2020届二轮复习电化学原理及应用课件（88张）（全国通用） 88页

第 7 讲　电化学原理及应用 知识网络构建 热点考点突破 热点题源预测 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 1 ． (1) O 2 辅助的 Al — CO 2 电池工作原理如图所示。该电池电容量大，能有效利用 CO 2 ，电池反应产物 Al 2 (C 2 O 4 ) 3 是重要的化工原料。 Al － 3e － ===Al 3 ＋ ( 或 2Al － 6e － ===2Al 3 ＋ ) 反应过程中 O 2 的作用是 ___________ 。 该电池的总反应式： ______________________________ 。 催化剂 2Al ＋ 6CO 2 ===Al 2 (C 2 O 4 ) 3 (2) 一种熔融碳酸盐燃料电池原理示意图如图所示。 电极 A 上 H 2 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。 A 作负极的物质是 ______________ 。 正极的电极反应式是 _________________________________ 。 铁 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 Al 3 ＋ ，方程式为： Al － 3e － ===Al 3 ＋ 。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 ＋ 6CO 2 ===Al 2 (C 2 O 4 ) 3 。 【变式考法】 (1) 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 C 6 H 12 O 6 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 1 mol C 6 H 12 O 6 被消耗，则右侧溶液的质量增重 ________g 。 C 6 H 12 O 6 ＋ 6H 2 O － 24e － ===6CO 2 ↑ ＋ 24H ＋ 216 下 Mg 2 ＋ ＋ 2e － == =Mg (3) 利用反应 6NO 2 ＋ 8NH 3 ===7N 2 ＋ 12H 2 O 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： 8NH 3 － 24e － ＋ 24OH － ===4N 2 ＋ 24H 2 O 正极 ： 6NO 2 ＋ 24e － ＋ 12H 2 O===3N 2 ＋ 24OH － 答案 A 　 3 ． 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 空气中的 CO 2 会与 KOH 溶液反应，降低溶液的碱性，同时反应中也会消耗 KOH O 2 ＋ 4H ＋ ＋ 4e － ===2H 2 O a 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 Fe 2 ＋ ，而不是 Fe 3 ＋ ) ；如果是惰性电极，溶液中阴离子的失电子能力 ( 放电顺序 ) 为 S 2 － >I － >Br － > Cl － >OH － ( 水 ) 。 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) 制备 Na 2 S 2 O 5 也可采用三室膜电解技术，装置如图所示，其中 SO 2 碱吸收液中含有 NaHSO 3 和 Na 2 SO 3 。阳极的电极反应式为 _________________________ 。电解后， ____ 室的 NaHSO 3 浓度增加。将该室溶液进行结晶脱水，可得到 Na 2 S 2 O 5 。 2H 2 O － 4e － ===4H ＋ ＋ O 2 ↑ a (2) 也可采用 “ 电解法 ” 制备，装置如图所示。 ① 写出电解时阴极的电极反应式 ________________________ 。 ② 电解过程中通过阳离子交换膜的离子主要为 ________ ，其迁移方向是 ________ 。 2H 2 O ＋ 2e － ===2OH － ＋ H 2 ↑ K ＋ a 到 b (3) 某混合物浆液含有 Al(OH) 3 、 MnO 2 和少量 Na 2 CrO 4 ，考虑到胶体的吸附作用使 Na 2 CrO 4 不易完全被水浸出，某研究小组利用设计的电解分离装置 ( 如图 ) ，使浆液分离成固体混合物和含铬元素溶液，并回收利用。回答问题。 NaOH 和 H 2 【变式考法】 (1) 电解法制备：工业上用惰性电极电解 NaHSO 3 溶液得到 Na 2 S 2 O 4 。过程如图所示。 ① 产品在 ________( 填 “ 阳极 ” 或 “ 阴极 ” ) 得到。 ② 若不加隔膜，则连二亚硫酸钠产率降低，其原因是 ______ 。 阴极 见解析 (2) 电解法制备高锰酸钾的实验装置示意图如图所示 ( 图中阳离子交换膜只允许 K ＋ 离子通过 ) “ 电解法 ” 克服了 “ 酸歧化法 ” 理论产率偏低的问题，同时副产品 KOH 可用于软锰矿的焙烧。 ① a 为 ________ 极 ( 填 “ 正 ” 或 “ 负 ” ) ，右室发生的电极反应方程式为 _________________________ 。 ② 若电解开始时阳极区溶液为 1.0 L 0.40 mol · L － 1 K 2 MnO 4 溶液，电解一段时间后，右室中 n (K)/ n (Mn ) 为 6 ： 5 ，阴极区生成 KOH 的质量为 _________ 。 负 17.9 g (3) NO 可用如图的电化学装置处理： ① A 为电源的 ________ 极； Ag － Pt 电极的电极反应式为： _____________________________________ ； ② 若膜两侧电解液的质量变化差 ( Δ m 左－ Δ m 右 ) 为 14.4g ，则电解过程中转移了 ________mol 电子。 正 2 D 　 3 ． 科学家制造出一种使用固体电解质的燃料电池，其效率更高，可用于航空航天。如图 1 所示装置中，以稀土金属材料作惰性电极，在两极上分别通入 CH 4 和空气，其中固体电解质是掺杂了 Y 2 O 3 的 ZrO 2 固体，它在高温下能传导正极生成的 O 2 － 离子 (O 2 ＋ 4e － ===2O 2 － ) 。 (1)c 电极为 ________ 极， d 电极上的电极反应式为 _________________________________________ 。 (2) 如图 2 所示为用惰性电极电解 100 mL 0.5 mol · L － 1 CuSO 4 溶液， a 电极上的电极反应式为 _____________________________ 。 若 a 电极产生 56 mL ( 标准状况 ) 气体，则所得溶液的 pH ＝ _____( 不考虑溶液体积变化 ) ，若要使电解质溶液恢复到电解前的状态，可加入 ________( 填序号 ) 。 a ． CuO 　　　　 b ． Cu(OH) 2 c ． CuCO 3 　　　　 d ． Cu 2 (OH) 2 CO 3 正 CH 4 － 8e － ＋ 4O 2 － ===CO 2 ＋ 2H 2 O 4OH － － 4e － ===2H 2 O ＋ O 2 ↑ 1 ac (1) 恢复电解前电解质的措施：一般加入阴极和阳极析出的气体或固体产物形成的化合物 —— 减少什么，加入什么； (2) 阳极反应一定要先看阳极材料是否为惰性电极；如果用到了非惰性电极，根据电解目的确定该电极是否参与反应，从而确定其是否作阳极； (3) 交换膜选择：可以根据需要两极之间流动的离子来确定选择阳离子交换膜还是阴离子交换膜或者质子交换膜。 (4) 计算阴极区或者阳极区溶液质量变化时，既要考虑电极反应所引起的质量变化，也要注意溶液中两极之间离子定向流动导致的质量改变。 ▼ 命题规律 ： 1 ． 题型： 选择题 ( 主 ) 、填空题 ( 次 ) 。 2 ． 考向： 主要考查两种电化学腐蚀的区别及有关电极方程式的书写；常见的两种电化学防腐方法及金属腐蚀快慢的比较。 考点三　金属的腐蚀与防护　 ▼ 方法点拨： 1 ． 金属腐蚀的 “ 两种比较 ” (1) 析氢腐蚀和吸氧腐蚀的比较 (2) 腐蚀快慢的比较 2 ． 金属电化学保护的两种方法 1 ． (1) 下列说法中正确的是 ( 　　 ) A ． 电热水器用镁棒防止内胆腐蚀，原理是牺牲阳极的阴极保护法 B ． 铁管镀锌层局部破损后，铁管仍不易生锈 C ． 如图 1 所示，将铁棒和石墨棒插入盛有饱和 NaCl 溶液的 U 型管中。 K 2 闭合，铁棒不会被腐蚀，属于牺牲阳极阴极保护法 D ． 图 2 开关由 M 改置于 N 时， CuZn 合金的腐蚀速率减小 E ． 图 3 接通开关时 Zn 腐蚀速率增大， Zn 上放出气体的速率也增大 答案 ABD 　 (2) 如图是实验室研究海水对铁闸不同部位腐蚀情况的剖面示意图。 ① 该电化腐蚀称为 _____________ 。 ② 图中 A 、 B 、 C 、 D 四个区域，生成铁锈最多的是 ________( 填字母 ) 。 吸氧腐蚀 B 突破点拨 (1) 两种金属的电化学保护法，核心区别为：使用外电源 → 外加电流阴极保护法；使用活泼金属 → 牺牲阳极阴极保护法； (2) 吸氧腐蚀时，氧气浓度越大，腐蚀越严重。 解析 　 (1) 镁比铁活泼，形成原电池时镁作负极失电子，铁被保护，选项 A 正确；锌比铁活泼， 形成原电池时锌作负极失电子，铁被保护 ，选项 B 正确； K 2 闭合时属于外加电流阴极保护法，选项 C 错误；开关由 M 改置于 N 时，锌做负极， CuZn 合金的腐蚀速率减小，选项 D 正确；接通开关时形成原电池，使反应速率加快， H 2 在 Pt 电极上放出，选项 E 错误。 (2) ① 金属在中性和较弱的酸性条件下发生的是吸氧腐蚀。 ② 发生吸氧腐蚀，越靠近液面接触到的 O 2 越多，产生的铁锈就越多。 【变式考法】 (1) 图中烧杯中盛的是天然水，铁腐蚀的速率由快到慢的顺序是 ___________________________ 。 ③ ＞ ② ＞ ① ＞ ⑤ ＞ ④ 　 (2) 铁生锈是生活中常见的现象，由于金属腐蚀每年会造成严重的经济损失。 某课外小组同学为研究金属腐蚀的原因和条件，设计如图装置 (U 形管内装有红墨水 ) ，试管内分别盛有食盐水和 NH 4 Cl 溶液。一段时间后，发现红墨水液面左高右低。试管甲内生铁块发生 ___________( 填“吸氧腐蚀”或“析氢腐蚀” ) ，试管乙内盛装的液体是 _______________ 。开始时两个试管中腐蚀的速率大小关系为：甲 ________ 乙 ( 填“ >”“ <” 或“＝” ) 。 吸氧腐蚀 氯化铵溶液 < (3) 某同学进行下列实验： 其中中心区域和边缘处分别发生的反应的离子方程为： ___________________________ 、 ___________________________________________ ___________________________________ 。 Fe － 2e － ===Fe 2 ＋ 3Fe 2 ＋ ＋ 2[Fe(CN) 6 ] 3 － ===Fe 3 [Fe(CN) 6 ] 2 ↓ O 2 ＋ 2H 2 O ＋ 4e － ===4OH － 解析 　 (1) 作原电池负极、电解池阳极的金属被腐蚀，而作原电池正极、电解池阴极的金属被保护，且作原电池负极的金属腐蚀速率小于作阳极的金属腐蚀速率。 ① 中只有一种金属，所以不能构成原电池； ② 为原电池，铁作负极，被腐蚀； ③ 是电解池，铁作阳极，加速被腐蚀，且腐蚀速率大于铁作负极； ④ 是电解池，铁作阴极被保护； ⑤ 为原电池 ，铁作正极被保护，但保护效果不及作电解池的阴极；则铁被腐蚀快慢顺序是 ③ ＞ ② ＞ ① ＞ ⑤ ＞ ④ 。 2 ． 图为青铜器在潮湿环境中发生电化学腐蚀的原理示意图。 (1) 腐蚀过程中，负极是 ________( 填图中字母“ a”“b ” 或“ c”) ； c (2) 环境中的 Cl － 扩散到孔口，并与正极反应产物和负极反应产物作用生成多孔粉状锈 Cu 2 (OH) 3 Cl ，其离子方程式为 ____________________________________________ ； (3) 若生成 4.29 g Cu 2 (OH) 3 Cl ，则理论上耗氧体积为 ________L( 标准状况 ) 。 2Cu 2 ＋ ＋ 3OH － ＋ Cl － ===Cu 2 (OH) 3 Cl↓ 0.448 3 ． 某研究小组为探究弱酸性条件下铁发生电化学腐蚀类型的影响因素，将混合均匀的新制铁粉和碳粉置于锥形瓶底部，塞上瓶塞 ( 如图 1) 。从胶头滴管中滴入几滴醋酸溶液，同时测量容器中的压强变化。 (1) 请完成以下实验设计表 ( 表中不要留空格 ) ： 编号 实验目的 碳粉 /g 铁粉 /g 醋酸 /% ① 为以下实验作参照 0.5 2.0 90.0 ② 醋酸浓度的影响 0.5 ________ 36.0 ③ ________________ 0.2 2.0 90.0 2.0 　 碳粉含量的影响　 (2) 编号 ① 实验测得容器中压强随时间变化如图 2 。 t 2 时，容器中压强明显小于起始压强，其原因是铁发生了 ___________ ，请在图 3 中用箭头标出发生该腐蚀时电子流动方向；此时，碳粉表面发生了 ___________( “ 氧化 ” 或 “ 还原 ” ) 反应，其电极反应式是 ________________________________________________________ 。 吸氧腐蚀　 还原反应　 2H 2 O ＋ O 2 ＋ 4e － ===4OH － ( 或 4H ＋ ＋ O 2 ＋ 4e － ===2H 2 O) (3) 该小组对图 2 中 0 ～ t 1 时压强变大的原因提出了如下假设，请你完成假设二： 假设一：发生析氢腐蚀产生了气体； 假设二： ____________________________________ 。 反应放热，温度升高，体积膨胀 解析 　 (1) 探究影响化学反应速率因素的实验，每次只能改变一个变量，故有 ② 中铁的量不变，为 2.0 g ； ③ 中改变了碳粉的质量，故为探究碳粉的量对速率的影响。 (2) 压强与气体的物质的量成正比，从图中可以看出，气体的量先增加，后减少，故为吸氧腐蚀；活泼金属做负极，故碳为正极，发生还原反应。 (3) 从体积的影响因素着手，温度升高，体积增大。 热点题源预测 二次电源问题 考向预测 二次电源问题是电化学中重要的命题模型，既能考查考生电解池原理、原电池原理的知识，又能考查考生应用知识解决综合问题的能力，因此备受命题者的青睐 失分防范 (1) 对于可充电电池，放电时为原电池，符合原电池工作原理，负极发生氧化反应，正极发生还原反应；外电路中电子由负极流向正极，内电路中阳离子向正极移动，阴离子向负极移动； (2) 可充电电池充电时为电解池，阳极发生氧化反应，阴极发生还原反应；充电时原 “ ＋ ” 极与外接直流电源的正极相连，原 “ － ” 极与外接直流电源的负极相连 思维导航 答案： C 答案 D