高考化学考前三个月学案137电化学基础.docx
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高考化学考前三个月学案137电化学基础
学案7 电化学基础
[高考关键词] 1.闭合回路、电子、离子运动。
2.电极名称、电极反应式/总反应式的书写。
3.原理的创新运用、新型电源、实现特殊反应。
4.计算(电极质量变化、pH——电子数相关)。
核心考点回扣
1.按如图所示装置进行实验,并回答下列问题。
(1)判断装置的名称:
A池为________,B池为________。
(2)锌极为____极,Cu2+在溶液中向________(填“Zn”或“Cu”)极运动。
(3)电极反应式
正极________________________________________________________________________,
负极________________________________________________________________________。
(4)若溶液X为滴有酚酞的KCl溶液
①石墨棒C1的电极反应式为______________________,石墨棒C2附近发生的实验现象为_____________________________,溶液中的K+向__________(填“C1”或“C2”)电极移动;
②当C2极析出224mL气体(标准状况时),锌的质量变化________(填“增加”或“减少”)________g,此时B中的溶液的体积为200mL,则pH为________。
(5)若溶液X为CuSO4溶液(足量)
①B池中总反应的离子方程式为_________________________________________________;
②反应一段时间后,A池中Cu电极增重3.2g,要使B池溶液恢复到起始状态,向溶液中加入适量的________,其质量为________g。
答案
(1)原电池 电解池
(2)负 Cu
(3)Cu2++2e-===Cu Zn-2e-===Zn2+
(4)①2Cl--2e-===Cl2↑ 产生无色气泡,溶液变红 C2 ②减少 0.65 13 (5)①2Cu2++2H2O
2Cu+O2↑+4H+ ②CuO(或CuCO3) 4(或6.2)
2.如图所示水槽中试管内有一枚铁钉,放置数天后观察:
(1)铁钉在逐渐生锈,则铁钉的腐蚀属于____(填“化学”或“电化学”)腐蚀。
(2)若试管内液面上升,则原溶液呈__________性,发生__________腐蚀,正极反应式为________________________________________________________________________。
(3)若试管内液面下降,则原溶液呈________________性,发生__________腐蚀,正极反应式为________________________。
答案
(1)电化学
(2)弱酸或中 吸氧 O2+2H2O+4e-===4OH-
(3)较强的酸 析氢 2H++2e-===H2↑
3.正误判断,正确的打“√”,错误的打“×”
(1)电解质溶液导电是化学变化,金属导电是物理变化( )
(2)电解法精炼铜时,用纯铜作阳极( )
(3)钢铁在潮湿空气中比干燥空气中更容易生锈( )
(4)电解法精炼铜时,电解质溶液中各离子浓度基本不变( )
(5)金属作原电池的负极时被保护( )
(6)生活、生产中钢铁被腐蚀的原理主要是负极发生反应:
Fe-3e-===Fe3+( )
(7)电解饱和食盐水时,电子的流向由负极→外电路→阴极→食盐水溶液→阳极→正极( )
(8)在浓硝酸中插入用导线连接的铝板和铜板,铝板为负极( )
(9)电镀时只能用镀层金属作阳极( )
(10)工业上可用电解MgCl2、AlCl3溶液的方法制取Mg和Al( )
答案
(1)√
(2)× (3)√ (4)× (5)× (6)× (7)× (8)× (9)√ (10)×
高考题型1 原电池和电解池的工作原理
1.(2015·天津理综,4)锌铜原电池装置如图所示,其中阳离子交换膜只允许阳离子和水分子通过,下列有关叙述正确的是( )
A.铜电极上发生氧化反应
B.电池工作一段时间后,甲池的c(SO
)减小
C.电池工作一段时间后,乙池溶液的总质量增加
D.阴阳离子分别通过交换膜向负极和正极移动,保持溶液中电荷平衡
答案 C
解析 A项,由锌的活泼性大于铜,可知铜电极为正极,在正极上Cu2+得电子发生还原反应生成Cu,错误;B项,由于阳离子交换膜只允许阳离子和水分子通过,故甲池的c(SO
)不变,错误;C项,在乙池中Cu2++2e-===Cu,同时甲池中的Zn2+通过阳离子交换膜进入乙池中,则有Cu2+→Zn2+,由于M(Zn2+)>M(Cu2+),故乙池溶液的总质量增加,正确;D项,阳离子交换膜只允许阳离子和水分子通过,电解过程中Zn2+通过交换膜移向正极保持溶液中电荷平衡,阴离子是不能通过交换膜的,错误。
2.(2014·福建理综,11)某原电池装置如图所示,电池总反应为2Ag+Cl2===2AgCl。
下列说法正确的是( )
A.正极反应为AgCl+e-===Ag+Cl-
B.放电时,交换膜右侧溶液中有大量白色沉淀生成
C.若用NaCl溶液代替盐酸,则电池总反应随之改变
D.当电路中转移0.01mole-时,交换膜左侧溶液中约减少0.02mol离子
答案 D
解析 根据电池总反应可以看出Cl2得电子,Ag失电子,所以在原电池中Cl2在正极上发生还原反应,Ag在负极上发生氧化反应。
正极反应为Cl2+2e-===2Cl-,A项错误;因为电解质溶液为盐酸,所以负极上Ag失电子生成的Ag+随即与附近的Cl-反应,B项错误;用氯化钠代替盐酸后,电极反应不发生改变,C项错误;当电路中转移0.01mole-时,负极生成0.01molAg+,由于Ag++Cl-===AgCl↓,所以消耗0.01molCl-,由于电荷守恒,同时有0.01molH+通过阳离子变换膜转移至右侧溶液中,D项正确。
3.(2014·海南,3)以石墨为电极,电解KI溶液(含有少量的酚酞和淀粉)。
下列说法错误的是( )
A.阴极附近溶液呈红色B.阴极逸出气体
C.阳极附近溶液呈蓝色D.溶液的pH变小
答案 D
解析 以石墨为电极,电解KI溶液,发生的反应为2KI+2H2O
2KOH+H2↑+I2(类似于电解饱和食盐水),阴极产物是H2和KOH,阳极产物是I2。
由于溶液中含有少量的酚酞和淀粉,所以阳极附近的溶液会变蓝(淀粉遇碘变蓝),阴极附近的溶液会变红(溶液呈碱性),A、B、C正确;由于电解产物有KOH生成,所以溶液的pH逐渐增大,D错误。
1.原电池工作原理示意图
2.电解池工作原理(阳极为惰性电极)示意图
3.解答电化学问题注意“三看”
一看有无外接电源,有电源装置为电解池,无电源装置为原电池;二看电极,判断阴阳极和正负极;三看电解质溶液。
1.下列有关电化学的示意图中正确的是( )
答案 D
解析 锌比铜活泼,铜锌原电池中,锌为负极,铜为正极,故A错误;电解氢氧化钠溶液,阳极生成氧气,不能燃烧,在阴极上生成氢气,可燃烧,故B错误;精炼铜时,粗铜为阳极,纯铜为阴极,否则不能达到精炼铜的目的,故C错误;电解饱和食盐水,阳极生成氯气,阴极生成氢气,故D正确。
2.根据如图判断,下列说法正确的是( )
A.甲电极附近溶液pH会升高
B.甲极生成氢气,乙极生成氧气
C.当有0.1mol电子转移时,乙电极产生1.12L气体
D.图中b为阴离子交换膜、c为阳离子交换膜,利用该装置可以制硫酸和氢氧化钠
答案 D
解析 甲为阳极,放氧生酸,电极附近H+浓度增大;乙为阴极,产生H2;C项未指明标准状况,错。
3.下列叙述正确的是( )
A.K与N连接时,X为硫酸,一段时间后溶液的pH增大
B.K与N连接时,X为氯化钠,石墨电极反应:
2H++2e-===H2↑
C.K与M连接时,X为硫酸,一段时间后溶液的pH增大
D.K与M连接时,X为氯化钠,石墨电极反应:
4OH--4e-===2H2O+O2↑
答案 A
解析 A项,K与N连接时构成原电池,X为硫酸,发生析氢腐蚀,铁作负极,失去电子被氧化,石墨作正极,氢离子在正极表面得到电子,一段时间后溶液的pH增大;B项,K与N连接时构成原电池,X为氯化钠,铁发生吸氧腐蚀,石墨电极反应:
2H2O+O2+4e-===4OH-;C项,K与M连接时构成电解池,X为硫酸,石墨作阳极,铁作阴极,相当于电解水,一段时间后硫酸的浓度增大,溶液的pH减小;D项,K与M连接时构成电解池,X为氯化钠,石墨作阳极,电极反应为2Cl--2e-===Cl2↑。
高考题型2 新型化学电源 电极反应
1.(2015·全国卷Ⅰ,11)微生物电池是指在微生物的作用下将化学能转化为电能的装置,其工作原理如图所示。
下列有关微生物电池的说法错误的是( )
A.正极反应中有CO2生成
B.微生物促进了反应中电子的转移
C.质子通过交换膜从负极区移向正极区
D.电池总反应为C6H12O6+6O2===6CO2+6H2O
答案 A
解析 由题意可知,微生物电池的原理是在微生物作用下O2与C6H12O6发生氧化还原反应,将化学能转化为电能,B正确;氧气在正极反应,由于质子交换膜只允许H+通过,则正极反应为O2+4e-+4H+===2H2O,没有CO2生成,A项错误;负极发生反应:
C6H12O6-24e-+6H2O===6CO2+24H+,H+在负极区生成,移向正极区,在正极被消耗,C项正确;总反应为C6H12O6+6O2===6CO2+6H2O,D项正确。
2.(2015·江苏,10)一种熔融碳酸盐燃料电池原理示意如图。
下列有关该电池的说法正确的是( )
A.反应CH4+H2O
3H2+CO,每消耗1molCH4转移12mol电子
B.电极A上H2参与的电极反应为H2+2OH--2e-===2H2O
C.电池工作时,CO
向电极B移动
D.电极B上发生的电极反应为O2+2CO2+4e-===2CO
答案 D
解析 A项,
H4→
O,则该反应中每消耗1molCH4转移6mol电子,错误;该电池的传导介质为熔融的碳酸盐,所以A电极即负极上H2参与的电极反应为H2-2e-+CO
===CO2+H2O,错误;C项,原电池工作时,阴离子移向负极,而B极是正极,错误;D项,B电极即正极上O2参与的电极反应为O2+4e-+2CO2===2CO
,正确。
3.(2014·新课标全国卷Ⅱ,12)2013年3月我国科学家报道了如图所示的水溶液锂离子电池体系。
下列叙述错误的是( )
A.a为电池的正极
B.电池充电反应为LiMn2O4===Li1-xMn2O4+xLi
C.放电时,a极锂的化合价发生变化
D.放电时,溶液中Li+从b向a迁移
答案 C
解析 图示所给出的是原电池装置。
A项,由图示分析,金属锂易失电子,由原电池原理可知,含有锂的一端为原电池的负极,即b为负极,a为正极,故正确;B项,电池充电时为电解池,反应式为原电池反应的逆反应,故正确;C项,放电时,a极为原电池的正极,发生还原反应的是锰元素,锂元素的化合价没有变化,故不正确;D项,放电时为原电池,锂离子应向正极(a极)迁移,故正确。
原电池电极反应式的书写
(1)一般电极反应式的书写
(2)复杂电池反应的电极反应式书写
复杂的电极反应式=总反应式-较简单一极的电极反应式
如CH4碱性燃料电池负极反应式的书写:
CH4+2O2+2OH-===CO
+3H2O……总反应式
2O2+4H2O+8e-===8OH-……正极反应式
CH4+10OH--8e-===7H2O+CO
……负极反应式
考向1 燃料电池
1.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
答案 B
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,应为电源的负极,所以①错误;正极的电极反应式为O2+2H2O+4e-===4OH-,故②、④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。
2.液体燃料电池相比于气体燃料电池具有体积小等优点。
一种以液态肼(N2H4)为燃料的电池装置如图所示,该电池用空气中的氧气作为氧化剂,KOH溶液作为电解质溶液。
下列关于该电池的叙述正确的是( )
A.该燃料电池持续放电时,正极发生氧化反应,pH变大
B.a极的反应式:
N2H4+4OH--4e-===N2↑+4H2O
C.放电时,电流从a极经过负载流向b极
D.其中的离子交换膜需选用阳离子交换膜
答案 B
解析 燃料电池通入燃料的一极为负极,电流由正极流向负极,正极发生还原反应,A、C错;负极反应物是N2H4,环境是碱性,产物是N2,故B正确;a极消耗OH-而b极产生OH-,因而必须通过OH-运动来平衡电荷,D错。
3.固体氧化物燃料电池(SOFC)的工作原理如图所示,已知电池中电解质为熔融固体氧化物,O2-可以在其中自由移动。
下列有关说法合理的是( )
A.电极b为电池负极,电极反应式为O2+4e-===2O2-
B.固体氧化物的作用是让电子在电池内通过
C.若H2作为燃料气,接触面上发生的反应为H2+OH--2e-===H++H2O
D.若C2H4作为燃料气,接触面上发生的反应为C2H4+6O2--12e-===2CO2+2H2O
答案 D
解析 负极应该发生氧化反应,b极应为电池正极,A错;电子在外电路中通过,O2-通过固体氧化物定向移动,B错;燃料在接触面上与O2-反应,失去电子,C错、D正确。
得分技巧
原电池中氧气得电子的思维模型
根据燃料电池的特点,一般在正极上发生还原反应的物质都是O2,电解质溶液(酸碱盐)的不同,其电极反应有所不同,抓住氧元素的化合价变化规律,得到电子后化合价降低,首先变成O2-,O2-能否存在要看电解质环境。
下面总结了四种不同电解质环境中,氧气得电子后-2价O的存在形式:
考向2 其他新型化学电源
4.锂锰电池的体积小,性能优良,是常用的一次电池。
该电池反应原理如图所示,其中电解质LiClO4溶于混合有机溶剂中,Li+通过电解质迁移入MnO2晶格中,生成LiMnO2。
下列有关说法正确的是( )
A.外电路的电流方向是由a极流向b极
B.电池正极反应式为MnO2+e-+Li+===LiMnO2
C.可用水代替电池中的混合有机溶剂
D.每转移0.1mol电子,理论上消耗Li的质量为3.5g
答案 B
解析 Li是负极,MnO2是正极,且Li是活泼金属,能与水直接反应。
5.某同学在查阅资料时发现的一种电池结构如图所示,当光照在表面涂有氯化银的银片上时:
AgCl(s)
Ag(s)+Cl(AgCl)[Cl(AgCl)表示生成的氯原子吸附在氯化银表面],接着Cl(AgCl)+e-―→Cl-(aq),若将光源移除,电池会立即恢复至初始状态。
下列说法中不正确的是( )
A.Ag电极是电池的正极
B.光照时,Pt电极发生的反应为Cu+-e-===Cu2+
C.光照时,Cl-向Ag电极移动
D.光照时,电池总反应为AgCl(s)+Cu+(aq)
Ag(s)+Cu2+(aq)+Cl-(aq)
答案 C
解析 光照时AgCl得电子最终生成Ag和Cl-,所以Ag电极是正极;Pt电极为负极发生失电子的反应,依据还原性强弱可知Cu+-e-===Cu2+,两式相加可知D选项正确;由阴离子向负极移动可知C选项错误。
6.“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
答案 B
解析 结合蓄电池装置图,利用原电池原理分析相关问题。
A项,负极反应为Na-e-===Na+,正极反应为NiCl2+2e-===Ni+2Cl-,故电池反应中有NaCl生成;B项,电池的总反应是金属钠还原二价镍离子;C项,正极上NiCl2发生还原反应,电极反应为NiCl2+2e-===Ni+2Cl-;D项,钠在负极失电子,被氧化生成Na+,Na+通过钠离子导体在两电极间移动。
考向3 不同电解质环境中电极反应式书写
7.如图是某同学设计的一个简易的原电池装置,回答下列问题。
(1)
若a为镁、b为CuCl2,则正极材料为________________,负极上的电极反应式为___________________________________________________________。
(2)若a为镁、b为NaOH,则Mg极上发生________(填“氧化”或“还原”)反应,负极上的电极反应式为____________________________________。
(3)若a为铜、b为浓硝酸,则电流的方向为__________,正极上的电极反应式为_____________。
(4)上述事实表明,确定原电池中电极的类型时,不仅要考虑电极材料本身的性质,还要考虑________________。
答案
(1)Al Mg-2e-===Mg2+
(2)还原 Al-3e-+4OH-===AlO
+2H2O
(3)铝―→铜 2H++NO
+e-===H2O+NO2↑
(4)电解质的性质
解析
(1)镁、铝均能与CuCl2溶液反应,但镁比铝活泼,故镁失去电子作负极。
(2)铝能与NaOH溶液反应而镁不能,铝作负极失去电子变成AlO
,电极反应式为Al-3e-+4OH-===AlO
+2H2O。
(3)常温下铝在浓硝酸中发生钝化,故铜失去电子作负极,正极上是NO
得到电子生成NO2。
高考题型3 电解规律的不寻常应用
1.(2015·福建理综,11)某模拟“人工树叶”电化学实验装置如图所示,该装置能将H2O和CO2转化为O2和燃料(C3H8O)。
下列说法正确的是( )
A.该装置将化学能转化为光能和电能
B.该装置工作时,H+从b极区向a极区迁移
C.每生成1molO2,有44gCO2被还原
D.a电极的反应为3CO2+18H+-18e-===C3H8O+5H2O
答案 B
解析 A项,该装置是电解池,在电解和光的作用下H2O在光催化剂的表面转化为O2和H+,故该装置是将电能和光能转化为化学能,错误;B项,根据同种电荷相互排斥、异种电荷相互吸引的原则,该装置工作时,H+从阳极b极区向阴极a极区迁移,正确;C项,该电解池的总反应式为6CO2+8H2O
2C3H8O+9O2。
根据总反应方程式可知,每生成1molO2,有
molCO2被还原,其质量为
g,错误;D项,a电极为阴极,发生还原反应,电极反应式为3CO2+18H++18e-===C3H8O+5H2O,错误。
2.(2015·四川理综,4)用右图所示装置除去含CN-、Cl-废水中的CN-时,控制溶液pH为9~10,阳极产生的ClO-将CN-氧化为两种无污染的气体。
下列说法不正确的是( )
A.用石墨作阳极,铁作阴极
B.阳极的电极反应式:
Cl-+2OH--2e-===ClO-+H2O
C.阴极的电极反应式:
2H2O+2e-===H2↑+2OH-
D.除去CN-的反应:
2CN-+5ClO-+2H+===N2↑+2CO2↑+5Cl-+H2O
答案 D
解析 Cl-在阳极发生氧化反应生成ClO-,水电离出的H+在阴极发生还原反应生成H2,又由于电解质溶液呈碱性,故A、B、C项正确;D项,溶液呈碱性,离子方程式中不能出现H+,正确的离子方程式为2CN-+5ClO-+H2O===N2↑+2CO2↑+5Cl-+2OH-,错误。
3.[2015·山东理综,29
(1)]利用LiOH和钴氧化物可制备锂离子电池正极材料。
LiOH可由电解法制备,钴氧化物可通过处理钴渣获得。
利用如图装置电解制备LiOH,两电极区电解液分别为LiOH和LiCl溶液。
B极区电解液为________溶液(填化学式),阳极电极反应式为_____________________________________,
电解过程中Li+向________电极迁移(填“A”或“B”)。
答案 LiOH 2Cl--2e-===Cl2↑ B
解析 B极区生成H2,同时会生成LiOH,则B极区电解液为LiOH溶液;电极A为阳极,在阳极区LiCl溶液中Cl-放电,电极反应式为2Cl--2e-===Cl2↑;在电解过程中Li+(阳离子)向B电极(阴极区)迁移。
4.[2014·新课标全国卷Ⅰ,27(4)]H3PO2也可用电渗析法制备。
“四室电渗析法”工作原理如图所示(阳膜和阴膜分别只允许阳离子、阴离子通过):
①写出阳极的电极反应式________________________________________________________。
②分析产品室可得到H3PO2的原因________________________________________________。
③早期采用“三室电渗析法”制备H3PO2:
将“四室电渗析法”中阳极室的稀硫酸用H3PO2稀溶液代替。
并撤去阳极室与产品室之间的阳膜,从而合并了阳极室与产品室。
其缺点是产品中混有____________杂质。
该杂质产生的原因是_________________________________。
答案 ①2H2O-4e-===O2↑+4H+
②阳极室的H+穿过阳膜扩散至产品室,原料室的H2PO
穿过阴膜扩散至产品室,二者反应生成H3PO2
③PO
H2PO
或H3PO2被氧化
解析 ①阳极发生氧化反应,在反应中OH-失去电子,电极反应式为2H2O-4e-===O2↑+4H+。
②H2O放电产生H+,H+进入产品室,原料室的H2PO
穿过阴膜扩散至产品室,二者发生反应:
H++H2PO
H3PO2。
③如果撤去阳膜,H2PO
或H3PO2可能被氧化。
1.电解池中电极反应式的书写步骤
2.“六点”突破电解应用题
(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)书写电极反应式,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
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- 高考 化学 考前 三个月 137 电化学 基础