2011高考化学考前强化知识点专项能力突破：基本理论 第4讲 电化学

第4讲 电化学
1．原电池、电解池、电镀池判定
精要阐释：
（1）若无外接电源，可能是原电池，然后根据原电池的形成条件判定；
（2）若有外接电源，两极插入电解质溶液中，则可能是电解池或电镀池，当阳极金属与电解质溶液中的金属离子相同则为电镀池；
（3）若为无明显外接电源的串联电路，则应利用题中信息找出能发生自发氧化还原反应的装置为原电池。
母题典范：按下图装置进行实验，并回答下列问题：
⑴判断装置的名称：A池为___________ ；B池为______________。
⑵锌极为__________极，电极反应式为_________________________；
铜极为__________极，电极反应式为_________________________；
石墨棒C1为______极，电极反应式为________________________；
石墨棒C2附近发生的实验现象为_______________________________。
⑶当C2极析出224mL气体（标准状态时，锌的质量变化（增加或减少）_________g.CuSO4溶液的质量变化了（增加或减少了）_________g 。
思路与解析：本题集原电池、电解池两大电化学内容于一体，意在考查考生对电化学基本原理的运用。试题涉及了装置判断、电极反应式的书写、实验现象的预测和电极产物的量的变化的计算等多个考点。
A池中Zn、Cu放入CuSO4溶液中构成原电池，B池中两个电极均为石墨电极，在以A为电源的情况下构成电解池，即A原电池带动B电解池，A池中Zn负极，Cu为正极，B池中C1为阳极，C2为阴极、析出H2，周围OH-富集，酚酞变红，且
，故电路上转移电子的物质的量为0.01mol×2=0.02mol，根据得失电子守恒锌极有0.01molZn溶解，即Zn极重量减少0.01mol×65g/mol=0.65g。铜极上有0.01molCu析出，即CuSO4溶液增加了0.01mol×(65g/mol-64g/mol)=0.01g。
答案：⑴A为原电池 B为电解池 ；
⑵Zn为负极 Zn-2e-=Zn2+； Cu为正极 Cu2++2e-=Cu C1为正极 2Cl-2e-=Cl2↑；
C2极发生的现象为：有无色气体产生，附近溶液出现红色；
⑶Zn质量减少0.65g，CuSO4溶液增加0.01g。
应对策略：区分两个相连的装置是原电池还是电解池关键是判断哪一个装置中有自发进行的氧化还原反应，然后才能以此为起点判断其它内容。
变式练习 下列装置中，a5是铁电极，其余为石墨电极, 烧杯中液体体积均为100 mL，
放置一段时间后（溶质都有剩余），有关叙述不正确的是（不考虑溶液体积变化）（ ）
A．a2电极上有亮红色固体
B．a1、a3电极上产生的物质，物质的量比是1:2
C．丙中的SO42-向a6电极移动
D．当装置电路中有6.02×1021个电子通过时，乙中溶液的pH是13
解析：丙装置是原电池，其中a5为负极，a6为正极硫酸根离子是阴离子，应向a5极（负
极）移动，C选项有误。
答案：C
2．掌握原电池电极名称的判断及电极反应式书写
精要阐释：
（1）原电池电极名称的判断
①根据电极材料的性质确定：金属—金属电极，活泼金属是负极，不活泼金属是正极；
金属—非金属电极，金属是负极，非金属是正极；金属—化合物电极，金属是负极，化合物是正极。
②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。
（2）电极反应式书写
①明确电池的负极反应物是电极本身还是其他物质、反应产物及化合价的变化；
②确定电池的正极反应物是电解质溶液中的离子，还是其他物质（如溶有或通入的氧气）；
③判断是否存在特定的条件（如介质中的微粒H+、OH- 非放电物质参加反应），进而推断电解质溶液的酸碱性的变化；
④总的反应式是否满足质量守恒、得失电子守恒、电荷守恒。
母题典范：有关右图装置的叙述不正确的是( )。
A．这是一个原电池装置
B．该装置中Pt为正极，电极反应为：O2 ＋ 2H2O ＋ 4e－4OH－
C．该装置中Fe为阴极，电极反应为：Fe－2e－＋ 2OH－Fe(OH)2
D．溶液中会出现红褐色的沉淀。
思路与解析：本题考查原电池的基本原理，需调用“构成条件”、“电极反应和实验现象判断”等多个内容来甑别选项。
铁和铂两种活动性不同的金属，放在电解质溶液NaOH溶液中，组成原电池，A正确；通入O2，发生类似于吸氧腐蚀的变化。Fe作负极，电极反应为：Fe－2e－＋ 2OH－Fe(OH)2，Pt为正极，电极反应为：O2 ＋ 2H2O ＋ 4e－4OH－，所以B正确C不正确；Fe(OH)2会和空气中的O2继续反应生成Fe(OH)3：4Fe(OH)2 + O2 + 2H2O = 4Fe(OH)3，出现白色沉淀变为灰绿色最终变成红褐色的现象，所以D正确。
答案：C
应对策略： 解这类题目的常见方法：一是判断原电池形成的条件(具有活动性不同的两
种电极材料(金属和金属或金属和非金属)、与电解质溶液接触、有导线相连组成闭合回路，或具备将化学能转化成电能的条件)；二是正确书写原电池电极反应方程式：①负氧正还；②要注意溶液的酸碱性，适当的在电极方程式两边添加H+、OH-、H2O，以遵循电荷守恒和质量守恒；③要注意电极反应产物是否与电解质溶液发生反应。
变式练习 生物燃料电池（BFC）是以有机物为燃料，直接或间接利用酶作为催化剂的
一类特殊的燃料电池，其能量转化效率高，是一种真正意义上的绿色电池，其工作原理如图所示。
已知C1极的电极反应式为： C2H5OH+3H2O－12e－===2CO2+12H+。下列有关说法不正
确的是（ ）
A．C1极为电池负极，C2极为电池正极
B．C2极的电极反应式为O2+4H+ +4e－===2H2O
C．该生物燃料电池的总反应为：C2H5OH+3O2===2CO2+3H2O
D．电子由C2极经外电路导线流向C1极
解析：在原电池里，电子应从负极流出经外电路流入正极，此电池的负极是C1极，故
D有误。
答案：D
3．掌握用惰性电极电解电解质溶液的规律
精要阐释：
①电解水型：含氧酸、强碱、活泼金属的含氧酸盐（如NaOH、H2SO4、K2SO4溶液等）的电解。
阴极：4 H+ + 4 e— = H2↑ 阳极：4 OH——4 e— = 2 H2O + O2↑
总反应：2 H2O 2H2↑+ O2↑
②分解电解质型：无氧酸（除HF外），不活泼金属的无氧酸盐（氟化物除外）（CuCl2、HCl溶液）的电解（以CuCl2为例）。
阴极：Cu2+ + 2 e— = Cu 阳极：2 Cl— —2 e— = Cl2↑
总反应：CuCl2 Cu +Cl2↑
③放氢生碱型：活泼金属的无氧酸盐（氟化物除外）（如NaCl、MgBr2等溶液）的电解。
例NaCl溶液的电解：
阴极：2 H2O +2 e— = H2↑+ 2 OH— 阴极：2 Cl— -2 e— = Cl2↑
总反应：2 NaCl + 2 H2O H2↑+ Cl2↑+ 2 NaOH
④放氧生酸性：不活泼金属的含氧酸盐（如CuSO4、AgNO3等溶液）的电解；以CuSO4溶液为例：
阴极：2 Cu2+ +4 e— = 2 Cu 阳极：4 OH— -4 e— = 2 H2O + O2↑
总反应：2 CuSO4 + 2 H2O O2↑+ 2 Cu + 2 H2SO4
母题典范：钒（V）及其化合物广泛应用于工业催化、新材料和新能源等领域．全钒液流储能电池是利用不同价态离子对的氧化还原反应来实现化学能和电能相互转化的装置，其原理如题图所示．
（1）当左槽溶液逐渐由黄变蓝，其电极反应式为 ．
（2）充电过程中，右槽溶液颜色逐渐由 色变为 色．
（3）放电过程中氢离子的作用是 和 ；充电时若转移的电子数为3.011023个，左槽溶液中n(H+)的变化量为 ．
答案：（见解析）
应对策略：电化学试题的分析一般是从化合价着手，对于原电池，化合价升高的作为负极，化合价降低的作为正极，两极方程式相加即可得总反应。对于电解池，化合价升高作为阳极，降低的作为阴极。两者之间的关系是：正极反应式颠倒即为阳极反应式，负极反应式颠倒即为阴极反应式。
变式练习 为减小和消除CO2对环境的影响，一方面世界各国都在限制其排放量，另一方面科学家加强了对CO2创新利用的研究。最近有科学家提出“绿色自由”构想：把空气吹入碳酸钾溶液，然后再把CO2从溶液中提取出来，经化学反应后使之变为可再生燃料甲醇。“绿色自由”构想技术流程如下：
（1）在合成塔中，若有4.4kg CO2与足量H2恰好完全反应，可放出4947 kJ的热量，
试写出合成塔中发生反应的热化学方程式是 。
（2）以甲醇为燃料制作新型燃料电池，电池的正极通入O2，负极通入甲醇，在酸性溶
液中甲醇与氧作用生成水和二氧化碳。该电池负极发生的反应是：
CH3OH + H2O － 6e－ ==== CO2 + 6H+
则正极发生的反应是 ；放电时，H＋移向电池的 （填
“正”或“负”）极。
（3）常温常压下，饱和CO2水溶液的pH=5.6，c(H2CO3)=1.5×10－5 mol·L－1。若忽略水的电离及H2CO3的第二级电离，则H2CO3HCO3－＋H+ 的平衡常数K = 。（已知：10－5.6=2.5×10－6）
（4）常温下，0.1 mol·L－1NaHCO3溶液的pH大于8，则溶液中c(H2CO3) c(CO32－) (填“＞”、“＝”或“＜”)，原因是 （用离子方程式和必要的文字说明）。
（5）小李同学拟用沉淀法测定空气中CO2的体积分数，他查得CaCO3、BaCO3的溶度
积（Ksp）分别为4.96×10－9、2.58×10－9。小李应该选用的试剂是___________________。
解析：解答本题的关键是在吸收题干信息后，要能够清晰理解题给流程图，并有序清
理出如下信息：先用饱和碳酸钾溶液吸收空气中的CO2，以转化成KHCO3,然后让KHCO3
在分解池中分解出CO2，最后让CO2在合成塔中与H2反应生成甲醇。
答案： （1）CO2（g）+3H2（g）=== CH3OH（g）+H2O（g） ΔH＝－49．47kJ/mol
（2）O2 + 4H+ + 4e－ ＝2 H2O 正
（3）4.2×10－7 mol·L－1
（4）＞ 因为既存在 HCO3－CO32－＋H+ 也存在HCO3－＋H2OH2CO3＋OH－、
而HCO3－的水解程度大于电离程度
（5）Ba（OH）2（或NaOH溶液和BaCl2溶液）
【限时演练】
1．生活中下列处理方法正确的是（ ）
A．冬天在汽车水箱中加乙二醇抗冻 B．蚂蚁叮咬的红肿处涂沫苯酚止痒
C．纺织品上的油渍用烧碱溶液清洗 D．把铁器具浸入水中隔绝空气防生锈
解析：水中加入乙二醇后，其凝固点显著降低，可防止水结冰，故可抗冻；苯酚本身有
毒，不能用来止痒；烧碱溶液有强腐蚀性，不能用来洗纺织品上的油渍；把铁器具浸入水中，
水中溶有氧气，不能防生锈。
答案：A
2．化学与科学、技术、社会、环境密切相关。下列有关说法中错误的是（ ）
A．北京天安门的烟花是某些金属元素焰色反应所呈现出来的色彩
B．加热能杀死甲型H1N1流感病毒是因为病毒的蛋白质受热变性
C．太阳能电池板中的硅在元素周期表中处于金属与非金属的交界位置
D．废旧电池应集中回收，并填埋处理。
解析：废旧电池中含Zn2+、Ge2+、Hg2+等有害成分，若填埋处理，会污染环境。
答案：D
3．某容器中发生一个化学反应，反应过程中存在As2S3、HNO3、H2SO4、NO、H3AsO4、
H2O六种物质，已知As2S3是反应物之一。下列有关判断不正确的是（ ）
A．该容器中发生了氧化还原反应
B．该反应中HNO3、H2O是反应物，H2SO4、NO、H3AsO4是生成物
C．该反应中只有砷元素被氧化、氮元素被还原
D．HNO3、H2SO4、H3AsO4均属于元素最高价氧化物对应的水化物
解析：因为As2S3是反应物，则另一含As的化合物H3AsO4必为生成物，已知As2S3
被氧化，所以HNO3是氧化剂，为反应物。方程式为3As2S3+28HNO3+4H2O =9H2SO4+ 6H3AsO4+28NO。
答案：C
4．甲、乙、丙分别为三个烧杯中分别装有稀硫酸、氯化铜溶液、饱和食盐水，把用导
线连接的锌片和铜片插入甲，把分别与直流电源正、负极相连的C1、C2插入乙，把分别与直流电源正、负极相连的C3、铁片插入丙（C1、C2 、C3为石墨电极）。则下列叙述正确的是（ ）
A．甲、丙装置是化学能转变为电能，乙装置是电能转变为化学能
B．C 1、C2分别是阳极、阴极，锌片、铁片上都发生氧化反应
C．C1和C3放出的气体相同，铜片和铁片上放出的气体也相同
D．甲、乙中溶液的pH逐渐升高，丙中溶液的pH逐渐减小
解析：甲、乙、丙分别为原电池、电解池、电解池。甲是化学能转变为电能，乙、丙
是电能转变为化学能。甲中锌片为负极，铜片为正极，乙中C 1、C2分别是阳极、阴极，丙
中C3、铁片分别是阳极、阴极。
答案：C
5．如图所示的装置中，a、b都是惰性电极，通电一段时间后，b极附近的溶液首先变
红，则下列说法正确的是（ ）
A．X是正极，Y是负极，CuSO4溶液的pH逐渐变小
B．X是正极，Y是负极，CuSO4溶液的pH保持不变
C．X是负极，Y是正极，CuSO4溶液的pH逐渐变小
D．X是负极，Y是正极，CuSO4溶液的pH保持不变
解析：b极附近的溶液变红，说明b极为阴极，a极为阳极，X是正极，Y是负极，Pt
为阳极，Cu为阴极。
答案：A
6．为证明铁的金属活动性比铜强，某同学设计了如下一些方案：
方 案 现象或产物
① 将铁片置于CuSO4溶液中 铁片上有亮红色物质析出
② 将铁丝和铜丝分别在氯气燃烧 产物分别为FeCl3和CuCl2
③ 将铁片和铜片分别放入热浓硫酸中 产物分别为Fe2(SO4)3和CuSO4
④ 将铜片置于FeCl3溶液中 铜片逐渐溶解
⑤ 将铁片和铜片置于盛有稀硫酸的烧杯中，并用导线连接 铁片溶解，铜片上有气泡产生
能根据现象或产物证明铁的金属活动性比铜强的方案一共有（ ）
A．2种 B．3种 C．4种 D．5种
解析：铁、铜的金属活动性比较即两者的还原性比较，②、④铁和铜均发生类似反应而无法比较，③中反倒是铜有现象而铁无现象，唯有①、⑤具有可比性。
答案：A
7．下图有关电化学的示意图正确的是（ ）
A． B. C. D.
解析：A中正负极标注错误；B中两烧杯里电解质溶液位置放反；C中粗铜应作阳极。
答案：D
8．右图中X为电源，Y为浸透饱和食盐水和酚酞试液的滤纸，
滤纸中央滴有一滴KMnO4溶液，通电后Y中央的紫红色色斑向d端移动。下列判断正确的是（ ）
A．烧杯溶液中的SO42－向Cu电极定向移动
B．Cu电极质量减小，Pt电极质量增大
C．烧杯中的溶液pH先减小，后增大
D．滤纸上c点附近会变红色
解析：由紫红色色斑向d端移动可推知：b为电源的负极，a为电源的正极，由此推知d为阳极，c为阴极，Cu电极为阴极，Pt电极为阳极。烧杯中的情况实质为用惰性电极电解硫酸铜溶液，Cu电极析出Cu故质量增加，Pt电极产生O2，溶液pH减小。滤纸上为用惰性电极电解氯化钠溶液，c点附近碱性增强，酚酞变红色。
答案：D
9．电解原理在化学工业中有广泛应用。下图表示一个电解池，装有电解液a；X、Y是两块电极板，通过导线与直流电源相连。请回答以下问题：
(1)若X、Y都是惰性电极，a是饱和NaCl溶液，实验开始时，同时在两边各滴入几滴酚酞试液，则：
①电解池中X极上的电极反应式为_________________________________________。在X极附近观察到的现象是__________________。
②Ｙ电极上的电极反应式为_________________________________________，检验该电极反应产物的方法是___________________________。
(2)如要用电解方法精炼粗铜，电解液a选用CuSO4溶液，则：
①X电极的材料是__________________，电极反应式为__________________。
②Y电极的材料是__________________，电极反应式为__________________。（说明：杂质发生的电极反应不必写出）
解析：与电源正极相连的电极为阳极，发生氧化反应。与电源负极相连的电极为阴极，发生还原反应；分析题意，X作阴极，溶液中的H+在X极放电，产生H2，电极反应为2H++2e－=H2↑，由于H+减少，破坏水的电离平衡，使X极附近存在大量OH－使滴有酚酞的溶液变红色。Y作阳极，发生的反应为2Cl－－2e－=Cl2↑，利用湿润的KI—淀粉试纸变蓝色，可以检验Cl2的存在。
(2)若用电解方法，精炼粗铜，即得到纯度更高的铜单质；电解质溶液中必须含有Cu2+，发生Cu2++2e－=Cu，还原反应；要求电极材料，X极为纯铜，Y极材料为粗铜，电极反应式：Cu－2e－=Cu2+，氧化反应。
答案：(1)①2H++2e－=H2↑ 放出气体，溶液变红。②2Cl－－2e－=Cl2↑ 把湿润的碘化钾淀粉试纸放在Y电极附近观察试纸是否变蓝色。(2)①纯铜 Cu2++2e－=Cu
②粗铜 Cu－2e－====Cu2+
10．Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆ、Ｇ是由短周期元素组成的七种物质，其中Ｂ、Ｃ、Ｆ是单质；常温下Ｂ（在标准状况下1LB的质量约为3.17g）、Ｃ、Ｅ为气体；Ａ和F物质的焰色反应呈黄色。（下图中反应②的部分产物未表示出来。）
?各物质间的转化关系
根据上图所示转化关系回答：
? （1）经测定G属于离子化合物，其电子式为___________；
? （2）已知经反应②能得到3种产物，请写出该反应的的化学方程式：
___________ ；
??（3）气体C能与水反应，其反应的离子方程式为 ；
（4）这七种物质中含有共价键的有___________ （用化学式回答）。
答案：
（1）Na＋[∶H]－
（2）2NaOH 2Na＋H2↑＋O2↑
（3）Cl2＋H2O＝H＋＋Cl－＋HclO
（4）Ｈ2、Cl2、NaOH、HCl
11． A、B、C、D、E、F属于短周期主族元素。A的原子半径是短周期中最大，B元素的原子最外层电子数为m，次外层电子数为n，C元素的原子L层电子数为m+n，M层电子数m－n，D元素与C元素同主族，E元素原子与B元素原子的核外电子数之比为2:1，F的一种原子中，质量数与质子数之差为零。
（1）B2－的离子结构示意图 ，DE2的电子式 。
（2）A、B形成的简单离子的半径由大到小的顺序为 （用具体符号表示）；
（3）由D、F可以构成的最简单的化合物W，取356g分子式为W·9H2O的化合物，将其释放的W完全燃烧生成液态水，可放出1780.6kJ的热量，则W燃烧的热化学方程式为
；
（4）Fe(NO3)3溶液中通入过量EB2反应的离子方程式为：
；
（5）设计出燃料电池使液化石油气氧化直接产生电流是新世纪最富有挑战性的课题之一。有人制造了一种燃料电池，一个电极通入富含B单质的气体和少量DB2，另一电极通入液化石油气（以C4H10表示）电池的电解质是熔融K2CO3。电池的负极反应式为
，电池工作时，电解质里的CO32－向 极移动。
解析：A的原子半径是短周期中最大，A为Na；C元素的原子L层必为第2层，即m+n=8，且n=2，m=6，所以B为O元素，C元素为Si；D与C同主族，只能为碳；E元素原子与B元素原子的核外电子数之比为2:1，故E为硫；F的一种原子中，质量数与质子数之差为零，因此，F是氢。
答案：
（2）O2—＞Na+（3分）
（3）CH4(g)+2O2(g)==CO2(g)+2H2O(l)；△H=-890.3kJ·mol-
（4）Fe3++3NO3-+5SO2+4H2O=Fe2++5SO42-+3NO↑+8H+
（5）C4H10—26e-+13CO32-=17CO2+5H2O
Zn
C2
Cu
C1
A
B
CuSO4溶液
KCl酚酞溶液
思路与解析：
甲醇
高温水蒸气
N2、O2
H2
溶液
空气
盛有饱和K2CO3
溶液的吸收池
分解池
合成塔
（2×105Pa、300℃、
铬锌触媒）
电解
熔融