1、高考化学二轮 专题训练 专题十 电化学原理教案学生版2019-2020年高考化学二轮 专题训练 专题十 电化学原理教案（学生版）【命题规律】电化学内容是高考试卷中的常客，对原电池和电解池的考查往往以选择题的形式考查两电极反应式的书写、两电极附近溶液性质的变化、电子的转移或电流方向的判断等。在第卷中会以应用性和综合性进行命题，如与生产生活(如金属的腐蚀和防护等)相联系，与无机推断、实验及化学计算等学科内知识综合，尤其特别注意燃料电池和新型电池的正、负极材料分析和电极反应式的书写。题型新颖，但不偏不怪，只要注意基础知识的落实，以及能力的训练便可以从容应对。【知识网络】【重点知识梳理】一、 原电池电
2、极的判断以及电极方程式的书写1.原电池正、负极的判断方法：(1)由组成原电池的两极材料判断。一般是活泼的金属为负极，活泼性较弱的金属或能导电的非金属为正极。(2)根据电流方向或电子流动方向判断。电流由正极流向负极；电子由负极流向正极。(3)根据原电池里电解质溶液内离子的流动方向判断。在原电池的电解质溶液内，阳离子移向正极，阴离子移向负极。(4)根据原电池两极发生的变化来判断。原电池的负极失电子发生氧化反应，其正极得电子发生还原反应。(5)电极增重或减轻。工作后，电极质量增加，说明溶液中的阳离子在电极(正极)放电，电极活动性弱；反之，电极质量减小，说明电极金属溶解，电极为负极，活动性强。(6)有
3、气泡冒出。电极上有气泡冒出，是因为发生了析出H2的电极反应，说明电极为正极，活动性弱。2原电池电极反应式和总反应式的书写(1)题目给定原电池的装置图，未给总反应式：首先找出原电池的正、负极，即分别找出氧化剂和还原剂。结合介质判断出还原产物和氧化产物。写出电极反应式(注意两极得失电子数相等)，将两电极反应式相加可得总反应式。(2)题目中给出原电池的总反应式：分析原电池总反应式中各元素的化合价变化情况，找出氧化剂及其对应的还原产物，氧化剂发生的反应即为正极反应；找出还原剂及其对应的氧化产物，还原剂参加的反应即为负极反应。当氧化剂、还原剂、氧化产物、还原产物由多种元素组成时，还应注意介质的反应。若有
4、一电极反应较难写出，可先写出较易写出的电极反应，然后再利用总反应式减去该电极反应即得到另一电极反应。说明：在书写电极反应式时要注意哪些方面？1两极得失电子数目相等；2电极反应式常用“”不用“”表示；3电极反应式中若有气体生成，需加“”；而弱电解质或难溶物均以分子式表示，其余以离子符号表示；4写电极反应式时要保证电荷守恒、元素守恒，可在电极反应式一端根据需要添加H或OH或H2O；5两电极反应、电池总反应的三个方程式，若已知其中两个，可由方程式的加减得到第三个。二 原电池工作原理的应用1依据原电池原理比较金属活动性强弱(1)电子由负极流向正极，由活泼金属流向不活泼金属，而电流方向是由正极流向负极，
5、二者是相反的。(2)在原电池中，活泼金属作负极，发生氧化反应；不活泼金属作正极，发生还原反应。(3)原电池的正极通常具备特定的现象：有气体生成，或电极质量增加或不变等；负极通常不断溶解，质量减少。2根据原电池原理，把各种氧化还原反应设计成电池从理论上讲，任何一个自发的氧化还原反应，都可以设计成原电池。关键是选择合适的电解质溶液和两个电极。(1)电解质溶液的选择电解质是使负极放电的物质。因此电解质溶液一般要能够与负极发生反应。或者电解质溶液中溶解的其他物质能与负极发生反应(如空气中的氧气)。但如果两个半反应分别在两个容器中进行(中间连接盐桥)，则左右两个容器中的电解质溶液选择与电极材料相同的阳离
6、子。如，在铜锌硫酸构成的原电池中，负极金属锌浸泡在含有Zn2的电解质溶液中，而正极铜浸泡在含有Cu2的溶液中。(2)电极材料的选择电池的电极必须导电。电池中的负极必须能够与电解质溶液反应，容易失去电子，因此负极一般是活泼的金属材料。正极和负极之间只有产生电势差，电子才能定向移动，所以正极和负极不用同一种材料。一般情况下，两个电极的构成分为4种情况：活泼性不同的两种金属。例如，锌铜原电池中，锌作电池的负极，铜作电池的正极。金属和非金属。例如，锌锰干电池中，锌片作电池的负极，石墨棒作电池的正极。金属和化合物。例如，铅蓄电池中，铅板作电池的负极，二氧化铅作电池的正极。惰性电极。例如，氢氧燃料电池中，
7、两根电极均可用Pt。三、原电池正负极判断的方法1由组成原电池的两极材料判断较活泼的金属为负极，较不活泼的金属或能导电的非金属为正极。2根据电流方向或电子流向判断外电路中，电流由正极流向负极，电子由负极流向正极。3根据原电池电解质溶液中离子的移动方向判断在原电池电解质溶液中，阳离子移向正极，阴离子移向负极。4根据原电池中两极发生的反应判断原电池中，负极总是发生氧化反应，正极总是发生还原反应。若给出一个总方程式，则可根据化合价升降来判断。5根据电极质量的变化判断原电池工作后，某一电极质量增加，说明溶液中的阳离子在该电极上放电，该极为正极，活泼性较弱；反之，如果某一电极质量减轻，则该电极溶解，为负极
8、，活泼性较强。6根据电极上有气泡产生判断原电池工作后，如果某一电极上有气体产生，通常是因为该电极发生了析出H2的反应，说明该电极为正极，活泼性较弱。7根据某电极(X)附近pH的变化判断析氢或吸氧的电极反应发生后，均能使该电极附近电解质溶液的pH增大，因而原电池工作后，X极附近的pH增大了，说明X极为正极，金属活动性较强。四 电池电极反应式的书写方法书写电极反应式前，我们应首先明确电池的正负极、电极材料和电解质溶液的性质，对于二次电池还要注意放电或充电的方向。(1)电极的判断对于普通电池，我们通常比较两个电极的金属活动性，通常金属活动性强的电极为电池的负极，金属活动性弱的电极或非金属(通常为石墨
9、)为电池的正极。对于燃料电池，两个电极的材料通常相同，所以从电极材料上很难判断电池的正负极。判断电池正负极的方法，通常是利用电池总反应式，含化合价升高元素的反应物为电池的负极反应物，此电极为负极；含化合价降低元素的反应物通常为电池的正极反应物，此电极为电池的正极。(2)电极反应书写步骤例如，铅蓄电池其总反应式为：PbO2(s)Pb(s)2H2SO4(aq) 2PbSO4(s)2H2O(l) 其电极反应式的书写步骤为：放电时，为原电池原理，总反应式中已指明放电方向从左向右的过程，即可逆符号左边为反应物，右边为生成物。由化合价的升降判断负、正极的反应物负极：Pb正极： PbO2主产物负极：PbSO
10、4正极：PbSO4由化合价升降确定电子得失的数目负极：2e正极：2e电极反应关系式负极：Pb2ePbSO4正极：PbO22ePbSO4考虑电解质溶液，再利用电荷守恒、质量守恒调整反应式负极：Pb2eSO42-PbSO4正极：PbO22e4HSO42-PbSO42H2O充电时，是总反应式的逆向过程，氧化剂、还原剂都为PbSO4分析反应过程阴极(发生还原反应或与外电源负极相连)反应过程：PbSO4 阳极(发生氧化反应或与外电源正极相连)反应过程：PbSO4 充电时电极反应阴极：PbSO42ePbSO42-阳极：PbSO42H2O2ePbO24HSO42-五 电解质溶液的电解规律（惰性电极）1.以惰
11、性电极电解电解质溶液，分析电解反应的一般方法和步骤(1)分析电解质溶液的组成，找出离子，并分为阴、阳两组。(2)分别对阴、阳离子排出放电顺序，写出两极上的电极反应式。(3)合并两个电极反应式，得出电解反应的总化学方程式或离子方程式。2反应类型(1)电解水型：含氧酸、强碱、活泼金属的含氧酸盐(如NaOH、H2SO4、K2SO4等)溶液的电解。如：阴极：4H4e2H2，阳极：4OH4e2H2OO2，总反应：(2)自身分解型：无氧酸(除HF外)、不活泼金属的无氧酸盐(除氟化物外，如HCl 、CuCl2等)溶液的电解。如：阴极：Cu22eCu，阳极：2Cl2eCl2，(3)放氢生碱型：活泼金属的无氧酸
12、盐(氟化物除外，如NaCl、MgCl2等)溶液的电解。如：阴极：2H2eH2，阳极：2Cl2eCl2，(4)放氧生酸型：不活泼金属的含氧酸盐(如CuSO4、AgNO3等)溶液的电解。如：阴极：2Cu24e2Cu，阳极：2H2O4eO24H，六 原电池、电解池和电镀池的比较原电池电解池电镀池定义将化学能转化成电能的装置将电能转变成化学能的装置应用电解原理，在某些金属表面镀上一层其他金属的装置装置举例形成条件活动性不同的两个电极(连接)；电解质溶液(电极插入其中并与电极自发反应)；形成闭合回路直流电源；两个电极接两个电极插入电解质溶液；形成闭合回路电源正极；镀层金属接电镀液必须含有镀层金属的离子电
13、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：与电源正极相连的极；阴极：与电源负极相连的极(由外加电源决定)阳极：镀层金属；阴极：镀件(同电解池)电极反应负极：氧化反应，金属失电子；正极：还原反应，溶液中的阳离子得电子阳极：氧化反应，溶液中的阴离子失电子，或电极金属失电子；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：电镀液中阳离子得电子电子流向负极正极电源负极阴极电源正极阳极电源负极阴极电源正极阳极反应原理举例负极：Zn2eZn2正极：2H2eH2总反应：Zn2HZn2H2阳极：2Cl2eCl2阴极：Cu22eCu总反应：Cu22ClCuCl2阳极：Z
14、n2eZn2阴极：Zn22eZn溶液中Zn2浓度不变主要应用金属的电化学腐蚀分析；牺牲阳极的阴极保护法；制造多种新的化学电源电解食盐水(氯碱工业)；电冶金(冶炼Na、Mg、Al)；精炼铜镀层金属为铬、锌、镍、银等，使被保护的金属抗腐蚀能力增强，增加美观和表面硬度实质使氧化还原反应中的电子通过导线定向转移，形成电流使电流通过电解质溶液，而在阴、阳两极引起氧化还原反应的过程联系(1)同一原电池的正、负极发生的电极反应得、失电子数相等。(2)同一电解池的阴极、阳极发生的电极反应中得、失电子数相等。 (3)串联电路中的各个电极反应得、失电子数相等。上述三种情况下，在写电极反应式时，得、失电子数要相等，
15、在计算电解产物的量时，应按得、失电子数相等计算【考点突破】考点一原电池原理及应用例1控制合适的条件，将反应2Fe32I=2Fe2I2设计成如下图所示的原电池。下列判断不正确的是 ( )A反应开始时，乙中石墨电极上发生氧化反应B反应开始时，甲中石墨电极上Fe3被还原C电流计读数为零时，反应达到化学平衡状态D电流计读数为零后，在甲中溶入FeCl2固体，乙中石墨电极为负极试回答：(1)乙池中若换为Fe电极和FeCl2溶液，则原电池是怎样工作的？(2)电流计读数为零后，若在乙中溶入KI固体，则原电池反应能继续发生吗？若向甲中加入固体Fe呢？解析反应开始后，乙中石墨电极上发生的反应为2I2e=I2，为氧
16、化反应，A说法正确；甲中石墨电极上发生的反应为2Fe32e=2Fe2，Fe3被还原，B正确；电流计读数为零时，电极上得到和失去的电子数相等，反应达到化学平衡状态，C正确；电流计读数为零(反应达到化学平衡状态)后，在甲中溶入FeCl2固体，则平衡向逆反应方向移动，I2被还原，乙中的石墨电极为正极，D错误。答案 D (1)原电池反应变为2Fe3Fe=3Fe2，乙中Fe作负极，甲中石墨作正极，电极反应分别为Fe2e=Fe2、Fe3e=Fe2。(2)乙中加入I后，导致平衡正向移动，原电池按原方向继续进行；若向甲中加入固体Fe，会消耗Fe3，同时增大c(Fe2)，导致平衡逆向移动，则乙中石墨电极作正极，
17、电极反应为I22e=2I。【名师点拨】有关原电池问题的解题思路解决原电池问题时，一般的思维程序是：根据电极材料的活泼性判断出正、负极电极反应的类型(氧化反应、还原反应)变式探究1 铜锌原电池(如下图)工作时，下列叙述正确的是 ()A正极反应为：Zn2e=Zn2B电池反应为：ZnCu2=Zn2CuC在外电路中，电子从正极流向负极D盐桥中的K移向ZnSO4溶液解析铜锌原电池工作时，负极反应为：Zn2e=Zn2，正极反应为：Cu22e=Cu，电池总反应为：ZnCu2=Zn2Cu，故A项错误，B项正确。原电池工作时，电子从负极由外电路流向正极，由于左池阳离子增多、右池阳离子减少，为平衡电荷，则盐桥中的
18、K移向CuSO4溶液，而Cl则移向ZnSO4溶液，故C、D项错误。答案：B考点二 电解原理及其应用例2Cu2O是一种半导体材料，基于绿色化学理念设计的一制取Cu2O的电解池示意图如下，电解总反应为：2CuH2OCu2OH2。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0.1 mol电子转移时，有0.1 mol Cu2O生成解析由总反应知失电子的为Cu，得电子的是H2O中的氢元素。因此Cu极为电解池的阳极，接电源的正极，石墨为阴极，接电源的负极。当有0.1 mol电子转移时，应有0.05 mol Cu2O生成。 答案：A【规律总结】 1.电解时电极
19、产物的判断(1)阳极产物的判断如果是活泼电极(金属活动性顺序表Ag以前)，则电极材料失电子，电极被溶解，溶液中的阴离子不能失电子；如果是惰性电极(Pt、Au、石墨)，则要看溶液中阴离子的失电子能力，此时根据阴离子放电顺序加以判断，常见阴离子放电顺序：S2IBrClOH含氧酸根。(2)阴极产物的判断直接根据阳离子放电顺序进行判断，阳离子放电顺序与金属活动性顺序相反，其中AgFe3Cu2H。2电解池的电极反应和总反应式的书写方法第一步：先检查阳极电极材料和确定溶液中的离子种类；第二步：由放电顺序确定放电产物和电极反应；第三步：将电极反应相加得总反应式。变式探究2下图为相互串联的甲乙两个电解池，请回
20、答：(1)甲池若为用电解原理精炼铜的装置，A极是_，材料是_，电极反应为_；B极是_，材料是_，主要电极反应为_，电解质溶液为_。答案(1)阴极精铜Cu22e=Cu阳极粗铜Cu2e=Cu2CuSO4溶液(2)Fe(3)4.48 L(4)1 mol/L14考点三金属的腐蚀与防护例3 如图装置中，U型管内为红墨水，a、b试管内分别盛有食盐水和氯化铵溶液，各加入生铁块，放置一段时间。下列有关描述错误的是 ()A生铁块中的碳是原电池的正极B红墨水柱两边的液面变为左低右高C两试管中相同的电极反应式是Fe2e=Fe2Da试管中发生了吸氧腐蚀，b试管中发生了析氢腐蚀解析a、b试管中均发生铁的电化学腐蚀，在食
21、盐水中的Fe发生吸氧腐蚀，正极为碳：2H2OO24e=4OH，负极为铁：2Fe4e=2Fe2，由于吸收O2，a管中气压降低；b管中的电解质溶液是酸性较强的NH4Cl溶液，故发生析氢腐蚀，正极：2H2e=H2，负极：Fe2e=Fe2，由于放出氢气，b管中气压增大，故U型管中的红墨水应是左高右低，B选项错误。答案：B【名师点拨】1.金属腐蚀的本质金属腐蚀的本质就是金属失电子被氧化。金属腐蚀有化学腐蚀和电化学腐蚀两种类型。若金属与接触到的物质直接发生氧化还原反应而引起腐蚀，则是化学腐蚀，此类腐蚀无电流产生；若合金或不纯金属接触到电解质溶液构成原电池，其中活泼金属作负极失去电子被腐蚀，称为电化学腐蚀，
22、此类腐蚀伴随电流产生，且腐蚀速率比化学腐蚀快。电化学腐蚀又分为吸氧腐蚀和析氢腐蚀，水膜酸性较强时发生析氢腐蚀，水膜酸性很弱或非酸性时发生吸氧腐蚀。2判断金属腐蚀快慢的规律(1)电解原理引起的腐蚀原电池原理引起的腐蚀化学腐蚀有防护腐蚀措施的腐蚀(电解原理的防护原电池原理的防护)。(2)对同一种金属来说，腐蚀的快慢：强电解质溶液弱电解质溶液非电解质溶液。(3)活泼性不同的两金属，活泼性差别越大，腐蚀越快。(4)对同一种电解质溶液来说，电解质溶液浓度越大，腐蚀越快。变式探究3下列有关金属腐蚀与防护的说法正确的是 ()纯银器表面在空气中因化学腐蚀渐渐变暗当镀锡铁制品的镀层破损时，镀层仍能对铁制品起保护
23、作用海轮外壳连接锌块保护外壳不受腐蚀是采用了牺牲阳极的阴极保护法可将地下输油钢管与外加直流电源的正极相连以保护它不受腐蚀A B C D解析纯银器表面在空气中易生成硫化物失去光泽；当镀锡铁制品镀层破损时，由于铁比锡活泼，形成原电池时，铁作原电池的负极，加快铁的腐蚀；锌比铁活泼，当在海轮外壳上连接锌块后，锌失电子而海轮外壳被保护；要采用电解原理保护金属，应将金属与电源的负极相连，即作电解池的阴极。综合上述分析，可知、正确。答案：C【高考失分警示】1只有氧化还原反应才有电子的得失，只有自发的氧化还原反应才可能被设计成原电池如2Fe3Cu=2Fe2Cu，非自发氧化还原反应可能被设计成电解池如Cu2H2
24、OCu(OH)2H2。2无论什么样的电极材料、电解质溶液(或熔融状态的电解质)构成原电池，只要是原电池就永远遵守电极的规定：电子流出的电极是负极，电子流入的电极是正极。3.在化学反应中，失去电子的反应(电子流出的反应)是氧化反应，得到电子的反应(电子流入的反应)是还原反应，所以在原电池中，负极永远发生氧化反应，正极永远发生还原反应。4.在电解池中分析阳极上的电极反应，应首先看阳极材料，因为活泼电极作阳极会先放电。5.在原电池中两种金属电极的活动性是相对的，即相对活泼的金属作负极，而相对不活泼的金属作正极，在不同的电解质溶液中，它们活动性的相对强弱可能会改变。如Mg和Al，在以稀硫酸为电解质溶液
25、的原电池中，Mg比Al金属性强，所以Mg作负极，Al作正极；将电解质溶液换为NaOH溶液，由于Mg不能与NaOH溶液发生反应，而Al易与NaOH溶液发生反应，所以在NaOH溶液中Al比Mg活泼，Al作负极，而Mg作正极。由此可见，在判断原电池的正负极时，不仅要比较两种金属的金属活动性，还要注意电解质溶液的性质。【高考真题精解精析】【xx高考试题】1（上海）用电解法提取氯化铜废液中的铜，方案正确的是A用铜片连接电源的正极，另一电极用铂片 B用碳棒连接电源的正极，另一电极用铜片C用氢氧化钠溶液吸收阴极产物 D用带火星的木条检验阳极产物解析：用电解法提取氯化铜废液中的铜时，铜必需作阴极，阳极是铜或惰
26、性电极，阴极的反应式为：Cu2+2eCu。答案：B2.（浙江）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：O22H2O4e4OHC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Cu2eCu2【答案】B【解析】本题考察
27、电化学内容中金属吸氧腐蚀的原理的分析。液滴边缘O2多，在C粒上发生正极反应O22H2O4e4OH。液滴下的Fe发生负极反应，Fe2eFe2，为腐蚀区(a)。A错误。Cl由b区向a区迁移。B正确。C错误。液滴下的Fe因发生氧化反应而被腐蚀。D错误。Cu更稳定，作正极，反应为O22H2O4e4OH。3.（大纲版）用石墨作电极电解CuSO4溶液。通电一段时间后，欲使电解液恢复到起始状态，应向溶液中加入适量的 A. CuSO4 B.H2O C. CuO D. CuS045H2O【解析】从电解反应入手,2CuSO4+2H2O2Cu+2H2SO4+O2,消耗了CuSO4+H2O,复原则要生成它们，复原的反
28、应是CuO+H2SO4=CuSO4+H2O,故选C【答案】C4.（山东）以KCl和ZnCl2混合液为电镀液在铁制品上镀锌，下列说法正确的是A.未通电前上述镀锌装置可构成原电池，电镀过程是该原电池的充电过程B.因部分电能转化为热能，电镀时通过的电量与锌的析出量无确定关系C.电镀时保持电流恒定，升高温度不改变电解反应速率D.镀锌层破损后对铁制品失去保护作用【答案】C【解析】A选项直接用导线连起来构成图（1）所示装置，是个原电池，是锌的吸氧腐蚀，而不是锌置换出铁或铁置换出锌，当接上电源时无论锌或铁做阳极，都不可能与原来的吸氧腐蚀构成可逆电池，更不是原来的充电过程，故A错误；B选项电解的电量与电流强度
29、和时间有关：Q=It,只要保持恒定电流，则据法拉第电解定律可知，通过的电量与析出的锌成正比，因而B选项错误；电解（电镀）时通常是阴、阳离子分别同时在阳极和阴极放电，放电的速率与电流强度成正比，温度对离子的放电几乎无影响（若不是离子就另当别论了），故C正确；D选项中镀锌铁我们也称之为白口铁，镀层破损后，构成原电池，锌做活泼做负极被腐蚀，铁受保护（与轮船底的牺牲阳极的阴极保护法一样），如果镀锡铁（马口铁）破损，则由于铁比锡活泼，则铁被腐蚀，故D选项表述错误。5.（全国新课标）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FeB. 电池放电时，负极反应为Fe+2OH-2e-=Fe（OH）2C. 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解析：由放电时的反应可以得出铁做还原剂失去电子，Ni2O3做氧化剂得到电子，因此选项AB均正确；充电可以看作是放电的逆过程，即阴极为原来的负极，所
