高三化學(xué)二輪復(fù)習(xí) 第一篇 專題通關(guān)攻略 專題二 基本理論 5 電化學(xué)原理及應(yīng)用課件.ppt

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第5講 電化學(xué)原理及應(yīng)用,【高考這樣考】 1.(2015全國(guó)卷ⅠT11)微生物電池是指在微生物的作用下將化學(xué) 能轉(zhuǎn)化為電能的裝置，其工作原理如圖所示。下列有關(guān)微生物電池 的說(shuō)法錯(cuò)誤的是( ) A.正極反應(yīng)中有CO2生成 B.微生物促進(jìn)了反應(yīng)中電子的轉(zhuǎn)移 C.質(zhì)子通過(guò)交換膜從負(fù)極區(qū)移向正極區(qū) D.電池總反應(yīng)為C6H12O6+6O2====6CO2+6H2O,【解析】選A。根據(jù)碳元素的化合價(jià)的變化，二氧化碳中碳元素的 化合價(jià)為最高價(jià)+4價(jià)，所以生成二氧化碳的反應(yīng)為氧化反應(yīng)，應(yīng)在負(fù) 極生成，其電極反應(yīng)式應(yīng)為C6H12O6+6H2O-24e-====24H++6CO2↑，A錯(cuò) 誤；在微生物的作用下，該裝置為原電池裝置，反應(yīng)速率比化學(xué)反應(yīng)速率快，所以微生物促進(jìn)了反應(yīng)的發(fā)生，B正確；原電池中陽(yáng)離子(質(zhì) 子)向正極移動(dòng)，C正確；電池的總反應(yīng)實(shí)質(zhì)是葡萄糖的氧化反應(yīng)，D 正確。,2.(2013新課標(biāo)全國(guó)卷ⅠT10)銀質(zhì)器皿日久表面會(huì)逐漸變黑，這 是生成了Ag2S的緣故，根據(jù)電化學(xué)原理可進(jìn)行如下處理，在鋁質(zhì)容器 中加入食鹽溶液，再將變黑的銀器浸入該溶液中，一段時(shí)間后發(fā)現(xiàn)黑 色會(huì)褪去，下列說(shuō)法正確的是( ) A.處理過(guò)程中銀器一直保持恒重 B.銀器為正極，Ag2S被還原生成單質(zhì)銀 C.該過(guò)程中總反應(yīng)為2Al+3Ag2S====6Ag+Al2S3 D.黑色褪去的原因是黑色Ag2S轉(zhuǎn)化為白色AgCl,【解析】選B。處理過(guò)程Ag2S變?yōu)閱钨|(zhì)銀，質(zhì)量減輕，A項(xiàng)錯(cuò)誤。銀 器為正極，正極發(fā)生還原反應(yīng)，B項(xiàng)正確。Al2S3在溶液中不能穩(wěn)定存 在，發(fā)生水解相互促進(jìn)的反應(yīng)生成氫氧化鋁沉淀和硫化氫氣體，C項(xiàng) 錯(cuò)誤。黑色褪去的原因是Ag2S變?yōu)閱钨|(zhì)銀，不能轉(zhuǎn)化為氯化銀沉淀。,【考綱要求】 1.了解原電池和電解池的工作原理，能寫出電極反應(yīng)式和電池反應(yīng) 方程式。 2.了解常見化學(xué)電源的種類及其工作原理。 3.理解金屬發(fā)生電化學(xué)腐蝕的原因、金屬腐蝕的危害、防止金屬腐 蝕的措施。,【考查特點(diǎn)】 1.客觀題： (1)考查“式子”：電極反應(yīng)式、電池反應(yīng)方程式。 (2)考查“應(yīng)用”：電化學(xué)原理在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用。 (3)考查“運(yùn)動(dòng)”：電子流向、陰陽(yáng)離子移動(dòng)方向。 (4)考查“量值”：轉(zhuǎn)移電子數(shù)目、電極產(chǎn)物的量、pH變化。,2.主觀題： (1)考查“原理”：原電池、電解池融合綜合考查。 (2)考查“情境”：以新型化學(xué)電源為載體，考查電極反應(yīng)式的書寫，電子、離子的移動(dòng)方向等。 (3)考查“應(yīng)用”：電化學(xué)原理在金屬腐蝕與防護(hù)方面的應(yīng)用。,1.熟記關(guān)于電化學(xué)的四個(gè)“兩”： (1)移動(dòng)“兩”方向。,陰,陽(yáng),陰,陽(yáng),(2)電解精煉、電鍍“兩”特點(diǎn)。 ①電解精煉：含雜質(zhì)金屬作_____，純金屬作_____，含被提純金 屬陽(yáng)離子的電解質(zhì)溶液作電解液。 ②電鍍：鍍層金屬作_____，待鍍金屬作_____，含鍍層金屬陽(yáng)離 子的電解質(zhì)溶液作電解液。,陽(yáng)極,陰極,陽(yáng)極,陰極,(3)電化學(xué)腐蝕發(fā)生的“兩”條件。 ①?gòu)?qiáng)酸性條件——_____腐蝕。 ②弱酸性、中性或堿性條件——_____腐蝕。 (4)電化學(xué)防護(hù)“兩”方法。 ①犧牲陽(yáng)極的陰極保護(hù)法——原電池原理 在被保護(hù)的鋼鐵設(shè)備上裝上若干較活潑金屬如鋅塊，讓被保護(hù)的 金屬作原電池的_____。 ②外加電流的陰極保護(hù)法——電解池原理 用被保護(hù)的鋼鐵設(shè)備作_____，惰性電極作_____，外接直流電源。,析氫,吸氧,正極,陰極,陽(yáng)極,2.原電池中?？嫉碾姌O反應(yīng)式： (1)氫氧燃料電池。 ①H2在電池的負(fù)極反應(yīng)。 a.酸性介質(zhì)：______________； b.堿性介質(zhì)：___________________。 ②O2在電池的正極反應(yīng)。 a.酸性介質(zhì)：_________________； b.中性或堿性介質(zhì)：__________________。,2H2-4e-====4H+,2H2+4OH--4e-====4H2O,O2+4H++4e-====2H2O,O2+2H2O+4e-====4OH-,(2)鋼鐵電化學(xué)腐蝕。 ①負(fù)極反應(yīng)：______________。 ②正極反應(yīng)。 a.析氫腐蝕：_______________； b.吸氧腐蝕：__________________。,Fe-2e-====Fe2+,2H++2e-====H2↑,O2+4e-+2H2O====4OH-,3.電解池中常考的反應(yīng)： (1)電解飽和食鹽水。 ________________________________。 (2)電解硫酸銅溶液。 ________________________________。 (3)電解精煉銅。 陽(yáng)極：Cu(粗銅)-2e-====Cu2+(主要反應(yīng))； 陰極：Cu2++2e-====Cu(精銅)。,2NaCl+2H2O 2NaOH+H2↑+Cl2↑,2CuSO4+2H2O 2Cu+O2↑+2H2SO4,考點(diǎn)一 原電池原理與化學(xué)電源 【典例1】(2014新課標(biāo)全國(guó)卷Ⅱ)2013年3月我國(guó)科學(xué)家報(bào)道了 如圖所示的水溶液鋰離子電池體系。下列敘述錯(cuò)誤的是( ) A.a為電池的正極 B.電池充電反應(yīng)為L(zhǎng)iMn2O4====Li1-xMn2O4+xLi C.放電時(shí)，a極鋰的化合價(jià)發(fā)生變化 D.放電時(shí)，溶液中Li+從b向a遷移,【破題關(guān)鍵】 (1)該鋰電池為水溶液體系。 (2)聚合物電解質(zhì)能阻隔金屬鋰和水的反應(yīng)。 (3)Li+快離子導(dǎo)體能傳導(dǎo)Li+。 (4)放電時(shí)，負(fù)極是Li失電子，正極不可能是生成Li， 因?yàn)長(zhǎng)i能與水發(fā)生反應(yīng)。,【解析】選C。鋰離子電池中，b電極為L(zhǎng)i，放電時(shí)，Li失電子為負(fù) 極，LiMn2O4得電子為正極，所以a為電池的正極，故A正確；充電 時(shí)，Li+在陰極得電子，LiMn2O4在陽(yáng)極失電子，電池充電反應(yīng)為 LiMn2O4====Li1-xMn2O4+xLi，故B正確；放電時(shí)，a為正極，正極上 Li1-xMn2O4中錳元素得電子，所以鋰的化合價(jià)不變，故C錯(cuò)誤；放電 時(shí)，溶液中陽(yáng)離子向正極移動(dòng)，即溶液中Li+從b向a遷移，故D正確。,【互動(dòng)探究】 (1)鋰離子電池一般都是非水溶劑，為什么本題可以用水溶液作溶 劑？ 提示：負(fù)極有一層聚合物電解質(zhì)，能阻止鋰與水的反應(yīng)。 (2)請(qǐng)寫出正極的電極反應(yīng)式。 提示：根據(jù)電池總反應(yīng)式和負(fù)極反應(yīng)式，可知正極反應(yīng)式為 Li1-xMn2O4+xLi++xe-====LiMn2O4。,【思維建?！吭姵刂须姌O反應(yīng)式的書寫步驟及注意事項(xiàng) (1)書寫步驟。,(2)介質(zhì)對(duì)電極反應(yīng)式書寫的影響。 ①中性溶液中，反應(yīng)物若是H+得電子或OH-失電子，則H+或OH-均來(lái)自于水的電離。 ②酸性溶液反應(yīng)物或生成物中均沒(méi)有OH-。 ③堿性溶液反應(yīng)物或生成物中均沒(méi)有H+。 ④水溶液中不能出現(xiàn)O2-。,【題組過(guò)關(guān)】 1.(2015天津高考)鋅銅原電池裝置如圖所示，其中陽(yáng)離子交換 膜只允許陽(yáng)離子和水分子通過(guò)，下列有關(guān)敘述正確的是( ) A.銅電極上發(fā)生氧化反應(yīng) B.電池工作一段時(shí)間后，甲池的 減小 C.電池工作一段時(shí)間后，乙池溶液的總質(zhì)量增加 D.陰陽(yáng)離子分別通過(guò)交換膜向負(fù)極和正極移動(dòng)， 保持溶液中電荷平衡,【解析】選C。由鋅銅原電池原理可知，鋅電極為負(fù)極，失電子，發(fā) 生氧化反應(yīng)，銅電極為正極，得電子，發(fā)生還原反應(yīng)，A項(xiàng)錯(cuò)誤；陽(yáng) 離子交換膜只允許陽(yáng)離子和水分子通過(guò)，兩池中 不變，B項(xiàng)錯(cuò) 誤；電解過(guò)程中Zn2+由甲池通過(guò)陽(yáng)離子交換膜進(jìn)入乙池，乙池中 Cu2++2e-====Cu，其溶液中的離子轉(zhuǎn)換為Cu2+→Zn2+，摩爾質(zhì)量 M(Cu2+)M(Zn2+)，乙池溶液的總質(zhì)量增加，C項(xiàng)正確；陽(yáng)離子交換膜 只允許陽(yáng)離子和水分子通過(guò)，電解過(guò)程中Zn2+由甲池通過(guò)陽(yáng)離子交換 膜進(jìn)入乙池保持溶液的電荷平衡，陰離子并不通過(guò)交換膜，D項(xiàng)錯(cuò) 誤。,2.(2014大綱版全國(guó)卷)下圖是在航天用高壓氫鎳電池基礎(chǔ)上發(fā)展 起來(lái)的一種金屬氫化物鎳電池(MH-Ni電池)。下列有關(guān)說(shuō)法不正確的 是( ) A.放電時(shí)正極反應(yīng)為NiOOH+H2O+e-====Ni(OH)2+OH- B.電池的電解液可為KOH溶液 C.充電時(shí)負(fù)極反應(yīng)為MH+OH-====H2O+M+e- D.MH是一類儲(chǔ)氫材料，其氫密度越大，電池的能量 密度越高,【解析】選C。首先確定該電池放電時(shí)的總反應(yīng)為MH+NiOOH====M+Ni(OH)2，設(shè)儲(chǔ)氫材料MH中M、H均為0價(jià)，MH作負(fù)極材料，而NiOOH作正極材料，正極反應(yīng)式為NiOOH+H2O+e-====Ni(OH)2+OH-， 負(fù)極反應(yīng)式為MH+OH--e-====H2O+M(充電時(shí)負(fù)極反應(yīng)為其逆反應(yīng))，則A 項(xiàng)正確，C項(xiàng)錯(cuò)誤；電池的電解液可為堿性溶液(KOH溶液)，不能為酸 性溶液(會(huì)與NiOOH反應(yīng))，B項(xiàng)正確；MH中氫密度越大，放電時(shí)放出的 電量越多，其電池的能量密度越高，D項(xiàng)正確。,【加固訓(xùn)練】1.(2015北京西城區(qū)二模)電化學(xué)氣敏傳感器可用于 監(jiān)測(cè)環(huán)境中NH3的含量，其工作原理示意圖如下。下列說(shuō)法不正確的 是( ) A.O2在b電極上發(fā)生還原反應(yīng) B.溶液中OH-向a電極移動(dòng) C.反應(yīng)消耗的NH3與O2的物質(zhì)的量之比為4∶5 D.負(fù)極的電極反應(yīng)式為2NH3-6e-+6OH-====N2+6H2O,【解析】選C。左邊NH3轉(zhuǎn)化為N2，失電子，a為負(fù)極、b為正極。氧氣 在b極發(fā)生還原反應(yīng)，A正確；溶液中陽(yáng)離子向正極遷移、陰離子向負(fù) 極遷移，B正確；NH3失去3個(gè)e-生成N2，O2得到4個(gè)電子生成OH-，根據(jù) 電子轉(zhuǎn)移相等知消耗的NH3與O2物質(zhì)的量之比為4∶3，C錯(cuò)誤；負(fù)極上 NH3失電子生成N2，根據(jù)電荷守恒、質(zhì)量守恒配平，D正確。,2.(2015池州一模)如圖所示是氫氧燃料電池的基本結(jié)構(gòu)，將電極 a、b分別與負(fù)載連接后，電池就能正常工作。下列有關(guān)該燃料電池 工作時(shí)的敘述中，不正確的是( ) A.a電極一定是負(fù)極 B.若x是H+，則H+將從a電極通過(guò)離子 交換膜移向b電極 C.若x是O2-，則生成的水將從d口流出 D.溶液中的電流方向是從b流向a,【解析】選D。氫氧燃料電池是以H2和O2反應(yīng)生成水為基礎(chǔ)的，反應(yīng)中H2發(fā)生氧化反應(yīng)，O2發(fā)生還原反應(yīng)，從題中圖示可知a電極為電源的負(fù)極，b電極為正極，A項(xiàng)正確；原電池中陽(yáng)離子(H+)移向正極，B項(xiàng)正確；陰離子移向負(fù)極，即向a電極移動(dòng)與負(fù)極產(chǎn)生的H+反應(yīng)生成水，C項(xiàng)正確；溶液中電流從a流向b，D項(xiàng)錯(cuò)誤。,考點(diǎn)二 電解原理 【典例2】(1)[2015山東高考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(guò)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L(zhǎng)iOH和LiCl溶 液。B極區(qū)電解液為________溶液(填化學(xué)式)，陽(yáng)極電極反應(yīng)式為 ________________________，電解過(guò)程中Li+向________電極遷移 (填“A”或“B”)。,(2)[2015北京高考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。 ①結(jié)合方程式簡(jiǎn)述提取CO2的原理：__________________________。 ②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___________________________________________。,【破題關(guān)鍵】(1)根據(jù)電極產(chǎn)物及電解質(zhì)溶液來(lái)判斷電極A、 電極B分別為陽(yáng)極、陰極。 (2)陽(yáng)離子(交換)膜只允許陽(yáng)離子通過(guò)。 (3)與電源正極相連的是陽(yáng)極，陽(yáng)極發(fā)生氧化反應(yīng)。,【解析】(1)B極區(qū)產(chǎn)生H2，同時(shí)生成LiOH，則B極區(qū)電解液為L(zhǎng)iOH溶 液；電極A為陽(yáng)極，陽(yáng)極區(qū)電解液為L(zhǎng)iCl溶液，根據(jù)放電順序，陽(yáng)極 上Cl-失去電子，則陽(yáng)極電極反應(yīng)式為2Cl--2e-====Cl2↑；根據(jù)電流 方向，電解過(guò)程中Li+向B電極遷移。,(2)①a室是陽(yáng)極室，發(fā)生氧化反應(yīng)：2H2O-4e-====O2↑+4H+，出去的 海水pH6，顯酸性，表明反應(yīng)后溶液由堿性變?yōu)樗嵝裕琣室中的H+通 過(guò)陽(yáng)離子交換膜進(jìn)入b室，發(fā)生反應(yīng)： +H+====CO2↑+H2O。 ②c室是陰極室，發(fā)生還原反應(yīng)：2H2O+2e-====2OH-+H2↑，即c室生成 堿，然后用堿液將從b室排出的酸性海水調(diào)至接近裝置入口海水的pH。,答案：(1)LiOH 2Cl--2e-====Cl2↑ B (2)①a室發(fā)生的反應(yīng)：2H2O-4e-====O2↑+4H+，H+通過(guò)陽(yáng)離子交換膜 從a室進(jìn)入b室，發(fā)生反應(yīng)： +H+====CO2↑+H2O ②c室發(fā)生的反應(yīng)：2H2O+2e-====2OH-+H2↑，用c室排出的堿液將從b 室排出的酸性海水調(diào)至接近裝置入口海水的pH,【思維建?！?(1)有關(guān)電解池的分析思路。,(2)電解池中電極反應(yīng)式的書寫步驟。,【題組過(guò)關(guān)】 1.(2015四川高考)用如圖所示裝置除去含CN-、Cl-廢水中的CN- 時(shí)，控制溶液pH為9～10，陽(yáng)極產(chǎn)生的ClO-將CN-氧化為兩種無(wú)污 染的氣體。下列說(shuō)法不正確的是( ) A.用石墨作陽(yáng)極，鐵作陰極 B.陽(yáng)極的電極反應(yīng)式：Cl-+2OH--2e-====ClO-+H2O C.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】選D。A選項(xiàng)石墨作陽(yáng)極，為惰性電極，由溶液中的Cl-放 電，電極反應(yīng)式：Cl-+2OH--2e-====ClO-+H2O，鐵作陰極，在堿性 環(huán)境下發(fā)生2H2O+2e-====H2↑+2OH-，故A、B、C正確；D選項(xiàng)pH為 9～10的堿性溶液不可能是H+參加反應(yīng)，離子反應(yīng)應(yīng)為 2CN-+5ClO-+H2O====N2↑+2CO2↑+5Cl-+2OH-。,2.(2015安陽(yáng)二模)甲醇(CH3OH)是一種有毒物質(zhì)，檢測(cè)甲醇含量的 測(cè)試儀工作原理示意圖如下。下列說(shuō)法正確的是( ) A.該裝置將電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能 B. a電極發(fā)生的電極反應(yīng)為CH3OH-6e-+H2O====CO2↑+6H+ C.當(dāng)電路中有1 mol電子轉(zhuǎn)移時(shí)，正極區(qū)n(H+)增加1 mol D.將酸性電解質(zhì)溶液改為堿性電解質(zhì)溶液該測(cè)試儀不可能產(chǎn)生電流,【解析】選B。該裝置為原電池，是將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置，故A 錯(cuò)誤；a電極是負(fù)極，發(fā)生的電極反應(yīng)為CH3OH+H2O-6e-====CO2↑+6H+， 故B正確；正極的電極反應(yīng)是O2+4H++4e-====2H2O，當(dāng)電路中有1 mol電 子轉(zhuǎn)移時(shí)，正極區(qū)n(H+)減少1 mol，故C錯(cuò)誤；將酸性電解質(zhì)溶液改為 堿性電解質(zhì)溶液，該測(cè)試儀還是原電池，同樣可以產(chǎn)生電流，故D錯(cuò) 誤。,【加固訓(xùn)練】1.(2015臨沂一模)若圖1是在金屬鋅板上貼上一張用某溶液浸濕的濾紙，圖2是NaBH4/H2O2燃料電池，則下列說(shuō)法中正確的是( ),A.圖2電池在放電過(guò)程中，正極區(qū)的電極反應(yīng)為 -8e-+8OH-==== +6H2O B.若用稀硫酸浸濕濾紙并用導(dǎo)線將a、b相連，則有電子從b極流出通 過(guò)導(dǎo)線流向a極 C.若用硫酸鈉和紫色石蕊的混合溶液浸濕濾紙并用導(dǎo)線將a、b相連， 則可看到鉛筆芯C點(diǎn)處浸有紫色石蕊的濾紙變藍(lán)，此處發(fā)生電極反應(yīng) 為O2+2H2O+4e-====4OH- D.若用KI-淀粉溶液浸濕濾紙，同時(shí)用導(dǎo)線將a、b分別與A、B電極相 連，若看到鉛筆芯C點(diǎn)處出現(xiàn)變藍(lán)現(xiàn)象，則b極連接的是燃料電池的A 極,【解析】選C。 失去電子，是負(fù)極反應(yīng)式，A錯(cuò)誤；鋅與稀硫酸反 應(yīng)，圖1裝置相當(dāng)于原電池，a與負(fù)極相連，b與正極相連，電子從a極 流出，通過(guò)導(dǎo)線流向b極，B錯(cuò)誤；導(dǎo)線直接將a、b相連，構(gòu)成原電 池，發(fā)生吸氧腐蝕，C處石蕊變藍(lán)色，說(shuō)明生成了OH-，C正確；C點(diǎn) 變藍(lán)，發(fā)生反應(yīng)2I-+2e-====I2，為陽(yáng)極反應(yīng)，則b接電源的正極B 極，D錯(cuò)誤。,2.(2014廣東高考)某同學(xué)組裝了如圖所示的電化學(xué)裝置。電極Ⅰ為 Al，其他電極均為Cu，則( ) A.電流方向：電極Ⅳ→ →電極Ⅰ B.電極Ⅰ發(fā)生還原反應(yīng) C.電極Ⅱ逐漸溶解 D.電極Ⅲ的電極反應(yīng)：Cu2++2e-====Cu,【解析】選A。電極Ⅰ是原電池的負(fù)極，電極Ⅱ是原電池的正極，電 極Ⅲ是電解池的陽(yáng)極，電極Ⅳ是電解池的陰極，故電流方向：電極 Ⅳ→ →電極Ⅰ，A正確；電極Ⅰ發(fā)生氧化反應(yīng)，B錯(cuò)誤；電極Ⅱ是原 電池的正極，發(fā)生還原反應(yīng)，有單質(zhì)銅析出，C錯(cuò)誤；電極Ⅲ是電解 池的陽(yáng)極，發(fā)生氧化反應(yīng)，電極反應(yīng)為Cu-2e-====Cu2+，D錯(cuò)誤。,考點(diǎn)三 電化學(xué)計(jì)算 【典例3】[2014重慶高考T11(4)]一定條件下，如圖所示裝置可實(shí)現(xiàn)有機(jī)物的電化學(xué)儲(chǔ)氫(忽略其他有機(jī)物)。,(1)導(dǎo)線中電子轉(zhuǎn)移方向?yàn)開_______。(用A、D表示) (2)生成目標(biāo)產(chǎn)物的電極反應(yīng)式為____________________________。 (3)該儲(chǔ)氫裝置的電流效率η=________。 (η= 100%，計(jì)算結(jié)果保留小數(shù)點(diǎn)后1位),【破題關(guān)鍵】 (1)根據(jù)左側(cè)由苯生成環(huán)己烷的反應(yīng)是還原反應(yīng)，判斷電源的正負(fù)極。 (2)由右側(cè)生成2.8 mol氣體計(jì)算電解過(guò)程中轉(zhuǎn)移的電子數(shù)。 (3)根據(jù)電流效率的定義，需計(jì)算生成目標(biāo)產(chǎn)物消耗的電子數(shù)和轉(zhuǎn)移 的電子總數(shù)。,【解析】(1)根據(jù)題干圖示苯→環(huán)己烷知發(fā)生還原反應(yīng)，則D是陰極， 電子轉(zhuǎn)移方向?yàn)锳→D；(2)苯得到電子生成環(huán)己烷是目標(biāo)產(chǎn)物(儲(chǔ) 氫)，反應(yīng)為C6H6+6H++6e-====C6H12；(3)陽(yáng)極生成2.8 mol氣體應(yīng)該是 氧氣，轉(zhuǎn)移電子2.8 mol4=11.2 mol，設(shè)陰極消耗苯的物質(zhì)的量為 xmol，轉(zhuǎn)移電子6xmol，生成環(huán)己烷xmol，根據(jù)得失電子相等，陰極 還生成氫氣(11.2-6x)2 mol，(2.4-x)/[10+(11.2-6x)2]=0.1，x=1.2，因此儲(chǔ)氫裝置的電流效率η=(6x/11.2)100%=64.3%。 答案：(1)A→D (2)C6H6+6H++6e-====C6H12 (3)64.3%,【方法歸納】電化學(xué)計(jì)算的基本方法 原電池和電解池的計(jì)算包括兩極產(chǎn)物的定量計(jì)算、溶液的pH計(jì)算、 相對(duì)原子質(zhì)量和阿伏加德羅常數(shù)的計(jì)算、產(chǎn)物的量與電量關(guān)系的 計(jì)算等，通常有下列幾種方法： 常見微粒間的計(jì)量關(guān)系式為4e-～4H+～4OH-～4Cl-～4Ag+～2Cu2+～ 2H2～O2～2Cl2～4Ag～2Cu。,【題組過(guò)關(guān)】 1.(2015武漢一模)生物燃料電池是以有機(jī)物為燃料，直接或間接利 用酶作為催化劑的一類特殊的燃料電池，其能量轉(zhuǎn)化效率高，是一種 真正意義上的綠色電池，其工作原理如圖所示。下列有關(guān)說(shuō)法正確的 是( ),A.O2在C2電極上得電子，被氧化 B.電子由C2極經(jīng)外電路流向C1極 C.每轉(zhuǎn)移6 mol電子，理論上生成22.4 L CO2 D.C1極的電極反應(yīng)式為C2H5OH+3H2O-12e-====2CO2↑+12H+ 【解析】選D。A項(xiàng)，O2在C2電極上得電子，被還原；B項(xiàng)，電子由負(fù) 極(C1極)經(jīng)外電路流向正極(C2極)；C項(xiàng)，根據(jù)負(fù)極上 每轉(zhuǎn)移6 mol電子，理論上生成標(biāo)準(zhǔn)狀況下22.4 L CO2；D項(xiàng)，C1極上 乙醇發(fā)生氧化反應(yīng)，生成CO2。,,2.(2014上海高考)如圖所示，將鐵棒和石墨棒插入盛有飽和NaCl 溶液的U形管中。下列分析正確的是( ) A.K1閉合，鐵棒上發(fā)生的反應(yīng)為2H++2e-====H2↑ B.K1閉合，石墨棒周圍溶液pH逐漸升高 C.K2閉合，鐵棒不會(huì)被腐蝕，屬于犧牲 陽(yáng)極的陰極保護(hù)法 D.K2閉合，電路中通過(guò)0.002NA個(gè)電子時(shí)， 兩極共產(chǎn)生0.001 mol氣體,【解析】選B。K1閉合形成原電池，鐵作負(fù)極，失電子被腐蝕，石墨電極是正極，氧氣得電子變?yōu)镺H-，pH逐漸升高，A錯(cuò)誤、B正確；K2閉合，鐵棒作陰極被保護(hù)，不會(huì)被腐蝕，屬于外加電流的陰極保護(hù)法，C錯(cuò)誤；K2閉合形成電解池，兩極分別產(chǎn)生氯氣和氫氣，電路中通過(guò)0.002NA個(gè)電子時(shí)，每極上產(chǎn)生0.001 mol氣體，共0.002 mol氣體，D錯(cuò)誤。,【加固訓(xùn)練】1.(2015金華一模)用NaOH溶液吸收煙氣中的SO2，將 所得的Na2SO3溶液進(jìn)行電解，可循環(huán)再生NaOH同時(shí)得到某種副產(chǎn)物， 其原理如圖所示(電極材料為石墨)。下列說(shuō)法不正確的是( ),A.b電極上的主反應(yīng)是 -2e-+H2O==== +2H+ B.若D是混合氣體，則可能含有SO2、O2等成分 C.a電極發(fā)生還原反應(yīng)，當(dāng)有1 mol Na+通過(guò)陽(yáng)離子交換膜時(shí)， a極生成11.2 L氣體 D.A溶液是稀NaOH溶液，作用是增強(qiáng)溶液的導(dǎo)電性；C是較濃 的硫酸溶液,【解析】選C。電解池中的陰離子移向陽(yáng)極，根據(jù)題圖中的 流向 右邊知b是陽(yáng)極，陽(yáng)極發(fā)生氧化反應(yīng)，A正確；生成硫酸，硫酸濃度增 大，故C是較濃的硫酸溶液，陰極是水發(fā)生還原反應(yīng)生成氫氣，氫氧 化鈉不參加反應(yīng)，D正確；若D是混合氣體，則可能含有SO2、O2等成 分，其中SO2來(lái)自 與酸反應(yīng)，氧氣來(lái)自陽(yáng)極產(chǎn)物，B正確；沒(méi)有給 出氣體所處的外界條件，不能根據(jù)體積求算物質(zhì)的量，C錯(cuò)誤。,2.(2015石家莊一模)某小組用下圖裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，下列說(shuō)法正確的 是( ) A.鹽橋中的電解質(zhì)可以用KCl B.閉合K，外電路電流方向?yàn)镕e電極→石墨電極 C.閉合K，石墨電極上只生成銅 D.導(dǎo)線中流過(guò)0.15 mol電子時(shí)，加入5.55 g Cu2(OH)2CO3，CuSO4溶液 可恢復(fù)原組成,【解析】選D。由于KCl能和AgNO3產(chǎn)生沉淀，因此鹽橋中的電解質(zhì)不 能用KCl，故A錯(cuò)誤；閉合K，鐵比銀活潑為負(fù)極，與鐵相連的石墨為 陰極，所以外電路電流方向?yàn)槭姌O→Fe電極，故B錯(cuò)誤；閉合K， 與鐵相連的石墨為陰極，發(fā)生還原反應(yīng)首先Cu2++2e-====Cu，析出 Cu，后發(fā)生2H++2e-====H2，放出氫氣，故C錯(cuò)誤；CuSO4溶液中 n(Cu2+)=0.05 mol，完全消耗時(shí)轉(zhuǎn)移電子數(shù)為0.1 mol，導(dǎo)線中流過(guò) 0.15 mol電子說(shuō)明水也參與了電解，電解CuSO4的總反應(yīng) 2Cu2++2H2O====2Cu+O2↑+4H+，溶液中減少的是2Cu和O2(相當(dāng)于 2CuO)，需要補(bǔ)充0.05 mol CuO，電解水的總反應(yīng)2H2O====2H2↑+O2↑，,轉(zhuǎn)移電子數(shù)為0.05 mol，因此消耗0.025 mol 的H2O，Cu2(OH)2CO3可寫為2CuOH2OCO2，所以加入0.025 mol即0.025 mol222 gmol-1=5.55 g Cu2(OH)2CO3，CuSO4溶液可恢復(fù)原組成，故D正確。,考點(diǎn)四 電化學(xué)原理的應(yīng)用 【典例4】(1)[2014福建高考T24(1)]鐵及其化合物與生產(chǎn)、生活關(guān)系密切。 下圖是實(shí)驗(yàn)室研究海水對(duì)鐵閘不同部位腐蝕情況的剖面示意圖。,①該電化腐蝕稱為_______________________________________。 ②圖中A、B、C、D四個(gè)區(qū)域，生成鐵銹最多的是________(填字母)。,(2)[2014廣東高考T 32(5)]石墨可用于自然水體中銅件的電化學(xué)防腐，完成如下防腐示意圖，并作相應(yīng)標(biāo)注。,【破題關(guān)鍵】 (1)腐蝕最嚴(yán)重的區(qū)域是“負(fù)極區(qū)”，生銹最嚴(yán)重的區(qū)域是“正極區(qū)”，也就是氧氣濃度最大的區(qū)域。 (2)若將石墨與銅件直接相連，形成原電池，則銅作負(fù)極被氧化，故只能采用電解的方法保護(hù)。,【解析】(1)根據(jù)實(shí)驗(yàn)室研究海水(中性環(huán)境或偏堿性環(huán)境)對(duì)鐵閘不 同部位腐蝕情況的剖面示意圖，可以確定發(fā)生的為鐵的吸氧腐蝕；而 生成鐵銹最多的是海水中氧氣濃度最大的地方(二價(jià)鐵離子被氧化為 三價(jià)鐵離子)，因此符合的區(qū)域?yàn)锽區(qū)域。 (2)防腐示意圖為,答案：(1)①吸氧腐蝕 ②B (2),【方法歸納】 (1)金屬腐蝕快慢的判斷方法。 ①根據(jù)構(gòu)成原電池的材料判斷。 兩極材料的活潑性相差越大，氧化還原反應(yīng)的速率越快，金屬被腐蝕 的速率就越快。 ②根據(jù)金屬所接觸的電解質(zhì)強(qiáng)弱判斷。 活潑金屬在電解質(zhì)溶液中的腐蝕快于在非電解質(zhì)溶液中的腐蝕，在強(qiáng) 電解質(zhì)溶液中的腐蝕快于在弱電解質(zhì)溶液中的腐蝕。,③一般來(lái)說(shuō)金屬的腐蝕快慢順序?yàn)殡娊獬氐年?yáng)極原電池的負(fù)極化學(xué)腐蝕原電池的正極電解池的陰極。 ④對(duì)同一種電解質(zhì)溶液來(lái)說(shuō)，電解質(zhì)溶液的濃度越大，腐蝕越快。 (2)防腐效果的比較。 外接電源的陰極保護(hù)法犧牲陽(yáng)極的陰極保護(hù)法一般保護(hù)層防護(hù)法未加措施防護(hù)。,【題組過(guò)關(guān)】 1.將NaCl溶液滴在一塊光亮清潔的鐵板表面上，一段時(shí)間后發(fā)現(xiàn)液滴覆蓋的圓圈中心區(qū)(a)已被腐蝕而變暗，在液滴外沿形成棕色鐵銹環(huán)(b)，如圖所示。導(dǎo)致該現(xiàn)象的主要原因是液滴之下氧氣含量比邊緣少。下列說(shuō)法正確的是( ),A.液滴中的Cl―由(a)區(qū)向(b)區(qū)遷移 B.液滴邊緣是正極區(qū)，發(fā)生的電極反應(yīng)為O2+2H2O+4e-====4OH- C.液滴下的Fe因發(fā)生還原反應(yīng)而被腐蝕，生成的Fe2+由(a)區(qū)向(b)區(qū) 遷移，與(b)區(qū)的OH―形成Fe(OH)2，進(jìn)一步氧化、脫水形成鐵銹 D.若改用嵌有一銅螺絲釘?shù)蔫F板，在銅鐵接觸處滴加NaCl溶液，則負(fù) 極發(fā)生的電極反應(yīng)為Cu-2e-====Cu2+,【解析】選B。液滴邊緣O2多，發(fā)生正極反應(yīng)O2+2H2O+4e-====4OH-。 液滴下的Fe發(fā)生負(fù)極反應(yīng)：Fe-2e-====Fe2+，為腐蝕區(qū)(a)。Cl-由(b) 區(qū)向(a)區(qū)遷移，A錯(cuò)誤，B正確；液滴下的Fe因發(fā)生氧化反應(yīng)而被腐 蝕，C錯(cuò)誤；Cu不如Fe活潑，作正極，負(fù)極反應(yīng)為Fe-2e-Fe2+，D錯(cuò) 誤。,2.(2014安徽高考)某研究小組為探究弱酸性條件下鐵發(fā)生電化學(xué)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(shí)測(cè)量容器中的壓強(qiáng)變化。,(1)請(qǐng)完成以下實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)表(表中不要留空格)：,(2)編號(hào)①實(shí)驗(yàn)測(cè)得容器中壓強(qiáng)隨時(shí)間變化如圖2。t2時(shí)，容器中 壓強(qiáng)明顯小于起始?jí)簭?qiáng)，其原因是鐵發(fā)生了________腐蝕，請(qǐng)?jiān)?圖3中用箭頭標(biāo)出發(fā)生該腐蝕時(shí)電子流動(dòng)方向；此時(shí)，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 ________________________________________。,(3)該小組對(duì)圖2中0～t1時(shí)壓強(qiáng)變大的原因提出了如下假設(shè)， 請(qǐng)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：_________________________________； ……,(4)為驗(yàn)證假設(shè)一，某同學(xué)設(shè)計(jì)了檢驗(yàn)收集的氣體中是否含有H2的方案。請(qǐng)你再設(shè)計(jì)一個(gè)實(shí)驗(yàn)方案驗(yàn)證假設(shè)一，寫出實(shí)驗(yàn)步驟和結(jié)論。,【解析】(1)實(shí)驗(yàn)②是探究醋酸濃度的影響，因此醋酸濃度不同，其 他條件相同，即鐵粉的質(zhì)量為2.0 g，實(shí)驗(yàn)③是探究碳粉的量對(duì)反應(yīng) 的影響。 (2)t2時(shí)壓強(qiáng)減小，則是發(fā)生了吸氧腐蝕，碳是正極，發(fā)生還原反 應(yīng)：O2+4e-+2H2O====4OH-或4H++O2+4e-====2H2O，電子流向是鐵→ 碳： 。,(3)壓強(qiáng)變大可能是產(chǎn)生了氣體、溫度升高等，因此假設(shè)二是反應(yīng)放熱。 (4)假設(shè)一的驗(yàn)證有多種方法，如測(cè)量瓶?jī)?nèi)的壓強(qiáng)增大或點(diǎn)燃?xì)怏w，并在火焰上方罩一個(gè)干而冷的燒杯，觀察到火焰呈藍(lán)色，燒杯內(nèi)壁有小水珠出現(xiàn)則證明氣體為氫氣。 ①藥品用量和操作同編號(hào)①實(shí)驗(yàn)(多孔橡皮塞增加進(jìn)、出導(dǎo)管)； ②通入氬氣排盡裝置中的空氣； ③滴入醋酸，同時(shí)測(cè)量瓶?jī)?nèi)的壓強(qiáng)變化，如果瓶?jī)?nèi)壓強(qiáng)增大，則假設(shè)一成立，否則不成立。(答案合理即可),答案：(1)②2.0 ③碳粉含量的影響 (2)吸氧 還原 O2+4e-+2H2O====4OH-(或4H++O2+4e-====2H2O) (3)反應(yīng)放熱，溫度升高，體積膨脹 (4)①藥品用量和操作同編號(hào)①實(shí)驗(yàn)(多孔橡皮塞增加進(jìn)、出導(dǎo)管)； ②通入氬氣排凈瓶?jī)?nèi)空氣； ③滴入醋酸溶液，同時(shí)測(cè)量瓶?jī)?nèi)壓強(qiáng)變化(也可測(cè)溫度變化， 檢驗(yàn)Fe2+等)。,【加固訓(xùn)練】1.鐵生銹是一種常見的自然現(xiàn)象，其主要的化學(xué)反應(yīng) 方程式為4Fe+3O2+Xh2o====2Fe2O3xH2O。下圖為一放在水槽中的鐵 架，水位高度如圖。最容易生銹的鐵架橫桿是( ) A.① B.② C.③ D.④,【解析】選C。③處鐵生銹屬于吸氧腐蝕。④處沒(méi)有和電解質(zhì)溶液接 觸，不能構(gòu)成原電池，銹腐速率較慢；①②③處已與電解質(zhì)溶液接 觸，但①②處含O2較少，所以③處腐蝕最快。,2.(2015邯鄲一模)對(duì)金屬制品進(jìn)行抗腐蝕處理，可延長(zhǎng)其使用壽 命。 (1)以鋁材為陽(yáng)極，在H2SO4溶液中電解，鋁材表面形成氧化膜，陽(yáng)極 電極反應(yīng)式為____________________________________________。 (2)鍍銅可防止鐵制品腐蝕，電鍍時(shí)用銅而不用石墨作陽(yáng)極的原因是 ________________________________________________________。 在此過(guò)程中，兩個(gè)電極上質(zhì)量的變化值：陰極________陽(yáng)極(填 “”“”或“=”)。,(3)利用下圖所示的裝置，可以模擬鐵的電化學(xué)防護(hù)。若X為碳棒， 為減緩鐵的腐蝕，開關(guān)K應(yīng)置于________(填“M”或“N”)處。若X 為鋅，開關(guān)K置于M處，該電化學(xué)防護(hù)法稱為________。,【解析】(1)陽(yáng)極鋁被氧化成Al2O3，反應(yīng)過(guò)程中有水參加，故電極反 應(yīng)式為2Al+3H2O-6e-====Al2O3+6H+。 (2)電鍍時(shí)，為保證陰極上只有銅析出，就要確保電鍍過(guò)程中溶液中 有足夠多的Cu2+，因此陽(yáng)極就需要不斷地溶解銅，以補(bǔ)充電鍍液中的 Cu2+。 (3)鐵被保護(hù)，可以作原電池的正極或電解池的陰極。故若X為碳棒， 開關(guān)K應(yīng)置于N處，F(xiàn)e作陰極受到保護(hù)；若X為鋅，開關(guān)K置于M處，鐵 作正極，這種電化學(xué)防護(hù)法稱為犧牲陽(yáng)極的陰極保護(hù)法。,答案：(1)2Al+3H2O-6e-====Al2O3+6H+ (2)能向電鍍液中不斷補(bǔ)充Cu2+，使電鍍液中的Cu2+濃度保持恒定 = (3)N 犧牲陽(yáng)極的陰極保護(hù)法,新型化學(xué)電源 【典題示例】(2015江蘇高考T10)一種熔融碳酸鹽燃料電池① 原理示意如圖。下列有關(guān)該電池的說(shuō)法正確的是 ( ),D,A．反應(yīng)CH4＋H2O 3H2＋CO， 每消耗1 mol CH4轉(zhuǎn)移12 mol 電子③ B．電極A上H2參與的電極反應(yīng)為 H2＋2OH-－2e-====2H2O④ C．電池工作時(shí)， 向電極B移動(dòng)⑤ D．電極B上發(fā)生的電極反應(yīng)為 O2＋2CO2＋4e-==== ⑥,【審題指導(dǎo)】抽絲剝繭 溯本求源,【類題通法】 1.審題： 明確新型原電池的電解質(zhì)環(huán)境和需要解答的問(wèn)題。 2.析題——正確解題的關(guān)鍵： 分析已知條件和目標(biāo)問(wèn)題之間的關(guān)系，還有哪些中間條件需要推斷。 解答原電池題目應(yīng)明確以下問(wèn)題： (1)電池類型：可充電電池首先明確放電方向是原電池，充電方向是電解池。 (2)電極名稱：放電時(shí)是電池，為正極、負(fù)極；充電時(shí)為電解池，為陽(yáng)極、陰極。,(3)電極材料和電極反應(yīng)：電極反應(yīng)物、電極產(chǎn)物及其狀態(tài)，電極材料是否參與電極反應(yīng)；電子或電流的流動(dòng)方向，離子的移動(dòng)方向。 (4)電解質(zhì)溶液：電解質(zhì)溶液是否參與電池反應(yīng)；電解質(zhì)溶液是否與電極產(chǎn)物反應(yīng)。 (5)反應(yīng)式：電極反應(yīng)式和電池總反應(yīng)式。 (6)反應(yīng)的量的關(guān)系：電極質(zhì)量的變化、電極產(chǎn)物的量、轉(zhuǎn)移電子的量。,3.解題——正確解題的步驟： 該過(guò)程實(shí)際上就是寫出析題過(guò)程的結(jié)論。2中所列的問(wèn)題可能是已知 的，也可能是未知的，也可能是所求問(wèn)題，要根據(jù)具體情況進(jìn)行分 析。結(jié)合原電池原理和電子守恒求出結(jié)果。 4.檢查——正確解題的保證： 最后要對(duì)照試題進(jìn)行認(rèn)真的檢查核對(duì)，避免失誤。,【即時(shí)訓(xùn)練】 1.(2015宿遷一模)某種新型質(zhì)子交換膜二甲醚燃料電池的工作 原理如圖所示，該電池具有較高的安全性，電池總反應(yīng)式為CH3OCH3+3O22CO2+3H2O。下列說(shuō)法不正確的是( ),A.a極為電池的負(fù)極 B.電池工作時(shí)電流由b極沿導(dǎo)線經(jīng)燈泡到a極 C.電池正極的電極反應(yīng)式為4H++O2+4e-====2H2O D.電池工作時(shí)，1 mol二甲醚被氧化時(shí)有6 mol電子發(fā)生轉(zhuǎn)移,【解析】選D。由電池總反應(yīng)式可知，二甲醚發(fā)生氧化反應(yīng)， 為負(fù)極反應(yīng)物，氧氣發(fā)生還原反應(yīng)，為正極反應(yīng)物，所以a 為負(fù)極，b為正極，A項(xiàng)正確；工作時(shí)，電子由a極沿導(dǎo)線經(jīng) 燈泡到b極，電流則由b極沿導(dǎo)線經(jīng)燈泡到a極，B項(xiàng)正確；負(fù) 極反應(yīng)式為CH3OCH3-12e-+3H2O====2CO2+12H+，正極反應(yīng)式為 4H++O2+4e-====2H2O，C項(xiàng)正確；電池工作時(shí)，1 mol二甲醚被 氧化的同時(shí)有12 mol電子發(fā)生轉(zhuǎn)移，D項(xiàng)不正確。,2.(2015福州一模)磷酸燃料電池是目前較為成熟的燃料電池， 其基本組成和反應(yīng)原理如下：,下列說(shuō)法不正確的是( ) A.在改質(zhì)器中主要發(fā)生的反應(yīng)為CxHy+xH2O xCO+(x+ )H2 B.移位反應(yīng)器中CO(g)+H2O(g)====CO2(g)+H2(g) ΔH0。 溫度越高，CO轉(zhuǎn)化率越大 C.負(fù)極排出的氣體主要是CO2 D.該電池正極的電極反應(yīng)為O2+4H++4e-====2H2O,【解析】選B。由題圖可知，CxHy和H2O通過(guò)改質(zhì)器后，生成CO和H2， A正確；根據(jù)移位反應(yīng)器中CO(g)+H2O(g)====CO2(g)+H2(g) ΔH0 知，該反應(yīng)是放熱反應(yīng)，升高溫度，抑制一氧化碳的轉(zhuǎn)化，故B錯(cuò) 誤；燃料電池中，負(fù)極上燃料失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)，二氧化碳是 廢氣，所以排出的氣體是二氧化碳，故C正確；燃料電池中，正極 上氧化劑得電子和氫離子反應(yīng)生成水，電極反應(yīng)式為 O2+4H++4e-====2H2O，故D正確。,【加固訓(xùn)練】Harbermann等設(shè)計(jì)出利用Desulfovibrio desulfurcan 菌種生成的硫化物作為介體的微生物燃料電池，電池內(nèi)部有質(zhì)子通 過(guò)，該系統(tǒng)不經(jīng)任何維護(hù)可連續(xù)運(yùn)行5年。該電池的負(fù)極反應(yīng)式為 S2-+4H2O-8e-==== +8H+。有關(guān)該電池的下列說(shuō)法中正確的是( ) A.若有1.12 L氧氣參與反應(yīng)，則有0.2 mol電子發(fā)生轉(zhuǎn)移 B.質(zhì)子由正極移向負(fù)極 C.該電池的總反應(yīng)為S2-+2O2==== D.正極的電極反應(yīng)為2O2+8e-+4H2O====8OH-,【解析】選C。A項(xiàng)沒(méi)有注明標(biāo)準(zhǔn)狀況，錯(cuò)誤；質(zhì)子應(yīng)由負(fù)極移向正 極，B錯(cuò)誤；正極的電極反應(yīng)式為2O2+8H++8e-====4H2O，D錯(cuò)誤。,