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專題3.8 電化學(xué)方面試題的解題方法與技巧 原電池原理的分析和應(yīng)用是高考的熱點(diǎn)。關(guān)于新型電源的工作原理分析、電極反應(yīng)式的書寫仍會(huì)在高考中出現(xiàn)，必須高度關(guān)注。同樣電解原理及其應(yīng)用也是高考的高頻考點(diǎn)，因其與氧化還原反應(yīng)、離子反應(yīng)，電解質(zhì)溶液、元素化合物性質(zhì)等知識(shí)聯(lián)系密切而成為高考的重點(diǎn)和熱點(diǎn)。由于電解原理在工業(yè)上的應(yīng)用更加廣泛，預(yù)計(jì)2019年高考會(huì)以新型電池為載體考查原電池和電解池的工作原理、電極反應(yīng)式的書寫等，考察新情境下化學(xué)電源的工作原理和電解原理的應(yīng)用，也可能會(huì)結(jié)合生產(chǎn)、生活實(shí)際考查電化學(xué)、金屬腐蝕部分的知識(shí)，應(yīng)給予高度關(guān)注。 一、原電池： 注意： 鹽橋的作用 （1）使整個(gè)裝置構(gòu)成閉合回路，代替兩溶液直接接觸。 （2）通過帶電離子的定向移動(dòng)，平衡燒杯中電解質(zhì)溶液的電荷。通過鹽橋中陰陽(yáng)離子定向移動(dòng)而使兩極電解質(zhì)溶液中正負(fù)電荷守恒而保持電中性。 （1）首先根據(jù)題意寫出電池反應(yīng)。 （2）標(biāo)出電子轉(zhuǎn)移的方向和數(shù)目，指出氧化劑、還原劑。 （3）根據(jù)還原劑——負(fù)極材料，氧化產(chǎn)物——負(fù)極產(chǎn)物，氧化劑——正極材料，還原產(chǎn)物——正極產(chǎn)物來確定原電池的正、負(fù)極和反應(yīng)產(chǎn)物。根據(jù)電池反應(yīng)中轉(zhuǎn)移電子的數(shù)目來確定電極反應(yīng)中得失的電子數(shù)目。 （4）注意環(huán)境介質(zhì)對(duì)反應(yīng)產(chǎn)物的影響。 （5）寫出正確的電極反應(yīng)式。流程如下： 三、電解原理: 方法技巧 1、“三池”的判斷技巧：原電池、電解池、電鍍池判定規(guī)律：若無外接電源，可能是原電池，然后依據(jù)原電池的形成條件分析判定，若有外接電源，兩極插入電解質(zhì)溶液中，則可能是電解池或電鍍池。當(dāng)陽(yáng)極金屬與電解質(zhì)溶液中的金屬陽(yáng)離子相同則為電鍍池，其他情況為電解池。 2、電解時(shí)電極產(chǎn)物的判斷——“陽(yáng)失陰得”，即 3、電解池中電極反應(yīng)式的書寫 （1）根據(jù)裝置書寫 ①根據(jù)電源確定陰、陽(yáng)兩極→確定陽(yáng)極是否是活性金屬電極→據(jù)電極類型及電解質(zhì)溶液中陰、陽(yáng)離子的放電順序?qū)懗鲭姌O反應(yīng)式。 ②在確保陰、陽(yáng)兩極轉(zhuǎn)移電子數(shù)目相同的條件下，將兩極電極反應(yīng)式合并即得總反應(yīng)式。 （2）由氧化還原反應(yīng)方程式書寫電極反應(yīng)式 ①找出發(fā)生氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)的物質(zhì)→兩極名稱和反應(yīng)物→利用得失電子守恒分別寫出兩極反應(yīng)式。 ②若寫出一極反應(yīng)式，而另一極反應(yīng)式不好寫，可用總反應(yīng)式減去已寫出的電極反應(yīng)式即得另一電極反應(yīng)式。 （3）電極反應(yīng)式的書寫——“二判二析一寫” 二判：①判斷陰陽(yáng)極；②判斷是電極材料放電還是溶液中的離子放電。 二析：①分析溶液中離子的種類；②根據(jù)離子放電順序，分析電極反應(yīng)。 一寫：根據(jù)電極產(chǎn)物，寫出電極反應(yīng)式。 4、應(yīng)對(duì)電化學(xué)定量計(jì)算的三種方法 （1）計(jì)算類型：原電池和電解池的計(jì)算包括兩極產(chǎn)物的定量計(jì)算、溶液pH的計(jì)算、相對(duì)原子質(zhì)量和阿伏加德羅常數(shù)的計(jì)算、產(chǎn)物的量與電量關(guān)系的計(jì)算等。 （2）方法技巧： ①根據(jù)電子守恒計(jì)算：用于串聯(lián)電路中陰陽(yáng)兩極產(chǎn)物、正負(fù)兩極產(chǎn)物、相同電量等類型的計(jì)算，其依據(jù)是電路中轉(zhuǎn)移的電子數(shù)相等。 ②根據(jù)總反應(yīng)式計(jì)算：先寫出電極反應(yīng)式，再寫出總反應(yīng)式，最后根據(jù)總反應(yīng)式列出比例式計(jì)算。 ③根據(jù)關(guān)系式計(jì)算：根據(jù)得失電子守恒定律關(guān)系建立起已知量與未知量之間的橋梁，構(gòu)建計(jì)算所需的關(guān)系式。例如： (式中M為金屬，n為其離子的化合價(jià)數(shù)值)該關(guān)系式具有總攬電化學(xué)計(jì)算的作用和價(jià)值，熟記電極反應(yīng)式，靈活運(yùn)用關(guān)系式便能快速解答常見的電化學(xué)計(jì)算問題。在電化學(xué)計(jì)算中，還常利用Q＝It和Q＝n(e－)NA1.6010－19C來計(jì)算電路中通過的電量。 5、電解池的“兩看、五注意”審題法： （1）兩看：一看“電極材料”：若陽(yáng)極材料是除金、鉑以外的其他金屬，則在電解過程中，優(yōu)先考慮陽(yáng)極材料本身失去電子被氧化，而不考慮溶液中陰離子放電的難易。再看“離子放電的難易”：若陽(yáng)極材料是惰性電極，則在電解過程中首先分析溶液中離子放電的難易。 （2）五注意： ①注意正、負(fù)（陰、陽(yáng)），抓守恒（電子、電荷），關(guān)注介質(zhì)。當(dāng)缺氧時(shí)，需加H2O生成H＋或加OH－生成H2O或加CO32－生成CO2或加O2－生成H2O。 ②在堿性介質(zhì)中不能出現(xiàn)H＋或CO2，酸性介質(zhì)中不能出現(xiàn)OH－，特別要關(guān)注非水溶液介質(zhì)（如熔融碳酸鹽、熔融金屬氧化物及氫化物）。 ③Fe作電極失2e－生成Fe2＋。 ④二次電池放電時(shí)體現(xiàn)原電池原理，充電時(shí)體現(xiàn)電解池原理。 ⑤電解池陽(yáng)極陰離子的放電順序（失電子由易到難）為S2－＞I－＞Br－＞Cl－＞OH－＞含氧酸根；陰極陽(yáng)離子的放電順序（得電子由易到難）為Ag＋＞Fe3＋＞Cu2＋＞H＋（酸）＞Fe2＋＞Zn2＋＞H＋（水）＞Al3＋＞Mg2＋＞Na＋＞Ca2＋＞K＋。 6、分析電解過程的思維程序 （1）首先判斷陰、陽(yáng)極，分析陽(yáng)極材料是惰性電極還是活潑電極。 （2）再分析電解質(zhì)水溶液的組成，找全離子并分陰、陽(yáng)兩組（不要忘記水溶液中的H＋和OH－）。 （3）然后排出陰、陽(yáng)兩極的放電順序。 7．規(guī)避電解池中方程式書寫的3個(gè)易失分點(diǎn) （1）書寫電解池中電極反應(yīng)式時(shí)，要以實(shí)際放電的離子表示，但書寫總電解反應(yīng)方程式時(shí)，弱電解質(zhì)要寫成分子式。 （2）要確保兩極電子轉(zhuǎn)移數(shù)目相同，且注明條件“電解”。 （3）電解水溶液時(shí)，應(yīng)注意放電順序中H＋、OH－之后的離子一般不參與放電。 四、金屬的腐蝕與防護(hù) 1、金屬腐蝕的本質(zhì)：金屬原子失去電子變?yōu)榻饘訇?yáng)離子，金屬發(fā)生氧化反應(yīng)。 2、金屬腐蝕的類型： （1）化學(xué)腐蝕與電化學(xué)腐蝕： 化學(xué)腐蝕 電化學(xué)腐蝕 條件 金屬跟非金屬單質(zhì)直接接觸 不純金屬或合金跟電解質(zhì)溶液接觸 現(xiàn)象 無電流產(chǎn)生 有電流產(chǎn)生 本質(zhì) 金屬被氧化 較活潑金屬被氧化 聯(lián)系 兩者往往同時(shí)發(fā)生，電化學(xué)腐蝕更普遍 （2）析氫腐蝕與吸氧腐蝕：以鋼鐵的腐蝕為例進(jìn)行分析： 析氫腐蝕 吸氧腐蝕 條件 水膜酸性較強(qiáng)(pH≤4.3) 水膜酸性很弱或呈中性 電極 反應(yīng) 負(fù)極 Fe－2e－＝Fe2＋ 正極 2H＋＋2e－＝H2↑ O2＋2H2O＋4e－＝4OH－ 總反應(yīng)式 Fe＋2H＋＝Fe2＋＋H2↑ 2Fe＋O2＋2H2O＝2Fe(OH)2 聯(lián)系 吸氧腐蝕更普遍 （3）鐵銹的形成：4Fe(OH)2＋O2＋2H2O＝4Fe(OH)3，2Fe(OH)3＝Fe2O3xH2O(鐵銹)＋(3－x)H2O。 3、金屬的防護(hù)： （1）電化學(xué)防護(hù)： ①犧牲陽(yáng)極保護(hù)法—原電池原理 ②外加電流的陰極保護(hù)法—電解原理 （2）改變金屬的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，如制成合金、不銹鋼等。 （3）加防護(hù)層，如在金屬表面噴油漆、涂油脂、電鍍、噴鍍或表面鈍化等方法。 方法技巧 1、影響金屬腐蝕的因素：影響金屬腐蝕的因素包括金屬的本性和介質(zhì)兩個(gè)方面。就金屬本性來說，金屬越活潑，就越容易失去電子而被腐蝕。介質(zhì)對(duì)金屬的腐蝕的影響也很大，如果金屬在潮濕的空氣中，接觸腐蝕性氣體或電解質(zhì)溶液，都容易被腐蝕。 2、金屬腐蝕的快慢規(guī)律： （1）不同類型的腐蝕規(guī)律：電解原理引起的腐蝕＞原電池原理引起的腐蝕＞化學(xué)腐蝕＞有防護(hù)措施的腐蝕。反之，防腐措施由好到差的順序?yàn)椋和饨与娫吹年帢O保護(hù)法防腐＞犧牲陽(yáng)極的陰極保護(hù)法防腐＞有一般防護(hù)條件的防腐＞無防護(hù)條件的防腐。 （2）電化學(xué)腐蝕規(guī)律：對(duì)同一種金屬來說，腐蝕的快慢：強(qiáng)電解質(zhì)溶液＞弱電解質(zhì)溶液＞非電解質(zhì)溶液。 【詳解】 【點(diǎn)睛】 本題綜合考查原電池和電解池知識(shí)，側(cè)重于學(xué)生的分析能力的考查，分析原理并正確書寫電極反應(yīng)式是解題的關(guān)鍵，注意新型電池的原理分析。 【例4】一種三室微生物燃料電池污水凈化系統(tǒng)原理如圖所示，圖中含酚廢水中有機(jī)物可用C6H5OH表示，左、中、右室間分別以離子交換膜分隔。下列說法錯(cuò)誤的是 A．左室電極為該電池的負(fù)極 B．右室電極反應(yīng)式可表示為：2NO3－+10e－+12H+=N2↑+6H2O C．左室電極附近溶液的pH增大 D．工作時(shí)中間室的Cl－移向左室，Na+移向右室 【答案】C 【解析】 【詳解】 【例5】研究金屬橋墩腐蝕及防護(hù)是跨海建橋的重要課題。下列判斷中正確的是 A．用裝置①模擬研究時(shí)未見a上有氣泡產(chǎn)生，說明鐵棒沒有被腐蝕 B．②中橋墩與外加電源正極連接能確保橋墩不被腐蝕 C．③中采用了犧牲陽(yáng)極的陰極保護(hù)法保護(hù)橋墩 D．①②③中海水均是實(shí)現(xiàn)化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的電解質(zhì) 【答案】C 【解析】 【詳解】 A.①是吸氧腐蝕，a極是氧氣得電子生成氫氧根離子，而鐵是負(fù)極，發(fā)生氧化反應(yīng)生成亞鐵離子，鐵被腐蝕，故A錯(cuò)誤； B.金屬作電解池的陰極被保護(hù)，而鐵與電源正極相連，是陽(yáng)極，發(fā)生氧化反應(yīng)，故B錯(cuò)誤； C.鋅比鐵活潑，所以鋅失電子，所以③中采用了犧牲陽(yáng)極的陰極保護(hù)法保護(hù)橋墩，故C正確； D.海水是混合物，不是化合物，既不是電解質(zhì)，也不是非電解質(zhì)，故D錯(cuò)誤。故選C。 1．鋼鐵的外加電流陰極保護(hù)法中，鐵應(yīng) A．接在電源正極 B．接在電源負(fù)極 C．連接鋅 D．連接銅 【答案】B 【解析】 【詳解】 2．一個(gè)原電池的總反應(yīng)是Zn+Cu2+=Zn2++Cu的是( ) A．Zn正極 Cu 負(fù)極 CuCl2 B．Cu正極 Zn負(fù)極 H2SO4 C．Cu正極 Zn負(fù)極 CuSO4 D．Zn正極 Fe 負(fù)極 CuCl2 【答案】C 【解析】 【分析】 根據(jù)電池反應(yīng)式知，Zn失電子化合價(jià)升高作負(fù)極，不如鋅活潑的金屬或?qū)щ姷姆墙饘僮髡龢O，銅離子得電子發(fā)生還原反應(yīng)，則可溶性銅鹽溶液作電解質(zhì)溶液。 5．用二氧化碳可合成低密度聚乙烯(LDPE)。常溫常壓下以納米二氧化鈦膜為工作電極，電解CO2，可制得LDPE，該電極反應(yīng)可能的機(jī)理如下圖所示。下列說法正確的是 A．含的－極與電源負(fù)極相連 B．過程Ⅰ、Ⅱ中碳元素均被還原，過程Ⅲ中碳元素被氧化 C．電解過程中CO向陰極遷移 D．工業(yè)上生產(chǎn)1．4104 g的LDPE，轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量為6103 mol 【答案】D 【解析】 【詳解】 6．以H2、O2、熔融鹽Na2CO3組成燃料電池，采用電解法制備 Fe(OH)2，裝置如右圖所示，其中電解池兩極材料分別為鐵和石墨，通電一段時(shí)間后，右側(cè)玻璃管中產(chǎn)生大量的白色沉淀。則下列說法正確的是 A．石墨電極Ⅱ處的電極反應(yīng)式為O2+4e-=2O2- B．X是鐵電極 C．電解池中有1mol Fe溶解，石墨Ⅰ耗H2 22.4 L D．若將電池兩極所通氣體互換，X、Y兩極材料也互換, 實(shí)驗(yàn)方案更合理。 【答案】D 【解析】 【分析】 左邊裝置是原電池，通入氫氣的電極I是負(fù)極，發(fā)生氧化反應(yīng)；通入氧氣的電極II是正極，正極發(fā)生還原反應(yīng)。右邊裝置是電解池，X是陰極、Y是陽(yáng)極，F(xiàn)e作極發(fā)生氧化反應(yīng)，據(jù)此分析解答。 【詳解】 【點(diǎn)睛】 本題考查原電池和電解池的反應(yīng)原理，明確在燃料電池中通入燃料H2的電極為負(fù)極，與電源負(fù)極連接的電極為陰極，F(xiàn)e電極與電源正極連接作陽(yáng)極，發(fā)生氧化反應(yīng)變?yōu)镕e2+是解本題關(guān)鍵，難點(diǎn)是電極反應(yīng)式的書寫，注意該原電池中電解質(zhì)是熔融碳酸鹽而不是酸或堿溶液。 7．利用如圖所示的電化學(xué)裝置處理工業(yè)尾氣中的硫化氫可實(shí)現(xiàn)硫元素的回收。下列說法中正確的是 A．電池工作時(shí)電子由電勢(shì)高的電極甲經(jīng)負(fù)載向電勢(shì)低的電極乙移動(dòng) B．電池工作一段時(shí)間后，理論上消耗O2和H2S的體積相等 C．當(dāng)有1molH2S參與反應(yīng)，則有2molH+由負(fù)極區(qū)進(jìn)入正極區(qū) D．電極甲上的電極反應(yīng)為：2H2S+4OH――4e－=S2+4H2O 【答案】C 【解析】 【詳解】 8．某研究所研制的鋅碘液流電池，使用壽命長(zhǎng)，可自我恢復(fù)。鋅碘液流電池充電的工作原理如圖所示，下列說法正確的是 A．放電時(shí)，正極反應(yīng)式是I3－+2e－=3I－ B．充電時(shí)，b是電源的正極 C．充電時(shí)，外電路通過2mol電子，則有2molK+通過多孔離子傳導(dǎo)膜 D．由電池的電極反應(yīng)可推出還原性：I－>Br－ >Cl－ 【答案】A 【解析】 【分析】 電解時(shí)，K+通過多孔離子傳導(dǎo)膜，則連接ｂ的電極為陰極，ｂ為電源的負(fù)極，ａ極為正極，再根據(jù)原電池、電解池原理判斷選項(xiàng)。 【詳解】 【點(diǎn)睛】 本題考查了原電池及電解池工作原理，有些難度，能準(zhǔn)確判斷各電極的名稱及電極反應(yīng)是解本題的關(guān)鍵。 【詳解】 根據(jù)上述分析可知：