2019年高考化學(xué)大串講 專(zhuān)題12 電化學(xué)教案.doc

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專(zhuān)題12 電化學(xué) 一．原電池工作原理 1．工作原理示意圖(以銅鋅原電池為例) 2．原電池電極的判斷 3. 原電池的負(fù)極 一般，在原電池反應(yīng)中活潑金屬作負(fù)極包含兩層含義： (1) “活潑”是指相對(duì)活潑而不是絕對(duì)活潑。 (2) 在大部分原電池反應(yīng)中，金屬活動(dòng)性較強(qiáng)的一極作負(fù)極，另一電極作正極。但在某些特殊條件下例外，例如： ① 冷的濃硝酸作電解質(zhì)溶液，金屬鐵或鋁與金屬銅作電極時(shí)，鐵或鋁在冷的濃硝酸中鈍化，金屬活動(dòng)性弱的銅與濃硝酸發(fā)生氧化反應(yīng)作負(fù)極。 ② NaOH溶液作電解質(zhì)溶液，金屬鎂與金屬鋁作電極時(shí)，因鋁能與NaOH溶液反應(yīng)，作負(fù)極，而金屬活動(dòng)性強(qiáng)的鎂只能作正極。 4. 原電池的設(shè)計(jì) 從理論上講，能自發(fā)進(jìn)行的氧化還原反應(yīng)均可以設(shè)計(jì)成原電池，實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)： ⑴ 負(fù)極(還原性較強(qiáng)的物質(zhì))； ⑵ 正極是活動(dòng)性較差的金屬或能導(dǎo)電的非金屬； ⑶ 電解質(zhì)溶液：兩電極浸入電解質(zhì)溶液中，陰離子移向負(fù)極，陽(yáng)離子移向正極。 例1 關(guān)于下列各裝置圖的敘述不正確的是 A． 用圖①裝置實(shí)現(xiàn)鐵上鍍銅，a 極為銅，電解質(zhì)溶液可以是CuSO4溶液 B． 圖②裝置鹽橋中 KCl的 Cl－移向乙燒杯 C． 圖③裝置中鋼閘門(mén)應(yīng)與外接電源的負(fù)極相連獲得保護(hù) D． 圖④兩個(gè)裝置中通過(guò)導(dǎo)線的電子數(shù)相同時(shí)，消耗負(fù)極材料的物質(zhì)的量不同 【答案】B 例2鋅-空氣電池（原理如下圖）適宜用作城市電動(dòng)車(chē)的動(dòng)力電源。該電池放電時(shí)Zn轉(zhuǎn)化為ZnO。該電池工作時(shí)下列說(shuō)法正確的是（ ） A． 該電池的正極反應(yīng)為Zn-2e-+2OH-=Zn(OH)2 B． 該電池放電時(shí)電子經(jīng)氫氧化鉀溶液向石墨電極移動(dòng) C． 該電池的鋅電極是負(fù)極 D． 氧氣在石墨電極上發(fā)生氧化反應(yīng) 【答案】C 二．原電池原理的應(yīng)用 1．加快氧化還原反應(yīng)的速率 例如：在鋅與稀硫酸反應(yīng)時(shí)加入少量CuSO4溶液，能使產(chǎn)生H2的速率加快。 2．比較金屬活動(dòng)性強(qiáng)弱 3．設(shè)計(jì)化學(xué)電池 例如：以Fe＋CuCl2===FeCl2＋Cu為依據(jù)，設(shè)計(jì)一個(gè)原電池。 (1) 將氧化還原反應(yīng)拆成氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)兩個(gè)半反應(yīng)，分別作原電池的負(fù)極和正極的電極反應(yīng)式。 負(fù)極：Fe－2e－===Fe2＋， 正極：Cu2+＋2e－===Cu。 (2) 確定電極材料 若發(fā)生氧化反應(yīng)的物質(zhì)為金屬單質(zhì)，可用該金屬直接作負(fù)極；若發(fā)生氧化反應(yīng)的為氣體(如H2)或溶液中的還原性離子，可用惰性電極(如Pt、碳棒)作負(fù)極。發(fā)生還原反應(yīng)的電極材料一般不如負(fù)極材料活潑。 本例中可用Fe作負(fù)極，用鉑絲或碳棒作正極。 (3) 確定電解質(zhì)溶液 一般選用反應(yīng)物中的電解質(zhì)溶液即可，如本例中可用CuCl2溶液作電解液。 (4) 構(gòu)成閉合回路：將電極用導(dǎo)線連接，使之構(gòu)成閉合回路。 4．電化學(xué)防護(hù)：犧牲陽(yáng)極的陰極保護(hù)法——利用原電池原理 ① 負(fù)極(陽(yáng)極)是作保護(hù)材料的金屬； ② 正極(陰極)是被保護(hù)的金屬設(shè)備。 例3研究電化學(xué)腐蝕及防護(hù)的裝置如右圖所示。下列有關(guān)說(shuō)法錯(cuò)誤的是（ ） A． d為石墨，鐵片腐蝕加快 B． d為石墨，石墨上電極反應(yīng)為：O2 + 2H2O + 4e == 4OH– C． d為鋅塊，鐵片不易被腐蝕 D． d為鋅塊，鐵片上電極反應(yīng)為：2H+ + 2e == H2↑ 【答案】D 三．電極反應(yīng)式的書(shū)寫(xiě) 總的原則同化學(xué)方程式的書(shū)寫(xiě)：先寫(xiě)反應(yīng)物，再寫(xiě)生成物，根據(jù)化合價(jià)標(biāo)出得失電子數(shù)，再根據(jù)電荷守恒和物料守恒配平，同時(shí)注意溶液的酸堿性。 1. 先確定原電池的正、負(fù)極，列出正、負(fù)極上的反應(yīng)物質(zhì)，并標(biāo)出相同數(shù)目電子的得失。 2. 注意負(fù)極反應(yīng)生成的陽(yáng)離子與電解質(zhì)溶液中的陰離子是否共存。若不共存，則該電解質(zhì)溶液中的陰離子應(yīng)寫(xiě)入負(fù)極反應(yīng)式；若正極上的反應(yīng)物質(zhì)是O2，且電解質(zhì)溶液為中性或堿性，則水必須寫(xiě)入正極反應(yīng)式中，且O2生成OH－，若電解質(zhì)溶液為酸性，則H＋必須寫(xiě)入正極反應(yīng)式中，O2生成水。 3. 正、負(fù)極反應(yīng)式相加得到電池反應(yīng)的總反應(yīng)式。若已知電池反應(yīng)的總反應(yīng)式，可先寫(xiě)出較易書(shū)寫(xiě)的一極的電極反應(yīng)式，然后在電子守恒的基礎(chǔ)上，總反應(yīng)式減去較易寫(xiě)出的一極的電極反應(yīng)式，即得到較難寫(xiě)出的另一極的電極反應(yīng)式。 4. 燃料電池電極反應(yīng)中，酸性溶液中不能出現(xiàn)OH－，堿性溶液中不能出現(xiàn)H＋，水溶液中不能出現(xiàn) O2－，而熔融電解質(zhì)中O2被還原為O2－。 例4利用如圖所示裝置(電極均為惰性電極)可吸收SO2，并用陰極排出的溶液吸收NO2。下列關(guān)于該裝置的四種說(shuō)法，正確的組合是 ①.a為直流電源的負(fù)極 ②.陰極的電極反應(yīng)式為：2HSO3-+2H++2e-=S2O42-+2H2O ③.陽(yáng)極的電極反應(yīng)式為：SO2+2H2O-2e-=SO42-+4H+ ④.電解時(shí)，H+由陰極室通過(guò)陽(yáng)離子交換膜到陽(yáng)極室 A． ①和② B． ①和③ C． ②和③ D． ③和④ 【答案】C 例5 右圖1為甲烷和O2構(gòu)成的燃料電池示意圖，電解質(zhì)溶液為KOH溶液，圖2為電解AlCl3溶液的裝置，電極材料均為石墨。用該裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，反應(yīng)開(kāi)始后觀察到x電極附近出現(xiàn)白色沉淀。下列說(shuō)法正確的是 A． 圖2中Y電極為陰極 B． 圖2中總反應(yīng)的化學(xué)方程式為：2AlCl3+6H2O22Al(OH)3↓+3Cl2↑+3H2↑ C． 圖1中電解質(zhì)溶液的pH增大 D． 圖1中的a 電極反應(yīng)式為：CH4-8e-+8OH-=CO2+6H2O 【答案】B 【解析】根據(jù)所給裝置的特點(diǎn)分析，圖①是燃料電池，圖②是電解池。反應(yīng)開(kāi)始后觀察到x電極附近出現(xiàn)白色沉淀為Al(OH)3，說(shuō)明X是陰極，氫離子放電，產(chǎn)生OH－，所以得到Al(OH)3沉淀。故a是負(fù)極， A處通入通入甲烷氣體，發(fā)生氧化反應(yīng)，電極反應(yīng)式為CH4＋10OH--8e-===CO32-＋7H2O，由于反應(yīng)消耗了OH-，電解質(zhì)溶液的pH減小，A 、C、D均錯(cuò)誤；X極：2H++2e-=H2↑，Al3++3OH-= Al(OH)3↓；Y 極2Cl--2e-=Cl2↑；總反應(yīng)為2AlCl3+6H2O2Al(OH)3↓+3Cl2↑+3H2↑；B正確。 四．用惰性電極電解電解質(zhì)溶液規(guī)律總結(jié) 1．電解水型 電解質(zhì)(水溶液) 電極反應(yīng)式 電解物質(zhì) 總反應(yīng)式 電解質(zhì)濃度 溶液pH 溶液復(fù)原 含氧酸 (如H2SO4) (如KNO3、Na2SO4) 陽(yáng)極： 4OH－－4e－=O2↑+2H2O 陰極：4H＋＋4e==2H2↑ 水 2H2OO2↑＋2H2↑ 增大 減小 加H2O 強(qiáng)堿(如NaOH) 增大 加H2O 活潑金屬 的含氧酸鹽 不變 加H2O 2. 電解電解質(zhì)型 電解質(zhì) (水溶液) 電極方程式 電解物質(zhì) 總反應(yīng)式 電解質(zhì)濃度 溶液pH 溶液復(fù)原 無(wú)氧酸 (如HCl) 除HF外 陽(yáng)極： 2Cl－－2e－===Cl2↑ 陰極： 2H＋＋2e－===H2↑ 酸 2HClCl2↑＋H2↑ 減小 增大 通入HCl氣體 不活潑金屬的無(wú)氧酸鹽 (如CuCl2) 除氟化物外 陽(yáng)極： 2Cl－－2e－===Cl2↑ 陰極： Cu2＋＋2e－=Cu 鹽 CuCl2 Cu＋Cl2↑ 加CuCl2固體 3. 放H2生堿型 電解質(zhì) (水溶液) 電極方程式 電解物質(zhì) 總反應(yīng)式 電解質(zhì)濃度 溶液pH 溶液復(fù)原 活潑金 屬的無(wú) 氧酸鹽 (如NaCl) 陽(yáng)極： 2Cl－－2e－===Cl2↑ 陰極： 2H＋＋2e－===H2↑ 水和鹽 2Cl－＋2H2O Cl2↑＋H2↑＋2OH－ 生成新電解質(zhì) 增大 通入HCl氣體 4. 放O2生酸型 電解質(zhì) (水溶液) 電極方程式 電解物質(zhì) 總反應(yīng)式 電解質(zhì)濃度 溶液pH 溶液復(fù)原 不活潑金屬的含氧酸鹽(如CuSO4) 陽(yáng)極： 4OH－－4e－===O2↑＋2H2O 陰極： 2Cu2＋＋4 e－===2Cu 水和鹽 2Cu2＋＋2H2O2Cu＋O2↑＋4H＋ 生成新電解質(zhì) 減小 加CuO或CuCO3 例6 利用LiOH和鈷氧化物可制備鋰離子電池正極材料?？捎秒娊釲iCl溶液制備LiOH，裝置如下圖所示。下列說(shuō)法正確的是 A． 電極B連接電源正極 B． A極區(qū)電解液為L(zhǎng)iCl溶液 C． 陽(yáng)極反應(yīng)式為：2H2O+2e-= H2↑+2OH- D． 每生成1molH2，有1molLi+通過(guò)該離子交換膜 【答案】B 接電源負(fù)極，A不正確：B. A極區(qū)電解液為L(zhǎng)iCl溶液，B正確；C. 陽(yáng)極反應(yīng)式為2Cl－+2e-= Cl2↑，C不正確；D. 每生成1molH2，有2molLi+通過(guò)該離子交換膜，D不正確。 例7最近有研究人員發(fā)現(xiàn)了一種處理高濃度乙醛廢水的新方法一隔膜電解法，乙醛分別在陰、陽(yáng)極發(fā)生反應(yīng)，轉(zhuǎn)化為乙醇和乙酸。實(shí)驗(yàn)室以一定濃度的乙醛—Na2SO4 溶液為電解質(zhì)溶液，模擬乙醛廢水的處理過(guò)程，其裝置如圖所示。下列說(shuō)法正確的是 A． 電解過(guò)程中，兩極除分別生成乙酸和乙醇外，均產(chǎn)生了無(wú)色氣體，則陽(yáng)極產(chǎn)生的是O2 B． 陽(yáng)極反應(yīng)為CH3CHO-2e-+2H+=CH3COOH+H2O C． 電解過(guò)程中，陰極區(qū)Na2SO4的物質(zhì)的量增大 D． 若以CH4—空氣燃料電池為直流電源，燃料電池的b 極應(yīng)通入空氣 【答案】A 五．電解原理的應(yīng)用 1. 電解飽和食鹽水 ⑴　電極反應(yīng) 陽(yáng)極：2Cl－－2e－===Cl2↑(反應(yīng)類(lèi)型：氧化反應(yīng))。 陰極：2H＋＋2e－===H2↑(反應(yīng)類(lèi)型：還原反應(yīng))。 ⑵　總反應(yīng)方程式： 2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑； 離子方程式： 2Cl－＋2H2O2OH－＋H2↑＋Cl2↑。 【名師點(diǎn)撥】 ① NaCl溶液中的Na+、H+在通電后向陰極移動(dòng)，H+放電，使水的電離平衡右移，OH－濃度增大，如果NaCl溶液中加了酚酞，陰極先變紅。 ②　陽(yáng)離子交換膜(以電解NaCl溶液為例)，只允許陽(yáng)離子(Na＋)通過(guò)，而阻止陰離子(Cl－、OH－)和分子(Cl2)通過(guò)，這樣既能防止H2和Cl2混合爆炸，又能避免Cl2和NaOH溶液作用生成NaClO影響燒堿質(zhì)量。 2. 電解精煉銅 電解裝置 電極反應(yīng) 電極 材料 陽(yáng) 極 粗銅（含Zn、Fe、 Ni、Ag、Au） Cu-2e-===Cu2+ Zn-2e-===Zn2+ Fe-2e-===Fe2+ 粗銅中的Ag、Au不反應(yīng)，沉積在電解池底部形成陽(yáng)極泥 陰 極 純 銅 Cu2++ 2e- === Cu 電解質(zhì)溶液 CuSO4溶液 Cu2+濃度減小 3. 電鍍(Fe表面鍍Cu) 陰極：鍍件（Fe） 陽(yáng)極：鍍層金屬（Cu） 電解質(zhì)溶液：含鍍層金屬離子的溶液（含Cu2＋的鹽溶液） 4. 電冶金 利用電解熔融鹽的方法來(lái)冶煉活潑金屬Na、Ca、Mg、Al等。 ⑴　冶煉鈉 2NaCl(熔融)2Na＋Cl2↑ 電極反應(yīng) 陽(yáng)極：2Cl－－2e－===Cl2↑； 陰極：2Na＋＋2e－===2Na。 ⑵　冶煉鎂 MgCl2(熔融)Mg＋Cl2↑ 電極反應(yīng) 陽(yáng)極：2Cl－－2e－===Cl2↑； 陰極：Mg2＋＋2e－===Mg。 ⑶　冶煉鋁 2Al2O3(熔融)4Al＋3O2↑ 電極反應(yīng) 陽(yáng)極：6O2－－12e－===3O2↑； 陰極：4Al3＋＋12e－=== 4Al。 例8碳酸二甲酯(CH3O)2CO]是一種具有發(fā)展前景的“綠色”化工產(chǎn)品，電化學(xué)合成碳酸二甲酯的工作原理如圖所示（加入兩極的物質(zhì)均是常溫常壓下的物質(zhì)）。下列說(shuō)法正確的是 A． H+由石墨2極通過(guò)質(zhì)子交換膜向石墨l極移動(dòng) B． 石墨l極發(fā)生的電極反應(yīng)為：2CH3OH+CO-e-=== (CH3O)2CO+H+ C． 石墨2極與直流電源正極相連 D． 電解一段時(shí)間后，陰極和陽(yáng)極消耗的氣體的物質(zhì)的量之比為l∶2 【答案】D 例9直接電解吸收是煙氣脫硝的一種有效方法。用6%的稀硝酸吸收NOx會(huì)生成亞硝酸，再將吸收液導(dǎo)入電解槽使之轉(zhuǎn)化為硝酸。電解裝置如下(陰、陽(yáng)離子可通過(guò)隔膜,但分子不能通過(guò)): 下列說(shuō)法不正確的是 A． 吸收NOx的過(guò)程涉及氧化還原反應(yīng) B． 石墨電極為顆粒狀，可增大接觸面積，提高電解效率 C． 當(dāng)b極上產(chǎn)生2.8 L(標(biāo)準(zhǔn)狀況)H2時(shí)，轉(zhuǎn)移的電子數(shù)為0.5NA(設(shè)NA為阿伏加德羅常數(shù)的數(shù)值) D． 極的電極反應(yīng)式為HNO2-2e-+H2O=3H++N03- 【答案】C 六. 原電池、電解池、電鍍池的比較 原電池 電解池 電鍍池 定義 將化學(xué)能轉(zhuǎn)變成電能的裝置 將電能轉(zhuǎn)變成化學(xué)能的裝置 應(yīng)用電解原理在某些金屬表面鍍上一層其它金屬的裝置。一種特殊的電解池。 裝 置 舉 例 形 成 條 件 ① 活動(dòng)性不同的兩電極(連接) ② 電解質(zhì)溶液(電極插入其中并與電極自發(fā)反應(yīng)) ③ 形成閉合回路 ① 兩電極接直流電源 ② 兩電極插人電解質(zhì)溶液 ③ 形成閉合回路 ① 鍍層金屬接電源正極，待鍍金屬接電源負(fù)極 ② 電鍍液必須含有鍍層金屬的離子 電 極 名 稱(chēng) 負(fù)極：較活潑金屬； 正極：較不活潑金屬(或能導(dǎo)電的非金屬等) 陽(yáng)極：電源正極相連的電極 陰極：電源負(fù)極相連的電極 陽(yáng)極：鍍層金屬； 陰極：鍍件 電 子 流 向 負(fù)極正極 電源負(fù)極陰極 電源正極陽(yáng)極 電源負(fù)極陰極 電源正極陽(yáng)極 電 極 反 應(yīng) 負(fù)極（氧化反應(yīng)）：金屬原子失電子； 正極（還原反應(yīng)）：溶液中的陽(yáng)離子得電子 陽(yáng)極（氧化反應(yīng)）：溶液中的陰離子失電子，或金屬電極本身失電子； 陰極（還原反應(yīng)）：溶液中的陽(yáng)離子得電子 陽(yáng)極（氧化反應(yīng)）：金屬電極失電子； 陰極（還原反應(yīng)）：電鍍液中陽(yáng)離子得電子 離子流向 陽(yáng)離子：負(fù)極→正極（溶液中） 陰離子：負(fù)極←正極（溶液中） 陽(yáng)離子→陰極（溶液中） 陰離子→陽(yáng)極（溶液中） 陽(yáng)離子→陰極（溶液中） 陰離子→陽(yáng)極（溶液中） 例10膜技術(shù)原理在化工生產(chǎn)中有著廣泛的應(yīng)用，有人設(shè)想利用電化學(xué)原理制備少量硫酸和綠色硝化劑N2O5，裝置圖如下。下列說(shuō)法不正確的是 A． X是原電池，能夠生產(chǎn)硫酸;Y是電解池，能夠生產(chǎn)N2O5 B． C電極的電極反應(yīng)方程式為N2O4+2HNO3-2e-=2N2O5+2H+ C． 當(dāng)電路中通過(guò)2mole，X、Y中各有2molH+從左邊遷移到右邊 D． 電路中電子流向?yàn)閍dcba形成閉合回路 【答案】D 【解析】A、由裝置圖可知X為原電池，a作負(fù)極，a極上的SO2失去電子結(jié)合水生成H2SO4，b作正極，O2得到電子結(jié)合溶液中的H+生成水，Y是電解池，c是陽(yáng)極，N2O4失去電子生成N2O5，d作陰極，硝酸得到電子生成NO2，所以A正確；B、C為陽(yáng)極，其電極的反應(yīng)方程式為N2O4+2HNO3-2e-=2N2O5+2H+，生成的H+通過(guò)隔膜移向陰極，所以B正確；C、根據(jù)電子和H+所帶電荷相等，只是電性相反，在裝置工作時(shí)，原電池X中H+從負(fù)極a(左邊)遷移到正極b(右邊)，而在電解池Y中H+從陽(yáng)極c(左邊)遷移到陰極d(右邊)，所以當(dāng)電路中通過(guò)2mol e- 時(shí)，X、Y中各有2molH+從左邊遷移到右邊，所以C正確；D、電路中電子的流向?yàn)閍d、cb，與兩個(gè)裝置內(nèi)的H+從左邊遷移到右邊一起形成閉合回路，所以D錯(cuò)誤。 例11如圖，C、D、E、F、X、Y都是惰性電極。將電源接通后，向（乙）中滴入酚酞溶液，在F極附近顯紅色．則下列說(shuō)法正確的是（　　） A． 若用乙烷、空氣燃料電池作電源，電解質(zhì)為KOH溶液，則A極的電極反應(yīng)式為：C2H6 -14e-+ 18OH- = 2CO32- + 12H2O B． 欲用（丙）裝置給銅鍍銀，H應(yīng)該是Ag，電鍍液選是AgNO3溶液 C． （?。┭b置中Y極附近紅褐色變深，說(shuō)明氫氧化鐵膠體帶正電荷 D． C、D、 E. F電極均有單質(zhì)生成，且其物質(zhì)的量比為1:2:2:2 【答案】D