2021届高考化学三轮复习 考前10天 电化学

　　一、原电池、电解池、电镀池的比较
原电池
电解池
电镀池
装置
举例
电极
反应
类型
或材料
负极:氧化反应;
正极:还原反应
阳极:氧化反应;
阴极:还原反应
阳极:镀层金属;
阴极:镀件;　　
电镀液:含镀层
金属阳离子
　
离子
移动
方向
阳离子移向正极,阴离子移向负极
阳离子移向阴极,阴离子移向阳极
(1)同一原电池的正、负极反应式中得、失电子数相等;(2)同一电解池的阴、阳极反应式中得、失电子数相等;(3)串联电路中各个电极得、失电子数相等
　　注意:某离子在哪一极参与电极反应,就向哪一极迁移。例如,Mg+NaClO+H2OMg(OH)2+NaCl设计成原电池,ClO-向正极迁移并发生还原反应。
　　二、
燃料电池
燃料一定在负极反应,书写燃料电池电极反应时一定要注意介质的性质,如甲醇燃料电池的电极反应式。
(1)酸性介质,如H2SO4溶液
负极:CH3OH-6e-+H2OCO2+6H+。正极:O2+6e-+6H+3H2O。
(2)碱性介质,如KOH溶液
负极:CH3OH-6e-+8OH-C+6H2O。正极:O2+6e-+3H2O6OH-。
(3)熔融盐介质,如K2CO3
负极:CH3OH-6e-+3C4CO2+2H2O。正极:O2+6e-+3CO23C。
(4)掺杂Y2O3的ZrO3固体作电解质,在高温下能传导O2-
负极:CH3OH-6e-+3O2-CO2+2H2O。正极:O2+6e-3O2-。
总之,电极反应式的书写要注意通过介质调节电荷。
　　三、钢铁的腐蚀
类型
吸氧腐蚀
析氢腐蚀
条件
水膜酸性不强
水膜呈较强酸性
正极反应(C)
O2+2H2O+4e-
4OH-
2H++2e-H2↑
负极反应(Fe)
Fe-2e-Fe2+
总反应式
2Fe+O2+2H2O
2Fe(OH)2
Fe+2H+
Fe2++H2↑
金属腐蚀的快慢
电解池引起的腐蚀(作阳极)>原电池引起的腐蚀(作负极)>一般金属的腐蚀>有防护措施的金属腐蚀
　　四、电解池中离子的放电顺序
1.阳极
(1)用锌、铁、铜、银等金属作电极,金属本身失电子形成阳离子进入溶液。
(2)用石墨、金、铂等惰性电极,溶液中的阴离子失电子,放电顺序为无氧酸根离子(S2-、I-、Br-、Cl-)>OH->含氧酸根离子(N、S等)。
2.阴极
在一般的电解条件下,水溶液中含有多种阳离子时,它们在阴极上放电顺序为Ag+>Hg2+>Fe3+>Cu2+>H+(酸中)>Pb2+>Sn2+>Fe2+>Zn2+>H+(水中)>Al3+>Mg2+>Na+>Ca2+>K+。
　　易错点一　原电池正、负极的判断及电极反应式的书写
1.原电池的正、负极判断方法
依据项目
负极判断方法
正极极判断方法
电极材料
活泼金属或燃料电池的通燃料极
不活泼金属或燃料电池的通氧气极
化学反应
还原剂所在电极
氧化剂所在电极
各种流向
电子流出极、电流流入极、阴离子流向极
电子流入极、电流流出极、阳离子流向极
反应现象
溶解或变细的电极
变粗的或有气泡冒出的电极
　　2.电极反应式的书写方法
(1)电极反应式的书写的关键是先根据题目要求写出总的反应方程式,然后根据氧化还原反应原理将总反应方程式分为氧化反应和还原反应两个半反应方程式。
(2)书写电极反应式应充分注意介质影响
①中性溶液反应物中若是H+得电子或OH-失电子,H+和OH-均来自水的电离,但生成物中可能有H+和OH-。
②酸性溶液反应物、生成物中均无OH-;碱性溶液反应物、生成物中均无H+;水溶液中不能出现O2-。
③熔盐电池中,有时熔盐的离子也会参与反应。
(3)书写原电池的电极反应的步骤
①根据题目意思先写出总反应方程式(注意电解质溶液是否参与反应),然后将还原剂和氧化产物单独列出写出负极反应式,注意要确保电子守恒。
②观察书写的负极反应式前后的离子,通过添加H+、OH-或熔盐的离子使式子前后的电荷守恒,再通过添加水使反应前后的原子守恒。
③最后用总反应方程式减去负极反应式得到正极反应式。
【纠错训练1】一种酒精检测仪的工作原理示意图如下。下列说法正确的是(　　)。
A.X极是负极,发生还原反应
B.工作时外电路电流方向为XY
C.Y极反应式为O2+4e-+4H+2H2O
D.电池总反应为CH3CH2OH+3O22CO2+3H2O
【解析】
X极是负极,发生氧化反应,A项错误;工作时外电路电流方向为由正极Y
经导线流向负极X,B项错误;由于电解质溶液为酸性介质,故Y极反应式为O2+4e-+4H+2H2O,C项正确;由图示可知,电池总反应为2CH3CH2OH+O22CH3CHO+2H2O,D项错误。
【答案】C
　　易错点二　电解池的应用
1.确定阴、阳极的方法
依据项目
阳极判断方法
阴极判断方法
外接电源
与电源正极相连的电极
与电源负极相连的电极
化学反应
活性金属或阴离子发生氧化反应所在电极
阳离子发生还原反应所在电极
各种流向
电子流出极、电流流入极、阴离子流向极
电子流入极、电流流出极、阳离子流向极
反应现象
溶解或变细的电极
变粗的电极
　　2.电极反应式的书写
电极反应式的书写首先根据题干要求及信息判断出阴、阳极,阳极一定要分析电极是否参加反应(除金、铂外,其他金属作阳极均参加反应),然后结合离子放电顺序分析放电的粒子,根据“阳氧阴还”加上得失电子数目,并结合电解质溶液酸碱性补上H+、OH-或H2O,最后依据电荷守恒配平。
3.电解后溶液pH的变化
若为电解水型则酸性溶液的pH减小,碱性溶液的pH增大,中性溶液的pH不变;单独放氢则生碱,即pH增大;单独放氧则生酸,即pH减小。
4.电解后电解质溶液的复原
电解后若要使溶液恢复到电解前的状态,则遵循“走谁加谁”的原则。
溶液
NaOH
H2SO4
Na2SO4
CuCl2
HCl
NaCl
CuSO4
析出
物质
H2、O2
H2、O2
H2、O2
Cu、Cl2
H2、Cl2
H2、Cl2
Cu、O2
复原添
加物
水
水
水
CuCl2
HCl
HCl
CuO
　　【纠错训练2】国家有色金属工业“十三五”发展规划要求,再生铅占铅总量比重到2020年升至45%。从废旧铅蓄电池中回收铅的工艺流程为,电解原理如图所示。下列说法错误的是(　　)。
A.电解过程中阳极附近的pH明显增大
B.阴极电极反应式为PbC+2e-Pb+4Cl-
C.电路中通过2
mol电子时,阴极可得207
g铅
D.Na2PbCl4浓度下降后,在阴极区加入PbO,可实现电解质溶液的再生使用
【解析】阳极发生氧化反应,电极反应式为2H2O-4e-4H++O2,不断产生H+,故阳极附近的pH明显减小,A项错误;阴极发生还原反应,电解Na2PbCl4生成Pb,Pb元素得电子化合价降低,电极反应式为PbC+2e-Pb+4Cl-,B项正确;根据阴极电极反应式PbC+2e-Pb+4Cl-可知,电路中通过2
mol电子,则生成1
mol(207
g)Pb,C项正确;根据阴极电极反应式和原理图可知,电解一段时间后阴极区为HCl、NaCl的混合溶液,结合工艺流程可知,在阴极区加入PbO,可实现电解质溶液的再生使用,D项正确。
【答案】A
　　易错点三　电化学的计算
1.根据电子守恒法计算:用于串联电路、阴阳两极产物、正负两极产物、相同电荷量等类型的计算,其依据是电路上转移的电子数相等。
2.根据总反应式计算:先写出电极反应式,再写出总反应式,最后根据反应式列比例式计算。
3.根据关系式计算:由得失电子守恒关系建立计算所需的关系式——已知量与未知量之间的桥梁。串联电路中各电极得失电子数相等,即电路中通过的电量(电子总数)相等。通常存在下列物质的量关系:H2~Cl2~O2
~Cu
~
2Ag
~
2H+
~
2OH-~
2e-。
【纠错训练3】把物质的量均为0.1
mol的AlCl3、CuCl2和H2SO4溶于水制成100
mL的混合溶液,用石墨作电极电解,并收集两电极所产生的气体,一段时间后在两极收集到的气体在相同条件下体积相同。下列叙述正确的是(　　)。
A.阳极得到的气体中有O2且为0.35
mol
B.铝元素仅以Al(OH)3的形式存在
C.阴极质量增加3.2
g
D.电路中共转移0.9
mol电子
【解析】用惰性电极电解,阴极反应式为Cu2++2e-Cu,2H++2e-H2↑;阳极反应式为2Cl--2e-Cl2↑,4OH--4e-2H2O+O2↑。①当电路中通过0.2
mol
e-时,阴极Cu2+放电完毕,析出0.1
mol
Cu,阳极产生0.1
mol
Cl2。②当电路中通过0.4
mol
e-时,阴极H+放电完毕,产生0.1
mol
H2,阳极产生0.2
mol
Cl2。③当电路中通过0.5
mol
e-时,此时相当于电解氯化氢,阴极产生0.15
mol
H2,阳极产生0.25
mol
Cl2。④当电路中通过的e-大于0.5
mol时,实际上是电解水,2H2O2H2↑+O2↑,因两极收集到的气体体积相等,则电解水时产生的氢气要比氧气多0.1
mol,即电解水时产生0.2
mol
H2、0.1
mol
O2,转移0.4
mol
e-,整个过程转移电子0.9
mol。阳极得到0.25
mol
Cl2、0.1
mol
O2,A项错误;铝元素以Al3+和Al(OH)3的形式存在,B项错误;阴极质量增加6.4
g,C项错误。
【答案】D
1.我国科学家研制一种新型锂-石墨双离子电池,以此电池为电源,电解MnSO4溶液制备活性正极材料MnO2,装置如图所示。
下列说法错误的是(　　)。
A.甲池将化学能转化成电能
B.甲池工作时Li+向石墨极迁移
C.乙池中石墨1极的电极反应式为Mn2++2H2O-2e-MnO2+4H+
D.乙池放出11.2
L(标准状况)气体时,甲池负极减少7
g
【解析】甲池是原电池,将化学能转化为电能,A项正确;甲池工作时,石墨极为正极,Li+向正极迁移,B项正确;乙池中石墨1极为阴极,石墨2极为阳极,在阳极上生成MnO2,C项错误;乙池中石墨1极的电极反应式为2H++2e-H2↑,n(H2)=0.5
mol,转移电子n(e-)=1
mol,锂比铝活泼,甲池负极反应式为Li-e-Li+,m(Li)=7
g,D项正确。
【答案】C
2.南京工业大学IAM团队将蚕茧炭化形成氮掺杂的高导电炭材料,该材料作为微生物燃料电池的电极具有较好的生物相容性,提升了电子传递效率。利用该材料制备的微生物电池可降解污水中的有机物(以CH3CHO为例),其装置原理如图所示。下列判断错误的是(　　)。
A.该微生物电池在处理废水时还能输出电能
B.该微生物电池工作时,电子由a极经负载流到b极
C.该微生物电池原理图中的离子交换膜为阴离子交换膜
D.该微生物电池的负极反应为CH3CHO+3H2O-10e-2CO2↑+10H+
【解析】由题给示意图可知,微生物电池中,a电极为电池的负极,酸性条件下乙醛在负极失去电子发生氧化反应生成二氧化碳,电极反应式为CH3CHO+3H2O-10e-2CO2↑+10H+,b电极为正极,氧气在正极上得到电子发生还原反应生成水,电极反应式为O2+4H++4e-2H2O。该微生物电池在处理废水时,将化学能转化为电能,能输出电能,A项正确;该微生物电池工作时,电子由负极(a极)经负载流到正极(b极),B项正确;由分析可知,负极上乙醛放电生成的氢离子经质子交换膜流向正极,C项错误。
【答案】C
3.约翰·B·古迪纳夫是钴酸锂二次电池的发明人,电解质LiPF6溶于混合有机溶剂,装置如图所示,放电过程反应为xLi+Li1-xCoO2LiCoO2。
下列说法正确的是(　　)。
A.放电时,电子由R极流出,经电解质流向Q极
B.放电时,正极反应式为xLi++Li1-xCoO2+xe-LiCoO2
C.充电时,电源b极为负极
D.充电时,R极净增14
g时转移1
mol电子
【解析】放电时,电子由R极流出,经外电路流向Q极,电子只能在导线上迁移,离子只能在电解质中迁移,A项错误;放电时,Q极上发生还原反应,电极反应式为xLi++Li1-xCoO2+xe-LiCoO2,B项正确;充电时,Q极为阳极,阳极与电源正极相连,b极为正极,C项错误;充电时,R极的电极反应式为Li++e-Li,R极净增的质量是锂的质量,n(Li)==2
mol,增加2
mol
Li时转移2
mol电子,D项错误。
【答案】B
4.甲烷燃料电池的工作原理如图所示,乙池中的两个电极一个是石墨电极,一个是铁电极,工作时,M、N
两个电极的质量都不减少,下列说法正确的是(　　)。
A.N电极的材料是铁
B.甲烷在电极上发生的反应为
CH4+8OH--8e-CO2+6H2O
C.乙池的总反应是
4Ag++4OH-4Ag+2H2O+O2↑
D.乙池中电极析出0.02
mol金属银时,甲池中理论上消耗氧气为112
mL(标准状况下)
【解析】根据电池装置分析可知,甲池为甲烷燃料电池,电解质溶液为KOH溶液,充入甲烷的电极为负极,电极反应式为CH4+10OH--8e-C+7H2O,充入O2的电极为正极,电极反应式为O2+4e-+2H2O4OH-。乙池为电解池,M为阴极,N为阳极,由于M、N
两个电极的质量都不减少,因此Fe作阴极,阳极的电极反应式为2H2O-4e-4H++O2↑,阴极电极反应式为Ag++e-Ag。根据分析可知,N极的电极材料为石墨,A项错误;甲烷在电极上发生的反应为CH4+10OH--8e-C+7H2O,B项错误;乙池中电解质溶液为AgNO3溶液,总反应方程式为4Ag++2H2O4H++4Ag+O2↑,C项错误;根据电极反应式,乙池中电极析出0.02
mol金属银时,转移0.02
mol电子,消耗0.005
mol
O2,D项正确。
【答案】D
5.重铬酸钾(K2Cr2O7)是一种重要的氧化剂。工业上,常采用电解K2CrO4溶液制备重铬酸钾。某小组拟利用电伏电池为电源制备重铬酸钾,装置如图所示。
下列说法错误的是(　　)。
A.电极a为正极,不锈钢极产生H2
B.石墨极反应式为2H2O-4e-4H++O2↑
C.电解过程中交换膜右侧溶液pH升高
D.每转移2
mol电子时理论上有1
mol离子由交换膜左侧向右侧迁移
【解析】如图所示,石墨极为阳极,不锈钢极为阴极,电极a为正极,电极b为负极。阴极的电极反应式为2H2O+2e-2OH-+H2↑,A项正确;阳极上H2O发生氧化反应产生O2,B项正确;电解过程中,交换膜右侧生成了KOH,右侧溶液中KOH浓度增大,pH升高,C项正确;每转移2
mol电子,理论上有2
mol
K+由交换膜左侧向右侧迁移,D项错误。
【答案】D
6.一种大型蓄电系统的工作原理如图所示。放电前被膜隔开的电解质为Na2S2和NaBr3,放电后分别变为Na2S4和NaBr。下列叙述正确的是(　　)。
A.放电时,负极反应为3Br--2e-B
B.充电时,阳极反应为2-2e-
C.放电过程中,Na+经过离子交换膜由a池移向b池
D.用该电池电解饱和食盐水,产生0.1
mol
Cl2时,a池生成30.9
g
NaBr
【解析】放电时,负极反应为2Na2S2-2e-Na2S4+2Na+,A项错误;充电时,阳极反应为3NaBr-2e-NaBr3+2Na+,B项错误;放电时即原电池中,阳离子移向正极,Na+经过离子交换膜由b池移向a池,C项错误;该原电池与电解池是串联电路,Cl-失去电子生成Cl2与NaBr3得到电子生成NaBr的电子总数相等,即2Cl-~Cl2~2e-~NaBr3~3NaBr,所以n(NaBr)=3n(Cl2)=3×0.1
mol=0.3
mol,m(NaBr)=0.3
mol×103
g·mol-1=30.9
g,D项正确。
【答案】D