2011高考化学二轮专题复习与增分策略：电化学原理及其应用

专题九电化学原理及其应用考情调研真题回眸1．(2010·江苏，11)下图是一种航天器能量储存系统原理示意图。下列说法正确的是()A．该系统中只存在3种形式的能量转化B．装置Y中负极的电极反应式为：O2＋2H2O＋4e－===4OH－C．装置X能实现燃料电池的燃料和氧化剂再生解析太阳能电池利用光能转化为电能可直接作用于工作马达实现了电能与机械能的转化；在装置X中，电解水生成H2、O2，实现了光能与化学能的转化；在装置Y中构成燃料电池，化学能转化为电能，作用于马达实现了电能与机械能的转化，A、D错误；氢氧燃料电池的负极上应是H2参加反应，B错误；装置X能利用光能实现H2、O2、H2O的循环再生，C正确。D．装置X、Y形成的子系统能实现物质的零排放，并能实现化学能与电能间的完全转化答案C2．(2010·重庆理综，29改编)全钒液流储能电池是利用不同价态离子对的氧化还原反应来实现化学能和电能相互转化的装置，其原理如下图所示。①当左槽溶液逐渐由黄变蓝时，其电极反应式为______________。②充电过程中，右槽溶液颜色逐渐由______色变为____色。③放电过程中氢离子的作用是________和________；充电时若转移的电子数为3.01×1023个，左槽溶液中n(H＋)的变化量为____。解析本题是考查以钒为材料的化学原理题，涉及电化学知识。①左槽中，黄变蓝即为VO＋2生成VO2＋，V的化合价从＋5降低为＋4，得一个电子，O原子减少，从图中知，其中H＋发生了移动，参与反应，由此写成电极反应式。②放电作为原电池，左槽得电子，而右槽失电子。充电作为电解池处理，右槽中则为得电子，对应化合价降低，即为V3＋生成V2＋，颜色由绿生成紫。③由电极反应式知，H＋参与了反应。溶液中离子的定向移动可形成电流。n＝N/NA＝3.01×1023/6.02×1023＝0.5mol。答案①VO＋2＋2H＋＋e－===VO2＋＋H2O②绿紫③参与正极反应通过交换膜定向移动使电流通过溶液0.5mol命题规律电化学内容是高考试卷中的常客，对原电池和电解池的考查往往以选择题的形式考查两电极反应式的书写、两电极附近溶液性质的变化、电子的转移或电流方向的判断等。在第Ⅱ卷中会以应用性和综合性进行命题，如与生产生活(如金属的腐蚀和防护等)相联系，与无机推断、实验及化学计算等学科内知识综合，尤其特别注意燃料电池和新型电池的正、负极材料分析和电极反应式的书写。题型新颖，但不偏不怪，只要注意基础知识的落实，以及能力的训练便可以从容应对。考点研析考点一原电池原理及应用例1(2009·福建理综，11改编)控制合适的条件，将反应2Fe3＋＋2I－2＋＋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，乙中石墨电极为负极试回答：(1)乙池中若换为Fe电极和FeCl2溶液，则原电池是怎样工作的？(2)电流计读数为零后，若在乙中溶入KI固体，则原电池反应能继续发生吗？若向甲中加入固体Fe呢？解析反应开始后，乙中石墨电极上发生的反应为2I－－2e－===I2，为氧化反应，A说法正确；甲中石墨电极上发生的反应为2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋，Fe3＋被还原，B正确；电流计读数为零时，电极上得到和失去的电子数相等，反应达到化学平衡状态，C正确；电流计读数为零(反应达到化学平衡状态)后，在甲中溶入FeCl2固体，则平衡向逆反应方向移动，I2被还原，乙中的石墨电极为正极，D错误。答案D(1)原电池反应变为2Fe3＋＋Fe===3Fe2＋，乙中Fe作负极，甲中石墨作正极，电极反应分别为Fe－2e－===Fe2＋、Fe3＋＋e－===Fe2＋。(2)乙中加入I－后，导致平衡正向移动，原电池按原方向继续进行；若向甲中加入固体Fe，会消耗Fe3＋，同时增大c(Fe2＋)，导致平衡逆向移动，则乙中石墨电极作正极，电极反应为I2＋2e－===2I－。名师点拨有关原电池问题的解题思路解决原电池问题时，一般的思维程序是：根据电极材料的活泼性判断出正、负极―→电极反应的类型(氧化反应、还原反应)即时巩固1(2010·广东理综，23改编)铜锌原电池(如下图)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，电子从正极流向负极D．盐桥中的K＋移向ZnSO4溶液解析铜锌原电池工作时，负极反应为：Zn－2e－===Zn2＋，正极反应为：Cu2＋＋2e－===Cu，电池总反应为：Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu，故A项错误，B项正确。原电池工作时，电子从负极由外电路流向正极，由于左池阳离子增多、右池阳离子减少，为平衡电荷，则盐桥中的K＋移向CuSO4溶液，而Cl－则移向ZnSO4溶液，故C、D项错误。答案B例2(2009·安徽理综，12)Cu2O是一种半导体材料，基于绿色化学理念设计的一制取Cu2O的电解池示意图如下，电解总反应为：2Cu＋H2O=====通电Cu2O＋H2↑。下列说法正确的是()考点二电解原理及其应用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生成解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规律总结1.电解时电极产物的判断(1)阳极产物的判断①如果是活泼电极(金属活动性顺序表Ag以前)，则电极材料失电子，电极被溶解，溶液中的阴离子不能失电子；②如果是惰性电极(Pt、Au、石墨)，则要看溶液中阴离子的失电子能力，此时根据阴离子放电顺序加以判断，常见阴离子放电顺序：S2－I－Br－Cl－OH－含氧酸根。(2)阴极产物的判断直接根据阳离子放电顺序进行判断，阳离子放电顺序与金属活动性顺序相反，其中Ag＋Fe3＋Cu2＋H＋。2．电解池的电极反应和总反应式的书写方法第一步：先检查阳极电极材料和确定溶液中的离子种类；第二步：由放电顺序确定放电产物和电极反应；第三步：将电极反应相加得总反应式。即时巩固2下图为相互串联的甲乙两个电解池，请回答：(1)甲池若为用电解原理精炼铜的装置，A极是___，材料是____，电极反应为________；B极是_________，材料是__________，主要电极反应为___________，电解质溶液为_____________。(2)乙池中若滴入少量酚酞试液，开始一段时间后，____极附近呈红色。(3)若甲槽阴极增重12.8g，则乙槽阳极放出气体在标准状况下的体积为________。(4)常温下若乙槽剩余液体为400mL，则电解后得到碱液的物质的量浓度为__________，pH为__________。答案(1)阴极精铜Cu2＋＋2e－===Cu阳极粗铜Cu－2e－===Cu2＋CuSO4溶液(2)Fe(3)4.48L(4)1mol/L14考点三金属的腐蚀与防护例3(2009·上海，13)如图装置中，U型管内为红墨水，a、b试管内分别盛有食盐水和氯化铵溶液，各加入生铁块，放置一段时间。下列有关描述错误的是()A．生铁块中的碳是原电池的正极B．红墨水柱两边的液面变为左低右高C．两试管中相同的电极反应式是Fe－2e－===Fe2＋D．a试管中发生了吸氧腐蚀，b试管中发生了析氢腐蚀解析a、b试管中均发生铁的电化学腐蚀，在食盐水中的Fe发生吸氧腐蚀，正极为碳：2H2O＋O2＋4e－===4OH－，负极为铁：2Fe－4e－===2Fe2＋，由于吸收O2，a管中气压降低；b管中的电解质溶液是酸性较强的NH4Cl溶液，故发生析氢腐蚀，正极：2H＋＋2e－===H2↑，负极：Fe－2e－===Fe2＋，由于放出氢气，b管中气压增大，故U型管中的红墨水应是左高右低，B选项错误。答案B名师点拨1.金属腐蚀的本质金属腐蚀的本质就是金属失电子被氧化。金属腐蚀有化学腐蚀和电化学腐蚀两种类型。若金属与接触到的物质直接发生氧化还原反应而引起腐蚀，则是化学腐蚀，此类腐蚀无电流产生；若合金或不纯金属接触到电解质溶液构成原电池，其中活泼金属作负极失去电子被腐蚀，称为电化学腐蚀，此类腐蚀伴随电流产生，且腐蚀速率比化学腐蚀快。电化学腐蚀又分为吸氧腐蚀和析氢腐蚀，水膜酸性较强时发生析氢腐蚀，水膜酸性很弱或非酸性时发生吸氧腐蚀。2．判断金属腐蚀快慢的规律(1)电解原理引起的腐蚀原电池原理引起的腐蚀化学腐蚀有防护腐蚀措施的腐蚀(电解原理的防护原电池原理的防护)。(2)对同一种金属来说，腐蚀的快慢：强电解质溶液弱电解质溶液非电解质溶液。(3)活泼性不同的两金属，活泼性差别越大，腐蚀越快。(4)对同一种电解质溶液来说，电解质溶液浓度越大，腐蚀越快。即时巩固3下列有关金属腐蚀与防护的说法正确的是()①纯银器表面在空气中因化学腐蚀渐渐变暗②当镀锡铁制品的镀层破损时，镀层仍能对铁制品起保护作用③海轮外壳连接锌块保护外壳不受腐蚀是采用了牺牲阳极的阴极保护法④可将地下输油钢管与外加直流电源的正极相连以保护它不受腐蚀A．①②B．②③C．①③D．①④解析纯银器表面在空气中易生成硫化物失去光泽；当镀锡铁制品镀层破损时，由于铁比锡活泼，形成原电池时，铁作原电池的负极，加快铁的腐蚀；锌比铁活泼，当在海轮外壳上连接锌块后，锌失电子而海轮外壳被保护；要采用电解原理保护金属，应将金属与电源的负极相连，即作电解池的阴极。综合上述分析，可知①、③正确。C高考失分警示1．只有氧化还原反应才有电子的得失，只有自发的氧化还原反应才可能被设计成原电池如2Fe3＋＋Cu===2Fe2＋＋Cu，非自发氧化还原反应可能被设计成电解池如Cu＋2H2O=====电解Cu(OH)2＋H2↑。2．无论什么样的电极材料、电解质溶液(或熔融状态的电解质)构成原电池，只要是原电池就永远遵守电极的规定：电子流出的电极是负极，电子流入的电极是正极。3.在化学反应中，失去电子的反应(电子流出的反应)是氧化反应，得到电子的反应(电子流入的反应)是还原反应，所以在原电池中，负极永远发生氧化反应，正极永远发生还原反应。4.在电解池中分析阳极上的电极反应，应首先看阳极材料，因为活泼电极作阳极会先放电。5.在原电池中两种金属电极的活动性是相对的，即相对活泼的金属作负极，而相对不活泼的金属作正极，在不同的电解质溶液中，它们活动性的相对强弱可能会改变。如Mg和Al，在以稀硫酸为电解质溶液的原电池中，Mg比Al金属性强，所以Mg作负极，Al作正极；将电解质溶液换为NaOH溶液，由于Mg不能与NaOH溶液发生反应，而Al易与NaOH溶液发生反应，所以在NaOH溶液中Al比Mg活泼，Al作负极，而Mg作正极。由此可见，在判断原电池的正负极时，不仅要比较两种金属的金属活动性，还要注意电解质溶液的性质。命题预测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，锌电极是负极解析锂离子电池可以充电再次使用，属于二次电池，A项正确；铜锌原电池中铜为正极，故电流由铜流向锌，而电子是由锌流向铜，B项错；电池的实质即是化学能转化成电能，C项正确；Zn失去电子生成Zn2＋，故作为负极，D项正确。B2．下列装置所示的实验不能达到实验目的的是()A.形成稳定电流的装置B.电解饱和食盐水C.将用含有酚酞的氯化钠溶液润湿的滤纸铺在铂片上写“祝你成功”D.电解精炼铝解析选项A，能够形成原电池；选项B，装置中的离子交换膜可以避免生成的Cl2与NaOH溶液反应；选项C，两电极都不参与电极反应，滤纸上的NaCl溶液被电解生成NaOH、H2、Cl2，NaOH与酚酞作用出现“祝你成功”红色字