高考化学二轮复习资料 专题10 电化学及其应用教.docx

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高考化学二轮复习资料专题10电化学及其应用教

1.了解原电池和电解池的工作原理，能写出电极反应和电池反应方程式。

2.了解常见化学电源的种类及其工作原理。

3.理解金属发生电化学腐蚀的原因。

了解金属腐蚀的危害和防止金属腐蚀的措施。

电化学是氧化还原反应知识的应用和延伸，是历年高考的热点内容。

考查的主要知识点：

原电池和电解池的工作原理、电极反应式的书写和判断、电解产物的判断、金属的腐蚀和防护。

对本部分知识的考查仍以选择题为主，在非选择题中电化学知识可能与工业生产、环境保护、新科技、新能源知识相结合进行命题。

复习时，应注意：

1．对基础知识扎实掌握，如电极反应式的书写、燃料电池的分析等。

2．电化学问题的探究设计、实物图分析及新型电池的分析是

近年来高考中的热点，通过在练习中总结和反思，提高在新情境下运用电化学原理分析解决实际问题的能力。

一、原电池电极的判断以及电极方程式的书写

1.原电池正、负极的判断方法：

（1）由组成原电池的两极材料判断。

一般是活泼的金属

为负极，活泼性较弱的金属或能导电的非金属为正极。

（2）根据电流方向或电子流动方向判断。

电流由正极流向负极；电子由负极流向正极。

（3）根据原电池里电解质溶液内离子的流动方向判断。

在原电池的电解质溶液内，阳离子移向正极，阴离子移向负极。

（4）根据原电池两极发生的变化来判断。

原电池的负极失电子发生氧化反应，其正极得电子发生还原反应。

（5）电极增重或减轻。

工作后，电极质量增加，说明溶液中的

阳离子在电极（正极）放电，电极活动性弱；反之，电极质量减小，说明电极金属溶解，电极为负极，活动性强。

（6）有气泡冒出。

电极上有气

泡冒出，是因为发生了析出H2的电极反应，说明电极为正极，活动性弱。

2．原电池电极反应式和总反应式的书写

（1）题目给定原电池的装置图，未给总反应式：

①首先找出原电池的正、负极，即分别找出氧化剂和还原剂。

②结合介质判断出还原产物和氧化产物。

③写出电极反应式（注意两极得失电子数相等），将两电极反应式相加可得总反应式。

（2）题目中给出原电池的总反应式：

①分析原电池总反应式中各元素的化合价变化情况，找出氧化剂及其对应的还原产物，氧化剂发生的反应即为正极反应；找出还原剂及其对应的氧化产物，还原剂参加的反应即为负极反应。

②当氧化剂、还原剂、氧化产物、还原产物由多种元素组成时，还应注意介质的反应。

③若有一电极反应较难写出，可先写出较易写出的电极反应，然后再利用总反应式减去该电极反应即得到另一电极反应。

说明：

在书写电极反

应式时要注意哪些方面？

1．两极得失电子数目相等；

2．电极反应式常用“＝”不用“→”表示；

3．电极反应式中若有气体生成，需加“↑”；而弱电解质或难溶物均以分子式表示，其余以离子符号表示；

4．写电极反应式时要保证电荷守恒、元素守恒，可在电极反应式一端根据需要添加H＋或OH－或H2O；

5．两电极反应、电池总反应的三个方程式，若已知其中两个，可由方程式的加减得到第三个。

二、原电池工作原理的应用

1．依据原电池原理比较金属活动性强弱

（1）电子由负极流向正极，由活泼金属流向不活泼金属，而电流方向是

由正极流向负极，二者是相反的。

（2）在原电池中，活泼金属作负极，发生氧化反应；不活泼金属作正极，发生还原反应。

（3）原电池的正极通常具备特定的现象：

有气体生成，或电极质量增加或不变等；负极通常不断溶解，质量减少。

2．根据原电池原理，把各种氧化还原反应设计成电池

从理论上讲，任何一个自发的氧化还原反应，都可以设计成原电池。

关键是选择合适的电解质溶液和两个电极。

（1）电解质溶液的选择

电解质是使负极放电的物质。

因此电解质溶液一般要能够与负极发生反应。

或者电解质溶液中溶解的其他物质能与负极发生反应（如空气中的氧气）。

但如果两个半反应分别在两个容器中进行（中间连接盐桥），则左右两个容器中的电解质溶液选择与电极材料相同的阳离子。

如，在铜—锌—硫酸构成的原电池中，负极金属锌浸泡在含有Zn2＋的电解质溶液中，而正极铜浸泡在含有Cu2＋的溶液中。

（2）电极材料的选择

电池的电极必须导电。

电池中的负极必须能够与电解质溶液反应，容易失去电子，因此负极一般是活泼的金属材料。

正极和负极之间只有产生电势差，电子才能定向移动，所以正极和负极不用同一种材料。

一般情况下，两个电极的构成分为4种情况：

①活泼性不同的两种金属。

例如，锌铜原电池中，锌作电池的负极，铜作电池的正极。

②金属和非金属。

例如，锌锰干电池中，锌片作电池的负极，石墨棒作电池的正极。

③金属和化合物。

例如，铅蓄电池中，铅板作电池的负极，二氧化铅作电池的正极。

④惰性电极。

例如，氢氧燃料电池中，两根电极均可用Pt。

三、原电池正负极判断的方法

1．由组成原电池的两极材料判断

较活泼的金属为负极，较不活泼的金属或能导电的非金属为正极。

2．根据电流方向或电子流向判断

外电路中，电流由正极流向负极，电子由负极流向正极。

3．根据原电池电解质溶液中离子的移动方向判断

在原电池电解质溶液中，阳离子移向正极，阴离子移向负极。

4．根据原电池中两极发生的反应判断

原电池中，负极总是发生氧化反应，正极总是发生还原反应。

若给出一个总方程式，则可根据化合价升降来判断。

5．根据电极质量的变化判断

原电池工作后，某一电极质量增加，说明溶液中的阳离子在该电极上放电，该极为正极，活泼性较弱；反之，如果某一电极质量减轻，则该电极溶解，为负极，活泼性较强。

6．根据电极上有气泡产生判断

原电池工作后，如果某一电极上有气体产生，通常是因为该电极发生了析出H2的反应，说明该电极为正极，活泼性较弱。

7．根据某电极（X）附近pH的变化判断

析氢或吸氧的电极反应发生后，均能使该电

极附近

电解质溶液的pH增大，因而原电池工作后，X极附近的pH增大了，说明X极为正极，金属活动性较强。

四、电池电极反应式的书写方法

书写电极反应式前，我们应首先明确电池的正负极、电极材料和电解质溶液的性质，对于二次电池还要注意放电或充电的方向。

（1）电极的判断

对于普通电池，我们通常比较两个电极的金属活动性，通常金属活动性强的电极为电池的负极，金属活动性弱的电极或非金属（通常为石墨）为电池的正极。

对于燃料电池，两个电极的材料通常相同，所以从电极材料上很难判断电池的正负极。

判断电池正负极的方法，通常是利用电池总反应式，含化合价升高元素的反应物为电池的负极反应物，此电极为负极；含化合价降低元素的反应物通常为电池的正极反应物，此电极为电池的正极。

（2）电极反应书写步骤

例如，铅蓄电池其总反应式为：

PbO2（s）＋Pb（s）＋2H2SO4（aq）

2PbSO4（s）＋2H2O（l）

其电极反应式的书写步骤为：

放电时，为原电池原理，总反应式中已指明放电方向从左向右的过程，即可逆符号左边为反应物，右边为生成物。

①由化合价的升降判断负、正极的反应物

负极：

Pb　正极：

PbO2

②主产物　负极：

PbSO4　正极：

PbSO4

③由化合价升降确定电子得失的数目　负极：

－2e－　正极：

＋2e－

④电极反应关系式　负极：

Pb－2e－⇒PbSO4　正极：

PbO2＋2e－⇒PbSO4

⑤考虑电解质溶液，再利用电荷守恒、质量守恒调整反应式

负极：

Pb－2e－＋SO42-＝PbSO4　

正极：

PbO2＋2e－＋4H＋＋SO42-＝PbSO4＋2H2O

充电时，是总反应式的逆向过程，氧化剂、还原剂都为PbSO4

分析反应过程

阴极（发生还原反应或与外电源负极相连）反应过程：

PbSO4

阳极（发生氧化反应或与外电源正极相连）反应过程：

PbSO4

充电时电极反应

阴极：

PbSO4＋2e－＝Pb＋SO42-

阳极：

PbSO4＋2H2O－2e－＝PbO2＋4H＋＋SO42-

五、电解质溶液的电解规律（惰性电极）

1.以惰性电极电解电解质溶液，分析电解反应的一般方法和步骤

（1）分析电解质溶液的组成，找出离子，并分为

阴、阳两组。

（2）分别对阴、阳离子排出放电顺序，写出两极上的电极反应式。

（3）合并两个电极反应式，得出电解反应的总化学方程式或离子方程式。

2．反应类型

（1）电解水型：

含氧酸、强碱、活泼金属的含氧酸盐（如NaOH、H2SO4、K2SO4等）溶液的电解。

如：

阴极：

4H＋＋4e－＝2H2↑，

阳极：

4OH－－4e－＝2H2O＋O2↑，

总反应：

（2）自身分解型：

无氧酸（除HF外）、不活泼金属的无氧酸盐（除氟化物外，如HCl、CuCl2等）溶液的电解。

如：

阴极：

Cu2＋＋2e－＝Cu，

阳极：

2Cl－－2e－＝Cl2↑，

（3）放氢生碱型：

活泼金属的无氧酸盐（氟化物除外，如NaCl、MgCl2等）溶液的电解。

如：

阴极：

2H＋＋2e－＝H2↑，

阳极：

2Cl－－2e－＝Cl2↑，

（4）放氧生酸型：

不活泼金属的含氧酸盐（如CuSO4、AgNO3等）溶液的电解。

如：

阴极：

2Cu2＋＋4e－＝2Cu，

阳极：

2H2O－4e－＝O2↑＋4H＋，

六、原电池、电解池和电镀池的比较

原电池

电解池

电镀池

定义

将化学能转化成电能的装置

将电能转变成化学能的装置

应用电解原理，在某些金属表面镀上一层其他金属的装置

装置举例

形成条件

①活动性不同的两个电极（连接）；②电解质溶液（电极插入其中并与电极自发反应）；③形成闭合回路直流电源；

①两个电极接②两个电极插入电解质溶液；③形成闭合回路电源正极；

①镀层金属接

②电镀液必须含有镀层金属的离子

电极名称

负极：

较活泼金属；

正极：

较不活泼金属（或能导电的非金属）

阳极：

与电源正极相连的极；

阴极：

与电源负极相连的极（由外加电源决定）

阳极：

镀层金属；阴极：

镀件（同电解池）

电极反应

负极：

氧化反应，金属失电子；

正极：

还原反应，溶液中的阳离子得电子

阳极：

氧化反应，溶液中的阴离子失电子，或电极金属失电子；

阴极：

还原反应，溶液中的阳离子得电子

阳极：

金属电极失电子；

阴极：

电镀液中阳离子得电子

电子流向

负极

正极

电源负极

阴极

电源正极

阳极

电源负极

阴极电源正极

阳极

反应原理举例

负极：

Zn－2e－＝Zn2＋

正极：

2H＋＋2e－＝H2↑

总反应：

Zn＋2H＋

Zn2＋＋H2↑

阳极：

2Cl－－2e－＝Cl2↑

阴极：

Cu2＋＋2

e－＝Cu

总反应：

Cu2＋＋2Cl－

Cu＋Cl2↑

阳极：

Zn－2e－＝Zn2＋

阴极：

Zn2＋＋2e－＝Zn

溶液中

Zn2＋浓度不变

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）；精炼铜

镀层金属为铬、锌、镍、银等，使被保护的金属抗腐蚀能力增强，增加美观和表面硬度

实质

使氧化还原反应中的电子通过导线定向转移，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

联系

（1）同一原电池的正、负极发生的电极反应得、失电子数相等。

（2）同一电解池的阴极、阳极发生的电极反应中得、失电子数相等。

（3）串联电路中的各个电极反应得、失电子数相等。

上述三种情况下，在写电极反应式时，得、失电子数要相等，在计算电解产物的量时，应按得、失电子数相等计算

考点一　原电池原理与化学电源

例1．控制适合的条件，将反应2Fe3＋＋2I－

2Fe2＋＋I2设计成如图所示的原电池。

下列判断不正确的是（　　）

A．反应开始时，乙中石墨电极上发生氧化反应

B．反应开始时，甲中石墨电极上Fe3＋被还原

C．电流表读数为零时，反应达到化学平衡状态

D．电流表读数为零后，在甲中溶入FeCl2固体，乙中的石墨电极为负极

【变式探究】某原电池装置如图所示，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

考点二　电解原理及其应用

例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

【变式探究】H3PO2也可用电渗析法制备。

“四室电渗析法”工作原理如下图所示（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___________________________________________。

考点三　电解的计算

例3．在1LK2SO4和CuSO4的混合溶液中c（SO

）＝2.0mol·L－1，用石墨电极电解此溶液，当通电一段时间后，两极均收集到22.4L（标准状况）气体，则原溶液中c（K＋）为（　　）

A．2.0mol·L－1　B．1.5mol·L－1

C．1.0mol·L－1D．0.50mol·L－1

【变式探究】在如图所示的装置中，若通直流电5min时，铜电极质量增加2.16g。

试回答下列问题：

（1）电源中X电极为直流电源的____________极。

（2）pH变化：

A：

____________，B：

____________，C：

____________（填“增大”、“减小”或“不变”）。

（3）通电5min时，B中共收集224mL（标准状况下）气体，溶液体积为200mL，则通电前CuSO4溶液的物质的量浓度为____________（假设电解前后溶液体积无变化）。

（4）若A中KCl足量且溶液的体积也是200mL，电解后，溶液的pH为____________（假设电解前后溶液体积无变化）。

考点四　金属的腐蚀与防护

例4．研究电化学腐蚀及防护的装置如图所示。

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↑

【变式探究】利用如图装置进行实验，开始时，a、b两处液面相平，密封好，放置一段时间。

下列说法不正确的是（　　）

A．a管发生吸氧腐蚀，b管发生析氢腐蚀

B．一段时间后，a管液面高于b管液面

C．a处溶液的pH增大，b处溶液的pH减小

D．a、b两处具有相同的电极反应式：

Fe－2e－===Fe2＋

1．【2016年高考北京卷】用石墨电极完成下列电解实验。

实验一

实验二

装置

现象

a、d处试纸变蓝；b处变红，局部褪色；c处无明显变化

两个石墨电极附近有气泡产生；n处有气泡产生；……

下列对实验现象的解释或推测不合理的是（）

A．a、d处：

2H2O+2e-=H2↑+2OH-

B．b处：

2Cl--2e-=Cl2↑

C．c处发生了反应：

Fe-2e-=Fe2+

D．根据实验一的原理，实验二中m处能析出铜

2．【2016年高考海南卷】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

3．【2016年高考上海卷】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-）

4．【2016年高考四川卷】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+

5．【2016年高考新课标Ⅰ卷】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2H2O–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

6．【2016年高考新课标Ⅱ卷】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+2

H2O=Mg（OH）2+H2↑

7

．【2016年高考新课标Ⅲ卷】锌–空气燃料电池可用作电动车动力电源，电池的电解质溶液为KOH溶液，反应为2Zn+O2+4OH–+2H2O===2Zn（OH）

。

下列说法正确的是（）

A．充电时，电解质溶液中K+向阳极移动

B．充电时，电解质溶液中

逐渐减小

C．放电时，负极反应为：

Zn+4OH–-2e–===Zn（OH）

D．放电时，电路中通过2mol电子，消耗氧气22.4L（标准状况）

8．【2016年高考浙江卷】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

9．【2016年高考浙江卷】（15分）催化还原CO2是解决温室效应及能源问题的重要手段之一。

研究表明，在Cu/Z

nO催化剂存在下，CO2和H2可发生两个平衡反应，分别生成CH3OH和CO。

反应的热化学方程式如下：

CO2（g）+3H2（g）

CH3OH（g）+H2O（g）ΔH1=-53.7kJ·mol-1

CO2（g）+H2（g）

CO（g）+H2O（g）ΔH2

某实验室控制CO2和H2初始投料比为1:

2.2，经过相同反应时间测得如下实验数据：

【备注】Cat.1:

Cu/ZnO纳米棒；Cat.2

:

Cu/ZnO纳米片；甲醇选择性：

转化的CO2中生成甲醛的百分比

已知：

CO和H2的标准燃烧热分别为-283.0kJ·mol-1和-285.8kJ·mol-1

H2O（l）

H2O（g）ΔH3=44.0kJ·mol-1

请回答（不考虑温度对ΔH的影响）：

（5）研究证实，CO2也可在酸性水溶液中通过电解生成甲醇，则生成甲醇的反应发生在极，该电极反应式是

。

10．【2016年高考天津卷】（14分）氢能是发展中的新能源，它的利用包括氢的制备、储存和应用三个环节。

回答下列问题：

（1）与汽油相比，氢气作为燃料的优点是_________（至少答出两点）。

但是氢气直接燃烧的能量转换率远低于燃料电池，写出碱性氢氧燃料电池的负极反应式：

____________。

（5）化工生产的副产氢也是氢气的来源。

电解法制取有广泛用途的Na2FeO4，同时获得氢气：

Fe+2H2O+2OH−

FeO42−+3H2↑，工作原理如图1所示。

装置通电后，铁电极附近生成紫红色的FeO42−，镍电极有气泡产生。

若氢氧化钠溶液浓度过高，铁电极区会产生红褐色物质。

已知：

Na2FeO4只在强碱性条件下稳定，易被H2还原。

①电解一段

时间后，c（OH−）降低的区域在_______（填“阴极室”或“阳极室”）。

②电解过程中，须将阴极产生的气体及时排出，其原因是_______。

③c（Na2FeO4）随初始c（NaOH）的变化如图2，任选M、N两点中的一点，分析c（Na2FeO4）低于最高值的原因：

_____________。

1．（2015·课标全国卷Ⅰ，11，6分）微生物电池是指在微生物的作用下将化学能转化为电能的装置，其工作原理如图所示。

下列有关微生物电池的说法错误的是（　　）

A．正极反应中有CO2生成

B．微生物促进了反应中电子的转移

C．质子通过交换膜从负极区移向正极区

D．电池总反应为C6H12O6＋6O2===6CO2＋6H2O

2．（2015·江苏化学，10，2分）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，CO

向电极B移动

D．电极B上发生的电极反应为：

O2＋2CO2＋4e－===2CO

3．（2015·浙江理综，11，6分）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．阴极的电极反应式是：

H2O＋2e－===H2＋O2－、CO2＋2e－===CO＋O2－

C．总反应可表示为：

H2O＋CO2

H2＋CO＋O2

D．阴、阳两极生成的气体的物质的量之比是1∶1

4．（2015·天津理综，4，6分）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（SO

）减小

C．电池工作一段时间后，乙池溶液的总质量增加

D．阴阳离子分别通过交换膜向负极和正极移动，保

持溶液中电荷平衡

5.（2015·北京理综，12，6分）在通风厨中进行下列实验：

步骤

现象

Fe表面产生大量无色气泡，液面上方

变为红棕色