电化学专题复习导航

电化学专题复习导航电化学考点围绕两个重要的能量转化器原电池、电解池，定性和定量两个思维层次，综合运用金属非金属性质、物质的量、氧化还原反应、离子反应、化学平衡、电解质溶液六方面相关知识，灵活解答“科学（Science）”、“技术（Technology）”和“社会（Society）三维问题，是理科能力测试的宠儿。本文从俯视知识的角度构建立体知识结构，从仰视能力的角度形成有效的解题策略，从平视命题的角度扫描电化学考点。一、原电池、电解池知识体系整合图知识的可视化解决相似知识的干扰问题，更加简化、系统化培养了自主学习能力，多变的角度拓展了思维的宽度、深度与活度。重点知识点拨1：具备△H0的氧化还原反应理论上能够设计成原电池，如图装置Ⅰ。不能自发进行的需要借助电流而发生的氧化还原反应理论上能够设计成电解池，如图装置Ⅱ。重点知识点拨2：原电池的电极不仅与金属材料活泼性有关还与电解质有关，例镁、铝电极在氢氧化钠溶液中，铜、铝在浓硝酸中形成原电池。三法确定原电池电极，①反应法，两极均反应看活泼性，活泼金属为负极，两极中只有一极反应，反应极为负极，发生氧化反应的电极为负极②微粒法，电子流出的一极为负极，电流流入的一极为负极，阴离子移向的一极为负极；③现象法，电极上产生气体，通常是发生了析出氢的反应，该电极为正极，某一极质量增加，阳离子在该电极得电子，该电极为正极，某一电极质量减轻，该电极溶解，电极为负极；析氢或吸氧的电极反应发生后，均能使该电极附近电解质溶液的pH增大，该电极附近的pH增大，该电极为正极。重点知识点拨3：电解池的电极与外接电流有关，阴极与电源的负极相连金属也得到保护，不参与电极反应，只分析阳极材料，是活泼电极Pt、Au除外的金属，阳极金属首先失去电子，发生氧化反应，是惰性电极如石墨，遵循阴离子放电顺序。电极和电解质溶液特殊要求构成电镀池和电解精炼池，如图装置Ⅲ。重点知识点拨4：知识细化，二次电池放电时为原电池，充电时为电解池，充电时要正极接正极，负极接负极；原电池与电解池电极反应简记“负氧阳氧”；阳离子交换膜只允许阳离子通过，气体、阴离子不能通过；电子不能穿过电解质溶液，即电子不下水，通过阴阳离子在电极上放电，实现电子转移，原电池的负极带正电吸引阴离子向其移动；电化学防腐中，新增了利用铁氰化钾检验Fe2+的方法和离子方程的书写。二、攻占能力高地（一）观察能力：从参与反应的角度对原电池的电极分类。类型一：仅负极材料参与反应金属电极为负极，另一极为不活泼金属电极或惰性电极，正极是介质溶液中的粒子得电子，反应一般析氢、吸氧、析Cu、Ag等。典型示例：铜锌原电池，钢铁的吸氧腐蚀，铝-空气-海水电池。类型二：两电极材料均参与反应活泼金属电极为负极，失去电子发生氧化反应；具有氧化性的化合物电极为正极，得到电子发生还原反应，电解质溶液有的参与反应，有的不参与反应。典型示例：锌为负极，氧化银为正极，氢氧化钾溶液为电解质溶液的纽扣电池。类型三：两电极均不参与反应电池的两极都不参与电极反应，具有还原性的物质（分子或溶液中的离子）在负极失去电子，发生氧化反应；具有氧化性的物质（分子或溶液中的离子）在正极得到电子，发生还原反应，电解质溶液一般会参与电极反应。典型示例：燃烧电池。（二）逻辑思维能力：（1）金属腐蚀快慢比较规律，电解池的阳极原电池的负极化学腐蚀原电池的正极电解池的阴极。（2）电极书写能力策略的运用：①加减策略：根据得失电子守恒，总反应式为两个电极反应式之和。若已知一个电极反应式，可用总反应式减去已知的反应式，得另一电极反应式。②共存策略：因为物质得失电子后在不同介质中的存在形式不同，所以电极反应式的书写必须考虑介质环境。电解氯化铝溶液生成碱性溶液中Al3+不可能存在，产物为Al（OH）3；当电解质溶液呈酸性时，不可能有OH-参加反应。③得氧失氧策略：电极反应物得氧，在电解质为酸性时反应物中加H2O，电解质溶液为碱性或中性时加OH-；电极反应物失氧，电解质为碱性或中性时反应物中加H2O，电解质为酸性时反应物中加H+。④中性吸氧反应成碱策略：在中性电解质溶液中，通过金属吸氧所建立起来的原电池反应，其反应的最后产物是碱。（3）电极反应式书写程序归纳：定装置→定电极→定微粒→定方向→定顺序→定反应。（三）计算能力：常见微粒间的计量关系式为：4e?～4H+～4OH?～4Cl?～4Ag+～2Cu2+～2H2～O2～2Cl2～4Ag～2Cu～2H2O，pH=-lgc（H+）换算。三、盘点题型、实际应用（一）概念型例1（2012福建高考）如图所示实验装置的K闭合，下列判断正确的是（）A．Cu电极上发生还原反应B．电子沿Zn→a→b→Cu路径流动C．片刻后甲池中c（SO42-）增大D．片刻后可观察到滤纸b点变红色解析：K闭合时甲乙装置构成双液电池，用饱和硫酸钠溶液浸润滤纸构成电解装置，从活泼性角度确定Zn为负极，铜为正极，a为阴极，b为阳极。Zn与b电极反应为氧化反应，阴离子向负极和阳极移动，铜与a电极反应为还原反应，阳离子向正极和阴极移动，电子不能流入电解质溶液中电子流动路径是错误的，甲池中硫酸根离子没有放电浓度不变，b为阳极，OH-放电，使得b附近溶液显酸性，不能使试纸变红。正确答案（A）。（二）比较型例2（2012山东高考）下列与金属腐蚀有关的说法正确的是（）A．图a中，插入海水中的铁棒，越靠近底端腐蚀越严重B．图b中，开关由M改置于N时，Cu—Zn合金的腐蚀速率减小C．图c中，接通开关时Zn腐蚀速率增大，Zn上放出气体的速率也增大D．图d中，Zn—MnO2干电池自放电腐蚀主要是由MnO2的氧化作用引起的解析：图a中插入海水中的铁棒发生化学腐蚀，靠近底端溶解的O2的浓度越小，与氧气接触少腐蚀程度较轻；图b中开关由M置于N，Cu一Zn作正极受到保护，腐蚀速率减小；图c中接通开关时Zn作负极，腐蚀速率增大，Pt作正极表面产生大量气泡；图d中，Zn-MnO2干电池自放电腐蚀主要是由MnO2的氧化作用和Zn的还原作用共同引起的。正确答案（B）。（三）解释型例3（2012年北京高考）直接排放含SO2的烟气会形成酸雨，危害环境。利用钠碱循环法可脱除烟气中的SO2，在钠碱循环法中，Na2SO3，溶液作为吸收液，当吸收液的pH降至约为6时，需送至电解槽再生。再生示意图如下：①HSO3－在阳极放电的电极反应式是。②当阴极室中溶液pH升至8以上时，吸收液再生并循环利用。简述再生原理：解析：HSO3－通过阴离子交换膜进入阳极区，在阳极发生氧化反应生成+6价硫酸根，依据得氧策略反应物中加水，电极反应式为HSO3－+H2O－2e－=SO42－+3H+；HSO3－SO32-+H＋H+在阴极得电子生成H2，溶液中c（H+）降低，促使HSO3－电离成SO32－，Na+通过阳离子交换膜进入阴极室，吸收液得以再生。（四）书写型例4（2012年海南高考）已知：N2H4（1）+O2（g）=N2（g）+2H2O（l）△H2=-534.2kJ·mol-1肼一空气燃料电池是一种碱性电池，该电池放电时，负极的电极反应式为。解析：根据电极反应式的书写策略，原电池反应式=正极反应式+负极反应式，正极反应式容易书写O2+4e－+2H2O=4OH－（1），N2H4+O2=N2+2H2O（2），（2）-（1）=负极反应式，N2H4＋4OH－－4e－=4H2O＋N2↑。（2012年江苏高考）铝电池性能优越，Al-AgO电池可用作水下动力电源，其原理如图所示。该电池反应的化学方程式为。解析：铝为负极结合共存策略，电极的反应式为：Al-3e－+4OH－=AlO2—+2H2O（1），AgO为正极结合失氧策略反应物加水，电极的反应式为：AgO+2e－+H2O=Ag+2OH－（2），原电池反应式=（1）+（2）根据得失电子调整化学计量数，电池反应的化学方程式为2Al+3AgO+2NaOH=2NaAlO2+3Ag+H2O。（五）迁移型工肾脏可用间接电化学方法除去代谢产物中的尿素，原理如图①电源的负极为（填“A”或“B”）．②阳极室中发生的反应以此为、。③电解结束后，阴极室溶液的pH与电解前相比将；若两极共收集到气体13.44L（标准状况），则除去的尿素为g（忽略气体的溶解）解析：图形信息转化为书面信息，有H2逸出的阴极（Na+、H+）2H++2e-=H2↑，B为负极；电解池装置阳极室，阳极（Cl-、OH-）2Cl--2e-=Cl2，进料：“NaCl尿素溶液”，出料：“NaCl溶液和CO2、N2”，出料口既没有Cl2，也没有尿素，隐蔽反应Cl2氧化尿素，此时问题转化为氧化还原反应配平，CO（NH2）2+3Cl2+H2O=CO2+N2+6HCl；质子交换膜允许H+通过，c（H+）保持不变，阴极室溶液的pH与电解前相比不变；CO（NH2）2与两极气体的关系式：（六）多池综合型（2012海南高考）新型高效的甲烷燃料电池采用铂为电极材料，两电极上分别通入CH4和O2，电解质为KOH溶液。某研究小组将两个甲烷燃料电池串联后作为电源，进行饱和氯化钠溶液电解实验，如图所示。回答下列问题：（1）甲烷燃料电池正极、负极的电极反应分别为、。（2）闭合K开关后，a、b电极上均有气体产生．其中b电极上得到的是，电解氯化钠溶液的总反应方程式为；（3）若每个电池甲烷通入量为1L（标准状况），且反应完全，则理论上通过电解池的电量为（法拉第常数F=9.65×l04C·mol-1列式计算），最多能产生的氯气体积为L（标准状况）。解析：两个甲烷燃料电池串联后作为电源，进行饱和氯化钠溶液电解实验，（1）题与（2）题用前面知识结构能顺利解决电极反应式的书写，2O2＋4H2O＋8e—=8OH—，CH4＋10OH－－8e—=CO32－＋7H2O；电极判断和总电极反应的书写，H2和2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑；电池甲烷通入量为1L，提供的电量为CH4～8e—～4Cl2最多能产生的氯气体积为4L。