2025届高考化学一轮复习专题讲座五从原理和事实出发对阴阳极上放电纠偏教案新人教版

PAGE7-专题讲座(五)从原理和事实动身，对阴、阳极上放电纠偏eq\x(纠偏1)阴离子能在阴极上放电吗？阴极发生得电子的还原反应，体现出放电离子的氧化性，一些阴离子的氧化性比较强，当条件合适时确定可以在阴极放电。(2024·安徽江南十校联考节选)离子液体是一种室温熔融盐，为非水体系，由有机阳离子、Al2Cleq\o\al(－,7)和AlCleq\o\al(－,4)组成的离子液体作电解液时，可在钢制品上电镀铝。钢制品应接电源的________极，已知电镀过程中不产生其他离子且有机阳离子不参加电极反应，阴极电极反应式为____________________。若改用AlCl3水溶液作电解液，则阴极产物为________。解析：电镀时钢制品应作阴极，故应接电源的负极；目的是在钢制品上镀铝，故阴极有Al产生，依据电荷守恒写出阴极反应式为4Al2Cleq\o\al(－,7)＋3e－=Al＋7AlCleq\o\al(－,4)；若运用AlCl3水溶液则是H＋在阴极放电，产生H2。答案：负4Al2Cleq\o\al(－,7)＋3e－=Al＋7AlCleq\o\al(－,4)H2[即时训练]1．(2024·江苏·20·节选)铁炭混合物(铁屑和活性炭的混合物)、纳米铁粉均可用于处理水中污染物。铁炭混合物在水溶液中可形成很多微电池。将含有Cr2Oeq\o\al(2－,7)的酸性废水通过铁炭混合物，在微电池正极上Cr2Oeq\o\al(2－,7)转化为Cr3＋，其电极反应式为________________________________________________________________________。解析：Cr2Oeq\o\al(2－,7)→Cr3＋，Cr化合价降低得电子，结合题目为酸性环境，故电极反应式为Cr2Oeq\o\al(2－,7)＋6e－＋14H＋=2Cr3＋＋7H2O。答案：Cr2Oeq\o\al(2－,7)＋6e－＋14H＋=2Cr3＋＋7H2O很多具有氧化性的阴离子可以在电解池的阴极得电子发生还原反应，在高考题中须要特殊关注NOeq\o\al(－,3)、MnOeq\o\al(－,4)、Cr2Oeq\o\al(2－,7)等在特定环境下具有氧化性的阴离子eq\o(。,\s\do4(,))eq\x(纠偏2)阳离子能在阳极放电吗？阳极发生失电子的氧化反应，本质是放电离子还原性的体现，某些处于较低价态阳离子具有较强的还原性，可以在阳极放电发生氧化反应。(2014·全国卷Ⅱ·27·节选)铝及其化合物可用于蓄电池、耐酸设备及X­射线防护材料。回答下列问题：PbO2也可以通过石墨为电极，Pb(NO3)2和Cu(NO3)2的混合溶液为电解液电解制取。阳极发生反应的电极反应式为____________________，阴极上视察到的现象是______________________；若电解液中不加入Cu(NO3)2，阴极发生的电极反应式为________________，这样做的主要缺点是______________。解析：从试验目的来看应由Pb2＋价态上升变为PbO2，阳极电极反应式为Pb2＋＋2H2O－2e－=PbO2↓＋4H＋；阴极反应式为Cu2＋＋2e－=Cu，故阴极石墨上有红色物质析出。只有Pb(NO3)2溶液时，阴极反应为Pb2＋＋2e－=Pb，导致Pb2＋的利用率降低(没有全部转化为产物PbO2)。答案：Pb2＋＋2H2O－2e－=PbO2↓＋4H＋石墨上有红色物质析出Pb2＋＋2e－=Pb不能有效利用Pb2＋[即时训练]2．用FeCl3酸性溶液脱除H2S后的废液，通过限制电压电解得以再生。某同学运用石墨电极，在不同电压(x)下电解pH＝1的0.1mol/LFeCl2溶液，探讨废液再朝气理。记录如下(a、b、c代表电压值)序号电压/V阳极现象检验阳极产物Ⅰx≥a电极旁边出现黄色，有气泡产生有Fe3＋、有Cl2Ⅱa>x≥b电极旁边出现黄色，无气泡产生有Fe3＋、无Cl2Ⅲb>x>0无明显变更无Fe3＋、无Cl2(1)甲同学由Ⅰ推想：Fe2＋在阳极放电产生Fe3＋。这种推想是否正确，并说明缘由：________________________________________________________________________。(2)乙同学由Ⅱ推想，Fe3＋产生的缘由还可能是Fe2＋在阳极放电，其电极反应式为________________________________________________________________________。(3)Ⅱ中虽未检测出Cl2，但Cl－在阳极是否放电仍需进一步验证。电解pH＝1的NaCl溶液做比照试验，记录如下：序号电压/V阳极现象检验阳极产物Ⅳa>x≥c无明显变更有Cl2Ⅴc>x≥b无明显变更无Cl2与Ⅱ对比，通过限制电压验证了Fe2＋________(填“先于”“后于”或“同时”)Cl－放电。解析：(1)这种推想是错误的，Fe3＋也可能是由Cl2氧化Fe2＋产生的。(2)试验Ⅱ没有Cl2产生，所以Fe3＋不行能是Fe2＋被Cl2氧化而来，只可能是Fe2＋在阳极放电被氧化反应而来，故电极反应式为Fe2＋－e－=Fe3＋。(3)对比试验Ⅱ和Ⅳ，发觉Fe2＋在阳极放电变为Fe3＋所需的电压比Cl－在阳极放电产生Cl2所需电压更低，故电解时Fe2＋先于Cl－在阳极放电。答案：(1)不正确，Cl2氧化Fe2＋也会产生Fe3＋(2)Fe2＋－e－=Fe3＋(3)先于阳离子可以在阳极放电，有些还原性较强的离子(如Fe2＋)甚至可能先于阴离子反应。而这恰好是符合氧化还原反应规律的(还原性：Fe2＋>Cl－)eq\o(。,\s\do4(,))eq\x(纠偏3)含氧酸根离子会参加电极反应吗？(2024·全国卷Ⅰ·27·节选、改编)制备Na2S2O5也可采纳三室膜电解技术，装置如图所示，其中SO2碱汲取液中含有NaHSO3和Na2SO3。(1)阳极的电极反应式为_________________________________________________。(2)电解后，________室的NaHSO3浓度增加。(3)b室的________(填“NaHSO3”或“Na2SO3”)浓度增加，缘由是________________________________________________________________________________________________________________________________________________(用电极反应式说明)。解析：(1)阳极区为H2SO4溶液，故阳极反应式为2H2O－4e－=O2↑＋4H＋。(2)电解后阳极区域产生的H＋透过阳离子交换膜进入a室，发生反应SOeq\o\al(2－,3)＋H＋=HSOeq\o\al(－,3)(SOeq\o\al(2－,3)结合H＋实力比HSOeq\o\al(－,3)强)使a室的NaHSO3浓度增加。(3)b室为阴极区，电极反应式为2HSOeq\o\al(－,3)＋2e－=H2↑＋2SOeq\o\al(2－,3)(H＋主要来自于HSOeq\o\al(－,3)的电离)，故b室的Na2SO3浓度增加。答案：(1)2H2O－4e－=O2↑＋4H＋(2)a(3)Na2SO32HSOeq\o\al(－,3)＋2e－=H2↑＋2SOeq\o\al(2－,3)(3)中的阴极反应式特别特殊，HSOeq\o\al(－,3)参加电极反应，但却是其中的H元素价态发生了变更。发生电极反应时可能并不是中心元素的价态发生变更eq\o(！,\s\do4(,))纠偏4分子有可能参加电极反应吗？电解NO制备NH4NO3，其工作原理如图所示，为使电解产物全部转化为NH4NO3，需补充物质A，A是____________，说明理由：________________________________________________________________________________________________________________________________________________。解析：视察图示转化，结合电极反应的对应关系得出，阴极：NO＋5e－＋6H＋=NHeq\o\al(＋,4)＋H2O；阳极：NO－3e－＋2H2O=NOeq\o\al(－,3)＋4H＋。总反应式为8NO＋7H2O=3NH4NO3＋2HNO3，故A中应通入NH3，把多余的HNO3转变为NH4NO3。答案：NH3视察图示转化中应通入NH3把多余的HNO3转变为NH4NO3[即时训练]3．(2024·清华高校领军安排暨自主招生化学试题)利用电解产生的H2O2处理含氨废水(电解前用酸调pH＝5)的装置如图，下列推断错误的是()A．可用硫酸调整废水的pHB．N2不是阴极产物，而是双氧水氧化氨的产物C．阴极O2的消耗与阳极O2的产生量相同D．电路中通过3mol电子时除去废水中17gNH3C[依据题目叙述和图示得出：阳极反应式为2H2O－4e－=4H＋＋O2↑，阴极反应式为O2＋2e－＋2H＋=H2O2。N2不是阴极产物，而是双氧水氧化氨的产物，即2NH3＋3H2O2=N2＋6H2O，故B正确；从电极反应式看出阴极O2消耗量与阳极O2产生量为2∶1，故C错误。]当条件合适的状况下，电中性的分子也有可能参加电极反应eq\o(。,\s\do4(,))专题讲座(六)电化学转化效率的计算装置、过程和效率是电化学探讨的三驾马车，作为电化学重要组成的效率问题，教材中出现了比能量和比功率的定义，但很少引起关注，思则有备，有备无患，刚好修复学问体系的漏洞，避开失分是特别重要的。eq\x(策略一)理清法拉第常数与阿伏加德罗常数的关系电化学中传递电子的数量是计算的核心，宏观测量的电流强度和时间，通过法拉第常数或阿伏加德罗常数都能获得电子的物质的量。1个电子电量是1.6×10－19C,1mol电子数约为6.02×1023,1mol电子所带电量的确定值即F＝6.02×1023mol－1×1.6×10－19C＝96320C/mol，试题中常常供应的数值为F＝96500C/mol。电源或电池供应电量Q＝I·t(留意单位：电流强度为A，时间为s)，n(e－)＝eq\f(I×t,F)。若试题中没有供应法拉第常数，可以将电量除以1个电子所带的电量得到电子个数，再除以阿伏加德罗常数得到电子物质的量，即n(e－)＝eq\f(I×t,1.6×10－19C×6.02×1023mol－1)。以石墨为电极，用电流强度为I(安培)的直流电电解足量RCly的水溶液，tmin后，精确测得电极上析出ng金属R，设金属R的摩尔质量为Mg/mol，则阿伏加德罗常数的计算式可表示为(每个电子电量：1.6×10－19C)()A．NA＝eq\f(MIt,2n×1.6×10－19) B．NA＝eq\f(60tIM,n×1.6×10－19)C．NA＝eq\f(60tIM,yn×1.6×10－19) D．NA＝eq\f(MIt,yn×1.6×10－19)C[阴极析出金属，电极反应式为Ry＋＋ye－=RMgymolngn(e－)将n(e－)＝eq\f(I×t×60s,1.6×10－19C×NAmol－1)代入eq\f(Mg,ng)＝eq\f(ymol,ne－)，整理得NA＝eq\f(60tIM,yn×1.6×10－19)。]eq\x(策略二)利用题中新定义信息逆向求解1．比能量：电池单位质量或单位体积所输出电能的多少[单位：(W·h)/kg或(W·h)/L]。单位质量或体积指表达式中质量或体积处在分母位置，从单位看是kg或L。电池理论产生的电能处在表达式的分子位置，计算公式W＝U×I×t＝U×Q＝P×t，其中W是电功，单位为焦耳(J)；U是电压，单位为伏特(V)；I是电流，单位为安培(A)；t是时间，单位为秒(s)；Q是电量，单位为库仑(C)，P是功率，单位为瓦(W)，1kW·h＝3.6×106J。2．比功率：电池单位质量或单位体积所输出功率的大小[单位：(W)/kg或(W)/L]，P＝UI。3．电流利用效率＝eq\f(负载利用电量,电池输出电量)×100%，负载利用电量是通过电解计算出转移电子物质的量，电池输出电量是电流表和钟表测定值Q＝I·t，再通过法拉第常数将Q转化为电子物质的量。二甲醚干脆燃料电池具有启动快、效率高等优点，其能量密度高于甲醇干脆燃料电池(5.93kW·h·kg－1)。电解质为酸性，该电池的理论输出电压为1.20V，能量密度E＝________(列式计算。能量密度＝eq\f(电池输出电能,燃料质量)，已知F＝96500C/mol1kW·h＝3.6×106J)。解析：由能量密度定义表达式和单位可知，求解的关键问题是求出电池输出电能即电功。假设消耗1kg的CH3OCH3，依据W＝U×Q,1molCH3OCH3中2NA－2价碳被氧化为＋4价CO2，转移12mol电子，1kgCH3OCH3反应产生的电量Q＝eq\f(1000g,46g/mol)×12×96500C/mol，W＝U×Q＝1.2V×eq\f(1000g,46g/mol)×12×96500C/mol所得电功单位是J，须要换算成kW·h，W＝1.2V×eq\f(1000g,46g/mol)×12×96500C/mol÷3.6×106J/(kW·h)，能量密度＝eq\f(电池输出电能,燃料质量)＝eq\f(1.2V×\f(1000g,46g/mol)×12×96500C/mol,1kg×3.6×106J/kW·h)＝8.39(kW·h)/kg。答案：8.39(kW·h)/kgeq\x(策略三)物质与能量两大角度题型归纳训练化学变更过程同时存在着物质和能量变更，同时遵守质量守恒和能量守恒。原电池和电解池电极反应式干脆计算属于志向状态，不考虑效率问题，若用实际析出物质数据计算，因存在其他副反应，要考虑电流效率问题。eq\x(类型一)理论物质消耗和析出的相关计算酸性锌锰干电池是一种一次性电池，外壳为金属锌，中间是碳棒，其四周是由碳粉、二氧化锰、氯化锌和氯化铵等组成的糊状填充物。该电池在放电过程产生MnOOH，维持电流强度为0.5A，电池工作5min，理论消耗Zn________g。(已知F＝96500C/mol)解析：锌是活泼金属，为负极，电极反应式：Zn－2e－=Zn2＋65g2molmn(e－)eq\f(65g,m)＝eq\f(2mol,ne－)将n(e－)＝eq\f(Q,F)＝eq\f(I×t,F)＝eq\f(0.5A×5×60s,96500C/mol)代入解得m＝0.05g。答案：0.05有一个铅蓄电池最初有100gPb和100gPbO2，加入过量的硫酸，发生如下反应：Pb＋PbO2＋2H2SO4=2PbSO4＋2H2O。理论上，一个电池可以放电到其中一个电极完全耗尽为止。假如不再充电，电池工作到反应完全，若该电池放电电流为1.00A。通过计算求：(1)正、负极的电极材料中，________极先消耗完。(2)理论上该电池放电最长时间是多少小时？(已知F＝96500C/mol)解析：(1)Pb被氧化作负极，n(Pb)＝eq\f(100g,207g/mol)＝0．483mol，PbO2被还原作正极，n(PbO2)＝eq\f(100g,239g/mol)＝0．418mol，n(Pb)>n(PbO2)，正极先消耗完。(2)Q＝n(e－)·F＝0.418mol×2×96500C/molQ＝I×t，t＝eq\f(Q,I)＝eq\f(0.418mol×2×96500C/mol,1.00A×3600s/h)＝22.41h答案：(1)正(2)22.41heq\x(类型二)能量转化效率的相关计算若用放电电流强度I＝2.0A的电池工作10min，电解精炼铜得到铜0.32g，则电流利用效率为________(保留小数点后一位)。(已知：F＝96500C/mol，电流利用效率＝eq\f(负载利用电量,电池输出电量)×100%)解析：通过电流利用效率表达式可知，负载利用电量用来电解精炼，电池输出电量是电流表和钟表测定值。电解精炼铜得到铜0.32g时，n(Cu)＝eq\f(0.32g,64g/mol)＝0.005mol，电解消耗的电量Q＝2×0.005mol×96500C/mol＝965