高三化学专题复习：电化学原理及其应用

电化学原理及其应用连江一中化学组：陈萍2017届高三专题复习“橙子”给“苹果”充电的原理⑴甲装置属于，能量转化形式为，乙装置属于，能量转化形式为；考点1：原电池和电解池的工作原理原电池化学能转化为电能电解池电能转化为化学能⑵若a为Zn棒，b为Cu棒，甲装置中的离子反应方程式为，负极反应式为；溶液中阳离子向极（填“a”或“b”）移动。考点1：原电池和电解池的工作原理Zn+2H+＝Zn2++H2↑Zn－2e－＝Zn2+b（Zn）（Cu）⑶锂离子电池是新一代实用化的蓄电池，具有能量密度大、电压高的特性，是手机常用电池。作为乙装置的某可充电的锂离子电池，以LiMn2O4为正极，嵌入锂的碳材料为负极，含Li+导电固体为电解质。放电时的电池反应为：Li+LiMn2O4=Li2Mn2O4。请思考：①该电池（填“能”或“不能”）用水溶液作为电解质。②该电池放电时，负极反应式为，LiMn2O4发生反应（填“氧化”或“还原”，下同）；③充电时，Li2Mn2O4发生反应，Li＋向极（填“c”或“d”）移动。不能Li－e－＝Li+还原氧化和还原③充电时，Li＋向极（填“c”或“d”）移动。④整套装置中电子流动方向是。考点1：原电池和电解池的工作原理ad，cbd（Zn）（Cu）考点1：原电池和电解池的工作原理原电池电解池电极判断电极反应电子流动方向离子迁移方向相同点负极：正极：失电子→氧化反应得电子→还原反应由负极→正极阳离子→阴极阴离子→阳极阳极：阴极：失电子→氧化反应得电子→还原反应阳离子→正极阴离子→负极由电源负极→阴极阳极→电源正极都是氧化还原反应较活泼金属较不活泼金属或非金属负极：正极：与电源正极相连与电源负极相连阳极：阴极：【例1】3Zn+2K2FeO4+8H2O＝3Zn(OH)2+2Fe(OH)3+4KOH；△H＜0(1)根据氧化还原知识可以将该反应设计为高铁电池，则KOH溶液的作用为，Zn为极，发生反应；电池放电时，电子流向，OH-移向极。负极反应式为；(2)若要实现该反应逆向进行，可以设计为池，此时阳极反应物为，发生了反应。OH-移向极。阴极区附近溶液的pH值。阴极反应式为；5反应正向可以自发进行。考点2：电极反应和总反应方程式的书写3Zn+2K2FeO4+8H2O＝3Zn(OH)2+2Fe(OH)3+4KOH负极原电池正极阴极电解池阳极△H＜0万变不离其宗可充电电池：放电时是原电池反应，充电时是电解池反应。放电时：负极：Zn+2OH－－2e－=Zn(OH)2(氧化反应)正极：FeO42-+4H2O+3e－=Fe(OH)3+5OH－(还原反应)充电时：阴极：Zn(OH)2+2e－=Zn+2OH－(还原反应)阳极：Fe(OH)3+5OH－－3e－=FeO42-+4H2O(氧化反应)两者关系：负极反应式颠倒即为阴极反应式，正极反应式颠倒即为阳极反应式。考点2：电极反应和总反应方程式的书写典型错例（2014全国大纲卷）9．下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＋H2O＋e－→Ni(OH)2＋OH－B．电池的电解液可为KOH溶液C．充电时负极的反应为：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负：MH＋OH－－e－=H2O＋M正：NiOOH＋H2O＋e－=Ni(OH)2＋OH－C【感悟高考】【2016新课标全国卷Ⅰ】11．三室式电渗析法处理含Na2SO4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SO42－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隔室。下列叙述正确的是()A．通电后中间隔室的SO42－离子向正极迁移，正极区溶液pH增大B．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2H2O–4e–=O2+4H+，负极区溶液pH降低D．当电路中通过1mol电子的电量时，会有0.5mol的O2生成B（2014山东卷）30．离子液体是一种室温熔融盐，为非水体系，由有机阳离子、Al2Cl7—和AlCl4—组成的离子液体作电解液时，可在钢制品上电镀铝。（1）钢制品应接电源的____极，已知电镀过程中不产生其他离子且有机阳离子不参与电极反应，阴极电极反应式为_______。若改用AlCl3水溶液作电解液，则阴极产物为____。负；4Al2Cl7－＋3e－=Al＋7AlCl4－；H2＋3e－—AlAl2Cl7－＋3e－—Al＋AlCl4－氧化剂+还原剂氧化产物+还原产物放电充电+ne-—ne-ne-ne-原电池电解池自发反应非自发反应守恒考点三：应用电子守恒解决电化学计算问题电池：Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4(aq)=2PbSO4(s)+2H2O(l)电解池：2Al+3H2OAl2O3+3H2↑，(1)电解过程中铅蓄电池中的H+移向电极。电解过程中阳极电极反应式为。(2)电解过程中每转移3mol电子时，电池的负极质量(增加或减少)g；电解池中Al2O3的理论产量为mol。【例】（2013天津高考题改编）参考答案：(1)PbO22Al+3H2O-6e-=Al2O3+6H+(2)增加1440.5考点三：应用电子守恒解决电化学计算问题原电池和电解池综合装置的有关计算的根本依据就是电子转移的守恒，分析时要注意两点：(1)串联电路中各支路电流相等；(2)并联电路中总电流等于各支路电流之和。考点三：应用电子守恒解决电化学计算问题【提示】在电化学计算中，还常利用Q＝I·t和Q＝n(e－)×NA×1.60×10－19C来计算电路中通过的电量【迁移应用】新型高效的甲烷燃料电池采用铂为电极材料，两电极上分别通入CH4和O2，电解质为KOH溶液。某研究小组将两个甲烷燃料电池串联后作为电源，进行饱和氯化钠溶液电解实验，如图所示。(1)甲烷燃料电池正极、负极的电极反应分别为______________________、____________________________；(2)闭合K开关后，a、b电极上均有气体产生，其中b电极上得到的是________，电解氯化钠溶液的总反应方程式为____________________________________；2O2＋4H2O＋8e－===8OH－CH4＋10OH－－8e－==CO32-＋7H2OH22NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑===通电(3)若每个电池甲烷通入量为1L(标准状况)，且反应完全，则理论上通过电解池的电量为__________,(法拉第常数F＝9.65×104C·mol－1，列式计算)，最多能产生的氯气体积为_______L(标准状况)。解析：1mol甲烷氧化失去电子8mol，电量为8×96500C，因题中虽有两个燃料电池，但电子的传递只能用一个池的甲烷量计算，1L为1/22.4mol，可求电量；甲烷失电子是Cl－失电子数的8倍，则得到氢气为4L(CH4～8Cl－～4Cl2)。4×8×9.65×104C·mol－1＝3.45×104C【答案】3.45×104C