教辅：高考化学复习之电化学基础

第21讲电化学基础[考纲导视]考纲定位选项示例1.理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。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。1.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错误的是：A.正极反应中有CO2生成。(2015年新课标卷Ⅰ)2.某模拟“人工树叶”电化学实验装置如图所示，该装置能将H2O和CO2转化为O2和燃料(C3H8O)。下列说法正确的是：B.该装置工作时，H＋从b极区向a极区迁移。(2015年福建卷)3.Mg­AgCl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：B.正极反应式为Ag＋＋e－===Ag。(2016年新课标卷Ⅱ)4.锌­空气燃料电池可用作电动车动力电源，电池的电解质溶液为KOH溶液，反应为2Zn＋O2＋4OH－＋2H2O===2Zn(OH)2－4。下列说法正确的是：C.放电时，负极反应为：Zn＋4OH－－2e－===Zn(OH)2－4。(2016年新课标卷Ⅲ)5.某电动汽车配载一种可充放电的锂离子电池。放电时电池的总反应为：Li1－xCoO2＋LixC6===LiCoO2＋C6(x＜1)。下列关于该电池的说法不正确的是：C.充电时，若转移1mole－，石墨C6电极将增重7xg。(2016年四川卷)[基础反馈]1.判断正误，正确的画“√”，错误的画“×”。(1)在原电池中，发生氧化反应的一极一定是负极()。(2)在原电池中，负极材料的活泼性一定比正极材料强()。(3)在原电池中，正极本身一定不参与电极反应，负极本身一定要发生氧化反应()。(4)其他条件均相同，带有“盐桥”的原电池比不带“盐桥”的原电池电流持续时间长()。答案：(1)√(2)×(3)×(4)√(5)√(6)×(5)由Al、Cu、稀H2SO4组成的原电池中，负极反应式为Al－3e－===Al3＋()。(6)由Fe、Cu、FeCl3溶液组成的原电池中，负极反应式为Cu－2e－===Cu2＋()。2.在有盐桥的铜锌原电池中，电解质溶液的选择可以是与电极材料不相同的阳离子吗？如Zn极对应的是硫酸锌，能不能是氯化铜或者氯化钠？答案：可以，如果该溶液中溶质的阳离子对应的金属单质比电极强的话没有问题。因为负极区发生的反应只是Zn的溶解而已。但是如果比电极弱的话，例如氯化铜，锌就会置换出铜，在表面形成原电池，减少供电量。使用盐桥就是为了避免这种情况。考点一原电池化学电源【知识梳理】一、原电池化学能电能1．概念：把________转化为________的装置。2．构成条件。活泼性不同的电解质溶液(1)两个________________电极。(2)将两个电极插入____________中。(3)用导线连接电极形成____________。(4)具有自发进行的________________。氧化还原反应闭合回路3．工作原理(以锌铜原电池为例)。ZnCu氧化反应还原反应电极名称负极正极(1)电极材料(2)电极反应(3)反应类型电子流向由Zn沿导线流向Cu盐桥中离子移向盐桥含饱和KCl溶液，K＋移向正极，Cl－移向负极Zn－2e－===Zn2＋Cu2＋＋2e－===Cu二、化学电源1．碱性锌锰干电池——一次电池。负极反应_______________________________正极反应2MnO2＋2H2O＋2e－===2MnOOH＋2OH－电池反应Zn＋2MnO2＋2H2O===Zn(OH)2＋2MnOOHZn＋2OH－－2e－===Zn(OH)22.铅蓄电池——二次电池。Pb＋－2e－===PbO2＋Pb+2H2SO4电极名称负极正极电极材料铅二氧化铅电极反应____________________________PbO2＋2e－＋4H＋＋===PbSO4＋2H2O电池反应电解质溶液硫酸溶液优点铅蓄电池是二次电池，可多次充电，反复利用24SOPbSO424SO2PbSO4＋2H2O3.氢氧燃料电池(碱性介质)。电极名称负极正极电极材料氢气氧气电极反应__________________________________________________________________________________电池反应____________________电解质溶液氢氧化钾溶液优点_______________________________________能量利用率高、无污染、原料来源广泛等2H2＋4OH－－4e－===4H2OO2＋4e－＋2H2O===4OH－2H2＋O2===2H2O【考点集训】[例1](2016年新课标卷Ⅱ)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－===AgC.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↑答案：B解析：根据题意，电池总反应式为：Mg＋2AgCl===MgCl2＋2Ag，正极反应为：2AgCl＋2e－===2Cl－＋2Ag，负极反应为：Mg－2e－===Mg2＋，A项正确，B项错误；对原电池来说，阴离子由正极移向负极，C项正确；由于镁是活泼金属，则负极会发生副反应Mg＋2H2O===Mg(OH)2＋H2↑，D项正确；答案选B。●归纳总结原电池正、负极判断方法说明：原电池的正极和负极与电极材料的性质有关，也与电解质溶液有关，不要形成活泼电极一定作负极的思维定势。[例2](2015年新课标卷Ⅰ)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A.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关微生物电池的说法错误．．的是()。思路指导：正极发生还原反应，化合价降低；负极发生氧化反应，化合价升高。答案：A解析：根据图知，负极上C6H12O6失电子，正极上O2得电子和H＋反应生成水，负极的电极反应式为C6H12O6＋6H2O－24e－===6CO2＋24H＋，正极的电极反应式为O2＋4e－＋4H＋===2H2O，因此CO2在负极产生，A错误；葡萄糖在微生物的作用下将化学能转化为电能，形成原电池，有电流产生，所以微生物促进了反应中电子的转移，B正确；通过原电池的电极反应可知，负极区产生了H＋，根据原电池中阳离子向正极移动，可知质子(H＋)通过质子交换膜从负极区移向正极区，C正确；该反应属于燃料电池，燃料电池的电池反应式和燃烧反应式相同，则电池反应式应该为C6H12O6＋6O2===6CO2＋6H2O，D正确。●易错警示在原电池中，外电路由电子定向移动导电，电子总是从负极流出，流入正极；内电路由离子的定向移动导电，阳离子向正极移动，阴离子向负极移动。料理论上能释放出的最大电能。[例3](2016年浙江卷)金属(M)-空气电池(如图)具有原料易得、能量密度高等优点，有望成为新能源汽车和移动设备的电源。该类电池放电的总反应方程式为：4M＋nO2＋2nH2O===4M(OH)n。已知：电池的“理论比能量”指单位质量的电极材下列说法不正确．．．的是()。A.采用多孔电极的目的是提高电极与电解质溶液的接触面积，并有利于氧气扩散至电极表面B.比较Mg、Al、Zn三种金属-空气电池，Al-空气电池的理论比能量最高D.在M-空气电池中，为防止负极区沉积Mg(OH)2，宜采用中性电解质及阳离子交换膜C.M空气电池放电过程的正极反应式：4Mn＋＋nO2＋2nH2O＋4ne－===4M(OH)n解析：多孔电极的接触面积大，有利于氧气的吸收，A项正确；根据信息提示，相同质量的Mg、Al、Zn完全反应，失去的电子数分别为m12mol、m9mol、m32.5mol，B项正确；正极答案：C为O2放电，电极反应式为：O2＋2H2O＋4e－===4OH－，C项错误；不能采用碱性电解质，否则负极产生的Mg2＋与OH－反应生成沉淀，采用阳离子交换膜时，正极产生的OH－不能向负极移动，D项正确。●归纳总结原电池原理的应用(1)比较不同金属的活动性强弱。根据原电池原理可知，在原电池反应过程中，一般活动性强的金属作负极，而活动性弱的金属(或碳棒)作正极。(2)加快化学反应速率。原电池可以加快化学反应速率。如锌和稀硫酸反应制取氢气时，可向溶液中滴加少量硫酸铜，形成铜-锌原电池，加快反应的进行速率。(3)设计制作化学电源。设计原电池时要紧扣原电池的四个条件。具体方法是：①首先将氧化还原反应拆成两个半反应，即氧化反应和还原反应。②结合两个半反应找出正负极材料及电解质溶液。③按要求画出原电池装置图。[例4](2016年新课标卷Ⅲ)锌­空气燃料电池可用作电动车动力电源，电池的电解质溶液为KOH溶液，反应为2Zn＋O2＋4OH－＋2H2O===2Zn(OH)2－4。下列说法正确的是()。A.充电时，电解质溶液中K＋向阳极移动B.充电时，电解质溶液中c(OH－)逐渐减小C.放电时，负极反应为：Zn＋4OH－－2e－===Zn(OH)2－4D.放电时，电路中通过2mol电子，消耗氧气22.4L(标准状况)答案：C解析：充电时，电解质溶液中K＋向阴极移动，A错误；充电时，总反应方程式为2Zn(OH)2－4===2Zn＋O2＋4OH－＋2H2O，电解质溶液中c(OH－)逐渐增大，B错误；在碱性环境中负极Zn失电子生成的Zn2＋与OH－结合生成Zn(OH)2－4，C正确；O2～4e－，故电路中通过2mol电子，消耗氧气0.5mol，在标准状况下的体积为11.2L，D错误。考点二电解池【知识梳理】一、电解原理电流阴阳两极氧化还原反应1．电解：使________通过电解质溶液(或熔融的电解质)而在__________引起________________的过程。2．电解池。(1)概念：把电能转化为化学能的装置。(2)构成：直流电源、电极、电解质、闭合回路。(3)电极名称及电极反应式(如下图)。(4)电子和离子的移动方向。阳极氧化2Cl－－2e－===Cl2↑阴极还原Cu2＋＋2e－===Cu3．两极放电顺序。(1)若阳极为活泼金属(金属活动性顺序表Pt之前金属)，则金属失电子，电极被溶解；若是惰性电极(Pt、Au、石墨)，则溶液中阴离子失电子，阴离子放电顺序：S2－I－Br－Cl－OH－含氧酸根离子F－。(2)在阴极，阳离子放电，顺序与金属活动性顺序表相反：Ag＋Fe3＋Cu2＋H＋(酸)Fe2＋Zn2＋H＋(水)Al3＋Mg2＋Na＋Ca2＋K＋。●方法技巧(1)阴极不管是什么材料，电极本身都不反应，一定是溶液(或熔融电解质)中的阳离子放电。(3)电解水溶液时，K＋～Al3＋不可能在阴极放电，即不可能用电解水溶液的方法得到K、Ca、Na、Mg、Al等金属。(2)最常用、最重要的放电顺序是：阳极：Cl－OH－；阴极：Ag＋Cu2＋H＋。二、电解原理的应用1．电解饱和食盐水。(1)电极反应阳极：____________________________阴极：____________________________(2)总反应__________________________________(3)应用氯碱工业制________、________和________氢气氯气烧碱2Cl－－2e－===Cl2↑2H＋＋2e－===H2↑2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑2.电镀或电解精炼铜。(1)两极材料待镀金属或精铜作________；镀层金属或粗铜作________(2)电极反应阳极：_______________________________阴极：________________________________阴极阳极Cu－2e－===Cu2＋Cu2