高考化学二轮复习 第一篇 专题通关攻略 专题二 基本理论 5 电化学原理及应用课件.ppt

第5讲电化学原理及应用,【真题回访】1.(2016全国卷T11)三室式电渗析法处理含Na2SO4废水的原理如图所示,采用惰性电极,ab、cd均为离子交换膜,在直流电场的作用下,两膜中间的Na+和可通过离子交换膜,而两端隔室中离子被阻挡不能进入中间隔室。,下列叙述正确的是()A.通电后中间隔室的离子向正极迁移,正极区溶液pH增大B.该法在处理含Na2SO4废水时可以得到NaOH和H2SO4产品C.负极反应为2H2O-4e-=O2+4H+,负极区溶液pH降低D.当电路中通过1mol电子的电量时,会有0.5mol的O2生成,【解析】选B。电解池中阴离子向阳极移动,所以通电后中间隔室的向正极区迁移,阳极上氢氧根离子放电产生氧气,溶液中氢离子浓度增大,pH减小,A项错误;电解时在负极区生成NaOH,在正极区生成H2SO4,B项正确;阴极反应是氢离子得到电子生成氢气,溶液中氢氧根离子浓度增大,pH升高,C项错误;当电路中通过1mol电子的电量时,会有0.25mol的O2生成,D项错误。,2.(2015全国卷T26)酸性锌锰干电池是一种一次性电池,外壳为金属锌,中间是碳棒,其周围是由碳粉、MnO2、ZnCl2和NH4Cl等组成的糊状填充物。该电池放电过程产生MnOOH。回收处理该废电池可以得到多种化工原料。回答下列问题:(1)该电池的正极反应式为_,电池反应的离子方程式为_。,(2)维持电流强度为0.5A,电池工作5分钟,理论上消耗锌_g。(已知F=96500Cmol-1),【解析】(1)酸性锌锰干电池外壳为金属锌,锌是负极,电极反应式为Zn-2e-=Zn2+。中间是碳棒,碳棒是正极,二氧化锰得到电子,则正极电极反应式为MnO2+e-+H+=MnOOH,总反应式为Zn+2MnO2+2H+=Zn2+2MnOOH。(2)维持电流强度为0.5A,电池工作5分钟,则通过的电量是150C,因此通过电子的物质的量是,=1.55410-3mol,锌在反应中失去2个电子,则理论消耗Zn的质量是=0.05g。,答案:(1)MnO2+e-+H+=MnOOHZn+2MnO2+2H+=Zn2+2MnOOH注:式中Zn2+可写为,Zn(NH3)2Cl2等,H+可写为(2)0.05,3.(2014全国卷T27节选)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_。,【解析】(1)电解时阳极氢氧根离子失电子生成氧气。(2)阳极室的氢离子通过阳膜到达产品室,原料室中的通过阴膜进入产品室,二者生成产品。(3)由于阳极产生氧气,如果阳极室的稀硫酸用H3PO2稀溶液代替,氧气会把其氧化为,答案:(1)2H2O-4e-=O2+4H+(2)阳极室的H+穿过阳膜扩散至产品室,原料室的穿过阴膜扩散至产品室,二者反应生成H3PO2(3)H3PO2或被氧化,【命题特点】1.客观题:(1)考查“式子”:电极反应式、电池反应方程式。(2)考查“应用”:电化学原理在工业生产中的应用。(3)考查“运动”:电子流向、阴阳离子移动方向。(4)考查“量值”:转移电子数目、电极产物的量、pH变化。,2.主观题:(1)考查“原理”:原电池、电解池融合综合考查。(2)考查“情境”:以新型化学电源为载体,考查电极反应式的书写,电子、离子的移动方向等。(3)考查“应用”:电化学原理在金属腐蚀与防护方面的应用。,【真题备选】1.(2012全国卷T26节选)与MnO2-Zn电池类似,K2FeO4-Zn也可以组成碱性电池,K2FeO4在电池中作为正极材料,其电极反应式为_,该电池总反应的离子方程式为_。,【解析】电池的正极反应,高铁酸根被还原为Fe3+,因为溶液是碱性的,所以产物只能为Fe(OH)3,负极反应式为Zn-2e-=Zn2+,总方程式中氧化产物是Zn(OH)2。,答案:+3e-+4H2O=Fe(OH)3+5OH-2+8H2O+3Zn=2Fe(OH)3+3Zn(OH)2+4OH-,2.(2014全国卷T12)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+xLiC.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,【解析】选C。锂离子电池中,b电极为Li,放电时,Li失电子为负极,LiMn2O4得电子为正极,所以a为电池的正极,故A正确;充电时,Li+在阴极得电子,Li1-xMn2O4在阳极失电子,电池充电反应为LiMn2O4=Li1-xMn2O4+xLi,故B正确;放电时,a为正极,正极上LiMn2O4中锰元素得电子,所以锂的化合价不变,故C错误;放电时,溶液中阳离子向正极移动,即溶液中Li+从b向a迁移,故D正确。,3.(2013全国卷T10)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+Al2S3D.黑色褪去的原因是黑色Ag2S转化为白色AgCl,【解析】选B。处理过程Ag2S变为单质银,质量减轻,A项错误。银器为正极,正极发生还原反应,B项正确。Al2S3在溶液中不能稳定存在,发生水解相互促进的反应生成氢氧化铝沉淀和硫化氢气体,C项错误。黑色褪去的原因是Ag2S变为单质银,不能转化为氯化银沉淀。,4.(2013全国卷T28节选)二甲醚直接燃料电池具有启动快、效率高等优点,其能量密度高于甲醇直接燃料电池(5.93kWhkg-1)。若电解质为酸性,二甲醚直接燃料电池的负极反应为_,一个二甲醚分子经过电化学氧化可以产生_个电子的电量;该电池的理论输出电压为1.20V,能量密度E=_(列式计算。,能量密度=电池输出电能/燃料质量,1kWh=3.6106J)。,【解析】根据一个二甲醚分子充分燃烧消耗3个O2分子,可知一个二甲醚分子发生电化学反应时失去12个电子,根据质量守恒、电子守恒和酸性介质可得负极反应为CH3OCH3-12e-+3H2O=2CO2+12H+。1mol电子的电量1.602189210-19C6.022102396500C电能E=UIt=Uq,答案:CH3OCH3-12e-+3H2O=2CO2+12H+12,【知识回顾】1.熟记关于电化学的四个“两”:(1)移动“两”方向。,阴,阴,阳,阳,(2)电解精炼、电镀“两”特点。电解精炼:含杂质金属作_,纯金属作_,含被提纯金属阳离子的电解质溶液作电解液。电镀:镀层金属作_,待镀金属作_,含镀层金属阳离子的电解质溶液作电解液。,阳极,阴极,阳极,阴极,(3)电化学腐蚀发生的“两”条件。强酸性条件_腐蚀。弱酸性、中性或碱性条件_腐蚀。,析氢,吸氧,(4)电化学防护“两”方法。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_。外加电流的阴极保护法电解池原理用被保护的钢铁设备作_,惰性电极作_,外接直流电源。,正极,阴极,阳极,2.燃料电池电极反应式书写的四种类型:实例分析(以甲醇、O2燃料电池为例)类型一、酸性介质(如:稀H2SO4)CH3OH在负极上失去电子在酸性条件下生成CO2气体,O2在正极上得到电子,在H+作用下生成水。正极反应式:_;负极反应式:_。,3O2+12e-+12H+=6H2O,2CH3OH-12e-+2H2O=2CO2+12H+,类型二、碱性介质(如:KOH溶液)CH3OH在负极上失去电子,在碱性条件下生成,O2在正极上得到电子,与H2O结合生成OH-。正极反应式:_;负极反应式:_。,3O2+6H2O+12e-=12OH-,类型三、能传导O2-的固体电解质(如:氧化钇)电池工作时,CH3OH在负极上失去电子,与O2-结合生成CO2气体,O2在正极上得到电子生成O2-。正极反应式:_;负极反应式:_。,3O2+12e-=6O2-,2CH3OH-12e-+6O2-=2CO2+4H2O,类型四、熔融盐介质(如:熔融K2CO3)电池工作时,移向负极,CH3OH在负极上失去电子,与反应生成CO2气体,O2在正极上得到电子,与CO2反应生成。正极反应式:_;负极反应式:_。,【易错辨析】判断下列说法是否正确,正确的打“”,错误的打“”。1.活泼性强的金属一定为负极,发生氧化反应。()提示:。例如Mg-Al用导线连接后,插入NaOH溶液中,Mg是正极,Al是负极。,2.电解质溶液中的离子通过盐桥移向两极。()提示:。电解质溶液中的离子不能通过盐桥移向两极,盐桥中(含饱和KCl溶液)离子移动方向:阳离子(K+)移向正极,阴离子(Cl-)移向负极。,3.负极材料不与电解质溶液反应就不能构成原电池。()提示:。如燃料电池中的负极为惰性电极,该电极就不与电解质反应。,4.电解质溶液导电的原因是电子通过了电解质溶液。()提示:。在原电池内部和电解池内部,都没有电子的流动,而是离子的移动。实际上在闭合的电路中电子只走“陆路”(导线或电极),离子只走“水路”(电解质溶液)。,5.可充电电池,放电与充电都是自发进行氧化还原反应。()提示:。对于可充电电池,放电时原电池为自发进行的氧化还原反应,充电时电解池是被迫进行的氧化还原反应。,6.电解质溶液通电后,电解质溶液发生了电离,阴、阳离子分别向两极移动。()提示:。电解质受热或受水分子的作用下发生电离无需通电。,7.粗铜精炼和电镀铜,以硫酸铜为电解质溶液,溶液中的c(Cu2+)不变。()提示:。电镀铜溶液中的c(Cu2+)不变,粗铜精炼溶液中c(Cu2+)减小。,8.因空气中CO2的存在,金属表面形成一层酸膜,所以大多数金属发生的是析氢腐蚀。()提示:。强酸性环境发生析氢腐蚀,弱酸性或中性环境发生吸氧腐蚀。自然界中大多数金属发生吸氧腐蚀。,考点一电化学原理【典型例题】1.(原电池原理)(2015天津高考)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()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,【解题指南】解答本题时应注意以下两点:(1)锌铜原电池的反应原理为Zn+Cu2+=Zn2+Cu。(2)明确阳离子交换膜只允许阳离子和水分子通过,不允许阴离子通过。,【解析】选C。由锌铜原电池原理可知,锌电极为负极,失电子,发生氧化反应,铜电极为正极,得电子,发生还原反应,A项错误;阳离子交换膜只允许阳离子和水分子通过,两池中c()不变,B项错误;电池工作过程中Zn2+由甲池通过阳离子交换膜进入乙池,乙池中Cu2+2e-=Cu,其溶液中的离子转换为Cu2+Zn2+,摩尔质量M(Cu2+)0),若温度越高,则v(CO)越大C.改质器和移位反应器的作用是将CxHy转化为H2和CO2D.该电池正极的电极反应为O2+4H+4e-=2H2O,【解析】选A。根据图示分析知该系统中存在化学能和电能的相互转化,化学能与热能的相互转化等能量转化形式,A项错误;温度越高,v(CO)越大,B项正确;由图可知CxHy在改质器中转化为H2和CO,CO在移位反应器中转化为CO2,所以改质器和移位反应器的作用是将CxHy转化为H2和CO2,C项正确;燃料电池中,正极上O2得电子,和氢离子反应生成水,电极反应式为O2+4H+4e-=2H2O,D项正确。,2.最近索尼公司演示了一种电池,可以采用碎纸运行,产生的废弃物就是水。该电池的电解质溶液中混合了水和酶,酶分解纸张会产生氢离子,氢离子与空气混合产生水,从而形成电流。其结构示意图如图所示。下列关于该电池的叙述正确的是(),A.该电池属于燃料电池B.该电池可在高温环境下使用C.a极为该电池的负极D.b极附近的电极反应为(C6H10O5)n+7nH2O+24ne-=6nCO2+24nH+,【解析】选A。由图示看出纤维素在该电池中被氧化为CO2,而氧气在该电池中被还原为H2O,该电池属于燃料电池,A项正确;纤维素在b极发生失电子的氧化反应,故b极为负极,a极为正极,C项、D项均错误;该电池中的酶属于蛋白质,蛋白质在高温下会发生变性而失去催化活性,故该电池不能在高温下使用,B项错误。,3.下列事实解释不正确的是()A.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,工作时,Mg电极是该电池的负极,H2O2在石墨电极上发生还原反应B.铁镍蓄电池放电时的总反应为Fe+Ni2O3+3H2O=Fe(OH)2+2Ni(OH)2,则电池是用Ni2O3作正极、Fe作负极,且电解质溶液可以是酸性溶液,C.一种熔融盐燃料电池是用Li2CO3的熔融盐作电解质,一极通CO气体,另一极通O2和CO2混合气体,则正极发生的电极反应是O2+2CO2+4e-=2D.锂钒氧化物电池总反应式为V2O5+xLi=LixV2O5,电池在工作时正极的电极反应式为V2O5+xe-+xLi+=LixV2O5,【解析】选B。Mg-H2O2电池中,Mg是活泼金属作负极发生氧化反应,H2O2在石墨电极上发生还原反应,A正确;从总反应方程式得出铁元素的化合价升高失去电子作负极,Ni2O3作正极,因为Fe为负极,所以电解液不能是酸性溶液,B项错误;熔融盐燃料电池的正极是O2,正极发生的电极反应是O2+2CO2+4e-=2,C项正确;在锂钒氧化物电池中,负极材料应为锂,正极材料为V2O5,负极的电极反应式为xLi-xe-=xLi+,将总反应式减去负极反应式即为正极反应式,D项正确。,4.硼化钒VB2-空气电池是目前储电能力最高的电池,电池示意图如图所示。该电池工作时的反应为4VB2+11O2=4B2O3+2V2O5。下列说法正确的是(),A.电极a是电池负极B.图中选择性透过膜只能让阳离子选择性透过C.电子由VB2极经KOH溶液流向电极aD.VB2极发生的电极反应为2VB2+22OH-22e-=V2O5+2B2O3+11H2O,【解析】选D。根据原电池反应和氧化还原反应原理知,电极a为正极,A错误;a极的电极反应式为O2+4e-+2H2O=4OH-,将总反应式减去正极反应式