2019年高考化学二轮复习专题08电化学(讲)(含解析).doc
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1、1专题 08 电化学考向一 原电池(1) 考纲要求1.了解原电池的工作原理,能写出常见的电极反应和电池反应方程式。2.了解常见化学电源的种类及其工作原理。3.理解金属发生电化学腐蚀的原因,金属腐蚀的危害、防止金属腐蚀的措施。(2) 命题规律原电池作为高中化学中的基本概念和基础理论,在高考中占有非常重要的地位,以新型化学电源为命题背景考查原电池的结构和工作原理的题型是高考的热点。高考对原电池原理的考查主要有以下几点:离子运动方向的判断(特别注意盐桥中离子的运动以及离子对于指定交换膜的通过问题),能量转换类型,正负极的判断,正负极与反应类型的对应关系,电极反应式的书写及判断,有关计算问题。需要考生
2、掌握原电池原理,会运用氧化还原反应的概念规律来分析问题,在平时的学习中重视上述几点的训练。【例 1】 【2018 天津卷】CO 2是一种廉价的碳资源,其综合利用具有重要意义。回答下列问题:(3)O 2辅助的 AlCO 2电池工作原理如图 4 所示。该电池电容量大,能有效利用 CO2,电池反应产物Al2(C2O4)3是重要的化工原料。电池的负极反应式:_。电池的正极反应式:6O 2+6e 6O26CO2+6O2 3C2O422反应过程中 O2的作用是_。该电池的总反应式:_。【答案】Al3e =Al3+(或 2Al6e=2Al3+) 催化剂 2Al+6CO 2=Al2(C2O4)3【解析】 (3
3、)明显电池的负极为 Al,所以反应一定是 Al 失电子,该电解质为氯化铝离子液体,所以 Al 失电子应转化为 Al3+,方程式为:Al3e =Al3+(或 2Al6e=2Al3+) 。根据电池的正极反应,氧气再第一步被消耗,又在第二步生成,所以氧气为正极反应的催化剂。将方程式加和得到,总反应为:2Al+6CO2=Al2(C2O4)3。 【例 2】 【2016 年高考新课标卷】Mg-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-=AgC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
4、=Mg(OH)2+H2【答案】B【解析】试题分析:根据题意,电池总反应式为:Mg+2AgCl=MgCl 2+2Ag,正极反应为:2AgCl+2e -= 2Cl-+ 2Ag,负【考点定位】考查原电池的工作原理。【名师点睛】本题以 Mg-AgCl 电池是一种以海水为电解质溶液的水激活电池为载体,考查原电池电极反应式的书写,离子的迁移方向等知识。化学电源是高考中的热点,也是难点,学生要结合原电池的知识来推断试题给出的化学电源的工作原理,然后结合化合价的变化判断正、负极。一、概念和反应本质原电池是把化学能转化为电能的装置,其反应本质是氧化还原反应。二、工作原理3原电池中根据电性关系:电流方向与电解质溶
5、液中阳离子移动方向相同;电子移动方向与电解质溶液中阴离子移动方向相同。电子:由负极通过导线移向正极;电流:由正极到负极;电解质溶液(熔融电解质):阴离子移向负极,阳离子移向正极。以铜锌原电池为例1.反应原理电极名称 负极 正极电极材料 锌片 铜片电极反应 Zn2e =Zn2 Cu2 2e =Cu反应类型 氧化反应 还原反应电子流向 由 Zn 沿导线流向 Cu盐桥中离子移向 盐桥含饱和 KCl 溶液,K 移向正极,Cl 移向负极盐桥的作用 (1)平衡电荷;(2)避免断路时发生化学腐蚀(隔离作用)2.两个装置的比较装置中还原剂 Zn 与氧化剂 Cu2 直接接触,易造成能量损耗;装置盐桥原电池中,还
6、原剂在负极区,而氧化剂在正极区,能避免能量损耗。三、构成原电池的条件1要有活动性不同的两个电极(一种金属与另一种金属或石墨或不溶性的金属氧化物) ;2要有电解质溶液;3两电极浸入电解质溶液且用导线连接或直接接触。4. 要有能自发进行的氧化还原反应发生四、原电池正、负极的判断(1)依据构成原电池两极的电极材料判断。一般是较活泼的金属为负极,活泼性较弱的金属或能导电的非金属为正极。4(2)依据原电池两极发生反应的类型判断。负极发生氧化反应;正极发生还原反应。(3)依据电子流动方向或电流方向判断。电子流动方向:由负极流向正极;电流方向:由正极流向负极。(4)依据原电池电解质溶液中离子的移动方向判断。
7、阳离子向正极移动,阴离子向负极移动。(5)依据原电池盐桥中离子的移动方向判断。阳离子向正极移动 ,阴离子向负极移动。五、原电池电极反应 式的书写1一般电极反应式的书写2复杂电极反应式的书写(四)特殊原电池1.燃料电池电极反应式的书写(1)找位置、写式子:负极反应式应符合“还原剂 ne 氧化产物”的形式;正极反应式符合“氧化剂 ne 还原产物”的形式。燃料中的碳、氢元素及助燃剂氧气在不同介质中放电后的具体存在形式不同。酸性介质:碳、氢元素分别转化为 CO2、H ;O 2转化为 H2O。碱性介质:碳、氢元素分别转化为 CO 、H 2O;O 2转化为 OH 。23(2)查电荷,添离子:检查(1)中电
8、极反应式的电荷是否守恒,若是在溶液中进行的反应,则可通过添加 OH 或 H 的方法使电荷守恒,但要注意,在酸性溶液中不添加 OH ,在碱性溶液中不添加 H 。若是在熔融态电解质中进行的反应,则可添加熔融态电解质中的相应离子。(3)查原子,添物质:检查是否符合原子守恒,若是在溶液中进行的反应,可添加 H2O 使原子守恒。(4)对于较复杂的电极反应,可用总反应式减去较简单一极的电极反应式得到。2可充电电池原理分析(1)充电时电极的连接:充电的目的是使电池恢复其供电能力,因此负极应与电源的负极相连以获得电子,可简记为负接负后作阴极,正接正后作阳极。5(2)工作时的电极反应式:同一电极上的电极反应式,
9、在充电与放电时,形式上恰好是相反的;同一电极周围的溶液,充电与放电时 pH 的变化趋势也恰好相反。(五)金属的腐蚀1金属腐蚀的实质:金属原子失去电子被氧化而消耗的过程。2金属腐蚀分为化学 腐蚀和电化学腐蚀。3化学腐蚀实质:金属和非电解质或其它物质相接触直接发生氧化还 原反应而引起的腐蚀。其腐蚀过程没有电流产生。4电化学腐蚀实质:不纯金属或合金在电解质溶液中发生原电池反应。电化学腐蚀过程有电流产生。5腐蚀的常见类型(1)析氢腐蚀 在酸性条件下,正极发生 2H+2e-=H2反应。(2)吸氧腐蚀 在极弱酸或中性条件下,正极发生 2H2O+O2+4e-=4OH-反应。若负极金属不与电解质溶液发生直接的
10、反应,则形成吸氧腐蚀的原电池反应。如生铁浸入食盐水中,会形成许多微小的原电池。6在同一电解质溶液中,金属腐蚀的快慢可用下列原则判断:电解原理引起的腐蚀原电池引起的腐蚀化学腐蚀有防护措施的腐蚀。【例 1】 【哈尔滨呼兰区一中 2019 届高三上学期 12 月月考】碱性电池具有容量大,放电电流大的特点,因而得到广泛应用。锌锰碱性电池以氢氧化钾溶液为电解液,电池总反应式为:Zn2MnO 22H 2OZn(OH) 22MnOOH,下列说法错误的是 ( )A电池工作时,电子由正极通过外电路流向负极B电池正极的电极反应式为:2MnO 22H 2O2e 2MnOOH2OH C电池工作时,锌失去电子D外电路中
11、每通过 2 mol 电子,锌的质量理论上减少 6.5 g【答案】A【解析】A. 电池工作时,电子由负极通过外电路流向正极,A 错误;B.正极电极反应式为总式-负极,可得6【趁热打铁】 【黑龙江鸡西十九中 2019 届高三上学期期中】电池总反应为 Zn+2MnO2+H2O=ZnO+2MnO(OH),下列叙述正确的是 ( )A该电池的正极为锌B该电池反应中二氧化锰起催化剂作用C0.1mol 反应时,流经电解液的电子数为 0.2 molD正极反应式为 MnO2+e-+H2O=MnO(OH)+OH-【答案】D【解析】A.由电池反应知,Zn 元素化合价由 0 价变为+2 价,所以 Zn 失电子作负极,故
12、 A 错误;B.该原电池中二氧化锰参加反应且作氧化剂,故 B 错误;C.电子不进入电解质溶液,电解质溶液是通过离子定向移动形成电流,故 C 错误;D.正极上二氧化锰得电子发生还原反应,电极反应式为 MnO2+e-+H2O=MnO(OH)+OH-,故 D 正确;答案:D。 【例 2】 【江西上饶二中 2019 届高三上学期 12 月考】美国康奈尔大学的研究人员提出的可呼吸二氧化碳电池入选美国 2016 年十大创新术。 电池的工作原理如图所示。下列说法不正确的是 ( )A该装置可将化学能转变成电能B正极的电极反应式为 2CO2+2e-=C2O42-C利用该装置不但可减少 CO2的排放,还可利用二氧
13、化碳资源D该装置中的两电极材料均被消耗,需定期补充、更换【答案】D【解析】A “可呼吸二氧化碳电池”为原电池原理,能够将化学能转变为电能,故 A 正确;BAl 失电子作7【趁热打铁】 【泉州泉港区一中 2019 届高三上学期第二次月考】最近科学家利用下列装置图成功地实现了CO2和 H2O 合成 CH4。下列叙述错误的是 ( )A电池工作时,实现了将太阳能转化为电能B电路中转移 1mol 的电子时, 有 1mol H+ 透过质子交换膜从左向右移C铜电极为正极,电极反应式为 CO2-8e-+8H+=CH4+2H2OD为提高该人工光合系统的工作效率,可向装置中加入少量稀硫酸【答案】C【解析】A 项,
14、由图可知,电池工作时,装置实现了将太阳能转化为电能,故 A 项正确;B 项,原电池工作时,阳离子向正极移动,Cu 为正极,因此 H+透过质子交换膜从左向右移动,故 B 项正确;C 项,原电池中正极得电子,发生还原反应,由图可知碳元素由 CO2中+4 价降低至 CH4中-4 价,因此铜电极为正极,电极反应式为 CO2+8e-+8H+=CH4+2H2O,故 C 项错误;D 项,装置中加入少量稀硫酸可以提高溶液的导电性,提高工作效率,故 D 项正确。故答案选 C。1不同介质中电极反应式的书写技巧和步骤电极反应式属于以离子反应表达的氧化还原半反应,要遵循离子方程式拆分物质的规则。(1)先写出电极反应式
15、的主要框架(待配平)酸性电解质,主要安排 H 的位置如下负极:还原剂 xe _ 氧化产物H ;正极:氧化剂 xe H 还原产物_。8非酸性电解质(包括碱溶液、熔融盐及氧化物),主要安 排阴离子的位置如下负极:还原剂 xe 阴离子 氧化产物 _;正极:氧化剂 xe _ 阴离子还原产物。(2)依据化合价变化分别计算氧化剂、还原剂与电子得失的比例。(3)根据电荷守恒配平离子,最后根据原子守恒配平其余物质。2燃料电池负极反应式书写新方法:零价法(1)方法说明燃料电池中,燃料在负极发生失电子的氧化反应,即电池反应中燃料作还原剂。如果将还原剂中各元素记为“零价” ,而氧化产物中各元素的化合价均已确定,就可
16、以计算出单位燃料被氧化所失去的净电子数,从而书写出负极反应式。(2)具体步骤燃料电池中,由于知道燃料在负极发生失电子的氧化反应,假定 1 mol 燃料参与反应,先确定失去的净电子总数,再由电池所处的化学环境及电荷守恒、质量守恒,直接写出电池负极反应式。其书写规律因为燃料物质种类的不同而有细微差别。下面根据几种不同类型的燃料进一步加以说明。(3)应用实例烃类燃料电池,如甲烷燃料电池含氧有机物燃料电池,如甲醇燃料电池肼类燃料电池9 酸 性 : N2H4 4e = = =N2 4H碱 性 : N2H4 4e 4OH = = =N2 4H2O)3充电电 池问题的解答方法 (1)分析建模(2)速判电极方
17、程式正误的判断方法查“三对应”:一是位置对应,即氧化反应只能在电解池的阳极或原电池的负极发生,还原反应只能在电解池的阴极或原电池的正极发生;二是 H 、OH 与介质酸碱性的对应,即酸性介质,电极产物中不应有 OH ;碱性介质,电极产物中不应有 H ;三是电极名称与电化学装置类型是否对应,即原电池中是正极、负极,电解池中是阴极、阳极。查“三守恒”:即电极反应式是否满足质量守恒、电荷守恒和得失电子守恒。【例】 【陕西宝鸡中学 2019 届高三上学期 11 月模拟】某传感器工作原理如图所示。利用该传感器可以测定空气中 NO、CO、NH 3、SO 2等有害气体的含量。下列说法正确的是 ( ) A传感器
18、工作中,电子由 Pt()极经电流仪传到 Pt()极B若 M 为熔融 KOH,X 为 NH3,Y 为 N2,则负极的电极反应式为 2NH36e - = N2+6H+10C 若 M 是含 O2-的固体电解质,X 为 NO,则正极的电极反应式为 O2 + 4e- = 2O2-D若 X 为 CO,M 为 KOH 溶液,则电池总反应为 2CO+O2 = 2CO2【答案】C误区警示:原电池电极反应式的书写除注意正确判断正、负极外,还应充分考虑介质的影响。一般而言,中性溶液中反应物不可出现 H+和 OH 一 ;酸性溶液中反应物、生成物不会有 OH 一 ;碱性溶液中反应物、生成物不会有 H+;水溶液中不会出现
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