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1、专题提升六 PART 06 电化学原理的综合应用 题型分类突破 专题强化训练 考情剖析 专题提升六 电化学原理的综合应用 从高考试题来看 电化学是高考命题的热点之一 随着全球能源逐渐枯竭 研发 推 广新型能源迫在眉睫 新型化学电源成了高考的高频考点 试题常以新型可逆电池为 素材来考查原电池 电解池工作原理 工作中电极周围的变化 电解质溶液的变化等 如2016年四川卷第5题 2016年全国卷 第11题 2016年全国卷 第11题 2015 年全国卷 第11题 考查微生物电池工作原理 2015年全国卷 第26题 考查酸性锌 锰干电池的工作原理及计算 另外近几年有关电解池在污水治理 物质制备以及环境
2、 保护等方面应用的试题开始频频出现 如2016年全国卷 第11题 2015年四川卷第5 题等 题型一 重要的化学电源 解题策略 高考中常见的新型电池有 氢镍电池 高铁电池 碱性锌锰电池 海洋电池 燃料电池 如新型细菌燃料电池 氢氧燃料电池 丁烷燃料电池 甲醇质 子交换膜燃料电池 CO燃料电池 锂离子电池 锌银电池 纽扣电池 Mg AgCl电池 Mg H2O2电池 等 新型电池是对电化学原理的综合考查 在高考中依 托新型电池考查的电化学原理知识有以下几点 1 判断电极 1 放电 时正 负极的判断 负极 元素化合价升高或发生氧化反应的物质 正极 元素化合价降低或发生还原 反应的物质 2 充电 时阴
3、 阳极的判断 阴极 放电 时的负极在 充电 时为阴极 阳极 放电 时的正极在 充电 时为阳极 题型分类突破 题型分类突破 2 微粒流向 1 电子流向 电解池 电源负极 阴极 阳极 电源正极 原电池 负极 正极 提示 无论是电解池还是原电池电子均不能流经电解质溶液 2 离子流向 电解池 阳离子移向阴极 阴离子移向阳极 原电池 阳离子移向正极 阴离子移 向负极 3 书写电极反应式 1 放电 时电极反应式的书写 依据条件 指出参与负极和正极反应的物质 根据化 合价的变化 判断转移电子的数目 根据守恒书写负极 或正极 反应式 特别应注意电 极产物是否与电解质溶液共存 2 充电 时电极反应式的书写 充电
4、时的电极反应与放 电时的电极反应过程相反 充电时的阳极反应为放电时正极反应的逆过程 充电时的阴 极反应为放电时负极反应的逆过程 题型分类突破 例1 2016 四川卷 某电动汽车配载一种可充 放电的锂离子电池 放电时电池的总反应为Li1 xCoO2 LixC6 LiCoO2 C6 xI Br Cl OH 水 题型分类突破 题型分类突破 图Z6 2 题型分类突破 解析 通电时中间隔室的SO42 向正极移动 正极为水电离出的OH 失去电子 溶液中H 浓度 增大 溶液的pH减小 A项错误 该法处理含Na2SO4的废水 在负极区和正极区分别得到 NaOH和H2SO4 B项正确 负极为水电离出的H 得电子
5、被还原 溶液中c OH 增大 负极区 溶液pH升高 C项错误 正极反应为4OH 4e O2 2H2O 电路中转移1 mol电子时 生成0 25 mol O2 D项错误 答案 B 题型分类突破 变式题 H3PO2也可用电渗析法制备 四室电渗析法 工作原理如图Z6 3所示 阳膜 和阴膜分别只允许阳离子 阴离子通过 1 写出阳极的电极反应式 2 分析产品室可得到H3PO2的原因 3 早期采用 三室电渗析法 制备 H3PO2 将 四室电渗析法 中阳 极室的稀硫酸用H3PO2稀溶液代替 并撤去阳极室与产品室之间的阳膜 从而合并了阳极室与产品室 其缺 点是产品中混有 杂质 该杂质产生的原因是 图Z6 3
6、题型分类突破 题型分类突破 题型三 金属腐蚀与防护的 两种比较 两种方法 解题策略 关于金属的腐蚀和防护是常考知识点 由于这一部分内容难度较小 所以 考题相对也较容易 复习时对这一部分要注意抓住两个比较和两种方法 1 两种比较 1 析氢腐蚀和吸氧腐蚀的比较 2 腐蚀快慢的比较 类型析氢腐蚀吸氧腐蚀 条件水膜呈酸性水膜呈弱酸性或中性 正极反应2H 2e H2 O2 2H2O 4e 4OH 负极反应 Fe 2e Fe2 Fe 2e Fe2 其他反应 Fe2 2OH Fe OH 2 4Fe OH 2 O2 2H2O 4Fe OH 3 Fe OH 3失去部分 水转化为铁锈 题型分类突破 一般来说可用下
7、列原则判断 电解池原理引起的腐蚀 原电池原理引起的腐蚀 化学 腐蚀 有防护措施的腐蚀 对同一金属来说 腐蚀的快慢 强电解质溶液中的腐蚀 弱电解质溶液中的腐蚀 非电解质溶液中的腐蚀 活泼性不同的两种金属 活泼性差 别越大 腐蚀越快 对同一种电解质溶液来说 电解质溶液浓度越大 金属腐蚀的速 率越快 2 两种保护方法 1 加防护层 如在金属表面加上油漆 搪瓷 沥青 塑料 橡胶等耐腐蚀的非金属材料 采用电镀或 表面钝化等方法在金属表面镀上一层不易被腐蚀的金属或生成一层致密的氧化物薄膜 2 电化学防护 牺牲阳极的阴极保护法 原电池原理 正极为被保护的金属 负极为比被保护的金 属活泼的金属 外加电流的阴极
8、保护法 电解原理 阴极为被保护的金属 阳极为惰性电极 题型分类突破 例3 2015 上海卷 研究电 化学腐蚀及防护的装置如 图Z6 4所示 下列有关 说法错误的 是 A d 为石墨 铁片腐蚀加快 B d为石墨 石墨上电极反 应为O2 2H2O 4e 4OH C d为锌块 铁片不易被腐蚀 D d为锌块 铁片上电极反应为2H 2e H2 答案 D 解析 d为石墨 则铁 石墨和海水 通过吸氧腐蚀形成原电池 加快铁 片腐蚀 A项正确 d为石墨是正极 电极反应为O2 2H2O 4e 4OH B项正确 d为锌片 则由Zn Fe和海水构成原电池 由 于活泼性Zn Fe 则锌作负极 铁 片不易被腐蚀 C项正确
9、 d为锌片 时 铁片是正极 反应为O2 2H2O 4e 4OH D项错误 图Z6 4 题型分类突破 变式题 铁及其化合物与生产 生活关系密切 图 Z6 5是实验室研究海水对铁闸不同部位腐蚀情况的 剖面示意图 1 该电化腐蚀称为 2 图中A B C D四个区域 生成铁锈最多的是 填字母 答案 1 吸氧腐蚀 2 B 解析 1 若为析氢腐蚀则B C D的腐蚀程度相同 则该电 化学腐蚀为吸氧腐蚀 2 氧气 的浓度越大 吸氧腐蚀越严重 则B区域产生铁锈最多 图Z6 5 题型分类突破 题型四 有关电化学的计算 解题策略 1 原电池和电解池的计算主要包括以下几个方面 1 根据直流电源提供的电量求产物的量 析
10、出固体的质量 产生气体的体积等 2 溶液pH的计算 3 相对原子质量和阿伏伽德罗常数的计算 4 产物的量与电荷量关系的计算 2 解题方法 1 根据总反应式计算 先写出电极反应式 再写出总反应式 最后根据总反应式列出比例式计算 2 根据电子守恒计算 用于串联电路中阴阳两极产物 正负两极产物 相同电量等类型的计算 其依据是电 路中转移的电子数相等 题型分类突破 用于混合溶液中电解的分阶段计算 3 根据关系式计算 据得失电子守恒关系建立已知量与未知量之间的桥梁 建立计算所需的关系式 串联电 路中各电极得失电子数相等 即电路中通过的电量 电子总数 相等 如以通过 4 mol e 为桥梁可构建如下关系式
11、 该关系式具有总揽电化学计算的作用和价值 熟记电极反应式 灵活运用关系式便能快 速解答常见的电化学计算问题 易错警示 在电化学计算中 还常利用Q I t和Q n e NA 1 60 10 19来计算电路 中通过的电量 题型分类突破 例4 2015 重庆卷节选 图Z6 6为 青铜器在潮湿环境中发生电化学腐蚀 的原理示意图 1 腐蚀过程中 负极是 填图中字母 a 或 b 或 c 2 环境中的Cl 扩散到孔口 并与正 极反应产物和负极反应产物作用生成 多孔粉状锈Cu2 OH 3Cl 其离子方程 式为 3 若生成4 29 g Cu2 OH 3Cl 则理论上耗氧体积为 L 标准状况 图Z6 6 题型分类
12、突破 答案 1 C 2 2Cu2 3OH Cl Cu2 OH 3Cl 3 0 448 题型分类突破 图Z6 7 题型分类突破 答案 D 1 2016 天津津南区模拟 在城市中地下常埋有纵横交错的管道和输电线路 有些地面 上还铺有地铁或城铁的铁轨 当有电流泄漏入潮湿的土壤中 并与金属管道或铁轨形成 回路时 就会引起后者的腐蚀 原理简化如图 Z6 8所示 则下列有关说法不正确的是 A 原理图可理解为两个串联电解装置 B 溶液中铁丝被腐蚀时 左侧有无色气体 产生 附近产生少量白色沉淀 迅速变为灰绿色 C 溶液中铁丝左端电极反应式为Fe 2e Fe2 D 地下管线被腐蚀 不易发现 维修也不便 故应将埋
13、在地下的金属管道表面涂绝缘膜 或油漆等 专题强化训练 专题强化训练 答案 C 解析 原理图可理解为两个串联的电解装置 A项正确 左侧铁棒为阳极 铁失电子生成亚铁离 子 铁丝左侧为阴极 氢离子在阴极放电生成氢气 同时有OH 生成 亚铁离子与OH 结合 产生少量白色沉淀 迅速变为灰绿色 B项正确 C项错误 2 2016 合肥第一次质检 观察下列装置示意图 有关叙述正确的是 图Z6 9 A 装置甲中阳极上析出红色固体 B 装置乙中铜片应与电源负极相连 C 装置丙中外电路电流方向 b极 a极 D 装置丁中阴极反应 2Cl 2e Cl2 专题强化训练 专题强化训练 答案 C 解析 A项 阳极上为Cl 被
14、氧化 产生气泡 错误 B项 电镀装置中 镀层金属与电源正极相 连 错误 C项 a是负极 b是正极 正确 D项 阴极上溶液中的阳离子发生还原反应 错误 3 电化学气敏传感器可 用于监测环境中NH3的 含量 其工作原理示意 图如图Z6 10 下列 说法不正确的是 A O2在电极b上发生还原反应 B 溶液中OH 向电极a移动 C 反应消耗的NH3与O2的物质的量之比为4 5 D 负极的电极反应式为 2NH3 6e 6OH N2 6H2O 专题强化训练 答案 C 解析 构成的原电池中 通入 氧气的电极是正极 发生还原 反应 A正确 溶液中阴离子 氢氧根离子移向负极a极 B正 确 1 mol NH3反应
15、生成氮气 转移 3 mol 电子 1 mol O2 反应转移 4 mol 电子 根据电 子转移守恒 消耗的NH3与O2 的物质的量之比为4 3 C错 误 负极的电极反应式为 2NH3 6e 6OH N2 6H2O D正确 4 利用反应6NO2 8NH3 7N2 12H2O构造电池的 装置如图Z6 11所示 此方法既能实现有效清除氮氧 化物 减轻环境污染 又能充分利用化学能 下列说 法正确的是 A 电流从左侧电极经过负载后流向右侧电极 B 为使电池持续放电 离子交换膜需选用阴离子交 换膜 C 电极A极反应式为2NH3 6e N2 6H D 当有 4 48 L NO2被处理时 转移电子数为0 8N
16、A 专题强化训练 专题强化训练 答案 B 解析 该反应中 二氧化氮中氮元素化合价由 4价变为0价 氨气中氮元素化合价由 3价变为 0价 所以通入二氧化氮的电极是正极 通入氨气的电极是负极 放电时 电流从正极沿导线流 向负极 所以电流从右侧电极经过负载后流向左侧电极 故A错误 原电池工作时 阴离子向负 极移动 为使电池持续放电 离子交换膜需选用阴离子交换膜 防止二氧化氮反应生成硝酸盐和 亚硝酸盐 导致原电池不能正常工作 故B正确 电解质溶液呈碱性 则负极电极方程式为 2NH3 6e 6OH N2 6H2O 故C错误 气体摩尔体积受温度和压强影响 温度和压强未 知导致气体摩尔体积未知 所以无法计算 故D错误 5 2016 衡水二中 关于下列装置的说法正确的是 图Z6 12 A 装置 中盐桥内的K 移向CuSO4溶液 B 装置 将电能转变为化学能 C 若装置 用于铁棒镀铜 则N极为铁棒 D 若装置 用于电解精炼铜 溶液中的Cu2 浓度保持不变 专题强化训练 专题强化训练 答案 A 解析 装置 是原电池 Zn是负极 Cu是正极 阳离子K 移向CuSO4溶液 A正确 B错误 装置 是电解池 N是
