高三化學二輪復習 第一篇 專題通關(guān)攻略 專題二 基本理論 5 電化學原理及應(yīng)用課件.ppt

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第5講 電化學原理及應(yīng)用,【高考這樣考】 1.(2015全國卷ⅠT11)微生物電池是指在微生物的作用下將化學 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,【解析】選A。根據(jù)碳元素的化合價的變化，二氧化碳中碳元素的 化合價為最高價+4價，所以生成二氧化碳的反應(yīng)為氧化反應(yīng)，應(yīng)在負 極生成，其電極反應(yīng)式應(yīng)為C6H12O6+6H2O-24e-====24H++6CO2↑，A錯 誤；在微生物的作用下，該裝置為原電池裝置，反應(yīng)速率比化學反應(yīng)速率快，所以微生物促進了反應(yīng)的發(fā)生，B正確；原電池中陽離子(質(zhì) 子)向正極移動，C正確；電池的總反應(yīng)實質(zhì)是葡萄糖的氧化反應(yīng)，D 正確。,2.(2013新課標全國卷ⅠT10)銀質(zhì)器皿日久表面會逐漸變黑，這 是生成了Ag2S的緣故，根據(jù)電化學原理可進行如下處理，在鋁質(zhì)容器 中加入食鹽溶液，再將變黑的銀器浸入該溶液中，一段時間后發(fā)現(xiàn)黑 色會褪去，下列說法正確的是( ) A.處理過程中銀器一直保持恒重 B.銀器為正極，Ag2S被還原生成單質(zhì)銀 C.該過程中總反應(yīng)為2Al+3Ag2S====6Ag+Al2S3 D.黑色褪去的原因是黑色Ag2S轉(zhuǎn)化為白色AgCl,【解析】選B。處理過程Ag2S變?yōu)閱钨|(zhì)銀，質(zhì)量減輕，A項錯誤。銀 器為正極，正極發(fā)生還原反應(yīng)，B項正確。Al2S3在溶液中不能穩(wěn)定存 在，發(fā)生水解相互促進的反應(yīng)生成氫氧化鋁沉淀和硫化氫氣體，C項 錯誤。黑色褪去的原因是Ag2S變?yōu)閱钨|(zhì)銀，不能轉(zhuǎn)化為氯化銀沉淀。,【考綱要求】 1.了解原電池和電解池的工作原理，能寫出電極反應(yīng)式和電池反應(yīng) 方程式。 2.了解常見化學電源的種類及其工作原理。 3.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。,【考查特點】 1.客觀題： (1)考查“式子”：電極反應(yīng)式、電池反應(yīng)方程式。 (2)考查“應(yīng)用”：電化學原理在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用。 (3)考查“運動”：電子流向、陰陽離子移動方向。 (4)考查“量值”：轉(zhuǎn)移電子數(shù)目、電極產(chǎn)物的量、pH變化。,2.主觀題： (1)考查“原理”：原電池、電解池融合綜合考查。 (2)考查“情境”：以新型化學電源為載體，考查電極反應(yīng)式的書寫，電子、離子的移動方向等。 (3)考查“應(yīng)用”：電化學原理在金屬腐蝕與防護方面的應(yīng)用。,1.熟記關(guān)于電化學的四個“兩”： (1)移動“兩”方向。,陰,陽,陰,陽,(2)電解精煉、電鍍“兩”特點。 ①電解精煉：含雜質(zhì)金屬作_____，純金屬作_____，含被提純金 屬陽離子的電解質(zhì)溶液作電解液。 ②電鍍：鍍層金屬作_____，待鍍金屬作_____，含鍍層金屬陽離 子的電解質(zhì)溶液作電解液。,陽極,陰極,陽極,陰極,(3)電化學腐蝕發(fā)生的“兩”條件。 ①強酸性條件——_____腐蝕。 ②弱酸性、中性或堿性條件——_____腐蝕。 (4)電化學防護“兩”方法。 ①犧牲陽極的陰極保護法——原電池原理 在被保護的鋼鐵設(shè)備上裝上若干較活潑金屬如鋅塊，讓被保護的 金屬作原電池的_____。 ②外加電流的陰極保護法——電解池原理 用被保護的鋼鐵設(shè)備作_____，惰性電極作_____，外接直流電源。,析氫,吸氧,正極,陰極,陽極,2.原電池中?？嫉碾姌O反應(yīng)式： (1)氫氧燃料電池。 ①H2在電池的負極反應(yīng)。 a.酸性介質(zhì)：______________； b.堿性介質(zhì)：___________________。 ②O2在電池的正極反應(yīng)。 a.酸性介質(zhì)：_________________； b.中性或堿性介質(zhì)：__________________。,2H2-4e-====4H+,2H2+4OH--4e-====4H2O,O2+4H++4e-====2H2O,O2+2H2O+4e-====4OH-,(2)鋼鐵電化學腐蝕。 ①負極反應(yīng)：______________。 ②正極反應(yīng)。 a.析氫腐蝕：_______________； b.吸氧腐蝕：__________________。,Fe-2e-====Fe2+,2H++2e-====H2↑,O2+4e-+2H2O====4OH-,3.電解池中?？嫉姆磻?yīng)： (1)電解飽和食鹽水。 ________________________________。 (2)電解硫酸銅溶液。 ________________________________。 (3)電解精煉銅。 陽極：Cu(粗銅)-2e-====Cu2+(主要反應(yīng))； 陰極：Cu2++2e-====Cu(精銅)。,2NaCl+2H2O 2NaOH+H2↑+Cl2↑,2CuSO4+2H2O 2Cu+O2↑+2H2SO4,考點一 原電池原理與化學電源 【典例1】(2014新課標全國卷Ⅱ)2013年3月我國科學家報道了 如圖所示的水溶液鋰離子電池體系。下列敘述錯誤的是( ) A.a為電池的正極 B.電池充電反應(yīng)為LiMn2O4====Li1-xMn2O4+xLi C.放電時，a極鋰的化合價發(fā)生變化 D.放電時，溶液中Li+從b向a遷移,【破題關(guān)鍵】 (1)該鋰電池為水溶液體系。 (2)聚合物電解質(zhì)能阻隔金屬鋰和水的反應(yīng)。 (3)Li+快離子導體能傳導Li+。 (4)放電時，負極是Li失電子，正極不可能是生成Li， 因為Li能與水發(fā)生反應(yīng)。,【解析】選C。鋰離子電池中，b電極為Li，放電時，Li失電子為負 極，LiMn2O4得電子為正極，所以a為電池的正極，故A正確；充電 時，Li+在陰極得電子，LiMn2O4在陽極失電子，電池充電反應(yīng)為 LiMn2O4====Li1-xMn2O4+xLi，故B正確；放電時，a為正極，正極上 Li1-xMn2O4中錳元素得電子，所以鋰的化合價不變，故C錯誤；放電 時，溶液中陽離子向正極移動，即溶液中Li+從b向a遷移，故D正確。,【互動探究】 (1)鋰離子電池一般都是非水溶劑，為什么本題可以用水溶液作溶 劑？ 提示：負極有一層聚合物電解質(zhì)，能阻止鋰與水的反應(yīng)。 (2)請寫出正極的電極反應(yīng)式。 提示：根據(jù)電池總反應(yīng)式和負極反應(yīng)式，可知正極反應(yīng)式為 Li1-xMn2O4+xLi++xe-====LiMn2O4。,【思維建?！吭姵刂须姌O反應(yīng)式的書寫步驟及注意事項 (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酸性溶液反應(yīng)物或生成物中均沒有OH-。 ③堿性溶液反應(yīng)物或生成物中均沒有H+。 ④水溶液中不能出現(xiàn)O2-。,【題組過關(guān)】 1.(2015天津高考)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 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。由鋅銅原電池原理可知，鋅電極為負極，失電子，發(fā) 生氧化反應(yīng)，銅電極為正極，得電子，發(fā)生還原反應(yīng)，A項錯誤；陽 離子交換膜只允許陽離子和水分子通過，兩池中 不變，B項錯 誤；電解過程中Zn2+由甲池通過陽離子交換膜進入乙池，乙池中 Cu2++2e-====Cu，其溶液中的離子轉(zhuǎn)換為Cu2+→Zn2+，摩爾質(zhì)量 M(Cu2+)M(Zn2+)，乙池溶液的總質(zhì)量增加，C項正確；陽離子交換膜 只允許陽離子和水分子通過，電解過程中Zn2+由甲池通過陽離子交換 膜進入乙池保持溶液的電荷平衡，陰離子并不通過交換膜，D項錯 誤。,2.(2014大綱版全國卷)下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(MH-Ni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-====H2O+M+e- 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。首先確定該電池放電時的總反應(yīng)為MH+NiOOH====M+Ni(OH)2，設(shè)儲氫材料MH中M、H均為0價，MH作負極材料，而NiOOH作正極材料，正極反應(yīng)式為NiOOH+H2O+e-====Ni(OH)2+OH-， 負極反應(yīng)式為MH+OH--e-====H2O+M(充電時負極反應(yīng)為其逆反應(yīng))，則A 項正確，C項錯誤；電池的電解液可為堿性溶液(KOH溶液)，不能為酸 性溶液(會與NiOOH反應(yīng))，B項正確；MH中氫密度越大，放電時放出的 電量越多，其電池的能量密度越高，D項正確。,【加固訓練】1.(2015北京西城區(qū)二模)電化學氣敏傳感器可用于 監(jiān)測環(huán)境中NH3的含量，其工作原理示意圖如下。下列說法不正確的 是( ) A.O2在b電極上發(fā)生還原反應(yīng) B.溶液中OH-向a電極移動 C.反應(yīng)消耗的NH3與O2的物質(zhì)的量之比為4∶5 D.負極的電極反應(yīng)式為2NH3-6e-+6OH-====N2+6H2O,【解析】選C。左邊NH3轉(zhuǎn)化為N2，失電子，a為負極、b為正極。氧氣 在b極發(fā)生還原反應(yīng)，A正確；溶液中陽離子向正極遷移、陰離子向負 極遷移，B正確；NH3失去3個e-生成N2，O2得到4個電子生成OH-，根據(jù) 電子轉(zhuǎn)移相等知消耗的NH3與O2物質(zhì)的量之比為4∶3，C錯誤；負極上 NH3失電子生成N2，根據(jù)電荷守恒、質(zhì)量守恒配平，D正確。,2.(2015池州一模)如圖所示是氫氧燃料電池的基本結(jié)構(gòu)，將電極 a、b分別與負載連接后，電池就能正常工作。下列有關(guān)該燃料電池 工作時的敘述中，不正確的是( ) A.a電極一定是負極 B.若x是H+，則H+將從a電極通過離子 交換膜移向b電極 C.若x是O2-，則生成的水將從d口流出 D.溶液中的電流方向是從b流向a,【解析】選D。氫氧燃料電池是以H2和O2反應(yīng)生成水為基礎(chǔ)的，反應(yīng)中H2發(fā)生氧化反應(yīng)，O2發(fā)生還原反應(yīng)，從題中圖示可知a電極為電源的負極，b電極為正極，A項正確；原電池中陽離子(H+)移向正極，B項正確；陰離子移向負極，即向a電極移動與負極產(chǎn)生的H+反應(yīng)生成水，C項正確；溶液中電流從a流向b，D項錯誤。,考點二 電解原理 【典例2】(1)[2015山東高考29(1)]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。 利用如圖裝置電解制備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)[2015北京高考27(4)]利用如圖所示裝置從海水中提取CO2， 有利于減少環(huán)境溫室氣體含量。 ①結(jié)合方程式簡述提取CO2的原理：__________________________。 ②用該裝置產(chǎn)生的物質(zhì)處理b室排出的海水，合格后排回大海。處理 至合格的方法是___________________________________________。,【破題關(guān)鍵】(1)根據(jù)電極產(chǎn)物及電解質(zhì)溶液來判斷電極A、 電極B分別為陽極、陰極。 (2)陽離子(交換)膜只允許陽離子通過。 (3)與電源正極相連的是陽極，陽極發(fā)生氧化反應(yīng)。,【解析】(1)B極區(qū)產(chǎn)生H2，同時生成LiOH，則B極區(qū)電解液為LiOH溶 液；電極A為陽極，陽極區(qū)電解液為LiCl溶液，根據(jù)放電順序，陽極 上Cl-失去電子，則陽極電極反應(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)①a室是陽極室，發(fā)生氧化反應(yīng)：2H2O-4e-====O2↑+4H+，出去的 海水pH6，顯酸性，表明反應(yīng)后溶液由堿性變?yōu)樗嵝?，a室中的H+通 過陽離子交換膜進入b室，發(fā)生反應(yīng)： +H+====CO2↑+H2O。 ②c室是陰極室，發(fā)生還原反應(yīng)：2H2O+2e-====2OH-+H2↑，即c室生成 堿，然后用堿液將從b室排出的酸性海水調(diào)至接近裝置入口海水的pH。,答案：(1)LiOH 2Cl--2e-====Cl2↑ B (2)①a室發(fā)生的反應(yīng)：2H2O-4e-====O2↑+4H+，H+通過陽離子交換膜 從a室進入b室，發(fā)生反應(yīng)： +H+====CO2↑+H2O ②c室發(fā)生的反應(yīng)：2H2O+2e-====2OH-+H2↑，用c室排出的堿液將從b 室排出的酸性海水調(diào)至接近裝置入口海水的pH,【思維建?！?(1)有關(guān)電解池的分析思路。,(2)電解池中電極反應(yīng)式的書寫步驟。,【題組過關(guān)】 1.(2015四川高考)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選項石墨作陽極，為惰性電極，由溶液中的Cl-放 電，電極反應(yīng)式：Cl-+2OH--2e-====ClO-+H2O，鐵作陰極，在堿性 環(huán)境下發(fā)生2H2O+2e-====H2↑+2OH-，故A、B、C正確；D選項pH為 9～10的堿性溶液不可能是H+參加反應(yīng)，離子反應(yīng)應(yīng)為 2CN-+5ClO-+H2O====N2↑+2CO2↑+5Cl-+2OH-。,2.(2015安陽二模)甲醇(CH3OH)是一種有毒物質(zhì)，檢測甲醇含量的 測試儀工作原理示意圖如下。下列說法正確的是( ) A.該裝置將電能轉(zhuǎn)化為化學能 B. a電極發(fā)生的電極反應(yīng)為CH3OH-6e-+H2O====CO2↑+6H+ C.當電路中有1 mol電子轉(zhuǎn)移時，正極區(qū)n(H+)增加1 mol D.將酸性電解質(zhì)溶液改為堿性電解質(zhì)溶液該測試儀不可能產(chǎn)生電流,【解析】選B。該裝置為原電池，是將化學能轉(zhuǎn)化為電能的裝置，故A 錯誤；a電極是負極，發(fā)生的電極反應(yīng)為CH3OH+H2O-6e-====CO2↑+6H+， 故B正確；正極的電極反應(yīng)是O2+4H++4e-====2H2O，當電路中有1 mol電 子轉(zhuǎn)移時，正極區(qū)n(H+)減少1 mol，故C錯誤；將酸性電解質(zhì)溶液改為 堿性電解質(zhì)溶液，該測試儀還是原電池，同樣可以產(chǎn)生電流，故D錯 誤。,【加固訓練】1.(2015臨沂一模)若圖1是在金屬鋅板上貼上一張用某溶液浸濕的濾紙，圖2是NaBH4/H2O2燃料電池，則下列說法中正確的是( ),A.圖2電池在放電過程中，正極區(qū)的電極反應(yīng)為 -8e-+8OH-==== +6H2O B.若用稀硫酸浸濕濾紙并用導線將a、b相連，則有電子從b極流出通 過導線流向a極 C.若用硫酸鈉和紫色石蕊的混合溶液浸濕濾紙并用導線將a、b相連， 則可看到鉛筆芯C點處浸有紫色石蕊的濾紙變藍，此處發(fā)生電極反應(yīng) 為O2+2H2O+4e-====4OH- D.若用KI-淀粉溶液浸濕濾紙，同時用導線將a、b分別與A、B電極相 連，若看到鉛筆芯C點處出現(xiàn)變藍現(xiàn)象，則b極連接的是燃料電池的A 極,【解析】選C。 失去電子，是負極反應(yīng)式，A錯誤；鋅與稀硫酸反 應(yīng)，圖1裝置相當于原電池，a與負極相連，b與正極相連，電子從a極 流出，通過導線流向b極，B錯誤；導線直接將a、b相連，構(gòu)成原電 池，發(fā)生吸氧腐蝕，C處石蕊變藍色，說明生成了OH-，C正確；C點 變藍，發(fā)生反應(yīng)2I-+2e-====I2，為陽極反應(yīng)，則b接電源的正極B 極，D錯誤。,2.(2014廣東高考)某同學組裝了如圖所示的電化學裝置。電極Ⅰ為 Al，其他電極均為Cu，則( ) A.電流方向：電極Ⅳ→ →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。電極Ⅰ是原電池的負極，電極Ⅱ是原電池的正極，電 極Ⅲ是電解池的陽極，電極Ⅳ是電解池的陰極，故電流方向：電極 Ⅳ→ →電極Ⅰ，A正確；電極Ⅰ發(fā)生氧化反應(yīng)，B錯誤；電極Ⅱ是原 電池的正極，發(fā)生還原反應(yīng)，有單質(zhì)銅析出，C錯誤；電極Ⅲ是電解 池的陽極，發(fā)生氧化反應(yīng)，電極反應(yīng)為Cu-2e-====Cu2+，D錯誤。,考點三 電化學計算 【典例3】[2014重慶高考T11(4)]一定條件下，如圖所示裝置可實現(xiàn)有機物的電化學儲氫(忽略其他有機物)。,(1)導線中電子轉(zhuǎn)移方向為________。(用A、D表示) (2)生成目標產(chǎn)物的電極反應(yīng)式為____________________________。 (3)該儲氫裝置的電流效率η=________。 (η= 100%，計算結(jié)果保留小數(shù)點后1位),【破題關(guān)鍵】 (1)根據(jù)左側(cè)由苯生成環(huán)己烷的反應(yīng)是還原反應(yīng)，判斷電源的正負極。 (2)由右側(cè)生成2.8 mol氣體計算電解過程中轉(zhuǎn)移的電子數(shù)。 (3)根據(jù)電流效率的定義，需計算生成目標產(chǎn)物消耗的電子數(shù)和轉(zhuǎn)移 的電子總數(shù)。,【解析】(1)根據(jù)題干圖示苯→環(huán)己烷知發(fā)生還原反應(yīng)，則D是陰極， 電子轉(zhuǎn)移方向為A→D；(2)苯得到電子生成環(huán)己烷是目標產(chǎn)物(儲 氫)，反應(yīng)為C6H6+6H++6e-====C6H12；(3)陽極生成2.8 mol氣體應(yīng)該是 氧氣，轉(zhuǎn)移電子2.8 mol4=11.2 mol，設(shè)陰極消耗苯的物質(zhì)的量為 xmol，轉(zhuǎn)移電子6xmol，生成環(huán)己烷xmol，根據(jù)得失電子相等，陰極 還生成氫氣(11.2-6x)2 mol，(2.4-x)/[10+(11.2-6x)2]=0.1，x=1.2，因此儲氫裝置的電流效率η=(6x/11.2)100%=64.3%。 答案：(1)A→D (2)C6H6+6H++6e-====C6H12 (3)64.3%,【方法歸納】電化學計算的基本方法 原電池和電解池的計算包括兩極產(chǎn)物的定量計算、溶液的pH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，通常有下列幾種方法： 常見微粒間的計量關(guān)系式為4e-～4H+～4OH-～4Cl-～4Ag+～2Cu2+～ 2H2～O2～2Cl2～4Ag～2Cu。,【題組過關(guān)】 1.(2015武漢一模)生物燃料電池是以有機物為燃料，直接或間接利 用酶作為催化劑的一類特殊的燃料電池，其能量轉(zhuǎn)化效率高，是一種 真正意義上的綠色電池，其工作原理如圖所示。下列有關(guān)說法正確的 是( ),A.O2在C2電極上得電子，被氧化 B.電子由C2極經(jīng)外電路流向C1極 C.每轉(zhuǎn)移6 mol電子，理論上生成22.4 L CO2 D.C1極的電極反應(yīng)式為C2H5OH+3H2O-12e-====2CO2↑+12H+ 【解析】選D。A項，O2在C2電極上得電子，被還原；B項，電子由負 極(C1極)經(jīng)外電路流向正極(C2極)；C項，根據(jù)負極上 每轉(zhuǎn)移6 mol電子，理論上生成標準狀況下22.4 L CO2；D項，C1極上 乙醇發(fā)生氧化反應(yīng)，生成CO2。,,2.(2014上海高考)如圖所示，將鐵棒和石墨棒插入盛有飽和NaCl 溶液的U形管中。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,【解析】選B。K1閉合形成原電池，鐵作負極，失電子被腐蝕，石墨電極是正極，氧氣得電子變?yōu)镺H-，pH逐漸升高，A錯誤、B正確；K2閉合，鐵棒作陰極被保護，不會被腐蝕，屬于外加電流的陰極保護法，C錯誤；K2閉合形成電解池，兩極分別產(chǎn)生氯氣和氫氣，電路中通過0.002NA個電子時，每極上產(chǎn)生0.001 mol氣體，共0.002 mol氣體，D錯誤。,【加固訓練】1.(2015金華一模)用NaOH溶液吸收煙氣中的SO2，將 所得的Na2SO3溶液進行電解，可循環(huán)再生NaOH同時得到某種副產(chǎn)物， 其原理如圖所示(電極材料為石墨)。下列說法不正確的是( ),A.b電極上的主反應(yīng)是 -2e-+H2O==== +2H+ B.若D是混合氣體，則可能含有SO2、O2等成分 C.a電極發(fā)生還原反應(yīng)，當有1 mol Na+通過陽離子交換膜時， a極生成11.2 L氣體 D.A溶液是稀NaOH溶液，作用是增強溶液的導電性；C是較濃 的硫酸溶液,【解析】選C。電解池中的陰離子移向陽極，根據(jù)題圖中的 流向 右邊知b是陽極，陽極發(fā)生氧化反應(yīng)，A正確；生成硫酸，硫酸濃度增 大，故C是較濃的硫酸溶液，陰極是水發(fā)生還原反應(yīng)生成氫氣，氫氧 化鈉不參加反應(yīng)，D正確；若D是混合氣體，則可能含有SO2、O2等成 分，其中SO2來自 與酸反應(yīng)，氧氣來自陽極產(chǎn)物，B正確；沒有給 出氣體所處的外界條件，不能根據(jù)體積求算物質(zhì)的量，C錯誤。,2.(2015石家莊一模)某小組用下圖裝置進行實驗，下列說法正確的 是( ) A.鹽橋中的電解質(zhì)可以用KCl B.閉合K，外電路電流方向為Fe電極→石墨電極 C.閉合K，石墨電極上只生成銅 D.導線中流過0.15 mol電子時，加入5.55 g Cu2(OH)2CO3，CuSO4溶液 可恢復原組成,【解析】選D。由于KCl能和AgNO3產(chǎn)生沉淀，因此鹽橋中的電解質(zhì)不 能用KCl，故A錯誤；閉合K，鐵比銀活潑為負極，與鐵相連的石墨為 陰極，所以外電路電流方向為石墨電極→Fe電極，故B錯誤；閉合K， 與鐵相連的石墨為陰極，發(fā)生還原反應(yīng)首先Cu2++2e-====Cu，析出 Cu，后發(fā)生2H++2e-====H2，放出氫氣，故C錯誤；CuSO4溶液中 n(Cu2+)=0.05 mol，完全消耗時轉(zhuǎn)移電子數(shù)為0.1 mol，導線中流過 0.15 mol電子說明水也參與了電解，電解CuSO4的總反應(yīng) 2Cu2++2H2O====2Cu+O2↑+4H+，溶液中減少的是2Cu和O2(相當于 2CuO)，需要補充0.05 mol CuO，電解水的總反應(yīng)2H2O====2H2↑+O2↑，,轉(zhuǎn)移電子數(shù)為0.05 mol，因此消耗0.025 mol 的H2O，Cu2(OH)2CO3可寫為2CuOH2OCO2，所以加入0.025 mol即0.025 mol222 gmol-1=5.55 g Cu2(OH)2CO3，CuSO4溶液可恢復原組成，故D正確。,考點四 電化學原理的應(yīng)用 【典例4】(1)[2014福建高考T24(1)]鐵及其化合物與生產(chǎn)、生活關(guān)系密切。 下圖是實驗室研究海水對鐵閘不同部位腐蝕情況的剖面示意圖。,①該電化腐蝕稱為_______________________________________。 ②圖中A、B、C、D四個區(qū)域，生成鐵銹最多的是________(填字母)。,(2)[2014廣東高考T 32(5)]石墨可用于自然水體中銅件的電化學防腐，完成如下防腐示意圖，并作相應(yīng)標注。,【破題關(guān)鍵】 (1)腐蝕最嚴重的區(qū)域是“負極區(qū)”，生銹最嚴重的區(qū)域是“正極區(qū)”，也就是氧氣濃度最大的區(qū)域。 (2)若將石墨與銅件直接相連，形成原電池，則銅作負極被氧化，故只能采用電解的方法保護。,【解析】(1)根據(jù)實驗室研究海水(中性環(huán)境或偏堿性環(huán)境)對鐵閘不 同部位腐蝕情況的剖面示意圖，可以確定發(fā)生的為鐵的吸氧腐蝕；而 生成鐵銹最多的是海水中氧氣濃度最大的地方(二價鐵離子被氧化為 三價鐵離子)，因此符合的區(qū)域為B區(qū)域。 (2)防腐示意圖為,答案：(1)①吸氧腐蝕 ②B (2),【方法歸納】 (1)金屬腐蝕快慢的判斷方法。 ①根據(jù)構(gòu)成原電池的材料判斷。 兩極材料的活潑性相差越大，氧化還原反應(yīng)的速率越快，金屬被腐蝕 的速率就越快。 ②根據(jù)金屬所接觸的電解質(zhì)強弱判斷。 活潑金屬在電解質(zhì)溶液中的腐蝕快于在非電解質(zhì)溶液中的腐蝕，在強 電解質(zhì)溶液中的腐蝕快于在弱電解質(zhì)溶液中的腐蝕。,③一般來說金屬的腐蝕快慢順序為電解池的陽極原電池的負極化學腐蝕原電池的正極電解池的陰極。 ④對同一種電解質(zhì)溶液來說，電解質(zhì)溶液的濃度越大，腐蝕越快。 (2)防腐效果的比較。 外接電源的陰極保護法犧牲陽極的陰極保護法一般保護層防護法未加措施防護。,【題組過關(guān)】 1.將NaCl溶液滴在一塊光亮清潔的鐵板表面上，一段時間后發(fā)現(xiàn)液滴覆蓋的圓圈中心區(qū)(a)已被腐蝕而變暗，在液滴外沿形成棕色鐵銹環(huán)(b)，如圖所示。導致該現(xiàn)象的主要原因是液滴之下氧氣含量比邊緣少。下列說法正確的是( ),A.液滴中的Cl―由(a)區(qū)向(b)區(qū)遷移 B.液滴邊緣是正極區(qū)，發(fā)生的電極反應(yīng)為O2+2H2O+4e-====4OH- C.液滴下的Fe因發(fā)生還原反應(yīng)而被腐蝕，生成的Fe2+由(a)區(qū)向(b)區(qū) 遷移，與(b)區(qū)的OH―形成Fe(OH)2，進一步氧化、脫水形成鐵銹 D.若改用嵌有一銅螺絲釘?shù)蔫F板，在銅鐵接觸處滴加NaCl溶液，則負 極發(fā)生的電極反應(yīng)為Cu-2e-====Cu2+,【解析】選B。液滴邊緣O2多，發(fā)生正極反應(yīng)O2+2H2O+4e-====4OH-。 液滴下的Fe發(fā)生負極反應(yīng)：Fe-2e-====Fe2+，為腐蝕區(qū)(a)。Cl-由(b) 區(qū)向(a)區(qū)遷移，A錯誤，B正確；液滴下的Fe因發(fā)生氧化反應(yīng)而被腐 蝕，C錯誤；Cu不如Fe活潑，作正極，負極反應(yīng)為Fe-2e-Fe2+，D錯 誤。,2.(2014安徽高考)某研究小組為探究弱酸性條件下鐵發(fā)生電化學腐 蝕類型的影響因素，將混合均勻的新制鐵粉和碳粉置于錐形瓶底部， 塞上瓶塞(如圖1)。從膠頭滴管中滴入幾滴醋酸溶液，同時測量容器中的壓強變化。,(1)請完成以下實驗設(shè)計表(表中不要留空格)：,(2)編號①實驗測得容器中壓強隨時間變化如圖2。t2時，容器中 壓強明顯小于起始壓強，其原因是鐵發(fā)生了________腐蝕，請在 圖3中用箭頭標出發(fā)生該腐蝕時電子流動方向；此時，碳粉表面發(fā) 生了__________(填“氧化”或“還原”)反應(yīng)，其電極反應(yīng)式是 ________________________________________。,(3)該小組對圖2中0～t1時壓強變大的原因提出了如下假設(shè)， 請你完成假設(shè)二： 假設(shè)一：發(fā)生析氫腐蝕產(chǎn)生了氣體； 假設(shè)二：_________________________________； ……,(4)為驗證假設(shè)一，某同學設(shè)計了檢驗收集的氣體中是否含有H2的方案。請你再設(shè)計一個實驗方案驗證假設(shè)一，寫出實驗步驟和結(jié)論。,【解析】(1)實驗②是探究醋酸濃度的影響，因此醋酸濃度不同，其 他條件相同，即鐵粉的質(zhì)量為2.0 g，實驗③是探究碳粉的量對反應(yīng) 的影響。 (2)t2時壓強減小，則是發(fā)生了吸氧腐蝕，碳是正極，發(fā)生還原反 應(yīng)：O2+4e-+2H2O====4OH-或4H++O2+4e-====2H2O，電子流向是鐵→ 碳： 。,(3)壓強變大可能是產(chǎn)生了氣體、溫度升高等，因此假設(shè)二是反應(yīng)放熱。 (4)假設(shè)一的驗證有多種方法，如測量瓶內(nèi)的壓強增大或點燃氣體，并在火焰上方罩一個干而冷的燒杯，觀察到火焰呈藍色，燒杯內(nèi)壁有小水珠出現(xiàn)則證明氣體為氫氣。 ①藥品用量和操作同編號①實驗(多孔橡皮塞增加進、出導管)； ②通入氬氣排盡裝置中的空氣； ③滴入醋酸，同時測量瓶內(nèi)的壓強變化，如果瓶內(nèi)壓強增大，則假設(shè)一成立，否則不成立。(答案合理即可),答案：(1)②2.0 ③碳粉含量的影響 (2)吸氧 還原 O2+4e-+2H2O====4OH-(或4H++O2+4e-====2H2O) (3)反應(yīng)放熱，溫度升高，體積膨脹 (4)①藥品用量和操作同編號①實驗(多孔橡皮塞增加進、出導管)； ②通入氬氣排凈瓶內(nèi)空氣； ③滴入醋酸溶液，同時測量瓶內(nèi)壓強變化(也可測溫度變化， 檢驗Fe2+等)。,【加固訓練】1.鐵生銹是一種常見的自然現(xiàn)象，其主要的化學反應(yīng) 方程式為4Fe+3O2+Xh2o====2Fe2O3xH2O。下圖為一放在水槽中的鐵 架，水位高度如圖。最容易生銹的鐵架橫桿是( ) A.① B.② C.③ D.④,【解析】選C。③處鐵生銹屬于吸氧腐蝕。④處沒有和電解質(zhì)溶液接 觸，不能構(gòu)成原電池，銹腐速率較慢；①②③處已與電解質(zhì)溶液接 觸，但①②處含O2較少，所以③處腐蝕最快。,2.(2015邯鄲一模)對金屬制品進行抗腐蝕處理，可延長其使用壽 命。 (1)以鋁材為陽極，在H2SO4溶液中電解，鋁材表面形成氧化膜，陽極 電極反應(yīng)式為____________________________________________。 (2)鍍銅可防止鐵制品腐蝕，電鍍時用銅而不用石墨作陽極的原因是 ________________________________________________________。 在此過程中，兩個電極上質(zhì)量的變化值：陰極________陽極(填 “”“”或“=”)。,(3)利用下圖所示的裝置，可以模擬鐵的電化學防護。若X為碳棒， 為減緩鐵的腐蝕，開關(guān)K應(yīng)置于________(填“M”或“N”)處。若X 為鋅，開關(guān)K置于M處，該電化學防護法稱為________。,【解析】(1)陽極鋁被氧化成Al2O3，反應(yīng)過程中有水參加，故電極反 應(yīng)式為2Al+3H2O-6e-====Al2O3+6H+。 (2)電鍍時，為保證陰極上只有銅析出，就要確保電鍍過程中溶液中 有足夠多的Cu2+，因此陽極就需要不斷地溶解銅，以補充電鍍液中的 Cu2+。 (3)鐵被保護，可以作原電池的正極或電解池的陰極。故若X為碳棒， 開關(guān)K應(yīng)置于N處，F(xiàn)e作陰極受到保護；若X為鋅，開關(guān)K置于M處，鐵 作正極，這種電化學防護法稱為犧牲陽極的陰極保護法。,答案：(1)2Al+3H2O-6e-====Al2O3+6H+ (2)能向電鍍液中不斷補充Cu2+，使電鍍液中的Cu2+濃度保持恒定 = (3)N 犧牲陽極的陰極保護法,新型化學電源 【典題示例】(2015江蘇高考T10)一種熔融碳酸鹽燃料電池① 原理示意如圖。下列有關(guān)該電池的說法正確的是 ( ),D,A．反應(yīng)CH4＋H2O 3H2＋CO， 每消耗1 mol CH4轉(zhuǎn)移12 mol 電子③ B．電極A上H2參與的電極反應(yīng)為 H2＋2OH-－2e-====2H2O④ C．電池工作時， 向電極B移動⑤ D．電極B上發(fā)生的電極反應(yīng)為 O2＋2CO2＋4e-==== ⑥,【審題指導】抽絲剝繭 溯本求源,【類題通法】 1.審題： 明確新型原電池的電解質(zhì)環(huán)境和需要解答的問題。 2.析題——正確解題的關(guān)鍵： 分析已知條件和目標問題之間的關(guān)系，還有哪些中間條件需要推斷。 解答原電池題目應(yīng)明確以下問題： (1)電池類型：可充電電池首先明確放電方向是原電池，充電方向是電解池。 (2)電極名稱：放電時是電池，為正極、負極；充電時為電解池，為陽極、陰極。,(3)電極材料和電極反應(yīng)：電極反應(yīng)物、電極產(chǎn)物及其狀態(tài)，電極材料是否參與電極反應(yīng)；電子或電流的流動方向，離子的移動方向。 (4)電解質(zhì)溶液：電解質(zhì)溶液是否參與電池反應(yīng)；電解質(zhì)溶液是否與電極產(chǎn)物反應(yīng)。 (5)反應(yīng)式：電極反應(yīng)式和電池總反應(yīng)式。 (6)反應(yīng)的量的關(guān)系：電極質(zhì)量的變化、電極產(chǎn)物的量、轉(zhuǎn)移電子的量。,3.解題——正確解題的步驟： 該過程實際上就是寫出析題過程的結(jié)論。2中所列的問題可能是已知 的，也可能是未知的，也可能是所求問題，要根據(jù)具體情況進行分 析。結(jié)合原電池原理和電子守恒求出結(jié)果。 4.檢查——正確解題的保證： 最后要對照試題進行認真的檢查核對，避免失誤。,【即時訓練】 1.(2015宿遷一模)某種新型質(zhì)子交換膜二甲醚燃料電池的工作 原理如圖所示，該電池具有較高的安全性，電池總反應(yīng)式為CH3OCH3+3O22CO2+3H2O。下列說法不正確的是( ),A.a極為電池的負極 B.電池工作時電流由b極沿導線經(jīng)燈泡到a極 C.電池正極的電極反應(yīng)式為4H++O2+4e-====2H2O D.電池工作時，1 mol二甲醚被氧化時有6 mol電子發(fā)生轉(zhuǎn)移,【解析】選D。由電池總反應(yīng)式可知，二甲醚發(fā)生氧化反應(yīng)， 為負極反應(yīng)物，氧氣發(fā)生還原反應(yīng)，為正極反應(yīng)物，所以a 為負極，b為正極，A項正確；工作時，電子由a極沿導線經(jīng) 燈泡到b極，電流則由b極沿導線經(jīng)燈泡到a極，B項正確；負 極反應(yīng)式為CH3OCH3-12e-+3H2O====2CO2+12H+，正極反應(yīng)式為 4H++O2+4e-====2H2O，C項正確；電池工作時，1 mol二甲醚被 氧化的同時有12 mol電子發(fā)生轉(zhuǎn)移，D項不正確。,2.(2015福州一模)磷酸燃料電池是目前較為成熟的燃料電池， 其基本組成和反應(yīng)原理如下：,下列說法不正確的是( ) A.在改質(zhì)器中主要發(fā)生的反應(yīng)為CxHy+xH2O xCO+(x+ )H2 B.移位反應(yīng)器中CO(g)+H2O(g)====CO2(g)+H2(g) ΔH0。 溫度越高，CO轉(zhuǎn)化率越大 C.負極排出的氣體主要是CO2 D.該電池正極的電極反應(yīng)為O2+4H++4e-====2H2O,【解析】選B。由題圖可知，CxHy和H2O通過改質(zhì)器后，生成CO和H2， A正確；根據(jù)移位反應(yīng)器中CO(g)+H2O(g)====CO2(g)+H2(g) ΔH0 知，該反應(yīng)是放熱反應(yīng)，升高溫度，抑制一氧化碳的轉(zhuǎn)化，故B錯 誤；燃料電池中，負極上燃料失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)，二氧化碳是 廢氣，所以排出的氣體是二氧化碳，故C正確；燃料電池中，正極 上氧化劑得電子和氫離子反應(yīng)生成水，電極反應(yīng)式為 O2+4H++4e-====2H2O，故D正確。,【加固訓練】Harbermann等設(shè)計出利用Desulfovibrio desulfurcan 菌種生成的硫化物作為介體的微生物燃料電池，電池內(nèi)部有質(zhì)子通 過，該系統(tǒng)不經(jīng)任何維護可連續(xù)運行5年。該電池的負極反應(yīng)式為 S2-+4H2O-8e-==== +8H+。有關(guān)該電池的下列說法中正確的是( ) A.若有1.12 L氧氣參與反應(yīng)，則有0.2 mol電子發(fā)生轉(zhuǎn)移 B.質(zhì)子由正極移向負極 C.該電池的總反應(yīng)為S2-+2O2==== D.正極的電極反應(yīng)為2O2+8e-+4H2O====8OH-,【解析】選C。A項沒有注明標準狀況，錯誤；質(zhì)子應(yīng)由負極移向正 極，B錯誤；正極的電極反應(yīng)式為2O2+8H++8e-====4H2O，D錯誤。,