高考化学冲刺高效提分辅导化学能与电能 学生版.docx

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高考化学冲刺高效提分辅导化学能与电能学生版

【典例分析】

例1将NaCl溶液滴在一块光亮清洁的铁板表面上，一段时间后发现液滴覆盖的圆周中心区（a）已被腐蚀而变暗，在液滴外沿形成棕色铁锈环（b），如图所示。

导致该现象的主要原因是液滴之下氧气含量比边缘少。

下列说法正确的是

A．液滴中的Cl-由a区向b区迁移

B．液滴边缘是正极区，发生的电极反应为：

O2＋2H2O＋4e-

4OH－

C．液滴下的Fe因发生还原反应而被腐蚀，生成的Fe2＋由a区向b区迁移，与b区的OH―形成Fe（OH）2，进一步氧化、脱水形成铁锈

D．若改用嵌有一铜螺丝钉的铁板，在铜铁接触处滴加NaCl溶液，则负极发生的电极反应为Cu－2e-=Cu2＋

例2研究人员研制出一种锂水电池，可作为鱼雷和潜艇的储备电源。

该电池以金属锂和钢板为电极材料，以LiOH为电解质，使用时加入水即可放电。

关于该电池的下列说法不正确的是（）

A．水既是氧化剂又是溶剂B．放电时正极上有氢气生成

C．放电时OH－向正极移动D．总反应为：

2Li＋2H2O===2LiOH＋H2↑

例3结合右图判断，下列叙述正确的是

A.I和II中正极均被保护

B.I和II中负极反应均是Fe-2e-=Fe2＋

C.I和II中正极反应均是O2+2H2O+4e-=4OH―

D.I和II中分别加入少量K3溶液，均有蓝色沉淀

例4某小组为研究电化学原理，设计如图2装置。

下列叙述不正确的是

A．a和b不连接时，铁片上会有金属铜析出

B．a和b用导线连接时，铜片上发生的反应为：

Cu2＋+2e-=Cu

C．无论a和b是否连接，铁片均会溶解，溶液从蓝色逐渐变成浅绿色

D．a和b分别连接直流电源正、负极，电压足够大时，Cu2＋向铜电极移动

例5根据下图，下列判断中正确的是

A.烧杯a中的溶液pH升高

B.烧杯b中发生氧化反应

C.烧杯a中发生的反应为2H++2e-=H2

D.烧杯b中发生的反应为2Cl--2e-=Cl2

例6甲、乙、丙、丁、戊为原子序数依次增大的短周期元素。

甲、丙处于同一主族，丙、丁、戊处于同一周期，戊原子的最外层电子数是甲、乙、丙原子最外层电子数之和。

甲、乙组成的常见气体X能使湿润的红色石蕊试纸变蓝；戊的单质与X反应能生成乙的单质，同时生成两种溶于水均呈酸性的化合物Y和Z，0.1mol/L的Y溶液pH＞1；丁的单质既能与丙元素最高价氧化物的水化物的溶液反应生成盐L，也能与Z的水溶液反应生成盐；丙、戊可组成化合物M。

请回答下列问题：

（1）戊离子的结构示意图为_________________。

（2）写出乙的单质的电子式：

_________________。

（3）戊的单质与X反应生成的Y和Z的物质的量之比为2∶4，反应中被氧化的物质与被还原的物质的物质的量之比为__________。

（4）写出少量Z的稀溶液滴入过量L的稀溶液中发生反应的离子方程式：

___________________________________。

（5）按右图电解M的饱和溶液，写出该电解池中发生反应的总反应方程式：

_____________________________________。

将充分电解后所得溶液逐滴加入到酚酞试液中，观察到的现象是__________________________。

例7氯碱工业中电解饱和食盐水的原理示意图如右图所示。

⑴溶液A的溶质是。

⑵电解饱和食盐水的离子方程式是。

⑶电解时用盐酸控制阳极区溶液的pH在2～3。

用化学平衡移动原理解释盐酸的作用：

。

⑷电解所用的盐水需精制，去除有影响的Ca2＋、Mg2＋、NH4＋、SO42－。

精制流程如下（淡盐水和溶液A来自电解池）：

①盐泥a除泥沙外，还含有的物质是。

②过程I中将NH4＋转化为N2的离子方程式是。

③BaSO4的溶解度比BaCO3的小。

过程II中除去的离子有。

④经过程III处理，要求盐水c中剩余Na2SO3的含量小于5mg/L。

若盐水b中NaClO的含量是7.45mg/L，则处理10m3盐水b，至多添加10%Na2SO3溶液kg（溶液体积变化忽略不计）。

【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。

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－===CO3（2－）＋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。

【高考在线】

1．（2011·海南，12改编）根据下图，下列判断中正确的是（　　）

A．烧杯a中的溶液pH升高

B．烧杯b中发生还原反应

C．烧杯a中发生的反应为2H＋＋2e－===H2

D．烧杯b中发生的反应为2Cl－－2e－===Cl2

2．（2011·福建理综，11）研究人员研制出一种锂水电池，可作为鱼雷和潜艇的储备电源。

该电池以金属锂和钢板为电极材料，以LiOH为电解质，使用时加入水即可放电。

关于该电池的下列说法不正确的是

A．水既是氧化剂又是溶剂B．放电时正极上有氢气生成

C．放电时OH－向正极移动D．总反应为2Li＋2H2O===2LiOH＋H2↑

3．（2011·新课标全国卷，11）铁镍蓄电池又称爱迪生电池，放电时的总反应为Fe＋Ni2O3＋3H2O===Fe（OH）2＋2Ni（OH）2下列有关该电池的说法不正确的是（　　）

A．电池的电解液为碱性溶液，正极为Ni2O3、负极为Fe

B．电池放电时，负极反应为Fe＋2OH－－2e－===Fe（OH）2

C．电池充电过程中，阴极附近溶液的pH降低

D．电池充电时，阳极反应为2Ni（OH）2＋2OH－－2e－===Ni2O3＋3H2O

4．（2012·福建理综，9）将下图所示实验装置的K闭合，下列判断正确的是（　　）

A．Cu电极上发生还原反应

B．电子沿Zn→a→b→Cu路径流动

C．片刻后甲池中c（SO4（2－））增大

D．片刻后可观察到滤纸b点变红色

5．（2012·山东理综，13）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

6．（2012·海南，10）下列叙述错误的是（　　）

A．生铁中含有碳，抗腐蚀能力比纯铁弱B．用锡焊接的铁质器件，焊接处易生锈

C．在铁制品上镀铜时，镀件为阳极，铜盐为电镀液D．铁管上镶嵌锌块，铁管不易被腐蚀

7.（2012·上海，14）右图装置中发生反应的离子方程式为Zn＋2H＋―→Zn2＋＋H2↑，下列说法错误的是

A．a、b不可能是同种材料的电极

B．该装置可能是电解池，电解质溶液为稀盐酸

C．该装置可能是原电池，电解质溶液为稀盐酸

D．该装置可看作是铜－锌原电池，电解质溶液是稀硫酸

8．（2012·浙江理综，10）以铬酸钾为原料，电化学法制备重铬酸钾的实验装置示意图如下：

下列说法不正确的是（　　）

A．在阴极室，发生的电极反应为2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑

B．在阳极室，通电后溶液逐渐由黄色变为橙色，是因为阳极区H＋浓度增大，使平衡2CrO4（2－）＋2H＋Cr2O7（2－）＋H2O向右移动

C．该制备过程中总反应的化学方程式为4K2CrO4＋4H2O通电（=====）2K2Cr2O7＋4KOH＋2H2↑＋O2↑

D．测定阳极液中K和Cr的含量，若K与Cr的物质的量之比（nK/nCr）为d，则此时铬酸钾的转化率为1－2（d）

9．（2012·安徽理综，11）某兴趣小组设计如下微型实验装置。

实验时，先断开K2，闭合K1，两极均有气泡产生；一段时间后，断开K1，闭合K2，发现电流表A指针偏转。

下列有关描述正确的是

A．断开K2，闭合K1时，总反应的离子方程式为

2H＋＋2Cl－通电（=====）Cl2↑＋H2↑

B．断开K2，闭合K1时，石墨电极附近溶液变红

C．断开K1，闭合K2时，铜电极上的电极反应式为Cl2＋2e－===2Cl－

D．断开K1，闭合K2时，石墨电极作正极

10．肼—空气燃料电池是一种碱性电池，该电池放电时，负极的反应式为__________________________________________________________。

11.与MnO2Zn电池类似，K2FeO4Zn也可以组成碱性电池，K2FeO4在电池中作为正极材料，其电极反应为______________，该电池总反应的离子方程式为____________________________________________________。

7．在直接以甲醇为燃料的燃料电池中，电解质溶液为酸性，负极的反应式为________、正极的反应式为________。

理想状态下，该燃料电池消耗1mol甲醇所能产生的最大电能为702.1kJ，则该燃料电池的理论效率为____（燃料电池的理论效率是指电池所产生的最大电能与燃料电池反应所能释放的全部能量之比，甲醇的燃烧热ΔH＝－726.5kJ·mol－1）。

12．如图为钠硫高能电池的结构示意图。

该电池的工作温度为320℃左右，电池反应为2Na＋xS===Na2Sx，正极的电极反应式为________。

M（由Na2O和Al2O3制得）的两个作用是________。

与铅蓄电池相比，当消耗相同质量的负极

活性物质时，钠硫电池的理论放电量是铅蓄电池的___________倍。

13．铝电池性能优越，AlAgO电池可用作水下动力电源，其原理如图所示。

该电池反应的化学方程式为________________________________________。

14．人工肾脏可采用间接电化学方法除去代谢产物中的尿素，原理如下图。

①电源的负极为________（填“A”或“B”）。

②阳极室中发生的反应依次为____________、__________。

③电解结束后，阴极室溶液的pH与电解前相比将________；若两极共收集到气体13.44L（标准状况），则除去的尿素为________g（忽略气体的溶解）。

15．粗铜的电解精炼如右图所示。

在粗铜的电解过程中，粗铜板应是图中电极________（填图中的字母）；在电极d上发生的电极反应式为__________；若粗铜中还含有Au、Ag、Fe，它们在电解槽中的存在形式和位置为________________________________________________________________。

16．按右图电解NaCl的饱和溶液，写出该电解池中发生反应的总反应方程式：

________。

将充分电解后所得溶液逐滴加入到酚酞试液中，观察到的现象是________。

17．（2012·海南，16）新型高效的甲烷燃料电池采用铂为电极材料，两电极上分别通入CH4和O2，电解质为KOH溶液。

某研究小组将两个甲烷燃料电池串联后作为电源，进行饱和氯化钠溶液电解实验，如图所示。

回答下列问题：

（1）甲烷燃料电池正极、负极的电极反应分别为___________________________、

____________________________________________________________________。

（2）闭合K开关后，a、b电极上均有气体产生，其中b电极上得到的是__________，电解氯化钠溶液的总反应方程式为

_____________________________________________________________________；

（3）若每个电池甲烷通入量为1L（标准状况），且反应完全，则理论上通过电解池的电量为__________（法拉第常数F＝9.65×104C·mol－1列式计算），最多能产生的氯气体积为________L（标准状况）。

【巩固提高】

1．某学生设计一水果电池：

他把一铁钉和碳棒用导线连接好，然后将

铁钉和碳棒平行插入一新鲜西红柿中，再在导线中接一个灵敏电流计．据此下列叙述正确的是

A．电流计指针不会发生偏转

B．金属铁会被腐蚀

C．碳棒作负极

D．铁表面有气体逸出

2．以硫酸铜溶液作电解液，对含有杂质Fe、Zn、Ag的粗铜进行电解精炼．下列叙述正确的是

①粗铜与直流电源负极相连

②阴极发生的反应为Cu2＋＋2e－===Cu

③电路中每通过3.01×1023个电子，得到的精铜质量为16g

④杂质Ag以Ag2SO4的形式沉入电解槽形成阳极泥

A．①③　　　　　　　　B．②④

C．③④D．②③

3．下列图示中关于铜电极的连接错误的是）

4．如图所示，下列关于实验现象的描述正确的是

a电极

b电极

X溶液

实验现象

A

石墨

石墨

CuCl2

a电极质量增加，b电极放出无色气体

B

Fe

石墨

KNO3

a电极质量增加，b电极放出无色气体

C

Fe

Cu

CuSO4

a电极质量增加，b电极质量减少

D

石墨

石墨

HCl

a电极放出无色气体，b电极放出无色气体

5．观察下列几个装置示意图，有关叙述正确的是（　　）

A．装置①中阳极上析出红色固体

B．装置②的待镀铁制品应与电源正极相连

C．装置③中外电路电子由a极流向b极

D．装置④的离子交换膜允许阳离子、阴离子、水分子自由通过

6．如图为电解饱和食盐水的简易装置，下列有关说法正确的是（　　）

A．电解一段时间后，往蛋壳中溶液中滴加几滴酚酞，呈红色

B．蛋壳表面缠绕的铁丝发生氧化反应

C．铁丝表面生成的气体能使湿润的淀粉碘化钾试纸变蓝

D．蛋壳可阻止生成的氯气与氢气、氢氧化钠溶液接触

7.2008年10月8日，瑞典皇家科学院宣布美籍华裔科学家钱永健获得2008年度诺贝尔化学奖．少年时代，他就对化学产生了浓厚的兴趣.16岁时，他凭借一个金属易受硫氰酸盐腐蚀的调查项目，荣获具有“少年诺贝尔奖”之称的著名奖项．下列说法正确的是（　　）

A．金属腐蚀就是金属失去电子被还原的过程

B．将水库中的水闸（钢板）与外加直接电源的负极相连，正极连接到一块废铁上可防止水闸被腐蚀

C．由原电池原理知所有的合金都比纯金属更易被腐蚀

D．铜板上的铁铆钉处在潮湿的空气中发生：

Fe－3e－===Fe3＋，从而形成铁锈，但此过程铜不被腐蚀

二、非选择题

8．（6分）某校化学研究性学习小组欲设计实验验证Fe、Cu的金属活动性，他们提出了以下两种方案．请你帮助他们完成有关实验项目：

方案Ⅰ：

有人提出将大小相等的铁片和铜片，分别同时放入稀硫酸（或稀盐酸）中，观察产生气泡的快慢，据此确定它们的活动性．该原理的离子方程式为

________________________________________________________________________.

方案Ⅱ：

有人利用Fe、Cu作电极设计成原电池，以确定它们的活动性．试在下面的方框内画出原电池装置图，标出原电池的电极材料和电解质溶液，并写出电极反应式．

正极反应式：

____________________________________________________.

负极反应式：

_________________________________________________________.

方案Ⅲ：

结合你所学的知识，帮助他们再设计一个验证Fe、Cu活动性的简单实验方案（与方案Ⅰ、Ⅱ不能雷同）：

______________________，用离子方程式表示其反应原理：

_____________________________________________________________.

9．（9分）观察图A、B、C，回答下列问题：

（1）把一块纯净的锌片插入装有稀硫酸的烧杯里，可观察到锌片上有气泡，再平行插入一块铜片，可观察到铜片____________（填“有”或“没有”）气泡产生．再用导线把锌片和铜片连接起来（见图A），组成一个原电池，负极为________，正极的电极反应式为__________________________________________________________．

（2）如果烧杯中最初装入的是2mol/L500mL的稀硫酸溶液，构成铜锌原电池（见图B，假设产生的气体没有损失），当在标准状况下收集到11.2L的氢气时，则此时烧杯内溶液中溶质的物质的量浓度分别为（溶液体积变化忽略不计）__________、__________.

（3）如果电极材料分别是铁片和石墨并进行连接，插入氯化钠溶液中（见图C），放置数天后，主要发生__________________________________________________

电化学腐蚀，写出正极的电极反应式________________________________．

（4）生活中利用原电池原理生产了各种各样的电池，废电池必须进行集中处理的问题已被提到议事日程，其最主要原因是________．

A．回收利用电池外壳的金属

B．防止电池中汞、镉和铅等重金属离子对土壤、水源的污染

C．防止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