精讲册第八章　化学反应与电能

第八章化学反应与电能高考化学新高考适用目录第1节原电池原理及其应用

考点清单

即练即清第2节电解原理及其应用

考点清单

即练即清第3节金属的腐蚀与防护

考点清单

即练即清考法突破13电极反应式的书写

即练即清考法突破14新型电化学装置分析及相关计算

即练即清考法突破15离子交换膜在电化学中的应用

即练即清考情清单节考题示例考情分析1.原电池原理及其应用(2024福建T9)(2024湖南T1)(2024北京T3)(2024新课标T12)(2024安徽T11)(2024全国甲T12)(2024江西T11)(2024河北T13)(2023山东T11)(2023河北T13)(2023海南T8)(2022广东T16)(2022福建T9)(2022湖南T8)本章内容为高考必考内容,主要以选择题为主,有时在非选择题中也有涉及。近几年考查形式逐渐从无膜向有膜方向发展,电解质从无机化合物向有机化合物方向发展,从离子交换膜向协同反应方向发展,从单一模块向多模块融合方向发展,从无机合成向有机合成发展,考查形式大多数

为装置图+文字叙述,需要分析装置图中电池类型,再进行解答,复习备考时要熟练掌握课本中各种电池的原理2.电解原理及其应用(2024湖南T10)(2024贵州T11)(2024海南T13)(2024T7)(2024广西T9)(2024重庆T9)(2024山东T13)(2024黑、吉、辽T12)(2024湖北T14)(2024广东T16)(2023重庆T12)(2023辽宁T11)(2023广东T16)(2023湖北T10)(2023广东T13)(2023浙江6月T13)(2023浙江1月T11)(2022海南T9)(2022重庆T12)(2022河北T12)(2022广东T10)3.金属的腐蚀与防护(2024广东T5)(2024浙江6月T13)(2024浙江1月T13)第1节原电池原理及其应用一、原电池的工作原理1.原电池:将化学能转化为电能的装置。2.本质:发生了氧化还原反应。3.原电池的构成条件反应能自发进行的氧化还原反应电极一般为活泼性不同的两个电极(燃料电池的两个电极可以相同)介质电解质溶液、熔融电解质、某种离子导体等闭合回路两电极直接或间接接触,插入介质中4.原电池的工作原理(以锌铜原电池为例)注意盐桥的作用:①盐桥中离子定向某著名企业构成了电流通路;②使由它连接的两溶液保

持电中性;③使相互反应的物质不接触。另外注意电子只能沿着导线传递,不能进入溶液。5.原电池正、负极的判断依据注意太阳能电池不属于原电池。太阳能电池是将太阳能转化为电能的装置,原电池

是将化学能转化为电能的装置。二、化学电源的分类及工作原理1.一次电池(也叫干电池)(1)特点:放电后不可再充电,只能使用一次;电解质溶液制成胶状,不流动。(2)常见类型:普通锌锰电池、碱性锌锰电池、锌银电池等。(3)碱性锌锰电池的基本构造如下图:负极反应Zn+2OH--2e-

Zn(OH)2正极反应MnO2+H2O+e-

MnO(OH)+OH-电解质KOH总反应Zn+2MnO2+2H2O

2MnO(OH)+Zn(OH)2性能比能量和可储存时间比普通锌锰电池均提高2.二次电池(又称可充电电池或蓄电池)(1)特点:放电后可以再充电而反复使用的电池。(2)常见类型:铅酸蓄电池、镍氢电池、锂离子电池等。(3)铅酸蓄电池:由两组栅状极板交替排列而成,正极板上覆盖有PbO2,负极板上覆盖有

Pb,稀硫酸作电解质溶液,其基本构造如图所示。放电反应负极Pb+S

-2e-

PbSO4正极PbO2+S

+4H++2e-

PbSO4+2H2O充电反应阴极PbSO4+2e-

Pb+S

阳极PbSO4+2H2O-2e-

PbO2+4H++S

总反应Pb+PbO2+2H2SO4

2PbSO4+2H2O注意PbSO4是一种不溶物,书写电极方程式或离子方程式时不能拆为离子形式。(4)锂离子电池放电反应负极LixCy-xe-

xLi++Cy[嵌锂石墨(LixCy)]正极Li1-xCoO2+xLi++xe-

LiCoO2[钴酸锂(LiCoO2)]充电反应阴极xLi++Cy+xe-

LixCy阳极LiCoO2-xe-

Li1-xCoO2+xLi+电解质溶液LiPF6的碳酸酯溶液(无水)装置示意图

反应过程放电时,Li-e-→Li+,Li+从石墨中脱嵌移向正极,嵌入钴酸锂晶体中。充电时,Li+从钴酸锂晶体中脱嵌,由正极回到负极,转化为Li嵌入石墨中总反应LixCy+Li1-xCoO2

LiCoO2+Cy3.燃料电池可连续将燃料和氧化剂的化学能直接转化为电能的化学电源。如氢氧燃料电池,其电

解质溶液可以呈酸性,也可以呈碱性。种类酸性碱性负极反应式H2-2e-

2H+H2+2OH--2e-

2H2O正极反应式O2+4e-+4H+

2H2OO2+2H2O+4e-

4OH-

电池总反应式2H2+O2

2H2O备注燃料电池的电极不参与反应,有很强的催化活性注意判断一种电池的优劣,主要看这种电池单位质量或单位体积所能输出电能的多

少(比能量)或者输出功率的大小(比功率),以及电池可储存时间的长短。4.学生必做实验:制作简单的燃料电池实验用品U形管、石墨棒(石墨棒使用前应该经过烘干活化处理),3~6V的直流电源、鳄鱼夹、导线和开关、电流表(或发光二极管、音乐盒等);1mol/LNa2SO4溶液、酚酞溶液实验装置及实验原理

①电解水。阴极:2H2O+2e-

H2↑+2OH-;阳极:2H2O-4e-

O2↑+4H+②氢氧燃料电池。负极:H2-2e-

2H+;正极:O2+4H++4e-

2H2O实验步骤①电解水:在U形管中注入1mol/LNa2SO4溶液,然后向其中滴加1~2滴酚酞溶液。在U形管的两边分别插入一根石墨棒,并用鳄鱼夹、导线连接直流电源。闭合K1,接通直流电源开始电解,观察现象②制作一个氢氧燃料电池:当电解水进行1~2min后,打开K1,断开直流电源。将两根石墨棒用导线分别与电流表(或发光二极管、音乐盒等)相连,闭合K2,观察现象实验现象①阳极产生气泡,阴极产生气泡,阴极附近的溶液变红②电流表指针偏转命题方向在选择题中考查燃料电池工作原理、正负极判断;

以装置图为情境,考查原电池和电解池的区别等注意石墨棒使用前经过烘干活化处理(可将石墨棒置于高上灼烧至红热状态,

再投入冷水中)目的是使石墨棒的表面变得粗糙多孔,从而在电解过程中能吸附更多的

气体,形成燃料电池时实验效果会更明显。

三、原电池原理的应用1.设计制作化学电源注意原电池供电时发生了氧化还原反应,其中氧化反应在负极进行,还原反应在正极

进行,氧化反应和还原反应均可看成“半反应”。2.加快化学反应速率一个自发进行的氧化还原反应,形成原电池时会使反应速率增大。如在Zn与稀硫酸反

应时加入少量CuSO4溶液可构成原电池,可使反应速率增大。3.比较金属的活动性强弱原电池中,一般活动性强的金属作负极,而活动性弱的金属(或非金属导体)作正极。4.用于金属的防护使需要保护的金属制品作原电池正极。如要保护铁质输水管道或钢铁桥梁,可用导线将其与一块锌块相连,使锌块作原电池的负极。1.某原电池装置图如图所示,下列有关说法错误的是

(

)A.电子流向为Fe→导线→Cu→盐桥B.盐桥中的阳离子移向CuSO4溶液C.左烧杯中加入硫氰化钾(K)溶液,溶液不会变红即练即清D.电池的总反应为Fe+Cu2+

Fe2++CuA解析

观察题图可知Fe-Cu原电池中,Fe作负极发生氧化反应,Cu作正极发生还原反应。根据

电解质溶液的性质,可知总反应为Fe+Cu2+

Fe2++Cu。原电池工作时,阳离子移向正极,则盐桥中的阳离子移向CuSO4溶液。原电池反应中未生成Fe3+,则加入K溶液,溶

液不会变红。故选A。2.(2023海南,8,2分)利用金属Al、海水及其中的溶解氧可组成电池,如图所示。下列说

法正确的是

(

)A.b电极为电池正极B.电池工作时,海水中的Na+向a电极某著名企业C.电池工作时,紧邻a电极区域的海水呈强碱性D.每消耗1kgAl,电池最多向外提供37mol电子的电量A解析

该装置为原电池,铝为活泼金属,作负极;石墨(b电极)作正极,A正确。原电池工作时,Na+

向正极(b电极)某著名企业,B错误。电池工作时,a电极反应式为Al-3e-

Al3+,Al3+水解使电极a附近海水呈酸性,C错误。放电过程中Al→Al3+,每消耗1kg即

molAl,电池最多向外提供电子的电量为

mol×3=

mol,D错误。3.(2022湖南,8,3分)海水电池在海洋能源领域备受关注,一种锂—海水电池构造示意图

如下。下列说法错误的是

(

)A.海水起电解质溶液作用B.N极仅发生的电极反应:2H2O+2e-

2OH-+H2↑C.玻璃陶瓷具有传导离子和防水的功能D.该锂—海水电池属于一次电池B解析

海水能导电,故起电解质溶液的作用,A正确。锂为活泼金属,作负极;N极为电池正极,除

了H2O,海水中溶解的O2也可能得电子,电极反应为O2+4e-+2H2O

4OH-,B错误。玻璃陶瓷的作用:一是传导离子,形成闭合回路;二是防水,阻止Li与H2O反应,C正确。根据电

池结构可知该电池属于一次电池,D正确。4.(2024北京东城二模,9)用图1所示的原电池装置进行实验,闭合K后用灵敏电流计测得

电流随时间的变化如图2所示。t>t1时,Mg表面有气泡产生,Al质量减小。图1图2下列分析不正确的是

(

)A.t<t1,Mg为负极B.t>t1,Mg上产生的气体为H2C.t>t1,负极反应:Al-3e-+3OH-

Al(OH)3D.实验过程中,正极均有OH-生成C解析

由图2知,电流方向在t1时发生转变。根据题干信息,t>t1时,Mg表面有气泡产生,Al质量减

小,可推知,t>t1时Al作负极,则t<t1时Mg作负极,A正确。t>t1时,Mg作正极,表面有气泡产

生,电极反应式为2H2O+2e-

H2↑+2OH-;Al作负极,电解质溶液为NaOH溶液,则电极反应式为Al+4OH--3e-

[Al(OH)4]-,B正确、C错误。实验过程中,正极均为H2O得电子生成H2,故均有OH-生成,D正确。Cu-2e-

Cu2+5.FeCl3溶液常用于腐蚀印刷电路铜板,反应过程的离子方程式为2Fe3++Cu

2Fe2++Cu2+。若将此反应设计成原电池,负极上发生的反应为

,正

极上发生的反应为

。画出设计的装置图(标出电解质溶液和电

子的流向)Fe3++e-

Fe2+解析根据所给的离子方程式可得在反应中Cu发生氧化反应,Fe3+发生还原反应,则设

计成原电池时,Cu为负极,Fe3+在正极得电子发生还原反应,石墨(C)电极作正极。第2节电解原理及其应用一、电解池的构成及工作原理1.电解池:将电能转化为化学能的装置。2.电解池的构成(1)与直流电源相连的两个电极。(2)电解质溶液(或熔融电解质)。(3)形成闭合回路。3.电解池工作原理注意①电势的高低:在原电池中,正极电势高于负极;在电解池中,阳极电势高于阴

极。②电化学中规定:发生氧化反应的为阳极,发生还原反应的为阴极。4.电解池中阴、阳极的判断方法二、用惰性电极电解电解质溶液的类型类型实例电解物质电解质溶液的变化pH变化使电解质溶液复原的方法电解水型NaOH溶液水浓度增大(饱和溶液除外)增大加水H2SO4溶液减小K2SO4溶液不变电解电解质型盐酸

电解质浓度减小增大加氯化氢CuCl2溶液浓度减小—加氯化铜放H2生碱型NaCl溶液电解质和水生成新电解质增大加氯化氢放O2生酸型CuSO4溶液生成新电解质减小加氧化铜三、电解池中阴极、阳极放电顺序1.阴极(与电极材料无关),氧化性强的先放电,放电顺序如下:

2.阳极(1)活性电极:电极材料失电子,M-ne-

Mn+。(2)惰性电极:阴离子失电子,一般情况下放电顺序为S2->I->Br->Cl->OH->含氧酸根>F-。四、电解原理的应用1.氯碱工业:电解饱和食盐水的工业生产

阳极:2Cl--2e-

Cl2↑阴极:2H2O+2e-

H2↑+2OH-总反应:2Cl-+2H2O

2OH-+Cl2↑+H2↑交换膜:阳离子交换膜,只允子通过,能阻止阴离子和气体通过。2.电镀铜和电解精炼铜

电镀铜(Fe上镀Cu)电解精炼铜装置

阳极电极材料镀层金属铜粗铜(含Zn、Fe、Ni、Ag、Au等杂质)电极反应Cu-2e-

Cu2+Zn-2e-

Zn2+、Fe-2e-

Fe2+、Ni-2e-

Ni2+、Cu-2e-

Cu2+等阴极电极材料待镀金属铁纯铜电极反应Cu2++2e-

Cu电解质溶液含Cu2+的盐溶液电解质溶液浓度不变变小注意电解精炼铜时,粗铜中的Ag、Au等不反应,沉积在电解槽底部形成阳极泥。3.学生必做实验:简单的电镀实验实验用品铁制镀件、铜片、电镀液(以CuSO4溶液为主配制)、1mol/LNaOH溶液、20%盐酸、蒸馏水;烧杯、砂纸、导线、2~3V的直流电源、电流表实验原理铜片作阳极:Cu-2e-

Cu2+;铁制镀件作阴极:Cu2++2e-

Cu实验步骤1.用砂纸把铁制镀件打磨干净,放入1mol/LNaOH溶液中除去油污,然后用蒸馏水洗净。再放入20%盐酸中除锈,几分钟后取出,并用蒸馏水(洗去残留的酸液)洗净。2.把铁制镀件与2~3V的直流电源的负极相连,铜片与直流电源的正极相连(如图)。将两极平行浸入电镀液中,两极间距约5cm,5~10min后取出,观察镀件表面发生的变化实验现象通电一段时间可观察到铜片逐渐溶解变薄;铁片表面覆盖一层红色物质实验结论通过电解原理可以在金属表面镀上其他金属命题方向电镀原理、放电顺序的考查注意

①在CuSO4溶液中加入一些氨水,制成铜氨溶液,可使镀层光亮。②向CuSO4溶

液中边搅拌边滴加浓氨水,至溶液变为深蓝色铜氨溶液,此时放入洗净的新铁钉,几秒钟

后取出,没有铜析出,表明所配溶液中溶质的浓度适宜。4.电冶金

总反应方程式阳极、阴极反应式冶炼钠2NaCl(熔融)

2Na+Cl2↑阳极:2Cl--2e-

Cl2↑阴极:Na++e-

Na冶炼镁MgCl2(熔融)

Mg+Cl2↑阳极:2Cl--2e-

Cl2↑阴极:Mg2++2e-

Mg冶炼铝2Al2O3(熔融)

4Al+3O2↑阳极:2

-4e-

O2↑阴极:Al3++3e-

Al注意①不用AlCl3冶炼铝的原因:AlCl3为共价化合物,熔融状态下不导电。②冰晶石

的作用:作助熔剂,节能。知识拓展多池串联装置属性的判断①有外接电源的全部是电解池,如下图。

②无明显外接电源的一般只有1个原电池,其余都是电解池,如下图,发生自发氧化还原反应的A池为原电池,其余的为电解池。

③串联电路中,每个电极转移的电子数都相等。1.用如图所示装置(X、Y是直流电源的两极)分别进行下列各组实验,则下表中各项所

列对应关系均正确的一组是

(

)

即练即清选项X极实验前U形管中液体通电后现象及结论A正极Na2SO4溶液U形管两端滴入酚酞后,a

管中呈红色B正极AgNO3溶液b管中电极反应式是4OH

--4e-

O2↑+2H2OC负极CuCl2溶液b管中有气体逸出D负极NaOH溶液溶液pH降低C解析

A项,电解Na2SO4溶液时,阳极上H2O失电子发生氧化反应,生成H+和O2,溶液酸性增强,a

管中酚酞不变色,呈无色,错误;B项,电解AgNO3溶液时,阴极上Ag+得电子,即b管中电极

反应式是Ag++e-

Ag,错误;C项,电解CuCl2溶液时,阳极上Cl-失电子,发生氧化反应,即b管中Cl-放电,产生Cl2,正确;D项,电解NaOH溶液实质是电解水,导致NaOH溶液的浓度

增大,碱性增强,pH升高,错误。2.下图为电解装置示意图。下列电解目的不能实现的是

(

)选项电极材料电解质溶液电解目的Aa.碳棒,b.碳棒饱和食盐水制取Cl2、NaOH和H2Ba.铜,b.铁CuSO4溶液铁上镀铜Ca.粗铜,b.纯铜CuSO4溶液电解精炼铜Da.铁,b.碳棒Na2SO4稀溶液制取少量O2和H2注:表中的粗铜中含有锌、铁、镍、金、铂等杂质。D解析

该装置为电解池,a极为阳极,b极为阴极。两极均以碳棒为电极,电解饱和食盐水时,Cl-

在阳极放电生成Cl2,H2O在阴极放电生成OH-和H2,A能实现。Cu为镀层金属,作阳极;Fe

为镀件,作阴极,电解质溶液为CuSO4溶液,B能实现。电解精炼铜时,粗铜作阳极,纯铜作

阴极,电解质溶液为CuSO4溶液,C能实现。若活性金属Fe作阳极,则Fe失电子生成Fe2+,

无法得到O2,D不能实现。3.(2023广东,13,4分)利用活性石墨电极电解饱和食盐水,进行如图所示实验。闭合K1,

一段时间后

(

)A.U形管两侧均有气泡冒出,分别是Cl2和O2C.b处出现蓝色,说明还原性:Cl->I-B.a处布条褪色,说明Cl2具有漂白性D.断开K1,立刻闭合K2,电流表发生偏转D解析

A项,电解饱和食盐水的装置中,左侧是阳极,右侧是阴极,Cl-在阳极失去电子生成Cl2,H2

O在阴极得到电子生成H2,错误。B项,Cl2本身不具有漂白性,Cl2与H2O反应生成的HClO

具有漂白性,使a处布条褪色,错误。C项,b处发生反应Cl2+2I-

I2+2Cl-,还原剂为I-,还原产物为Cl-,则还原性:I->Cl-,错误。D项,断开K1后立刻闭合K2,题图中最右侧装置形成

H2和Cl2的燃料电池,有电流产生,使电流表指针发生偏转,正确。第3节金属的腐蚀与防护一、金属的腐蚀1.金属腐蚀的本质:金属原子失去电子变成金属阳离子,金属单质发生氧化反应。2.金属腐蚀的类型(1)化学腐蚀与电化学腐蚀类型化学腐蚀电化学腐蚀条件金属与其表面接触的一些物质

(如O2、Cl、SO2等)直接反应而引

起的腐蚀不纯的金属与电解质溶液接触发

生原电池反应,比较活泼的金属

发生氧化反应而被腐蚀本质M-ne-

Mn+现象金属被腐蚀较活泼的金属被腐蚀区别无电流产生有微弱电流产生电化学腐蚀比化学腐蚀普遍得多,腐蚀速率更快,危害也更严重(2)钢铁的析氢腐蚀与吸氧腐蚀类型析氢腐蚀吸氧腐蚀条件水膜酸性较强水膜酸性很弱或呈中性电极反应负极Fe-2e-

Fe2+正极2H++2e-

H2↑O2+2H2O+4e-

4OH-总反应式Fe+2H+

Fe2++H2↑2Fe+O2+2H2O

2Fe(OH)2吸氧腐蚀更普遍3.金属腐蚀快慢的影响因素及判断原则(1)对同一电解质溶液来说,腐蚀速率的快慢:电解原理引起的腐蚀>原电池原理引起的

腐蚀>化学腐蚀>有防腐措施的腐蚀。(2)对同一金属来说,在相同浓度的不同溶液中腐蚀速率的快慢:强电解质溶液中>弱电

解质溶液中>非电解质溶液中。(3)活动性不同的两种金属,活动性差别越大,活动性强的金属腐蚀速率越快。(4)一般来说,对同一种电解质溶液来说,电解质溶液浓度越大,金属腐蚀速率越快。注意常,Fe、Al遇浓HNO3、浓H2SO4发生钝化。二、金属的防护1.考虑因素:从金属、与金属接触的物质及两者反应的条件等方面来考虑。2.金属防护的方法1.(2025届广东棠下中学9月月考,5)在生产、生活中金属腐蚀所带来的损失非常严重,

下列有关金属腐蚀与防护的说法正确的是

(

)A.生铁浸泡在食盐水中会发生析氢腐蚀B.钢铁发生吸氧腐蚀的正极的电极反应式为O2+4e-+2H2O

4OH-C.在轮船的底部镶嵌不的铜块,可以提高船体的使用寿命,利用了牺牲阳极法D.将钢铁闸门与电源正极相连的防腐措施属于外加电流法即练即清B解析

食盐水显中性,在中性溶液中生铁吸氧腐蚀,A错误;钢铁发生吸氧腐蚀的正极反

应式为O2+4e-+2H2O

4OH-,B正确;Fe比Cu活泼,构成原电池时,Fe作负极,加快船体腐蚀,C错误;钢铁闸门应与电源负极相连,D错误。2.下列说法中,不正确的是

(

)ABCD

钢铁表面水膜的酸性很弱,发生吸氧腐蚀钢铁表面水膜的酸性较强,发生析氢腐蚀锌板需定期更换钢闸门作为阳极而受到保护D解析

钢铁表面水膜的酸性很弱或呈中性时,发生吸氧腐蚀;钢铁表面水膜的酸性较强时,发生

析氢腐蚀,A、B正确。钢闸门与锌板相连时,形成原电池,锌板作负极,发生氧化反应被

腐蚀,不断被消耗需定期更换,C正确。钢闸门应连接直流电源的负极,作电解池的阴极

而受到保护,D错误。3.把锌片和铁片放在盛有食盐水和酚酞试液混合溶液的玻璃皿中(如图所示),放置在空

气中,经一段时间后,容到溶液变红的区域是

(

)

A.Ⅰ和Ⅲ附近B.Ⅰ和Ⅳ附近C.Ⅱ和Ⅲ附近D.Ⅱ和Ⅳ附近B解析

左图中有电源,为电解池,在电解池中阳极发生氧化反应,电极反应为Fe-2e-

Fe2+;阴极电极反应为2H2O+2e-

2OH-+H2↑,则Ⅰ附近溶液变红。右图为原电池,在原电池中活泼性相对强的金属作负极,发生氧化反应,负极反应为Zn-2e-

Zn2+,正极反应为O2+4e-+2H2O

4OH-,则Ⅳ附近溶液变红。综上可知选B。考法突破13电极反应式的书写一、原电池中电极反应式的书写方法1.一般电极反应式的书写注意①物质得、失电子后在不同介质中的存在形式不同,书写电极反应式时必须考虑介质环境。如碱性溶液中不可能有CO2、H+生成,酸性溶液中不可能有NH3、OH-生成。②将正、负两极反应式相加得到总反应式时,应先调整化学计量数,使两式中得、失电

子数目相等,再将两式相加。2.燃料电池电极反应式的书写(1)写出总反应式:与燃料的燃烧反应一致,若产物能和电解质反应,以最终生成的物质

为准。(2)写出正极反应式:正极上O2发生还原反应,在不同环境中的电极反应如下。①酸性:O2+4H++4e-

2H2O②碱性:O2+2H2O+4e-

4OH-③熔融氧化物:O2+4e-

2O2-④熔融碳酸盐:O2+2CO2+4e-

2C

(3)负极反应式的书写

注意①若为碱性燃料电池,CO2会与OH-反应生成C

,此时产物应写成C

。②对于熔融氧化物或熔融碳酸盐燃料电池,配电荷守恒时应使用O2-或C

。③负极反应式也可用总反应式减去正极反应式(消去O2)得到。3.可充电电池(二次电池)电极反应式的书写例如,铅酸蓄电池放电时的总反应为Pb+PbO2+2H2SO4

2PbSO4+2H2O,负极反应为Pb-2e-+S

PbSO4,其逆过程即为充电时的阴极反应:PbSO4+2e-

Pb+S

。将放电时的总反应减去负极反应即得正极反应:PbO2+4H++S

+2e-

PbSO4+2H2O,其逆过程即为充电时的阳极反应:PbSO4+2H2O-2e-

PbO2+4H++S

。解题技巧

书写电极反应式时,若反应物或生成物较为复杂,转移电子数难以计算,在写出反应

物与生成物后,可先配原子守恒,再根据电荷守恒确定转移电子数。二、电解池中电极反应式的书写方法例如,用惰性电极电解CuSO4溶液,溶液中存在的离子有Cu2+、S

、H+、OH-,根据放电顺序,OH-在阳极失电子,Cu2+在阴极得电子,故阳极反应式为2H2O-4e-

4H++O2↑(此溶液中OH-来自H2O的电离,故写成H2O失电子),阴极反应式为Cu2++2e-

Cu,相加(阳极式+阴极式×2)得电解总反应式:2Cu2++2H2O

2Cu+O2↑+4H+。注意若是新情境中的电极反应式,则按照“一般电极反应式的书写”方法进行书

写。即练即清典例

(2023全国甲,12,6分)用可再生能源电还原CO2时,采用高浓度的K+抑制酸性电解

液中的析氢反应能提高多碳产物(乙烯、乙醇等)的生成率,装置如下图所示。下列说

法正确的是

(

)CA.析氢反应发生在IrOx-Ti电极上B.Cl-从Cu电极迁移到IrOx-Ti电极C.阴极发生的反应有:2CO2+12H++12e-

C2H4+4H2OD.每转移1mol电子,阳极生成11.2L气体(标准状况)解析

根据题干信息可得抑制析氢反应可以提高多碳产物的生成率,可知析氢反应与生成多

碳产物的反应在同一电极(Cu电极)上发生(或根据析氢反应的电极反应式2H++2e-

H2↑可知其发生在阴极即Cu电极上),A错误。Cu电极为阴极,IrOx-Ti电极为阳极,阴离子向阳极某著名企业,但是存在质子交换膜,则Cl-无法某著名企业到IrOx-Ti电极,应当是阳极区的H+穿过质子交换膜移向阴极,B错误。由题图可知,阴极上CO2得到电子被还原为C2H4、C2H5OH等,对于2CO2→C2H4,碳元素化合价由+4降至-2,补上电子:2CO2+12e-→C2H4;根据电荷守恒且溶液呈酸性(H+跨膜迁移),补上H+:2CO2+12H++12e-→C2H4;再根据原子守恒补上H2O,可得电极反应式为2CO2+12H++12e-

C2H4+4H2O,C正确。阳极反应为2H2O-4e-

O2↑+4H+,每转移1mol电子,阳极生成0.25mol氧气,即生成标准状况下5.6L氧气,D错误。变式1

(同涉及CO2的利用,变考查角度:电解池放电顺序)(20某省市联考广西卷,10)利

用如图电化学装置,可实现

对CO2的固定。下列说法错误的是

(

)

DA.Cl

向b电极某著名企业B.a电极的电极反应式为

+CO2+2e-

+F-C.电解过程中有H+生成D.b电极的Pt用Cu代替后总反应不变解析

由题图可知,a电极表面发生得电子的反应,故a电极为阴极,则b电极为阳极。Cl

为阴离子,向阳极(b电极)某著名企业,A正确。由题图中a电极表面的物质变化,可写出相应的电极

反应式,B正确。b电极上发生的反应为2H2O-4e-

O2↑+4H+,C正确。若b电极的Pt用Cu代替,由于Cu为活性电极,故b电极上的反应变为Cu-2e-

Cu2+,则总反应会发生变化,D错误。变式2

(同涉及CO2的利用,变考查角度:复合膜间离子某著名企业方向分析)(2024T8第二次联

考,19节选)我国科学家研发的水系可逆Zn-CO2电池可吸收利用CO2,将两组阴离子、阳

离子复合膜反向放置分隔两室电解质溶液,充、放电时,复合膜间的H2O解离成H+和OH-,工作原理如图所示。请写出放电时正极的电极反应式:

。CO2+2H++2e-

HCOOH解析由题图可知,H+可透过a膜,OH-可透过b膜,故a膜为阳离子交换膜,b膜为阴离子交换膜。Zn为活泼金属,故放电时Zn为负极,则多孔Pd纳米片为正极,CO2在正极表面得电子转化为HCOOH,由电流方向可知复合膜间的H+向正极某著名企业,故正极的电极反应式为CO2+2H++2e-

HCOOH。考法突破14新型电化学装置分析及相关计算一、突破新型电化学装置的四个步骤二、常见新型电化学装置1.锂电池:锂电池是一类由金属锂或锂合金为负极材料、使用非水电解质溶液的电

池。放电时Li失去电子被氧化为Li+,负极反应式为Li-e-

Li+,负极生成的Li+定向移动到正极。例如:2.锂离子电池:基于“嵌入/脱嵌”反应原理,在两极形成的电压的驱动下,Li+可以向电

极材料提供的“空间”中“嵌入”或“脱嵌”。负极材料多采用石墨,电池充电时阴极反应式一般为6C+xLi++xe-

LixC6;放电时负极反应是充电时阴极反应的逆过程:LixC6-xe-

6C+xLi+。正极材料一般为含Li+的化合物,常用正极材料有LiFePO4、LiCoO2、LiMn2O4等。3.金属—空气电池:金属—空气电池是指以金属(铝、镁、锌等)为负极,以空气中的氧

气或纯氧为正极反应物的一类电池。电解质溶液一般采用碱性电解质水溶液,当采用

更活泼的钾、钠、钙等作负极时,因为它们可以和水反应,需采用非水的有机介质作为

电解质溶液中的溶剂。负极:M-ne-

Mn+正极:O2+2H2O+4e-

4OH-

注意负极生成的金属阳离子可能与电解质溶液发生进一步反应,例如Al3+能与OH-反

应。4.有机物、高分子电池:有机物参与的二次电池通常与一些氧化态—还原态互变的特

定官能团有关,在有机反应中,失去H或者加入O为失电子的氧化反应,加入H或者失去O

为得电子的还原反应。醌—酚互变反应:2H++

醛—羧酸互变反应:H2O+

+2H+

注意①对于高分子链节中发生的氧化/还原反应,计算转移电子数时需要乘以聚合

度。②有机物发生氧化/还原反应时,除了根据碳元素的化合价变化来确定得、失电子的数

目外,还可根据得、失氢/氧原子的数目来确定得、失电子的数目。1个氢原子对应1个

电子,1个氧原子对应2个电子。例如某电极上CH3CH2OH→CH3COOH,该转化过程中1

个CH3CH2OH失去2个氢原子并得到1个氧原子,发生氧化反应,故1个CH3CH2OH失去2×

1+2=4个电子。5.浓差电池(1)原理:浓差电池是利用物质的浓度差产生电势差的一种电化学装置。浓差电池中,

左、右两侧用离子交换膜隔开,两侧溶液中特定物质的浓度不同,导致两极上发生氧化/还原反应,从而产生电流。(2)模型分析

如图,a、b两极均为Ag电极,两侧溶液均为AgNO3溶液。由于右侧溶液中c(Ag+)较大,Ag

+得电子能力较强,故b极为正极,a极为负极,电极反应如下。负极(a极):Ag-e-

Ag+正极(b极):Ag++e-

Ag工作时a极区c(Ag+)逐渐增大,b极区c(Ag+)逐渐减小,b极区中的N

通过阴离子交换膜进入a极区。当两侧溶液中c(Ag+)相等时,电流表指针归零。6.总反应为非氧化还原反应的电池如图装置中两极均为Ag电极,右侧溶液中Ag+具有氧化性,子,故右侧电极为正极,

左侧电极为负极,反应原理如下。负极:Ag-e-+Cl-

AgCl正极:Ag++e-

Ag总反应:Ag++Cl-

AgCl↓三、电化学计算的三种方法如以电路中通过4mole-为桥建以下关系式:4e-~

~

(式中M为金属,n为其离子所带电荷数)知识拓展

在电化学计算中,可利用公式q=I×t=n(电子)×NA×1.6×10-19C来计算电路中通过的电

荷量(1个电子所带的电荷量为1.6×10-19C)。即练即清典例

(2023辽宁,7,3分)某无隔膜流动海水电解法制H2的装置如图所示,其中高选择性

催化剂PRT可抑制O2产生。下列说法正确的是

(

)A.b端电势高于a端电势B.理论上转移2mole-生成4gH2C.电解后海水pH下降D.阳极发生:Cl-+H2O-2e-

HClO+H+D解析

题给装置为电解池,由题图可知钛网上有HClO生成,根据氯元素守恒可知HClO由海水

中的Cl-转化得到,则氯元素化合价升高,故钛网为阳极,电极反应式为Cl-+H2O-2e-

HClO+H+,钛箔为阴极,电极反应式为2H2O+2e-

H2↑+2OH-。a端为电源的正极,b端为电源的负极,a端电势高于b端电势,A错误;由阴极电极反应式可知,理论上转移2mole-生成1molH2,其质量为2g,B错误;由电极反应式可知,得失电子数相等时,生成的OH-多

于生成的H+,则电解后,海水的pH升高,C错误;由上述分析可知阳极的电极反应式书写

正确,D正确。一题多解判断阴、阳极时,也可根据钛箔上有H2生成,推出H2O在钛箔上得电子转化

为H2,则钛箔为阴极。变式1

(同考查电势高低判断,变装置:浓差电池)(2024河北衡水三模,10改编)低品质能

源利用是指对热值较低、含杂质较高的一类能源的利用。如图所示装置可同时利用

低和含铜(Cu2+)废液,并达到对含铜废液富集和产生电能的目的。起始时电极均

为泡沫铜且质量相等,以(NH4)2SO4溶液作为电解质溶液,向M极区液体中加入氨水开始

反应。下列说法正确的是

(

)CA.向M极区溶液中加入氨水可使M极电势高于N极电势B.含铜废液Ⅰ、Ⅲ中的c(Cu2+)均高于含铜废液Ⅱ中的c(Cu2+)C.膜A为阴离子交换膜D.电极质量差为6.4g时,电路中通过0.2mol电子解析

向M极区溶液中加入氨水,Cu2+与NH3·H2O反应生成[Cu(NH3)4]2+,使得M极区c(Cu2+)减小,

形成浓差电池。N极区c(Cu2+)较大,Cu2+得电子能力较强,故N极为正极(提示:也可根据

题图中“Cu2+→Cu”判断),电极反应为Cu2++2e-

Cu;M极为负极,电极反应为Cu-2e-+4NH3·H2O

[Cu(NH3)4]2++4H2O。A项,正极(N极)电势高于负极(M极)电势,错误。B项,M极Cu转化为[Cu(NH3)4]2+,后续操作中[Cu(NH3)4]2+又受热生成Cu2+和NH3,故含铜废

液Ⅰ中的c(Cu2+)高于含铜废液Ⅱ中的c(Cu2+);N极反应消耗Cu2+,故含铜废液Ⅲ中的c(Cu2+)低于含铜废液Ⅱ中的c(Cu2+),错误。C项,为维持正、负极区Cu2+的浓度差,膜A应选用阴离子交换膜,防止Cu2+跨膜迁移,正确。D项,M极消耗Cu导致质量减少,N极生成Cu导致质量增加,当两极质量差为6.4g时,M极应消耗3.2gCu(0.05mol),N极应生成3.2gCu(0.05mol),根据电极反应式可知,电路中应通过0.1mol电子,错误。

变式2

(变:有关法拉第效率的计算)(2023江苏,17节选)(3)催化电解吸收CO2的KOH溶

液(溶质为KHCO3)可将CO2转化为有机物。在相同条件下,恒定通过电解池的电量,电

解得到的部分还原产物的法拉第效率(FE%)随电解电压的变化如图所示。FE%=

×100%其中,QX=nF,n表示电解生成还原产物X所转移电子的物质的量,F表示法拉第常数。①当电解电压为U1时,电解过程中含碳还原产物的FE%为0,阴极主要还原产物为

(填化学式)。②当电解电压为U2时,阴极由HC

生成CH4的电极反应式为

。H210HC

+8e-

CH4↑+9C

+3H2O③当电解电压为U3时,电解生成的C2H4和HCOO-的物质的量之比为

(写出计算过程)。生成1molC2H4转移12mol电子,生成1molHCOO-转移2mol电子

=

=

=

解析

(3)①电解KHCO3溶液时,阴极发生还原反应,当电解电压为U1时,电解过程中无

含碳还原产物产生,说明此时阴极处H+得到电子生成H2。②HC

→CH4,碳元素的化合价从+4降低至-4,可得HC

+8e-+6H2O

CH4↑+9OH-,生成的OH-再与过量的HC

反应生成H2O和C

,故总的电极反应式为10HC

+8e-

CH4↑+9C

+3H2O。考法突破15离子交换膜在电化学中的应用1.离子交换膜的分类与应用2.双极膜双极膜是一种新型离子交换膜,其膜主体可分为阴离子选择层、阳离子选择层和中间

界面层,水解离催化剂被夹在中间界面层的离子交换聚合物中,在该聚合物当中的H2O

电离产生H+和OH-,在电场的作用下快速迁移到两侧溶液中,作为H+和OH-的供应源,为

膜两侧的半反应提供各自理想的pH条件。3.离子交换膜类型的判断方法例如,氯碱工业中用离子交换膜法电解饱和食盐水时,离子交换膜的作用之一是防止阴

极室生成的OH-迁移至阳极室与氯气反应造成产品损失,同时还要允室中的Na+迁移至阴极室以得到NaOH溶液,故该电解装置中的离子交换膜为阳离子交换膜。注意对于含有离子交换膜的电化学装置,判断反应后某极室溶液pH变化或计算溶液

质量变化时,不要忽略离子透过离子交换膜进出造成的影响。即练即清典例我国科学家研究出一种新型水系Zn-C2H2电池,其结构如图,该电池既能实现乙

炔加氢又能提供电能,下列说法正确的是

(

)A.OH-通过阴离子交换膜向a电极某著名企业B.左侧极室中c(KOH)减小C.a极的电极反应式为C2H2+2H2O+2e-

C2H4+2OH-D.每转移2mole-,右侧极室中溶液质量增大34gC解析

b电极上Zn转化为ZnO,锌元素化合价升高,则b电极为负极,a电极为正极;原电池工作时

阴离子向负极某著名企业,则OH-通过阴离子交换膜向b电极某著名企业,A错误。左侧极室中a极的电

极反应式为C2H2+2H2O+2e-

C2H4+2OH-,电路中每转移2mole-,生成2molOH-,为传递电荷,同时会有2molOH-从左侧极室