冲刺2019年高考化学复习专题06电化学基础含解析2.doc
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1、第六部分 电化学基础从近几年高考试题分析可以发现,电化学是高考的重要考点,通常在选择题和化学反应原理综合题中进行命题,题目的难点是书写电极反应式,还应特别注意近几年比较流行的三室双隔膜电解池的分析。 1. 原电池和电解池的定义、工作原理和组成是什么?原电池电解池定义将电能转变为化学能的装置叫做电解池。将电能转变为化学能的装置叫做电解池。工作原理利用氧化还原反应,将氧化剂和还原剂之间转移的电子通过导线进行传递,从而形成电流。在电流通过电解质溶液时,在阳极和阴两极分别引起氧化反应和还原反应。组成正极、负极、电解质溶液直流电源、阳极、阴极、电解液。【链接高考】例题1.(2017-11).用电解氧化法
2、可以在铝制品表面形成致密、耐腐蚀的氧化膜,电解质溶液一般为H2SO4H2C2O4混合溶液。下列叙述错误的是()A.待加工铝质工件为阳极B.可选用不锈钢网作为阴极C.阴极的电极反应式:Al33e=AlD.硫酸根离子在电解过程中向阳极移动【解析】本题考查电解原理,利用基本知识即可顺利解决。 A项,根据电解原理可知,Al要形成氧化膜,失电子被氧化,因此铝为阳极,正确; B项,阴极仅作导体,发生还原反应,可选用不锈钢网,且不锈钢网接触面积大,能增加电解效率,正确; C项,阴极反应为氢离子得电子生成氢气,错误; D项,电解时,阴离子移向阳极,正确。【答案】C。2.如何判断原电池和电解池的电极、电子流动方
3、向及离子移动方向?判断原电池正负极的方法:负极:较活泼金属,发生氧化反应,电子流出的电极。正极:较不活泼的金属(或石墨) ,发生还原反应,电子流入的电极。判断电解池阴阳极的方法:阳极:与电源正极相连的电极是阳极;阳极失去电子,发生氧化反应。阴极:与电源负极相连的电极是阴极;阴极得到电子,发生还原反应。电子流动方向:原电池工作时,电子由负极通过外电路流向正极;电解池工作时,电子从电解池阳极流向电源正极,再电源负极流向电解池阴极。离子移动方向:原电池工作时,阳离子向正极(阴极)移动,阴离子向负极(阳极)。电解池工作时,阳离子向阴极移动,阴离子向阳极移动。 【链接高考】例题2.(2018-11).一
4、种可充电锂-空气电池如图所示。当电池放电时,O2与Li+在多孔碳材料电极处生成Li2O2-x(x=0或1)。下列说法正确的是( ) A.放电时,多孔碳材料电极为负极B.放电时,外电路电子由多孔碳材料电极流向锂电极C.充电时,电解质溶液中Li+向多孔碳材料区迁移D.充电时,电池总反应为Li2O2-x=2Li+(1-x/2)O2【解析】A.电池放电反应中,锂失去电子做负极,氧气因为得电子,其所在的多孔碳材料电极一定是正极,A错误;B.外电电路电子由负极流向正极,B错误;C.充电时,阳离子向阴极移动,而充电时多孔碳材料区为阳极,C错误;D.放电时锂和空气反应生成Li2O2-x,利用原子守恒及价态变化
5、,即可判断充电时的总反应是正确的。【答案】D3. 如何书写原电池电极反应式?在近年的高考中,关于原电池的考查重点是电极反应,所以掌握了电极反应式的书写方法,许多问题都可以顺利的解决。书写步骤: 第一步:分析化学反应,明确氧化剂和还原剂及电解液,知道溶液酸碱性; 第二步:将氧化还原反应拆分为氧化反应和还原反应,即为负极反应和正极反应。第三步:配平电极反应式,保证原子守恒和电荷守恒。拆分法:若已知电池反应的总方程式,先将化学方程式改为离子方程式,再分析化合价,确定正负极、电极的反应物和生成物以及电子转移数目,将氧化还原反应拆分为氧化反应(负极发生氧化反应)和还原反应(正极发生还原反应),最后根据电
6、荷守恒、原子守恒配平,从而得出正负电极的反应式。在书写电极反应式时,一般先根据电子得失确定电极反应的反应物和生成物及系数,再利用H+或OH-配平电荷,最后利用水使原子守恒。说明: H+、OH、H2O是否参加反应,要根据实际情况具体分析。 电子带负电荷,得电子为负电荷,失去电子为正电荷。例题:已知向固体Co3O4中加入稀硫酸和Na2S2O3溶液,可以使溶解Co3O4,变成Co2+,溶液中仅含一种酸根离子,若将该反应设计成原电池,请写出该反应的离子方程式和正负极反应式。离子方程式:4Co3O4+ S2O32-+22H+= 12 Co2+ 2SO42-+11H2O正极:4Co3O4+8e+32H+=
7、12 Co2+16H2O负极:S2O32-8e+H2O =2SO42-+10H+ 加减法:由于正极反应加负极反应等于总反应,如果已知电池的总反应,要求写出电极反应,可以先写出较易写出的简单电极反应式,然后用总反应的离子方程式减去已知的电极反应式,即可得出较难写出的复杂的电极反应式。注意:在总反应式减去已知反应式之前,应保证氧化剂或还原剂的系数和总反应式的一致,这样才能使得到正确的电极反应式。燃料电池电极反应式的书写技巧根据燃料电池的特点,一般在正极发生还原反应的物质都是O2,根据电池总反应式和正极反应式写出负极反应式,也可以利用拆分法直接写出: 负极反应式总反应式正极反应式 酸性溶液:O24H
8、4e=2H2O 碱性溶液:O22H2O4e=4OH 说明:若为酸性电解质溶液,电极反应式中不能出现OH;若为碱性电解质溶液,电极反应式不能出现H。在某些以熔融态氧化物做电解质时,在电极反应中O2得电子变成O2-。例如,甲烷燃料电池:总反应式: CH42O2=CO22H2O正极反应式:2O28e=4O2负极反应式:CH44O28e=CO22H2O在熔融碳酸盐(如熔融K2CO3)做电解质时,在电极反应中,O2得电子变成CO32-。例如,甲烷燃料电池:总反应式: CH42O2=CO22H2O正极反应式:2O24CO28e=4CO32负极反应式:CH44CO328e=5CO22H2O例题:请写出在以氢
9、氧化钾为电解液时,用辛烷(C8H18)做燃料电池的负极反应。方法一:加减法总反应:C8H18+25/2O2+16OH-=8CO32-+17H2O正极:25/2O225H2O50e=50OH负极: C8H18+66OH-50e=8CO32-+42H2O方法二:拆分法先写出利用化合价分析,确定电极上发生电子转移的反应物和生成物,并算出转移电子数目,然后先后利用电荷守恒和原子守恒配平 C8H18-50e8CO32- C8H18+66OH-50e8CO32- 负极反应式: C8H18+66OH-50e=8CO32-+42H2O必须掌握的重要的原电池反应:铅蓄电池:负极:Pb2e- PbSO4正极:Pb
10、O24H+2e- PbSO42H2O蓄电池进行充电,其电极反应为:阳极:PbSO42H2O2e- PbO24H+阴极:PbSO42e- Pb蓄电池放电和充电的总反应式:PbO2Pb2H2SO4 2PbSO42H2O燃料电池:种类酸性碱性负极反应2H24e=4H2H24OH4e=4H2O正极反应O24e4H=2H2OO22H2O4e=4OH总反应2H2O2=2H2O【链接高考】例题3.(1)2011-全国卷-27(5)在以甲醇为燃料的燃料电池中,电解质溶液为酸性,负极的反应式为_、正极反应式为_。 (2)2012-海南-13(4)肼燃烧生成氮气和水,肼-空气燃料电池是一种碱性电池,该电池放电时,
11、负极的反应式为_。 (3)(2013-1-28)若电解质为酸性,二甲醚直接燃料电池的负极反应为_。(4)2012-26(4). K2FeO4-Zn可以组成碱性电池,与MnO2-Zn电池类似。 K2FeO4在电池中作为正极材料,其电极反应为_,该电池总反应的离子方程式为_。【解析】(1)CH3OHH2O6e=CO26H 3/2O26H6e=3H2O(2)N2H44OH4e=4H2ON2(3)CH3OCH3+3H2O-12e-=2CO2+12H+(4)FeO423e4H2O=Fe(OH)35OH 2FeO423Zn8H2O=2Fe(OH)33Zn(OH)24OH4. 电解池电极反应式的书写方法是什
12、么?书写电极反应式的步骤:第一步:明确电解池阴阳极电极材料及溶液中存在的离子。第二步:判断阴阳两极附近离子种类,根据离子放电顺序,确定放电离子。第三步:根据氧化还原反应规律写出阴阳两极电极反应式和电解总方程式。阳极放电顺序:若是活性电极(金属活动顺序表Ag及以前金属)作阳极,则是电极本身失电子放电。Fe2e= Fe2+ 或Cu2e= Cu2+若是惰性电极(Pt、Au、石墨) 作阳极,溶液中的阴离子放电。由于阳极发生的是氧化反应,所以阴离子按照还原性强弱的顺序放电。常见阴离子的放电顺序是:S2IBrCl OH最常见的阴离子在阳极放电的电极反应式: 2C12e=C12 4OH4e=2H2O+ O2
13、 2H2O4e=O24H 阴极放电顺序:阴极放电的一般是溶液中的阳离子,与电极材料无关。 由于阴极发生的是还原反应,所以阳离子放电能力与其氧化性有关,溶液中的阳离子按照氧化性强弱的顺序放电。常见阳离子的放电顺序是:AgFe3+Cu2+H+Pb2+Fe2+Zn2+ A13+Na+最常见的阳离子在阴极放电的电极反应式:Cu2+2e-=Cu 2H+2e-=H2 2H2O+2e-H2+2OH-说明:在水溶液中,Na+、A13+等活泼金属离子不参加放电,这些离子只有在熔融时放电。特例:MnO4+ 8H+5e=Mn2+ + 8H2O【特别说明】若阳极是溶液中由水提供的OH-放电,则一般写成:2H2O-4e
14、-O2+4H+;若阴极是溶液中由水提供的的H+放电,则一般写成:2H2O+2e-H2+2OH-放电顺序不是绝对不变的,有时随着外界条件发生变化,也会发生变化。在做题时,一定要具体问题,具体分析,不能生搬硬套。2018-26.(4)电解硫酸锌溶液制备单质锌时,阴极的电极反应式为:Zn2+2e-=Zn。常见的电解反应:电解NaCl溶液阳极:2C12e=C12 阴极: 2H2O+2e一H2+2OH一总反应:2C1+2H2OC12+H2+2OH一 总方程式:2NaCl+2H2O =C12+H2+2NaOH电解CuSO4溶液阳极:2H2O4e=O24H 阴极: 2Cu24e=2Cu总反应:2CuSO42
15、H2O2CuO22H2SO4。电解AgNO3溶液阳极:2H2O4e=O24H阴极:4Ag4e=4Ag总反应:4 AgNO32H2O=4AgO24HNO3电解Na2SO4溶液阳极:2H2O4e-=O24H+阴极:4H2O+4e-2H2+4OH-总反应:2H2O=2H2+ O2电解H2SO4溶液阳极:2H2O4e=O24H+阴极: 4 H+4 e=2H2总反应:2H2O=2H2+ O2电解NaOH溶液阳极:4OH-4e-=2H2O+ O2阴极:4H2O+4e-2H2+4OH一总反应:2H2O=2H2+ O2【链接高考】例题4.2018-27. (3) 可采用“电解法”制备KIO3,装置如图所示。写
16、出电解时阴极的电极反应式_。电解过程中通过阳离子交换膜的离子主要为_,其迁移方向是_。【解析】阳极区的单质碘和氢氧化钾反应:3I26KOHKIO35KI3H2O。根据放电顺序,在阳极碘离子失电子转化为单质碘:2I-2e=I2,阴极是水中的氢离子放电,电极反应:2H2O+2e=2OH+H2。阳极区钾离子通过阳离子交换膜进入阴极区生成氢氧化钾。单质碘再与氢氧化钾反应,生成KIO3和KI ,以上反应反复循环最终将所有的碘都转化为碘酸钾。钾离子 a到b【答案】2H2O+2e=2OH+H2。5. 金属的腐蚀有哪些类型?如何进行金属的腐蚀与防护?(1)金属腐蚀分为两大类:化学腐蚀和电化学腐蚀。 电化学腐蚀
17、:不纯的金属跟电解质溶液接触时,会发生原电池反应,比较活泼的金属失去电子而被氧化,这种腐蚀叫做电化学腐蚀。析氢腐蚀:正极:2H2eH2 负极:Fe2eFe2总反应:Fe2HFe2H2吸氧腐蚀:正极 :O22H2O4e4OH 负极 :Fe2eFe2 总反应:2FeO22H2O2Fe(OH)2(2)金属的防护阻断原电池法:覆盖保护膜法、改变金属的内部结构法。牺牲阳极的阴极保护法;外加电源的阴极保护法。【链接高考】 例题5.(2018-7).化学与生活密切相关。下列说法错误的是( )A.泡沫灭火器可用于一般的起火,也适用于电器起火B.疫苗一般应冷藏存放,以避免蛋白质变性C.家庭装修时用水性漆替代传统
18、的油性漆,有利于健康及环境D.电热水器用镁棒防止内胆腐蚀,原理是牺牲阳极的阴极保护法【解析】电热水器内胆的主要成分是铁,由于镁比铁活泼,所以用镁棒做电极时镁先于铁被氧化,从而使铁得到保护,其原理为牺牲阳极的阴极保护法。【答案】A。6.如何判断原电池和电解池中酸碱性变化?若电极反应产生H或消耗OH一,则溶液pH降低;若电极反应产生OH一或消耗H,则溶液pH升高。若没有产生H或消耗OH一,则溶液pH根据原溶液的酸碱性,及溶液产生水或者消耗原溶液的情况判断。方法:原电池和电解池中酸碱性变化的判断主要是分析电极反应。利用电极反应和总反应判断溶液酸碱性变化:若电极反应产生H或消耗OH一,则电极附近溶液p
19、H降低;若电极反应产生OH一或消耗H,则电极附近溶液pH升高。若总反应产生H或消耗OH一,则溶液pH降低;若总反应产生OH一或消耗H,则溶液pH升高。利用产生的气体判断溶液pH变化:若电解时只放出H2,不放出O2,电解后溶液pH升高。如电解NaCl溶液。若电解时只放出O2,不放出H2,电解后溶液pH降低。如电解CuSO4溶液。若电解时既放出O2又放出H2,电解的实质是电解水,电解后溶液浓度增大。若原溶液的pH大于7,则电解后溶液pH升高;若原溶液的pH小于7,则电解后溶液pH降低。若电解时既不放出O2又不放出H2,电解的实质是消耗电解质本身,电解后溶液浓度减小。若原溶液的pH大于7,则电解后溶
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- 冲刺 2019 年高 化学 复习 专题 06 电化学 基础 解析
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