2019-2020年高考化学备考优生百日闯关系列专题04电化学问题的综合探究含解析.doc

2019-2020年高考化学备考优生百日闯关系列专题04电化学问题的综合探究含解析1【xx重庆理综化学】（14分）我国古代青铜器工艺精湛，有很高的艺术价值和历史价值，但出土的青铜器大多受到环境腐蚀，故对其进行修复和防护具有重要意义。 （5）题11图为青铜器在潮湿环境中发生电化学腐蚀的原理示意图。腐蚀过程中，负极是 （填图中字母“a”或“b”或“c”）；环境中的Cl-扩散到孔口，并与正极反应产物和负极反应产物作用生成多孔粉状锈u2(OH)3Cl，其离子方程式为 ；若生成4.29 g Cu2(OH)3Cl，则理论上耗氧体积为 L（标准状况）。【答案】 (5) c 2Cu2+3OH+Cl=Cu2(OH)3Cl 0.448【考点定位】本题主要考查铜及其化合物的性质，催化剂的作用，化学方程式的书写，电化学的基本原理。【名师点晴】生活中常见的金属，以铜为载体设计题目的较少，元素周期表的结构是学生需要掌握的考点，物质的量的计算是学生的基本技能，化学方程式的书写考查了化学反应类型的基本特征，本题属于电化学知识，电化学是常考常新，新增了活化能的考查，去掉了有关离子交换膜的计算，将铜元素在周期表中的位置，物质的量的有关计算，催化剂的催化原理，活化能，化学反应速率，反应的焓变，化学平衡常数，复分解反应，原电池的电极判断，离子方程式的书写，电化学的有关计算，图像的分析等联系起来，试题背景注重化学与生活、社会、科技及历史等的有机结合和联系，突显了化学学科的特点，能较好的考查电化学基本知识。2【xx新课标卷】酸性锌锰干电池是一种一次电池，外壳为金属锌，中间是碳棒，其周围是碳粉，MnO2，ZnCl2和NH4Cl等组成的糊状填充物，该电池在放电过程产生MnOOH，回收处理该废电池可得到多种化工原料，有关数据下表所示： 温度/化合物020406080100NH4Cl29.337.245.855.365.677.3ZnCl2343395452488541614化合物Zn(OH)2Fe(OH)2Fe(OH)3Ksp近似值10-1710-1710-39回答下列问题：（1）该电池的正极反应式为 ，电池反应的离子方程式为： （2）维持电流强度为0.5A，电池工作五分钟，理论上消耗Zn g。（已经F96500C/mol）（3）废电池糊状填充物加水处理后，过滤，滤液中主要有ZnCl2和NH4Cl，二者可通过_分离回收；滤渣的主要成分是MnO2、_和 ，欲从中得到较纯的MnO2，最简便的方法是 ，其原理是 。（4）用废电池的锌皮制备ZnSO47H2O的过程中，需去除少量杂质铁，其方法是：加稀硫酸和H2O2溶解，铁变为_，加碱调节至pH为 时，铁刚好完全沉淀（离子浓度小于110-5mol/L时，即可认为该离子沉淀完全）；继续加碱调节至pH为_时，锌开始沉淀（假定Zn2浓度为0.1mol/L）。若上述过程不加H2O2后果是 ，原因是 。【答案】（1）MnO2eHMnOOH；Zn2MnO22HZn22MnOOH （2）0.05g（3）加热浓缩、冷却结晶；铁粉、MnOOH；在空气中加热；碳粉转变为CO2，MnOOH氧化为MnO2 （4）Fe3；2.7；6；Zn2和Fe2分离不开；Fe(OH)2和Zn(OH)2的Ksp相近【考点定位】本题主要是考查原电池原理的应用、物质的分离与提纯等，涉及电极反应式书写、电解计算、溶度积常数的应用、pH计算、化学实验基本操作等。【名师点晴】该题以酸性锌锰干电池为载体综合考查了氧化还原反应、电化学、化学计算、物质的分离与提纯等，能够很好地考查考生所掌握的化学知识结构。考查了学生对知识理解、综合运用能力及阅读材料接受信息的能力和思维能力，对相关知识的掌握情况。这道高考题为一道中高档题，能力要求较高。1、原电池正负极的判断（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。2、原电池中电极反应式的书写(1)如果题目给定的是图示装置，先分析正、负极，再根据正、负极反应规律写电极反应式。(2)如果题目给定的是总反应式，可分析此反应中的氧化反应或还原反应(即分析有关元素化合价的变化情况)，再选择一个简单变化情况写电极反应式，另一极的电极反应式可直接写或将各反应式看作数学中的代数式，用总反应式减去已写出的电极反应式即得结果。(3)需要特别指出，对于可逆电池的反应，需要看清楚“充电”、“放电”的方向，放电的过程应用原电池原理，充电的过程应用电解原理。(4)原电池电极反应式的书写一定要考虑介质的影响。3、电解池的“两看、五注意”：（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。4、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。（4）对于不同氧化剂来说，氧化性越强，金属腐蚀越快。1、与生产生活相联系，考查金属的腐蚀、防腐等电化学知识的应用。2、考查新型可充电电池、燃料电池电极反应式的书写及应用。3、考查电解的基本原理，电解制备物质等电解相关应用。4、考查电化学基本原理与氧化还原反应结合及相关计算。电极的判断1、原电池根据构成原电池的电极材料判断；根据电子的流向或电流方向判断；根据电解反应进行判断；根据两极现象（产物）判断2、电解池 根据外接电源判断；根据电子流向或电流方向判断；根据电解反应进行判断；根据两极现象（产物）判断电极反应式的书写和判断1、先判断电极名称。并依据电极名称判断该电极发生氧化反应还是还原反应；2、根据发生的反应判断电子得失情况，并找出是何种物质得失电子及得失电子后的产物；3、结合电解质溶液的特点写出电极反应式电极附近溶液酸碱性的变化写出电极反应，看电极反应是否有H+或OH-的生成或消耗，若有，则电极附近溶液的酸碱性会发生变化。但整个电解质溶液的酸碱性变化要依据电池的总反应来判断。电化学相关的计算1、根据电子得失守恒来计算：用于串联电路中两极产物或反应物量的计算，依据电路中转移的电子数相等2、依据总反应式计算：先写出电极反应式，再写出总反应式，最后根据总反应式计算3、根据关系式计算：根据电子得失守恒关系，在已知量和未知量之间建立计算所需的关系式这类试题的一般解题方法为：根据原电池的形成条件进行判断审题析题解题活性不同的两极，电解质溶液，形成闭合回路，自发的氧化还原反应原电池的工作原理活泼的材料做负极，失电子，经过外电路流向正极。电流从正极流向负极，阴离子流向负极，阳离子流向正极。写电极反应式，进行相关的判断结合上面两步，注意电解质溶液的酸碱性及pH的变化，正确书写出电极反应方程式。1铁是目前人类使用量最大的金属，它能形成多种化合物。 （1）取5.6 g的生铁与足量的稀硫酸混合反应，无论怎样进行实验，最终收集了的气体体积均小于2.24 L（标准状况），最主要的原因是_，所得溶液在长时间放置过程中会慢慢出现浅黄色，试用离子方程式解释这一变化的原因_。 （2） ZnFe2Ox是一种新型纳米材料，可将工业废气中的某些元素转化为游离态，制取纳米ZnFe2Ox 和用于除去废气的转化关系如图。若上述转化反应中消耗的 ，x的值为_。请写出 ZnFe2Ox与NO2 反应的化学方程式_(x用前一问求出的具体值）。 （3） LiFePO4(难溶干水)材料被视为最有前途的锂离子电池材料之一。 以 FePO4（难溶于水）、Li2CO3 、单质碳为原料在高温下制备LiFePO4 ,，该反应还生成一种可燃性气体，则反应方程式为_. 磷酸铁锂动力电池有几种类型，其中一种（中间是锂离子聚合物的隔膜，它把正极与负桩隔开）工作原理为 。则放电时正极上的电极反应式为_. （4）已知25时， ，此温度下若在实验室中配制5 mol/L 100 mL FeCl3溶液，为使配制过程中不出现浑浊现象，则至少需要加人2 mol/L的盐酸_ml（忽略加入盐酸体积）。【答案】（15分，除注明外，每空2分）（1）生铁中含有碳等杂质 4Fe2+O2+4H+=4Fe3+2H2O （2）3.5 2NO2+8ZnFe2O3.5=N2+8ZnFe2O4（3）2 FePO4+ Li2CO3+2C2 LiFePO4+3CO（3分） FePO4+Li+e= LiFePO4 （4）2.5【考点定位】本题考查氧化还原反应原理、原电池原理、方程式的书写、Ksp的应用。 【名师点睛】本题把化学反应原理的多种规律及知识点进行了综合考查，包含了离子方程式的书写、氧化还原反应原理、原电池的原理、Ksp的应用等，体现了学科内的综合。离子方程式的书写应在分析反应实质的前提下，遵循离子方程式的基本原则，运用所学离子方程式书写的方法，正确判断化学反应的实质，考生应熟练掌握化学反应规律和重要物质的性质，认真审题，充分运用题目所给信息，才能正确写出离子方程式；本题考查了根据氧化还原反应原理推断化学式及氧化还原反应化学方程式的书写，根据题中信息分析，要善于利用氧化还原反应中的守恒规律、价态变化规律、强弱规律、难易规律去分析特征元素的化合价变化，得出合理答案。2某化学兴趣小组用下图所示装置进行电化学原理的实验探究，试回答下列问题：（1）通O2的Pt电极为电池 极（填电极名称）；其电极方程式为 。（2）若B电池为电镀池，目的是在某镀件上镀一层银，则X电极材料为 ；电解质溶液为 。（3）若B电池为精炼铜，且粗铜中含有Zn、Fe、Ag、Au等杂质，则该电池阳极泥的主要成分是 。（4）若B电池的电解质溶液为500 mL 1.0 mol/L的NaCl溶液，X、Y皆为惰性电极，当电池工作一段时间 断开电源K，Y电极有560mL（标准状况）无色气体生成（假设电极产生气体完全溢出，溶液体积不变），此时B电池溶液的pH= ；要使该溶液恢复到原来的状态，需加入（填物质并注明物质的量） 。（5）若X、Y均是铜，电解质溶液为NaOH溶液，电池工作一段时间，X极附近生成砖红色沉淀，查阅资料得知是Cu2O，试写出该电极发生的电极反应式为 。【答案】（1）正；（ 1分） O24e2H2O=4OH （ 2分）（2）Ag（ 1分）； AgNO3溶液（1分）（3）Ag、Au （ 2分） （4）13（ 1分）； 0.05mol HCl （ 2分） （5）2Cu2OH2eCu2OH2O（ 2分）【考点定位】考查燃料电池、电解原理及应用的知识。【名师点睛】本题将燃料电池、电解、电镀、金属的精炼等有机结合在一起，是一个电化学综合性题目。在燃料电池中通入燃料的电极为负极，通入空气或其他氧化剂的电极为正极。负极是燃料失去电子，发生氧化反应；正极是氧气得到电子，发生还原反应。电极反应式随电解质溶液的酸碱性的不同而不同。对于该燃料电池来说，由于是NaCl中性溶液，负极反应式是H2-2e-=2H+，正极反应式是O24e2H2O=4OH。若是酸性环境，负极电极反应式是H2-2e-=2H+，正极反应式是O24e4H+=2H2O；若是碱性环境，负极电极反应式是H2-2e-+2OH-=2H2O，正极反应式是O24e2H2O=4OH。因此要注意电解质溶液对电池的电极反应式书写的影响。当燃料电池与其它装置连接时，燃料电池其电源的作用，与氢气连接的电极为阴极，发生还原反应；与通入氧气的电极连接的电极为阳极，发生氧化反应。若阳极是活性电极，阳极是电极本身失去电子，发生氧化反应；若是惰性电极，则根据溶液中阴离子的放电顺序，阴离子放电；在阴极是溶液中的阳离子获得电子发生还原反应，规律与金属活动性顺序表相反。若用于金属精炼，则不纯金属与正极连接，纯净的金属与电源的负极连接，含有该金属阳离子的溶液为电解质溶液。若用于电镀，应该是镀件与电源的负极连接，镀层金属与电源正极连接，含镀层金属阳离子的溶液为电解质溶液。在整个闭合回路中电子转移数目相等。3参考下列图表和有关要求回答问题：（1）甲醇质子交换膜燃料电池中将甲醇蒸气转化为氢气的一种原理是CH3OH(g)和H2O(g)反应生成CO2和H2。右图是该过程中能量变化示意图，若在反应体系中加入催化剂，反应速率增大，正反应活化能 a的变化是_ （填“增大”、“减小”、“不变”），反应热H的变化是_（填“增大”、“减小”、“不变”）。请写反应进程出CH3OH(g)和H2O(g)反应的热化学方程式_。（2）甲醇质子交换膜燃料电池中将甲醇蒸气转化为氢气的另一种反应原理是：CH3OH(g)+1/2O2(g)CO2(g)+2H2(g) H=c kJ/mol又知H2O(g)H2O(l) H=d kJ/mol。则甲醇燃烧生成液态水的热化学方程式为_。（3）以CH3OH燃料电池为电源电解法制取ClO2。二氧化氯（ClO2）为一种黄绿色气体，是国际上公认的高效、广谱、快速、安全的杀菌消毒剂。CH3OH燃料电池放电过程中，通入O2的电极附近溶液的pH=_，负极反应式为_。图中电解池用石墨作电极，在一定条件下电解饱和食盐水制取 ClO2。阳极产生 ClO2的反应式为_。电解一段时间，从阴极处收集到的气体比阳极处收集到气体多 6.72L时（标准状况，忽略生成的气体溶解），停止电解，通过阳离子交换膜的阳离子为_mol。【答案】（1）减小；不变；CH3OH(g)H2O(g)CO2(g)3H2(g) H（ab）kJ/mol（2）2CH3OH(g)3O2(g)2CO2(g)4H2O(g) H（4a4b6c4d）kJ/mol（3）增大 CH3OH6e8OHCO326H2O Cl5e2H2O4HClO2 1【考点定位】本题主要是考查催化剂对反应速率、反应热的影响、盖斯定律应用及电化学原理的应用【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。4如图所示是某化学兴趣小组设计的趣味实验装置图,图中A、D均为碳棒，B铝棒,C为铁棒，所用甲、乙容器中的溶液事前均采取了煮沸处理。B在实验时才插入溶液中。（1）从装置的特点判断，甲、乙装置中 是原电池，其负极的电极反应式为： ；（2）实验开始后，（乙）装置中有关电极反应是：C： ；D： ，D电极上的现象是 ，一段时间后溶液中的现象是 ；（3）在实验（2）的基础上，改变两装置电极的连接方式，A接D、B接C，此时D极上发生的电极反应式为： ，乙装置里除两电极上有明显的现象外，还可以看到的现象是 ，产生该现象的化学反应方程式是 。【答案】（1）甲（1分），Al3e4OH=AlO22H2O （2）Fe2e=Fe2，2H2e=H2，有无色气体产生，有白色沉淀生成 （3）4OH4e=2H2OO2，白色沉淀转化为灰绿色，最后呈现红褐色； 4Fe(OH)2O22H2O=4Fe(OH)3；【考点定位】本题综合考查原电池和电解池知识【名师点晴】电极产物的判断与有关反应式的书写1、电解时电极产物的判断“阳失阴得”，即。2、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。5电解原理在工业生产中有广泛的应用。（1）如图为离子交换膜法电解饱和食盐水的原理示意图，下列说法不正 确的是 。A直流电源的左侧为负极B从E口逸出的气体是H2C从B口加入含少量NaOH的水溶液以增强导电性D从C口出来的溶液为NaOH溶液E每生成22.4 LCl2，便产生2 molNaOHF粗盐水中含Ca2+、Mg2+、Fe3+、SO42等离子，精制时先加Na2CO3溶液G该离子交换膜为阳离子交换膜（2）双氧水是一种重要的绿色试剂，工业上可采取电解较稀浓度的硫酸来制取双氧水（H2O2只为还原产物），其电解的化学方程式为：3H2O+3O2 O3+3H2O2。则阳极的电极反应式为 ，阴极的电极反应式为 。（3）高铁酸钾(K2FeO4)易溶于水，具有强氧化性，是一种新型水处理剂。工业上用如下方法制备高铁酸钾：以Fe2O3为阳极电解KOH溶液。高铁酸钾溶液长时间放置不稳定，会产生红色絮状物质及气泡，则该过程的离子方程式为 。电解制高铁酸钾时阳极的电极反应式为 。【答案】（1）ABDEF （2）3H2O-6e-=O3+6H+，O2+2e-+2H+=H2O2（3）4FeO42-10H2O=4Fe(OH)38OH-3O2，Fe2O310OH-6e=2FeO425H2O【考点定位】电解原理【名师点睛】电化学知识与生产生活、新科技及新技术等问题密切联系，是历年高考考查的一个重点。本题是对电解原理综合知识的考查，要求学生具有分析和解决问题的能力，难度较大，根据电子、离子流向判断电池的正负极和电解池的阴阳极，根据氧化还原反应得失电子相等配平化学方程式。6电化学原理在防止金属腐蚀、能量转换、物质合成等方面应用广泛。（1）图1中，为了减缓海水对钢闸门A的腐蚀，材料B可以选择_（填字母序号）。a碳棒 b锌板 c铜板用电化学原理解释材料B需定期拆换的原因：_。（2）图2中，钢闸门C做_极。用氯化钠溶液模拟海水进行实验，D为石墨块，则D上的电极反应式为_，检测该电极反应产物的方法是_。（3）镁燃料电池在可移动电子设备电源和备用电源等方面应用前景广阔。图3为“镁次氯酸盐”燃料电池原理示意图，电极为镁合金和铂合金。E为该燃料电池的极_（填“正”或“负”）。F电极上的电极反应式为_。镁燃料电池负极容易发生自腐蚀产生氢气，使负极利用率降低，用化学用语解释其原因_。【答案】（1）b 锌等做原电池的负极，（失电子，Zn -2e- Zn2+），不断遭受腐蚀，需定期拆换 （2）阴 2Cl- 2eCl2 湿润的淀粉碘化钾试纸放在阳极附近，试纸变蓝，证明生成氯气（或取阳极附近溶液滴加淀粉、KI溶液，变蓝）（3） 负 ClO+2e+H2OCl+2OH（2分） Mg+2H2OMg(OH)2+H2【考点定位】本题主要是考查电化学原理的应用【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。