2018届二轮复习电化学基础教案（全国通用）(1) 6页

电化学基础 【教学目标】 1.了解原电池和电解池的工作原理。 2.了解常见化学电源的种类及其工作原理。 3.理解金属发生电化学腐蚀的原因，金属腐蚀的危害、防止金属腐蚀的措施。 【知识网络】 知识网络 教学重点、难点 一、原电池和电解池电极确定的方法 电化学中电极的确定是电池反应式正确书写的前提，判断的方法有： 1.根据反应本质速判电极 不论是原电池还是电解池，阳极总是发生氧化反应，阴极总是发生还原反应（原电池负 极发生氧化反应，正极发生还原反应），若能找出电极发生的反应是氧化反应，还是还原反 应，则可迅速确定电极。 2.根据电子、离子移动方向判断电极 不论是在原电池还是在电解池中，电子总是从阳极（负极）流向外电路；电解液中总是 阳离子移向阴极（正极），阴离子移向阳极（负极）。 3.根据溶液 pH 变化或电极现象判断电极 无论是在原电池还是在电解池中，只要是有 H2 生成的电极，该电极区溶液的 pH 就增大， 该电极上发生还原反应，该电极为正极；只要是有 O2 生成的电极，该电极区 pH 就减小，该 电极发生氧化反应，该电极为负极（阳极）。 Ô­µç³Ø ¶¨Ò壺½«»¯Ñ§ÄÜת»¯Îª µçÄܵÄ×°Öà ¹¹ ³ÉÌõ¼þ £¨1£©»îÆÃÐÔ²»Í¬µÄÁ½¸öµç¼« £¨2£©ºÏ Êʵĵç½âÖÊÈÜÒº £¨3£©ÐÎ³É±ÕºÏ »Ø· ʧȥe¡ª £¬Ñص¼Ïß´«µÝ£¬ÓеçÁ÷²úÉú ¸º ¼«·´ Ó¦Ô­Àí Ñõ»¯·´ Ó¦ Zn¡ª 2e¡ª =Zn2+ ²»¶ÏÈܽ⠵ç½âÖÊÈÜÒº Õý¼« ÑôÀë×ÓÒÆÏò »¹Ô­·´ Ó¦ 2H++2e¡ª =H2 ½ðÊô¸¯ Ê´ ÀàÐÍ »¯Ñ§¸¯ Ê´ µç»¯Ñ§¸¯ Ê´ ÎöÇⸯ Ê´ ÎüÑõ¸¯ Ê´ ±£»¤·½·¨ £º£¨1£©¸Ä±ä½ðÊôÄÚ²¿ ½á¹¹ £¨2£©ÔÚ½ðÊô±íÃ渲 ¸Ç±£»¤²ã £¨3£©µç»¯Ñ§±£»¤ ¶¨Ò壺ʹµçÁ÷ͨ ¹ýµç½âÖÊÈÜÒº¶øÔÚÒõ¡¢ÑôÁ½¼«Òý·¢Ñõ»¯»¹Ô­·´ Ó¦µÄ¹ý³Ì µç½â³Ø ×°ÖÃÌص㣺µçÄÜת»¯Îª »¯Ñ§ÄÜ ¹¹ ³ÉÌõ¼þ £¨1£©ÓëµçÔ´ÏàÁ¬µÄÁ½µç¼« £¨2£©µç½âÖÊÈÜÒº £¨3£©ÐÎ³É±ÕºÏ »Ø· ·´ Ó¦Ô­Àí Ñô¼«£¨ÓëµçÔ´Õý¼«ÏàÁ¬µÄµç¼«£©·¢ÉúÑõ»¯·´ Ó¦ Òõ¼«£¨ÓëµçÔ´¸º ¼«ÏàÁ¬µÄµç¼«£©·¢Éú»¹Ô­·´ Ó¦ Ó¦ÓãºÂȼҵ¡¢µç½â¾«Á¶¡¢µç¶Æ µç½â µç »¯ ѧ 二、电极反应式的书写 1.原电池电极反应式的书写 （1）一般电极反应式的书写 （2）复杂电极反应式的书写 2.电解池电极反应式的书写 首先分析电解质水溶液的组成，找全离子并分为阴、阳两组；然后分别对阴阳离子排出 放电顺序，写出两极上的电极反应式；最后合并两个电极反应式得出电解总方程式。 注意事项：（1）书写电解池中电极反应式时，要以实际参加放电的离子表示，但书写 总方程式时，弱电解质要写成分子式；（2）要确保两极电子转移数目相等，且注明条件“电 解”。 三、电解计算 1.根据电子守恒法计算：用于串联电路、阴、阳两极产物、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。 2.根据总反应式计算：凡是总反应式反映出的物质的量关系都可以列比例式计算。 3.根据关系计算：由得失电子守恒定律关系建立已知量与未知量之间的桥梁，建立计算 的关系式，如 物质：H2～O2～Cl2～Cu～Ag～H+～OH—～e— mol 2 1 2 2 4 4 4 4 【热点透视】 热点题型 【典例 1】将 NaCl 溶液滴在一块光亮清洁的铁板表面上，一段时间后发现液滴覆盖的 圆周中心区(a)已被腐蚀而变暗，在液滴外沿形成棕色铁锈环(b)，如图所示。导致该现象的 主要原因是液滴之下氧气含量比边缘少。下列说法正确的是 A.液滴中的 Cl—由 a 区向 b 区迁移 B.液滴边缘是正极区，发生的电极反应为：O2＋2H2O＋4e－=4OH－ C.液滴下的 Fe 因发生还原反应而被腐蚀，生成的 Fe2＋由 a 区向 b 区迁移，与 b 区的 OH—形成 Fe（OH）2，进一步氧化、脱水形成铁锈 D.若改用嵌有一铜螺丝钉的铁板，在铜铁接触处滴加 NaCl 溶液， 则负极发生的电极反应为：Cu－2e－=Cu2＋ 解析：液滴边缘 O2 多，在碳粒上发生正极反应 O2＋2H2O＋4e－=4OH－。液滴下的 Fe 发生 ÁÐÎï ÖÊ ±êµÃʧ ÅÐ¶Ï µç¼«·´ Ó¦²ú Îï £¬ÕÒ³ö µÃʧµç×Ó×ÜÊý ¿´ »· ¾³ ÅäÊغ㠵缫²ú Îï ÔÚµç½âÖÊÈÜÒºÖÐÓ¦Îȶ¨ ´æÔÚ£¬Èç¼îÐÔ½éÖÊÖÐÉú³ÉµÄH+Ó¦ÈÃÆä½áºÏ OH¡ª Éú³ÉË®¡£ µç¼«·´ ӦʽҪÒÀ¾ÝµçºÉÊغ㠡¢ ÖÊÁ¿Êغ㠡¢ µç×ÓÊغ㠼ÓÒÔÅäƽ Á½Ê½¼Ó Ñé×Üʽ Á½µç¼«·´ ӦʽÏà ¼Ó£¬Óë×Ü·´ Ӧʽ¶ÔÕÕ ¸´ Ôӵ缫·´ Ӧʽ= ×Ü·´ Ӧʽ¡ª ½Ï¼òµ¥Ò»¼«µç¼«·´ Ӧʽ 负极反应，Fe－2e－=Fe2＋，为腐蚀区(a)。 A．错误。Cl－由 b 区向 a 区迁移；B．正确；C．错误。液滴下的 Fe 因发生氧化反应而 被腐蚀；D．错误。Cu 更稳定，作正极，反应为 O2＋2H2O＋4e－=4OH－。 答案：B 命题意图：本题考查电化学内容中金属吸氧腐蚀的原理的分析。老知识换新面孔，高考 试题，万变不离其宗，关键的知识内容一定要让学生自己想懂，而不是死记硬背。学生把难 点真正“消化”了就可以做到一通百通，题目再怎么变换形式，学生也能回答。 【典例 2】下图所示装置中，甲、乙、丙三个烧杯依次分别盛放 100g 5.00%的 NaOH 溶 液、足量的 CuSO4 溶液和 100g 10.00%的 K2SO4 溶液，电极均为石墨电极。 （1）接通电源，经过一段时间后，测得丙中 K2SO4 浓度为 10.47%，乙中 c 电极质量增 加。 据此回答问题： ①电源的 N 端为 极； ②电极 b 上发生的电极反应为 ； ③列式计算电极 b 上生成的气体在标准状况下的体 积： ； ④电极 c 的质量变化是 g； ⑤电解前后各溶液的酸、碱性大小是否发生变化，简述其原因 甲溶液 ；乙溶液 ；丙溶 液 ； （2）如果电解过程中铜全部析出，此时电解能否继续进行，为什么？ 。 解析：（1）①乙中 C 电极质量增加，则 c 处发生的反应为：Cu2＋+2e－=Cu，即 C 处为 阴极，由此可推出 b 为阳极，a 为阴极，M 为负极，N 为正极。丙中为 K2SO4，相当于电解水， 设电解的水的质量为 xg。由电解前后溶质质量相等有，100×10%=（100-x）×10.47%，得 x=4.5g，故为 0.25mol。由方程式 2H2+O2 2H2O 可知，生成 2molH2O，转移 4mol 电子，所 以整个反应中转 移 0.5mol 电子，而整个电路是串联的，故每个烧杯中的电极上转移电子 数是相等的。②甲中为 NaOH，相当于电解 H2O，阳极 b 处为阴离子 OH－放电，即 4OH－-4e－ =2H2O + O2↑。③转移 0.5mol 电子，则生成 O2 为 0.5/4=0.125mol，标况下的体积为 0.125×22.4=2.8L。④Cu 2 ＋ +2e － =Cu，转移 0.5mol 电子，则生成的 m(Cu)=0.5/2 ×64 =16g。⑤甲中相当于电解水，故 NaOH 的浓度增大，pH 变大。乙中阴极为 Cu2＋放电，阳极为 OH－放电，所以 H＋增多，故 pH 减小。丙中为电解水，对于 K2SO4 而言，其 pH 几乎不变。 （2）铜全部析出，可以继续电解 H2SO4，有电解液即可电解。 答案：（1）①正极 ②4OH－-4e－=2H2O + O2↑。③2.8L ④16g ⑤甲增大，因为相当 于电解水；乙减小，OH－放电， H＋增多。丙不变，相当于电解水。 （2）可以 因为 CuSO4 溶液已转变为 H2SO4 溶液，反应也就变为水的电解反应 技巧点拨：电化学知识是氧化还原反应知识的延续和深入，在分析电化学题目时，要注 意氧化还原反应知识的运用。 热点预测 【预测 1】一种充电电池放电时的电极反应为（ ） H2+2OH——2e—=2H2O； NiO(OH)+H2O+e—=Ni(OH)2+OH— 当为电池充电时，与外电源正极连接的电极上发生的反应是（ ） A. H2O 的还原 B. NiO(OH)的还原 C. H2 的氧化 D. Ni(OH) 2 的氧化 解析：由题中给出的电极反应可判断出做原电池时，H2 是还原剂被氧化、NiO(OH)是氧 化剂被还原，则充电时 H2 是还原产物、NiO(OH)是氧化产物，与正极相连的是阳极发生氧化 反应，所以 “Ni(OH) 2 的氧化”正确。 答案：D 命题立意：考查二次电池中的氧化还原问题 技巧点拨：关于充电电池的氧化还原问题是常考点，这类题有规律。原电池时，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。 【预测 2】有人设计出利用 CH4 和 O2 的反应，用铂电极在 KOH 溶液中构成燃料电池。电 池的总反应类似于 CH4 在 O2 中燃烧，则下列说法正确的是（ ） A.每消耗 1molCH4 可以向外电路转移 4mol 电子 B.负极上 CH4 失去电子，电极反应式为 CH4+10OH—=CO32—+7H2O+8e— C.负极上是 O2 获得电子，电极反应式为：O2+2H2O+4e—=4OH— D.电池放电后，溶液 pH 不断升高 解析：判断电池正负极的方法是确定在该电极上的电子得失情况。若得电子，则为正极， 反之则为负极。 CH4 在电极上发生的反应类似于燃烧反应，即 CH4→CO2,（确切地说生成的 CO2 继续与 KOH 反应生成 K2CO3 和 H2O），碳元素价态升高，失去电子，是电池的负极。电极反应式为 CH4+10OH—=CO32—+7H2O+8e—，B 项正确；每当有 1molCH4 被氧化时，失去电子 8mol，A 项错 误；O2 在正极上得到电子，电极反应式为 O2+2H2O+4e—=4OH—，C 项错误；总反应式为： CH4+2O2+2KOH=K2CO3+3H2O 反应中消耗 KOH，所以放电时 pH 不断下降，D 项错误。 答案：B 技巧点拨：燃料电池属于新型化学电源，因其电池总反应类似于可燃物燃烧而得名。在 书写（包括判断）燃料电池的电极反应时，可分为三个步骤：一、写出可燃物燃烧的化学方 程式，分析元素的氧化、还原。二、写出氧化剂→还原产物，还原剂→氧化产物的表达式 （可能不完整或重复）。三、结合电解液成分与还原产物或氧化产物的反应确定电极反应的 最终表达式。 【直击高考】 1.下列有关电池的说法不正确的是（ ） A.手机上用的锂离子电池属于二次电池 B.铜锌原电池工作时，电子沿外电路从铜电极流向锌电极 C.甲醇燃料电池可把化学能转化为电能 D.锌锰干电池中，锌电极是负极 2. 以 ZnCl2 和 KCl 为电镀液在铁制品上镀锌，下列说法正确的是（ ） A.未通电前上述镀锌装置可构成原电池，电镀过程是该原电池的充电过程 B.因部分电能转化为热能，电镀时通过的电量与锌的析出量无关 C.电镀时保持电流恒定，升高温度不会改变电解反应速率 D.镀锌层破损后即对铁制品失去保护作用 3.可用于电动汽车的铝-空气燃料电池，通常以 NaCl 溶液或 NaOH 溶液为电解液，铝合 金为负极，空气电极为正极。下列说法正确的是（ ） A.以 NaCl 溶液或 NaOH 溶液为电解液时，正极反应都为：O2＋2H2O＋4e－＝4OH－ B.以 NaOH 溶液为电解液时，负极反应为：Al＋3OH－－3e-＝Al（OH）3↓ C.以 NaOH 溶液为电解液时，电池在工作过程中电解液的 pH 保持不变 D.电池工作时，电子通过外电路从正极流向负极 4.如下图所示，a、b 是多孔石墨电极，某同学按图示装置进行如下实验：断开 K2，闭 合 K1 一段时间（上为 K2，下为 K1），观察到两只玻璃管内部有气泡将电极包围，此时断开 K1，闭合 K2，观察到电流计 A 的指针有偏转，下列说法不正确的是（ ） A.断开 K2，闭合 K1 时，a 极上的电极反应式为： 4OH——4e—=O2↑+2H2O B.断开 K2，闭合 K1 一段时间，溶液的 pH 要变大 C.断开 K1，闭合 K2 时，b 极上的电极反应为：2H++2e—=H2↑ D.断开 K1，闭合 K2 时, OH—向 b 移动 5.氢氧燃料电池以氢气为还原剂，氧气作氧化剂，电极为多孔镍，电解质溶液为 30%的 氢氧化钾溶液。以下数种说法： ①负极反应为：O2+2H2O+4e—=2OH—；②负极反应为：H2+4OH——4e—=4H2O；③电池工作 时正极区碱性增强，负极区碱性减弱；④电池工作时溶液中阴离子移向正极。正确的组合是 （ ） A.①④ B.②④ C.①③④ D.②③ 6.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 7. 氯碱工业中电解饱和食盐水的原理示意图如下图所示： （1）溶液 A 的溶质是 ； （2）电解饱和食盐水的离子方程式是 ； （3）电解时用盐酸控制阳极区溶液的 PH 在 2～3，用化学 平衡移动原理解释盐酸的作用 ； （4）电解所用的盐水需精制。去除有影响的 Ca2＋、Mg2＋、NH4 ＋、SO42－[c(SO42－)＞c(Ca2＋)]。 来自流程如下（淡盐水和溶液 A 来电解池）： ①盐泥 a 除泥沙外，还含有的物质是 。 ②过程Ⅰ中将 NH4+转化为 N2 的离子方程式是 。 ③BaSO4 的溶解度比 BaCO3 的小，过程Ⅱ中除去的离子有 ④经过程Ⅲ处理，要求盐水中 c 中剩余 Na2SO3 的含量小于 5mg ·L—1,若盐水 b 中 NaClO 的含量是 7.45 mg ·L—1，则处理 10m3 盐水 b ，至多添加 10% Na2SO3 溶液 kg（溶液 体积变化忽略不计）。 8. 常温下电解 200mL 一定浓度的 NaCl 与 CuSO4 混合溶液，理 论上两极所得气体的体积随时间变化的关系如右图所示（气体体积已换算成标准状况下的体 积），根据下图中信息回答下列问题。 （1）原混合溶液中 NaCl 和 CuSO4 的物质的量浓度分别为 、 。 （2）t2 时所得溶液的 pH= 。 答案 1.B 2.D 3. A 4.C 5.C 6.B 7. （1）NaOH（2）2Cl－＋2H2O 2OH－＋H2↑＋Cl2↑ （3）氯气与水反应：Cl2＋H2O HCl＋HClO，增大 HCl 的浓度可使平衡逆向移动，减 少氯气在水中的溶解，有利于氯气的溢出。（4）①Mg(OH)2 ②2NH4＋＋3Cl2＋8OH－=8H2O＋6Cl －＋N2↑ ③SO42－、Ca2＋ ④1.76 8.（1）c(NaCl)=0.1mol·L—1 c（CuSO4）=0.1mol·L—1 （2）1 电解