（全国版）2013年高考化学二轮复习 专题二化学基本理论3讲 电化学 新人教版

1 第第 3 3 讲讲 电化学电化学 真题试做真题试做 1 2011 课标全国理综 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 Fe B 电池放电时 负极反应为 Fe 2OH 2e Fe OH 2 C 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 2 2010 全国新课标卷 根据下图可判断下列离子方程式中错误的是 A 2Ag s Cd2 aq 2Ag aq Cd s B Co2 aq Cd s Co s Cd2 aq C 2Ag aq Cd s 2Ag s Cd2 aq D 2Ag aq Co s 2Ag s Co2 aq 3 2012 课标全国理综 26 题部分 与 MnO2Zn 电池类似 K2FeO4Zn 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 4 2011 课标全国理综部分 已知 CH3OH l 的燃烧热 H为 726 5 kJ mol 1 在直接 以甲醇为燃料电池中 电解质溶液为酸性 负极的反应式为 正极的 反应式为 理想状态下 该燃料电池消耗 1 mol 甲醇所能产生的最大 电能为 702 1 kJ 则该燃料电池的理论效率为 燃料电池的理论效率是指电池 所产生的最大电能与燃料电池反应所能释放的全部能量之比 考向分析考向分析 近几年所考查的热点 原电池的工作原理 电极反应式及电池反应式的书写 有 关电化学的计算 热点例析热点例析 热点一 原电池的工作原理及电极反应式的书写 例例 1 1 改编自 2012 辽宁部分重点中学期末联考 19 某科研单位利用电化学原理用 SO2来制备硫酸 装置如下图 含有某种催化剂 电极为多孔的材料 能吸附气体 同时也 能使气体与电解质溶液充分接触 2 1 通入 SO2的电极为 极 其电极反应式为 此电极区 pH 填 增大 减小 或 不变 2 电解质溶液中的 H 通过质子膜 填 向左 向右 或 不 移动 通入氧 气的电极反应式为 3 电池总反应式为 思路点拨思路点拨 有关原电池解题的一般思路 1 确定正负极方法 1 根据电极材料判断 活泼金属是负极 不活泼金属 或非金属 是正极 燃料电 池 燃料是负极 氧气为正极 2 由反应类型判断 失电子发生氧化反应的是负极 得电子发生还原反应的是正极 3 依据电子流向 阴阳离子流向 电流流向判断 电子流出 电流流入 阴离子流向 阳离子流出的电极为负极 电子流入 电流流出 阴离子流出 阳离子流向的电极为正极 2 电极反应式的书写 1 电极反应式的书写是关键 常见的步骤及方法 例如 碱性 CH3OH 燃料电池电极反应式的书写步骤 步骤 1 确定得失电子数目 负极 为 CH3OH 6e 正极为 O2 4e 步骤 2 依据电解质溶液确定产物 负极为 CH3OH 6e CO 正极为 O2 4e 4OH 步骤 3 配平 负极为 2 3 CH3OH 6e 8OH CO 6H2O 正极为 O2 4e 2H2O 4OH 依据得失电子守恒 负 2 3 极 2 正极 3 即得电池总反应式 2 书写电极反应式应充分注意介质影响 中性溶液反应物中若是 H 得电子或 OH 失电子 H 和 OH 均来自于水的电离 酸性溶液反应物 生成物中均无 OH 碱性溶液反应物 生成物中均无 H 水溶液中不能出现 O2 即时训练即时训练 1 2012 吉林期末质检 17 实验发现 298 K 时 在 FeCl3酸性溶液中加入 少量锌粒后 Fe3 立即被还原成 Fe2 某化学兴趣小组根据该实验事实设计了如下图所示的 原电池装置 下列有关说法中正确的是 3 A 该原电池的正极反应是 Zn 2e Zn2 B 左烧杯中溶液的红色逐渐褪去 C 该电池铂电极上有气泡出现 D 该电池总反应为 3Zn 2Fe3 2Fe 3Zn2 热点二 电解池电极反应式及总反应式的书写 例例 2 2 用电解法也可制备 Cu2O 原理如下图所示 则电极反应可以表示为 阳极 阴极 电解过程中 石墨 电极附近的 pH 填 增大 不变 减小 或 无法确定 如果不考虑溶液体积 变化外 整个电解质溶液的 pH 填 增大 不变 减小 或 无法确定 2 假设电解质溶液换成硫酸溶液 若仍能制得 Cu2O 则电极反应可以表示为 阳极 阴极 思路点拨思路点拨 有关电解池解题的一般思路 1 确定阴阳极的方法 原电池和电解池电极的判断是解题的关键 为了方便记忆 我们可采取口诀或谐音的方 法记忆 原电池 正负极 电解池 阴阳极 失去电子负 原电池 阳 电解池 极 发生氧化定无疑 还可以用谐音帮助记忆 阴得 阴德 阳失 阳氧 阳 阴还 2 电极反应式的书写步骤及方法 步骤 电极反应式的书写首先根据题干要求及信息大胆写出反应物和生成物 然后根据 阴得阳失 加上得失电子数目 最后根据电解质溶液酸碱性补上 H OH 或 H2O 最后依 据电荷守恒配平 注意 电解池电极方程式中 如果是 H OH 放电 不论溶液酸碱性 则一定写 H OH 得 失电子 其他情况下酸性溶液中一定不能存在 OH 同理在碱性溶液中一定不 能存在 H 3 分析实验现象 分析电极及电极区的 pH 及实验现象时 要从电极反应式入手 分析电解质溶液中的 pH 4 及实验现象时 要从电池反应式入手 即时训练即时训练 2 2012 江西九校一次联考 11 蝇类昆虫的雌性信息素可用芥酸 来自白芥 与羧酸 X 在浓 NaOH 溶液中进行阳极氧化得到 电解总反应式为 C21H X 4NaOH C23H 2Na2CO3 2H2O H2 41COOH 芥酸 46 雌性信息素 则下列说法正确的是 A X 为 C3H7COOH B 电解的阳极反应式为 C21H41COOH X 2e 2H2O C23H46 CO 6H 2 3 C 电解过程中阴极区 pH 增大 Na 向阴极移动 D 阴极的还原产物为 H2和 OH 热点三 电化学知识的有关计算 例例 3 3 组合改编 下列有关电解实验的说法中不正确的是 A 使用肼 空气碱性燃料电池作为电解精炼铜的电源 阴极的质量变化 128 g 则肼 空气燃料电池理论上消耗标准状况下的空气为 112 L 假设空气中氧气体积分数为 20 B 若在水中加入少量的硫酸钠 电解水结束后溶液的 pH 将会保持不变 C 电解硫酸铜溶液一段时间后 为了使电解质溶液复原 可以加入适量的 Cu OH 2 D 电解硫酸铜溶液产生氧气 1 12 L 标准状况 时 转移的电子总数为 0 2 mol 方法归纳方法归纳 1 首先分析化合价及得失电子情况 并写出电极反应式 依据电极反应式进 行分析 如 1 电解质溶液复原 加入的物质应该是阴阳两极生成的单质化合而得到的物质 2 求消耗某物质的质量或物质的量 最好用电池反应式求算 2 在串联电路 阴阳两极产物 正负两极产物 相同电荷量等类型的计算时 要注意 运用电子守恒法计算 热点四 金属的腐蚀与防护 例例 4 4 海水的进水钢闸门易被腐蚀 对此的下列说法不正确的是 A 钢闸门腐蚀的本质是 Fe 2e Fe2 B 钢闸门腐蚀主要是发生电化学吸氧腐蚀 其正极反应是 O2 2H2O 4e 4OH C 将钢闸门与浸入海水的锌块用导线相连 可防止钢闸门腐蚀 D 将钢闸门与直流电源的正极相连 可防止钢闸门腐蚀 规律总结规律总结 抓住金属腐蚀的本质 依据金属活动性顺序进行判断 1 常见的电化学腐蚀有两类 形成原电池时 金属作负极 大多数是吸氧腐蚀 形成电解池时 金属作阳极 2 金属防腐的电化学方法 原电池原理 牺牲阳极的阴极保护法 与较活泼的金属相连 较活泼的金属作负极 被腐蚀 被保护的金属作正极 注意 此处是原电池 牺牲了负极保护了正极 但习惯上叫牺牲阳极的阴极保护法 电解池原理 外加电流的阴极保护法 被保护的金属与原电池负极相连 形成电解 池 作阴极 即时训练即时训练 3 2011 浙江理综 10 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圈中心区 a 已被腐蚀而变暗 在液滴外沿形成棕色铁锈环 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处少 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 O2 2H2O 4e 4OH C 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 5 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 Cu 2e Cu2 误区警示误区警示 1 精炼铜时忽视粗铜中的杂质 如在铜的电解精炼中 因为作为阳极的粗铜中含有多种杂质 锌 铁 镍 银 金等 所以阴极增加的质量与阳极减小的质量不一定相等 但得失电子数一定相等 随着精炼的进 行 溶液中的 Cu2 浓度逐渐减小 2 混淆原电池电解质溶液中的电流方向 原电池形成的重要条件之一 形成闭合回路 在外电路 导线 中电流由正极流向负极 而在 内电路 电解质溶液中 电流却由负极流向正极 即阳离子移向正极 阴离子移向负极 这样才能形成闭合回路 3 忽视电解质溶液与金属导电的机理 电解质溶液导电的原因是自由离子 阴阳离子 的定向移动 电子不能通过溶液 而金属 导电的原因是自由电子的定向移动 离子不能通过金属 4 忽视电解质溶液对电极反应式的影响 在书写电极反应及分析两极区的实验现象时 要特别注意电解质与电极生成物的反应 1 负极生成的金属离子在碱性溶液中能与 OH 反应生成难溶性碱 如钢铁腐蚀中负极生成的 Fe2 与正极生成的 OH 结合生成 Fe OH 2 2 电极反应若有 CO2生成 在碱性条件下不会有 气泡放出 而是与 OH 反应生成 CO 在酸性条件下 则有气泡放出 2 3 5 忽视金属腐蚀时正极有氧气参加反应 如下图所示装置 导线中有电流产生 写出碳棒上的电极反应式 铁不与氯化钠溶液反 应 从能量的角度分析此装置不能形成原电池 但同学们如果考虑到吸氧腐蚀 问题就能迎 刃而解 空气中的氧气在正极得电子 即 O2 4e 2H2O 4OH 跟踪练习跟踪练习 判断正误 正确的打 号 错误的打 号 1 在 Cu CuSO4 Zn 原电池中 Cu2 向负极移动 2 2010 四川理综 电解精炼铜时 若阴极得到的电子数为 2NA个 则阳极质量减少 64 g 3 2011 江苏化学 铅蓄电池放电时的负极和充电时的阳极均发生还原反应 4 电解饱和食盐水时 电子的流向由负极 外电路 阴极 食盐水溶液 阳极 正极 5 碱性甲醇燃料电池的负极反应式为 CH3OH 6e H2O CO2 6H 1 2012 山东泰安模拟 16 根据下图回答 下列说法不正确的是 A 此装置用于电镀铜时 电解一段时间 硫酸铜溶液的浓度不变 B 燃料电池中正极反应为 O2 4e 4H 2H2O C 若 a 为粗铜 b 为纯铜 该装置可用于粗铜的精炼 D 电子经导线流入 a 电极 6 2 将洁净的金属片甲 乙 丙 丁分别放置在浸有某种盐溶液的滤纸上面并压紧 如下 图所示 在每次实验时 记录电压表指针的移动方向和电压表的读数如下表 已知构成两 电极的金属其金属活动性相差越大 电压表的读数越大 金属电子流动方向电压 V 甲甲 Cu 0 78 乙Cu 乙 0 15 丙丙 Cu 1 35 丁丁 Cu 0 30 依据记录数据判断 下列结论中正确的是 A 金属乙能从硫酸铜溶液中置换出铜 B 甲 乙形成合金时 将该合金露置在空气中 甲先被腐蚀 C 在四种金属中 乙的还原性最强 D 甲 丁若形成原电池时 甲为正极 3 2012 江西南昌调研 12 将质量相等的银片和铂片分别作为阳极和阴极用来电解硝 酸银溶液 以电流强度为 1 A 通电 10 min 10 min 后 反接电源 以电流强度为 2 A 继续通电 10 min 下列图像分别表示 银电极质量 铂电极质量及电解池产生气体质量与 电解时间的关系图 正确的是 A B C D 4 2012 辽宁五校协作体联考 27 某课外活动小组同学用如图装置进行实验 试回答 下列问题 1 若开始时开关 K 与 a 连接 则 B 极的电极反应式为 7 2 若开始时开关 K 与 b 连接 则 B 极的电极反应式为 总反应的离子 方程式为 有关上述实验 下列说法正确的是 填序号 溶液中 Na 向 A 极移动 从 A 极处逸出的气体能使湿润 KI 淀粉试纸变蓝 反应一 段时间后加适量盐酸可恢复到电解前电解质的浓度 若标准状况下 B 极产生 2 24 L 气体 则溶液中转移 0 2 mol 电子 3 该小组同学模拟工业上用离子交换膜法制烧碱的方法 那么可以设想用如图装置电 解硫酸钾溶液来制取氢气 氧气 硫酸和氢氧化钾 该电解槽的阳极反应式为 此时通过阴离子交换膜的离子数 填 大于 小于 或 等于 通过阳 离子交换膜的离子数 通电开始后 阴极附近溶液 pH 会增大 请简述原因 若将制得的氢气 氧气和氢氧化钾溶液组合为氢氧燃料电池 则电池正极的电极反应 式为 5 1 第三代混合动力车 可以用电动机 内燃机或二者结合推动车轮 汽车上坡或加 速时 电动机提供推动力 降低汽油的消耗 在刹车或下坡时 电池处于充电状态 混合动 力车目前一般使用镍氢电池 该电池中镍的化合物为正极 储氢金属 以 M 表示 为负极 碱 液 主要为 KOH 为电解质溶液 镍氢电池充放电原理示意如下图 其总反应式为 H2 2NiOOH2Ni OH 2 A A AA A A A AA A 放电 充电 根据所给信息判断 混合动力车上坡或加速时 乙电极周围溶液的 pH 填 增大 减小 或 不变 该电极的电极反应式 2 氨气在纯氧中燃烧 生成一种单质和水 试写出该反应的化学方程式 科学家利用此原理 设计成氨气 氧气燃料电池 则 通入氨气的电极是 填 正极 或 负极 碱性条件下 该电极发生反应的电极 反应式为 参考答案参考答案 命题调研 明晰考向 真题试做 1 C 解析 解析 由生成物 Fe OH 2 Ni OH 2可知该电解液为碱性溶液 Fe 化合价升高失去 电子作负极 Ni2O3化合价降低 得到电子作正极 A B 选项正确 充电时为电解池 阴极 8 得电子 化合价升高 所以是 Fe OH 2得电子 电极反应为 Fe OH 2 2e Fe 2OH 阴 极附近溶液的 pH 升高 C 选项错误 2 A 解析 解析 依据原电池工作原理 正极发生得电子的反应 Co2 2e Co Ag e Ag 负极发生失电子的反应 Cd 2e Cd2 Co 2e Co2 发生电池反应分别为 Co2 Cd Co Cd2 2Ag Co 2Ag Co2 由此可得到还原性 Cd Co Ag 可知 A 选 项错误 3 答案 答案 FeO 3e 4H2O Fe OH 3 5OH 2 4 2FeO 8H2O 3Zn 2Fe OH 3 3Zn OH 2 4OH 2 4 注 Fe OH 3 Zn OH 2写成氧化物等其他形式且正确也可 解析 解析 正极发生得电子的还原反应 碱性条件下 FeO得到 3 个电子生成 Fe OH 3 即 2 4 FeO 3e Fe OH 3 依据电荷守恒后面加 5 个 OH 即 FeO 3e Fe OH 2 42 4 3 5OH 依据 H 原子守恒 FeO 3e 4H2O Fe OH 3 5OH 最后用 O 原子检查是否 2 4 正确 负极反应为 Zn 2e 2OH Zn OH 2 根据得失电子守恒两电极反应变为 2FeO 6e 8H2O 2Fe OH 3 10OH 3Zn 6e 6OH 3Zn OH 2 相加即得电池反应 2 4 式 4 答案 答案 1 CH3OH 6e H2O CO2 6H O2 6H 6e 3H2O 96 6 3 2 解析 解析 1 首先判断化合价变化 CH3OH CO2化合价升高 6 价 所以失去 6 个电子 CH3OH 6e CO2 溶液显酸性 用 H 配平 CH3OH 6e CO2 6H 最后用 H2O 配平即 可 效率为 100 96 6 702 1 726 5 精要例析 聚焦热点 热点例析 例 1 答案 答案 1 负 SO2 2e 2H2O SO 4H 减小 2 4 2 向右 O2 4e 4H 2H2O 3 2SO2 2H2O O2 H2SO4 解析 解析 1 SO2制备硫酸 SO2被氧化为负极 S 的化合价升高 2 价 即 SO2 2e SO 溶液显酸性 用 H2O H 配平得 SO2 2e H2O SO 4H 依据电极反应式可知负 2 42 4 极区酸性增强 2 阳离子向正极区移动 O2得 4 个电子 O2 4e 溶液显酸性用 H2O H 配 平得 O2 4e 4H 2H2O 3 电池总反应式为 2SO2 2H2O O2 H2SO4 即时训练 1 B 解析 解析 正极是得电子的反应 A 错误 左烧杯中的电极反应式为 Fe3 e Fe2 B 正确 C 错误 因为在金属活动性顺序中铁排在 H 的前面 在酸性溶液 中不会生成 Fe D 错误 例 2 答案 答案 1 2Cu 2e 2OH Cu2O H2O 2H2O 2e H2 2OH 增大 不 变 2 2Cu 2e H2O Cu2O 2H 2H 2e H2 解析 解析 依据 阴得阳失 及信息可知阳极 Cu 失电子生成 Cu2O 阴极 H 得电子 H2 阳极 2Cu 2e Cu2O 阴极 2H 2e H2 1 用 OH 配平前后电荷 阳极 2Cu 2e 2OH Cu2O 用 H2O 配平 H 原子 阳极 2Cu 2e 2OH Cu2O H2O 最后 用 O 原子检查是否配平 2 用 H 配平前后电荷 阳极 2Cu 2e Cu2O 2H 用 H2O 配 平 H 原子 阳极 2Cu 2e H2O Cu2O 2H 最后用 O 原子检查是否配平 即时训练 2 C 解析 解析 依据原子守恒可知 X 化学式为 C3H6O2 A 错误 B 选项中有 CO 生成一定无 H 生成 错误 H 在阴极得电子可知生成 H2 所以电解过程中阴极区 pH 增 2 3 大 C 选项正确 OH 不是还原产物 D 选项错误 例 3 C 解析 解析 阴极上生成 2 mol Cu 依 Cu2 2e Cu 可知转移 4 mol e 氧 气为正极 依据 O2 2H2O 4e 4OH 可知消耗 1 mol O2 标准状况下体积为 22 4 L 即需 要空气为 112 L 所以 A 正确 B 选项是电解水 硫酸钠溶液为中性 所以 pH 不变 正确 C 选项的电极反应式为 2Cu2 4e 2Cu 4OH 4e O2 2H2O 2Cu 与 O2恰好可结合 为 2CuO 所以应加入 CuO 但加入 Cu OH 2相当于多加了水 错误 D 选项 n O2 0 05 mol 依据 4OH 4e O2 2H2O 可知转移的电子总数为 0 2 mol 正确 9 例 4 D 解析 解析 金属腐蚀的本质 金属原子失去电子变为金属阳离子 金属发生氧 化反应 A 正确 锌比铁活泼 所以铁作正极被保护 C 正确 铁与电源正极相连作阳极 失电子被腐蚀 D 错误 即时训练 3 B 解析 解析 b 处有氧气参加 发生还原反应 是正极区 a 处是负极区 铁发生氧化反应 阴离子向负极移动 A C 错误 B 正确 铁比铜活泼 所以铁作负极失电 子 D 错误 误区警示 跟踪练习 答案 答案 解析 解析 3 负极失电子 发生氧化反应 错误 4 电子不能通过溶液 错误 5 因为是碱 性溶液 所以原电池的电极反应式中一定无 CO2生成