2019年高考化學 藝體生百日突圍系列 專題2.9 電化學基礎(chǔ)基礎(chǔ)練測.doc
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專題2.9 電化學基礎(chǔ) 考綱解讀 1、理解原電池和電解池的構(gòu)成、工作原理及應用,能書寫電極反應和總反應方程式。了解常見化學電源的種類及其工作原理。 2、了解金屬發(fā)生電化學腐蝕的原因、金屬腐蝕的危害以及防止金屬腐蝕的措施。 考點探究 電化學原理的分析和應用是高考的熱點。和2016年大綱相比,主要變化有:“理解原電池和電解池的構(gòu)成”,要求由“了解”提高為“理解”;“理解金屬發(fā)生電化學腐蝕的原因,金屬腐蝕的危害,防止金屬腐蝕的措施”降低為“了解”。因此預測2019年關(guān)于新型電源的工作原理分析、電極反應式的書寫仍會在高考中出現(xiàn),必須高度關(guān)注。同樣電解原理及其應用也是高考的高頻考點,因其與氧化還原反應、離子反應,電解質(zhì)溶液、元素化合物性質(zhì)等知識聯(lián)系密切而成為高考的重點和熱點。由于電解原理在工業(yè)上的應用更加廣泛,預測2019年高考,仍會聯(lián)系化學工藝過程對電解原理的應用進行考查,以原電池和電解池的工作原理為基點,考察新情境下化學電源的工作原理和電解原理的應用,應給予高度關(guān)注。 知識梳理 一、原電池 1、裝置特點:化學能轉(zhuǎn)化為電能的裝置。 2、原電池的電極: (1)原電池的負極—活潑金屬—發(fā)生氧化反應—向外電路提供電子。 (2)原電池的正極—不活潑金屬(或惰性電極如石墨)—發(fā)生還原反應—接受外電路提供的電子。 注意: 原電池中陰離子移向負極、陽離子移向正極,這是因為負極失電子,生成大量陽離子聚集在負極附近,致使該極附近有大量正電荷,所以溶液中的陰離子要移向負極;正極得電子,該極附近的陽離子因得電子生成電中性物質(zhì)而使該極附近帶負電荷,所以溶液中陽離子要移向正極。 ③電極反應:一般燃料電池發(fā)生的電化學反應的最終產(chǎn)物與燃燒產(chǎn)物相同,可根據(jù)燃燒反應寫出總的電池反應,但不注明反應的條件。負極發(fā)生氧化反應,正極發(fā)生還原反應,不過要注意一般電解質(zhì)溶液要參與電極反應。以氫氧燃料電池為例,鉑為正、負極,介質(zhì)分為酸性、堿性和中性。當電解質(zhì)溶液呈酸性時:負極:2H2-4e- =4H+,正極:O2+4e- +4H+ =2H2O;當電解質(zhì)溶液呈堿性時:負極:2H2+4OH--4e-=4H2O,正極:O2+2H2O+4 e-=4OH-;另一種燃料電池是用金屬鉑片插入KOH溶液作電極,又在兩極上分別通甲烷(燃料)和氧氣(氧化劑)。電極反應式為:負極:CH4+10OH--8e-=CO32-+7H2O,正極:4H2O+2O2+8e- =8OH,電池總反應式為:CH4+2O2+2KOH=K2CO3+3H2O。 4、常見化學電源 電池 負極反應 正極反應 總反應式 堿性鋅 錳電池 Zn+2OH--2e-=n(OH)2 2MnO2+2H2O+2e-= 2MnOOH+2OH- Zn+2MnO2+2H2O=2MnOOH+Zn(OH)2 鉛蓄電池 Pb(s)-2e-+SO42-(aq)=PbSO4(s) PbO2(s)+2e-+4H+(aq)+ SO42-aq)=PbSO4(s)+H2O(l) Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4(aq)=2PbSO4(s)+2H2O(l) 氫氧燃料電池 酸性 2H2-4e―=4H+ O2+4e-+4H+=2H2O 2H2+O2=2H2O 堿性 2H2-4e-+4OH-=4H2O O2+4e-+2H2O=4OH- 固體 2H2-4e-=4H+ O2+4e-=2O2- 5、廢棄電池的處理:回收利用 三、電解原理 1、電解:讓電流通過電解質(zhì)溶液或熔融的電解質(zhì),在兩個電極上分別發(fā)生氧化反應和還原反應的過程。 2、能量轉(zhuǎn)化形式電能轉(zhuǎn)化為化 (2)電解質(zhì)溶液導電時,一定有化學反應發(fā)生,因為在電解池的兩極有電子轉(zhuǎn)移,發(fā)生了氧化還原反應,生成了新物質(zhì),所以一定有化學反應發(fā)生。 (3)電解法是最強有力的氧化還原反應手段。 四、電解原理的應用 1、氯堿工業(yè): (1)概念:用電解飽和NaCl溶液的方法來制取NaOH、H2和Cl2,并以它們?yōu)樵仙a(chǎn)一系列化工產(chǎn)品的工業(yè),稱為氯堿工業(yè)。 (2)原理: 陽極:2Cl--2e-=Cl2↑(氧化反應) 陰極:2H++2e-=H2↑(還原反應) 總反應:2NaCl+2H2O2NaOH+H2↑+Cl2↑。 2、銅的電解精煉:如粗銅(含Zn、Fe、Ag等)的提純。 (1)原理: ①電解質(zhì)溶液:含Cu2+的鹽溶液(如CuSO4溶液) 。 ②陽極(粗銅):Zn-2e-=Zn2+、Fe-2e-=Fe2+、Ni-2e-=Ni2+、Cu-2e-=Cu2+。 ③陰極(純銅):Cu2++2e-=Cu。 3、電鍍: 陽極:鍍層金屬; 陰極:鍍件; 電鍍液:一般用含有鍍層金屬陽離子的電解質(zhì)溶液作電鍍液; 電鍍液濃度:保持不變,例如如鐵件鍍鋅:電鍍液:含Zn2+的鹽溶液(如ZnCl2溶液) 陽極(Zn):Zn-2e-=Zn2+;陰極(鐵件):Zn2++2e-=Zn。 4、電冶金:利用電解熔融鹽或氧化物的方法來冶煉活潑金屬Na、Ca、Mg、Al等。 (1)冶煉鈉:2NaCl(熔融) 2Na+Cl2↑ (2)冶煉鋁:2Al2O3(熔融) 4Al+3O2↑ (3)冶煉鎂:MgCl2(熔融) Mg+Cl2↑ 小結(jié): 1、“三池”的判斷技巧:原電池、電解池、電鍍池判定規(guī)律:若無外接電源,可能是原電池,然后依據(jù)原電池的形成條件分析判定,若有外接電源,兩極插入電解質(zhì)溶液中,則可能是電解池或電鍍池。當陽極金屬與電解質(zhì)溶液中的金屬陽離子相同則為電鍍池,其他情況為電解池。 2、用惰性電極電解電解質(zhì)溶液時,若使電解后的溶液恢復原狀態(tài),應遵循“缺什么加什么,缺多少加多少”的原則。一般加入陰極產(chǎn)物與陽極產(chǎn)物的化合物。 3、三個相等:①同一原電池的正、負極的電極反應得、失電子數(shù)相等。②同一電解池的陰極、陽極電極反應中得、失電子數(shù)相等。③串聯(lián)電路中的各個電極反應得、失電子數(shù)相等。上述三種情況下,在寫電極反應式時,得、失電子數(shù)要相等,在計算電解產(chǎn)物的量時,應按得、失電子數(shù)相等計算。 4、四個對應:①正極和負極對應。②陽極和陰極對應。③失電子和得電子對應。④氧化反應和還原反應對應。 五、金屬的腐蝕和防護 1、金屬腐蝕的本質(zhì):金屬原子失去電子變?yōu)榻饘訇栯x子,金屬發(fā)生氧化反應。 2、金屬腐蝕的類型: (1)化學腐蝕與電化學腐蝕: 化學腐蝕 電化學腐蝕 條件 金屬跟非金屬單質(zhì)直接接觸 不純金屬或合金跟電解質(zhì)溶液接觸 現(xiàn)象 無電流產(chǎn)生 有電流產(chǎn)生 本質(zhì) 金屬被氧化 較活潑金屬被氧化 聯(lián)系 兩者往往同時發(fā)生,電化學腐蝕更普遍 (2)析氫腐蝕與吸氧腐蝕:以鋼鐵的腐蝕為例進行分析: 析氫腐蝕 吸氧腐蝕 條件 水膜酸性較強(pH≤4.3) 水膜酸性很弱或呈中性 電極反應 負極 Fe-2e-=Fe2+ 正極 2H++2e-=H2↑ O2+2H2O+4e-=4OH- 總反應式 Fe+2H+=Fe2++H2↑ 2Fe+O2+2H2O=2Fe(OH)2 聯(lián)系 吸氧腐蝕更普遍 (3)鐵銹的形成:4Fe(OH)2+O2+2H2O=4Fe(OH)3,2Fe(OH)3=Fe2O3xH2O(鐵銹)+(3-x)H2O。 3、金屬的防護: (1)電化學防護:①犧牲陽極保護法—原電池原理:a、負極:比被保護金屬活潑的金屬;b、正極:被保護的金屬設備。例如在被保護的鋼鐵設備(如海水中的閘門、地下的天然氣管道等)上連接或直接安裝若干鋅塊,使鋅、鐵形成原電池,鋅作陽極,從而保護了鋼鐵免受腐蝕。 ②外加電流的陰極保護法—電解原理:外加電流的陰極保護法是使被保護的鋼鐵設備作為陰極(接電源負極),用惰性電極作為陽極(接電源正極),在兩者之間連接直流電源。通電后,電子被強制流向被保護的鋼鐵設備,從而使鋼鐵表面產(chǎn)生電子積累,抑制鋼鐵設備失去電子,起到保護的作用。 考點4 電解的類型、規(guī)律及有關(guān)計算 【例4】用石墨作電極電解1 000 mL 0.1 molL-1 CuSO4溶液,通電一段時間后關(guān)閉電源,測得溶液的質(zhì)量減少了9.8 g。下列有關(guān)敘述正確的是(NA代表阿伏加德羅常數(shù)) A.電解過程中流經(jīng)外電路的電子個數(shù)為0.2NA B.在標準狀況下,兩極共產(chǎn)生4.48 L氣體 C.電解后溶液的pH為1(溶液體積不變) D.加入11.1 g Cu2(OH)2 CO3可將溶液徹底復原 【答案】B 【解析】 【詳解】 B.陽極放電的電極反應為: 4OH--4e﹣=O2↑+2H2O,,當轉(zhuǎn)移0.4mol電子時,產(chǎn)生的氧氣物質(zhì)的量為0.1mol,即2.24L,陰極上產(chǎn)生氫氣, 2H++2e-=H2↑,當轉(zhuǎn)移0.2mol電子時,產(chǎn)生的氫氣物質(zhì)的量為0.1mol,即2.24L,所以在標準狀況下,兩極共產(chǎn)生4.48L氣體,故B正確; C.針對電解硫酸銅溶液的過程,電解過程中溶液中的氫離子減少了0.2mol,而氫氧根總共減少了0.4mol,所以最后溶液中c(H+)=0.2mol1L=0.2mol/L,其pH<1,故C錯誤; D.針對電解硫酸銅溶液,溶液中相當于減少了氧化銅和水,需加入的氧化銅的物質(zhì)的量為0.1mol ,質(zhì)量8g,還需加入1.8g的水才能復原,故D錯誤; 綜上所述,本題選B。 【詳解】 基礎(chǔ)特訓 1.家用暖氣片大多用低碳鋼材料制成,一旦生銹不僅影響美觀,也會造成安全隱患。下列防止生銹的方法中,存在安全隱患的是 A.在暖氣片表面鍍錫 B.在暖氣片表面涂漆 C.在暖氣片表面涂鋁粉 D.非供暖期在暖氣內(nèi)充滿弱堿性的無氧水 【答案】A 【解析】 【詳解】 A、根據(jù)金屬活動順序表,鐵比錫活潑,破損后構(gòu)成原電池,鐵作負極,加速鐵的腐蝕,存在安全隱患,故A符合題意; B、表面涂漆,避免鐵與空氣接觸,可以防止鐵生銹,不存在安全隱患,故B不符合題意; C、鋁比鐵活潑,保護鐵不生銹,對鐵起保護作用,不存在安全隱患,故C不符合題意; D、充滿弱堿性的無氧水,避免構(gòu)成原電池,保護鐵不生銹,不存在安全隱患,故D不符合題意。 2.鋅錳堿性干電池是依據(jù)原電池原理制成的化學電源。電池中負極與電解質(zhì)溶液接觸直接反應會降低電池的能量轉(zhuǎn)化效率,稱為自放電現(xiàn)象。 下列關(guān)于原電池和干電池的說法不正確的是 A.兩者正極材料不同 B.MnO2的放電產(chǎn)物可能是KMnO4 C.兩者負極反應式均為Zn失電子 D.原電池中Zn與稀H2SO4存在自放電現(xiàn)象 【答案】B 【解析】 【詳解】 3.某?;顒有〗M為探究金屬腐蝕的相關(guān)原理,設計了如下圖a所示裝置,圖a的鐵棒末段分別連上一塊Zn片和Cu片,并靜置于含有K3[Fe(CN)6]及酚酞的混合凝膠上。一段時間后發(fā)現(xiàn)凝膠的某些區(qū)域(如下圖b所示)發(fā)生了變化。已知:3Fe2++2[Fe(CN)6]3-=Fe3[Fe(CN)6]2↓(藍色)。則下列說法錯誤的是 A.甲區(qū)發(fā)生的電極反應式:Fe-2e-=Fe2+ B.乙區(qū)產(chǎn)生Zn2+ C.丙區(qū)呈現(xiàn)紅色 D.丁區(qū)呈現(xiàn)藍色 【答案】A 【解析】 【詳解】 4.以稀硫酸為電解質(zhì)溶液,利用太陽能將CO2轉(zhuǎn)化為低碳烯烴,工作原理如圖。下列說法正確的是( ) A.a(chǎn)電極為太陽能電池的正極 B.太陽能電池的原理與原電池的原理相同 C.產(chǎn)生丙烯的電極反應式為:3CO2+18H++18e—===6H2O+CH3CH=CH2 D.裝置中每轉(zhuǎn)移2mole—,理論上有2molH+通過質(zhì)子交換膜從左向右擴散 【答案】C 【解析】 【詳解】 A.根據(jù)圖可知,CO2中碳元素化合價降低得電子產(chǎn)生乙烯、丙烯等所在電極是陰極,則連接陰極的電源電極為負極,故A錯誤; B.太陽能電池應用的是光電效應,與原電池的原理不相同,故B錯誤; C.陰極上二氧化碳得到電子與氫離子反應生成丙烯和水,電極反應為3CO2+18H++18e—===6H2O+CH3CH=CH2,故C正確; D.電解池中陽離子向陰極定向移動,H+是陽離子應該通過質(zhì)子交換膜從右向左擴散,故D錯誤; 故選C。 【點睛】 原電池是把化學能轉(zhuǎn)化為電能的裝置,原電池中,陽離子向正極定向移動,陰離子向負極定向移動,負極上失電子發(fā)生氧化反應,正極上得電子發(fā)生還原反應。 電解池是把電能轉(zhuǎn)化為化學能的裝置,在電解池中,陽離子向陰極定向移動,陰離子向陽極定向移動,陰極上得電子發(fā)生還原反應,陽極上失電子發(fā)生氧化反應。 5.港珠澳大橋設計壽命120年,對橋體鋼構(gòu)件采用了多種防腐方法。下列分析錯誤的是 A.防腐原理主要是避免發(fā)生反應:2Fe+O2+2H2O===2Fe(OH)2 B.鋼構(gòu)件表面噴涂環(huán)氧樹脂涂層,是為了隔絕空氣、水等防止形成原電池 C.采用外加電流的陰極保護時需外接鎂、鋅等作輔助陽極 D.鋼構(gòu)件可采用不銹鋼材料以減緩電化學腐蝕 【答案】C 【解析】 【詳解】 6.食品保鮮所用的“雙吸劑”,是由還原鐵粉、生石灰、氯化鈉、炭粉等按照一定比例組成的混合物,可同時吸收氧氣和水,起到抗氧化和干燥的作用。下列說法不正確的是 A.“雙吸劑”中的生石灰有吸水作用 B.“雙吸劑”吸收氧氣時,發(fā)生了原電池反應 C.氯化鈉的作用是作為電解質(zhì),傳導離子構(gòu)成回路 D.炭粉上發(fā)生還原反應,電極反應為:O2+4H++4e-=== 2H2O 【答案】D 【解析】 【詳解】 7.下列過程中需要通電才可以進行的是( ) ①電離 ②電解 ③電鍍 ④電化學腐蝕 A.①②③ B.②③④ C.全部 D.②③ 【答案】D 【解析】 【詳解】 ①電離是電解質(zhì)在水溶液中離解出自由移動離子的過程,不需要通電,①錯誤; ②電解池是非自發(fā)的氧化還原反應,必須加外加電源,②正確; (3)Fe2O3作陽極制得的高鐵酸鉀,電極反應為:Fe2O3+10OH--6e-=2FeO42-+5H2O; 根據(jù)電子得失知氫氧化鐵與氧氣物質(zhì)的量之比為4:3,書寫離子方程式。 【詳解】 (2)因為總反應為3H2O+3O2O3+3H2O2,又陽極發(fā)生氧化反應,電極反應式為3H2O-6e-=O3+6H+,陰極發(fā)生還原反應,電極反應式為O2+2e-+2H+=H2O2(或3O2+6e-+6H+=3H2O2),故答案為:3H2O-6e-=O3+6H+,O2+2e-+2H+=H2O2(或3O2+6e-+6H+=3H2O2)。- 1.請仔細閱讀文檔,確保文檔完整性,對于不預覽、不比對內(nèi)容而直接下載帶來的問題本站不予受理。
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