高考化学一轮复习电化学导学案 13页

1 电化学专题 李仕才 考情分析 电化学的内容是历年高考的重要知识点之一，主要以选择题的形式出现，考查的内容 有：原电池、电解池、电镀池的电极名称及根据总反应方程式书写原电池各电极反应式、根 据电解时电极变化判电极材料或电解质种类、根据反应式进行计算、与电解池及电镀池精炼 池进行综合考查、提供反应方程式设计原电池、提供电极材料电解质溶液进行原电池是否形 成的判断、与图像进行结合考查各电极上质量或电解质溶液溶质质量分数的变化等。其中原 电池的工作原理及其电极反应式的书写、电解产物的判断和计算是高考命题的热点。 【考纲要求】 1.理解原电池和电解池的工作原理，写出相应的电极反应和电池反应方程式。 2.了解常见化学电源的种类及其工作原理；认识化学能与电能的实际意义及其重要应用。 3.理解金属发生电化学腐蚀的原理，认识金属腐蚀的危害， 4.了解防止金属电化学腐蚀的主要措施 【模块一】基础知识梳理 第一课时 原电池 【复习目标】 1、使学生理解原电池工作原理，掌握形成原电池的条件以及原电池正、负极的确定、电极 反应式的书写。 2、了解日常生活中常用的化学电源和新型化学电池。 3、了解金属腐蚀的的原理。 【复习重点】 1、原电池工作原理，形成原电池的条件、原电池正、负极的确定、电极反应式的书写。 2、化学电源和新型化学电池。 3、金属腐蚀。 【考点、热点、难点】 一、原电池的构成及反应原理 1、定义:将化学能转变为电能的装置。 实质:是依据一定条件,将氧化还原反应中还原剂失去的电子经过导线传给氧化剂,使氧化反 应和还原反应分别在负、正两极进行。 2、形成条件: ①有两种活泼性不同的金属(或一种是非金属)作电极。②有电解质溶液(一般与活泼的电极 发生自发的氧化还原反应);③形闭合回路。 二、原电池正负极的判断及电极反应式的书写 1、电极的判断 ①根据电极的活泼性:较活泼的金属为负极,较不活泼的金属为正极. ②根据氧化还原反应:发生氧化反应的电极为负极,发生还原反应的电极为正极。 ③根据电子流向或电流流向:电子流出(电流流入)的为负极,电子流入(电流流出)的为正极。 2、电极反应式的书写 三、化学电池的工作原理 1、化学电池的主要类型:铅蓄电池、干电池、锂电池、燃料电池。 2、几种化学电池的电极材料、电解质溶液、电极反应式。 3、规律:在酸性介质的电极反应中不出现 OH-,在碱性介质的电极反应中不出现 H+。 2 四、金属的腐蚀和防护 1、实质:是金属原子失去电子被氧化为离子的过程,即 M-ne-=Mn+。 2、分类(根据与接触的介质类型) ①化学腐蚀:金属与外界物质接触直接发生化学反应。如:铁跟氯气反应而腐蚀。 ②电化学腐蚀(简称电化腐蚀):不纯的金属与电解质溶液接触时,会发生原电池反应,较活泼 的金属失电子而被氧化。 3、防护(1)改变金属内部组织结构;(2)覆盖保护层;(3)电化学保护。 4、金属腐蚀快慢的判断:电解池(阳极)>原电池(负极)>纯金属>原电池(正极)>电解池(阴极) 第二课时 电解原理 【复习目标】 1、理解电解的基本原理,掌握一般反应产物的判断方法，学会确定电解池的阴、阳极。 2、通过对比、分析,明确原电池与电解池的区别和联系。 3、了解铜的电解精炼和电镀铜及氯碱工业反应原理，正确书写电极反应方程式和电解的总 化学方程式。 【复习重点】 1、电解的基本原理。 2、电解的应用。 【考点、热点、难点】 一、电解池 1、定义:将电能转化为化学能的装置。 2、形成条件： (1)两个电极:阳极(和外加电源正极相连)和阴极(和外加电源负极相连)； (2)电解质溶液或熔化的电解质； (3)形成闭合回路。 3、电解池的反应原理:电源 电流 电子转移 氧化还原 二、电解池电极判断及电解规律 1、阴、阳极判断依据:(1)与电源连接方式,(2)电极反应,(3)三个流向。 2、电解时电极产物的判断 (1)阳极产物判断①非惰性电极:电极本身失电子而溶解,②惰性电极:溶液中阴离子失电子。 放电顺序：S2->I->Br->Cl->OH->含氧酸根 (2)阴极产物判断:电极不参加反应,溶液中阳离子放电。 放电顺序：Ag+>Hg2+>Fe3+>Cu2+>H+(酸)>Fe2+>Zn2+>H+(水)>Al3>Mg2+>Na+ 3、惰性电极电解的类型 (1)电解水型:如电解 NaOH、H2SO4、Na2SO4 等溶液; (2)分解电解质型:如电解 CuCl2 等溶液; (3)放氢生碱型:如电解 NaCl、KBr 等溶液; (4)放氧生酸型:如电解 CuSO4、AgNO3 等溶液。 三、电解原理的应用： 1、电解精炼铜:以精铜作阴极,以粗铜作阳极,电解硫酸铜溶液。 2、电镀 (1)电极:阳极—镀层金属,阴极—待镀金属,电镀液—含有镀层金属离子的溶液。 (2)电镀特点:电极本身参加了反应,电镀过程中电镀液的浓度不变。 3、氯碱工业 (1)电解前应净制以除去 Mg2+、Ca2+、SO4 2-等杂质离子; 阳极:氧化 阴极:还原 3 (2)电极反应式:阳极(石墨)2Cl- - 2e- = Cl2↑,阴极(钢铁)2H+ + 2e- = H2↑, 总反应 2NaCl + 2H2O 2NaOH + H2↑ + Cl2↑ (3)离子交换膜的作用:防止氯气和氢气接触爆炸,防止氢氧化钠进入阳极区与氯气反应。 【模块二】典例讲解 考向一：原电池 A.原电池工作原理 1. 锌 — 空 气 电 池 是 金 属 空 气 电 池 的 一 种 ， 电 解 质 溶 液 为 KOH 溶 液 时 ， 反 应 为 ： 2Zn+O2+4OH-+2H2O=2Zn(OH)4 2-。下列有关说法正确的是 （ ） A．石墨电极上发生氧化反应 B．正极附近溶液的 pH 不断减小 C．OH-由锌电极移向石墨电极 D．Zn 电极上发生反应：Zn-2e-+4OH-=Zn(OH)4 2- B.盐桥原电池装置分析 2．一定条件下，实验室利用如图所示装置，通过测电压求算 Ksp(AgCl)。工作一段时间后， 两电极质量均增大。下列说法正确的是( ) A．右池中的银电极作负极 B．正极反应为 Ag－e－===Ag＋ C．总反应为 Ag＋＋Cl－===AgCl↓D．盐桥中的 NO － 3 向右池方向移动 C.可逆反应中的“盐桥” 3．控制适合的条件，将反应 2Fe3＋＋2I－ 2Fe2＋＋I2 设计成如下图所示的原电池。下列判 断不正确的是( ) 4 A．反应开始时，乙中石墨电极上发生氧化反应 B．反应开始时，甲中石墨电极上 Fe3＋被还原 C．电流表读数为零时，反应达到化学平衡状态 D．电流表读数为零后，在甲中溶入 FeCl2 固体，乙中的石墨电极为负极 考点二 原电池原理的四大应用 A.设计原电池 1.根据下列氧化还原反应设计一个原电池：2FeCl3＋Fe=3FeCl2 要求：（1）画出此原电池的装置图，装置可采用烧杯和盐桥。 （2）注明原电池的正、负极和外电路中电子的流向。 （3）写出两个电极上发生的电极反应。 B.金属活动性强弱的比较 2.有 A、B、C、D、E 五块金属片，进行如下实验：①A、B 用导线相连后，同时浸入稀 H2SO4 溶液中，A 极为负极；②C、D 用导线相连后，同时浸入稀 H2SO4 溶液中，电流由 D→导线→C； ③A、C 相连后，同时浸入稀 H2SO4 溶液中，C 极产生大量气泡；④B、D 相连后，同时浸入稀 H2SO4 溶液中，D 极发生氧化反应；⑤用惰性电极电解含 B 离子和 E 离子的溶液，E 先析出。 据此，判断五种金属的活动性顺序是 （ ） A．A>B>C>D>E B．A>C>D>B>E C．C>A>B>D>E D．B>D>C>A>E 考点三 电解原理 电极反应式，电解总方程式的书写 1．按要求书写电极反应式和总方程式 (1)用惰性电极电解 AgNO3 溶液： (2)用惰性电极电解 MgCl2 溶液 (3)用铁作电极电解 NaCl 溶液 (4)用铁作电极电解 NaOH 溶液 5 (5)用铜作电极电解盐酸溶液 考向二 电解原理和电解规律的考查 1．观察下列几个装置示意图，有关叙述正确的是( ) A．装置甲中阳极上析出红色固体 B．装置乙中铜片应与电源负极相连 C．装置丙中外电路电流方向：b 极→a 极 D．装置丁中阴极反应：2Cl－－2e－===Cl2↑ 2．下列装置的线路接通后，经过一段时间，溶液的 pH 明显减小的是( ) 3.图中 X 为电源，Y 为浸透饱和食盐水和酚酞试液的滤纸，滤纸中央滴有一滴 KMnO4 溶液， 通电后 Y 中央的紫红色斑向 d 端扩散。下列判断正确的是( ) A．滤纸上 c 点附近会变红色 B．Cu 电极质量减小，Pt 电极质量增大 C．Z 中溶液的 pH 先减小，后增大 D．溶液中的 SO 2－ 4 向 Cu 电极定向移动 6 考点四 电解原理的应用 A 电解原理的“传统”应用 1．利用如图所示装置模拟电解原理在工业生产上的应用。下列说法正确的是( ) A．氯碱工业中，X 电极上反应式是 4OH－－4e－===2H2O＋O2↑ B．电解精炼铜时，Z 溶液中的 Cu2＋浓度不变 C．在铁片上镀铜时，Y 是纯铜 D．制取金属镁时，Z 是熔融的氯化镁 2．(1)①电镀时，镀件与电源的极连接。 ②化学镀的原理是利用化学反应生成金属单质沉积在镀件表面形成镀层。若用铜盐进行化 学镀铜，应选用(填“氧化剂”或“还原剂”)与之反应。 (2)粗铜的电解精炼如图所示。在粗铜的电解过程中，粗铜板应是图中电极(填图中的字母)； 在电极 d 上发生的电极反应式为；若粗铜中还含有 Au、Ag、Fe，它们在电解槽中的存在形式 和位置为。 (3)以 CuSO4 溶液为电解质溶液进行粗铜(含 Al、Zn、Ag、Pt、Au 等杂质)的电解精炼，下列 说法中正确的是。 a．电能全部转化为化学能 b．粗铜接电源正极，发生氧化反应 c．溶液中 Cu2＋向阳极移动 7 d．利用阳极泥可回收 Ag、Pt、Au 等金属 (4)离子液体是一种室温熔融盐，为非水体系。由有机阳离子、Al2Cl － 7 和 AlCl － 4 组成的离子 液体作电解液时，可在钢制品上电镀铝。钢制品应接电源的极，已知电镀过程中不产生其他 离子且有机阳离子不参与电极反应，阴极电极反应式为。 若改用 AlCl3 水溶液作电解液，则阴极产物为。 3．(2015·高考上海卷节选)氯碱工业以电解精制饱和食盐水的方法制取氯气、氢气、烧碱 和氯的含氧酸盐等系列化工产品。如图所示是离子交换膜法电解食盐水的示意图，图中的离 子交换膜只允许阳离子通过。 完成下列填空： (1)写出电解饱和食盐水的离子方程式：。 (2)离子交换膜的作用为：、。 (3)精制饱和食盐水从图中位置补充，NaOH 溶液从图中位置流出。(填“a”、“b”、“c” 或“d”) B 电解原理在物质制备中的应用 1．氨是生产氮肥、尿素等物质的重要原料。电化学法是合成氨的一种新方法，其原理如图 所示，下列有关说法正确的是( ) A．图中所示物质中，X 为 H2，Y 为 N2 B．Y 参与的电极反应为 H2＋2e－===2H＋ C．当有 3 mol H＋通过质子交换膜时，Z 的体积为 22.4 L D．反应过程中左边区域溶液 pH 逐渐升高 2．在电解液不参与反应的情况下，采用电化学法还原 CO2 可制备 ZnC2O4，原理如图所示。下 列说法正确的是( ) 8 A．电解结束后电解液Ⅱ中 c(Zn2＋)增大 B．电解液Ⅰ应为 ZnSO4 溶液 C．Pt 极反应式为 2CO2＋2e－===C2O2－ 4 D．当通入 44 g CO2 时，溶液中转移 1 mol 电子 3.电解尿素[CO(NH2)2]的碱性溶液制氢气的装置示意图如下： 电解池中隔膜仅阻止气体通过，阴阳两极均为惰性电极。 (1)A 极为，电极反应式为。 (2)B 极为，电极反应式为。 电解 NO 制备 NH4NO3，其工作原理如图所示，为使电解产物全部转化为 NH4NO3，需补充物质 A， A 是，说明理由：。 C 电解原理在环境治理中的应用 4．用 Na2SO3 溶液吸收硫酸工业尾气中的二氧化硫，将所得的混合液进行电解循环再生，这 种新工艺叫再生循环脱硫法。其中阴、阳离子交换膜组合循环再生机理如图所示，下列有关 说法不正确的是( ) 9 A．X 为直接电源的负极，Y 为直流电源的正极 B．阳极的电极反应式为 4OH－－4e－===2H2O＋O2↑ C．图中的 b>a D．该过程中的产品主要为 H2SO4 和 H2 5．(2017·南师附中模拟)电化学降解法治理水中硝酸盐的污染原理如图所示。下列说法正 确的是( ) A．B 为电源正极 B．电解过程中 H＋向阳极移动 C．阴极反应式为 2NO－ 3 ＋6H2O＋10e－===N2↑＋12OH－ D．理论上电解过程中阴、阳两极产生的气体在同温同压下体积比为 2∶5 D 电解原理在物质分离、提纯中的应用 6．(2018·广州综合测试)用电解法可提纯含有某种含氧酸根杂质的粗 KOH 溶液，其工作原 理如图所示。下列有关说法错误的是( ) A．阳极反应式为 4OH－－4e－===2H2O＋O2↑B．通电后阴极区溶液 pH 会增大 C．K＋通过交换膜从阴极区移向阳极区 D．纯净的 KOH 溶液从 b 口导出 考点五 辨析多池组合、突破电化学计算 1．辨析多池组合 (1)直接判断：非常直观明显的装置，如燃料电池、铅蓄电池等在电路中，则其他装置为电 解池。如图所示：A 为原电池，B 为电解池。 10 (2)根据电池中的电池材料和电解质溶液判断： 原电池一般是两种不同的金属电极或一种金属电极一个碳棒做电极；而电解池则一般都是 两个惰性电极，如两个铂电极或两个碳棒。原电池中的电极材料和电解质溶液之间能发生自发 的氧化还原反应，电解池的电极材料一般不能和电解质溶液自发反应。如图所示：B 为原电池， A 为电解池。 (3)根据电极反应现象判断： 在某些装置中根据电极反应或反应现象可判断电极，并由此判断电池类型。如图所示：若 C 极溶解，D 极上析出 Cu，B 极附近溶液变红，A 极上放出黄绿色气体，则可知乙是原电池，D 是正极，C 是负极；甲是电解池，A 是阳极，B 是阴极。B、D 极发生还原反应，A、C 极发生氧 化反应。 2．突破电化学计算 原则：电化学的反应是氧化还原反应，各电极上转移电子的物质的量相等，无论是单一电 池还是串联电解池，均可抓住电子守恒计算。 关键：a.电极名称要区分清楚；b.电极产物要判断准确； c．各产物间量的关系遵循电子得失守恒。 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。 11 (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关系建立起已知量与未知量之间的桥梁，构建计算所需的关系式。 如以通过 4 mol e－为桥梁可构建如下关系式： (式中 M 为金属，n 为其离子的化合价数值) 注意 在电化学计算中，还常利用 Q＝I·t 和 Q＝n(e－)×NA×1.60×10－19 C 来计算电路中 通过的电量。 考向一 多池串联的分析与计算 1.(2017·四川绵阳调研)按如图装置进行电解(均是惰性电极)，已知 A 烧杯中装有 500 mL 20%的 NaOH 溶液，B 烧杯中装有 500 mL pH 为 6 的 CuSO4 溶液。通电一段时间后，在 b 电极上 收集到 28 mL 气体(标准状况)，则 B 烧杯中溶液 pH 变为(溶液体积变化忽略不计)( ) A．4 B．3 C．2 D．1 2．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( ) A．电流方向：电极Ⅳ→A→电极Ⅰ B．电极Ⅰ的质量减少 2.7 g 时，电极Ⅳ的质量减少 9.6 g C．电极Ⅱ逐渐溶解 D．电极Ⅲ的电极反应：Cu2＋＋2e－===Cu 考向二 电解的分阶段计算 3．将等物质的量浓度的 CuSO4 和 NaCl 等体积混合后，用石墨电极进行电解，电解过程中， 溶液 pH 随时间 t 的变化如图所示，则下列说法错误的是( ) 12 A．阳极先析出 Cl2，后析出 O2，阴极先产生 Cu，后析出 H2 B．AB 段阳极只产生 Cl2，阴极只产生 Cu C．BC 段表示在阴极上是 H＋放电产生了 H2 D．CD 段相当于电解水 4．500 mL KNO3 和 Cu(NO3)2 的混合溶液中 c(NO－ 3 )＝0.6 mol·L－1，用石墨作电极电解此溶液， 当通电一段时间后，两极均收集到 2.24 L 气体(标准状况下)，假定电解后溶液体积仍为 500 mL， 下列说法正确的是( ) A．原混合溶液中 c(K＋)为 0.2 mol·L－1 B．上述电解过程中共转移 0.2 mol 电子 C．电解得到的 Cu 的物质的量为 0.05 mol D．电解后溶液中 c(H＋)为 0.2 mol·L－1 考点六 金属的腐蚀与防护 考向一 金属腐蚀快慢的比较 1．(2016·浙江名校联考)如图所示，各烧杯中盛有海水，铁在其中被腐蚀的速率由快到慢 的顺序为( ) A．②①③④⑤⑥ B．⑤④③①②⑥ C．⑤④②①③⑥ D．⑤③②④①⑥ 2．下列与金属腐蚀有关的说法正确的是( ) 13 A．图 a 中，插入海水中的铁棒，越靠近底端腐蚀越严重 B．图 b 中，开关由 M 改置于 N 时，CuZn 合金的腐蚀速率减小 C．图 c 中，接通开关时 Zn 腐蚀速率增大，Zn 上放出气体的速率也增大 D．图 d 中，ZnMnO2 干电池自放电腐蚀主要是由 MnO2 的氧化作用引起的 考向二 对析氢腐蚀和吸氧腐蚀的考查 3．利用如图装置进行实验，开始时，a、b 两处液面相平，密封好，放置一段时间。下列说 法不正确的是( ) A．a 管发生吸氧腐蚀，b 管发生析氢腐蚀 B．一段时间后，a 管液面高于 b 管液面 C．a 处溶液的 pH 增大，b 处溶液的 pH 减小 D．a、b 两处具有相同的电极反应式：Fe－2e－===Fe2＋ 考向三常见金属防护措施 5.全世界每年钢铁因锈蚀造成大量的损失。某城市拟用如图方法保护埋在酸性土壤中的钢质 管道，使其免受腐蚀。关于此方法，下列说法不正确的是 ( ) A．土壤中的钢铁易被腐蚀是因为在潮湿的土壤中形成了原电池 B．金属棒 M 的材料应该是比镁活泼的金属 C．金属棒 M 上发生反应：M－ne－―→Mn＋ D．这种方法称为牺牲阳极的阴极保护法