2014届高三二轮专题复习讲义电化学原理

1．了解原电池和电解池的工作原理，能写出电极反应和电池反应方程式。了解常见化学电源的种类及其工作原理。2．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。一、原电池原理及电极反应式1．一般电极反应式的书写列物质标得失—按照负极发生氧化反应，正极发生还原反应，判断出电极反应产物，找出得失电子的数量。看环境配守恒—电极产物在电解质溶液的环境中，应能稳定存在，如碱性介质中生成的H＋应让其结合OH－生成水。电极反应式应根据电荷守恒和质量守恒、得失电子守恒等加以配平。两式加验总式—两电极反应式相加，与总反应的离子方程式对照验证。2．复杂电极反应式的书写复杂电极反应式＝总反应式－较简单一极的电极反应式如CH4酸性燃料电池中CH4＋2O2===CO2＋2H2O……总反应式2O2＋8H＋＋8e－===4H2O……正极反应式CH4＋2H2O－8e－===CO2＋8H＋……负极反应式二、电解原理及其规律1．电解产物的判断(1)阳极产物的判断首先看电极，如果是活性电极(金属活动性顺序表Ag以前的金属，包括Ag)作阳极，则电极材料本身失电子，电极溶解。如果是惰性电极，则看溶液中的阴离子的失电子能力，阴离子的放电顺序为S2－I－Br－Cl－OH－，其氧化产物依次对应为S、I2、Br2、Cl2和O2。(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＋Fe3＋Cu2＋H＋Pb2＋Sn2＋Fe2＋Zn2＋，其还原产物依次对应为Ag、Fe2＋、Cu、H2、Pb、Sn、Fe、Zn。2．电化学定量计算的方法(1)根据总反应式计算。先写出电极反应式，再写出总反应式，然后根据总反应式列比例式计算。(2)守恒法计算。用于串联电路，中电极反应物、产物及电子转移的有关计算，其依据是电路中转移的电子数守恒。三、金属的腐蚀与防护1.吸氧腐蚀与析氢腐蚀(以钢铁为例)类型吸氧腐蚀析氢腐蚀条件水膜呈弱酸性或中性水膜呈酸性正极反应(C)O2＋2H2O＋4e－===4OH－2H＋＋2e－===H2↑负极反应(Fe)Fe－2e－===Fe2＋其他反应Fe2＋＋2OH－===Fe(OH)2↓4Fe(OH)2＋2H2O＋O2===4Fe(OH)3Fe(OH)3失去部分水转化为铁锈2.判断金属腐蚀快慢的规律将两个电极反应中得失电子的数目写为相同，相加便得到总反应方程式。2．不参与电极反应的离子从微观上讲发生移动，但从宏观上讲其在溶液中各区域的浓度基本不变。3．原电池反应中，负极材料不一定与电解质溶液发生反应。如燃料电池的负极为惰性电极，就不和电解质溶液反应。4．在书写电极反应式时，不要只关注得失电子，而忽略电解质溶液中的某些微粒也有可能参加反应。如酸性氢氧燃料电池中的正极反应式为O2＋4e－＋4H＋===2H2O，而不是O2＋4e－===2O2－或O2＋4e－＋2H2O===4OH－。【例1】(2013·江苏化学，9)Mg­H2O2电池可用于驱动无人驾驶的潜航器。该电池以海水为电解质溶液，示意图如右。该电池工作时，下列说法正确的是()。A．Mg电极是该电池的正极B．H2O2在石墨电极上发生氧化反应C．石墨电极附近溶液的pH增大D．溶液中Cl－向正极移动【变式探究】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－【变式探究】图甲和图乙是双液原电池装置，由图可以判断下列说法错误的是()。A．甲图电池反应的离子方程式为Cd(s)＋Co2＋(aq)===Co(s)＋Cd2＋(aq)B．反应2Ag(s)＋Cd2＋(aq)===Cd(s)＋2Ag＋(aq)能发生C．盐桥的作用是形成闭合回路，并使两边溶液保持电中性D．图乙中当有1mol电子通过外电路时，正极有108gAg析出【例2】(2013·浙江理综，11)电解装置如图所示，电解槽内装有KI及淀粉溶液，中间用阴离子交换膜隔开。在一定的电压下通电，发现左侧溶液变蓝色，一段时间后，蓝色逐渐变浅。已知：3I2＋6OH－===IO－3＋5I－＋3H2O下列说法不正确的是()。A．右侧发生的电极反应式：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－B．电解结束时，右侧溶液中含IO－3C．电解槽内发生反应的总化学方程式：KI＋3H2O=====通电KIO3＋3H2↑D．如果用阳离子交换膜代替阴离子交换膜，电解槽内发生的总化学反应不变①2I－＋2H2O=====通电I2＋2OH－＋H2↑【特别提醒】某兴趣小组设计如图所示微型实验装置。实验时，先断开K2，闭合K1，两极均有气泡产生；一段时间后，断开K1，闭合K2，发现电流表A指针偏转。下列有关描述正确的是()。A．断开K2，闭合K1时，总反应的离子方程式为：2H＋＋2Cl－=====通电Cl2↑＋H2↑B．断开K2，闭合K1时，石墨电极附近溶液变红C．断开K1，闭合K2时，铜电极上的电极反应式为：Cl2＋2e－===2Cl－D．断开K1，闭合K2时，石墨电极作正极1．牺牲阳极的阴极保护法在被保护的钢铁设备(如海水中的闸门、地下的天然气管道等)上连接或直接安装若干锌块，使锌、铁形成原电池，锌作阳极，从而保护了钢铁免受腐蚀。2．外加电流的阴极保护法外加电流的阴极保护法是使被保护的钢铁设备作为阴极(接电源负极)，用惰性电极作为阳极(接电源正极)，在两者之间连接直流电源。通电后，电子被强制流向被保护的钢铁设备，从而使钢铁表面产生电子积累，抑制钢铁设备失去电子，起到保护的作用。【例3】(2013·北京理综，7)下列金属防腐的措施中，使用外加电流的阴极保护法的是()。A．水中的钢闸门连接电源的负极B．金属护栏表面涂漆C．汽车底盘喷涂高分子膜D．地下钢管连接镁块【变式探究】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的氧化作用引起的难点1、可充电电池四电极反应式的书写技巧【例1】某新型“纸电池”以碳纳米管和金属锂为两极，造纸用的纤维素在一种离子液体X中溶解作隔离膜，电池工作时的总反应为xLi＋C(碳纳米管)放电充电LixC，下列有关说法正确的是()。【方法技巧】书写放电的电极反应式时，一般要根据三步：第一，先标出原电池总反应式电子转移的方向和数目，找出参与负极和正极反应的物质；第二，写出一个比较容易书写的电极反应式(书写时一定要注意电极产物是否与电解质溶液共存)；第三，在电子守恒的基础上，总反应式减去写出的电极反应式即得另一电极反应式。充电的电极反应与放电的电极反应过程相反，充电的阳极反应为放电的正极反应的逆过程，充电的阴极反应为放电的负极反应的逆过程。以上方法可总结为：简单电极先写出，复杂反应相减得；负极颠倒得阴极，正极颠倒得阳极。1．下列有关电池的说法不正确的是()。A．手机上用的锂离子电池属于二次电池B．铜锌原电池工作时，电子沿外电路从铜电极流向锌电极C．甲醇燃料电池可把化学能转化为电能D．锌锰干电池中，锌电极是负极2．下列叙述中不正确的是()。A．电解池的阳极上发生氧化反应，阴极上发生还原反应B．原电池的正极上发生氧化反应，负极上发生还原反应C．电镀时，电镀池里的阳极材料发生氧化反应D．用原电池作电源进行电解时，电子从原电池负极流向电解池阴极3．用铁丝(电极a)、铜丝(电极b)和CuSO4溶液可以构成原电池或电解池，如图所示。则下列说法正确的是()。A．构成原电池时b极反应为Cu－2e－===Cu2＋B．构成电解池时a极质量一定减少C．构成电解池时b极质量可能减少也可能增加D．构成的原电池或电解池工作后可能产生大量气体4．人工光合作用能够借助太阳能，用CO2和H2O制备化学原料。下图是通过人工光合作用制备HCOOH的原理示意图，下列说法不正确的是()。A．该过程是将太阳能转化为化学能的过程B．催化剂a表面发生氧化反应，有O2产生C．催化剂a附近酸性减弱，催化剂b附近酸性增强D．催化剂b表面的反应是CO2＋2H＋＋2e－===HCOOH【解析】首先标化合价，看价变化，C＋4O2―→HC＋2OOH，CO2中C的化合价降低，得电子，由图示装置6．体积为1L的某溶液中含有的离子如表所示：离子Cu2＋Al3＋NO－3Cl－物质的量浓度（mol·L－1）11a1用Pt电极电解该溶液，当电路中有3mol电子通过时(忽略电解时溶液体积的变化及电解产物可能存在的溶解现象)，下列说法正确的是()。A．电解后溶液的pH＝0B．a＝3C．阳极生成1.5molCl2D．阴极析出的金属是铜与铝7．将KCl和CuSO4两种溶液等体积混合后，用石墨电极进行电解，电解过程中，溶液pH随时间t变化的曲线如图所示，则下列说法正确的是()。A．整个过程中两电极反应2Cl－－2e－===Cl2↑、2H＋＋2e－===H2↑不可能同时发生B．电解至c点时，往电解液中加入适量CuCl2固体，即可使电解液恢复至原来的浓度C．ab段表示电解过程中H＋被还原，pH上升D．原混合溶液中KCl和CuSO4的浓度之比恰好为2∶18．烷作为一种新能源在化学领域应用广泛，请回答下列问题。(1)高炉冶铁过程中，甲烷在催化反应室中产生水煤气(CO和H2)还原氧化铁，有关反应为：CH4(g)＋CO2(g)===2CO(g)＋2H2(g)ΔH＝260kJ·mol－1已知：2CO(g)＋O2(g)===2CO2(g)ΔH＝－566kJ·mol－1。则CH4与O2反应生成CO和H2的热化学方程式为__________________________________________________________________。(2)如下图所示，装置Ⅰ为甲烷燃料电池(电解质溶液为KOH溶液)，通过装置Ⅱ实现铁棒上镀铜。①a处应通入________(填“CH4”或“O2”)，b处电极上发生的电极反应式是_________________________________________________________________。②电镀结束后，装置Ⅰ中溶液的pH________(填写“变大”“变小”或“不变”，下同)，装置Ⅱ中Cu2＋的物质的量浓度________。③电镀结束后，装置Ⅰ溶液中的阴离子除了OH－以外还含有________(忽略水解)。④在此过程中若完全反应，装置Ⅱ中阴极质量变化12.8g，则装置Ⅰ中理论上消耗甲烷________L(标准状况下)。(2)①CH4O2＋2H2O＋4e－===4OH－②变小不变③CO2－3④1.129．电解是最强有力的氧化还原手段，在化工生产中有着重要的应用。请回答下列问题：(1)以铜为阳极，以石墨为阴极，用NaCl溶液作电解液进行电解，得到半导体材料Cu2O和一种清洁能源，则阳极反应式为_____________________________________________________________，阴极反应式为________。(2)某同学设计如图所示的装置探究金属的腐蚀情况。下列判断合理的是____________(填序号)。a．②区铜片上有气泡产生b．③区铁片的电极反应式为2Cl－－2e－===Cl2↑c．最先观察到变成红色的区域是②区d．②区和④区中铜片的质量均不发生变化(3)最新研究发现，用隔膜电解法处理高浓度乙醛废水的工艺具有流程简单、能耗较低等优点，其原理是使乙醛分别在阴、阳极发生反应生成乙醇和乙酸，总反应式为2CH3CHO＋H2O=====电解CH3CH2OH＋CH3COOH实验室中，以一定浓度的乙醛－Na2SO