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- 2021-05-13 发布
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电化学(1)
1.(2017·全国卷Ⅰ)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
解析:选C 依题意,钢管桩为阴极,电子流向阴极,阴极被保护,钢管桩表面腐蚀电流是指铁失去电子形成的电流,接近于0,铁不容易失去电子,A项正确;阳极上发生氧化反应,失去电子,电子经外电路流向阴极,B项正确;高硅铸铁作阳极,阳极上发生氧化反应,阳极上主要是海水中的水被氧化生成氧气,惰性辅助阳极不被损耗,C项错误;根据海水对钢管桩的腐蚀情况,增大或减小电流强度,D项正确。
2.(2017·全国卷Ⅱ)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H2SO4H2C2O4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.阴极的电极反应式为Al3++3e-===Al
D.硫酸根离子在电解过程中向阳极移动
解析:选C 利用电解氧化法在铝制品表面形成致密的Al2O3薄膜,即待加工铝质工件作阳极,A项正确;阴极与电源负极相连,对阴极电极材料没有特殊要求,可选用不锈钢网等,B项正确;电解质溶液呈酸性,阴极上应是H+放电,阴极发生的电极反应为2H++2e-===H2↑,C项错误;在电解过程中,电解池中的阴离子向阳极移动,D项正确。
3.(2016·全国卷Ⅰ)三室式电渗析法处理含Na2SO4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SO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SO向正极迁移,正极区溶液pH增大
B.该法在处理含Na2SO4废水时可以得到NaOH和H2SO4产品
C.负极反应为2H2O-4e-===O2+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O2生成
解析:选B A项正极区发生的反应为2H2O-4e-===O2↑+4H+,由于生成H+,正极区溶液中阳离子增多,故中间隔室的SO向正极迁移,正极区溶液的pH减小。B项负极区发生的反应为2H2O+2e-===H2↑+2OH-,阴离子增多,中间隔室的Na+向负极迁移,故负极区产生NaOH,正极区产生H2SO4。C项由B项分析可知,负极区产生OH-,负极区溶液的pH升高。D项正极区发生的反应为2H2O-4e-===O2↑+4H+,当电路中通过1 mol电子的电量时,生成0.25 mol O2。
4.(2016·全国卷Ⅱ)MgAgCl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-===Mg2+
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+2H2O===Mg(OH)2+H2↑
解析:选B MgAgCl电池的电极反应:负极Mg-2e-===Mg2+,正极2AgCl+2e-===2Ag+2Cl-,A项正确,B项错误。在原电池的电解质溶液中,阳离子移向正极,阴离子移向负极,C项正确。Mg是活泼金属,能和H2O发生反应生成Mg(OH)2和H2,D项正确。
5.(2015·全国卷Ⅰ)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( )
A.正极反应中有CO2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C6H12O6+6O26CO2+6H2O
解析:选A 图示所给出的是原电池装置。A.有氧气反应的一极为正极,发生还原反应,因为有质子通过,故正极电极反应式为O2+4e-+4H+===2H2O,C6H12O6在微生物的作用下发生氧化反应,电极反应式为C6H12O6-24e-+6H2O===6CO2+24H+,负极上有CO2产生,故A不正确。B.微生物电池是指在微生物作用下将化学能转化为电能的装置,所以微生物促进了反应中电子的转移,故B正确。C.质子是阳离子,阳离子由负极区移向正极区,故C正确。D.正极的电极反应式为6O2+24e-+24H+===12H2
O,负极的电极反应式为C6H12O6-24e-+6H2O===6CO2+24H+,两式相加得电池总反应为C6H12O6+6O2===6CO2+6H2O,故D正确。
6.(2014·全国卷Ⅱ)2013年3月我国科学家报道了如图所示的水溶液锂离子电池体系。下列叙述错误的是( )
A.a为电池的正极
B.电池充电反应为LiMn2O4===Li1-xMn2O4+xLi
C.放电时,a极锂的化合价发生变化
D.放电时,溶液中Li+从b向a迁移
解析:选C 图示所给出的是原电池装置。A.由图示分析,金属锂易失电子,由原电池原理可知,含有锂的一端为原电池的负极,即b为负极,a为正极,故正确。B.电池充电时为电解池,反应式为原电池反应的逆反应,故正确。C.放电时,a极为原电池的正极,发生还原反应的是Mn元素,锂元素的化合价没有变化,故不正确。D.放电时为原电池,锂离子为阳离子,应向正极(a极)迁移,故正确。
7.(2017·海南高考)一种电化学制备NH3的装置如图所示,图中陶瓷在高温时可以传输H+。下列叙述错误的是( )
A.Pd电极b为阴极
B.阴极的反应式为N2+6H++6e-===2NH3
C.H+由阳极向阴极迁移
D.陶瓷可以隔离N2和H2
解析:选A 此装置为电解池,总反应式是N2+3H2===2NH3,Pd电极b上是氢气发生氧化反应,即氢气失去电子化合价升高,Pd电极b为阳极,故A说法错误;根据A选项分析,Pd电极a为阴极,反应式为N2+6H++6e-===2NH3,故B说法正确;根据电解池的原理,阳离子在阴极上放电,即有阳极移向阴极,故C说法正确;根据装置图,陶瓷可以隔离N2和H2,故D说法正确。
电化学是高考每年必考内容,主要题型是选择题,有时也会在非选择题中出现(如2015·全国卷ⅡT26、2014·全国卷ⅠT27),命制的角度有电极反应式的正误判断与书写,电池反应式的书写,正负极的判断,电池充、放电时离子移动方向的判断,电极附近离子浓度的变化,电解的应用与计算,金属的腐蚀与防护等。同时通过陌生化学电源的装置图,考查学生接受、吸收、整合化学信息的能力,也体现了对“宏观辨识与微观探析”
的学科核心素养考查。
1.原电池中正负极的判断
依据
正负极判断
依据构成原电池两极的电极材料判断
一般是较活泼的金属为负极,活泼性较弱的金属或能导电的非金属为正极
依据原电池两极发生的变化判断
原电池的负极发生氧化反应;正极发生还原反应
依据电子流动方向或电流方向判断
电子由负极流向正极;电流由正极流向负极
依据原电池电解质溶液中离子的移动方向判断
阳离子向正极移动,阴离子向负极移动
依据原电池盐桥中离子的移动方向判断
阳离子向正极移动,阴离子向负极移动
2.电解池中阴阳极的判断
依据
阴阳极判断
根据所连接的外加电源判断
与直流电源正极相连的为阳极,与直流电源负极相连的为阴极
根据电子流动方向判断
电子从电源负极流向阴极,从阳极流向电源正极
根据电解池电解质溶液中离子的移动方向判断
阳离子向阴极移动,阴离子向阳极移动
根据电解池两极产物判断
一般情况下:
①阴极上的现象是析出金属(质量增加)或有无色气体(H2)放出;
②阳极上的现象是有非金属单质生成,呈气态的有Cl2、O2或电极质量减小(活性电极作阳极)
3.电解池的电极反应及其放电顺序
(1)阳离子在阴极上的放电顺序:Ag+>Fe3+>Cu2+>H+>……
(2)阴离子在阳极上的放电顺序:S2->I->Br->Cl->OH->……
4.电解的四大类型及规律
类型
电极反应特点
实例
电解物质
电解液浓度
pH
电解液复原方法
电解水型
阴极:4H++4e-===2H2↑
阳极:4OH--4e-===2H2O+O2↑
NaOH
H2O
增大
增大
加H2O
H2SO4
减小
Na2SO4
不变
电解电解质型
电解质的阴、阳离子分别在两极放电
HCl
电解质
减小
增大
通入HCl气体
CuCl2
—
加CuCl2
放H2生碱型
阴极:放H2生成碱
阳极:电解质阴离子放电
NaCl
电解质和水
生成新电解质
增大
通入HCl气体
放O2生酸型
阴极:电解质阳离子放电阳极:放O2生成酸
CuSO4
减小
加CuO
5.金属腐蚀与防护的方法
(1)金属腐蚀快慢程度的判断方法
(2)金属电化学保护的两种方法
1.新型电池的电极反应式
锌银电池
总反应:Ag2O+Zn+H2O2Ag+Zn(OH)2
正极:Ag2O+H2O+2e-===2Ag+2OH-
负极:Zn+2OH--2e-===Zn(OH)2
镍铁电池
总反应:NiO2+Fe+2H2O Fe(OH)2+Ni(OH)2
正极:NiO2+2e-+2H2O===Ni(OH)2+2OH-
负极:Fe-2e-+2OH-===Fe(OH)2
高铁电池
总反应:3Zn+2K2FeO4+8H2O3Zn(OH)2+2Fe(OH)3+4KOH
正极:FeO+3e-+4H2O===Fe(OH)3+5OH-
负极:Zn-2e-+2OH-===Zn(OH)2
镍镉电池
总反应:Cd+2NiOOH+2H2O Cd(OH)2+2Ni(OH)2
正极:NiOOH+H2O+e-===Ni(OH)2+OH-
负极:Cd-2e-+2OH-===Cd(OH)2
MgH2O2电池
总反应:H2O2+2H++Mg===Mg2++2H2O
正极:H2O2+2H++2e-===2H2O
负极:Mg-2e-===Mg2+
MgAgCl电池
总反应:Mg+2AgCl===2Ag+MgCl2
正极:2AgCl+2e-===2Ag+2Cl-
负极:Mg-2e-===Mg2+
钠硫电池
总反应:2Na+xS===Na2Sx
正极:xS+2e-===S
负极:2Na-2e-===2Na+
全钒液流电池
总反应:VO+2H++V2+ V3++VO2++H2O
正极:VO+2H++e-===VO2++H2O
负极:V2+-e-===V3+
锂铜电池
总反应:2Li+Cu2O+H2O===2Cu+2Li++2OH-
正极:Cu2O+H2O+2e-===2Cu+2OH-
负极:Li-e-===Li+
锂离子电池
总反应:Li1-xCoO2+LixC6 LiCoO2+C6(x<1)
正极:Li1-xCoO2+xe-+xLi+===LiCoO2
负极:LixC6-xe-===xLi++C6
[归纳点拨]
新型化学电源中电极反应式的书写方法
(1)书写步骤
(2)不同介质在电极反应式中的“去留”
中性溶液
反应物若是H+得电子或OH-失电子,则H+或OH-均来自于水的电离
酸性溶液
反应物或生成物中均没有OH-
碱性溶液
反应物或生成物中均没有H+
水溶液
不能出现O2-
2.燃料电池的电极反应式(以CH3OH为例)
电池类型
导电介质
反应式
酸性燃料电池
H+
总反应:2CH3OH+3O2===2CO2↑+4H2O
正极:O2+4e-+4H+===2H2O
负极:CH3OH-6e-+H2O=== CO2↑+6H+
碱性燃料电池
OH-
总反应:2CH3OH+3O2+4OH-===2CO+6H2O
正极:O2+4e-+2H2O===4OH-
负极:CH3OH-6e-+8OH-=== CO+6H2O
熔融碳酸盐燃料电池
CO
总反应:2CH3OH+3O2===2CO2↑+4H2O
正极:O2+4e-+2CO2===2CO
负极:CH3OH-6e-+3CO===4CO2↑+2H2O
固态氧化物燃料电池
O2-
总反应:2CH3OH+3O2===2CO2↑+4H2O
正极:O2+4e-===2O2-
负极:CH3OH-6e-+3O2-===CO2↑+2H2O
质子交换膜燃料电池
H+
总反应:2CH3OH+3O2===2CO2↑+4H2O
正极:O2+4e-+4H+===2H2O
负极:CH3OH-6e-+H2O=== CO2↑+6H+
[归纳点拨]
燃料电池中氧气得电子的思维模型
根据燃料电池的特点,一般在正极上发生还原反应的物质都是O2,O2得到电子后化合价降低,首先变成O2-,O2-能否存在要看电解质环境。由于电解质溶液(酸碱盐)的不同,其电极反应也有所不同,下表为四种不同电解质环境中,氧气得电子后为O2-的存在形式:
电解质环境
从电极反应式判O2-的存在形式
酸性电解质溶液环境下
O2+4H++4e-===2H2O
碱性电解质溶液环境下
O2+2H2O+4e-===4OH-
固体电解质(高温下能传导O2-)环境下
O2+4e-===2O2-
熔融碳酸盐(如:熔融K2CO3)环境下
O2+2CO2+4e-===2CO