高考化学二轮复习 专题八 电化学基础专题讲义.docx
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高考化学二轮复习专题八电化学基础专题讲义
第8讲
电化学基础
[主干知识·数码记忆]
一、小试能力知多少(判断正误)
(1)(2013·浙江高考)多孔碳可用作氢氧燃料电池的电极材料(√)
(2)(2012·江苏高考)Zn具有还原性和导电性,可用作锌锰干电池的负极材料(√)
(3)(2012·广东高考)锂碘电池,该电池反应为:
2Li(s)+I2(s)===2LiI(s)则碘电极作该电池的负极(×)
(4)(2013·福建高考)以CO和O2构成的碱性燃料电池的负极反应式为CO+4OH--2e-===CO
+2H2O(√)
(5)(2012·海南高考)锌与稀硫酸反应时,要加大反应速率可滴加少量硫酸铜(√)
二、必备知识掌握牢
1.明确原电池构成的条件
2.原电池正负极判断的四种方法
(1)根据构成原电池两极的电极材料判断,一般是较活泼的金属为负极,活泼性较弱的金属或能导电的非金属为正极;
(2)根据电子流动方向或电流方向判断,电子流动方向:
由负极流向正极;电流方向:
由正极流向负极。
(3)根据原电池电解质溶液中离子的移动方向判断,阳离子向正极移动,阴离子向负极移动。
(4)根据原电池两极发生的变化判断,原电池的负极发生氧化反应;正极发生还原反应。
三、常考题型要明了
考查电极反应式的书写及原电池原理
典例
考查原电池的工作原理
演练1
考查新型电池的工作原理
演练2
[典例] (2013·安徽高考)热激活电池可用作火箭、导弹的工作电源。
一种热激活电池的基本结构如图所示,其中作为电解质的无水LiCl-KCl混合物受热熔融后,电池即可瞬间输出电能。
该电池总反应为:
PbSO4+2LiCl+Ca===CaCl2+Li2SO4+Pb。
下列有关说法正确的是( )
A.正极反应式:
Ca+2Cl--2e-===CaCl2
B.放电过程中,Li+向负极移动
C.每转移0.1mol电子,理论上生成20.7gPb
D.常温时,在正负极间接上电流表或检流计,指针不偏转
[解析] 正极上发生还原反应,A项错误;放电过程中Li+向正极移动,B项错误;由电池总反应式可知,每转移0.1mol电子,理论上生成0.05molPb,质量为10.35g,C项错误;常温下,电解质不是熔融态,离子不能移动,不能产生电流,因此连接电流表或检流计,指针不偏转。
[答案] D
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明确原电池电极反应式、总反应式书写的三步骤
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[演练1] (2013·江苏高考)Mg-H2O2电池可用于驱动无人驾驶的潜航器。
该电池以海水为电解质溶液,示意图如图。
该电池工作时,下列说法正确的是( )
A.Mg电极是该电池的正极
B.H2O2在石墨电极上发生氧化反应
C.石墨电极附近溶液的pH增大
D.溶液中Cl-向正极移动
解析:
选C 本题考查原电池原理,意在考查考生对电
化学知识的迁移和运用能力。
根据题意可知电池的总反应为:
Mg+H2O2+2H+===Mg2++2H2O。
Mg电极是该电池的负极,A错误。
H2O2在正极发生还原反应,B错误。
石墨电极的电极反应式为:
H2O2+2H++2e-===2H2O,由于水电离出的H+不断被消耗,所以该电极附近溶液的pH增大,C正确。
在原电池中,阴离子向负极移动,D错误。
[演练2] (2013·新课标卷Ⅱ)“ZEBRA”蓄电池的结构如图所示,电极材料多孔Ni/NiCl2和金属钠之间由钠离子导体制作的陶瓷管相隔。
下列关于该电池的叙述错误的是( )
A.电池反应中有NaCl生成
B.电池的总反应是金属钠还原三价铝离子
C.正极反应为:
NiCl2+2e-===Ni+2Cl-
D.钠离子通过钠离子导体在两电极间移动
解析:
选B 负极是液体金属Na,电极反应式为:
Na-e-===Na+;正极是Ni,电极反应式为NiCl2+2e-===Ni+2Cl-;总反应是2Na+NiCl2===2NaCl+Ni。
所以A、C、D正确,B错误。
一、小试能力知多少(判断正误)
(1)(2013·江苏高考)电解法精炼铜时,以粗铜作阴极,纯铜作阳极(×)
(2)(2012·山东高考)以CuSO4溶液为电解质溶液进行粗铜(含Al、Zn、Ag、Pt、Au等杂质)的电解精炼,溶液中的Cu2+向阳极移动(×)
(3)(2011·山东高考)电解AlCl3、FeCl3、CuCl2的混合溶液时,阴极上依次析出Cu、Fe、Al(×)
(4)(2012·山东高考)电解NaCl溶液得到22.4LH2(标准状况),理论上需要转移NA个电子(NA阿伏加德罗常数)(×)
(5)(2011·新课标全国卷)电解58.5g熔融的NaCl,能产生标准状况下22.4L氯气,23.0g金属钠(×)
二、必备知识掌握牢
1.牢记电解池的电极反应及其放电顺序
(1)阳离子在阴极上的放电顺序:
Ag+>Fe3+>Cu2+>H+>……
(2)阴离子在阳极上的放电顺序:
S2->I->Br->Cl->OH->……
2.判断电解池阴阳极的四种方法
(1)根据所连接的外加电源判断,与直流电源正极相连的为阳极,与直流电源负极相连的为阴极。
(2)根据电子流动方向判断,电子流动方向为:
电源负极流向阴极,阳极流向电源正极。
(3)根据电解池里电解质溶液中离子的移动方向判断,阳离子向阴极移动,阴离子向阳极移动。
(4)根据电解池两极产物判断,一般情况下:
①阴极上的现象是:
析出金属(质量增加)或有无色气体(H2)放出;
②阳极上的现象是:
有非金属单质生成,呈气态的有Cl2、O2或电极质量减小(活性电极作阳极)。
3.掌握电解的四大类型及规律
类型
电极反应特点
实例
电解物质
电解液
浓度
pH变化
电解液复原
电解水型
阴极:
4H++4e-===
2H2↑
阳极:
4OH--4e-
===2H2O+O2↑
NaOH
H2O
增大
增大
加H2O
H2SO4
减小
Na2SO4
不变
电解电
解质型
电解质的阴、阳离子分别在两极放电
HCl
电解质
减小
增大
通HCl气体
CuCl2
……
加CuCl2
放H2
生碱型
阴极:
放H2生成碱
阳极:
电解质阴离子放电
NaCl
电解质
和水
生成新
电解质
增大
通HCl
气体
放O2
生酸型
阴极:
电解质阳离子放电
阳极:
放O2生成酸
CuSO4
减小
加CuO
三、常考题型要明了
考查电解原理及氧化还原反应
典例
考查电解原理的应用
演练1
考查电解规律及电极的判断
演练2
[典例] (2013·全国大纲卷)电解法处理酸性含铬废水(主要含有Cr2O
)时,以铁板作阴、阳极,处理过程中存在反应Cr2O
+6Fe2++14H+===2Cr3++6Fe3++7H2O,最后Cr3+以Cr(OH)3形式除去。
下列说法不正确的是( )
A.阳极反应为Fe-2e-===Fe2+
B.电解过程中溶液pH不会变化
C.过程中有Fe(OH)3沉淀生成
D.电路中每转移12mol电子,最多有1molCr2O
被还原
[解析] 以铁板作阴、阳极,所以铁在阳极被氧化,A项正确;由题目提示的离子方程式可知,阳极产生的Fe2+被氧化,同时有氢离子参与反应,所以电解过程中溶液的pH会升高,B项错误;因为氢离子在阴极放电,不断产生氢氧根离子,所以反应过程中会有Fe(OH)3沉淀生成,C项
正确;从题目提供的离子方程式可知,1molCr2O
参与反应转化成Cr3+时,需6molFe2+,故电路中需转移12mol电子,D项正确。
[答案] B
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电解池中电极反应式的书写步骤
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[演练1] (2013·北京高考)用石墨电极电解CuCl2溶液(见右图)。
下列分析正确的是( )
A.a端是直流电源的负极
B.通电使CuCl2发生电离
C.阳极上发生的反应:
Cu2++2e-===Cu
D.通电一段时间后,在阴极附近观察到黄绿色气体
解析:
选A 通过图中离子的运动状态可判断连接a的为阴极,连接b的为阳极,故a端为直流电源的负极,b端为直流电源的正极,A项正确;CuCl2在水溶液中就能发生电离,而不是通电的结果,B项错误;阳极发生氧化反应,即2Cl--2e-===Cl2↑,C项错误;阴极发生还原反应,析出Cu,阳极发生氧化反应,在阳极附近可观察到黄绿色气体,D项错误。
[演练2] (2013·海南高考)下图所示的电解池I和II中,a、b、c和d均为Pt电极。
电解过程中,电极b和d上没有气体逸出,但质量均增大,且增重b 符合上述实验结果的盐溶液是( ) 选项 X Y A. MgSO4 CuSO4 B. AgNO3 Pb(NO3)2 C. FeSO4 Al2(SO4)3 D. CuSO4 AgNO3 解析: 选D 题意表明b、d没有气体逸出,所电解的盐溶液中金属元素,应该在金属活动顺序表中(H)以后,只有D符合题意。 一、小试能力知多少(判断正误) (1)(2013·北京高考)钢铁发生吸氧腐蚀时,铁作负极被氧化: Fe-3e-===Fe3+(×) (2)(2012·广东高考)自行车钢架生锈主要是电化学腐蚀所致(√) (3)(2012·江苏高考)镀铜铁制品镀层受损后,铁制品比受损前更容易生锈(√) (4)(2012·海南高考)用锡焊接铁质器件,焊接处不易生锈(×) 二、必备知识掌握牢 1.电化学腐蚀发生的“两个”条件 (1)强酸性条件——析氢腐蚀。 (2)弱酸性、中性或碱性条件——吸氧腐蚀。 2.理解钢铁在潮湿空气中生成铁锈(Fe2O3·nH2O)的原理 Fe—C—电解质溶液形成原电池,负极反应式: 2Fe-4e-===2Fe2+,正极反应式: 2H2O+O2+4e-===4OH-。 电池总反应式: 2Fe+2H2O+O2===2Fe(OH)2。 生成铁锈的相关反应式为: 4Fe(OH)2+O2+2H2O===4Fe(OH)3,2Fe(OH)3===Fe2O3·nH2O+(3-n)H2O。 3.金属腐蚀的防护方法 (1)牺牲阳极的阴极保护法——原电池原理: 在被保护的钢铁设备上装上若干较活泼金属如锌块,让被保护的金属作原电池的正极。 (2)外加电流的阴极保护法——电解池原理: 让被保护的钢铁设备作阴极,惰性电极作阳极,外接直流电源。 (3)其他方法: 改变金属内部结构,如制成不锈钢;加涂防护层如喷油漆、涂油脂、喷镀等方法。 三、常考题型要明了 考查金属腐蚀的快慢比较 典例 考查金属的防护措施 演练1 考查金属的腐蚀原理 演练2 [典例] 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>③ B.②>①>③>④ C.④>②>③>①D.③>②>④>① [解析] ②中Fe作原电池的负极,Fe的腐蚀加快;③中Fe作原电池的正极,铁受到保护;④中Fe作电解池的阳极,Fe的腐蚀比②更快。 故Fe的腐蚀由快到慢的顺序为④>②>①>③。 [答案] A ——————————————— ————————————————— 金属腐蚀快慢的判断 ————————————————————————————————————— [演练1] (2013·北京高考)下列金属防腐的措施中,使用外加电流的阴极保护法的是( ) A.水中的钢闸门连接电源的负极 B.金属护栏表面涂漆 C.汽车底盘喷涂高分子膜 D.地下钢管连接镁块 解析: 选A 水中的钢闸门连接电源的负极,钢闸门为阴极,从而得以保护,A项正确;金属护栏表面涂漆的原理是隔绝金属护栏与空气接触,从而减缓金属护栏的腐蚀,B项错误;汽车底盘喷涂高分子膜的原理也是隔绝与空气的接触,C项错误;地下钢管连接镁块,形成了原电池,属于牺牲阳极的阴极保护法,D项错误。 [演练2] (2012·山东高考)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,Cu-Zn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,Zn-MnO2干电池自放电腐蚀主要是由MnO2的氧化作用引起的 解析: 选B 图a中,铁棒发生电化学腐蚀,靠近底端的部分与氧气接触少,腐蚀程度较轻,选项A错误;图b中开关置于M时,Cu-Zn合金作负极,由M改置于N时,Cu-Zn合金作正极,腐蚀速率减小,选项B正确;图c中接通开关时Zn作负极,腐蚀速率增大,但氢气在Pt极上放出,选项C错误;图d中Zn-MnO2干电池自放电腐蚀主要是由Zn的氧化反应引起的,选项D错误。 将原电池和电解池结合在一起,综合考查化学反应中的能量变化、氧化还原反应、化学实验和化学计算等知识,是高考试卷中电化学部分的重要题型。 该类题目的考查内容通常有以下几个方面: 电极的判断、电极反应方程式的书写、实验现象的描述、溶液中离子的移动、pH的变化以及电解质溶液的恢复、运用电子守恒处理相关数据等。 [例题] (2012·海南高考)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)。 [解析] (1)总反应式为: CH4+2O2+2OH-===CO +3H2O,正极反应式为2O2+4H2O+8e-===8OH-,则负极反应式由总反应式减正极反应式得到; (2)三个池可看出一二两池为串联的电源,其中甲烷与氧气反应是还原剂,所在电极为负极,因而与之相连的b电极为阴极,产生的气体为氢气;(3)1mol甲烷氧化失去电子8mol,电量为8×96500C,因题中虽有两个燃料电池,但电子的传递只能用一个池的甲烷量计算,1L为1/22.4mol,可求电量;甲烷失电子是Cl-失电子数的8倍,则得到氯气为4L(CH4——8Cl-——4Cl2) [答案] (1)2O2+4H2O+8e-===8OH-,CH4+10OH--8e-===CO +7H2O (2)H2 2NaCl+2H2O电解,2NaOH+H2↑+Cl2↑ (3) ×8×9.65×104C·mol-1=3.45×104C 4 [名师支招] 多池串联装置中电池类型的判断方法 1.直接判断 非常直观明显的装置,如燃料电池、铅蓄电池等在电路中,则其他装置为电解池。 如图所示,A为原电池,B为电解池。 2.根据电池中的电极材料和电解质溶液判断 原电池一般是两种材料不同的电极;而电解池则一般都是两个惰性电极。 原电池中的电极材料和电解质溶液能发生自发氧化还原反应,电解池的电极材料一般不能和电解质溶液自发反应。 如图所示,B为原电池,A为电解池。 3.根据电极反应现象判断 在某些装置中根据电极反应或反应现象可判断电极,并由此判断电池类型,如图所示,若C极溶解,D极上析出Cu,B极附近溶液变红,A极上放出黄绿色气体,则可知乙是原电池,D是正极,C是负极;甲是电解池,A是阳极,B是阴极。 B、D极发生还原反应,A、C极发生氧化反应。 [针对训练] 1.(2012·安徽高考)某兴趣小组设计如下图所示的微型实验装置。 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 解析: 选D 断开K2,闭合K1时,该装置为电解池,由两极均有气泡产生可知铜电极为阴极,总反应的离子方程式为2Cl-+2H2O Cl2+H2+2OH-,A项错;由此可知铜电极附近溶液中因有OH-生成,溶液变红色,B项错;断开K1,闭合K2时,装置为原电池,铜极上产生的氢气发生氧化反应,电极反应式为H2-2e-+2OH-===2H2O,C项错;由此可知铜电极为负极,石墨电极为正极,故D项正确。 2.如图是一个电化学过程的示意图。 请回答下列问题: (1)图中甲池是________(填“原电池”、“电解池”或“电镀池”)。 (2)A(石墨)电极的名称是________(填“正极”、“负极”、“阴极”或“阳极”)。 (3)写出通入CH3OH的电极的电极反应式: ________________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (4)乙池中反应的化学方程式为_____________________________________________, 当乙池中B(Ag)极质量增加5.4g,甲池中理论上消耗O2的体积为________L(标准状况下),此时丙池中某电极析出1.6g某金属,则丙池中的某盐溶液可能是________。 A.MgSO4溶液 B.CuSO4溶液 C.NaCl溶液D.AgNO3溶液 解析: (1)根据图中信息,甲池是燃料电池,即为原电池,通入氧气的电极为电池的正极,通入CH3OH的电极为负极,其他两个装置为电解池。 (2)A与电池的正极相连接,故为阳极。 (3)通CH3OH的电极为负极,发生氧化反应,电极反应为CH3OH—6e-+8OH-===CO +6H2O。 (4)乙池是电解AgNO3溶液,电解方程式为4AgNO3+2H2O 4Ag+4HNO3+O2↑;当乙池中B(Ag)极质量增加5.4g时,得到电子的物质的量为 mol=0.05mol,由电子守恒可知,生成氧气的物质的量为 mol=0.0125mol,在标准状况下的体积为0.0125mol×22.4L/mol=0.28L。 此时丙池中某电极析出1.6g某金属,设该金属显示+2价,则M=1.6g/(0.5mol/2)=64g/mol,则该金属为Cu,故选B。 答案: (1)原电池 (2)阳极 (3)CH3OH-6e-+8OH-===CO +6H2O (4)4AgNO3+2H2O 4Ag+O2↑+4HNO3 0.28 B 1.(2013·海南高考)Mg-AgCl电池是一种能被海水激活的一次性贮备电池,电池反应方程式为2AgCl+Mg===Mg2++2Ag+2Cl-。 有关该电池的说法正确的是( ) A.Mg为电池的正极 B.负极反应为AgCl+e-===Ag+Cl- C.不能被KCl溶液激活 D.可用于海上应急照明供电 解析: 选D 根据氧化还原判断,Mg为还原剂是负极、失电子,所以A、B都错误,电解质溶液可用KCl溶液代替,C错误。 2.(2012·海南高考)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 解析: 选C A、B选项,都是原电池原理,铁作负极,使铁更易腐蚀;D是牺牲阳极的阴极保护法。 3.(2012·大纲全国卷)①②③④四种金属片两两相连浸入稀硫酸中都可组成原电池。 ①②相连时,外电路电流从②流向①;①③相连时,③为正极;②④相连时,②上有气泡逸出;③④相连时,③的质量减少。 据此判断这四种金属活动性由大到小的顺序是( ) A.①③②④ B.①③④② C.③④②①D.③①②④ 解析: 选B ①②相连时,外电路电流从②流向①,说明①为负极;①③相连时,①为负极;②④相连时,②上有气泡,说明④为负极;③④相连时,③的质量减少,说明③为负极。 综上所述可知,这四种金属活动性由大到小的顺序为①③④②,选项B正确。 4.(2012·海南高考)下列各组中,每种电解质溶液电解时只生成氢气和氧气的是( ) A.HCl、CuCl2、Ba(OH)2 B.NaOH、CuSO4、H2SO4 C.NaOH、H2SO4、Ba(OH)2 D.NaBr、H2SO4、Ba(OH)2 解析: 选C 电解基本原理考查。 电解时只生成氧气和氢气,则电解质所含阳离子在金属活动性顺序表中位于铜之前,阴离子不是简单离子。 5.工业上常将铬镀在其他金属表面,同铁、镍组成各种性质的不锈钢,在下图装置中,观察到图1装置铜电极上产生大量的无色气泡,而图2装置中铜电极上无气体产生,铬电极上产生大量有色气体,则下列叙述正确的是( ) A.图1为原电池装置,Cu电极上产生的是O2 B.图2装置中Cu电极上发生的电极反应式为: Cu-2e-===Cu2+ C.由实验现象可知: 金属活动性Cu>Cr D.两个装置中,电子均由Cr电极流向Cu电极 解析: 选B 由图可知装置1和2都是原电池。 而在图1装置铜电极上产生大量的无色气泡,说明此时铜电极是正极,溶液中的氢离子放电,即金属Cr的活泼性强于Cu的。 而图2装置中铜电极上无气体产生,说明此时铜电极是负极。 这是由于电解质发生了变化,Cr在硝酸中不反应,类似于钝化,而铜可以被氧化。 所以A、C、D均是错误的。 6.(2013·新课标卷Ⅰ)银质器皿日久表面会逐渐变黑,这是生成了Ag2S的缘故。 根据电化学原理可进行如下处理: 在铝质容器中加入食盐溶液,再将变黑的银器浸入该溶液中,一段时间后发现黑色会褪去。 下列说法正确的是( ) A.处理过程中银器一直保持恒重 B.银器为正极,Ag2S被还原生成单质银 C.该过程中总反应为2Al+3Ag2S===6Ag+Al2S3 D.黑色褪去的原因是黑色Ag2S转化为白色AgCl 解析: 选B 本题考查电化学知识在生活中的应用,意在考查考生运用电化学原理解决实际问题的能力。 根据信息可知在银器处理过程中运用了原电池原理,铝质容器作负极,电极反应为2Al-6e-===2Al3+;银器作正极,电极反应为
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