2022屆高中總復(fù)習(xí)（第2輪）化學(xué)專題2原電池電解池原理及其應(yīng)用

第課時(shí)11原電池、電解池原理及其應(yīng)用專題二化學(xué)基本理論理解原電池原理，初步了解化學(xué)電源。了解化學(xué)腐蝕與電化學(xué)腐蝕及一般防腐蝕方法。理解電解原理。了解銅的電解精煉、鍍銅、氯堿工業(yè)反應(yīng)原理。考標(biāo)電化學(xué)是高考命題的熱點(diǎn)之一。試題常以選擇題居多，也有以填空、簡答、實(shí)驗(yàn)、計(jì)算等形式命題。由于電化學(xué)中的電路、電量等與物理學(xué)聯(lián)系緊密，在今后的理綜考試中該部分不僅不會(huì)“降溫”，還有“變熱”的趨勢。在題型上應(yīng)以傳統(tǒng)題為主。主要考查點(diǎn)：電解池、原電池、電鍍池的構(gòu)成條件及區(qū)別，電路中的電子流向、電極反應(yīng)類型與電極種類關(guān)系，金屬活潑性與電極關(guān)系，陰、陽極放電順序及應(yīng)用，電極反應(yīng)式的書寫，兩極產(chǎn)物判斷，電解質(zhì)溶液中離子濃度變化、pH變化，離子、電解產(chǎn)物的計(jì)算，反應(yīng)時(shí)的現(xiàn)象等。考情一、原電池原理1.區(qū)分正、負(fù)極①電子流入的一極②得電子，發(fā)生還原反應(yīng)的一極③較不活潑的一極④電解質(zhì)溶液中陽離子流向的一極①電子流出的一極②失電子，發(fā)生氧化反應(yīng)的一極③較活潑的一極④電解質(zhì)溶液中陰離子流向的一極正極負(fù)極2.原電池的電極反應(yīng)式的書寫(1)半反應(yīng)疊加法（已知電極材料、粒子）無論原電池還是電解池，其反應(yīng)都是氧化還原反應(yīng)，應(yīng)根據(jù)氧化還原反應(yīng)書寫電極反應(yīng)式。①分析氧化還原反應(yīng)，初步寫出半反應(yīng)式。負(fù)極：還原劑-ne-氧化產(chǎn)物；正極：氧化劑+ne-還原產(chǎn)物。②根據(jù)題目中的介質(zhì)（常見的有：水溶液、有機(jī)溶劑、熔融鹽、固體電解質(zhì)），選擇在相應(yīng)介質(zhì)中的適當(dāng)?shù)牧Ｗ觼砼淦缴鲜霭敕磻?yīng)式。（此步驟是書寫電極反應(yīng)式的難點(diǎn)）③合并兩極電極反應(yīng)式，消去得失電子數(shù)及兩邊的介質(zhì)離子，即得到總的氧化還原方程式，可與原反應(yīng)式進(jìn)行比較從而檢驗(yàn)其正誤。(2)拆分法（已知總反應(yīng)）有人設(shè)計(jì)出利用CH4和O2的反應(yīng)，用鉑電極在KOH溶液中構(gòu)成原電池。電池的總反應(yīng)類似于CH4在O2中燃燒，則下列說法正確的是()①每消耗1molCH4可以向外電路提供8mole-②負(fù)極上CH4失去電子，電極反應(yīng)式CH4+10OH--8e-CO32-+7H2O③負(fù)極上是O2獲得電子，電極反應(yīng)式為O2+2H2O+4e-4OH-④電池放電后，溶液pH不斷升高A.①②B.①③C.①④D.③④CH4在鉑電極上發(fā)生類似于CH4在O2中的燃燒反應(yīng)，即CH4生成CO2，嚴(yán)格講生成的CO2還與KOH反應(yīng)生成K2CO3，化合價(jià)升高，失去電子，是電池的負(fù)極，電極反應(yīng)式CH4+10OH--8e-CO32-+7H2O，1molCH4參加反應(yīng)有8mole-發(fā)生轉(zhuǎn)移，O2在正極上發(fā)生反應(yīng)，獲得電子，電極反應(yīng)式為O2+2H2O+4e-4OH-。雖然正極產(chǎn)生OH-，負(fù)極消耗OH-，但從總反應(yīng)CH4+2O2+2KOHK2CO3+3H2O可看出是消耗KOH，所以電池放電時(shí)溶液的pH不斷下降，故A選項(xiàng)正確。A答案：不久前，美國一個(gè)海軍航空站安裝了一臺250kW的MCFC型燃料電池，該電池可同時(shí)供應(yīng)電和水蒸氣，其工作溫度為600℃~700℃，所用燃料為H2，電解質(zhì)為熔融的K2CO3，已知該電池的總反應(yīng)為：2H2+O22H2O，則下列推斷中正確的是()A.正極反應(yīng)為：4OH-O2+2H2O+4e-B.O2從正極通入，發(fā)生氧化反應(yīng)C.電池供應(yīng)1mol水蒸氣，轉(zhuǎn)移的電子數(shù)4molD.負(fù)極反應(yīng)為：H2+CO32--2e-H2O+CO2本題考查的是原電池相關(guān)知識及其電極方程式的書寫。該電池的負(fù)極反應(yīng)為：H2+CO32-

-2e-H2O+CO2，正極反應(yīng)為：O2+4e-+2CO22CO32-,負(fù)極通入H2，發(fā)生氧化反應(yīng)，正極通入O2，發(fā)生還原反應(yīng)。關(guān)鍵注意選用CO32-和CO2作介質(zhì)來平衡電極反應(yīng)式；由總反應(yīng)得：每生成1molH2O時(shí)，轉(zhuǎn)移電子為2mol。故答案為D。D答案：二、電解池原理1.電解時(shí)陰、陽兩極的放電次序陽極放電次序：Cu＞Ag＞Cl-＞OH-。陰極放電次序：Ag+＞Cu2+＞H+＞Fe2+＞Zn2+。注意：①活潑金屬離子K+、Ca2+、Na+、Mg2+、Al3+在溶液中不會(huì)得到電子。②F-和SO、CO、NO等在溶液中不會(huì)失去電子。③當(dāng)c(Zn2+)?c(H+)或c(Fe2+)?c(H+)時(shí)，Zn2+和Fe2+先得電子，而H+后得電子。

類型電極反應(yīng)特點(diǎn)實(shí)例被電解的物質(zhì)電解溶液的濃度pH電解質(zhì)溶液復(fù)原電解水型陰極：2H++2e-H2↑陽極：4OH--4e-

O2↑+2H2ONaOH水增大增大水H2SO4水增大減小水Na2SO4水增大不變水(2)用惰性電極電解電解質(zhì)溶液的變化情況電解電解質(zhì)電解質(zhì)電離出的陰、陽離子分別在兩極放電HCl電解質(zhì)減小增大HClCuCl2電解質(zhì)減小增大CuCl2放H2生堿型陰極：放出氫氣生成堿陽極：電解質(zhì)陰離子放電NaCl電解質(zhì)和水生成新電解質(zhì)增大HCl放O2生酸型陽極：OH-放電生成酸陰極:電解質(zhì)陽離子放電CuS04電解質(zhì)和水生成新電解質(zhì)減小CuO(3)電解法精煉銅、電鍍銅精煉銅電鍍銅電極材料陽極粗銅純銅陰極純銅待踱銅電極反應(yīng)陽極Cu-2e-Cu2+Cu-2e-Cu2+陰極Cu2++2e-CuCu2++2e-Cu電解液變化情況Cu2+濃度略降Cu2+濃度不變某溶液中含有兩種溶質(zhì)——氯化鈉和硫酸，它們的物質(zhì)的量之比為3∶1。用石墨做電極電解溶液時(shí)，根據(jù)反應(yīng)產(chǎn)物，電解可明顯分為三個(gè)階段，下列敘述中不正確的是()A.陰極析出氫氣B.陽極先析出氯氣后析出氧氣C.電解最后階段為電解水D.電解過程中溶液的pH不斷增大，最后pH為7解析：根據(jù)離子放電順序電解分為以下三階段：電解HCl、電解氯化鈉溶液、電解水。D將0.2molAgNO3、0.4molCu(NO3)2和0.6molKCl溶于水，配成100mL混合液，用惰性電極電解一段時(shí)間后，在一極上析出0.3mol銅，此時(shí)另一極上收集到的氣體的體積為(標(biāo)準(zhǔn)狀況)()A.4.48LB.5.6LC.6.72LD.7.84L

解析：首先分析混合液中發(fā)生的反應(yīng)，因Ag++Cl-AgCl，混合液中Cl-為0.4mol、Cu2+為0.4mol。當(dāng)析出0.3molCu轉(zhuǎn)移0.6mole-時(shí)，Cl-全部放電轉(zhuǎn)化成0.2molCl2，余0.2mole-使OH-放電生成0.05molO2，共放出氣體0.25mol(Cl2+O2)。B三、有關(guān)電化學(xué)的計(jì)算不管是求生成物的質(zhì)量、濃度、pH、電子轉(zhuǎn)移數(shù)目等，首先就是要分析總反應(yīng)方程式，把已知量和待求量建立起關(guān)系；除此之外，經(jīng)常用到電子守恒解題。如右圖所示將質(zhì)量均為8g的銅片和鉑片插入200mLCuSO4溶液中，以電流強(qiáng)度I，通電5min，然后反接電源繼續(xù)通電10min，此時(shí)CuSO4恰好被完全電解，鉑電極產(chǎn)生的氣體為1.12L(標(biāo)準(zhǔn)狀況下)。(1)請依次寫出0～15min內(nèi)鉑電極上的電極反應(yīng)式__________。(2)電解后所得的溶液pH是(假設(shè)反應(yīng)前后溶液體積不變)_____________________________________________________。(3)若要使電解后所得溶液恢復(fù)至與原溶液完全一樣，可加入物質(zhì)________(填化學(xué)式)，其質(zhì)量為________g。(4)在下圖中畫出銅電極質(zhì)量隨時(shí)間變化的關(guān)系曲線。答案：(1)鉑電極：Cu2++2e-Cu,Cu-2e-Cu2+,2H2O-4e-O2↑+4H+(2)0(3)CuO8(4)如下圖所示0~5min為向Pt極上電鍍銅，5～10min，反電鍍，前10min相當(dāng)于沒有任何反應(yīng)，可以認(rèn)為直接把電源正極與鉑極相連，每5min轉(zhuǎn)移電子的電量相等。根據(jù)放出氣體(氧氣)的量可求得從10～15min轉(zhuǎn)移電子所得物質(zhì)的量,進(jìn)而可求得其他問題。1.固體氧化物燃料電池是由美國西屋(West-inhouse)公司研制開發(fā)的。它以固體氧化鋯-氧化釔為電解質(zhì)，這種電解質(zhì)在高溫下允許氧離子(O2-)在其間通過。該電池的工作原理如圖所示，其中多孔電極a、b均不參與電極反應(yīng)。下列說法正確的是()A.有O2放電，a極為電池的負(fù)極B.有H2放電，b極為電池的正極C.a極對應(yīng)的電極反應(yīng)為：O2+2H2O+4e-4OH-D.b極對應(yīng)的電極反應(yīng)為：H2+O2--2e-H2O解析：此題需要注意的是用氧離子(O2-)來平衡電極反應(yīng)式。負(fù)極發(fā)生的氧化反應(yīng)為：H2+O2--2e-H2O，正極發(fā)生的還原反應(yīng)為：O2+4e-2O2-，總反應(yīng)為：2H2+O22H2O，故答案選D。答案：DLi-e-Li+Li(還原劑)2.Li-SOCl2電池可用于心臟起搏器。該電池的電極材料分別為鋰和碳，電解液是LiAlCl4-SOCl2。電池的總反應(yīng)可表示為：4Li+2SOCl24LiCl+S+SO2。請回答下列問題：(1)電池的負(fù)極材料為，發(fā)生的電極反應(yīng)為。(2)電池正極發(fā)生的電極反應(yīng)為。2SOCl2+4e-4Cl-+S+SO2(3)SOCl2易揮發(fā)，實(shí)驗(yàn)室中常用NaOH溶液吸收SOCl2，有Na2SO3和NaCl生成。如果把少量水滴到SOCl2中，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象是_________________________________，反應(yīng)的化學(xué)方程式為_________________________________。(4)組裝該電池必須在無水、無氧的條件下進(jìn)行，原因是____________________________________________________________________。構(gòu)成電池的兩個(gè)主要成分Li能和氧氣、水反應(yīng)，且SOCl2也與出現(xiàn)白霧，有刺激性氣體生成SOCl2+H2O

SO2↑+2HCl↑因?yàn)樗磻?yīng)分析反應(yīng)的化合價(jià)變化，可得Li為還原劑，SOCl2為氧化劑。(1)負(fù)極材料為Li(還原劑)，Li-e-Li+。(2)正極反應(yīng)式可由總反應(yīng)減去負(fù)極反應(yīng)式得到：2SOCl2+4e-