届高考化学二轮复习第6讲电化学基础学案.docx

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届高考化学二轮复习第6讲电化学基础学案

第6讲　电化学基础

[考纲要求]1.理解原电池和电解池的构成、工作原理及应用，能书写电极反应式和总反应方程式。

2.了解常见化学电源的种类及其工作原理。

3.了解金属发生电化学腐蚀的原因、金属腐蚀的危害以及防止金属腐蚀的措施。

[学科素养]1.变化观念与平衡思想：

认识电化学反应的本质是氧化还原反应，能多角度、动态分析电化学反应，并运用电化学原理解决实际问题。

2.证据推理与模型认知：

能运用原电池、电解池模型示意图解释电极及电池反应现象，揭示“放电”“充电”“电解”时现象的本质与规律。

3.科学探究与创新意识：

能够发现和提出有探究价值的新型化学电源、环境污染与防治等电化学问题，确定探究目的，设计探究方案，进行实验探究，能根据实验现象总结规律，并勇于提出自己的独到见解。

4.科学精神与社会责任：

具有可持续发展意识和绿色化学观念，研究新型高效、绿色化学电源，能对与电化学有关的社会热点问题做出正确的价值判断。

[网络构建]

[核心强化]

1．原电池工作原理示意图

2．原电池正极和负极的5种判定方法

3．微粒流向

（1）电子流向：

负极→正极（电流的方向正好相反）。

注意：

电子沿导线传递但不能通过电解质溶液。

（2）离子流向：

阳离子移向正极，阴离子移向负极。

4．电解池工作原理（阳极为惰性电极）示意图

5．电解池阳极和阴极的判定4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）根据电子的流向判断，输出电子的一极为阳极，输入电子的一极为阴极。

（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）。

6．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－>……

7．电解的4大类型及规律

8.金属腐蚀与防护的方法

（1）金属腐蚀快慢程度的判断方法

（2）金属电化学保护的2种方法

考点一　原电池的工作原理及化学电源

[解析]　充电时该电池为电解池，电解质溶液中阳离子向阴极移动，故K＋向阴极移动，A项错误；充电时的总反应为2Zn（OH）

===2Zn＋O2＋4OH－＋2H2O，因此c（OH－）逐渐增大，B项错误；放电时负极上Zn发生氧化反应，负极反应为Zn＋4OH－－2e－===Zn（OH）

，C项正确；放电时的正极反应为O2＋4e－＋2H2O===4OH－，电路中通过2mol电子时，消耗O20.5mol，在标准状况下的体积为11.2L，D项错误。

[答案]　C

燃料电池电极反应方程式的书写技巧

燃料电池是一种将存在于燃料与氧化剂中的化学能直接转化为电能的发电装置。

由于电池总反应式与燃料燃烧方程式相似而得名，由于条件不同，燃料并非真的燃烧。

另外，燃料电池的考查重点在不同条件下的电解质溶液，如酸性、碱性、中性、熔融碳酸盐、熔融氧化物等，其书写关键可以归结为一句话：

“什么环境下用什么离子平衡电性。

”如正极反应式书写：

[分点突破]

角度一：

以新型化学电源考查原电池的工作原理

1．锌—锰碱性电池以氢氧化钾溶液为电解液，电池总反应式为：

Zn（s）＋2MnO2（s）＋H2O（l）===Zn（OH）2（s）＋Mn2O3（s）

下列说法错误的是（　　）

A．电池工作时，锌失去电子，电解液内部OH－向负极移动

B．电池正极的电极反应式为：

2MnO2（s）＋H2O（l）＋2e－===Mn2O3（s）＋2OH－（aq）

C．电池工作时，电子由正极通过外电路流向负极

D．外电路中每通过0.2mol电子，锌的质量理论上减小6.5g

[解析]　A项，锌的化合价升高，失去电子，电解液内部OH－向负极移动，正确；B项，根据电池总反应式可判断正极是MnO2，正极发生还原反应，电极反应式为2MnO2（s）＋H2O（l）＋2e－===Mn2O3（s）＋2OH－（aq），正确；C项，电池工作时，电子从负极经外电路流向正极，错误；D项，由总反应式可知每通过0.2mol电子时负极消耗0.1mol锌，消耗锌的质量0.1mol×65g·mol－1＝6.5g，正确。

[答案]　C

2．近年来AIST报告正在研制一种“高容量、低成本”锂－铜空气燃料电池，该电池通过一种复杂的铜腐蚀“现象”产生电力，其中放电总反应方程式为2Li＋Cu2O＋H2O===2Cu＋2Li＋＋2OH－，如图所示。

下列说法不正确的是（　　）

A．放电时，Li＋透过固体电解质向Cu极移动

B．放电时，负极的电极反应式为Cu2O＋H2O＋2e－===2Cu＋2OH－

C．通空气时，铜被腐蚀，表面产生Cu2O

D．整个反应过程中，铜相当于催化剂

[解析]　由题中装置图和放电时总反应可知，放电时Li为负极，Cu为正极，阳离子向正极移动，A项正确；放电时，负极Li失电子转化成Li＋，B项错误；结合题中装置图可知，通入空气铜被腐蚀，生成Cu2O，C项正确；铜被腐蚀生成Cu2O，放电时Cu2O又被还原成Cu，所以整个反应过程中Cu相当于催化剂，D项正确。

[答案]　B

3．写出下列新型电池的电极反应式并回答相关问题。

（1）肼—双氧水燃料电池由于其较高的能量密度而广受关注，其工作原理如图1所示。

则电池正极反应式为________________________，电池工作过程中，A极区溶液的pH________（填“增大”、“减小”或“不变”）。

（2）使用电化学一氧化碳气体传感器可定量检测空气中CO含量，其结构如图2所示。

这种传感器利用燃料电池原理，则该电池的负极反应式为____________________________________。

（3）利用燃料电池的原理来处理氮氧化物是一种新方向。

装置如图3所示，在处理过程中石墨电极Ⅰ上反应生成一种氧化物Y。

①写出氧化物Y的化学式________；

②石墨Ⅱ电极为________（填“正”或“负”）极，该电极反应为________________________________________________________________________。

（4）电化学气敏传感器可用于监测环境中NH3的含量，其工作原理示意图如图4，写出电极a的电极反应式：

__________________。

（5）一种甲醇燃料电池，如图5所示，使用的电解质溶液是2mol·L－1的KOH溶液。

请写出加入（通入）b物质一极的电极反应式______________；每消耗6.4g甲醇转移的电子数为________。

[答案]　

（1）H2O2＋2e－===2OH－　减小

（2）CO＋H2O－2e－===CO2＋2H＋

（3）①N2O5　②正　O2＋2N2O5＋4e－===4NO

（4）2NH3＋6OH－－6e－===N2＋6H2O

（5）O2＋2H2O＋4e－===4OH－　1.2NA（1.2×6.02×1023）

角度二：

以可充电电池考查原电池的工作原理

4．全钒液流储能电池利用不同价态离子对的氧化还原反应来实现化学能和电能的相互转化，充电时，惰性电极M、N分别连接电源的正极和负极。

电池工作原理如图所示，下列说法不正确的是（　　）

A．充电过程中，N电极附近酸性减弱

B．充电过程中，N电极上V3＋被还原为V2＋

C．放电过程中，H＋由N电极向M电极移动

D．放电过程中，M电极的反应式为VO

＋2H＋＋e－===VO2＋＋H2O

[解析]　充电时N电极与电源的负极相连，N电极为阴极，发生还原反应：

V3＋＋e－===V2＋，A项错误，B项正确。

放电时，M电极为正极，阳离子向正极移动，C项正确。

放电时M电极为正极，发生还原反应：

VO

＋2H＋＋e－===VO2＋＋H2O，D项正确。

[答案]　A

5．高铁电池是一种新型可充电电池，电解质溶液为KOH溶液，放电时的总反应式为3Zn＋2K2FeO4＋8H2O===3Zn（OH）2＋2Fe（OH）3＋4KOH。

下列叙述正确的是（　　）

A．放电时，负极反应式为3Zn－6e－＋6OH－===3Zn（OH）2

B．放电时，正极区溶液的pH减小

C．充电时，每转移3mol电子，阳极有1molFe（OH）3被还原

D．充电时，电池的锌电极接电源的正极

[解析]　A项，放电时，负极发生氧化反应，负极反应式为3Zn－6e－＋6OH－===3Zn（OH）2，正确；B项，放电时，正极发生还原反应，电极反应式为2FeO

＋8H2O＋6e－===2Fe（OH）3＋10OH－，有OH－生成，正极区溶液的pH增大，错误；C项，充电时，每转移3mol电子，阳极有1molFe（OH）3被氧化，错误；D项，充电时，Zn（OH）2在阴极发生还原反应，所以，电池的锌电极接电源的负极，错误。

[答案]　A

6．某锂离子二次电池装置如图所示，其放电时的总反应为Li1－xCoO2＋LixC6===6C＋LiCoO2。

下列说法正确的是（　　）

A．石墨为正极

B．充电时，阳极质量不变

C．充电时，阴极反应式为xLi－xe－===xLi＋

D．放电时，正极反应式为xLi＋＋Li1－xCoO2＋xe－===LiCoO2

[解析]　根据装置示意图和电池放电时的总反应可知，锂离子二次电池中石墨作负极，含锂化合物作正极，A项错误；充电时，阳极发生氧化反应：

LiCoO2－xe－===Li1－xCoO2＋xLi＋，阳极质量减小，B项错误；充电时，阴极发生还原反应：

6C＋xLi＋＋xe－===LixC6，C项错误；放电时，正极反应式为Li1－xCoO2＋xLi＋＋xe－===LiCoO2，D项正确。

[答案]　D

“4方面”突破可充电电池

角度三：

原电池原理在工业生产中的应用

7.

一种处理污水的燃料电池模型如右图所示。

该电池工作时，只需把污水注入反应池，细菌就可将污水中的有机物分解，在此过程中释放出电子、质子和乙。

下列叙述不正确的是（　　）

A．B电极为正极

B．气体乙可能为CO2

C．O2在A电极得电子

D．电池工作时，B电极附近的pH逐渐减小

[解析]　A项，电池工作时，只需把污水注入反应池，细菌就可将污水中的有机物分解，在此过程中释放出电子、质子和乙，则B电极为负极，错误；B项，有机物是含碳、氢、氧元素的化合物，有机物释放电子、质子（H＋）生成乙，乙可能为CO2，正确；C项，B电极为负极，则A电极为正极，在燃料电池中，O2在正极得电子，即O2在A电极得电子，正确；D项，细菌将污水中的有机物分解，在此过程中释放出电子、质子和乙，质子（H＋）浓度增大，则B电极附近的pH逐渐减小，正确。

[答案]　A

8．乙烯催化氧化成乙醛可设计成如下图所示的燃料电池，在制备乙醛的同时还可获得电能，其总反应化学方程式为：

2CH2===CH2＋O2―→2CH3CHO。

下列有关说法正确的是（　　）

A．该电池电极a为正极，b为负极

B．电子移动方向：

电极a→磷酸溶液→电极b

C．负极反应式为：

CH2===CH2－2e－＋H2O===CH3CHO＋2H＋

D．b电极有2.24LO2反应，溶液中有0.4molH＋迁移到b电极上反应

[解析]　A项，由化学方程式知，CH2===CH2被氧化，O2被还原，则通入CH2===CH2的一极为负极，即a为负极，b为正极，错误；B项，电子不能通过电解质溶液，错误；C项，从题图可以看出，负极反应为CH2===CH2－2e－＋H2O===CH3CHO＋2H＋，正确；D项，没有指出气体的温度和压强，不能计算O2的物质的量，错误。

[答案]　C

考点二　电解池的工作原理及应用　金属的腐蚀与防护

类型一　电解池的工作原理及应用

[解析]　通电后中间隔室的SO

向正极区迁移，正极区溶液水中OH－放电，pH降低，Na＋向负极区迁移，负极区溶液水中H＋放电，pH增大，A、C项错误；电路中通过1mol电子的电量，有0.25molO2生成，D项错误。

[答案]　B

解答电解池相关题目的“3看”

[分点突破]

角度：

电解池的原理及应用

1．某小组为研究电化学原理，设计了甲、乙、丙三种装置（C1、C2、C3均为石墨）。

下列叙述正确的是（　　）

A．甲、丙中化学能转化为电能，乙中电能转化为化学能

B．C1、C2分别是阳极、阴极；锌片、铁片上都发生氧化反应

C．C1上和C3上放出的气体相同，铜片上和铁片上放出的气体也相同

D．甲中溶液的pH逐渐增大，丙中溶液的pH逐渐减小

[解析]　A项，甲没有外接电源，是将化学能转化为电能的装置，为原电池；乙、丙有外接电源，是将电能转化为化学能的装置，为电解池，错误；B项，C1、C2分别连接电源的正、负极，分别是电解池的阳极、阴极；锌片作负极发生氧化反应，铁片作阴极发生还原反应，错误；C项，C1和C3都是阳极，氯离子在阳极上失电子生成氯气，铜片上和铁片上都是氢离子得电子生成氢气，正确；D项，甲中正极和丙中阴极上都是氢离子得电子生成氢气，随着反应的进行，溶液的pH均增大，错误。

[答案]　C

2．

（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”）。

（2）一定条件下，如图所示装置可实现有机物的电化学储氢（忽略其他有机物）。

①导线中电子移动方向为________。

（用A、D表示）

②生成目标产物的电极反应式为____________________。

[答案]　

（1）LiOH　2Cl－－2e－===Cl2↑　B

（2）①A→D　②C6H6＋6H＋＋6e－===C6H12

类型二　电解的相关计算

[解析]　阴极可以放电的阳离子依次为0.01molAg＋、0.01molCu2＋和H＋，阳极放电的离子是OH－；当阳极生成标准状况下1.12LO2时，电路中通过电子n（e－）＝0.05mol×4＝0.2mol，此时Ag、Cu已全部析出，总质量为0.01mol×108g·mol－1＋0.01mol×64g·mol－1＝1.72g；因为当Ag、Cu全部析出后，相当于电解水，H＋浓度不再增加，所以生成的H＋所带电荷的量与消耗的0.01molAg＋、0.01molCu2＋所带电荷的量相等，则溶液中生成c（H＋）＝0.3mol·L－1，pH<1。

[答案]　B

破解电解计算题的“3法”

原电池和电解池的计算包括两极产物的计算、溶液pH的计算、相对原子质量和阿伏加德罗常数的计算、产物的量与电量关系的计算等等。

常用下列三种方法：

例如由关系式法以通过4mole－为基准可构建电极产物的量的关系：

[分点突破]

角度：

电解的相关计算

3．1L某溶液中含有的离子如下表：

离子

Cu2＋

Al3＋

NO

Cl－

物质的量浓度（mol·L－1）

1

1

a

1

用惰性电极电解该溶液，当电路中有3mol电子通过时（忽略电解时溶液体积的变化及电解产物可能存在的溶解现象），下列说法正确的是（　　）

A．电解后溶液pH＝0

B．a＝3

C．阳极生成1.5molCl2

D．阴极析出的金属是铜与铝

[解析]　A项，当电路中有3mol电子通过时，阳极首先发生2Cl－－2e－===Cl2↑，生成0.5molCl2，然后发生2H2O－4e－===4H＋＋O2↑，生成2molH＋，阴极首先发生：

Cu2＋＋2e－===Cu，析出1molCu，然后发生2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑，生成0.5molH2，同时生成1molOH－，最终溶液里得到1molH＋，H＋的浓度为1mol·L－1，pH＝0，正确；B项，由溶液电荷守恒可知2c（Cu2＋）＋3c（Al3＋）＝c（NO

）＋c（Cl－），可求得c（NO

）＝4mol·L－1，即a＝4，错误；C项，电解时阳极首先发生：

2Cl－－2e－===Cl2↑，n（Cl－）＝1mol，生成Cl20.5mol，错误；D项，电解含Al3＋的溶液时没有Al生成，错误。

[答案]　A

4．如图装置电解一段时间，当某极析出0.32gCu时，Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ中溶液pH分别为（溶液足量，体积均为100mL且电解前后溶液体积变化忽略不计）（　　）

A．13、7、1B．12、7、2

C．1、7、13D．7、13、1

[解析]　n（Cu）＝0.32g÷64g·mol－1＝0.005mol，由电极反应Cu2＋＋2e－===Cu可知转移电子为0.01mol，电解时，Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ中电解的化学方程式分别为2KCl＋2H2O

2KOH＋H2↑＋Cl2↑、2H2O

2H2↑＋O2↑、2CuSO4＋2H2O

2Cu＋O2↑＋2H2SO4。

[答案]　A

类型三　金属的腐蚀与防护

[解析]　依题意，钢管桩为阴极，电子流向阴极，阴极被保护，钢管桩表面腐蚀电流是指铁失去电子形成的电流，接近于0，铁不容易失去电子，A项正确；阳极上发生氧化反应，失去电子，电子经外电路流向阴极，B项正确；高硅铸铁作阳极，阳极上发生氧化反应，阳极上主要是海水中的水被氧化生成氧气，惰性辅助阳极不被损耗，C项错误；根据海水对钢管桩的腐蚀情况，增大或减小电流强度，D项正确。

[答案]　C

[分点突破]

角度：

金属的腐蚀与防护

5．（2018·安徽十校联考）将两根铁钉分别缠绕铜丝和铝丝，放入滴有混合溶液的容器中，如图所示，下列叙述错误的是（　　）

A．a中铁钉附近出现蓝色沉淀

B．b中铁钉附近出现红色

C．b中发生吸氧腐蚀

D．a中铜丝附近有气泡产生

[解析]　a中电解质溶液的酸性较强，发生析氢腐蚀，因铁比铜活泼，故铁钉作负极，失去电子生成Fe2＋，然后形成Fe3[Fe（CN）6]2蓝色沉淀，A项正确；铝比铁活泼，铝丝作负极，铁钉作正极，铁钉不发生反应，B项错误；装置b中电解质溶液呈中性，发生吸氧腐蚀，C项正确；a中铜丝作正极，H＋在正极上得到电子转化为H2，D项正确。

[答案]　B

6．（2018·上海闵行区调研改编）利用如图所示装置可以模拟铁的电化学防护，下列有关说法中错误的是（　　）

A．若开关K置于N处，则X不宜用Cu、Ag等作电极

B．若X为锌且开关K置于M处，此属于牺牲阳极的阴极保护法

C．若X为碳棒，为减缓铁件的腐蚀，开关K应置于M处

D．在外加电流的阴极保护法中，铁件必须与电源负极相连

[解析]　若开关K置于N处，此时构成了电解池，若X是铜、银，则阳极很快被腐蚀掉，从而导致铁失去了保护，阳极应使用惰性电极，才能达到长期保护的效果，A项正确；若X为锌，开关K置于M处，Zn失去电子，发生氧化反应被腐蚀掉，铁件受到保护，该防护法称为牺牲阳极的阴极保护法，B项正确；铁比碳的还原性强，若X为碳棒，开关K置于M处，铁作负极，会加速被腐蚀，C项错误；当铁件与电源负极相连时，负极向铁件提供电子，这样铁件就会受到保护，D项正确。

[答案]　C

7．（2018·河南开封一模）我国古代青铜器工艺精湛，有很高的艺术价值和历史价值，但出土的青铜器大多受到环境腐蚀，故对其进行修复和防护具有重要意义。

研究发现，青铜器在潮湿环境中发生电化学腐蚀的原理如图所示，下列说法正确的是（　　）

A．腐蚀过程中，青铜基体作正极

B．CuCl在腐蚀过程中降低了反应的焓变

C．若生成4.29gCu2（OH）3Cl，则理论上消耗氧气的体积为448mL

D．将糊状Ag2O涂在被腐蚀部位，可以防止青铜器进一步被腐蚀，Ag2O与催化层发生了复分解反应

[解析]　根据题图知，O2得电子生成OH－、Cu失电子生成Cu2＋，Cu发生吸氧腐蚀，则青铜基体作负极，A项错误；催化剂只能降低化学反应的活化能，不能改变反应的焓变，B项错误；没有指明反应条件为标准状况，C项错误；Ag2O与催化剂CuCl发生复分解反应，化学方程式为Ag2O＋2CuCl===2AgCl＋Cu2O，D项正确。

[答案]　D

金属防护方法、原理与效果

防护方法

原理

覆盖保护层（涂油漆、电镀等）

将金属与空气隔离开

改变金属内部结构（如形成合金）

使金属性质惰性化

外加电流的阴极保护法

使被保护的金属作电解池的阴极（阳极为惰性电极）

牺牲阳极的阴极保护法（连接更活泼的金属）

使被保护的金属作原电池的正极

防护效果：

一般情况下，改变金属内部结构>作电解池阴极（外加电流的阴极保护法）>作原电池正极（牺牲阳极的阴极保护法）>金属表面处理（覆盖保护层）

考向一　新型化学电源的分析与推断

1．（2018·全国卷Ⅱ）我国科学家研发了一种室温下“可呼吸”的Na—CO2二次电池。

将NaClO4溶于有机溶剂作为电解液，钠和负载碳纳米管的镍网分别作为电极材料，电池的总反应为：

3CO2＋4Na2Na2CO3＋C。

下列说法错误的是（　　）

A．放电时，ClO

向负极移动

B．充电时释放CO2，放电时吸收CO2

C．放电时，正极反应为：

3CO2＋4e－===2CO

＋C

D．充电时，正极反应为：

Na＋＋e－===Na

[解析]　高氯酸根离子是阴离子，电池放电时为原电池装置，阴离子向负极移动，A正确；由题图结合电池总反应知，充电时释放二氧化碳，放电时吸收二氧化碳，B正确；放电时，正极反应可以理解为“CO2得到4e－还原为C，余下的两个O2－进一步结合CO2生成CO

”：

3CO2＋4e－===2CO

＋C，C正确；充电时电池的正极与外接电源的正极相连，作电解池的阳极，发生失电子的氧化反应，应为碳失电子生成CO2，D错误。

[答案]　D

2．（2017·全国卷Ⅱ）全固态锂硫电池能量密度高、成本低，其工作原理如图所示，其中电极a常用掺有石墨烯的S8材料，电池反应为：

16Li＋xS8===8Li2Sx（2≤x≤8）。

下列说法错误的是（　　）

A．电池工作时，正极可发生反应：

2Li2S6＋2Li＋＋2e－===3Li2S4

B．电池工作时，外电路中流过0.02mol电子，负极材料减重0.14g

C．石墨烯的作用主要是提高电极a的导电性

D．电池充电时间越长，电池中Li2S2的量越多

[解析]　原电池工作时，正极发生一系列得电子的还原反应，即：

Li2S8→Li2S6→Li2S4→Li2S2，其中可能有2Li2S6＋2Li＋＋2e－===3Li2S4，A项正确；该电池工作时，每转移0.02mol电子，负极有0.02molLi（质量为0.14g）被氧化为Li＋，则负极质量减少0.14g，B项正确；石墨烯能导电，用石墨烯作电极，可提高电极a的导电性，C项正确；充电过程中，Li2S2的量逐渐减少，当电池充满电时，相当于达到平衡状态，电池中Li2S2的量趋于不变，故不是电池充电时间越长，电池中Li2S2的量越多，D项错误。

[答案]　D

3．（2015·全国卷Ⅰ）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