高考化学电化学复习系统讲解 【高效备课精研+知识精讲提升】 高三化学专项复习

2023届高三化学电化学复习系统讲解

2023年2月4日

例1（2021年河北高考改）K—O2电池结构如图，a和b为两个电极，其中之一为单质钾片。关于该电池，下列说法错误的是（

）A.隔膜允许K+通过，不允许O2通过B.放电时，电流由b电极沿导线流向a电极；C.产生1Ah电量时，生成KO2的质量与消耗O2的质量比值约为2.22D.用此电池为铅酸蓄电池充电，消耗3.9g钾时，铅酸蓄电池消耗0.9g水

思考与讨论该装置是原电池还是电解池？根据装置的信息分析装置两电极ab两电极的名称。分析两电极的电极反应以及电池的总反应。电流的方向如何？离子运动的方向如何？用该电池为铅蓄电池充电，如何将K的消耗量与铅蓄电池水的质量关联起来？D负极：K—e—=K+

；正极：O2+e—+K+=KO2Pb+PbO2+H2SO42PbSO4+2H2O２K——２H２O负极

正极例2（22年北京高考13）利用下图装置进行铁电极上电镀铜的实验探究。下列说法不正确()CC(Cu2+)减小是不对，因为是一个动态的过程，阴极析出铜，阳极也会生成铜离子，生成的铜离子和消耗的铜离子实际上是一样的。所以C这个答案不对？真实情境具有复杂性，多因素，多反应，全面系统分析。例3（2021北京顺义）传统的氯碱工业具有能耗高的缺点，科学家正在开发一种叫“氧阴极技术”的新工艺，新工艺与传统工艺相比在于阴极结构不同，通过向阴极区供应纯氧从而避免H+直接得电子生成H2，这样可以降低电压，从而减少能耗。下图是采用“氧阴极技术”的氯碱工业的装置图：下列说法中不正确的是（

）A.阴极的电极反应为：O2+2H2O+4e－=4OH—B.将阳极区用盐酸将溶液pH调节到2~3，是为了利于氯气溢出C.该离子交换膜只能让阳离子通过，不能让阴离子通过D.装置中发生反应的离子方程式为：Cl2+H2OH++Cl—+HClOD阴极

O2+2H2O+4e－=4OH—阳极：4Cl——4e－=2Cl2↑4Cl—+O2+2H2O==2Cl2↑+4OH—

电解

规律总结可充电池放电是原电池充电是电解池电子从负极流出阳极（负极）发生氧化阴极（正极）发生还原电解质溶液中：阳离子运动到正极（阴极）阴离子运动到负极（阳极）电池每个极通过的电量是相等的（电荷守恒）电化学解题模型及规律总结突破观察新型装置图2020年全国I电池装置

进行实验验证2020山东-10微生物脱盐电池2020全国II12碱性硼化钒（VB2）—空气电池2018全国I13．我国设计CO2+H2S协同转化装置12年北京高考题13年北京高考题例5：高铁酸钾（K2FeO4）是重要的化工产品，在生产和生活中有广泛的应用。（1）工业上可以用电解法制备高铁酸钾。

原理如图所示。阳极的电极反应是

。（2）用高铁酸钾和锌制成的高铁碱性电池，能储存比普通碱性电池多50％的电能，已知该电池的总反应是：

，则负极的电极反应是

。Fe=FeO42—3Zn=2ZnO22—+ZnO3Zn—6e—

=

2ZnO22—+ZnO3Zn—6e—+10OH—

=2ZnO22—+ZnOFe—6e—=FeO42—Fe—6e—+8OH—=FeO42—Fe—6e—+8OH—=FeO42—+4H2O3Zn—6e—+10OH—

=2ZnO22—+ZnO＋５H２O1、电极反应的书写（几乎每年都考）(1)电极反应的书写实际上就是氧化还原离子方程式的配平

考虑三个守恒：得失电子守恒、电荷守恒、质量守恒（2）书写步骤(3)不同介质在电极反应式中的“去留”具体情境中还可能出现：质交换膜（只允许H+通过）、熔融盐碳酸盐燃料电池（只允许碳酸跟离子定向移动）、固体氧化物燃料电池（只允许O2—定向迁移）、锂离子电池（只允许LI+定向迁移等）、有机物电解质等。例6.一种可充电的锂离子电池充、放电的工作示意图。该电池的反应式为:分别写出K接到N、K接到M的电极反应。K接到N，是放电的过程(原电池）负极：正极：00+10K接到M，是充电的过程（电解池）阴极：

C6+xLi++-xe-=LixC6

阳极：LiCoO2—xe-=Li1－xCoO2+xLi+总结：可充电池充电时，负极接外加电源的负极；正极接外加电源的正极。负接负；正接正。

LixC6

=C6

LixC6

-xe-

=C6

LixC6

-xe-=C6+xLi+

Li1－xCoO2-=LiCoO2

Li1－xCoO2+xe-

=LiCoO2

Li1－xCoO2+xLi++xe-=LiCoO2功能：使离子选择性定向迁移（目的是平衡溶液的离子浓度或电荷）。2、电化学中的离子交换模问题（热点问题）（1）常见的离子交换膜种类允许通过的离子及移动方向说明阳离子交换膜阳离子→移向电解池的阴极或原电池的正极只允许阳离子通过阴离子交换膜阴离子→移向电解池的阳极或原电池的负极只允许阴离子通过质子交换膜质子→移向电解池的阴极或原电池的正极只允许H＋通过双极膜将水离解成H+和OH—H+和OH—分别平衡膜两侧的电荷（2）离子交换膜的作用总结：无论是什么膜，离子运动的动力源泉都是异性相吸，阳离子向阴极（电解池）或正极（原电池）运动；阴离子向阳极（电解池）或负极（原电池）移动，主要看清膜的种类就可以。教材原型：氯碱工业(二轮复习注意教材回归）原电池装置的三个进阶双极膜电渗析法处理厨房垃圾发酵液电解硫酸锰溶液制备锰例4.某含锰矿物的主要成分有MnCO3、MnO2、FeCO3、SiO2、Al2O3等。一种运用阴离子膜电解法的新技术可用于从碳酸锰矿中提取金属锰，主要物质转化关系如下：（5）设备3中用阴离子膜法提取金属锰的电解装置图如右上图：①电解装置中箭头表示溶液中阴离子移动的方向，则A电极是直流电源的

极。实际生产中，阳极以稀硫酸为电解液，阳极的电极反应式为

。②该工艺之所以采用阴离子交换膜,研究发现，用无膜法电解时，锰元素利用较低，电解效率低，分析原因是_____。2H2O—4e—＝O２↑＋4H＋膜的功能：提高电解效率，调控反应的作用。如果没有离子交换膜，会造成阴极附近锰离子浓度降低，这样氢离子可能也能放电。如果没有膜，Mn2+可能运动到阳极区放电，生成高价含锰化合物。

负

滤液2MnSO4溶液阳极阴极MnSO4H2SO43、新型化学电源（1）可充电池（二次电池）可充电电池的解题、审题思路教材中的原型(二轮复习注意教材回归）例8.我国科技工作者首次提出一种新型的Li＋电池，该电池正极为含有I－、Li＋的水溶液，负极为固态有机聚合物，电解质溶液为LiNO3溶液，聚合物离子交换膜作为隔膜将液态正极和固态负极隔开，其工作原理如图所示。下列有关判断正确的是()D正极：I3—＋2e－=3I—负极正极阳极阴极（2）微生物燃料电池例9(2020·山东)微生物脱盐电池是一种高效、经济的能源装置，利用微生物处理有机废水获得电能，同时可实现海水淡化。现以NaCl溶液模拟海水，采用惰性电极，用下图装置处理有机废水(以含CH3COO—的溶液为例)。下列说法错误的是()A.负极反应为CH3COO－＋2H2O－8e－=2CO2↑＋7H＋B.隔膜1为阳离子交换膜，隔膜2为阴离子交换膜C.当电路中转移1mol电子时，模拟海水理论上除盐58.5gD.电池工作一段时间后，正、负极产生气体的物质的量之比为2∶1B负极(a极)

CH3COO－＋2H2O－8e－=2CO2↑＋7H＋正极(b极)2H++2e－=H2↑规律：电极转移电子的量和离子运动产生的电量守恒。负极正极例10(2021·辽宁铁岭高三二模改)微生物燃料电池(MFC)是一种现代化氨氮去除技术。下图为MFC碳氮联合同时去除的转化系统原理示意图。下列说法不正确的是()A．A极为电池的负极，电子从A电极流出B．B极的电极反应式为2NO3—+12H++10e—=N2+6H2OC．好氧微生物反应器中反应为：NH4++2O2=NO3—+2H++3H2OD．当生成22.4LCO2(标准状况)时，电路中共转移NA个电子

D负极：CH3COO——8e—+2H2O=2CO2+7H+负极正极正极：2NO3—+12H++10e—=N2+6H2O（3）浓差电池构成原电池吗？

电动势差生的原因是因为硝酸银浓度不一样产生的，NO3—

移向a极,a极失去电子，电子经导线运动到右侧，右侧Ag+

得到电子生成Ag，形成闭合回路，产生电流。负极：正极：Ag—e—=Ag+Ag++e—=Ag例11：（2021年北京海淀二模）下图是“海水河水”浓差电池装置示意图(不考虑溶解氧的影响)，其中a、b均为复合电极，b的电极反应式为AgCl+e—=Ag+Cl—

。下列说法正确的是()A.a的电极反应式为Ag-e—=Ag+B.内电路中，Na+由b极区向a极区迁移C.工作一段时间后，两极NaCl溶液的浓度差减小D.电路中转移时1mol电子，理论上a极区模拟海水的质量减少23g负极：Ag—e—+Cl—=AgCl；正极：AgCl+e—=Ag+Cl—。Na+

通过阳离子交换膜进入河水中，电路中每转移1mol电子，负极区域损失的NaCl为1mol,理论上减少的质量为58.5克。D不正确。C4、

竞争放电问题——电解效率问题例12（2020年北京3月考试院试测题）地球上氮元素对动植物有重要作用，其中氨的合成与应用是当前的研究热点。（2）常温常压下电解合成氨的原理如下图所示：①阴极合成氨的电极反应式为：

。②阳极氧化产物只有O２，电解时实际生成NH３的总产量远远小于由O２理论计算的NH３的量，结合电极反应解释原因：

。

阴极：N２＋６ｅ—＋６Ｈ＋＝２NH３

电解中竞争放电问题：只要有氧化性的物质都可能在阴极放电；有还原性的物质都可能在阳极放电，因为副反应导致电解效率降低。因为阴极，H＋也有氧化性，２H＋＋２ｅ—＝Ｈ２可能直接放电产生H２，导致氨气的量比理论量少。（2021北京高考）环氧乙烷(

，简称EO)是一种重要的工业原料和消毒剂。

由乙烯经电解制备EO的原理示意图如下。（1）①阳极室产生Cl2后发生的反应有：__、

CH2=CH2+HClO→HOCH2CH2Cl。

②结合电极反应式说明生成溶液a的原理__。2Cl——2e—=Cl2↑阴极反应：2H2O+2e—=H2↑+2OH—；K+穿过阳离子膜进入阴极室形成KOHCl2+H2OHClO+HCl阳极（2021北京高考）环氧乙烷(

，简称EO)是一种重要的工业原料和消毒剂。由乙烯经电解制备EO的原理示意图如下。（2）一定条件下，反应物按一定流速通过该装置。

电解效率η和选择性S的定义：①若η(EO)=100%，则溶液b的溶质为_______。KCl（2021北京高考）环氧乙烷(

，简称EO)是一种重要的工业原料和消毒剂。由乙烯经电解制备EO的原理示意图如下。（2）一定条件下，反应物按一定流速通过该装置。

电解效率η和选择性S的定义：②当乙烯完全消耗时，测得η(EO)≈70%，S(EO)≈97%，

推测η(EO)≈70%的原因：I.阳极有H2O放电；II.阳极有乙烯放电；III阳极室流出液中含有Cl2和HClO……i.检验电解产物，推测I不成立。需要检验的物质是_______。分析：阳极、有还原性的物质都可能放电，如果水要在阳极放电，会产生氧气。氧气（2021北京高考）环氧乙烷(

，简称EO)是一种重要的工业原料和消毒剂。由乙烯经电解制备EO的原理示意图如下。（2）一定条件下，反应物按一定流速通过该装置。

电解效率η和选择性S的定义：②当乙烯完全消耗时，测得η(EO)≈70%，S(EO)≈97%，推测η(EO)≈70%的原因：I.阳极有H2O放电；II.阳极有乙烯放电；III阳极室流出液中含有Cl2和HClO……ii.假设没有生成EO的乙烯全部在阳极放电生成CO2，η(CO2)≈_______%。经检验阳极放电产物没有CO2。解：设消耗的乙烯为amol,转移的电子数为xmol.设CO２的电解效率为b%乙烯放电：C2H4—12e—=2CO2C2H4—12e—+4H2O=2CO2+12H+C2H4=2CO2（2021北京高考）环氧乙烷(

，简称EO)是一种重要的工业原料和消毒剂。由乙烯经电解制备EO的原理示意图如下。（2）一定条件下，反应物按一定流速通过该装置。电解效率η和选择性S的定义：①若η(EO)=100%，则溶液b的溶质为_______。②当乙烯完全消耗时，测得η(EO)≈70%，S(EO)≈97%，推测η(EO)≈70%的原因：I.阳极有H2O放电；II.阳极有乙烯放电；III阳极室流出液中含有Cl2和HClO……iii.实验证实推测III成立，所用试剂及现象是_。可选试剂：AgNO3溶液、KI溶液、淀粉溶液、品红溶液。KI溶液和淀粉溶液，溶液变蓝品红溶液，品红褪色KI溶液，溶液颜色变成棕黄色5、电化学原理的综合应用（与实验、工业流程、物质的制备融合）

电化学原理包含原电池原理和电解原理，本质上都是氧化还原反应，原电池是自发发生的氧化还原反应。

原电池的应用主要是：获取能量、调控反应（例如：钢铁防腐牺牲阳极的阴极保护外加电流的阴极保护）、提高生产效率（微电池效应提高时间效率，例如用铜粉、空气和硫酸生产硫酸铜，加碳粉可加快铜的溶解）、实验探究手段。（比如理论上分析AgNO3溶液可以和KI溶液发生氧还原反应，但是如果直接混合，确没有发生氧化还原反应，可以设计成双液体原电池，避免因为发生复分解反应而干扰氧化反应的发生。是否电流表指针发生偏转，就证明发生了氧化还原反应呢？分别取电池工作前与工作一段时间后左侧烧杯中溶液，同时滴加淀粉溶液，后者蓝色加深，证明AgNO3溶液可以和KI溶液发生氧还原反应；

电解是最强的氧化还原手段，电解可以制备有价值的物质,电解具有反应条件温和、反应试剂纯净和生产效率高等优点，电解原理能使许多不能自发的反应得以实现（如乙酸被还原为乙醇）。工业上常用多室电解池制备物质，多室电解池是利用离子交换膜的选择透过性，即允许带某种电荷的离子通过而限制带相反电荷的离子通过，将电解池分为两室、三室、多室等，以达到浓缩、净化、提纯及电化学合成的目的。如电渗析法处理厨房垃圾发酵液。工作原理：阴极2H2O+2e—=H2+2OH—阴离子增多，A—通过阴离子交换膜进入浓缩室；阳极4H2O—4e—=O2+4H+；正电荷增加，H+通过阳离子交换膜进入到浓缩室。浓缩室发生H++A—=HA。（1）与物质制备融合例14.（2021年北京顺义）二氧化锰和高锰酸钾是重要的化学用品文献资料：K2MnO4为暗绿色固体，在强碱性溶液中稳定.II.工业上常用软锰矿（主要成分MnO2）为原料制备高锰酸钾。其方法为：将软锰矿（充分粉碎后与KOH固体混合，通入空气充分焙烧，生成暗绿色熔融态物质。冷却，将固体研细，用稀KOH溶液浸取，过滤，得暗绿色溶液。再将K2MnO4溶液采用惰性电极隔膜法电解，制得KMnO4。用惰性电极隔膜法电解K2MnO4溶液的装置为右图：①溶液A最好为：

溶液。②a极的电极反应为

。③研究发现，用无膜法电解时，锰元素利用较低，其原因是_____。答案：①稀KOH溶液②MnO42—－e—=MnO4—

③用无膜电解时，MnO42—和MnO4—会在阴极放电。阴极阳极K2MnO4溶液例15（2021北京顺义）传统的氯碱工业具有能耗高的缺点，科学家正在开发一种叫“氧阴极技术”的新工艺，新工艺与传统工艺相比在于阴极结构不同，通过向阴极区供应纯氧从而避免H+直接得电子生成H2，这样可以降低电压，从而减少能耗。下图是采用“氧阴极技术”的氯碱工业的装置图：下列说法中不正确的是（

）A.阴极的电极反应为：O2+2H2O+4e－=4OH—B.将阳极区用盐酸将溶液pH调节到2~3，是为了利于氯气溢出C.该离子交换膜只能让阳离子通过，不能让阴离子通过D.装置中发生反应的离子方程式为：

Cl2+H2OH++Cl—+HClOD（3）与实验、平衡融合例16（18年北京高考改）验证牺牲阳极的阴极保护法，实验如下（烧杯内均为经过酸化的3%NaCl溶液）。下列说法不正确的是（

）A.对比①②，K3[Fe(CN)6]可能将Fe氧化B.对比②③，可以判定Zn保护了FeC.验证Zn保护Fe时不能用①的方法D.将Zn换成Cu，用①的方法可判断Fe比Cu活泼教学启示：探究实验要注意对比、排除干扰、控制变量、空白对照电极上的Fe干扰了Fe2+检验例17：某化学小组同学根据Ag+的氧化性与Fe3+氧化性接近，FeCl３溶液与KI溶液可以发生氧化还原反应的结论，推测Ag+也能与I—发生氧化还原反应：２Fe３＋＋２I—＝I２＋２Fe２＋文献资料：实验验证：向装有硝酸银溶液的烧杯中滴加KI溶液，产生了黄色沉淀，向反应后的溶液中滴加淀粉溶液，溶液不变蓝色。结论：将两种溶液直接混合只发生了沉淀反应而没有发生氧化还原反应.原因分析：１、反应动力学（速率）分析：

依据碰撞理论，不同的化学反应所需的活化能差别很大，一些离子反应：如H＋和OH—，Ag＋和Cl—在水溶液中混合时，因为这些反应的活化能近似于０。反应几乎在瞬间就完成。Ag＋和I—的反应和“Ag＋和Cl—反应”类似。研究发现：Ag＋和I—氧化还原反应的速率很小

通过实验和理论分析，证据都指向AgNO３溶液和KI溶液因为发生沉淀反应，而干扰了氧化还原反应的发生。如何设计实验证明AgNO３溶液和KI溶液确实可以发生氧化还原的发生呢？

我们想：可以采用设计双液体原电池，不让二者直接接触，沉淀反应的速率为０具体设计如下。（注意控制变量和干扰因素的排除）结论：沉淀反应速率远大于氧化还原反应２、设计双液体原电池证明氧化还原的发生。实验操作：用石墨做电极，将KI溶液和AgNO３溶液组成双液原电池。思考：是不是电压表的指正发生偏转或取后边烧杯中的溶液，滴入淀粉变蓝色，就一定证明二者发生了氧化还原呢、证据可靠吗？最佳证据：电流表的指针发生偏转，分别取电池工作前与工作一段时间后左侧烧杯中溶液，同时滴加淀粉溶液，后者蓝色更深；或：电流表的指针发生偏转，右边烧杯石墨电极上有物质析出（银白色物质析出）。３、实验现象（实验证据）分别取电池工作前与工作一段时间后左侧烧杯中溶液，同时滴加淀粉溶液，后者蓝色更深。（1）实验验证实验I：将0.0100mol/LAg2SO4溶液与0.0400mol/LFeSO4溶液(pH=1)等体积混合，产生灰黑色沉淀，溶液呈黄色。实验II：向少量Ag粉中加入0.0100mol/LFe2(SO4)3溶液(pH=1)，固体完全溶解。（2021年北京16）某小组实验验证“

”为可逆反应并测定其平衡常数。①取I中沉淀，加入浓硝酸，证实沉淀为Ag。现象是_______。②II中溶液选用Fe2(SO4)3，不选用Fe(NO3)3的原因是_______。综合上述实验，证实“

”为可逆反应。证明反应可以正向进行实验目的证明反应可以逆向进行固体溶解，产生红棕色气体酸性条件