(新高考)2022届高考二轮精品专题八 电化学基础 教师版高中化学.docx
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1、电化学是氧化还原反应知识的应用和延伸,是历年高考的热点内容。考查的主要知识点:原电池和电解池的工作原理、电极反应式的书写和判断、电解产物的判断、金属的腐蚀和防护。对本部分知识的考查仍以选择题为主,在非选择题中电化学知识可能与工业生产、环境保护、新科技、新能源知识相结合进行命题。客观题(1)以新型化学电源为载体,考查电极反应式的正误判断及电子、离子的移动方向等。(2)考查原电池在金属腐蚀与防护方面的应用。主观题(1)考查电极反应式、电池反应式的书写。(2)考查原电池、电解池原理在工业生产中的应用。(3)考查电子转移、两极产物、pH等的相关计算。一、原电池原理和化学电池1构建原电池模型,类比分析原
2、电池工作原理构建如图ZnCuH2SO4原电池模型,通过类比模型,结合氧化还原反应知识(如:化合价的变化、得失电子情况等),能迅速判断原电池的正、负极,弄清楚外电路中电子的移动情况和内电路中离子的移动情况,准确书写电极反应式和电池总反应式,掌握原电池的工作原理。2化学电源中电极反应式书写的思维模板(1)明确直接产物:根据负极氧化、正极还原,明确两极的直接产物。(2)确定最终产物:根据介质环境和共存原则,找出参与的介质粒子,确定最终产物。(3)配平:根据电荷守恒、原子守恒配平电极反应式。注意:H+在碱性环境中不存在;O2在水溶液中不存在,在酸性环境中结合H+,生成H2O,在中性或碱性环境中结合H2
3、O,生成OH;若已知总反应式时,可先写出较易书写的一极的电极反应式,然后在电子守恒的基础上,总反应式减去较易写出的一极的电极反应式,即得较难写出的另一极的电极反应式。二、电解原理及应用1构建电解池模型,类比分析电解基本原理构建如图电解CuCl2溶液模型,通过类比模型,结合氧化还原反应知识(如:化合价的变化、得失电子情况等),能迅速判断电解池的阴、阳极,弄清楚外电路中电子的移动情况和内电路中离子的移动情况,准确判断离子的放电顺序并书写电极反应式和电解总反应式,掌握电解基本原理。2“六点”突破电解应用题(1)分清阴、阳极,与电源正极相连的为阳极,与电源负极相连的为阴极,两极的反应为“阳氧阴还”。(
4、2)剖析离子移向,阳离子移向阴极,阴离子移向阳极。(3)注意放电顺序。(4)书写电极反应式,注意得失电子守恒。(5)正确判断产物阳极产物的判断首先看电极,如果是活性电极作阳极,则电极材料失电子,电极溶解(注意:铁作阳极溶解生成Fe2+,而不是Fe3+);如果是惰性电极,则需看溶液中阴离子的失电子能力,阴离子放电顺序为S2>I>Br>Cl>OH(水)>含氧酸根>F。阴极产物的判断直接根据阳离子的放电顺序进行判断:Ag+>Hg2+>Fe3+>Cu2+>H+>Pb2+>Fe2+>Zn2+>H+(水)>Al3+&
5、gt;Mg2+>Na+。(6)恢复原态措施电解后有关电解质溶液恢复原态的问题应该用质量守恒法分析。一般是加入阳极产物和阴极产物的化合物,但也有特殊情况,如用惰性电极电解CuSO4溶液,Cu2+完全放电之前,可加入CuO或CuCO3复原,而Cu2+完全放电之后,应加入Cu(OH)2或Cu2(OH)2CO3复原。三、电化学原理的综合判断1金属腐蚀原理及防护方法总结(1)常见的电化学腐蚀有两类:形成原电池时,金属作负极,大多数是吸氧腐蚀;形成电解池时,金属作阳极。(2)金属防腐的电化学方法:原电池原理牺牲阳极的阴极保护法:与较活泼的金属相连,较活泼的金属作负极被腐蚀,被保护的金属作正极。注意:
6、此处是原电池,牺牲了负极保护了正极,但习惯上叫做牺牲阳极的阴极保护法。电解池原理外加电流的阴极保护法:被保护的金属与电池负极相连,形成电解池,作阴极。2可充电电池的反应规律(1)可充电电池有充电和放电两个过程,放电时是原电池反应,充电时是电解池反应。(2)放电时的负极反应和充电时的阴极反应、放电时的正极反应和充电时的阳极反应互为逆反应。将负(正)极反应式变换方向并将电子移项即可得出阴(阳)极反应式。(3)可充电电池充电时原负极必然要发生还原反应(生成原来消耗的物质),即作阴极,连接电源的负极;同理,原正极连接电源的正极,作阳极。简记为负连负,正连正。3“串联”类电池的解题流程 1(双选)常压电
7、化学法合成氨过程中用纳米Fe2O3做催化剂,其电解装置如图所示:熔融NaOH-KOH为电解液,Fe2O3在发生反应时生成中间体Fe。下列说法正确的是( )A惰性电极是电解池的阳极,发生氧化反应B产生2.24L O2时,内电路转移的OH数为0.4NAC惰性电极的电极反应为D电解过程中OH向惰性电极的方向移动【答案】AD【解析】根据图象可知,电极生成氧气,故发生氧化反应为阳极,则电极为阴极,说明纳米Fe2O3在电极上先被还原成Fe,之后Fe与N2和H2O(g)反应生成NH3和Fe2O3。A根据分析可知电极为阳极,失电子发生氧化反应,A正确;B温度和压强未知,无法确定2.24L O2的物质的量,则无
8、法确定转移电子数,B错误;C根据分析可知惰性电极上Fe2O3被还原生成Fe,电极反应为Fe2O3+3H2O+6e=2Fe+6OH,C错误;D电解池中阴离子向阳极移动,即向惰性电极的方向移动,D正确;综上所述答案为AD。2下列关于各图的说法,不正确的是( )A中阴极处能产生使湿润淀粉KI试纸变蓝的气体B中待镀铁制品应与电源负极相连C中电子由a极流向b极D中的离子交换膜可以避免生成的Cl2与NaOH溶液反应【答案】A【解析】A中阴极处为Cu2+放电,发生还原反应析出Cu,A错误;B中待镀铁制品做阴极,应与电源负极相连,B正确;C原电池中电子由负极流向正极,中a极为负极,b极为正极,电子由a极经外电
9、路流向b极,C正确;D因为阳极会产生Cl2如果不加离子交换膜,氢氧根会移向阳极区发生反应,中的离子交换膜只允许阳离子通过,可以避免阳极生成的Cl2与NaOH溶液反应,D正确;故选A。3芝加哥伊利诺伊大学的研究人员设计了一种可用于商业化的新型锂金属电池,电池结构如图所示:电池工作时,下列说法错误的是( )A该装置将化学能转化为电能B负极上发生的电极反应为Li-e=Li+C该电池可用LiOH溶液作电解质D电池工作时,电路中每流过1mol电子,正极增重7g【答案】C【解析】A该电池为原电池,所以该装置将化学能转化为电能,A项正确;B负极是锂失去电子,发生氧化反应,电极反应为Li-e=Li+,B项正确
10、;C电解质溶液中水与电极锂发生氧化还原反应,该电解池不能用水溶液作电解液,C项错误;D根据转移电子守恒,电路中每流过1mol电子,正极上发生还原反应,正极材料要结合1mol锂离子,所以增重7g,D项正确;答案选C。【点评】原电池工作的原理口诀可概括为“两极一液一连线,活泼金属最优先,负失氧正得还,离子电极同性恋”,可加深学生对原电池的理解与记忆。本题的难点是C选项,值得注意的是,电解质不同可能会影响电极反应,学生要火眼金睛,识破陷阱,提高做题正答率。4深埋在潮湿土壤中的铁管道,在硫酸盐还原菌作用下,能被硫酸根腐蚀,其电化学腐蚀原理如图示,下列与此原理有关说法错误的是( )A正极反应为:SO+5
11、H2O+8e=HS+9OHB输送暖气的管道不易发生此类腐蚀C这种情况下,Fe腐蚀的最终产物为Fe2O3·xH2OD管道上刷富锌油漆可以延缓管道的腐蚀【答案】C【解析】A原电池的正极发生还原反应,由图示可知发生的电极反应为SO+5H2O+8e=HS+9OH,故A正确;B硫酸盐还原菌是蛋白质,在高温下易变性,失去催化效率,则输送暖气的管道不易发生此类腐蚀,故B正确;C由图示可知,Fe腐蚀的最终产物为FeO,故C错误;D管道上刷富锌油漆,形成ZnFe原电池,Fe变为正极,可以延缓管道的腐蚀,故D正确;答案为C。5用惰性电极电解含0.2mol CuSO4的溶液一段时间后,阳极上生成标准状况下
12、4.48L气体,欲使电解质溶液恢复电解前的状况,应加入( )A0.2mol CuSO4 B0.2mol CuO C0.2mol Cu(OH)2 D0.2mol CuCO3【答案】C【解析】用惰性电极电解含0.2mol CuSO4的溶液,阳极上OH放电生成O2,n(O2)=0.2mol,转移电子物质的量=0.2mol×4=0.8mol,如果Cu2+完全放电转移电子物质的量=0.2mol×2=0.4mol0.8mol,所以阴极上H+还放电生成氢气,即发生,电解生成n(H2)=0.2mol,所以氢气和Cu的物质的量相等,所以析出的相当于0.2mol Cu(OH)2。故答案为:C。
13、 1港珠澳大桥的设计使用寿命高达120年,主要的防腐方法有:钢梁上安装铝片;使用高性能富锌(富含锌粉)底漆;使用高附着性防腐涂料;预留钢铁腐蚀量。下列分析不合理的是( )A钢铁发生吸氧腐蚀时的负极反应式为:Fe-3e=Fe3+B防腐过程中铝和锌均作为牺牲阳极,失去电子C防腐涂料可以防水、隔离O2,降低吸氧腐蚀速率D方法只能减缓钢铁腐蚀,未能完全消除【答案】A【解析】A钢铁发生吸氧腐蚀时的负极反应式为:Fe-2e=Fe2+,故A错误;B铝和锌的活泼性大于铁,钢铁防腐过程中铝和锌均作为负极,失去电子,为牺牲阳极的阴极保护法,故B正确;C防腐涂料可以防水、隔离O2,减少铁与氧气接触,降低吸氧腐蚀速率
14、,故C正确;D钢铁防腐只能减缓钢铁腐蚀,未能完全消除钢铁腐蚀,故D正确;选A。2下列说法正确的是( )A装置中,反应开始时,Al是负极,且在NaCl溶液中生成红棕色气体B装置在电解过程中,a极附近溶液变红C可以用装置在铁上镀铜,d极为铜,c极为铁D装置中发生铁的吸氧腐蚀【答案】C【解析】A装置为原电池装置,开始时因为常温下浓硝酸与Al钝化,使反应不能继续,所以Al作电池的正极,故A错误;B装置为电解池装置,石墨a与电源负极相连作阴极,其电极反应式为,溶液呈碱性,但阴极附近未滴加酚酞,溶液颜色无变化,故B错误;C装置为电解池,其中c为阴极,d为阳极。若在铁上镀铜,应将铁与电源负极相连作阴极,故C
15、正确;D吸氧腐蚀一般在弱酸性或者中性环境中发生,在酸化的NaCl中,铁发生析氢腐蚀,故D错误。【点评】浓硝酸做电解质溶液时要考虑其与Al、Fe的钝化。3热激活电池(又称热电池)可用作火箭、导弹的工作电源。一种热激活电池的基本结构如图所示,其中作为电解质的无水LiClKCl混合物一旦受热熔融,电池瞬间即可输出电能。该电池总反应为:PbSO4+2LiCl+Ca=CaCl2+Li2SO4+Pb。关于该电池的下列说法中,不正确的是( )A负极的电极反应:Ca2e=Ca2+B放电时,K+向硫酸铅电极移动C硫酸铅作正极材料,LiCl为正极反应物D常温时,在正负极之间连上检流计,指针不偏转【答案】C【解析】
16、电池总反应为:PbSO4+2LiCl+Ca=CaCl2+Li2SO4+Pb,Ca化合价升高,失去电子,作负极,PbSO4化合价降低,得到电子,作正极。A根据前面分析得到负极的电极反应:Ca2e=Ca2+,故A正确;B放电时,根据离子移动方向“同性相吸”,因此K+向正极(硫酸铅)移动,故B正确;C硫酸铅作正极材料,熔融的LiCl作为电解质,根据PbSO4+2LiCl+Ca=CaCl2+Li2SO4+Pb信息,PbSO4为正极反应物,故C错误;D根据题中信息,电解质的无水LiClKCl混合物一旦受热熔融,因此常温时,在正负极之间连上检流计,指针不偏转,故D正确。综上所述,答案为C。4试剂是由H2O
17、2和Fe2+混合得到的一种强氧化剂,有效物质为羟基自由基,可用于处理工业废水中的有机物.电化学制备方法如图所示,在M极附近加入适量Fe2+时发生反应。下列说法错误的是( )AA为电源的负极BN极发生的电极反应为H2Oe=+H+C电解过程中,生成的会向N极迁移D电解一段时间后,理论上M极附近生成的与N极生成的等量【答案】D【解析】A与电源的A极相连的电极M上发生氧气得电子生成过氧化氢的反应,则M是阴极,则A为电源的负极,故A不选;BN极与电源的正极相连作阳极,发生氧化反应,则发生的电极反应为,故B不选;C电解过程中,生成的不带电荷,在溶液中自由移动,故C不选;D在M极附近加入适量时发生反应,转移
18、1mol电子时生成1mol,消耗1mol过氧化氢,电路中转移2mol电子,N电极 转移2mol电子时产生2mol,则电解一段时间后,理论上M极附近生成的与N极生成的不相等,故D选;故选D。5用电解法处理酸性含铬废水(主要含有Cr2O时,以铁板作阴、阳极,处理过程中发生反应:,最后Cr3+以Cr(OH)3 形式除去。下列说法正确的是( )A电解过程中废水的pH会减小B电解时H+在阴极得电子生成H2C电解后除 Cr(OH)3沉淀外,还有Fe(OH)2沉淀生成D电路中每转移0.6mol e,最多有0.1mol Cr2O被还原【答案】B【解析】A由反应式可知,处理过程中消耗H+,溶液的酸性减弱,pH会
19、增大,故A错误;B电解时阴极发生还原反应,溶液中H+在阴极得电子生成H2,故B正确;C溶液中H+在阴极得电子减少,同时生成氢氧根离子,有Fe(OH)3沉淀生成,故C错误;D由电极反应式Fe-2e=Fe2+,转移0.6mol电子,需要0.3mol Fe,再根据处理过程关系式得:6Fe12e6Fe2+Cr2O,0.05mol Cr2O被还原,故D错误;故答案为B。1我国古代有“银针验毒”的记载,古时候制成的砒霜中含大量的硫化物,银针插入含砒霜的食物中会发生反应:(黑色);用过的银针放入盛有饱和氯化钠溶液的铝制容器中浸泡可复原,下列说法中不正确的是( )A反应中Ag和H2S均是还原剂B上述原理是通过
20、银针颜色变化来判断食物是否有毒C银针复原用到了原电池反应原理D每生成1mol Ag2S,反应转移2mol e【答案】A【解析】A反应中Ag化合价升高,是还原剂,H2S中化合价未变,既不是还原剂也不是氧化剂,故A错误;B砒霜中含大量的硫化物,银针插入变为黑色,因此可以通过银针颜色变化来判断食物是否有毒,故B正确;C银针复原是AlAg2S饱和食盐水的原电池反应原理,Al做负极,Ag2S做正极,故C正确;D该反应方程式是2mol Ag失去2mol电子变为1mol Ag2S,因此每生成1mol Ag2S,反应转移2mol e,故D正确。综上所述,答案为A。2(双选)下列说法正确的是( )A电解精炼铜时
21、,电路中每通过2mol e,阴极析出64g铜B电解精炼铜时,粗铜中含有的Zn、Fe、Ni、Ag、Au等杂质沉积在电解槽的底部C外接电源保护水中钢闸门时,应将钢闸门与电源的负极相连D白铁皮(镀锌铁)破损后,铁会迅速被腐蚀【答案】AC【解析】A电解精炼铜时,阴极反应为Cu2+2e=Cu,则电路中每通过2mol电子,阴极析出1mol铜,即64g铜,故A正确;B电解精炼铜时,粗铜中含有的比Cu活泼的金属Zn、Fe、Ni会优先于铜在阳极失电子放电,以金属离子的形式存在于溶液中,比铜不活泼的金属Ag、Au等杂质沉积在电解槽的底部,故B错误;C外接电源保护水中钢闸门时,应将钢闸门与电源的负极相连,钢闸门作阴
22、极,被保护,故C正确;D白铁皮(镀锌铁)破损后,形成原电池,锌作负极,铁做正极,被保护,故D错误;故选AC。3双极电化学法(装置如图)是在传统电解装置中放置了导电性电极BPE,通电时,BPE两端界面产生电势差,生成梯度合金。下列有关说法正确的是( )A在A极上发生氧化反应B在BPE中电子的移动方向由a到bC若B电极产生22.4L O2,则在BPE析出金属的质量至少为118gD【答案】B【解析】A根据图中信息,B极是水中氢氧根失去电子变为氧气,因此B极为阳极,则A极为阴极,发生还原反应,故A错误;B根据A选项分析得到A极为阴极,则a为阳极,b为阴极,电子流向是从阳极到阴极,即在BPE中电子的移动
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