（教师备课）2021高考化学一轮复习解题指导5电化学的考点分析规范演练含解析新人教版 6页

解题指导5 电化学的考点分析 一、推断原电池或电解池中微粒的移动方向 原电池或电解池的总反应为氧化还原反应。在原电池电极反应中，还原剂失去电子作为负极，氧化剂得到电子作为正极，由于负极失去电子带正电荷，而正极得到来自负极的电子而带负电荷，故在原电池内部，阳离子由负极向正极迁移，而阴离子由正极向负极迁移。在电解池中，阳离子向阴极移动，阴离子向阳极移动。‎ ‎　研究人员最近发现了一种“水”电池，这种电池能利用淡水与海水之间含盐量差别进行发电，在海水中电池总反应可表示为5MnO2＋2Ag＋2NaCl===Na2Mn5O10＋2AgCl，下列“水”电池在海水中放电时的有关说法正确的是(　　)‎ A．正极反应式：Ag＋Cl－－e－===AgCl B．每生成1 mol Na2Mn5O10转移2 mol电子 C．Na＋不断向“水”电池的负极移动 D．AgCl是还原产物 解析：由电池总反应可知银失去电子被氧化得氧化产物，即银作负极，产物AgCl是氧化产物，A、D错误；在原电池中阳离子在正极得电子发生还原反应，所以阳离子向电池的正极移动，C错误；化合物Na2Mn5O10中Mn元素的化合价是＋价，所以每生成1 mol Na2Mn5O10转移电子的物质的量为(4－)×5＝2 mol，B正确。‎ 答案：B 二、书写电极反应式或化学反应方程式 有关二次电池的充电、放电是高考的重点和热点问题。试题要求在正确分析总反应的基础上，依据充电、放电的规律进行解题。在解题时要注意充电过程与放电过程的区别与联系，关于充电电池的氧化还原问题是常考点。放电时，先要分析氧化剂与还原剂，氧化剂被还原、还原剂被氧化；充电时(电解池)，原电池负极反应反着写为还原过程，发生在阴极，原电池中的正极反应反着写为氧化过程，发生在阳极。‎ ‎　某研究性学习小组根据反应2KMnO4＋10FeSO4＋8H2SO4===2MnSO4＋5Fe2(SO4)3＋K2SO4＋8H2O设计如下原电池，其中甲、乙两烧杯中各物质的物质的量浓度均为1 mol·L－1，溶液的体积均为200 mL，盐桥中装有饱和K2SO4溶液。回答下列问题：‎ ‎(1)此原电池的正极是石墨________(填“a”或“b”)，发生______反应。‎ ‎(2)电池工作时，盐桥中的SO移向_______(填“甲”或“乙”)烧杯。‎ - 6 -‎ ‎(3)写出两烧杯中的电极反应式：甲_________，乙________。‎ ‎(4)若不考虑溶液的体积变化，MnSO4浓度变为1.5 mol·L－1，则反应中转移的电子为________mol。‎ 解析：(1)根据题目提供的总反应方程式可知，KMnO4作氧化剂，发生还原反应，故石墨a是正极。(2)电池工作时，SO向负极移动，即向乙烧杯移动。(3)甲烧杯中的电极反应式为MnO＋5e－＋8H＋===Mn2＋＋4H2O；乙烧杯中的电极反应式为5Fe2＋－5e－===‎ ‎5Fe3＋。(4)溶液中的MnSO4浓度由1 mol·L－1变为1.5 mol·L－1，由于溶液的体积未变，则反应过程中生成的MnSO4的物质的量为0.5 mol·L－1×0.2 L＝0.1 mol，转移的电子为0.1 mol×5＝0.5 mol。‎ 答案：(1)a　还原　(2)乙　(3)MnO＋5e－＋8H＋===Mn2＋＋4H2O　5Fe2＋－5e－===5Fe3＋　(4)0.5‎ 三、判断两极产生的现象或结果 正负极是根据物理学上的电极电势高低而规定的，多用于原电池，正极电极电势高，是流入电子(外电路)的电极；负极电极电势低，是流出电子(外电路)的电极。阴阳极是针对电解池或电镀池来命名的，阳极是指与电源正极相连，发生氧化反应的电极；阴极是指与电源负极相连，发生还原反应的电极。‎ ‎　综合如图判断，下列说法正确的是(　　)‎ A．装置Ⅰ和装置Ⅱ中负极反应均是Fe－2e－===Fe2＋‎ B．装置Ⅰ和装置Ⅱ中正极反应均是O2＋2H2O＋4e－===4OH－‎ C．装置Ⅰ和装置Ⅱ中盐桥中的阳离子均向右侧烧杯移动 D．放电过程中，装置Ⅰ左侧烧杯和装置Ⅱ右侧烧杯中溶液的pH均增大 解析：装置Ⅰ中，由于Zn比Fe活泼，所以Zn作原电池的负极，电极反应式为Zn－2e－===Zn2＋；Fe作正极，电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－。由于正极有OH－生成，因此溶液的pH增大。装置Ⅱ中，Fe作负极，电极反应式为Fe－2e－===Fe2＋；Cu作正极，电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑。正极由于不断消耗H＋，所以溶液的pH逐渐增大。A、B错误，D正确；在原电池的电解质溶液中，阳离子移向正极，C错误。‎ 答案：D 四、金属的腐蚀和防护 电化学腐蚀原理与原电池相同，金属发生电化学腐蚀是在电解质溶液存在条件下形成无数多的微小原电池而造成的腐蚀。无论是吸氧腐蚀还是析氢腐蚀都不是作为电源使用，故强调的是电极上发生的反应。‎ - 6 -‎ ‎　下列有关金属腐蚀与防护的说法正确的是(　　)‎ A．黄铜(铜锌合金)制作的铜锣易产生铜绿 B．镀锡铁制品和镀锌铁制品的镀层破损时，镀锡铁中铁的腐蚀速率更快 C．在轮船船体四周镶嵌锌块保护船体不受腐蚀的方法叫阳极电化学保护法 D．不锈钢有较强的抗腐蚀能力是因为在钢铁表面镀上了铬 解析：铜锌合金在空气中可组成原电池，铜为正极得到保护，不易被腐蚀，A错误；镀锡铁与镀锌铁都可以组成原电池，由于铁的活泼性强于锡，铁为负极加快其腐蚀，而镀锌铁中铁为正极得到保护，B正确；C中的方法叫牺牲阳极的阴极保护法，C错误。‎ 答案：B 五、电解池原理及应用 电解是在直流电的作用下，电解质溶液或熔融电解质在阴、阳两极发生氧化还原反应的过程。电解时电解池的阳极连电源正极。电解的目的是获得电解产物，因此一般都采用惰性电极。要想判断好电解产物，除应明确电场力的作用下阴离子移向阳极，阳离子移向阴极外，还应记准离子的放电顺序。阳离子在阴极的放电顺序正好与金属活动顺序相反。在阳极阴离子的放电顺序重点记住Cl－>OH－>NO。应用电解原理在某些金属表面镀上一层新金属的装置。通常镀层金属接电源正极，待镀金属的物件接电源负极，含有镀层金属离子的溶液作电镀液。‎ ‎　某小组同学认为，如果模拟工业上离子交换膜法制烧碱的方法，那么可以设想用如图装置电解硫酸钾溶液来制取氢气、氧气、硫酸和氢氧化钾。‎ ‎(1)该电解槽的阳极反应式为__________________________‎ ‎__________________________________________________。‎ 此时通过阴离子交换膜的离子数________(填“大于”“小于”或“等于”)通过阳离子交换膜的离子数。‎ ‎(2)制得的氢氧化钾溶液从出口________(填“A”“B”“C”或“D”)导出。‎ ‎(3)通电开始后，阴极附近溶液pH会增大，请简述原因 ‎_____________________________________________________‎ ‎_____________________________________________________。‎ ‎(4)若将制得的氢气、氧气和氢氧化钾溶液组合为氢氧燃料电池，则电池正极的反应式为________________________________‎ ‎____________________________________________________。‎ - 6 -‎ 解析：溶液中的OH－在阳极失电子产生O2：4OH－－4e－===2H2O＋O2↑，所以在B口放出O2，从A口导出H2SO4。溶液中的H＋在阴极得到电子产生H2：2H＋＋2e－===H2↑，则从C口放出H2，从D口导出KOH溶液。因SO所带电荷数大于K＋所带电荷数，SO通过阴离子交换膜，K＋通过阳离子交换膜，所以通过阳离子交换膜的离子数大于通过阴离子交换膜的离子数。O2、H2、KOH溶液构成燃料电池时，O2在电池正极放电：O2＋4e－＋2H2O===4OH－。‎ 答案：(1)4OH－－4e－===2H2O＋O2↑　小于　(2)D　(3)H＋在阴极附近放电，引起水的电离平衡向右移动，使c(OH－)>c(H＋)　(4)O2＋2H2O＋4e－===4OH－‎ ‎1．燃料电池是利用燃料(如H2、CO、CH4等)跟氧气反应从而将化学能转化成电能的装置。下列关于甲烷燃料电池(NaOH溶液作电解质)的说法正确的是(　　)‎ A．负极反应为O2＋2H2O＋4e－===4OH－‎ B．负极反应为CH4＋10OH－－8e－===CO＋7H2O C．放电时溶液中的阴离子向正极移动 D．随着放电的进行，溶液的pH不发生改变 解析：燃料电池的正极一般通入氧气，在碱性条件下正极反应为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，A错误；放电时溶液中的阴离子向负极移动，C错误；随着放电的进行，生成水而消耗OH－，故pH会降低，D错误。‎ 答案：B ‎2．一种碳纳米管(氢气)二次电池原理如图，该电池的电解质为6 mol·L－1 KOH溶液，下列说法不正确的是(　　)‎ A．储存H2的碳纳米管放电时为负极，充电时为阴极 B．放电时负极附近pH减小 C．放电时电池正极的电极反应为NiO(OH)＋H2O＋e－=== Ni(OH)2＋OH－‎ D．放电时，电池反应为2H2＋O2===2H2O 解析：碳纳米管为储氢物质，在放电过程中发生失电子的氧化反应，作负极，电极反应为2H2－4e－＋4OH－===4H2O，充电时为阴极，A、B正确；放电过程中NiO(OH)发生得电子的还原反应，作正极，电极反应为4NiO(OH)＋4H2O＋4e－===4Ni(OH)2＋4OH－‎ - 6 -‎ ‎，将正、负极电极反应相加可得放电时总反应2H2＋4NiO(OH)===4Ni(OH)2，C正确，D错误。‎ 答案：D ‎3．化学与工农业生产和人类生活密切相关。下列说法正确的是(　　)‎ A．钢铁在海水中比在河水中更易生锈 B．铜的金属活泼性比铁的弱，可在海轮外壳上装若干铜块以减缓其腐蚀 C．铅蓄电池放电时的负极和充电时的阳极均发生还原反应 D．用惰性电极分别电解CuCl2溶液和MgCl2溶液分别得到单质Cu和Mg 解析：海水中电解质浓度大，易形成原电池，A正确；在海轮外壳上装若干铜块会加快海轮外壳的腐蚀，B错误；铅蓄电池放电时的负极和充电时的阳极均发生氧化反应，C错误；Mg的活泼性大于H，所以不会生成Mg单质，D错误。‎ 答案：A ‎4．(1)与MnO2Zn电池类似，K2FeO4Zn也可以组成碱性电池，K2FeO4在电池中作为正极材料，其电极反应为__________，该电池总反应的离子方程式为__________________________________‎ ‎____________________________________________________。‎ ‎(2)在直接以甲醇为燃料的燃料电池中，电解质溶液为酸性，负极的反应式为______________________________、正极的反应式为________________________________。‎ ‎(3)如图为钠硫高能电池的结构示意图。该电池的工作温度为320 ℃左右，电池反应为2Na＋xS===Na2Sx，正极的电极反应式为________________，M(由Na2O和Al2O3制得)的两个作用是________‎ ‎_____________________________________________________。‎ 解析：(1)正极发生还原反应，K2FeO4被还原为Fe3＋，由于是碱性环境，故生成Fe(OH)3，电极反应式为FeO＋3e－＋4H2O=== Fe(OH)3＋5OH－；负极发生氧化反应，由于是碱性环境，Zn被氧化生成Zn(OH)2，电极反应式为Zn－2e－＋2OH－===Zn(OH)2，两电极反应式相加得2FeO＋3Zn＋8H2O===2Fe(OH)3＋3Zn(OH)2＋4OH－。(2)负极上甲醇失电子，在酸性条件下与水结合生成氢离子：CH3OH＋H2O－6e－===CO2＋6H＋。正极电极反应式为O2＋4e－＋4H＋=== 2H2O。(3)正极上硫得电子被还原：xS＋2e－===S；M的两个作用：作固体电解质和隔膜(隔离钠与硫)。‎ 答案：(1)FeO＋3e－＋4H2O===Fe(OH)3＋5OH－‎ ‎2FeO＋3Zn＋8H2O===2Fe(OH)3＋3Zn(OH)2＋4OH－‎ - 6 -‎ ‎(2)CH3OH＋H2O－6e－===CO2＋6H＋　O2＋4e－＋4H＋===2H2O　(3)xS＋2e－===S(或2Na＋＋xS＋2e－===Na2Sx)　离子导电(导电或电解质)和隔离钠与硫 ‎5．(1)粗铜的电解精炼如图1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____________________‎ ‎____________________________________________________。‎ 图1‎ ‎(2)按如图2电解NaCl的饱和溶液，写出该电解池中发生反应的总反应方程式：________________________________________‎ ‎____________________________________________________。‎ 将充分电解后所得溶液逐滴加入酚酞试液中，观察到的现象是 ‎_______________________________________________________‎ ‎_______________________________________________________‎ ‎_____________________________________________________。‎ ‎ 图2‎ 解析：(1)电解精炼时，粗铜作阳极，纯铜作阴极，CuSO4溶液作电解液，比铜活泼的金属失电子生成离子进入溶液，不如铜活泼的金属形成阳极泥沉积下来。(2)由于阳极是惰性电极，则电解饱和氯化钠溶液的方程式为2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑，生成的Cl2与NaOH溶液发生反应：Cl2＋2NaOH===NaCl＋NaClO＋H2O，故总反应方程式为NaCl＋H2ONaClO＋H2↑，酚酞试液遇NaOH显红色后被HClO氧化褪色。‎ 答案：(1)c　Cu2＋＋2e－===Cu　Au、Ag以单质的形式沉积在c(阳极)下方，Fe以Fe2＋的形式进入电解液 ‎(2)NaCl＋H2ONaClO＋H2↑　酚酞试液先变红后褪色 - 6 -‎