全国高考考前热点题型命题揭秘之电化学典题剖析.docx
《全国高考考前热点题型命题揭秘之电化学典题剖析.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《全国高考考前热点题型命题揭秘之电化学典题剖析.docx（14页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
全国高考考前热点题型命题揭秘之电化学典题剖析
例1【2015新课标Ⅱ卷理综化学】
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：
溶解度/（g/100g水）
温度/℃
化合物
0
20
40
60
80
100
NH4Cl
29.3
37.2
45.8
55.3
65.6
77.3
ZnCl2
343
395
452
488
541
614
化合物
Zn（OH）2
Fe（OH）2
Fe（OH）3
Ksp近似值
10-17
10-17
10-39
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Zng。
（已经F＝96500C/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ZnSO4·7H2O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1×10-5mol/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）MnO2＋e—＋H＋＝MnOOH；Zn＋2MnO2＋2H＋＝Zn2＋＋2MnOOH
（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
（3）废电池糊状填充物加水处理后，过滤，滤液中主要有氯化锌和氯化铵。
根据表中数据可知氯化锌的溶解度受温度影响较大，因此两者可以通过结晶分离回收，即通过蒸发浓缩、冷却结晶实现分离。
二氧化锰、铁粉、MnOOH均难溶于水，因此滤渣的主要成分是二氧化锰、碳粉、MnOOH。
由于碳燃烧生成CO2，MnOOH能被氧化转化为二氧化锰，所以欲从中得到较纯的二氧化锰，最简便的方法是在空气中灼烧。
（4）双氧水具有强氧化性，能把铁氧化为铁离子，因此加入稀硫酸和双氧水，溶解后铁变为硫酸铁。
根据氢氧化铁的溶度积常数可知，当铁离子完全沉淀时溶液中铁离子浓度为10—5mol/L，则溶液中氢氧根的浓度＝
，所以氢离子浓度是2×10—3mol/L，pH＝2.7，因此加碱调节pH为2.7时铁刚好完全沉淀。
Zn2＋
浓度为0.1mol/L，根据氢氧化锌的溶度积常数可知开始沉淀时的氢氧根浓度为＝
＝10—8mol/L，氢离子浓度是10—6mol/L，pH＝6，即继续加碱调节pH为6时锌开始沉淀。
如果不加双氧水，则铁与稀硫酸反应生成硫酸亚铁，由于氢氧化亚铁和氢氧化锌的溶度积常数接近，因此在沉淀锌离子的同时亚铁离子也沉淀，导致生成的氢氧化锌不纯，无法分离开Zn2＋和Fe2＋。
【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．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。
（1）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S2－>I－>Br－>Cl－>OH－（水）。
（2）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）
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。
例2一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＋H2O
3H2＋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
【解析】
试题分析：
A、1molCH4→CO，化合价由-4价→+2上升6价，1molCH4参加反应共转移6mol电子，故错误；
B、环境不是碱性，否则不会产生CO2，其电极反应式：
CO＋H2＋2CO32－－4e－=3CO2＋H2O，故B错误；C、根据原电池工作原理，电极A是负极，电极B是正极，阴离子向负极移动，故C错误；
D、根据电池原理，O2、CO2共同参加反应，其电极反应式：
O2＋2CO2＋4e－=2CO32－，故D正确。
【名师点睛】考查原电池的工作原理，负极上失电子，正极上得电子，阴离子一般向负极移动，阳离子向正极移动，电极反应式书写，先写化合价变化的物质以及得失电子数，然后根据所给条件配平其他，也可以用总电极反应式减去简单的电极反应式，但要注意还原剂不出现在正极上，氧化剂不出现在负极上，培养学生对氧化还原反应的书写。
不同“介质”下燃料电池电极反应式的书写。
本类题型难度较大，主要集中在：
一是得失电子数目的判断，二是电极产物的判断。
下面以CH3OH、O2燃料电池为例，分析电极反应式的书写。
（1）酸性介质，如H2SO4。
CH3OH在负极上失去电子生成CO2气体，O2在正极上得到电子，在H＋作用下生成H2O。
电极反应式为负极：
CH3OH－6e－＋H2O===CO2↑＋6H＋；正极：
O2＋6e－＋6H＋===3H2O
（2）碱性介质，如KOH溶液。
CH3OH在负极上失去电子，在碱性条件下生成CO
，1molCH3OH失去6mole－，O2在正极上得到电子生成OH－，电极反应式为：
负极：
CH3OH－6e－＋8OH－=CO
＋6H2O；正极：
O2＋6e－＋3H2O=6OH－
（3）熔融盐介质，如K2CO3。
在电池工作时，CO
移向负极。
CH3OH在负极上失去电子，在CO
的作用下生成CO2气体，O2在正极上得到电子，在CO2的作用下生成CO
，其电极反应式为：
负极：
CH3OH－6e－＋3CO
===4CO2↑＋2H2O；正极：
O2＋6e－＋3CO2===3CO
（4）掺杂Y2O3的ZrO3固体作电解质，在高温下能传导正极生成的O2－。
根据O2－移向负极，在负极上CH3OH失电子生成CO2气体，而O2在正极上得电子生成O2－，电极反应式为负极：
CH3OH－6e－＋3O2－===CO2↑＋2H2O；正极：
O2＋6e－===3O2－
例3某同学组装了图4所示的电化学装置电极I为Al，其他电极均为Cu，则（）
A．电流方向：
电极IV→
→电极I
B．电极I发生还原反应
C．电极II逐渐溶解
D．电极III的电极反应：
Cu2++2e-==Cu
【答案】A
【名师点晴】本题以原电池与电解池组合的形式，考查学生运用所学知识对电化学装置的判断，原电池的构成条件的应用，电极、电极反应、电流方向、反应类型的综合考查。
判断该装置是原电池还是电解池还是二者组合的形式，首先看装置中是否存在外加电源，然后再去判断是一个原电池还是一个电解池，还是二者的组合。
一般情况下无外电源的装置中必有1个是原电池，若该装置是组合的形式，则另一装置为电解池；若存在外加电源，则都是电解池装置或是串联的电解池装置。
原电池与电解池组合的形式中，从装置的两极的材料或发生的反应判断哪个是原电池哪个是电解池。
一般存在电解质溶液的原电池中的电极材料是不同的，而电解池的电极材料可以是相同的。
盐桥是新课改教材中出现的新名词，因而围绕盐桥的电化学知识已成为新课改地区命题的一个热点，所以有必要分析研究盐桥问题的考查思路。
常从以下四方面命题。
（1）考查盐桥的作用
（2）考查含盐桥的电化学总反应式的书写
（3）考查盐桥内溶液离子的移动方向
（4）考查含盐桥的电化学装置的设计
例4某原电池装置如右图所示，电池总反应为2Ag＋Cl2＝2AgCl。
下列说法正确的是（）
A．正极反应为AgCl＋e－＝Ag＋Cl－
B．放电时，交换膜右侧溶液中有大量白色沉淀生成
C．若用NaCl溶液代替盐酸，则电池总反应随之改变
D．当电路中转移0.01mole－时，交换膜左侧溶液中约减
少0.02mol离子
【答案】D
【解析】
试题分析：
抓住电池总反应式，结合氧化还原反应与电化学原理间的联系进行分析。
A项正确的正极反应式为Cl2＋2e－＝2Cl－，错误；
B项由于阳离子交换膜只允许阳离子通过，故在左侧溶液中才会有大量白色沉淀生成，错误；
C项若用NaCl溶液代替盐酸，但电池总反应不变，错误；
D项当电路中转移0．01mole－时，交换膜左侧产生0．01molAg＋与盐酸反应产生AgCl沉淀，同时约有0．01molH＋通过阳离子交换膜转移到右侧溶液中，故左侧溶液共约0．02mol离子减少，正确。
【考点定位】本题主要是考查原电池工作原理的有关判断
【名师点晴】本题通过原电池为载体重点考查了电极反应式的书写、反应现象的分析、转移电子数与离子数的关系，尤其是D项按照常规思路容易判断错误，通过这些内容能考查学生对原电池原理的掌握情况和分析解决问题的能力，要克服思维定势给审题时带来的干扰。
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。
通常有下列三种方法：
1．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。
2．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。
3．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5下列表述不正确的是（）
A
B
C
D
盐桥中的Cl-移向CuSO4溶液
a极附近产生的气体能使湿润的淀粉碘化钾试纸变蓝
粗铜的电极反应式为：
Cu2++2e-=Cu
正极反应式为：
O2+4e-+2H2O=4OH-
【答案】AC
C．该装置为电解池，粗铜与电源的正极连接，为阳极，阳极发生氧化反应，电极反应式是：
Cu-2e-=Cu2+，错误；
D．该装置为原电池，由于金属铁的活动性比杂质碳强，铁为原电池的负极，铁发生的是吸氧腐蚀。
负极铁
发生氧化反应，Fe-2e-=Fe2+，变为Fe2+进入溶液，溶解在溶液中的氧气在正极C上得到电子，发生还原反应，电极反应式是：
O2+4e-+2H2O=4OH-，正确。
【考点定位】考查原电池、电解池的反应原理的知识。
【名师点晴】原电池是将化学能转化为电能的装置，原电池构成条件有四个，活动性不同的电极、电解质溶液、构成闭合回路、自发进行氧化还原反应。
一般情况下活动性强的电极为负极，活动性弱的为正极；负极发生氧化反应，正极上发生还原反应；溶液中的阴离子向负极定向移动，阳离子向正极定向移动。
金属发生的腐蚀主要是原电池反应引起的电化学腐蚀，若电解质溶液为酸性环境，发生的是析氢腐蚀；若是中性或弱酸性环境，则发生的是吸氧腐蚀。
容易弄不清楚两个电极的电性，错认为正极正电荷多，负极负电荷多，导致判断电解质溶液的阴离子向正极移动，阳离子向负极移动，错选A正确；电解池是将电能转化为化学能的装置。
与电源正极连接的为阳极，与电源负极连接的为阴极，阳极发生氧化反应，阴极发生还原反应。
若阳极是石墨、金、铂等惰性电极，则在阳极是电解质溶液中的阴离子放电；若电极是活性电极（除石墨、金、铂之外），则是电极失去电子；在阴极溶液中的阳离子得到电子发生还原反应。
电解原理可应用于金属的精炼、电镀等。
在金属精炼时，不纯金属作阳极，纯金属作阴极，含有该金属离子的溶液为电解质溶液；电镀时镀层金属作阳极，镀件作阴极，含有镀层金属离子的溶液为电解质溶液。
通过原电池、电解池可以实现化学能与电能的相互转化。
电化学是重要的化学理论，在生活、生产、能源、材料等多行业有重要用途。
装置名称
原电池
电解池
电镀池
精炼池（以精炼铜为例）
概念
将化学能转变成电能的装置
将电能转化为化学能的装置
利用电解原理在某些金属表面镀上一层其它金属或者合金的装置
应用电解原理提炼金属的装置
装置示意图
反应特征
氧化还原反应
自发的
非自发的
装置特征
没有电源
两极一般不同（指电极材料）
有电源
两极可同可不同
有电源
阳极为镀层金属，阴极为镀件
有电源
阳极为粗铜
阴极为精铜
形成条件
活泼性不同的两极；电解质溶液；形成闭和回路
自发的氧化还原反应
两极连接电源两极；电解质溶液；形成闭和回路
镀层金属接电源的正极，作为阳极；待镀金属接电源的负极，作为阴极；电镀液必须含有镀层金属的离子
阳极为粗铜，阴极为精铜；电解液为硫酸铜
电极名称及构成
负极为较活泼的金属；正极为较不活泼的金属
阳极与电源的正极相连；
阴极与电源的负极相连
镀层金属为阳极，待镀金属为负极。
阳极为粗铜，阴极为精铜
电极反应
负极：
氧化反应
正极：
还原反应
阳极：
氧化反应
阴极：
还原反应
电子流向
由负极到正极
由电源的负极到阴极；阳极到电源的正极
溶液中带电离子的移动
阳离子向正极移动；阴离子向负极移动
阳离子向阴极移动；阴离子向阳极移动
反应原理举例
负极：
Zn-2e-=Zn2+
正极：
2H++2e-=H2
总反应：
2H++Zn=H2+Zn2+
阳极：
2Cl－-2e－=Cl2↑
阴极：
Cu2++2e-=Cu
总反应：
+2Cl－
2Cu+Cl2↑
阳极：
Cu-2e-=Cu2+
阴极：
Cu2++2e-=Cu
溶液中铜离子浓度不变
阳极：
Cu-2e-=Cu2+
阴极：
Cu2++2e-=Cu
溶液中铜离子浓度减小
主要应用
金属的电化学腐蚀分析；牺牲阳极的阴极保护法；制造多种新的化学电源
电解食盐水
（氯碱工业）；电冶金（冶炼Na、Mg、Al）；
镀层金属为铬、锌、镍、银等，被保护金属抗腐蚀能力增强，增加美观和表面硬度
电解精炼铜
实质
是氧化还原反应中的电子通过导线定向移动，形成电流
使电流通过电解质溶液，而在阴阳两极引起氧化还原反应的过程
升级会员 