高考化学专题11电化学原理及应用.docx
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高考化学专题11电化学原理及应用
专题11电化学原理及应用
1．下列有关电化学的示意图中正确的是（ ）
解析：
选项A，Zn应为原电池负极，Cu为原电池正极。
选项B，盐桥两边的烧杯中盛装的电解质溶液应互换。
选项C，粗铜应连接电源正极。
选项D，电解饱和NaCl溶液，Cl－在阳极放电产生Cl2，H＋在阴极获得电子而产生H2，正确。
答案：
D
2．某模拟“人工树叶”电化学实验装置如图所示，该装置能将H2O和CO2转化为O2和燃料（C3H8O）。
下列说法正确的是（ ）
A．该装置将化学能转化为光能和电能
B．该装置工作时，H＋从b极区向a极区迁移
C．每生成1molO2，有44gCO2被还原
D．a电极的反应为3CO2＋18H＋－18e－===C3H8O＋5H2O
答案：
B
3．有关电化学知识的描述正确的是（ ）
A．理论上说，任何能自发进行的氧化还原反应都可设计成原电池
B．某原电池反应为Cu＋2AgNO3===Cu（NO3）2＋2Ag，装置中的盐桥内可以是含琼脂的KCl饱和溶液
C．因为铁的活泼性强于铜，所以将铁、铜用导线连接后放入浓硝酸中组成原电池，铁作负极，铜作正极，其负极反应式为Fe－2e－===Fe2＋
D．由Al、Mg与氢氧化钠溶液组成的原电池，其负极反应式为Mg－2e－＋2OH－===Mg（OH）2
答案：
A
4．镁燃料电池具有比能量高、使用安全方便、原材料来源丰富、成本低等特点。
一般研究的镁燃料电池可分为镁 空气燃料电池、镁 海水燃料电池、镁 过氧化氢燃料电池和镁 次氯酸盐燃料电池。
其中，镁 次氯酸盐燃料电池的工作原理如图所示，下列有关说法不正确的是（ ）
A．放电过程中OH－移向正极
B．电池的总反应式为Mg＋ClO－＋H2O===Mg（OH）2＋Cl－
C．镁燃料电池中镁均为负极，发生氧化反应
D．镁 过氧化氢燃料电池，酸性电解质中正极反应式为H2O2＋2H＋＋2e－===2H2O
解析：
本题以镁燃料电池为背景考查了原电池原理、不同条件下电极反应式的书写。
镁燃料电池，镁作负极，失电子，产物由电解质溶液决定，若为酸性溶液，生成Mg2＋，若为碱性溶液，生成Mg（OH）2。
ClO－在正极反应，由图可知有Cl－和OH－生成：
ClO－＋H2O＋2e－===Cl－＋2OH－，OH－向负极移动，生成Mg（OH）2，在镁过氧化氢燃料电池中，H2O2得e－与H＋反应生成H2O。
答案：
A
5．如图所示，将两烧杯中电极用导线相连，四个电极分别为Mg、Al、Pt、C。
当闭合开关S后，以下表述
正确的是（ ）
A．电流表指针不发生偏转
B．Al、Pt两极有H2产生
C．甲池pH减小，乙池pH不变
D．Mg、C两极生成的气体在一定条件下可以恰好完全反应
答案：
D
6．某化学小组构想将汽车尾气（NO、NO2）转化为重要的化工原料HNO3，其原理如图所示，其中A、B为多孔材料。
下列说法正确的是（ ）
A．电解质溶液中电流的方向由B到A，电子的流向与之相反
B．电极A表面反应之一为NO－3e－＋2H2O===NO
＋4H＋
C．电极B附近的c（NO
）增大
D．该电池工作时，每转移4mol电子，生成22.4LO2
解析：
该电池的工作原理（以NO为例）为4NO＋3O2＋2H2O===4HNO3，则NO发生了氧化反应，故A极为负极，B极为正极。
电子只能通过外电路，其流向为从A到B，A项错误；负极反应（以NO为例）为NO－3e－＋2H2O===NO
＋4H＋，B项正确；原电池中阴离子（NO
）向负极附近移动，C项错误；电池工作时，每转移4mol电子，消耗1molO2，在标准状况下O2的体积为22.4L，D项错误。
答案：
B
7．利用LiOH和钴氧化物可制备锂离子电池正极材料。
LiOH可由电解法制备，钴氧化物可通过处理钴渣获得。
利用如图所示装置电解制备LiOH，两电极区电解液分别为LiOH和LiCl溶液。
B极区电解液为________（填化学式）溶液，阳极电极反应式为______________，电解过程中Li＋向________（填“A”或“B”）电极迁移。
答案：
LiOH 2Cl－－2e－===Cl2↑ B
8．某蓄电池的反应为NiO2＋Fe＋2H2O
Fe（OH）2＋Ni（OH）2。
（1）该蓄电池充电时，发生还原反应的物质是________（填下列字母）。
放电时生成Fe（OH）2的质量为18g，则外电路中转移的电子数是________。
A．NiO2 B．Fe
C．Fe（OH）2D．Ni（OH）2
（2）为防止远洋轮船的钢铁船体在海水中发生电化学腐蚀，通常在船体镶嵌Zn块，或与该蓄电池的________极（填“正”或“负”）相连。
（3）以该蓄电池作电源，用如图所示的装置在实验室模拟铝制品表面“钝化”处理的过程中，发现溶液逐渐变浑浊，原因是（用相关的电极反应式和离子方程式表示）____________。
（4）精炼铜时，粗铜应与直流电源的________极（填“正”或“负”）相连。
精炼过程中，电解质溶液中的c（Fe2＋）、c（Zn2＋）会逐渐增大而影响进一步电解。
甲同学设计如图除杂方案：
已知：
沉淀物
Fe（OH）3
Fe（OH）2
Cu（OH）2
Zn（OH）2
开始沉淀时的pH
2.3
7.5
5.6
6.2
完全沉淀时的pH
3.9
9.7
6.4
8.0
则加入H2O2的目的是______________________。
乙同学认为应将方案中的pH调节到8，你认为此观点________（填“正确”或“不正确”），理由是___________________________
________________________________________________________________________。
答案：
（1）C 0.4NA（或2.408×1023）
（2）负
（3）Al－3e－===Al3＋，Al3＋＋3HCO
===Al（OH）3↓＋3CO2↑
（4）正 将Fe2＋氧化为Fe3＋ 不正确 因为同时会使Cu2＋生成沉淀而除去
9．下图是一个化学过程的示意图。
（1）图中甲池是________装置（填“电解池”或“原电池”），其中OH－移向________极（填“CH3OH”或“O2”）。
（2）写出通入CH3OH的电极的电极反应式：
_______________________。
（3）向乙池两电极附近分别滴加适量紫色石蕊试液，附近变红的电极为________极（填“A”或“B”），并写出此电极的反应式：
______________。
（4）乙池中总反应的离子方程式：
____________。
（5）常温下，当乙池中B（Ag）极的质量增加5.40g时，乙池的pH是________（若此时乙池中溶液的体积为500mL）；此时丙池某电极析出1.60g某金属，则丙中的某盐溶液可能是________（填序号）。
A．MgSO4B．CuSO4
C．NaClD．AgNO3
解析：
（1）～
（2）分析图中装置，甲池是碱性条件下的甲醇燃料电池，通入甲醇的电极作负极，通入O2的电极作正极，在碱性条件下甲醇被氧化为CO
，由此写出负极反应式：
CH3OH－6e－＋8OH－===CO
＋6H2O，原电池工作时溶液中的阴离子向负极移动。
（3）～（4）碳电极（A极）与原电池正极相连，作阳极，电极反应式为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，则银电极（B极）作阴极，电极反应式为Ag＋＋e－===Ag，电解过程的总反应式为4Ag＋＋2H2O
4Ag＋O2↑＋4H＋。
当向乙池两电极附近分别滴加适量紫色石蕊试液时，附近变红的电极为A极。
（5）常温下，当乙池中B（Ag）电极的质量增加5.40g，即析出Ag的物质的量为0.05mol时，生成H＋的物质的量为0.05mol，而乙池中溶液的体积为500mL，由此可得溶液的pH＝1。
根据放电规律，本题首先排除选项A和选项C。
当乙池中B（Ag）电极的质量增加5.40g时，此时转移的电子为0.05mol，当丙池中电极上析出1.60g金属铜时，正好转移0.05mol电子，因此选项B符合题意。
当丙装置中为AgNO3溶液，且AgNO3溶液足量时，析出金属（Ag）的质量也应为5.40g，当AgNO3溶液不足时，析出金属（Ag）的质量必小于5.40g，故选项D也符合题意。
答案：
（1）原电池 CH3OH
（2）CH3OH－6e－＋8OH－===CO
＋6H2O
（3）A 2H2O－4e－===O2↑＋4H＋
（4）4Ag＋＋2H2O
4Ag＋O2↑＋4H＋
（5）1 BD
10．
（1）火箭的第一、二级发动机中，所用的燃料为偏二甲肼和四氧化二氮，偏二甲肼可用肼来制备。
①用肼（N2H4）作燃料，四氧化二氮作氧化剂，两者反应生成氮气和气态水。
已知：
N2（g）＋2O2（g）===N2O4（g）
ΔH＝＋10.7kJ·mol－1
N2H4（g）＋O2（g）===N2（g）＋2H2O（g）
ΔH＝－543kJ·mol－1
写出气态肼和N2O4反应的热化学方程式：
_____________________________________
___________________________________________
_____________________________。
②已知四氧化二氮在大气中或在较高温度下很难稳定存在，它很容易转化为二氧化氮。
试推断出二氧化氮制取四氧化二氮的反应条件（或措施）：
________________________________________________________________________。
（2）科学家制造出一种使用固体电解质的燃料电池，其效率更高，可用于航空航天。
如图1所示装置中，以稀土金属材料作惰性电极，在两极上分别通入CH4和空气，其中固体电解质是掺杂了Y2O3的ZrO2固体，它在高温下能传导阳极生成的O2－离子（O2＋4e－===2O2－）。
①c电极的名称为________，d电极上的电极反应式为__________________________。
②如图2所示为电解100mL0.5mol·L－1CuSO4溶液，a电极上的电极反应式为____________________。
若a电极产生56mL（标准状况）气体，则所得溶液的pH＝________（不考虑溶液体积变化），若要使电解质溶液恢复到电解前的状态，可加入________（填序号）。
a．CuOb．Cu（OH）2
c．CuCO3d．Cu2（OH）2CO3
答案：
（1）①2N2H4（g）＋N2O4（g）===3N2（g）＋4H2O（g）
ΔH＝－1096.7kJ·mol－1 ②高压、低温（或加压、降温）
（2）①正极 CH4－8e－＋4O2－===CO2＋2H2O
②4OH－－4e－===2H2O＋O2↑ 1 ac
易错起源1、电极产物的判断与有关反应式的书写
例1．某模拟“人工树叶”电化学实验装置如图所示，该装置能将H2O和CO2转化为O2和燃料（C3H8O）。
下列说法正确的是（ ）
A．该装置将化学能转化为光能和电能
B．该装置工作时，H＋从b极区向a极区迁移
C．每生成1molO2，有44gCO2被还原
D．a电极的反应为：
3CO2＋18H＋－18e－===C3H8O＋5H2O
解析 A项，该装置是电解池，在电解和光的作用下H2O在光催化剂的表面转化为O2和H＋，故该装置是将电能和光能转化为化学能，错误；B项，根据同种电荷相互排斥、异种电荷相互吸引的原则，该装置工作时，H＋从阳极b极区向阴极a极区迁移，正确；C项，该电解池的总反应式为：
6CO2＋8H2O
2C3H8O＋9O2。
根据总反应方程式可知，每生成1molO2，有
molCO2被还原，其质量为
g，错误；D项，a电极为阴极，发生还原反应，电极反应式为：
3CO2＋18H＋＋18e－===C3H8O＋5H2O，错误。
答案 B
【变式探究】Cu2O是一种半导体材料，基于绿色化学理念设计的制取Cu2O的电解池示意图如图，电解总反应为：
2Cu＋H2O
Cu2O＋H2↑。
下列说法正确的是（ ）
A．石墨电极上产生氢气
B．铜电极发生还原反应
C．铜电极接直流电源的负极
D．当有0.1mol电子转移时，有0.1molCu2O生成
【答案】 A
【名师点睛】
1.电解时电极产物的判断
（阴离子放电顺序：
S2－>I－>Br－>Cl－>OH－>含氧酸根）
阴极→溶液中的阳离子得电子，生成相应的单质或低价化合物。
（阳离子放电顺序：
Ag＋>Fe3＋>Cu2＋>H＋>Fe2＋>Zn2＋>Al3＋>Mg2＋>Na＋>Ca2＋>K＋）
2．电极反应式的书写
（1）首先判断阴、阳极，分析电极材料，判断是电极材料放电还是溶液中的离子放电。
阳极为金属活性电极时，电极材料放电。
（2）再分析溶液中的离子种类，根据离子放电顺序，分析电极反应，并判断电极产物，写出电极反应式。
（3）电解水溶液时，应注意放电顺序中H＋、OH－之后的离子一般不参与放电反应。
3．电解化学方程式的书写
（1）必须在等号上标明通电或电解。
（2）只是电解质被电解，电解化学方程式中只写电解质及电解产物。
如电解CuCl2溶液：
CuCl2
Cu＋Cl2↑。
（3）只有水被电解，只写水及电解产物即可。
如：
电解稀硫酸、电解NaOH溶液、电解Na2SO4溶液时，化学方程式可以写为：
2H2O
2H2↑＋O2↑。
（4）电解质、水同时被电解，则都要写进方程式。
如电解饱和食盐水：
2NaCl＋2H2O
H2↑＋Cl2↑＋2NaOH。
【锦囊妙计，战胜自我】
当电解过程中电解的是水和电解质时，电极反应式中出现的是H＋或OH－放电，但在书写总反应式时要将反应物中的H＋或OH－均换成水，在生成物中出现的是碱或酸，同时使阴极、阳极反应式得失电子数目相同，将两个电极反应式相加，即得到总反应的化学方程式。
易错起源2、电解类型及有关计算
例2．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：
Cl－＋2OH－－2e－===ClO－＋H2O
C．阴极的电极反应式：
2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－
D．除去CN－的反应：
2CN－＋5ClO－＋2H＋===N2↑＋2CO2↑＋5Cl－＋H2O
解析 Cl－在阳极发生氧化反应生成ClO－，水电离出的H＋在阴极发生还原反应生成H2，又由于电解质溶液呈碱性，故A、B、C项正确；D项，溶液呈碱性，离子方程式中不能出现H＋，正确的离子方程式为2CN－＋5ClO－＋H2O===N2↑＋2CO2↑＋5Cl－＋2OH－，错误。
答案 D
【变式探究】下图是一个用铂丝作电极，电解稀的MgSO4溶液的装置，电解液中加有中性红指示剂，此时溶液呈
红色。
（指示剂的pH变色范围：
6.8～8.0，酸色——红色，碱色——黄色）
回答下列问题：
（1）下列关于电解过程中电极附近溶液颜色变化的叙述正确的是________（填编号）；
①A管溶液由红变黄 ②B管溶液由红变黄
③A管溶液不变色④B管溶液不变色
（2）写出A管中发生反应的反应式：
___________________；
（3）写出B管中发生反应的反应式：
___________________；
（4）检验a管中气体的方法是__________________________；
（5）检验b管中气体的方法是____________________________________；
（6）电解一段时间后，切断电源，将电解液倒入烧杯内观察到的现象是_____________________________________________________________。
【答案】
（1）① ④
（2）2H＋＋2e－===H2↑（或2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑），
Mg2＋＋2OH－===Mg（OH）2↓
（3）4OH－－4e－===2H2O＋O2↑
（或2H2O－4e－===4H＋＋O2↑）
（4）用拇指按住管口，取出试管，靠近火焰，放开拇指，有爆鸣声，管口有蓝色火焰
（5）用拇指按住管口，取出试管，放开拇指，将带有火星的木条伸入试管内会复燃
（6）溶液呈红色，白色沉淀溶解（或大部分溶解）
【名师点睛】
1．以惰性电极电解电解质溶液的类型
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
阴：
4H＋＋4e－===2H2↑
阳：
4OH－－4e－===2H2O＋O2↑
NaOH
水
增大
增大
加水
H2SO4
水
增大
减小
加水
Na2SO4
水
增大
不变
加水
电解
电解
质型
电解质电离出的阴、阳离子分别在两极放电
HCl
电解质
减小
增大
通氯化氢
CuCl2
电解质
减小
加氯化铜
放H2
生碱型
阴极：
H2O放H2生碱
阳极：
电解质阴离子放电
NaCl
电解质和水
生成新电解质
增大
通氯化氢
放O2
生酸型
阴极：
电解质阳离子放电
阳极：
H2O放O2生酸
CuSO4
电解质和水
生成新电解质
减小
加氧化铜
2.电解池中有关量的计算或判断
电解池中有关量的计算或判断主要包括以下几方面：
根据直流电源提供的电量求产物的量（析出固体的质量、产生气体的体积等）、溶液的pH、相对原子质量或某元素的化合价、化学式等。
解题依据是得失电子守恒，解题方法有如下：
（1）根据电子守恒法计算：
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，最后根据总反应式计算。
（3）根据关系式计算：
根据得失电子守恒关系，在已知量与未知量之间，建立计算所需的关系式。
【锦囊妙计，战胜自我】
（1）若阴极为H＋放电，则阳极区c（OH－）增大；若阳极为OH－放电，则阴极区c（H＋）增大；若阴极、阳极同时有H＋、OH－放电，相当于电解水，电解质溶液浓度增大。
（2）用惰性电极电解电解质溶液时，若要使电解后的溶液恢复到原状态，应遵循“缺什么加什么，缺多少加多少”的原则，一般加入阴极产物与阳极产物的化合物。
易错起源3、化学腐蚀与电化学腐蚀
例3．下列说法正确的是（ ）
A．若H2O2分解产生1molO2，理论上转移的电子数约为4×6.02×1023
B．室温下，pH＝3的CH3COOH溶液与pH＝11的NaOH溶液等体积混合，溶液pH＞7
C．钢铁水闸可用牺牲阳极或外加电流的阴极保护法防止其腐蚀
D
．一定条件下反应N2＋3H22NH3达到平衡时，3v正（H2）＝2v逆（NH3）
答案 C
【变式探究】如图所示水槽中试管内有一枚铁钉，放置数天观察：
（1）铁钉在逐渐生锈，则铁钉的腐蚀属于________腐蚀。
（2）若试管内液面上升，则原溶液呈________性，发生________腐蚀，电极反应，负极____________________________，正极______________________________。
（3）若试管内液面下降，则原溶液呈________性，发生________腐蚀，电极反应，负极____________________________，正极__________________________。
【答案】
（1）电化学
（2）弱酸性或中 吸氧 2Fe－4e－===2Fe2＋
O2＋4e－＋2H2O===4OH－
（3）较强的酸 析氢 Fe－2e－===Fe2＋
2H＋＋2e－===H2↑
【名师点睛】
化学腐蚀
电化学腐蚀（主要）
定义
金属与接触到的干燥气体（如O2、Cl2、SO2等）或非电解质液体（如石油）等直接发生化学反应引起的腐蚀
不纯金属（或合金）接触到电解质溶液所发生的原电池反应，较活泼金属失去电子被氧化而引起的腐蚀
吸氧腐蚀（主要）
析氢腐蚀
条件
金属与物质直接接触
水膜中溶有O2，显弱酸性或中性
水膜酸性较强
本质
金属被氧化而腐蚀
较活泼金属被氧化而腐蚀
现象
无电流产生
有微弱电流产生
反应式
2Fe＋3Cl22FeCl3
负极：
Fe－2e－===Fe2＋
正极：
2H2O＋O2＋4e－===4OH－
正极：
2H＋＋2e－===H2↑
【锦囊妙计，战胜自我】
两种腐蚀往往同时发生，只是电化学腐蚀比化学腐蚀更普遍、危害更大。
1．下列电池工作时能量转化形式与其他三个不同的是（ ）
解析：
选B。
A.锌锰碱性电池，将化学能转化成电能的装置；B.硅太阳能电池，是将太阳能转化为电能的装置；C.氢燃料电池，将化学能转化成电能的装置；D.铅蓄电池，将化学能转化成电能的装置；所以B能量转化形式与其他三个不同，故选B。
2．下列与金属腐蚀有关的说法中，不正确的是（ ）
A．钢铁在潮湿空气中生锈属于电化学腐蚀
B．电化学腐蚀一般可分为吸氧腐蚀和析氢腐蚀
C．金属腐蚀的本质是金属原子失去电子被氧化的过程
D．铝具有很强的抗腐蚀能力，是因为其不易与氧气发生反应
3．下列有关2个电化学装置的叙述正确的是（ ）
A．图Ⅰ，电流形成的完整过程是：
负极Zn－2e－===Zn2＋，电子经导线流向正极，正极Cu2＋＋2e－===Cu
B．图Ⅰ，在不改变总反应的前提下，可用Na2SO4替换ZnSO4，用石墨替换Cu棒
C．图Ⅱ，通电后H＋和Na＋先从阳极区移动到阴极，然后阴极才发生反应2H＋＋2e－===H2↑
D．图Ⅱ，通电后，由于OH－向阳极迁移，导致阳极附近pH升高
4．某可充电电池的原理如图所示，已知a、b为惰性电极，溶液呈酸性，充电时右槽溶液颜色由绿色变为紫色。
下列叙述正确的是（ ）
A．充电时，b极接直流电源正极，a极接直流电源负极
B．充电过程中，a极的电极反应式为：
VO
＋2H＋＋e－===VO2＋＋H2O
C．放电时，H＋从左槽迁移进右槽
D．放电过程中，左槽溶液颜色由黄色变为蓝色
解析：
选D。
A.充电时，b电极为阴极，a极为阳极，则b极接直流电源负极，a极接直流电源正极，故A错误；B.充电过程中，a极是电解池阳极，a极的反应式为VO2＋－e－＋H2O===VO
＋2H＋，故B错误；C.放电时，阳离子向正极移动，所以氢离子向左槽移动，故C错误；D.放电时，a电极为原电池正极，左槽中得电子发生还原反应，所以溶液颜色由黄色变为蓝色，故D正确；故选D。
5．锌溴液流电池用溴化锌溶液作电解液，并在电池间不断循环。
下列有关说法正确的是（ ）
A．充电时Zn2＋通过阳离子交换膜由左侧流向右侧
B．放电时每转移2mol电子负极
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