全国高考化学考前复习大串讲专题34 电化学.docx

全国高考化学考前复习大串讲专题34 电化学.docx

《全国高考化学考前复习大串讲专题34 电化学.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《全国高考化学考前复习大串讲专题34 电化学.docx（14页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

全国高考化学考前复习大串讲专题34电化学

知识总结：

一、原电池

1．概念：

将化学能转化为电能的装置叫做原电池，反应本质是氧化还原反应。

2．组成条件

①两个活泼性不同的电极

②电解质溶液

③电极用导线相连并插入电解液构成闭合回路

3．电子流向

外电路：

负极——导线——正极

内电路：

盐桥中阴离子移向负极的电解质溶液，盐桥中阳离子移向正极的电解质溶液。

4．电极反应

以锌铜原电池为例：

负极：

氧化反应：

Zn－2e-＝Zn2＋（较活泼金属）

正极：

还原反应：

2H＋＋2e-＝H2↑（较不活泼金属）

总反应式：

Zn+2H+=Zn2++H2↑

5．正、负极的判断

（1）从电极材料：

一般较活泼金属为负极。

（2）从电子的流动方向：

负极流入正极。

（3）从电流方向：

正极流入负极。

（4）根据电解质溶液内离子的移动方向：

阳离子流向正极，阴离子流向负极

（5）根据实验现象：

①溶解的一极为负极②增重或有气泡一极为正极

二、化学电源

1.化学电池的分类：

一次电池、二次电池、燃料电池

（1）一次电池：

碱性锌锰电池、锌银电池、锂电池等

（2）二次电池：

放电后可以再充电使活性物质获得再生，可以多次重复使用，又叫充电电池或蓄电池。

①电极反应（铅蓄电池）：

放电：

负极（铅）：

Pb＋

－2e＝PbSO4↓

正极（氧化铅）：

PbO2＋4H+＋

＋2e=PbSO4↓＋2H2O

充电：

阴极PbSO4＋2e＝Pb＋

阳极PbSO4＋2H2O－2e＝PbO2＋4H+＋

_

两式可以写成一个可逆反应：

PbO2＋Pb＋2H2SO42PbSO4↓＋2H2O

②目前已开发出新型蓄电池：

银锌电池、镉镍电池、氢镍电池、锂离子电池、聚合物锂离子电池

（3）燃料电池：

是使燃料与氧化剂反应直接产生电流的一种原电池

①电极反应：

燃料电池发生的电化学反应的最终产物与燃烧产物相同.

以氢氧燃料电池为例，铂为正、负极，介质分为酸性、碱性和中性。

a.当电解质溶液呈酸性时：

负极：

2H2－4e=4H+

正极：

Ｏ2＋4e＋4H+=2H2O

b.当电解质溶液呈碱性时：

负极：

2H2＋4OH－4e＝4H2O

正极：

O2＋2H2O＋4e＝4OH

c.当电解质溶液呈中性时：

负极：

2H2－4e=4H+

正极：

O2＋2H2O＋4e＝4OH

另一种燃料电池是用金属铂片插入KOH溶液作电极，又在两极上分别通甲烷（燃料）和氧气（氧化剂）。

电极反应式为：

负极：

CH4＋10OH－－8e－＝CO32＋7H2O；

正极：

4H2O＋2O2＋8e－＝8OH

电池总反应式为：

CH4＋2O2＋2OH-＝CO32-＋3H2O

②燃料电池的优点：

能量转换率高、废弃物少、运行噪音低。

三、电解池

1．电解原理

（1）电解池：

把电能转化为化学能的装置也叫电解池。

（2）电解：

电流（外加直流电）通过电解质溶液而在阴阳两极引起氧化还原反应。

（3）电子流向：

（电源）负极—（电解池）阴极—电解质溶液—（电解池）阳极—（电源）正极

（4）电极名称及反应：

阳极：

与直流电源的正极相连的电极，发生氧化反应

阴极：

与直流电源的负极相连的电极，发生还原反应

（5）电解CuCl2溶液的电极反应：

阳极：

2Cl--2e-=Cl2（氧化）

阴极：

Cu2++2e-=Cu（还原），

总反应式：

CuCl2=电解=Cu+Cl2↑

知识细节：

一、阴、阳极物质放电顺序：

①阳离子放电顺序：

Ag+>Hg2+>Fe3+>Cu2+>H+（酸电离的）>Pb2+>Sn2+>Fe2+>Zn2+>Al3+>Mg2+>Na+>Ca2+>K+

②阴离子的放电顺序：

活性电极>S2->I->Br->Cl->OH->NO3->SO42-（等含氧酸根离子）>F-（SO32-/MnO4->OH-）

二、电解质溶液电解产物的规律：

类型

电极反应特点

实例

电解对象

类型物质

电解质浓度

pH

电解质溶液复原

分解电解质型

电解质电离出的阴阳离子分别在两极放电

HCl

电解质

无氧酸，不活泼金属的无氧酸盐（氟化物除外）

减小

增大

HCl

CuCl2

---

CuCl2

放H2生碱型

阴极：

水放H2生碱

阳极：

电解质阴离子放电

NaCl

电解质和水

活泼金属的无氧酸盐

生成新电解质

增大

HCl

放氧生酸型

阴极：

电解质阳离子放电

阳极：

水放O2生酸

CuSO4

电解质和水

不活泼金属的含氧酸盐

生成新电解质

减小

CuO

电解水型

阴极：

4H++4e-==2H2↑

阳极：

4OH--4e-=O2↑+2H2O

NaOH

水

含氧酸，强碱，活泼金属含氧酸盐

增大

增大

水

H2SO4

减小

Na2SO4

不变

2．电解原理的应用

（1）电解饱和食盐水以制造烧碱、氯气和氢气，电解饱和食盐水的工业生产叫做氯碱工业

阳极：

2Cl--2e-=Cl2↑（氧化反应）

阴极:

2H++2e-=H2↑ （还原反应）

总反应:

2NaCl+2H2O==电解==2NaOH+H2↑+Cl2↑

（2）电镀：

应用电解原理在某些金属表面镀上一薄层其他金属或合金的方法。

①电极、电解质溶液的选择：

阳极：

镀层金属，失去电子，M—ne—==Mn+

阴极：

待镀金属（镀件）：

得到电子，成为原子，附着在金属表面Mn++ne—=M

电解质溶液：

含有镀层金属离子的溶液做电镀液。

②镀铜反应原理：

阳极（纯铜）：

Cu-2e-=Cu2+，

阴极（镀件）：

Cu2++2e-=Cu，

电解液：

可溶性铜盐溶液，如CuSO4溶液

③电镀应用之一：

铜的精炼

阳极：

粗铜；

阴极：

纯铜；

电解质溶液：

硫酸铜

（3）电冶金

①电冶金：

使矿石中的金属阳离子得电子，从化合物中还原出来用于冶炼活泼金属，如钠、镁、钙、铝

②电解熔融氯化钠

通电前，氯化钠高温下熔融：

NaCl==Na++Cl—

通直流电后：

阳极：

2Na++2e—==2Na；阴极：

2Cl——2e—==Cl2　

四、金属的腐蚀

1．金属腐蚀的实质：

金属原子失去电子被氧化而消耗的过程。

2．金属腐蚀的类型：

化学腐蚀、电化学腐蚀。

化学腐蚀

电化学腐蚀

条件

金属或合金直接与具有腐蚀性的化学物质接触发生氧化还原反应而消耗的过程

不纯金属或合金与电解质溶液接触发生原电池反应而消耗的过程

腐蚀对象

金属

较活泼金属

联系

两者往往同时发生,电化学腐蚀更普遍

3．钢铁电化学腐蚀的类型

类型

吸氧腐蚀

析氢腐蚀

条件

水膜呈中性或弱酸性

水膜呈酸性

正极反应

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

2H++2e-=H2↑

负极反应

Fe-2e-=Fe2+

其他反应

Fe2++2OH-=Fe（OH）2↓,4Fe（OH）2+O2+2H2O=4Fe（OH）3,

2Fe（OH）3=Fe2O3·xH2O+（3-x）H2O.Fe2O3·xH2O是铁锈的主要成分

4.金属腐蚀的防护方法

（1）改变金属的内部组织结构

例如把铬、镍等加入普通钢里制成不锈钢,就大大增加了钢铁对各种侵蚀的抵抗力。

（2）在金属表面覆盖保护层

在金属表面覆盖致密的保护层,从而使金属制品跟周围物质隔离开来,这是一种普遍采用的防护方法。

（3）电化学防护法

牺牲阳极的阴极保护法

外加电流的阴极保护法

依据

原电池原理

电解原理

原理

形成原电池时,被保护金属作正极（阴极）,不被氧化受到保护;活泼金属作负极（阳极）,被氧化受到腐蚀,阳极要定期予以更换

将被保护的金属与另一附加电极作为电解池的两个极,使被保护金属作阴极,在外加直流电的作用下使阴极得到保护

应用

保护一些钢铁设备,如锅炉内壁、船体外壳等装上镁合金或锌片

保护土壤、海水及水中的金属设备

典例剖析：

典例一、【考点定位】考查电解原理的应用的知识。

【2016新课标1】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

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

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

【答案】B

【名师点评】化学反应主要是物质变化，同时也伴随着能量变化。

电化学是化学能与电能转化关系的化学。

电解池是把电能转化为化学能的装置，它可以使不能自发进行的化学反应借助于电流而发生。

与外接电源正极连接的电极为阳极，与外接电源的负极连接的电极为阴极。

阳极发生氧化反应，阴极发生还原反应。

若阳极是活性电极（除Au、Pt、C之外的电极），则电极本身失去电子，发生氧化反应；若是惰性电极（Au、Pt、C等电极），则是溶液中的阴离子放电，放电的先后顺序是S2-＞I−＞Br−＞Cl−＞OH−＞含氧酸根离子，阴极则是溶液中的阳离子放电，放电顺序是Ag+＞Hg2+＞Fe3+＞Cu2+＞H+，与金属活动性顺序刚好相反。

溶液中的离子移方向符合：

同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引的原则，即阳离子向阴极区移动，阴离子向阳极区移动。

掌握电解池反应原理是本题解答的关键。

本题难度适中。

典例二、【考点定位】考查化学电源的工作原理。

【2016年浙江卷】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Mg–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

【答案】C

【名师点评】原电池是将化学能变成电能的装置。

负极失去电子，被氧化，正极得到电子被还原。

注意原电池中的正负极的反应，氧气肯定在正极得到电子，金属肯定在负极失去电子，结合原电池的电解质的环境分析其电极反应的书写。

在电解质溶液中，阴离子向负极移动，阳离子向正极移动，电子从负极经过导线流向正极。

考前强训：

1.【2016上海卷】8．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-）

【答案】C

【考点定位】考查原电池基本原理和溶液中离子浓度变化。

2.【2015四川卷】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．阳极的电极反应式为：

Cl－+2OH－－2e－=ClO－+H2O

C．阴极的电极反应式为：

2H2O+2e－=H2↑+2OH－

D．除去CN－的反应：

2CN－+5ClO－+2H+=N2↑+2CO2↑+5Cl－+H2O

【答案】D

【解析】A、阳极要产生ClO－，则铁只能作阴极，不能作阳极，否则就是铁失电子，A正确；B、阳极是Cl－失电子产生ClO－，电极反应式为：

Cl－+2OH－－2e－=ClO－+H2O，B正确；C、阴极是H+产生H2，碱性溶液，故阴极的电极反应式为：

2H2O+2e－=H2↑+2OH－，C正确；D、溶液为碱性，方程式应为2CN－+5ClO－+H2O=N2↑+2CO2↑+5Cl－+2OH－。

选D。

【名师点评】原电池原理和电解池原理都是建立在氧化还原和电解质溶液基础上，借助氧化还原反应实现化学能与电能的相互转化，是高考命题重点，题目主要以选择题为主，主要围绕工作原理、电极反应的书写与判断、新型电池的开发与应用等进行命题。

电化学的命题除在继续加强基本知识考查的基础上，更加注重了试题题材的生活化、实用化、情景化，同时也加强了不同知识间的相互渗透与融合，这与新课标所倡导的提高国民科学素养与探究、创新、灵活解决实际问题的能力极为相符，相信今后的电化学命题将会有更新颖的形式与题材出现。

【考点定位】电解池基础知识

3.【2016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

【答案】B

面为阳极（n的背面），故相当于电镀，即m上有铜析出，D正确。

答案选B。

【名师点评】

电解池与外接电源正极连接的电极为阳极，与外接电源的负极连接的电极为阴极。

阳极发生氧化反应，阴极发生还原反应。

若阳极是活性电极（除Au、Pt、C之外的电极），则电极本身失去电子，发生氧化反应；若是惰性电极（Au、Pt、C等电极），则是溶液中的阴离子放电，放电的先后顺序是S2->I->Br->Cl->OH->含氧酸根离子，阴极则是溶液中的阳离子放电，放电顺序是Ag+>Hg2+>Fe3+>Cu2+>H+，与金属活动性顺序刚好相反。

因此掌握电解池反应原理是本题解答的关键。

注意依据实验现象分析可能发生的电极反应。

【考点定位】本题主要是考查电解原理的应用

4.【2016四川】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+

【答案】C

【考点定位】二次电池的反应原理，离子移动，电极反应方程式书写，计算。

5.【2016年新课标3】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）

【答案】C

.

【考点定位】考查燃料电池、原电池和电解池的工作原理