、负极电极反应式的书写
①首先分析物质得失电子的情况。
②然后再考虑电极反应生成的物质是否跟电解质溶液中的离子发生反应。
③对于较为复杂的电极反应,可以利用“总反应式-较简单一极的电极反应式=较复杂一极的电极反应式”的方法解决。
(2)“充电”时阴极、阳极的判断
①首先应搞明白原电池放电时的正、负极。
②再根据电池充电时阳极接正极、阴极接负极的原理进行分析。
③电极反应式:
放电时的负极与充电时的阴极、放电时的正极与充电时的阳极分别互逆。
(3)新型电池充、放电时,电解质溶液中离子移动方向的判断
①首先应分清电池是放电还是充电。
②再判断出正、负极或阴、阳极。
放电:
阳离子―→正极,阴离子―→负极;
充电:
阳离子―→阴极,阴离子―→阳极;
总之:
阳离子―→发生还原反应的电极;
阴离子―→发生氧化反应的电极。
(2016·福建宁德期末)正、负极都是碳材料的双碳性电池,电池充、放电反应为2nC+LiACnA+LiCn,充电时Li+、A-分别吸附在两极上形成LiCn和CnA(如图所示),下列说法正确的是( )
A.a是电池的负极
B.放电时,A-向b极移动
C.放电时,负极的电极反应是nC-e-+A-===CnA
D.充电时,电解质溶液中的离子浓度保持不变
解析:
充电时A-吸附在a电极,则充电时a为阳极,所以放电时a是电池的正极,故A错误;放电时阴离子向负极移动,所以A-向b极移动,故B正确;放电时,负极发生LiCn失电子的反应,故C错误;充电时Li+、A-分别吸附在两极上形成LiCn和CnA,所以离子浓度减小,故D错误。
答案:
B
[即时巩固]
1.(2016·河南郑州检测)某可充电电池的原理如下图所示,已知a、b为惰性电极,溶液呈酸性。
充电时右槽溶液颜色由绿色变为紫色。
下列叙述正确的是( )
注:
V2+为紫色,V3+为绿色,VO黄色,VO2+为蓝色
A.充电时,b极接直流电源正极,a极接直流电源负极
B.充电过程中,a极的电极反应式为VO+2H++e-===VO2++H2O
C.放电时,H+从左槽迁移进右槽
D.放电过程中,左槽溶液颜色由黄色变为蓝色
解析:
A项,根据题意知,该装置充电时为电解池,右槽溶液颜色由绿色变为紫色,电极反应式为V3++e-===V2+,发生还原反应,b电极为电解池的阴极,与直流电源的负极相连,错误;B项,a电极为电解池的阳极,发生氧化反应,电极反应式为VO2++H2O-e-===VO+2H+,错误;C项,放电时为原电池,a电极为正极,b电极为负极,溶液中阳离子向正极移动,H+从右槽迁移进左槽,错误;D项,放电时为原电池,a电极为正极,发生还原反应,电极反应式为VO+2H++e-===VO2++H2O,左槽溶液颜色由黄色变为蓝色,正确。
答案:
D
二、多个电化学装置串联的综合应用
(一)有外接电源型(电源标志——)
此类题型中,整个体系均属于电解,各装置均相当于是电解池,电极种类由与电源连接的方式决定。
(2016·山东菏泽期末)甲、乙两个相同的电解槽,按如图所示连接,a、b、c、d均为铂电极,通电后发现a极板处有气体放出,c极板质量增加,则以下说法中正确的是( )
A.甲槽中溶液是H2SO4,乙槽中溶液是NaOH
B.甲槽中溶液是NaOH,乙槽中溶液是AgNO3
C.甲槽中溶液是AgNO3,乙槽中溶液是CuSO4
D.甲槽中溶液是CuSO4,乙槽中溶液是H2SO4
解析:
该装置为电解池装置,a极、c极为阴极,b、d极为阳极。
A项,甲槽溶液是H2SO4,则a极上氢离子放电生成氢气,乙槽是氢氧化钠溶液,则c极上氢离子放电生成氢气,c极板的质量不会增加,错误;B项,甲槽中溶液是NaOH,则a极上氢离子放电生成氢气,乙槽中溶液是AgNO3,c极上银离子放电生成单质银,c极板质量增加,正确;C项,甲槽中溶液是AgNO3,a极上银离子放电生成单质银,a极板质量增加,错误;D项,甲槽中溶液是CuSO4,a极上铜离子放电生成单质铜,a极板质量增加,乙槽中溶液是H2SO4,则c极上氢离子放电生成氢气,错误。
答案:
B
[即时巩固]
2.乙是根据图甲工作时,某个量(纵坐标x)随时间变化的函数图象(各电解池都用石墨作电极,不考虑电解过程中溶液浓度变化对电极反应的影响),则量x表示( )
A.各电解池析出气体的体积
B.各电解池阳极质量的增加量
C.各电解池阴极质量的增加量
D.各电极上放电的离子总数
答案:
C
(二)无外加电源型
此类题型中,其中有一个装置是原电池,其余的均相当于电解池。
判断装置中哪个是原电池有如下几种方法:
(1)直接判断
非常直观明显的装置,如燃料电池、铅蓄电池等装置在电路中,则剩余装置为电解池。
(2)根据电池中的电极材料和电解质溶液判断
原电池一般是两种材料不同的电极;而电解池则一般都是两个惰性电极。
原电池中的电极材料和电解质溶液能发生自发氧化还原反应,电解池的电极材料一般不能和电解质溶液自发反应。
(3)根据电极反应现象判断
在某些装置中根据电极反应或反应现象可判断电极,并由此判断电池类型,如图所示,若C极溶解,D极上析出Cu,B极附近溶液变红,A极上放出黄绿色气体,则可知乙是原电池,D是正极,C是负极;甲是电解池,A是阳极,B是阴极。
B、D极发生还原反应,A、C极发生氧化反应。
(2016·湖北武汉部分学校联考)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-2e-===N2+
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
解析:
左侧装置为原电池,当K闭合时,阴离子向负极移动,由于SO从右向左通过交换膜移向M极,说明M极为负极,负极反应式为M-2e-===M2+,故溶液中c(M2+)增大,A错误;N电极为正极,发生还原反应,电极反应式为N2++2e-===N,B错误;右侧装置为电解池,X电极为阴极,阴极发生还原反应,溶液中的H+放电,即2H++2e-===H2↑,C正确;Y电极为电解池的阳极,阳极发生氧化反应,电极反应式为2Cl--2e-===Cl2↑,D错误。
答案:
C
[即时巩固]
3.如图所示,将两烧杯中的电极用导线相连,四个电极分别为Mg、Al、Pt、C。
当闭合开关S后,以下表述正确的是( )
A.电流表指针不发生偏转
B.Al、Pt两极有H2产生
C.甲池pH减小,乙池pH不变
D.Mg、C两极生成的气体在一定条件下可以恰好完全反应
答案:
D
三、应对电化学定量计算的三种方法
1.计算依据
原电池和电解池综合装置的有关计算的根本依据就是电子转移的守恒,分析时要注意两点:
(1)串联电路中各支路电流相等;
(2)并联电路中总电流等于各支路电流之和。
2.三种常用方法
提示:
在电化学计算中,还常利用Q=I·t和Q=n(e-)×NA×1.60×10-19C来计算电路中通过的电量。
500mLKNO3和Cu(NO3)2的混合溶液中c(NO)=0.6mol·L-1,用石墨作电极电解此溶液,当通电一段时间后,两极均收集到2.24L气体(标准状况下),假定电解后溶液体积仍为500mL,下列说法正确的是( )
A.原混合溶液中c(K+)为0.2mol·L-1
B.上述电解过程中共转移0.2mol电子
C.电解得到的Cu的物质的量为0.05mol
D.电解后溶液中c(H+)为0.2mol·L-1
解析:
石墨作电极电解KNO3和Cu(NO3)2的混合溶液,阳极反应式为:
4OH--4e-===2H2O+O2↑,阴极先后发生两个反应:
Cu2++2e-===Cu,2H++2e-===H2↑。
从收集到O2为2.24L这个事实可推知上述电解过程中共转移0.4mol电子,而在生成2.24LH2的过程中转移0.2mol电子,所以Cu2+共得到0.4mol-0.2mol=0.2mol电子,电解前Cu2+的物质的量和电解得到的Cu的物质的量都为0.1mol。
电解前后分别有以下守恒关系:
c(K+)+2c(Cu2+)=c(NO),c(K+)+c(H+)=c(NO),不难算出:
电解前c(K+)=0.2mol·L-1,电解后c(H+)=0.4mol·L-1。
答案:
A
[即时巩固]
4.新型高效的甲烷燃料电池采用铂为电极材料,两电极上分别通入CH4和O2,电解质为KOH溶液。
某研究小组将两个甲烷燃料电池串联后作为电源,进行饱和氯化钠溶液电解实验,如图所示。
回答下列问题:
(1)甲烷燃料电池正极、负极的电极反应分别为__________________________、
________________________________________________________________________;
(2)闭合K开关后,a、b电极上均有气体产生,其中b电极上得到的是________,电解氯化钠溶液的总反应方程式为
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________;
(3)若每个电池甲烷通入量为1L(标准状况),且反应完全,则理论上通过电解池的电量为
________________________________________________________________________
(法拉第常数F=9.65×104C·mol-1,列式计算),最多能产生的氯气体积为________L(标准状况)。
解析:
(1)总反应式为:
CH4+2O2+2OH-===CO+3H2O,正极反应式为2O2+4H2O+8e-===8OH-,则负极反应式由总反应式减正极反应式得到;
(2)由图可看出一二两池为串联的电源,其中甲烷是还原剂,所在电极为负极,因而与之相连的b电极为阴极,产生的气体为氢气;(3)1mol甲烷氧化失去电子8mol,电量为8×96500C,因题中虽有两个燃料电池,但电子的传递只能用一个池的甲烷量计算,1L为1/22.4mol,可求电量;甲烷失电子是Cl-失电子数的8倍,则得到氢气为4L(CH4~8Cl-~4Cl2)。
答案:
(1)2O2+4H2O+8e-===8OH-
CH4+10OH--8e-===CO+7H2O
(2)H2 2NaCl+2H2O2NaOH+H2↑+Cl2↑
(3)×8×9.65×104C·mol-1=3.45×104C 4
计算时常用的4e-关系
1.Li-Al/FeS电池是一种正在开发的车载电池,该电池中正极的电极反应式为:
2Li++FeS+2e-===Li2S+Fe
有关该电池的下列说法中,正确的是( )
A.Li-Al在电池中作为负极材料
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