2020年高考化学 备考艺体生百日突围系列 专题 3.8 电化学方面试题的解题方法与技巧

专题 3.8 电化学考试方向原电池原理的分析和应用是高考的热点。预测2020年关于新型电源的工作原理分析、电极反应式的书写仍会在高考中出现，必须高度关注。同样电解原理及其应用也是高考的高频考点，因其与氧化还原反应、离子反应，电解质溶液、元素化合物性质等知识联系密切而成为高考的重点和热点。由于电解原理在工业上的应用更加广泛，预测2020年高考，仍会联系化学工艺过程对电解原理的应用进行考查。应给予高度关注。内容要点一、原电池：注意：1、盐桥的作用（1）使整个装置构成闭合回路，代替两溶液直接接触。（2）通过带电离子的定向移动，平衡烧杯中电解质溶液的电荷。如在Zn/ZnSO4Cu/CuSO4原电池中Zn失去电子Zn2进入ZnSO4溶液，ZnSO4溶液中因Zn2增多而带正电荷。同时，CuSO4溶液则由于Cu2变成Cu，使得SO相对较多而带负电荷。通过盐桥中阴阳离子定向移动而使两极电解质溶液中正负电荷守恒而保持电中性。（3）不能用一根导线连接，因为导线是不能传递阴阳离子的。2、原电池输出电能的能力，取决于组成原电池的反应物的氧化还原能力。方法技巧：1、原电池的四个判定方法观察电极两极为导体且存在活泼性差异(燃料电池的电极一般为惰性电极)；观察溶液两极插入溶液中；观察回路形成闭合回路或两极直接接触；观察本质原电池反应是自发的氧化还原反应。2、原电池原理在化工、农业生产及科研中的应用加快氧化还原反应的速率：一个自发进行的氧化还原反应，设计成原电池时反应速率增大。例如，在Zn与稀H2SO4反应时加入少量CuSO4溶液能使产生H2的反应速率加快。比较金属活动性强弱：两种金属分别做原电池的两极时，一般做负极的金属比做正极的金属活泼。例如，有两种金属a、b，用导线连接后插入到稀H2SO4中，观察到a溶解，b极上有气泡产生，则推测a为负极，b为正极，则金属活动性ab。用于金属的防护：使被保护的金属制品做原电池正极而得到保护。例如，要保护一个铁质的输水管道或钢铁桥梁等，可用导线将其与一块锌块相连，使锌做原电池的负极。设计电池，制造化学电源。探究金属腐蚀的快慢规律，不同类型的腐蚀规律：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措施的腐蚀内容要点二、常见化学电源电池负极反应正极反应总反应式碱性锌锰电池Zn2OH2en(OH)22MnO22H2O2e2MnOOH2OHZn2MnO22H2O2MnOOHZn(OH)2铅蓄电池Pb(s)2eSO42(aq)bSO4(s)PbO2(s)2e4H(aq)SO42aq)PbSO4(s)H2O(l)Pb(s)PbO2(s)2H2SO4(aq)2PbSO4(s)2H2O(l)氢氧燃料电池酸性2H24e=4HO24e4H2H2O2H2O2=2H2O碱性2H4e4OH4H2OO24e2H2O4OH固体2H24e4HO24e2O2方法技巧电极反应式的书写：原电池反应的本质就是氧化还原反应。因此正确书写氧化还原反应方程式并能标出电子转移的方向和数目是正确书写电极反应式的基础，通过电池反应中转移电子的数目可确定电极反应中得失的电子数目，通过电池反应中的氧化剂、还原剂和氧化产物、还原产物可确定电极反应中的反应物和产物。具体步骤如下：（1）首先根据题意写出电池反应。（2）标出电子转移的方向和数目，指出氧化剂、还原剂。（3）根据还原剂负极材料，氧化产物负极产物，氧化剂正极材料，还原产物正极产物来确定原电池的正、负极和反应产物。根据电池反应中转移电子的数目来确定电极反应中得失的电子数目。（4）注意环境介质对反应产物的影响。（5）写出正确的电极反应式。流程如下：内容要点三、电解原理:注意1、氯碱工业中阳离子交换膜的作用氯碱工业中阳离子交换膜的作用：将电解槽隔成阴极室和阳极室，它只允许阳离子(Na)通过，而且阻止阴离子(Cl、OH)和气体通过。这样既能防止阴极产生的H2和阳极产生的Cl2相混合而引起爆炸，又能避免Cl2与NaOH作用生成NaClO而影响烧碱的质量。2、粗铜中往往含有锌、铁、镍、银、金等多种金属杂质，当含杂质的铜在阳极不断溶解时，金属活动性位于铜之前的金属杂质，如Zn、Fe、Ni等也会同时失去电子，但是它们的阳离子比铜离子难以还原，所以它们并不能在阴极析出，而只能以离子的形式留在电解液里。金属活动性位于铜之后的银、金等杂质，因为失去电子的能力比铜弱，难以在阳极失去电子变成阳离子而溶解，所以当阳极的铜等失去电子变成阳离子溶解之后，它们以金属单质的形式沉积在电解槽底部，形成阳极泥。电解质溶液中c(Cu2)会不断减小，应定期更换电解质溶液。方法技巧1、“三池”的判断技巧：原电池、电解池、电镀池判定规律：若无外接电源，可能是原电池，然后依据原电池的形成条件分析判定，若有外接电源，两极插入电解质溶液中，则可能是电解池或电镀池。当阳极金属与电解质溶液中的金属阳离子相同则为电镀池，其他情况为电解池。2、电解时电极产物的判断“阳失阴得”，即3、电解池中电极反应式的书写（1）根据装置书写根据电源确定阴、阳两极确定阳极是否是活性金属电极据电极类型及电解质溶液中阴、阳离子的放电顺序写出电极反应式。在确保阴、阳两极转移电子数目相同的条件下，将两极电极反应式合并即得总反应式。（2）由氧化还原反应方程式书写电极反应式找出发生氧化反应和还原反应的物质两极名称和反应物利用得失电子守恒分别写出两极反应式。若写出一极反应式，而另一极反应式不好写，可用总反应式减去已写出的电极反应式即得另一电极反应式。（3）电极反应式的书写“二判二析一写”二判：判断阴阳极；判断是电极材料放电还是溶液中的离子放电。二析：分析溶液中离子的种类；根据离子放电顺序，分析电极反应。一写：根据电极产物，写出电极反应式。4、电解池中有关量的计算或判断：电解池中有关量的计算或判断主要包括以下方面：根据直流电源提供的电量求产物的量(析出固体的质量、产生气体的体积等)、溶液的pH、相对原子质量或某元素的化合价、化学式等。解题依据是得失电子守恒，解题方法如下：应对电化学定量计算的三种方法（1）计算类型：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。（2）方法技巧：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。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。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。例如：(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。在电化学计算中，还常利用QIt和Qn(e)NA1.601019C来计算电路中通过的电量。5、电解池的“两看、五注意”审题法：（1）两看：一看“电极材料”：若阳极材料是除金、铂以外的其他金属，则在电解过程中，优先考虑阳极材料本身失去电子被氧化，而不考虑溶液中阴离子放电的难易。再看“离子放电的难易”：若阳极材料是惰性电极，则在电解过程中首先分析溶液中离子放电的难易。（2）五注意：注意正、负(阴、阳)，抓守恒(电子、电荷)，关注介质。当缺氧时，需加H2O生成H或加OH生成H2O或加CO32生成CO2或加O2生成H2O。在碱性介质中不能出现H或CO2，酸性介质中不能出现OH，特别要关注非水溶液介质(如熔融碳酸盐、熔融金属氧化物及氢化物)。Fe作电极失2e生成Fe2。二次电池放电时体现原电池原理，充电时体现电解池原理。电解池阳极阴离子的放电顺序(失电子由易到难)为S2IBrClOH含氧酸根；阴极阳离子的放电顺序(得电子由易到难)为AgFe3Cu2H(酸)Fe2Zn2H(水)Al3Mg2NaCa2K。6、分析电解过程的思维程序（1）首先判断阴、阳极，分析阳极材料是惰性电极还是活泼电极。（2）再分析电解质水溶液的组成，找全离子并分阴、阳两组(不要忘记水溶液中的H和OH)。（3）然后排出阴、阳两极的放电顺序。7规避电解池中方程式书写的3个易失分点（1）书写电解池中电极反应式时，要以实际放电的离子表示，但书写总电解反应方程式时，弱电解质要写成分子式。（2）要确保两极电子转移数目相同，且注明条件“电解”。（3）电解水溶液时，应注意放电顺序中H、OH之后的离子一般不参与放电。内容要点四、金属的腐蚀与防护1、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。2、金属腐蚀的类型：（1）化学腐蚀与电化学腐蚀：化学腐蚀电化学腐蚀条件金属跟非金属单质直接接触不纯金属或合金跟电解质溶液接触现象无电流产生有电流产生本质金属被氧化较活泼金属被氧化联系两者往往同时发生，电化学腐蚀更普遍（2）析氢腐蚀与吸氧腐蚀：以钢铁的腐蚀为例进行分析：析氢腐蚀吸氧腐蚀条件水膜酸性较强(pH4.3)水膜酸性很弱或呈中性电极反应负极Fe2eFe2正极2H2eH2O22H2O4e4OH总反应式Fe2HFe2H22FeO22H2O2Fe(OH)2联系吸氧腐蚀更普遍（3）铁锈的形成：4Fe(OH)2O22H2O4Fe(OH)3，2Fe(OH)3Fe2O3xH2O(铁锈)(3x)H2O。3、金属的防护：（1）电化学防护：牺牲阳极保护法原电池原理外加电流的阴极保护法电解原理（2）改变金属的内部结构，如制成合金、不锈钢等。（3）加防护层，如在金属表面喷油漆、涂油脂、电镀、喷镀或表面钝化等方法。方法技巧1、影响金属腐蚀的因素：影响金属腐蚀的因素包括金属的本性和介质两个方面。就金属本性来说，金属越活泼，就越容易失去电子而被腐蚀。介质对金属的腐蚀的影响也很大，如果金属在潮湿的空气中，接触腐蚀性气体或电解质溶液，都容易被腐蚀。2、金属腐蚀的快慢规律：（1）不同类型的腐蚀规律：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措施的腐蚀。反之，防腐措施由好到差的顺序为：外接电源的阴极保护法防腐牺牲阳极的阴极保护法防腐有一般防护条件的防腐无防护条件的防腐。（2）电化学腐蚀规律：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）活动性不同的两金属：活动性差别越大，活动性强的金属腐蚀越快。（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，且氧化剂的浓度越高，腐蚀越快。（5）对于不同氧化剂来说，氧化性越强，金属腐蚀越快。经典题例析 【例1】新型NaBH4/H2O2燃料电池（DBFC）的结构如图所示，（已知硼氢化钠中氢为-1价），有关该电池的说法正确的是A电极B材料中含MnO2层，MnO2可增强导电性B电池负极区的电极反应：BH4-+8OH-8e-BO2-+6H2OC放电过程中，Na+从正极区向负极区迁移D在电池反应中，每消耗1L6mol/LH2O2溶液，理论上流过电路中的电子为6NA个【答案】B【考点定位】本题主要是考查原电池原理，涉及电极反应式的书写、电极的判断、离子移动方向等知识。【名师点晴】原电池正负极的判断的注意点：（1）原电池正、负极的判断基础是自发进行的氧化还原反应，如果给出一个化学反应方程式判断正、负极，可以直接根据化合价的升降来判断，发生氧化反应的一极为负极，发生还原反应的一极为正极。（2）判断电极时，不能简单地依据金属的活泼性来判断，要看反应的具体情况，如：a.Al在强碱性溶液中比Mg更易失电子，Al作负极，Mg作正极；b.Fe、Al在浓HNO3中钝化后，比Cu等金属更难失电子，Cu等金属作负极，Fe、Al作正极。【例2】将反应Cu(s)+2Ag+(aq)Cu2+(aq)+2Ag(s)设计成如图所示的原电池，下列叙述正确的是AKNO3盐桥中的K+移向Cu(NO3)2溶液BAg作负极，Cu作正极C工作一段时间后，Cu(NO3)2溶液中c(Cu2+)增大D取出盐桥后，电流计的指针依然发生偏转【答案】C【考点定位】本题主要是考查原电池原理的应用【总结】原电池设计的注意事项：理论上能自发进行的氧化还原反应都可以设计成原电池。将氧化还原反应拆成氧化反应和还原反应两个半反应，分别作原电池的负极和正极。确定电极材料，如发生氧化反应的物质为金属单质，可用该金属直接作负极；如为气体(如H2)或溶液中的还原性离子，可用惰性电极(如Pt、碳棒)作负极。发生还原反应的电极材料必须不如负极材料活泼。确定电解质溶液，一般选用反应物中的电解质溶液即可。构成闭合回路。【例3】用下列装置能达到预期目的的是()A甲图装置可用于电解精炼铝 B乙图装置可得到持续、稳定的电流C丙图装置可达到保护钢闸门的目的 D丁图装置可达到保护钢闸门的目的【答案】D【解析】试题分析：A、电解精炼铝可以让粗铝做阳极，纯铝做阴极，电解质不能使；氯化铝溶液，这样在阴极上会析出氢气，可以使熔融的氧化铝，错误，不选A；B、原电池可以产生电流，但不能提供稳定的电流，错误，不选B；C、丙图装置中，形成原电池，钢闸门是负极，易被腐蚀，不能达到保护闸门的目的，错误，不选C；D、丁图装置，形成电解池，钢闸门时阴极，不容易被腐蚀，可达到保护钢闸门的目的，正确，选D。【考点定位】本题主要是原电池和电解池的工作原理【名师点晴】1、牺牲阳极的阴极保护法,在被保护的钢铁设备(如海水中的闸门、地下的天然气管道等)上连接或直接安装若干锌块，使锌、铁形成原电池，锌作阳极，从而保护了钢铁免受腐蚀。a、负极：比被保护金属活泼的金属；b、正极：被保护的金属设备。例如在被保护的钢铁设备(如海水中的闸门、地下的天然气管道等)上连接或直接安装若干锌块，使锌、铁形成原电池，锌作阳极，从而保护了钢铁免受腐蚀。2、外加电流的阴极保护法是使被保护的钢铁设备作为阴极(接电源负极)，用惰性电极作为阳极(接电源正极)，在两者之间连接直流电源。通电后，电子被强制流向被保护的钢铁设备，从而使钢铁表面产生电子积累，抑制钢铁设备失去电子，起到保护的作用。a、阴极：被保护的金属设备；b、阳极：惰性金属。【例4】【2020广东卷】某同学组装了图4所示的电化学装置电极I为Al，其他电极均为Cu，则（ ）A电流方向：电极IV电极IB电极I发生还原反应C电极II逐渐溶解D电极III的电极反应：Cu2+2e-=Cu【答案】A【考点定位】本题主要是考查原电池工作原理的应用【名师点晴】本题以原电池与电解池组合的形式，考查学生运用所学知识对电化学装置的判断，原电池的构成条件的应用，电极、电极反应、电流方向、反应类型的综合考查。判断该装置是原电池还是电解池还是二者组合的形式，首先看装置中是否存在外加电源，然后再去判断是一个原电池还是一个电解池，还是二者的组合。一般情况下无外电源的装置中必有1个是原电池，若该装置是组合的形式，则另一装置为电解池；若存在外加电源，则都是电解池装置或是串联的电解池装置。原电池与电解池组合的形式中，从装置的两极的材料或发生的反应判断哪个是原电池哪个是电解池。一般存在电解质溶液的原电池中的电极材料是不同的，而电解池的电极材料可以是相同的。【例5】用隔膜电解法处理高浓度乙醛废水的原理是使乙醛分别在两极发生反应，转化为乙醇和乙酸。实验室中，以一定浓度的乙醛Na2SO4溶液为电解质溶液，模拟乙醛废水的处理过程，其装置示意图如图所示。有关说法不正确的是A图中燃料电池的a极应通入氧气B乙醇在阴极产生C电解过程中，阴极区有NaOH产生D每生成1mol乙酸，理论上至少消耗标况下氧气22.4L【答案】D【考点定位】本题主要是考查电化学原理的应用【名师点晴】应对电化学定量计算的三种方法（1）计算类型：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。（2）方法技巧：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。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。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。例如：， (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。在电化学计算中，还常利用QIt和Qn(e)NA1.601019C来计算电路中通过的电量。跟踪训练1【2020海南卷】以石墨为电极，电解KI溶液（其中含有少量酚酞和淀粉）。下列说法错误的是（ ）A阴极附远溶液呈红色 B阴极逸出气体C阳极附近溶液呈蓝色 D溶液的pH变小【答案】D【考点定位】本题就以电解KI溶液为例考查了学生对电解原理的掌握情况，考查了考生灵活应用所学知识解决具体问题的能力；考查了考生对电极反应的产物是现象的表达能力。【名师点睛】电化学包括原电池、电解池。电解池是中学化学的重要理论。在金属的腐蚀与保护、金属的冶炼、电镀等方面有重要的应用。本题解题思路是：首先了解在电解反应原理。如果是惰性电极，则是电解质溶液中的离子在阴极、阳极发生氧化还原反应。其次是掌握阳离子、阴离子放电顺序。最后是电极反应发生后的产物与溶液中其它物质反应的性质及相应的实验现象。就可迅速得到解答。2下列做法不利于金属防护的是A菜刀切菜后不洗净就放回刀架 B将钢铁制成不锈钢C在铁塔的表面喷油漆 D埋在地下的钢管与锌块连接【答案】A考点：考查金属的防护。3下列关于铁电极的说法中，正确的是( )A钢铁的吸氧腐蚀中铁是正极 B在铁片上镀铜时铁片作阳极C电解饱和食盐水时可用铁作阴极 D镀锌铁板发生电化学腐蚀时铁是负极【答案】C【解析】试题分析：A、钢铁腐蚀时铁做负极，错误，不选A；B、铁上镀铜，铁做阴极，错误，不选B；C、电解饱和食盐水，铁做阴极不参与反应，正确，选C；D、镀锌铁板形成原电池时锌做负极，错误，不选D。考点：金属腐蚀和电解原理的应用 4一种新型燃料电池,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。下列对该项燃料电池说法正确的是 ( )A在熔融电解质中，O移向正极B电池总反应式是：2C4H10+13O28CO2+10H2OC通入空气的一极是正极，电极反应为：O2+2 H2O+ 4e=4OH D通入丁烷的一极是正极，电极反应为：C4H10+26e-+13O2=4CO2+5H2O【答案】B【解析】试题分析： A在放电时，熔融电解质中O2-向负极定向移动、阳离子向正极移动，错误；B电池总反应式和燃料燃烧方程式相同，为2C4H10+13O2=8CO2+10H2O，正确；C燃料电池中通入氧化剂的电极是正极，所以通入空气的电极是正极，电极反应式为：O2+4e-2O2-，错误；D燃料电池中通入燃料的电极是负极，负极反应式为C4H10+13O2-26e-=4CO2+5H2O，错误。【考点定位】化学电源新型电池【名师点睛】本题考查化学电源新型电池，电化学的内容是历年高考的重点知识之一，在高考试题中出现的概率较高。燃料电池中通入燃料的电极是负极、通入氧化剂的电极是正极，难点是电极反应式的书写，注意该电解质中自由移动的离子。正极发生还原反应，正极发生还原反应，（1）在酸性溶液中O2+4e-+H+=4H2O（2）在碱性溶液中, O2+4e-+2H2O=4OH-（3）在熔融碳酸盐中,氧离子与碳酸根离子不能结合，只能与二氧化碳结合生成碳酸根离子， O2+2CO2-+4e-=2CO32-（4）在熔融氧化物介质中，氧气得到电子转化为氧离子，O2+4e-=2O2-。5一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：CH3CH2OH4eH2OCH3COOH4H。下列有关说法不正确的是()A检测时，电解质溶液中的H向正极移动B若溶液中有0.4 mol电子通过，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：O24e4H+2H2O【答案】B【考点定位】考查原电池的工作原理和电极反应式书写。【名师点晴】1、一般电极反应式的书写：原电池反应的本质就是氧化还原反应。因此正确书写氧化还原反应方程式并能标出电子转移的方向和数目是正确书写电极反应式的基础，通过电池反应中转移电子的数目可确定电极反应中得失的电子数目，通过电池反应中的氧化剂、还原剂和氧化产物、还原产物可确定电极反应中的反应物和产物。具体步骤如下：（1）首先根据题意写出电池反应。（2）标出电子转移的方向和数目，指出氧化剂、还原剂。（3）根据还原剂负极材料，氧化产物负极产物，氧化剂正极材料，还原产物正极产物来确定原电池的正、负极和反应产物。根据电池反应中转移电子的数目来确定电极反应中得失的电子数目。（4）注意环境介质对反应产物的影响。2、复杂电极反应式的书写：复杂电极,反应式总反应式较简单一极的电极,反应式。如CH