高考化学二轮复习专题8 电化学

高考二轮复习专题八电化学考向一原电池考纲要求1.了解原电池的工作原理，能写出常见的电极反应和电池反应方程式。2.了解常见化学电源的种类及其工作原理。3.理解金属发生电化学腐蚀的原因，金属腐蚀的危害、防止金属腐蚀的措施。命题规律原电池作为高中化学中的基本概念和基础理论，在高考中占有非常重要的地位，以新型化学电源为命题背景考查原电池的结构和工作原理的题型是高考的热点。通常考查的知识点是原电池电极的判断、电极和电池反应式的书写、电子的转移或电流方向的判断、电解质溶液中离子的移动方向及有关计算，难度一般偏大。由于能源问题已成为社会热点，从能源问题切入，结合新能源开发及新型电池仍将会出现在今后高考试题中。【例1】【2017新课标3卷】全固态锂硫电池能量密度高、成本低，其工作原理如图所示，其中电极a常用掺有石墨烯的S8材料，电池反应为：16Li+xS8=8Li2Sx（2≤x≤8）。下列说法错误的是（）A．电池工作时，正极可发生反应：2Li2S6+2Li++2e-=3Li2S4B．电池工作时，外电路中流过0.02mol电子，负极材料减重0.14gC．石墨烯的作用主要是提高电极a的导电性D．电池充电时间越长，电池中Li2S2的量越多【答案】D数越多，生成的Li和S8越多，即电池中Li2S2的量越少，故D错误。答案为A。【名师点睛】考查二次电池的使用，涉及原电池工作原理，原电池工作时负极发生氧化反应，正极发生还原反应，而电池充电时，原来的负极连接电源的负极为电解池的阴极，发生还原反应，而原来的正极连接电源的正极为电解池的阳极发生氧化反应，解题是通过结合反应原理，根据元素化合价的变化，判断放电时正负极发生的反应，再结合电解质书写电极反应方程式。【例2】【2016年高考新课标Ⅱ卷】Mg-AgCl电池是一种以海水为电解质溶液的水激活电池。下列叙述错误的是（）A．负极反应式为Mg-2e-=Mg2+B．正极反应式为Ag++e-=AgC．电池放电时Cl-由正极向负极迁移D．负极会发生副反应Mg+2H2O=Mg(OH)2+H2↑【答案】B【解析】试题分析：根据题意，电池总反应式为：Mg+2AgCl=MgCl2+2Ag，正极反应为：2AgCl+2e-=2Cl-+2Ag，负极反应为：Mg-2e-=Mg2+，A项正确，B项错误；对原电池来说，阴离子由正极移向负极，所以电池放电时Cl-由正极向负极迁移，C项正确；由于镁是活泼金属，则负极会发生副反应Mg+2H2O=Mg(OH)2+H2↑，D项正确；答案选B。【考点定位】考查原电池的工作原理。【名师点睛】本题以Mg-AgCl电池是一种以海水为电解质溶液的水激活电池为载体，考查原电池电极反应式的书写，离子的迁移方向等知识。化学电源是高考中的热点，也是难点，学生要结合原电池的知识来推断试题给出的化学电源的工作原理，然后结合化合价的变化判断正、负极。一、概念和反应本质原电池是把化学能转化为电能的装置，其反应本质是氧化还原反应。二、工作原理原电池中根据电性关系：电流方向与电解质溶液中阳离子移动方向相同；电子移动方向与电解质溶液中阴离子移动方向相同。电子：由负极通过导线移向正极；电流：由正极到负极；电解质溶液(熔融电解质)：阴离子移向负极，阳离子移向正极。以铜锌原电池为例1.反应原理电极名称负极正极电极材料锌片铜片电极反应Zn－2e－=Zn2＋Cu2＋＋2e－=Cu反应类型氧化反应还原反应电子流向由Zn沿导线流向Cu盐桥中离子移向盐桥含饱和KCl溶液，K＋移向正极，Cl－移向负极盐桥的作用(1)平衡电荷；(2)避免断路时发生化学腐蚀(隔离作用)2.两个装置的比较装置Ⅰ中还原剂Zn与氧化剂Cu2＋直接接触，易造成能量损耗；装置Ⅱ盐桥原电池中，还原剂在负极区，而氧化剂在正极区，能避免能量损耗。三、构成原电池的条件1．要有活动性不同的两个电极（一种金属与另一种金属或石墨或不溶性的金属氧化物）；2．要有电解质溶液；3．两电极浸入电解质溶液且用导线连接或直接接触。4．要有能自发进行的氧化还原反应发生四、原电池电极名称的确定确定原电池电极名称的方法方法一：根据电极材料的性质确定。（1）对于金属——金属电极，活泼金属是负极，不活泼金属是正极；（2）对于金属——非金属电极，金属是负极，非金属是正极，如干电池等；（3）对于金属——化合物电极，金属是负极，化合物是正极。方法二：根据电极反应的本身确定。失电子的反应→氧化反应→负极；得电子的反应→还原反应→正极五、原电池电极反应式的书写1．一般电极反应式的书写2．复杂电极反应式的书写（四）特殊原电池1.燃料电池电极反应式的书写（1）找位置、写式子：负极反应式应符合“还原剂－ne－→氧化产物”的形式；正极反应式符合“氧化剂＋ne－→还原产物”的形式。燃料中的碳、氢元素及助燃剂氧气在不同介质中放电后的具体存在形式不同。①酸性介质：碳、氢元素分别转化为CO2、H＋；O2转化为H2O。②碱性介质：碳、氢元素分别转化为COeq\o\al(2－,3)、H2O；O2转化为OH－。（2）查电荷，添离子：检查(1)中电极反应式的电荷是否守恒，若是在溶液中进行的反应，则可通过添加OH－或H＋的方法使电荷守恒，但要注意，在酸性溶液中不添加OH－，在碱性溶液中不添加H＋。若是在熔融态电解质中进行的反应，则可添加熔融态电解质中的相应离子。（3）查原子，添物质：检查是否符合原子守恒，若是在溶液中进行的反应，可添加H2O使原子守恒。（4）对于较复杂的电极反应，可用总反应式减去较简单一极的电极反应式得到。2．可充电电池原理分析（1）充电时电极的连接：充电的目的是使电池恢复其供电能力，因此负极应与电源的负极相连以获得电子，可简记为负接负后作阴极，正接正后作阳极。（2）工作时的电极反应式：同一电极上的电极反应式，在充电与放电时，形式上恰好是相反的；同一电极周围的溶液，充电与放电时pH的变化趋势也恰好相反。（五）金属的腐蚀1．金属腐蚀的实质：金属原子失去电子被氧化而消耗的过程。2．金属腐蚀分为化学腐蚀和电化学腐蚀。3．化学腐蚀实质：金属和非电解质或其它物质相接触直接发生氧化还原反应而引起的腐蚀。其腐蚀过程没有电流产生。4．电化学腐蚀实质：不纯金属或合金在电解质溶液中发生原电池反应。电化学腐蚀过程有电流产生。5．腐蚀的常见类型（1）析氢腐蚀在酸性条件下，正极发生2H++2e-=H2↑反应。（2）吸氧腐蚀在极弱酸或中性条件下，正极发生2H2O+O2+4e-=4OH-反应。若负极金属不与电解质溶液发生直接的反应，则形成吸氧腐蚀的原电池反应。如生铁浸入食盐水中，会形成许多微小的原电池。6．在同一电解质溶液中，金属腐蚀的快慢可用下列原则判断：电解原理引起的腐蚀>原电池引起的腐蚀>化学腐蚀>有防护措施的腐蚀。【例1】【云南省师范大学附属中学2018届高三月考六】一种全天候太阳能电池的工作原理如图所示，下列说法正确的是（）A．光照时，b极周围pH增大B．光照时，H+由a极室透过质子膜进入b极室C．夜间无光照时，a极的电极反应式为V2+-e-=V3+D．该电池与硅太阳能供电原理相同 【答案】C电池的一种，发生的是化学变化，两者供电原理不同，D错误；答案选C．【趁热打铁】【陕西省西安市“八校”2018届高三联考】微生物燃料电池是指在微生物的作用下将化学能转化为电能的装置。某微生物燃料电池的工作原理如图所示，下列说法正确的是（）A．HS-在硫氧化菌作用下转化为SO42-

的反应为:HS-+4H2O-8e-==SO42-+9H+B．电子从b流出，经外电路流向aC．如果将反应物直接燃烧,能量的利用率不会变化D．若该电池电路中有0.4mol

电子发生转移，则有0.5molH+通过质子交换膜【答案】A【解析】由图可知硫酸盐还原菌可以将有机物氧化成二氧化碳，而硫氧化菌可以将硫氢根离子氧化成硫酸根离子，所以两种细菌存在，就会循环把有机物氧化成CO2放出电子，负极上HS-在硫氧化菌作用下转化为SO42-，失电子发生氧化反应，电极反应式是HS-+4H2O-8e-=SO42-+9H+；正极上是氧气得电子的还原反应：4H++O2+4e-=2H2O。A、负极上HS-在硫氧化菌作用下转化为SO42-，失电子发生氧化反应，电极反应式是HS-+4H2O-8e-=SO42-+9H+，选项A正确；B、b是电池的正极，a是负极，电子从a流出，经外电路流向b，选项B错误；C、如果将反应物直接燃烧,部分能量转化为光能或热能等，能量的利用率发生变化，选项C错误；D、根据电子守恒，若该电池有0.4mol电子转移，有0.4molH+通过质子交换膜，选项D错误。答案选A。【例2】【吉林省实验中学2018高三一模】如图是利用一种微生物将废水中的有机物(如淀粉)和废气NO的化学能直接转化为电能，下列说法中一定正确的是（）A．质子透过阳离子交换膜由右向左移动B．与X相连接是用电器标有“＋”的接线柱C．M电极反应式：(C6H10O5)n＋7nH2O－24ne－===6nCO2↑＋24nH＋D．当M电极微生物将废水中16.2g淀粉转化掉时，N电极产生134.4LN2（标况下）【答案】C有葡萄糖，葡萄糖属于燃料，在负极M上失电子发生氧化反应，电极反应式为：（C6H10O5）n+7nH2O-24ne-═6nCO2↑+24nH+，故C正确；D．每转化掉16.2g淀粉（即0.1nmol）时，转移电子数为2.4mol，N电极产生0.6mol氮气，在标准状况下的体积为13.44L，故D错误．答案选C。【趁热打铁】【山东省菏泽市第一中学2018届高三12月月考】H2S废气资源化利用途径之一是回收能量并得到单质硫。反应原理为：2H2S(g)+O2(g)=S2(s)+2H2O(l)H＝-632kJ·mol-1。右图为质子膜H2S燃料电池的示意图。下列说法不正确的是（）A．电路中每流过2mol电子，电池内部释放316kJ热能B．每34gH2S参与反应，有2molH+经质子膜进入正极区C．电极a为电池的负极D．电极b上发生的电极反应为：O2+4e+4H+＝2H2O【答案】A1．燃料电池负极反应式书写新方法：零价法（1）方法说明燃料电池中，燃料在负极发生失电子的氧化反应，即电池反应中燃料作还原剂。如果将还原剂中各元素记为“零价”，而氧化产物中各元素的化合价均已确定，就可以计算出单位燃料被氧化所失去的净电子数，从而书写出负极反应式。（2）具体步骤燃料电池中，由于知道燃料在负极发生失电子的氧化反应，假定1mol燃料参与反应，先确定失去的净电子总数，再由电池所处的化学环境及电荷守恒、质量守恒，直接写出电池负极反应式。其书写规律因为燃料物质种类的不同而有细微差别。下面根据几种不同类型的燃料进一步加以说明。（3）应用实例①烃类燃料电池，如甲烷燃料电池eq\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(酸性：CH4－8e－＋2H2O=CO2＋8H＋,碱性：CH4－8e－＋10OH－=COeq\o\al(2－,3)＋7H2O))②含氧有机物燃料电池，如甲醇燃料电池eq\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(酸性：CH4O－6e－＋H2O=CO2＋6H＋,碱性：CH4O－6e－＋8OH－=COeq\o\al(2－,3)＋6H2O))③肼类燃料电池eq\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(酸性：N2H4－4e－=N2↑＋4H＋,碱性：N2H4－4e－＋4OH－=N2↑＋4H2O))2．充电电池问题的解答方法（1）分析建模（2）速判电极方程式正误的判断方法①查“三对应”：一是位置对应，即氧化反应只能在电解池的阳极或原电池的负极发生，还原反应只能在电解池的阴极或原电池的正极发生；二是H＋、OH－与介质酸碱性的对应，即酸性介质，电极产物中不应有OH－；碱性介质，电极产物中不应有H＋；三是电极名称与电化学装置类型是否对应，即原电池中是正极、负极，电解池中是阴极、阳极。②查“三守恒”：即电极反应式是否满足质量守恒、电荷守恒和得失电子守恒。【例】【北京师范大学附属中学2018届高三上学期期中】铅蓄电池是常见的二次电池，电池总反应为：Pb+PbO2+2H2SO42PbSO4+2H2O，下列说法正确的是（）A．放电时PbO2发生氧化反应B．放电时的负极反应式为Pb+SO42--2e-=PbSO4C．充电时电解质溶液的质量减少D．充电时的阴极反应式为PbSO4+2H2O-2e-==PbO2+SO42-+4H+【答案】B误区警示：原电池电极反应式的书写除注意正确判断正、负极外，还应充分考虑介质的影响。一般而言，中性溶液中反应物不可出现H+和OH一；酸性溶液中反应物、生成物不会有OH一；碱性溶液中反应物、生成物不会有H+；水溶液中不会出现O2－。特别要注意的是介质还能影响正、负极的改变，如Mg－A1－NaOH原电池中，Mg为正极，Al为负极。考向二电解（1）考纲要求了解电解池的工作原理，能写出常见的电极反应和电解反应方程式；.知道电解在氯碱工业、精炼铜、电镀、电冶金等方面的应用；认识电能转化为化学能的实际意义。（2）命题规律电解池是高考的常考考考点，大多数情况以选择题的形式出现，有时也与氧化还原反应等结合，以大题的形式考查。主要考查角度有：①根据电解现象判据电源正、负极，并进一步考查离子移向，电极反应及简单计算；②根据电源正、负极考查电解相关基础知识；③电解原理在工农业生产中应用。【例1】【2017新课标2卷】用电解氧化法可以在铝制品表面形成致密、耐腐蚀的氧化膜，电解质溶液一般为混合溶液。下列叙述错误的是（）A．待加工铝质工件为阳极B．可选用不锈钢网作为阴极C．阴极的电极反应式为：D．硫酸根离子在电解过程中向阳极移动【答案】C说法正确。【名师点睛】本题考查电解原理的应用，如本题得到致密的氧化铝，说明铝作阳极，因此电极方程式应是2Al−6e−＋3H2O=Al2O3＋6H＋，这就要求学生不能照搬课本知识，注意题干信息的挖掘，本题难度不大。【例2】【2017新课标1卷】支撑海港码头基础的钢管桩，常用外加电流的阴极保护法进行防腐，工作原理如图所示，其中高硅铸铁为惰性辅助阳极。下列有关表述不正确的是（）A．通入保护电流使钢管桩表面腐蚀电流接近于零B．通电后外电路电子被强制从高硅铸铁流向钢管桩C．高硅铸铁的作用是作为损耗阳极材料和传递电流D．通入的保护电流应该根据环境条件变化进行调整【答案】C【解析】本题使用的是外加电流的阴极保护法，钢管柱与电源的负极相连，被保护。A．外加强大的电流可以抑制金属电化学腐蚀产生的电流，从而保护钢管柱，A正确；B．通电后，被保护的钢管柱作阴极，高硅铸铁作阳极，因此外电路电子被强制从高硅铸铁流向钢管桩，B正确；C．高硅铸铁为惰性辅助阳极，所以高硅铸铁不损耗，C错误；D．通过外加电流抑制金属电化学腐蚀产生的电流，因此通入的保护电流应该根据环境条件变化进行调整，D正确。答案选C。【名师点睛】该题难度较大，明确电化学原理是以及金属的防腐蚀原理是解答的关键，钢管桩表面腐蚀电流的理解是难点，注意题干信息的挖掘，即高硅铸铁为惰性辅助阳极，性质不活泼，不会被损耗。一、电解池原理1、定义在电流作用下，电解质在两个电极上分别发生氧化反应和还原反应的过程。2、能量转化形式电能转化为化学能。3、准确判定阴阳极，确保思路正确（1）根据所连接的外加电源判断，与直流电源正极相连的为阳极，与直流电源负极相连的为阴极。（2）根据电子流动方向判断，电子流动方向为电源负极流向阴极，阳极流向电源正极。（3）根据电解池里电解质溶液中离子的移动方向判断，阳离子向阴极移动，阴离子向阳极移动。（4）根据电解池两极产物判断，一般情况下：①阴极上的现象是：析出金属(质量增加)或有无色气体(H2)放出；②阳极上的现象是：有非金属单质生成，呈气态的有Cl2、O2或电极质量减小(活性电极作阳极)。4、电解产物的判断①首先判断阴、阳极，分析阳极材料是惰性电极还是活泼电极。②再分析电解质水溶液的组成，找全离子并分阴、阳两组(不要忘记水溶液中的H＋和OH－)。③然后排出阴、阳两极的放电顺序阴极：阳离子放电顺序：Ag＋>Fe3＋>Cu2＋>H＋(酸)>Fe2＋>Zn2＋>H＋(水)>Al3＋>Mg2＋>Na＋>Ca2＋>K＋。阳极：活泼电极>S2－>I－>Br－>Cl－>OH－>含氧酸根离子。【提示】（1）处理有关电解池两极产物的问题，一定要先看电极是活性电极还是惰性电极。活性电极在阳极放电，电极溶解生成相应的金属离子，此时阴离子在阳极不放电。对于惰性电极，则只需比较溶液中定向移动到两极的阴阳离子的放电顺序即可。（2）根据阳离子放电顺序判断阴极产物时，要注意下列三点：①阳离子放电顺序表中前一个c(H＋)与其他离子的浓度相近，后一个c(H＋)很小，来自水的电离；②Fe3＋得电子能力大于Cu2＋，但第一阶段只能被还原到Fe2＋；③Pb2＋、Sn2＋、Fe2＋、Zn2＋控制一定条件(即电镀)时也能在水溶液中放电；Al3＋、Mg2＋、Na＋、Ca2＋、K＋只有在熔融状态下放电。5、电子和离子的移动方向二、电解规律1、用惰性电极电解电解质溶液的规律（1）电解水型电解质(水溶液)电极方程式电解物质总化学方程式电解质浓度溶液pH溶液复原含氧酸(如H2SO4)阳极：4OH－－4e－=O2↑＋2H2O阴极：4H＋＋4e－=2H2↑H2O2H2OO2↑＋2H2↑增大减小加H2O强碱(如NaOH)增大加H2O活泼金属的含氧酸盐(如KNO3、Na2SO4)不变加H2O（2）电解电解质型电解质(水溶液)电极方程式电解物质总化学方程式电解质浓度溶液pH溶液复原无氧酸(如HCl)，除HF外阳极：2Cl－－2e－=Cl2↑阴极：2H＋＋2e－=H2↑酸2HClH2↑＋Cl2↑减小增大通入HCl气体不活泼金属的无氧酸盐(如CuCl2)，除氟化物外阳极：2Cl－－2e－=Cl2↑阴极：Cu2＋＋2e－=Cu盐CuCl2Cu＋Cl2↑加CuCl2固体（3）放H2生碱型电解质(水溶液)电极方程式电解物质总化学方程式电解质浓度溶液pH溶液复原活泼金属的无氧酸盐(如NaCl)阳极：2Cl－－2e=Cl2↑－阴极：2H＋＋2e－=H2↑水和盐2Cl－＋2H2OCl2↑＋H2↑＋2OH－生成新电解质增大通入HCl气体（4）放O2生酸型电解质(水溶液)电极方程式电解物质总化学方程式电解质浓度溶液pH溶液复原不活泼金属的含氧酸盐(如CuSO4)阳极：4OH－－4e－=2H2O＋O2↑阴极：2Cu2＋＋4e－=2Cu水和盐2Cu2＋＋2H2O2Cu＋O2↑＋4H＋生成新电解质减小加CuO或CuCO32、电解电极反应方程式的书写（1）电解方程式的书写步骤以写出用石墨作电极电解CuSO4溶液的电极反应式及总的电解方程式为例。第一步：明确溶液中存在哪些离子。阳离子：Cu2＋、H＋；阴离子：OH－、SO42‾。第二步：判断阴阳两极附近离子种类及离子放电顺序。阴极：Cu2＋>H＋；阳极：OH－>SO42‾。第三步：写电极反应式和总的电解方程式。阴极：2Cu2＋＋4e－=2Cu；阳极：2H2O－4e－O2↑＋4H＋。根据得失电子数相等，两极反应式相加得总方程式：2CuSO4＋2H2O2Cu＋O2↑＋2H2SO4。（2）做到“三看”，正确书写电极反应式①一看电极材料，若是金属(Au、Pt除外)作阳极，金属一定被电解(注Fe生成Fe2＋)。②二看介质，介质是否参与电极反应。③三看电解质状态，若是熔融状态，就是金属的电冶炼。三、电解的应用1、电解饱和食盐水制取氯气和烧碱(氯碱工业)（1）氯碱工业的主要原料是食盐，由于粗盐中含有泥沙、Ca2＋、Mg2＋、SO42－等杂质离子，对生产设备造成损坏，影响产品的质量，故必须进行精制。①化学方法a．依次加入沉淀剂BaCl2、Na2CO3、NaOH溶液，每次所加试剂都必须稍稍过量以便使相应离子完全沉淀。b．过滤。c．滤液中加盐酸：调节溶液pH值为4～6，CO32－＋2H＋=CO2↑＋H2O。②离子交换法：对于上述处理后的溶液，需送入离子交换塔，进一步通过阳离子(Na＋)交换树脂除去残存的Ca2＋、Mg2＋，以达到技术要求。（2）精制的饱和食盐水中存在着Na+、Cl-、H+、OH-四种离子，用石墨作电极，通电时H+和Cl-优先放电，电极反应式为阳极：2Cl－－2e－=Cl2↑，阴极：2H＋＋2e－=H2↑总反应：2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑。2、电镀（1）概念：电镀是利用电解原理在某些金属表面镀上一薄层其他金属或合金的过程。（2）形成条件：①电解时，镀层金属作阳极；②镀件作阴极；③含镀层金属离子的电解质溶液作电镀液；③用直流电源。（3）特征：①阳极本身放电被氧化；②宏观上看无新物质生成；③电解液的总量、浓度、pH均不变。3、电冶炼电解熔融电解质，可炼得活泼金属。如：电解熔融NaCl时，电极反应式为：阳极：2Cl－－2e－=Cl2↑阴极：2Na＋＋2e－=2Na，总反应式为：2NaCl2Na＋Cl2↑。4、电解精炼电解精炼粗铜时，阳极材料是——粗铜，阴极材料是——精铜，电解质溶液是CuSO4溶液(或Cu(NO3)2溶液)。长时间电解后，电解质溶液必须补充。【例1】【江西省南昌市二中2018届高三上学期第五次月考】电解Na2PbCl4溶液，生成Pb，装置如下图，下列说法不正确的是（）A．阴极的电极反应式为PbCl42-+2e-=Pb+4Cl-B．电解一段时间后，Na2PbCl4浓度极大下降，可加入PbO恢复其浓度C．电解过程中阳极溶液的pH减小，阴极的pH保持不变D．电路中通过0.2mol，则阴极的质量增加20.7g【答案】C确；D．Pb～2e-，电路中通过0.2mole-，则阴极增加0.1molPb，阴极的质量增加20.7g，故D正确。故选C。【趁热打铁】【宁夏长庆高级中学2018届高三第四次月考】用电解氧化法可以在铝制品表面形成致密、耐腐蚀的氧化膜，电解质溶液一般为混合溶液。下列叙述错误的是（）A．待加工铝质工件为阳极B．硫酸根离子在电解过程中向阳极移动C．可选用不锈钢网作为阴极D．阴极的电极反应式为：【答案】D【解析】用电解氧化法在铝制品表面形成致密、耐腐蚀的氧化膜，铝失电子发生氧化反应生成氧化铝，所以铝质工件为阳极，故A正确；电解池中阴离子移向