2020届高考化学二轮复习专题：电化学考点一 原电池原理及金属腐蚀1.锌铜原电池的工作原理图 1电极名称 负极 正极 电极材料 锌片 铜片 电极反应 Zn-2e -Zn 2+Cu 2++2e -Cu反应类型 氧化反应 还原反应电子流向 由Zn 沿导线流向Cu盐桥中 离子移向 盐桥含饱和KCl 溶液,K +移向正极,Cl -移向负极 盐桥的 作用(1)平衡电荷(2)避免断路时发生化学腐蚀(隔离作用)2.原电池正、负极的判断方法图23.原电池电极反应式的正误判断(1)看电极反应式是否匹配:负极发生氧化反应,正极发生还原反应。
(2)看产物在环境中能否共存:酸性电解质时电极反应式中不能出现OH-,碱性电解质时电极反应式中不能出现H+。
(3)看生成产物是否正确、是否符合守恒规律。
4.金属的腐蚀(1)腐蚀类型的判断①根据水膜判断:无水膜的为化学腐蚀,水膜呈酸性是析氢腐蚀,水膜呈弱酸性或中性是吸氧腐蚀。
②根据正极反应判断:有气体生成的是析氢腐蚀,氧气参与反应的是吸氧腐蚀。
(2)金属腐蚀快慢的比较①一般来说,可用下列原则判断:电解池原理引起的腐蚀>原电池原理引起的腐蚀>化学腐蚀>有防护措施的腐蚀。
②对同一金属来说,腐蚀的快慢:强电解质溶液中>弱电解质溶液中>非电解质溶液中。
③活泼性不同的两种金属,活泼性差别越大,腐蚀越快。
④对同一种电解质溶液来说,电解质溶液浓度越大,金属腐蚀的速率越快。
5.燃料电池装置的分析图3【示例分析1】图4-4如图4-4所示是一种以液态肼(N2H4)为燃料,氧气为氧化剂,某固体氧化物为电解质的新型燃料电池。
该固体氧化物电解质的工作温度高达700~900 ℃时,O2-可在该固体氧化物电解质中自由移动,反应生成物均为无毒无害的物质。
电极判断反应式其他信息解读根据通入气体的性质判断,电极乙为,电极甲为负极:正极:总反应:导电的是,放电时,O2-由电极移向电极【示例分析2】微生物燃料电池的一种重要应用就是废水处理中实现碳氮联合转化为CO2和N2,如图4-5所示,1、2为厌氧微生物电极,3为阳离子交换膜,4为好氧微生物反应器。
图5电极判断反应式其他信息解读根据H+移动方向,说明电极1为、电极2为,电解质为介质负极:正极:N H4+在好氧微生物反应器中转化为N O3-:例1利用生物燃料电池原理研究室温下氨的合成,电池工作时MV2+/MV+在电极与酶之间传递电子,示意图如下所示。
下列说法错误的是( )图6A.相比现有工业合成氨,该方法条件温和,同时还可提供电能B.阴极区,在氢化酶作用下发生反应H2+2MV2+2H++2MV+C.正极区,固氮酶为催化剂,N2发生还原反应生成NH3D.电池工作时质子通过交换膜由负极区向正极区移动变式美国斯坦福大学的工程师设计出一种从污水“提取”潜在电能的新型微生物电池,该电池能将生活污水中的有机物分解同时发电,电池结构如图4-7所示。
已知a电极为惰性材料,b电极为Ag2O。
下列说法不正确的是( )图4-7A.a电极是负极,b电极是正极B.b电极发生的反应是Ag2O+2e-+2H+2Ag+H2OC.a电极每生成标准状况下2.24 L CO2,可向b电极转移0.1 mol电子D.高温条件下,该电池不能正常工作考点二电解原理及金属防护1.电解池工作原理示意图(阳极为惰性电极)图 82.正确判断产物(1)阳极产物的判断首先看电极,如果是活性电极作阳极,则电极材料失电子,电极溶解(注意:铁作阳极溶解生成Fe2+,而不是Fe3+);如果是惰性电极作阳极,则需看溶液中阴离子的失电子能力,阴离子放电顺序为S2->I->Br->Cl->OH-(水)。
(2)阴极产物直接根据阳离子的放电顺序进行判断:Ag+>Hg2+>Fe3+>Cu2+>H+>Pb2+>Fe2+>Zn2+>H+(水)。
3.电解计算破题“3方法”原电池和电解池的计算包括两极产物的定量计算、溶液pH的计算、相对原子质量和阿伏伽德罗常数的计算、产物的量与电量关系的计算等。
通常有下列三种方法:(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。
(2)根据总反应方程式计算先写出电极反应式,再写出总反应方程式,最后根据总反应方程式列出比例式计算。
(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:图 94.金属的电化学防护(1)牺牲阳极的阴极保护法——原电池原理:正极为被保护的金属,负极为比被保护的金属活泼的金属。
(2)外加电流的阴极保护法——电解原理:阴极为被保护的金属,阳极为惰性电极。
5.带膜电解池装置分析示例在高中试题中主要出现阳离子交换膜、阴离子交换膜和质子交换膜三种,阳离子交换膜只允许阳离子通过,阻止阴离子和气体通过,阴离子交换膜只允许阴离子通过,质子交换膜只允许质子(H+)通过。
离子交换膜的功能在于选择性地通过某些离子,目的是平衡整个溶液的离子浓度或电荷,利用离子交换膜的这一功能可用来制备物质,解题时应先分析出应制备或提纯的物质,后确定装置的正负极,根据离子交换膜的功能判断特定离子的移动方向,反过来,我们可以根据离子移动方向判断膜的类型。
【示例分析】四甲基氢氧化铵[(CH3)4NOH]常用作电子工业清洗剂,以四甲基氯化铵[(CH3)4NCl]为原料,采用电渗析法合成(CH3)4NOH,其工作原理如图4-10所示(a、b为石墨电板,c、d、e为离子交换膜)。
图 10电极判断膜的判断反应式信息解读根据图中Cl-移动方向可知,a为极,b为极,M为电源极,N为电源极据图分析,生成氯化钠浓溶液,说明阳极上不是放电,则e应是交换膜;根据左池产物分析,c也是交换膜a极:b极:例2 电解合成1,2-二氯乙烷的实验装置如图4-11所示。
下列说法中正确的是( )图 11 A.该装置工作时,化学能转变为电能B.CuCl2能将C2H4还原为1,2-二氯乙烷C.X、Y依次为阳离子交换膜、阴离子交换膜D.该装置总反应为CH2CH2+2H2O+2NaCl H2+2NaOH+ClCH2CH2Cl变式 Cu2O是一种半导体材料,基于绿色化学理念设计的制取Cu2O的电解池如图 12所示,电解总反应为2Cu+H2O Cu2O+H2↑。
下列说法正确的是 ( )图 12 A.电子的流向:电源负极→石墨电极→Cu→电源正极B.铜电极上的电极反应式为2Cu+H2O-2e-Cu2O+2H+C.电解后溶液的pH变大D.当有0.1 mol电子转移时,有0.1 mol Cu2O生成考点三可逆电池及电池综合一、可逆电池1.判断电极(1)“放电”时正、负极的判断负极:元素化合价升高或发生氧化反应的物质。
正极:元素化合价降低或发生还原反应的物质。
(2)“充电”时阴、阳极的判断阴极:“放电”时的负极在“充电”时为阴极。
阳极:“放电”时的正极在“充电”时为阳极。
2.微粒流向(1)电子流向充电:电源负极→阴极,阳极→电源正极。
放电:负极→正极。
提示:无论是放电还是充电过程,电子均不能流经电解质溶液。
(2)离子流向充电:阳离子移向阴极,阴离子移向阳极。
放电:阳离子移向正极,阴离子移向负极。
二、可逆电池及电池综合装置图分析示例1.新型可逆电池原理图像的分析可逆电池原理图像的分析方法图 13理解电化学装置图给出的可逆电池放电、充电时原理信息,利用信息结合电化学原理,确定电极名称或充电放电装置,分析电极反应等。
【示例分析1】我国科学家研发了一种新型液流二次电池,其工作原理如图4-13所示。
电池及电极判断反应式其他信息解读二次电池,还原性S2-I-,图左侧S2-失去电子生成S22-为反应,左侧为电池极负极:正极:充电时原电池的负极为电解池的;充电时,K+经交换膜向移动;充电时总反应为2.“多池组合”电池原理图像的分析准确判断电池种类是关键,灵活利用电子守恒是处理数据的法宝。
具体可按以下三个步骤进行:第一步:判断电极原电池一般是两种不同的金属电极或一个为金属电极、另一个为碳棒作电极;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。
或者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。
第二步:利用相关概念进行分析判断在确定了原电池和电解池后,利用有关概念作分析和判断,如电极的判断、电极反应式的书写、实验现象的描述、溶液中离子的移动方向、pH的变化及电解质溶液的恢复等。
第三步:串联装置中的数据处理原电池和电解池综合装置的有关计算的根本依据就是电子转移的守恒,分析时要注意两点:①串联电路中各支路电流相等;②并联电路中总电流等于各支路电流之和。
【示例分析2】目前研究比较热门的Al-H2O2电池,其电池总反应为2Al+3H O2-2Al O2-+OH-+H2O。
现以Al-H2O2电池电解尿素[CO(NH2)2]的碱性溶液制备氢气(右侧装置中隔膜仅阻止气体通过,b、c、d均为惰性电极)。
图4-14电池及电极判断反应式其他信息解读由电池总反应知,Al为电池的极,b为极;与b相连的c为电解池的极,与Al相连的d为电解池的极阴极:阳极:左装置中Na+移向电极,电解时电子流动路径:Al极→导线→d极,3.有附加装置的新型电化学装置的分析一般先要弄清附加装置的作用,然后结合电化学原理分析解答题设各项。
【示例分析3】一种熔融碳酸盐燃料电池原理示意图如图4-15。
图4-15附加装置作用 电极判断 反应式其他信 息 解 读催化重整装置的作用是制备燃料CO 、H 2 通入O 2的一端为 极,通入CO 和H 2的一端为 极负极: 正极:原电池中C O 32-移向极例3 为提升电池循环效率和稳定性,科学家近期利用三维多孔海绵状Zn(3D-Zn)可以高效沉积ZnO 的特点,图4-16设计了采用强碱性电解质的3D-Zn —NiOOH 二次电池,结构如图4-16所示。
电池反应为Zn(s)+2NiOOH(s)+H 2O(l)ZnO(s)+2Ni(OH)2(s)。
下列说法错误的是 ( )A.三维多孔海绵状Zn 具有较高的表面积,所沉积的ZnO 分散度高B.充电时阳极反应为Ni(OH)2(s)+OH -(aq)-e -NiOOH(s)+H 2O(l)C.放电时负极反应为Zn(s)+2OH -(aq)-2e -ZnO(s)+H 2O(l)D.放电过程中OH -通过隔膜从负极区移向正极区变式 石墨烯电池是利用锂离子在石墨烯表面和电极之间快速大量穿梭运动的特性而研发的新型可充放电电池,其反应方程式为Li x C 6+Li 1-x CoO 2C 6+LiCoO 2,其工作原理如图4-17所示。