高考二轮化学 板块2 专题5 电化学原理及应用.docx

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高考二轮化学板块2专题5电化学原理及应用

板块二　基本理论

专题五

　电化学原理及应用

命题热点提炼

三年考情汇总

核心素养链接

1.化学电源电极反应式的书写

2018·Ⅱ卷T12，Ⅲ卷T11

2017·Ⅲ卷T11

2016·Ⅱ卷T11，Ⅲ卷T11

1.变化观念——分析电解反应和原电池反应，关注化学变化中的能量转化。

2.创新意识——根据原电池原理，敢于设计新的化学电源。

3.模型认知——理解电化学的原理模型，分析解决问题。

4.社会责任——设计新型电源的意识，开发新能源，提倡绿色能源。

2.电解原理　金属的腐蚀与防护

2018·Ⅰ卷T13

2017·Ⅱ卷T11，ⅢT11

3.电化学原理在物质制备和废水处理中的综合应用

2018·Ⅰ卷T27（3），Ⅲ卷T27（3）

2017·Ⅰ卷T11，Ⅱ卷T11

2016·Ⅰ卷T11

命题热点1　化学电源电极反应式的书写

■知识储备——核心要点填充

1．“Zn—CuSO4—Cu”原电池中，

（1）Zn作________极，发生________反应，电极反应式为________；

（2）电子从________极（填“Cu”或“Zn”，下同）流出，流向________极；

（3）溶液中Cu2＋移向________极（填“正”或“负”），盐桥中的Cl－移向________极（填“正”或“负”）。

【答案】　

（1）负　氧化　Zn－2e－===Zn2＋

（2）Zn　Cu　（3）正　负

2．书写常见电源的电极反应式

（1）碱性锌锰电池

总反应方程式：

Zn＋2MnO2＋2H2O===Zn（OH）2＋2MnOOH。

负极：

___________________________________________________。

正极：

___________________________________________________。

（2）铅蓄电池

总反应方程式：

Pb（s）＋PbO2（s）＋2H2SO4（aq）

2PbSO4（s）＋2H2O（l）

负极：

____________________________________________________。

正极：

_____________________________________________________。

（3）锌铁高能碱性电池

总反应方程式：

3Zn＋2K2FeO4＋8H2O

3Zn（OH）2＋2Fe（OH）3＋4KOH。

负极：

___________________________________________________。

正极：

_____________________________________________________。

（4）以CH3OH为燃料，写出下列几种介质的两极反应式

电池类型

导电离子

负极反应式

正极反应式

酸性燃料电池

H＋

碱性燃料电池

OH－

熔融碳酸盐燃料电池

CO

固态氧化物燃料电池

O2－

质子交换膜燃料电池

H＋

【答案】　

（1）Zn＋2OH－－2e－===Zn（OH）2

2MnO2＋2H2O＋2e－===2MnOOH＋2OH－

（2）Pb（s）＋SO

（aq）－2e－===PbSO4（s）

PbO2（s）＋SO

（aq）＋4H＋（aq）＋2e－===PbSO4（s）＋2H2O（l）

（3）Zn－2e－＋2OH－===Zn（OH）2

FeO

＋4H2O＋3e－===Fe（OH）3＋5OH－

（4）

3．正误判断（正确的打“√”，错误的打“×”）

（1）反应CaO＋H2O===Ca（OH）2可以放出大量的热，故可把该反应设计成原电池，把其中的化学能转化为电能。

（　　）

（2）燃料电池的两极材料一般不参加电极反应，可以相同。

（　　）

（3）铅蓄电池在放电过程中，负极质量减小，正极质量增加。

（　　）

（4）某原电池反应为Cu＋2AgNO3===Cu（NO3）2＋2Ag，装置中的盐桥中可以是装有含琼胶的KCl饱和溶液。

（　　）

（5）二次电池充电时，电池的负极应接电源的正极。

（　　）

【答案】　

（1）×　

（2）√　（3）×　（4）×　（5）×

■真题再做——感悟考法考向

1．（2018·全国卷Ⅱ）我国科学家研发了一种室温下“可呼吸”的NaCO2二次电池。

将NaClO4溶于有机溶剂作为电解液，钠和负载碳钠米管的镍网分别作为电极材料，电池的总反应为3CO2＋4Na

2Na2CO3＋C。

下列说法错误的是（　　）

A．放电时，ClO

向负极移动

B．充电时释放CO2，放电时吸收CO2

C．放电时，正极反应为3CO2＋4e－===2CO

＋C

D．充电时，正极反应为Na＋＋e－===Na

D　[电池放电时，ClO

向负极移动，A项正确；结合总反应可知放电时需吸收CO2，而充电时释放出CO2，B项正确；放电时，正极CO2得电子被还原生成单质C，即电极反应式为3CO2＋4e－===2CO

＋C，C项正确；充电时阳极发生氧化反应，即C被氧化生成CO2，D项错误。

]

2.（2018·全国卷Ⅲ）一种可充电锂—空气电池如图所示。

当电池放电时，O2与Li＋在多孔碳材料电极处生成Li2O2－x（x＝0或1）。

下列说法正确的是（　　）

A．放电时，多孔碳材料电极为负极

B．放电时，外电路电子由多孔碳材料电极流向锂电极

C．充电时，电解质溶液中Li＋向多孔碳材料区迁移

D．充电时，电池总反应为Li2O2－x===2Li＋

O2

D　[根据电池工作原理，多孔碳材料吸附O2，O2在此获得电子，所以多孔碳材料电极为电池的正极，A项错误；放电时电子从负极（锂电极）流出，通过外电路流向正极（多孔碳材料电极），B项错误；Li＋带正电荷，充电时，应该向电解池的阴极（锂电极）迁移，C项错误；充电时，电池总反应为

===2Li＋

O2，D项正确。

]

3．（2017·全国卷Ⅲ）全固态锂硫电池能量密度高、成本低，其工作原理如图所示，其中电极a常用掺有石墨烯的S8材料，电池反应为16Li＋xS8===8Li2Sx（2≤x≤8）。

下列说法错误的是（　　）

A．电池工作时，正极可发生反应：

2Li2S6＋2Li＋＋2e－===3Li2S4

B．电池工作时，外电路中流过0.02mol电子，负极材料减重0.14g

C．石墨烯的作用主要是提高电极a的导电性

D．电池充电时间越长，电池中Li2S2的量越多

D　[A项，原电池工作时，Li＋向正极移动，则a为正极，正极上发生还原反应，a极发生的电极反应有S8＋2Li＋＋2e－===Li2S8、3Li2S8＋2Li＋＋2e－===4Li2S6、2Li2S6＋2Li＋＋2e－===3Li2S4、Li2S4＋2Li＋＋2e－===2Li2S2等。

B项，电池工作时，外电路中流过0.02mol电子时，氧化Li的物质的量为0.02mol，质量为0.14g。

C项，石墨烯能导电，利用石墨烯作电极，可提高电极a的导电性。

D项，电池充电时电极a发生反应：

2Li2S2－2e－===Li2S4＋2Li＋，充电时间越长，电池中Li2S2的量越少。

]

4．（2016·全国卷Ⅲ）锌—空气燃料电池可用作电动车动力电源，电池的电解质溶液为KOH溶液，反应为2Zn＋O2＋4OH－＋2H2O===2Zn（OH）

。

下列说法正确的是（　　）

A．充电时，电解质溶液中K＋向阳极移动

B．充电时，电解质溶液中c（OH－）逐渐减小

C．放电时，负极反应为Zn＋4OH－－2e－===Zn（OH）

D．放电时，电路中通过2mol电子，消耗氧气22.4L（标准状况）

C　[充电时，发生电解池反应，K＋向阴极移动，A项错误；充电时，发生的反应是2Zn（OH）

===2Zn＋O2↑＋4OH－＋2H2O，反应后c（OH－）逐渐增大，B项错误；放电时，活泼金属Zn作负极，发生失电子的氧化反应生成Zn（OH）

，C项正确；根据O2～4e－，则放电时电路中通过2mol电子，消耗0.5molO2，其在标准状况下的体积为11.2L，D项错误。

]

[教师备选]

（2015·全国卷Ⅱ，节选）酸性锌锰干电池是一种一次性电池，外壳为金属锌，中间是碳棒，其周围是由碳粉、MnO2、ZnCl2和NH4Cl等组成的糊状填充物。

该电池放电过程产生MnOOH。

回收处理该废电池可以得到多种化工原料。

回答下列问题：

（1）该电池的正极反应式为______________________________________

________________________________________________________，

电池反应的离子方程式为_________________________________

________________________________________________________。

（2）维持电流强度为0.5A，电池工作5分钟，理论上消耗锌________g。

（已知F＝96500C·mol－1）

【解析】　

（1）酸性锌锰干电池外壳为金属锌，锌是负极，电极反应式为Zn－2e－===Zn2＋。

中间是碳棒，碳棒是正极，二氧化锰得到电子，则正极电极反应式为MnO2＋e－＋H＋===MnOOH，总反应式为Zn＋2MnO2＋2H＋===Zn2＋＋2MnOOH。

（2）维持电流强度为0.5A，电池工作5分钟，则通过的电量是150C，因此通过电子的物质的量是

≈1.554×10－3mol，锌在反应中失去2个电子，则理论消耗Zn的质量是

×65g·mol－1≈0.05g。

【答案】　

（1）MnO2＋e－＋H＋===MnOOH

Zn＋2MnO2＋2H＋===Zn2＋＋2MnOOH

[注：

式中Zn2＋可写为Zn（NH3）

，Zn（NH3）2Cl2等，H＋可写为NH

]　

（2）0.05

（1）原电池原理模型

（2）电极反应式书写一般思路

①列物质标得失：

按照负极发生氧化反应，正极发生还原反应，判断出电极反应物和产物，找出得失电子的数量。

②看环境配守恒：

电极产物在电解质溶液的环境中，应能稳定存在，如碱性介质中生成的H＋应让其结合OH－生成水。

电极反应式要遵守电荷守恒、质量守恒和得失电子守恒等，并加以配平。

③两式加验总式：

两电极反应式相加，与总反应方程式对照验证。

（3）二次电池充电时连接模型

■模拟尝鲜——高考类题集训

1．（2018·西安八校联考）微生物燃料电池是指在微生物的作用下将化学能转化为电能的装置。

某微生物燃料电池的工作原理如图所示，下列说法正确的是（　　）

A．HS－在硫氧化菌作用下转化为SO

的反应为HS－＋4H2O－8e－===SO

＋9H＋

B．电子从电极b流出，经外电路流向电极a

C．如果将反应物直接燃烧，能量的利用率不会变化

D．若该电池电路中有0.4mol电子发生转移，则有0.5molH＋通过质子交换膜

A　[根据题图知，在硫氧化菌作用下HS－转化为SO

，发生氧化反应：

HS－＋4H2O－8e－===SO

＋9H＋，A项正确；电子从电极a流出，经外电路流向电极b，B项错误；如果将反应物直接燃烧，有部分化学能转化为热能和光能，能量的利用率降低，C项错误；若该电池电路中有0.4mol电子发生转移，则有0.4molH＋通过质子交换膜，D项错误。

]

2．（2018·福建质检）某新型水系钠离子电池的工作原理如图所示。

TiO2光电极能使电池在太阳光照射下充电，充电时Na2S4还原为Na2S。

下列说法错误的是（　　）

A．充电时，太阳能转化为电能，电能又转化为化学能

B．放电时，a极为负极

C．充电时，阳极的电极反应式为3I－－2e－===I

D．M是阴离子交换膜

D　[根据题中信息“TiO2光电极能使电池在太阳光照射下充电”，可知充电时太阳能转化为电能，电能又转化为化学能，A项正确；根据充电时Na2S4还原为Na2S，可知充电时a极为阴极，则放电时a极为负极，B项正确；充电时a极为阴极，则b极为阳极，结合图示可知阳极的电极反应式为3I－－2e－===I

，C项正确；放电时Na＋由a极移向b极，充电时Na＋又由b极移回a极，故M应为阳离子交换膜，D项错误。

]

3．（2018·山西八校联考）硼化钒（VB2）—空气电池是目前储电能力最高的电池，电池示意图如图，该电池工作时发生的反应为4VB2＋11O2===4B2O3＋2V2O5。

下列说法不正确的是（　　）

A．电极a为电池正极

B．图中选择性透过膜为阴离子透过膜

C．电池工作过程中，电极a附近区域pH减小

D．VB2极发生的电极反应为2VB2＋22OH－－22e－===V2O5＋2B2O3＋11H2O

C　[根据电池反应，O2发生还原反应，故通入空气的电极a为正极，电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，A项正确；根据电池反应，VB2发生氧化反应转化为V2O5、B2O3，VB2极的电极反应式为2VB2＋22OH－－22e－===V2O5＋2B2O3＋11H2O，D项正确；根据负极反应和正极反应可知，正极上生成OH－，负极上消耗OH－，故该选择性透过膜为阴离子透过膜，B项正确；由正极反应式可知，电池工作过程中，电极a附近c（OH－）增大，pH增大，C项错误。

]

4．（2018·日照三校联考）一种突破传统电池设计理念的镁—锑液态金属储能电池的工作原理如图所示，该电池所用液体密度不同，在重力作用下分为三层，工作时中间层熔融盐的组成及浓度不变。

下列说法不正确的是（　　）

A．放电时，Mg（液）层的质量减小

B．放电时，正极反应为Mg2＋＋2e－===Mg

C．该电池充电时，MgSb（液）层发生还原反应

D．该电池充电时，Cl－向下层移动

C　[根据电流方向（由正极流向负极）可知，镁（液）层为原电池的负极，放电时，Mg（液）层的质量减小，A项正确；根据题意知，正极反应为熔融的Mg2＋得电子发生还原反应，电极反应式为Mg2＋＋2e－===Mg，B项正确；充电时镁（液）层为阴极，MgSb（液）层为阳极，则MgSb（液）层发生氧化反应，C项错误；充电时阴离子向阳极移动，即Cl－向下层移动，D项正确。

]

[教师备选]

（2017·成都二模）浙江大学成功研制出具有较高能量密度的新型铝—石墨烯（Cn）电池（如图）。

该电池分别以铝、石墨稀为电极，放电时，电池中导电离子的种类不变。

已知能量密度＝

。

下列分析正确的是（　　）

A．放电时，Cn（石墨烯）为负极

B．放电时，Al2Cl

在负极转化为AlCl

C．充电时，阳极反应为4Al2Cl

＋3e－===Al＋7AlCl

D．以轻金属为负极有利于提高电池的能量密度

D　[该电池以铝、石墨稀为电极，放电时铝为负极，Cn（石墨烯）为正极，A项错误；放电时负极上Al发生氧化反应，根据放电时电池中导电离子的种类不变，可知负极上发生反应：

Al－3e－＋7AlCl

===4Al2Cl

，AlCl

在负极转化为Al2Cl

，B项错误；充电时，阳极发生失电子的氧化反应，C项错误；根据能量密度＝

，以轻金属为负极，负极质量小，有利于提高电池的能量密度，D项正确。

]

[题后反思]　四步解决新型化学电源问题

（1）判断电池类型→确认电池原理→核实电子、离子移动方向。

（2）确定电池两极→判断电子、离子移动方向→书写电极反应和电池反应。

（3）充电电池→放电时为原电池→失去电子的为负极反应。

（4）电极反应→总反应离子方程式减去较简单一极的电极反应式→另一电极反应式。

命题热点2　电解原理　金属的腐蚀与防护

■知识储备——核心要点填充

1．以惰性电极电解下列物质，写出电极反应式或电解离子方程式。

（1）NaCl溶液

（2）CuSO4溶液

（3）浓度均为0.1mol/L的NaCl与CuSO4的混合液，开始电解的阴、阳极反应式分别为____________________________________、

_____________________________________________________。

【答案】　

（1）2H＋＋2e－===H2↑　2Cl－－2e－===Cl2↑

2H2O＋2Cl－

2OH－＋Cl2↑＋H2↑

（2）2Cu2＋＋4e－===2Cu　4OH－－4e－===2H2O＋O2↑

2Cu2＋＋2H2O

2Cu＋4H＋＋O2↑

（3）Cu2＋＋2e－===Cu　2Cl－－2e－===Cl2↑

2．以Cu作阳极电解下列物质，写出电极反应式和电解的离子方程式。

（1）H2SO4溶液

（2）CuSO4溶液

【答案】　

（1）2H＋＋2e－===H2↑　Cu－2e－===Cu2＋

Cu＋2H＋

Cu2＋＋H2↑

（2）Cu2＋＋2e－===Cu　Cu－2e－===Cu2＋

3．以惰性电极电解下列溶液（足量），填写复原物质。

（1）NaOH溶液________。

（2）KCl溶液________。

（3）AgNO3溶液________。

　（4）Na2SO4溶液________。

（5）CuCl2溶液________。

　（6）CuSO4溶液________。

【答案】　

（1）H2O　

（2）HCl　（3）Ag2O　（4）H2O　

（5）CuCl2　（6）CuO

4．钢铁遇到食盐水生锈，写出有关的电极反应式和化学方程式：

__________

__________________________________________________________，

这种电化学腐蚀叫________。

【答案】　负极：

2Fe－4e－===2Fe2＋，正极：

O2＋4e－＋2H2O===4OH－；

Fe2＋＋2OH－===Fe（OH）2，

4Fe（OH）2＋O2＋2H2O===4Fe（OH）3，

2Fe（OH）3===Fe2O3·xH2O＋（3－x）H2O　吸氧腐蚀

■真题再做——感悟考法考向

1．（2018·全国卷Ⅰ）最近我国科学家设计了一种CO2＋H2S协同转化装置，实现对天然气中CO2和H2S的高效去除。

示意图如图所示，其中电极分别为ZnO@石墨烯（石墨烯包裹的ZnO）和石墨烯，石墨烯电极区发生反应为：

①EDTAFe2＋－e－===EDTAFe3＋

②2EDTAFe3＋＋H2S===2H＋＋S＋2EDTAFe2＋

该装置工作时，下列叙述错误的是（　　）

A．阴极的电极反应：

CO2＋2H＋＋2e－===CO＋H2O

B．协同转化总反应：

CO2＋H2S===CO＋H2O＋S

C．石墨烯上的电势比ZnO@石墨烯上的低

D．若采用Fe3＋/Fe2＋取代EDTAFe3＋/EDTAFe2＋，溶液需为酸性

C　[阴极发生还原反应，氢离子由交换膜右侧向左侧迁移，阴极的电极反应式为CO2＋2e－＋2H＋===CO＋H2O，A项正确；结合阳极区发生的反应，可知协同转化总反应式为CO2＋H2S===S＋CO＋H2O，B项正确；石墨烯作阳极，其电势高于ZnO@石墨烯的，C项错误；Fe3＋、Fe2＋在碱性或中性介质中会生成沉淀，它们只稳定存在于酸性较强的介质中，D项正确。

]

2．（2017·全国卷Ⅱ）用电解氧化法可以在铝制品表面形成致密、耐腐蚀的氧化膜，电解质溶液一般为H2SO4H2C2O4混合溶液。

下列叙述错误的是（　　）

A．待加工铝质工件为阳极

B．可选用不锈钢网作为阴极

C．阴极的电极反应式为Al3＋＋3e－===Al

D．硫酸根离子在电解过程中向阳极移动

C　[A项：

该电解池阳极发生的电极反应为2Al＋3H2O－6e－===Al2O3＋6H＋，铝化合价升高失电子，所以待加工铝质工件应为阳极。

B项，C项：

阴极发生的电极反应为2H＋＋2e－===H2↑，阴极可选用不锈钢网作电极。

D项：

电解质溶液中的阴离子向阳极移动。

]

3．（2017·全国卷Ⅰ）支撑海港码头基础的钢管桩，常用外加电流的阴极保护法进行防腐，工作原理如图所示，其中高硅铸铁为惰性辅助阳极。

下列有关表述不正确的是（　　）

A．通入保护电流使钢管桩表面腐蚀电流接近于零

B．通电后外电路电子被强制从高硅铸铁流向钢管桩

C．高硅铸铁的作用是作为损耗阳极材料和传递电流

D．通入的保护电流应该根据环境条件变化进行调整

C　[A项：

外加强大的电流可以抑制金属电化学腐蚀产生的电流。

B项：

被保护的钢管桩作阴极，高硅铸铁作阳极，电解池中外电路电子由阳极流向阴极，即从高硅铸铁流向钢管桩。

C项：

高硅铸铁为惰性辅助阳极，其主要作用是传递电流，而不是作为损耗阳极。

D项：

保护电流要抑制金属电化学腐蚀产生的电流，应根据环境条件变化进行调整。

]

（1）电解池工作原理模型图

[注]　①阳离子在阴极上的放电顺序：

Ag＋＞Fe3＋＞Cu2＋＞H＋＞……

②阴离子在阳极上的放电顺序：

S2－＞I－＞Br－＞Cl－＞OH－＞含氧酸根离子＞……

（2）金属电化学腐蚀与防护思维模型

■模拟尝鲜——高考类题集训

1．（2018·合肥二模）如图所示，装置（Ⅰ）是一种可充电电池，装置（Ⅱ）为两电极均为惰性电极的电解池。

下列说法正确的是（　　）

A．闭合开关K时，电极B为负极，且电极反应式为2Br－－2e－===Br2

B．装置（Ⅰ）放电时，总反应式为2Na2S2＋Br2===Na2S4＋2NaBr

C．装置（Ⅰ）充电时，Na＋从左到右通过阳离子交换膜

D．该装置电路中有0.1mole－通过时，电极X上析出3.2gCu

B　[闭合开关K时，电极B上发生的电极反应式为Br2＋2e－===2Br－，发生还原反应，电极B为正极，A项错误；装置（Ⅰ）放电时，电极B上发生反应：

Br2＋2e－===2Br－，电极A上发生反应：

2Na2S2－2e－===Na2S4＋2Na＋，总反应式为2Na2S2＋Br2===Na2S4＋2NaBr，B项正确；装置（Ⅰ）充电时，电极A为阴极，电极B为阳极，根据电解池中阳离子向阴极移动，则Na＋从右到左通过阳离子交换膜，C项错误；电极X为阴极，若阴极只发生反应：

Cu2＋＋2e－===Cu，则电路中有0.1mole－通过时，理论上析出铜的物质的量为0.05mol，但该电解质溶液中n（Cu2＋）＝0.4mol·L－1×0.1L＝0.04mol，故阴极上水电离出的H＋也放电，析出铜的物质的量为0.04mol，其质量为2.56g，D项错误。

]

2．（2018·合肥一模）LiOH常用于制备锂离子电池正极材料。

工业上常利用如图装置电解制备LiOH，两电极区电解液分别为LiOH和LiCl溶液。

下列说法正确的是（　　）

A．a是电源的负极

B．B极区电解液为LiOH溶液

C．A电极的电极反应式为4OH－－4e－===2H2O＋O2↑

D．每生成1molH2，有1molLi＋通过交换膜

B　[B极产生H2，B极为电解池阴极，则b极为电源负极，A错误；B极产生H2，同时生成OH－，A极Cl－放电，Li＋移向B极，产生LiOH，B极区电解液为LiOH溶液，B正确；A电极的电极反应式为2Cl－－2e－===Cl2↑，C错误；根据2H＋＋2e－===H2↑，电路中通过2mole－时，则有1molH2,2molLi＋通过交换膜，D错误。

]

3．（2018·蓉城名校联考）重铬酸钾是化学实验室中的一种重要分析试剂。

工业上以铬酸钾（K2CrO4）（黄色）为