高考化学-电化学

1、 教师辅导讲义学员编号： 年 级：高三 课 时 数：3课时学员姓名： 辅导科目：化学 学科教师： 授课主题电解池授课日期及时段教学内容 1、 电解原理1. 电解和电解池：使电流通过电解质溶液而在阴、阳两极上引起氧化还原反应的过程叫做电解。把电能转变为化学能的装置叫做电解池或电解槽。2. 电解池的组成：有两个电极插入电解质溶液（或熔融状态的电解质）中。两极连外接直流电源。3. 离子的放电顺序：阴离子失去电子而阳离子得到电子的过程叫放电。电解电解质溶液时，在阴阳两极上首先发生放电反应的离子分别是溶液里最容易放电的阳离子和最容易放电的阴离子。（1）阳极：（还原性强的先放电）惰性电极（Pt、Au、石墨

2、、钛等）时：活泼性金属（Mg-Ag）>S2>I>Br>Cl>OH（水）>最高价含氧酸根>F活性电极时：电极本身溶解放电。（2）阴极：（氧化性强的先放电）无论是惰性电极还是活性电极都不参与电极反应，发生反应的是溶液中的阳离子。阳离子在阴极上的放电顺序是：Ag+>Fe3+>Cu2+>H+（水）>Pb2+>Fe2+> >Na+>Ca 2+ > K+4. 电解规律：（惰性电极）（1）电解电解质：阳离子和阴离子放电能力均强于水电离出H+和OH 。如无氧酸和不活泼金属的无氧酸盐。HCl（aq）阳极（ClOH）

3、2Cl- -2eCl2 阴极（H） 2H2eH2总方程式 2HClH2Cl2CuCl2（aq）阳极（ClOH） 2Cl- -2eCl2 阴极（Cu2H）Cu22eCu总方程式 CuCl2CuCl2（2）电解水：阳离子和阴离子放电能力均弱于水电离出H+和OH 。如含氧酸、强碱、活泼金属的含氧酸盐。 H2SO4（aq）阳极（SO42OH） 4OH- 4e2H2OO2（余下H+）阴极（H）2H2eH2（余下OH-）总方程式2H2O2H2O2 NaOH（aq）阳极（OH） 4OH4e2H2OO2（余下H+）阴极：（NaH）2H2eH2（余下OH-）总方程式2H2O2H2O2Na2SO4（aq）阳极（S

4、O42OH）4OH4e2H2OO2（余下H+）阴极：（NaH） 2H2eH2（余下OH-）总方程式 2H2O2H2O2（3）电解水和电解质：阳离子放电能力强于水电离出H+，阴离子放电能力弱于水电离出OH，如活泼金属的无氧酸盐；阳离子放电能力弱于水电离出H+，阴离子放电能力强于水电离出OH ，如不活泼金属的含氧酸盐。NaCl（aq）阳极（ClOH） 2Cl2eCl2阴极：（NaH）2H2eH2（余下OH-）总方程式2NaCl2H2O2NaOHH2Cl2CuSO4（aq）阳极（SO42OH）4OH4e2H2OO2（余下H+）阴极（Cu2H） Cu22eCu总方程式 2CuSO42H2O 2Cu2H

5、2SO4O2二、电解质溶液电解时（均为惰性电极），pH变化情况，电解液复原所需加入物质及电解类型电解类型电解水型电解质分解型放氢生碱型放氧生酸型电解质类型含氧酸、强碱、活泼金属的含氧酸盐（如NaOH、H2SO4、K2SO4等）无氧酸（除HF外）、不活泼金属的无氧酸盐（氟化物除外）的电解，如HCl、CuCl2等活泼金属的无氧酸盐（氟化物除外）溶液的电解，如NaCl、MgBr2不活泼金属的含氧酸盐溶液的电解，如CuSO4、AgNO3等电极反应阴极：4H+4e=2H2阳极：4OH4e=O2+2H2O阴极：Cu2+2e=Cu阳极：2Cl-2e=Cl2阴极：2H+2e=H2阳极：2Cl-2e=Cl2阴极

6、：2Cu2+4e=Cu阳极：4OH4e=O2+2H2O总反应2H2O2H2+O2CuCl2Cu+Cl22NaCl+2H2O2NaOH+H2+Cl22CuSO4+2H2O2Cu+O2+2H2SO4电解产物阴极产物：H2；阳极产物：O2阴极产物：酸为H2，盐为金属；阳极产物：卤素等非金属单质阴极产物：碱和H2；阳极产物：卤素等非金属单质阴极产物：析出不活泼金属单质；阳极产物是该盐对应的含氧酸和氧气pH变化原来酸性的溶液pH变小，原来碱性的溶液pH变大，强酸（含氧酸）强碱的正盐溶液pH不变。如电解无氧酸溶液pH变大但不会超过7；如为盐溶液的电解则视无氧酸根的情况而定。电解液pH显著变大溶液pH显著变

7、小复原加入H2O加入物质为原溶质加入卤化氢，如电解饱和食盐水，要使电解质溶液复原需加入HCl不活泼金属的氧化物（金属价态与原盐中相同）。如电解CuSO4溶液，复原需加入CuO；若电解了部分水，则加入Cu（OH）2。【教法学法】（1）主要类型： 计算两极产物的质量或是体积；计算反应过程中转移电子的物质的量；计算电解质溶液的pH；计算阿伏伽德罗常数；通过计算推断物质的化学组成。（2）主要方法1）根据电子守恒法计算：用于串联电路、阴阳两极产物、正负两极产物、相同电量等类型的计算。计算依据是电路上转移的电子数相等。2）根据总反应式计算：先写出电极反应式，再求出总反应方程式，最后根据总反应式比例计算。3

8、）根据关系式计算：根据得失电子守恒的关系建立已知量与未知量之间的桥梁，建立计算所需的关系式。专题突破【考点1】原电池的原理 【例1】（2011北京）结合右图判断，下列叙述正确的是( )A和中正极均被保护B和中负极反应均是Fe2e=Fe2+C和中正极反应均是O2+2H2O+4e=4OHD和中分别加入少量K3Fe(CN)6溶液，均有蓝色沉淀【解析】锌比铁活泼，装置中锌作负极，方程式为Zn2e=Zn2。铁作正极，但溶液显中性，所以发生锌的吸氧腐蚀，正极反应是O22H2O4e4OH；铁比铜活泼，装置中铁作负极，负极反应为Fe2eFe2。铜作正极，但溶液显酸性，所以正极是溶液中的氢离子得电子，方程式为2

9、H+2e=H2。因为装置中没有Fe2生成，所以装置中加入少量K3Fe(CN)6溶液时，没有蓝色沉淀产生。综上所叙，只有选项A是正确的。【答案】A【教法学法】考查原电池的原理，涉及正负极的判断、书写电极反应式、电解质溶液组分的变化以及离子检验等知识。本题是钢铁腐蚀的延伸，要求学生从本质上理解原电池的原理。【变式训练】（2011朝阳一模）右图是探究铁发生腐蚀的装置图。发现开始时U型管左端红墨水水柱下降，一段时间后U型管左端红墨水水柱又上升。下列说法不正确的是红墨水pH=3的雨水浸泡过的铁钉A开始时发生的是析氢腐蚀B一段时间后发生的是吸氧腐蚀C两种腐蚀负极的电极反应均为：Fe - 2e- = Fe2

10、+D析氢腐蚀的总反应为：2Fe + O2 + 2H2O = 2Fe(OH)2【解析】：加深对金属的电化学腐蚀的理解，注意题中所给出的条件pH=3及红墨水液面的变化情况。【答案】D【教法学法】考查原电池的原理应用于解析金属的电化学腐蚀。析氢腐蚀过程中正极产物是H2，总反应式为Fe + 2H+ = Fe2+ H2。【变式训练】已知反应Cu(s)2Ag+(aq)=Cu2+(aq)2Ag(s)为一自发进行的氧化还原反应，将其设计成如下图所示原电池。下列说法中正确的是 A电极X是正极，其电极反应为Cu-2e-= Cu2+B银电极质量逐渐减小，Y溶液中c(Ag+)增大C当X电极质量减少0.64g时，电解质

11、溶液中有0.02mol电子转移D外电路中电流计的指针有偏转【解析】根据电池反应知，X为负极，电极材料Cu在此失去电子被氧化，A项错误；银电极作正极，电解质溶液中的Ag+得电子形成Ag附着在极板上质量增加，溶液中的c(Ag+)减小，B项错误；内电路中不会出现电子流动，C项错误；该装置为原电池，所以电流表的指针有偏转，D项正确。【答案】D【考点2】化学电源【例2】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+

12、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【解析】根据所学内容判断反应过程中失电子的是铁所以铁做负极，得电子的是三氧化二镍所以做正极在根据电解质的条件可以得出以下选项答案是否正确【答案】C 【变式训练】2LiAl/FeS电池是一种正在开发的车载电池，该电池中正极的电极反应式为：2LiFeS2eLi2SFe有关该电池的下列中，正确的是ALiAl在电池中作为负极材料，该材料中Li的化合价为1价B该电池的电池反应式为：2LiFeSLi2SFeC负极的电极反应式为Al3eAl3D充电时，

13、阴极发生的电极反应式为：Li2SFe2e=2LiFeS【答案】C【考点3】燃料电池 【例3】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确的是()A该电池能够在高温下工作B电池的负极反应为：C6H12O66H2O24e=6CO224HC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1 mol氧气，理论上能生成标准状况下CO2气体L【解析】A选项：温度过高，不利于微生物的生存；C选项中，原电池工作时，电解质溶液中的阳离子(H)应从负极向正极做定向运动；D选项中，原电池工作的总反应为：C6H12O66O2=6CO26H2O，所以每消耗1 mol O2，就能生成1

14、mol CO2气体。【答案】B【变式训练】（2013大兴一模）下图是一套电化学装置，对其有关说法错误的是A装置A是原电池，装置B是电解池B反应一段时间后，装置B中溶液PH增大Ca口若消耗1mol CH4，d口可产生4mol气体D a口通入C2H6时的电极反应为 C2H6 -14e- + 18OH- = 2CO32- + 12H2O【答案】B【考点4】电解池原理【例4】（2010东城二模） 如图，a、b是石墨电极，通电一段时间后， b极附近溶液显红色。下列说法正确的是AX极是电源负极，Y极是电源正极Ba极的电极反应是2CI-2e-=Cl2C电解过程中CuSO4溶液的pH逐渐增大DPt极上有6.4

15、gCu析出时，b极产生2.24L（标准状况）气体【解析】b极附近溶液先红色，所以b极的电极反应为2H+2e-=H2，则Y极电源负极，X极为电源正极；Pt为电解池阳极，Cu为阴极；a为电解池负极，b为阴极。C项，2CuSO4+2H2O电解2Cu+O2+2H2SO4，所以电解过程中CuSO4溶液的pH逐渐变小。D项，Pt极上发生氧化还原反应不会有Cu析出。【答案】B【变式训练】（2010东城一模）有关右图所示原电池的叙述不正确的是 （ ）A电子沿导线由Cu片流向Ag片B正极的电极反应是Ag+e=AgCCu片上发生氧化反应，Ag片上发生还原反应D用该电池电解饱和食盐水，3.2 g Cu溶解时生成1.

16、12 L Cl2【解析】用该电池电解饱和食盐水，3.2 g Cu溶解时生成转移数为0.05×2NA 生成Cl2的物质的量为0.05mol。但没有说明反应的状态，因此产生气体的体积不一定为1.12 L。【答案】D【考点5】电解池应用【例5】（2010宣武一模）CuI是一种不溶于水的白色固体，它可由反应：2Cu2+4I-=2CuI+I2而得到。 现用铜片、石墨作电极，电解KI溶液制取CuI。为确认反应情况，通电前在溶液中又加入了少量的 酚酞试液和淀粉溶液。电解一段时间后得到白色沉淀，同时阴极区溶液变红，阳极区溶液变蓝。 下列说法正确的是（ ）铜片做阴极，石墨做阳极铜片做阳极，石墨做阴极阳

17、极有氧气生成阴极有氢气生成白色沉淀在阳极附近生成白色沉淀在阴极附近生成阳极区溶液变蓝的原因是2Cu2+4I-4e-=2CuI+I2 碘遇淀粉变蓝阳极区溶液变蓝的原因是4OH-4e-=2H2O+O2O2将I-氧化为I2，碘遇淀粉变蓝A只有B只有C只有D只有【解析】用铜片、石墨作电极，电解KI溶液制取CuI。铜片必须做阳极，才能得到Cu2+,石墨只能做阴极，阳极反应，阴极反应,阳极区变蓝，原因是发生了2Cu2+4I-4e-=2CuI+I2，碘遇淀粉变蓝，同时又生成了白色的CuI。【答案】A【变式训练】（2011北京高考）氯碱工业中电解饱和食盐水的 原理示意图如下图所示：  （1）溶液A的

18、溶质是                 ；（2）电解饱和食盐水的离子方程式是       ；（3）电解时用盐酸控制阳极区溶液的pH在23，用化学平衡移动原理解释盐酸的作用        ；【解析】（1）电解时在电极的作用下，溶液中的阳离子向阴极作定向运动，阴离子向阳极作定向运动，所以电解饱和食盐水时Na和H向

19、阴极运动并放电，但H比Na易得电子，所以H首先放电，方程式为2H+ 2e= H2。由于H是水电离出的，所以随着H的不断放电，就破坏了阴极周围水的电离平衡，OH的浓度就逐渐增大，因此溶液A的溶质是NaOH。由于Cl比OH易失电子，所以在阳极上Cl首先放电，方程式为2Cl2e= Cl2。因此电解饱和食盐水的离子方程式为2Cl+ 2H2O2OH+ H2+ Cl2。（2）见解析（1）  （3）由于阳极上生成氯气，而氯气可溶于水，并发生下列反应Cl2H2OHClHClO，根据平衡移动原理可知增大盐酸的浓度可使平衡向逆反应方向移动，减少氯气在水中的溶解，有利于氯气的溢出。【答案】（1）NaOH（

20、2）2Cl2H2O2OH+ H2+ Cl2（3）氯气与水反应：Cl2 + H2OHCl + HClO，增大HCl的浓度可使平衡逆向移动，减少氯气在水中的溶解，有利于氯气的溢出。 【考点6】综合计算 A 例1：A、B、C三种强电解质，它们在水中电离出的离子如下表所示：阳离子Ag+ Na+阴离子NO3- SO42- Cl- 上图所示装置中，甲、乙、丙三个烧杯依次分别盛放足量的A、B、C三种溶液，电极均为石墨电极。接通电源，经过一端时间后，测得乙中C电极质量增加了27克。常温下各烧杯中溶液的pH与电解时间t的关系图如上。据此回答下列问题：（1）M为电源的_ _极（填写“正”或“负”），甲、乙电解质分

21、别为_ _、_ _（填写化学式）。（2）计算电极f上生成的气体在标准状况下的体积：_ （3）写出乙烧杯的电解池反应_。（4）若电解后甲溶液的体积为25L，则该溶液的pH为_ 。（5）要使丙恢复到原来的状态，应加入_ _ g （填写化学式）【答案】（1）负NaCl AgNO3 （2）14L（3）4AgNO3 + 2H2O4Ag + O2 + 4HNO3 （4）12（5）2.25g H2O五、专题过关【A基础演练】1 （2013顺义一模）一种碳纳米管能够吸附氢气，做二次电池（如下图所示）的碳电极。该电池的电解质为6 mol/L KOH溶液，下列说法中正确的是（ ） 第11题图 第12题图A充电时阴

22、极发生氧化反应B充电时将碳电极与电源的正极相连C放电时碳电极反应为：H22e-2H+D放电时镍电极反应为：NiOOHH2Oe-Ni(OH)2OH-【答案】 D 2.（2013怀柔一模）Cu2O是一种半导体材料，基于绿色化学理念设计的制取.Cu2O的电解池示意图如下，电解总反应：2Cu+H2O=Cu2O+H2下列说法正确的是A.石墨电极上产生氢气 B.铜电极发生还原反应C.铜电极接直流电源的负极D.当有0.1mol电子转移时，有0.1molCu2O生成。【答案】A放电充电3.（2013东城高三联考）Li-SO2电池具有输出功率高和低温性能好等特点。其电解质是LiBr，溶剂是碳酸丙烯酯和乙腈，电池

23、反应为2Li + 2SO2 Li2S2O4。下列说法正确的是（ ）A该电池反应为可逆反应B放电时，Li+ 向负极移动C充电时，阴极反应式为Li+ + eLiD该电池的电解质溶液可以换成LiBr的水溶液【答案】C【B能力提升】1.（2013西城一模）工业上用硫碘开路循环联产氢气和硫酸的工艺流程如下图所示：请回答下列问题：（1）在反应器中发生反应的化学方程式是_。（2）在膜反应器中发生反应：2HI(g)H2(g)I2(g) H>0。若在一定条件密闭容器中加入1 mol HI(g)，n(H2)随时间(t)的变化关系如下图所示： 该温度下，反应平衡常数K_，若升高温度，K值将_（填“增大”、“减

24、小”或“不变”）。 用化学平衡原理解释使用膜反应器及时分离出H2的目的是_。（3）电渗析装置如下图所示： 结合电极反应式解释阴极区HIx转化为HI的原理是_。 该装置中发生的总反应的化学方程式是_。（4）上述工艺流程中循环利用的物质是_。【答案】（1）SO2 + x I2 + 2H2O = H2SO4 + 2HIX（2）1/64 增大 及时分离出H2，使平衡正向移动，提高HI的分解率。电解（3）在阴极区发生反应：Ix +（x-1）e = xI，且阳极区的H+通过交换膜进入阴极区，得以生成HI溶液。 2HIx=（x-1）I2 + 2HI（4）I22.（2013朝阳一模）工业上常以赤铁矿石（主要成

25、分为Fe2O3）和焦炭为主要原料，在高温下炼铁。焦炭产生CO的反应是：高温 C+ O2= CO2 C+ CO2 2CO （1）CO还原赤铁矿的化学方程式是 。 （2）下列说法正确的是 。a. 为使赤铁矿石充分燃烧，需将其粉碎 b. 足量的空气能提高炼铁反应速率c. 与生铁相比较，纯铁转化为“铁水”的温度低（3）生铁的用途很多，某电镀厂用生铁将废水中的Cr2O72-转化为Cr3+，流程图如下： 气体A是 。 在上述酸性溶液中，生铁比纯铁产生Fe2+的速率快，原因是 。 将Cr3+转化为Cr(OH)3的离子方程式是_。（4）电解法将一定浓度的酸性废水中的Cr2O72-转化为Cr3+，其原理示意图如

26、下： 阳极附近溶液中Cr2O72-转化为Cr3+的离子方程式是 。 一段时间后，试管底部出现沉淀。解释生成沉淀的原因： 。【答案】（1）Fe2O3 +3CO 高温 2Fe + 3CO2 （2分）（2）a b（1分）（3） H2 （1分） 生铁中含有C，在硫酸溶液中形成无数微小原电池，加快反应速率（2分） 2Cr3+ + 3Ca(OH)2 = 2Cr(OH)3 +3Ca2+（2分）（4） 6Fe2+ +Cr2O72- + 14H+ = 6Fe3+ +2Cr3+ + 7H2O （2分） 随着电解进行，溶液中c(H+) 逐渐减少，c(OH- )浓度增大，生成Fe(OH)3和Cr(OH)3沉淀（2分）

27、【C 综合拓展】1（2013门头沟一模）工业上用电解饱和NaCl溶液的方法来制取NaOH、Cl2和H2，并以它们为原料生产一系列化工产品，称为氯碱工业。（1）NaCl的电子式是 。（2）若采用无隔膜法电解冷的食盐水时，Cl2会与NaOH充分接触，导致产物仅是NaClO和H2。无隔膜法电解冷的食盐水相应的离子方程式为 。（3）氯碱工业耗能高，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，所用的离子膜都只允许阳离子通过。经精制的饱和NaCl溶液应从图中电解池的 （填写“左” 或“右”）池注入。图中X是_（填化学式）；图示中氢氧化钠溶液质量分数a与b的关系是 （填字母）。 A. a%=b% B. a%b% C. a%b%上述设计的主要优点有（写出一个方面）_。（4）氯碱工业的产物NaOH与不同物质反应可以生成不同的盐。已知常温下，浓度均为0.1 mol/L的4种钠盐溶液pH如下表：溶质Na2CO3NaHCO3NaClONaHSO3pH11.69.710.35.2 下列说法中，不正确的是 （填字母）a向氯水中加入NaHCO3，可以增大氯水中次氯酸的浓度 b四种溶液中，水的电离程度最大的是