高三化学一轮复习专题七 把握《电化学》中氧化还原反应本意.docx

1、高三化学一轮复习专题七 把握电化学中氧化还原反应本意江苏省海门市三厂中学2012届高三化学大一轮复习专题七 把握电化学中氧化还原反应本意【考纲要求】1.理解原电池和电解池的工作原理，能写出常见的简单电极反应和电池反应方程式。2.解常见的化学电源，认识化学能与电能相互转化的实际意义及其重要应用。3.认识金属腐蚀的危害，理解金属发生电化学腐蚀的原因，能运用恰当的措施防止铁、铝等金属腐蚀。4.了解提高燃料的燃烧效率、开发高能清洁燃料和研制新型化学电源的重要性。认识化学在解决能源危机中的重要作用。【命题趋势与高考预测】09、10、11年三年江苏高考化学试题中几乎没有专门涉及氧化还原反应概念及分析的试题

2、，氧化还原反应的内容主要集中在与原电池和电解池中的相关试题中，以体现考试说明中有关“理解氧化还原反应的本质，了解氧化还原反应在生产、生活中的应用。”内容要求。12年江苏高考化学试题中氧化还原反应考查的着力点很可能还要考查考生能用氧化还原反应知识去解决原电池、电解池等生产、生活中的实际问题的能力。所以，电化学中一定要用氧化还原反应的视角去审视电化学中电极反应书写和电子守恒原理的相关计算，把握电化学中氧化还原反应的本意。新型电池、电解应用很可能是12江苏高考的热点。【复习安排】用约六课时左右的时间，完成一轮对电化学知识的梳理和简单训练。其中两课时知识的梳理，一课时课堂训练，一课时课后练习，两课时讲

3、评总结。复习时，一定要把新型电池中燃料电池、高铁电池、电解应用中的电子守恒原理相关计算在课堂、检测、讲评和总结中凸现出来。教学中，要注意对原电池、电解池进行对比对照，要在“一池”多变、“一极” 多变（外联、电极、介质）等内容上做文章，让学生在理解中，重点掌握电极反应书写的一般方法和电子守恒的相关计算。【知识呈现】从“一池”多变引入原电池，介绍原电池原理与金属腐蚀，介绍盐桥的作用与意义。1.原电池2.金属的腐蚀（以钢铁腐蚀为例）3.金属的防护4.电解池5.常见的化学电源（1）一次电池：碱性锌锰电池。（2）二次电池：铅蓄电池。（3）燃料电池：氢氧燃料电池。6.原电池和电解池的比较：装置原电池电解池

4、实例形成条件电极：两种不同的导体相连；电解质溶液：能与电极反应。闭合回路电源；电极（惰性或非惰性）；电解质（水溶液或熔化态）。反应类型自发的氧化还原反应非自发的氧化还原反应电极名称由电极本身性质决定：正极：材料性质较不活泼的电极；负极：材料性质较活泼的电极。由外电源决定：阳极：连电源的正极；阴极：连电源的负极；电极反应负极：Zn2eZn2（氧化反应）正极：2H2eH2（还原反应）阴极：Cu22eCu （还原反应）阳极：2Cl2eCl2（氧化反应）电子流向电子流向同溶液中阴离了移动方向电流方向电流方向同溶液中阳离了移动方向能量转化化学能变成电能电能变成化学能应用抗金属的电化腐蚀；实用电池。电解食

5、盐水（氯碱工业）；电镀（镀铜）；精炼（精铜）；电冶（冶炼Na、Mg、Al）。7.电解反应方程式的书写一般步骤：（1）分析电解质溶液中存在的离子；（2）分析离子的放电顺序；（3）确定电极、写出电极反应式；（4）写出电解方程式。8.用惰性电极电解各类电解质溶液归纳列表：电解类型实例阴极阳极电解反应式溶液pH恢复电解水H2SO44H4e2H24OH4e= 2H2OO22H2O2H2O2降低加H2ONaOH升高NaNO3不变电解自身HBr2H2eH22Br2eBr22HBr H2Br2升高通入HBr气体CuCl2Cu22e= Cu2Cl2eCl2CuCl2 CuCl2-加入CuCl2固体放氢生碱NaC

6、l2H2eH22Cl2eCl22 NaCl2H2O2 NaOHH2Cl2升高通入HCl气体放氧生酸CuSO42Cu24e= 2Cu4OH4e= 2H2OO22 CuSO42H2O2CuO22H2 SO4降低加入CuO固体或CuCO3固体9电解原理的应用（1）电解饱和食盐水制取氯气和烧碱(氯碱工业) 电极反应与总反应：阳极电极反应式: 2Cl2eCl2。阴极电极反应式: 2H2eH2。总反应式:2NaCl2H2O2NaOHH2Cl2。设备（阳离子交换膜电解槽）A.组成：阳极Ti、阴极FeB.阳离子交换膜的作用：它只允许阳离子通过而阻止阴离子和气体通过。C.制烧碱生产过程（离子交换膜法） 1 食盐

7、水的精制：粗盐（含泥沙、Ca2、Mg2、Fe3、SO42等）加入NaOH溶液加入 BaCl溶液加入Na2CO3溶液过滤加入盐酸加入离子交换剂(NaR)2 电解生产主要过程（见右上图）：NaCl从阳极区加入，H2O从阴极区加入。阴极H放电，破坏了水的电离平衡，使OH浓度增大，OH和Na形成NaOH溶液。（2）电解冶炼铝原料氧化铝： 铝土矿NaAlO2 Al(OH)3 Al2O3原理：阳极电极反应式:2O24eO2。阴极电极反应式:Al33eAl。总反应式: 2Al2O3（高温熔融，加冰晶石作助熔剂） 4Al3O2。设备：电解槽（阳极C、阴极Fe）因为阳极材料不断地与生成的氧气反应：CO2COCO

8、2，故需定时补充。（3）电镀：用电解的方法在金属表面镀上一层金属或合金的过程。镀件必须作阴极，镀层金属必须作阳极，电解质溶液中必须含有镀层金属离子。（4）电解精炼铜：粗铜作阳极，精铜作阴极，电解液含有Cu2。铜前金属先反应但不析出，铜后金属不反应，形成“阳极泥(主要成分为Au、Pt等贵金属)”。（5）电解冶炼活泼金属Na、Mg、Al等。【例1】固体氧化物燃料电池是以固体氧化锆氧化钇为电解质，这种固体电解质在高温下允许氧离子(O2)在其间通过。该电池的工作原理如右图所示，其中多孔电极a、b均不参与电极反应。下列判断正确的是A.有O2参加反应的a极为电池的负极B.b极的电极反应式为H22eO2H2

9、OC.a极对应的电极反应式为O22H2O4e4OHD.该电池的总反应式为2H2O22H2O【变式训练1】(10安徽)某固体酸燃料电池以CsHSO4固体为电解质传递H，其基本结构见右下图，电池总反应可表示为：2H2O22H2O，下列有关说法正确的是A.电子通过外电路从b极流向a极B.b极上的电极反应式为：O22H2O4e4OHC.每转移0.1mol电子，消耗1.12L的H2D.H由a极通过固体酸电解质传递到b极【例2】(10全国)下图是一种染料敏化太阳能电池的示意图。电池的一个电极由有机光敏燃料(S)涂覆在TiO2纳米晶体表面制成，另一电极由导电玻璃镀铂构成，电池中发生的反应为：TiO2/STi

10、O2/S*(激发态)TiO2/S*TiO2/SeI2e3I2TiO2/S3I2TiO2/SI下列关于该电池叙述错误的是A.电池工作时，I离子在镀铂导电玻璃电极上放电B.电池工作时，是将太阳能转化为电能C.电池的电解质溶液中I和I的浓度不会减少D.电池中镀铂导电玻璃为正极【变式训练2】(10江苏)下图是一种航天器能量储存系统原理示意图。下列说法正确的是A.该系统中只存在3种形式的能量转化B.装置Y中负极的电极反应式为：O22H2O4e4OHC.装置X能实现燃料电池的燃料和氧化剂再生D.装置X、Y形成的子系统能实现物质的零排放，并能实现化学 能与电能间的完全转化【例3】某同学按如图所示的装置进行电

11、解实验。下列说法正确的是A.电解过程中，铜电极上有H2产生B.电解初期，主反应方程式为：CuH2SO4CuSO4H2C.电解一定时间后，石墨电极上无铜析出D.整个电解过程中，H的浓度不断减小【变式训练3】某学生欲完成2HCl2Ag2AgClH2反应，设计了下列四个实验，你认为可行的实验是【课堂训练】1.下列叙述中正确的是 A.构成原电池正极和负极的材料必须是两种金属。B.由铜、锌作电极与硫酸铜溶液组成的原电池中铜是负极。C.马口铁（镀锡铁）破损时与电解质溶液接触锡先被腐蚀。D.铜锌原电池工作时，若有13克锌被溶解，电路中就有0.4mol电子通过。2.把A、B、C、D四块金属泡在稀H2SO4中，

12、用导线两两相连可以组成各种原电池。若A、B相连时，A为负极；C、D相连，D上有气泡逸出；A、C相连时A极减轻；B、D相连，B为正极。则四种金属的活泼性顺序由大到小排列为 A.ABCD B.ACBD C.ACDB D.BDCA 3.(08北京)据报道，我国拥有完全自主产权的氢氧燃料电池车已在北京奥运会期间为运动员提供服务。某种氢氧燃料电池的电解液为KOH溶液，下列有关该电池的叙述不正确的是A.正极反应式为：O22H2O4e4OHB.工作一段时间后，电解液中KOH的物质的量不变C.该燃料电池的总反应方程式为：2H2O22H2OD.用该电池电解CuCl2溶液，产生2.24LCl2(标准状况)时，有0

13、.1mol电子转移4.(10浙江)LiAl/FeS电池是一种正在开发的车载电池，该电池中正极的电极反应式为：2LiFeS2eLi2SFe，有关该电池的下列说法中，正确的是A.LiAl在电池中作为负极材料，该材料中Li的化合价为1价B.该电池的电池反应式为：2LiFeSLi2SFeC.负极的电极反应式为：Al3eAl3D.充电时，阴极发生的电极反应式为：Li2SFe2e2LiFeS5.如图所示是典型氯碱工业的关键设备离子交换膜电解槽，该电解槽的特点是用离子交换膜将槽分隔为左右两室，它能够阻止一些物质通过，也能允许一些物质通过。下列有关说法正确的是A.离子交换膜的特点是允许气体分子通过，而不允许阴

14、离子通过B.图中X是指氧气C.电解槽右室的电极反应式为2H2e=H2D.电解槽左室也称为阴极室6.(09江苏)以葡萄糖为燃料的微生物燃料电池结构示意图如图所示。关于该电池的叙述正确的是A.该电池能够在高温下工作B.电池的负极反应为C6H12O66H2O24e=6CO224HC.放电过程中，H从正极区向负极区迁移D.在电池反应中，每消耗1 mol氧气，理论上能生成标准状况下CO2气体L 7.化学电池在通讯、交通及日常生活中有着广泛的应用。(1)目前常用的镍（Ni）镉（Cd）电池，其电池总反应可以表示为Cd2NiO(OH)2H2O 2Ni(OH)2Cd(OH)2已知Ni(OH)2和Cd(OH)2均

15、难溶于水但能溶于酸，以下说法中正确的是 以上反应是可逆反应 以上反应不是可逆反应充电时化学能转变为电能 放电时化学能转变为电能A. B. C. D.(2)废弃的镍镉电池已成为重要的环境污染物，有资料表明一节废镍镉电池可以使一平方米面积的耕地失去使用价值。在酸性土壤中这种污染尤为严重。这是因为 。(3)另一种常用的电池是锂电池（锂是一种碱金属元素，其相对原子质量为7），由于它的比容量（单位质量电极材料所能转换的电量）特别大而广泛应用于心脏起搏器，一般使用时间可长达十年。它的负极用金属锂制成，电池总反应可表示为：LiMnO2LiMnO2试回答：锂电池比容量特别大的原因是 。锂电池中的电解质溶液需用

16、非水溶剂配制，为什么这种电池不能使用电解质的水溶液？请用化学方程式表示其原因 。8.在如图所示的装置中，若通入直流电5 min时，铜电极质量增加2.16 g。试回答：(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”“不变”)。(3)通电5 min时，B中共收集224 mL气体(标况)，溶液体积为200 mL，则通电前CuSO4溶液的物质的量浓度为 (设电解前后溶液体积无变化)。(4)若A中KCl溶液的体积也是200 mL，电解后，溶液的pH为 (设电解前后溶液体积无变化)。9.(09天津)氢氧燃料电池是符合绿色化学理念的新型发电装置。右下图为电池示

17、意图，该电池电极表面镀一层细小的铂粉，铂吸附气体的能力强，性质稳定。请回答： (1)氢氧燃料电池的能量转化的主要形式是 ，在导线中电子流动方向为 (用a、b表示)。(2)负极反应式为 。(3)电极表面镀铂粉的原因是 。(4)该电池工作时，H2和O2连续由外部供给，电池可连续不断提供电能。因此，大量安全储氢是关键技术之一。金属锂是一种重要的储氢材料，吸氢和放氢原理如下：.2LiH22LiH.LiHH2O=LiOHH2反应中的还原剂是 ，反应中的氧化剂是 。已知LiH固体密度为0.82 g/cm3，用锂吸收224 L(标准状况)H2，生成的LiH体积与被吸收的H2体积比为 。由生成的LiH与H2O

18、作用，放出的H2用作电池燃料，若能量转化率为80%，则导线中通过电子的物质的量为 mol。10.铝的阳极氧化，是一种常用的金属表面处理技术，它能使铝的表面生成一层致密的氧化膜，该氧化膜不溶于稀硫酸。某化学研究小组在实验室中按下列步骤模拟铝表面“钝化”产生过程。(1)配制实验用的溶液。要配制200 mL密度为1.2 g/cm3的溶质质量分数为16%的NaOH溶液，需要称取 g NaOH固体。(2)把铝片浸入热的16%的NaOH溶液中约半分钟左右洗去油污，除去表面的氧化膜，取出用水冲洗。写出除去氧化膜的离子方程式 。(3)按右图组装好仪器，接通开关K，通电约25 min。在阳极生成氧化铝，阴极产生

19、气体。写出该过程中的电极反应式：阳极： ；阴极： 。(4)断开电路，取出铝片，用质量分数为1%的稀氨水中和表面的酸液，再用水冲洗干净。写出该过程发生反应的离子方程式： 。【课后练习】单项选择题：本题包括8小题，每小题2分，共16分。1.下列各组物理量中，都不随取水量的变化而变化的是A.水的沸点；蒸发水所需热量 B.水的密度；水中通人足量CO2后溶液的pHC.水的体积；电解水所消耗的电量 D.水的物质的量；水的摩尔质量2.按图甲装置进行实验，若图乙中横坐标X表示通过电极的电子的物质的量。下列叙述正确的是A.F表示反应生成Cu的物质的量B.E表示反应消耗H2O的物质的量C.E表示反应生成O2的物质

20、的量D.F表示反应生成H2SO4的物质的量3.芬兰籍华人科学家张霞昌研制的“超薄型软电池”或2009年中国科技创业大赛最高奖，被称之为“软电池”的纸质电池总反应为：Zn2MnO2H2OZnO2MnOOH。下列说法正确的是A.该电池中Zn作负极，发生还原反应B.该电池反应中MnO2起催化作用C.该电池工作时电流由Zn经导线流向MnO2D.该电池正极反应式为：2MnO22e2H2O2MnOOH2OH4.一种碳纳米管（氢气）二次电池原理如右图，该电池的电解质为6molL1KOH溶液。 下列说法不正确的是 A.储存H2的碳纳米管放电时为负极，充电时为阴极 B.放电时负极附近pH减小 C.放电时电池正极

21、的电极反应为 NiO(OH)H2OeNi(OH) 2OH D.放电时，电池反应为2H2O22H2O5.日本茨城大学研制了一种新型的质子交换膜二甲醚燃料电池（DDFC），该电池有较高的安全性。电池总反应为：CH3OCH33O22CO23H2O ，电池示意如右图,下列说法不正确的是A.a极为电池的负极B.电池工作时电流由b极沿导线经灯泡再到a极C.电池正极的电极反应为：4HO24e2H2OD.电池工作时，1mol二甲醚被氧化时就有6mol电子转移6.如图所示，a、b、c均为石墨电极，d为碳钢电极，通电进行电解。假设在电解过程中产生的气体全部逸出，下列说法正确的是A.甲、乙两烧杯中溶液的pH均保持不

22、变B.甲烧杯中a的电极反应式为4OH4eO22H2OC.当电解一段时间后，将甲、乙两溶液混合，一定会产 生蓝色沉淀D.当b极增重3.2g时，d极产生的气体为2.24L（标准状况）7.固体氧化物燃料电池（SOFC）以固体氧化物作为电解质，这种固体电解质在高温下允许氧离子（O2）在其间通过，其工作原理如图所示。下列关于固体燃料电池的有关说法正确的是A.电极b为电池负极，电极反应式为O24e2O2B.固体氧化物的作用是让电子在电池内部通过C.若H2作燃料气，接触面上发生的反应为：H22OH2e2H2OD.若C2H4作燃料气，接触面上发生的反应为：C2H46O212e2CO22H2O8.按右图的装置进

23、行电解实验，A极是铜锌含金，B极为纯铜。电解质溶液中含有足量的Cu2。通电一段时间后，若A极恰好全部溶解，此时B极质量增加7.68g，溶液质量增加0.03g，则A极合金中Cu、Zn的原子个数比为A.4：1 B.3：1 C.2：1 D.5：3不定项选择题：本题包括5小题，每小题4分，共计20分。9.早在1807年化学家戴维用电解熔融氢氧化钠制得钠， 4NaOH(熔) 4Na O2 2H2O；后来盖吕萨克用铁与熔融氢氧化钠作用也制得钠，反应原理为：3Fe4NaOHFe3O42H24Na。下列有关说法正确的是A.电解熔融氢氧化钠制钠，阳极发生电极反应为：2OH2eH2O2B.盖吕萨克法制钠原理是利用

24、铁的还原性比钠强C.若戴维法与盖吕萨克法制得等量的钠，则两反应中转移的电子总数也相同D.目前工业上常用电解熔融氯化钠法制钠（如图），电解槽中石墨极为阳极，铁为阴极10.如右图所示，a、b是多孔石墨电极，某同学按图示装置进行如下实验：断开K2，闭合K1一段时间，观察到两只玻璃管内都有气泡将电极包围，此时断开K1，闭合K2，观察到电流计A的指针有偏转。下列说法不正确的是A.断开K2，闭合K1一段时间，溶液的pH要变大B.断开K1，闭合K2时，b极上的电极反应式为：2H2eH2C.断开K2，闭合K1时，a极上的电极反应式为：4OH4eO22H2OD.断开K1，闭合K2时，OH向b极移动11.家蝇的雌

25、性信息素可用芥酸（来自菜籽油）与羧酸X在浓NaOH溶液中进行阳极氧化得到。电解总反应式为：C21H41COOHX4NaOH C23H46 2Na2CO32H2OH2 芥酸 雌性信息素则下列说法正确的是A.X为C2H5COOHB.电解的阳极反应式为：C21H41COOHX2e2H2OC23H462CO326HC.电解过程中，每转移a mol电子，则生成0.5a mol 雌性信息素D.阴极的还原产物为H2和OH12.镁及其化合物一般无毒(或低毒)、无污染，镁电池放电时电压高而平稳。因而越来越成为人们研制绿色原电池所关注的重点。有一种镁原电池的反应为：在镁原电池放电时，下列说法错误的是A.Mg2向负

26、极迁移 B.正极反应为：Mo3S42xeMo3S42xC.Mo3S4发生氧化反应 D.负极反应为：xMg2xexMg213.下图、分别是甲、乙两组同学将反应“AsO432I2HAsO33I2H2O”设计成的原电池装置，其中C1、C2均为碳棒。甲组向图烧杯中逐滴加入适量浓盐酸；乙组向图B烧杯中逐滴加入适量40%NaOH溶液。下列叙述中正确的是A.甲组操作时，微安表（G）指针发生偏转B.甲组操作时，溶液颜色变深C.乙组操作时，C2做正极 D.乙组操作时，C1上发生的电极反应为I22e2I三、填充题：14.（6分）随着科学技术的进步，人们研制了多种甲醇质子交换膜燃料电池，以满足不同的需求。（1）有一

27、类甲醇质子交换膜燃料电池，需将甲醇蒸气转化为氢气，两种反应原理是 A、CH3OH(g)H2O(g)CO2(g)3H2(g) H49.0kJ/mol B、CH3OH(g)3/2O2(g)CO2(g)2H2O(g) H192.9kJ/mol又知H2O(l)H2O(g) H44 kJ/mol，请写出32g的CH3OH(g)完全燃烧生成液态水的热化学方程式 。（2）下图是某笔记本电脑用甲醇质子交换膜燃料电池的结构示意图。甲醇在催化剂作用下提供质子和电子，电子经外电路、质子经内电路到达另一极与氧气反应，电池总反应为：2CH3OH3O22CO24H2O。则c电极是 （填“正极”或“负极”），c电极上发生的

28、电极反应式是 。15.（8分）目前燃料电池中能量转化效率最高的是陶瓷电池，此类电池正面涂有黑色的稀有金属复合氧化物，作为正极，反面是一层较厚的绿色“金属陶瓷”，作为负极。在750实验温度下，空气中的氧分子吸附于黑色正极，氧原子会分别从涂层中“抢走”2个电子，变成氧离子，随后氧离子穿过陶瓷膜，与负极那一边的燃气反应，并释放出能量，氧不断“劫持”电子穿越薄膜，正负两极间便形成电压，产生电流。水煤气成分是 。水煤气又称为合成气，在一定条件下可以合成二甲醚时，还产生一种可以参与大气循环的无机化合物，写出该化学方程式可能是 。若以水煤气为上述陶瓷电池的燃料气，则电池的负极反应方程式为 。 (写出一个即可)右图是丙烷、二甲醚燃烧过程中能量变化图，其中x为各自反应中对应的系数。根据该图写出二甲醚燃烧的热化学方程式 。江苏省海门市三厂中学2012届高三化学大一轮复习专题七 把握电化学中氧化还原反应本意参考答案及评分标准【例1】BD【变式训练1】D解析：由电极反应式可知，氢气通入的一极为负极，氧气通入的一极为正极，故a为负极、b为正极，电子应该是通过外电路由a极流向b极，A错；B项，b极上的电极反应式为O24e4H2H2O；C项，没有明确此时是否处于标准状况，故无法计算气体的体积。【例2】A解析：二氧化钛电极上的材料失去