专题12-电化学(教案)-高三期末化学大串讲(原卷版)

专题12电化学一．原电池工作原理1．工作原理示意图(以铜锌原电池为例)2．原电池电极的判断3.原电池的负极一般，在原电池反应中活泼金属作负极包含两层含义：(1)“活泼”是指相对活泼而不是绝对活泼。(2)在大部分原电池反应中，金属活动性较强的一极作负极，另一电极作正极。但在某些特殊条件下例外，例如：①冷的浓硝酸作电解质溶液，金属铁或铝与金属铜作电极时，铁或铝在冷的浓硝酸中钝化，金属活动性弱的铜与浓硝酸发生氧化反应作负极。②NaOH溶液作电解质溶液，金属镁与金属铝作电极时，因铝能与NaOH溶液反应，作负极，而金属活动性强的镁只能作正极。4.原电池的设计从理论上讲，能自发进行的氧化还原反应均可以设计成原电池，实际设计时应注意以下几点：⑴负极(还原性较强的物质)；⑵正极是活动性较差的金属或能导电的非金属；⑶电解质溶液：两电极浸入电解质溶液中，阴离子移向负极，阳离子移向正极。例1关于下列各装置图的叙述不正确的是A．用图①装置实现铁上镀铜，a极为铜，电解质溶液可以是CuSO4溶液B．图②装置盐桥中KCl的Cl－移向乙烧杯C．图③装置中钢闸门应与外接电源的负极相连获得保护D．图④两个装置中通过导线的电子数相同时，消耗负极材料的物质的量不同例2锌-空气电池（原理如下图）适宜用作城市电动车的动力电源。该电池放电时Zn转化为ZnO。该电池工作时下列说法正确的是（）A．该电池的正极反应为Zn-2e-+2OH-=Zn(OH)2B．该电池放电时电子经氢氧化钾溶液向石墨电极移动C．该电池的锌电极是负极D．氧气在石墨电极上发生氧化反应二．原电池原理的应用1．加快氧化还原反应的速率例如：在锌与稀硫酸反应时加入少量CuSO4溶液，能使产生H2的速率加快。2．比较金属活动性强弱3．设计化学电池例如：以Fe＋CuCl2=FeCl2＋Cu为依据，设计一个原电池。(1)将氧化还原反应拆成氧化反应和还原反应两个半反应，分别作原电池的负极和正极的电极反应式。负极：Fe－2e－=Fe2＋，正极：Cu2+＋2e－=Cu。(2)确定电极材料若发生氧化反应的物质为金属单质，可用该金属直接作负极；若发生氧化反应的为气体(如H2)或溶液中的还原性离子，可用惰性电极(如Pt、碳棒)作负极。发生还原反应的电极材料一般不如负极材料活泼。本例中可用Fe作负极，用铂丝或碳棒作正极。(3)确定电解质溶液一般选用反应物中的电解质溶液即可，如本例中可用CuCl2溶液作电解液。(4)构成闭合回路：将电极用导线连接，使之构成闭合回路。4．电化学防护：牺牲阳极的阴极保护法——利用原电池原理①负极(阳极)是作保护材料的金属；②正极(阴极)是被保护的金属设备。例3研究电化学腐蚀及防护的装置如右图所示。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↑三．电极反应式的书写总的原则同化学方程式的书写：先写反应物，再写生成物，根据化合价标出得失电子数，再根据电荷守恒和物料守恒配平，同时注意溶液的酸碱性。1.先确定原电池的正、负极，列出正、负极上的反应物质，并标出相同数目电子的得失。2.注意负极反应生成的阳离子与电解质溶液中的阴离子是否共存。若不共存，则该电解质溶液中的阴离子应写入负极反应式；若正极上的反应物质是O2，且电解质溶液为中性或碱性，则水必须写入正极反应式中，且O2生成OH－，若电解质溶液为酸性，则H＋必须写入正极反应式中，O2生成水。3.正、负极反应式相加得到电池反应的总反应式。若已知电池反应的总反应式，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，即得到较难写出的另一极的电极反应式。4.燃料电池电极反应中，酸性溶液中不能出现OH－，碱性溶液中不能出现H＋，水溶液中不能出现O2－，而熔融电解质中O2被还原为O2－。例4利用如图所示装置(电极均为惰性电极)可吸收SO2，并用阴极排出的溶液吸收NO2。下列关于该装置的四种说法，正确的组合是①.a为直流电源的负极②.阴极的电极反应式为：2HSO3-+2H++2e-=S2O42-+2H2O③.阳极的电极反应式为：SO2+2H2O-2e-=SO42-+4H+④.电解时，H+由阴极室通过阳离子交换膜到阳极室A．①和②B．①和③C．②和③D．③和④例5右图1为甲烷和O2构成的燃料电池示意图，电解质溶液为KOH溶液，图2为电解AlCl3溶液的装置，电极材料均为石墨。用该装置进行实验，反应开始后观察到x电极附近出现白色沉淀。下列说法正确的是A．图2中Y电极为阴极B．图2中总反应的化学方程式为：2AlCl3+6H2O22Al(OH)3↓+3Cl2↑+3H2↑C．图1中电解质溶液的pH增大D．图1中的a电极反应式为：CH4-8e-+8OH-=CO2+6H2O四．用惰性电极电解电解质溶液规律总结1．电解水型电解质(水溶液)电极反应式电解物质总反应式电解质浓度溶液pH溶液复原含氧酸(如H2SO4)(如KNO3、Na2SO4)阳极：4OH－－4e－=O2↑+2H2O阴极：4H＋＋4e=2H2↑水2H2Oeq\o(=,\s\up7(电解),\s\do5())O2↑＋2H2↑增大减小加H2O强碱(如NaOH)增大加H2O活泼金属的含氧酸盐不变加H2O2.电解电解质型电解质(水溶液)电极方程式电解物质总反应式电解质浓度溶液pH溶液复原无氧酸(如HCl)除HF外阳极：2Cl－－2e－=Cl2↑阴极：2H＋＋2e－=H2↑酸2HCleq\o(=,\s\up7(电解))Cl2↑＋H2↑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CuCl2eq\o(=,\s\up7(电解),\s\do5())Cu＋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反应式电解质浓度溶液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－＋2H2Oeq\o(=,\s\up7(电解))Cl2↑＋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反应式电解质浓度溶液pH溶液复原不活泼金属的含氧酸盐(如CuSO4)阳极：4OH－－4e－=O2↑＋2H2O阴极：2Cu2＋＋4e－=2Cu水和盐2Cu2＋＋2H2Oeq\o(=,\s\up7(电解))2Cu＋O2↑＋4H＋生成新电解质减小加CuO或CuCO3例6利用LiOH和钴氧化物可制备锂离子电池正极材料。可用电解LiCl溶液制备LiOH，装置如下图所示。下列说法正确的是A．电极B连接电源正极B．A极区电解液为LiCl溶液C．阳极反应式为：2H2O+2e-=H2↑+2OH-D．每生成1molH2，有1molLi+通过该离子交换膜例7最近有研究人员发现了一种处理高浓度乙醛废水的新方法一隔膜电解法，乙醛分别在阴、阳极发生反应，转化为乙醇和乙酸。实验室以一定浓度的乙醛—Na2SO4溶液为电解质溶液，模拟乙醛废水的处理过程，其装置如图所示。下列说法正确的是A．电解过程中，两极除分别生成乙酸和乙醇外，均产生了无色气体，则阳极产生的是O2B．阳极反应为CH3CHO-2e-+2H+=CH3COOH+H2OC．电解过程中，阴极区Na2SO4的物质的量增大D．若以CH4—空气燃料电池为直流电源，燃料电池的b极应通入空气五．电解原理的应用1.电解饱和食盐水⑴电极反应阳极：2Cl－－2e－=Cl2↑(反应类型：氧化反应)。阴极：2H＋＋2e－=H2↑(反应类型：还原反应)。⑵总反应方程式：2NaCl＋2H2Oeq\o(=,\s\up7(电解))2NaOH＋H2↑＋Cl2↑；离子方程式：2Cl－＋2H2Oeq\o(=,\s\up7(电解))2OH－＋H2↑＋Cl2↑。 【名师点拨】①NaCl溶液中的Na+、H+在通电后向阴极移动，H+放电，使水的电离平衡右移，OH－浓度增大，如果NaCl溶液中加了酚酞，阴极先变红。②阳离子交换膜(以电解NaCl溶液为例)，只允许阳离子(Na＋)通过，而阻止阴离子(Cl－、OH－)和分子(Cl2)通过，这样既能防止H2和Cl2混合爆炸，又能避免Cl2和NaOH溶液作用生成NaClO影响烧碱质量。2.电解精炼铜电解装置电极反应电极材料阳极粗铜（含Zn、Fe、Ni、Ag、Au）Cu-2e-=Cu2+Zn-2e-=Zn2+Fe-2e-=Fe2+粗铜中的Ag、Au不反应，沉积在电解池底部形成阳极泥阴极纯铜Cu2++2e-=Cu电解质溶液CuSO4溶液Cu2+浓度减小3.电镀(Fe表面镀Cu)阴极：镀件（Fe）阳极：镀层金属（Cu）电解质溶液：含镀层金属离子的溶液（含Cu2＋的盐溶液）4.电冶金利用电解熔融盐的方法来冶炼活泼金属Na、Ca、Mg、Al等。⑴冶炼钠2NaCl(熔融)eq\o(=,\s\up7(电解))2Na＋Cl2↑电极反应阳极：2Cl－－2e－=Cl2↑；阴极：2Na＋＋2e－=2Na。⑵冶炼镁MgCl2(熔融)eq\o(=,\s\up7(电解))Mg＋Cl2↑电极反应阳极：2Cl－－2e－=Cl2↑；阴极：Mg2＋＋2e－=Mg。⑶冶炼铝2Al2O3(熔融)eq\o(=,\s\up7(电解),\s\do5(NaAlF6))4Al＋3O2↑电极反应阳极：6O2－－12e－=3O2↑；阴极：4Al3＋＋12e－=4Al。例8碳酸二甲酯(CH3O)2CO]是一种具有发展前景的“绿色”化工产品，电化学合成碳酸二甲酯的工作原理如图所示（加入两极的物质均是常温常压下的物质）。下列说法正确的是A．H+由石墨2极通过质子交换膜向石墨l极移动B．石墨l极发生的电极反应为：2CH3OH+CO-e-===(CH3O)2CO+H+C．石墨2极与直流电源正极相连D．电解一段时间后，阴极和阳极消耗的气体的物质的量之比为l∶2例9直接电解吸收是烟气脱硝的一种有效方法。用6%的稀硝酸吸收NOx会生成亚硝酸，再将吸收液导入电解槽使之转化为硝酸。电解装置如下(阴、阳离子可通过隔膜,但分子不能通过):下列说法不正确的是A．吸收NOx的过程涉及氧化还原反应B．石墨电极为颗粒状，可增大接触面积，提高电解效率C．当b极上产生2.8L(标准状况)H2时，转移的电子数为0.5NA(设NA为阿伏加德罗常数的数值)D．极的电极反应式为HNO2-2e-+H2O=3H++N03-六.原电池、电解池、电镀池的比较原电池电解池电镀池定义将化学能转变成电能的装置将电能转变成化学能的装置应用电解原理在某些金属表面镀上一层其它金属的装置。一种特殊的电解池。装置举例形成条件①活动性不同的两电极(连接)②电解质溶液(电极插入其中并与电极自发反应)③形成闭合回路①两电极接直流电源②两电极插人电解质溶液③形成闭合回路①镀层金属接电源正极，待镀金属接电源负极②电镀液必须含有镀层金属的离子电极名称负极：较活泼金属；正极：较不活泼金属(或能导电的非金属等)阳极：电源正极相连的电极阴极：电源负极相连的电极阳极：镀层金属；阴极：镀件电子流向负极正极电源负极阴极电源正极阳极电源负极阴极电源正极阳极电极反应负极（氧化反应）：金属原子失电子；正极（还原反应）：溶液中的阳离子得电子阳极（氧化反应）：溶液中的阴离子失电子，或金属电极本身失电子；阴极（还原反应）：溶液中的阳离子得电子阳极（氧化反应）：金属电极失电子；阴极（还原反应）：电镀液中阳离子得电子离子流向阳离子：负极→正极（溶液中）阴离子：负极←正极（溶液中）阳离子→阴极（溶液中）阴离子→阳极（溶液中）阳离子→阴极（溶液中）阴离子→阳极（溶液中）例10膜技术原理在化工生产中有着广泛的应用，有人设想利用电化学原理制备少量硫酸和绿色硝化剂N2O5，装置图如下。下列说法不正确的是A．X是原电池，能够生产硫酸;Y是电解池，能够生产N2O5B．C电极的电极反应方程式为N2O4+2HNO3-2e-=2N2O5+2H+C．当电路中通过2mole，X、Y中各有