高三化学专题难点突破+典型例题错误分析化学能与电能.docx
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高三化学专题难点突破+典型例题错误分析化学能与电能
高三化学专题复习:
难点突破+典型例题错误分析
化学能与电能
【2014高考预测】
1.理解原电池原理和电解原理。
电化学是氧化还原反应知识的应用,分析和判断电极反应,正确书写电极反应式,是掌握电化学基础的重点。
2.了解化学腐蚀与电化学腐蚀,联系生产、生活中的金属腐蚀现象,会分析和区别化学腐蚀和电化学腐蚀,了解一般防腐蚀方法。
用原电池的原理解释简单的防腐蚀和影响化学反应速率的实际问题,常用作高考选择题的选项。
3.铜的电解精炼、镀铜、氯碱工业等是电解原理的具体应用。
近几年高考题把氯碱工业作为无机推断题中的已知条件,考查氯碱工业的原料和产物。
要求了解和熟悉这些反应原理。
【难点突破】
难点一、原电池电极反应式的书写:
1.如果题目给定的是图示装置,先分析正、负极和溶液中的电解质离子,再根据正、负极反应规律和离子放电规律书写电极反应式,由两电极反应式相加得总反应方程式。
2.如果题目给定的是总反应方程式,可分析此反应中的氧化或还原反应(即从化合价变化分析),再选择一个简单的电极反应进行书写,然后用总反应减去此电极反应,即可得另一电极反应式。
3.对于二次电池反应,需要看清“充电、放电”的方向,放电的过程为原电池,充电的过程为电解池。
4.电解质溶液中的离子(如H+、OH-),若电极反应的产物能与之反应,则要写在反应式中。
难点二、电解池电极反应式的书写
1.根据与电源的正、负极相连识别出阳、阴极。
2.阳极电极式,首先看电极材料,若为非惰性电极,则自身先反应;若为惰性电极,则为溶液中的阴离子放电,且按放电顺序依次进行。
3.阴极反应式,根据溶液中阳离子的放电顺序依次进行。
4.两池电极关系:
原电池正极颠倒即为电解池的阳极;负极颠倒即为阴极
难点三、原电池、电解池、电镀池对比:
原电池
电解池
电镀池
定义
将化学能转化为电能的装置
将电能转化为化学能的装置
应用电解池为某些金属表面镀上一层其他金属的装置
形成
条件
①活动性不同的两电极(燃料电池除外)②两电极插入电解质溶液③形成闭合回路
①两电极与直流电源正负极相连②两电极插入电解质溶液③形成闭合回路
①镀层金属接电源正极,待镀金属接电源负极②电镀液必须含有镀层金属离子
电极
名称
负极:
较活泼金属
正极:
较不活泼金属(或能导电的非金属)
阳极:
与电源正极相连的电极
阴极:
与电源负极相连的电极
阳极:
必须是镀层金属阴极:
镀件
电极
反应
负极:
氧化反应,金属失电子(或燃料电池中燃料失电子)
正极:
还原反应,溶液中的阳离子得电子
阳极:
氧化反应,溶液中的阴离子或金属电极失电子
阴极:
还原反应,溶液中的阳离子得电子
阳极:
金属电极失电子
阴极:
电镀液中镀层金属离子得电子
【特别提醒】
1.原电池电极反应
正极得电子,发生还原反应;负极失电子,发生氧化反应。
一般相对活泼的金属为负极,相对不活泼的金属(有时是被钝化的金属)或碳棒作正极。
燃料电池通氧气的一极为正极,因为氧气总被还原;通燃料的一极为负极,因燃料总被氧化。
2.电解池电极反应规律
(1)阳极反应(氧化反应)与电极材料有关。
活性电极:
金属失去电子生成金属阳离子;惰性电极(石墨、铂):
电解质溶液中的阴离子放电,通常放电顺序为:
S2->I->Br->Cl->OH->含氧酸根离子。
(2)阴极反应(还原反应):
与电极材料无关,电解质溶液中的阳离子放电,通常放电顺序为:
Ag+>Hg2+>Fe3+>Cu2+>H+。
(3)溶液pH的变化:
放出氢气时,电极区溶液的pH升高;放出氧气时,电极区pH降低,如果同时放出氢气和氧气,实质是电解水,溶液的pH要根据溶质类型来判断。
3.阴、阳离子的移动方向
在原电池中,阳离子移向正极,阴离子移向负极;在电解池中,阳离子移向阴极,阴离子移向阳极。
4.可充电电池
可充电电池在放电时是原电池,遵循原电池工作原理,在充电时是电解池,遵循电解原理。
给可充电电池充电时,外加电源的负极连接电池的负极。
5.电解原理的应用
(1)电镀:
一般是镀层金属作阳极,镀件作阴极,含镀层金属阳离子的溶液作电镀液,电镀一段时间后,溶液中镀层金属离子浓度不变;若用惰性电极作阳极,电镀一段时间后,镀层金属离子浓度减小。
(2)电解冶炼:
电解熔融氯化钠、氯化镁、氧化铝制钠、镁和铝等。
(3)电解精炼铜:
粗铜作阳极,精铜作阴极,硫酸铜溶液作电解质溶液。
6.金属的电化学腐蚀
电化学腐蚀的两大类型是:
(1)析氢腐蚀:
在酸性条件下,正极发生反应为2H++2e-==H2↑。
(2)吸氧腐蚀:
在极弱酸性或中性条件下,正极发生反应为2H2O+O2+4e-===4OH-。
7.电极反应式的书写方法
(1)根据反应总式,找出发生氧化反应的物质和发生还原反应的物质,确定正、负极或阴、阳极的反应物和生成物。
(2)要兼顾电极反应的产物能否与电解质溶液继续反应,若能反应,需要写出最终产物。
8.有关电极产物的计算
解答有关电极产物的计算时,应根据在相同时间内,通过串联电路中各电极的电量相等来找关系。
还要注意电解过程中溶液中的某一种离子不足,电极反应改变等特殊情况,根据电极反应实际和各物质的用量进行计算。
【易错易混】
1.原电池的两个电极中,相对较活泼的金属一定作负极。
分析:
判断原电池的电极要根据电极材料和电解质溶液的具体反应分析,发生氧化反应的是负极,发生还原反应的是正极。
如在MgAl稀H2SO4组成的原电池中,Mg为负极,而在MgAlNaOH溶液组成的原电池中,是Al作负极,因为Al可与NaOH溶液反应,Mg不与NaOH溶液反应。
2.书写燃料电池的电极反应式时,易忽视电解质溶液的酸碱性。
分析:
燃料电池中,燃料在负极上发生氧化反应,氧气在正极上发生还原反应。
书写电极反应式时,要考虑溶液的酸碱性。
一般在酸性介质中有H+参加反应,碱性介质中有OH-参加反应。
如CH4、O2组成的燃料电池:
在KOH溶液中,正极反应为2O2+8e-+4H2O===8OH-,负极反应为CH4-8e-+10OH-===CO
+7H2O;在稀H2SO4中,正极反应为2O2+8e-+8H+===4H2O,负极反应为CH4-8e-+2H2O===CO2+8H+。
3.原电池、电解池的名称易混淆。
分析:
原电池一般称为正极和负极,正极发生还原反应、负极发生氧化反应,电解池一般称阴极和阳极,接电源负极的为阴极,发生还原反应,接电源正极的为阳极,发生氧化反应。
4.在电解食盐水的装置中认为阳极区显碱性。
分析电解食盐水时,阴极H+放电生成H2,使水的电离平衡正向移动,OH-浓度增大,阴极区显碱性。
【易错点点睛】
【1】取一张用饱和的NaCl溶液浸湿的pH试纸,两根铅笔芯作电极,接通直流电源,一段时间后,发现a电极与试纸接触处出现一个双色同心圆,内圈为白色,外圈呈浅红色。
则下列说法错误的是()
A.b电极是阴极
B.a电极与电源的正极相连
C.电解过程中水是氧化剂
D.b电极附近溶液的pH变小
【2】右图所示装置I是一种可充电电池,装置II为电解池。
离子交换膜只允许Na
通过,充放电的化学方程式为2Na2S2+NaBr3Na2S4+3NaBr。
闭合开关K时,b极附近先变红色。
下列说法正确的是
A.负极反应为4Na
4e
=4Na
B.当有0.01molNa
通过离子交换膜时,b电极上析出标准状况下的气体112mL
C.闭合K后,b电极附近的pH变小
D.闭合K后,a电极上有气体产生
【答案】B
【易错点点睛】本题信息新颖,多数同学被所给的电池反应很不熟悉,习惯写出电极式的同学会因为写不出电极反应式而做不出来。
电源的正极:
Br3-+2e-=3Br-电源的负极2S22--2e-=S42-,内电路为Na+移动导电。
由题意可知b极(阴极):
2H2O-2e-===H2↑+2OH-,a 极(阳极):
Cu-2e-=Cu2+,所以C,D均错误。
对于B项当有0.01molNa
通过离子交换膜时,说明有内电路通过了0.01mol的电荷,外电路转移的电子也就为0.01mol。
结合b极反应,产生的气体就为0.005mol,体积为112mL。
只有B正确。
【3】燃料电池是燃料(如CO,H2,CH4等)跟氧气(或空气)起反应将化学能转变为电能的装置,电解质溶液是强碱溶液,下面关于甲烷燃料电池的说法正确的是
A.负极反应式:
O2+2H2O+4e==4OH-
B.负极反应式:
CH4+8OH--8e==CO2+6H2O
C.随着放电的进行,溶液的pH值不变
D.放电时溶液中的阴离子向负极移动
【答案】D
以上还应归纳的:
①在碱性溶液中:
缺氧,应由氢氧根离子提供,剩下转化为水;氧多,应和水结合生成氢氧根离子。
②在中性溶液中:
缺氧,应由水提供,剩下转化为氢离子;氧多,应和水结合生成氢氧根离子。
③在酸性溶液中:
缺氧,应由水提供,剩下转化为氢离子;氧多,应和氢离子结合生成水。
总之,溶液的酸碱性变化应是由酸性→中性→碱性或碱性→中性→酸性。
【易错点点睛】不考虑介质环境、离子方程式书写错误
【4】熔融碳酸盐燃料电池的电解质为Li2CO3和Na2CO3的混合物,燃料为CO,氧化剂是含CO2的O2,在工作过程中,电解质熔融液的组成、浓度都不变。
①负极反应为:
______,②正极反应为:
______,③工作时熔融体中的______向负极移动。
【5】在盛有稀H2SO4的烧杯中放入导线连接的锌片和铜片,下列叙述正确的是()
A.正极附近的SO42-离子浓度逐渐增大
B.电子通过导线由铜片流向锌片
C.正极有O2逸出
D.铜片上有H2逸出
【易错点点睛】原电池工作时,电子由负极流向正极(电流由正极流向负极)。
不参与电极反应的离子不能定向移动,这种离子在溶液的各个区域浓度基本不变。
【6】如图所示各容器中盛有海水,铁在其中被腐蚀由快到慢的顺序是()
A.④>②>①>③ B.②>①>③>④
C.④>②>③>① D.③>②>④>①
【答案】A
【易错点点睛】金属腐蚀快慢的判断:
电解原理引起的腐蚀>原电池原理引起的腐蚀>化学腐蚀>有防腐蚀措施的腐蚀;
【7】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Y2+和Z2+共存的溶液时,Y先析出;又知M2+的氧化性强于Y2+。
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
【答案】A
【易错点点睛】根据原电池原理和电解池原理综合判断,熟悉金属活动顺序表
【8】某学生设计了一个“黑笔写红字”的趣味实验。
滤纸先用氯化钠、无色酚酞的混合液浸湿,然后平铺在一块铂片上,接通电源后,用铅笔在滤纸上写字,会出现红色字迹。
据此,下列叙述正确的是()
A.铅笔端作阳极,发生还原反应
B.铂片端作阴极,发生氧化反应
C.铅笔端有少量的氯气产生
D.a点是负极,b点是正极
【答案】D
【易错点点睛】不熟悉电解原理和电极反应,对反应原理和实验现象不能正确判断。
【9】金属镍有广泛的用途。
粗镍中含有少量Fe、Zn、Cu、Pt等杂质,可用电解法制备高纯度的镍,下列叙述正确的是()(已知:
氧化性Fe2+<Ni2+<Cu2+)
A.阳极发生还原反应,其电极反应式:
Ni2++2e-=Ni
B.电解过程中,阳极质量的减少与阴极质量的增加相等
C.电解后,溶液中存在的金属阳离子只有Fe2+和Zn2+
D.电解后,电解槽底部的阳极泥中只有Cu和Pt
【答案】D
【易错点点睛】对离子的氧化性强弱与放电顺序不能正确一一对应,对电解原理认识模糊。
【10】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4mol·L-1
B.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0.5mol
D.电解后溶液中c(H+)为2mol·L-1
【答案】B
【易错点点睛】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测定的计算、根据电荷量求产物的量与根据产物的量求电荷量等的计算。
不论哪类计算,均可概括为下列三种方法:
【11】如下图,四种装置中所盛有的溶液体积均为200ml,浓度均为0.6mol/L,工作一段时间后,测得测得导线上均通过了0.2mol电子,此时溶液中的pH由大到小的顺序是()
A.④②①③ B.④③①②C.④③②① D.①③②④
【答案】C
【11】实验室用铅蓄电池作电源电解饱和食盐水制取氯气,已知铅蓄电池放电时发生如下反应:
负极Pb+SO
===PbSO4+2e-,正极PbO2+4H++SO
+2e-===PbSO4+2H2O。
若制得Cl2物质的量为0.050mol,这时电池内消耗的H2SO4的物质的量至少是()
A.0.025molB.0.050molC.0.10molD.0.20mol
【答案】C
【易错点点睛】有关电解的计算通常是求电解后某产物质量、气体的体积、某元素的化合价以及溶液的pH、物质的量浓度等。
解答此类题的方法有两种:
一是根据电解方程式或电极反应式列比例式求解;二是利用各电极、线路中转移的电子数目守恒列等式求解。
以电子守恒较为简便,注意运用。
由于电化学常常涉及到物理学中的串联电路、并联电路以及相关物理量如电流强度、电压、电阻、时间、电量等,无疑有关电化学知识也必然是物理学和化学的交汇点。
【12】用指定材料做电极来电解一定浓度的溶液甲,然后加入物质乙能使溶液恢复为甲溶液原来的浓度,则合适的组是:
阳极
阴极
溶液甲
物质乙
A.
Pt
Pt
NaOH
NaOH固体
B.
Pt
Pt
H2SO4
H2O
C.
C
Fe
NaCl
盐酸
D.
粗铜
精铜
CuSO4
Cu(OH)2
【答案】B
【13】将含有0.400molCuSO4和0.200molKCl的水溶液1L,用惰性电极电解一段时间后,在一个电极上析出19.2gCu,此时在另一电极上放出的气体在标准状况下的体积为()
A.5.60LB.6.72LC.4.48LD.3.36L
【答案】C
【14】用铂电极电解2价过渡元素硝酸盐溶液600mL,若某极产生672mL气体(标准状况),另一极增重3.81g,假设溶液体积不变,且原溶液pH值为6,正确的判断是:
①电解后溶液的pH值为0.9,②电解后溶液pH值的为0.7,③该金属的相对原子量为65,④该金属的相对原子量为63.5,⑤该金属的相对原子量为24。
A.①④B.②④C.①⑤D.②③
【答案】B
【15】在蒸馏水中按物质的量之比为1∶1∶1∶2加入AgNO3,Ba(NO3)2,Na2SO4,NaCl,使之完全溶解,以铂电极电解该混合物至溶质完全反应,则所得氧化产物与还原产物的质量比为()
A.35.5∶108B.71∶2C.108∶35.5D.71∶109
【答案】B
【16】在如右图所示的实验装置中,E为一张淀
粉、碘化钾和酚酞混合溶液润湿的滤纸,C、D为
夹在滤纸两端的铂夹,X、Y分别为直流电源的两
极。
在A、B中充满KOH溶液后倒立
于盛有KOH
溶液的水槽中,再分别插入铂电极。
切断电源开关
S1,闭合开关S2,通直流电一段时间后,请回答下列问题:
(1)标出电源的正、负极:
X为极,Y为极。
(2)在滤纸的C端附近,观察到的现象是,在滤纸的D端附近,观察到的现象是。
(3)写出电极反应式:
A中;B中;C中;D中。
(4)若电解一段时间后,A、B中均有气体包围电极,此时切断开关S2,闭合开关S1,则电流计的指针是否发生偏转(填“偏转”或“不偏转”)。
(5)若电流计指针偏转,写出有关的电极反应式(若指针不偏转,此题不必回答):
A中;B中。
若电流计指针不偏转,请说明理由(若指针不偏转,此题不必回答)
【答案】⑴正极 负极 ⑵试纸变蓝 试纸变红 ⑶ 4H++4e-=2H2↑ 4OH--4e-=2H2O+O2↑ 4I--4e-=2I2 4H++4e-=2H2↑ ⑷偏转 ⑸2H2+4OH--4e-=4H2O 2H2O+O2+4e-=4OH-
【17】下列装置中能组成原电池的是()
【答案】B
【18】X,Y,Z,M为金属活动顺序表中常见的四种金属元素,在常温下都不和冷水反应。
金属X和Z用导线连接放入稀硫酸中时,X溶解,Z极上有气体放出;若电解Y2+离子和Z2+离子共存的溶液时,Y先析出;又知在X和M的阳离子溶液中,加入过量的氢氧化钾溶液,M生成相应的氢氧化物的沉淀,试写出四种金属的活泼性由强到弱的顺序______。
【答案】X>M>Z>Y,X>Z>M>Y或M>X>Z>Y。
【2013高考突破】
1.下面各容器中盛有海水,铁在其中被腐蚀时由快到慢的顺序是
( )
A.④>②>①>③B.②>①>③>④
C.④>②>③>①D.③>②>④>①
2.关于铅蓄电池的说法正确的是
( )
A.在放电时,正极发生的反应是Pb(s)+SO
(aq)―→PbSO4(s)+2e-
B.在放电时,该电池的负极材料是铅板
C.在充电时,电池中硫酸的浓度不断变小
D.在充电时,阳极发生的反应是PbSO4(s)+2e-―→Pb(s)+SO
(aq)
3.下图装置中,U型管内为红墨水,a、b试管内分别盛有食盐水和氯化铵溶液,各加入生铁块,放置一段时间。
下列有关描述错误的是
( )
A.生铁块中的碳是原电池的正极
B.红墨水柱两边的液面变为左低右高
C.两试管中相同的电极反应式是:
Fe―→Fe2++2e-
D.a试管中发生了吸氧腐蚀,b试管中发生了析氢腐蚀
4.电池是人类生产和生活中的重要能量来源,各式各样电池的发明是化学对人类的一项重大贡献。
下列有关电池的叙述正确的是
( )
A.锌锰干电池工作一段时间后碳棒变细
B.氢氧燃料电池可将热能直接转变为电能
C.氢氧燃料电池工作时氢气在负极被氧化
D.太阳能电池的主要材料是高纯度的二氧化硅
5.将纯锌片和纯铜片按下图所示方式插入同浓度的稀硫酸中一段时间,以下叙述正确的是
( )
A.两烧杯中铜片表面均无气泡产生
B.甲中铜片是正极,乙中铜片是负极
C.两烧杯中溶液的pH均增大
D.产生气泡的速度甲比乙慢
6.我国首创的海洋电池以铝板为负极,铂网为正极,海水为电解质溶液,空气中的氧气与铝反应产生电流。
电池总反应为:
4Al+3O2+6H2O===4Al(OH)3,下列说法不正确的是
( )
A.正极反应为:
O2+2H2O+4e-―→4OH-
B.电池工作时,电流由铝电极沿导线流向铂电极
C.以网状的铂为正极,可增大与氧气的接触面积
D.该电池通常只需更换铝板就可继续使用
7.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,称为燃料电池,下列叙述正确的是
( )
①通入CH4的电极为正极;②正极的电极反应是O2+2H2O+4e-―→4OH-;③通入CH4的电极反应式是CH4+2O2+4e-―→CO2+2H2O;④负极的电极反应式是CH4+10OH-―→CO
+7H2O+8e-;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
负极移动。
【答案】 B
8.碱性锌锰电池工作时的化学方程式为:
Zn+2MnO2+2H2O===2MnOOH+Zn(OH)2。
关于碱性锌锰电池的说法正确的是
( )
A.碱性锌锰电池是二次电池
B.正极反应式为:
MnO2+H2O+e-―→MnOOH+OH-
C.连续工作后的碱性锌锰电池中电解液的pH将减小
D.工作中,每转移0.2mol电子时,负极质量减轻6.5g
9.原电池的电极名称不仅与电极材料的性质有关,也与电解质溶液有关。
下列说法中正确的是
( )
A.
(1)
(2)中Mg作负极,(3)(4)中Fe作负极
B.
(2)中Mg作正极,电极反应式为:
6H2O+6e-―→6OH-+3H2↑
C.(3)中Fe作负极,电极反应式为:
Fe―→Fe2++2e-
D.(4)中Cu作正极,电极反应式为:
2H++2e-―→H2↑
10.铜板上铁柳钉处的吸氧腐蚀原理如下图所示,下列有关说法中,不正确的是
( )
A.正极电极反应式为2H++2e-―→H2↑
B.此过种中还涉及到反应:
4Fe(OH)2+2H2O+O2===4Fe(OH)3
C.此过程中铜并不被腐蚀
D.此过程中电子从Fe移向Cu
11.下列描述中,不符合生产实际的是
( )
A.电解熔融的氧化铝制取金属铝,用铁作阳极
B.电解法精炼粗铜,用纯铜作阴极
C.电解饱和食盐水制烧碱,用涂镍碳钢网作阴极
D.在镀件上电镀锌,用锌作阳极
12.下图为直流电源电解稀Na2SO4水溶液的装置。
通电后在石墨电极a和b附近分别滴加一滴石蕊溶液。
下列实验现象中正确的是
( )
A.逸出气体的体积,a电极的小于b电极的
B.一电极逸出无味气体,另一电极逸出刺激性气味气体
C.a电极附近呈红色,b电极附近呈蓝色
D.a电极附近呈蓝色,b电极附近呈红色
13.某电解池内盛有CuSO4溶液,插入两根电极,接通直流电源后,欲达到如下要求:
①阳极质量不变;②阴极质量增加;③电解液pH减小,则应选用的电极是(多选)( )
A.阴阳两极都是石墨 B.铜作阳极,铁作阴极
C.铁作阳极,铜作阴极D.铂作阳极,铜作阴极
14.用惰性电极实现电解,下列说法正确的是
( )
A.电解稀硫酸溶液,实质上是电解水,故溶液pH不变
B.电解稀氢氧化钠溶液,要消耗OH-,故溶液pH减小
C.电解硫酸钠溶液,在阴极上和阳极上析出产物的物质的量之比为1∶2
D.电解氯化铜溶液,在阴极上和阳极上析出产物的物质的量之比为1∶1
15.如下图所示,x、y分别是直流电源的两极,通电后发现a极极板质量增加,b极极板处有无色无味的气体放出,符合这一情况的是
( )
a极板
b极板
x电极
z溶液
A
锌
石墨
负极
CuSO4
B
石墨
石墨
负极
NaOH
C
银
铁
正极
AgNO3
D
铜
石墨
负极
CuCl2
16.如图所示,a、b、c、d均为石墨电极,通电进行电解。
下列说法正确的是
( )
A.乙池中d的电极反应为:
2Cl-―→Cl2↑+2e-
B.a、c两极产生气体的物质的量相等
C.甲、乙两池中溶液的pH均保持不变
D.乙池中发生的反应为:
2NaCl+2H2O
2NaOH+H2↑+Cl2↑
【答案】 D
17.将AsO
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