高考化学最后冲刺复习电化学解题策略.docx
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高考化学最后冲刺复习电化学解题策略
2012年高考化学最后冲刺复习:
电化学解题策略
电化学解题策略通过研究近几年全国各地的高考试题,有关电化学试题仍是2012年高考一大亮点,这充分说明电化学在今后教学中的重要性。
但这类试题往往又是学生学习的难点,错误率较高。
如何解答此类问题,现归纳如下:
【解题策略】一.电化学中四个极正负极是根据物理学上的电极电势高低而规定的,多用于原电池。
正极电极电势高,是流入电子(外电路)的电极;负极电极电势低,是流出电子(外电路)的电极。
阴阳极是针对电解池或电镀池来命名的。
阳极是指与电源正极相连,发生氧化反应的电极;阴极是指与电源负极相连,发生还原反应的电极。
二.电化学中四个池1.原电池:
化学能转化为电能的装置。
除燃料电池外,一般由活泼金属作负极。
2.电解池:
电能转化为化学能的装置。
3.电镀池:
应用电解原理在某些金属表面镀上一层新金属的装置。
通常镀层金属接电源正极,待镀金属的物件接电源负极,含有镀层金属离子的溶液作电镀液。
4.电解精炼池:
应用电解原理提纯某些金属的装置,通常提纯的金属接电源正极,该金属的纯净固体接电源负极,电解液含有待提纯金属的阳离子。
三.原电池电极的四种判断方法1.根据构成原电池的电极材料判断:
活泼金属作负极,较不活泼金属或导电的非金属及金属氧化物作正极。
2.根据电子流向或电流流向判断:
电子流出或电流流入的电极为负极,反之为正极。
3.根据电极反应进行判断:
发生氧化反应的为负极,发生还原反应的为正极。
也可依据电极附近指示剂(石蕊、酚酞、淀粉试液等)的显色情况判断该电极是或等放电,从而确定正、负极。
如用酚酞作指示剂,若电极附近溶液变红色,说明该电极附近溶液显碱性,在该电极附近得电子被还原,该电极为正极。
4.根据两极现象判断:
通常溶解或质量减少的一极为负极;质量增加或有气泡产生的一极为正极。
四.电解的四种类型1.只有溶质发生化学变化:
如用惰性电极电解溶液、溶液,其电解反应式分别为:
2.形式上看只有水发生化学变化:
如惰性电极电解溶液的电解反应式均为:
3.溶质、水均发生化学变化:
如惰性电极电解溶液、溶液,其电解反应式分别为:
4.形式上看溶质和水均未发生化学变化:
如铁器上镀铜,电极反应式分别为:
阳极铜棒:
,阴极铁器:
。
五.书写电极反应的四原则1.加减原则:
根据得失电子守恒,总反应式为两个电极反应式之和。
若已知一个电极反应式,可用总反应式减去已知的反应式,得另一电极反应式。
2.共存原则:
因为物质得失电子后在不同介质中的存在形式不同,所以电极反应式的书写必须考虑介质环境。
碱性溶液中不可能存在,也不可能有参加反应;当电解质溶液呈酸性时,不可能有参加反应。
如甲烷燃料电池以KOH为电解质溶液时:
负极反应式:
;正极反应式:
。
3.得氧失氧原则:
得氧时,在反应物中加(电解质为酸性时)或(电解质溶液为碱性或中性时);失氧时,在反应物中加(电解质为碱性或中性时)或(电解质为酸性时)。
如“钮扣”电池以KOH为电解质溶液,其电池总反应式为:
,负极,根据得氧原则,负极反应式为:
;正极,根据失氧原则,正极反应式为:
。
4.中性吸氧反应成碱原则:
在中性电解质溶液中,通过金属吸氧所建立起来的原电池反应,其反应的最后产物是碱。
如银锌电池、铁的吸氧腐蚀、以铝、空气、海水为材料组成的海水电池等。
【题型解读】题型一、电极名称和电极材料的判断例1.铜片和锌片用导线连接后插入稀硫酸中,锌片是()A.阴极B.正极C.阳极D.负极解析:
电解池的两极分别命名为阴、阳极,原电池的两极分别命名为正、负极。
题中装置构成的是原电池,锌片失电子作原电池的负极。
答案:
D题型二、电极方程式的书写例2.下图是电解CuCl2溶液的装置,其中c、d为石墨电极,则下列判断正确的是()A.a为负极,b为正极B.a为阳极,b为阴极C.电解过程中,d电极的质量增加D.电解过程中,氯离子的浓度不变解析:
根据电流方向可判断出a为正极,b为负极,c为阳极,d为阴极。
用惰性电极电解CuCl2溶液时,两个电极上发生的反应阳极(c电极)为:
,阴极(d电极)为:
。
答案:
C题型三、废旧电池的处理方法例3.随着人们生活水平的不断提高,废旧电池必须进行集中处理的问题被提到议事日程,其首要原因是()A.利用电池外壳的金属材料B.防止电池中的汞、镉和铅等重金属离子对土壤和水体造成污染C.不使电池中渗泄的电解液腐蚀其他物品D.回收其中的石墨电极解析:
随着生产的发展和人们生活水平的日益提高,环境污染和环保问题已越来越受到人们的重视,废旧电池中含有铅、汞等多种重金属离子,极易对环境造成污染。
答案:
B题型四、利用得失电子守恒进行计算例4.室温下,在实验室中电解500mL某0.03mol/L的NaCl溶液,通电一段时间后溶液的pH从7增加到12时(设电解时溶液的体积变化忽略不计),则阴极产生气体的体积(标准状况)和溶液中NaCl的浓度分别为()A.112mL,0.02mol/LB.56mL,0.02mol/LC.56mL,0.04mol/LD.112mL,0.04mol/L解析:
室温下,pH=12时,,生成的的物质的量为。
由电极反应中电子转移数相等,推导出电子与各物质之间物质的量的关系为:
。
由生成的的物质的量可直接求得参加反应的NaCl的物质的量为。
剩余NaCl的浓度为,生成的H2为。
答案:
B题型五、电化学基础知识应用1.判断金属的活动性强弱例5.X、Y、Z、M代表四种金属元素,金属X和Z用导线连接放入稀硫酸中时,X溶解,Z极上有氢气放出;若电解和共存的溶液时,Y先析出;又知的氧化性强于,则这四种金属的活动性由强到弱的顺序为()A.X>Z>Y>MB.X>Y>Z>MC.M>Z>X>YD.X>Z>M>Y解析:
金属X和Z用导线连接放入稀H2SO4中,形成原电池,X溶解说明金属活动性X>Z;电解和共存的溶液时,Y先析出,则金属活动性Z>Y;离子的氧化性越强,其单质的金属活动性越弱,则金属活动性Y>M。
答案:
A2.金属的腐蚀例6.家用炒菜铁锅用水清洗放置后,常出现红棕色的锈斑,在此变化过程中不发生的化学反应是()A.B.C.D.解析:
洗过的铁锅在空气中放置,可发生吸氧腐蚀,负极发生的反应为:
,正极发生的反应为:
,总反应式为:
,而又易被O2氧化为红褐色的。
答案:
D
题型6、电子守恒法的应用。
例7、500mLKNO3和Cu(N03)2的混合溶液中c(NO3-)=6.0mol•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22.4L气体(标准状况),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1mol•L-1B.上述电解过程中共转移4mol电子C.电解得到的Cu的物质的量为0.5molD.电解后溶液中c(H+)为2mol•L-1解析:
两极反应为:
阴极Cu2++2e-=Cu2H++2e-=H2↑阳极:
4OH--4e-=O2↑+2H2O,两极都收集1mol气体,由阳极得到转移电子为4mol,又知生成1molH2转移电子2mol,根据电子得失守恒,n(Cu2+)=1mol.再通过离子所带电荷的守恒,在500mLKNO3和Cu(N03)2的混合溶液中存在关系:
2c(Cu2+)+c(K+)=c(NO3-),可以求出c(K+)=2mol•L-1.电解过程中消耗的n(OH-)=4mol,则溶液中留下4mol的H+,c(H+)=8mol•L-1.答案:
B例8、如下图所示,若电解5min时铜电极质量增加2.16g,试回答:
(1)电源电极X名称为_____________。
(2)pH变化:
A___________,B__________,C__________。
(3)通电5min时,B中共收集224mL气体(标况),溶液体积为200mL。
(设电解前后无体积变化)则通电前CuSO4溶液的物质的量浓度为__________。
(4)若A中KCl溶液的体积也是200mL,电解后,溶液的pH是___________(设前后体积无变化)。
解析:
(1)因为Cu电极增重,说明溶液中的Ag+在此极析出,所以Cu极为阴极,Ag极为阳极,那么与Ag极相连的电源Y极为正极,X极为负极。
(2)电解KCl溶液时,阴极上2H++2e-=H2↑,溶液pH增大,电解CuSO4和K2SO4溶液时,阳极4OH--4e-=2H2O+O2↑,溶液pH减小。
电解AgNO3溶液实质是电镀,溶液浓度不变,故pH不变。
(3)C中铜电极增加2.16gAg,通过的电子为n(e-)=0.02mol,因为串联电池,每个电极通过的电子均为0.02mol,B中阳极4OH--4e-=2H2O+O2↑,放出O2为=0.005mol,阴极放出H2为:
0.01mol-0.005mol=0.005mol,根据H2的物质的量推知H+得电子2×0.005mol,则Cu2+得电子为0.02mol-2×0.005mol,CuSO4的浓度为:
。
(4)A中阴极2H++2e-=H2↑,H+减少n(H+)=0.02mol,c(OH-)=,pH=13。
答案:
(1)负极
(2)增大;减小;不变(3)0.025mol/L(4)13。
例9、
(1)肼(N2H4)又称联氨,是一种可燃性的液体,可用作火箭燃料。
已知在101kPa时,32.0gN2H4在氧气中完全燃烧生成氮气,放出热量624kJ(25℃时),N2H4完全燃烧反应的热化学方程式是。
(2)肼―空气燃料电池是一种碱性燃料电池,电解质溶液是20%~30%的KOH溶液。
肼―空气燃料电池放电时:
正极的电极反应式是。
负极的电极反应式是。
(3)下图是一个电化学过程示意图。
①锌片上发生的电极反应是。
②假设使用肼―空气燃料电池作为本过程中的电源,铜片的质量变化128g,则肼一空气燃料电池理论上消耗标标准状况下的空气L(假设空气中氧气体积含量为20%)解析:
(1)注意32克N2H4为1mol,注意△H应与方程式的计量数相对应,如N2H4
(1)+O2(g)=N2(g)+2H2O
(1);△H=-624kJ/mol
(2)肼―空气燃料电池,电解质溶液是KOH溶液。
故电极反应为:
(正极)O2+2H2O+4e-=4OH-,(负极)N2H4+4OH--4e-=4H2O+N2↑(3)①此图为电解装置,铜片为阳极,锌片为阴极。
锌片上发生的电极反应是Cu2++2e-=Cu②铜片减少128g,即转移电子4mol根据O2+2H2O+4e-=4OH-计算得,需要氧气1mol,转化为空气则需要112L。
答案:
(1)N2H4
(1)+O2(g)=N2(g)+2H2O
(1);△H=-624kJ/mol
(2)O2+2H2O+4e-=4OH-;N2H4+4OH--4e-=4H2O+N2↑(3)①Cu2++2e-=Cu②112
【专题测试】1.下列有关电化学的示意图中正确的是( )【解析】 选项A,Zn应为原电池负极,Cu为原电池正极。
选项B,盐桥两边的烧杯中盛装的电解质溶液应互换。
选项C,粗铜应连接电源正极。
选项D,电解饱和NaCl溶液,Cl-在阳极放电产生Cl2,溶液中的H+在阴极获得电子而产生H2,正确。
【答案】 D2.下列叙述正确的是( )①原电池是把化学能转化成电能的一种装置 ②原电池的正极发生氧化反应,负极发生还原反应 ③不能自发进行的氧化还原反应,通过原电池的装置均可实现 ④碳棒不能用来作原电池的正极 ⑤反应Cu+2Ag+===2Ag+Cu2+,能以原电池的形式来实现A.①⑤ B.①④⑤C.②③④D.②⑤【解析】
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