（新课标Ⅰ）2019版高考化学一轮复习 专题十一 电化学课件.ppt

专题十一电化学,高考化学(课标专用),考点一原电池的工作原理金属的电化学腐蚀与防护1.(2018课标,12,6分)我国科学家研发了一种室温下“可呼吸”的Na-CO2二次电池。将Na-ClO4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,Cl向负极移动B.充电时释放CO2,放电时吸收CO2,五年高考,A组统一命题课标卷题组,C.放电时,正极反应为:3CO2+4e-2CO2-3+CD.充电时,正极反应为:Na+e-Na,答案D本题考查二次电池的工作原理。放电时,负极反应为:4Na-4e-4Na+,正极反应为3CO2+4e-C+2CO2-3;Na+移向正极,CO2-3、Cl移向负极,A、C正确;充电过程与放电过程相反,B正确;充电时,阳极反应为2CO2-3+C-4e-3CO2,D错误。,规律总结二次电池充、放电的电极判断二次电池充电时,“正接正、负接负”;放电时的正极为充电时的阳极;放电时的负极为充电时的阴极。,2.(2018课标,11,6分)一种可充电锂空气电池如图所示。当电池放电时,O2与Li+在多孔碳材料电极处生成Li2O2-x(x=0或1)。下列说法正确的是()A.放电时,多孔碳材料电极为负极B.放电时,外电路电子由多孔碳材料电极流向锂电极C.充电时,电解质溶液中Li+向多孔碳材料区迁移D.充电时,电池总反应为Li2O2-x2Li+(1-)O2,答案D本题考查原电池原理和电解原理的综合运用。A项,依据题意和可充电电池装置图判断出,放电时锂电极作负极,多孔碳材料电极作正极,错误;B项,在原电池中,外电路电子由负极流向正极,即放电时,外电路电子由锂电极流向多孔碳材料电极,错误;C项,充电时,电解质溶液中的阳离子向阴极区迁移,即Li+向锂电极区迁移,错误;D项,充电时,Li+在阴极区得到电子生成Li,阳极区生成O2,即电池总反应为Li2O2-x2Li+(1-)O2,正确。,方法技巧可充电电池的工作原理可充电电池中,放电过程用原电池原理分析,充电过程用电解原理分析;分析电化学问题时,先判断出电极,然后根据工作原理分析。,3.(2017课标,11,6分)支撑海港码头基础的钢管桩,常用外加电流的阴极保护法进行防腐,工作原理如图所示,其中高硅铸铁为惰性辅助阳极。下列有关表述不正确的是(),A.通入保护电流使钢管桩表面腐蚀电流接近于零B.通电后外电路电子被强制从高硅铸铁流向钢管桩C.高硅铸铁的作用是作为损耗阳极材料和传递电流D.通入的保护电流应该根据环境条件变化进行调整,答案C本题考查外加电流的阴极保护法。将被保护的金属(钢管桩)与电源的负极相连,防止钢管桩被腐蚀,外加保护电流可以抑制金属电化学腐蚀产生的电流,故其表面腐蚀电流接近于零,A项正确;高硅铸铁为惰性辅助阳极,阳极上发生氧化反应,失去电子,电子从高硅铸铁流向钢管桩,B项正确;高硅铸铁为惰性辅助阳极,只是用于传递电流,故阳极材料不损耗,C项错误;金属的腐蚀受环境的影响,故通入的电流要根据环境条件的变化及时进行调整,D项正确。,审题技巧本题易因忽视高硅铸铁为惰性辅助阳极而导致出错。通常除金、铂以外的金属作为阳极材料,是活性电极,优先于溶液中的粒子放电,且起到导电作用。此题指出惰性辅助阳极,“惰性”说明在此条件下铁不放电,只是起导电作用(辅助)。做题时,应“具体问题具体分析”,不能一味地“按章办事”。,4.(2017课标,11,6分)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+xS88Li2Sx(2x8)。下列说法错误的是()A.电池工作时,正极可发生反应:2Li2S6+2Li+2e-3Li2S4B.电池工作时,外电路中流过0.02mol电子,负极材料减重0.14gC.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,答案D电池工作时为原电池,电池内部阳离子向正极移动,根据图示中Li+移动方向可知,电极a为正极,依次发生S8Li2S8Li2S6Li2S4Li2S2的转化,A正确;电池工作时负极反应式为Li-e-Li+,当转移0.02mol电子时,负极消耗的Li的物质的量为0.02mol,质量为0.14g,B正确;石墨烯具有导电性,可以提高电极a的导电能力,C正确;电池充电时为电解池,此时Li2S2的量越来越少,D错误。,思路分析结合反应原理,根据元素化合价的变化,判断放电时的正、负极,再结合电解质的性质书写电极反应式。,5.(2016课标,11,6分)Mg-AgCl电池是一种以海水为电解质溶液的水激活电池。下列叙述错的是()A.负极反应式为Mg-2e-Mg2+B.正极反应式为Ag+e-AgC.电池放电时Cl-由正极向负极迁移D.负极会发生副反应Mg+2H2OMg(OH)2+H2,答案BMg-AgCl电池中,Mg为负极,AgCl为正极,故正极反应式应为AgCl+e-Ag+Cl-,B项错误。,思路分析先根据电池的电极材料的性质判断电池的正、负极,再分析电极反应。,易错警示AgCl为难溶物,在电极反应式中不能写成离子。,6.(2016课标,11,6分)锌空气燃料电池可用作电动车动力电源,电池的电解质溶液为KOH溶液,反应为2Zn+O2+4OH-+2H2O2Zn(OH)2-4。下列说法正确的是()A.充电时,电解质溶液中K+向阳极移动B.充电时,电解质溶液中c(OH-)逐渐减小C.放电时,负极反应为:Zn+4OH-2e-Zn(OH)2-4D.放电时,电路中通过2mol电子,消耗氧气22.4L(标准状况),答案C充电时为电解池,溶液中的阳离子向阴极移动,发生的反应为2Zn(OH)2-42Zn+O2+4OH-+2H2O,电解质溶液中c(OH-)增大,故A项、B项均错误;放电时负极反应为Zn+4OH-2e-Zn(OH)2-4,故C项正确;每消耗1molO2电路中通过4mol电子,故D项错误。,规律方法1.,2.失电子,3.原电池充电时:正极接电源正极,电池正极变阳极。,解题关键正确地写出两极的电极反应式是解有关原电池问题的至关重要的一环。,7.(2015课标,11,6分,0.588)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+6O26CO2+6H2O,答案A根据微生物电池工作原理示意图可知:C6H12O6在负极上发生氧化反应,电极反应式为C6H12O6-24e-+6H2O6CO2+24H+;O2在正极上发生还原反应,电极反应式为6O2+24e-+24H+12H2O。负极有CO2生成,A项错误;B项,微生物促进了反应中电子的转移,正确;C项,质子通过交换膜从负极区移向正极区,正确;D项,电池总反应为C6H12O6+6O26CO2+6H2O,正确。,审题技巧有氧气参与的原电池,基本上都涉及氧化还原反应,有氧气参与的一极一般作正极。此题的突破口为正确分析正极反应并书写电池总反应式。,疑难突破微生物电池也是燃料电池的一种,只是燃烧物换成了大家不太熟悉的微生物,其实质还是氧化还原反应。,8.(2014课标,12,6分,0.347)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。下列叙述错的是(),A.a为电池的正极B.电池充电反应为LiMn2O4Li1-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,答案C由图可知,b极(Li电极)为负极,a极为正极,放电时,Li+从负极(b)向正极(a)迁移,A项、D项正确;该电池放电时,负极:xLi-xe-xLi+,正极:Li1-xMn2O4+xLi+xe-LiMn2O4,a极Mn元素的化合价发生变化,C项错误;由放电反应可得充电时的反应,B项正确。,思路分析根据电极材料判断出电池的正、负极,根据氧化还原反应原理判断发生化合价变化的元素。,规律方法将原电池放电时正、负极的电极反应式逆过来就分别是充电时阳、阴极的电极反应式。,9.(2015课标,26,14分,0.182)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得到多种化工原料。有关数据如下表所示:,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)(3)废电池糊状填充物加水处理后,过滤,滤液中主要有ZnCl2和NH4Cl,二者可通过分离回收;滤渣的主要成分是MnO2、和,欲从中得到较纯的MnO2,最简便的方法为,其原理是。(4)用废电池的锌皮制备ZnSO47H2O的过程中,需除去锌皮中的少量杂质铁,其方法是:加稀H2SO4和H2O2溶解,铁变为,加碱调节至pH为时,铁刚好沉淀完全(离子浓度小于110-5molL-1时,即可认为该离子沉淀完全);继续加碱至pH为时,锌开始沉淀(假定Zn2+浓度为0.1molL-1)。若上述过程不加H2O2后果是,原因是。,答案(14分)(1)MnO2+H+e-MnOOH2MnO2+Zn+2H+2MnOOH+Zn2+(每空1分,共2分)注:式中Zn2+可写为Zn(NH3)2+4、Zn(NH3)2Cl2等,H+可写为N(2)0.05(2分)(3)加热浓缩、冷却结晶碳粉MnOOH空气中加热碳粉转变为CO2,MnOOH氧化为MnO2(每空1分,共5分)(4)Fe3+2.76Zn2+和Fe2+分离不开Fe(OH)2和Zn(OH)2的Ksp相近(每空1分,共5分),解析(1)该电池为酸性锌锰干电池,电极反应式为负极:Zn-2e-Zn2+,正极:2MnO2+2e-+2H+2MnOOH。(2)电量Q=It=0.5A560s=150C,则m(Zn)=65gmol-1=0.05g。(3)由表格中信息可知,ZnCl2的溶解度受温度影响较大,NH4Cl的溶解度受温度影响较小,故可通过加热浓缩、冷却结晶的方法分离。(4)KspFe(OH)3=c(Fe3+)c3(OH-)=110-5c3(OH-)=110-39,c(OH-)=10-11.3molL-1,pOH=11.3,则pH=2.7。KspZn(OH)2=c(Zn2+)c2(OH-)=0.1c2(OH-)=110-17,c(OH-)=10-8molL-1,pOH=8,则pH=6。因Zn(OH)2和Fe(OH)2的Ksp接近,若不用H2O2将Fe2+氧化为Fe3+,沉淀Zn2+时,Fe2+也可转化为Fe(OH)2沉淀,而使制得的ZnSO47H2O不纯净。,审题技巧题目给出相关物质的Ksp,说明在分离除杂的过程中,可以利用溶解性,采用调节pH的方法将杂质成分除去。,疑难突破除去Fe元素的基本思路是先将其氧化成Fe3+,然后采用调节pH的方式,将Fe3+转化成沉淀而过滤除去。,考点二电解原理及其应用10.(2018课标,13,6分)最近我国科学家设计了一种CO2+H2S协同转化装置,实现对天然气中CO2和H2S的高效去除。示意图如下图所示,其中电极分别为ZnO石墨烯(石墨烯包裹的ZnO)和石墨烯,石墨烯电极区发生反应为:EDTA-Fe2+-e-EDTA-Fe3+2EDTA-Fe3+H2S2H+S+2EDTA-Fe2+,该装置工作时,下列叙述错误的是()A.阴极的电极反应:CO2+2H+2e-CO+H2OB.协同转化总反应:CO2+H2SCO+H2O+SC.石墨烯上的电势比ZnO石墨烯上的低D.若采用Fe3+/Fe2+取代EDTA-Fe3+/EDTA-Fe2+,溶液需为酸性,答案C本题考查电解原理的应用。由石墨烯电极区反应可知该极发生氧化反应,为阳极,则ZnO石墨烯为阴极。阴极的电极反应为:CO2+2H+2e-CO+H2O,A正确;装置工作时涉及三个反应,Fe2+与Fe3+的转化循环进行,总反应为CO2与H2S之间的反应,根据得失电子守恒可知总反应为:CO2+H2SCO+H2O+S,B正确;石墨烯与电源正极相连,ZnO石墨烯与电源负极相连,故石墨烯上的电势比ZnO石墨烯上的高,C错误;Fe2+、Fe3+均在酸性环境中稳定存在,D正确。,审题技巧解题的关键是电极名称的确定。如本题中CO2CO为还原反应阴极,Fe2+Fe3+为氧化反应阳极。,11.(2017课标,11,6分)用电解氧化法可以在铝制品表面形成致密、耐腐蚀的氧化膜,电解质溶液一般为H2SO4-H2C2O4混合溶液。下列叙述错误的是()A.待加工铝质工件为阳极B.可选用不锈钢网作为阴极C.阴极的电极反应式为:Al3+3e-AlD.硫酸根离子在电解过程中向阳极移动,答案C本题考查电解原理的应用。O3发生氧化反应,故铝质工件为阳极,A正确;阴极材料被保护,B正确;电解质溶液中含有大量H+,故阴极的电极反应式为2H+2e-H2,C不正确;在电解池中,阴离子移向阳极,D正确。,知识拓展电解原理的应用,1.电解原理在“金属防腐”中的应用。如:外加电流的阴极保护法。,2.电解原理在“物质制备”中的应用。如:尿素CO(NH2)2制氢气。,3.电解原理在“环境治理”中的应用。如:用电解法消除CN-。,12.(2016课标,11,6分)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SO2-4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SO2-4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,答案B负极区(阴极)电极反应为:4H+4e-2H2,正极区(阳极)电极反应为:4OH-4e-2H2O+O2。A项,通电后SO2-4向正极移动,正极区OH-放电,溶液酸性增强,pH减小;C项,负极反应为4H+4e-2H2,溶液pH增大;D项,当电路中通过1mol电子的电量时,会有0.25molO2生成。,13.(2018课标,27,14分)焦亚硫酸钠(Na2S2O5)在医药、橡胶、印染、食品等方面应用广泛。回答下列问题:(1)生产Na2S2O5,通常是由NaHSO3过饱和溶液经结晶脱水制得。写出该过程的化学方程式。(2)利用烟道气中的SO2生产Na2S2O5的工艺为:pH=4.1时,中为溶液(写化学式)。工艺中加入Na2CO3固体、并再次充入SO2的目的是。(3)制备Na2S2O5也可采用三室膜电解技术,装置如图所示,其中SO2碱吸收液中含有NaHSO3和Na2SO3。阳极的电极反应式为。电解后,室的NaHSO3浓,度增加。将该室溶液进行结晶脱水,可得到Na2S2O5。,(4)Na2S2O5可用作食品的抗氧化剂。在测定某葡萄酒中Na2S2O5残留量时,取50.00mL葡萄酒样品,用0.01000molL-1的碘标准液滴定至终点,消耗10.00mL。滴定反应的离子方程式为,该样品中Na2S2O5的残留量为gL-1(以SO2计)。,答案(1)2NaHSO3Na2S2O5+H2O(2)NaHSO3得到NaHSO3过饱和溶液(3)2H2O-4e-O2+4H+a(4)S2O2-5+2I2+3H2O2SO2-4+4I-+6H+0.128,解析本题考查工艺流程、电解原理的应用、氧化还原滴定与计算。(1)NaHSO3与Na2S2O5中硫元素化合价均为+4价,根据观察法配平反应方程式:2NaHSO3Na2S2O5+H2O。(2)中所得溶液的pH=4.1,硫元素的存在形式应为HS,故中为NaHSO3溶液。过程是利用Na2CO3与NaHSO3反应转化为Na2SO3,过程利用SO2与Na2SO3反应生成NaH-SO3:Na2SO3+SO2+H2O2NaHSO3,制得高浓度的NaHSO3,更有利于Na2S2O5的制备。(3)根据装置图可知左侧为阳极,溶质为H2SO4,实际放电的是水电离出的OH-,电极反应式为2H2O-4e-O2+4H+。电解过程中,阳离子(H+)向右侧移动,则a室中SO2-3+H+HS,NaHSO3浓度增大。(4)Na2S2O5作食品的抗氧化剂,则具有强还原性,被氧化为SO2-4;S2O2-52SO2-4,I22I-,依据得失电子守恒、电荷守恒和原子守恒可配平反应的离子方程式:S2O2-5+2I2+3H2O2SO2-4+4I-+6H+。根据滴定反应的离子方程式及硫原子守恒可得如下关系式:2SO2S2O2-52I2,64g1molm(SO2)0.01000molL-10.01000Lm(SO2)=6.410-3g则样品中Na2S2O5的残留量为=0.128gL-1。,方法技巧守恒法在此题中应用较多。如第(4)问中S2O2-5与I2反应的方程式要利用得失电子守恒、电荷守恒和原子守恒配平。,考点一原电池的工作原理金属的电化学腐蚀与防护1.(2018北京理综,12,6分)验证牺牲阳极的阴极保护法,实验如下(烧杯内均为经过酸化的3%NaCl溶液)。,B组自主命题省（区、市）卷题组,下列说法不正确的是()A.对比,可以判定Zn保护了FeB.对比,K3Fe(CN)6可能将Fe氧化C.验证Zn保护Fe时不能用的方法D.将Zn换成Cu,用的方法可判断Fe比Cu活泼,答案D本题考查原电池的原理、Fe2+的检验等知识。在中,若将Zn换成Cu,此时Fe作负极,其周围必然会出现Fe2+,Fe2+遇K3Fe(CN)6会出现蓝色沉淀,与原来的实验现象相同,也就是说,在中无论与Fe连接的金属活动性如何,实验现象都是一样的,所以用的方法无法判断Fe与Cu的活泼性强弱。,规律方法做对比实验时,一定要弄清哪些实验条件是相同的,哪些是变化的。,2.(2017江苏单科,12,4分)下列说法正确的是()A.反应N2(g)+3H2(g)2NH3(g)的H0B.地下钢铁管道用导线连接锌块可以减缓管道的腐蚀C.常温下,KspMg(OH)2=5.610-12,pH=10的含Mg2+溶液中,c(Mg2+)5.610-4molL-1D.常温常压下,锌与稀H2SO4反应生成11.2LH2,反应中转移的电子数为6.021023,答案BC本题考查H、S的判断、金属防腐、与Ksp有关的计算、气体摩尔体积的应用。N2(g)+3H2(g)2NH3(g)的H0,S0,气体分子数减少的反应:S0。,3.(2016四川理综,5,6分,)某电动汽车配载一种可充放电的锂离子电池,放电时电池总反应为:Li1-xCoO2+LixC6LiCoO2+C6(x7C.钢铁水闸可用牺牲阳极或外加电流的阴极保护法防止其腐蚀D.一定条件下反应N2+3H22NH3达到平衡时,3v正(H2)=2v逆(NH3),答案CA项,由2H2O22H2O+O2可知,每生成1molO2转移的电子数约为26.021023;B项,pH=3的CH3COOH溶液与pH=11的NaOH溶液等体积混合后形成的应为CH3COONa和CH3COOH两物质的混合溶液,pH”“8),解析(1)由装置甲知铬的金属活动性比铜强;由装置乙知常温下铬在浓硝酸中钝化。(3)阳极生成的Fe2+和Cr2O2-7发生反应,其离子方程式为Cr2O2-7+6Fe2+14H+2Cr3+6Fe3+7H2O。若Cr2O2-7放电,则阴极的电极反应式为Cr2O2-7+6e-+14H+2Cr3+7H2O;若H+放电,则阴极区形成Fe(OH)3和Cr(OH)3沉淀,根据题意,若生成Cr(OH)3则10-6molL-1c(OH-)10-4molL-1,则阴极区溶液pH的范围为8c(H+)c(OH-),解析(2)配平后的方程式为6NO2+8NH37N2+12H2O。电极b发生还原反应,二氧化氮转化成氮气,电极反应式为2NO2+8e-+4H2O8OH-+N2;标准状况下4.48LNH3的物质的量为0.2mol,根据4NH33NO2,所以被消除的NO2的物质的量为0.2mol=0.15mol。(3)由题图可知,H+在b电极上得到电子生成氢气,故b为阴极,则a为阳极,阳极上N失去电子生成NF3,电极反应方程式为N+3F-6e-NF3+4H+,依据电解原理可知,F-也可能失去电子生成氟单质,故氧化性较强的单质为氟气。NH4F属于离子化合物,电子式为HH-,NH3H2O电离常数Kb=1.810-5,HF电离常数Ka=3.510-4,说明HF的电离程度大于NH3H2O,则NH4F溶液中N水解程度大于F-,溶液显酸性,离子浓度由大到小的顺序为c(F-)c(N)c(H+)c(OH-)。,解题关键第(2)问,根据NO2+NH3N2+H2O中氮原子的化合价变化分析其反应类型,拆分为电极反应方程式。,知识拓展(1)电解质溶液中阴、阳离子的定向移动,与导线中电子的定向移动共同组成了一个完整的闭合回路。(2)无论在原电池还是在电解池中,电子均不能通过电解质溶液。(3)原电池的负极失去电子的总数等于正极得到电子的总数。,9.(2017福建晋江四校联考,27)(18分)锡(Sn)是一种重要的金属,纯锡可用于作超导材料、半导体。锡元素位于周期表第五周期,第A族。(1)锡在化合物中常见的化合价有两种:+2和。(2)锡既能与盐酸反应也能与NaOH溶液反应,生成的盐都含+2价的锡,写出锡与NaOH溶液反应的离子方程式:。(3)如图是工业冶炼锡的基本流程:炼前处理包含锡精矿(主要含锡、铁、铜、铅的硫化物和砷化物)在空气中焙烧,使硫和砷,元素转化为易挥发的SO2和As2O3,请写出