高中化学第二轮理论专题复习二电化学基础.docx

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高中化学第二轮理论专题复习二电化学基础

高中化学第二轮理论专题复习二（2015.4.13）

电化学基础（王冬平整理）

一．高考电化学考点分析

1．原电池和电解池的基本原理与氧化还原反应的关系。

2．各类电化学装置的电极名称的正确分析。

3．各类电化学装置的电极反应物及产物的正确分析。

4．各类电化学装置的电极反应方程式的书写与正误判断。

5．各类电化学装置中电荷的运动方向（电流方向、电子流向、离子运动方向）。

6．电化学原理的综合运用（新型电池、电镀、金属精炼和冶炼、金属的防腐）。

7．各类电化学装置的综合计算（两极产物、电子转移、溶液pH、有关离子的浓度变化等）。

8．各类电化学装置发生两极反应后两极的变化及电解质溶液中的改变。

二．考点解析及知识储备

I．原电池和电解池的基本原理与氧化还原反应的关系（解题的钥匙必须牢记）

<原电池>

电子转移氧化还原原理原电池电极

得电子——氧化剂——正极表面

失电子——还原剂——负极表面

氧化反应在负极还原反应在正极

<电解池>

电子转移氧化还原原理电解池电极

得电子——氧化剂——阴极表面

失电子——还原剂——阳极表面

Cu2++2e-=Cu2Cl--2e-=Cl2

还原反应在阴极氧化反应在阳极

II．各类电化学装置的电极名称的正确分析

原电池装置的正、负极和电解池装置的阴、阳极判断，可以从以下几个方面切入分析

（一）物理电学法（闭合回路法）

（1）电流方向

（2）离子运动方向

（3）电子运动方向

（二）化学氧化还原原理法

（1）氧化剂（还原产物）或还原反应——得电子——正极（原电池）或阴极（电解池）

（2）还原剂（氧化产物）或氧化反应——失电子——负极（原电池）或阳极（电解池）

[实战演练]某电化学装置如下图所示（A、B表示蓄电池的两极），请对该装置进行分析

该装置是___________池

A是______极B是______极

该装置是___________池

A是______极B是______极

该装置是___________池

石墨是______极钛网是______极

III．各类电化学装置的电极反应物及产物的正确分析

准确判断两极的反应物和对应的产物是正确书写电极反应的前提，是解决电化学相关问题的关键。

在解题过程中我们需要充分挖掘题目中的有用信息，尽最大可能找出氧化剂、还原剂、氧化产物和还原产物。

有时在装置示意图中会隐藏有很重要的信息要注意把握。

在原电池中有以下几点值得我们思考：

（一）新型电化学装置中常见的还原剂：

被氧化的元素常见的有以下几种，它们一般会生成什么氧化产物呢？

（1）C元素如：

CH4、CO、CH3OH、CH3CH2OH等。

其中碳元素被氧化一般生成CO2，但在下面几种情况下可能生成CO32-：

碱性电解质溶液、熔融金属氧化物电解质（能传导O2-离子）。

（2）N元素：

如NH3、N2H4、CO（NH2）2等。

其中氮元素被氧化一般生成N2，也可能会生成NO2-、NO3-等，要视具体情况定。

（3）S元素：

如H2S、SO2、SO32-等。

其中硫元素被氧化时一般会生成SO42-。

（4）H元素：

如H2、金属氢化物等。

氢元素被氧化时一般会生成H+，但在碱性电解质存在或熔融金属氧化物电解质中（能传导O2-离子）时，会分别与OH-、和O2-反应后生成H2O。

（5）Fe元素：

铁单质被氧化时一般会生成Fe2+。

但在一定条件下也可以生成FeO42-等产物。

（6）Al元素：

铝单质被氧化时一般会生成Al3+。

但在一定条件下也可以生成AlO2-等产物。

（7）Cu元素：

铜单质被氧化时一般会生成Cu2+。

但在一定条件下也可以生成CuCl、Cu2O等产物。

（8）O元素：

OH-离子被氧化时一般会生成O2。

（二）新型电化学装置中常见的氧化剂：

被还原的元素常见的有以下几种，它们一般会生成什么还原产物呢？

（1）O元素：

氧气单质被还原时一般会生成O2-。

但在水溶液中可以与H2O结合生成OH-，若在酸性条件下最终生成H2O；也可与CO2结合生成CO32-。

（2）N元素：

NO3-、NO2和N2O4被还原时一般生成N2。

（3）S元素：

S2O82-（过二硫酸根离子）被还原时一般会生成SO42-。

（4）金属阳离子和H+：

产物略

[实战演练]某燃料电池示意图如下

（1）由该图示可以看出电池内部应该使用了酸性电解质，

若将内部的酸性电解质更换为碱性的KOH电解质则

两极的产物会发生什么变化？

正极________________________

负极________________________

（2）请在左图中表示出电子的运动方向。

（1）左图中电极I为__________极

电极II为__________极

A处流出的产物主要是__________

B处流出的产物主要是__________

（2）请在左图中画出完整的电流方向

（1）请分析左图所示原电池（若使用阴离子交换膜）

正极产物是_____________

负极产物是_____________

正负极产物的物质的量之比为______

OH-离子的运动方向是_____________

假若将阴离子交换膜改为阳离子交换膜上述结果有

何变化？

IV．各类电化学装置的电极反应方程式的书写与正误判断。

（一）原电池电极反应式的书写

（1）一般电极反应式的书写的基本方法

（2）复杂电极反应式的书写

复杂的电极反应式＝总反应式较简单一极的电极反应式

如CH4碱性燃料电池负极反应式的书写：

CH4＋2O2＋2OH－===CO

＋3H2O……总反应式

2O2＋4H2O＋8e－===8OH－……正极反应式

CH4＋10OH－－8e－===7H2O＋CO

……负极反应式

（二）电解池电极反应式的书写步骤

（三）电化学装置中电极反应式的书写方法三步曲（“一法在手，方程我有”）。

第一步：

分析试题题干及图象信息。

分析时应该努力完成以下信息有收集

（1）氧化剂、还原剂、氧化产物、还原产物。

（2）电极情况（电流方向、电子流向、离子运动方向）。

（3）介质酸碱性情况。

第二步：

构建两极半反应

（1）正极（阴极）：

氧化剂+e-还原产物。

（2）负极（阳极）：

还原剂—e-氧化产物。

第三步：

守恒法配平两极反应（电子转移守恒、电荷守恒、质量守恒）有先后。

（1）配平电子转移守恒时关键是元素化合价变化的计算要准确，两极的电子转移必须相等、

（2）配平电荷守恒时要关注介质的情况。

找出用于调整电荷守恒的自由离子（H+、OH-、

O2-等）。

（3）配平质量守恒时，最后调整氢氧元素。

（4）用守恒法书写电极反应时，三步守恒的先后顺序不能错误。

[实战演练]

1．美国圣路易斯大学研制新型的乙醇燃料电池，用质子（H+）溶剂，在200oC左右供电。

电

池总反应为：

C2H5OH+3O2→2CO2+3H2O，右图是该电池的示意图，下列说法正确的是

A．a极为电池的正极

B．电池工作时电流由a极沿导线经灯泡再到b极

C．电池正极的电极反应为：

4H++O2+4e-=2H2O

D．电池工作时，1mol乙醇被氧化时就有6mol电子转移

2．原电池与电解池在生活和生产中有着广泛应用。

下列有关判断中错误的是

A．装置①研究的是金属的吸氧腐蚀，Fe上的反应为Fe－2e=Fe2+

B．装置②研究的是电解CuCl2溶液，它将电能转化为化学能

C．装置③研究的是电解饱和食盐水，电解过程中，B极上发生氧化反应

D．三个装置中涉及的主要反应都是氧化还原反应

3．镁锰干电池的电化学反应式为：

Mg+2MnO2+H2O

Mg（OH）2+Mn2O3。

下列说法不正确的是

A．镁为负极，发生氧化反应

B．可以选择碱性溶液作为电解质

C．反应后正极和负极附近溶液的pH均升高

D．正极的电极反应为：

2MnO2＋H2O＋2e－

Mn2O3＋2OH－

4．根据右图，下列判断正确的是

A．电子从Zn极流出，流入Fe极，经盐桥回到Zn极

B．烧杯b中发生的电极反应为Zn－2e－＝Zn2+

C．烧杯a中发生反应O2+4H++4e－＝2H2O，溶液pH降低

D．向烧杯a中加入少量K3[Fe（CN）6]溶液，有蓝色沉淀生成

5．图是某同学设计的原电池装置，下列叙述中正确的是

A．电极Ⅰ上发生还原反应，作原电池的负极

B．电极Ⅱ的电极反应式为：

Cu2+＋2e－=Cu

C．该原电池的总反应为：

2Fe3+＋Cu=Cu2+＋2Fe2+

D．盐桥中装有含氯化钾的琼脂，其作用是传递电子

6．如下图装置所示，是用氢氧燃料电池B进行的某电解实验：

（1）若电池B使用了亚氨基锂（Li2NH）固体作为储氢材料，其储氢原理是：

Li2NH＋H2＝LiNH2＋LiH，则下列说法中正确的是。

A．Li2NH中N的化合价是－1B．该反应中H2既是氧化剂又是还原剂

C．Li＋和H＋的离子半径相等D．此法储氢和钢瓶储氢的原理相同

（2）在电池B工作时：

①若用固体Ca（HSO4）2为电解质传递H＋，则电子由　　极流出，H＋向

极移动_______。

（填“a”或“b”）

②b极上的电极反应式为：

③外电路中，每转移0.1mol电子，在a极消耗L的H2（标准状况下）。

（3）若A中X、Y都是惰性电极，电解液W是滴有酚酞的饱和NaCl溶液，则B工作时：

①电解池中X极上的电极反应式是。

在X极这边观察到的现象是。

②检验Y电极上反应产物的方法是。

③若A中其它均不改变，只将电极Y换成铁棒，可实现的实验目的是。

V．两极及电解质溶液的变化和综合计算（两极产物、电子转移、溶液pH、有关离子的浓度变化等）。

解决此类问题的一般思路：

（1）抓电子转移守恒

（2）分析电极表面及周围溶液的变化用该电极的反应思考

（3）分析整个电解质溶液的变化用总反应思考

VI．金属腐蚀与防护。

1．常见的电化学腐蚀有两类：

①形成原电池时，金属作负极，大多数是吸氧腐蚀；

②形成电解池时，金属作阳极。

2．金属防腐的电化学方法：

①原电池原理——牺牲阳极的阴极保护法：

与较活泼的金属相连，较活泼的

注意：

此处是原电池，牺牲了负极保护了正极，但习惯上叫做牺牲阳极的阴极保护法。

金属作负极被腐蚀，被保护的金属作正极。

②电解池原理——外加电流的阴极保护法：

被保护的金属与原电池负极相连，形成电解池，作阴极。

3．一般电解池原理要优于原电池原理的防护效果

VII．精炼池、电镀池的区别

精炼池电镀池

阳极：

精铜阳极：

镀层

阴极：

纯铜阴极：

镀件

电解液：

含Cu2+电解液：

镀层金属离子

综合练习

1．正误判断，正确的打“√”，错误的打“×”

（1）电解质溶液导电是化学变化，金属导电是物理变化（　　）

（2）电解法精炼铜时，用纯铜作阳极（　　）

（3）在镀件上镀铜时，电镀液中c（Cu2＋）几乎不变（　　）

（4）电解法精炼铜时，电解质溶液中各离子浓度基本不变（　　）

（5）金属作原电池的负极时被保护（　　）

（6）生活、生产中钢铁被腐蚀的原理主要是负极发生反应：

Fe－3e－===Fe3＋（　　）

（7）电解饱和食盐水时，电子的流向由负极→外电路→阴极→食盐水溶液→阳极→正极（　　）

（8）在浓硝酸中插入用导线连接的铝板和铜板，铝板为负极（　　）

（9）电镀时只能用镀层金属作阳极（　　）

（10）工业上可用电解MgCl2、AlCl3溶液的方法制取Mg和Al（　　）

2．（2014·广东理综）某同学组装了如图所示的电化学装置，电极Ⅰ为Al，其他均为Cu，则（　　）

A．电流方向：

电极Ⅳ→A→电极ⅠB．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

3．将烧碱吸收H2S后的溶液加入如图所示的电解池的阳极区进行电解。

电解过程中阳极区发生如下反应：

S2－－2e－===S　（n－1）S＋S2－===S

①写出电解时阴极的电极反应式：

_________________________________________________；

②电解后阳极区的溶液用稀硫酸酸化得到硫单质，其离子方程式可写成

________________________________________________________________________。

4．小明同学在查阅资料时发现了一种电池结构如图所示，当光照在表面涂有氯化银的银片上时：

AgCl（s）

Ag（s）＋Cl（AgCl）[Cl（AgCl）表示生成的氯原子吸附在氯化银表面]，接着Cl（AgCl）＋e－―→Cl－（aq），若将光源移除，电池会立即恢复至初始状态。

下列说法中不正确的是（　　）

A．Ag电极是电池的正极

B．光照时，Pt电极发生的反应为Cu＋－e－===Cu2＋

C．光照时，Cl－向Ag电极移动

D．光照时，电池总反应为AgCl（s）＋Cu＋（aq）

Ag（s）＋Cu2＋（aq）＋Cl－（aq）

5．固体氧化燃料电池（SOFC）的工作原理如图所示，已知电池中电解质为熔融固体氧化物，O2－可以在其中自由移动。

下列有关说法合理的是（　　）

A．电极b为电池负极，电极反应式为O2＋4e－===2O2－

B．固体氧化物的作用是让电子在电池内通过

C．若H2作为燃料气，接触面上发生的反应为H2＋OH－－2e－===H＋＋H2O

D．若C2H4作为燃料气，接触面上发生的反应为C2H4＋6O2－－12e－===2CO2＋2H2O

6．某兴趣小组设计如下微型实验装置。

实验时，先断开K2，闭合K1，两极均有气泡产生；一段时间后，断开K1，闭合K2，发现电流表A指针偏转。

下列有关描述正确的是（　　）

A．断开K2，闭合K1时，总反应的离子方程式为2H＋＋2Cl－

Cl2↑＋H2↑

B．断开K2，闭合K1时，石墨电极附近溶液变红

C．断开K1，闭合K2时，铜电极上的电极反应式为Cl2＋2e－===2Cl－

D．断开K1，闭合K2时，石墨电极作正极

7．在下列装置中，MSO4和NSO4是两种常见金属的易溶盐。

当K闭合时，SO

从右到左通过交换膜移向M极，下列分析正确的是（　　）

A．溶液中c（M2＋）减小

B．N的电极反应式：

N===N2＋＋2e－

C．X电极上有H2产生，发生还原反应

D．反应过程中Y电极周围生成白色胶状沉淀

8．2013年3月我国科学家报道了如图所示的水溶液锂离子电池体系。

下列叙述错误的是

A．a为电池的正极

B．电池充电反应为LiMn2O4===Li1－xMn2O4＋xLi

C．放电时，a极锂的化合价发生变化

D．放电时，溶液中Li＋从b向a迁移

9．一种太阳能电池的工作原理如下图所示，电解质为铁氰化钾K3[Fe（CN）6]和亚铁氰化钾K4[Fe（CN）6]的混合溶液，下列说法不正确的是（　　）

A．K＋移向催化剂b

B．催化剂a表面发生的化学反应：

[Fe（CN）6]4－－e－===[Fe（CN）6]3－

C．Fe（CN）

在催化剂b表面被氧化

D．该池溶液中的[Fe（CN）6]4－和[Fe（CN）6]3－浓度基本保持不变

10．液体燃料电池相比于气体燃料电池具有体积小等优点。

一种以液态肼（N2H4）为燃料的电池装置如图所示，该电池以空气中的氧气为氧化剂，以KOH溶液为电解质溶液。

下列关于该电池的叙述正确的是（　　）

A．b极发生氧化反应

B．a极的反应式为N2H4＋4OH－－4e－===N2↑＋4H2O

C．放电时，电流从a极经过负载流向b极

D．其中的离子交换膜需选用阳离子交换膜

11．H3PO2也可用电渗析法制备。

“四室电渗析法”工作原理如图所示（阳膜和阴膜分别只允许阳离子、阴离子通过）：

①写出阳极的电极反应式______________________________________________________。

②分析产品室可得到H3PO2的原因_______________________________________________

________________________________________________________________________。

③早期采用“三室电渗析法”制备H3PO2：

将“四室电渗析法”中阳极室的稀硫酸用H3PO2稀溶液代替。

并撤去阳极室与产品室之间的阳膜，从而合并了阳极室与产品室。

其缺点是产品中混有__________杂质。

该杂质产生的原因是_____________________________________。

12．下图为EFC剑桥法用固体二氧化钛（TiO2）生产海绵钛的装置示意图，其原理是在较低的阴极电位下，TiO2（阴极）中的氧解离进入熔盐，阴极最后只剩下纯钛。

下列说法中正确的是

A．阳极的电极反应式为2Cl－－2e－===Cl2↑

B．阴极的电极反应式为TiO2＋4e－===Ti＋2O2－

C．通电后，O2－、Cl－均向阴极移动

D．石墨电极的质量不发生变化

13．某工厂采用电解法处理含铬废水，耐酸电解槽用铁板作阴、阳极，槽中盛放含铬废水，原理示意图如右，下列说法不正确的是（　　）

A．A为电源正极

B．阳极区溶液中发生的氧化还原反应为

Cr2O

＋6Fe2＋＋14H＋===2Cr3＋＋6Fe3＋＋7H2O

C．阴极区附近溶液pH降低

D．若不考虑气体的溶解，当收集到H213.44L（标准状况）时，有0.1molCr2O

被还原

14．对金属制品进行抗腐蚀处理，可延长其使用寿命。

（1）以铝材为阳极，在H2SO4溶液中电解，铝材表面形成氧化膜，阳极电极反应式为__________________。

（2）镀铜可防止铁制品腐蚀，电镀时用铜而不用石墨作阳极的原因是__________________。

在此过程中，两个电极上质量的变化值：

阴极__________阳极（填“>”、“<”或“＝”）。

（3）

利用右图所示的装置，可以模拟铁的电化学防护。

若X为碳棒，为减缓铁的腐蚀，开关K应置于________（填“M”或“N”）处。

若X为锌，开关K置于M处，该电化学防护法称为________________。

15．图Ⅰ的目的是精炼铜，图Ⅱ的目的是保护钢闸门。

下列说法不正确的是

A．图Ⅰ中a为纯铜

B．图Ⅰ中SO42—向b极移动

C．图Ⅱ中如果a、b间连接电源，则a连接负极

D．图Ⅱ中如果a、b间用导线连接，则X可以是铜

16．下列与金属腐蚀有关的说法正确的是

A．图a中，插入海水中的铁棒，越靠近底端腐蚀越严重

B．图b中，开关由M改置于N时，Cu-Zn合金的腐蚀速率减小

C．图c中，接通开关时Zn腐蚀速率增大，Zn上放出气体的速率也增大

D．图d中，Zn-MnO2干电池自放电腐蚀主要是由MnO2的氧化作用引起的

17．用惰性电极电解CuSO4溶液一段时间后，停止电解，向所得溶液中加入0.1molCu（OH）2，

溶液浓度恢复至电解前。

关于该电解过程的说法不正确的是

A．生成Cu的物质的量是0.1molB．转移电子的物质的量是0.2mol

C．随着电解的进行溶液的pH减小D．阳极反应式是4OH-－4e-＝2H2O＋O2↑

18．关于钢铁腐蚀与防护的说法不正确的是

A．钢铁的吸氧腐蚀和析氢腐蚀的负极反应式均为：

Fe－2e－==Fe2+

B．钢铁发生吸氧腐蚀时，正极反应式为：

O2＋2H2O＋4e－==4OH－

C．地下钢管连接镁块是采用牺牲阳极的阴极保护法

D．用外加电流的阴极保护法防止钢铁腐蚀时，钢铁接电源的正极

19．肼（N2H4）是一种可用于火箭或原电池的燃料。

已知：

N2（g）+2O2（g）＝2NO2（g）ΔH=+67.7kJ/mol　　　　　　　　　　①

　　N2H4（g）+O2（g）＝N2（g）+2H2O（g）　ΔH=－534kJ/mol②

下列说法正确的是

A．反应①中反应物所具有的总能量大于生成物所具有的总能量

B．2N2H4（g）+2NO2（g）＝3N2（g）+4H2O（g）ΔH=－1000.3kJ/mol　

C．铂做电极，KOH溶液做电解质溶液，由反应②设计的燃料电池其负极反应式：

N2H4－4e－+4OH－＝N2+4H2O

D．铂做电极，KOH溶液做电解质溶液，由反应②设计的燃料，工作一段时间后，KOH溶液的pH将增大

20．铅蓄电池反应原理为：

Pb（s）+PbO2（s）+2H2SO4（aq）2PbSO4（s）+2H2O（l），下列说

法正确的是

A．放电时，负极的电极反应式为：

Pb–2e-===Pb2+

B．放电时，正极得电子的物质是PbO2

C．充电时，电解质溶液中硫酸浓度减小

D．充电时，阴极的电极反应式为：

PbSO4–2e-+2H2O===PbO2+4H++SO42-