第三讲电化学基础

1、2010年高考总复习化学3电化学基础电化学知识是历年高考的重要内容，主要考点有：原电池、电解池的电极判断及电极反应式的书写；根据原电池、电解池的电极变化判断金属活动性强弱；根据电解时电极变化判断电极材料或电解质种类；新型电池的电极反应及应用；有关电解产物的判断和计算。其中原电池的工作原理、电解产物判断与计算是高考命题的热点。试题主要涉及电极反应、溶液的pH变化、金属活动性判断、相关定量计算等；主要题型有选择题、简答题、综合分析计算题等。在高考中，电化学基础知识出现的频率很高，分析其中的原因，一是这部分知识在实际生活、工业生产中有极为重要的地位和作用；二是这部分知识的综合程度非常高，除了有机化学

2、以外，涉及到高中化学中基本概念、基本理论、元素化合物知识、化学计算、化学实验等各个板块的知识，对考生的知识、能力要求极高。展望今后命题会继续在上述几方面进行，同时也会出现涉及新能源、环境保护、工业生产等热点问题，及利用电解原理实现用通常方法难以制备的物质等方面的内容。原电池和电解池的实质是在电极上发生的氧化还原反应，是氧化还原反应的进一步延伸和深化。在这部分知识中，既有化学实验验证，又有理论分析推理过程。由于电化学常常涉及物理学中的串联电路、并联电路以及相关物理量如电流、电压、电阻、时间、电荷量等，还要求学生具备一定的物理知识基础。毫不夸张地说，能否掌握好电化学的知识，可以充分反映出考生在化学

3、学科、甚至是自然科学领域知识水平和能力的高低。高考中对于电化学的具体要求如下：了解原电池和电解池的工作原理。能够结合氧化还原、离子反应以及相应的元素化合物知识，准确判断电极上发生的化学反应，并能写出电极反应和电池反应方程式。了解常见化学电源的种类及其工作原理。了解铜的电解精炼、镀铜、氯碱工业等反应原理。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。热点一、对日常生活中使用的充电电池进行分析1、化学电源在日常生活和工业生产中有广泛的用途，因此在高考中越来越多地考查有关原电池的知识，主要集中在运用原电池的原理分析生活中的电池（特别是新型电池、燃料电池）。基本思路：根据原电池原理

4、、元素化合价变化判断电极。根据题目要求书写原电池反应的总方程式，并且写出某一个电极的电极反应式。在书写电极反应式和总方程式时必须注意，除了考虑氧化还原过程（电子转移）外，还必须考虑溶液中的溶质参与反应（离子反应）。用电池反应的总方程式和已经写出的电极反应式“减去”另一个电极的电极反应式。规律：先写出自己比较熟悉的那个电极反应式，然后根据条件书写总方程式，最后用总方程式“减去”已经写出的电极反应式，就可以得到另外一个不常见的电极反应式。例如：甲烷燃料电池，电解质溶液：强碱（KOH）溶液首先写出O2所在电极正极的反应式：2O2+8e+4H2O=8OH；然后写出总方程式：CH4+2O2+2OH=CO

5、32+3H2O（由于溶液中存在大量OH，因此不能生成CO2）最后得到负极的反应式：CH48e+10OH=CO32+7H2O由于生活中大量使用二次电池，二次电池的放电过程利用原电池反应，充电过程利用电解池反应，要注意这两类装置的区别。原 电 池电 解 池装置本质两极发生氧化还原反应，产生电流，将化学能转化为电能在直流电作用下，两极上发生氧化还原反应，把电能转化为化学能电子流动方 向电子由负极流向正极电子由直流电源的负极流出，经过导线到达电解池的阴极，然后由离子通过电解液到达阳极，离子在阳极失去电子，电子再回到直流电源的正极电极上的反应负极：还原剂失去电子，发生氧化反应正极：氧化剂得到电子，发生还

6、原反应阳极：发生氧化反应。若是惰性电极，溶液中阴离子失电子；若是活性电极阳极本身失电子阴极：发生还原反应。阴极本身仅起传递电子作用，溶液中阳离子得电子发生还原反应例1（08高考）电池是人类生产和生活中的重要能量来源，各式各样电池的发展是化学对人类的一项重大贡献。下列有关电池的叙述正确的是（ ）A锌锰干电池工作一段时间后碳棒变细B氢氧燃料电池可将热能直接转变为电能C氢氧燃料电池工作时氢气在负极被氧化D太阳能电池的主要材料是高纯度的二氧化硅解析：选项A中ZnMn干电池作负极的是Zn，石墨作电池的正极，只起导电的作用，被腐蚀的是Zn；选项B中氢氧燃料电池是把化学能直接转化为电能，而不是把热能直接转化

7、为电能；太阳能电池的主要材料是高纯度的单晶硅，它的能量转化高。答案：C放电充电例2（08高考）LiFePO4电池具有稳定性高、安全、对环境友好等优点，可用于电动汽车。电池反应为：FePO4+Li LiFePO4，电池的正极材料是LiFePO4，负极材料是石墨，含Li+导电固体为电解质。下列有关LiFePO4电池说法正确的是（ ）A可加入硫酸以提高电解质的导电性B放电时电池内部Li+向负极移动C充电过程中，电池正极材料的质量减少D放电时电池正极反应为：FePO4+Li+e=LiFePO4解析：放电时，负极：Lie=Li+，正极：FePO4 + Li+ + e= LiFePO4；充电时，阳极：Li

8、FePO4e=FePO4 + Li+，阴极：Li+ + e=Li，所以C、D正确。若加入硫酸，与Li单质（固体）发生反应，所以A错；放电时，Li+（正电荷）应在电池内部（电解质中）向正极移动，故B错。答案：CD例3（08高考）镍镉（Ni-Cd）可充电电池在现代生活中有广泛应用。已知某镍镉电池的电解质溶液为KOH溶液，其充、放电按下式进行：Cd + 2NiOOH + 2H2OCd(OH)2 + 2Ni(OH)2有关该电池的说法正确的是（ ）A充电时阳极反应：Ni(OH)2 e + OH= NiOOH + H2OB充电过程是化学能转化为电能的过程C放电时负极附近溶液的碱性不变D放电时电解质溶液中的

9、OH向正极移动解析：由充电时方程式中的Cd和Ni的化合价的变化可知，Ni(OH)2作阳极，电解质溶液为KOH，所以电极反应式为：Ni(OH)2eOH=NiOOHH2O；Cd(OH)2作阴极，Cd(OH)22e=Cd2OH；充电的过程是将电能转化为化学能。放电时，Cd作负极，Cd2e2OH=Cd(OH)2，Cd周围的c(OH)下降，OH向负极移动。答案：A例4（09高考）市场上经常见到的标记为Li-ion的电池称为“锂离子电池”。它的负极材料是金属锂和碳的复合材料（碳作为金属锂的载体），电解质为一种能传导Li+的高分子材料。这种锂离子电池的电池反应为： 下列说法不正确的是（ ）A放电时，负极的电

10、极反应式：Lie=Li+B充电时，Li0.85NiO2既发生氧化反应又发生还原反应C该电池不能用水溶液作为电解质D放电过程中Li+向负极移动答案：D例5（09高考）Li-SOCl2电池可用于心脏起搏器。该电池的电极材料分别为锂和碳，电解液是LiAlCl4SOCl2。电池的总反应可表示为：4Li+2SOCl2 = 4LiCl +S +SO2。请回答下列问题：（1）电池的负极材料为，发生的电极反应为；（2）电池正极发生的电极反应为；（3）SOCl2易挥发，实验室中常用NaOH溶液吸收SOCl2，有Na2SO3和NaCl生成。如果把少量水滴到SOCl2中，实验现象是，反应的化学方程式为；（4）组装该

11、电池必须在无水、无氧的条件下进行，原因是。答案：（1）锂Lie=Li+（2）2SOCl2+4e=4Cl+S+SO2（3）出现白雾，有刺激性气体生成；SOCl2+H2O=SO2+2HCl（4）锂是活泼金属，易与H2O、O2反应；SOCl2也可与水反应2、燃料电池是目前研究的热点，在工业生产中有着巨大的应用前景。燃料电池与传统的原电池不同，利用某些金属材料对气体的良好吸附性能，使气体在金属电极表面发生氧化还原反应。燃料电池使用的原料非常容易得到，但是相对于传统电池而言，维护成本较高，使用时还涉及到安全问题。解答燃料电池有关的问题时，要求考生深入理解原电池的形成条件：（1）还原剂与氧化剂在两个不同的

12、电极上发生反应（在反应中，还原剂与氧化剂的粒子不是通过直接的有效碰撞而发生反应，否则无法形成电流）。（2）形成闭合回路，两个电极之间通过导线相连（或直接接触）。电池内部，两电极之间应填充导电介质（通常是用电解液，但某些电池中因电极与水剧烈反应而不能使用水溶液）。例6（08高考）用铜片、银片、Cu (NO3)2溶液、AgNO3溶液、导线和盐桥（装有琼脂-KNO3的U型管）构成一个原电池。以下有关该原电池的叙述正确的是（ ）在外电路中，电流由铜电极流向银电极 正极反应为：Ag+e-=Ag实验过程中取出盐桥，原电池仍继续工作将铜片浸入AgNO3溶液中发生的化学反应与该原电池反应相同ABCD解析：Cu

13、作负极，Ag作正极。负极：Cu-2e=Cu2+；正极：Ag+ e=Ag。在外电路中，电子由Cu电极流向Ag电极，而电流方向与电子流向相反，所以错。没有盐桥，原电池不能继续工作，错。无论是否为原电池，反应实质相同，均为氧化还原反应，对。答案：C例7（09高考）控制适合的条件，将反应2Fe3+2I=2Fe2+I2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电流计读数为零时，反应达到化学平衡状态D电流计读数为零后，在甲中溶入FeCl2固体，乙中石墨电极为负极答案：D例8（08高考）一种燃料电池中发生的化学反应为

14、：在酸性溶液中甲醇与氧作用生成水和二氧化碳。该电池负极发生的反应是（ ）ACH3OH(g)+O2(g)=H2O(1)+CO2(g)+2H+(aq)+2eBO2(g)+4H+(aq)+4e=2H2O(1)CCH3OH(g)+H2O(1)=CO2(g)+6H+(aq)+6eDO2(g)+2H2O(1)+4e=4OH解析：甲醇与氧气反应的化学方程式为：2CH3OH3O22CO24H2O，所以在负极上甲醇失去电子而放电，在该极上的电极反应式为：CH3OH(g)+H2O(1)=CO2(g)+6H+(aq)+6e。答案：C例9（09高考）以葡萄糖为燃料的微生物燃料电池结构示意图如图所示。关于该电池的叙述正

15、确的是（ ）A该电池能够在高温下工作B电池的负极反应为：C6H12O6+6H2O24 e=6CO2+24H+C放电过程中，H+从正极区向负极区迁移D在电池反应中，每消耗1mol氧气，理论上能生成标准状况下气体答案：B例10（09高考）氢氧燃料电池是符合绿色化学理念的新型发电装置。下图为电池示意图，该电池电极表面镀一层细小的铂粉，铂吸附气体的能力强，性质稳定，请回答：（1）氢氧燃料电池的能量转化主要形式是，在导线中电子流动方向为（用a、b 表示）。（2）负极反应式为。（3）电极表面镀铂粉的原因为。（4）该电池工作时，H2和O2连续由外部供给，电池可连续不断提供电能。因此，大量安全储氢是关键技术之

16、一。金属锂是一种重要的储氢材料，吸氢和放氢原理如下：2Li+H22LiHLiH+H2O=LiOH+H2反应中的还原剂是，反应中的氧化剂是。已知LiH固体密度为0.82g/cm3。用锂吸收224L（标准状况）H2，生成的LiH体积与被吸收的H2体积比为。由生成的LiH与H2O作用，放出的H2用作电池燃料，若能量转化率为80，则导线中通过电子的物质的量为mol。答案：（1）由化学能转变为电能 由a到b（2）2H2 + 4OH4e= 4H2O 或 H2 + 2OH2e= 2H2O（3）增大电极单位面积吸附H2、O2分子数，加快电极反应速率（4）Li H2O 1/1148或8.71104 32例11X

17、、Y、Z、W为按原子序数由小到大排列的四种短周期元素。已知：X可分别与Y、W形成X2Y，X2Y2、XW等共价化合物；Z可分别与Y、W形成Z2Y、Z2Y2、ZW等离子化合物。请回答：（1）Z2Y的化学式是。（2）Z2Y2与X2Y反应的化学方程式是。（3）如图所示装置，两玻璃管中盛满滴有酚酞溶液的ZW饱和溶液，C（）、C（）为多孔石墨电极。接通S1后，C（）附近溶液变红，两玻璃管中有气体生成。一段时间后（两玻璃管中液面未脱离电极），断开S1，接通S2，电流表的指针发生偏转。此时：C（I）的电极名称是（填写正极或负极）；C（II）的电极反应式是。（4）铜屑放入稀硫酸不发生反应，若在稀硫酸中加入X2Y

18、2，铜屑可逐渐溶解，该反应的离子方程式是。答案：（1）Na2O（2）2Na2O22H2O4NaOHO2（3）负极Cl22e2Cl（4）CuH2O22HCu22H2O热点二、电解的知识与实验和计算相结合1、电解池中的物质在电流的作用下发生氧化还原反应，在工业上广泛应用于金属的冶炼、物质的制备、污水处理等领域。在近年的高考中，很少单纯地考查电解的原理，往往结合化学实验或计算，主要目的在于考查考生是否真正掌握了电解池中的反应原理，能否运用所学过的知识分析、解决实际问题。例12（08高考）取一张用饱和的NaCl溶液浸湿的pH试纸，两根铅笔芯作电极，接通直流电源，一段时间后，发现a电极与试纸接触处出现一

19、个双色同心圆，内圈为白色，外圈呈浅红色。则下列说法错误的是（ ）Ab电极是阴极 Ba电极与电源的正极相连C电解过程中水是氧化剂Db电极附近溶液的pH变小解析：本题选自课本中电解氯化钠溶液的演示实验，a电极与试纸接触处出现一个双色同心圆，内圈为白色，外圈呈浅红色，说明a极负极产生了Cl2，所以a极与电源的正极相连，即a为阳极，电极反应式为：2Cl-2e = Cl2，b为阴极，2H2O2e=H22OH，所以b极附近的pH增大。答案：D例13（07高考）某课外小组对一些金属单质和化合物的性质进行研究。（1）下表为“铝与氯化铜溶液反应”实验报告的一部分：实验步骤实验现象将打磨过的铝片（过量）放入一定浓

20、度的CuCl2溶液中产生气泡，析出疏松的红色固体，溶液逐渐变为无色反应结束后分离出溶液备用红色固体用蒸馏水洗涤后，置于潮湿空气中一段时间后固体由红色变为绿色视其主要成分为Cu2(OH)2CO3按反应类型写出实验中发生反应的化学方程式各一个（是离子反应的只写离子方程式）置换反应；化合反应。（2）用石墨作电极，电解上述实验分离出的溶液，两极产生气泡。持续电解，在阴极附近的溶液中还可以观察到的现象是。解释此现象的离子方程式是。答案：（1）2Al6H=2Al33H2或2Al3Cu2=2Al33Cu2CuO2H2OCO2=Cu2(OH)2CO3（2）白色沉淀生成,后沉淀逐渐溶解至消失；Al33OH=Al

21、(OH)3；Al(OH)3OH=AlO22H2O例14（09高考）下图所示装置中，甲、乙、丙三个烧杯依次分别盛放100 g 5.00%的NaOH溶液、足量的CuSO4溶液和100 g 10.00%的K2SO4溶液，电极均为石墨电极。（1）接通电源，经过一段时间后，测得丙中K2SO4浓度为10.47%，乙中c电极质量增加。据此回答问题：电源的N端为极；电极b上发生的电极反应为；列式计算电极b上生成的气体在标准状态下的体积：；电极c的质量变化是g；电解前后各溶液的酸、碱性大小是否发生变化，简述其原因： 甲溶液； 乙溶液； 丙溶液；（2）如果电解过程中铜全部析出，此时电解能否继续进行，为什么？ 解析

22、：（1）乙中C电极质量增加，则c处发生的反应为：Cu2+2e=Cu，即C处为阴极，由此可推出b为阳极，a为阴极，M为负极，N为正极。丙中为K2SO4，相当于电解水，设电解的水的质量为x g。由电解前后溶质质量相等有：10010%=（100-x）10.47%，得x=4.5g，故为0.25 mol。由方程式2H2+O2=2H2O可知，生成2 mol H2O，转移4 mol电子，所以整个反应中转移0.5 mol电子，而整个电路是串联的，故每个烧杯中的电极上转移电子数是相等的。甲中为NaOH，相当于电解H2O，阳极b处为阴离子OH放电，即4OH-4e=2H2O + O2。转移0.5 mol电子，则生成

23、O2为0.5/4=0.125 mol，标况下的体积为0.12522.4=2.8 L。Cu2+2e=Cu，转移0.5 mol电子，则生成的m(Cu)=0.5/2 64 =16 g。甲中相当于电解水，故NaOH的浓度增大，pH变大。乙中阴极为Cu2放电，阳极为OH放电，所以H增多，故pH减小。丙中为电解水，对于K2SO4而言，其pH几乎不变。（2）铜全部析出，可以继续电解H2SO4，有电解液即可电解。答案：（1）正极 4OH-4e=2H2O + O2 2.8L 16g 甲增大，因为相当于电解水；乙减小，OH放电， H增多；丙不变，相当于电解水。（2）可以 因为CuSO4溶液已转变为H2SO4溶液，

24、反应也就变为水的电解反应。2、电解原理在工业生产上有重要的应用，在工业生产中，电解前首先需要对原料进行提纯，必然会考查到离子反应与实验设计；工业生产追求的是经济效益，会与计算发生关系；而现代工业“可持续发展”的方向，必然要求能够对现有的工业生产原理进行评价、改进，还会与环境保护进行结合；工业生产中有关电解精炼、电镀的相关生产涉及到非惰性电极的使用。因此在高考中，一旦出现涉及工业生产的题目，其综合程度远远超过其它题目。例15（07高考）某同学按下图所示的装置进行电解实验。下列说法正确的是A电解过程中，铜电极上有H2产生B电解初期，主反应方程式为：Cu+H2SO4CuSO4+H2C电解一定时间后，

25、石墨电极上有铜析出D整个电解过程中，H的浓度不断增大答案：BC例16（09高考）请回答氯碱工业的如下问题：（1）氯气、烧碱是电解食盐水时按照固定的比率k（质量比）生成的产品。理论上k（要求计算表达式和结果）;（2）原料粗盐中常含有泥沙和Ca2、Mg2、Fe3、SO42等杂质，必须精制后才能供电解使用。精制时，粗盐溶于水过滤后，还要加入的试剂分别为Na2CO3、HCl（盐酸）BaCl2，这3种试剂添加的合理顺序是 （填序号）（3）氯碱工业是高耗能产业，一种将电解池与燃料电池相组合的新工艺可以节（电）能30以上。在这种工艺设计中，相关物料的传输与转化关系如下图所示，其中的电极未标出，所用的离子膜都

26、只允许阳离子通过。图中X、Y分别是、（填化学式），分析比较图示中氢氧化钠质量分数a与b的大小；分别写出燃料电池中正极、负极上发生的电极反应正极：；负极：；这样设计的主要节（电）能之处在于（写出2处）、。答案：（1）k=M(Cl2)/2 M(NaOH)=71/80=11.13或0.89（2）（3）Cl2 H2 a小于b O2+4e-+2H2O4OH- H22e-+2OH-2H2O 燃料电池可以补充电解池消耗的电能；提高产出碱液的浓度；降低能耗例17（09高考）新型锂离子电池在新能源的开发中占有重要地位。可用作节能环保电动汽车的动力电池。磷酸亚铁锂（LiFePO4）是新型锂离子电池的首选电极材料，

27、它的制备方法如下：方法一：将碳酸锂、乙酸亚铁(CH3COO)Fe、磷酸二氢铵按一定比例混合、充分研磨后，在800左右、惰性气体氛围中煅烧制得晶态磷酸亚铁锂，同时生成的乙酸及其它产物均以气体逸出。方法二：将一定浓度的磷酸二氢铵、氯化锂混合溶液作为电解液，以铁棒为阳极，石墨为阴极，电解析出磷酸亚铁锂沉淀。沉淀经过滤、洗涤、干燥，在800左右、惰性气体氛围中煅烧制得晶态磷酸亚铁锂。在锂离子电池中，需要一种有机聚合物作为正负极之间锂离子转移的介质，该有机聚合物的单体之一（用M表示）的结构简式如下：请回答下列问题：（1）上述两种方法制备磷酸亚铁锂的过程都必须在惰性气体氛围中进行。其原因是。（2）在方法一

28、所发生的反应中，除生成磷酸亚铁锂、乙酸外，还有、（填化学式）生成。（3）在方法二中，阳极生成磷酸亚铁锂的电极反应式为： 。（4）写出M与足量氢氧化钠溶液反应的化学方程式： 。（5）已知该锂离子电池在充电过程中，阳极的磷酸亚铁锂生成磷酸铁，则该电池放电时正极的电极反应式为。答案：（1）为了防止亚铁化合物被氧化（2）CO2H2ONH3（3）Fe+H2PO4+Li+2e=LiFePO4+2H+（4）（5）FePO4+Li+e=LiFePO4例18（08高考）食盐是日常生活的必需品，也是重要的化工原料。（1）粗食盐常含有少量K+、Ca2+、Mg2+、Fe3+、SO42等杂质离子，实验室提纯NaCl的流

29、程如下：提供的试剂：饱和Na2CO3溶液、饱和K2CO3溶液、NaOH溶液、BaCl2溶液、Ba(NO3)2溶液、75%乙醇、四氯化碳欲除去溶液I中的Ca2+、Mg2+、Fe3+、SO42离子，选出a所代表的试剂，按滴加顺序依次为_（只填化学式）。洗涤除去NaCl晶体表面附带的少量KCl，选用的试剂为_。（2）用提纯的NaCl配制500 mL 4.00 molL-1 NaCl溶液，所用仪器除药匙、玻璃棒外还有（填仪器名称）。（3）电解饱和食盐水的装置如图所示，若收集的H2为2 L，则同样条件下收集的Cl2（填“”、“=”或“”）2 L，原因是。装置改进后，可用于制备NaOH溶液，若测定溶液中N

30、aOH的浓度，常用的方法是。（4）实验室制备H2和Cl2通常采用下列反应：Zn+H2SO4=ZnSO4+H2；MnO2+4HCl（浓）MnCl2+Cl2+2H2O据此，从下列所给仪器装置中选择制备并收集H2的装置(填代号)和制备并收集干燥、纯净Cl2的装置（填代号）。可选用制备气体的装置：解析：（1）要除去SO42，只有选BaCl2溶液，若选用Ba(NO3)2，会引入新的离子NO3，再选用NaOH溶液除去Mg2和Fe3溶液，最后选用Na2CO3溶液除去Ca2，此处不能选用K2CO3溶液，否则会引入新的K，再用HCl除去过量的CO32。Na2CO3溶液不能加在BaCl2溶液前，否则会引入Ba2。除去NaCl晶体表面的少量的KCl，应选用75%的乙醇，因为CCl4有毒，同时KCl也不会溶解在CCl4中。（3