2019届高考化学二轮复习 专题8 电化学基础学案.docx

8 电化学基础1了解原电池和电解池的构成、工作原理及应用，能写出电极反应和总反应方程式。2了解常见化学电源的种类及其工作原理。3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。电化学是氧化还原反应知识的应用和延伸，是历年高考的热点内容。考查的主要知识点：原电池和电解池的工作原理、电极反应式的书写和判断、电解产物的判断、金属的腐蚀和防护。对本部分知识的考查仍以选择题为主，在非选择题中电化学知识可能与工业生产、环境保护、新科技、新能源知识相结合进行命题。客观题(1)以新型化学电源为载体，考查电极反应式的正误判断及电子、离子的移动方向等。(2)考查原电池在金属腐蚀与防护方面的应用。主观题(1)考查电极反应式、电池反应式的书写。(2)考查原电池、电解池原理在工业生产中的应用。(3)考查电子转移、两极产物、pH等的相关计算。一、原电池原理和化学电池1构建原电池模型，类比分析原电池工作原理构建如图ZnCuH2SO4原电池模型，通过类比模型，结合氧化还原反应知识(如：化合价的变化、得失电子情况等)，能迅速判断原电池的正、负极，弄清楚外电路中电子的移动情况和内电路中离子的移动情况，准确书写电极反应式和电池总反应式，掌握原电池的工作原理。2化学电源中电极反应式书写的思维模板(1)明确直接产物：根据负极氧化、正极还原，明确两极的直接产物。(2)确定最终产物：根据介质环境和共存原则，找出参与的介质粒子，确定最终产物。(3)配平：根据电荷守恒、原子守恒配平电极反应式。注意：H+在碱性环境中不存在；O2在水溶液中不存在，在酸性环境中结合H+，生成H2O，在中性或碱性环境中结合H2O，生成OH；若已知总反应式时，可先写出较易书写的一极的电极反应式，然后在电子守恒的基础上，总反应式减去较易写出的一极的电极反应式，即得较难写出的另一极的电极反应式。二、电解原理及应用1构建电解池模型，类比分析电解基本原理构建如图电解CuCl2溶液模型，通过类比模型，结合氧化还原反应知识(如：化合价的变化、得失电子情况等)，能迅速判断电解池的阴、阳极，弄清楚外电路中电子的移动情况和内电路中离子的移动情况，准确判断离子的放电顺序并书写电极反应式和电解总反应式，掌握电解基本原理。2“六点”突破电解应用题(1)分清阴、阳极，与电源正极相连的为阳极，与电源负极相连的为阴极，两极的反应为“阳氧阴还”。(2)剖析离子移向，阳离子移向阴极，阴离子移向阳极。(3)注意放电顺序。(4)书写电极反应式，注意得失电子守恒。(5)正确判断产物阳极产物的判断首先看电极，如果是活性电极作阳极，则电极材料失电子，电极溶解(注意：铁作阳极溶解生成Fe2+，而不是Fe3+)；如果是惰性电极，则需看溶液中阴离子的失电子能力，阴离子放电顺序为S2IBrClOH(水)含氧酸根F。阴极产物的判断直接根据阳离子的放电顺序进行判断：Ag+Hg2+Fe3+Cu2+H+Pb2+ Fe2+Zn2+H+ (水)Al3+Mg2+Na+。(6)恢复原态措施电解后有关电解质溶液恢复原态的问题应该用质量守恒法分析。一般是加入阳极产物和阴极产物的化合物，但也有特殊情况，如用惰性电极电解CuSO4溶液，Cu2+完全放电之前，可加入CuO或CuCO3复原，而Cu2+完全放电之后，应加入Cu(OH)2或Cu2(OH)2CO3复原。3有关原电池解题的思维路径三、电化学原理的综合判断1金属腐蚀原理及防护方法总结(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，但习惯上叫做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：被保护的金属与电池负极相连，形成电解池，作阴极。2可充电电池的反应规律(1)可充电电池有充电和放电两个过程，放电时是原电池反应，充电时是电解池反应。(2)放电时的负极反应和充电时的阴极反应、放电时的正极反应和充电时的阳极反应互为逆反应。将负(正)极反应式变换方向并将电子移项即可得出阴(阳)极反应式。(3)可充电电池充电时原负极必然要发生还原反应(生成原来消耗的物质)，即作阴极，连接电源的负极；同理，原正极连接电源的正极，作阳极。简记为负连负，正连正。3“串联”类电池的解题流程1支撑海港码头基础的钢管桩，常用外加电流的阴极保护法进行防腐，工作原理如图所示，其中高硅铸铁为惰性辅助阳极。下列有关表述不正确的是（）A通入保护电流使钢管桩表面腐蚀电流接近于零B通电后外电路电子被强制从高硅铸铁流向钢管桩C高硅铸铁的作用是作为损耗阳极材料和传递电流D通入的保护电流应该根据环境条件变化进行调整【解题思路】钢管桩接电源的负极，高硅铸铁接电源的正极，通电后，外电路中的电子从高硅铸铁(阳极)流向正极，从负极流向钢管桩(阴极)，A、B正确；C项，题给信息高硅铸铁为“惰性辅助阳极”不损耗，错误。【答案】C2（2018海南卷）一种镁氧电池如图所示，电极材料为金属镁和吸附氧气的活性炭，电解液为KOH浓溶液。下列说法错误的是（）A电池总反应式为：2MgO22H2O=Mg(OH)2B正极反应式为：O2+4e+4OH=2H2OC活性炭可以加快O2在负极上的反应速率D电子的移动方向由a经外电路到b【解题思路】尽管原电池外观形形色色，五花八门，但其原理是相同的，即要紧紧抓住原电池中负极失电子发生氧化反应，正极得电子发生还原反应；外电路中，电子由负极流向正极，电流方向与电子流动方向相反这一基本规律。A电池总反应式为：2MgO22H2O=Mg(OH)2，不符合题意；B正极应该是氧气得电子，发生还原反应，反应式为：O2+4e+4OH=2H2O，不符合题意；C氧气在正极参与反应，符合题意；D外电路中，电子由负极移向正极，该反应中a为负极，b为正极，故不符合题意；故答案为C。【答案】C3（2018北京卷）验证牺牲阳极的阴极保护法，实验如下（烧杯内均为经过酸化的3%NaCl溶液）。在Fe表面生成蓝色沉淀试管内无明显变化试管内生成蓝色沉淀下列说法不正确的是（）A对比，可以判定Zn保护了FeB对比，K3Fe(CN)6可能将Fe氧化C验证Zn保护Fe时不能用的方法D将Zn换成Cu，用的方法可判断Fe比Cu活泼【解题思路】本题通过实验验证牺牲阳极的阴极保护法，考查Fe2+的检验、实验方案的对比，解决本题的关键是用对比分析法。要注意操作条件的变化，如中没有取溶液，中取出溶液，考虑Fe对实验结果的影响。要证明Fe比Cu活泼，可用的方法。A项，对比，Fe附近的溶液中加入K3Fe(CN)6无明显变化，Fe附近的溶液中不含Fe2+，Fe附近的溶液中加入K3Fe(CN)6产生蓝色沉淀，Fe附近的溶液中含Fe2+，中Fe被保护，A项正确；B项，加入K3Fe(CN)6在Fe表面产生蓝色沉淀，Fe表面产生了Fe2+，对比的异同，可能是K3Fe(CN)6将Fe氧化成Fe2+，B项正确；C项，对比，加入K3Fe(CN)6在Fe表面产生蓝色沉淀，也能检验出Fe2+，不能用的方法验证Zn保护Fe，C项正确；D项，由实验可知K3Fe(CN)6可能将Fe氧化成Fe2+，将Zn换成Cu不能用的方法证明Fe比Cu活泼，D项错误；答案选D。【答案】D4用石墨电极完成下列电解实验。实验一实验二装置现象a、d处试纸变蓝；b处变红，局部褪色；c处无明显变化两个石墨电极附近有气泡产生；n处有气泡产生下列对实验现象的解释或推测不合理的是（）Aa、d处：2H2O2e=H22OHBb处：2Cl2e=Cl2Cc处发生了反应：Fe2e=Fe2+D根据实验一的原理，实验二中m处能析出铜【解题思路】根据a、d处试纸变蓝，可判断a、d两点都为电解池的阴极，发生的电极反应为2H2O2e=H22OH，A选项正确；b处变红，局部褪色，说明b为电解池的阳极，2Cl2e=Cl2，氯气溶于水生成盐酸和次氯酸：Cl2H2O=HClHClO，HCl溶液显酸性，HClO具有漂白性，B选项不正确；c处为阳极，铁失去电子生成亚铁离子，发生的电极反应为Fe2e=Fe2+，C选项正确；实验一中ac形成电解池，db形成电解池，所以实验二中也形成电解池，铜珠的左端为电解池的阳极，铜失电子生成铜离子，m、n是铜珠的右端，为电解池的阴极，开始时产生气体，后来铜离子得到电子生成单质铜，故D选项正确。【答案】B5（2018新课标卷）一种可充电锂-空气电池如图所示。当电池放电时，O2与Li+在多孔碳材料电极处生成Li2O2-x（x=0或1）。下列说法正确的是（）A放电时，多孔碳材料电极为负极B放电时，外电路电子由多孔碳材料电极流向锂电极C充电时，电解质溶液中Li+向多孔碳材料区迁移D充电时，电池总反应为Li2O2-x=2Li+（1x2）O2【解题思路】本题是比较典型的可充电电池问题。对于此类问题，还可以直接判断反应的氧化剂和还原剂，进而判断出电池的正负极。本题明显是空气中的氧气得电子，所以通氧气的为正极，单质锂就一定为负极。放电时的电池反应，逆向反应就是充电的电池反应，注意：放电的负极，充电时应该为阴极；放电的正极充电时应该为阳极。A题目叙述为：放电时，O2与Li+在多孔碳电极处反应，说明电池内，Li+向多孔碳电极移动，因为阳离子移向正极，所以多孔碳电极为正极，选项A错误。B因为多孔碳电极为正极，外电路电子应该由锂电极流向多孔碳电极（由负极流向正极），选项B错误。C充电和放电时电池中离子的移动方向应该相反，放电时，Li+向多孔碳电极移动，充电时向锂电极移动，选项C错误。D根据图示和上述分析，电池的正极反应应该是O2与Li+得电子转化为Li2O2-X，电池的负极反应应该是单质Li失电子转化为Li+，所以总反应为：2Li+(1)O2=Li2O2-X，充电的反应与放电的反应相反，所以为Li2O2-X=2Li +(1)O2，选项D正确。【答案】D6H3PO2也可用电渗析法制备。“四室电渗析法”工作原理如图所示(阳膜和阴膜分别只允许阳离子、阴离子通过)：(1)写出阳极的电极反应式_。(2)分析产品室可得到H3PO2的原因_。(3)早期采用“三室电渗析法”制备H3PO2：将“四室电渗析法”中阳极室的稀硫酸用H3PO2稀溶液代替。并撤去阳极室与产品室之间的阳膜，从而合并了阳极室与产品室。其缺点是产品中混有_杂质，该杂质产生的原因是_。【解题思路】(1)在阳极由于含有的阴离子OH、SO、H2PO中放电能力最强的是OH，所以发生反应2H2O4eO24H+；(2)在产品室可得到H3PO2是因为阳极室的H穿过阳膜扩散至产品室，原料室的H2PO穿过阴膜扩散至产品室，二者反应生成；(3)早期采用“三室电渗析法”制备H3PO2，将“四室电渗析法”中阳极室的稀硫酸用H3PO2稀溶液代替，并撤去阳极室与产品室之间的阳膜，从而合并了阳极室与产品室，其缺点是阳极产生的氧气会把H3PO2或H2PO氧化为PO，使产品不纯。【答案】(1)2H2O4e=O24H(2)阳极室的H+穿过阳膜扩散至产品室，原料室的H2PO穿过阴膜扩散至产品室，二者反应生成H3PO2(3)POH2PO或H3PO2被氧化1如图装置电解一段时间，当某极析出0.32g Cu时，、中溶液pH分别为(溶液足量，体积均为100mL且电解前后溶液体积变化忽略不计)（）A13、7、1 B12、7、2 C1、7、13 D7、13、1【解题思路】n(Cu)0.32g64g/mol0.005mol，由电极反应Cu2+2e=Cu可知转移电子为0.01 mol，电解时，、中溶液电极方程式分别为2KCl2H2O2KOHH2Cl2、2H2O2H2O2；2CuSO42H2O2CuO22H2SO4。中生成0.01mol OH，c(OH)0.01mol0.1L0.1mol/L，pH13；电解水，溶液仍然呈中性，溶液的pH7；中生成0.01mol H，c(H)0.01mol0.1 L0.1mol/L，pH1，故A正确。【答案】A2（2018辽宁朝阳市模拟）燃烧产生的尾气中含有一定量的NO。科学家们设计了一种间接电处理法除去其中NO的装置，如下图所示，它可以将NO转化为NH。下列说法正确的是（）Aa连接电源的正极BPt电极B上发生的电极反应为2H2O4e=O2+4H+C当NO吸收柱中产生1mol SO时，理论上处理的NO气体的体积为8.96L(标准状况)D图中的离子交换膜应为阴离子交换膜【解题思路】根据图示，SO在电极A上反应生成S2O，反应中S元素的化合价由+4价变成+3价，化合价降低被还原，因此A为阴极，则B为阳极，在NO吸收柱中NO与S2O反应生成氮气和SO，据此分析解答。A根据上述分析，A为阴极，B为阳极，a连接电源的负极，故A错误；BPt电极B为阳极，发生氧化反应，电极反应为2H2O4e=O2+4H+，故B正确；C当NO吸收柱中产生1mol SO时，反应中消耗0.05molS2O，转移1mol电子，根据得失电子守恒，处理的NO气体为0.5mol，标准状况下的体积为11.2L，故C错误；D根据图示，阳极区硫酸的浓度基本不变，结合电极B的反应为2H2O4e=O2+4H+，生成的氢离子需要向阴极区运动，离子交换膜应为阳离子交换膜，故D错误；故选B。【答案】B3现代膜技术可使某种离子具有单向通过能力，常用于电解池、原电池中。电解NaB(OH)4溶液可制备H3BO3，其工作原理如图。下列叙述错误的是（）AM室发生的电极反应式：2H2O-4e=O2+4H+BN室：abC产品室发生的反应是B(OH)+H+H3BO3+H2OD理论上每生成1mol产品，阴极室可生成标准状况下5.6L气体【解题思路】M室为阳极室，水中的氢氧根离子放电，2H2O-4e=O2+4H+，A正确。N室，水中的氢离子放电，生成氢氧根离子，原料室中钠离子移动到N室，NaOH浓度增大，B正确。原料室中的B(OH)移向产品室，M室中生成的H+移向产品室，二者反应生成产品，C正确。根据关系式：H3BO3H+1/2H2，理论上每生成1mol产品，阴极室可生成标准状况下11.2L气体，D错误。【答案】D4锂锰电池的体积小、性能优良，是常用的一次电池。该电池反应原理如图所示，其中电解质LiClO4溶于混合有机溶剂中，Li+通过电解质迁移入MnO2晶格中，生成LiMnO2。回答下列问题：(1)外电路的电流方向是由_极流向_极。(填字母)(2)电池正极反应式为_。(3)是否可用水代替电池中的混合有机溶剂?_(填“是”或“否”)，原因是_。(4)MnO2可与KOH和KClO3在高温下反应，生成K2MnO4，反应的化学方程式为_。K2MnO4在酸性溶液中歧化，生成KMnO4和MnO2的物质的量之比为_。【解题思路】(1)结合所给装置图以及原电池反应原理，可知Li作负极材料，MnO2作正极材料，电子流向是从ab，电流方向则是ba。(2)根据题目中的信息“电解质LiClO4溶于混合有机溶剂中，Li+通过电解质迁移入MnO2晶格中，生成LiMnO2”，所以正极的电极反应式MnO2+e+Li+=LiMnO2。(3)因为负极的电极材料Li是活泼的金属，能够与水发生反应，故不能用水代替电池中的混合有机溶剂。(4)由题目中的信息“MnO2可与KOH和KClO3在高温条件下反应，生成K2MnO4”，可知该反应属于氧化还原反应，Mn元素化+6+7+6+4+6合价升高(MnMn)，则Cl元素的化合价降低()，所以化学方程式为3MnO2+KClO3+6KOH+43K2MnO4+KCl+3H2O；根据“K2MnO4在酸性溶液中歧化，生成KMnO4(K2MnO4KMnO4)和MnO2(K2MnO4MnO2)”，结合电子得失守恒可得，生成KMnO4和MnO2的物质的量之比为21。【答案】(1)ba(2)MnO2+e+Li+=LiMnO2(3)否电极Li是活泼金属，能与水反应(4)3MnO2+KClO3+6KOH3K2MnO4+KCl+3H2O211（2018齐齐哈尔模拟）用间接电化学法可对大气污染物NO进行无害化处理，其工作原理如图所示，质子膜允许H+和H2O通过。下列说法正确的是（）A电极I为阴极，电极反应式为2H2O+2e=2OH+H2B电解时H+由电极I向电极II迁移C吸收塔中的反应为2NO+2S2O+2H2O=N2+4HSO3-D每处理1mol NO，可同时得到32g O2【解题思路】根据物质变化判断出电解池的阴、阳极，考查的就是电解池中的电极反应方程式的书写及离子的移动方向，吸收塔中的氧化还原反应方程式的书写可以根据图示中的箭头代表的进出物质得到反应物和生成物。由图示，电极I的反应应该是HSO得电子转化为S2O，选项A错误。电解时，阳离子应该向阴极移动，所以H+由电极II向电极I迁移，选项B错误。由图示，吸收塔中进入的物质是NO和S2O，出去的生成物是N2和HSO，所以反应为：2NO+2S2O+2H2O=N2+4HSO，选项C正确。该装置的总反应可以理解为：2NO=N2+O2，所以每处理1mol NO，可同时得到0.5mol（16g）O2，选项D错误。【答案】C2（2018山东师大附中）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FeB电池放电时，负极反应为Fe+2OH-2e=Fe(OH)2C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【解题思路】二次电池放电时为原电池原理，充电时为电解原理。充电时的阴极反应为放电时负极反应的逆过程，充电时的阳极反应为放电时正极反应的逆过程。A项，根据电池总反应，电池的电解液为碱性溶液，Fe发生失电子的氧化反应，Fe为负极；Ni2O3发生得电子的还原反应，Ni2O3为正极，正确；B项，放电时，负极反应为Fe+2OH-2e=Fe(OH)2，正确；C项，电池充电时的反应为Fe(OH)22Ni(OH)2=FeNi2O33H2O，阴极电极反应为Fe(OH)2+2e=Fe+2OH，阴极附近碱性增强，pH增大，错误；D项，充电时阳极反应为2Ni(OH)2+2OH-2e=Ni2O3+3H2O，正确；选C。【答案】C3（2018广西玉林高级中学模拟）下列装置由甲、乙两部分组成（如图所示），甲是将废水中乙二胺H2N(CH2)2NH2氧化为环境友好物质形成的化学电源。当电池工作时，下列说法错误的是（）A甲中H+透过质子交换膜由左向右移动BM极电极反应式：H2N(CH2)2NH2+4H2O-16e=2CO2+N2+16H+C一段时间后，乙中CuSO4溶液浓度基本保持不变D当N极消耗0.25mol O2时，则铁极增重16g【解题思路】本题考查了原电池原理以及电镀原理，侧重于学生的分析、计算能力的考查，明确原电池正负极上得失电子、电解质溶液中阴阳离子移动方向即可解答，难度中等。串联电路的考查关键在于装置是原电池还是电解池，通过题意可知甲为原电池装置，且通过两电极的物质化合价变化可知M是负极，N是正极。乙装置其实是在电镀装置。抓住整个串联电路中转移的电子数相等，易于计算。甲图中装置是将化学能转化为电能的原电池，M是负极，N是正极，电解质溶液为酸性溶液，负极上失电子发生氧化反应，正极上得电子发生还原反应，AM是负极，N是正极，质子透过离子交换膜由左M极移向右N极，即由左向右移动，选项A正确；BH2N(CH2)NH2在负极M上失电子发生氧化反应，生成但其、二氧化碳和水，电极反应式为H2N(CH2)NH2+4H2O-16e=2CO2+N2+16e，选项B正确；C乙部分是在铁上镀铜，电解液浓度基本不变，所以乙中CuSO4溶液浓度基本保持不变，选项C正确；D当N电极消耗0.25mol氧气时，则转移0.254=1mol电子，所以铁电极增重12mol64g/mol=32g，选项D错误。答案选D。【答案】D4（2018湖南长沙调研）城市地下潮湿的土壤中常埋有纵横交错的管道和输电线路，当有电流泄漏并与金属管道形成回路时，就会引起金属管道的腐蚀。原理如图所示，但若电压等条件适宜，钢铁管道也可能减缓腐蚀，此现象被称为“阳极保护”。下列有关说法不正确的是( )A该装置能够将电能转化为化学能B管道右端腐蚀比左端快，右端电极反应式为Fe2e=Fe2+C如果没有外加电源，潮湿的土壤中的钢铁管道比较容易发生吸氧腐蚀D钢铁“阳极保护”的实质是在阳极金属表面形成一层耐腐蚀的钝化膜【解题思路】本题是对金属的腐蚀及防护的考查，外加电源的阴极保护法。在中性或者弱酸性环境中易于发生的是吸氧腐蚀。A该装置相当于电解池，能将电能转化为化学能，正确；B左端为阳极，其腐蚀速率较右端快，错误；C如果没有外加电源，潮湿的土壤（接近中性）中的钢铁管道发生原电池反应，所以发生的是吸氧腐蚀，正确；D根据题意，此种腐蚀较慢，所以“阳极保护”实际上是在金属表面形成了一层致密的保护膜，正确。【答案】B5高铁酸钠(Na2FeO4)易溶于水，是一种新型多功能水处理剂。已知Na2FeO4在强碱性溶液中会析出沉淀。其生产工艺流程如图所示：(1)写出向NaOH溶液中通入足量Cl2发生反应的离子方程式：_。(2)向溶液中加入Fe(NO3)3溶液发生反应，该反应的氧化剂是_，每制得49.8 g Na2FeO4，理论上消耗氧化剂的物质的量为_mol。(3)从环境保护的角度看，制备Na2FeO4较好的方法为电解法，其装置如图甲所示。电解过程中阳极的电极反应式为_。图甲装置中的电源采用NaBH4(B元素的化合价为3价)和H2O2作原料的燃料电池，电源工作原理如图乙所示。工作过程中该电源的正极反应式为_，Na+由_(填“a”或“b”，下同)极区移向_极区。【解题思路】（1）Cl2与NaOH溶液发生歧化反应生成NaCl、NaClO、和H2O，由此可写出离子方程式。（2）结合（1）分析和流程知溶液中溶质主要是NaClO，因此加入Fe(NO3)3溶液后生成Na2FeO4，此反应中，氧化剂为NaClO，还原剂为Fe(NO3)3；利用得失电子守恒得：3NaClO2Na2FeO4，由此可知生成49.8g消耗氧化剂的物质的量49.8g/166gmol13/2=0.45mol。（3）电解时阳极Fe失去电子被氧化为FeO，结合电解质溶液为碱性可得，阳极电极反应式为Fe8OH6e=FeO4H2O；电池工作时正极发生还原反应，结合图示原理可知正极反应为H2O2得电子，被还原为OH；电解质溶液中的阳离子由负极区移向正极区。【答案】(1)2OHCl2=ClOClH2O(2)NaClO(或次氯酸钠)0.45(3)Fe8OH6e=FeO4H2OH2O22e=2OHab