届高考化学二轮专题复习精品学案之电化学 doc.docx
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届高考化学二轮专题复习精品学案之电化学doc
2010届高考化学二轮专题复习精品学案之电化学
[专题目标]：
1、复习、巩固电化学方面的有关知识和基本原理，掌握电化学一些相关规律；
2、熟练运用电化学的有关理论知识解决生活实际中的相关问题
[经典题型]
题型一：
原电池原理在燃料电池中的运用
[例1]：
有人设计出利用CH4和O2的反应，用铂电极在KOH溶液中构成原电池。
电池的总反应类似于CH4在O2中燃烧，则下列说法正确的是（）
①每消耗1molCH4可以向外电路提供8mole-
②负极上CH4失去电子，电极反应式CH4+10OH-－8e-=CO32-+7H2O
③负极上是O2获得电子，电极反应式为O2+2H2O+4e-=4OH-
④电池放电后，溶液PH不断升高
A.①②B.①③C.①④D.③④
[点拨]：
本题是考查原电池原理在燃料电池中的具体应用，首先要判断出电池的正负极，其方法是确定在该电极上发生的是失电子还是得电子反应，若发生的是失电子反应是原电池的负极，反之是正极。
CH4在铂电极上发生类似于CH4在O2燃烧反应，即CH4→CO2严格讲生成的CO2还与KOH反应生成K2CO3，化合价升高，失去电子，是电池的负极，电极反应式为CH4-8e-+10OH-=CO32-+7H2O，1molCH4参加反应有8mole-发生转移，O2在正极上发生反应，获得电子，电极反应式为O2+2H2O+4e-=4OH-。
虽然正极产生OH-，负极消耗OH-，但从总反应CH4+2O2+2KOH=K2CO3+3H2O可看出是消耗KOH，所以电池放电时溶液的PH值不断下降，故①②正确，③④错误。
答案：
A
点评：
燃料电池在特定条件下发生的反应就是在一般原电池反应的式子上，加上该条件的影响而得到的最后结果。
[规律总结]：
1、原电池电极名称的判断方法
（1）根据电极材料的性质确定金属—金属电极，活泼金属是负极，不活泼金属是正极；金属—非金属电极，金属是负极，非金属是正极；金属—化合物电极，金属是负极，化合物是正极。
（2）根据电极反应的本身确定失电子的反应—氧化反应—负极；得电子的反应—还原反应—正极
2、原电池电极反应式书写关键
（1）明确电池的负极反应物是电极本身还是其他物质、反应产物及化合价的变化；
（2）确定电池的正极反应物是电解质溶液中的离子，还是其他物质（如溶有或通入的氧气）；
（3）判断是否存在特定的条件（如介质中的微粒H+、OH-非放电物质参加反应），进而推断电解质溶液的酸碱性的变化；
（4）总的反应式是否满足质量守衡、得失电子守衡、电荷守衡。
[巩固]：
航天技术上使用的氢氧燃料电池具有高能、轻便、无污染的优点。
氢氧燃料电池有酸式和碱式两种，它们放电时的总反应都可以表示为2H2+O2=2H2O，酸式电池中电解质是酸，其负极反应可表示为2H2-4e-=H2，则其正极反应式为_______________。
碱式电池的电解质是碱，其正极反应式为O2+2H2O+4e-=4OH-，则其负极反应可表示为___________________。
题型二：
电解原理的运用
[例2]：
某一学生想制作一种家用环保型消毒液发生器，用石墨作电极电解饱和NaCl溶液，通电时，为使Cl2被完全吸收制得有较强杀菌能力的消毒液，设计了如图所示装置，则电源电极名称和消毒液的主要成分判断正确的是（）
b
A.a为正极，b为负极；NaClO和NaCl
B.a为负极，b为正极；NaClO和NaCl
C.a为阳极，b为阴极；HClO和NaCl
D.a为阴极，b为阳极；HClO和NaCl
电解
[点拨]：
石墨作电极电解饱和NaCl溶液发生的反应是
2NaCl+2H2O2NaOH+H2↑+Cl2↑伴随
进行过程中可能发生的副发应为2NaOH+Cl2=NaCl+NaClO+H2O，若使Cl2完全吸收制得有较强杀菌消毒能力的消毒液的主要成分是NaClO和NaCl，怎样才能使产生的Cl2与NaOH充分反应，只有发生器下端产生Cl2才能确保其被完全吸收，从中可推知电源a为负极，b为正极。
答案：
B
[点评]：
本题是原电池原理在新情境下的具体应用，要求用已有知识对实际问题进行分析处理，从而找出正确的结论。
[规律总结]（归纳整理）
1、阳极放电次序：
非惰性电极>S2->I->Br->Cl->OH->高价含氧酸根离子>F-
阴极放电次序一般为：
Ag+>Hg2+>Cu2+>H+>Pb2+>Sn2+>Fe2+>Zn2+>Al3+>Mg2+>Na+
当然，微粒的浓度也会影响放电的顺序，如电镀锌时，溶液中C（Zn2+）>C（H+）,放电次序Zn2+>H+。
2、电解原理应用：
⑴电解食盐水：
电极反应式：
_________________________________________
⑵电镀：
以铁件镀铜为例阳极材料：
_________电极反应：
___________
阴极材料：
__________电极反应：
___________
电镀液：
___________
⑶精炼铜：
阳极材料__________阴极材料__________电解质溶液___________
3、惰性电极电解溶液时各种情况简析
类型
电极反应特点
实例
电解对象
电解质浓度
PH
电解质溶液复原
电解水型
分解电解质型
放出H2生成碱型
放出O2生成酸型
题型三：
电池判断
[例3]：
按下图装置进行实验，并回答下列问题
KCl酚酞溶液
⑴判断装置的名称：
A池为___________B池为______________
⑵锌极为__________极，电极反应式为_________________________
铜极为__________极，电极反应式为_________________________
石墨棒C1为______极，电极反应式为________________________
石墨棒C2附近发生的实验现象为_______________________________
⑶当C2极析出224mL气体（标准状态时，锌的质量变化（增加或减少）_________g.CuSO4溶液的质量变化了（增加或减少了）_________g
[点拨]：
A池中Zn、Cu放入CuSO4溶液中构成原电池，B池中两个电极均为石墨电极，在以A为电源的情况下构成电解池，即A原电池带动B电解池，A池中Zn负极，Cu为正极，B池中C1为阳极，C2为阴极、析出H2，周围OH-富集，酚酞变红，且
故电路上转移电子的物质的量为0.01mol×2=0.02mol，根据得失电子守恒锌极有0.01molZn溶解，即Zn极重量减少0.01mol×65g/mol=0.65g铜极上有0.01molCu析出，即CuSO4溶液增加了0.01mol×（65g/mol-64g/mol）=0.01g
答案：
⑴A为原电池B为电解池
⑵Zn为负极Zn-2e-=Zn2+
Cu为正极Cu2++2e-=Cu
C1为正极2Cl—2e-=Cl2↑
C2极发生的现象为：
有无色气体产生，附近溶液出现红色
⑶Zn质量减少0.65g，CuSO4溶液增加0.01g.
[规律总结]
1、原电池、电解池、电镀池判定
（1）若无外接电源，可能是原电池，然后根据原电池的形成条件判定；
（2）若有外接电源，两极插入电解质溶液中，则可能是电解池或电镀池，当阳极金属与电解质溶液中的金属离子相同则为电镀池；
（3）若为无明显外接电源的串联电路，则应利用题中信息找出能发生自发氧化还原反应的装置为原电池。
2、可充电电池的判断放电时相当于原电池，负极发生氧化反应，正极发生还原反应；充电时相当于电解池，放电时的正极变为电解池的阳极，与外电源正极相连，负极变为阴极，与外电源负极相连。
3、电解有关计算方法：
（1）串联电路中各电极得失电子数相等,即电路中通过的电量（电子总数）相等求解。
通常存在下列物质的量关系
H2~Cl2~
O2~Cu~2Ag~2H+~2OH-
（2）根据电极反应式或电解方程式列比例求解
[巩固]：
用Pt作电极，电解串联电路中分装在甲、乙两个烧杯中的200mL
NaCl溶液和
的
溶液，当产生
（标准状况）
时停止电解，取出电极，将两杯溶液混合，混合液的pH为（设混合后总体积为500mL）（）
A.1.4B.5.6C.7D.12.6
一、考点回顾
1.考点阐释
考点1：
原电池
⑴定义：
原电池——将化学能转化为电能的装置。
⑵组成条件：
①两个活泼性不同的电极。
通常用活泼金属做负极，用不活泼金属或可以导电的非金属做正极。
②电解质溶液：
一般与活泼性强的电极发生氧化还原反应或做氧气的载体。
③通过导线连接电极（或电极相互接触），形成闭合回路。
⑶实质：
通过自发的氧化还原反应中的电子转移，在外电路上形成电流。
⑷电极反应的书写方法：
①首先确定氧化还原反应的总化学方程式；
②根据化学反应确定原电池的正、负极，发生氧化反应的一极为负极。
③由反应物和生成物结合电解质溶液写出负极的电极反应。
④用总反应方程式减去负极反应，根据得失电子数目相同的原理写出正极反应的电极反应。
⑸应用：
金属的腐蚀与防护
①金属的腐蚀：
金属或合金与周围接触到的气体或液体进行化学反应而腐蚀损耗的过程。
一般分为化学腐蚀（金属与接触到的物质直接发生化学反应而引起的腐蚀）和电化学腐蚀（不纯的金属与电解质溶液接触时，会发生原电池反应，比较活泼的金属失去电子而氧化而引起的腐蚀）。
电化学腐蚀又分为析氢腐蚀和吸氧腐蚀。
化学腐蚀与电化学腐蚀的比较
类型
化学腐蚀
电化学腐蚀
发生条件
金属与反应物直接接触
不纯金属或合金与电解质溶液接触
现象
无电流产生
有电流产生
本质
金属被氧化的过程
较活泼的金属被氧化的过程
相互关系
两种腐蚀往往同时发生，但电化学腐蚀更普遍
钢铁的析氢腐蚀与吸氧腐蚀
类型
析氢腐蚀
吸氧腐蚀
发生条件
水膜酸性较强
水膜弱酸性、中性或碱性
正极反应
2H++2e—=H2↑
O2+2H2O+4e—=4OH—
负极反应
Fe–2e—=Fe2+
Fe–2e—=Fe2+
溶液反应
Fe2++2OH—=Fe（OH）2
4Fe（OH）3+O2+2H2O=Fe（OH）3
②金属的防护措施
改变金属的内部结构、在金属表面覆盖保护层、电化学保护法
考点2：
电解池
⑴将电能转化为化学能的装置。
⑵组成条件：
①外电源——提供电能
②导线——形成闭合回路
③电解质溶液——帮助实现能量转化
⑶实质：
通过外加电源使不能自发进行的氧化还原反应得以实现。
⑷电解池中离子的放电顺序：
①阴离子氧化顺序为：
S2->I->Br->Cl->OH->含氧根离子
②阳离子的还原顺序为：
Ag+>Hg2+>Fe3+>Cu2+>>H+（与金属活动性顺序相反）
注意：
书写阳极反应时，首先要注意观察电极材料，当电极为C、Pt、Au等惰性电极时，根据阴离子放电顺序考虑溶液中的阴离子放电，若阳极本身为活泼金属材料，则首先考虑电极反应。
而阴极无论什么材料都不参与电极反应。
⑸用惰性电极电解电解质溶液的基本规律：
①电解水型：
含氧酸、强碱、活泼金属的含氧酸盐（如NaOH、H2SO4、K2SO4溶液等）的电解
阴极：
4H++4e—=H2↑阳极：
4OH—-4e—=2H2O+O2↑
总反应：
2H2O
2H2↑+O2↑
②分解电解质型：
无氧酸（除HF外），不活泼金属的无氧酸盐（氟化物除外）（CuCl2、HCl溶液）的电解（以CuCl2为例）
阴极：
Cu2++2e—=Cu阳极：
2Cl—-2e—=Cl2↑
总反应：
CuCl2
Cu+Cl2↑
③放氢生碱型：
活泼金属的无氧酸盐（氟化物除外）（如NaCl、MgBr等溶液）的电解。
例NaCl溶液的电解
阴极：
2H2O+2e—=H2↑+2OH—阴极：
2Cl—-2e—=Cl2↑
总反应：
2NaCl+2H2O
H2↑+Cl2↑+2NaOH
④放氧生酸性：
不活泼金属的含氧酸盐（如CuSO4、AgNO3等溶液）的电解；以CuSO4溶液为例：
阴极：
2Cu2++4e—=2Cu阳极：
4OH—-4e—=2H2O+O2↑
总反应：
2CuSO4+2H2O
O2↑+2Cu+2H2SO4
⑹电解原理的应用：
①氯碱工业：
2Cl—+2H2O
H2↑+Cl2↑+2OH—
②电镀
2．考查角度：
⑴理解原电池原理，初步了解化学电源；
⑵了解化学腐蚀与电化学腐蚀以及一般的防护方法；
⑶理解电解原理。
⑷了解铜的精炼、镀铜、氯碱工业反应原理。
⑸根据电化学反应判断电解质溶液的变化
⑹新型电池的反应原理以及它们的优势。
3．常见失误：
⑴电池的正、负极的判断或阴、阳极的判断失误。
原电池为正负极，是根据氧化还原反应来确定的：
发生氧化反应的一极为负极，另一极为正极；电解池为阴阳极，是根据外加电源的正负极来判断的。
接电源正极的一端为阳极，在阳极上发生的反应为氧化反应。
⑵在解决蓄电池的充、放电时出现一些失误，充电时为原电池，充电时为电解池。
⑶对反应后电解质溶液变化情况的判断：
在反应过程中的一些变化，有两个要注意的问题：
一是溶液的酸碱性的变化，另一个是电解质溶质的变化，这个判断对于很多学生来说是个难点。
⑷转移电子数目的判断也会出现一些失误。
二、经典例题剖析
例1．（2007年高考全国理综卷II10题）在盛有稀H2SO4的烧杯中放入用导线连接的锌片和铜片，下列叙述正确的是（）
A．正极附近的SO42－离子浓度逐渐增大
B．电子通过导线由铜片流向锌片
C．正极有O2逸出
D．铜片上有H2逸出
【解析】由题意可判断本题涉及的是原电池的知识，发生的总反应为Zn+H2SO4=ZnSO4+H2↑，活泼金属锌为原电池的负极，失去的电子沿导线流向铜片，H+在作为正极的铜片上得到电子后生成氢气，因此B、C项错误，所以H+向正极移动，而SO42—向负极移动，则负极附近的SO42－离子浓度逐渐增大。
【答案】D
【点评】原电池中电子是由负极流向正极，电解质溶液中阳离子向正极移动，阴离子向负极移动。
例2．（2007年高考上海化学卷16题）某学生设计了一个“黑笔写红字”的趣味实验。
滤纸先用氯化钠、无色酚酞的混合液浸湿，然后平铺在一块铂片上，接通电源后，用铅笔在滤纸上写字，会出现红色字迹。
据此，下列叙述正确的是（）
A．铅笔端作阳极，发生还原反应B．铂片端作阴极，发生氧化反应
C．铅笔端有少量的氯气产生D．a点是负极，b点是正极
【解析】由题目所给信息可以判断本题涉及的是电解池的知识。
总反应为2NaCl+2H2O
H2↑+Cl2↑+2NaOH，生成氢气的一端产生NaOH，生成氢气发生还原反应，为阴极，所以铅笔一端为阴极，与电源的负极相连。
则A、B、C项错误。
【答案】D
【点评】电解池的阴阳极是由外接电源的正负极确定的。
电源的正极接电解池的阳极，发生氧化反应，负极接电源的阴极，发生还原反应。
例3．（2007年高考广东理基25题）钢铁在潮湿的空气中会被腐蚀，发生的原电池反应为：
2Fe＋2H2O＋O2=2Fe2＋＋4OH－。
以下说法正确的是（）
A．负极发生的反应为：
Fe－2e－=Fe2＋
B．正极发生的反应为：
2H2O＋O2＋2e－=4OH－
C．原电池是将电能转变为化学能的装置
D．钢柱在水下部分比在空气与水交界处更容易腐蚀
【解析】本题考查了学生对于电化学腐蚀的一般规律。
由原电池反应的化学方程式可知，属于铁在中性、弱酸性或碱性溶液条件下的腐蚀，为吸氧腐蚀，所以腐蚀的条件为有水以及与氧气接触，所以D项错误。
书写的电极方程式应该满足质量守恒、电荷守恒以及得失电子守恒。
B项的得失电子不守恒，错误。
原电池是将化学能转化为电能的装置，C项错误。
【答案】A
【点评】电化学腐蚀比化学腐蚀更普遍，吸氧腐蚀比析氢腐蚀更普遍。
金属的腐蚀过程中金属为负极失去电子。
铁如果发生电化学腐蚀，失去电子只能生成Fe2+后，再被空气中氧气氧化为+3价的化合物。
进而生成铁锈。
例4．（2007年高考江苏卷11题）某同学按图所示的装置进行电解实验。
下列说法正确的是（）
石墨
A．电解过程中，铜电极上有H2产生
B．电解初期，主反应方程式为：
Cu＋H2SO4
CuSO4＋H2↑
C．电解一定时间后，石墨电极上有铜析出
D．整个电解过程中，H＋的浓度不断增大
【解析】本题考查的是电解池发生反应的情况。
由外电源的正极可以判断Cu为阳极，金属做阳极则发生氧化反应，Cu–2e—=Cu2+，阴极上发生还原反应，电解质中的H+得到电子生成氢气，所以A、C项错误，B项正确；当溶液中溶解铜后含有Cu2+时，由于Cu2+的氧化性大于H+的氧化性，所以Cu2+在阴极发生还原反应，在碳棒上析出铜单质。
【答案】BC
【点评】电解池中若阳极为惰性金属或非金属时，则电极不发生反应，若电极为金属，则首先考虑到电极的反应。
例5．（2007年高考广东化学卷20题）三氧化二镍（Ni2O3）可用于制造高能电池，其电解法制备过程如下：
用NaOH调NiCl2溶液pH至7.5，加放适量硫酸钠后进行电解。
电解过程中产生的Cl2在弱碱性条件下生成ClO－，把二价镍氧化为三价镍。
以下说法正确的是（）
A．可用铁作阳极材料
B．电解过程中阳极附近溶液的pH升高
C．阳极反应方程式为：
2Cl－－2e－＝Cl2
D．1mol二价镍全部转化为三价镍时，外电路中通过了1mol电子。
【解析】本题考查了电解后溶液的变化以及电子转移的情况。
根据题意电解时产生了Cl2，发生的是氧化反应，所以推断这一反应发生在阳极，所以A项错误，C项正确；阳极生成的Cl2与OH—反应生成ClO时要消耗OH—，所以pH降低，B项错误。
由得失电子与化合价的关系可知D项也正确。
【答案】CD
【点评】电解池中氧化反应与还原反应得失电子的数目相同，氧化反应发生在阳极，还原反应发生在阴极。
例6．（2007年高考理综天津卷13题）天津是我国研发和生产锂离子电池的重要基地。
锂离子电池正极材料是含锂的二氧化钴（LiCoO2），充电时LiCoO2中Li被氧化，Li＋迁移并以原子形式嵌入电池负极材料碳（C6）中，以LiC6表示。
电池反应为LiCoO2＋C6
CoO2＋LiC6，下列说法正确的是（）
A．充电时，电池的负极反应为LiC6－e－=Li＋＋C6
B．放电时，电池的正极反应为CoO2＋Li＋＋e－=LiCoO2
C．羧酸、醇等含活泼氢的有机物可用作锂离子电池的电解质
D．锂离子电池的比能量（单位质量释放的能量）低
【解析】本题考查了电解池和原电池的综合应用能力。
充电时，Li被氧化，为电解池的阳极，所以A项错误；在整个电极反应过程中，Li+起着转移电子的作用，但如果电解质溶液中含有H+，H+得电子能力大于Li+，则首先放电的是H+，所以C项错误。
由于金属Li的密度小，所以单位质量的Li失去电子的物质的量大，因此其比能量比其他金属大。
当电池放电的情况下，正极得到电子，Li+得到电子进入到CoO2中。
【答案】B
【点评】当电池充电时表现为电解池，发生氧化反应的一极为阳极，放电时表现为原电池，负极失去电子发生氧化反应。
例7．（2007年高考海南化学卷14题）依据氧化还原反应：
2Ag＋（aq）＋Cu（s）=Cu2＋（aq）＋2Ag（s）设计的原电池如图所示。
Ag
请回答下列问题：
⑴电极X的材料是________；电解质溶液Y是___________；
⑵银电极为电池的________极，发生的电极反应为______________________________；
X电极上发生的电极反应为____________________________；
⑶外电路中的电子是从_______电极流向________电极。
【解析】由2Ag＋（aq）＋Cu（s）=Cu2＋（aq）＋2Ag（s）可知，Cu发生氧化反应，为原电池的负极，所以X应该是铜单质；而正极材料不发生化学反应，所以还原反应应该发生在电解质溶液的阳离子上。
原电池的电子流向为负极到正极。
【答案】⑴铜（或Cu）；AgNO3溶液。
⑵正，Ag＋＋e－=Ag；Cu－2e－=Cu2＋。
⑶负（Cu）；正（Ag）
【点评】根据自发进行的氧化还原反应来设计电池时，要注意以下问题：
电极材料、电解质溶液、电解质溶液的变化等。
例8．（2007年高考理综山东卷31题）工业上对海水资源综合开发利用的部分工艺流程如下图所示。
⑴电解饱和食盐水常用离子膜电解槽和隔膜电解槽。
离子膜和隔膜均允许通过的分子或离子是________。
电解槽中的阳极材料为__________。
⑵本工艺流程中先后制得Br2、CaSO4和Mg（OH）2，能否按Br2、Mg（OH）2、CaSO4顺序制备？
_____原因是。
⑶溴单质在四氧化碳中的溶解度比在水中大得多，四氧化碳与水不互溶，故可用于萃取溴，但在上述工艺中却不用四氯化碳，原因是______________________________________。
【解析】本题考查了电化学在工业中的应用。
属于电解池。
【答案】⑴阴离子（Na＋）；钛（或石墨）。
⑵否。
如果先沉淀Mg（OH）2，则沉淀中会夹杂有CaSO4沉淀，产品不纯。
⑶四氯化碳萃取法工艺复杂、设备投资大；经济效益低、环境污染严重。
三、方法总结与2008年高考预测
电化学的学习最主要的是抓住其反应原理，从而进行判断，因此掌握实质是关键。
另外适当的准确的记忆也是必要的。
例如原电池中电极的反应类型、电解吃中电解质溶液中离子的放电顺序等。
本专题的难点是有关电极反应的书写方法，在把握实质的基础上一定要注意电解质溶液的性质。
新型能源是近几年在考试中也日常的报道中出现频率比较高的一个词汇，而新型燃料电池就属于其中的一类，最近几年关于这一类型的考察已经明显增多。
2008年的高考中，这部分内容还会出现。
新型能源与传统能源的比较也是可能出现的题目。
四、强化训练及解答技巧
㈠选择题：
1．下列关于原电池的叙述正确的是（）
A．构成原电池的正极和负极必须是两种不同的金属
B．原电池是将化学能转变为电能的装置
C．原电池中电子流出的一极是负极，该极被还原
D．原电池放电时，电流的方向是从负极到正极
2．家用炒菜铁锅用水清洗放置后，出现红棕色的锈斑，在此变化过程中不发生的化学反应是
A．4Fe（OH）2＋2H2O＋O2＝4Fe（OH）3↓B．2Fe＋2H2O＋O2＝2Fe（OH）2↓
C．2H2O＋O2＋4e＝４OH－D．Fe－3e＝Fe3＋
3．1L0.1mol/L的AgNO3溶液在以Ag作阳极，Fe作阴极的电解槽中电解，当阴极上增重2.16g时，下列判断正确的是
A．电解质溶液的浓度变为0.08m
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