2019届一轮复习人教版电化学及其应用学案

2019届一轮复习人教版电化学及其应用学案

‎2019年全国卷高考化学总复习《电化学及其应用》专题突破 ‎[题型分析]从2017年各地考试说明和近几年高考试题可发现，可充电电池试题的关键在于能否正确书写电极反应式；书写电极反应式的关键是能否正确书写放电时的电极反应式。要正确书写放电时的电极反应式，既要弄清得失电子的物质，还要特别注意电极产物是否与电解质溶液共存，要写出实际存在的电极反应式。然后根据原电池的负极反应与电解池的阳极反应、原电池的正极反应与电解池的阴极反应互为逆反应，即可快速写出充电时的电极反应式。各电极反应式顺利写出以后，即可正确解题。‎ 从以上分析，我们预测2018年电化学及其应用仍为高考命题的重点。命题角度主要为原电池和电解池原理及应用；从题型看主要是选择题和填空题，其题型包括五判断、二写、一比较和三解释。‎ ‎（1）五判断是判断工作原理题型、判断电极、判断电子流向、判断电极上析出的产物、判断电极附近或整个溶液的酸碱性；‎ ‎（2）二写是书写电极反应式和总反应方程式；‎ ‎（3）一比较是利用电化学知识比较金属的活动性；‎ ‎（4）三解释是利用电化学知识解释电化学腐蚀、电化学防护和某些反应速率加快的原因。‎ 结合考纲和考试说明，2018年电化学类试题可能从以下几个方面考查：‎ ‎（1）原电池、电解池、电镀池的电极名称、电子流向及电极反应式；‎ ‎（2）根据原电池、电解池的电极变化判断金属活泼性强弱；‎ ‎（3）根据电解时电极变化判断电极材料或电解质种类；‎ ‎（4）新型电池的电极反应及应用；‎ ‎（5）有关电解产物的判断和计算。‎ ‎【例题演练】‎ ‎☆★考点一：原电池和电解池的基本原理 ‎1、原电池工作原理 ‎2、电解的原理 ‎（1）定义： 电解池借助于电流引起氧化还原反应的装置，也就是把电能转变为化学能的装置叫做电解池或电解槽。‎ ‎（2）构成电解池的条件 ‎①电流必须是直流而不是交流 ‎②两个电极。其中与电源的正极相连的电极叫做阳极，与电源的负极相连的电极叫做阴极。‎ ‎③电解质溶液或熔融态电解质。‎ ‎（3）电解结果：在两极上有新物质生成。‎ ‎（4）电解质导电的实质 对电解质溶液（或熔融态电解质）通电时，电子从电源的负极沿导线流入电解池的阴极，电解质的阳离子移向阴极得电子发生还原反应；电解质的阴离子移向阳极失去电子（有的是组成阳极的金属原子失去电子）发生氧化反应，电子从电解池的阳极流出，并沿导线流回电源的正极。这样，电流就依靠电解质溶液（或熔融态电解质）里阴、阳离子的定向移动而通过溶液（或熔融态电解质），所以电解质溶液（或熔融态电解质）的导电过程，就是电解质溶液（或熔融态电解质）的电解过程。‎ ‎【例1】研究电化学腐蚀及防护的装置如右图所示。下列有关说法错误的是（ ）‎ A．d为石墨，铁片腐蚀加快 B．d为石墨，石墨上电极反应为：O2 + 2H2O + 4e → 4OH–‎ C．d为锌块，铁片不易被腐蚀 D．d为锌块，铁片上电极反应为：2H+ + 2e → H2↑‎ ‎【答案】D ‎☆★考点二：可充电电池 ‎ 可充电电池又称二次电池，里面有充电和放电两个过程，运用原电池和电解池的原理进行分析。‎ ‎（1）对可充电电池充电和放电两过程认识：放电是原电池反应，充电是电解池反应 ‎（2）对可充电电池电极极性和材料的判断： ‎ 判断电池放电时电极极性和材料，可先标出放电（原电池）总反应式电子转移的方向和数目，失去电子的一极为负极，该物质即为负极材料；得到电子的一极为正极，该物质即为正极材料。[来源:]‎ 若判断电池充电时电极极性和材料，方法同前，失去电子的一极为阳极，该物质即为阳极材料；得到电子的一极为阴极，该物质即为阴极材料。‎ ‎（3）对溶液中离子的移动方向判断： ‎ 放电时，阴离子移向负极，阳离子移向正极；‎ 充电时，阴离子移向阳极，阳离子移向阴极。 ‎ ‎（4）可充电电池充电时与电源的连接： ‎ 可充电电池用完后充电时，原电池的负极与外电源的负极相连，原电池的正极与外电源的正极相连。 ‎ ‎（5）对可充电电池某电极是发生氧化还是还原反应及某元素被氧化还是被还原的判断： ‎ 可根据电极反应式进行分析，放电（原电池）的负极及充电（电解池）的阳极均失去电子，发生了氧化反应，其变价元素被氧化；放电（原电池）的正极及充电（电解池）的阴极均得到电子，发生了还原反应，其变价元素被还原。‎ ‎（6）可充电电池电极反应式的书写方法：‎ 书写可充电电池电极反应式，一般都是先书写放电的电极反应式。‎ 书写放电的电极反应式时，一般要遵守三步：‎ 第一，先标出原电池总反应式电子转移的方向和数目，指出参与负极和正极反应的物质；‎ 第二，写出一个比较容易书写的电极反应式（书写时一定要注意电极产物是否与电解质溶液共存）；‎ 第三，在电子守恒的基础上，总反应式减去写出的电极反应式即得另一电极反应式。‎ 充电的电极反应与放电的电极反应过程相反，充电的阳极反应为放电正极反应的逆过程，充电的阴极反应为放电负极反应的逆过程。‎ ‎【例2】【2017新课标3卷】全固态锂硫电池能量密度高、成本低，其工作原理如图所示，其中电极a常用掺有石墨烯的S8材料，电池反应为：16Li+xS8=8Li2Sx（2≤x≤8）。下列说法错误的是（ ）‎ A．电池工作时，正极可发生反应：2Li2S6+2Li++2e-=3Li2S4‎ B．电池工作时，外电路中流过0.02 mol电子，负极材料减重0.14 g C．石墨烯的作用主要是提高电极a的导电性 D．电池充电时间越长，电池中Li2S2的量越多 ‎【答案】D ‎☆★考点三：燃料电池 ‎ 燃料电池的基础是一个燃烧的反应，但是实现能量转化的方式不是提供热能，而是利用原电池的原理，实现电子的流动，从而产生电能。‎ ‎1、化学电源中电极反应式书写的一般程序——“加减法”书写电极反应式 ‎（1）先确定原电池的正负极，列出正负极上的反应物质，并标出相同数目电子的得失。‎ ‎（2）注意负极反应生成的阳离子与电解质溶液中的阴离子是否共存。若不共存，则该电解质溶液中的阴离子应写入负极反应式；若正极上的反应物质是O2，且电解质溶液为中性或碱性，则水必须写入正极反应式中，且O2生成OH－，若电解质溶液为酸性，则H＋必须写入正极反应式中，O2生成水。‎ ‎（3）正负极反应式相加得到电池反应的总反应式。若已知电池反应的总反应式，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，即得到较难写出的另一极的电极反应式。‎ ‎2、燃料电池电极反应式的书写 根据燃料电池的特点，一般在正极上发生还原反应的物质都是O2，随着电解质溶液的不同，其电极反应有所不同，其实，我们只要熟记以下四种情况：‎ ‎（1）酸性电解质溶液环境下电极反应式：O2＋4H＋＋4e－===2H2O ‎（2）碱性电解质溶液环境下电极反应式：O2＋2H2O＋4e－===4OH－‎ ‎（3）固体电解质(高温下能传导O2－)环境下电极反应式：O2＋4e－===2O2－‎ ‎（4）熔融碳酸盐(如：熔融K2CO3)环境下电极反应式：O2＋2CO2＋4e－===2CO。‎ 根据电池总反应式和正极反应式写出电池的负极反应式 电池的总反应和正、负极反应之间有如下关系：电池的总反应式＝电池正极反应式＋电池负极反应式 电池的总反应式－电池正极反应式＝电池负极反应式，注意在将两个反应式相减时，要约去正极的反应物O2。‎ ‎【例3】一种熔融碳酸盐燃料电池原理示意如图。下列有关该电池的说法正确的是（ ）‎ A．反应CH4＋H2O3H2＋CO,每消耗1molCH4转移12mol 电子 B．电极A上H2参与的电极反应为：H2＋2OH－－2e－=2H2O C．电池工作时，CO32－向电极B移动 ‎ D．电极B上发生的电极反应为：O2＋2CO2＋4e－=2CO32－‎ ‎【答案】D ‎☆★考点四：电解的规律及应用[来源:]‎ ‎1、电极上离子放电的顺序 ‎（1）阳极产物的判断 首先看电极，若是活性电极(一般是除Au、Pt外的金属)，则电极材料本身失电子，电极被溶解形成阳离子进入溶液；若是惰性电极(如石墨、铂、金等)，则根据溶液中阴离子放电顺序加以判断。‎ 阳极放电顺序：‎ 金属(一般是除Au、Pt外)>S2－>I－>Br－>Cl－>OH－>含氧酸根>F－。‎ ‎（2）阴极产物的判断 直接根据溶液中阳离子放电顺序加以判断。阳离子放电顺序：‎ Ag＋>Hg2＋>Fe3＋>Cu2＋>H＋>Pb2＋>Sn2＋>Fe2＋>Zn2＋>H＋>Al3＋>Mg2＋>Na＋>Ca2＋>K＋。‎ ‎2、电解规律 电解类型 电解质类别 实例 电极反应特点 电解对象 电解质浓度 pH 电解质溶液复原 电解 水型 强碱、含氧酸、活泼金属的含氧酸盐 NaOH H＋和OH－分别在阴极和阳极放电生成H2和O2‎ 水 增大 增大 水 H2SO4‎ 减小 水 Na2SO4‎ 不变 水 电解电解质型 无氧酸、不活泼金属的无氧酸盐 HCl 电解质电离出的阴阳离子分别在两极放电 电解质 减小 增大 HCl CuCl2‎ CuCl2‎ 放H2生碱型 活泼金属的无氧酸盐 NaCl 阴极：H2O得电子放H2生成碱阳极：电解质阴离子放电 电解质 和水 生成新电解质 增大 HCl 放O2生酸型 不活泼金属的含氧酸盐 CuSO4‎ 阴极：电解质阳离子放电阳极：H2O失电子放O2生成酸 电解质 和水 生成新电解质 减小 CuO或 CuCO3‎ ‎3、应用 ‎（1）电解饱和食盐水制取氯气和烧碱(氯碱工业)‎ ‎（2）电镀 ‎（3）电冶炼 ‎（4）电解精炼 ‎【例4】三室式电渗析法处理含Na2SO4废水的原理如图所示，采用惰性电极，ab、cd均为离子交换膜，在直流电场的作用下，两膜中间的Na+和SO42－可通过离子交换膜，而两端隔室中离子被阻挡不能进入中间隔室。‎ 下列叙述正确的是（ ）‎ A．通电后中间隔室的SO42－离子向正极迁移，正极区溶液pH增大 B．该法在处理含Na2SO4废水时可以得到NaOH和H2SO4产品 C．负极反应为2 H2O–4e–=O2+4H+，负极区溶液pH降低 D．当电路中通过1mol电子的电量时，会有0.5mol的O2生成 ‎【答案】B ‎☆★考点五：金属的电化学腐蚀及防护 金属的电化学腐蚀是因为形成原电池加快了反应速度。金属腐蚀的速度为：电解池的阳极>原电池的负极>普通反应>原电池的正极>电解池的阴极 ‎（1）电化学防护 ‎①牺牲阳极的阴极保护法—原电池原理 a．负极：比被保护金属活泼的金属；‎ b．正极：被保护的金属设备。‎ ‎②外加电流的阴极保护法—电解原理 a．阴极：被保护的金属设备；‎ b．阳极：惰性金属。‎ ‎（2）改变金属的内部结构，如制成合金、不锈钢等。‎ ‎（3）加防护层，如在金属表面喷油漆、涂油脂、电镀、喷镀或表面钝化等方法。‎ ‎【例5】【2017新课标1卷】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 ‎【答案】C ‎【真题回访】‎ ‎1．用电解氧化法可以在铝制品表面形成致密、耐腐蚀的氧化膜，电解质溶液一般为混合溶液。下列叙述错误的是（ ）‎ A．待加工铝质工件为阳极 B．可选用不锈钢网作为阴极 C．阴极的电极反应式为：‎ D．硫酸根离子在电解过程中向阳极移动 ‎【答案】C ‎2．某电动汽车配载一种可充放电的锂离子电池。放电时电池的总反应为：Li1-xCoO2+LixC6=LiCoO2+ C6(x<1)。下列关于该电池的说法不正确的是（ ）‎ A．放电时，Li+在电解质中由负极向正极迁移 B．放电时，负极的电极反应式为LixC6-xe-= xLi++ C6‎ C．充电时，若转移1mole-，石墨C6电极将增重7xg D．充电时，阳极的电极反应式为LiCoO2-xe-=Li1-xCoO2+Li+‎ ‎【答案】C ‎3．某电池以K2FeO4和Zn为电极材料，KOH溶液为电解溶质溶液。下列说法正确的是（ ）‎ A．Zn为电池的负极 B．正极反应式为2FeO42−+ 10H++6e−=Fe2O3+5H2O C．该电池放电过程中电解质溶液浓度不变 D．电池工作时向负极迁移 ‎【答案】AD ‎4．图1是铜锌原电池示意图。图2中，x轴表示实验时流入正极的电子的物质的量，y轴表示（ ）‎ A．铜棒的质量 B．c(Zn2+)‎ C．c(H+) D．c(SO42-)‎ ‎【答案】C ‎5．Mg-AgCl电池是一种以海水为电解质溶液的水激活电池。下列叙述错误的是（ ）‎ A．负极反应式为Mg-2e-=Mg2+‎ B．正极反应式为Ag++e-=Ag C．电池放电时Cl-由正极向负极迁移 D．负极会发生副反应Mg+2H2O=Mg(OH)2+H2↑‎ ‎【答案】B ‎6．金属（M）–空气电池（如图）具有原料易得、能量密度高等优点，有望成为新能源汽车和移动设备的电源。该类电池放电的总反应方程式为：4M+nO2+2nH2O=4M(OH) n。已知：电池的“理论比能量”指单位质量的电极材料理论上能释放出的最大电能。下列说法不正确的是（ ）‎ A．采用多孔电极的目的是提高电极与电解质溶液的接触面积，并有利于氧气扩散至电极表面 B．比较Mg、Al、Zn三种金属–空气电池，Al–空气电池的理论比能量最高 C．M–空气电池放电过程的正极反应式：4Mn++nO2+2nH2O+4ne–=4M(OH)n D．在M–空气电池中，为防止负极区沉积Mg(OH)2，宜采用中性电解质及阳离子交换膜 ‎【答案】C ‎7．在固态金属氧化物电解池中，高温共电解H2O—CO2混合气体制备H2和CO是一种新的能源利用方式，基本原理如图所示。下列说法不正确的是（ ）‎ A．X是电源的负极 B．阴极的反应式是：H2O＋2eˉ＝H2＋O2ˉ‎ CO2＋2eˉ＝CO＋O2ˉ‎ C．总反应可表示为：H2O＋CO2H2＋CO＋O2‎ D．阴、阳两极生成的气体的物质的量之比是1︰1‎ ‎【答案】D ‎8．锌铜原电池装置如图所示，其中阳离子交换膜只允许阳离子和水分子通过，下列有关叙述正确的是（ ）‎ A．铜电极上发生氧化反应 B．电池工作一段时间后，甲池的c(SO42－)减小 C．电池工作一段时间后，乙池溶液的总质量增加 D．阴阳离子离子分别通过交换膜向负极和正极移动，保持溶液中电荷平衡 ‎【答案】C ‎9．用右图所示装置除去含CN－、Cl－废水中的CN－时，控制溶液PH为9~10，阳极产生的ClO－将CN－氧化为两种无污染的气体，下列说法不正确的是（ ）‎ A．用石墨作阳极，铁作阴极 B．阳极的电极反应式为：Cl－ + 2OH－－2e－= ClO－ + H2O C．阴极的电极反应式为：2H2O + 2e－ = H2↑ + 2OH－‎ D．除去CN－的反应：2CN－+ 5ClO－ + 2H+ = N2↑ + 2CO2↑ + 5Cl－+ H2O ‎【答案】D ‎ ‎10．含氯苯（）的废水可通过加入适量乙酸钠，设计成微生物电池将氯苯转化为苯而除去，其除去原理如图所示，下列叙述正确的是（ ）‎ A．A极为负极，发生氧化反应 B．H+由A极穿过质子交换膜到达B极 C．A 极电极反应式为+2e-+H+=Cl-+‎ D．反应后电解液的pH升高 ‎【答案】C ‎11．浓差电池中的电动势是由于电池中存在浓度差而产生的。某浓差电池的原理如图所示，该电池从浓缩海水中提取LiCl的同时又获得了电能。下列有关该电池的说法错误的是（ ）‎ A．电池工作时，Li+通过离子电子导体移向b区 B．电流由X极通过外电路移向Y极 C．正极发生的反应为：2H++2e-=H2↑‎ D．Y极每生成1 mol Cl2，a区得到2 mol LiCl ‎【答案】A ‎12．一种三室微生物燃料电池可用于污水净化、海水淡化，其工作原理如图所示，下列说法正确的是（ ）‎ A．该电池能在高温下工作 B．该电池工作时，中间室中的Cl－移向右室 C．正极上发生的电极反应：2NO3－+ 6H2O + 10e－═ N2 ↑+ 12OH－‎ D．若有机废水中有机物用C6H12O6表示，每消耗1 mol C6H12O6 转移4 mol电子 ‎【答案】C ‎13．电池式氧传感器原理构造如图，可测定O2的含量。工作时铅极表面会逐渐附着Pb(OH)2。下列说法不正确的是（ ）‎ A．Pt电极上发生还原反应 B．随着使用，电解液的pH逐渐减小 C．a mmolO2反应，理论上可使Pb电极增重68a mg D．Pb电极上的反应式为Pb＋2OH－－2e－＝Pb(OH)2‎ ‎【答案】B ‎14．以熔融Na2CO3为电解质，H2和CO混合气为燃料的电池原理如下图所示。‎ 下列说法正确的是（ ）‎ A．b是电池的负极 B．a电极的反应为：CO＋CO32ˉ－2eˉ== 2CO2；H2＋CO32ˉ－2eˉ== H2O＋CO2‎ C．a电极上每消耗22.4L原料气，电池中转移电子数约为2╳6.02╳1023‎ D．a、b两极消耗的气体的物质的量之比是1︰1‎ ‎【答案】B ‎15．【潍坊市2017届第三次模拟】用惰性电极电解FeSO4溶液制备高纯铁的原理如下图所示。下列说法错误的是（ ）‎ A．阳极主要发生反应：Fe2+-e-=Fe3+‎ B．可用高纯铁电极作阴扱 C．电解液中的SO42-由右向左通过阴离子交换膜 D．电解法制备髙纯铁总反应：3Fe2+Fe+2Fe3+‎ ‎【答案】C ‎16．某同学做如下实验：‎ 下列说法正确的是（ ）‎ A．“电流计指针未发生偏转”，说明铁片Ⅰ、铁片Ⅱ均未被腐蚀 B．用K3[Fe(CN)3]溶液检验铁片Ⅲ、Ⅳ附近溶液，可判断电池的正、负极 C．铁片Ⅰ、Ⅲ所处的电解质溶液浓度相同，二者的腐蚀速率相等 D．铁片Ⅳ的电极反应式为Fe-3e-=Fe3+‎ ‎【答案】B ‎17．研究人员发现了一种“水”电池，其总反应为：5MnO2 +2Ag+2NaCl =Na2 Mn5O10 +2AgCl。如图用“水”电池为电源电解NaCI溶液的实验中，X电极上有无色气体逸出。下列有关分析正确的是（ ）‎ A．I为负极，其电极反应式为Ag十Cl-+e-=AgCl B．“水”电池内Na+不断向负极作定向移动 C．每转移1mole-，U型管中消耗0．5mol H2O D．开始时U型管中Y极附近pH逐渐增大 ‎【答案】A ‎18．新型NaBH4/H2O2燃料电池(DBFC)的结构如图所示，该电池总反应方程式：NaBH4 +4H2O2=NaBO2 +6H2O，有关的说法不正确的是（ ）‎ A．纳米MnO2层的作用是提高原电池的工作效率 B．放电过程中，Na+从B极区移向A极区 C．电池负极的电极反应为：BH4 +8OH- - 8e一 =BO2-+6H2O D．在电池反应中，每消耗1L 1mol／L H2O2溶液，理论上流过电路中的电子为2 mol ‎【答案】B ‎19．C-NaMO2电池是科学家正在研发的钠离子电池，据悉该电池可以将传统锂电池的续航能力提升7倍。该电池的电池反应式为：NaMO2 + nCNa(1-x)MO2 + NaxCn ，下列有关该电池的说法正确的是（ ）‎ A．电池放电时，溶液中钠离子向负极移动 B．该电池负极的电极反应为NaMO2-xe- Na(1-x)MO2+xNa+‎ C．消耗相同质量金属时，用锂作负极产生电子的物质的量比用钠时少 D．电池充电时的阳极反应式为：nC+xNa+-xe- NaxCn ‎【答案】B ‎20．下图是用于航天飞行器中的一种全天候太阳能电化学电池在光照时的工作原理。下列说法正确的是（ ）‎ A．该电池与硅太阳能电池供电原理相同 B．光照时，H+由a极室通过质子膜进入b极室 C．夜间无光照时，a电极流出电子 D．光照时，b极反应式是VO2++2OH--e-=VO2++H2O ‎【答案】C ‎21．用右图装置研究电化学原理，下列分析中错误的是（ ）‎ ‎ ‎ ‎【答案】D ‎22．以葡萄糖为燃料的微生物燃料电池结构示意图如图所示．关于该电池的叙述不正确的是（ ）‎ A．该电池能够在高温下工作 B．电池的负极反应为：C6H12O6＋6H2O－24e－＝6CO2＋24H+‎ C．放电过程中，质子（H+）从负极区向正极区迁移 ‎ D．在电池反应中，每消耗1mol氧气，理论上能生成 标准状况下CO2气体22.4 L ‎ ‎【答案】A