电化学基础-新课标高考化学二轮复习专题课件

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2.怎样正确书写电极反应? (1)电极反应的书写是关键。常见的步骤及方法:
例如:碱性 CH3OH 燃料电池电极反应的书写有 3 个步骤:步骤 1,依据化合价变化确定得失电子数目:负极上燃料为还原剂,碳元素 化合价由-2 价变为+4 价,失去 6 个电子,CH3OH-6e- CO2,正极上 氧气为氧化剂,氧元素化合价由 0 价变为-2 价,O2+4e- 2O2-;步骤 2,依据电解质溶液酸碱性确定产物:由于是碱性溶液,+4 价碳的存在
0.02 mol 电子时,被氧化的 Li 的物质的量为 0.02 mol,质量减少 0.14 g, 正确;C 项,石墨烯能导电,利用石墨烯作电极,可提高电极 a 的导电性, 正确;D 项,电池充电时由于 Li+得到电子生成 Li,则电池充电时间越 长,电池中 Li2S2 的量越少,错误。
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Fe3+/Fe2+取代 EDTA-Fe3+/EDTA-Fe2+,溶液需为酸性,否则 Fe3+、Fe2+
可形成沉淀,且 H2S 和 S 不能稳定存在,D 项正确。
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3.(2017全国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( C ) 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 解题要领 外加电流的阴极保护法,使被保护的钢管桩上无腐蚀电 流,A项正确;通电后,高硅铸铁为惰性阳极,钢管桩为阴极,外电路电 子从阳极流向阴极,B项正确;由于高硅铸铁为惰性阳极,因此应是 海水中的OH-失电子,2H2O-4e- O2↑+4H+,因此阳极材料不被损 耗,C项错误;在外加电流的阴极保护法中,应依据环境条件变化调 整电流大小。
解题要领 根据图示可知,ZnO@石墨烯电极上发生还原反应,则该电
极为阴极,电极反应式为 CO2+2H++2e- CO+H2O,A 项正确;根据 题干信息及图中两电极上的反应可知,该电化学装置(电解池)中的
总反应为 CO2+H2S CO+S+H2O,B 项正确;石墨烯作阳极,ZnO@ 石墨烯作阴极,阳极上的电势应高于阴极上的电势,C 项错误;若采用
该电池的总反应式:
。
答案 Al-3e- Al3+(或 2Al-6e- 2Al3+) 催化剂
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例1(1)二甲醚直接燃料电池具有启动快、效率高等优点,其能量
密度高于甲醇直接燃料电池(5.93 kW·h·kg-1)。若电解质为酸性,二
甲醚直接燃料电池的负极反应为
,一个二
甲醚分子经过电化学氧化,可以产生
个电子的电量。
(2)与MnO2-Zn电池类似,K2FeO4-Zn也可以组成碱性电池,K2FeO4
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2.(2018全国Ⅰ)最近我国科学家设计了一种CO2+H2S协同转化装置, 实现对天然气中CO2和H2S的高效去除。示意图如下所示,其中电 极分别为ZnO@石墨烯(石墨烯包裹的ZnO)和石墨烯,石墨烯电极 区发生反应为: ①EDTA-Fe2+-e- EDTA-Fe3+ ②2EDTA-Fe3++H2S 2H++S+2EDTA-Fe2+
对点训练1(2018天津理综,节选)O2辅助的Al-CO2电池工作原理 如图所示。该电池电容量大,能有效利用CO2,电池反应产物 Al2(C2O4)3是重要的化工原料。
电池的负极反应式:
。
电池的正极反应式:6O2+6e- 6O2-
6CO2+6O2- 3C2O42-+6O2
反应过程中 O2 的作用是
。
(2)FeO42-+3e-+4H2O 2FeO42-+8H2O+3Zn
Fe(OH)3+5OH2Fe(OH)3+3Zn(OH)2+4OH-
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题后反思
(1)在书写负极反应时,因为不遵循守恒规律,导致书写错误,若忽 略溶液的酸碱性,写出了碱性环境下的反应,没有分清正负极,写出 了正极的电极反应。
3Li2S4
B.电池工作时,外电路中流过0.02 mol电子,负极材料减重0.14 g
C.石墨烯的作用主要是提高电极a的导电性
D.电池充电时间越长,电池中Li2S2的量越多
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解题要领 A 项,在该电池中电极 a 为正极,发生的反应依次为: S8+2Li++2e- Li2S8 3Li2S8+2Li++2e- 4Li2S6 2Li2S6+2Li++2e- 3Li2S4 Li2S4+2Li++2e- 2Li2S2,故 A 正确;B 项,原电池工作时,转移
中,Zn 被氧化为 Zn2+后形成 Zn(OH)2。电极反应为 Zn+2OH--2e-
Zn(OH)2;②写出总反应:在得失电子相等的基础上,将两电极反应相
加得电池总反应:2FeO42-+8H2O+3Zn 2Fe(OH)3+3Zn(OH)2+4OH-。
答案 (1)CH3OCH3+3H2O-12e- 2CO2+12H+ 12
第6讲 电化学基础
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命题热点
考题统计
2019 卷Ⅰ,12 2019 卷Ⅲ,13 2018 卷Ⅱ,12 2018 卷Ⅲ,11 原电池、电解池 2018 卷Ⅲ,27(3) 的工作原理 2017 卷Ⅱ,11 2017 卷Ⅲ,11 2016 卷Ⅱ,11 2016 卷Ⅰ,28(3) 2016 卷Ⅲ,11
(2)在书写正极反应时,写成 FeO42-+5H++3e- Fe(OH)3+H2O ,没 有考虑溶液为碱性环境而不得分,未配平不得分。
(3)总方程式书写常见的两个问题:第一是写成化学方程式,题干 要求写离子方程式;第二是没有配平或不该拆开的物质拆开了。
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5.(2017全国Ⅲ)全固态锂硫电池能量密度高、成本低,其工作原理 如图所示,其中电极a常用掺有石墨烯的S8材料,电池反应为: 16Li+xS8 8Li2Sx(2≤x≤8)。下列说法错误的是( D )
A.电池工作时,正极可发生反应:2Li2S6+2Li++2e-
在电池中作为正极材料,其电极反应式为
,
该电池总反应三
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分析推理 (1)对于燃料电池负极反应的书写,需要以下几个思维 步骤:
第一步先写反应物、生成物,注意溶液的环境: 酸性电解质中CH3OCH3——2CO2; 第二步写明转移电子数,根据碳元素的化合价变化:
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(2)书写电极反应式应充分注意介质影响。 ①中性溶液反应物中若是H+得电子或OH-失电子,H+和OH-均来 自水的电离; ②酸性溶液反应物、生成物中均不出现OH-; ③碱性溶液反应物、生成物中均不出现H+; ④水溶液中不能出现O2-。
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该装置工作时,下列叙述错误的是( C )
A.阴极的电极反应:CO2+2H++2e-
CO+H2O
B.协同转化总反应:CO2+H2S CO+H2O+S
C.石墨烯上的电势比ZnO@石墨烯上的低
D.若采用Fe3+/Fe2+取代EDTA-Fe3+/EDTA-Fe2+,溶液需为酸性
形态是 CO32-;-2 价氧的存在形态为 OH-,负极反应为 CH3OH-6eCO32-,正极反应为 O2+4e- 4OH-;步骤 3,配平:负极反应式为 CH3OH+8OH--6e- CO32-+6H2O,正极反应式为 O2+2H2O+4e4OH-,依据得失电子守恒:负极×2+正极×3 即得电池总反应式。
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原电池原理及电极反应式的书写 有关原电池解题的思维路径
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问题探究 1.如何确定正负极? (1)根据电极材料判断:活泼金属作负极、不活泼金属(或能导电 的非金属)作正极。燃料电池:燃料在负极,氧气在正极。 (2)由反应类型判断:失电子发生氧化反应的是负极;得电子发生 还原反应的是正极。 (3)依据电子流向、阴阳离子流向、电流流向判断:电子流出、电 流流入、阴离子流向的电极为负极;电子流入、电流流出、阳离子 流向的电极为正极。
①先找出正极产物:正极发生还原反应,FeO42-被还原为 Fe3+; ②注意反应液的环境:因为是碱性环境,故 Fe3+形成 Fe(OH)3;
③根据电荷守恒和原子守恒写出电极反应式 FeO42-+3e-+4H2O Fe(OH)3+5OH-。
(3)书写原电池总反应的一般方法:
①把正负极反应写出:正极已写出,负极发生氧化反应,碱性环境
CH3OCH3-12e-——2CO2; 第三步配平,根据电荷守恒和原子守恒: 3H2O+CH3OCH3-12e- 2CO2+12H+。 1 mol二甲醚被氧化生成2 mol CO2,失去12NA个电子,故1个二甲 醚分子转移12个电子。
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(2)新型原电池中正负极反应式书写的一般思路是:
电极反应式及电 池反应方程式的 书写
2019 卷Ⅲ,28(4) 2018 卷Ⅰ,13 2018 卷Ⅰ,27(3) 2015 卷Ⅱ,26(1)
2019 卷Ⅱ,27(4) 原电池、电解池 2017 卷Ⅰ,11 原理的应用 2016 卷Ⅰ,11
2015 卷Ⅱ,26(2)
考查能力分析
本部分知识是氧化还原反 应知识的应用和延伸,考 查学生结合新情境分析和 解决问题的能力。近几年 全国卷将原电池、电解池 融合在一起综合考查了电 化学装置的工作原理,用 电化学知识解释新型原电 池、电解池或生活中出现 的现象;同时在主观题中 主要考查陌生情景下电极 反应式、电池反应方程式 的书写、电子及电解质溶 液中离子的移向等
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1.(2019全国Ⅰ)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( B )
A.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+
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4.(2017全国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H2SO4-H2C2O4混合溶液。下列叙述错 误的是( C )
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-
2H++2MV+
C.正极区,固氮酶为催化剂,N2发生还原反应生成NH3
D.电池工作时质子通过交换膜由负极区向正极区移动
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解题要领 该过程是在室温条件下进行的,因此比现有工业合成氨 的条件温和,同时还能提供电能,A项正确;阴极区发生的是得电子 的反应,而左池中发生的是失电子的反应,B项错误;右池为正极区, 氮气发生还原反应生成氨气,C项正确;左池中产生的氢离子通过交 换膜向右池移动,即由负极区移向正极区,D项正确。
Al
D.硫酸根离子在电解过程中向阳极移动
解题要领 A 项,根据题意“铝制品表面形成致密、耐腐蚀的氧化膜”,
即铝失去电子发生氧化反应变为氧化铝,因此待加工铝质工件为阳
极,A 正确;B 项,阴极上电极材料本身不反应,只传导电流可以选用不
锈钢网作为阴极,B 正确;阴极的电极反应式为 2H++2e- H2↑,C 错 误;D 项,电解过程中阴离子移向阳极,即 SO42-向阳极移动,D 项正确。