2020届高考化学一轮复习电化学原理及其应用学案

电化学原理及其应用【考纲解读】1．了解原电池和电解池的工作原理，能写出电极反应和电池反应方程式。

了解常见化学电源的种类及其工作原理。

2．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。

【重点、难点剖析】一、原电池原理及电极反应式1．一般电极反应式的书写列物质—按照负极发生氧化反应，正极发生还原反应，标得失判断出电极反应产物，找出得失电子的数量。

看环境—电极产物在电解质溶液的环境中，应能稳定存在，如碱性介质中生成的H＋应让其结合OH－配守恒生成水。

电极反应式应根据电荷守恒和质量守恒、得失电子守恒等加以配平。

两式加—两电极反应式相加，与总反应的离子方程式对照验证。

验总式2．复杂电极反应式的书写复杂电极反应式＝总反应式－较简单一极的电极反应式如CH4酸性燃料电池中CH4＋2O2===CO2＋2H2O……总反应式2O2＋8H＋＋8e－===4H2O……正极反应式CH4＋2H2O－8e－===CO2＋8H＋……负极反应式二、电解原理及其规律1．电解产物的判断(1)阳极产物的判断首先看电极，如果是活性电极(金属活动性顺序表Ag以前的金属，包括Ag)作阳极，则电极材料本身失电子，电极溶解。

如果是惰性电极，则看溶液中的阴离子的失电子能力，阴离子的放电顺序为S2－>I－>Br－>Cl－>OH－，其氧化产物依次对应为S、I2、Br2、Cl2和O2。

(2)阴极产物的判断直接根据阳离子放电顺序(如下)进行判断：Ag＋>Fe3＋>Cu2＋>H＋>Pb2＋>Sn2＋>Fe2＋>Zn2＋，其还原产物依次对应为Ag、Fe2＋、Cu、H2、Pb、Sn、Fe、Zn。

2．电化学定量计算的方法(1)根据总反应式计算。

先写出电极反应式，再写出总反应式，然后根据总反应式列比例式计算。

(2)守恒法计算。

用于串联电路，中电极反应物、产物及电子转移的有关计算，其依据是电路中转移的电子数守恒。

三、金属的腐蚀与防护1.吸氧腐蚀与析氢腐蚀(以钢铁为例)2.判断金属腐蚀快慢的规律(1)电解池原理引起的腐蚀>原电池原理引起的腐蚀>化学腐蚀>有防腐蚀措施的腐蚀(电解原理的防护>原电池原理的防护)。

(2)对同一种金属来说，腐蚀的快慢：强电解质溶液>弱电解质溶液>非电解质溶液。

(3)活动性不同的两金属，活动性越大，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，腐蚀越快。

【题型示例】题型一原电池、化学电源例1．(2018·全国卷Ⅲ)一种可充电锂—空气电池如图所示。

当电池放电时，O2与Li＋在多孔碳材料电极处生成Li2O2－x(x＝0或1)。

下列说法正确的是( )A ．放电时，多孔碳材料电极为负极B ．放电时，外电路电子由多孔碳材料电极流向锂电极C ．充电时，电解质溶液中Li ＋向多孔碳材料区迁移 D ．充电时，电池总反应为Li 2O 2－x ===2Li ＋⎝ ⎛⎭⎪⎫1－x 2O 2【答案】D【变式探究】 (2018·全国卷Ⅱ)我国科学家研发了一种室温下“可呼吸”的Na­CO 2二次电池。

将NaClO 4溶于有机溶剂作为电解液，钠和负载碳钠米管的镍网分别作为电极材料，电池的总反应为3CO 2＋4Na2Na 2CO 3＋C 。

下列说法错误的是 ( )A ．放电时，ClO －4向负极移动 B ．充电时释放CO 2，放电时吸收CO 2C ．放电时，正极反应为3CO 2＋4e －===2CO 2－3＋C D ．充电时，正极反应为Na ＋＋e －===Na 【答案】D【解析】电池放电时，ClO －4向负极移动，A 项正确；结合总反应可知放电时需吸收CO 2，而充电时释放出CO 2，B 项正确；放电时，正极CO 2得电子被还原生成单质C ，即电极反应式为3CO 2＋4e －===2CO 2－3＋C ，C 项正确；充电时阳极发生氧化反应，即C 被氧化生成CO 2，D 项错误。

答案 B【举一反三】(2016·课标全国Ⅲ，11)锌—空气燃料电池可用作电动车动力电源，电池的电解质溶液为KOH 溶液，反应为2Zn ＋O 2＋4OH －＋2H 2O===2Zn(OH)2－4。

下列说法正确的是( )A ．充电时，电解质溶液中K ＋向阳极移动B ．充电时，电解质溶液中c (OH －)逐渐减小C．放电时，负极反应为：Zn＋4OH－－2e－===Zn(OH)2－4D．放电时，电路中通过2 mol电子，消耗氧气22.4 L(标准状况)答案 C【变式探究】(2015·天津理综，4，6分)锌铜原电池装置如图所示，其中阳离子交换膜只允许阳离子和水分子通过，下列有关叙述正确的是( )A．铜电极上发生氧化反应B．电池工作一段时间后，甲池的c(SO2－4)减小C．电池工作一段时间后，乙池溶液的总质量增加D．阴阳离子分别通过交换膜向负极和正极移动，保持溶液中电荷平衡解析A项，由锌的活泼性大于铜，可知铜电极为正极，在正极上Cu2＋得电子发生还原反应生成Cu，错误；B项，由于阳离子交换膜只允许阳离子和水分子通过，故甲池的c(SO2－4)不变，错误；C项，在乙池中Cu2＋＋2e－===Cu，同时甲池中的Zn2＋通过阳离子交换膜进入乙池中，则有Cu2＋→Zn2＋，由于M(Zn2＋)>M(Cu2＋)，故乙池溶液的总质量增加，正确；D项，阳离子交换膜只允许阳离子和水分子通过，电解过程中Zn2＋通过交换膜移向正极保持溶液中电荷平衡，阴离子是不能通过交换膜的，错误。

答案 D【方法技巧】四步解决新型化学电源问题1.判断电池类型→确认电池原理→核实电子、离子移动方向。

2.确定电池两极→判断电子、离子移动方向→书写电极反应和电池反应。

3.充电电池→放电时为原电池→失去电子的为负极反应。

4.电极反应→总反应离子方程式减去较简单一极的电极反应式→另一电极反应式。

题型二电解原理及其应用例2．(2018·全国卷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。

示意图如图所示，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：①EDTA­Fe2＋－e－===EDTA­Fe3＋②2EDTA­Fe3＋＋H2S===2H＋＋S＋2EDTA­Fe2＋该装置工作时，下列叙述错误的是( )A．阴极的电极反应：CO2＋2H＋＋2e－===CO＋H2OB．协同转化总反应：CO2＋H2S===CO＋H2O＋SC．石墨烯上的电势比ZnO@石墨烯上的低D．若采用Fe3＋/Fe2＋取代EDTA­Fe3＋/EDTA­Fe2＋，溶液需为酸性【答案】C【解析】阴极发生还原反应，氢离子由交换膜右侧向左侧迁移，阴极的电极反应式为CO2＋2e－＋2H＋===CO ＋H2O，A项正确；结合阳极区发生的反应，可知协同转化总反应式为CO2＋H2S===S＋CO＋H2O，B项正确；石墨烯作阳极，其电势高于ZnO@石墨烯的，C项错误；Fe3＋、Fe2＋在碱性或中性介质中会生成沉淀，它们只稳定存在于酸性较强的介质中，D项正确。

作为阴极C．阴极的电极反应式为：D．硫酸根离子在电解过程中向阳极移动【答案】C【举一反三】(2016·课标全国Ⅰ，11)三室式电渗析法处理含Na2SO4废水的原理如图所示，采用惰性电极，ab、cd均为离子交换膜，在直流电场的作用下，两膜中间的Na＋和SO2－4可通过离子交换膜，而两端隔室中离子被阻挡不能进入中间隔室。

下列叙述正确的是( )A．通电后中间隔室的SO2－4离子向正极迁移，正极区溶液pH增大B．该法在处理含Na2SO4废水时可以得到NaOH和H2SO4产品C．负极反应为2H2O－4e－===O2＋4H＋，负极区溶液pH降低D．当电路中通过1 mol电子的电量时，会有0.5 mol的O2生成答案 B【举一反三】(2016·北京理综，12)用石墨电极完成下列电解实验。

下列对实验现象的解释或推测不合理的是( )A ．a 、d 处：2H 2O ＋2e －===H 2↑＋2OH －B ．b 处：2Cl －－2e －===Cl 2↑ C ．c 处发生了反应：Fe －2e －===Fe 2＋D ．根据实验一的原理，实验二中m 处能析出铜答案 B【变式探究】(2015·福建理综，11，6分)某模拟“人工树叶”电化学实验装置如图所示，该装置能将H 2O 和CO 2转化为O 2和燃料(C 3H 8O)。

下列说法正确的是( )A ．该装置将化学能转化为光能和电能B ．该装置工作时，H ＋从b 极区向a 极区迁移 C ．每生成1 mol O 2，有44 g CO 2被还原D ．a 电极的反应为：3CO 2＋18H ＋－18e －===C 3H 8O ＋5H 2O解析 A 项，该装置是电解池，在电解和光的作用下H 2O 在光催化剂的表面转化为O 2和H ＋，故该装置是将电能和光能转化为化学能，错误；B 项，根据同种电荷相互排斥、异种电荷相互吸引的原则，该装置工作时，H ＋从阳极b 极区向阴极a 极区迁移，正确；C 项，该电解池的总反应式为：6CO 2＋8H 2O=====电解2C 3H 8O ＋9O 2。

根据总反应方程式可知，每生成1 mol O 2，有23 mol CO 2被还原，其质量为883 g ，错误；D 项，a 电极为阴极，发生还原反应，电极反应式为：3CO 2＋18H ＋＋18e －===C 3H 8O ＋5H 2O ，错误。

答案 B【变式探究】下列金属防腐的措施中，使用外加电流的阴极保护法的是( ) A ．水中的钢闸门连接电源的负极B．金属护栏表面涂漆C．汽车底盘喷涂高分子D．地下钢管连接镁块解析B、C为加保护层保护法；D为原电池原理的牺牲阳极的阴极保护法。

答案 A【变式探究】(2015·重庆理综，11，14分)我国古代青铜器工艺精湛，有很高的艺术价值和历史价值。

但出土的青铜器大多受到环境腐蚀，故对其进行修复和防护具有重要意义。

(1)原子序数为29的铜元素位于元素周期表中第________周期。

(2)某青铜器中Sn、Pb的质量分别为119 g、20.7 g，则该青铜器中Sn和Pb原子的数目之比为________。

(3)研究发现，腐蚀严重的青铜器表面大都存在CuCl。

关于CuCl在青铜器腐蚀过程中的催化作用，下列叙述正确的是________。

A．降低了反应的活化能 B．增大了反应的速率C．降低了反应的焓变 D．增大了反应的平衡常数(4)采用“局部封闭法”可以防止青铜器进一步被腐蚀。