2012届创新设计高考化学二轮专题复习课件：第9讲 电化学原理及应用

第九讲电化学原理及应用电化学是高考中的热点，对原电池和电解池的考查往往以选择题的形式考查两电极反应式的书写、两电极附近溶液性质的变化、电子的转移或电流方向的判断等。在第Ⅱ卷中会以应用性和综合性进行命题，如与生产生活(如金属的腐蚀和防护等)相联系，与无机推断、实验及化学计算等进行学科内知识综合考查，复习时要特别注意燃料电池和新型电池的正、负极材料分析和电极反应式的书写。2012年的高考中该部分不仅不会“降温”，而且还有“变热”的趋势，在题型上应以传统题型为主，其中原电池的工作原理、电解产物的判断与计算、电极及电池反应方程式的书写、离子的移动方向、溶液pH的变化都是高考命题的热点。原电池【研习1】下列有关电池的说法不正确的是()。A．手机上用的锂离子电池属于二次电池B．铜锌原电池工作时，电子沿外电路从铜电极流向锌电极C．甲醇燃料电池可把化学能转化为电能D．锌锰干电池中，锌电极是负极名师答疑锂离子电池可以充电再次使用，属于二次电池，A项正确；铜锌原电池中铜为正极，故电流由铜流向锌，而电子是由锌流向铜，B项错；原电池的实质是化学能转化成电能，C项正确；Zn失去电子生成Zn2＋，故作为负极，D项正确。答案B电解池【研习2】中学阶段介绍的应用电解法制备的物质主要有三种：一是铝的工业制备、二是氯碱工业、三是金属钠的制备。下列关于这三个工业生产的描述正确的是()。A．电解法制金属钠时，负极反应式为：Na＋＋e－===NaB．电解法生产铝时，需对铝土矿进行提纯，在提纯过程中应用了氧化铝或氢氧化铝的两性C．在氯碱工业中，电解池中的阴极产生的是H2，NaOH在阳极附近产生D．氯碱工业和金属钠的冶炼都用到了NaCl，在电解时它们的阴极都是Cl－失电子名师答疑A中电解时，只有阴、阳极，没有正、负极，其阴极反应式为：Na＋＋e－===Na；C中NaOH是在阴极附近的H＋得电子后留下的OH－而产生的；D中，在电解时它们的阳极都是Cl－失电子。答案B金属的腐蚀和防护【研习3】某课外活动小组，将剪下的一块镀锌铁放入试剂瓶中，并滴入少量食盐水将其浸湿，再加数滴酚酞溶液，按图装置进行实验，数分钟后观察，下列现象不可能出现的是()。A．乙中导气管中产生气泡B．乙中导气管里形成一段水柱C．金属片剪口处溶液变红D．锌被腐蚀名师答疑在食盐水中Zn—Fe形成原电池，发生吸氧腐蚀消耗甲中的氧气，甲中压强变小，乙中导气管受大气压强作用形成一段水柱；在金属剪口处形成Zn—Fe原电池，正极发生反应2H2O＋O2＋4e－===4OH－，溶液呈碱性，溶液变红，Zn比铁活泼，Zn作负极，Zn－2e－===Zn2＋而被腐蚀。答案A警示点原电池正负极判断和反应类型的对应关系1．无论什么样的电极材料、电解质溶液(或熔融状态的电解质)构成原电池，只要是原电池就永远遵守电极的规定：电子流出的电极是负极，电子流入的电极是正极。2．在化学反应中，失去电子的反应(电子流出的反应)是氧化反应，得到电子的反应(电子流入的反应)是还原反应，所以在原电池中，负极永远发生氧化反应，正极永远发生还原反应。易误点电极反应式的书写注意同一个原电池反应在不同的介质中其电极反应式有可能是不相同的，如氢氧燃料电池，其总反应的化学方程式都是2H2＋O2===2H2O，但在碱性介质、中性介质和酸性介质中其电极反应式是不同的。另外由相同的电极材料组成的原电池，在不同的介质中其电池反应、电极名称、电流方向也有可能不同，如：由镁、铝作电极组成的原电池，在氢氧化钠溶液中，铝作负极，镁作正极；而在稀盐酸中，铝作正极，镁作负极，因此在解电化学题时要特别关注介质的成分，慎重思考介质所起的作用。疑难点电解时电极产物的判断1．阳极产物的判断(1)如果是活泼电极(金属活动性顺序表Ag以前)，则电极材料失电子，电极溶解，溶液中的阴离子不能失电子；(2)如果是惰性电极(Pt、Au、石墨)，则要看溶液中离子的失电子能力，此时根据阴离子放电顺序加以判断，常见阴离子放电顺序：S2－I－Br－Cl－OH－含氧酸根。2．阴极产物的判断直接根据阳离子放电顺序进行判断，阳离子放电顺序与金属活动性顺序相反，其中Ag＋Fe3＋Cu2＋H＋。易错点1．只有氧化还原反应才有电子的得失，只有氧化还原反应才可能被设计成原电池，复分解反应永远不可能被设计成原电池。2．在电解池中分析阳极上的电极反应，应首先看阳极材料，因为活泼电极作阳极会先放电。辨析点由氧化还原反应方程式书写电极反应式1．找出发生氧化反应和还原反应的物质―→两极名称和反应物―→利用电子守恒分别写出两极反应式。2．若写出一极反应式，而另一极反应式不好写，可用总反应式减去已写出的电极反应式即得另一电极反应式。整合点判断金属腐蚀快慢的规律1．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。原电池的工作原理及其应用考向立意1.通过电极的判断和电极反应式的书写，考查原电池的工作原理。2.联系生活实际和社会热点内容，考查化学电源的开发和利用。【例证1】(2010·江苏)下图是一种航天器能量储存系统原理示意图。下列说法正确的是()。A．该系统中只存在3种形式的能量转化B．装置Y中负极的电极反应式为：O2＋2H2O＋4e－===4OH－C．装置X能实现燃料电池的燃料和氧化剂再生D．装置X、Y形成的子系统能实现物质的零排放，并能实现化学能与电能间的完全转化点拨太阳能电池利用光能转化的电能，可直接作用于工作马达，从而实现了电能与机械能的转化；在装置X中，电解水生成H2、O2，实现了光能与化学能的转化。在装置Y中构成燃料电池，化学能转化为电能，作用于马达实现了电能与机械能的转化，A、D错误；氢氧燃料电池的负极上应是H2参加反应，B错误；装置X能利用光能实现H2、O2、H2O的循环再生，C正确。答案C电极反应式的书写这是电化学知识学习的一个重点和难点。如果题目给定的是图示装置，先分析正、负极，再根据正、负极反应规律写出电极反应式：如果题目给定的是总反应式，可分析此反应中的氧化反应或还原反应(即分析有关元素的化合价变化情况)，再选择一个简单变化情况写出电极反应式；在电子得失守恒的前提下，另一极的电极反应式可直接写出或将各反应式看做数学中的代数式，用总反应式减去已写出的电极反应式，即得结果。特别需要指出的是：对于可逆电池的反应，需要看清楚“充电、放电”的方向，放电的过程应用原电池原理，充电的过程应用电解池原理。【示范1】(2010·广东理综，改编)铜锌原电池(如下图)工作时，下列叙述正确的是()。A．正极反应为：Zn－2e－===Zn2＋B．电池反应为：Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋CuC．在外电路中，电子从正极流向负极D．盐桥中的K＋移向ZnSO4溶液解析铜锌原电池工作时，负极反应为：Zn－2e－===Zn2＋，正极反应为：Cu2＋＋2e－===Cu，电池总反应为：Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu，故A项错误，B项正确。原电池工作时，电子从负极由外电路流向正极，由于左池阳离子增多、右池阳离子减少，为平衡电荷，则盐桥中的K＋移向CuSO4溶液，而Cl－则移向ZnSO4溶液，故C、D项错误。答案B【示范2】Zn—MnO2干电池应用广泛，其电解质溶液是ZnCl2—NH4Cl混合溶液。(1)该电池的负极材料是________。电池工作时，电子流向________(填“正极”或“负极”)。(2)若ZnCl2—NH4Cl混合溶液中含有杂质Cu2＋，会加速某电极的腐蚀，其主要原因是_____。欲除去Cu2＋，最好选用下列试剂中的________(填代号)。a．NaOHb．Znc．Fed．NH3·H2O(3)MnO2的生产方式之一是以石墨为电极，电解酸化的MnSO4溶液。阴极的电极反应式是______。若电解电路中通过2mol电子，MnO2的理论产量为________g。解析在原电池中较活泼易失电子的物质作负极，电子从负极流向正极。电解过程中，阴极发生还原反应，阳极发生氧化反应，分析题意即可得出，当转移2mol电子时，生成1molMnO2，即87g。答案(1)Zn(或锌)正极(2)锌与还原出来的Cu构成锌铜原电池而加快锌的腐蚀b(3)2H＋＋2e－===H2↑87【例证2】(安徽高考理综)Cu2O是一种半导体材料，基于绿色化学理念设计的一制取Cu2O的电解池示意图如下，电解总反应为：2Cu＋H2O=====通电Cu2O＋H2↑。下列说法正确的是()。电解池的工作原理及其应用考向立意1.通过电解产物等一系列的判断，考查电解原理。2.联系生产实际，考查电解规律的应用和有关计算。A．石墨电极上产生氢气B．铜电极发生还原反应C．铜电极接直流电源的负极D．当有0.1mol电子转移时，有0.1molCu2O生成点拨由总反应知失电子的为Cu，得电子的是H2O中的氢元素。因此Cu极为电解池的阳极，接电源的正极，石墨为阴极，接电源的负极。当有0.1mol电子转移时，应有0.05molCu2O生成。答案A电解过程中，电极质量增加的一定是阴极，电极质量若减轻了，则它一定是阳极(阳极材料是非惰性电极)；若生成气体，则H2一定在阴极上生成，Cl2、O2在阳极上生成；电解某一种电解质溶液时，若相同条件下两电极上生成的气体体积之比为1∶1，则两种气体为H2、Cl2；若气体体积之比为1∶2时，则两种气体为O2、H2。【示范3】(2011·江苏)Ag2O2是银锌碱性电池的正极活性物质，可通过下列方法制备：在KOH溶液中加入适量AgNO3溶液，生成Ag2O沉淀，保持反应温度为80℃，边搅拌边将一定量K2S2O8溶液缓慢加到上述混合物中，反应完全后，过滤、洗涤、真空干燥得固体样品。反应方程式为2AgNO3＋4KOH＋K2S2O8=====△Ag2O2↓＋2KNO3＋2K2SO4＋2H2O回答下列问题：(1)上述制备过程中，检验洗涤是否完全的方法是______。(2)银锌碱性电池的电解质溶液为KOH溶液，电池放电时正极的Ag2O2转化为Ag，负极的Zn转化为K2Zn(OH)4，写出该电池反应方程式：_______。(3)准确称取上述制备的样品(设仅含Ag2O2和Ag2O)2.588g，在一定条件下完全分解为Ag和O2，得到224.0mLO2(标准状况下)。计算样品中Ag2O2的质量分数(计算结果精确到小数点后两位)。解析(1)解题出发点有二：一是沉淀表面附着硫酸钾，可用硝酸钡溶液检验；二是沉淀表面附着(过量的)氢氧化钾，可用酚酞溶液检验。(2)根据原电池反应和氧化还原反应的对应关系，初步确定氧化剂是过氧化银，还原产物是银；还原剂是锌，氧化产物是四羟基合锌酸钾；同时注意所用的电解质溶液是氢氧化钾溶液。(3)n(O2)＝224.0mL22.4L·mol－1×1000mL·L－1＝1．000×10－2mol设样品中Ag2O2的物质的量为x，Ag2O的物质的量为y。248g·mol－1×x＋232g·mol－1×y＝2.588gx＋12y＝1.000×10－2molx＝9.500×10－3moly＝1.000×10－3molw(Ag2O2)＝mAg2O2m样品＝0.500×10－3mol×248g·mol－12.588g≈0.91。答案(1)取少许最后一次洗涤滤液，滴入1～2滴Ba(NO3)2溶液，若不出现白色浑浊，表示已洗涤完全(或取少许最后一次洗涤滤液，滴入1～2滴酚酞溶液，若溶液不显红色，表示已洗涤完全)(2)Ag2O2＋2Zn＋4KOH＋2H2O===2K2Zn(OH)4＋2Ag(3)n(O2)＝224.0mL22.4L·mol－1×1000mL·L－1＝1.000×10－2mol设样品中Ag2O2的物质的量为x，Ag2O的物质的量为y。248g·mol－1×x＋232g·mol－1×y＝2.58