高考第一轮复习——电化学

第1页年级高三学科化学版本人教新课标版课程标题高考第一轮复习——电化学一、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.了解常见化学电池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。二、考题规律：电化学是高考命题的热点之一，题型以选择题居多，也有填空、简答、实验、计算题等形式。常考的知识有：①原电池、电解池、电镀池的电极名称，电子流向及电极反应式；②根据原电池、电解池的电极变化判断金属活动性强弱；③根据电解时的电极变化判断电极材料或电解质种类；④新型电池的电极反应及应用；⑤有关电解产物的判断和计算。三、考向预测：电化学是高考命题的热点，在今后的高考命题中，有关电化学的命题仍是热中之热，其中原电池的工作原理，电解产物的判断与计算及电极反应方程式的书写、离子的移动方向、溶液的pH变化、金属腐蚀等仍为高考命题的热点。在复习中应注意对实物图表的分析，原电池、电解池装置的绘图及绿色能源的开发。一、电化学第2页二、化学电源1.一次电池锌锰干电池负极：Zn＋2OH－e2＝Zn（OH）2正极：2MnO2（S）＋2H2O＋2e－＝2MnO(OH)＋2OH－总反应：Zn＋2MnO2＋2H2O===Zn（OH）2＋2MnO（OH）2.二次电池铅蓄电池（1）总反应式：PbO2＋Pb＋2H2SO42PbSO4＋2H2O（2）放电的电极反应为：负极：Pb＋SO2－4－2e－＝PbSO4；正极：PbO2＋4H＋＋SO2－4＋2e－＝PbSO4＋2H2O（3）充电的电极反应为：阳极：PbSO4＋2H2O－2e－＝PbO2＋4H＋＋SO2－4阴极：PbSO4＋2e－＝Pb＋SO2－43.燃料电池氢氧燃料电池①酸性电解质负极：2H2－4e－===4H＋；正极：O2＋4H＋＋4e－===2H2O；总反应：2H2＋O2===2H2O②碱性电解质负极：2H2－4e－＋4OH－===4H2O；正极：O2＋2H2O＋4e－===4OH－；总反应：2H2＋O2===2H2O三、电解原理的应用（1）电解食盐水阴极：2H＋＋2e－＝H2↑阳极：2Cl－＝Cl2↑＋2e－（或2Cl－－2e－＝Cl2↑）第3页电解反应：通电2NaCl+2H2OH2+Cl2+2NaOH（2）电解法精炼铜①粗铜的成分：铜（锌、铁、镍、银、金、铂等）②电极的连接：粗铜做阳极，和外加电源的正极相连；纯铜做阴极，和外加电源的负极相连。③电解液：硫酸铜或硝酸铜溶液④电极反应阳极：Cu＝Cu2＋＋2e－，Zn＝Zn2＋＋2e－，Ni＝Ni2＋＋2e－阴极：Cu2＋＋2e－＝Cu⑤Ag、Au、Pt不发生反应，沉积到阳极底部，叫做阳极泥。（3）电镀:利用电解原理，在金属表面镀上一层其他金属或合金的过程叫电镀。①电极的连接：镀层金属或惰性电极做阳极，和外加电源的正极相连；镀件金属做阴极，和外加电源的负极相连。如铁上镀铜，铜（或石墨）做阳极，铁做阴极。②电镀液的选择：选择含有镀层金属离子的溶液做电镀液，如铁上镀铜，选择硫酸铜溶液做电镀液。③电极反应：阳极：Cu＝Cu2＋＋2e－，阴极：Cu2＋＋2e－＝Cu④电镀的特点：若镀层金属做阳极，电镀过程中溶液中阳离子浓度不变；若用惰性电极做阳极，电镀过程中溶液中阳离子浓度减小。四、离子的放电顺序与电解规律1.离子放电顺序（1）活性材料作电极时：金属在阳极失电子被氧化成阳离子进入溶液，阴离子不容易在电极上放电。（2）惰性材料作电极（Pt、Au、石墨等）时：两极按照下列顺序放电：2.电解规律项目物质类别代表物阴极产物阳极产物电解方程式电解类型含氧酸H2SO4电解水型可溶性碱NaOH活泼金属含氧酸盐Na2SO4无氧酸HCl电解自身型不活泼金属无氧酸盐CuCl2活泼金属无氧酸盐NaCl放氢生碱型第4页不活泼金属含氧酸盐CuSO4放氧生酸型聚焦热点1：原电池的原理及应用例1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.电流计读数为零时，反应达到化学平衡状态D.电流计读数为零后，在甲中溶入FeCl2固体，乙中的石墨电极为负极分析：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；电流计读数为零时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，D不正确。答案：D点评：判断正、负极的基础是氧化还原反应，发生氧化反应的一极为负极，发生还原反应的一极为正极。例2铜锌原电池（如图）工作时，下列叙述正确的是（）A.正极反应为Zn－2e－Zn2＋B.电池反应为Zn＋Cu2＋Zn2＋＋CuC.在外电路中，电子从负极流向正极D.盐桥中的K＋移向ZnSO4溶液分析：Cu是正极，电极反应式是Cu2＋＋2e－＝Cu；Zn是负极，电极反应式是Zn－2e－＝Zn2＋，总反应为Cu2＋＋Zn＝Zn2＋＋Cu，B正确；外电路的电子流向是从负极经导线流向正极，C正确；由于CuSO4溶液中的Cu2＋参与了电极反应，所以盐桥中的K＋要向CuSO4溶液移动，D项错误。第5页答案：BC点评：本题考查了电极反应方程式的判断和离子移动方向问题。离子移动的规律可简单总结为：参加反应的离子向该离子的反应电极移动，不参加反应的离子与带相反电荷的离子的移动方向相反。例3铁是用途最广的金属材料之一。为探究铁的化学性质，某同学将盛有生铁屑的试管塞上蓬松的棉花，然后倒置在水中（如图）。数天后，他观察到的现象是（）A.铁屑不生锈，试管内液面上升B.铁屑不生锈，试管内液面高度不变C.铁屑生锈，试管内液面上升D.铁屑生锈，试管内液面高度不变分析：在潮湿的空气中，铁容易生锈，并且发生的是吸氧腐蚀，导致试管内压强减小，液面上升。答案：C点评：有关金属腐蚀的常见考查为金属腐蚀的类型、电极反应以及金属电化学腐蚀的后续反应等。钢铁发生电化学腐蚀的类型与其表面的水膜的酸碱性有关。聚焦热点2：电解池的原理及应用例1Cu2O是一种半导体材料，基于绿色化学理念设计的制取Cu2O的电解池示意图如下，电解总反应为：2Cu＋H2OCu2O＋H2↑。下列说法正确的是（）A.石墨电极上产生氢气B.铜电极发生还原反应C.铜电极接直流电源的负极D.当有0.1mol电子转移时，有0.1molCu2O生成分析：由总反应知失电子的为Cu，得电子的是H2O中的氢元素。因此Cu极为电解池的阳极，接电源的正极，石墨为阴极，接电源的负极。当有0.1mol电子转移时，应有0.05molCu2O生成。答案：A点评：遇到这类题时，应先根据题给条件（现象、反应或外接电源的情况等）确定两极所发生的反应，进而达到解决问题的目的。例2利用电解法可将含Fe、Zn、Ag、Pt等杂质的粗铜提纯，下列叙述正确的是（）第6页①电解时以精铜作阳极②电解时阴极发生还原反应③粗铜连接电源负极，其电极反应是Cu－2e－＝Cu2＋④电解后，电解槽底部会形成含少量Ag、Pt等金属的阳极泥A.①②B.②④C.②③D.③④分析：电解精炼铜时粗铜作阳极，精铜作阴极，①错误；电解时阴极发生还原反应，②正确；粗铜是阳极，应连接电源正极，③错误；电解后，电解槽底部会形成含少量Ag、Pt等金属的阳极泥，④正确，因为这些金属不活泼，不易失电子。答案：B点评：电解精炼铜时以粗铜作阳极，以精铜作阴极，阳极上除了铜失电子外，比铜活泼的金属杂质也失电子而进入溶液，而阴极上只有铜离子放电，根据两极上转移的电子守恒，阳极质量的减小不等于阴极质量的增加，电解质溶液的成分也会发生变化。本题只要熟悉离子（或电极）的放电规律即可迎刃而解。例3下图是一个用铂丝作电极，电解稀的MgSO4溶液的装置，电解液中加有中性红作指示剂，此时溶液呈红色。（指示剂的pH变色范围：6.8～8.0，酸性——红色，碱性——黄色）据此回答下列问题：（1）下列关于电解过程中电极附近溶液颜色变化的叙述正确的是________（填编号）；①A管溶液由红变黄②B管溶液由红变黄③A管溶液不变色④B管溶液不变色（2）写出A管中发生反应的反应式：_________________________________；（3）写出B管中发生反应的反应式：__________________________________；（4）电解一段时间后，切断电源，将电解液倒入烧杯内，观察到的现象是_________________。分析：电解MgSO4溶液相当于电解水，阴极上是H＋得电子生成氢气，阳极上是OH－失电子生成氧气，而A与电源的负极相连，故其为阴极，B与电源的正极相连，故其为阳极。A中要消耗H＋，溶液呈碱性，溶液要变成黄色，B中要消耗OH－，溶液呈酸性，而MgSO4溶液本身水解呈酸性，所以B中溶液颜色不变，仍为红色，故①④正确。A管中是H＋得电子生成氢气，同时要注意考虑生成的OH－与Mg2＋反应生成沉淀。B管中是OH－失电子生成氧气。从电解的总反应看，最终溶液呈酸性，沉淀要溶解。答案：（1）①④（2）2H＋＋2e－H2↑（或2H2O＋2e－2OH－＋H2↑），Mg2＋＋2OH－Mg（OH）2↓（3）4OH－－4e－2H2O＋O2↑（4）溶液呈红色，白色沉淀溶解（或大部分溶解）点评：有关电解的试题解题关键是弄清电解的原理：阴、阳两极及两极发生的反应。本题容易忽视阴极反应的后续反应，即生成的氢氧根离子与原溶液中的镁离子生成沉淀。聚焦热点3：电极反应的书写与电化学的有关计算第7页例1Li-Al/FeS电池是一种正在开发的车载电池，该电池中正极的电极反应式为：2Li＋＋FeS＋2e－Li2S＋Fe。有关该电池的下列说法中，正确的是（）A.Li­Al在电池中作为负极材料，该材料中Li的化合价为＋1价B.该电池的电池反应式为2Li＋FeSLi2S＋FeC.负极的电极反应式为Al－3e－Al3＋D.充电时，阴极发生的电极反应式为Li2S＋Fe－2e－2Li＋＋FeS分析：由给出的正极反应知负极反应式为Li－e－Li＋，C项错。A项，Li应为0价，故错。B项，将两电极反应叠加可得总反应，正确。D项，将原电池负的极反应式颠倒即可得阴极反应式，故错。答案：B点评：新型电池的命题背景或情景新颖，往往具有时代感，给人以全新的感觉，但无论如何命题，其考查点都落脚于原电池原理上，该类试题难度不会很大。因此，解决该类试题时，首先不要被其陌生的反应式或情景吓倒；其次，要认真分析题意，找出有用的信息。本题容易忽视总反应方程式而错选C。燃料电池也是高考中常见的新命题背景，分析时要注意燃料一定在负极发生氧化反应，还要注意电极反应方程式的书写及其与介质的关系。例2部分铁及铁的化合物应用广泛，如FeCl3可用作催化剂、及其印刷电路铜板腐蚀剂和外伤止血剂等。（1）写出FeCl3溶液腐蚀印刷电路铜板的离子方程式：________。（2）若将（1）中的反应设计成原电池，请画出原电池的装置图，标出正、负极，并写出电极反应式。正极反应：____________；负极反应：____________。分析：（1）该反应是FeCl3氧化金属铜，离子方程式为：2Fe3＋＋Cu2Fe2＋＋Cu2＋。（2）将（1）中反应设计成原电池必须是Cu作负极，选择比铜不活泼的金属或碳棒作正极，FeCl3溶液作电解质溶液。正极反应：2Fe3＋＋2e－2Fe2＋；负极反应：Cu－2e－Cu2＋。答案：（1）2Fe3＋＋Cu2Fe2＋＋Cu2＋（2）如图所示正极反应：Fe3＋＋e－Fe2＋（或2Fe3＋＋2e－2Fe2＋）；负极反应：Cu－2e－Cu2＋。点评：原电池的设计关键是负极材料和电解质溶液的成分，一般来说，在总反应中失电子的物质作负极或某物质在负极上失电子发生氧化反应，溶液的某离子或物质在正极上得电子，发生还原反应。例3如图，甲烧杯中盛有100mL0.50mol