2019屆高考化學(xué)二輪復(fù)習(xí) 專題8 電化學(xué)基礎(chǔ)學(xué)案.docx
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8 電化學(xué)基礎(chǔ) 1．了解原電池和電解池的構(gòu)成、工作原理及應(yīng)用，能寫出電極反應(yīng)和總反應(yīng)方程式。 2．了解常見化學(xué)電源的種類及其工作原理。 3．理解金屬發(fā)生電化學(xué)腐蝕的原因、金屬腐蝕的危害、防止金屬腐蝕的措施。 電化學(xué)是氧化還原反應(yīng)知識的應(yīng)用和延伸，是歷年高考的熱點(diǎn)內(nèi)容?？疾榈闹饕R點(diǎn)：原電池和電解池的工作原理、電極反應(yīng)式的書寫和判斷、電解產(chǎn)物的判斷、金屬的腐蝕和防護(hù)。對本部分知識的考查仍以選擇題為主，在非選擇題中電化學(xué)知識可能與工業(yè)生產(chǎn)、環(huán)境保護(hù)、新科技、新能源知識相結(jié)合進(jìn)行命題。 Ⅰ．客觀題 (1)以新型化學(xué)電源為載體，考查電極反應(yīng)式的正誤判斷及電子、離子的移動方向等。 (2)考查原電池在金屬腐蝕與防護(hù)方面的應(yīng)用。 Ⅱ．主觀題 (1)考查電極反應(yīng)式、電池反應(yīng)式的書寫。 (2)考查原電池、電解池原理在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用。 (3)考查電子轉(zhuǎn)移、兩極產(chǎn)物、pH等的相關(guān)計(jì)算。 一、原電池原理和化學(xué)電池 1．構(gòu)建原電池模型，類比分析原電池工作原理 構(gòu)建如圖Zn—Cu—H2SO4原電池模型，通過類比模型，結(jié)合氧化還原反應(yīng)知識(如：化合價(jià)的變化、得失電子情況等)，能迅速判斷原電池的正、負(fù)極，弄清楚外電路中電子的移動情況和內(nèi)電路中離子的移動情況，準(zhǔn)確書寫電極反應(yīng)式和電池總反應(yīng)式，掌握原電池的工作原理。 2．化學(xué)電源中電極反應(yīng)式書寫的思維模板 (1)明確直接產(chǎn)物：根據(jù)負(fù)極氧化、正極還原，明確兩極的直接產(chǎn)物。 (2)確定最終產(chǎn)物：根據(jù)介質(zhì)環(huán)境和共存原則，找出參與的介質(zhì)粒子，確定最終產(chǎn)物。 (3)配平：根據(jù)電荷守恒、原子守恒配平電極反應(yīng)式。 注意：①H+在堿性環(huán)境中不存在；②O2?在水溶液中不存在，在酸性環(huán)境中結(jié)合H+，生成H2O，在中性或堿性環(huán)境中結(jié)合H2O，生成OH?；③若已知總反應(yīng)式時(shí)，可先寫出較易書寫的一極的電極反應(yīng)式，然后在電子守恒的基礎(chǔ)上，總反應(yīng)式減去較易寫出的一極的電極反應(yīng)式，即得較難寫出的另一極的電極反應(yīng)式。 二、電解原理及應(yīng)用 1．構(gòu)建電解池模型，類比分析電解基本原理 構(gòu)建如圖電解CuCl2溶液模型，通過類比模型，結(jié)合氧化還原反應(yīng)知識(如：化合價(jià)的變化、得失電子情況等)，能迅速判斷電解池的陰、陽極，弄清楚外電路中電子的移動情況和內(nèi)電路中離子的移動情況，準(zhǔn)確判斷離子的放電順序并書寫電極反應(yīng)式和電解總反應(yīng)式，掌握電解基本原理。 2．“六點(diǎn)”突破電解應(yīng)用題 (1)分清陰、陽極，與電源正極相連的為陽極，與電源負(fù)極相連的為陰極，兩極的反應(yīng)為“陽氧陰還”。 (2)剖析離子移向，陽離子移向陰極，陰離子移向陽極。 (3)注意放電順序。 (4)書寫電極反應(yīng)式，注意得失電子守恒。 (5)正確判斷產(chǎn)物 ①陽極產(chǎn)物的判斷首先看電極，如果是活性電極作陽極，則電極材料失電子，電極溶解(注意：鐵作陽極溶解生成Fe2+，而不是Fe3+)；如果是惰性電極，則需看溶液中陰離子的失電子能力，陰離子放電順序?yàn)镾2?> I?>Br?>Cl?>OH?(水)>含氧酸根>F?。 ②陰極產(chǎn)物的判斷直接根據(jù)陽離子的放電順序進(jìn)行判斷：Ag+>Hg2+>Fe3+>Cu2+>H+>Pb2+> Fe2+>Zn2+>H+ (水)>Al3+>Mg2+>Na+。 (6)恢復(fù)原態(tài)措施 電解后有關(guān)電解質(zhì)溶液恢復(fù)原態(tài)的問題應(yīng)該用質(zhì)量守恒法分析。一般是加入陽極產(chǎn)物和陰極產(chǎn)物的化合物，但也有特殊情況，如用惰性電極電解CuSO4溶液，Cu2+完全放電之前，可加入CuO或CuCO3復(fù)原，而Cu2+完全放電之后，應(yīng)加入Cu(OH)2或Cu2(OH)2CO3復(fù)原。 3．有關(guān)原電池解題的思維路徑 三、電化學(xué)原理的綜合判斷 1．金屬腐蝕原理及防護(hù)方法總結(jié) (1)常見的電化學(xué)腐蝕有兩類： ①形成原電池時(shí)，金屬作負(fù)極，大多數(shù)是吸氧腐蝕； ②形成電解池時(shí)，金屬作陽極。 (2)金屬防腐的電化學(xué)方法： ①原電池原理——犧牲陽極的陰極保護(hù)法：與較活潑的金屬相連，較活潑的金屬作負(fù)極被腐蝕，被保護(hù)的金屬作正極。 注意：此處是原電池，犧牲了負(fù)極保護(hù)了正極，但習(xí)慣上叫做犧牲陽極的陰極保護(hù)法。 ②電解池原理——外加電流的陰極保護(hù)法：被保護(hù)的金屬與電池負(fù)極相連，形成電解池，作陰極。 2．可充電電池的反應(yīng)規(guī)律 (1)可充電電池有充電和放電兩個(gè)過程，放電時(shí)是原電池反應(yīng)，充電時(shí)是電解池反應(yīng)。 (2)放電時(shí)的負(fù)極反應(yīng)和充電時(shí)的陰極反應(yīng)、放電時(shí)的正極反應(yīng)和充電時(shí)的陽極反應(yīng)互為逆反應(yīng)。將負(fù)(正)極反應(yīng)式變換方向并將電子移項(xiàng)即可得出陰(陽)極反應(yīng)式。 (3)可充電電池充電時(shí)原負(fù)極必然要發(fā)生還原反應(yīng)(生成原來消耗的物質(zhì))，即作陰極，連接電源的負(fù)極；同理，原正極連接電源的正極，作陽極。簡記為負(fù)連負(fù)，正連正。 3．“串聯(lián)”類電池的解題流程 1．支撐海港碼頭基礎(chǔ)的鋼管樁，常用外加電流的陰極保護(hù)法進(jìn)行防腐，工作原理如圖所示，其中高硅鑄鐵為惰性輔助陽極。下列有關(guān)表述不正確的是（） A．通入保護(hù)電流使鋼管樁表面腐蝕電流接近于零 B．通電后外電路電子被強(qiáng)制從高硅鑄鐵流向鋼管樁 C．高硅鑄鐵的作用是作為損耗陽極材料和傳遞電流 D．通入的保護(hù)電流應(yīng)該根據(jù)環(huán)境條件變化進(jìn)行調(diào)整 【解題思路】鋼管樁接電源的負(fù)極，高硅鑄鐵接電源的正極，通電后，外電路中的電子從高硅鑄鐵(陽極)流向正極，從負(fù)極流向鋼管樁(陰極)，A、B正確；C項(xiàng)，題給信息高硅鑄鐵為“惰性輔助陽極”不損耗，錯(cuò)誤。 【答案】C 2．（2018海南卷）一種鎂氧電池如圖所示，電極材料為金屬鎂和吸附氧氣的活性炭，電解液為KOH濃溶液。下列說法錯(cuò)誤的是（） A．電池總反應(yīng)式為：2Mg＋O2＋2H2O===Mg(OH)2 B．正極反應(yīng)式為：O2+4e?+4OH?===2H2O C．活性炭可以加快O2在負(fù)極上的反應(yīng)速率 D．電子的移動方向由a經(jīng)外電路到b 【解題思路】盡管原電池外觀形形色色，五花八門，但其原理是相同的，即要緊緊抓住原電池中負(fù)極失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，正極得電子發(fā)生還原反應(yīng)；外電路中，電子由負(fù)極流向正極，電流方向與電子流動方向相反這一基本規(guī)律。 A．電池總反應(yīng)式為：2Mg＋O2＋2H2O===Mg(OH)2，不符合題意；B．正極應(yīng)該是氧氣得電子，發(fā)生還原反應(yīng)，反應(yīng)式為：O2+4e?+4OH?===2H2O，不符合題意；C．氧氣在正極參與反應(yīng)，符合題意；D．外電路中，電子由負(fù)極移向正極，該反應(yīng)中a為負(fù)極，b為正極，故不符合題意；故答案為C。 【答案】C 3．（2018北京卷）驗(yàn)證犧牲陽極的陰極保護(hù)法，實(shí)驗(yàn)如下（燒杯內(nèi)均為經(jīng)過酸化的3%NaCl溶液）。 ① ② ③ 在Fe表面生成藍(lán)色沉淀 試管內(nèi)無明顯變化 試管內(nèi)生成藍(lán)色沉淀 下列說法不正確的是（） A．對比②③，可以判定Zn保護(hù)了Fe B．對比①②，K3[Fe(CN)6]可能將Fe氧化 C．驗(yàn)證Zn保護(hù)Fe時(shí)不能用①的方法 D．將Zn換成Cu，用①的方法可判斷Fe比Cu活潑 【解題思路】本題通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證犧牲陽極的陰極保護(hù)法，考查Fe2+的檢驗(yàn)、實(shí)驗(yàn)方案的對比，解決本題的關(guān)鍵是用對比分析法。要注意操作條件的變化，如①中沒有取溶液，②中取出溶液，考慮Fe對實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響。要證明Fe比Cu活潑，可用②的方法。 A項(xiàng)，對比②③，②Fe附近的溶液中加入K3[Fe(CN)6]無明顯變化，②Fe附近的溶液中不含F(xiàn)e2+，③Fe附近的溶液中加入K3[Fe(CN)6]產(chǎn)生藍(lán)色沉淀，③Fe附近的溶液中含F(xiàn)e2+，②中Fe被保護(hù)，A項(xiàng)正確；B項(xiàng)，①加入K3[Fe(CN)6]在Fe表面產(chǎn)生藍(lán)色沉淀，F(xiàn)e表面產(chǎn)生了Fe2+，對比①②的異同，①可能是K3[Fe(CN)6]將Fe氧化成Fe2+，B項(xiàng)正確；C項(xiàng)，對比①②，①加入K3[Fe(CN)6]在Fe表面產(chǎn)生藍(lán)色沉淀，①也能檢驗(yàn)出Fe2+，不能用①的方法驗(yàn)證Zn保護(hù)Fe，C項(xiàng)正確；D項(xiàng)，由實(shí)驗(yàn)可知K3[Fe(CN)6]可能將Fe氧化成Fe2+，將Zn換成Cu不能用①的方法證明Fe比Cu活潑，D項(xiàng)錯(cuò)誤；答案選D。 【答案】D 4．用石墨電極完成下列電解實(shí)驗(yàn)。 實(shí)驗(yàn)一 實(shí)驗(yàn)二 裝置 現(xiàn)象 a、d處試紙變藍(lán)；b處變紅，局部褪色；c處無明顯變化 兩個(gè)石墨電極附近有氣泡產(chǎn)生；n處有氣泡產(chǎn)生…… 下列對實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的解釋或推測不合理的是（） A．a(chǎn)、d處：2H2O＋2e?===H2↑＋2OH? B．b處：2Cl?－2e?===Cl2↑ C．c處發(fā)生了反應(yīng)：Fe－2e?===Fe2+ D．根據(jù)實(shí)驗(yàn)一的原理，實(shí)驗(yàn)二中m處能析出銅 【解題思路】根據(jù)a、d處試紙變藍(lán)，可判斷a、d兩點(diǎn)都為電解池的陰極，發(fā)生的電極反應(yīng)為2H2O＋2e?===H2↑＋2OH?，A選項(xiàng)正確；b處變紅，局部褪色，說明b為電解池的陽極，2Cl?－2e?===Cl2↑，氯氣溶于水生成鹽酸和次氯酸：Cl2＋H2O===HCl＋HClO，HCl溶液顯酸性，HClO具有漂白性，B選項(xiàng)不正確；c處為陽極，鐵失去電子生成亞鐵離子，發(fā)生的電極反應(yīng)為Fe－2e?===Fe2+，C選項(xiàng)正確；實(shí)驗(yàn)一中ac形成電解池，db形成電解池，所以實(shí)驗(yàn)二中也形成電解池，銅珠的左端為電解池的陽極，銅失電子生成銅離子，m、n是銅珠的右端，為電解池的陰極，開始時(shí)產(chǎn)生氣體，后來銅離子得到電子生成單質(zhì)銅，故D選項(xiàng)正確。 【答案】B 5．（2018新課標(biāo)Ⅲ卷）一種可充電鋰-空氣電池如圖所示。當(dāng)電池放電時(shí)，O2與Li+在多孔碳材料電極處生成Li2O2-x（x=0或1）。下列說法正確的是（） A．放電時(shí)，多孔碳材料電極為負(fù)極 B．放電時(shí)，外電路電子由多孔碳材料電極流向鋰電極 C．充電時(shí)，電解質(zhì)溶液中Li+向多孔碳材料區(qū)遷移 D．充電時(shí)，電池總反應(yīng)為Li2O2-x===2Li+（1—x2）O2 【解題思路】本題是比較典型的可充電電池問題。對于此類問題，還可以直接判斷反應(yīng)的氧化劑和還原劑，進(jìn)而判斷出電池的正負(fù)極。本題明顯是空氣中的氧氣得電子，所以通氧氣的為正極，單質(zhì)鋰就一定為負(fù)極。放電時(shí)的電池反應(yīng)，逆向反應(yīng)就是充電的電池反應(yīng)，注意：放電的負(fù)極，充電時(shí)應(yīng)該為陰極；放電的正極充電時(shí)應(yīng)該為陽極。 A．題目敘述為：放電時(shí)，O2與Li+在多孔碳電極處反應(yīng)，說明電池內(nèi)，Li+向多孔碳電極移動，因?yàn)殛栯x子移向正極，所以多孔碳電極為正極，選項(xiàng)A錯(cuò)誤。B．因?yàn)槎嗫滋茧姌O為正極，外電路電子應(yīng)該由鋰電極流向多孔碳電極（由負(fù)極流向正極），選項(xiàng)B錯(cuò)誤。C．充電和放電時(shí)電池中離子的移動方向應(yīng)該相反，放電時(shí)，Li+向多孔碳電極移動，充電時(shí)向鋰電極移動，選項(xiàng)C錯(cuò)誤。D．根據(jù)圖示和上述分析，電池的正極反應(yīng)應(yīng)該是O2與Li+得電子轉(zhuǎn)化為Li2O2-X，電池的負(fù)極反應(yīng)應(yīng)該是單質(zhì)Li失電子轉(zhuǎn)化為Li+，所以總反應(yīng)為：2Li+(1－)O2===Li2O2-X，充電的反應(yīng)與放電的反應(yīng)相反，所以為Li2O2-X===2Li +(1－)O2，選項(xiàng)D正確。 【答案】D 6．H3PO2也可用電滲析法制備?！八氖译姖B析法”工作原理如圖所示(陽膜和陰膜分別只允許陽離子、陰離子通過)： (1)寫出陽極的電極反應(yīng)式________。 (2)分析產(chǎn)品室可得到H3PO2的原因________。 (3)早期采用“三室電滲析法”制備H3PO2：將“四室電滲析法”中陽極室的稀硫酸用H3PO2稀溶液代替。并撤去陽極室與產(chǎn)品室之間的陽膜，從而合并了陽極室與產(chǎn)品室。其缺點(diǎn)是產(chǎn)品中混有________雜質(zhì)，該雜質(zhì)產(chǎn)生的原因是________________。 【解題思路】(1)在陽極由于含有的陰離子OH?、SO、H2PO中放電能力最強(qiáng)的是OH?，所以發(fā)生反應(yīng)2H2O－4e?＝O2↑＋4H+；(2)在產(chǎn)品室可得到H3PO2是因?yàn)殛枠O室的H＋穿過陽膜擴(kuò)散至產(chǎn)品室，原料室的H2PO穿過陰膜擴(kuò)散至產(chǎn)品室，二者反應(yīng)生成；(3)早期采用“三室電滲析法”制備H3PO2，將“四室電滲析法”中陽極室的稀硫酸用H3PO2稀溶液代替，并撤去陽極室與產(chǎn)品室之間的陽膜，從而合并了陽極室與產(chǎn)品室，其缺點(diǎn)是陽極產(chǎn)生的氧氣會把H3PO2或H2PO氧化為PO，使產(chǎn)品不純。 【答案】(1)2H2O－4e?===O2↑＋4H＋ (2)陽極室的H+穿過陽膜擴(kuò)散至產(chǎn)品室，原料室的H2PO穿過陰膜擴(kuò)散至產(chǎn)品室，二者反應(yīng)生成H3PO2 (3)PO H2PO或H3PO2被氧化 1．如圖裝置電解一段時(shí)間，當(dāng)某極析出0.32g Cu時(shí)，Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ中溶液pH分別為(溶液足量，體積均為100mL且電解前后溶液體積變化忽略不計(jì))（） A．13、7、1 B．12、7、2 C．1、7、13 D．7、13、1 【解題思路】n(Cu)＝0.32g64g/mol＝0.005mol，由電極反應(yīng)Cu2+＋2e?===Cu可知轉(zhuǎn)移電子為0.01 mol，電解時(shí)，Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ中溶液電極方程式分別為2KCl＋2H2O2KOH＋H2↑＋Cl2↑、2H2O2H2↑＋O2↑；2CuSO4＋2H2O2Cu＋O2↑＋2H2SO4。Ⅰ中生成0.01mol OH?，c(OH?)＝0.01mol0.1L＝0.1mol/L，pH＝13；Ⅱ電解水，溶液仍然呈中性，溶液的pH＝7；Ⅲ中生成0.01mol H＋，c(H＋)＝0.01mol0.1 L＝0.1mol/L，pH＝1，故A正確。 【答案】A 2．（2018遼寧朝陽市模擬）燃燒產(chǎn)生的尾氣中含有一定量的NO?？茖W(xué)家們設(shè)計(jì)了一種間接電處理法除去其中NO的裝置，如下圖所示，它可以將NO轉(zhuǎn)化為NH。下列說法正確的是（） A．a(chǎn)連接電源的正極 B．Pt電極B上發(fā)生的電極反應(yīng)為2H2O－4e?===O2↑+4H+ C．當(dāng)NO吸收柱中產(chǎn)生1mol SO時(shí)，理論上處理的NO氣體的體積為8.96L(標(biāo)準(zhǔn)狀況) D．圖中的離子交換膜應(yīng)為陰離子交換膜 【解題思路】根據(jù)圖示，SO在電極A上反應(yīng)生成S2O，反應(yīng)中S元素的化合價(jià)由+4價(jià)變成+3價(jià)，化合價(jià)降低被還原，因此A為陰極，則B為陽極，在NO吸收柱中NO與S2O反應(yīng)生成氮?dú)夂蚐O，據(jù)此分析解答。 A．根據(jù)上述分析，A為陰極，B為陽極，a連接電源的負(fù)極，故A錯(cuò)誤；B．Pt電極B為陽極，發(fā)生氧化反應(yīng)，電極反應(yīng)為2H2O－4e?===O2↑+4H+，故B正確；C．當(dāng)NO吸收柱中產(chǎn)生1mol SO時(shí)，反應(yīng)中消耗0.05molS2O，轉(zhuǎn)移1mol電子，根據(jù)得失電子守恒，處理的NO氣體為0.5mol，標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積為11.2L，故C錯(cuò)誤；D．根據(jù)圖示，陽極區(qū)硫酸的濃度基本不變，結(jié)合電極B的反應(yīng)為2H2O－4eˉ===O2↑+4H+，生成的氫離子需要向陰極區(qū)運(yùn)動，離子交換膜應(yīng)為陽離子交換膜，故D錯(cuò)誤；故選B。 【答案】B 3．現(xiàn)代膜技術(shù)可使某種離子具有單向通過能力，常用于電解池、原電池中。電解NaB(OH)4溶液可制備H3BO3，其工作原理如圖。下列敘述錯(cuò)誤的是（） A．M室發(fā)生的電極反應(yīng)式：2H2O-4e?===O2↑+4H+ B．N室：a下載提示(請認(rèn)真閱讀)
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