电化学(含答案解析)

专题：电化学[考纲要求]1.了解原电池和电解池的工作原理，能写出电极反应式和电池反应方程式。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。考点一一座“盐桥”连接“两池”形成回路1．电化学装置中都有两个电极，分别发生氧化反应与还原反应。若两个电极插在同一电解质溶液的容器内，则由于阴阳离子的移动速率不同而导致两极之间出现浓度差，以及因电极本身直接与离子反应而导致两极之间电势差变小，影响了电流的稳定。为解决这个问题，人们使用了盐桥。盐桥主要出现在原电池中，有时也可在电解池中出现，其主要作用就是构建闭合的内电路，但不影响反应的实质。盐桥内常为饱和氯化钾、硝酸钾等溶液。2．盐桥是新课改教材中出现的新名词，因而围绕盐桥的电化学知识已成为新课改地区命题的一个热点，所以有必要分析研究盐桥问题的考查思路。通常从以下四个方面命题。(1)考查盐桥的作用。(2)考查含盐桥的电化学总反应式的书写。(3)考查盐桥内溶液离子的移动方向。(4)考查含盐桥的电化学装置的设计。(5)考查盐桥的作用与平衡移动。题组一明确原理，设计装置1．[2013·广东理综，33(2)(3)](2)能量之间可相互转化：电解食盐水制备Cl2是将电能转化为化学能，而原电池可将化学能转化为电能。设计两种类型的原电池，探究其能量转化效率。限选材料：ZnSO4(aq)，FeSO4(aq)，CuSO4(aq)；铜片，铁片，锌片和导线。①完成原电池甲的装置示意图(见上图)，并作相应标注，要求：在同一烧杯中，电极与溶液含相同的金属元素。②以铜片为电极之一，CuSO4(aq)为电解质溶液，只在一个烧杯中组装原电池乙，工作一段时间后，可观察到负极__________。③甲乙两种原电池可更有效地将化学能转化为电能的是________，其原因是____________________________。(3)根据牺牲阳极的阴极保护法原理，为减缓电解质溶液中铁片的腐蚀，在(2)的材料中应选__________作阳极。答案(2)①(或其他合理答案)②电极逐渐溶解，表面有红色固体析出③甲在甲装置中，负极不和Cu2＋接触，避免了Cu2＋直接与负极发生反应而使化学能转化为热能(3)锌片解析(2)①根据题给条件和原电池的构成条件可得：a．若用Zn、Cu、CuSO4(aq)、ZnSO4(aq)组成原电池，Zn作负极，Cu作正极，Zn插入到ZnSO4(aq)中，Cu插入到CuSO4(aq)中。b．若用Fe、Cu、FeSO4(aq)、CuSO4(aq)组成原电池，Fe作负极，Cu作正极，Fe插入到FeSO4(aq)中，Cu插入到CuSO4(aq)中。c．注意，画图时要注意电极名称，电极材料，电解质溶液名称(或化学式)，并形成闭合回路。②由于金属活动性Zn＞Fe＞Cu，锌片或铁片作负极，由于Zn或Fe直接与CuSO4溶液接触，工作一段时间后，负极逐渐溶解，表面有红色固体析出。③带有盐桥的甲原电池中负极没有和CuSO4溶液直接接触，二者不会直接发生置换反应，化学能不会转化为热能，几乎全部转化为电能；而原电池乙中的负极与CuSO4溶液直接接触，两者会发生置换反应，部分化学能转化为热能，化学能不可能全部转化为电能。(3)由牺牲阳极的阴极保护法可得，铁片作正极(阴极)时被保护，作负极(阳极)时被腐蚀，所以应选择比铁片更活泼的锌作负极(阳极)才能有效地保护铁不被腐蚀。1．工作原理原电池的闭合回路有外电路与内电路之分，外电路的电流是从正极流向负极，内电路是从负极流向正极，故内电路中的阳离子移向正极、阴离子移向负极。(盐桥中的阳离子移向正极区，阴离子移向负极区，以维持电荷守恒)。2．设计思路首先根据离子方程式判断出氧化剂、还原剂，明确电极反应。然后再分析两剂状态确定电极材料，若为固态时可作电极，若为溶液时则只能作电解液。然后补充缺少的电极材料及电解液。电极材料一般添加与电解质溶液中阳离子相同的金属作电极(使用惰性电极也可)，电解液则是一般含有与电极材料形成的阳离子相同的物质。最后再插入盐桥即可。题组二“盐桥”的作用与化学平衡的移动2．控制适合的条件，将反应2Fe3＋＋2I－2Fe2＋＋I2设计成如下图所示的原电池。下列判断不正确的是()A．反应开始时，乙中石墨电极上发生氧化反应B．反应开始时，甲中石墨电极上Fe3＋被还原C．电流表读数为零时，反应达到化学平衡状态D．电流表读数为零后，在甲中溶入FeCl2固体，乙中的石墨电极为负极答案D解析由图示结合原电池原理分析可知，Fe3＋得电子变成Fe2＋被还原，I－失去电子变成I2被氧化，所以A、B正确；电流表读数为零时Fe3＋得电子速率等于Fe2＋失电子速率，反应达到平衡状态；D项在甲中溶入FeCl2固体，平衡2Fe3＋＋2I－2Fe2＋＋I2向左移动，I2被还原为I－，乙中石墨为正极，不正确。3．下图Ⅰ、Ⅱ分别是甲、乙两组同学将反应“AsO3－4＋2I－＋2H＋AsO3－3＋I2＋H2O”设计成的原电池装置，其中C1、C2均为碳棒。甲组向图Ⅰ烧杯中逐滴加入适量浓盐酸；乙组向图ⅡB烧杯中逐滴加入适量40%NaOH溶液。下列叙述中正确的是()A．甲组操作时，电流表(A)指针发生偏转B．甲组操作时，溶液颜色变浅C．乙组操作时，C2作正极D．乙组操作时，C1上发生的电极反应为I2＋2e－===2I－答案D解析装置Ⅰ中的反应，AsO3－4＋2I－＋2H＋AsO3－3＋I2＋H2O，当加入适量浓盐酸时，平衡向右移动，有电子转移，但电子不会沿导线通过，所以甲组操作，电流表(A)指针不会发生偏转，但由于I2浓度增大，所以溶液颜色变深；向装置ⅡB烧杯中加入NaOH溶液中，AsO3－3－2e－＋2H2O===AsO3－4＋2H＋，电子沿导线到C1棒，I2＋2e－===2I－，所以C2为负极，C1为正极。1．把氧化剂、还原剂均为溶液状态的氧化还原反应设计成原电池时，必须使用盐桥才能实现氧化剂与还原剂的分离，否则不会有明显的电流出现。[来源:学科网]2．电子流向的分析方法(1)改变条件，平衡移动；(2)平衡移动，电子转移；(3)电子转移，判断区域；(4)根据区域，判断流向；(5)根据流向，判断电极。考点二几种重要的化学电池高考中常见的新型电池有“氢镍电池”、“高铁电池”、“碱性锌锰电池”、“海洋电池”、“燃料电池”(如新型细菌燃料电池、氢氧燃料电池、丁烷燃料电池、甲醇质子交换膜燃料电池、CO燃料电池)、“锂离子电池”、“锌银电池”、“钮扣电池”、“Mg—AgCl电池”、“Mg—H2O2电池”等。新型电池是对电化学原理的综合考查，在高考中依托新型电池考查的电化学原理知识有以下几点。1．判断电极(1)“放电”时正、负极的判断①负极：元素化合价升高或发生氧化反应的物质；②正极：元素化合价降低或发生还原反应的物质。(2)“充电”时阴、阳极的判断①阴极：“放电”时的负极在“充电”时为阴极；②阳极：“放电”时的正极在“充电”时为阳极。2．微粒流向(1)电子流向①电解池：电源负极→阴极，阳极→电源正极；②原电池：负极→正极。提示：无论是电解池还是原电池电子均不能流经电解质溶液。(2)离子流向①电解池：阳离子移向阴极，阴离子移向阳极；②原电池：阳离子移向正极，阴离子移向负极。3．书写电极反应式(1)“放电”时电极反应式的书写①依据条件，指出参与负极和正极反应的物质，根据化合价的变化，判断转移电子的数目；②根据守恒书写负极(或正极)反应式，特别应注意电极产物是否与电解质溶液共存。(2)“充电”时电极反应式的书写充电时的电极反应与放电时的电极反应过程相反，充电的阳极反应为放电时正极反应的逆过程，充电的阴极反应为放电时负极反应的逆过程。题组一“一池多变”的燃料电池1．(2012·四川理综，11)一种基于酸性燃料电池原理设计的酒精检测仪，负极上的反应为CH3CH2OH－4e－＋H2O===CH3COOH＋4H＋。下列有关说法正确的是()A．检测时，电解质溶液中的H＋向负极移动B．若有0.4mol电子转移，则在标准状况下消耗4.48L氧气C．电池反应的化学方程式为CH3CH2OH＋O2===CH3COOH＋H2OD．正极上发生的反应为O2＋4e－＋2H2O===4OH－答案C解析解答本题时审题是关键，反应是在酸性电解质溶液中进行的。在原电池中，阳离子要往正极移动，故A错；因电解质溶液是酸性的，不可能存在OH－，故正极的反应式为O2＋4H＋＋4e－===2H2O，转移4mol电子时消耗1molO2，则转移0.4mol电子时消耗2.24LO2，故B、D错；电池反应式即正、负极反应式之和，将两极的反应式相加可知C正确。2．将两个铂电极放置在KOH溶液中，然后分别向两极通入CH4和O2，即可产生电流。下列叙述正确的是()①通入CH4的电极为正极②正极的电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－③通入CH4的电极反应式为CH4＋2O2＋4e－===CO2＋2H2O④负极的电极反应式为CH4＋10OH－－8e－===CO2－3＋7H2O⑤放电时溶液中的阳离子向负极移动⑥放电时溶液中的阴离子向负极移动A．①③⑤B．②④⑥C．④⑤⑥D．①②③答案B解析根据题意知发生的反应为CH4＋2O2===CO2＋2H2O，反应产生的CO2在KOH溶液中会转化为CO2－3。CH4为还原剂，应通入电源的负极，所以①错误；正极的电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，故②、④正确，③错误；放电时溶液(原电池内电路)中的阳离子向正极移动，阴离子向负极移动，⑤错误，⑥正确。不同“介质”下燃料电池电极反应式的书写，大多数学生感到较难。主要集中在：一是得失电子数目的判断，二是电极产物的判断。下面以CH3OH、O2燃料电池为例，分析电极反应式的书写。(1)酸性介质，如H2SO4。CH3OH在负极上失去电子生成CO2气体，O2在正极上得到电子，在H＋作用下生成H2O。电极反应式为负极：CH3OH－6e－＋H2O===CO2↑＋6H＋正极：32O2＋6e－＋6H＋===3H2O(2)碱性介质，如KOH溶液。CH3OH在负极上失去电子，在碱性条件下生成CO2－3，1molCH3OH失去6mole－，O2在正极上得到电子生成OH－，电极反应式为负极：CH3OH－6e－＋8OH－===CO2－3＋6H2O正极：32O2＋6e－＋3H2O===6OH－(3)熔融盐介质，如K2CO3。在电池工作时，CO2－3移向负极。CH3OH在负极上失去电子，在CO2－3的作用下生成CO2气体，O2在正极上得到电子，在CO2的作用下生成CO2－3，其电极反应式为负极：CH3OH－6e－＋3CO2－3===4CO2↑＋2H2O正极：32O2＋6e－＋3CO2===3CO2－3(4)掺杂Y2O3的ZrO3固体作电解质，在高温下能传导正极生成的O2－。根据O2－移向负极，在负极上CH3OH失电子生成CO2气体，而O2在正极上得电子生成O2－，电极反应式为负极：CH3OH－6e－＋3O2－===CO2↑＋2H2O正极：32O2＋6e－===3O2－题组二“久考不衰”的可逆电池3．(2014·天津理综，6)已知：锂离子电池的总反应为LixC＋Li1－xCoO2放电充电C＋LiCoO2锂硫电池的总反应为2Li＋S放电充电Li2S有关上述两种电池说法正确的是()A．锂离子电池放电时，Li＋向负极迁移B．锂硫电池充电时，锂电极发生还原反应C．理论上两种电池的比能量相同D．下图表示用锂离子电池给锂硫电池充电答案B解析锂离子电池放电时，为原电池，阳离子Li＋移向正极，A错误；锂硫电池充电时，为电解池，锂电极发生还原反应生成Li，B正确；电池的比能量是指参与电极反应的单位质量的电极材料放出电能的多少，两种电池材料不同，显然其比能量不同，C错误；由图可知，锂离子电池的电极材料为C和LiCoO2，应为该电池放电完全所得产物，而锂硫电池的电极材料为Li和S，应为该电池充电完全所得产物，故此时应为锂硫电池给锂离子电池充电的过程，D错误。4．(201