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  • 2021-08-24 发布

2018届二轮复习电化学基础课件(74张)(全国通用)

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专题六   电化学基础 第一篇 高考选择题满分策略 真题调研   洞察规律 角度一 原电池原理和化学电池 栏目索引 角度二 电解原理及应用 角度三 电化学原理的综合判断 真题调研   洞察规律 1.(2017· 全国卷 Ⅰ , 11) 支撑海港码头基础的钢管桩,常用外加电流的阴极保护法进行防腐,工作原理如图所示,其中高硅铸铁为惰性辅助阳极。下列有关表述不正确的是 A. 通入保护电流使钢管桩表面腐蚀电流接近于零 B. 通电后外电路电子被强制从高硅铸铁流向钢管桩 C. 高硅铸铁的作用是作为损耗阳极材料和传递电流 D. 通入的保护电流应该根据环境条件变化进行调整 答案 解析 √ 2 3 1 解析   钢管桩接电源的负极,高硅铸铁接电源的正极,通电后,外电路中的电子从高硅铸铁 ( 阳极 ) 流向正极,从负极流向钢管桩 ( 阴极 ) , A 、 B 正确; C 项,题给信息高硅铸铁为 “ 惰性辅助阳极 ” 不损耗,错误。 2 3 1 2.(2017· 全国卷 Ⅱ , 11) 用电解氧化法可以在铝制品表面形成致密、耐腐蚀的氧化膜,电解质溶液一般为 H 2 SO 4 - H 2 C 2 O 4 混合溶液。下列叙述错误的是 A. 待加工铝质工件为阳极 B. 可选用不锈钢网作为阴极 C. 阴极的电极反应式: Al 3 + + 3e - ===Al D. 硫酸根离子在电解过程中向阳极移动 答案 解析 √ 2 3 1 2 3 1 解析   A 项,根据电解原理可知, Al 要形成氧化膜,化合价升高失电子,因此铝为阳极,正确; B 项,阴极仅作导体,可选用不锈钢网,且不锈钢网接触面积大,能增加电解效率,正确; C 项,阴极应为氢离子得电子生成氢气,错误; D 项,电解时,阴离子移向阳极,正确。 3.(2017· 全国卷 Ⅲ , 11) 全固态锂硫电池能量密度高、成本低,其工作原理如图所示,其中电极 a 常用掺有石墨烯的 S 8 材料,电池反应为 16Li + x S 8 ===8Li 2 S x (2 ≤ x ≤ 8) 。下列说法错误的是 A. 电池工作时,正极可发生反应: 2Li 2 S 6 + 2Li + + 2e - ===3Li 2 S 4 B. 电池工作时,外电路中流过 0.02 mol 电子,负极材料减重 0.14 g C. 石墨烯的作用主要是提高电极 a 的导电性 D. 电池充电时间越长,电池中 Li 2 S 2 的量越多 答案 解析 √ 2 3 1 解析   A 项,原电池电解质中阳离子移向正极,根据全固态锂硫电池工作原理图示中 Li + 移动方向可知,电极 a 为正极,正极发生还原反应,由总反应可知正极依次发生 S 8 → Li 2 S 8 → Li 2 S 6 → Li 2 S 4 → Li 2 S 2 的还原反应,正确; B 项,电池工作时负极电极方程式为 Li - e - ===Li + ,当外电路中流过 0.02 mol 电子时,负极消耗的 Li 的物质的量为 0.02 mol ,其质量为 0.14 g ,正确; C 项,石墨烯具有良好的导电性,故可以提高电极 a 的导电能力,正确; D 项,电池充电时为电解池,此时电解总反应为 8Li 2 S x 16Li + x S 8 (2 ≤ x ≤ 8) ,故 Li 2 S 2 的量会越来越少,错误。 2 3 1 角度一 原电池原理和化学电池 1. 构建原电池模型,类比分析原电池工作原理 高考必备 构建如图 Zn—Cu—H 2 SO 4 原电池模型,通过类比模型,结合氧化还原反应知识 ( 如:化合价的变化、得失电子情况等 ) ,能迅速判断原电池的正、负极,弄清楚外电路中电子的移动情况和内电路中离子的移动情况,准确书写电极反应式和电池总反应式,掌握原电池的工作原理。 2. 化学电源中电极反应式书写的思维模板 (1) 明确直接产物:根据负极氧化、正极还原,明确两极的直接产物。 (2) 确定最终产物:根据介质环境和共存原则,找出参与的介质粒子,确定最终产物。 (3) 配平:根据电荷守恒、原子守恒配平电极反应式。 注意  ① H + 在碱性环境中不存在; ② O 2 - 在水溶液中不存在,在酸性环境中结合 H + ,生成 H 2 O ,在中性或碱性环境中结合 H 2 O ,生成 OH - ; ③ 若已知总反应式时,可先写出较易书写的一极的电极反应式,然后在电子守恒的基础上,总反应式减去较易写出的一极的电极反应式,即得较难写出的另一极的电极反应式。 3. 有关原电池解题的思维路径 例 1   (2016· 全国卷 Ⅱ , 11)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 - ===Mg 2 + B. 正极反应式为 Ag + + e - ===Ag C. 电池放电时 Cl - 由正极向负极迁移 D. 负极会发生副反应 Mg + 2H 2 O===Mg(OH) 2 + H 2 ↑ 典例剖析 答案 解析 √ 解题思路 解题思路   解析   根据题意, Mg— 海水 —AgCl 电池总反应式为 Mg + 2AgCl===MgCl 2 + 2Ag 。 A 项,负极反应式为 Mg - 2e - ===Mg 2 + ,正确; B 项,正极反应式为 2AgCl + 2e - ===2Cl - + 2Ag ,错误; C 项,对原电池来说,阴离子由正极移向负极,正确; D 项,由于镁是活泼金属,则负极会发生副反应 Mg + 2H 2 O===Mg(OH) 2 + H 2 ↑ ,正确。 例 2  锂 — 铜空气燃料电池容量高、成本低,具有广阔的发展前景。该电池通过一种复杂的铜腐蚀 “ 现象 ” 产生电能,其中放电过程为 2Li + Cu 2 O + H 2 O===2Cu + 2Li + + 2OH - ,下列说法错误的是 A. 放电时, Li + 透过固体电解质向 Cu 极移动 B. 放电时,正极的电极反应式为 O 2 + 2H 2 O + 4e - ===4OH - C. 通空气时,铜被腐蚀,表面产生 Cu 2 O D. 整个反应过程中,氧化剂为 O 2 √ 解题思路  结合原电池结构,明确原电池的工作原理,结合总反应方程式判断电极及电极反应式是解本题的关键。解答时注意结合装置图和题干信息分析判断。 答案 解析 解题思路 解析   因为原电池放电时,阳离子移向正极,所以 Li + 透过固体电解质向 Cu 极移动, A 正确; 由总反应方程式可知 Cu 2 O 中 Cu 元素化合价降低,被还原,正极反应式应为 Cu 2 O + H 2 O + 2e - ===2Cu + 2OH - , B 错误; 放电过程为 2Li + Cu 2 O + H 2 O===2Cu + 2Li + + 2OH - ,可知通空气时,铜被腐蚀,表面产生 Cu 2 O , C 正确; 由 C 项分析知, Cu 先与 O 2 反应生成 Cu 2 O ,放电时 Cu 2 O 重新生成 Cu ,则整个反应过程中, Cu 相当于催化剂, O 2 为氧化剂, D 正确。 经典精练 1. 锌铜原电池装置如图所示,其中阳离子交换膜只 允许阳离子和水分子通过,下列有关叙述正确的是 A. 铜电极上发生氧化反应 B. 电池工作一段时间后,甲池的 c ( ) 减小 C. 电池工作一段时间后,乙池溶液的总质量增加 D. 阴、阳离子分别通过交换膜向负极和正极移动,保持溶液中电荷平衡 答案 解析 √ 2 3 1 4 5 6 7 解析   A 项,由锌的活泼性大于铜,可知铜电极为正极,在正极上 Cu 2 + 得电子发生还原反应生成 Cu ,错误; B 项,由于阳离子交换膜只允许阳离子和水分子通过,故甲池的 c ( ) 不变,错误; C 项,在乙池中 Cu 2 + + 2e - ===Cu ,同时甲池中的 Zn 2 + 通过阳离子交换膜进入乙池中,由于 M (Zn 2 + )> M (Cu 2 + ) ,故乙池溶液的总质量增加,正确; D 项,阳离子交换膜只允许阳离子和水分子通过,电解过程中 Zn 2 + 通过交换膜移向正极保持溶液中电荷平衡,阴离子是不能通过交换膜的,错误。 2 3 1 4 5 6 7 2. 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 答案 解析 2 3 1 4 5 6 7 A. 正极反应中有 CO 2 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 C 6 H 12 O 6 + 6O 2 ===6CO 2 + 6H 2 O √ 解析   由电池结构图可知,在正极上氧气得到电子发生还原反应,与移向正极的 H + 反应生成水, A 错误; 微生物在反应中促进葡萄糖的氧化,即促进了电子的转移, B 正确; 利用原电池工作原理知,质子可通过质子交换膜由负极区移向正极区, C 正确; 该电池的总反应为葡萄糖发生氧化反应生成二氧化碳和水, D 正确。 2 3 1 4 5 6 7 3. 锂锰电池的体积小,性能优良,是常用的一次电池。该电池反应原理如图所示,其中电解质 LiClO 4 溶于混合有机溶剂中, Li + 通过电解质迁移入 MnO 2 晶格中,生成 LiMnO 2 。下列有关说法正确的是 答案 解析 2 3 1 4 5 6 7 A. 外电路的电流方向是由 a 极流向 b 极 B. 电池正极反应式为 MnO 2 + e - + Li + ===LiMnO 2 C. 可用水代替电池中的混合有机溶剂 D. 每转移 0.1 mol 电子,理论上消耗 Li 的质量为 3.5 g √ 解析   Li 是负极, MnO 2 是正极,且 Li 是活泼金属,能与水直接反应。 4. 一种熔融碳酸盐燃料电池原理如图所示。下列有关该电池的说法正确的是 2 3 1 4 5 6 7 A. 反应 CH 4 + H 2 O 3H 2 + CO ,每消耗 1 mol CH 4 转移 12 mol 电子 B. 电极 A 上 H 2 参与的电极反应为 H 2 + 2OH - - 2e - ===2H 2 O C. 电池工作时, 向电极 B 移动 D. 电极 B 上发生的电极反应为 O 2 + 2CO 2 + 4e - ===2 √ 答案 解析 解析   A 项, ,则该反应中每消耗 1 mol CH 4 转移 6 mol 电子,错误; 该电池的传导介质为熔融的碳酸盐,所以 A 电极即负极上 H 2 参与的电极反应为 H 2 - 2e - + ===CO 2 + H 2 O ,错误; C 项,原电池工作时,阴离子移向负极,而 B 极是正极,错误; D 项, B 电极即正极上 O 2 参与的电极反应为 O 2 + 4e - + 2CO 2 === ,正确。 2 3 1 4 5 6 7 新题预测 5. 科学家设想, N 2 和 H 2 为反应物,以溶有 A 的稀盐酸为电解质溶液,可制造出既能提供电能又能固氮的新型燃料电池,装置如图所示。下列说法不正确的是 A. 通入 N 2 的电极发生的电极反应式为 N 2 + 6e - + 8H + === B. 反应过程中溶液的 pH 会变大,故需要加入盐酸 C. 该电池外电路电流从通入 H 2 的电极流向通入 N 2 的电极 D. 通入 H 2 的电极为负极, A 为 NH 4 Cl 答案 解析 √ 2 3 1 4 5 6 7 解析   A 项,该电池的原理是合成氨,所以正极是氮气发生还原反应,电极反应式为 N 2 + 6e - + 8H + === ,正确; B 项,反应过程中, H + 不断被消耗, pH 变大,需要加入盐酸,正确; C 项,该装置是原电池装置,电流由正极通过外电路流向负极,即由通入氮气的电极沿外电路流向通入氢气的电极,错误; D 项,通入 H 2 的电极为负极, A 为 NH 4 Cl ,正确。 2 3 1 4 5 6 7 A. 石墨电极作正极,发生还原反应 B. 铂电极的电极反应式: C 8 H 18 + 16H 2 O - 50e - === 8CO 2 ↑ + 50H + C.H + 由质子交换膜左侧向右侧迁移 D. 每消耗 5.6 L O 2 ,电路中通过 1 mol 电子 6. 为了强化安全管理,某油库引进一台空气中汽油含量的测量仪,其工作原理如图所示 ( 用强酸性溶液作电解质溶液 ) 。下列说法不正确的是 答案 解析 √ 2 3 1 4 5 6 7 解析   由图像知,石墨电极通入 O 2 ,发生还原反应 O 2 + 4e - + 4H + === 2H 2 O , A 项不符合题意。 铂电极上发生氧化反应,电极反应式为 C 8 H 18 + 16H 2 O - 50e - ===8CO 2 ↑ + 50H + , B 项不符合题意。 在原电池中,阳离子向正极迁移,阴离子向负极迁移, C 项不符合题意。 由于没有指明反应温度和压强,不能通过体积计算 O 2 的物质的量,也就无法确定转移电子的物质的量, D 项符合题意。 2 3 1 4 5 6 7 A. 放电时, Li + 向负极移动 B. 充电时,阳极质量减小,阴极质量增加 C. 放电时,正极的电极反应为 - 10e - ===6S 2 - D. 可用 LiCl 水溶液代替聚合物电解质 7. 最新发明的一种有望用在电动汽车上的锂 — 硫电池装置如图所示,用有机聚合物作电解质,已知放电时电池反应为 Li 2 S 6 + 10Li===6Li 2 S 。下列说法正确的是 √ 答案 解析 2 3 1 4 5 6 7 解析   在原电池中,阳离子向正极迁移, A 项错误。 充电时,阳极发生氧化反应,电极反应式为 6S 2 - - 10e - === ,阴极发生还原反应,电极反应式为 Li + + e - ===Li , B 项正确。 放电时,正极发生还原反应,电极反应式为 + 10e - ===6S 2 - , C 项错误。 由于 Li 是活泼金属,能与水发生剧烈反应, D 项错误。 2 3 1 4 5 6 7 角度二 电解原理及应用 1. 构建电解池模型,类比分析电解基本原理 高考必备 构建如图电解 CuCl 2 溶液模型,通过类比模型,结合氧化还原反应知识 ( 如:化合价的变化、得失电子情况等 ) ,能迅速判断电解池的阴、阳极,弄清楚外电路中电子的移动情况和内电路中离子的移动情况,准确判断离子的放电顺序并书写电极反应式和电解总反应式,掌握电解基本原理。 2. “ 六点 ” 突破电解应用题 (1) 分清阴、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) 注意放电顺序。 (4) 书写电极反应式,注意得失电子守恒。 (5) 正确判断产物 ① 阳极产物的判断首先看电极,如果是活性电极作阳极,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,则需看溶液中阴离子的失电子能力,阴离子放电顺序为 S 2 - >I - >Br - >Cl - >OH - ( 水 )> 含氧酸根 >F - 。 ② 阴极产物的判断直接根据阳离子的放电顺序进行判断: Ag + >Hg 2 + >Fe 3 + >Cu 2 + >H + >Pb 2 + >Fe 2 + >Zn 2 + >H + ( 水 )>Al 3 + >Mg 2 + >Na + 。 (6) 恢复原态措施 电解后有关电解质溶液恢复原态的问题应该用质量守恒法分析。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 CuSO 4 溶液, Cu 2 + 完全放电之前,可加入 CuO 或 CuCO 3 复原,而 Cu 2 + 完全放电之后,应加入 Cu(OH) 2 或 Cu 2 (OH) 2 CO 3 复原。 典例剖析 例 1   (2016· 全国卷 Ⅰ , 11) 三室式电渗析法处理含 Na 2 SO 4 废水的原理如图所示,采用惰性电极, ab 、 cd 均为离子交换膜,在直流电场的作用下,两膜中间的 Na + 和 可通过离子交换膜,而两端隔室中离子被阻挡不能进入中间隔室。 下列叙述正确的是 A. 通电后中间隔室的 离子向正极迁移,正极 区溶液 pH 增大 B. 该法在处理含 Na 2 SO 4 废水时可以得到 NaOH 和 H 2 SO 4 产品 C. 负极反应为 2H 2 O - 4e - ===O 2 + 4H + ,负极区溶液 pH 降低 D. 当电路中通过 1 mol 电子的电量时,会有 0.5 mol 的 O 2 生成 √ 答案 思维导图 解析 思维导图 解析   电解池中阴离子向正极移动,阳离子向负极移动,即 离子向正极区移动, Na + 向负极区移动,正极区水电离的 OH - 发生氧化反应生成氧气, H + 留在正极区,该极得到 H 2 SO 4 产品,溶液 pH 减小,负极区水电离的 H + 发生还原反应生成氢气, OH - 留在负极区,该极得到 NaOH 产品,溶液 pH 增大,故 A 、 C 项错误, B 项正确; 该电解池相当于电解水,根据电解水的方程式可计算出当电路中通过 1 mol 电子的电量时,会有 0.25 mol 的 O 2 生成, D 项错误。 例 2  用下图所示装置除去含 CN - 、 Cl - 废水中的 CN - 时,控制溶液 pH 为 9 ~ 10 , CN - 与阳极产生的 ClO - 反应生成无污染的气体,下列说法不正确的是 答案 A. 用石墨作阳极,铁作阴极 B. 阳极的电极反应式为 Cl - + 2OH - - 2e - === ClO - + H 2 O C. 阴极的电极反应式为 2H 2 O + 2e - ===H 2 ↑ + 2OH - D. 除去 CN - 的反应: 2CN - + 5ClO - + 2H + ===N 2 ↑ + 2CO 2 ↑ + 5Cl - + H 2 O √ 解析 解析   阳极产生 ClO - ,发生的反应为 Cl - + 2OH - - 2e - === ClO - + H 2 O ,所以阳极一定是石墨电极而不是铁电极, A 、 B 两项正确; 阴极是 H + 得电子产生 H 2 , C 项正确; 溶液的 pH 为 9 ~ 10 ,显碱性,因而除去 CN - 的反应为 2CN - + 5ClO - + 2OH - === N 2 ↑ + + 5Cl - + H 2 O , D 项错误。 经典精练 1. 根据如图判断,下列说法正确的是 答案 解析 2 3 1 4 5 6 A. 甲电极附近溶液 pH 会升高 B. 甲极生成氢气,乙极生成氧气 C. 当有 0.1 mol 电子转移时,乙电极产生 1.12 L 气体 D. 图中 b 为阴离子交换膜、 c 为阳离子交换膜,利用该装置可以制硫酸和 氢氧化钠 √ 解析   甲为阳极,放氧生酸,电极附近 H + 浓度增大; 乙为阴极,产生 H 2 ; C 项未指明标准状况,错。 2. 观察下列几个装置示意图,有关叙述正确的是 A. 装置 ① 中阳极上析出红色固体 B. 装置 ② 的待镀铁制品应与电源正极相连 C. 装置 ③ 中外电路电子由 a 极流向 b 极 D. 装置 ④ 中所连的 X 是外接电源的正极 答案 √ 2 3 1 4 5 6 解析 解析   电解 CuCl 2 溶液时,阳极产生氯气,阴极析出红色的铜, A 项错误; 电镀时,镀层金属作阳极,连电源的正极,待镀铁制品作阴极,连电源的负极, B 项错误; 装置 ③ 中,通入氢气的 a 极是负极,通入氧气的 b 极是正极,在外电路中,电子由 a 极经电流表流向 b 极, C 项正确; 装置 ④ 是利用电解原理防腐,钢闸门应是被保护的电极,为阴极,所连的 X 电极是外接电源的负极, D 项错误。 2 3 1 4 5 6 3. 工业上可利用下图所示电解装置吸收和转化 SO 2 (A 、 B 均为惰性电极 ) 。下列说法正确的是 A.A 电极接电源的正极 B.A 极区溶液的碱性逐渐增强 C. 本装置中使用的是阴离子交换膜 D.B 极的电极反应式为 SO 2 + 2e - + 2H 2 O=== + 4H + 答案 解析 √ 2 3 1 4 5 6 2 3 1 4 5 6 新题预测 4. 储氢合金表面镀铜过程中发生的反应为 Cu 2 + + 2HCHO + 4OH - ===Cu + H 2 ↑ + 2H 2 O + 2HCOO - 。下列说法正确的是 A. 阴极发生的电极反应只有 Cu 2 + + 2e - ===Cu B. 镀铜过程中化学能转变为电能 C. 合金作阳极,铜作阴极 D. 电镀过程中 OH - 向阳极迁移 答案 解析 √ 2 3 1 4 5 6 解析   A 项,阴极上还会析出氢气,发生的电极反应还有 2H 2 O + 2e - ===2OH - + H 2 ↑ ,错误。 B 项,利用电解原理在合金表面镀铜,是将电能转化为化学能,错误。 C 项,合金作阴极,铜作阳极,错误。 D 项,阳极反应式为 HCHO - 2e - + 3OH - ===HCOO - + 2H 2 O , OH - 向阳极迁移,并在阳极上发生反应,正确。 2 3 1 4 5 6 5. 纳米氧化亚铜在制作陶瓷等方面有广泛应用。利用电解的方法可得到纳米 Cu 2 O ,电解原理如图所示。下列有关说法不正确的是 A.b 极为负极 B. 铜极的电极反应式为 2Cu - 2e - + 2OH - ===Cu 2 O + H 2 O C. 钛极附近逸出 O 2 D. 每生成 1 mol Cu 2 O ,理论上有 2 mol OH - 从离子交换膜左侧向右侧迁移 答案 √ 2 3 1 4 5 6 解析 解析   A 项,铜为阳极,钛为阴极,阴极与负极相连,所以 b 极为负极,不符合题意。 B 项,铜极上发生氧化反应生成氧化亚铜,不符合题意。 C 项,钛极的电极反应式为 2H 2 O + 2e - ===2OH - + H 2 ↑ ,符合题意。 D 项,左侧生成 OH - ,右侧消耗 OH - ,且每生成 1 mol Cu 2 O 时,消耗 2 mol OH - ,为维持电荷平衡,则理论上有 2 mol OH - 从离子交换膜左侧向右侧迁移,不符合题意。 2 3 1 4 5 6 6. 常温下,将物质的量浓度相等的 CuSO 4 溶液和 NaCl 溶液等体积混合后,用石墨电极进行电解,电解过程中,溶液的 pH 随时间 t 的变化曲线如图所示。下列说法中不正确的是 答案 2 3 1 4 5 6 A.A 点对应溶液 pH 小于 7 ,因为 Cu 2 + 水解使溶液显酸性 B. 整个电解过程中阳极先产生 Cl 2 ,后产生 O 2 C.BC 段对应的电解过程阳极产物是 Cl 2 D.CD 段对应的电解过程电解的物质是水 √ 解析 解析   根据图像, AB 段对应的电解过程阳极产物为 Cl 2 、阴极产物为 Cu ; BC 段对应的电解过程阳极产物为 O 2 、阴极产物为 Cu ; CD 段对应的电解过程阳极产物为 O 2 、阴极产物为 H 2 ; CuSO 4 水解,溶液呈酸性, A 点对应溶液 pH 小于 7 , A 项说法正确; 根据阳极放电顺序,整个过程中阳极上 Cl - 先放电,产生 Cl 2 , H 2 O 后放电,产生 O 2 , B 项说法正确; 阳极先产生 Cl 2 ,后产生 O 2 , BC 段对应的电解过程溶液 pH 减小,阳极电解 H 2 O ,阳极产物是 O 2 ,阴极产物为 Cu , C 项说法错误; CD 段对应的电解过程溶液 pH 下降速率减小,为电解 H 2 O ,阳极产物为 O 2 、阴极产物为 H 2 , D 项说法正确。 2 3 1 4 5 6 角度三 电化学原理的综合判断 1. 金属腐蚀原理及防护方法总结 (1) 常见的电化学腐蚀有两类: ① 形成原电池时,金属作负极,大多数是吸氧腐蚀; ② 形成电解池时,金属作阳极。 高考必备 (2) 金属防腐的电化学方法: ① 原电池原理 —— 牺牲阳极的阴极保护法:与较活泼的金属相连,较活泼的金属作负极被腐蚀,被保护的金属作正极。 注意:此处是原电池,牺牲了负极保护了正极,但习惯上叫做牺牲阳极的阴极保护法。 ② 电解池原理 —— 外加电流的阴极保护法:被保护的金属与电池负极相连,形成电解池,作阴极。 2. 可充电电池的反应规律 (1) 可充电电池有充电和放电两个过程,放电时是原电池反应,充电时是电解池反应。 (2) 放电时的负极反应和充电时的阴极反应、放电时的正极反应和充电时的阳极反应互为逆反应。将负 ( 正 ) 极反应式变换方向并将电子移项即可得出阴 ( 阳 ) 极反应式。 (3) 可充电电池充电时原负极必然要发生还原反应 ( 生成原来消耗的物质 ) ,即作阴极,连接电源的负极;同理,原正极连接电源的正极,作阳极。简记为负连负,正连正。 3. “ 串联 ” 类电池的解题流程 例 1   (2016· 全国卷 Ⅲ , 11) 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 + O 2 + 4OH - + 2H 2 O=== 。 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 - === D. 放电时,电路中通过 2 mol 电子,消耗氧气 22.4 L( 标准状况 ) 典例剖析 答案 解析 √ 解题思路 解题思路  充电时应用电解原理,阳离子向阴极运动,阴离子向阳极运动;从方程式的角度看是已知反应,逆向进行。 放电时应用原电池原理, Zn 为负极, O 2 在正极得电子,应用电子守恒可判断 D 项。 解析   A 项,充电时,电解质溶液中 K + 向阴极移动,错误; B 项,充电时,总反应方程式为 2Zn + O 2 + 4OH - + 2H 2 O ,所以电解质溶液中 c (OH - ) 逐渐增大,错误; C 项,在碱性环境中负极 Zn 失电子生成的 Zn 2 + 将与 OH - 结合生成 ,正确; D 项, O 2 ~ 4e - ,故电路中通过 2 mol 电子,消耗氧气 0.5 mol ,在标准状况下体积为 11.2 L ,错误。 例 2   (2016· 北京理综, 12) 用石墨电极完成下列电解实验。   实验一 实验二 装置 现象 a 、 d 处试纸变蓝; b 处变红,局部褪色; c 处无明显变化 两个石墨电极附近有气泡产生; n 处有气泡产生 …… 下列对实验现象的解释或推测不合理的是 A.a 、 d 处: 2H 2 O + 2e - ===H 2 ↑ + 2OH - B.b 处: 2Cl - - 2e - ===Cl 2 ↑ C.c 处发生了反应: Fe - 2e - ===Fe 2 + D. 根据实验一的原理,实验二中 m 处能析出铜 √ 答案 解析 解题思路 解题思路  根据实验一装置的宏观现象,可推测实验一装置的变化符合两个电解池串联,类比实验一,溶液中的铜珠也可看作导体,左右两测看作两个电极,则实验二装置为三个电解池串联,应用活泼电极的电解原理,分析判断各项,得出正确答案。 解析   实验一可以看作两个电解池串联, a 为阴极, c 为阳极, d 为阴极, b 为阳极。 a 、 d 均为阴极,溶液中的阳离子即水中的 H + 放电生成 H 2 和 OH - ,试纸变蓝, A 正确; b 为阳极, b 处变红,说明有 H + 生成,即水中的 OH - 放电生成 O 2 和 H 2 O ,局部褪色,说明 Cl - 放电生成 Cl 2 ,溶于水中生成 HCl 和 HClO , HClO 的漂白性使局部褪色, B 错误; c 处铁作阳极,活性电极作阳极,优先失电子: Fe - 2e - ===Fe 2 + , C 正确; 由实验一原理,可知实验二中形成 3 个电解池 (1 个球的两面为阴、阳两极 ) , m 为阴极,相当于电镀铜原理, m 处有铜析出, D 正确。 1. 某同学组装了如图所示的电化学装置。电极 Ⅰ 为 Al ,其他电极均为 Cu ,则 答案 解析 经典精练 2 3 1 4 5 6 A. 电流方向:电极 Ⅳ→ → 电极 Ⅰ B. 电极 Ⅰ 发生还原反应 C. 电极 Ⅱ 逐渐溶解 D. 电极 Ⅲ 的电极反应: Cu 2 + + 2e - ===Cu √ 7 解析   根据原电池的构成原理可知,电极 Ⅰ 为负极,电极 Ⅱ 为正极,电极 Ⅲ 为阳极,电极 Ⅳ 为阴极。电子流向为电极 Ⅰ→ → 电极 Ⅳ ,故电流方向为电极 Ⅳ→ → 电极 Ⅰ , A 正确; 电极 Ⅰ 为负极,发生氧化反应, B 错误; 电极 Ⅱ 为正极, Cu 2 + 被还原得到 Cu , C 错误; 电极 Ⅲ 为阳极,发生反应: Cu - 2e - ===Cu 2 + , D 错误。 2 3 1 4 5 6 7 答案 解析 2 3 1 4 5 6 2. 如图所示,将铁棒和石墨棒插入盛有足量饱和 NaCl 溶液的 U 形管中。下列分析正确的是 A.K 1 闭合,铁棒上发生的反应为 2H + + 2e - ===H 2 ↑ B.K 1 闭合,石墨棒周围溶液 pH 逐渐升高 C.K 2 闭合,铁棒不会被腐蚀,属于牺牲阳极的阴极保护法 D.K 2 闭合,电路中通过 0.002 N A 个电子时,两极共产生 0.001 mol 气体 √ 7 2 3 1 4 5 6 解析   K 1 闭合,该装置为原电池,根据原电池原理,铁棒为负极,电极反应为 Fe - 2e - === Fe 2 + ,石墨棒为正极,电极反应为 O 2 + 4e - + 2H 2 O === 4OH - ,石墨棒周围溶液 pH 逐渐升高,所以 A 错误, B 正确; K 2 闭合则为电解池装置,根据电解原理,铁棒为阴极,不会被腐蚀,属于外加电流的阴极保护法, C 错误; 电解饱和 NaCl 溶液,当电路中有 0.002 mol 电子通过时,阴、阳两极分别产生 H 2 、 Cl 2 ,二者的物质的量均为 0.001 mol , D 错误。 7 A. 甲装置是牺牲阳极的阴极保护法 B. 乙装置是牺牲阳极的阴极保护法 C. 一段时间后甲、乙装置中 pH 均增大 D. 甲、乙装置中铁电极的电极反应式均为 2H + + 2e - ===H 2 ↑ 3. 对如图装置 ( 铁的防护 ) 的分析正确的是 答案 解析 √ 2 3 1 4 5 6 7 解析   A 项,甲装置中 C 为阳极,阳极上氯离子失电子, Fe 为阴极,阴极上氢离子得电子,属于外加电流的阴极保护法,故 A 错误; B 项,乙装置中 Zn 为负极, Fe 为正极,正极上氧气得电子, Fe 不参加反应, Fe 被保护,所以是牺牲阳极的阴极保护法,故 B 正确; C 项,甲装置中电解氯化钠生成氢氧化钠,溶液的 pH 增大,乙装置中负极 Zn 失电子,正极氧气得电子,最终生成氢氧化锌,溶液的 pH 几乎不变,故 C 错误; D 项,乙中正极上氧气得电子生成氢氧根离子,所以 Fe 电极上没有氢气生成,故 D 错误。 2 3 1 4 5 6 7 4. 某电动汽车配载一种可充放电的锂离子电池,放电时电池总反应为 Li 1 - x CoO 2 + Li x C 6 ===LiCoO 2 + C 6 ( x < 1) 。下列关于该电池的说法不正确的是 A. 放电时, Li + 在电解质中由负极向正极迁移 B. 放电时,负极的电极反应式为 Li x C 6 - x e - === x Li + + C 6 C. 充电时,若转移 1 mol e - ,石墨 (C 6 ) 电极将增重 7 x g D. 充电时,阳极的电极反应式为 LiCoO 2 - x e - ===Li 1 - x CoO 2 + x Li + 答案 解析 √ 2 3 1 4 5 6 7 解析   A 项,原电池中阳离子由负极向正极迁移,正确; B 项,放电时,负极发生氧化反应,电极反应式为 Li x C 6 - x e - === x Li + + C 6 ,正确; C 项,充电时,若转移 1 mol 电子,石墨电极质量将增重 7 g ,错误; D 项,充电时阳极发生氧化反应,电极反应式为 LiCoO 2 - x e - ===Li 1 - x CoO 2 + x Li + ,正确。 2 3 1 4 5 6 7 新题预测 5. 一种高能纳米级 Fe 3 S 4 和镁的二次电池,其工作原理为 Fe 3 S 4 + 4Mg 3Fe + 4MgS ,装置如图所示。下列说法不正确的是 答案 解析 2 3 1 4 5 6 A. 放电时,镁电极为负极 B. 放电时,正极的电极反应式为 Fe 3 S 4 + 8e - ===3Fe + 4S 2 - C. 充电时,阴极的电极反应式为 MgS + 2e - ===Mg + S 2 - D. 充电时, S 2 - 通过阴离子交换膜从左侧向右侧迁移 √ 7 解析   二次电池放电时为原电池原理,充电时为电解池原理。放电时 Mg 转化为 MgS ,化合价升高,故为负极,则 Fe 3 S 4 为正极,其电极反应式为 Fe 3 S 4 + 8e - ===3Fe + 4S 2 - ,因此 A 、 B 两项正确; 充电时, MgS 转化为 Mg ,故为阴极,其电极反应式为 MgS + 2e - ===Mg + S 2 - ,因此 C 项正确; 充电时,阴离子向阳极移动,则 S 2 - 通过阴离子交换膜从右侧向左侧迁移,故 D 项错误。 2 3 1 4 5 6 7 6. 肼 ( 分子式为 N 2 H 4 ,又称联氨 ) 具有可燃性,在氧气中完全燃烧生成氮气,可用作燃料电池的燃料。 2 3 1 4 5 6 答案 解析 由题图信息可知下列叙述不正确的是 A. 甲为原电池,乙为电解池 B.b 电极的电极反应式为 O 2 + 4e - === 2O 2 - C.d 电极的电极反应式为 Cu 2 + + 2e - ===Cu D.c 电极质量变化 128 g 时,理论消耗标准状况下的空气约为 112 L √ 7 2 3 1 4 5 6 解析   由题图信息可知,甲为乙中的电解提供能量, A 项不符合题意; 水溶液中不可能存在 O 2 - , B 项符合题意; d 电极与负极相连,发生还原反应,生成 Cu , C 项不符合题意; 铜质量减少 128 g ,减少的物质的量为 2 mol ,故转移 4 mol 电子,由 N 2 H 4 + O 2 ===N 2 + 2H 2 O 可知, N 元素的化合价由- 2 升高到 0 ,故转移 4 mol 电子时, 参与反应的 O 2 的物质的量为 1 mol ,即消耗空气的物质的量约为 = 5 mol , 即标准状况下的体积为 5 mol × 22.4 L·mol - 1 = 112 L , D 项不符合题意。 7 7. 在城市地下常埋有纵横交错的管道和输电线路,有些地面上还铺有地铁或城铁的铁轨,当有电流泄漏入潮湿的土壤中,并与金属管道或铁轨形成回路时,就会引起金属管道、铁轨的腐蚀,原理简化如图所示。则下列有关说法中不正确的是 A. 原理图可理解为两个串联电解装置 B. 溶液中铁丝被腐蚀时,左侧有无色气体产生,附近 产生少量白色沉淀,随后变为灰绿色 C. 溶液中铁丝左端的电极反应式为 Fe - 2e - === Fe 2 + D. 地下管道被腐蚀,不易发现,也不便维修,故应将埋在地下的金属管道 表面涂绝缘膜 ( 或油漆等 ) √ 答案 解析 2 3 1 4 5 6 7 解析   题中原理图可理解为两个串联的电解装置, A 项不符合题意。 左侧铁棒为阳极,铁失去电子生成亚铁离子,铁丝左侧为阴极,氢离子在阴极放电生成氢气,同时有 OH - 生成,亚铁离子与 OH - 结合,产生少量白色沉淀,随后被氧化为灰绿色, B 项不符合题意、 C 项符合题意。 2 3 1 4 5 6 7 本课结束

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