1、专题七 电化学,第二单元,PART 1,考纲展示,1.了解原电池和电解池的构成、工作原理及应用,能书写电极反应和总反应方程式。了解常见化学电源的种类及其工作原理。 2.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。,高频考点探究,1.原电池装置考查变迁,【核心透析】,考点一 原电池工作原理及化学电池,图7-1,(1)盐桥的作用:原电池装置由装置到装置的变化是由盐桥连接两个“半电池装置”,其中盐桥的作用有三种:隔绝正、负极反应物,避免直接接触,导致电流不稳定;通过离子的定向移动,构成闭合回路;平衡电极区的电荷。 (2)离子交换膜的作用:由装置到装置的变化是“盐桥”变成“质子
2、交换膜”。离子交换膜是一种选择性透过膜,允许相应离子通过,离子迁移方向遵循电池中离子迁移方向。,2.图解原电池的闭合回路形成原理,图7-2,考查角度一 燃料电池,【典例探究】,答案 C,变式 十九大报告中提出要“打赢蓝天保卫战”,意味着对大气污染防治比过去要求更高。二氧化硫-空气质子交换膜燃料电池实现了制硫酸、发电、环保三位一体的结合,原理如图7-3所示。下列说法正确的是 ( ) A.该电池放电时质子从Pt2电极经过内电路 流到Pt1电极 B.Pt1电极附近发生的反应为SO2+2H2O-2e- =H2SO4+2H+ C.Pt2电极附近发生的反应为O2+4e-+2H2O = 4OH- D.相同条
3、件下,放电过程中消耗的SO2和O2的体积比为21,图7-3,答案 D,燃料电池电极反应方程式的书写技巧 燃料电池是一种将存在于燃料与氧化剂中的化学能直接转化为电能的发电装置。由于电池总反应式与燃料燃烧方程式相 似而得名,由于条件不同,燃料并非真的 燃烧。另外,燃料电池的考查重点在不 同条件下的电解质溶液,如酸性、碱性、中性、熔融碳酸盐、熔融氧化物等,其书写关键可以归结为一句话:“什么环境下 用什么离子平衡电性。”如正极反应 式书写:,方法技巧,答案 D,答案 A,突破二次电池的四个角度,方法技巧,变式 (1)如图7-6所示,某种燃料电池以熔融碳酸盐为电解质,向电极B附近通入1 m3空气(假设空
4、气中O2的体积分数为20% )并完全反应,理论上可消耗相同条件下CH4的体积为 m3。 (2)用CO和H2可以制备甲醇,反应为CO(g)+2H2(g) CH3OH(g),以甲醇为燃料,氧气为氧化剂,KOH溶液为电解 质溶液,可制成燃料电池(电极材料为惰性电极)。若电解质 溶液中KOH的物质的量为0.8 mol,当有0.5 mol甲醇参与 反应时,电解质溶液中各种离子的物质的量浓度由大到小 的顺序是 。,图7-6,原电池的计算依据是电子守恒;化学与物理结合的计算,主要涉及两个公式:Q=It=n(e-)F,F计算时一般取值96 500 Cmol-1。W=Uit。,方法技巧,1.电解池工作原理示意图
5、(阳极为惰性电极),【核心透析】,考点二 电解池的工作原理及其应用,【典例探究】,例4 次磷酸(H3PO2)是一种精细磷化工产品,具有较强的还原性。H3PO2可用电渗析法制备,“四室电渗析法”工作原理如图7-7所示(阳膜和阴膜分别只允许阳离子、阴离子通过): (1)写出阳极的电极反应式: 。 (2)分析产品室可得到H3PO2的原因: 。 (3)早期采用“三室电渗析法”制备H3PO2:将 “四室电渗析法”中阳极室的稀硫酸用H3PO2 稀溶液代替,并撤去阳极室与产品室之间的阳膜,从而合并了阳极室与产品室。其缺点是产品中混有 杂质,该杂质产生的原因是 。,图7-7,变式 (1)甲醇电解法制氢气比电解
6、水法制氢气的氢的利用率更高、电解电压更低。电解装置如图7-8。 电源的正极为 (填序号“a”或“b”)。其中阳极的电极反应式为 ;标准状况下, 每消耗1 mol甲醇,生成H2的体积为 。,图7-8,(2)以甲醚、空气、氢氧化钾溶液为原料的燃料电池为电源,以石墨为电极电解500 mL滴有酚酞的NaCl溶液,装置如图7-9所示: 请写出电解过程中Y电极附近观察到的现象: ,当燃料电池消耗2.8 L O2(标准状况下)时,计算此时 NaCl溶液的pH= (假设溶液的体积不变, 气体全部从溶液中逸出)。,图7-9,电解时电极反应方程式的书写步骤,方法技巧,1.影响金属腐蚀的两个因素 (1)对于金属本性
7、来说,金属越活泼,就越容易失去电子而被腐蚀。 (2)电解质溶液对金属的腐蚀的影响也很大,如果金属在潮湿的空气中,接触腐蚀性气体或电解质溶液,都容易被腐蚀。,【核心透析】,考点三 金属腐蚀及其防护,2.金属腐蚀快慢的三个规律 (1)金属腐蚀类型的差异 电解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)电解质溶液的影响 对同一金属来说,腐蚀的快慢(浓度相同):强电解质溶液弱电解质溶液非电解质溶液。 对同一种电解质溶液来说,一般电解质溶液浓度越大,腐蚀越快。 (3)活泼性不同的两金属与电解质溶液构成原电池时,一般活泼性差别越大,负极腐蚀越快。,3.两种腐蚀与三种保护 (1)两种
8、腐蚀:析氢腐蚀、吸氧腐蚀(关键在于电解液的pH) (2)三种保护:电镀保护、牺牲阳极的阴极保护法、外加电流的阴极保护法,【典例探究】,例5 2018北京卷 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)。,答案 D,下列说法不正确的是 ( ) A.对比,可以判定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 结合实验现象,对比可知,连接锌片后,溶液中没有Fe2+,A项正确;对比,中铁表面产生蓝色沉淀,故可能是铁被氧化产生了Fe2+,B项正确;由前面分析可知,不能
9、采用的方法验证锌保护铁,C项正确;由前面分析可知,无法判断铁是否先被腐蚀,D项错误。,变式 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+4e-+2H2O=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300 min内,铁钉的平均吸氧腐蚀速率酸性溶液大于中性溶液,答案 B,解析 根据图像可知,实验装置中的氧气浓度是逐渐降低的,故此腐蚀为吸氧腐蚀,其正极反应为O2+4e-+2H2O=4OH-,A正确;根据图像可知,的反应速率接近,的反应速率接近,且远大于,远
10、大于,故阴离子对腐蚀速率影响不大,N是影响腐蚀速率的主要因素,B错误;因为N是影响腐蚀速率的主要因素,能导致钢铁的吸氧腐蚀速率加快,故向实验中加入少量(NH4)2SO4固体,吸氧腐蚀速率加快,C正确;溶液显酸性,显中性,根据图像可知,铁钉的平均吸氧腐蚀速率酸性溶液大于中性溶液,D正确。,规律小结,1.2018全国卷 最近我国科学家设计了一种CO2+ H2S协同转化装置,实现对天然气中CO2和H2S的高效 去除。示意图如图7-10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: EDTA-Fe2+-e-=EDTA-Fe3+ 2EDTA-Fe3+H2S=
11、2H+S+2EDTA-Fe2+,命题考向追踪,【历年动态】,图7-10,该装置工作时,下列叙述错误的是 ( ) A.阴极的电极反应:CO2+2H+2e-=CO+H2O B.协同转化总反应:CO2+H2S=CO+H2O+S C.石墨烯上的电势比ZnO石墨烯上的低 D.若采用Fe3+/Fe2+取代EDTA-Fe3+/EDTA-Fe2+,溶液需为酸性,答案 C,解析 根据图示可知,ZnO石墨烯电极上发生还原反应,则该电极为阴极,电极反应式为CO2+2e-+2H+=CO+H2O,A项正确;根据题干信息及图中两电极上的反应可知,该电化学(电解池)装置中的总反应为CO2+H2S=CO+S+H2O,B项正确
12、;石墨烯作阳极,ZnO石墨烯作阴极,阳极上的电势应高于阴极上的电势,C项错误;若采用Fe3+/Fe2+取代EDTA-Fe3+/EDTA-Fe2+,溶液需为酸性,否则会使H2S和S不能稳定存在,D项正确。,答案 D,解析 锂比碳活泼,故锂作负极,A项错误;外电路电子由负极(Li)流向正极(多孔碳材料),B项错误;充电时,Li+移向阴极,对应原电池的负极,即为锂电极,C项错误;充电时的反应为原电池反应的逆过程,D项正确。,3.2017全国卷 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
13、.可选用不锈钢网作为阴极 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,答案 C,解析 Al制品表面要形成氧化膜,铝被氧化失电子,因此电解时铝为阳极,A项正确;根据电解原理可知,不锈钢网接触面积大,电解效率高,B项正确;阴极反应为2H+2e-=H2,C项错误;电解时,电解质溶液中的阴离子向阳极移动,D项正确。,4.2016全国卷 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-=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=
14、Mg(OH)2+H2,答案 B,解析 该电池中还原性较强的Mg为负极,失去2个电子发生氧化反应,A项正确;氧化性较强的AgCl为正极,发生还原反应,AgCl(s) Ag+(aq)+Cl-(aq)、Ag+ +e-=Ag,AgCl是难溶盐,则正极反应式为AgCl+e-=Ag+Cl-,B项错误;,4.2016全国卷 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-=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,由于Mg失去电子成为Mg2+,使负极
15、区域带正电,AgCl得到电子生成Ag和Cl-,使正极区域带负电,因此Cl-由正极向负极迁移,使电解质溶液保持电中性,C项正确;氧化还原反应为放热反应,镁与热水能发生置换反应生成Mg(OH)2和H2,D项正确。,5.某手机电池采用了石墨烯电池,可充电5 min,通话2 h。一种石墨烯锂硫电池(2Li+S8=Li2S8)工作原理示意图如图7-12。下列有关该电池的说法不正确的是 ( ) A.金属锂是比能量相对较高的电极材料 B.充电时A电极为阴极,发生还原反应 C.充电时B电极的反应:Li2S8-2e-=2Li+S8 D.手机使用时电子从A电极经过手机电路板流向 B电极,再经过电池电解质流回A电极
16、,【2019预测】,图7-12,答案 D,解析 单位质量的电极材料失去电子的物质的量越多,则放出的电能越大,比能量越高,金属锂是比能量较高的电极材料,A正确;原电池中阳离子向正极移动,由图可知,作电源时,B为正极,A为负极,负极发生失电子的氧化反应,反过来,充电时负极为阴极,发生还原反应,B正确;放电时,B电极上S8得电子生成Li2S8,反应为2Li+S8+2e-=Li2S8,则充电时B电极反应为Li2S8-2e-=2Li+S8,C正确;电子只能在电极和导线中移动,不能在电解质中移动,D错误。,6.利用电解法制备Ca(H2PO4)2并得到副产物NaOH和Cl2。下列说法正确的是 ( ) A.C
17、 膜可以为质子交换膜 B.阴极室的电极反应式为2H2O-4e-= O2 +4H+ C.可用铁电极替换阴极的石墨电极 D.每转移2 mol e-,阳极室中c(Ca2+) 降低1 molL-1,图7-13,答案 C,解析 通过图示分析C膜只能是阳离子交换膜,A错误;阴极室的电极反应式为2H2O+2e-=H2+2OH-,B错误;阴极电极不参与反应,故可用铁电极替换阴极的石墨电极,C正确;未给出溶液体积,无法计算浓度,D错误。,1.工业上通过电化学原理在铝表面形成氧化膜来提高其抗腐蚀能力,工作原理如图所示。下列说法不正确的是 ( ) A.碳棒可用铜棒代替,其作用是传递电流 B.通电一段时间后,溶液的p
18、H减小 C.通电后电子被强制从碳棒流向铝片使铝 表面形成氧化膜 D.可通过调节滑动变阻器来控制氧化膜的形成速率,教师备用习题,答案 C,2.如图为一种固体离子导体电池与湿润KI试纸AB连接,Ag+可以在RbAg4I5晶体中迁移,空气中的氧气透过聚四氟乙烯膜与AlI3反应生成I2,Ag与I2作用形成电池。下列说法中正确的是 ( ) A.试纸B端发生氧化反应 B.Ag+从石墨电极移向银电极 C.试纸A端发生反应2I-2e-=I2 D.若该电池转移1 mol电子, 则滤纸上生成8 g O2,答案 C,解析 Ag和I2作用形成原电池,可以知道在反应中Ag被氧化,为原电池的负极反应, I2被还原,为原电池的正极反应,原电池工作时,阳离子向正极移动,阴离子向负极移动;A与正极相连为阳极,B与负极相连为阴极。试纸B端为阴极,发生还原反应, A错误;原电池中阳离子向正极移动,即Ag+从银电极移向石墨电极, B错误;试纸A端为阳极,为碘离子失电子发生氧化反应生成单质碘,C正确;电解碘化钾溶液,阳极碘离子先失电子变为碘单质,碘离子消耗完,才有氢氧根离子失电子变为氧气,因此该电池转移1 mol电子,则滤纸上生成O2的量小于0.25 mol,D错误。,
