专题三电化学电解

1专题三——电化学——电解、电镀、原电池考向指南针电化学知识是历年高考经常考查的重要知识点之一。综合近两年来全国各地的高考试题，电化学知识部分所占比例有所提高。过去高考命题的主要内容：1．根据原电池、电解、电镀原理判断电极名称和电极产物，书写电极反应式。2．根据原电池、电解池电极变化判断金属活动性。3．加强对新科技电池的考查。如电极判断、电极反应、电解质溶液中离子运动情况和浓度变化及电极产物的简单计算。4．根据电解电极变化，判断电极材料、电解质种类及电解质溶液中离子的变化情况。三点荟萃[知识网络]5．判断电解池(或原电池)中电解质溶液的pH变化情况。6．判断电解产物及进行有关计算。7．实物图的分析是近几年高考命题的一个热点，对图表类问题的分析处理要注意灵活掌握。高考命题的趋势：1．进行学科内综合。例如：氧化还原反应原理的运用、电荷守恒的有关计算、离子方程式的书写、物质的性质、定量实验的操作要求、化学实验现象的判断和分析等的综合。2．进行学科间综合，与物理学中的电学进行简单综合。例如：电化学知识与电流方向的判断、电流强度的计算等的综合。3．与工业生产、环境保护、新科技、新能源相联系。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他金属的装置形成条件①活动性不同的两电极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②两电极插入电解质溶液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)阳极：与电源正极相连的极阴极：与电源负极相连的极阳极：必须是镀层金属阴极：镀件2电极反应负极：氧化反应，金属失电子正极：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，或金属电极失电子阴极：还原反应，溶液中的阳离子得电子阴极：电镀液中阳离子得电子阳极：金属电极失电子电子流向负极正极负极阴极→阳极→正极负极阴极→阳极→正极[问题透析]一、原电池的有关问题1．是否为原电池的判断(1)先分析有无外接电源，有外接电源的为电解池，无外接电源的可能为原电池；然后依据原电池的形成条件分析判断，主要是“四看”：看电极——两极为导体且存在活泼性差异(燃料电池的电极一般为惰性电极)，看溶液——两极插入溶液中，看回路——形成闭合回路或两极直接接触，看本质——有无氧化还原反应发生。(2)多池相连，但无外接电源时，两极活泼性差异最大的一池为原电池，其他各池可看做电解池。2．原电池正、负极的确定(1)由两极的相对活泼性确定：相对活泼性较强的金属为负极，相对活泼性较差的金属或导电的非金属为正极。一般，负极材料与电解质溶液要能发生反应，如：Mg－Al－HCl溶液构成的原电池中，负极为Mg；但Mg—Al—NaOH溶液构成的原电池中，负极为Al。(2)根据在两电极发生反应的物质的化合价的升降情况来判断。如：甲醇燃烧电池，顾名思义，甲醇燃烧一般生成二氧化碳，则碳的价态升高，失电子。所以通入甲醇的电极为负极。(3)由电极变化情况确定：某一电极若不断溶解或质量不断减少，该电极发生氧化反应，则此电极为负极；若某一电极上有气体产生，电极的质量不断增加或不变，该电极发生还原反应，则此电极为正极，燃料电池除外。如：Zn—C—CuSO4溶液构成的原电池中，C电极上会析出紫红色固体物质，则C为此原电池的正极。3(4)根据某些显色现象确定：一般可以根据电极附近显色指示剂(石蕊、酚酞、湿润的淀粉、高锰酸钾溶液等)的变化情况来分析推断该电极发生的反应、化合价升降情况、是氧化反应还是还原反应、是H+还是OH-或I-等放电，从而确定正、负极。(5)根据外电路中自由电子的运动方向规定：在外电路中电子流出的电极叫负极，电子流入的电极叫正极。(6)根据内电路中自由离子的运动方向规定：在内电路中阳离子移向的电极叫负极，阴离子移向的电极叫正极。3．电极反应式的书写(1)如果题目给定的是图示装置，先分析正、负极，再根据正、负极反应规律去写电极反应式。(2)如果题目给定的是总反应式，可分析此反应中的氧化反应或还原反应(即分析有关元素的化合价变化情况)，荐选择一个简单变化情况去写电极反应式。另一极的电极反应式可直接写或将各反应式看做数学中的代数式，用总反应式减去已写出的电极反应式即可(加、减法)。加减法书写电池反应式归纳：电池总反应：还原剂+氧化剂+介质＝氧化产物+还原产物+其他负极：还原剂－ne-+介质＝氧化产物(还原剂失去电子，发生氧化反应)正极：氧化剂＋ne-＋介质＝还原产物(氧化剂得到电子，发生还原反应)介质通常是定向移动到该电极附近的导电离子如H+、OH-、H2O等等，若氧化(或还原)产物能与之发生复分解反应，则其一般书写在电极方程式中。两个电极反应式相加即得电池总反应离子方程式，用电池总反应离子方程式减去较简单电极的反应式即为较复杂电极的反应式。原电池反应式一般都可以用加、减法书写。书写时，无论是总反应式还是电极反应式都既要满足电子转移守恒、电荷守恒，又要满足质量守恒。(3)新型电池的电极反应式书写要诀①消除对“新”的紧张，克服阅读障碍。②解题不会超出所学基础知识，应增强自信。③结合前面所讲的各基础知识，冷静挖掘信息。4．原电池的设计方法以氧化还原反应为基础，首先要确定原电池的正、负极，电解质溶液及电极反应；再利用基4础知识书写电极反应式，参照Zn－Cu－H2SO4原电池模型处理问题。如根据反应：Cu＋2FeCl3＝2CuCl2＋2FeCl2设计一个原电池，为：Cu作负极，C(或Pt)作正极。FeCl3作电解质溶液，负极反应为：Cu－2e-＝Cu2+，正极反应为：2Fe3+＋2e-＝2Fe2+。二、电解池的有关问题1．电极的判断及反应的类型(1)看电源正、负极。若与电源负极相连，则为阴极。(2)看电极周围元素价态的升降。若价态升高，则为阳极。注意：元素价态的升降的判断很多时候是从各种实验现象(如通过对气体成分的描述来判断)来推测反应产物而得出的。(3)看电子的流向。若是电子流出的电极，刚为阴极。注意：一定不能根据两极活泼性的相对大小判断。(4)阳极：若为活性电极，则电极本身失电子，发生氧化反应。阴极：电极本身不反应(不论是惰性电极还是活性电极)。溶液中阳离子在阴极获得电子，发生还原反应。2．电解时电极产物的判断(1)阳极产物的判断首先看电极，如果是活性电极(金属活动顺序表Ag以前)作阳极．则电极材料失电子，电极溶解。如果是惰性电极(Pt、Au、石墨)，则只看溶液中的离子的失电子能力，阴离子放电顺序为：S2-I-Br-Cl-OH-(水)。(2)阴极产物的判断直接根据阳离子放电顺序(如下)进行判断：Ag+Hg2+Fe3+(→Fe2+)Cu2+H+Pb2+Sn2+Fe2+Zn2+(H+)(水)3．用惰性电极电解下列电解质溶液的变化情况类型电极反应特点实例电解物质电解质溶液的浓度pH电解质溶液复原电解水型阴极：2H+＋2e-＝H2↑阳极：4OH-－4e-＝2H2O+O2↑NaOH水增大增大水H2SO4水增大减小水Na2SO4水增大不变水电解电解质电解质电离出的阴、阳离子分别在两极放电HCl电解质减小增大氯化氢CuCl2电解质减小增大氯化铜放H2生碱型阴极：放出H2生成碱阳极：电解质阴离子放电NaCl电解质和水生成新电解质增大氯化氢放O2生酸型阴极：电解质阳离子放电负极：OH-放电生成酸CuSO4电解质和水生成新电解质减小氧化铜注意：(1)电解水型：含氧酸、强碱、活泼金属的含氧酸盐(如NaOH、H2SO4、K2SO4等)的电解。5(2)电解电解质型：无氧酸(除HF外)、不活泼金属的无氧酸盐(氟化物除外)溶液的电解。(3)放氢生碱型：活泼金属的无氧酸盐(氟化物除外)溶液的电解。(4)放氧生酸型：不活泼金属的含氧酸盐溶液的电解。(5)电镀：①电镀即是特殊情况下的电解，一般不必把它当做一个新知识处理。②由于电镀的特殊性(镀层作阳极，失电子，发生氧化反应，镀层阳离子得电子，发生还原反应)使电镀的结果是除了阳极变薄(金属溶解)，阴极变厚(镀层金属吸附)之外，无任何其他变化。其电极方程式一般为(6)铜的电解精炼装置示意图阳极反应式Zn－2e-＝Zn2+、Ni－2e-＝Ni2+、Cu－2e-＝Cu2+阴极反应式Cu2+＋2e-＝Cu说明①粗铜作阳极，接电源正极；纯钢作阴极，接电源负极②比Cu活泼的杂质Zn、Fe、Ni等先失去电子变成离子留在电解液中；较Cu不活泼的Ag、Au等杂质沉积在电解槽底，形成阳极泥③长时间电解，电解质溶液需要定时补充(7)图像类计算和问题①实物图问题：这一类问题是近几年综合测试中的重要考查形式，需加以注意。这一类问题的设题方式较多，且灵活多变，如：实物图接线柱的连接、电极情况分析、与化学实验相联系、化学计算等。解题时，要充分利用题给实物图，从实物图中获得解题信息(如从密封装置中的空白部分判断气体成分，电源的正、负极等)并提炼信息，从而正确解题。②坐标图问题：对此类问题要注意三点：一是横坐标、纵坐标的含义，二是点的意义，三是曲线的变化或走势的意义。弄清这三个点，问题就迎刃而解了。6③表格类问题：解答此类问题的基本思路是：抓住表格中数据的特征或变化规律等，以理论、规律、物质性质、反应原理等为依据，寻找解决问题的切入点。(8)金属腐蚀①干燥的环境下以化学腐蚀为主，一般情况下以电化学腐蚀为主。电化腐蚀中一般又以吸氧腐蚀为主．酸性较强环境中才以析氢腐蚀为主。②金属腐蚀的快慢的判断方法电解原理引起的腐蚀原电池原理引起的腐蚀有防腐措施的腐蚀；同一种金属的腐蚀：强电解质弱电解质非电解质。③钢铁腐蚀Fe→Fe2+，然后Fe2+Fe(OH)2Fe(OH)3Fe2O3·xH2O(铁锈)，铁作电极一般不能直接变为Fe3+。(9)计算类问题常见情况包括：两极产物的定量计算(求析出固体的质量、产生气体的体积等)、溶液pH的计算、相对原子质量和阿伏加德罗常数测定的计算、某元素的化合价或确定物质的化学式、根据电量求产物的量或根据产物的量求电量等。解决此类问题的方法有四种：守恒法、总反应式法、关系式法、排除法。从根本上说，电化学的计算总是以得失电子数相等为桥梁，从而寻找关系式列等式而解。实用总揽一、电极判断及电极反应式的书写和相关问题的判断1．电化学知识的综合性一向较强，一道题可能考查如：电极判断、电极方程式、电极产物、pH、电解质溶液还原、阴阳离子移动方向、电子流向等的知识点，因此解题耐不免有糊涂之惑。这是因为对基础、热点、常考点掌握不够清晰所致。应对良策莫过于清晰掌握“问题透析”栏目中的各个问题的讲解，考试时注意挖掘信息。典例1高铁电池是一种新型可充电电流，与普通高能电池相比，该电池能长时间保持稳定的放电电压，高铁电池的总反应为：3Zn＋2K2FeO4＋8H2O3Zn(OH)2＋2Fe(OH)3＋4KOH下列叙述中不正确的是()A．放电时负极反应为：Zn－2e-＋2OH-＝Zn(OH)2B．充电时阳极反应为：Fe(OH)3－3e-＋5OH-＝FeO42-＋4H2OC．放电时每转移3mol电子，正极有1molK2FeO4被氧化D．放电时正极附近溶液的碱性增强解析本题考查了原电池、电解池的相关知识，放电时，装置为原电池，Zn作负极，充电时，装置为电解池，阳极发生氧化反应，所以A、B正确。放电时正板反应为：FeO42-＋4H2O＋3e-＝Fe(OH)3＋5OH-，故电极附近溶液的碱性增强，正极所发生的反应为还原反应而不是氧化反应，故C错。7答案C典例2CuI是一种不溶于水的白色固体，它可由反应：2Cu2+＋4I-＝2CuI↓+I2而得到。现以石墨为阴极，以Cu为阳极电解KI溶液，通电前的电解液中加入少量酚酞和淀粉溶液。电解开始不久阴极区溶液星红色，而阳极区溶液呈蓝色，对这个现象的正确解释是()①阴极的电极反应为：2H+＋2e-＝H2↑，使c(OH-)c(H+)②阳极的电极反应为：2Cu＋4I-－4e