2016届高三化学一轮学案--电化学.doc

2016高三一轮复习：电化学专题考纲要求1.了解原电池和电解池的工作原理，能写出电极反应和电池反应方程式。2.了解常见化学电源的种类及其工作原理。3.理解金属发生电化学腐蚀的原因、金属腐蚀的危害、防止金属腐蚀的措施。高考真题 （2015全国卷1）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C6H12O66O26CO2+6H2O（14全国卷1节选）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)： 写出阳极的电极反应式 。 分析产品室可得到H3PO2的原因 。 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： 。考点一：原电池与电解池项 目 原 电 池 电 解 池反应性质氧化还原反应 自发进行的反应 多为非自发，但也可以是自发反应装置性质化学能转为电能电能转为化学能电极名称负极和正极阴极和阳极电极反应式负极：失电子氧化反应阴极：得电子还原反应正极：得电子还原反应阳极：失电子氧化反应离子迁移方向阳离子移向正极， 阴离子移向负极阳离子移向阴极， 阴离子移向阳极1下图、分别是甲、乙两组同学将反应“AsO2I2HAsOI2H2O”设计成的原电池装置，其中C1、C2均为碳棒。甲组向图烧杯中逐滴加入适量浓盐酸；乙组向图B烧杯中逐滴加入适量40% NaOH溶液。下列叙述中正确的是(双选)()A甲组操作时，电流表(A)指针不会发生偏转B甲组操作时，溶液颜色变浅C乙组操作时，C2作正极D乙组操作时，C1上发生的电极反应为I22e=2I2控制适合的条件，将反应2Fe32I2Fe2I2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电流表读数为零时，反应达到化学平衡状态D电流表读数为零后，在甲中溶入FeCl2固体，乙中的石墨电极为负极考点二：化学电池高考中常见的新型电池有“氢镍电池”、“高铁电池”、“碱性锌锰电池”、“海洋电池”、“燃料电池”(如新型细菌燃料电池、氢氧燃料电池、丁烷燃料电池、甲醇质子交换膜燃料电池、CO燃料电池)、“锂离子电池”、“锌银电池”、“钮扣电池”、“MgAgCl电池”、“MgH2O2电池”等。新型电池是对电化学原理的综合考查，在高考中依托新型电池考查的电化学原理知识有以下几点。1判断电极(1)“放电”时正、负极的判断负极：元素化合价升高或发生氧化反应的物质；正极：元素化合价降低或发生还原反应的物质。(2)“充电”时阴、阳极的判断阴极：“放电”时的负极在“充电”时为阴极；阳极：“放电”时的正极在“充电”时为阳极。2微粒流向(1)电子流向电解池：电源负极阴极，阳极电源正极；原电池：负极正极。提示：无论是电解池还是原电池电子均不能流经电解质溶液。(2)离子流向电解池：阳离子移向阴极，阴离子移向阳极；原电池：阳离子移向正极，阴离子移向负极。3书写电极反应式(1)“放电”时电极反应式的书写依据条件，指出参与负极和正极反应的物质，根据化合价的变化，判断转移电子的数目；根据守恒书写负极(或正极)反应式，特别应注意电极产物是否与电解质溶液共存。(2)“充电”时电极反应式的书写充电时的电极反应与放电时的电极反应过程相反，充电的阳极反应为放电时正极反应的逆过程，充电的阴极反应为放电时负极反应的逆过程。1(2012四川理综，11)一种基于酸性燃料电池原理设计的酒精检测仪，负极上的反应为CH3CH2OH4eH2O=CH3COOH4H。下列有关说法正确的是()A检测时，电解质溶液中的H向负极移动B若有0.4 mol电子转移，则在标准状况下消耗4.48 L氧气C电池反应的化学方程式为CH3CH2OHO2=CH3COOHH2OD正极上发生的反应为O24e2H2O=4OH2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()通入CH4的电极为正极正极的电极反应式为O22H2O4e=4OH通入CH4的电极反应式为CH42O24e=CO22H2O负极的电极反应式为CH410OH8e=CO7H2O放电时溶液中的阳离子向负极移动放电时溶液中的阴离子向负极移动A BC D3(2014天津理综，6)已知：锂离子电池的总反应为LixCLi1xCoO2CLiCoO2锂硫电池的总反应为2LiSLi2S有关上述两种电池说法正确的是()A锂离子电池放电时，Li向负极迁移B锂硫电池充电时，锂电极发生还原反应C理论上两种电池的比能量相同D下图表示用锂离子电池给锂硫电池充电4(2014浙江理综，11)镍氢电池(NiMH)目前已经成为混合动力汽车的一种主要电池类型。NiMH中的M表示储氢金属或合金。该电池在充电过程中的总反应方程式是：Ni(OH)2M=NiOOHMH已知：6NiOOHNH3H2OOH=6Ni(OH)2NO下列说法正确的是()ANiMH电池放电过程中，正极的电极反应式为NiOOHH2Oe=Ni(OH)2OHB充电过程中OH离子从阳极向阴极迁移C充电过程中阴极的电极反应式：H2OMe=MHOH，H2O中的H被M还原DNiMH电池中可以用KOH溶液、氨水等作为电解质溶液5气体的自动化检测中常常应用原电池原理的传感器。下图为电池的工作示意图：气体扩散进入传感器，在敏感电极上发生反应，传感器就会接收到电信号。下表列出了待测气体及敏感电极上部分反应产物。则下列说法中正确的是(双选)()待测气体敏感电极部分产物NO2NOCl2HClCOCO2H2SH2SO4A.上述气体检测时，敏感电极均作原电池正极B检测Cl2气体时，敏感电极的电极反应为Cl22e=2ClC检测H2S气体时，对电极充入空气，对电极上电极反应式为O22H2O4e=4OHD检测H2S和CO体积分数相同的两份空气样本时，传感器上产生的电流大小不相同考点三：电极方程式的书写电解池电极反应式写法要领 阳极，首先看为何材料，若为金属（除Au、Pt外），则阳极金属本身优先被氧化，此时不必考虑溶液中阴离子放电；若阳极为惰性材料，则分析溶液中阴离子及放电顺序，还原性强者优先在阳极失电子发生氧化反应。阴极，不必考虑电极为何材料，只要看溶液中有何离子及其放电顺序，氧化性强者优先得电子发生被还原反应。 原电池电极反应式写法要领 负极发生失电子的氧化反应，正极发生得电子的还原反应，两电极转移的电子数要相等；负极和正极两电极反应式相加则得到原电池的总反应式；若溶液中OH-有参与电极反应必发生在负极。若结果H+有增加，酸性增强，PH降低，必在负极区；若溶液中H+有参与电极反应必发生在正极;若结果OH-有增加，碱性增强，PH升高，必在正极区。写出下列装置的电极反应和总反应方程式氯化铁溶液铁C硝酸银铜银硫酸铜CC1、 2、 3、CCNaCl溶液铁银NaCl溶液4、 5、 6、CuFeCuSO4 7、 8、 9、 10、 11、M、N均为 惰性电极：12、 13、14、a、b、c、d都为惰性电极，电解一段时间后，b电极上有固体析出，填空：a极上的电极反应为：b极上的电极反应为：总方程式为：c极上的电极反应为: d极上的电极反应为：总方程式为：15、右图为以惰性电极进行电解： （1）写出B、C、D各电极上的电极反应式和总反应方程式： A：_ _， B：_， 总反应方程式：_ _； C：_ _， D：_，总反应方程式：_；16、甲烷氧气燃料电池，该电池用金属铂片插入KOH溶液中作电极，在两极上分别通甲烷和氧气。负极： 正极： 电池总反应式： 17、如图A 直流电源，B为浸透饱和氯化钠溶液和酚酞试液的滤纸，C为电镀槽，接通电路后，发现B上的c点显红色，请填空：（1）电源A上的a为_极；（2）滤纸B上发生的总化学方程式为_ ；（3）欲在电槽中实现铁上镀锌，接通K点，使c、d两点短路，则电极e上发生的反应为_ _，电极f上发生的反应为_，槽中放的镀液可以是_或_（只要求填两种电解质溶液）。考点四：电解原理1.电解原理以惰性电极电解硫酸铜溶液为例说明通电前 CuSO4 = Cu2+ + SO42- , H2O = H+ + OH- 溶液中存在由电离产生的两种阳离子(Cu2+ 和 H+),两种阴离子(SO42- 和 OH-) 通电后 离子定向移动 阳离子(Cu2+ 和 H+)移向阴极, 阴离子(SO42- 和 OH-)移向阳极 电极反应 阴极: 由于Cu2+ 比 H+ 易得电子，故 2Cu2+ + 4e- = 2Cu (发生还原反应) 阳极: 由于OH- 比 SO42-易失电子，故 4OH - 4e- = 2H2O + O2 (发生氧化反应) （或 2H2O 4e- = O2 + 4H+ ） 溶液pH变化 在阳极区，由于水电离出的 OH- 得到电子形成 O2逸出，而 H+ 仍留在溶液中，造成溶液中n(H+)n(OH-),使溶液显酸性。 总化学反应方程式 2CuSO4 + 2H2O = 2Cu + O2 + 2H2SO4 2.放电顺序粒子在电极上得电子或失电子的过程又叫放电。阴离子失电子从易到难顺序： S2- I- Br - Cl- OH- F-(或最高价含氧酸根离子) 阳离子得电子从易到难顺序（与金属活动顺序相反）： Ag+Hg2+Fe3+(变Fe2+)Cu2+酸中的H+Pb2+Sn2+Fe2+Zn2+H2O中H+Al3+Mg2+Na+Ca2+K+ 说明: 上述顺序为各离子浓度相近时的放电顺序 电解池中电极材料分两类，一类称惰性电极，如石墨、铂、金，它不参与电极反应，仅起导电体作用；另一类称活泼电极，即除铂、金外的常见金属材料的电极。当阳极为活泼电极时，在电解时它将优先失电子而被氧化为金属离子“溶”入溶液，而溶液中阴离子不会发生失电子的变化。 利用离子放电顺序可以判断电解时电极的产物。1工业上电解法处理含镍酸性废水并得到单质Ni的原理如图所示。下列说法不正确的是()已知：Ni2在弱酸性溶液中发生水解氧化性：Ni2(高浓度)HNi2(低浓度)A碳棒上发生的电极反应：4OH4e=O22H2OB电解过程中，B中NaCl溶液的物质的量浓度将不断减少C为了提高Ni的产率，电解过程中需要控制废水pHD若将图中阳离子膜去掉，将A、B两室合并，则电解反应总方程式发生改变3.电解规律常见酸碱盐溶液的电解规律(惰性阳极)电解反应类型电解质类型规 律 例PH变化溶液复原法电解水含氧酸实质电解水- H2 + O2 电解稀H2SO4 降低加 H2O强碱溶液实质电解水- H2 + O2电解NaOH溶液 升高加 H2O活泼金属含氧酸盐实质电解水- H2 + O2 电解Na2SO4溶液 不变加 H2O电解质分解无氧酸酸- H2 + 非金属2HCl=H2 + Cl2升高加 HCl不活泼金属无氧酸盐盐- 金属 + 非金属CuCl2 = Cu + Cl2-加 CuCl2放氧生酸不活泼金属含氧酸盐盐+ 水- 金属+O2+酸2CuSO4 +2H2O = 2Cu+O2+2H2SO4 降低加 CuO（CuCO3）放氢生碱活泼金属无氧酸盐盐+水- H2 +非金属+碱2KCl + 2H2O = H2+Cl2+2KOH升高加 HCl 溶液电解pH变化规律若水中OH-在阳极放电生成O2,则阳极区溶液增生H+，pH 降低;若水中H+在阴极放电生成H2,则阴极区溶液增生OH-，pH 升高;总反应的结果，若溶液生成酸,则溶液pH 降低；若生成碱，则pH 升高。2用NaOH溶液吸收烟气中的SO2，将所得的Na2SO3溶液进行电解，可循环再生NaOH，同时得到H2SO4，其原理如下图所示(电极材料为石墨)。(1)图中a极要连接电源的(填“正”或“负”)_极，C口流出的物质是_。(2)SO放电的电极反应式为_。(3)电解过程中阴极区碱性明显增强，用平衡移动原理解释原因_。(2)2014北京理综，26(4)电解NO制备NH4NO3，其工作原理如图所示，为使电解产物全部转化为NH4NO3，需补充物质A，A是_，说明理由： _。4根据2CrO2HCr2OH2O设计图示装置(均为惰性电极)电解Na2CrO4溶液制取Na2Cr2O7，图中右侧电极连接电源的_极，其电极反应式为_。考点五：两种腐蚀1两种比较(1)析氢腐蚀和吸氧腐蚀的比较类型析氢腐蚀吸氧腐蚀条件水膜呈酸性水膜呈弱酸性或中性正极反应2H2e=H2O22H2O4e=4OH负极反应Fe2e=Fe2其他反应Fe22OH=Fe(OH)24Fe(OH)2O22H2O=4Fe(OH)3Fe(OH)3失去部分水转化为铁锈(2)腐蚀快慢的比较一般来说可用下列原则判断：电解池原理引起的腐蚀原电池原理引起的腐蚀化学腐蚀有防护措施的腐蚀；对同一金属来说，腐蚀的快慢：强电解质溶液中弱电解质溶液中非电解质溶液中；活泼性不同的两种金属，活泼性差别越大，腐蚀越快；对同一种电解质溶液来说，电解质溶液浓度越大，金属腐蚀的速率越快。2两种保护方法(1)加防护层如在金属表面加上油漆、搪瓷、沥青、塑料、橡胶等耐腐蚀的非金属材料；采用电镀或表面钝化等方法在金属表面镀上一层不易被腐蚀的金属或生成一层致密的薄膜。(2)电化学防护牺牲阳极的阴极保护法原电池原理：正极为被保护的金属，负极为比被保护的金属活泼的金属；外加电流的阴极保护法电解原理：阴极为被保护的金属，阳极为惰性电极。1利用下图装置进行实验，开始时，a、b两处液面相平，密封好，放置一段时间。下列说法不正确的是()Aa管发生吸氧腐蚀，b管发生析氢腐蚀B一段时间后，a管液面高于b管液面Ca处溶液的pH增大，b处溶液的pH减小Da、b两处具有相同的电极反应式：Fe2e=Fe222014福建理综，24(1)铁及其化合物与生产、生活关系密切。下图是实验室研究海水对铁闸不同部位腐蚀情况的剖面示意图。该电化腐蚀称为_。图中A、B、C、D四个区域，生成铁锈最多的是_(填字母)。3铜板上铁铆钉长期暴露在潮湿的空气中，形成一层酸性水膜后铁铆钉会被腐蚀，示意图如下。下列说法不正确的是()A因铁的金属性比铜强，所以铁铆钉被氧化而腐蚀B若水膜中溶解了SO2，则铁铆钉腐蚀的速率变小C铜极上的反应是2H2e=H2，O24e4H=2H2OD在金属表面涂一层油脂，能防止铁铆钉被腐蚀4利用下图装置，能完成很多电化学实验。下列有关此装置的叙述中，错误的是(双选)()A若X为锌棒，Y为NaCl溶液，开关K置于M处，可减缓铁的腐蚀，这种方法称为牺牲阳极的阴极保护法B若X为碳棒，Y为NaCl溶液，开关K置于N处，可减缓铁的腐蚀，这种方法称为外加电流的阴极保护法C若X为铜棒，Y为硫酸铜溶液，开关K置于M处时，铁电极上的电极反应式为Cu22e=CuD若X为铜棒，Y为硫酸铜溶液，开关K置于N处时，溶液中Cu2浓度都会发生变化5(2014安徽理综，28)某研究小组为探究弱酸性条件下铁发生电化学腐蚀类型的影响因素，将混合均匀的新制铁粉和碳粉置于锥形瓶底部，塞上瓶塞(如图1)。从胶头滴管中滴入几滴醋酸溶液，同时测量容器中的压强变化。(1)请完成以下实验设计表(表中不要留空格)：编号实验目的碳粉/g铁粉/g醋酸/%为以下实验作参照0.52.090.0醋酸浓度的影响0.536.00.22.090.0(2)编号实验测得容器中压强随时间变化如图2。t2时，容器中压强明显小于起始压强，其原因是铁发生了_腐蚀，请在图3中用箭头标出发生该腐蚀时电子流动方向；此时，碳粉表面发生了_(填“氧化”或“还原”)反应，其电极反应式是_。(3)该小组对图2中0t1时压强变大的原因提出了如下假设，请你完成假设二：假设一：发生析氢腐蚀产生了气体；假设二：_；(4)为验证假设一，某同学设计了检验收集的气体中是否含有H2的方案。请你再设计一个实验方案验证假设一，写出实验步骤和结论。实验步骤和结论(不要求写具体操作过程)：考点六：电化学计算电化学计算的基本方法和技巧：原电池和电解池的计算包括两极产物的定量计算、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。通常有下列三种方法：1根据电子守恒计算用于串联电路中阴阳两极产物、正负两极产物、相同电量等类型的计算，其依据是电路中转移的电子数相等。2根据总反应式计算先写出电极反应式，再写出总反应式，最后根据总反应式列出比例式计算。3根据关系式计算根据得失电子守恒定律关系建立起已知量与未知量之间的桥梁，构建计算所需的关系式。如以通过4 mol e为桥梁可构建如下关系式：(式中M为金属，n为其离子的化合价数值)该关系式具有总揽电化学计算的作用和价值，熟记电极反应式，灵活运用关系式便能快速解答常见的电化学计算问题。题组一无明显“外接电源”的电解池“串联”的判断与计算1如下图所示，其中甲池的总反应式为2CH3OH3O24KOH=2K2CO36H2O，下列说法正确的是()A甲池是电能转化为化学能的装置，乙、丙池是化学能转化电能的装置B甲池通入CH3OH的电极反应式为CH3OH6e2H2O=CO8HC反应一段时间后，向乙池中加入一定量Cu(OH)2固体能使CuSO4溶液恢复到原浓度D甲池中消耗280 mL(标准状况下)O2，此时丙池中理论上最多产生1.45 g固体题组二有明显“外接电源”的电解池“串联”的判断与计算2在如图所示的装置中，若通直流电5 min时，铜电极质量增加2.16 g。试回答下列问题。(1)电源中X电极为直流电源的_极。(2)pH变化：A：_，B：_，C：_(填“增大”、“减小”或“不变”)(3)通电5 min时，B中共收集224 mL(标准状况下)气体，溶液体积为200 mL，则通电前CuSO4溶液的物质的量浓度为_(假设电解前后溶液体积无变化)。(4)若A中KCl足量且溶液的体积也是200 mL，电解后，溶液的pH为_(假设电解前后溶液体积无变化)。两种“串联”装置图比较图1中无外接电源，其中必有一个装置是原电池装置(相当于发电装置)，为电解池装置提供电能，其中两个电极活泼性差异大者为原电池装置，如图1中左边为原电池装置，右边为电解池装置。图2中有外接电源，两烧杯均作电解池，且串联电解，通过两池的电子数目相等。【巩固训练】1下列叙述中正确的是()A图中正极附近溶液pH降低B图中电子由Zn流向Cu，盐桥中的Cl移向CuSO4溶液C图正极反应是O22H2O4e=4OHD图中加入少量K3Fe(CN)6溶液，有蓝色沉淀生成2硼化钒(VB2)空气电池是目前储电能力最高的电池，电池示意图如右，该电池工作时反应为4VB211O2=4B2O32V2O5。下列说法正确的是()A电极a为电池负极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a电极DVB2极发生的电极反应为2VB222OH22e=V2O52B2O311H2O3一种新型燃料电池，一极通入空气，另一极通入丁烷气体；电解质是掺杂氧化钇(Y2O3)的氧化锆(ZrO2)晶体，在熔融状态下能传导O2。下列说法不正确的是()A在熔融电解质中，O2向正极定向移动B电池的总反应是：2C4H1013O2=8CO210H2OC通入空气的一极是正极，电极反应为O24e=2O2D通入丁烷的一极是负极，电极反应为C4H1026e13O2=4CO25H2O4(2014上海，12)如下图所示，将铁棒和石墨棒插入盛有饱和NaCl溶液的U型管中，下列分析正确的是()AK1闭合，铁棒上发生的反应为2H2eH2BK1闭合，石墨棒周围溶液pH逐渐升高CK2闭合，铁棒不会被腐蚀，属于牺牲阳极的阴极保护法DK2闭合，电路中通过0.002NA个电子时，两极共产生0.001 mol气体5近年来，金属空气电池的研究和应用取得很大进步，这种新型燃料电池具有比能量高、污染小、应用场合多等多方面优点。铝空气电池工作原理如图所示。关于金属空气电池的说法不正确的是()A铝空气电池(如上图)中，铝作负极，电子通过外电路到正极B为帮助电子与空气中的氧气反应，可使用活性炭作正极材料C碱性溶液中，负极反应为Al(s)3OH(aq)=Al(OH)3(s)3e，每消耗2.7 g Al(s)，需耗氧6.72 L(标准状况)D金属空气电池的可持续应用要求是一方面在工作状态下要有足够的氧气供应，另一方面在非工作状态下能够密封防止金属自腐蚀6美国福特(Ford)公司于1967年首先发明公布的钠硫电池由于具有高能的诱人特点，受到很多国家极大的重视和发展。右图为钠硫高能电池的结构示意图，M由Na2O和Al2O3制得，该电池的工作温度为320 左右，电池反应为2NaxS=Na2Sx，下列叙述正确的是()AM只是用来隔离Na和SB正极的电极反应式为xS2e=SC与铅蓄电池相比，当消耗相同质量的负极活性物质时，钠硫电池的理论放电量是铅蓄电池的4倍DNa在电池工作过程中向负极移动7液流电池是一种新型可充电的高性能蓄电池，其工作原理如下图。两边电解液存储罐盛放的电解液分别是含有V3、V2的混合液和VO、VO2酸性混合液，且两极电解液分开，各自循环。下列说法不正确的是()A充电时阴极的电极反应是V3e=V2B放电时，VO作氧化剂，在正极被还原，V2作还原剂，在负极被氧化C若离子交换膜为质子交换膜，充电时当有1 mol e发生转移时，左槽电解液的H的物质的量增加了1 molD若离子交换膜为阴离子交换膜，放电时阴离子由左罐移向右罐8我国镍氢电池居世界先进水平，我军潜艇将装备国产大功率镍氢动力电池。常见镍氢电池的某极是储氢合金LaNi5H6(LaNi5H6中各元素化合价均可视为零价)，电池放电时发生的反应通常表示为LaNi5H66NiO(OH)=LaNi56Ni(OH)2。下列说法正确的是()A放电时储氢合金作负极B放电时负极反应为LaNi5H66e=LaNi56HC充电时阳极周围c(OH)减小D充电时储氢合金作负极9电浮选凝聚法是工业上采用的一种污水处理方法，某研究小组用电浮选凝聚法处理污水，设计装置如图所示，下列说法正确的是()A装置A中碳棒为阴极B装置B中通入空气的电极反应是2O28e4CO2=4COC污水中加入适量的硫酸钠，既可增强溶液的导电性，又可增强凝聚净化的效果D标准状况下，若A装置中产生44.8 L气体，则理论上B装置中要消耗CH4 11.2 L10图的目的是精练铜，图的目的是保护钢闸门。下列说法不正确的是()A图中a为粗铜B图中SO向b极移动C图中如果a、b间连接电源，则a连接负极D图中如果a、b间用导线连接，则X可以是铜11(1)含乙酸钠和对氯酚()的废水可以利用微生物电池除去，其原理如下图所示：B是电池的_极(填“正”或“负”)；