1、题型五 电化学,高考真题系统研究,近年真题展示,C,解析:由题中信息可知,石墨烯电极发生氧化反应,为电解池的阳极,则ZnO石墨烯电极为阴极。阳极接电源正极,电势高,阴极接电源负极,电势低,故石墨烯上的电势比ZnO石墨烯上的高,C错误;由题图可知,电解时阴极反应式为CO2+2H+2e- CO+H2O,A正确。,D,D,4.(2017全国卷,11)支撑海港码头基础的钢管桩,常用外加电流的阴极保护法进行防腐,工作原理如图所示,其中高硅铸铁为惰性辅助阳极。下列有关表述不正确的是( ) A.通入保护电流使钢管桩表面腐蚀电流接近于零 B.通电后外电路电子被强制从高硅铸铁流向钢管桩 C.高硅铸铁的作用是作为
2、损耗阳极材料和传递电流 D.通入的保护电流应该根据环境条件变化进行调整,C,解析:支撑海港码头基础的钢管桩应用电解原理防腐,钢管桩作为电解池的阴极被保护,高硅铸铁作为惰性辅助阳极起传递电流的作用。通电后,外电路电子从阳极高硅铸铁流出,流入直流电源的正极,从直流电源的负极流出,流入阴极钢管桩,通入保护电流使钢管桩表面腐蚀电流接近于零,通入的保护电流根据环境条件变化进行调整。表述不正确的是C选项。,5.(2017全国卷,11)用电解氧化法可以在铝制品表面形成致密、耐腐蚀的氧化膜,电解质溶液一般为H2SO4 H2C2O4混合溶液。下列叙述错误的是( ) A.待加工铝质工件为阳极 B.可选用不锈钢网作
3、为阴极 C.阴极的电极反应式为:Al3+3e- Al D.硫酸根离子在电解过程中向阳极移动,C,考情考法分析,1.电化学题型是一个常考不衰的重点题型,一般会结合生产实际考查电解及金属防护问题,结合新型电池考查原电池原理。 2.此类问题的解决,主要应该在氧化还原知识基础之上,充分运用电化学一般原理来综合处理,特别注意读题要仔细,要能抓住关键词来分析。 3.注意提高新型电池的读图能力。,题型考点分类突破,考向1 原电池原理及应用,知能储备,1.原电池基本模型,2.解决原电池问题基本流程 (1)分析电池内存在的氧化还原反应,若存在多个氧化还原反应还要分析先后顺序。 (2)画出双线桥,分析“半反应”;
4、根据电极材料,电子、电流流动方向,离子移动方向或者题目所给图示分析出正负极。 (3)综合考虑电极材料、电解质特点以及题目所给的电池构造图写出正负极电极反应式。 3.原电池基本解题规律 (1)大部分电池一般先写负极电极反应式,燃料电池一般先写正极反应式;然后用总反应(离子方程式)减去负极(燃料电池为正极)电极反应式即得正极(燃料电池为负极)电极反应式。,(2)燃料电池常见的四种正极反应式: 酸性燃料电池:O2+4H+4e- 2H2O 中碱性燃料电池:O2+2H2O+4e- 4OH- 熔融碳酸盐燃料电池:O2+2CO2+4e- 2C 熔融氧化物燃料电池:O2+4e- 2O2- (3)可充电二次电池
5、:先写放电(原电池)电极反应式,把放电电极反应式“颠倒过来”即是充电(电解)电极反应式。 (4)注意近些年一些非常规原电池问题时而有所考查,这些电池有浓差电池、温差电池、非氧化还原型原电池等,这些电池不符合原电池基本理论(高中所学原电池理论是基于自发的氧化还原反应理论)。遇到此类问题要根据题意进行分析,而不能死套我们所学的原电池理论。,典例示范,【例1】(2017全国卷,11)全固态锂硫电池能量密度高、成本低,其工作原理如图所示,其中电极a常用掺有石墨烯的S8材料,电池反应为:16Li+xS88Li2Sx(2x8)。下列说法错误的是( )A.电池工作时,正极可发生反应:2Li2S6+2Li+2
6、e- 3Li2S4 B.电池工作时,外电路中流过0.02mol电子,负极材料减重0.14g C.石墨烯的作用主要是提高电极a的导电性 D.电池充电时间越长,电池中Li2S2的量越多,D,【例2】锌空气燃料电池可用作电动车动力电源,电池的电解质溶液为KOH溶液,反应为2Zn+O2+4OH-+2H2O 2Zn(OH) 。下列说法正确的是( ) A.充电时,电解质溶液中K+向阳极移动 B.充电时,电解质溶液中c(OH-)逐渐减小 C.放电时,负极反应为Zn+4OH-2e- Zn(OH) D.放电时,电路中通过2mol电子,消耗氧气22.4L(标准状况),C,题组巩固,1.(2016全国卷,11)Mg
7、 AgCl电池是一种以海水为电解质溶液的水激活电池。下列叙述错误的是( ) A.负极反应式为Mg-2e- Mg2+ B.正极反应式为Ag+e- Ag C.电池放电时Cl-由正极向负极迁移 D.负极会发生副反应Mg+2H2O Mg(OH)2+H2,B,解析:Mg AgCl电池以海水为电解质溶液,其负极失电子发生氧化反应:Mg-2e- Mg2+,正极得电子发生还原反应:2AgCl+2e- 2Cl-+2Ag;电池放电时,电子由负极移向正极,Cl-则相应地由正极移向负极;负极为Mg失电子发生氧化反应,Mg金属活泼性强,易与水反应,故负极会发生副反应Mg+2H2O Mg(OH)2+H2。,2.(2015
8、全国卷,11)微生物电池是指在微生物的作用下将化学能转化为电能的装置,其工作原理如图所示。下列有关微生物电池的说法错误的是( ) A.正极反应中有CO2生成 B.微生物促进了反应中电子的转移 C.质子通过交换膜从负极区移向正极区 D.电池总反应为C6H12O6+6O2 6CO2+6H2O,A,解析:负极发生氧化反应,生成CO2气体,A项错误;微生物电池中的化学反应速率较快,即微生物促进了反应中电子的转移,B项正确;原电池中阳离子向正极移动,阴离子向负极移动,C项正确;电池总反应是C6H12O6与O2反应生成CO2和H2O,D项正确。,D,【教师用书备用】最新发明的一种有望用在电动汽车上的锂硫电
9、池装置如图所示,用有机聚合物作电解质,已知放电时电池反应为Li2S6+10Li 6Li2S。下列说法正确的是( )A.放电时,Li+向负极移动 B.充电时,阳极质量减小,阴极质量增加 C.放电时,正极的电极反应为 -10e- 6S2- D.可用LiCl水溶液代替聚合物电解质,B,考向2 电解池原理与应用,知能储备,1.电解原理模型,2.离子放电顺序(惰性电极) 阳极:S2-I-Br-Cl-OH-(活泼电极作阳极时,放电的是阳极材料本身,注意Fe作阳极一般仅能失去2e-); 阴极:Ag+Fe3+Cu2+H+(酸)Sn2+Zn2+Fe2+H+(H2O)Al3+。 3.电解原理应用、常见四种类型电解
10、及电解质溶液复原(见一轮复习资料)。 4.电解原理解题基本流程 (1)先看阳极是否为“惰性电极”,若为活泼电极,则放电的就是阳极本身,直接写出阳极反应式;若为惰性电极,则根据阴离子放电顺序写出阳极反应式。 (2)根据阳离子放电顺序写出阴极反应式。 (3)根据阴阳极反应结合离子方程式书写规律,写出总反应方程式。 (4)根据电解总方程式以及阴阳极反应式进行相关计算或判断。,【温馨提示】有些电解需要根据题意具体问题具体分析,不能生搬硬套。比如Al作阳极有些题目里可以写成Al-3e- Al3+,而有些题目说是电解法在酸性介质中使Al表面形成一层氧化层,此时则应该写成2Al+3H2O-6e- Al2O3
11、 +6H+。,典例示范,【例1】(2016全国卷,11)三室式电渗析法处理含Na2SO4废水的原理如图所示,采用惰性电极,ab、cd均为离子交换膜,在直流电场的作用下,两膜中间的Na+和S 可通过离子交换膜,而两端隔室中离子被阻挡不能进入中间隔室。下列叙述正确的是( ) A.通电后中间隔室的S 离子向正极迁移,正极区溶液pH增大 B.该法在处理含Na2SO4废水时可以得到NaOH和H2SO4产品 C.负极反应为2H2O-4e- O2+4H+,负极区溶液pH降低 D.当电路中通过1mol电子的电量时,会有0.5mol的O2生成,B,【例2】(2018湖北黄冈模拟)某化学兴趣小组学生对塑料饭盒废弃
12、物的水解液进行电渗析处理,同时得到对苯二甲酸。原理如图所示(H2A表示对苯二甲酸,A2-表示对苯二甲酸根离子),下列说法正确的是( )A.电极a为阴极,电极b产生氧气 B.通电一段时间后,硫酸溶液pH升高 C.A2-通过阴离子交换膜进入浓缩室 D.对200mL8.3g/L的对苯二甲酸溶液通电一段时间后,浓度上升到0.1mol/L,阴极产生气体体积为4.48L,C,精讲精析:首先观察电极材料为惰性电极,据图右侧极区含A2-,根据浓缩室H2A浓度增大,判断A2-从右侧极区经阴离子交换膜进入了浓缩室,由于阴离子移向阳极,所以a为阳极、b为阴极;根据离子放电顺序,阴极电极反应为2H+2e- H2,阳极
13、反应为4OH-4e- O2+2H2O,总电解反应为电解水型。由以上分析A错误;阳极区氢氧根放电,放氧生酸pH降低,所以B错误;阴极区氢离子放电导致电荷不守恒,多余的A2-通过阴离子交换膜进入浓缩室平衡电荷,所以C正确;D项由于没有限定“标准状况”,所以4.48L无意义,因此D错误。注意:D项如有说明是“标准状况”,则应通过计算来判断正误。由于此题属于电解水型,相当于是溶液浓缩类计算,浓缩过程中水减少,溶质不变,8.3g/L对苯二甲酸溶液换算成物质的量浓度约为0.05mol/L,浓度提高一倍,则溶液体积减小一半(近似认为溶液体积减少就是水的体积),所以电解掉的水为100mL(即100g),再根据
14、总电解方程式:2H2O 2H2+O2,生成H2的物质的量为,5.6mol氢气,5.6molH2标准状况下体积为125.44L。这里要特别提醒,选择题里一般不会出现特别复杂的计算。如果发现某个选项需要特别复杂的计算,一般可以不予考虑该选项(通常会有比较简单的方法排除该选项)。,题组巩固,1.(2018安徽宿州模拟)如图为光伏发电电解甲基肼CH3NHNH2制氢的装置示意图(电解池中交换膜仅阻止气体通过,a、b极均为惰性电极)。下列叙述中正确的是( )A.N型半导体为正极,P型半导体为负极 B.制氢装置溶液中电子从a极流向b极 C.工作时,产生的N2、H2体积比为13(同温同压) D.工作时,a极的
15、电极反应式为CH3NHNH2+12OH-10e- C +N2+9H2O,D,2.(2018甘肃靖远模拟)利用电化学原理还原CO2制取ZnC2O4的装置如图所示(电解液不参加反应),下列说法正确的是( )A.可用H2SO4溶液作电解液 B.阳离子交换膜的主要作用是增强导电性 C.Pb电极的电极反应式是2CO2-2e- C2 D.工作电路中每流过0.02mol电子,Zn电极质量减轻0.65g,D,3.(2018吉林实验中学模拟)某镍冶炼车间排放的漂洗废水中含有一定浓度的Ni2+和Cl-,图甲是双膜三室电沉积法回收废水中的Ni2+的示意图,图乙描述的是实验中阴极液pH与镍回收率之间的关系。下列说法不
16、正确的是( )A.交换膜a为阳离子交换膜 B.阳极反应式为2H2O-4e- O2+4H+ C.阴极液pH=1时,镍的回收率低主要是有较多的H2生成 D.浓缩室得到1L0.5mol/L的盐酸时,阴极回收得到11.8g镍,D,解析:阳极区域是稀硫酸,阳极氢氧根离子失电子生成氧气,氢离子通过交换膜a进入浓缩室,所以交换膜a为阳离子交换膜,故A正确;阳极反应式为2H2O-4e- O2+4H+,故B正确;阴极发生还原反应,酸性强时主要是氢离子发生还原反应生成氢气,酸性弱时主要是Ni2+发生还原反应生成Ni,故C正确;浓缩室得到1L0.5mol/L的盐酸时,转移电子0.4mol,阴极生成镍和氢气,所以阴极
17、回收得到镍小于11.8g,故D不正确。,D,【教师用书备用】臭氧是常见的强氧化剂,广泛用于水处理系统。制取臭氧的方法很多,其中高压放电法和电解纯水法原理如图所示,下列有关说法不正确的是( )A.高压放电法,反应的原理为3O2 2O3 B.高压放电出来的空气中,除含臭氧外还含有氮的氧化物 C.电解纯水时,电极b周围发生的电极反应有6OH-6e- O3+3H2O和4OH-4e- O2+2H2O D.电解水时,H+由电极a经聚合电解质薄膜流向电极b,考向3 电化学原理综合应用,知能储备,1.金属腐蚀与防护 (1)金属腐蚀本质:金属没有负价,所以金属腐蚀本质就是金属失电子被氧化的过程:M-xe- Mx
18、+。 (2)金属腐蚀类型:化学腐蚀;电化学腐蚀(又分为原电池腐蚀、电解原理腐蚀),(3)金属防腐原理:涂覆保护层:原理是隔离氧化剂与还原剂(金属);电化学保护:根据原电池、电解池原理知,原电池负极发生氧化反应、电解池阳极发生氧化反应,据此我们知道金属原电池腐蚀是因为被腐蚀金属作了负极,电解腐蚀是因为被腐蚀金属作了阳极。电化学保护原理也就是让金属作原电池正极或作电解池阴极即可。其中利用原电池原理防护方法称牺牲阳极保护法,利用电解池原理防护方法称阴极电保护法;加入Ni、Cr把铁制成不锈钢改变金属内部结构。,2.原电池、电解池串并联装置:这类题目要充分运用物理学科中的思想进行分析。 3.电化学综合计
19、算 (1)注意串联的原电池或电解池各个电极放电量相等的基本等量关系。 (2)注意能量与电量的不同,转移电量相同不代表消耗或释放能量相同。因为I=q/t,所以W=I2Rt= R,电量q一定时,电功多少与时间t有关。 (3)电化学计算一般比较复杂,耗时较多,所以遇到此类问题时可把选项暂时放一放,或利用排除法进行筛选。,典例示范,B,【例2】(2018广东东莞模拟)近年来,我国多条高压直流电线路的瓷绝缘子出现铁帽腐蚀现象,在铁帽上加锌环能有效防止铁帽的腐蚀,防护原理如图。下列说法正确的是( ) A.阴极电极反应为4OH-4e- O2+2H2O B.阳极电极反应为Zn-2e- Zn2+ C.该装置为牺
20、牲阳极的阴极保护法 D.绝缘子表面产生的OH-向阴极移动,B,精讲精析:阴极电极反应为2H2O+2e- H2+2OH-,选项A错误;阳极锌失电子产生锌离子,电极反应为Zn-2e- Zn2+,选项B正确;该装置为外加电源的阴极保护法,选项C错误;电解池中绝缘子表面产生的OH-向阳极移动,选项D错误。金属腐蚀与防护类型题目较为简单,做好此类题的关键是细心,四个选项都要仔细比对,权衡后作出最有把握的判断,绝不能匆匆一看就作出解答,不能轻视。,题组巩固,D,1.(2018北京卷,12)验证牺牲阳极的阴极保护法,实验如下(烧杯内均为经过酸化的3%NaCl溶液)。下列说法不正确的是( ) A.对比,可以判
21、定Zn保护了Fe B.对比,K3Fe(CN)6可能将Fe氧化 C.验证Zn保护Fe时不能用的方法 D.将Zn换成Cu,用的方法可判断Fe比Cu活泼,解析:实验中加入K3Fe(CN)6,溶液无明显变化,说明溶液中没有Fe2+;实验中加入K3Fe(CN)6,生成蓝色沉淀,说明溶液中有Fe2+,A正确;对比可知,中K3Fe(CN)6可能将Fe氧化成Fe2+,Fe2+再与K3Fe(CN)6反应生成蓝色沉淀,B正确;由以上分析可知,验证Zn保护Fe时,可以用做对比实验,不能用的方法,C正确;K3Fe(CN)6可将单质铁氧化为Fe2+,Fe2+与K3Fe(CN)6生成蓝色沉淀,附着在Fe表面,无法判断铁比
22、铜活泼,D不正确。,2.(2018北京东城区模拟)利用如下实验探究铁钉在不同溶液中的吸氧腐蚀。 下列说法不正确的是( ) A.上述正极反应均为O2+2H2O+ 4e- 4OH- B.在不同溶液中,Cl-是影响吸 氧腐蚀速率的主要因素 C.向实验中加入少量(NH4)2SO4 固体,吸氧腐蚀速率加快 D.在300min内,铁钉的平均吸氧 腐蚀速率酸性溶液大于中性溶液,B,3.(2018山东济南模拟)为实现节能减排,氯碱工业中相关物料的传输与转化关系如图所示(电极均为惰性电极,图中未标出)。下列说法中正确的是( )A.A1区域为阴极区,电解过程中,溶液pH增大 B.B2区域中发生的电极反应为O2+4
23、H+4e- 2H2O C.若两池中所用离子膜类型相同,则ab D.利用整套装置最终获得的产品是氢气、氧气和烧碱,C,解析:在电解池中生成的物质只能是氢氧化钠、氢气和氯气,由图示得到Y要进入燃料电池,所以Y为氢气,X为氯气。则A1区域为电解池的阳极区,选项A错误;燃料电池的电解质溶液为氢氧化钠溶液,所以正极上应该是氧气得电子生成氢氧根离子的反应,选项B错误;电解饱和食盐水应该用阳离子交换膜,所以燃料电池中也是阳离子交换膜,在B装置中就是Na+透过阳离子交换膜由左向右进入装置B2区域中,同时B2中应该是氧气得电子生成氢氧根离子,所以B2区域中氢氧化钠浓度会增大,选项C正确;整套装置中的氢气在燃料电
24、池中被消耗了,所以氢气不是最终产物,选项D错误。,【教师用书备用】利用电化学原理将有机废水中的乙二胺H2N(CH2)2NH2转化为无毒物质的原理示意图如图1所示,同时利用该装置再实现镀铜工艺示意图如图2所示,当电池工作时,下列说法正确的是( )A.图1中H+透过质子交换膜由右向左移动 B.工作一段时间后,图2中CuSO4溶液浓度减小 C.当Y电极消耗0.5molO2时,铁电极增重64g D.X电极反应式:H2N(CH2)2NH2+4H2O+16e- 2CO2+N2+16H+,C,解析:图1是原电池,Y电极上氧气被还原生成水,所以Y是正极,氢离子移向正极,H+透过质子交换膜由左向右移动,故A错误;图2是电镀池,CuSO4溶液浓度不变,故B错误;当Y电极消耗0.5molO2时,转移电子2mol,根据转移电子数,铁电极生成1mol铜,电极增重64g,故C正确;X是负极,失电子发生氧化反应,电极反应式是H2N(CH2)2NH2+4H2O-16e- 2CO2+N2+16H+,故D错误。,
