2019-2020年高考化學(xué)一輪復(fù)習(xí) 電化學(xué)基礎(chǔ)學(xué)案.doc
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2019-2020年高考化學(xué)一輪復(fù)習(xí) 電化學(xué)基礎(chǔ)學(xué)案.doc
2019-2020年高考化學(xué)一輪復(fù)習(xí) 電化學(xué)基礎(chǔ)學(xué)案
【知識(shí)要點(diǎn)】
要點(diǎn)一、原電池原理:將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置
☆1.原電池構(gòu)成條件:
①兩個(gè)活動(dòng)性不同的電極(可以是金屬材料,也可以是導(dǎo)電的非金屬材料石墨); ②將電極插入電解質(zhì)溶液中;③形成閉合回路 ; ④能自發(fā)的進(jìn)行的氧化還原反應(yīng)。
易錯(cuò)點(diǎn):1、原電池正負(fù)極的判斷 2、原電池電極反應(yīng)式以及總電池反應(yīng)方程式書寫
★溫馨提示:注意構(gòu)成原電池電解質(zhì)溶液與電極反應(yīng)類型
( D )例1.已知能設(shè)計(jì)成原電池的反應(yīng)通常是放熱反應(yīng),下列化學(xué)反應(yīng)在理論上可以設(shè)計(jì)原電池的是
A. C(s)+CO2(g)==2CO(g) △H>0
B. NaOH(aq)+HCl(aq)==NaCl(aq)+H2O(l) △H<0
C. 4HNO3(aq)==4NO2(g )+O2(g)+2H2O (l ) △H<0
D. 2C2H6(g)+7O2(g)===4CO2(g)+6H2O(l) △H<0
( D )例2.將純鋅片和純鋁片按圖示1方式插入同濃度的NaOH溶液中一段時(shí)間,以下敘述正確的是
A.兩燒杯中鋁片表面均有氣泡產(chǎn)生
B.甲中鋁片是正極,乙中鋅片是負(fù)極
C.兩燒杯中溶液的pH均增大
D.產(chǎn)生氣泡的速度甲比乙快
★溫馨提示: 1、(含有鹽橋的原電池)鹽橋作用:
①平衡兩個(gè)燒杯中電解質(zhì)溶液陰、陽離子電荷; ②構(gòu)成閉合的回路。2、判斷鹽橋中K+、Cl-離子移動(dòng)方向(記憶:原電池——陰離子移向負(fù)極,陽離子移向正極)
( C )例3.有關(guān)圖2所示原電池的敘述不正確的是(鹽橋中裝有含瓊膠的KCl飽和溶液)
A、 Z鋅片做原電池的負(fù)極
B、 取出鹽橋后,電流計(jì)不發(fā)生偏轉(zhuǎn)
C、 反應(yīng)中,鹽橋中的Cl-會(huì)移向CuSO4溶液
D、 反應(yīng)前后銅棒的質(zhì)量增加
★ 溫馨提示:利用氧化還原反應(yīng)設(shè)計(jì)原電池
★ 還原性強(qiáng)物質(zhì)(①活潑金屬(Mg、Al、Fe)②燃料(CH4、C2H6、甲醇、乙醇、肼(N2H4))→負(fù)極→電子流出→發(fā)生氧化反應(yīng);
★ 氧化性強(qiáng)的物質(zhì)(Ag+、Fe3+、Cu2+、H+、O2、Cl2、HNO3等)→正極(惰性電極(包括鉑電極、石墨電極))→電子流入→發(fā)生還原反應(yīng)。
要點(diǎn)二、☆設(shè)計(jì)原電池以及電極反應(yīng)和總反應(yīng)的書寫(包括化學(xué)方程式和離子方程式)
例4.以Fe3+和Cu反應(yīng)(印刷電路板)設(shè)計(jì)原電池(要求包含鹽橋)畫出裝置圖,并標(biāo)明正負(fù)極以及書寫電極反應(yīng)、反應(yīng)類型。
負(fù)極:Cu-2e-=Cu2+(氧化反應(yīng))
正極:2Fe3++3e-=2Fe(還原反應(yīng))
總反應(yīng):Cu+2Fe3+=Cu2++2Fe
要點(diǎn)三、☆判斷電極金屬活潑性
( B )例5.有一合金由X、Y、Z、W四種金屬組成,若將合金放入鹽酸中只有Z、Y能溶解;若將合金置于潮濕空氣中,表面只出現(xiàn)Z的化合物;若將該合金做陽極,用X鹽溶液作電解液,通電時(shí)四種金屬都以離子形式進(jìn)入溶液中,但在陰極上只析出X。這四種金屬的活動(dòng)性順序是
A.Y>Z>W(wǎng)>X B.Z>Y>W(wǎng)>X C.W>Z>Y>X D.X>Y>Z>W(wǎng)
要點(diǎn)四、☆化學(xué)電源與燃料電池 將氫氣、甲烷、乙醇等物質(zhì)在氧氣中燃燒的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能的裝置叫燃料電池。燃料電池的基本組成為電極、電解質(zhì)、燃料和氧化劑。燃料電池優(yōu)點(diǎn)能量利用率高,無污染。
⑴氫氧燃料電池以氫氣為燃料,氧氣為氧化劑,鉑做電極,使用酸性電解質(zhì)。它的的工作原理:負(fù)極: 2H2-4e- =4H+ 正極:4H++O2+4e- =2H2O
⑵堿性氫氧燃料電池(以KOH溶液為電解質(zhì)):
負(fù)極: 2H2-4e- +4OH-=4H2O 總電池反應(yīng): 2H2+O2==2H2O
(3)甲烷燃料電池(KOH做電解質(zhì))
負(fù)極:CH4-8e-+ 10OH-=CO32-+H2O 正極:4H2O+2O2+8e- =8OH-。
電池總反應(yīng)式為: CH4+2O2+2KOH=K2CO3+3H2O 。
(4)高能燃料肼(N2H4)—O2—硫酸溶液構(gòu)成燃料電池:
負(fù)極: N2H4-4 e-=N2+4H+ 總電池反應(yīng): N2H4+O2=N2+2H2O 。
( B)例6.一種燃料電池中發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)為:在酸性溶液中甲醇與氧氣作用生成水和碳酸根離子。該電池正極發(fā)生的反應(yīng)是
A.CH3OH(g)+O2(g)=H2O(1)+CO2(g)+2H+(aq)+2e- B.O2(g)+4H+(aq)+4e-=2H2O(1)
C.CH3OH(g)+H2O(1)=CO2(g)+6H+(aq)+6e- D.O2(g)+2H2O(1)+4e-=4OH-
( D )例7.一種新型燃料電池,以鎳板為電極插入KOH溶液中,分別向兩極通丙烷(C3H8)和氧氣,其中某一電極反應(yīng)為:C3H8+26OH-+20e-==3CO32-+17H2O.有關(guān)此電池的推斷錯(cuò)誤的是
A.通氧氣的電極為正極 B. 參加反應(yīng)的C3H8與O2的物質(zhì)的量之比為1:5
C.放電一段時(shí)間后,負(fù)極附近溶液的PH減小
D.放電一段時(shí)間后,電解質(zhì)KOH物質(zhì)的量濃度不變
要點(diǎn)五、☆電解原理:電解池是將電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能的裝置,在電解池中,陽極發(fā)生氧化反應(yīng)、陰極發(fā)生還原反應(yīng)。電解時(shí)電極產(chǎn)物的判斷:
① 陽極產(chǎn)物判斷:首先看電極,如果是活性電極(金屬活動(dòng)順序表Ag以前的金屬),則電極材料失電子,電極溶解。如果是惰性電極(Pt、Au、石墨),則要再看溶液中的陰離子的失電子能力。陰離子放電順序如下:S2->I->Br->Cl->OH->SO>NO
② 陰極產(chǎn)物的判斷:直接根據(jù)陽離子放電順序進(jìn)行判斷,陽離子放電順序:
Ag+>Hg2+>Fe3+>Cu2+>H+>Pb2+>Sn2+>Fe2+>Zn2+>Al3+>Mg2+>Na+>Ca2+>K+
(C )例8.pH=a的某電解質(zhì)溶液中,插入兩支惰性電極通直流電一段時(shí)間后,溶液的pH>a,則該電解質(zhì)可能是
A.H2SO4 B.AgNO3 C.NaCl D.Ba(NO3)2
(D )例9.用Pt電極電解含有各0.1molCu2+和X3+的溶液,陰極析出固體物質(zhì)的質(zhì)量m(g)與溶液中通過電子的物質(zhì)的量n(mol)的關(guān)系見圖示。則離子的氧化能力由大到小排列正確的
A.Cu2+>X3+>H+ B.H+>X3+>Cu2+
C.X3+>H+>Cu2+ D.Cu2+>H+>X3+
要點(diǎn)六、☆(惰性電極)電解電解質(zhì)溶液的類型
類型
實(shí)例
電極反應(yīng)特點(diǎn)
電解對(duì)象
電解質(zhì)濃度
pH
溶液復(fù)原
電解水
NaOH
陰:2H++2e-====H2↑
陽:4OH--4e-====2H2O+O2↑
水
增大
增大
水
H2SO4
水
增大
減小
水
Na2SO4
水
增大
不變
水
電解電解質(zhì)
HCl
電解質(zhì)電離出的陰陽離子分別在兩極放電
電解質(zhì)
減小
增大
氯化氫
CuCl2
電解質(zhì)
減小
—
氯化銅
放H2生堿
NaCl
陰極:H2O放H2生堿
陽極:電解質(zhì)陰離子放電
電解質(zhì)
和水
生成新
電解質(zhì)堿
增大
氯化氫
放O2生酸
CuSO4
陰極:電解質(zhì)陽離子放電
陽極:H2O放O2生酸
電解質(zhì)
和水
生成新
電解質(zhì)酸
減小
氧化銅
( D )例10.用石墨電極持續(xù)電解下列溶液(電流強(qiáng)度不變),電解后溶液的PH變小的是
(1)HCl (2)H2SO4 (3)NaOH (4)Na2SO4 (5)CuSO4 (6)KCl
A.(1)(2)(5) B.(3)(4)(6) C.(4)(5)(6) D.(2)(5)
( B )例11.關(guān)于電解飽和食鹽水(NaCl水溶液),下列敘述正確的是
A.電解時(shí)在陽極得到氯氣,在陰極得到金屬鈉
B.若在陽極附近的溶液中滴入KI試液,溶液呈棕色
C.若在陰極附近的溶液中滴入酚酞試液,溶液呈無色
D.電解一段時(shí)間后,將全部電解液轉(zhuǎn)移到燒杯中,充分?jǐn)嚢韬笕芤撼手行?
要點(diǎn)七、☆電解原理的應(yīng)用
(1)電解精煉銅:粗銅作陽極,精銅作陰極,CuSO4溶液作電解質(zhì)溶液。電解時(shí),發(fā)生如下反應(yīng):陽極Cu-2e-=Cu2+(主要),陰極Cu2++2e-=Cu。陽極泥中存在金、銀等不活潑的貴重金屬,陰極得到純銅。
(2)電鍍銅:精銅作陽極,鍍件金屬作陰極,硫酸銅(或其他可溶性銅鹽)溶液作電解質(zhì)溶液,從理論上講電鍍時(shí)電解質(zhì)溶液組成、濃度和質(zhì)量不變化。電極反應(yīng):陽極Cu-2e-=Cu2+,陰極Cu2++2e-=Cu。
(3)氯堿工業(yè):陽極2Cl--2e-=Cl2↑, 陰極2H++2e-=H2↑
總反應(yīng)2NaCl+2H2O2NaOH+H2↑+Cl2↑(反應(yīng)條件:直流電)(4)冶煉金屬:電解熔融電解質(zhì),可煉得活潑金屬。如:K、Na、Ca、Mg、Al等金屬可通過電解其熔融的氯化物或氧化物制得。如電解冶煉鋁:總反應(yīng)式為:2Al2O34Al+3O2↑。
例12.電解原理在化學(xué)工業(yè)中有廣泛應(yīng)用。右圖表示一個(gè)電解池,裝有電解液a;X、Y是兩塊電極板,通過導(dǎo)線與直流電源相連。請(qǐng)回答以下問題:
(1)若X、Y都是惰性電極,a是飽和NaCl溶液,實(shí)驗(yàn)開始時(shí),同時(shí)在兩邊各滴入幾滴酚酞試液,則
① 電解池中X極上的電極反應(yīng)式為 2H++e-=H2↑ ;在X極附近觀察到的現(xiàn)象是 溶液變紅色 。
② Y電極上的電極反應(yīng)式為 2Cl——2e-=Cl2_↑ ;檢驗(yàn)該電極反應(yīng)產(chǎn)物的方法是 用濕潤(rùn)的淀粉碘化鉀試紙檢驗(yàn),試紙變藍(lán),證明生成產(chǎn)物為氯氣 。
③寫出總的電解反應(yīng)離子方程式 2Cl-+2H2O 2OH-+H2↑+Cl2↑ 。
(2)如要用電解方法精煉粗銅,電解液a選用CuSO4溶液,則
① X電極的材料是純銅 ,電極反應(yīng)式是 Cu—2e-=Cu2+ 。
② Y電極的材料是 粗銅 ,電極反應(yīng)式是 Cu2+ +2e-= Cu 。
(說明:雜質(zhì)發(fā)生的電極反應(yīng)不必寫出)
要點(diǎn)八、 ☆金屬的電化學(xué)腐蝕
(1)化學(xué)腐蝕是金屬與接觸到的物質(zhì)直接反應(yīng),金屬直接被腐蝕,無電流產(chǎn)生,如Fe與Cl2
(2)電化學(xué)腐蝕是不純金屬接觸到電解質(zhì)溶液發(fā)生原電池反應(yīng),較活潑金屬被腐蝕有電流產(chǎn)生。
(3)電化學(xué)腐蝕:舉例鋼鐵生銹(析氫腐蝕、吸氧腐蝕)
電化學(xué)腐蝕
析氫腐蝕
吸氧腐蝕
條 件
水膜呈 酸性
水膜呈 弱酸性或中性
電極
反應(yīng)
負(fù)極(Fe極)
Fe+2e-=Fe2+
Fe+2e-=Fe2+
正極(C極)
2H++e-=H2↑
O2+4e-+2H2O=4 OH-
總反應(yīng)
Fe+2H+= Fe2++ H2↑
2Fe+2H2O+O2= 2Fe(OH)2
聯(lián)系
★溫馨提示:析氫腐蝕主要發(fā)生在強(qiáng)酸性環(huán)境中,而吸氧腐蝕發(fā)生在弱酸性或中性環(huán)境中。
( C )例13.鋼鐵發(fā)生吸氧腐蝕時(shí),正極上發(fā)生的電極反應(yīng)是( )
A. 2H++2e-=H2 B. Fe2++2e-=Fe C. 2H2O+O2+4e-=4OH- D. Fe3++e-=Fe2+
( C )例14.鋼鐵在銹蝕過程中,下列6種變化可能發(fā)生的是
①、Fe直接由0價(jià)轉(zhuǎn)化為+3價(jià) ②、Fe有+2價(jià)轉(zhuǎn)化為+3價(jià) ③、O2被還原
④、Fe(OH)3失水形成Fe2O3H2O ⑤、雜質(zhì)碳被氧化除去 ⑥、有H2產(chǎn)生
A. ①②④⑤ B. ③④⑤ C. ②③④⑥ D. ①②③④⑤
★溫馨提示:金屬腐蝕快慢的規(guī)律
①電解池的陽極腐蝕 > 原電池負(fù)極腐蝕> 化學(xué)腐蝕>有防護(hù)措施的腐蝕
②對(duì)于同一種金屬,腐蝕的快慢:強(qiáng)電解質(zhì)> 弱電解質(zhì)> 非電解質(zhì)
③兩種金屬活潑性差別越大,腐蝕越快。如:Zn—Fe原電池,Zn—Cu原電池后者腐蝕更快。
( D )例15.如圖各容器中盛有海水,鐵在其中腐蝕時(shí)由快到慢的順序是
A.③>②>④>① B.②>①>③>④ C.④>②>③>① D.④>②>①>③
( B )例16.下列關(guān)于金屬腐蝕的敘述正確的是
A.金屬在潮濕情況下的腐蝕實(shí)質(zhì)是M+ nH2O====M(OH)n+H2↑
B.金屬的化學(xué)腐蝕實(shí)質(zhì)是M-ne-Mn+,電子直接轉(zhuǎn)移給氧化劑
C.金屬的化學(xué)腐蝕必須在酸性條件下進(jìn)行
D.在潮濕的中性環(huán)境中,金屬的電化學(xué)腐蝕主要是析氫腐蝕
要點(diǎn)九、☆有關(guān)電化學(xué)(原電池、電解池)轉(zhuǎn)移電子計(jì)算
( D )例17.把分別盛有熔融的氯化鉀、氯化鎂、氧化鋁的三個(gè)電解槽串聯(lián),在一定條件下通電一段時(shí)間后,析出鉀、鎂、鋁的物質(zhì)的量之比為
A.1︰2︰3 B.3︰2︰1 C.6︰3︰1 D.6︰3︰2
( D )例18.用惰性電極電解一定濃度的硫酸銅溶液,通電一段時(shí)間后,向所得的溶液中加入0.1mol Cu(OH)2后恰好恢復(fù)到電解前的濃度和pH。則電解過程中轉(zhuǎn)移的電子數(shù)為
A.0.1mol B. 0.2mol C. 0.3mol D. 0.4mol
( A )例19 .甲、乙兩個(gè)電解池均以Pt為電極,且互相串聯(lián),甲池中盛有AgNO3溶液,乙池中盛有一定量的某鹽溶液。通電一段時(shí)間后,測(cè)得甲池中電極質(zhì)量增加2.16g,乙池中電極上析出0.64g金屬,則乙池中溶質(zhì)可能是 ( A )
A.CuSO4 B. MgSO4 C. Al(NO3)3 D. AgNO3
要點(diǎn)十、☆原電池和電解池的綜合應(yīng)用
例20.右圖3所示的裝置:
(1)當(dāng)A鍵斷開,B、C兩鍵閉合時(shí),
甲為__原電池___池,乙為__原電池___池。
(2)若將乙池中鐵電極也換為銅電極,同時(shí)斷開B、C兩鍵,閉合A鍵,則甲為___原電池_池,其中Cu電極為_負(fù)_ 極,電極反應(yīng)式__ 2H++e-=H2↑ _,乙為___電解池___池,其中左端Cu電極名稱___陽極__,電極反應(yīng)式________Cu-2e-=Cu2+____;
(3)工作一段時(shí)間,甲中電解質(zhì)溶液PH值__增大_(填增大、減小、或不變)。
例21. 燃料電池具有廣闊的發(fā)展前途,科學(xué)家近年研制出一種微型的燃料電池,采用甲醇取代氫氣做燃料可以簡(jiǎn)化電池設(shè)計(jì),該電池有望取代傳統(tǒng)電池。某學(xué)生在實(shí)驗(yàn)室利用堿性甲醇燃料電池電解Na2SO4溶液。
請(qǐng)根據(jù)圖示回答下列問題:
(1)圖中a電極是 陽極 (填“正極”、“負(fù)極”、“陰極”或“陽極”)。該電極上發(fā)生的電極反應(yīng)式為 4OH- –4e-=2H2O+O2 。
(2)堿性條件下,通入甲醇的一極發(fā)生的電極反應(yīng)式為 CH3OH–6e-+8OH-=CO32-+6H2O 。
(3)當(dāng)消耗3.36 L 氧氣時(shí)(已折合為標(biāo)準(zhǔn)狀況),理論上電解Na2SO4溶液生成氣體的總物質(zhì)的量是 0.45 mol。
(4)25℃、101kPa時(shí),燃燒16g甲醇生成CO2和H2O(l),放出的熱量為363.26 kJ,寫出甲醇燃燒的熱化學(xué)方程式: 2CH3OH(l)+3O2(g)=2CO2(g)-+4H2O 。