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專題七電化學 1 理解原電池和電解池的工作原理 能寫出常見的簡單電極反應(yīng)和電池反應(yīng)方程式 2 了解常見的化學電源 認識化學能與電能相互轉(zhuǎn)化的實際意義及其重要應(yīng)用 3 認識金屬腐蝕的危害 理解金屬發(fā)生電化學腐蝕的原因 能運用恰當?shù)拇胧┓乐硅F 鋁等金屬腐蝕 考綱要求 考點一原電池原理的全面突破 欄目索引 考點二幾種重要的化學電池 考點三電解池的 不尋常 應(yīng)用 考點四金屬腐蝕與防護的 兩種比較 兩種方法 考點五利用 電子守恒 思想突破電化學的計算 1 通常只有能自發(fā)進行的氧化還原反應(yīng)才能設(shè)計成原電池 2 工作原理以鋅銅原電池為例 考點一原電池原理的全面突破 知識精講 Zn 2e Zn2 Cu2 2e Cu 氧化反應(yīng) 還原反應(yīng) 正極 負極 說明 1 無論是裝置 還是裝置 電子均不能通過電解質(zhì)溶液 2 在裝置 中 由于不可避免會直接發(fā)生Zn Cu2 Cu Zn2 而使化學能轉(zhuǎn)化為熱能 所以裝置 的能量轉(zhuǎn)化率高 1 2013 廣東理綜 33 2 3 2 能量之間可相互轉(zhuǎn)化 電解食鹽水制備Cl2是將電能轉(zhuǎn)化為化學能 而原電池可將化學能轉(zhuǎn)化為電能 設(shè)計兩種類型的原電池 探究其能量轉(zhuǎn)化效率 限選材料 ZnSO4 aq FeSO4 aq CuSO4 aq 銅片 鐵片 鋅片和導(dǎo)線 完成原電池甲的裝置示意圖 見上圖 并作相應(yīng)標注 要求 在同一燒杯中 電極與溶液含相同的金屬元素 題組集訓 題組一對比設(shè)計兩類原電池 以銅片為電極之一 CuSO4 aq 為電解質(zhì)溶液 只在一個燒杯中組裝原電池乙 工作一段時間后 可觀察到負極 甲 乙兩種原電池可更有效地將化學能轉(zhuǎn)化為電能的是 其原因是 由于金屬活動性Zn Fe Cu 鋅片或鐵片作負極 由于Zn或Fe直接與CuSO4溶液接觸 工作一段時間后 負極逐漸溶解 表面有紅色固體析出 帶有鹽橋的甲原電池中負極沒有和CuSO4溶液直接接觸 二者不會直接發(fā)生置換反應(yīng) 化學能不會轉(zhuǎn)化為熱能 幾乎全部轉(zhuǎn)化為電能 而原電池乙中的負極與CuSO4溶液直接接觸 兩者會發(fā)生置換反應(yīng) 部分化學能轉(zhuǎn)化為熱能 化學能不可能全部轉(zhuǎn)化為電能 解析 根據(jù)題給條件和原電池的構(gòu)成條件可得 a 若用Zn Cu CuSO4 aq ZnSO4 aq 組成原電池 Zn作負極 Cu作正極 Zn插入到ZnSO4 aq 中 Cu插入到CuSO4 aq 中 b 若用Fe Cu FeSO4 aq CuSO4 aq 組成原電池 Fe作負極 Cu作正極 Fe插入到FeSO4 aq 中 Cu插入到CuSO4 aq 中 c 注意 畫圖時要注意電極名稱 電極材料 電解質(zhì)溶液名稱 或化學式 并形成閉合回路 答案 或其他合理答案 電極逐漸溶解 表面有紅色固體析出 甲在甲裝置中 負極不和Cu2 接觸 避免了Cu2 直接與負極發(fā)生反應(yīng)而使化學能轉(zhuǎn)化為熱能 3 根據(jù)犧牲陽極的陰極保護法原理 為減緩電解質(zhì)溶液中鐵片的腐蝕 在 2 的材料中應(yīng)選 作陽極 解析由犧牲陽極的陰極保護法可得 鐵片作正極 陰極 時被保護 作負極 陽極 時被腐蝕 所以應(yīng)選擇比鐵片更活潑的鋅作負極 陽極 才能有效地保護鐵不被腐蝕 鋅片 方法歸納 原電池的設(shè)計思路首先根據(jù)離子方程式判斷出氧化劑 還原劑 明確電極反應(yīng) 然后再分析兩劑狀態(tài)確定電極材料 若為固態(tài)時可作電極 若為溶液時則只能作電解質(zhì)溶液 然后補充缺少的電極材料及電解質(zhì)溶液 電極材料一般添加與電解質(zhì)溶液中陽離子相同的金屬作電極 使用惰性電極也可 電解質(zhì)溶液則是一般含有與電極材料形成的陽離子相同的物質(zhì) 最后再插入鹽橋即可 題組二 鹽橋 的作用與化學平衡的移動2 控制適合的條件 將反應(yīng)2Fe3 2I 2Fe2 I2設(shè)計成如下圖所示的原電池 下列判斷不正確的是 A 反應(yīng)開始時 乙中石墨電極上發(fā)生氧化反應(yīng)B 反應(yīng)開始時 甲中石墨電極上Fe3 被還原C 電流表讀數(shù)為零時 反應(yīng)達到化學平衡狀態(tài)D 電流表讀數(shù)為零后 在甲中溶入FeCl2固體 乙中的石墨電極為負極解析由圖示結(jié)合原電池原理分析可知 Fe3 得電子生成Fe2 被還原 I 失去電子生成I2被氧化 所以A B正確 電流表讀數(shù)為零時Fe3 得電子速率等于Fe2 失電子速率 反應(yīng)達到平衡狀態(tài) D項在甲中溶入FeCl2固體 平衡2Fe3 2I 2Fe2 I2向左移動 I2被還原為I 乙中石墨為正極 不正確 答案D 3 某同學為探究Ag 和Fe2 的反應(yīng) 按下圖連接裝置并加入藥品 鹽橋中的物質(zhì)不參與反應(yīng) 發(fā)現(xiàn)電壓表指針偏移 電子由石墨經(jīng)導(dǎo)線流向銀 放置一段時間后 向甲燒杯中逐漸加入濃Fe2 SO4 3溶液 發(fā)現(xiàn)電壓表指針的變化依次為偏移減小 回到零點 逆向偏移 則電壓表指針逆向偏移后 銀為 極 填 正 或 負 由實驗得出Ag 和Fe2 反應(yīng)的離子方程式是 失誤防范 1 把氧化劑 還原劑均為溶液狀態(tài)的氧化還原反應(yīng)設(shè)計成原電池時 必須使用鹽橋才能實現(xiàn)氧化劑與還原劑的分離 否則不會有明顯的電流出現(xiàn) 2 電子流向的分析方法 1 改變條件 平衡移動 2 平衡移動 電子轉(zhuǎn)移 3 電子轉(zhuǎn)移 判斷區(qū)域 4 根據(jù)區(qū)域 判斷流向 5 根據(jù)流向 判斷電極 考點二幾種重要的化學電池 高考中常見的新型電池有 氫鎳電池 高鐵電池 堿性鋅錳電池 海洋電池 燃料電池 如新型細菌燃料電池 氫氧燃料電池 丁烷燃料電池 甲醇質(zhì)子交換膜燃料電池 CO燃料電池 鋰離子電池 鋅銀電池 紐扣電池 Mg AgCl電池 Mg H2O2電池 等 新型電池是對電化學原理的綜合考查 在高考中依托新型電池考查的電化學原理知識有以下幾點 知識精講 1 判斷電極 1 放電 時正 負極的判斷 負極 元素化合價升高或發(fā)生氧化反應(yīng)的物質(zhì) 正極 元素化合價降低或發(fā)生還原反應(yīng)的物質(zhì) 2 充電 時陰 陽極的判斷 陰極 放電 時的負極在 充電 時為陰極 陽極 放電 時的正極在 充電 時為陽極 2 微粒流向 1 電子流向 電解池 電源負極 陰極 陽極 電源正極 原電池 負極 正極 提示 無論是電解池還是原電池電子均不能流經(jīng)電解質(zhì)溶液 2 離子流向 電解池 陽離子移向陰極 陰離子移向陽極 原電池 陽離子移向正極 陰離子移向負極 3 書寫電極反應(yīng)式 1 放電 時電極反應(yīng)式的書寫 依據(jù)條件 指出參與負極和正極反應(yīng)的物質(zhì) 根據(jù)化合價的變化 判斷轉(zhuǎn)移電子的數(shù)目 根據(jù)守恒書寫負極 或正極 反應(yīng)式 特別應(yīng)注意電極產(chǎn)物是否與電解質(zhì)溶液共存 2 充電 時電極反應(yīng)式的書寫充電時的電極反應(yīng)與放電時的電極反應(yīng)過程相反 充電的陽極反應(yīng)為放電時正極反應(yīng)的逆過程 充電的陰極反應(yīng)為放電時負極反應(yīng)的逆過程 特別提醒在書寫 放電 時電極反應(yīng)式時 要注意 1 陽離子在正極上參與反應(yīng) 在負極上就必須生成 2 陰離子在負極上參與反應(yīng) 在正極上就必須生成 題組集訓 題組一 一池多變 的燃料電池 1 一種基于酸性燃料電池原理設(shè)計的酒精檢測儀 負極上的反應(yīng)為CH3CH2OH 4e H2O CH3COOH 4H 下列有關(guān)說法正確的是 A 檢測時 電解質(zhì)溶液中的H 向負極移動B 若有0 4mol電子轉(zhuǎn)移 則在標準狀況下消耗2 24L氧氣C 電池反應(yīng)的化學方程式為CH3CH2OH O2 CH3COOH H2OD 正極上發(fā)生的反應(yīng)為O2 4e 2H2O 4OH 解析解答本題時審題是關(guān)鍵 反應(yīng)是在酸性電解質(zhì)溶液中進行的 在原電池中 陽離子要往正極移動 故A錯 因電解質(zhì)溶液是酸性的 不可能存在OH 故正極的反應(yīng)式為O2 4H 4e 2H2O 轉(zhuǎn)移4mol電子時消耗1molO2 則轉(zhuǎn)移0 4mol電子時消耗2 24LO2 故B對 D錯 電池反應(yīng)式即正 負極反應(yīng)式之和 將兩極的反應(yīng)式相加可知C正確 答案BC 2 2015 江蘇 10 一種熔融碳酸鹽燃料電池原理示意如圖 下列有關(guān)該電池的說法正確的是 C項 原電池工作時 陰離子移向負極 而B極是正極 錯誤 答案D 類型 全 歸納 不同 介質(zhì) 下燃料電池電極反應(yīng)式的書寫 大多數(shù)學生感到較難 主要集中在 一是得失電子數(shù)目的判斷 二是電極產(chǎn)物的判斷 下面以CH3OH O2燃料電池為例 分析電極反應(yīng)式的書寫 1 酸性介質(zhì) 如H2SO4 CH3OH在負極上失去電子生成CO2氣體 O2在正極上得到電子 在H 作用下生成H2O 電極反應(yīng)式為 負極 CH3OH 6e H2O CO2 6H 正極 O2 6e 6H 3H2O 4 摻雜Y2O3的ZrO3固體作電解質(zhì) 在高溫下能傳導(dǎo)正極生成的O2 根據(jù)O2 移向負極 在負極上CH3OH失電子生成CO2氣體 而O2在正極上得電子生成O2 電極反應(yīng)式為負極 CH3OH 6e 3O2 CO2 2H2O正極 O2 6e 3O2 題組二 久考不衰 的可逆電池 一 傳統(tǒng) 可逆電池的考查3 鎳鎘 Ni Cd 可充電電池在現(xiàn)代生活中有廣泛應(yīng)用 已知某鎳鎘電池的電解質(zhì)溶液為KOH溶液 其充 放電按下式進行 Cd 2NiOOH 2H2OCd OH 2 2Ni OH 2 有關(guān)該電池的說法正確的是 A 放電時負極得電子 質(zhì)量減輕B 放電時電解質(zhì)溶液中的OH 向正極移動C 充電時陰極附近溶液的pH減小D 充電時陽極反應(yīng) Ni OH 2 e OH NiOOH H2O 解析該可充電電池的放電過程的電極反應(yīng)式為負極 Cd 2e 2OH Cd OH 2 正極 2NiOOH 2H2O 2e 2Ni OH 2 2OH 所以正確選項為D 答案D 二 新型 可逆電池的考查4 2014 新課標全國卷 12 2013年3月我國科學家報道了如圖所示的水溶液鋰離子電池體系 下列敘述錯誤的是 A a為電池的正極B 電池充電反應(yīng)為LiMn2O4 Li1 xMn2O4 xLiC 放電時 a極鋰的化合價發(fā)生變化D 放電時 溶液中Li 從b向a遷移解析圖示所給出的是原電池裝置 A項 由圖示分析 金屬鋰易失電子 由原電池原理可知 含有鋰的一端為原電池的負極 即b為負極 a為正極 故正確 B項 電池充電時為電解池 反應(yīng)式為原電池反應(yīng)的逆反應(yīng) 故正確 C項 放電時 a極為原電池的正極 發(fā)生還原反應(yīng)的是Mn元素 鋰元素的化合價沒有變化 故不正確 D項 放電時為原電池 鋰離子應(yīng)向正極 a極 遷移 故正確 答案C 5 1 2015 四川理綜 11 5 FeSO4在一定條件下可制得FeS2 二硫化亞鐵 納米材料 該材料可用于制造高容量鋰電池 電池放電時的總反應(yīng)為4Li FeS2 Fe 2Li2S 正極反應(yīng)式是 FeS2 4Li 4e Fe 2Li2S或FeS2 4e Fe 2S2 2 2015 廣東理綜 32 5 一種可超快充電的新型鋁電池 充放電時AlCl和Al2Cl兩種離子在Al電極上相互轉(zhuǎn)化 其他離子不參與電極反應(yīng) 放電時負極Al的電極反應(yīng)式為 方法歸納 鋰離子電池充放電分析常見的鋰離子電極材料正極材料 LiMO2 M Co Ni Mn等 LiM2O4 M Co Ni Mn等 LiMPO4 M Fe等 負極材料 石墨 能吸附鋰原子 負極反應(yīng) LixCn xe xLi nC正極反應(yīng) Li1 xMO2 xLi xe LiMO2總反應(yīng) Li1 xMO2 LixCnnC LiMO2 題組三 廣泛應(yīng)用 的高科技電池6 氣體的自動化檢測中常常應(yīng)用原電池原理的傳感器 下圖為電池的工作示意圖 氣體擴散進入傳感器 在敏感電極上發(fā)生反應(yīng) 傳感器就會接收到電信號 下表列出了待測氣體及敏感電極上部分反應(yīng)產(chǎn)物 則下列說法中正確的是 A 上述氣體檢測時 敏感電極均作原電池正極B 檢測Cl2氣體時 敏感電極的電極反應(yīng)為Cl2 2e 2Cl C 檢測H2S氣體時 對電極充入空氣 對電極上電極反應(yīng)式為O2 2H2O 4e 4OH D 檢測H2S和CO體積分數(shù)相同的兩份空氣樣本時 傳感器上產(chǎn)生的電流大小相同 解析A項 NO2 NO 得電子 作正極 Cl2 HCl 得電子 作正極 CO CO2 失電子 作負極 H2S H2SO4 失電子 作負極 B項 根據(jù)產(chǎn)物可以判斷Cl2得電子 生成Cl 正確 C項 應(yīng)為O2 4e 4H 2H2O D項 H2S生成H2SO4失去8e 而CO生成CO2失去2e 所以檢測體積分數(shù)相同的兩氣體時傳感器上產(chǎn)生的電流大小不相同 答案B 考點三電解池的 不尋常 應(yīng)用 六點 突破電解池1 分清陰 陽極 與電源正極相連的為陽極 與電源負極相連的為陰極 兩極的反應(yīng)為 陽氧陰還 2 剖析離子移向 陽離子移向陰極 陰離子移向陽極 3 注意放電順序 4 書寫電極反應(yīng)式 注意得失電子守恒 知識精講 5 正確判斷產(chǎn)物 1 陽極產(chǎn)物的判斷首先看電極 如果是活性電極作陽極 則電極材料失電子 電極溶解 注意 鐵作陽極溶解生成Fe2 而不是Fe3 如果是惰性電極 則需看溶液中陰離子的失電子能力 陰離子放電順序為S2 I Br Cl OH 水 2 陰極產(chǎn)物的判斷直接根據(jù)陽離子的放電順序進行判斷 Ag Hg2 Fe3 Cu2 H Pb2 Fe2 Zn2 H 水 6 恢復(fù)原態(tài)措施 電解后有關(guān)電解質(zhì)溶液恢復(fù)原態(tài)的問題應(yīng)該用質(zhì)量守恒法分析 一般是加入陽極產(chǎn)物和陰極產(chǎn)物的化合物 但也有特殊情況 如用惰性電極電解CuSO4溶液 Cu2 完全放電之前 可加入CuO或CuCO3復(fù)原 而Cu2 完全放電之后 應(yīng)加入Cu OH 2或Cu2 OH 2CO3復(fù)原 題組集訓 題組一電解原理在 治理環(huán)境 中的不尋常應(yīng)用 1 2015 四川理綜 4 用下圖所示裝置除去含CN Cl 廢水中的CN 時 控制溶液pH為9 10 陽極產(chǎn)生的ClO 將CN 氧化為兩種無污染的氣體 下列說法不正確的是 A 用石墨作陽極 鐵作陰極B 陽極的電極反應(yīng)式 Cl 2OH 2e ClO H2OC 陰極的電極反應(yīng)式 2H2O 2e H2 2OH D 除去CN 的反應(yīng) 2CN 5ClO 2H N2 2CO2 5Cl H2O解析Cl 在陽極發(fā)生氧化反應(yīng)生成ClO 水電離出的H 在陰極發(fā)生還原反應(yīng)生成H2 又由于電解質(zhì)溶液呈堿性 故A B C項正確 D項 溶液呈堿性 離子方程式中不能出現(xiàn)H 正確的離子方程式為2CN 5ClO H2O N2 2CO2 5Cl 2OH 錯誤 答案D 2 2015 北京理綜 27 4 利用如圖所示裝置從海水中提取CO2 有利于減少環(huán)境溫室氣體含量 結(jié)合方程式簡述提取CO2的原理 用該裝置產(chǎn)生的物質(zhì)處理b室排出的海水 合格后排回大海 處理至合格的方法是 解析 a室的電極連接電源的正極 作陽極 發(fā)生氧化反應(yīng) 2H2O 4e O2 4H c H 增大 H 從a室通過陽離子膜進入b室 發(fā)生反應(yīng) HCO H CO2 H2O 海水的pH 8 電解后的海水pH 6 呈酸性 c室的反應(yīng) 2H2O 2e H2 2OH 可用c室排出的堿液與從b室排出的酸液中和調(diào)至接近裝置入口海水的pH 即處理合格 答案 a室 2H2O 4e O2 4H H 通過陽離子膜進入b室 發(fā)生反應(yīng) HCO H CO2 H2O c室的反應(yīng) 2H2O 2e H2 2OH 用c室排出的堿液將從b室排出的酸液調(diào)至接近裝置入口海水的pH 題組二電解原理在 制備物質(zhì) 中的不尋常應(yīng)用3 1 2014 新課標全國卷 27 4 H3PO2也可用電滲析法制備 四室電滲析法 工作原理如圖所示 陽膜和陰膜分別只允許陽離子 陰離子通過 寫出陽極的電極反應(yīng)式 分析產(chǎn)品室可得到H3PO2的原因 早期采用 三室電滲析法 制備H3PO2 將 四室電滲析法 中陽極室的稀硫酸用H3PO2稀溶液代替 并撤去陽極室與產(chǎn)品室之間的陽膜 從而合并了陽極室與產(chǎn)品室 其缺點是產(chǎn)品中混有 雜質(zhì) 該雜質(zhì)產(chǎn)生的原因是 2H2O 4e O2 4H 陽極室的H 穿過陽膜 擴散至產(chǎn)品室 原料室的H2PO穿過陰膜擴散至產(chǎn)品室 二者反應(yīng)生成H3PO2 2 2014 北京理綜 26 4 電解NO制備NH4NO3 其工作原理如圖所示 為使電解產(chǎn)物全部轉(zhuǎn)化為NH4NO3 需補充物質(zhì)A A是 說明理由 NH3 根據(jù)反應(yīng) 8NO 7H2O 3NH4NO3 2HNO3 電解產(chǎn)生的HNO3多 4 2015 山東理綜 29 1 利用LiOH和鈷氧化物可制備鋰離子電池正極材料 LiOH可由電解法制備 鈷氧化物可通過處理鈷渣獲得 利用如圖裝置電解制備LiOH 兩電極區(qū)電解液分別為LiOH和LiCl溶液 B極區(qū)電解液為 溶液 填化學式 陽極電極反應(yīng)式為 電解過程中Li 向 電極遷移 填 A 或 B 解析B極區(qū)生成H2 同時會生成LiOH 則B極區(qū)電解液為LiOH溶液 電極A為陽極 在陽極區(qū)LiCl溶液中Cl 放電 電極反應(yīng)式為2Cl 2e Cl2 在電解過程中Li 陽離子 向B電極 陰極區(qū) 遷移 答案LiOH2Cl 2e Cl2 B 1 兩種比較 1 析氫腐蝕和吸氧腐蝕的比較 知識精講 考點四金屬腐蝕與防護的 兩種比較 兩種方法 2 腐蝕快慢的比較 一般來說可用下列原則判斷 電解池原理引起的腐蝕 原電池原理引起的腐蝕 化學腐蝕 有防護措施的腐蝕 對同一金屬來說 腐蝕的快慢 強電解質(zhì)溶液中 弱電解質(zhì)溶液中 非電解質(zhì)溶液中 活潑性不同的兩種金屬 活潑性差別越大 腐蝕越快 對同一種電解質(zhì)溶液來說 電解質(zhì)溶液濃度越大 金屬腐蝕的速率越快 2 兩種保護方法 1 加防護層如在金屬表面加上油漆 搪瓷 瀝青 塑料 橡膠等耐腐蝕的非金屬材料 采用電鍍或表面鈍化等方法在金屬表面鍍上一層不易被腐蝕的金屬或生成一層致密的薄膜 2 電化學防護 犧牲陽極的陰極保護法 原電池原理 正極為被保護的金屬 負極為比被保護的金屬活潑的金屬 外加電流的陰極保護法 電解原理 陰極為被保護的金屬 陽極為惰性電極 題組集訓 題組一兩種腐蝕的比較 1 利用右圖裝置進行實驗 開始時 a b兩處液面相平 密封好 放置一段時間 下列說法不正確的是 A a管發(fā)生吸氧腐蝕 b管發(fā)生析氫腐蝕B 一段時間后 a管液面高于b管液面C a處溶液的pH增大 b處溶液的pH減小D a b兩處具有相同的電極反應(yīng)式 Fe 2e Fe2 解析根據(jù)裝置圖判斷 左邊鐵絲發(fā)生吸氧腐蝕 右邊鐵絲發(fā)生析氫腐蝕 其電極反應(yīng)為左邊負極 Fe 2e Fe2 正極 O2 4e 2H2O 4OH 右邊負極 Fe 2e Fe2 正極 2H 2e H2 a b處的pH均增大 C錯誤 答案C 2 2014 福建理綜 24 1 鐵及其化合物與生產(chǎn) 生活關(guān)系密切 下圖是實驗室研究海水對鐵閘不同部位腐蝕情況的剖面示意圖 該電化腐蝕稱為 圖中A B C D四個區(qū)域 生成鐵銹最多的是 填字母 解析 金屬在中性和較弱的酸性條件下發(fā)生的是吸氧腐蝕 發(fā)生吸氧腐蝕 越靠近液面接觸到的O2越多 腐蝕得越嚴重 吸氧腐蝕 B 3 銅板上鐵鉚釘長期暴露在潮濕的空氣中 形成一層酸性水膜后鐵鉚釘會被腐蝕 示意圖如下 下列說法不正確的是 A 因鐵的金屬性比銅強 所以鐵鉚釘被氧化而腐蝕B 若水膜中溶解了SO2 則鐵鉚釘腐蝕的速率變小C 銅極上的反應(yīng)是2H 2e H2 O2 4e 4H 2H2OD 在金屬表面涂一層油脂 能防止鐵鉚釘被腐蝕 解析根據(jù)示意圖 鐵鉚釘發(fā)生電化學腐蝕 其電極反應(yīng)式為左側(cè) B項 若水膜溶解了SO2 酸性增強 所以鐵鉚釘腐蝕的速率將變大 答案B 題組二腐蝕類型與防護方法4 2015 上海 14 研究電化學腐蝕及防護的裝置如右圖所示 下列有關(guān)說法錯誤的是 A d為石墨 鐵片腐蝕加快B d為石墨 石墨上電極反應(yīng)為O2 2H2O 4e 4OH C d為鋅塊 鐵片不易被腐蝕D d為鋅塊 鐵片上電極反應(yīng)為2H 2e H2 解析由于活動性 Fe 石墨 所以鐵 石墨及海水構(gòu)成原電池 Fe為負極 失去電子被氧化變?yōu)镕e2 進入溶液 溶解在海水中的氧氣在正極石墨上得到電子被還原 比沒有形成原電池時的速率快 正確 B項 d為石墨 由于是中性電解質(zhì) 所以發(fā)生的是吸氧腐蝕 石墨上氧氣得到電子 發(fā)生還原反應(yīng) 電極反應(yīng)為O2 2H2O 4e 4OH 正確 C項 若d為鋅塊 則由于金屬活動性 Zn Fe Zn為原電池的負極 Fe為正極 首先被腐蝕的是Zn 鐵得到保護 鐵片不易被腐蝕 正確 D項 d為鋅塊 由于電解質(zhì)為中性環(huán)境 發(fā)生的是吸氧腐蝕 在鐵片上電極反應(yīng)為O2 2H2O 4e 4OH 錯誤 答案D 5 2014 安徽理綜 28 某研究小組為探究弱酸性條件下鐵發(fā)生電化學腐蝕類型的影響因素 將混合均勻的新制鐵粉和碳粉置于錐形瓶底部 塞上瓶塞 如圖1 從膠頭滴管中滴入幾滴醋酸溶液 同時測量容器中的壓強變化 1 請完成以下實驗設(shè)計表 表中不要留空格 解析本題采用 控制變量法 進行研究 即保持其他條件相同 只考慮其中一個因素對實驗的影響 探究醋酸濃度對電化學腐蝕的影響時 應(yīng)保證碳粉和鐵粉的質(zhì)量與參照實驗相同 因此實驗 中鐵粉為2 0g 對比實驗 和 可知 鐵粉的質(zhì)量及醋酸的濃度相同 而碳粉的質(zhì)量不同 顯然探究的是碳粉的含量對鐵的電化學腐蝕的影響 答案 2 0 碳粉含量的影響 2 編號 實驗測得容器中壓強隨時間變化如圖2 t2時 容器中壓強明顯小于起始壓強 其原因是鐵發(fā)生了 腐蝕 請在圖3中用箭頭標出發(fā)生該腐蝕時電子流動方向 此時 碳粉表面發(fā)生了 填 氧化 或 還原 反應(yīng) 其電極反應(yīng)式是 解析當鐵發(fā)生析氫腐蝕時 由于生成H2 容器的壓強不斷增大 而發(fā)生吸氧腐蝕時 由于消耗O2 容器的壓強不斷減小 t2時容器的壓強明顯小于起始壓強 說明鐵發(fā)生了吸氧腐蝕 此時Fe作負極 失去電子發(fā)生氧化反應(yīng) 碳粉作正極 O2在其表面得到電子發(fā)生還原反應(yīng) 電極反應(yīng)式為O2 2H2O 4e 4OH 或4H O2 4e 2H2O 答案吸氧還原2H2O O2 4e 4OH 或4H O2 4e 2H2O 3 該小組對圖2中0 t1時壓強變大的原因提出了如下假設(shè) 請你完成假設(shè)二 假設(shè)一 發(fā)生析氫腐蝕產(chǎn)生了氣體 假設(shè)二 解析Fe發(fā)生電化學腐蝕時 放出熱量 使體系的溫度升高 反應(yīng)放熱 溫度升高 4 為驗證假設(shè)一 某同學設(shè)計了檢驗收集的氣體中是否含有H2的方案 請你再設(shè)計一個實驗方案驗證假設(shè)一 寫出實驗步驟和結(jié)論 解析參照實驗 中藥品的用量及操作方法 更換多孔橡皮塞 增加進 出氣導(dǎo)管 并通入稀有氣體 排出空氣 滴加醋酸溶液 同時測量瓶內(nèi)壓強的變化 溫度變化等 確定假設(shè)一是否成立 答案 藥品用量和操作同編號 實驗 多孔橡皮塞增加進 出導(dǎo)管 通入氬氣排凈瓶內(nèi)空氣 滴入醋酸溶液 同時測量瓶內(nèi)壓強變化 也可測溫度變化 檢驗Fe2 等 如果瓶內(nèi)壓強增大 假設(shè)一成立 否則假設(shè)一不成立 本題屬于開放性試題 答案合理即可 電化學計算的基本方法和技巧 原電池和電解池的計算包括兩極產(chǎn)物的定量計算 溶液pH的計算 相對原子質(zhì)量和阿伏加德羅常數(shù)的計算 產(chǎn)物的量與電量關(guān)系的計算等 通常有下列三種方法 1 根據(jù)電子守恒計算用于串聯(lián)電路中陰陽兩極產(chǎn)物 正負兩極產(chǎn)物 相同電量等類型的計算 其依據(jù)是電路中轉(zhuǎn)移的電子數(shù)相等 知識精講 考點五利用 電子守恒 思想突破電化學的計算 2 根據(jù)總反應(yīng)式計算先寫出電極反應(yīng)式 再寫出總反應(yīng)式 最后根據(jù)總反應(yīng)式列出比例式計算 3 根據(jù)關(guān)系式計算根據(jù)得失電子守恒定律關(guān)系建立起已知量與未知量之間的橋梁 構(gòu)建計算所需的關(guān)系式 如以通過4mole 為橋梁可構(gòu)建如下關(guān)系式 式中M為金屬 n為其離子的化合價數(shù)值 該關(guān)系式具有總攬電化學計算的作用和價值 熟記電極反應(yīng)式 靈活運用關(guān)系式便能快速解答常見的電化學計算問題 題組集訓 題組一無明顯 外接電源 的電解池 串聯(lián) 的判斷與計算 1 如下圖所示 其中甲池的總反應(yīng)式為2CH3OH 3O2 4KOH 2K2CO3 6H2O 下列說法正確的是 A 甲池是電能轉(zhuǎn)化為化學能的裝置 乙 丙池是化學能轉(zhuǎn)化為電能的裝置B 甲池通入CH3OH的電極反應(yīng)式為CH3OH 6e 2H2O CO 8H C 反應(yīng)一段時間后 向乙池中加入一定量Cu OH 2固體能使CuSO4溶液恢復(fù)到原濃度D 甲池中消耗280mL 標準狀況下 O2 此時丙池中理論上最多產(chǎn)生1 45g固體 解析甲池為原電池 作為電源 乙池 丙池為兩個電解池 根據(jù)原電池的形成條件 通入CH3OH的一極為負極 通入O2的一極為正極 所以石墨 Pt 左 作陽極 Ag Pt 右 作陰極 B項 負極反應(yīng) CH3OH 6e 8OH CO 6H2O C項 應(yīng)加入CuO或CuCO3 D項 丙池中 MgCl2 2H2O Mg OH 2 Cl2 H2 消耗0 0125molO2 轉(zhuǎn)移0 05mol電子 生成0 025molMg OH 2 其質(zhì)量為1 45g 答案D 電解 題組二有明顯 外接電源 的電解池 串聯(lián) 的判斷與計算2 在如圖所示的裝置中 若通直流電5min時 銅電極質(zhì)量增加2 16g 試回答下列問題 1 電源中X電極為直流電源的 極 解析三個裝置是串聯(lián)的電解池 電解AgNO3溶液時 Ag 在陰極發(fā)生還原反應(yīng)變?yōu)锳g 所以質(zhì)量增加的銅電極是陰極 則銀電極是陽極 Y是正極 X是負極 負 2 pH變化 A B C 填 增大 減小 或 不變 解析電解KCl溶液生成KOH 溶液pH增大 電解CuSO4溶液生成H2SO4 溶液pH減小 電解AgNO3溶液 銀為陽極 不斷溶解 Ag 濃度基本不變 pH不變 增大 減小 不變 3 通電5min時 B中共收集224mL 標準狀況下 氣體 溶液體積為200mL 則通電前CuSO4溶液的物質(zhì)的量濃度為 假設(shè)電解前后溶液體積無變化 解析通電5min時 C中析出0 02molAg 電路中通過0 02mol電子 B中共收集0 01mol氣體 若該氣體全為氧氣 則電路中需通過0 04mol電子 電子轉(zhuǎn)移不守恒 因此 B中電解分為兩個階段 先電解CuSO4溶液 生成O2 后電解水 生成O2和H2 B中收集到的氣體是O2和H2的混合物 設(shè)電解CuSO4溶液時生成O2的物質(zhì)的量為x 電解H2O時生成O2的物質(zhì)的量為y 則4x 4y 0 02mol 電子轉(zhuǎn)移守恒 x 3y 0 01mol 氣體體積之和 解得x y 0 0025mol 所以n CuSO4 2 0 0025mol 0 005mol c CuSO4 0 005mol 0 2L 0 025mol L 1 答案0 025mol L 1 4 若A中KCl足量且溶液的體積也是200mL 電解后 溶液的pH為 假設(shè)電解前后溶液體積無變化 解析通電5min時 A中放出0 01molH2 溶液中生成0 02molKOH c OH 0 02mol 0 2L 0 1mol L 1 pH 13 13 失誤防范 兩種 串聯(lián) 裝置圖比較 圖1中無外接電源 其中必有一個裝置是原電池裝置 相當于發(fā)電裝置 為電解池裝置提供電能 其中兩個電極活潑性差異大者為原電池裝置 如圖1中左邊為原電池裝置 右邊為電解池裝置 圖2中有外接電源 兩燒杯均作電解池 且串聯(lián)電解 通過兩池的電子數(shù)目相等 題組三2015高考題匯編3 2015 重慶理綜 11 5 如圖為青銅器在潮濕環(huán)境中發(fā)生電化學腐蝕的原理示意圖 腐蝕過程中 負極是 填圖中字母 a 或 b 或 c 環(huán)境中的Cl 擴散到孔口 并與正極反應(yīng)產(chǎn)物和負極反應(yīng)產(chǎn)物作用生成多孔粉狀銹Cu2 OH 3Cl 其離子方程式為 若生成4 29gCu2 OH 3Cl 則理論上耗氧體積為 L 標準狀況 解析 青銅器的腐蝕 如圖銅為負極被腐蝕生成Cu2 正極氧氣發(fā)生吸氧腐蝕生成OH 正極反應(yīng)產(chǎn)物為OH 負極反應(yīng)產(chǎn)物為Cu2 與Cl 作用生成Cu2 OH 3Cl 答案 c 2Cu2 3OH Cl Cu2 OH 3Cl 0 448 4 2015 全國卷 26 1 2 酸性鋅錳干電池是一種一次性電池 外殼為金屬鋅 中間是碳棒 其周圍是由碳粉 MnO2 ZnCl2和NH4Cl等組成的糊狀填充物 該電池放電過程產(chǎn)生MnOOH 1 該電池的正極反應(yīng)式為 電池反應(yīng)的離子方程式為 解析根據(jù)酸性鋅錳干電池的構(gòu)造可知 放電時 負極Zn失去電子生成Zn2 正極MnO2得到電子生成MnOOH 從而可寫出正極和負極的電極反應(yīng)式 然后在遵循電子守恒的前提下將兩極反應(yīng)式加合可得電池反應(yīng)的離子方程式 答案MnO2 e H MnOOHZn 2MnO2 2H Zn2 2MnOOH 2 維持電流強度為0 5A 電池工作5分鐘 理論上消耗鋅 g 已知F 96500C mol 1 解析電池工作5分鐘 通過的電量Q 0 5A 5min 60s min 1 150C 因此通過電子的物質(zhì)的量n e 1 554 10 3mol 則理論消耗Zn的質(zhì)量是m Zn 65g mol 1 0 05g 0 05