专题三-电化学基础考点及易错点总结(全国卷)

1专题三电化学基础【对焦高考】高考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，11，62016课标，11，62015课标，11，6****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，11，62018课标，11，6*****【考点解读】电化学是氧化还原反应的延伸，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与电解池原理。备考时要侧重原电池与电解池工作原理中基础考点和复习和电极反应书写技巧的掌握。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。课题一原电池及化学电源【知识清单】1、原电池的工作原理及其应用1、原电池的构成条件（1）具有两个活泼性不同的电极（金属和金属或金属和导电的非金属）。（2）电解质溶液。（3）形成闭合回路。2、原电池的两极（1）负极：活泼性较强的金属，发生反应。（2）正极：活泼性较弱的金属或能导电的非金属，发生反应。3、电极反应式的书写和电子移动的方向（1）电极反应式的书写（以Zn-Cu原电池为例，如下图：左图电解质为CuSO4溶液）2装置图电极名称负极正极电极材料Zn片Cu片电极反应Zn-2e-=Zn2+Cu2++2e-=Cu反应类型氧化反应还原反应电子流向由Zn片沿导线流向Cu片离子迁移方向阴离子向负极迁移，阳离子向正极迁移电池反应方程式Zn+Cu2+=Zn2++Cu两类装置的不同点还原剂Zn与氧化剂Cu2+直接接触，既有化学能转化为电能，又有化学能转化为热能，造成能量损耗还原剂Zn与氧化剂Cu2+不直接接触，仅有化学能转化为电能，避免了能量的损耗，故电流稳定，持续时间长2、常见的化学电源(1)常见的电池及正、负极反应如下表所示：化学电源一次电池二次电池燃料电池碱性锌锰干电池铅蓄电池氢氧燃料电池3电池电极反应式总反应式碱性锌锰电池负极：Zn+2OH-=Zn(OH)2Zn+2MnO2+2H2O=2MnOOH+Zn(OH)2正极：2MnO2+2H2O+2e-=2MnOOH+2OH-铅蓄电池负极：Pb(s)+SO42-(aq)-2e=PbSO4(s)Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4(aq)=2PbSO4(s)+2H2O(l)正极：PbO2(s)+4H+(aq)+SO42-(aq)+2e-=PbSO4(s)+2H2O(l)氢镍电池负极：H2+2OH--2e-=2H2O2NiOOH+H2=2Ni(OH)2正极：2NiOOH+2H2O+2e-=2Ni(OH)2+2OH-氢氧燃料电池（H2SO4为电解液）负极：2H2-4e-=4H+2H2+O2=2H2O正极：O2+4H++4e-=2H2O氢氧燃料电池（KOH为电解液）负极：2H2+4OH--4e-=4H2O2H2+O2=2H2O正极：O2+2H2O+4e-=2OH-CH4燃料电池（H2SO4为电解液）负极：CH4+2H2O-8e-=CO2+8H+CH4+2O2=CO2+2H2O正极：2O2+8H++8e-=4H2OCH3OH燃料电池（NaOH为电解液）负极：2CH3OH+16OH--12e-=2CO32-+12H2O2CH3OH+3O2+4NaOH=2Na2CO3+6H2O正极：3O2+6H2O+12e-=12OH-【解题技法】1、规避原电池工作原理的3个易失分点（1）原电池的闭合回路有多种方式，可以是导线连接两个电极，也可以是两个电极直接相连。（2）电解质中阴、阳离子的定向移动，与导线中的电子定向移动形成了一个完4O2微生物C6H12O6+H2O质子交换膜厌氧反应有氧反应A整的闭合回路。原电池中电子的流向与导线中电流的方向相反。（3）电子不能通过电解质溶液。2、判断原电池正、负的5种方法注意：原电池的正、负极与电极材料的性质有关，也与电解质溶液有关，不要形成活泼金属一定为负极的思维定式。如：在原电池Al-NaOH(aq)-Mg中，Al作负极；在原电池Al-浓H2SO4-Cu中，Cu作负极。例题：微生物电池是指在微生物的作用下将化学能转化为电能的装置，其工作原理如图所示。下列有关微生物电池的说法不正确的是（）AA.正极反应中有CO2生成B.微生物促进了反应中电子的转移C.质子通过交换膜从负极区移向正极区D.电池总反应为C6H12O6+6O2=6CO2+6H2O答案：A解析：A项中正极区中只有O2并没有C元素，根据元素守恒可判定A项不正确；也可先写出正极的反应式O2+4e-+4H+=2H2O，后用总反应C6H12O6+6O2=6CO2+6H2O减去正极反应,得负极反应为C6H12O6+6H2O-24e-=6CO2+24H+。B项中微生物的运动会促进电子和运动。C项中质子带正电，根据原电池正负极的判定方法，阳离子向正极移动，所以此项正确。D项电池总反应为C6H12O6的燃烧反应，此项正确。3、电极方程式书写的三个步骤判断为负极活泼金属判断为正极氧化反应电子流出不断溶解质量减少阴离子移向离子移向阳离子移向电极现象电极增重或质量不变电子流向电子流入电极反应还原反应电极材料较不活泼金属或导电非金属5列物质，标得失：负极发生氧化，正极发生还原反应；判断出电极反应产物，标出得失电子的数目。看得失，配守恒：电极产物在电解质溶液中应能稳定存在，如碱性溶液中生成的H+应结合OH-生成水。电极反应式要遵守电荷守恒、质量守恒和得失电子守恒等，并注意配平。两式相加，验总式：两电极反应式相加，与总反应式对照验证。4、书写电极反应式的三个原则（1）共存原则因为物质得失电子后在不同介质中的存在形式不同，所以电极反应式的书写必须考虑介质环境。当电解质溶液呈酸性时，不可能有OH-参加反应；碱性溶液中CO2（或其它酸性气体）不可能存在，也不可能有H+能加反应。（2）得氧失氧原则得氧时，在反应物中加H2O（电解质溶液为酸性时）或OH-（电解质溶液为碱性或中性时）；失氧时，在反应物中加H2O（电解质溶液为碱性或中性时）或H+（电解质溶液为酸性时）。（3）中性吸氧反应成碱原则在中性电解质溶液中，通过金属吸氧所建立起来的原电池反应，其反应的产物是碱。5、氢氧燃料电池是目前最成熟的燃料电池，以氢氧燃料电池为基础的变型燃料电池是最近高考中的热点。下面我们就例题来总结燃料电池电极反应方程式的书写步骤：例：某汽车尾气分析仪以燃料电池为工作原理测定CO2的浓度，其装置如图所示，该电池中电解质为氧化钇-----氧化钠，其中O2-可以在固体介质NASICON中自由移动。CO空气(1)负极的反应式为__________________________________________。正极的反应式为__________________________________________。电池总反应为__________________________________________。(2)如果将上述电池中电解质“氧化钇-----氧化钠，其中O2-可以在固体介质NASICON中自由移动”改为熔融的K2CO3，b极通入的气体为氧气和CO2，写出相关的电极反应式。负极：__________________________________________。正极：__________________________________________。电池总反应：__________________________________________。答案:(1)CO+O2--2e-=CO2；O2+4e-=2O2-；2CO+O2=2CO2。多孔电极a传感器多孔电极bNASICON6（2）2CO+2CO32--4e-=4CO2；O2+2CO2+4e-=2CO32-；2CO+O2=2CO2。◎归纳反思燃料电池电极反应式的书写步骤：（1）首先写出电池总反应式：燃料电池的总反应与燃料的燃烧反应一致，若产物能和电解质反应，则总反应为加和后的反应。如甲烷燃料电池（电解质为NaOH溶液）的反应式为CH4+2O2=CO2+2H2O,CO2+2NaOH=Na2CO3+H2O+得燃料电池总反应：CH4+2O2+2NaOH=Na2CO3+3H2O，得其离子方程式为CH4+2O2+2OH-=CO32-+3H2O。（2）然后写出电池的正极反应根据燃料电池的特点，一般在正极上发生还原反应的物质都是O2，电解质溶液不同，其电极反应式有所不同，常见的类型有：酸性电解质溶液环境下的电极反应式：O2+4H++4e-=2H2O。碱性电解质溶液环境下的电极反应式：O2+2H2O+4e-=4OH-。固体电解质（高温下能传导O2-）环境下的电极反应式：O2+4e-=2O2-。④熔融碳酸盐（如熔融的K2CO3）环境下的电极反应式：O2+2CO2+4e-=2CO32-。（3）最后根据电池的总反应和正极反应通过数学运算写出负极反应式：电池的总反应-电池正反应=电池的负反应。因为O2不是负极反应物，因此在进行两式相减时，要彻底消去O2。课题二电解池及金属的防护【知识清单】1.电解：电解质溶液阴极：发生还原反应通电阳极：发生氧化反应将电能转化变成化学能的装置2.电解池（1）构成条件a.直流电源。b.有与电源相连的两个电极。c.电解质溶液（或熔融盐）d.形成闭合回路。（2）电解池简易图分析电极名称及电极反应电极名称：阴极电极名称：阴极反应类型：还原反应反应类型：氧化反应电极反应式：石墨石墨电极反应式：Cu2++2e-=Cu2Cl--2e-=Cl2电解电解池7阴极电解质阳极CuCl2溶液（3）电子和离子的移动方向e-e-阳离子阴离子得电子失电子（4）电极反应式的书写步骤与方法判断电解池的阴、阳极看清电解池的阳极是惰性电极还是活性电极（除Au、Pt外的金属为活性电极）活性电极：电极材料失电子，生成相应的金属阳离子惰性电极：阴离子失电子，生成相应的单质或高价化合物（阴离子放电顺序：S2-I-Br-Cl-OH-含氧酸根F-）阳离子得电子，生成相应的单质或低价化合物[阳离子放电顺序：Ag+Fe2+Cu2+H+(酸)Fe2+Zn2+H+(水)Al3+Mg2+Na+Ca2+K+]【注意事项】（1）判断电解产物、书写电极反应式以及分析电解质溶液的变化时首先要注意阳极是活性材料还是惰性材料。（2）书写电解化学方程式时，要看清是电解质的水溶液还是熔融电解质。Al3+、Mg2+、Na+、Ca2+、K+只有在熔融状态下才能放电。3.惰性电极电解电解质溶液的规律类型电极反应特点实例电解物质电解质的变化pH使电解质溶液复原的方法电解水型阴极：4H++4e-=2H2↑阳极：4OH--4e-=2H2O+O2↑NaOH水浓度增加增大加水H2SO4水浓度增加减小加水Na2SO4水浓度增加不变加水一判二看三写阳极阴极8电解电解质型电解质电离出的阴、阳离子分别在两极放电HCl电解质浓度减小增大加HClCuCl2电解质浓度减小--加CuCl2放H2生碱型阴极：放出H2阳极：电解质阴离子放电NaCl电解质和水生成新电解质增大加HCl放O2生酸型阴极：电解质阳离子放电阳极：OH-放电CuSO4电解质和水生成新电解质减小加CuO【注意事项】（1）用惰性电极电解强酸、含氧酸、活泼金属的含氧酸盐的稀溶液时，实际上是电解H2O，溶质的质量分数增大，浓度增大。（2）电解时产物的判断要遵循阴、阳离子的放电顺序。（3）电解后要恢复原电解质溶液的浓度，需加适量的某物质，该物质可以是阴极与阳极产物的化合物。例如用惰性电极电解CuSO4溶液，要恢复原溶液的浓度，可向电解后的溶液中加入CuO，但不能加入Cu(OH)2，因为Cu(OH)2与生成的H2SO4反应后使水量增加。5.电极反应式、电解方程式的书写利用例题来讲解做题时的方法技巧例1：利用LiOH和钴氧化物制备锂离子电池正极材料。LiOH可由电解法制备，钴氧化物可通过处理钴渣获得。气