2017屆高考化學二輪復習 專題七 電化學（學案+課件+試題）（打包4套）新人教版,2017屆高考化學二輪復習,專題七,電化學（學案+課件+試題）（打包4套）新人教版,2017,高考,化學,二輪,復習,專題,電化學,課件,試題,打包,新人 專題七 電化學 考點一　原電池原理的全面突破 1．通常只有能自發(fā)進行的氧化還原反應才能設計成原電池。 2．工作原理 以鋅銅原電池為例： 電極名稱 負極 正極 電極材料 鋅片 銅片 電極反應 Zn－2e－===Zn2＋ Cu2＋＋2e－===Cu 反應類型 氧化反應 還原反應 電子流向 由Zn沿導線流向Cu 鹽橋中 離子移向 鹽橋含飽和KCl溶液，K＋移向正極，Cl－移向負極 鹽橋 的作用 （1）平衡電荷； （2）避免斷路時發(fā)生化學腐蝕(隔離作用) 說明?。?）無論是裝置Ⅰ還是裝置Ⅱ，電子均不能通過電解質溶液。 （2）在裝置Ⅰ中，由于不可避免會直接發(fā)生Zn＋Cu2＋===Cu＋Zn2＋而使化學能轉化為熱能，所以裝置Ⅱ的能量轉化率高。 【例1】控制適合的條件，將反應2Fe3＋＋2I－2Fe2＋＋I2設計成如下圖所示的原電池。下列判斷不正確的是(　　) A．反應開始時，乙中石墨電極上發(fā)生氧化反應 B．反應開始時，甲中石墨電極上Fe3＋被還原 C．電流表讀數(shù)為零時，反應達到化學平衡狀態(tài) D．電流表讀數(shù)為零后，在甲中溶入FeCl2固體，乙中的石墨電極為負極 【答案】D 【解析】由圖示結合原電池原理分析可知，F(xiàn)e3＋得電子生成Fe2＋被還原，I－失去電子生成I2被氧化，所以A、B正確；電流表讀數(shù)為零時Fe3＋得電子速率等于Fe2＋失電子速率，反應達到平衡狀態(tài)；D項在甲中溶入FeCl2固體，平衡2Fe3＋＋2I－2Fe2＋＋I2向左移動，I2被還原為I－，乙中石墨為正極，不正確。 考點二　幾種重要的化學電池 高考中常見的新型電池有“氫鎳電池”、“高鐵電池”、“堿性鋅錳電池”、“海洋電池”、“燃料電池”(如新型細菌燃料電池、氫氧燃料電池、丁烷燃料電池、甲醇質子交換膜燃料電池、CO燃料電池)、“鋰離子電池”、“鋅銀電池”、“紐扣電池”、“Mg—AgCl電池”、“Mg—H2O2電池”等。新型電池是對電化學原理的綜合考查，在高考中依托新型電池考查的電化學原理知識有以下幾點。 1．判斷電極 （1）“放電”時正、負極的判斷 ①負極：元素化合價升高或發(fā)生氧化反應的物質； ②正極：元素化合價降低或發(fā)生還原反應的物質。 （2）“充電”時陰、陽極的判斷 ①陰極：“放電”時的負極在“充電”時為陰極； ②陽極：“放電”時的正極在“充電”時為陽極。 2．微粒流向 （1）電子流向 ①電解池：電源負極→陰極，陽極→電源正極； ②原電池：負極→正極。 提示：無論是電解池還是原電池電子均不能流經(jīng)電解質溶液。 （2）離子流向 ①電解池：陽離子移向陰極，陰離子移向陽極； ②原電池：陽離子移向正極，陰離子移向負極。 3．書寫電極反應式 （1）“放電”時電極反應式的書寫 ①依據(jù)條件，指出參與負極和正極反應的物質，根據(jù)化合價的變化，判斷轉移電子的數(shù)目； ②根據(jù)守恒書寫負極(或正極)反應式，特別應注意電極產(chǎn)物是否與電解質溶液共存。 （2）“充電”時電極反應式的書寫 充電時的電極反應與放電時的電極反應過程相反，充電的陽極反應為放電時正極反應的逆過程，充電的陰極反應為放電時負極反應的逆過程。 特別提醒　在書寫“放電”時電極反應式時，要注意： （1）陽離子在正極上參與反應，在負極上就必須生成； （2）陰離子在負極上參與反應，在正極上就必須生成。 【例2】一種基于酸性燃料電池原理設計的酒精檢測儀，負極上的反應為CH3CH2OH－4e－＋H2O===CH3COOH＋4H＋。下列有關說法正確的是(　　) A．檢測時，電解質溶液中的H＋向負極移動 B．若有0.4 mol電子轉移，則在標準狀況下消耗4.48 L氧氣 C．電池反應的化學方程式為CH3CH2OH＋O2===CH3COOH＋H2O D．正極上發(fā)生的反應為O2＋4e－＋2H2O===4OH－ 【答案】C 【解析】解答本題時審題是關鍵，反應是在酸性電解質溶液中進行的。在原電池中，陽離子要往正極移動，故A錯；因電解質溶液是酸性的，不可能存在OH－，故正極的反應式為O2＋4H＋＋4e－===2H2O，轉移4 mol電子時消耗 1 mol O2，則轉移0.4 mol電子時消耗2.24 L O2，故B、D錯；電池反應式即正、負極反應式之和，將兩極的反應式相加可知 C正確。 【歸納】 不同“介質”下燃料電池電極反應式的書寫，大多數(shù)學生感到較難。主要集中在：一是得失電子數(shù)目的判斷，二是電極產(chǎn)物的判斷。下面以CH3OH、O2燃料電池為例，分析電極反應式的書寫。 （1）酸性介質，如H2SO4。 CH3OH在負極上失去電子生成CO2氣體，O2在正極上得到電子，在H＋作用下生成H2O。電極反應式為 負極：CH3OH－6e－＋H2O===CO2↑＋6H＋ 正極：O2＋6e－＋6H＋===3H2O （2）堿性介質，如KOH溶液。 CH3OH在負極上失去電子，在堿性條件下生成CO，1 mol CH3OH 失去6 mol e－，O2在正極上得到電子生成OH－，電極反應式為 負極：CH3OH－6e－＋8OH－===CO＋6H2O 正極：O2＋6e－＋3H2O===6OH－ （3）熔融鹽介質，如K2CO3。 在電池工作時，CO移向負極。CH3OH在負極上失去電子，在CO的作用下生成CO2氣體，O2在正極上得到電子，在CO2的作用下生成CO，其電極反應式為 負極：CH3OH－6e－＋3CO===4CO2↑＋2H2O 正極：O2＋6e－＋3CO2===3CO （4）摻雜Y2O3的ZrO3固體作電解質，在高溫下能傳導正極生成的O2－。 根據(jù)O2－移向負極，在負極上CH3OH失電子生成CO2氣體，而O2在正極上得電子生成O2－，電極反應式為 負極：CH3OH－6e－＋3O2－===CO2↑＋2H2O 正極：O2＋6e－===3O2－ 【例2】鎳鎘(Ni—Cd)可充電電池在現(xiàn)代生活中有廣泛應用。已知某鎳鎘電池的電解質溶液為KOH溶液，其充、放電按下式進行：Cd＋2NiOOH＋2H2OCd(OH)2＋2Ni(OH)2。有關該電池的說法正確的是(　　) A．放電時負極得電子，質量減輕 B．放電時電解質溶液中的OH－向正極移動 C．充電時陰極附近溶液的pH減小 D．充電時陽極反應：Ni(OH)2－e－＋OH－===NiOOH＋H2O 【答案】D 【解析】該可充電電池的放電過程的電極反應式為負極：Cd－2e－＋2OH－===Cd(OH)2；正極：2NiOOH＋2H2O＋2e－===2Ni(OH)2＋2OH－，所以正確選項為D。 【例3】氣體的自動化檢測中常常應用原電池原理的傳感器。下圖為電池的工作示意圖，氣體擴散進入傳感器，在敏感電極上發(fā)生反應，傳感器就會接收到電信號。下表列出了待測氣體及敏感電極上部分反應產(chǎn)物。則下列說法中正確的是(　　) 待測氣體 敏感電極部分產(chǎn)物 NO2 NO Cl2 HCl CO CO2 H2S H2SO4 A．上述氣體檢測時，敏感電極均作原電池正極 B．檢測Cl2氣體時，敏感電極的電極反應為Cl2＋2e－===2Cl－ C．檢測H2S氣體時，對電極充入空氣，對電極上電極反應式為O2＋2H2O＋4e－===4OH－ D．檢測H2S和CO體積分數(shù)相同的兩份空氣樣本時，傳感器上產(chǎn)生的電流大小相同 【答案】B 【解析】A項，NO2―→NO，得電子，作正極，Cl2―→HCl，得電子，作正極，CO―→CO2，失電子，作負極，H2S―→H2SO4，失電子，作負極；B項，根據(jù)產(chǎn)物可以判斷Cl2得電子，生成Cl－，正確；C項，應為O2＋4e－＋4H＋===2H2O；D項，H2S生成H2SO4失去8e－，而CO生成CO2失去2e－，所以檢測體積分數(shù)相同的兩氣體時傳感器上產(chǎn)生的電流大小不相同。 考點三　電解池的“不尋?！睉? “六點”突破電解池 1．分清陰、陽極，與電源正極相連的為陽極，與電源負極相連的為陰極，兩極的反應為“陽氧陰還”。 2．剖析離子移向，陽離子移向陰極，陰離子移向陽極。 3．注意放電順序。 4．書寫電極反應式，注意得失電子守恒。 5．正確判斷產(chǎn)物。 （1）陽極產(chǎn)物的判斷首先看電極，如果是活性電極作陽極，則電極材料失電子，電極溶解(注意：鐵作陽極溶解生成Fe2＋，而不是Fe3＋)；如果是惰性電極，則需看溶液中陰離子的失電子能力，陰離子放電順序為S2－>I－>Br－>Cl－>OH－(水)。 （2）陰極產(chǎn)物的判斷直接根據(jù)陽離子的放電順序進行判斷： Ag＋>Hg2＋>Fe3＋>Cu2＋>H＋>Pb2＋>Fe2＋>Zn2＋>H＋(水) 6．恢復原態(tài)措施。 電解后有關電解質溶液恢復原態(tài)的問題應該用質量守恒法分析。一般是加入陽極產(chǎn)物和陰極產(chǎn)物的化合物，但也有特殊情況，如用惰性電極電解CuSO4溶液，Cu2＋完全放電之前，可加入CuO或CuCO3復原，而Cu2＋完全放電之后，應加入Cu(OH)2或Cu2(OH)2CO3復原。 【例4】 (2015·四川理綜，4)用下圖所示裝置除去含CN－、Cl－廢水中的CN－時，控制溶液pH為9～10，陽極產(chǎn)生的ClO－將CN－氧化為兩種無污染的氣體。下列說法不正確的是(　　) A．用石墨作陽極，鐵作陰極 B．陽極的電極反應式：Cl－＋2OH－－2e－===ClO－＋H2O C．陰極的電極反應式：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－ D．除去CN－的反應：2CN－＋5ClO－＋2H＋===N2↑＋2CO2↑＋5Cl－＋H2O 【答案】D 【解析】Cl－在陽極發(fā)生氧化反應生成ClO－，水電離出的H＋在陰極發(fā)生還原反應生成H2，又由于電解質溶液呈堿性，故A、B、C項正確；D項，溶液呈堿性，離子方程式中不能出現(xiàn)H＋，正確的離子方程式為2CN－＋5ClO－＋H2O===N2↑＋2CO2↑＋5Cl－＋2OH－，錯誤。 考點四　金屬腐蝕與防護的“兩種比較”、“兩種方法” 1．兩種比較 （1）析氫腐蝕和吸氧腐蝕的比較 類型 析氫腐蝕 吸氧腐蝕 條件 水膜呈酸性 水膜呈弱酸性或中性 正極 反應 2H＋＋2e－ ===H2↑ O2＋2H2O＋4e－ ===4OH－ 負極反應 Fe－2e－===Fe2＋ 其他 反應 Fe2＋＋2OH－===Fe(OH)2↓ 4Fe(OH)2＋O2＋2H2O=== 4Fe(OH)3 Fe(OH)3失去部分水轉化為鐵銹 （2）腐蝕快慢的比較 ①一般來說可用下列原則判斷：電解池原理引起的腐蝕>原電池原理引起的腐蝕>化學腐蝕>有防護措施的腐蝕； ②對同一金屬來說，腐蝕的快慢：強電解質溶液中>弱電解質溶液中>非電解質溶液中； ③活潑性不同的兩種金屬，活潑性差別越大，腐蝕越快； ④對同一種電解質溶液來說，電解質溶液濃度越大，金屬腐蝕的速率越快。 2．兩種保護方法 （1）加防護層 如在金屬表面加上油漆、搪瓷、瀝青、塑料、橡膠等耐腐蝕的非金屬材料；采用電鍍或表面鈍化等方法在金屬表面鍍上一層不易被腐蝕的金屬或生成一層致密的薄膜。 （2）電化學防護 ①犧牲陽極的陰極保護法——原電池原理：正極為被保護的金屬，負極為比被保護的金屬活潑的金屬； ②外加電流的陰極保護法——電解原理：陰極為被保護的金屬，陽極為惰性電極。 【例5】利用下圖裝置進行實驗，開始時，a、b兩處液面相平，密封好，放置一段時間。下列說法不正確的是(　　) A．a(chǎn)管發(fā)生吸氧腐蝕，b管發(fā)生析氫腐蝕 B．一段時間后，a管液面高于b管液面 C．a(chǎn)處溶液的pH增大，b處溶液的pH減小 D．a(chǎn)、b兩處具有相同的電極反應式：Fe－2e－===Fe2＋ 【答案】C 【解析】根據(jù)裝置圖判斷，左邊鐵絲發(fā)生吸氧腐蝕，右邊鐵絲發(fā)生析氫腐蝕，其電極反應為 左邊　負極：Fe－2e－===Fe2＋ 正極：O2＋4e－＋2H2O===4OH－ 右邊　負極：Fe－2e－===Fe2＋ 正極：2H＋＋2e－===H2↑ a、b處的pH均增大，C錯誤。 【例6】(2015·上海，14)研究電化學腐蝕及防護的裝置如右圖所示。下列有關說法錯誤的是(　　) A．d為石墨，鐵片腐蝕加快 B．d為石墨，石墨上電極反應為O2＋2H2O＋4e－―→4OH－ C．d為鋅塊，鐵片不易被腐蝕 D．d為鋅塊，鐵片上電極反應為2H＋＋2e－―→H2↑ 【答案】D 【解析】由于活動性：Fe>石墨，所以鐵、石墨及海水構成原電池，F(xiàn)e為負極，失去電子被氧化變?yōu)镕e2＋進入溶液，溶解在海水中的氧氣在正極石墨上得到電子被還原，比沒有形成原電池時的速率快，正確；B項，d為石墨，由于是中性電解質，所以發(fā)生的是吸氧腐蝕，石墨上氧氣得到電子，發(fā)生還原反應，電極反應為O2＋2H2O＋4e－―→4OH－，正確；C項，若d為鋅塊，則由于金屬活動性：Zn>Fe，Zn為原電池的負極，F(xiàn)e為正極，首先被腐蝕的是Zn，鐵得到保護，鐵片不易被腐蝕，正確；D項，d為鋅塊，由于電解質為中性環(huán)境，發(fā)生的是吸氧腐蝕，在鐵片上電極反應為O2＋2H2O＋4e－―→4OH－，錯誤。 考點五　利用“電子守恒”思想突破電化學的計算 電化學計算的基本方法和技巧： 原電池和電解池的計算包括兩極產(chǎn)物的定量計算、溶液pH的計算、相對原子質量和阿伏加德羅常數(shù)的計算、產(chǎn)物的量與電量關系的計算等。通常有下列三種方法： 1．根據(jù)電子守恒計算 用于串聯(lián)電路中陰陽兩極產(chǎn)物、正負兩極產(chǎn)物、相同電量等類型的計算，其依據(jù)是電路中轉移的電子數(shù)相等。 2．根據(jù)總反應式計算 先寫出電極反應式，再寫出總反應式，最后根據(jù)總反應式列出比例式計算。 3．根據(jù)關系式計算 根據(jù)得失電子守恒定律關系建立起已知量與未知量之間的橋梁，構建計算所需的關系式。 如以通過4 mol e－為橋梁可構建如下關系式： (式中M為金屬，n為其離子的化合價數(shù)值) 該關系式具有總攬電化學計算的作用和價值，熟記電極反應式，靈活運用關系式便能快速解答常見的電化學計算問題。 【例7】如下圖所示，其中甲池的總反應式為2CH3OH＋3O2＋4KOH===2K2CO3＋6H2O。下列說法正確的是(　　) A．甲池是電能轉化為化學能的裝置，乙、丙池是化學能轉化為電能的裝置 B．甲池通入CH3OH的電極反應式為CH3OH－6e－＋2H2O===CO＋8H＋ C．反應一段時間后，向乙池中加入一定量Cu(OH)2固體能使CuSO4溶液恢復到原濃度 D．甲池中消耗280 mL(標準狀況下)O2，此時丙池中理論上最多產(chǎn)生1.45 g固體 【答案】D 【解析】甲池為原電池，作為電源，乙池、丙池為兩個電解池。根據(jù)原電池的形成條件，通入CH3OH的一極為負極，通入O2的一極為正極，所以石墨、Pt(左)作陽極，Ag、Pt(右)作陰極；B項，負極反應：CH3OH－6e－＋8OH－===CO＋6H2O；C項，應加入CuO或CuCO3；D項，丙池中：MgCl2＋2H2O電解,Mg(OH)2↓＋Cl2↑＋H2↑，消耗0.012 5 mol O2，轉移0.05 mol電子，生成0.025 mol Mg(OH)2，其質量為1.45 g。 【點睛】 兩種“串聯(lián)”裝置圖比較 圖1中無外接電源，其中必有一個裝置是原電池裝置(相當于發(fā)電裝置)，為電解池裝置提供電能，其中兩個電極活潑性差異大者為原電池裝置，如圖1中左邊為原電池裝置，右邊為電解池裝置。圖2中有外接電源，兩燒杯均作電解池，且串聯(lián)電解，通過兩池的電子數(shù)目相等。 8