高三化学电化学.docx
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高三化学电化学
1.某碱性蓄电池在充电和放电时发生的反应为:
Fe+NiO2+2H2O
Fe(OH)2+Ni(OH)2,下列说法中正确的是:
A.放电时,负极上发生反应的物质是Fe.
B.放电时,正极反应是:
NiO2+2e-+2H+=Ni(OH)2
C.充电时,阴极反应是:
Ni(OH)2-2e-+2OH-=NiO2+2H2O
D.充电时,阳极附近pH值减小.
【答案】AD
【方法要领】根据原电池在放电时,负极发生氧化反应,正极发生还原反应,再根据元素化合价变化,可判断该电池负极发生反应的物质为Fe,正极为NiO2,此电池为碱性电池,在书写电极反应和总电池反应方程式时不能出现H+,故放电时的电极反应是:
负极:
Fe-2e-+2
=Fe(OH)2,正极:
NiO2+2e-+2H2O=Ni(OH)2+2
。
原电池充电时,发生电解反应,此时阴极反应为原电池负极反应的逆反应,阳极反应为原电池正极反应的逆反应,由此可判断正确选项应为A、D。
2.下列说法正确的是( )
A.钢铁因含杂质而容易发生电化学腐蚀,所以合金都不耐腐蚀
B.原电池反应是导致金属腐蚀的主要原因,故不能用来减缓金属的腐蚀
C.钢铁电化学腐蚀的两种类型主要区别在于水膜的pH不同,引起的正极反应不同
D.无论哪种类型的腐蚀,其实质都是金属被氧化
【答案】CD
【方法要领】金属的腐蚀就是金属失电子而被氧化的过程,因此D是正确的。
依据电化学腐蚀中析氢腐蚀和吸氧腐蚀的原理可知,C也是正确的。
原电池反应既可以加快金属的腐蚀,也可用以防止金属的腐蚀。
例如不锈钢,镀锌铁等中的Fe均不易腐蚀,所以A、B是不正确的
3.金属防护的方法不正确的是()
A.对健身器材涂油漆以防止生锈
B.对某些工具的“机械转动部位”选用刷油漆的方法来防锈
C.用牺牲锌块的方法来保护船身
D.自行车的钢圈上镀上一层铬防锈
【答案】B
【方法要领】机械转动部位应涂油脂防锈,油脂既防水又能防止气体对金属的腐蚀,还能使转动部位灵活
4.(09安徽卷12)Cu2O是一种半导体材料,基于绿色化学理念设计的制取.Cu2O的电解池示
意图如下,点解总反应:
2Cu+H2O==Cu2O+H2O
。
下列说法正确的是
A.石墨电极上产生氢气
B.铜电极发生还原反应
C.铜电极接直流电源的负极
D.当有0.1mol电子转移时,有0.1molCu2O生成。
【答案】A
【方法要领】由电解总反应可知,Cu参加了反应,所以Cu作电解池的阳极,发生氧化反应,B选项错误;石墨作阴极,阴极上是溶液中的H+反应,电极反应为:
2H++2e-=H2↑,A选项正确;阳极与电源的正极相连,C选项错误;阳极反应为2Cu+2
-2e-=Cu2O+H2O,当有0.1mol电子转移时,有0.05molCu2O生成,D选项错误
5.(09江苏卷12)以葡萄糖为燃料的微生物燃料电池结构示意图如图所示。
关于该电池的叙述正确的是()
A.该电池能够在高温下工作
B.电池的负极反应为:
C.放电过程中,
从正极区向负极区迁移
D.在电池反应中,每消耗1mol氧气,理论上能生成标准状况下
气体
【答案】B
【方法要领】A项,高温条件下微生物会变性,所以A错;B项,负极是葡萄糖失电子生成二氧化碳,所以B对;C项,原电池内部阳离子应向正极移动,所以C错;D项,消耗1mol氧气生成1mol二氧化碳,标准状况下体积是22.4L,D错
6.镍氢电池是近年来开发出来的可充电电池,它可以取代会产生镉污染的镍镉电池。
镍氢电池的总反应式是:
H2+NiO(OH)
Ni(OH)2。
根据此反应式判断,下列叙述中正确的是()
A.电池放电时,电池负极周围溶液的pH不断增大
B.电池放电时,镍元素被氧化
C.电池充电时,氢元素被还原
D.电池放电时,氢气是负极
【答案】CD。
【方法要领】本题考查在题目创设的新情景中运用所学电化学知识,解决具体问题的能力。
首先是区别出充电运用的是电解原理,放电则是运用了原电池原理。
抓住电解池、原电池各极发生氧化还原反应的特点,结合题给的信息进行分析判断:
A:
原电池负极反应式为:
H2+OH-+e-
Ni(OH)2,pH下降。
故A不正确。
B:
原电池,NiO(OH)→Ni(OH)2,镍被还原。
故B也不正确。
同理可判断得:
正确答案为CD
7.(2009届福建省泉州市俊来中学高三年级月考化学)关于电解NaCl溶液,下列叙述正确的是( )
A.电解时在阳极得到氯气,在阴极得到金属钠
B.若在阳极附近溶液中滴入KI溶液,溶液呈棕色
C.若在阴极附近的溶液中滴入酚酞试液,溶液呈无色
D.电解一段时间后,将全部电解液转移到烧杯中,充分搅拌后溶液呈中性
【答案】B
方法要领A项中在阴极得到氢气;C项中在阴极附近的溶液中滴入酚酞试液,溶液呈红色;D
20080801
项中因为反应生成了NaOH,所以溶液呈碱性
8.(2009届福建省泉州市俊来中学高三年级月考化学)下列叙述正确的是( )
A.在原电池的负极和电解池的阴极上都发生失电子的氧化反应
B.用惰性电极电解Na2SO4溶液,阴阳两极产物的物质的量之比为1:
2
C.用惰性电极电解饱和NaCl溶液,若有1mol电子转移,则生成1molNaOH
D.镀层破损后,镀锡铁板比镀锌铁板更耐腐蚀
【答案】C
【方法要领】在原电池的负极和电解池的阳极都发生氧化反应,所以A错;电解Na2SO4实质是电解水,在阴极产生H2,在阳极产生O2,二者体积比为2:
1,所以B错;根据电解NaCl的方程式:
2NaCl+2H2O
2NaOH+Cl2↑+H2↑可知,每转移1mol电子,生成1molNaOH,故C对;镀层破损后,镀锌铁板更耐腐蚀,因为锌做负极,铁做正极被保护,所以D说法错误
9.甲、乙两个容器中,分别加入0.1mol/LNaCl溶液与0.1mol/LAgNO3溶液后,以Pt为电极进行电解时,在A、B、C、D各电极上生成物的物质的量之比为:
_____________
【答案】2:
2:
4:
1
【方法要领】此装置相当于两个电解槽串联到一起,在整个电路中电子转移总数相等.首先判断各极是阳极还是阴极,即电极名称,再分析各极发生的反应.A极(阴极)反应:
2H++2e-=H2↑,B极(阳极)反应:
2Cl--2e-=Cl2↑;C极(阴极)反应:
Ag++e-=Ag;D极(阳极)反应:
4
-4e-=2H2O+O2↑,根据电子守恒法可知,若整个电路中有4mol电子转移,生成H2、Cl2、Ag、O2的物质的量分别为:
2mol、2mol、4mol、1mol因此各电极上生成物的物质的量之比为:
2:
2:
4:
1
10.(2009届福建省泉州市俊来中学高三年级月考)食盐是日常生活的必需品,也是重要的化工原料
(1)粗食盐常含有少量K+、Ca2+、Mg2+、Fe3+、SO42-等杂质离子,实验室提纯NaCl
的流程如下:
提供的试剂:
饱和Na2CO3溶液饱和K2CO3溶液NaOH溶液BaCl2溶液
Ba(NO3)2溶液75%乙醇四氯化碳
①欲除去溶液Ⅰ中的Ca2+、Mg2+、Fe3+、SO42-离子,选出a所代表的试剂,按滴加顺序依次为(只填化学式)。
②洗涤除去NaCl晶体表面附带的少量KCl,选用的试剂为。
(2)用提纯的NaCl配制500mL4.00mol·L-1NaCl溶液,所用仪器除药匙、玻璃棒外还
有(填仪器名称)。
(3)电解饱和食盐水的装置如图所示,若收集的H2
为2L,则同样条件下收集的Cl2(填“>”、
“=”或“<”=2L,原因是。
装置改进后,可用于制备NaOH溶液,若测定溶
液中NaOH的浓度,常用的方法为。
(4)实验室制备H2和Cl2通常采用下列反应:
Zn+H2SO4====ZnSO4+H2↑;MnO2+4HCl
(浓)
MnCl2+Cl2↑+2H2O
据此,从下列所给仪器装置中选择制备并收集H2的装置(填代号)和制备并收集干燥、纯净Cl2的装置(填代号)。
可选用制备气体的装置:
【答案】⑴①BaCl2、NaOH、Na2CO3;②75%乙醇;
⑵天平、烧杯、500mL容量瓶、胶头滴管;
⑶<;电解生成的氯气与电解生成的NaOH发生了反应;出酸碱中和滴定;
⑷e;d
【方法要领】
(1)①用NaOH溶液与Mg2+、Fe3+反应生成Mg(OH)2、Fe(OH)3而除去Mg2+、Fe3+;用BaCl2溶液与SO42-反应生成BaSO4而除去SO42-,最后用饱和Na2CO3溶液除去Ca2+及后加入的Ba2+,NaOH溶液和BaCl2溶液的加入顺序可以颠倒,但Na2CO3溶液一定最后加入。
②用75%乙醇洗涤NaCl晶体表面附带的少量KCl,是因为KCl能溶于75%乙醇之中,而四氯化碳属于有机溶剂,KCl难溶于四氯化碳之中,故选用试剂为75%乙醇。
(2)根据一定物质的量浓度溶液配制实验的步骤,不难得出答案。
除了题中所提供的仪
器外,还需要托盘天平、烧杯、500mL容量瓶、胶头滴管
(3)由电解方程式:
2NaCl+2H2O=2NaOH+Cl2↑+H2↑及电路中的电量守恒可知,
V(H2)=V(Cl2)=2L,但是由于生成的氯气易与电解生成的NaOH发生反应,故V(Cl2)<2L。
(4)选择制备并收集H2的装置,要从实验室制备氢气的原理及氢气的物理性质入手。
实
验室制取氢气,因制取氢气不需要加热,采用制取氢气的简易装置,即e、f的左边装置;收
集氢气,因氢气的密度小于空气而难溶于水,故采用排水法收集,即e右边装置;制备并收
集干燥、纯净Cl2的装置,要考虑到实验室制取氯气须加热,且装置中须增加干燥装置,除杂
装置,收集装置及尾气的吸收装置,故答案选d。
【典例精析】
一、原电池的工作原理
例1.(09广东理科基础34)下列有关电池的说法不正确的是
A.手机上用的锂离子电池属于二次电池
B.铜锌原电池工作时,电子沿外电路从铜电极流向锌电极
C.甲醇燃料电池可把化学能转化为电能
D.锌锰干电池中,锌电极是负极
【解析】锂离子电池可以充用,再次使用,属于二次电池,A项正确;铜锌原电池中铜为正极,故电流为铜流向锌,而电子是由锌流向铜,B项错;电池的实质即是化学能转化成电能,C项正确;Zn失去电子生成Zn2+,故作为负极,D项正确
【答案】B
例2.下列叙述中正确的是
A.构成原电池正极和负极的材料必须是两种金属。
B.由铜、锌作电极与硫酸铜溶液组成的原电池中铜是负极。
C.马口铁(镀锡铁)破损时与电解质溶液接触锡先被腐蚀。
D.铜锌原电池工作时,若有13克锌被溶解,电路中就有0.4mol电子通过。
【解析】两种活动性不同的金属与电解质溶液能够组成原电池,但不能因此说构成原电池电极的材料一定都是金属,例如锌和石墨电极也能跟电解质溶液组成原电池。
在原电池中,活动金属中的电子流向不活动的电极,因此活动金属是负极。
镀锡铁表皮破损后与电解质溶液组成原电池,铁较锡活泼,铁先失电子被腐蚀。
铜锌原电池工作时,锌负极失电子,电极反应为Zn–2e==Zn2+,1molZn失去2mol电子,0.2mol锌(质量为13克)被溶解电路中有0.4mol电子通过。
故选D
【答案】D
二、常见的化学电源
例3、电子计算机所用钮扣电池的两极材料为锌和氧化银,电解质溶液为KOH溶液,其电极反应是:
Zn+2OH--2e=ZnO+H2OAg2O+H2O+2e=2Ag+2OH-
下列判断正确的是
A.锌为正极,Ag2O为负极。
B.锌为负极,Ag2O为正极。
C.原电池工作时,负极区溶液PH减小。
D.原电池工作时,负极区溶液PH增大。
解析:
本题考查原电池和PH的概念。
原电池中失去电子的极为负极,所以锌为负极,Ag2O为正极。
B是正确答案。
因为Zn+2OH--2e=ZnO+H2O,负极区域溶液中[OH-]不断减少,故PH减小,所以C也正确。
故选B、C。
答案:
BC
例4.氢氧燃料电池是符合绿色化学理念的新型发电装置。
下图为电池示意图,该电池电极表面镀一层细小的铂粉,铂吸附气体的能力强,性质稳定,请回答:
(1)氢氧燃料电池的能量转化主要形式是 ,在导线中电子流动方向为 (用a、b表示)。
(2)负极反应式为 。
(3)电极表面镀铂粉的原因为 。
(4)该电池工作时,H2和O2连续由外部供给,电池可连续不断提供电能。
因此,大量安全储氢是关键技术之一。
金属锂是一种重要的储氢材料,吸氢和放氢原理如下:
Ⅰ.2Li+H2
2LIHⅡ.LiH+H2O==LiOH+H2↑
①反应Ⅰ中的还原剂是 ,反应Ⅱ中的氧化剂是 。
②已知LiH固体密度为0.82g/cm3。
用锂吸收224L(标准状况)H2,生成的LiH体积与被吸收的H2体积比为 。
③由②生成的LiH与H2O作用,放出的H2用作电池燃料,若能量转化率为80%,则导线中通过电子的物质的量为 mol。
【解析】本题考查电化学知识。
(1)原电池的实质为化学能转化成电能。
总反应为2H2+O2=2H2O,其中H2从零价升至+1价,失去电子,即电子从a流向b。
(2)负极为失去电子的一极,即H2失电子生成H+,由于溶液是碱性的,故电极反应式左右应各加上OH-。
(3)铂粉的接触面积大,可以加快反应速率。
(4)I.Li从零价升至+1价,作还原剂。
II.H2O的H从+1降至H2中的零价,作氧化剂。
由反应I,当吸收10molH2时,则生成20molLiH,V=m/ρ=20×7.9/0.82×10-3L=192.68×10-3L。
V(LiH)/v(H2)=192.68×10-3L/224L=8.71×10-4。
20molLiH可生成20molH2,实际参加反应的H2为20×80%=1.6mol,1molH2转化成1molH2O,转移2mol电子,所以1.6molH2可转移3.2mol的电子
【答案】
③32
三、电解原理
例5.如图所示,a、b、c、d均为石墨电极,通电进行电解。
20080801
下列说法正确的是()
A.乙烧杯中d的电极反应为2Cl––2e–
Cl2↑
B.a、c两极产生气体的物质的量相等
C.甲、乙两烧杯中溶液的pH均保持不变
电解
D.乙烧杯中发生的反应为2NaCl+2H2O
2NaOH+H2↑+Cl2↑
【解析】由图可以看出a、c均为阳极,分别生成O2、Cl2,所以生成的物质的量不相等;b、d均为阴极,所以d极发生的电极反应式为2H++2e-=H2↑;甲、乙两烧杯电解时的pH分别减小、增大。
【答案】D
例6.(09年安徽卷)Cu2O是一种半导体材料,基于绿色化学理念设计的制取.Cu2O的电解池示意图如下,点解总反应:
2Cu+H2O==Cu2O+H2O
。
下列说法正确的是
A.石墨电极上产生氢气
B.铜电极发生还原反应
C.铜电极接直流电源的负极
D.当有0.1mol电子转移时,有0.1molCu2O生成。
【解析】由电解总反应可知,Cu参加了反应,所以Cu作电解池的阳极,发生氧化反应,B选项错误;石墨作阴极,阴极上是溶液中的H+反应,电极反应为:
2H++2e-=H2↑,A选项正确;阳极与电源的正极相连,C选项错误;阳极反应为2Cu+2OH--2e-=Cu2O+H2O,当有0.1mol电子转移时,有0.05molCu2O生成,D选项错误。
【答案】A.
四、金属的腐蚀及防护
例7.下列关于金属腐蚀的叙述正确的是()
A.金属在潮湿情况下的腐蚀实质是M+nH2O====M(OH)n+
H2↑
B.金属的化学腐蚀实质是M-ne-
Mn+,电子直接转移给氧化剂
C.金属的化学腐蚀必须在酸性条件下进行
D.在潮湿的中性环境中,金属的电化学腐蚀主要是吸氧腐蚀
【解析】A项金属在潮湿情况下有可能进行析氢腐蚀,也有可能进行吸氧腐蚀,题目只给出了析氢腐蚀实质。
C项中,金属铝的化学腐蚀可以在碱性条件下进行,故此选项错。
【答案】BD
例8.(09年广东卷)出土的锡青铜(铜锡合金)文物常有Cu2(OH)3Cl覆盖在其表面。
下列说法正确的是
A.锡青铜的熔点比纯铜高
B.在自然环境中,锡青铜中的锡对铜起保护作用
C.锡青铜文物在潮湿环境中的腐蚀比干燥环境中快
D.生成Cu2(OH)3Cl覆盖物是电化学腐蚀过程,但不是化学反应过程
【解析】锡青铜属于合金根据合金的特性,熔点比任何一种纯金属的低判断A错;由于锡比铜活泼,故在发生电化学腐蚀时,锡失电子保护铜,B正确;潮湿的环境将会加快金属的腐蚀速率,C正确;电化学腐蚀过程实质是有电子的转移,属于化学反应过程,D错。
【答案】BC
例10.(09广东理科基础25)钢铁生锈过程发生如下反应:
①2Fe+O2+2H2O=2Fe(OH)2;
②4Fe(OH)2+O2+2H2O=4Fe(OH)3;
③2Fe(OH)3=Fe2O3+3H2O。
下列说法正确的是
A.反应①、②中电子转移数目相等
B.反应①中氧化剂是氧气和水
C.与铜质水龙头连接处的钢质水管不易发生腐蚀
D.钢铁在潮湿的空气中不能发生电化学腐蚀
【解析】①②反应中消耗O2的量相等,两个反应也仅有O2作为氧化剂,故转移电子数是相等的,A项正确。
①中H2O的H、O两元素的化合价没有变,故不作氧化剂,B项错;铜和钢构成原电池,腐蚀速度加快,C项错;钢铁是铁和碳的混合物,在潮湿的空气的中易发生吸氧腐蚀,属于电化学腐蚀,故D项错
【答案】A
五、电极反应的书写
例11.银器皿日久表面逐渐变黑色,这是由于生成硫化银,有人设计用原电池原理加以除去,其处理方法为:
将一定浓度的食盐溶液放入一铝制容器中,再将变黑的银器浸入溶液中,放置一段时间后,黑色会褪去而银不会损失。
试回答:
在此原电池反应中,负极发生的反应为________;正极发生的反应为_________;反应过程中产生有臭鸡蛋气味的气体,则原电池总反应方程式为___________________________。
【解析】要善于抓住题示信息,“黑色褪去而银不会损失”,必然发生变化:
Ag2S
Ag,
显然这是原电池的正极反应,Ag2S+2e-
2Ag+S2-,负极反应为活泼金属发生氧化反应:
Al-3e-
Al3+。
正极生成的S2-和负极生成的Al3+在溶液中发生双水解:
2Al3++3S2-+6H2O
2Al(OH)3↓+3H2S↑,与题意产生臭鸡蛋气味的气体相吻合。
原电池的总反应为上述三个反应的加合:
3Ag2S+2Al+6H2O
6Ag+2Al(OH)3↓+3H2S↑。
【答案】Al-3e-
Al3+Ag2S+2e-
2Ag+S2-
3Ag2S+2Al+6H2O
6Ag+2Al(OH)3↓+3H2S↑
例12.钢铁在很弱的酸性或中性条件下发生电化学腐蚀时,正极的反应式为( )
A.Fe-2e-
Fe2+B.2H++2e-
H2↑
C.
4
D.Fe-3e-
Fe3+
【解析】钢铁中含有多种杂质,在考虑钢铁的电化学腐蚀时,为了简化问题,主要讨论碳杂质问题。
也就是以Fe为负极,C为正极的原电池反应。
在中性条件或弱酸性条件下发生的是吸氧腐蚀。
原电池的正极为C,发生的是还原反应,即得电子反应,故A、D选项应排除。
在B、C选项中,B项是析氢腐蚀的电极反应式
【答案】C
六、电解的有关计算
例13.将两个铂电极插入500mLCuSO4溶液中进行电解,通电一定时间后,某一电极增重0.064g(设电解时该电极无氢气析出,且不考虑水解和溶液体积变化),此时溶液中氢离子浓度约为
A.4×10-3mol/L B.2×10-3mol/L C.1×10-3mol/L D.1×10-7mol/L
【解析】根据电解规律可知阴极反应:
Cu2++2e-=Cu,增重0.064gCu,应是Cu的质量,根据总反应方程式:
2CuSO4+2H2O
2Cu+O2↑+2H2SO4--->4H+
2×64g 4mol
0.064g x
x=0.002mol
[H+]=
=4×10-3mol/L
【答案】A
例14.(2009届福建省泉州市俊来中学高三年级月考化学)电解100mL含c(H+)=0.30mol/L
的下列溶液。
当电路中通过0.04mol电子时,理论上析出金属质量最大的是
A.0.10mol/LAg+B.0.20mol/LZn2+C.0.20mol/LCu2+D.0.20mol/LPb2+
【解析】电解时阴极上溶液中离子的反应顺序为Ag+>Cu2+>H+>Pb2+>Zn2+,
A项中Ag+先反应,H+后反应,可得到Ag:
0.10mol/L×0.1L×108g/mol=1.08g;H2:
0.03g。
B项中H+先反应,Zn2+后反应,可得H2:
0.03g;Zn:
(0.04mol-0.03mol)÷2×65g/mol=0.325g。
C项中Cu2+先反应,H+后反应,可得到Cu:
0.02mol/L×0.1L×64g/mol=1.28g。
D项中H+先反应,Pb2+后反应,可得到H2:
0.03g;Pb:
(0.04mol-0.03mol)÷2×207g/mol=1.05g。
因此理论上析出金属质量最大的是C。
【答案】C
七、原电池原理和电解原理综合运用
例15.(09广东化学14)可用于电动汽车的铝-空气燃料电池,通常以NaCl溶液或NaOH
溶液为电解液,铝合金为负极,空气电极为正极。
下列说法正确的是
A.以NaCl溶液或NaOH溶液为电解液时,正极反应都为:
O2+2H2O+4e-=4
B.以NaOH溶液为电解液时,负极反应为:
Al+3
-3e-=Al(OH)3↓
C.以NaOH溶液为电解液时,电池在工作过程中电解液的pH保持不变
D.电池工作时,电子通过外电路从正极流向负极
【解析】电解质溶液显碱性或中性,该燃料电极的正极发生反应为:
O2+2H2O+4e-=4
,A对;铝作负极,负极反应应该是铝失去电子变为铝离子,在氢氧化钠的溶液中铝离子继续与过量的碱反应生成偏铝酸根,因此负极反应为:
Al+4
-3e=
+2H2O,B错;该电池在碱性条件下消耗了碱,反应式为4Al+3O2+4
=4
+2H2O溶液PH降低,C错;电池工作时,电子从负极出来经过外电路流到正极,D错高
【答案】A
例16.(09年浙江卷)市场上经常见到的标记为Li-ion的电池称为“锂离子电池”。
它的负极材料是金属锂和碳的复合材料(碳作为金属锂的载体),电解质为一种能传导Li
的高分子材料。
这种锂离子电池的电池反应为:
Li+2Li
下列说法不正确的是
A.放电时,负极的电极反应式:
Li-e
=Li
B.充电时,Li
既发生氧化反应又发生还原反应
C.该电池不能用水溶液作为电解质
D.放电过程中Li
向负极移动
【解析】A项,Li从零价升至正价,失去电子,作为负极,正确;B项,反应逆向进行时。
反应物只有一种,故化合价既有升,又有降,所以既发生氧化反应又发生还原反应,正确;C项,由于Li可以与水反应,故应为非水材料
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