2019年高考化學(xué)專題08電化學(xué)原理及其應(yīng)用教學(xué)案（含解析）.docx

電化學(xué)原理及其應(yīng)用【2019年高考考綱解讀】1了解原電池和電解池的工作原理，能寫(xiě)出電極反應(yīng)和電池反應(yīng)方程式。了解常見(jiàn)化學(xué)電源的種類及其工作原理。2理解金屬發(fā)生電化學(xué)腐蝕的原因，金屬腐蝕的危害，防止金屬腐蝕的措施。【重點(diǎn)、難點(diǎn)剖析】一、原電池原理及電極反應(yīng)式1一般電極反應(yīng)式的書(shū)寫(xiě)按照負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，正極發(fā)生還原反應(yīng)，判斷出電極反應(yīng)產(chǎn)物，找出得失電子的數(shù)量。電極產(chǎn)物在電解質(zhì)溶液的環(huán)境中，應(yīng)能穩(wěn)定存在，如堿性介質(zhì)中生成的H應(yīng)讓其結(jié)合OH生成水。電極反應(yīng)式應(yīng)根據(jù)電荷守恒和質(zhì)量守恒、得失電子守恒等加以配平。2復(fù)雜電極反應(yīng)式的書(shū)寫(xiě)如CH4酸性燃料電池中CH42O2=CO22H2O總反應(yīng)式2O28H8e=4H2O正極反應(yīng)式CH42H2O8e=CO28H負(fù)極反應(yīng)式二、電解原理及其規(guī)律1電解產(chǎn)物的判斷(1)陽(yáng)極產(chǎn)物的判斷首先看電極，如果是活性電極(金屬活動(dòng)性順序表Ag以前的金屬，包括Ag)作陽(yáng)極，則電極材料本身失電子，電極溶解。如果是惰性電極，則看溶液中的陰離子的失電子能力，陰離子的放電順序?yàn)镾2IBrClOH，其氧化產(chǎn)物依次對(duì)應(yīng)為S、I2、Br2、Cl2和O2。(2)陰極產(chǎn)物的判斷直接根據(jù)陽(yáng)離子放電順序(如下)進(jìn)行判斷：AgFe3Cu2HPb2Sn2Fe2Zn2，其還原產(chǎn)物依次對(duì)應(yīng)為Ag、Fe2、Cu、H2、Pb、Sn、Fe、Zn。2電化學(xué)定量計(jì)算的方法(1)根據(jù)總反應(yīng)式計(jì)算。先寫(xiě)出電極反應(yīng)式，再寫(xiě)出總反應(yīng)式，然后根據(jù)總反應(yīng)式列比例式計(jì)算。(2)守恒法計(jì)算。用于串聯(lián)電路，中電極反應(yīng)物、產(chǎn)物及電子轉(zhuǎn)移的有關(guān)計(jì)算，其依據(jù)是電路中轉(zhuǎn)移的電子數(shù)守恒。三、金屬的腐蝕與防護(hù)1.吸氧腐蝕與析氫腐蝕(以鋼鐵為例)類型吸氧腐蝕析氫腐蝕條件水膜呈弱酸性或中性水膜呈酸性正極反應(yīng)(C)O22H2O4e=4OH2H2e=H2負(fù)極反應(yīng)(Fe)Fe2e=Fe2其他反應(yīng)Fe22OH=Fe(OH)24Fe(OH)22H2OO2=4Fe(OH)3Fe(OH)3失去部分水轉(zhuǎn)化為鐵銹2.判斷金屬腐蝕快慢的規(guī)律(1)電解池原理引起的腐蝕原電池原理引起的腐蝕化學(xué)腐蝕有防腐蝕措施的腐蝕(電解原理的防護(hù)原電池原理的防護(hù))。(2)對(duì)同一種金屬來(lái)說(shuō)，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。(3)活動(dòng)性不同的兩金屬，活動(dòng)性越大，腐蝕越快。(4)對(duì)同一種電解質(zhì)溶液來(lái)說(shuō)，電解質(zhì)溶液濃度越大，腐蝕越快?！绢}型示例】題型一原電池、化學(xué)電源 例1(2018全國(guó)卷)一種可充電鋰空氣電池如圖所示。當(dāng)電池放電時(shí)，O2與Li在多孔碳材料電極處生成Li2O2x(x0或1)。下列說(shuō)法正確的是()A放電時(shí)，多孔碳材料電極為負(fù)極B放電時(shí)，外電路電子由多孔碳材料電極流向鋰電極C充電時(shí)，電解質(zhì)溶液中Li向多孔碳材料區(qū)遷移D充電時(shí)，電池總反應(yīng)為L(zhǎng)i2O2x=2LiO2【答案】D【變式探究】 (2018全國(guó)卷)我國(guó)科學(xué)家研發(fā)了一種室溫下“可呼吸”的NaCO2二次電池。將NaClO4溶于有機(jī)溶劑作為電解液，鈉和負(fù)載碳鈉米管的鎳網(wǎng)分別作為電極材料，電池的總反應(yīng)為3CO24Na2Na2CO3C。下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是 ()A放電時(shí)，ClO向負(fù)極移動(dòng)B充電時(shí)釋放CO2，放電時(shí)吸收CO2C放電時(shí)，正極反應(yīng)為3CO24e=2COCD充電時(shí)，正極反應(yīng)為Nae=Na【答案】D【解析】電池放電時(shí)，ClO向負(fù)極移動(dòng)，A項(xiàng)正確；結(jié)合總反應(yīng)可知放電時(shí)需吸收CO2，而充電時(shí)釋放出CO2，B項(xiàng)正確；放電時(shí)，正極CO2得電子被還原生成單質(zhì)C，即電極反應(yīng)式為3CO24e=2COC，C項(xiàng)正確；充電時(shí)陽(yáng)極發(fā)生氧化反應(yīng)，即C被氧化生成CO2，D項(xiàng)錯(cuò)誤。 答案B【舉一反三】(2016課標(biāo)全國(guó)，11)鋅空氣燃料電池可用作電動(dòng)車(chē)動(dòng)力電源，電池的電解質(zhì)溶液為KOH溶液，反應(yīng)為2ZnO24OH2H2O=2Zn(OH)。下列說(shuō)法正確的是() A充電時(shí)，電解質(zhì)溶液中K向陽(yáng)極移動(dòng)B充電時(shí)，電解質(zhì)溶液中c(OH)逐漸減小C放電時(shí)，負(fù)極反應(yīng)為：Zn4OH2e=Zn(OH)D放電時(shí)，電路中通過(guò)2 mol電子，消耗氧氣22.4 L(標(biāo)準(zhǔn)狀況)答案C【變式探究】 (2015天津理綜，4，6分)鋅銅原電池裝置如圖所示，其中陽(yáng)離子交換膜只允許陽(yáng)離子和水分子通過(guò)，下列有關(guān)敘述正確的是()A銅電極上發(fā)生氧化反應(yīng)B電池工作一段時(shí)間后，甲池的c(SO)減小C電池工作一段時(shí)間后，乙池溶液的總質(zhì)量增加D陰陽(yáng)離子分別通過(guò)交換膜向負(fù)極和正極移動(dòng)，保持溶液中電荷平衡解析A項(xiàng)，由鋅的活潑性大于銅，可知銅電極為正極，在正極上Cu2得電子發(fā)生還原反應(yīng)生成Cu，錯(cuò)誤；B項(xiàng)，由于陽(yáng)離子交換膜只允許陽(yáng)離子和水分子通過(guò)，故甲池的c(SO)不變，錯(cuò)誤；C項(xiàng)，在乙池中Cu22e=Cu，同時(shí)甲池中的Zn2通過(guò)陽(yáng)離子交換膜進(jìn)入乙池中，則有Cu2Zn2，由于M(Zn2)M(Cu2)，故乙池溶液的總質(zhì)量增加，正確；D項(xiàng)，陽(yáng)離子交換膜只允許陽(yáng)離子和水分子通過(guò)，電解過(guò)程中Zn2通過(guò)交換膜移向正極保持溶液中電荷平衡，陰離子是不能通過(guò)交換膜的，錯(cuò)誤。 答案D 【方法技巧】四步解決新型化學(xué)電源問(wèn)題1.判斷電池類型確認(rèn)電池原理核實(shí)電子、離子移動(dòng)方向。2.確定電池兩極判斷電子、離子移動(dòng)方向書(shū)寫(xiě)電極反應(yīng)和電池反應(yīng)。3.充電電池放電時(shí)為原電池失去電子的為負(fù)極反應(yīng)。4.電極反應(yīng)總反應(yīng)離子方程式減去較簡(jiǎn)單一極的電極反應(yīng)式另一電極反應(yīng)式。題型二電解原理及其應(yīng)用 例2(2018全國(guó)卷)最近我國(guó)科學(xué)家設(shè)計(jì)了一種CO2H2S協(xié)同轉(zhuǎn)化裝置，實(shí)現(xiàn)對(duì)天然氣中CO2和H2S的高效去除。示意圖如圖所示，其中電極分別為ZnO石墨烯(石墨烯包裹的ZnO)和石墨烯，石墨烯電極區(qū)發(fā)生反應(yīng)為：EDTAFe2e=EDTAFe32EDTAFe3H2S=2HS2EDTAFe2該裝置工作時(shí)，下列敘述錯(cuò)誤的是()A陰極的電極反應(yīng)：CO22H2e=COH2OB協(xié)同轉(zhuǎn)化總反應(yīng)：CO2H2S=COH2OSC石墨烯上的電勢(shì)比ZnO石墨烯上的低D若采用Fe3/Fe2取代EDTAFe3/EDTAFe2，溶液需為酸性【答案】C【解析】陰極發(fā)生還原反應(yīng)，氫離子由交換膜右側(cè)向左側(cè)遷移，陰極的電極反應(yīng)式為CO22e2H=COH2O，A項(xiàng)正確；結(jié)合陽(yáng)極區(qū)發(fā)生的反應(yīng)，可知協(xié)同轉(zhuǎn)化總反應(yīng)式為CO2H2S=SCOH2O，B項(xiàng)正確；石墨烯作陽(yáng)極，其電勢(shì)高于ZnO石墨烯的，C項(xiàng)錯(cuò)誤；Fe3、Fe2在堿性或中性介質(zhì)中會(huì)生成沉淀，它們只穩(wěn)定存在于酸性較強(qiáng)的介質(zhì)中，D項(xiàng)正確。 作為陰極C陰極的電極反應(yīng)式為： D硫酸根離子在電解過(guò)程中向陽(yáng)極移動(dòng)【答案】C 【舉一反三】(2016課標(biāo)全國(guó)，11)三室式電滲析法處理含Na2SO4廢水的原理如圖所示，采用惰性電極，ab、cd均為離子交換膜，在直流電場(chǎng)的作用下，兩膜中間的Na和SO可通過(guò)離子交換膜，而兩端隔室中離子被阻擋不能進(jìn)入中間隔室。下列敘述正確的是()A通電后中間隔室的SO離子向正極遷移，正極區(qū)溶液pH增大B該法在處理含Na2SO4廢水時(shí)可以得到NaOH和H2SO4產(chǎn)品C負(fù)極反應(yīng)為2H2O4e=O24H，負(fù)極區(qū)溶液pH降低D當(dāng)電路中通過(guò)1 mol電子的電量時(shí)，會(huì)有0.5 mol的O2生成答案B【舉一反三】(2016北京理綜，12)用石墨電極完成下列電解實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)一實(shí)驗(yàn)二裝置現(xiàn)象a、d處試紙變藍(lán)；b處變紅，局部褪色；c處無(wú)明顯變化兩個(gè)石墨電極附近有氣泡產(chǎn)生；n處有氣泡產(chǎn)生；下列對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的解釋或推測(cè)不合理的是()Aa、d處：2H2O2e=H22OHBb處：2Cl2e=Cl2Cc處發(fā)生了反應(yīng)：Fe2e=Fe2D根據(jù)實(shí)驗(yàn)一的原理，實(shí)驗(yàn)二中m處能析出銅答案B【變式探究】(2015福建理綜，11，6分)某模擬“人工樹(shù)葉”電化學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置如圖所示，該裝置能將H2O和CO2轉(zhuǎn)化為O2和燃料(C3H8O)。下列說(shuō)法正確的是() A該裝置將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為光能和電能B該裝置工作時(shí)，H從b極區(qū)向a極區(qū)遷移C每生成1 mol O2，有44 g CO2被還原Da 電極的反應(yīng)為：3CO218H18e=C3H8O5H2O解析A項(xiàng)，該裝置是電解池，在電解和光的作用下H2O在光催化劑的表面轉(zhuǎn)化為O2和H，故該裝置是將電能和光能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能，錯(cuò)誤；B項(xiàng)，根據(jù)同種電荷相互排斥、異種電荷相互吸引的原則，該裝置工作時(shí)，H從陽(yáng)極b極區(qū)向陰極a極區(qū)遷移，正確；C項(xiàng)，該電解池的總反應(yīng)式為：6CO28H2O2C3H8O9O2。根據(jù)總反應(yīng)方程式可知，每生成1 mol O2，有 mol CO2被還原，其質(zhì)量為 g，錯(cuò)誤；D項(xiàng)，a電極為陰極，發(fā)生還原反應(yīng)，電極反應(yīng)式為：3CO218H18e=C3H8O5H2O，錯(cuò)誤。 答案B【變式探究】下列金屬防腐的措施中，使用外加電流的陰極保護(hù)法的是()A水中的鋼閘門(mén)連接電源的負(fù)極B金屬護(hù)欄表面涂漆C汽車(chē)底盤(pán)噴涂高分子D地下鋼管連接鎂塊解析B、C為加保護(hù)層保護(hù)法；D為原電池原理的犧牲陽(yáng)極的陰極保護(hù)法。答案A 【變式探究】(2015重慶理綜，11，14分)我國(guó)古代青銅器工藝精湛，有很高的藝術(shù)價(jià)值和歷史價(jià)值。但出土的青銅器大多受到環(huán)境腐蝕，故對(duì)其進(jìn)行修復(fù)和防護(hù)具有重要意義。(1)原子序數(shù)為29的銅元素位于元素周期表中第_周期。(2)某青銅器中Sn、Pb的質(zhì)量分別為119 g、20.7 g，則該青銅器中Sn和Pb原子的數(shù)目之比為_(kāi)。(3)研究發(fā)現(xiàn)，腐蝕嚴(yán)重的青銅器表面大都存在CuCl。關(guān)于CuCl在青銅器腐蝕過(guò)程中的催化作用，下列敘述正確的是_。A降低了反應(yīng)的活化能 B增大了反應(yīng)的速率C降低了反應(yīng)的焓變 D增大了反應(yīng)的平衡常數(shù)(4)采用“局部封閉法”可以防止青銅器進(jìn)一步被腐蝕。如將糊狀A(yù)g2O涂在被腐蝕部位，Ag2O與有害組分CuCl發(fā)生復(fù)分解反應(yīng)，該化學(xué)方程式為_(kāi)。(5)如圖為青銅器在潮濕環(huán)境中發(fā)生電化學(xué)腐蝕的原理示意圖。腐蝕過(guò)程中，負(fù)極是_(填圖中字母“a”或“b”或“c”)；環(huán)境中的Cl擴(kuò)散到孔口，并與正極反應(yīng)產(chǎn)物和負(fù)極反應(yīng)產(chǎn)物作用生成多孔粉狀銹Cu2(OH)3Cl，其離子方程式為_(kāi)；若生成4.29 g Cu2(OH)3Cl，則理論上耗氧體積為_(kāi)L(標(biāo)準(zhǔn)狀況)。答案(1)四(2)101(3)A、B(4)