2019年高考化學二輪復習 專題18 電化學教案.doc

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專題18 電化學 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”。因此預測關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，電解質溶液、元素化合物性質等知識聯(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2018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，應給予高度關注。 一、 電解原理 1．電解 使電流通過電解質溶液(或熔融的電解質)而在陰、陽兩極引起氧化還原反應的過程。 2．電解池(也叫電解槽) (1)概念： 電解池是把電能轉變?yōu)榛瘜W能的裝置。 (2)構成條件： ①有與電源相連的兩個電極。 ②電解質溶液(或熔融鹽)。 ③形成閉合回路。 (3)電極名稱及電極反應式(如圖)： 總反應方程式：Cu2＋＋2Cl－Cu＋Cl2↑ (4)電子和離子移動方向： ①電子：從電源負極流向電解池的陰極；從電解池的陽極流向電源的正極。 ②離子：陽離子移向電解池的陰極；陰離子移向電解池的陽極。 命題點1　電解方程式的書寫 1．方法步驟 (1)首先判斷陰、陽極，分析陽極材料是惰性電極還是活潑電極。 (2)再分析電解質水溶液的組成，找全離子并分陰、陽兩組(勿忘水溶液中的H＋和OH－)。 (3)然后排出陰、陽兩極的放電順序。 陰極：陽離子放電順序：Ag＋>Fe3＋>Cu2＋>H＋(酸)>Fe2＋>Zn2＋>H＋(水)>Al3＋>Mg2＋>Na＋>Ca2＋>K＋(水溶液中Al3＋、Mg2＋、Na＋、Ca2＋、K＋不放電)。 陽極：活潑電極>S2－>I－>Br－>Cl－>OH－>含氧酸根離子(水溶液中含氧酸根離子不放電)。 (4)分析電極反應，判斷電極產物，寫出電極反應式，要注意遵循原子守恒和電荷守恒。 (5)最后寫出電解反應的總化學方程式或離子方程式。 2．注意問題 (1)書寫電解池中電極反應式時，要以實際放電的離子表示，但書寫總電解反應方程式時，弱電解質要寫成分子式。 (2)要確保兩極電子轉移數(shù)目相同，且注明條件“電解”。 (3)注意題目信息中提示的離子的放電，如電解法制取KMnO4等。 例1．按要求書寫有關的電極反應式及總方程式。 (1)用惰性電極電解AgNO3溶液： 陽極反應式：___________________________________________________________； 陰極反應式：___________________________________________________________； 總反應離子方程式：_____________________________________________________。 (2)用惰性電極電解MgCl2溶液 陽極反應式：___________________________________________________________； 陰極反應式：___________________________________________________________； 總反應離子方程式：_____________________________________________________。 (3)用鐵作電極電解NaCl溶液 陽極反應式：___________________________________________________________； 陰極反應式：___________________________________________________________； 總化學方程式：_________________________________________________________。 (4)用銅作電極電解鹽酸溶液 陽極反應式：__________________________________________________________； 陰極反應式：___________________________________________________________； 總反應離子方程式：_____________________________________________________。 【答案】(1)4OH－－4e－===O2↑＋2H2O　　4Ag＋＋4e－===4Ag　　4Ag＋＋2H2O4Ag＋O2↑＋4H＋ (2)2Cl－－2e－===Cl2↑　　2H＋＋2e－===H2↑ Mg2＋＋2Cl－＋2H2OMg(OH)2↓＋Cl2↑＋H2↑ (3)Fe－2e－===Fe2＋　　2H＋＋2e－===H2↑ Fe＋2H2OFe(OH)2↓＋H2↑ (4)Cu－2e－===Cu2＋　　2H＋＋2e－===H2↑ Cu＋2H＋Cu2＋＋H2↑ 例2．Ⅰ.以鋁材為陽極，在H2SO4溶液中電解，鋁材表面形成氧化膜，陽極電極反應式為_____________。 Ⅱ.用Al單質作陽極，石墨作陰極，NaHCO3溶液作電解液進行電解，生成難溶物R，R受熱分解生成化合物Q。寫出陽極生成R的電極反應式：__________________________________________。 【答案】Ⅰ.2Al－6e－＋3H2O===Al2O3＋6H＋ Ⅱ.Al＋3HCO－3e－===Al(OH)3＋3CO2↑ 命題點2　電解質溶液的類型及規(guī)律 例3．如圖是電解飽和NaCl溶液的實驗裝置，其中c、d為石墨電極。則下列有關判斷中正確的是(　　) A．a為正極、b為負極 B．c為陰極、d為陽極 C．電解過程中，d電極質量增加 D．電解過程中，氯離子濃度不變 【答案】A　 【解析】由電子流向可知，a為正極，b為負極，c為陽極，d為陰極，c極：2Cl－－2e－===Cl2↑；d極：2H＋＋2e－===H2↑，因此，B、C、D項均錯。 例4.以石墨為電極，電解KI溶液(其中含有少量酚酞和淀粉)。下列說法錯誤的是(　　) A．陰極附近溶液呈紅色　　　 B．陰極逸出氣體 C．陽極附近溶液呈藍色 D．溶液的pH變小 【答案】D 【解析】以石墨為電極，電解KI溶液的方程式是2KI＋2H2O通電,I2＋H2↑＋2KOH。由于其中含有少量酚酞和淀粉，所以在陽極附近碘單質遇淀粉，溶液變?yōu)樗{色；在陰極由于產生氫氣，溶液顯堿性，遇酚酞，溶液變?yōu)榧t色。因為產生了堿，溶液堿性增強，所以溶液的pH變大。因此選項是D。 例5．用惰性電極電解下列各組中的三種電解質溶液，在電解的過程中，溶液的pH依次為升高、不變、降低的是(　　) A．AgNO3　　CuCl2　　Cu(NO3)2 B．KCl　　Na2SO4　　CuSO4 C．CaCl2　　KOH　　NaNO3 D．HCl　　HNO3　　K2SO4 [方法技巧] 惰性電極電解電解質溶液的四種類型 類型 電極反應特點 電解質 溶液 電解 對象 電解質 濃度 pH 電解質溶 液復原 電解 水型 陰極： 4H＋＋4e－ ===2H2↑ 陽極：4OH－ －4e－=== 2H2O＋O2↑ 強堿(如 NaOH) 水 增大 增大 加水 含氧酸(如 H2SO4) 水 增大 減小 加水 活潑金屬 的含氧酸 鹽(如 Na2SO4) 水 增大 不變 加水 電解電 解質型 電解質電離出的陰、陽離子分別在兩極放電 無氧酸 (如HCl) 電解質 減小 增大 通入氯 化氫氣 體 不活潑金 屬的無氧 酸鹽(如 CuCl2) 電解質 減小 － 加氯化 銅 放H2 生堿型 陰極：H2O放 H2生成堿 陽極：電解質 陰離子放電 活潑金屬 的無氧酸 鹽(如 NaCl) 電解質 和水 生成 新電 解質 增大 通入氯 化氫氣 體 放O2 生酸型 陰極：電解質 陽離子放電 陽極：H2O放 O2生成酸 不活潑金 屬的含氧 酸鹽(如 CuSO4) 電解質 和水 生成 新電 解質 減小 加氧化 銅 例6.電解裝置如圖所示，電解槽內裝有KI及淀粉溶液，中間用陰離子交換膜隔開。在一定的電壓下通電，發(fā)現(xiàn)左側溶液變藍色，一段時間后，藍色逐漸變淺。 已知：3I2＋6OH－===IO＋5I－＋3H2O 下列說法不正確的是(　　) A．右側發(fā)生的電極反應式：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－ B．電解結束后，右側溶液中含有IO C．電解槽內發(fā)生反應的總化學方程式：KI＋3H2OKIO3＋3H2↑ D．如果用陽離子交換膜代替陰離子交換膜，電解槽內發(fā)生的總化學反應不變 【答案】D 例7．如下圖所示，x、y分別是直流電源的兩極，通電后發(fā)現(xiàn)a極極板質量增加，b極極板處有無色無味的氣體放出，符合這一情況的是(　　) a極板 b極板 x電極 z溶液 A 鋅 石墨 負極 CuSO4 B 石墨 石墨 負極 NaOH C 銀 鐵 正極 AgNO3 D 銅 石墨 負極 CuCl2 【答案】A 二 、 電解原理的應用 1．電解飽和食鹽水 (1)電極反應：陽極：2Cl－－2e－===Cl2↑(氧化反應) 陰極：2H＋＋2e－===H2↑(還原反應) (2)總反應方程式： 2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑ 離子方程式：2Cl－＋2H2O2OH－＋H2↑＋Cl2↑ (3)應用：氯堿工業(yè)制燒堿、氯氣和氫氣。 2．電鍍和電解精煉銅 電鍍(Fe上鍍Cu) 電解精煉銅 陽極 電極材料 鍍層金屬銅 粗銅(含Zn、Fe、Ni、Ag、Au等雜質) 電極反應 Cu－2e－ ===Cu2＋ Cu－2e－===Cu2＋ Zn－2e－===Zn2＋ Fe－2e－===Fe2＋ Ni－2e－===Ni2＋ 陰極 電極材料 待鍍金屬Fe 純銅 電極反應 Cu2＋＋2e－===Cu 電解質溶液 含Cu2＋的鹽溶液 電解精煉銅時，粗銅中的Ag、Au等不反應，沉積在電解池底部形成陽極泥 3．電冶金 利用電解熔融鹽的方法來冶煉活潑金屬Na、Ca、Mg、Al等。 總方程式 陽極、陰極反應式 冶煉鈉 2NaCl(熔融)2Na＋Cl2↑ 2Cl－－2e－===Cl2↑ 2Na＋＋2e－===2Na 冶煉鎂 MgCl2(熔融)Mg＋Cl2↑ 2Cl－－2e－===Cl2↑ Mg2＋＋2e－===Mg 冶煉鋁 2Al2O3(熔融)4Al＋3O2↑ 6O2－－12e－===3O2↑ 4Al3＋＋12e－===4Al 命題點1　電解原理在工業(yè)中的應用 例8．利用如圖所示裝置，當X、Y選用不同材料時，可將電解原理廣泛應用于工業(yè)生產。下列說法中正確的是(　　) A．氯堿工業(yè)中，X、Y均為石墨，X附近能得到氫氧化鈉 B．銅的精煉中，X是純銅，Y是粗銅，Z是CuSO4 C．電鍍工業(yè)中，X是待鍍金屬，Y是鍍層金屬 D．外加電流的陰極保護法中，Y是待保護金屬 【答案】D 例9．電化學原理廣泛用于工業(yè)生產中，如有一種電化學凈水法的原理是：在電解過程中將低價金屬離子(如Co2＋)氧化成高價態(tài)的離子(Co3＋)，然后以此高價態(tài)的金屬離子作氧化劑把廢水中的有機物氧化成CO2而凈化。實驗室用如圖裝置模擬上述過程，下列說法正確的是(　　) A．電極a可以是石墨，電極b可以是銅 B．電解后陰極附近H＋濃度不變 C．Co3＋氧化甲醇的離子方程式為：6Co3＋＋CH3OH＋H2O===CO2↑＋6Co2＋＋6H＋ D．當1 mol 甲醇被完全氧化時，陽極應該失去4 mol 電子 【答案】C 命題點2　電解原理在計算中的應用 根據(jù)電解原理進行的相關計算主要包括以下幾個方面，根據(jù)直流電源提供的電量求產物的量(析出固體的質量、產生氣體的體積等)、溶液的pH、相對原子質量或某元素的化合價、化學式等。具體解題方法主要有以下三種： 例10．將兩個鉑電極插入500 mL CuSO4溶液中進行電解，通電一定時間后，某一電極增重0.064 g(設電解時該電極無氫氣析出，且不考慮水解和溶液體積變化)，此時溶液中氫離子濃度約為(　　) A．410－3 mol/L　　　　　　 B．210－3 mol/L C．110－3 mol/L D．110－7 mol/L 【答案】A 【解析】陰極反應：Cu2＋＋2e－===Cu，增重0.064 g應是Cu的質量，設生成H＋的物質的量為x，根據(jù)總反應方程式： 2Cu2＋＋2H2O 2Cu＋O2↑＋4H＋ 　　　　　　264 g　　　 4 mol 　　　　　　0.064 g　　　 x x＝0.002 mol c(H＋)＝＝410－3 mol/L。 例11.用惰性電極電解400 mL一定濃度的硫酸銅溶液(不考慮電解過程中溶液體積的變化)，通電一段時間后進行如下操作。 (1)如果向所得的溶液中加入0.1 mol CuO后，使溶液恰好恢復到電解前的濃度和pH，電解過程中轉移的電子為________mol。 (2)如果向所得的溶液中加入0.1 mol Cu(OH)2后，使溶液恰好恢復到電解前的濃度和pH，電解過程中轉移的電子為________mol。 【答案】(1)0.2　(2)0.4 三、 原電池原理 1．概念 把化學能轉化為電能的裝置。 2．構成條件 (1)有兩個活潑性不同的電極(常見為金屬或石墨)。 (2)將電極插入電解質溶液中。 (3)兩電極間構成閉合回路(兩電極接觸或用導線連接)。 (4)能自發(fā)發(fā)生氧化還原反應。 3．工作原理 如圖是CuZn原電池，請?zhí)羁眨? (1)反應原理： 電極名稱 負極 正極 電極材料 鋅片 銅片 電極反應 Zn－2e－===Zn2＋ Cu2＋＋2e－===Cu 反應類型 氧化反應 還原反應 (2)原電池中的三個方向： ①電子方向：從負極流出沿導線流入正極； ②電流方向：從正極沿導線流向負極； ③離子的遷移方向：電解質溶液中，陰離子向負極遷移，陽離子向正極遷移。 (3)兩種裝置的比較： 裝置Ⅰ中還原劑Zn與氧化劑Cu2＋直接接觸，易造成能量損耗；裝置Ⅱ能避免能量損耗；裝置Ⅱ中鹽橋的作用是提供離子遷移通路，導電。 命題點1　與原電池原理有關的辨析 理解原電池的工作原理要注意的四點 (1)只有放熱的氧化還原反應才能通過設計成原電池將化學能轉化為電能。 (2)電解質溶液中陰、陽離子的定向移動，與導線中電子的定向移動共同形成了一個完整的閉合回路。 (3)不論在原電池還是在電解池中，電子均不能通過電解質溶液。 (4)原電池負極失去電子的總數(shù)等于正極得到電子的總數(shù)。 例12．在如圖所示的8個裝置中，屬于原電池的是(　　) A．①④　　　　　　　　 B．③④⑤ C．④⑧ D．②④⑥⑦ 解析：選D　根據(jù)原電池的構成條件可知：①中只有一個電極，③中兩電極材料相同，⑤中酒精不是電解質，⑧中兩電極材料相同且無閉合回路，故①③⑤⑧不能構成原電池。 例13.如圖，在盛有稀H2SO4的燒杯中放入用導線連接的電極X、Y，外電路中電子流向如圖所示，關于該裝置的下列說法正確的是(　　) A．外電路的電流方向為：X→外電路→Y B．若兩電極分別為鐵和碳棒，則X為碳棒，Y為鐵 C．X極上發(fā)生的是還原反應，Y極上發(fā)生的是氧化反應 D．若兩電極都是金屬，則它們的活動性強弱為X＞Y 【答案】D 命題點2　原電池正、負極的判斷及電極反應式的書寫 1．原電池正、負極的判斷方法 2. “三”步完勝電極反應式的書寫 例14.如圖是某同學設計的原電池裝置，下列敘述中正確的是(　　) A．電極Ⅰ上發(fā)生還原反應，作原電池的負極 B．電極Ⅱ的電極反應式為Cu2＋＋2e－===Cu C．該原電池的總反應為2Fe3＋＋Cu===Cu2＋＋2Fe2＋ D．鹽橋中裝有含氯化鉀的瓊脂，其作用是傳遞電子 【答案】C 例15.一種基于酸性燃料電池原理設計的酒精檢測儀，負極上的反應為：CH3CH2OH－4e－＋H2O===CH3COOH＋4H＋。下列有關說法正確的是(　　) A．檢測時，電解質溶液中的H＋向負極移動 B．若有0.4 mol電子轉移，則在標準狀況下消耗4.48 L氧氣 C．電池反應的化學方程式為CH3CH2OH＋O2===CH3COOH＋H2O D．正極上發(fā)生的反應是O2＋4e－＋2H2O===4OH－ 【答案】C 【解析】電解質溶液中陽離子應向正極移動，A項錯誤；酸性溶液中，正極電極反應式為O2＋4e－＋4H＋===2H2O，D項錯誤；結合正極反應式，轉移0.4 mol電子時，消耗O2 0.1 mol，其在標準狀況下的體積為2.24 L，B項錯誤；C項符合題目要求，正確。 命題點3　金屬的防護 例22．為了避免青銅器生成銅綠，以下方法正確的是(　　) A．將青銅器放在銀質托盤上 B．將青銅器與直流電源的正極相連 C．將青銅器保存在潮濕的空氣中 D．在青銅器的表面覆蓋一層防滲的高分子膜 【答案】D 例23.下列敘述錯誤的是(　　) A．生鐵中含有碳，抗腐蝕能力比純鐵弱 B．用錫焊接的鐵質器件，焊接處易生銹 C．在鐵制品上鍍銅時，鍍件為陽極，銅鹽為電鍍液 D．鐵管上鑲嵌鋅塊，鐵管不易被腐蝕 【答案】C 【解析】A、B選項，都是原電池原理，鐵做負極，使鐵更易腐蝕；D是犧牲陽極的陰極保護法。 六、 原電池原理的四大應用 命題點1　比較金屬的活動性強弱 原電池中，一般活動性強的金屬作負極，而活動性弱的金屬(或非金屬)作正極。 如有兩種金屬A和B，用導線將A和B連接后，插入到稀硫酸中，一段時間后，若觀察到A溶解，而B上有氣體放出，則說明A作負極，B作正極，則可以判斷金屬活動性A＞B。 例24.有A、B、C、D、E五塊金屬片，進行如下實驗：①A、B用導線相連后，同時浸入稀H2SO4中，A極為負極；②C、D用導線相連后，同時浸入稀H2SO4中，電流由D→導線→C；③A、C相連后，同時浸入稀H2SO4中，C極產生大量氣泡；④B、D相連后，同時浸入稀H2SO4中，D極發(fā)生氧化反應；⑤用惰性電極電解含B離子和E離子的溶液，E先析出。據(jù)此，判斷五種金屬的活動性順序是(　　) A．A＞B＞C＞D＞E　　　　　 B．A＞C＞D＞B＞E C．C＞A＞B＞D＞E D．B＞D＞C＞A＞E 【答案】B 【解析】金屬與稀H2SO4組成原電池，活潑金屬為負極，失去電子發(fā)生氧化反應，較不活潑的金屬為正極，H＋在正極電極表面得到電子生成H2，電子流動方向由負極→正極，電流方向則由正極→負極。在題述原電池中，A—B原電池，A為負極；C—D原電池，C為負極；A—C原電池，A為負極；B—D原電池，D為負極；E先析出，E不活潑。綜上可知，金屬活動性：A＞C＞D＞B＞E。 命題點2　加快化學反應速率 由于形成了原電池，導致反應速率加快。如Zn與稀硫酸反應制氫氣時，可向溶液中滴加少量CuSO4溶液，形成Cu－Zn原電池，加快反應進行。 例25.將兩份過量的鋅粉a、b分別加入定量的稀硫酸，同時向a中加入少量的CuSO4溶液，產生H2的體積V(L)與時間t(min)的關系正確的是(　　) 【答案】B 【解析】加入CuSO4溶液，Zn置換出Cu，形成原電池，加快反應速率，由于H2SO4定量，產生H2的體積一樣多。 例31．下圖所示裝置中，甲、乙、丙三個燒杯依次分別盛放100 g 5.00%的NaOH溶液、足量的CuSO4溶液和100 g 10.00%的K2SO4溶液，電極均為石墨電極。 (1)接通電源，經過一段時間后，測得丙中K2SO4濃度為10.47%，乙中c電極質量增加。據(jù)此回答問題： ①電源的N端為________極； ②電極b上發(fā)生的電極反應為______________________________________________； ③列式計算電極b上生成的氣體在標準狀況下的體積 ________________________________________________________________________； ④電極c的質量變化是________g； ⑤電解前后各溶液的酸、堿性強弱是否發(fā)生變化，簡述其原因： 甲溶液_____________________________________________________________； 乙溶液_____________________________________________________________； 丙溶液_____________________________________________________________。 (2)如果電解過程中銅全部析出，此時電解能否繼續(xù)進行，為什么？________________ _____________________________________________________________________________ 【答案】(1)①正　②4OH－－4e－===2H2O＋O2↑ ③丙中水減少的質量：100 g＝4.5 g，轉移電子的物質的量：2＝0.5 mol，生成O2的體積：22.4 L/mol＝2.8 L?、?6 ⑤堿性增強，因為電解后，水量減少，溶液中NaOH濃度增大　酸性增強，因為電解后生成H2SO4，溶液中H＋濃度增大　酸堿性大小沒有變化，因為K2SO4是強酸強堿鹽，濃度增大不影響溶液的酸堿性 (2)能繼續(xù)進行，因為CuSO4溶液已轉變?yōu)镠2SO4溶液，反應也就變?yōu)樗碾娊夥磻?