专题08-电化学

2021/2/21•第8讲电化学2021/2/21•【考纲点击】•1．理解原电池和电解池的工作原理。了解常见化学电源的种类及其工作原理。了解原电池和电解池的应用。•2．了解金属发生电化学腐蚀的原因。了解金属腐蚀的危害和防止金属腐蚀的措施。•3．能正确书写电极反应式以及原电池和电解池的反应方程式。2021/2/212021/2/21•【自查自纠】•①化学能②电能③正、负极④电解质溶液•⑤闭合回路⑥氧化还原反应⑦阴、阳极⑧熔融盐2021/2/21•1．如果用铜和硫酸铜溶液、银和硝酸银溶液、盐桥(装有KNO3溶液)设计一个原电池，写出原电池的总离子方程式，盐桥中的K＋运动方向如何？•答案Cu＋2Ag＋===Cu2＋＋2Ag。盐桥中的K＋移向硝酸银溶液。2021/2/21•2．两种活泼性不同的金属组成原电池，活泼性强的金属一定作负极吗？•答案不一定，还要看电解质溶液，如原电池MgAlNaOH溶液中金属铝作负极，而原电池MgAlHCl溶液中金属铝作正极；原电池FeCuHCl溶液中Fe作负极，而原电池FeCuHNO3(浓)中Fe作正极。•3．由H＋、Cu2＋、Na＋、SO、Cl－五种离子中的两种离子组成电解质，以碳棒为阳极，铁棒为阴极进行电解，使电解质和水的质量都减少，可采用的电解质是什么？•答案NaCl、CuSO4。2021/2/21•4．电解精炼铜时，电解质溶液的成分是否发生变化？阳极减小的质量是否等于阴极增加的质量？•答案电解精炼铜时，阳极放电的金属除Cu外，还有比铜活泼的杂质金属，阴极放电的只有Cu2＋。由此可知电解质溶液中Cu2＋的量减少，杂质离子的量增加。阳极减小的质量大于阴极增加的质量。2021/2/21•知识链接•原电池正、负极的判断：考点一原电池工作原理角度1原电池正、负极的判断方法(2013·海南，4A)2021/2/21•知识链接•“加减法”书写电极反应式：(1)定正负极，列反应物，标同数电子得失。(2)注意电极生成物是否与电解质溶液中的某些微粒反应。(3)总反应式减去其中一极反应式，即得另一极电极反应式。•角度发散•根据氧化还原方程式设计原电池。角度2原电池电极反应式的书写(2012·四川，11C、D)2021/2/21•知识链接•比较方法：(1)首先依据电子流向、电流流向、反应现象确定正负极。(2)对于酸性电解质，一般是作负极的金属为较活泼金属，作正极的是相对较不活泼的金属。角度3根据原电池判断金属活泼性(2012·全国，11)2021/2/21•1．(2012·四川，11)一种基于酸性燃料电池原理设计的酒精检测仪，负极上的反应为：CH3CH2OH－4e－＋H2O===CH3COOH＋4H＋。下列有关说法正确的是()。•A．检测时，电解质溶液中的H＋向负极移动•B．若有0.4mol电子转移，则在标准状况下消耗4.48L氧气•C．电池反应的化学方程式为：CH3CH2OH＋O2===CH3COOH＋H2O•D．正极上发生的反应为：O2＋4e－＋2H2O===4OH－[高考印证]2021/2/21•解析审题是关键，反应是在酸性电解质溶液中进行的。在原电池中，阳离子要往正极移动，故A错；因电解质溶液为酸性的，不可能存在OH－，故正极的反应式为：O2＋4H＋＋4e－===2H2O，转移4mol电子时消耗1molO2，则转移0.4mol电子时消耗2.24LO2，故B、D错；电池反应式即正负反应式的和，将两极的反应式相加可知C正确。•答案C2021/2/21•1．人工光合作用能够借助太阳能，用CO2•和H2O制备化学原料。右图是通过人工•光合作用制备HCOOH的原理示意图，•下列说法不正确的是()。•A．该过程是将太阳能转化为化学能的过程•B．催化剂a表面发生氧化反应，有O2产生•C．催化剂a附近酸性减弱，催化剂b附近酸性增强•D．催化剂b表面的反应是CO2＋2H＋＋2e－===HCOOH[应用体验]2021/2/21解析电池总的反应式为2CO2＋2H2O=====光能催化剂2HCOOH＋O2，负极(a极)：2H2O－4e－===O2↑＋4H＋；正极(b极)：2CO2＋4H＋＋4e－===2HCOOH，因此B、D正确；A项，能量转换是太阳能转化为电能，再转化为化学能；C项，催化剂a附近生成H＋，酸性增强，催化剂B附近消耗H＋，酸性减弱，故C项错误。答案C2021/2/21•知识链接•(1)电极反应：考点二电解原理及其应用角度1电极及其产物的判断方法(2013·北京，9D)2021/2/21•(2)阳离子在阴极上的放电顺序：Ag＋Fe3＋Cu2＋H＋Pb2＋Sn2＋Fe2＋Zn2＋，其还原产物依次对应为Ag、Fe2＋、Cu、H2、Pb、Sn、Fe、Zn；(3)阴离子在阳极上的放电顺序：S2－＞I－＞Br－＞Cl－＞OH－，其氧化产物依次对应为S、I2、Br2、Cl2和O2。2021/2/21•知识链接•书写的一般程序为：(1)找电源(或现象)来确定阴、阳极。(2)看阳极是活性电极还是惰性电极，是电极本身失电子还是溶液中的阴离子失电子。(3)依据阴阳离子的放电顺序确定阴阳极上反应的物质或离子。(4)书写电解池电极反应式时，要以实际放电的离子表示，但书写总电解反应方程式时，要找出实际放电离子的来源，如果为弱电解质(如水)要写出分子式。•角度发散•根据电极反应式或电池反应式进行简单计算。角度2电解池电极反应式的书写(2013·北京，9C)2021/2/21•2．(2013·北京理综，9)用石墨电极电解CuCl2溶液(见下图)。下列分析正确的是()。[高考印证]2021/2/21•A．a端是直流电源的负极•B．通电使CuCl2发生电离•C．阳极上发生的反应：Cu2＋＋2e－===Cu•D．通电一段时间后，在阴极附近观察到黄绿色气体•解析A项，Cu2＋流向电解池的阴极，可判断a极为电源的负极，正确；B项，CuCl2的电离与通电无关，错误；C项，阳极上发生的反应为2Cl－－2e－===Cl2↑，错误；D项，通电后Cl2应在阳极生成，错误。•答案A2021/2/21•2．(2013·成都二模)以铬酸钾为原料，电化学法制备重铬酸钾的实验装置示意图如下：下列说法不正确的是()。[应用体验]2021/2/21A．在阴极室，发生的电极反应为：2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑B．在阳极室，通电后溶液逐渐由黄色变为橙色，是因为阳极区H＋浓度增大，使平衡2CrO2－4＋2H＋Cr2O2－7＋H2O向右移动C．该制备过程中总反应的化学方程式为：4K2CrO4＋4H2O=====通电2K2Cr2O7＋4KOH＋2H2↑＋O2↑D．测定阳极液中K和Cr的含量，若K与Cr的物质的量之比(nK/nCr)为d，则此时铬酸钾的转化率为1－d22021/2/21解析根据题意可知：电极均为惰性电极，在阴极室，2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑，A项正确；阳极室OH－失去电子，使阳极区氢离子浓度增大，平衡右移，B项正确；总制备方程式为4K2CrO4＋4H2O=====通电2K2Cr2O7＋4KOH＋2H2↑＋O2↑，C项正确；设最初阳极室中的K2CrO4为1mol，通电后转化为的K2Cr2O7为xmol，根据化学方程式可求2(1－x)＋x2×2＝d×1，x＝2－d，K2CrO4的转化率为2－d，D项错误。答案D2021/2/21•知识链接•吸氧腐蚀与析氢腐蚀(以钢铁为例)考点三金属的电化学腐蚀与防护角度1金属腐蚀的类型[2013·重庆化学，8(2)]类型吸氧腐蚀析氢腐蚀条件水膜呈弱酸性或中性水膜呈酸性正极反应(O2)O2＋2H2O＋4e－===4OH－2H＋＋2e－===H2↑负极反应(Fe)Fe－2e－===Fe2＋其他反应Fe2＋＋2OH－===Fe(OH)2↓4Fe(OH)2＋2H2O＋O2===4Fe(OH)3Fe(OH)3失去部分水转化为铁锈2021/2/21•角度发散•依据实验现象判断金属腐蚀类型。2021/2/21•知识链接•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护腐蚀措施的腐蚀。(2)对同一种金属在不同溶液中的腐蚀速率：强电解质溶液弱电解质溶液非电解质溶液。(3)原电池原理引起的腐蚀速率：活泼性不同的两金属，活泼性差别越大，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。角度2金属腐蚀快慢的规律(2012·山东，13)2021/2/21•知识链接•金属的电化学防护：(1)牺牲阳极的阴极保护法：在被保护的钢铁设备(如闸门、地下管道、船体等)上连接或安装若干锌块，使锌、铁形成原电池，锌作负极，从而保护了钢铁免受腐蚀。(2)外加电流的阴极保护法：使被保护的钢铁接直流电源的负极，作为阴极，惰性材料连接电源的正极，作为阳极。通电后，电子被强制流向被保护的钢铁设备，从而使钢铁表面产生电子积累，抑制钢铁设备失去电子，起到保护作用。角度3金属的电化学防护方法(2013·北京理综，7)2021/2/21•3．(2013·北京理综，7)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[高考印证]2021/2/21•解析A项，水中钢闸门连接电源的负极，即作为电化学保护装置的阴极，使其不发生失电子反应而被保护，正确；B项和C项都属于外加防护层的防腐方法，B、C两项不符合题意，错误；D项，属于牺牲阳极的阴极保护法，错误。•答案A2021/2/21•3．下列有关钢铁腐蚀与防护的说法正确的是()。•A．钢管与电源正极连接，钢管可被保护•B．铁遇冷浓硝酸表现钝化，可保护内部不被腐蚀•C．钢管与铜管露天堆放在一起时，钢管不易被腐蚀•D．钢铁发生析氢腐蚀时，负极反应是Fe－3e－===Fe3＋[应用体验]2021/2/21•解析钢管与电源正极相连，则钢管作阳极，发生氧化反应而被腐蚀，A项错误；铁遇冷浓硝酸表面钝化，在表面生成一层致密的氧化膜保护内部不被腐蚀，B项正确；钢管与铜管露天堆放在一起，形成原电池时钢管作负极，发生氧化反应而被腐蚀，C项错误；钢铁发生析氢腐蚀时，负极反应为：Fe－2e－===Fe2＋，D项错误。•答案B2021/2/21•知识链接•电化学的计算常见方法有三种：•(1)根据电子守恒计算，用于串联电路、阴阳电极产物、正负两极产物等计算，其依据是电路中转移电子数相等；•(2)根据总反应式计算：先写出电极反应式，再写出总反应式，然后根据总反应式列比例式计算；•(3)根据关系式计算：根据得失电子守恒关系建立已知量与未知量之间的桥梁，建立计算所需的关系式。防范1有关原电池或电解池不能正确计算2021/2/21[防范演练]1．铅蓄电池是典型的可充电电池，它的正、负极是惰性材料，电池总反应式为：Pb＋PbO2＋4H＋＋2SO2－4放电充电2PbSO4＋2H2O。请回答下列问题(不考虑氢、氧的氧化还原)：(1)放电时：正极的电极反应式是____________________；电解液中pH将变________；当外电路通过1mol电子时，理论上负极板的质量增加________g；电池内消耗H2SO4的物质的量至少是________mol。2021/2/21(2)用铅蓄电池电解1L饱和食盐水(食盐水足量、密度为1.15g·cm－3)时，①若收集到11.2L(标准状况下)氯气，则至少转移电子________mol。②若蓄电池消耗H2SO42mol，则可收集到H2的体积(标准状况下)为________L。③若蓄电池消耗H2SO4amol，则所得溶液中NaOH的质量分数为________。2021/2/21解析(1)放电时正极上发生还原反应，并消耗H2SO4，生成PbSO4沉淀。由总反应式：Pb＋PbO2＋4H＋＋2SO2－4放电充电2PbSO4＋2H2O可知pH将变大，通过1mol电子，消耗1molH2SO4，负极板上增重为SO2－4的质量。(2)①每生成1molCl2，转移