7-电化学原理及应用复习及专题练习

7电化学原理及应用复习及专题练习2年考情回顾知识网络构建热点考点突破热点题源预测2年考情回顾设问方式①原电池原理及应用[例](2017·全国卷Ⅰ，11)，(2017·全国卷Ⅲ，11)②二次电池原理计算及应用[例](2018·全国卷Ⅰ，13)，(2018·全国卷Ⅱ，12)，(2018·全国卷Ⅲ，11)③金属的腐蚀及防护[例](2018·全国卷Ⅲ，7)，(2018·北京卷，7)，(2018·天津卷，3)④电解池原理及应用[例](2018·全国卷Ⅰ，27)，(2018·江苏卷，20)知识网络构建热点考点突破考点一原电池原理及其应用•▼命题规律：•1．题型：选择题、填空题。•2．考向：考查原电池电极的判断、电极和电池反应式的书写、电子的转移或电流方向的判断、电解质溶液中离子的移动方向及有关简单计算。•▼方法点拨：•1．原电池工作原理•2．原电池电极的判断•3．原电池电极反应式的书写4．燃料电池电极反应式的书写方法(1)找位置、写式子：负极“还原剂－ne－―→氧化产物”；正极“氧化剂＋ne－―→还原产物”。燃料中的碳、氢元素及助燃剂氧气在酸性介质分别转化为CO2、H＋；O2转化为H2O。碱性介质分别转化为CO2－3、H2O；O2转化为OH－。(2)查电荷，添离子：检查电极反应式的电荷是否守恒，若是在溶液中进行的反应，则可通过添加OH－或H＋的方法使电荷守恒，在酸性溶液中不添加OH－，在碱性溶液中不添加H＋。若是在熔融态电解质中进行的反应，则可添加熔融态电解质中的相应离子。(3)查原子，添物质：检查是否符合原子守恒，若是在溶液中进行的反应，可添加H2O使原子守恒。•1．(1)(2018·天津卷)O2辅助的Al—CO2电池工作原理如图所示。该电池电容量大，能有效利用CO2，电池反应产物Al2(C2O4)3是重要的化工原料。电池的负极反应式：__________________________________。电池的正极反应式：6O2＋6e－===6O－2、6CO2＋6O－2===3C2O2－4＋6O2。Al－3e－===Al3＋(或2Al－6e－===2Al3＋)•反应过程中O2的作用是___________。•该电池的总反应式：______________________________。催化剂2Al＋6CO2===Al2(C2O4)3•(2)(2017·江苏卷)一种熔融碳酸盐燃料电池原理示意图如图所示。电极A上H2参与的电极反应为：__________________________________________________。B上发生的电极反应为____________________________。电池工作时，CO向电极____________移动。H2＋CO2－3－2e－===CO2＋H2OO2＋2CO2＋4e－===2CO2－3A•作负极的物质是______________。•正极的电极反应式是_________________________________。(3)(2016·北京卷)用零价铁(Fe)去除水体中的硝酸盐(NO－3)已成为环境修复研究的热点之一。Fe还原水体中NO－3的反应原理如图所示。铁NO－3＋8e－＋10H＋===NH＋4＋3H2O•突破点拨•电池内部电流方向从负极到正极，故H＋从负极产生，流向正极参加正极反应。•解析(1)活泼金属作负极，负极为Al，所以反应一定是Al失电子，该电解质为氯化铝离子液体，所以Al失电子应转化为Al3＋，方程式为：Al－3e－===Al3＋。根据电池的正极反应，氧气在第一步被消耗，又在第二步生成，所以氧气为正极反应的催化剂。将方程式加和得到总反应为：2Al＋6CO2===Al2(C2O4)3。(2)A为负极，H2失电子，用CO2－3配平电荷可得电极反应式为H2＋CO2－3－2e－===CO2＋H2O，B为正极得电子，电极反应式为：O2＋2CO2＋4e－===2CO2－3，根据外电路电子流动方向可以确定内电路中阴离子向负极移动。(3)由Fe还原水体中的NO－3的反应原理图可知，Fe被氧化作负极；正极是硝酸根离子被还原为NH＋4，该溶液为酸性电解质溶液，结合元素和电荷守恒可知电极反应式为：NO－3＋8e－＋10H＋===NH＋4＋3H2O。•【变式考法】•(1)(2018·青州三模)利用环境中细菌对有机质的催化降解能力，科学家开发出了微生物燃料电池，其装置如图所示，a、b为惰性电极。利用该装置可将污水中的有机物(以C6H12O6为例)经氧化而除去，从而达到净化水的目的。•a极电极反应式为_____________________________________，若左侧有1molC6H12O6被消耗，则右侧溶液的质量增重________g。C6H12O6＋6H2O－24e－===6CO2↑＋24H＋216(2)(2018·清远期末)一种突破传统电池设计理念的镁—锑液态金属二次电池工作原理如图所示：该电池由于密度的不同，在重力作用下分为三层，工作时中间层熔融盐的组成不变。充电时，Cl－向______(填“上”或“下”)移动；放电时，正极的电极反应式为：_______________________。下Mg2＋＋2e－===Mg•(3)(2018·湖北七市联考)利用反应6NO2＋8NH3===7N2＋12H2O构成电池的方法，既能实现有效消除氮氧化物的排放，减轻环境污染，又能充分利用化学能，装置如图所示，写出正负极的电极反应式____________________________________________，•__________________________________________。负极：8NH3－24e－＋24OH－===4N2＋24H2O正极：6NO2＋24e－＋12H2O===3N2＋24OH－解析(1)燃料电池中C6H12O6在负极反应生成二氧化碳，电极反应式为C6H12O6＋6H2O－24e－===6CO2↑＋24H＋，有24molH＋迁移到右侧，增重24g，同时有6molO2进入溶液，增重192g，所以共增重：216g。(2)由图可知，该电池的负极是镁、正极是镁锑合金；充电时，镁是阴极、镁锑合金是阳极，所以C1－向下(阳极)移动；放电时，正极的电极反应式为Mg2＋＋2e－===Mg。(3)由反应6NO2＋8NH3===7N2＋12H2O可知，反应中NO2为氧化剂，NH3为还原剂，则A为负极发生氧化反应，B为正极发生还原反应，再根据电荷守恒和元素守恒可以写出电极反应式。2．(2018·湖北八校联考)某实验小组依据反应AsO3－4＋2H＋＋2I－===AsO3－3＋I2＋H2O设计电池如图1，探究pH对AsO3－4氧化性的影响，测得输出电压与pH的关系如图2。下列有关叙述错误的是()A．c点时，正极的电极反应为AsO3－4＋2H＋＋2e－===AsO3－3＋H2OB．b点时，反应处于化学平衡状态C．a点时，盐桥中K＋向左移动D．pH＞0.68时，氧化性I2＞AsO3－4解析由图可知，c点时，电压小于0，即反应逆向进行，负极反应式为AsO3－3－2e－＋H2O===AsO3－4＋2H＋，选项A错误；b点时，电压为零，反应处于平衡状态，选项B正确；a点时，反应正向进行，乙中碘离子失电子，则乙中石墨电极为负极，原电池中阳离子向正极移动，所以盐桥中K＋向左移动，选项C正确；pH＞0.68时，电压小于0，反应逆向进行，碘单质作氧化剂，所以氧化性I2＞AsO3－4，选项D正确。答案A•3．(2018·荆州质检)直接乙醇燃料电池(DEFC)具有很多优点，引起了人们的研究兴趣。现有以下三种乙醇燃料电池。•(1)三种乙醇燃料电池中正极反应物均为________。氧气(2)碱性乙醇燃料电池中，电极a上发生的电极反应式为_____________________________________________________，使用空气代替氧气，电池工作过程中碱性会不断下降，其原因是______________________________________________________________________________________________________________。(3)酸性乙醇燃料电池中，电极b上发生的电极反应式为_________________________________。(4)熔融盐乙醇燃料电池中若选择熔融碳酸钾为介质，电池工作时，CO2－3向电极_____(填“a”或“b”)移动，电极b上发生的电极反应式为_______________________________。C2H5OH＋16OH－－12e－===2CO2－3＋11H2O•空气中的CO2会与KOH溶液反应，降低溶液的碱性，同时反应中也会消耗KOHO2＋4H＋＋4e－===2H2OaO2＋2CO2＋4e－===2CO2－3解析(1)三种乙醇燃料电池中由于正极发生还原反应，所以正极反应物均为氧气。(2)碱性乙醇燃料电池中，乙醇中的C转化为CO2－3，电极a上发生的电极反应式为C2H5OH＋16OH－－12e－===2CO2－3＋11H2O，使用空气代替氧气，电池工作过程中碱性会不断下降，其原因是空气中的CO2会与KOH溶液反应，降低溶液的碱性，同时反应中也会消耗KOH。(3)酸性乙醇燃料电池中，电极b为正极，其上发生的电极反应式为O2＋4H＋＋4e－===2H2O。(4)熔融盐乙醇燃料电池中若选择熔融碳酸钾为介质，电池工作时，CO2－3向负极电极a移动，电极b上发生还原反应，电极反应式为O2＋2CO2＋4e－===2CO2－3。电极反应式的书写(1)原电池中一般电极反应式的书写：(2)复杂的电极反应式＝总反应式－较简单一极的电极反应式。•▼命题规律：•1．题型：选择题、填空题。•2．考向：根据电解现象判断电源正、负极，并进一步考查离子移向，电极反应及简单计算。根据电源正、负极考查电解相关基础知识。电解原理在工农业生产中的应用。考点二电解原理及其应用•▼方法点拨：•1．“5点”突破电解池原理应用问题•(1)分清阴极、阳极——与电源正极相连的为阳极，与电源负极相连的为阴极，两极的反应为“阳氧阴还”。•(2)剖析离子移向——阳离子移向阴极，阴离子移向阳极。•(3)书写电极反应式——注意得失电子守恒。•(4)正确判断电极反应和产物——①阳极如果是活性电极，则电极材料失电子，电极溶解(注意：铁作阳极溶解生成Fe2＋，而不是Fe3＋)；如果是惰性电极，溶液中阴离子的失电子能力(放电顺序)为S2－I－Br－Cl－OH－(水)。②阴极产物根据阳离子的放电顺序进行判断：Ag＋Hg2＋Fe3＋Cu2＋H＋Pb2＋Fe2＋Zn2＋。(5)电解质恢复措施——电解后电解质溶液恢复用质量守恒法分析。一般是加入阳极产物和阴极产物的化合物，但也有特殊情况，如用惰性电极电解CuSO4溶液，Cu2＋完全放电之前，可加入CuO或CuCO3复原，而Cu2＋完全放电之后，应加入Cu(OH)2或Cu2(OH)2CO3复原。•2．电化学计算破题“三方法”•原电池和电解池的计算包括两极产物的定量计算、溶液pH的计算、相对原子质量和阿伏加德罗常数的计算、产物的量与电量关系的计算等。通常有下列三种方法：•(1)根据电子守恒计算•用于串联电路中阴阳两极产物、正负两极产物、相同电量等类型的计算，其依据是电路中转移的电子数相等。•(2)根据总反应式计算•先写出电极反应式，再写出总反应式，最后根据总反应式列出比例式计算。•(3)根据关系式计算•根据得失电子守恒定律建立已知量与未知量之间的桥梁，构建计算所需的关系式。•1．(1)(2018·全国卷Ⅰ)制备Na2S2O5也可采用三室膜电解技术，装置如图所示，其中SO2碱吸收液中含有NaHSO3和Na2SO3。阳极的电极反应式为_________________________。电解后，____室的NaHSO3浓度增加。将该室溶液进行结晶脱水，可得到