2019-2020年高考化學(xué)二輪復(fù)習(xí) 上篇 專題突破方略 專題二 基本理論 第八講 電化學(xué)原理學(xué)案.doc

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2019-2020年高考化學(xué)二輪復(fù)習(xí) 上篇 專題突破方略 專題二 基本理論 第八講 電化學(xué)原理學(xué)案 　xx高考導(dǎo)航——適用于全國卷Ⅰ 最新考綱 高頻考點 高考印證 命題趨勢 1.了解原電池和電解池的工作原理，能寫出電極反應(yīng)和電池反應(yīng)方程式。了解常見化學(xué)電源的種類及其工作原理。 2.理解金屬發(fā)生電化學(xué)腐蝕的原因，金屬腐蝕的危害，防止金屬腐蝕的措施。 原電池原理及其應(yīng)用 xxT11 xxT10 xxT28 電化學(xué)是高考的熱點，題型以傳統(tǒng)題型為主，其中原電池的工作原理、電解產(chǎn)物的判斷與計算、電極及電池反應(yīng)方程式的書寫都是命題的熱點內(nèi)容，分值約4～6分；預(yù)計xx年高考中電化學(xué)考點還有“變熱”的趨勢，題目也會更加新穎。要特別注意提高根據(jù)題中所給信息書寫電極反應(yīng)式及電池反應(yīng)方程式的能力。 電解原理及其應(yīng)用 xxT27 電化學(xué)知識及其規(guī)律的綜合應(yīng)用 xxT27 考點一　原電池原理及其應(yīng)用 [學(xué)生用書P36] 1．原電池正、負極的判斷 (1)根據(jù)電極材料。一般是較活潑的金屬為負極，活潑性較弱的金屬或能導(dǎo)電的非金屬為正極。 (2)根據(jù)電子流動方向或電流方向。電子流動方向：由負極→正極；電流方向：由正極→負極。 (3)根據(jù)原電池電解質(zhì)溶液中離子的移動方向。在原電池的電解質(zhì)溶液內(nèi)，陽離子向正極移動，而陰離子向負極移動。 (4)根據(jù)原電池兩極發(fā)生的變化。原電池的負極總是失電子，發(fā)生氧化反應(yīng)；而正極總是得電子，發(fā)生還原反應(yīng)。 2．不同介質(zhì)下電極反應(yīng)式的書寫 (1)書寫步驟 (2)介質(zhì)對電極反應(yīng)式書寫的影響 ①中性溶液中，反應(yīng)物若是H＋得電子或OH－失電子，則H＋或OH－均來自于水的電離。 ②酸性溶液中，反應(yīng)物或生成物中均沒有OH－。 ③堿性溶液中，反應(yīng)物或生成物中均沒有H＋。 ④水溶液中不能出現(xiàn)O2－。 　　　　原電池原理的應(yīng)用 1．(原電池原理應(yīng)用類)(xx高考全國卷Ⅰ，T11,6分)微生物電池是指在微生物的作用下將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置，其工作原理如圖所示。下列有關(guān)微生物電池的說法錯誤的是(　　) A．正極反應(yīng)中有CO2生成 B．微生物促進了反應(yīng)中電子的轉(zhuǎn)移 C．質(zhì)子通過交換膜從負極區(qū)移向正極區(qū) D．電池總反應(yīng)為C6H12O6＋6O2===6CO2＋6H2O [破題關(guān)鍵]　電池內(nèi)部電流方向從負極到正極，故H＋從負極產(chǎn)生，流向正極參加正極反應(yīng)。 解析：選A。圖示所給出的是原電池裝置。A.有氧氣反應(yīng)的一極為正極，發(fā)生還原反應(yīng)，因為有質(zhì)子通過，故正極電極反應(yīng)式為O2＋4e－＋4H＋===2H2O；在負極，C6H12O6在微生物的作用下發(fā)生氧化反應(yīng)，電極反應(yīng)式為C6H12O6－24e－＋6H2O===6CO2↑＋24H＋，則負極上有CO2產(chǎn)生，故A不正確。B.微生物電池是指在微生物作用下將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置，所以微生物促進了反應(yīng)中電子的轉(zhuǎn)移，故B正確。C.質(zhì)子是陽離子，陽離子由負極區(qū)移向正極區(qū)，故C正確。D.正極的電極反應(yīng)式為6O2＋24e－＋24H＋===12H2O，負極的電極反應(yīng)式為C6H12O6－24e－＋6H2O===6CO2↑＋24H＋，兩式相加得電池總反應(yīng)為C6H12O6＋6O2===6CO2＋6H2O，故D正確。 [互動拓展] (1)任何化學(xué)反應(yīng)都能設(shè)計成原電池嗎？ (2)兩種金屬作電極時，較活潑的金屬一定作負極嗎？ 答案：(1)必須是能自發(fā)進行的氧化還原反應(yīng)才能設(shè)計成原電池，非氧化還原反應(yīng)沒有電子的轉(zhuǎn)移，必然無法設(shè)計成原電池。 (2)不一定，如鎂、鋁為電極，NaOH作電解質(zhì)溶液時，由于Mg與NaOH溶液不反應(yīng)而Al能，故鋁作負極。 　(xx河南鄭州高三月考)某原電池裝置如圖所示，鹽橋中裝有用飽和氯化鉀溶液浸泡過的瓊脂。下列敘述正確的是(　　) A．原電池工作一段時間后，F(xiàn)eCl2溶液中c(Cl－)會增大 B．此電池工作原理與硅太陽能電池工作原理相同 C．Fe為正極，石墨上發(fā)生的反應(yīng)為2H＋＋2e－===H2↑ D．若裝置中的鹽橋用鐵絲代替，電流表指針有偏轉(zhuǎn) 解析：選A。A項，在原電池中，陰離子移向負極(Fe)，故A正確；B項，硅太陽能電池的原理是半導(dǎo)體的光電效應(yīng)，故B錯誤；C項，在該原電池中，F(xiàn)e為負極，電極反應(yīng)式為Fe－2e－===Fe2＋；石墨為正極，電極反應(yīng)式為2H＋＋2e－===H2↑，故C錯誤；D項，若將鹽橋換成鐵絲，電流表指針不會發(fā)生偏轉(zhuǎn)，故D錯誤。 2．(xx河北廊坊診斷)某合作學(xué)習(xí)小組的同學(xué)利用下列氧化還原反應(yīng)設(shè)計原電池：2KMnO4＋10FeSO4＋8H2SO4===2MnSO4＋5Fe2(SO4)3＋K2SO4＋8H2O。鹽橋中裝有飽和K2SO4溶液，下列敘述中正確的是(　　) A．乙燒杯中發(fā)生還原反應(yīng) B．甲燒杯中溶液的pH逐漸減小 C．電池工作時，鹽橋中的SO移向甲燒杯 D．外電路的電流方向是從a到b 解析：選D。乙燒杯中發(fā)生氧化反應(yīng)：Fe2＋－e－===Fe3＋，A項錯誤；甲燒杯中發(fā)生還原反應(yīng)：MnO＋8H＋＋5e－===Mn2＋＋4H2O，c(H＋)減小，pH增大，B項錯誤；電池工作時，乙燒杯中正電荷增多，鹽橋中的SO移向乙燒杯，C項錯誤；外電路的電流方向是從正極(a)到負極(b)，D項正確。 　　　　電極反應(yīng)式的考查 1．(xx高考江蘇卷)一種熔融碳酸鹽燃料電池原理示意圖如下。下列有關(guān)該電池的說法正確的是(　　) A．反應(yīng)CH4＋H2O3H2＋CO，每消耗1 mol CH4轉(zhuǎn)移12 mol電子 B．電極A上H2參與的電極反應(yīng)為H2＋2OH－－2e－===2H2O C．電池工作時，CO向電極B移動 D．電極B上發(fā)生的電極反應(yīng)為O2＋2CO2＋4e－===2CO 解析：選D。A選項，甲烷中的C為－4價，一氧化碳中的C為＋2價，每個碳原子失去6個電子，因此每消耗1 mol甲烷失去6 mol電子，所以錯誤；B選項，熔融鹽中沒有氫氧根離子，因此氫氧根離子不能參與電極反應(yīng)，電極反應(yīng)式應(yīng)為H2＋CO＋2CO－4e－===3CO2＋H2O，所以錯誤；C選項，碳酸根離子應(yīng)向負極移動，即向電極A移動，所以錯誤；D選項，電極B上氧氣和二氧化碳得電子生成碳酸根離子，所以正確。 2．(xx高考大綱卷)如圖是在航天用高壓氫鎳電池基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種金屬氫化物鎳電池(MHNi電池)。下列有關(guān)說法不正確的是(　　) A．放電時正極反應(yīng)為NiOOH＋H2O＋e－===Ni(OH)2＋OH－ B．電池的電解液可為KOH溶液 C．充電時負極反應(yīng)為MH＋OH－－e－===H2O＋M D．MH是一類儲氫材料，其氫密度越大，電池的能量密度越高 解析：選C。A.在原電池的負極發(fā)生的是氧化反應(yīng)，在原電池的正極發(fā)生的是還原反應(yīng)，分析化合價的升降，可知A選項正確；B.因為本電池為金屬氫化物鎳電池，又有Ni(OH)2等產(chǎn)生，因此可用堿性溶液作電解質(zhì)溶液，B選項正確；C.該反應(yīng)為放電時的負極反應(yīng)，C選項錯誤；D.氫密度越大，單位體積內(nèi)放出的電量越多，電池的能量密度越高，D選項正確。 　燃料電池電極反應(yīng)式書寫技巧和步驟 (1)電極反應(yīng)式屬于以離子反應(yīng)表達的氧化還原半反應(yīng)，要遵循離子方程式的拆分物質(zhì)的規(guī)則。 (2)電極反應(yīng)式的主要框架(待配平) ①酸性電解液 負極：還原劑－xe－＋―→氧化產(chǎn)物＋H＋ 正極：氧化劑＋xe－＋H＋―→還原產(chǎn)物 ②非酸性電解質(zhì)(包括堿溶液、熔融碳酸鹽及氧化物) 負極：還原劑－xe－＋陰離子―→氧化產(chǎn)物 正極：氧化劑＋xe－＋―→陰離子 (3)最后將上述框架填充配平，主要依據(jù)為電荷守恒及元素守恒。 考點二　電解原理及其應(yīng)用 [學(xué)生用書P37] 1．分清陰、陽極。與電源正極相連的為陽極，與電源負極相連的為陰極，兩極發(fā)生的反應(yīng)為“陽氧陰還”。 2．剖析離子移向。陽離子移向陰極，陰離子移向陽極。 3．注意放電順序。 4．書寫電極反應(yīng)，注意得失電子守恒。 5．正確判斷產(chǎn)物 (1)陽極產(chǎn)物的判斷首先看電極，如果是活性電極作陽極，則電極材料失電子，電極溶解(注意：鐵作陽極溶解生成Fe2＋，而不是Fe3＋)；如果是惰性電極作陽極，則需看溶液中陰離子的失電子能力，陰離子放電順序為S2－＞I－＞Br－＞Cl－＞OH－(水)＞含氧酸根＞F－。 (2)陰極產(chǎn)物的判斷直接根據(jù)陽離子的放電順序進行判斷：Ag＋＞Hg2＋＞Fe3＋＞Cu2＋＞H＋(酸)＞Pb2＋＞Fe2＋＞Zn2＋＞H＋(水)＞Al3＋＞Mg2＋＞Na＋。 6．恢復(fù)原態(tài)措施 電解后有關(guān)電解質(zhì)溶液恢復(fù)原態(tài)的問題應(yīng)該用質(zhì)量守恒法分析。一般是加入陽極產(chǎn)物和陰極產(chǎn)物的化合物，但也有特殊情況，如用惰性電極電解CuSO4溶液，Cu2＋完全放電之前，可加入CuO或CuCO3復(fù)原，而Cu2＋完全放電之后，應(yīng)加入Cu(OH)2或Cu2(OH)2CO3復(fù)原。 　　　　電解原理的應(yīng)用 1．(電解原理應(yīng)用類)(xx高考上海卷)如圖所示，將鐵棒和石墨棒插入盛有飽和NaCl溶液的U型管中。下列分析正確的是(　　) A．K1閉合，鐵棒上發(fā)生的反應(yīng)為2H＋＋2e－===H2↑ B．K1閉合，石墨棒周圍溶液pH逐漸升高 C．K2閉合，鐵棒不會被腐蝕，屬于犧牲陽極的陰極保護法 D．K2閉合，電路中通過0.002NA個電子時，兩極共產(chǎn)生0.001 mol氣體 [破題關(guān)鍵]　正確判斷裝置類型，閉合K1時，裝置為原電池，反應(yīng)類型相當于鐵的吸氧腐蝕；閉合K2時，裝置為電解池，陽極為惰性電極，相當于電解食鹽水。 解析：選B。A項，K1閉合構(gòu)成原電池，鐵棒是負極，鐵棒上發(fā)生的反應(yīng)為Fe－2e－===Fe2＋，錯誤；B項，K1閉合構(gòu)成原電池，石墨棒是正極，溶液中的氧氣得到電子轉(zhuǎn)化為OH－，使石墨棒周圍溶液pH逐漸升高，正確；C項，K2閉合構(gòu)成電解池，鐵棒作陰極不會被腐蝕，屬于外加電流的陰極電保護法，錯誤；D項，K2閉合構(gòu)成電解池，鐵棒作陰極，電極反應(yīng)式為2H＋＋2e－===H2↑，石墨棒作陽極，電極反應(yīng)式為2Cl－－2e－===Cl2↑，則有2e－～H2～Cl2，所以當電路中通過0.002NA個電子時，兩極均產(chǎn)生0.001 mol氣體，共產(chǎn)生0.002 mol氣體，錯誤。 [互動拓展] (1)電解質(zhì)溶液導(dǎo)電一定發(fā)生化學(xué)反應(yīng)嗎？金屬導(dǎo)電發(fā)生什么變化？ (2)在原電池或電解池中，陰、陽離子及電子的運動情況是怎樣的？ 答案：(1)電解質(zhì)溶液導(dǎo)電時一定發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，因為電解質(zhì)溶液導(dǎo)電的過程即電解的過程，電解池的兩極分別發(fā)生氧化反應(yīng)、還原反應(yīng)，有新物質(zhì)生成。金屬導(dǎo)電是物理變化。 (2)原電池和電解池中，陰、陽離子一定在電解質(zhì)溶液或熔融態(tài)電解質(zhì)中移動，電子一定在導(dǎo)線中移動?？珊営洖椤半x子不上岸，電子不下水”。 　(xx高考廣東卷)某同學(xué)組裝了如圖所示的電化學(xué)裝置，電極Ⅰ為Al，其他均為Cu，則(　　) A．電流方向：電極Ⅳ→A→電極Ⅰ B．電極Ⅰ發(fā)生還原反應(yīng) C．電極Ⅱ逐漸溶解 D．電極Ⅲ的電極反應(yīng)：Cu2＋＋2e－===Cu 解析：選A。當多個池串聯(lián)時，兩電極材料活潑性相差大的作原電池，其他池作電解池，由此可知圖示中左邊兩池組成原電池，右邊組成電解池。A.電子移動方向：電極Ⅰ→A→電極Ⅳ，電流方向與電子移動方向相反，A正確。B.原電池負極在工作中失去電子，被氧化，發(fā)生氧化反應(yīng)，B錯誤。C.原電池正極得電子，銅離子在電極Ⅱ上得電子，生成銅單質(zhì)，該電極質(zhì)量逐漸增大，C錯誤。D.電解池中陽極為非惰性電極時，電極本身失電子，形成離子進入溶液中，因為電極Ⅱ為正極，因此電極Ⅲ為電解池的陽極，其電極反應(yīng)式為Cu－2e－===Cu2＋，D錯誤。 2．(xx高考浙江卷)在固態(tài)金屬氧化物電解池中，高溫共電解H2OCO2混合氣體制備H2和CO是一種新的能源利用方式，基本原理如下圖所示。下列說法不正確的是(　　) A．X是電源的負極 B．陰極的電極反應(yīng)式是H2O＋2e－===H2＋O2－ CO2＋2e－===CO＋O2－ C．總反應(yīng)可表示為H2O＋CO2H2＋CO＋O2 D．陰、陽兩極生成的氣體的物質(zhì)的量之比是1∶1 解析：選D。A項，根據(jù)圖示，X極產(chǎn)物為H2和CO，是H2O與CO2的還原產(chǎn)物，可判斷在X極上發(fā)生還原反應(yīng)，由此判斷X極為電源的負極，A項正確；B項，根據(jù)題意，電解質(zhì)為固體金屬氧化物，可以傳導(dǎo)O2－，故在陰極上發(fā)生的反應(yīng)為H2O＋2e－===H2＋O2－、CO2＋2e－===CO＋O2－，B項正確；C項，根據(jù)電極產(chǎn)物及B項發(fā)生的電極反應(yīng)可知，該反應(yīng)的總反應(yīng)方程式為H2O＋CO2H2＋CO＋O2，C項正確；D項，根據(jù)C項的電解總反應(yīng)方程式可知，陰、陽兩極生成的氣體的物質(zhì)的量之比為2∶1，D項錯誤。 　　　　可充電電池 1．Li/SO2電池具有輸出功率高和低溫性能好等特點，其電解質(zhì)是LiBr，溶劑是碳酸丙烯酯和乙腈，電池反應(yīng)式為2Li＋2SO2Li2S2O4。下列說法正確的是(　　) A．該電池反應(yīng)為可逆反應(yīng) B．放電時，Li＋向負極移動 C．充電時，陰極反應(yīng)式為Li＋＋e－===Li D．該電池的電解質(zhì)溶液可以換成LiBr的水溶液 解析：選C。本題考查電化學(xué)知識。電池的放電和充電是在不同的反應(yīng)條件下發(fā)生的，故該電池反應(yīng)不能叫可逆反應(yīng)，A項錯誤。放電時，Li＋向正極移動，B項錯誤。充電時，陰極發(fā)生還原反應(yīng)：Li＋＋e－===Li，C項正確。若電解質(zhì)溶液換成LiBr的水溶液，則堿金屬鋰會和水發(fā)生反應(yīng)，D項錯誤。 2．(xx河北保定模擬)鎂及其化合物一般無毒(或低毒)、無污染，且鎂原電池放電時電壓高而平穩(wěn)，使鎂原電池越來越成為人們研制綠色原電池的焦點。其中一種鎂原電池的反應(yīng)為xMg＋Mo3S4MgxMo3S4。 下列說法錯誤的是(　　) A．放電時Mg2＋向正極遷移 B．充電時陽極反應(yīng)為Mo3S－2xe－===Mo3S4 C．充電時Mo3S4發(fā)生氧化反應(yīng) D．放電時負極反應(yīng)為xMg－2xe－===xMg2＋ 解析：選C。A項，放電時陽離子向正極移動，正確；B項，充電時陽極發(fā)生氧化反應(yīng)，所以Mo3S失去電子生成Mo3S4，正確；C項，充電時Mo3S4是生成物，錯誤；D項，放電時負極發(fā)生氧化反應(yīng)，Mg失去電子生成Mg2＋，正確。 　 (1)對于可充電電池，放電時為原電池，符合原電池工作原理，負極發(fā)生氧化反應(yīng)，正極發(fā)生還原反應(yīng)；外電路中電子由負極流向正極，內(nèi)電路中陽離子向正極移動，陰離子向負極移動。 (2)可充電電池充電時為電解池，陽極發(fā)生氧化反應(yīng)，陰極發(fā)生還原反應(yīng)；充電時電池的“＋”極與外接直流電源的正極相連，電池的“－”極與外接直流電源的負極相連。 考點三　電化學(xué)知識及其規(guī)律的綜合應(yīng)用 [學(xué)生用書P39] 1．電化學(xué)計算的基本方法和技巧 原電池和電解池的計算包括兩極產(chǎn)物的定量計算、溶液pH的計算、相對原子質(zhì)量和阿伏加德羅常數(shù)的計算、產(chǎn)物的量與電量關(guān)系的計算等。通常有下列三種方法： (1)根據(jù)電子守恒計算 用于串聯(lián)電路中陰陽兩極產(chǎn)物、正負兩極產(chǎn)物、相同電量等類型的計算，其依據(jù)是電路中轉(zhuǎn)移的電子數(shù)相等。 (2)根據(jù)總反應(yīng)式計算 先寫出電極反應(yīng)式，再寫出總反應(yīng)式，最后根據(jù)總反應(yīng)式列出比例式計算。 (3)根據(jù)關(guān)系式計算 根據(jù)得失電子守恒關(guān)系建立起已知量與未知量之間的橋梁，構(gòu)建計算所需的關(guān)系式。 如以通過4 mol e－為橋梁可構(gòu)建如下關(guān)系式： (式中M為金屬，n為其離子的化合價數(shù)值) 該關(guān)系式具有總攬電化學(xué)計算的作用和價值，熟記電極反應(yīng)式，靈活運用關(guān)系式便能快速解答常見的電化學(xué)計算問題。 2．金屬的腐蝕與防護 (1)兩種防護方法 ①加防護層 (2)金屬腐蝕的快慢規(guī)律 電解原理引起的腐蝕＞原電池原理引起的腐蝕＞一般化學(xué)腐蝕＞有防腐措施的腐蝕。 (3)防腐措施效果比較 外接電源的陰極保護法＞犧牲陽極的陰極保護法＞有一般防腐條件的防護＞未采取任何防護措施。 　　　　有關(guān)電化學(xué)的計算 1．(電化學(xué)計算類)如圖所示，通電5 min后，第③極增重2.16 g，同時在A池中收集到標準狀況下的氣體224 mL，設(shè)A池中原混合液的體積為200 mL。 (1)電源F為________極；第②極為________極；B池為________池。 (2)A池中第②極上的電極反應(yīng)式為________________；A池中第①極上產(chǎn)生氣體體積為________ mL(標準狀況下)。 (3)通電前A池中原混合溶液中Cu2＋的濃度為________。 [破題關(guān)鍵]　根據(jù)電極現(xiàn)象判斷電極屬性，在電解池中，增重的必是陰極；串聯(lián)的電解裝置中，每個電極轉(zhuǎn)移的電子數(shù)相等。 解析：(1)由第③極增重2.16 g可知①③是電解池的陰極，②④是電解池的陽極，E是電源的負極，F(xiàn)是電源的正極。又因為B池的陽極是銀，電解質(zhì)溶液是硝酸銀溶液，故該池是電解(鍍)池。(2)A池中，第②極只發(fā)生反應(yīng)4OH－－4e－===2H2O＋O2↑。因為第③極增重2.16 g是銀的質(zhì)量，即轉(zhuǎn)移電子2.16 g108 gmol－1＝0.02 mol，所以A池中產(chǎn)生氧氣0.02 mol422.4 Lmol－1＝0.112 L，即112 mL，在陰極，發(fā)生電極反應(yīng)Cu2＋＋2e－===Cu,2H＋＋2e－===H2↑，且氫氣的體積是224 mL－112 mL＝112 mL。(3)A池中產(chǎn)生氫氣的物質(zhì)的量為0.005 mol，據(jù)電子守恒得Cu2＋的物質(zhì)的量是(0.02 mol－0.005 mol2)2＝0.005 mol，故通電前A池中原混合溶液中Cu2＋的濃度為0.005 mol0.2 L＝0.025 molL－1。 答案：(1)正　陽　電解(鍍) (2)4OH－－4e－===2H2O＋O2↑　112 (3)0.025 molL－1 [互動拓展] 電解池問題中，如何判斷電極區(qū)域的酸堿性變化？有何數(shù)量關(guān)系？ 答案：①若陰極為H＋放電，則陰極區(qū)c(OH－)增大；若陽極為OH－放電，則陽極區(qū)c(H＋)增大；若陰極上H＋放電，同時陽極上OH－放電，相當于電解水。 ②電解過程中產(chǎn)生的H＋或OH－，其物質(zhì)的量等于轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量。 　如圖所示，其中甲池的總反應(yīng)式為2CH3OH＋3O2＋4KOH===2K2CO3＋6H2O，下列說法正確的是(　　) A．甲池是電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能的裝置，乙、丙池是化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置 B．甲池通入CH3OH的電極反應(yīng)式為CH3OH－6e－＋2H2O===CO＋8H＋ C．反應(yīng)一段時間后，向乙池中加入一定量Cu(OH)2固體能使CuSO4溶液恢復(fù)到原濃度 D．甲池中消耗280 mL(標準狀況下)O2，此時丙池中理論上最多產(chǎn)生1.45 g固體 解析：選D。A項，甲池為原電池，作為電源，則乙池、丙池為兩個電解池。根據(jù)原電池的形成條件，通入CH3OH的一極為負極，通入O2的一極為正極，所以石墨、Pt(左)作陽極，Ag、Pt(右)作陰極。B項，負極反應(yīng)：CH3OH－6e－＋8OH－===CO＋6H2O。C項，應(yīng)加入CuO。D項，丙池中：MgCl2＋2H2OMg(OH)2↓＋Cl2↑＋H2↑，消耗0.012 5 mol O2，轉(zhuǎn)移 0.05 mol 電子，生成0.025 mol Mg(OH)2，其質(zhì)量為1.45 g。 2．乙醛酸是有機合成的重要中間體。工業(yè)上用“雙極室成對電解法”生產(chǎn)乙醛酸，原理如圖所示，該裝置中陰、陽兩極為惰性電極，兩極室均可產(chǎn)生乙醛酸，其中乙二醛與M電極的產(chǎn)物反應(yīng)生成乙醛酸。 (1)N電極上的電極反應(yīng)式為________________________________________________________________________。 (2)若有2 mol H＋通過質(zhì)子交換膜，并完全參與了反應(yīng)，則該裝置中生成的乙醛酸為________mol。 解析：(1)由H＋的遷移方向可知N為陰極，發(fā)生得電子的還原反應(yīng)，結(jié)合題意“兩極室均可產(chǎn)生乙醛酸”，可知N電極為乙二酸發(fā)生得電子的還原反應(yīng)生成乙醛酸。(2)1 mol乙二酸在陰極得到2 mol電子，與2 mol H＋反應(yīng)生成1 mol乙醛酸和1 mol H2O，同時在陽極產(chǎn)生的1 mol Cl2能將1 mol乙二醛氧化成1 mol乙醛酸，兩極共產(chǎn)生2 mol乙醛酸。 答案：(1)HOOC—COOH＋2e－＋2H＋=== HOOC—CHO＋H2O　(2)2 　 (1)無明顯“外接電源”的電解池的“串聯(lián)”問題，主要是根據(jù)“原電池”的形成條件判斷“電源”的正、負極，從而判斷陰、陽極。 (2)有明顯“外接電源”的電解池的“串聯(lián)”問題，主要是根據(jù)“電極現(xiàn)象”判斷陰、陽極，從而判斷電源的正、負極，進一步判斷其他“電解池”的陰、陽極。 　　　　金屬的腐蝕與防護 1．下列金屬防腐的措施中，使用外加電流的陰極保護法的是(　　) A．水中的鋼閘門連接電源的負極 B．金屬護欄表面涂漆 C．汽車底盤噴涂高分子膜 D．地下鋼管連接鎂塊 解析：選A。A.水中的鋼閘門連接電源的負極，即使用了外加電流。B.金屬護欄表面涂漆，是一種使用外加涂層而使金屬隔絕空氣和水分的保護方法。C.汽車底盤噴涂高分子膜，也是一種使用外加涂層而使金屬隔絕空氣和水分的保護方法。D.地下鋼管連接鎂塊，是犧牲陽極的陰極保護法。 2．下列與金屬腐蝕有關(guān)的說法，正確的是(　　) A．圖1中，鐵釘易被腐蝕 B．圖2中，滴加少量K3[Fe(CN)6]溶液，沒有藍色沉淀出現(xiàn)　 C．圖3中，燃氣灶的中心部位容易生銹，主要是由于高溫下鐵發(fā)生化學(xué)腐蝕 D．圖4中，用犧牲鎂塊的方法來防止地下鋼鐵管道的腐蝕，鎂塊相當于原電池的正極 解析：選C。A項，圖1中，鐵釘處于干燥環(huán)境，不易被腐蝕；B項，負極反應(yīng)為Fe－2e－===Fe2＋，F(xiàn)e2＋與[Fe(CN)6]3－反應(yīng)生成Fe3[Fe(CN)6]2藍色沉淀；D項，為犧牲陽極的陰極保護法，Mg塊相當于原電池的負極。 電化學(xué)問題的常見認識誤區(qū) 1．誤認為原電池中負極材料一定比正極材料活潑。其實不一定，如Mg和Al用導(dǎo)線相連放在NaOH溶液中形成原電池時，鋁作負極。 2．誤認為原電池質(zhì)量增加的一極一定為原電池的正極。其實不一定，如鉛蓄電池的負極，在工作時，電極由Pb轉(zhuǎn)變?yōu)镻bSO4，質(zhì)量增加。 3．誤認為原電池的負極一定參加反應(yīng)。其實不一定，如氫氧燃料電池的負極本身不參加反應(yīng)，通入的燃料發(fā)生反應(yīng)。 4．用惰性電極電解飽和食鹽水后，誤認為要想恢復(fù)至原狀需加入適量鹽酸。其實不然，應(yīng)該通入HCl氣體。 5．誤認為電解熔融的AlCl3可以制備Al。其實不然，因為AlCl3是共價化合物，熔融狀態(tài)不導(dǎo)電，不能被電解，應(yīng)該電解熔融的Al2O3制備Al。 6．誤認為電解過程中如果只電解水，溶液的pH一定不變。其實不一定，如電解NaOH溶液，c(OH－)變大，pH增大；電解H2SO4溶液，c(H＋)變大，pH減小。  1．下列有關(guān)電化學(xué)的示意圖中正確的是(　　) 解析：選D。選項A，Zn應(yīng)為原電池負極，Cu為原電池正極。選項B，鹽橋兩邊的燒杯中盛裝的電解質(zhì)溶液應(yīng)互換。選項C，粗銅應(yīng)連接電源正極。選項D，電解飽和NaCl溶液，Cl－在陽極放電產(chǎn)生Cl2，H＋在陰極獲得電子而產(chǎn)生H2，正確。 2．下列有關(guān)鋼鐵腐蝕與防護的說法正確的是(　　) A．鋼管與電源正極連接，鋼管可被保護 B．鐵遇冷濃硝酸表現(xiàn)鈍化，可保護內(nèi)部不被腐蝕 C．鋼管與銅管露天堆放在一起時，鋼管不易被腐蝕 D．鋼鐵發(fā)生析氫腐蝕時，負極反應(yīng)為Fe－3e－===Fe3＋ 解析：選B。鋼管與電源正極相連，則鋼管作陽極，發(fā)生氧化反應(yīng)而被腐蝕，A項錯誤；鐵遇冷濃硝酸表面鈍化，在表面生成一層致密的氧化膜保護內(nèi)部不被腐蝕，B項正確；鋼管與銅管露天堆放在一起，形成原電池時鋼管作負極，發(fā)生氧化反應(yīng)而被腐蝕，C項錯誤；鋼鐵發(fā)生析氫腐蝕時，負極反應(yīng)為Fe－2e－===Fe2＋，D項錯誤。 3．(xx浙江麗水二模)下圖是CO2電催化還原為CH4的工作原理示意圖。下列說法不正確的是(　　) A．該過程是電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能的過程 B．銅電極的電極反應(yīng)式為CO2＋8H＋＋8e－===CH4＋2H2O C．一段時間后，①池中n(KHCO3)不變 D．一段時間后，②池中溶液的pH一定減小 解析：選C。分析工作原理示意圖可知此裝置為電解池，銅電極通入CO2，還原為CH4，所以銅電極為陰極，發(fā)生還原反應(yīng)：CO2＋8H＋＋8e－===CH4＋2H2O，鉑電極為陽極，OH－放電，生成H＋，導(dǎo)致pH減小，同時鹽橋中的K＋向①池中移動，①池中溶有CO2，故n(KHCO3)增大，C項錯誤。 4．(xx高考四川卷)用如圖所示裝置除去含CN－、Cl－廢水中的CN－時，控制溶液pH為9～10，陽極產(chǎn)生的ClO－將CN－氧化為兩種無污染的氣體，下列說法不正確的是(　　) A．用石墨作陽極，鐵作陰極 B．陽極的電極反應(yīng)式：Cl－＋2OH－ －2e－===ClO－＋H2O C．陰極的電極反應(yīng)式：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－ D．除去CN－的反應(yīng)：2CN－＋5ClO－＋2H＋===N2↑＋2CO2↑＋5Cl－＋H2O 解析：選D。A.由題干信息可知Cl－在陽極放電生成ClO－，則陽極應(yīng)為惰性電極，A項正確；B.Cl－在陽極放電生成ClO－，Cl的化合價升高，故在陽極發(fā)生氧化反應(yīng)，又已知該溶液呈堿性，B項正確；C.陽離子在電解池的陰極得電子發(fā)生還原反應(yīng)，在堿性條件下，H2O提供陽離子(H＋)，C項正確；D.由于溶液是堿性條件，故除去CN－發(fā)生的反應(yīng)為2CN－＋5ClO－ ＋H2O===N2↑＋2CO2↑＋5Cl－＋2OH－，D項錯誤。 5．(xx高考福建卷)某模擬“人工樹葉”電化學(xué)實驗裝置如下圖所示，該裝置能將H2O和CO2轉(zhuǎn)化為O2和燃料(C3H8O)。下列說法正確的是(　　) A．該裝置將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為光能和電能 B．該裝置工作時，H＋從b極區(qū)向a極區(qū)遷移 C．每生成1 mol O2，有44 g CO2被還原 D．a(chǎn)電極的反應(yīng)為3CO2＋18H＋－18e－===C3H8O＋5H2O 解析：選B。該裝置為電解裝置，模擬“人工樹葉”，故為電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能，A項錯誤；b極連接電源的正極，為陽極，H＋為陽離子，在電解池中向a極(陰極)區(qū)移動，B項正確；右側(cè)H2O→O2 發(fā)生的是氧化反應(yīng)，每生成1 mol O2，轉(zhuǎn)移4 mol電子，C3H8O中碳元素的化合價是－2,3CO2→C3H8O，轉(zhuǎn)移18 mol電子，故生成1 mol O2消耗 2/3 mol CO2，C項錯誤；a電極發(fā)生的是還原反應(yīng)：3CO2＋18H＋＋18e－===C3H8O＋5H2O，D項錯誤。 6．(xx高考天津卷)鋅銅原電池裝置如圖所示，其中陽離子交換膜只允許陽離子和水分子通過，下列有關(guān)敘述正確的是(　　) A．銅電極上發(fā)生氧化反應(yīng) B．電池工作一段時間后，甲池的c(SO)減小 C．電池工作一段時間后，乙池溶液的總質(zhì)量增加 D．陰陽離子分別通過交換膜向負極和正極移動，保持溶液中電荷平衡 解析：選C。A.Cu作正極，電極上發(fā)生還原反應(yīng)，錯誤；B.電池工作過程中，SO不參加電極反應(yīng)，故甲池的c(SO)基本不變，錯誤；C.電池工作時，甲池反應(yīng)為Zn－2e－===Zn2＋，乙池反應(yīng)為Cu2＋＋2e－===Cu，甲池中Zn2＋會通過陽離子交換膜進入乙池，以維持溶液中電荷平衡，由電極反應(yīng)式可知，乙池中每有64 g Cu析出，則進入乙池的Zn2＋為65 g，溶液總質(zhì)量略有增加，正確；D.由題干信息可知，陰離子不能通過陽離子交換膜，錯誤。 7．(xx高考福建卷)某原電池裝置如圖所示，電池總反應(yīng)為2Ag＋Cl2===2AgCl。下列說法正確的是(　　) A.正極反應(yīng)為AgCl＋e－===Ag＋Cl－ B.放電時，交換膜右側(cè)溶液中有大量白色沉淀生成 C.若用NaCl溶液代替鹽酸，則電池總反應(yīng)隨之改變 D.當電路中轉(zhuǎn)移0.01 mol e－時，交換膜左側(cè)溶液中約減少0.02 mol離子 解析：選D。根據(jù)電池總反應(yīng)可以看出Cl2得電子，Ag失電子，所以在原電池中Cl2在正極上發(fā)生還原反應(yīng)，Ag在負極上發(fā)生氧化反應(yīng)。正極反應(yīng)為Cl2＋2e－===2Cl－，A項錯誤。因為電解質(zhì)溶液為鹽酸，所以負極上Ag失電子生成的Ag＋隨即與附近的Cl－反應(yīng)，B項錯誤。用氯化鈉代替鹽酸后，電極反應(yīng)不發(fā)生改變，C項錯誤。當電路中轉(zhuǎn)移0.01 mol e－時，負極生成0.01 mol Ag＋，由于Ag＋＋Cl－===AgCl↓，所以消耗0.01 mol Cl－，由于電荷守恒，同時有0.01 mol H＋通過陽離子交換膜轉(zhuǎn)移至右側(cè)，D項正確。 8．利用下圖裝置，可以模擬鐵的電化學(xué)防護。 (1)若X為Zn，開關(guān)K置于M處，X電極為________極，電極反應(yīng)式為________________________，鐵電極反應(yīng)式為______________________，此種防護法稱為________________。 (2)若X為碳棒，開關(guān)K置于N處，X為________極，電極反應(yīng)為____________________________，此種防護法稱為______________________。 (3)若X為Cu，開關(guān)K置于N處，X電極反應(yīng)式為____________________，鐵電極反應(yīng)式為________________________________________________________________________。 解析：(1)X為Zn，開關(guān)K置于M處，構(gòu)成ZnFe原電池，Zn作負極被氧化。(2)X為碳棒，開關(guān)K置于N處，構(gòu)成電解池，X作陽極，OH－放電。(3)X為銅，開關(guān)K置于N處，Cu作陽極，Cu失電子變成Cu2＋，被氧化。 答案：(1)負　2Zn－4e－===2Zn2＋　O2＋2H2O＋4e－===4OH－　犧牲陽極的陰極保護法 (2)陽　4OH－－4e－===O2↑＋2H2O　外接電流的陰極保護法 (3)Cu－2e－===Cu2＋　2H＋＋2e－===H2↑ 9．(xx高考重慶卷)我國古代青銅器工藝精湛，有很高的藝術(shù)價值和歷史價值。但出土的青銅器大多受到環(huán)境腐蝕，故對其進行修復(fù)和防護具有重要意義。 (1)原子序數(shù)為29的銅元素位于元素周期表中第________周期。 (2)某青銅器中Sn、Pb的質(zhì)量分別為119 g、20.7 g，則該青銅器中Sn和Pb原子的數(shù)目之比為________。 (3)研究發(fā)現(xiàn)，腐蝕嚴重的青銅器表面大都存在CuCl。關(guān)于CuCl在青銅器腐蝕過程中的催化作用，下列敘述正確的是________。 A．降低了反應(yīng)的活化能 B．增大了反應(yīng)的速率 C．降低了反應(yīng)的焓變 D．增大了反應(yīng)的平衡常數(shù) (4)采用“局部封閉法”可以防止青銅器進一步被腐蝕。如將糊狀A(yù)g2O涂在被腐蝕部位，Ag2O與有害組分CuCl發(fā)生復(fù)分解反應(yīng)，該化學(xué)方程式為________________________________________________________________________ ________________________。 (5)如圖所示為青銅器在潮濕環(huán)境中發(fā)生電化學(xué)腐蝕的原理示意圖。 ①腐蝕過程中，負極是________(填圖中字母“a”或“b”或“c”)； ②環(huán)境中的Cl－擴散到孔口，并與正極反應(yīng)產(chǎn)物和負極反應(yīng)產(chǎn)物作用生成多孔粉狀銹Cu2(OH)3Cl，其離子方程式為________________________________________________________________________； ③若生成4.29 g Cu2(OH)3Cl，則理論上耗氧體積為________L(標準狀況)。 解析：(1)銅位于元素周期表的第四周期。 (2)119 g Sn的物質(zhì)的量為1 mol,20.7 g Pb的物質(zhì)的量為0.1 mol，因此Sn和Pb原子的數(shù)目之比為10∶1。 (3)催化劑能降低反應(yīng)的活化能和加快反應(yīng)速率，但不改變反應(yīng)的平衡常數(shù)和焓變，所以A、B正確。 (4)復(fù)分解反應(yīng)為相互交換成分的反應(yīng)，因此該反應(yīng)的化學(xué)方程式為Ag2O＋2CuCl===2AgCl＋Cu2O。 (5)①負極發(fā)生失電子的反應(yīng)，銅作負極失電子，因此負極為c。負極反應(yīng)：Cu－2e－===Cu2＋，正極反應(yīng)：O2＋2H2O＋4e－===4OH－。 ②正極產(chǎn)物為OH－，負極產(chǎn)物為Cu2＋，兩者與Cl－反應(yīng)生成Cu2(OH)3Cl，其離子方程式為2Cu2＋＋3OH－＋Cl－===Cu2(OH)3Cl↓。 ③4.29 g Cu2(OH)3Cl的物質(zhì)的量為0.02 mol，由Cu元素守恒知，發(fā)生電化學(xué)腐蝕失電子的Cu單質(zhì)的物質(zhì)的量為0.04 mol，失去電子0.08 mol，根據(jù)電子守恒可得，消耗O2的物質(zhì)的量為0.02 mol，所以理論上消耗氧氣的體積為 0.448 L(標準狀況)。 答案：(1)四　(2)10∶1　(3)AB (4)Ag2O＋2CuCl===2AgCl＋Cu2O (5)①c?、?Cu2＋＋3OH－＋Cl－===Cu2(OH)3Cl↓?、?.448 10．(1)火箭的第一、二級發(fā)動機中，所用的燃料為偏二甲肼和四氧化二氮，偏二甲肼可用肼來制備。 ①用肼(N2H4)作燃料，四氧化二氮作氧化劑，兩者反應(yīng)生成氮氣和氣態(tài)水。 已知：N2(g)＋2O2(g)===N2O4(g) ΔH＝＋10.7 kJmol－1 N2H4(g)＋O2(g)===N2(g)＋2H2O(g) ΔH＝－543 kJmol－1 寫出氣態(tài)肼和N2O4反應(yīng)的熱化學(xué)方程式：________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 ②已知四氧化二氮在大氣中或在較高溫度下很難穩(wěn)定存在，它很容易轉(zhuǎn)化為二氧化氮。試推斷出二氧化氮制取四氧化二氮的反應(yīng)條件(或措施)：________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (2)科學(xué)家制造出一種使用固體電解質(zhì)的燃料電池，其效率更高，可用于航空航天。如圖1所示裝置中，以稀土金屬材料作惰性電極，在兩極上分別通入CH4和空氣，其中固體電解質(zhì)是摻雜了Y2O3的ZrO2固體，它在高溫下能傳導(dǎo)陽極生成的O2－離子(O2＋4e－===2O2－)。 ①c電極的名稱為________，d電極上的電極反應(yīng)式為 ________________________________________________________________________。 ②如圖2所示為電解100 mL 0.5 molL－1CuSO4溶液，a電極上的電極反應(yīng)式為________________________________________________________________________。 若a電極產(chǎn)生56 mL(標準狀況)氣體，則所得溶液的pH＝__________(不考慮溶液體積變化)，若要使電解質(zhì)溶液恢復(fù)到電解前的狀態(tài)，可加入__________(填序號)。 a．CuO　　　　　　　　b．Cu(OH)2 c．CuCO3 d．Cu2(OH)2CO3 解析：(1)①N2(g)＋2O2(g)===N2O4(g) ΔH＝＋10.7 kJmol－1?、? N2H4(g)＋O2(g)===N2(g)＋2H2O(g) ΔH＝－543 kJmol－1　Ⅱ 根據(jù)蓋斯定律可知，所求反應(yīng)的熱化學(xué)方程式可以由Ⅱ2－Ⅰ得到：2N2H4(g)＋N2O4(g)===3N2(g)＋4H2O(g)　ΔH＝－1 096.7 kJmol－1。 ②四氧化二氮在高溫下很難穩(wěn)定存在，而NO2生成N2O4的反應(yīng)為氣體體積減小的反應(yīng)，故二氧化氮轉(zhuǎn)化為四氧化二氮的條件可以是高壓、低溫。 (2)①電流從正極流向負極，故c、d分別為正極、負極。燃料電池的負極為通入燃料的一極，故其電極反應(yīng)式為CH4－8e－＋4O2－===CO2＋2H2O。 ②a為電解池的陽極：4OH－－4e－===2H2O＋O2↑；b為陰極：2Cu2＋＋4e－===2Cu，當陽極產(chǎn)生56 mL氣體時，被電解的OH－的物質(zhì)的量為4＝0.01 mol，故溶液中c(H＋)＝＝0.1 molL－1，故溶液的pH＝1。此時陰極析出0.05 mol Cu，Cu2＋恰好完全放電。為恢復(fù)電解質(zhì)溶液的原狀，根據(jù)“出什么加什么”原理，只要相當于加入CuO即可，a項可以，b項 Cu(OH)2可以拆為CuOH2O，c項 CuCO3拆為CuOCO2，d項Cu2(OH)2CO3可拆為2CuOH2OCO2，其中c項也可選。 答案：(1)①2N2H4(g)＋N2O4(g)===3N2(g)＋4H2O(g)　ΔH＝－1 096.7 kJmol－1?、诟邏?、低溫(或加壓、降溫) (2)①正極　CH4－8e－＋4O2－===CO2＋2H2O ②4OH－－4e－===2H2O＋O2↑　1　ac 11．(xx高考山東卷)利用LiOH和鈷氧化物可制備鋰離子電池正極材料。LiOH可由電解法制備，鈷氧化物可通過處理鈷渣獲得。 (1)利用如圖所示裝置電解制備LiOH，兩電極區(qū)電解液分別為LiOH和LiCl溶液。B極區(qū)電解液為________溶液(填化學(xué)式)，陽極電極反應(yīng)式為________________________________________________________________________， 電解過程中Li＋向________電極遷移(填“A”或“B”)。 (2)利用鈷渣[含Co(OH)3、Fe(OH)3等]制備鈷氧化物的工藝流程如下： Co(OH)3溶解還原反應(yīng)的離子方程式為________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 鐵渣中鐵元素的化合價為________。在空氣中煅燒CoC2O4生成鈷氧化物和CO2，測得充分煅燒后固體質(zhì)量為2.41 g，CO2體積為1.344 L(標準狀況)，則鈷氧化物的化學(xué)式為________。 解析：(1)根據(jù)電解裝置圖，兩電極區(qū)電解液分別為LiOH和LiCl溶液，B極區(qū)產(chǎn)生H2，電極反應(yīng)式為2H＋＋2e－===H2↑，剩余OH－與Li＋結(jié)合生成LiOH，所以B極區(qū)電解液應(yīng)為LiOH溶液，B電極為陰極，則A電極應(yīng)為陽極。陽極區(qū)電解液應(yīng)為LiCl溶液，電極反應(yīng)式為2Cl－－2e－===Cl2↑。根據(jù)電流方向，電解過程中Li＋向B電極遷移。 (2)酸性條件下，Co(OH)3首先與H＋反應(yīng)生成Co3＋，Co3＋具有氧化性，可將SO氧化為SO，根據(jù)電子守恒和質(zhì)量守恒定律，配平可得：2Co(OH)3＋4H＋＋SO===SO＋2Co2＋＋5H2O。由于NaClO3和O2具有氧化性，鐵渣中鐵元素應(yīng)為＋3價。在空氣中煅燒CoC2O4生成鈷氧化物和CO2，設(shè)鈷氧化物的分子式為CoxOy，則有 xCoC2O4＋O2CoxOy?。?xCO2 　　　　　　(59x＋16y) g　 2x mol 　　　　　 　　2.41 g?。?.06 mol 則有(59x＋16y)0.06＝2.412x，得x∶y＝3∶4。 所以鈷氧化物的化學(xué)式為Co3O4。 答案：(1)LiOH　2Cl－－2e－===Cl2↑　B　 (2)2Co(OH)3＋SO＋4H＋===2Co2＋＋SO＋5H2O[或Co(OH)3＋3H＋===Co3＋＋3H2O,2Co3＋＋SO＋H2O===2Co2＋＋SO＋2H＋]?。?　Co3O4