高考化学考前20天冲刺电化学文档格式.docx
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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。
方法归纳
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
3.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;
电流计读数为零时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,D不正确。
4.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,电流计(G)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做正极
D.乙组操作时,C1上发生的电极反应为I2+2e-===2I-
解析 装置Ⅰ中的反应,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,电流计(G)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。
失误防范
(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 燃料电池与不同“介质”
知识精讲
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
CH3OH-6e-+8OH-===CO
+6H2O
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
CH3OH-6e-+3CO
===4CO2↑+2H2O
O2+6e-+3CO2===3CO
(4)掺杂Y2O3的ZrO3固体电解质,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
CH3OH-6e-+3O2-===CO2↑+2H2O
O2+6e-===3O2-
题组一 判断“酸、碱”介质,理清书写思路
1.一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
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②④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。
思路归纳
对于燃料电池,正极往往通入O2,书写时应注意:
(1)首先书写正极反应式:
①酸性O2+4e-+4H+===2H2O
②碱性O2+4e-+2H2O===4OH-
(2)然后用总反应式减去正极的电极反应式得到负极的电极反应式。
题组二 区分介质“状态”,判断离子流向
3.某燃料电池以Ca(HSO4)2固体为电解质传递H+,其基本结构如图所示,电池总反应可表示为2H2+O2===2H2O。
请回答:
(1)H+由____极通过固体酸电解质传递到另一极(填a或b)。
(2)b极上发生的电极反应式是__________________。
答案
(1)a
(2)O2+4e-+4H+===2H2O
解析 a极为负极,b极为正极,电极反应式分别为
2H2-4e-===4H+,正极:
O2+4e-+4H+===2H2O,其中正极上的H+来自负极生成的H+。
4.科学家制造出一种使用固体电解质的燃料电池,其效率更高,可用于航天航空。
如下图所示装置中,以稀土金属材料作惰性电极,在两极上分别通入CH4和空气,其中固体电解质是掺杂了Y2O3的ZrO3固体,它在高温下能传导正极生成的O2-。
(1)c电极的名称为________。
(2)d电极上的电极反应式为____________________。
答案
(1)正极
(2)CH4+4O2--8e-===CO2↑+2H2O
解析 根据电流的流向,可判断c为正极,d为负极。
在正极通入空气,电极反应式为2O2+8e-===4O2-,在负极上通入CH4,电极反应式为CH4+4O2--8e-===CO2↑+2H2O。
根据内电路中的离子流向判断正、负极,在内电路中,阳离子由负极区流向正极区,阴离子由正极区流向负极区。
考点三 突破电解池,应用“不寻常”
“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,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+>
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 对可充电电池的深度剖析
1.Li/SO2电池具有输出功率高和低温性能好等特点,其电解质是LiBr,溶剂是碳酸丙烯酯和乙腈,电池反应式为2Li+2SO2
Li2S2O4。
下列说法正确的是( )
A.该电池反应为可逆反应
B.放电时,Li+向负极移动
C.充电时,阴极反应式为Li++e-===Li
D.该电池的电解质溶液可以换成LiBr的水溶液
解析 本题考查电化学知识。
电池的放电和充电是在不同的反应条件下发生的,故该电池反应不能叫可逆反应,A项错误。
放电时,Li+向正极移动,B项错误。
充电时,阴极发生还原反应:
Li++e-===Li,C项正确。
若电解质溶液换成LiBr的水溶液,则碱金属锂会和水发生反应,D项错误。
2.某种可充电聚合物锂离子电池放电时的反应为Li1-xCoO2+LixC6===6C+LiCoO2,其工作原理示意图如右。
下列说法不正确的是( )
A.放电时LixC6发生氧化反应
B.充电时,Li+通过阳离子交换膜从左向右移动
C.充电时将电池的负极与外接电源的负极相连
D.放电时,电池的正极反应为Li1-xCoO2+xLi++xe-===LiCoO2
解析 放电时,
LixC6-xe-===xLi++6C
Li1-xCoO2+xe-+xLi+===LiCoO2
充电时,
阴极:
xLi++6C+xe-===LixC6
阳极:
LiCoO2-xe-===xLi++Li1-xCoO2
左边为负极区,右边为正极区,放电时,Li+在负极区生成,移向正极区,而充电时,Li+从右向左移动。
方法技巧
对于可充电电池,放电时为原电池,符合原电池工作原理,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。
题组二 电解原理的“不寻常”应用
(一)处理废水
3.某工厂采用电解法处理含铬废水,耐酸电解槽用铁板作阴、阳极,槽中盛放含铬废水,原理示意图如右,下列说法不正确的是( )
A.A为电源正极
B.阳极区溶液中发生的氧化还原反应为
Cr2O
+6Fe2++14H+===2Cr3++6Fe3++7H2O
C.阴极区附近溶液pH降低
D.若不考虑气体的溶解,当收集到H213.44L(标准状况)时,有0.1molCr2O
被还原
解析 根据图示,A作阳极,B作阴极,电极反应式为
Fe-2e-===Fe2+
2H++2e-===H2↑
然后,Cr2O
由于在阴极区c(H+)减小,pH增大。
根据6H2~6Fe2+~Cr2O
得,当有13.44L(标准状况)H2放出时,应有0.1molCr2O
被还原。
(二)制备物质
4.电解尿素[CO(NH2)2]的碱性溶液制氢气的装置示意图如下:
电解池中隔膜仅阻止气体通过,阴阳两极均为惰性电极,
(1)A极为________,电极反应式为________________________________________。
(2)B极为________,电极反应式为________________________________________。
答案
(1)阳极 CO(NH2)2+8OH--6e-===N2↑+CO
+6H2O
(2)阴极 6H2O+6e-===3H2↑+6OH-
解析 H2产生是因为H2O电离的H+在阴极上得电子,即6H2O+6e-===3H2↑+6OH-,所以B极为阴极,A极为阳极,电极反应式为CO(NH2)2-6e-+8OH-===N2↑+CO
+6H2O,阳极容易错写成4OH--4e-===2H2O+O2↑。
(三)处理废气
5.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
-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
SO
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。
考点四 “两比较”“两法”突破金属的腐蚀与防护
1.两比较
(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
O2+2H2O+4e-===4OH-
负极反应
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。
(2)电化学防护
①牺牲阳极的阴极保护法——原电池原理:
正极为被保护的金属;
负极为比被保护的金属活泼的金属;
②外加电流的阴极保护法——电解原理:
阴极为被保护的金属,阳极为惰性电极。
题组一 两种腐蚀的比较
1.利用下图装置进行实验,开始时,a、b两处液面相平,密封好,放置一段时间。
下列说法不正确的是( )
A.a管发生吸氧腐蚀,b管发生析氢腐蚀
B.一段时间后,a管液面高于b管液面
C.a处溶液的pH增大,b处溶液的pH减小
D.a、b两处具有相同的电极反应式:
解析 根据装置图判断,左边铁丝发生吸氧腐蚀,右边铁丝发生析氢腐蚀,其电极反应为
左边 负极:
O2+4e-+2H2O===4OH-
右边 负极:
a处、b处的pH均增大,C错误。
2.右图是用铁铆钉固定两个铜质零件的示意图,若该零件置于潮湿空气中,下列说法正确的是( )
A.发生电化学腐蚀,铜为负极,铜极产生H2
B.铜易被腐蚀,铜极上发生还原反应,吸收O2
C.铁易被腐蚀,铁发生氧化反应,Fe-2e===Fe2+
D.发生化学腐蚀:
Fe+Cu2+===Cu+Fe2+
解析 发生吸氧腐蚀,正极反应O2+2H2O+4e-===4OH-,负极反应:
2Fe-4e-===
2Fe2+,C正确。
正确判断“介质”溶液的酸碱性是分析析氢腐蚀和吸氧腐蚀的关键。
潮湿的空气、中性溶液发生吸氧腐蚀;
NH4Cl溶液、稀H2SO4等酸性溶液发生析氢腐蚀。
题组二 腐蚀快慢与防护方法的比较
3.下列与金属腐蚀有关的说法正确的是( )
A.图a中,插入海水中的铁棒,越靠近底端腐蚀越严重
B.图b中,开关由M改置于N时,CuZn合金的腐蚀速率减小
C.图c中,接通开关时Zn腐蚀速率增大,Zn上放出气体的速率也增大
D.图d中,ZnMnO2干电池自放电腐蚀主要是由MnO2的氧化作用引起的
解析 A项,插入海水中的铁棒靠近液面的位置与氧气接触,易发生吸氧腐蚀;
B项,开关由M改置于N时,Zn作负极,CuZn合金作正极,合金受到保护;
C项,接通开关形成原电池,Zn作负极,Zn的腐蚀速率增大,但气体是在Pt电极上生成;
D项,ZnMnO2干电池自放电腐蚀主要是Zn发生氧化反应而自放电。
4.下列与金属腐蚀有关的说法,正确的是( )
A.图1中,铁钉易被腐蚀
B.图2中,滴加少量K3[Fe(CN)6]溶液,没有蓝色沉淀出现
C.图3中,燃气灶的中心部位容易生锈,主要是由于高温下铁发生化学腐蚀
D.图4中,用牺牲镁块的方法来防止地下钢铁管道的腐蚀,镁块相当于原电池的正极
解析 A项,图1中,铁钉处于干燥环境,不易被腐蚀;
B项,负极反应为Fe-2e-===
Fe2+,Fe2+与[Fe(CN)6]3-反应生成Fe3[Fe(CN)6]2蓝色沉淀;
D项,为牺牲阳极的阴极保护法,Mg块相当于原电池的负极。
考点五 正确理解“电解池”的串联 突破电化学的计算
电化学计算的基本方法和技巧:
原电池和电解池的计算包括两极产物的定量计算、溶液pH的计算、相对原子质量和阿伏加德罗常数的计算、产物的量与电量关系的计算等。
通常有下列三种方法:
1.根据电子守恒计算
用于串联电路中阴阳两极产物、正负两极产物、相同电量等类型的计算,其依据是电路中转移的电子数相等。
2.根据总反应式计算
先写出电极反应式,再写出总反应式,最后根据总反应式列出比例式计算。
3.根据关系式计算
根据得失电子守恒定律关系建立起已知量与未知量之间的桥梁,构建计算所需的关系式。
如以通过4mole-为桥梁可构建如下关系式:
4e-~2Cl2(Br2、I2)~O2
阳极产物
2H2~2Cu~4Ag~
M
阴极产物
(式中M为金属,n为其离子的化合价数值)
该关系式具有总揽电化学计算的作用和价值,熟记电极反应式,灵活运用关系式便能快速解答常见的电化学计算问题。
题组一 无明显“外接电源”的电解池“串联”的判断与计算
1.如下图所示,其中甲池的总反应式为2CH3OH+3O2+4KOH===2K2CO3+6H2O,下列说法正确的是( )
A.甲池
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