1、1电化学原理及其应用【2019 年高考考纲解读】1了解原电池和电解池的工作原理，能写出电极反应和电池反应方程式。了解常见化学电源的种类及其工作原理。2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。【重点、难点剖析】一、原电池原理及电极反应式1一般电极反应式的书写按照负极发生氧化反应，正极发生还原反应，列 物 质标 得 失判断出电极反应产物，找出得失电子的数量。电极产物在电解质溶液的环境中，应能稳定存在，如碱性介质中生成的 H 应让其结合 OH 生看 环 境配 守 恒成水。电极反应式应根据电荷守恒和质量守恒、得失电子守恒等加以配平。两 式 加验 总 式 两 电 极 反 应 式
2、 相 加 ， 与 总 反 应 的 离 子 方 程 式 对 照 验 证 。2复杂电极反应式的书写 复 杂 电 极 反 应 式 总 反 应 式 较 简 单 一 极 的 电 极 反 应 式如 CH4酸性燃料电池中CH42O 2=CO22H 2O总反应式2O28H 8e =4H2O正极反应式CH42H 2O8e =CO28H 负极反应式二、电解原理及其规律1电解产物的判断(1)阳极产物的判断首先看电极，如果是活性电极(金属活动性顺序表 Ag 以前的金属，包括 Ag)作阳极，则电极材料本身失电子，电极溶解。如果是惰性电极，则看溶液中的阴离子的失电子能力，阴离子的放电顺序为S2 I Br Cl OH ，其
3、氧化产物依次对应为 S、 I2、Br 2、Cl 2和 O2。(2)阴极产物的判断直接根据阳离子放电顺序(如下)进行判断：Ag Fe3 Cu2 H Pb2 Sn2 Fe2 Zn2 ，其还原产物依次对应为 Ag、Fe 2 、Cu、H 2、Pb、Sn、Fe、Zn。22电化学定量计算的方法(1)根据总反应式计算。先写出电 极反应式，再写出总反应式，然后根据总反应式列比例式计算。(2)守恒法计算。用于串联电路，中电极反应物、产物及电子转移的有关计算，其依据是电路中转移的电子数守恒。三、金属的腐蚀与防护1.吸氧腐蚀与析氢腐蚀(以钢铁为例)类型 吸氧腐蚀 析氢腐蚀条件 水膜呈弱酸性或中性 水膜呈酸性正极反应
4、(C) O22H 2O4e =4OH 2H 2e =H2负极反应(Fe) Fe2e =Fe2其他反应Fe2 2OH =Fe(OH)24Fe(OH)22H 2OO 2=4Fe(OH)3Fe(OH)3失去部分水转化为铁锈2.判断金属腐蚀快慢的规律(1)电解池原理引起的腐蚀原电池原理引起的腐蚀化学腐蚀有防腐蚀措施的腐蚀(电解原理的防护原电池原理的防护)。(2)对同一种金属来说，腐蚀的快慢：强电解质溶液弱电解质溶液非电解质溶液。(3)活动性不同的两金属，活动性越大，腐蚀越快。(4)对同一种电解质溶液来说，电解质溶液浓度越大，腐蚀越快。【题型示例】题型一 原电池、化学电源 例 1(2018全国卷)一种可
5、充电锂空气电池如图所示。当电池放电时，O 2与 Li 在多孔碳材料电极处生成 Li2O2 x(x0 或 1)。下列说法正确的是( )A放电时，多孔碳材料电极为负极B 放电时，外电路电子由多孔碳材料电极流向锂电极3C充电时，电解质溶液中 Li 向多孔碳材料区迁移D充电时，电池总反应为 Li2O2 x=2Li O2(1x2)【答案】D 【变式探究】 (2018全国卷)我国科学家研发了一 种室温下“可呼吸”的 NaCO2二次电池。将NaClO4溶于有机溶剂作为电解液，钠和负载碳钠米管的镍网分别作为电极材料，电池的总反应为3CO24Na 2Na2CO3C。下列说法错误的是 ( )A放电时，ClO 向负
6、极移动 4B充电时释放 CO2，放电时吸收 CO2C放电时，正极反应为 3CO24e =2CO C23D充电时，正极反应为 Na e =Na【答案】D 【解析】电池放电时，ClO 向负极移动，A 项正确；结合总反应可知放电时需吸收 CO2，而充电时释 4放出 CO2，B 项正确；放电时，正极 CO2得电子被还原生成单质 C，即电极反应式为3CO24e =2CO C，C 项正确；充电时阳极发生氧化反应，即 C 被氧化生成 CO2，D 项错误。 23答案 B【举一反三】(2016课标全国，11)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 2ZnO 24OH 2H
7、2O=2Zn(OH) 。下列说法正确的是( ) 24A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：Zn4OH 2e =Zn(OH)24D放电时，电路中通过 2 mol 电子，消耗氧气 22.4 L(标准状况)4答案 C【变式探究】 (2015天津理综，4，6 分)锌铜原电池装置如图所示，其中阳离子交换膜只允许阳离子和水分子通过，下列有关叙述正确的是( )A铜电极上发生氧化反应B电池工作一段时间后，甲池的 c(SO )减小24C电池工作一段时间后，乙池溶液的总质量增加D阴阳离子分别通过交换膜向负极和正极移动，保 持溶液中电荷平衡解析 A
8、项，由锌的活泼性大于铜，可知铜电极为正极，在正极上 Cu2 得电子发生还原反应生成 Cu，错误；B 项，由于阳离子交换膜只允许阳离子和水分子通过，故甲池的 c(SO )不变，错误；C 项，在乙24池中 Cu2 2e =Cu，同时甲池中的 Zn2 通过阳离子交换膜进入乙池中，则有 Cu2 Zn 2 ，由于 M(Zn2 )M(Cu2 )，故乙池溶液的总质量增加，正确；D 项，阳离子交换膜只允许阳离子和水分子通过，电解过程中Zn2 通过交换膜移向正极保持溶液中电荷平衡，阴离子是不能通过交换膜的，错误。 答案 D 【方法技巧】四步解决新型化学电源问题1.判断电池类型确认电池原理核实电子、离子移动方向。
9、2.确定电池两极判断电子、离子移动方向书写电极反应和电池反应。3.充电电池放电时为原电池失去电子的为负极反应。4.电极反应总反应离子方程式减去较简单一极的电极反应式另一电极反应式。题型二 电解原理及其应用 例 2(2018全国卷)最近我国科学家设计了一种 CO2H 2S 协同转化装置，实现对天然气中 CO2和5H2S 的高效去除。示意图如图所示，其中电极分别为 ZnO石墨烯(石墨烯包裹的 ZnO)和石墨烯，石墨烯电极区发生反应为：EDTAFe 2 e =EDTAFe32EDTAFe 3 H 2S=2H S2EDTAFe 2该装置工作时，下列叙述错误的是( )A阴极的电极反应：CO 22H 2e
10、 =COH 2OB协同转化总反应：CO 2H 2S=COH 2OSC石墨烯上的电势比 ZnO石墨烯上的低D若采用 Fe3 /Fe2 取代 EDTAFe3 /EDTAFe2 ，溶液需为酸性【答案】C 【解析】阴极发生还原反应，氢离子由交换膜右侧向左侧迁移，阴极的电极反应式为CO22e 2H =COH 2O，A 项正确；结合阳极区发生的反应，可知协同转化总反应式为CO2H 2S=SCOH 2O，B 项正确；石墨烯作阳极，其电势高于 ZnO石墨烯的，C 项错误；Fe 3 、Fe 2 在碱性或中性介质中会生成沉淀，它们只稳定存在于酸性较强的介质中，D 项 正确。 作为阴极C阴极的电极反应式为： D硫酸
11、根离子在电解 过程中向阳极移动【答案】C【举一反三】(2016课标全国，11)三室式电渗析法处理含 Na2SO4废水的原理如图所示，采用惰6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 SO 可通过离子交换膜，而24两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 SO 离子向正极迁移，正极区溶液 pH 增大24B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 2H2O4e =O24H ，负极区溶液 pH 降低D当电路中通过 1 mol 电子的电量时，会有 0.5 mol 的 O2生成答案 B【举
12、一反三】(2016北京理综，12)用石墨电极完成下列电解实验。实验一 实验二装置现象a、d 处试纸变蓝；b 处变红，局部褪色；c 处无明显变化两个石墨电极附近有气泡产生；n 处有气泡产生；下列对实验现象的解释或推测不合理的是( )Aa、d 处：2H 2O2e =H22OH Bb 处：2Cl 2e =Cl2Cc 处发生了反应：Fe2e =Fe2D根据实验一的原理，实验二中 m 处能析出铜7答案 B【变式探究】(2015福建理综，11，6 分)某模拟“人工树叶”电化学实验装置如图所示，该装置能将 H2O 和 CO2转化为 O2和燃料(C 3H8O)。下列说法正确的是( ) A该装置将化学能转化为光
13、能和电能B该装置工作时，H 从 b 极区向 a 极区迁移C每生成 1 mol O2，有 44 g CO2被还原Da 电极的反应为：3CO 218H 18e =C3H8O5H 2O解析 A 项，该装置是电解池，在电解和光的作用下 H2O 在光催化剂的表面转化为 O2和 H ，故该装置是将电能和光能转化为化学能，错误；B 项，根据同种电荷相互排斥、异种电荷相互吸引的原则，该装置工作时，H 从阳极 b 极区向阴极 a 极区迁移，正确；C 项，该电解池的总反应式为：6CO 28H 2O2C3H8O9O 2。根据总反应方程式可知，每生成 1 mol O2，有 mol CO2被还原，其质量为= = = =
14、 =电 解 23g，错误；D 项，a 电极为阴极，发生还原反应，电极反应式为：3CO 218H 18e =C3H8O5H 2O，错883误。 答案 B【变式探究】下列金属防腐的措施中，使用外加电流的阴极保护法的是( )A水中 的钢闸门连接电源的负极B金属护栏表面涂漆C汽车底盘喷涂高分子D地下钢管连接镁块8解析 B、C 为加保护层保护法；D 为原电池原理的牺牲阳极的阴极保护法。答案 A 【变式探究】(2015重庆理综，11，14 分)我国古代青铜器工艺精湛，有很高的艺术价值和历史价值。但出土的青铜器大多受到环境腐蚀，故对其进行修复和防护具有重要意义。(1)原子序数为 29 的铜元素位于元素周期表
15、中第_周期。(2)某青铜器中 Sn、Pb 的质量分别为 119 g、20.7 g，则该青铜器中 Sn 和 Pb 原子的数目之比为_。(3)研究发现，腐蚀严重的青铜器表面大都存在 CuCl。关于 CuCl 在青铜器腐蚀过程中的催化作用，下列叙述正确的是_。A降低了反应的活化能 B增大了反应的速率C降低了反应的焓变 D增大了反应的平衡常数(4)采用“局部封闭法”可以防止青铜器进一步被腐蚀。如将糊状 Ag2O 涂在被腐蚀部位，Ag 2O 与有害组分 CuCl 发生复分解反应，该化学方程式为_。(5)如图为青铜器在潮湿环境中发生电化学腐蚀的原理示意图。腐蚀过程中，负极是_( 填图中字母“a”或“b”或
16、“c”)；环境中的 Cl 扩散到孔口，并与正极反应产物和负极反应产物作用生成多孔粉状锈 Cu2(OH)3Cl，其离子方程式为_；若生成 4.29 g Cu2(OH)3Cl，则理论上耗氧体积为_L(标准状况)。9答案 (1)四(2)101(3)A、B(4)Ag2O2CuCl=2AgClCu 2O (5)c 2Cu 2 3OH Cl =Cu2(OH)3Cl 0.448【方法技巧】金属腐蚀快慢的比较(1)一般来说(可用下列原则判断：)电解池原理引起的腐蚀原电池原理引起的腐蚀化学腐蚀有防护措施的腐蚀；(2)对同一金属来说，腐蚀的快慢：强电解质溶液中弱电解质溶液中非电解质溶液中；(3)活泼性不同的两种金属，活泼性差别越大，腐蚀越快；(4)对同一种电解质溶液来说，电解质溶液浓度越大，金属腐蚀的速率越快。
