1、1第12讲 电化学基础考纲解读考点 考纲内容 高考示例 预测热度原电池原理及其应用1.理解原电池的构成、工作原理及应用,能书写电极反应和总反应方程式2.了解常见化学电源的种类及其工作原理3.了解金属发生电化学腐蚀的原因、金属腐蚀的危害以及防止金属腐蚀的措施2017课标,11,6分2016课标,11,6分2015课标,11,6分电解原理及其应用理解电解池的构成、工作原理及应用,能书写电极反应和总反应方程式2017课标,11,6分2016课标,11,6分 分析解读 电化学是氧化还原反应知识的应用和延伸,是历年高考的热点内容。通常会以新型二次电池为载体考查原电池原理与电解原理。备考时要侧重原电池与电
2、解池工作原理中基础考点的复习和电极反应式书写技巧的掌握。试题难度中等,预计在今后的高考中对本专题知识的考查会保持稳定。命题分析高考真题考点一 原电池原理及其应用1.(2016课标,11,6分)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+2H 2O Mg(OH)2+H2答案 B22.(2016课标,11,6分)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+O 2+4OH-+2H2O 2Zn(O
3、H 。下列说法正确的是 ( )2-4A.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)2-4D.放电时,电路中通过2 mol电子,消耗氧气22.4 L(标准状况)答案 C3.(2016四川理综,5,6分)某电动汽车配载一种可充放电的锂离子电池,放电时电池总反应为:Li 1-xCoO2+LixC6LiCoO2+C6(x7C.钢铁水闸可用牺牲阳极或外加电流的阴极保护法防止其腐蚀D.一定条件下反应N 2+3H2 2NH3达到平衡时,3v 正 (H2)=2v逆 (NH3)答案 C15.(2014大纲全国,9
4、,6分)右图是在航天用高压氢镍电池基础上发展起来的一种金属氢化物镍电池(MH-Ni电池)。下列有关说法不正确的是( )A.放电时正极反应为:NiOOH+H 2O+e- Ni(OH)2+OH-B.电池的电解液可为KOH溶液C.充电时负极反应为:MH+OH - H2O+M+e-D.MH是一类储氢材料,其氢密度越大,电池的能量密度越高答案 C16.(2014天津理综,1,6分)化学与生产、生活息息相关,下列叙述错 误的是( )A.铁表面镀锌可增强其抗腐蚀性B.用聚乙烯塑料代替聚乳酸塑料可减少白色污染C.大量燃烧化石燃料是造成雾霾天气的一种重要因素D.含重金属离子的电镀废液不能随意排放答案 B17.(
5、2013安徽理综,10,6分)热激活电池可用作火箭、导弹的工作电源。一种热激活电池的基本结构如图所示,其中作为电解质的无水LiCl-KCl混合物受热熔融后,电池即可瞬间输出电能。该电池总反应为:PbSO 4+2LiCl+Ca CaCl2+Li2SO4+Pb。下列有关说法正确的是( )A.正极反应式:Ca+2Cl -2e- CaCl2B.放电过程中,Li +向负极移动C.每转移0.1 mol电子,理论上生成20.7 g PbD.常温时,在正负极间接上电流表或检流计,指针不偏转答案 D18.(2013北京理综,7,6分)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
6、源的负极B.金属护栏表面涂漆C.汽车底盘喷涂高分子膜D.地下钢管连接镁块答案 A719.(2013课标,10,6分)银质器皿日久表面会逐渐变黑,这是生成了Ag 2S的缘故。根据电化学原理可进行如下处理:在铝质容器中加入食盐溶液,再将变黑的银器浸入该溶液中,一段时间后发现黑色会褪去。下列说法正确的是( )A.处理过程中银器一直保持恒重B.银器为正极,Ag 2S被还原生成单质银C.该过程中总反应为2Al+3Ag 2S 6Ag+Al2S3D.黑色褪去的原因是黑色Ag 2S转化为白色AgCl答案 B20.(2013江苏单科,9,2分)Mg-H2O2电池可用于驱动无人驾驶的潜航器。该电池以海水为电解质溶
7、液,示意图如下。该电池工作时,下列说法正确的是( )A.Mg电极是该电池的正极B.H2O2在石墨电极上发生氧化反应C.石墨电极附近溶液的pH增大D.溶液中Cl -向正极移动 答案 C21.(2013江苏单科,1,2分)燃料电池能有效提高能源利用率,具有广泛的应用前景。下列物质均可用作燃料电池的燃料,其中最环保的是( )A.甲醇 B.天然气C.液化石油气 D.氢气答案 D22.(2013北京理综,8,6分)下列解释事实的方程式不准确的是( )A.用浓盐酸检验氨:NH 3+HCl NH4ClB.碳酸钠溶液显碱性:C +H2O HC +OH-2-3 -3C.钢铁发生吸氧腐蚀时,铁作负极被氧化:Fe-
8、3e - Fe3+D.长期盛放石灰水的试剂瓶内壁出现白色固体:Ca(OH) 2+CO2 CaCO3+H 2O答案 C23.(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
9、.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Ag 2O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)如图所示为青铜器在潮湿环境中发生电化学腐蚀的原理示意图。8腐蚀过程中,负极是 (填图中字母“a”或“b”或“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Cu 2(OH)3Cl,其离子方程式为 ; 若生成4.29 g Cu 2(OH)3Cl,则理论上耗氧体积为 L(标准状况)。 答案 (14分)(1)四 (2)101 (3)A、B(4)Ag2O+2CuCl 2
10、AgCl+Cu2O(5)c 2Cu 2+3OH-+Cl- Cu2(OH)3Cl 0.44824.(2014安徽理综,28,14分)某研究小组为探究弱酸性条件下铁发生电化学腐蚀类型的影响因素,将混合均匀的新制铁粉和碳粉置于锥形瓶底部,塞上瓶塞(如图1)。从胶头滴管中滴入几滴醋酸溶液,同时测量容器中的压强变化。(1)请完成以下实验设计表(表中不要留空格):编号 实验目的 碳粉/g 铁粉/g 醋酸/% 为以下实验作参照 0.5 2.0 90.0 醋酸浓度的影响 0.5 36.0 0.2 2.0 90.0(2)编号实验测得容器中压强随时间变化如图2。t 2时,容器中压强明显小于起始压强,其原因是铁发生
11、了 腐蚀,请在图3中用箭头标出发生该腐蚀时电子流动方向;此时,碳粉表面发生了 (填“氧化”或“还原”)反应,其电极反应式是 。 (3)该小组对图2中0t 1时压强变大的原因提出了如下假设,请你完成假设二:假设一:发生析氢腐蚀产生了气体;假设二: ; (4)为验证假设一,某同学设计了检验收集的气体中是否含有H 2的方案。请你再设计一个实验方案验证假设一,写出实验步骤和结论。实验步骤和结论(不要求写具体操作过程):答案 (1)编号 实验目的 碳粉/g 铁粉/g 醋酸/%9 2.0 碳粉含量的影响(2)吸氧还原 2H 2O+O2+4e- 4OH-(或4H +O2+4e- 2H2O)(3)反应放热,温
12、度升高(4)实验步骤和结论(不要求写具体操作过程):药品用量和操作同编号实验(多孔橡皮塞增加进、出导管);通入氩气排净瓶内空气;滴入醋酸溶液,同时测量瓶内压强变化(也可测温度变化,检验Fe 2+等)。如果瓶内压强增大,假设一成立。否则假设一不成立。(本题属于开放性试题,合理答案均给分)考点二 电解原理及其应用1.(2017课标,11,6分)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损耗阳极材
13、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答案 C2.(2017课标,11,6分)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H 2SO4-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.可选用不锈钢网作为阴极C.阴极的电极反应式为:Al 3+3e- AlD.硫酸根离子在电解过程中向阳极移动答案 C3.(2016课标,11,6分)三室式电渗析法处理含Na 2SO4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2-4隔室。
14、10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2-4B.该法在处理含Na 2SO4废水时可以得到NaOH和H 2SO4产品C.负极反应为2H 2O-4e- O2+4H+,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O 2生成答案 B4.(2016北京理综,12,6分)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( )A.a、d处:2H 2O+2e- H2+2OH -B.b处:2Cl -2
15、e- Cl2C.c处发生了反应:Fe-2e - Fe2+D.根据实验一的原理,实验二中m处能析出铜答案 B5.(2015福建理综,11,6分)某模拟“人工树叶”电化学实验装置如下图所示,该装置能将H 2O和CO 2转化为O 2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 O 2,有44 g CO 2被还原D.a电极的反应为:3CO 2+18H+-18e- C3H8O+5H2O答案 B6.(2015四川理综,4,6分)用如图所示装置除去含CN -、Cl -废水中的CN -时,控制溶液pH为910,
16、阳极产生的ClO -将CN -氧化为两种无污染的气体。下列说法不正确的是( )A.用石墨作阳极,铁作阴极B.阳极的电极反应式:Cl -+2OH-2e- ClO-+H2OC.阴极的电极反应式:2H 2O+2e- H2+2OH -D.除去CN -的反应:2CN -+5ClO-+2H+ N2+2CO 2+5Cl -+H2O答案 D117.(2013天津理综,6,6分)为增强铝的耐腐蚀性,现以铅蓄电池为外电源,以Al作阳极、Pb作阴极,电解稀硫酸,使铝表面的氧化膜增厚。反应原理如下:电池:Pb(s)+PbO 2(s)+2H2SO4(aq) 2PbSO4(s)+2H2O(l)电解池:2Al+3H 2O
17、Al2O3+3H2电解过程中,以下判断正确的是( )电池 电解池A H+移向Pb电极 H+移向Pb电极B 每消耗3 mol Pb 生成2 mol Al 2O3C 正极:PbO 2+4H+2e- Pb2+2H2O 阳极:2Al+3H 2O-6e- Al2O3+6H+D答案 D8.(2013大纲全国,9,6分)电解法处理酸性含铬废水(主要含有Cr 2 )时,以铁板作阴、阳极,处理过程中存在2-7反应Cr 2 +6Fe2+14H+ 2Cr3+6Fe3+7H2O,最后Cr 3+以Cr(OH) 3形式除去。下列说法不正确的是( )2-7A.阳极反应为Fe-2e - Fe2+B.电解过程中溶液pH不会变化
18、C.过程中有Fe(OH) 3沉淀生成D.电路中每转移12 mol电子,最多有1 mol Cr 2 被还原2-7答案 B9.(2017江苏单科,16,12分)铝是应用广泛的金属。以铝土矿(主要成分为Al 2O3,含SiO 2和Fe 2O3等杂质)为原料制备铝的一种工艺流程如下:注:SiO 2在“碱溶”时转化为铝硅酸钠沉淀。(1)“碱溶”时生成偏铝酸钠的离子方程式为 。 (2)向“过滤”所得滤液中加入NaHCO 3溶液,溶液的pH (填“增大”“不变”或“减小”)。 (3)“电解”是电解熔融Al 2O3,电解过程中作阳极的石墨易消耗,原因是 。 (4)“电解”是电解Na 2CO3溶液,原理如图所示
19、。阳极的电极反应式为 ,阴极产生的物质A的化学式为 。 (5)铝粉在1 000 时可与N 2反应制备AlN。在铝粉中添加少量NH 4Cl固体并充分混合,有利于AlN的制备,其主要原因是 。 答案 (12分)(1)Al 2O3+2OH- 2Al +H2O-212(2)减小(3)石墨电极被阳极上产生的O 2氧化(4)4C +2H2O-4e- 4HC +O2 H 22-3 -3(5)NH4Cl分解产生的HCl能够破坏Al表面的Al 2O3薄膜10.(2016天津理综,10,14分)氢能是发展中的新能源,它的利用包括氢的制备、储存和应用三个环节。回答下列问题:(1)与汽油相比,氢气作为燃料的优点是 (
20、至少答出两点)。但是氢气直接燃烧的能量转换率远低于燃料电池,写出碱性氢氧燃料电池的负极反应式: 。 (2)氢气可用于制备H 2O2。已知:H2(g)+A(l) B(l) H 1O2(g)+B(l) A(l)+H2O2(l) H 2其中A、B为有机物,两反应均为自发反应,则H 2(g)+O2(g) H2O2(l)的H 0(填“”“v(吸氢)(4)利用太阳能直接分解水制氢,是最具吸引力的制氢途径,其能量转化形式为 。 (5)化工生产的副产氢也是氢气的来源。电解法制取有广泛用途的Na 2FeO4,同时获得氢气:Fe+2H 2O+2OH- Fe+3H2,工作原理如图 1所示。装置通电后,铁电极附近生成
21、紫红色Fe ,镍电极有气泡产生。若氢氧化钠2-4 2-4溶液浓度过高,铁电极区会产生红褐色物质。已知:Na 2FeO4只在强碱性条件下稳定,易被H 2还原。图1 图2 电解一段时间后,c(OH -)降低的区域在 (填“阴极室”或“阳极室”)。 电解过程中,须将阴极产生的气体及时排出,其原因为 。 c(Na 2FeO4)随初始c(NaOH)的变化如图2,任选M、N两点中的一点,分析c(Na 2FeO4)低于最高值的原因: 。 答案 (共14分)(1)污染小 可再生 来源广 资源丰富 燃烧热值高(任写其中2个)H2+2OH-2e- 2H2O(2)7,则溶液中c(N 2 ) +5c(N2H4H2O)
22、(填“”“(3)N2H4+4Cu(OH)2 2Cu2O+N 2+6H 2O(4)N2H4(l)+2H2O2(l) N2(g)+4H2O(g) H=-1284.4 kJ/mol(5)H2O2+2e- 2OH- 减小方法技巧方法 原电池正、负极的判断及电极反应式的书写方法1.(2018陕西西安长安区一中四检,13)下列是4种燃料电池的工作原理示意图,其中正极反应的产物为水的是( )25答案 C2.(2018湖北荆州一检,11)硼化钒(VB 2)-空气电池是目前储电能力最高的电池,电池示意图如下,该电池工作时反应为:4VB 2+11O2 4B2O3+2V2O5。下列说法不正确的是( )A.电极a为电
23、池正极B.图中选择性透过膜为阴离子透过性膜C.电池工作过程中,电极a附近区域pH减小D.VB2极发生的电极反应为2VB 2+22OH-22e- V2O5+2B2O3+11H2O答案 C3.(2017湖南郴州一模,15)乙醇燃料电池中采用磺酸类质子溶剂,在200 左右时供电,电池总反应为C 2H5OH+3O2 2CO2+3H2O,电池示意图如下所示。下列说法中正确的是( )A.电池工作时,质子向电池的负极迁移B.电池工作时,电子由b极沿导线流向a极C.a极上发生的电极反应是:C 2H5OH+3H2O+12e- 2CO2+12H+D.b极上发生的电极反应是:4H +O2+4e- 2H2O答案 D4
24、.(2017江苏七校期中联考,10)在一块表面无锈的铁片上滴食盐水,放置一段时间后看到铁片上有铁锈出现。铁片在腐蚀过程中发生的总反应的化学方程式为2Fe+2H 2O+O2 2Fe(OH)2,Fe(OH)2进一步被氧气氧化为Fe(OH) 3,再在一定条件下脱水生成铁锈,其原理如下图。下列说法正确的是( )26A.铁片发生还原反应而被腐蚀B.此过程中电子从C移向FeC.铁片腐蚀时负极发生的电极反应为2H 2O+O2+4e- 4OH-D.铁片里的铁和碳与食盐水形成无数微小原电池,发生了电化学腐蚀答案 D5.(2016江西三校联考,16)X、A、B、C、D是短周期的五种元素,其原子序数依次增大。已知X
25、为元素周期表中原子半径最小的元素;A、D同主族,C、D同周期,B原子最外层有6个电子,D原子的最外层电子数是次外层电子数的一半,且A原子和D原子的最外层电子数之和等于B原子和C原子的最外层电子数之和。请用化学用语回答(1)中的问题:(1)A、B、C、D的原子半径由小到大的顺序为 (填元素符号)。 写出由A、B、C、D元素组成的单质和化合物之间相互作用发生置换反应的两个化学方程式: 、 。 (2)X、A、B三元素所形成的单质或化合物之间,可按下图装置组成燃料电池。若b口通入的气体为B 2,则a口通入的物质可以是 (填写只由一种或两种元素组成的最简单物质,用化学式表示);M电极的名称为 (填“正极
26、”“负极”“阴极”或“阳极”);N电极的电极反应式为 。若用该燃料电池电解由NaCl和CuSO 4组成的混合溶液100 mL,其中c(Na +)=3c(Cu2+)=0.3 molL-1,通电一段时间后,在阴极收集到标准状况下的气体0.112 L,则该燃料电池中消耗的B 2气体在标准状况下的体积为 mL。 (3)“嫦娥一号”使用的推进剂是液氢和液氧。已知:H2(g)+ O2(g) H2O(l) H=-285.5 kJmol -1;12H2(g) H2(l) H=-0.92 kJmol -1;O2(g) O2(l) H=-6.84 kJmol -1;H2O(l) H2O(g) H=+44.0 kJmol -1。请写出液态氢和液态氧生成气态水的热化学方程式: 。 答案 (1)OCSiMg2Mg+CO 2 2MgO+C SiO 2+2C Si+2CO(2)H2或CH 4 负极 O 2+4e-+4H+ 2H2O 168(3)H2(l)+ O2(l) H2O(g) H=-237.16 kJmol -112
