專(zhuān)題三 電化學(xué)基礎(chǔ)考點(diǎn)分析及典型例題(全國(guó)卷)

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專(zhuān)題三電化學(xué)基礎(chǔ)

【對(duì)焦高考】

【考點(diǎn)解讀】

電化學(xué)是氧化還原反應(yīng)的延伸，是歷年高考的熱點(diǎn)內(nèi)容。通常會(huì)以新型二次電池為載體考查原電池與電解池原理。備考時(shí)要側(cè)重原電池與電解池工作原理中基礎(chǔ)考點(diǎn)和復(fù)習(xí)和電極反應(yīng)書(shū)寫(xiě)技巧的掌握。試題難度中等，預(yù)計(jì)在今后的高考中對(duì)本專(zhuān)題知識(shí)的考查會(huì)保持穩(wěn)定。

課題一原電池

【知識(shí)清單】

1、原電池的工作原理及其應(yīng)用

1、原電池的構(gòu)成條件

（1）具有兩個(gè)爽朗性別同的電極（金屬和金屬或金屬和導(dǎo)電的非金屬）。

（2）電解質(zhì)溶液。

（3）形成閉合回路。

2、原電池的兩極

（1）負(fù)極：爽朗性較強(qiáng)的金屬，發(fā)生反應(yīng)。

（2）正極：爽朗性較弱的金屬或能導(dǎo)電的非金屬，發(fā)生反應(yīng)。

3、電極反應(yīng)式的書(shū)寫(xiě)和電子挪移的方向

（1）電極反應(yīng)式的書(shū)寫(xiě)（以Zn-Cu原電池為例，如下圖：左圖電解質(zhì)為CuSO

4溶液）

2、常見(jiàn)的化學(xué)電源

(1)常見(jiàn)的電池及正、負(fù)極反應(yīng)如與表所示：

【解題技法】

1、規(guī)避原電池工作原理的3個(gè)易失分點(diǎn)

（1）原電池的閉合回路有多種方式，能夠是導(dǎo)線連接兩個(gè)電極，也能夠是兩個(gè)電極直截了當(dāng)相連。

（2）電解質(zhì)中陰、陽(yáng)離子的定向挪移，與導(dǎo)線中的電子定向挪移形成了一具完

整的閉合回路。原電池中電子的流向與導(dǎo)線中電流的方向相反。

（3）電子別能經(jīng)過(guò)電解質(zhì)溶液。

注意：原電池的正、負(fù)極與電極材料的性質(zhì)有關(guān)，也與電解質(zhì)溶液有關(guān)，別要形成爽朗金屬一定為負(fù)極的思維定式。如：①在原電池Al-NaOH(aq)-Mg中，Al作負(fù)極；②在原電池Al-濃H2SO4-Cu中，Cu作負(fù)極。

例題：微生物電池是指在微生物的作用下將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置，其工作原理如圖所示。下列有關(guān)微生物電池的講法別正確的是（）

A.正極反應(yīng)中有CO2生成

B.微生物促進(jìn)了反應(yīng)中電子的轉(zhuǎn)移

C.質(zhì)子經(jīng)過(guò)交換膜從負(fù)極區(qū)移向正極區(qū)

D.電池總反應(yīng)為C6H12O6+6O2=6CO2+6H2O

答案：A

解析：A項(xiàng)中正極區(qū)中惟獨(dú)O2并沒(méi)有C元素，依照元素守恒可判定A項(xiàng)別正確；也可先寫(xiě)出正極的反應(yīng)式O2+4e-+4H+=2H2O，后用總反應(yīng)C6H12O6+6O2=6CO2+6H2O減去正極反應(yīng),得負(fù)極反應(yīng)為C6H12O6+6H2O-24e-=6CO2+24H+。B項(xiàng)中微生物的運(yùn)動(dòng)會(huì)促進(jìn)電子和運(yùn)動(dòng)。C項(xiàng)中質(zhì)子帶正電，依照原電池正負(fù)極的判定辦法，陽(yáng)離子向正極挪移，因此此項(xiàng)正確。D項(xiàng)電池總反應(yīng)為C6H12O6的燃燒反應(yīng)，此項(xiàng)正確。3、電極方程式書(shū)寫(xiě)的三個(gè)步驟

①列物質(zhì)，標(biāo)得失：負(fù)極發(fā)生氧化，正極發(fā)生還原反應(yīng)；推斷出電極反應(yīng)產(chǎn)物，標(biāo)出得失電子的數(shù)目。

②看得失，配守恒：電極產(chǎn)物在電解質(zhì)溶液中應(yīng)能穩(wěn)定存在，如堿性溶液中生成的H+應(yīng)結(jié)合OH-生成水。電極反應(yīng)式要遵守電荷守恒、質(zhì)量守恒和得失電子守恒等，并注意配平。

③兩式相加，驗(yàn)總式：兩電極反應(yīng)式相加，與總反應(yīng)式對(duì)比驗(yàn)證。

4、書(shū)寫(xiě)電極反應(yīng)式的三個(gè)原則

（1）共存原則

因?yàn)槲镔|(zhì)得失電子后在別同介質(zhì)中的存在形式別同，因此電極反應(yīng)式的書(shū)寫(xiě)必須思考介質(zhì)環(huán)境。當(dāng)電解質(zhì)溶液呈酸性時(shí)，不會(huì)有OH-參加反應(yīng)；堿性溶液中CO2（或其它酸性氣體）不會(huì)存在，也不會(huì)有H+能加反應(yīng)。

（2）得氧失氧原則

得氧時(shí)，在反應(yīng)物中加H2O（電解質(zhì)溶液為酸性時(shí)）或OH-（電解質(zhì)溶液為堿性或中性時(shí)）；失氧時(shí)，在反應(yīng)物中加H2O（電解質(zhì)溶液為堿性或中性時(shí)）或H+（電解質(zhì)溶液為酸性時(shí)）。

（3）中性吸氧反應(yīng)成堿原則

在中性電解質(zhì)溶液中，經(jīng)過(guò)金屬吸氧所建立起來(lái)的原電池反應(yīng)，其反應(yīng)的產(chǎn)物是堿。

5、氫氧燃料電池是目前最成熟的燃料電池，以氫氧燃料電池為基礎(chǔ)的變型燃料電池是最近高考中的熱點(diǎn)。下面我們就例題來(lái)總結(jié)燃料電池電極反應(yīng)方程式的書(shū)寫(xiě)步驟：

例：某汽車(chē)尾氣分析儀以燃料電池為工作原理測(cè)定CO2的濃度，其裝置如圖所示，該電池中電解質(zhì)為氧化釔氧化鈉，其中O2-能夠在固體介質(zhì)NASICON中

CO

空氣

(1)負(fù)極的反應(yīng)式為_(kāi)_________________________________________。

正極的反應(yīng)式為_(kāi)_________________________________________。

電池總反應(yīng)為_(kāi)_________________________________________。

(2)假如將上述電池中電解質(zhì)“氧化釔氧化鈉，其中O2-能夠在固體介質(zhì)NASICON中自由挪移”改為熔融的K2CO3，b極通入的氣體為氧氣和CO2，寫(xiě)出相關(guān)的電極反應(yīng)式。

負(fù)極：__________________________________________。

正極：__________________________________________。

電池總反應(yīng)：__________________________________________。

答案:(1)CO+O2--2e-=CO

2；O

2

+4e-=2O2-；2CO+O

2

=2CO

2

。

（2）2CO+2CO

32--4e-=4CO

2

；O

2

+2CO

2

+4e-=2CO

3

2-；2CO+O

2

=2CO

2

。

◎歸納反思燃料電池電極反應(yīng)式的書(shū)寫(xiě)步驟：

（1）首先寫(xiě)出電池總反應(yīng)式：燃料電池的總反應(yīng)與燃料的燃燒反應(yīng)一致，若產(chǎn)物能和電解質(zhì)反應(yīng)，則總反應(yīng)為加和后的反應(yīng)。

如甲烷燃料電池（電解質(zhì)為NaOH溶液）的反應(yīng)式為CH

4+2O

2

=CO

2

+2H

2

O①,

CO

2+2NaOH=Na

2

CO

3

+H

2

O②①+②得燃料電池總反應(yīng)：

CH

4+2O

2

+2NaOH=Na

2

CO

3

+3H

2

O，得其離子方程式為CH

4

+2O

2

+2OH-=CO

3

2-+3H

2

O。

（2）然后寫(xiě)出電池的正極反應(yīng)

依照燃料電池的特點(diǎn)，普通在正極上發(fā)生還原反應(yīng)的物質(zhì)基本上O

2

，電解質(zhì)溶液別同，其電極反應(yīng)式有所別同，常見(jiàn)的類(lèi)型有：

①酸性電解質(zhì)溶液環(huán)境下的電極反應(yīng)式：O2+4H++4e-=2H2O。

②堿性電解質(zhì)溶液環(huán)境下的電極反應(yīng)式：O2+2H2O+4e-=4OH-。

③固體電解質(zhì)（高溫下能傳導(dǎo)O2-）環(huán)境下的電極反應(yīng)式：O2+4e-=2O2-。

④熔融碳酸鹽（如熔融的K2CO3）環(huán)境下的電極反應(yīng)式：O2+2CO2+4e-=2CO32-。

（3）最終依照電池的總反應(yīng)和正極反應(yīng)經(jīng)過(guò)數(shù)學(xué)運(yùn)算寫(xiě)出負(fù)極反應(yīng)式：

電池的總反應(yīng)-電池正反應(yīng)=電池的負(fù)反應(yīng)。因?yàn)镺

2

別是負(fù)極反應(yīng)物，所以

在舉行兩式相減時(shí)，要完全消去O

2

。

課題二電解池

【對(duì)點(diǎn)訓(xùn)練】

1.“軟電池”采納一具薄層紙片作為傳導(dǎo)體，在其中一邊鍍鋅，而在其另一邊鍍二氧化錳，在紙內(nèi)的帶電離子“流過(guò)”水和氧化鋅組成的電解液。電池總反應(yīng)為：

Zn+2MnO

2+H

2

O=2MnO(OH)+ZnO。下列講法正確的是（）

A該電池的正極為鋅

B該電池反應(yīng)中二氧化錳起催化作用

C電池正極反應(yīng)式：2MnO

2+2e-+2H

2

O=2MnO(OH)+2OH-

D當(dāng)0.1molZn徹底溶液時(shí)，流經(jīng)電解液的電子的物質(zhì)的量為0.2mol

2.Mg-AgCl電池是一種以海水為電解質(zhì)溶液的水激活電池。下列敘述錯(cuò)誤的是（）

A負(fù)極反應(yīng)式為Mg-2e-=Mg2+B正極反應(yīng)式為Ag++e-=Ag

C電池放電時(shí)Cl-由正極向負(fù)極挪移D負(fù)極會(huì)發(fā)生副反應(yīng)Mg+2H

2O=Mg(OH)

2

+H

2

↑

3.某電動(dòng)汽車(chē)配載一種可充電的鋰離子電池，放電時(shí)電池的總反應(yīng)為：

Li

1-xCoO

2

+Li

x

C

6

=LiCoO

2

+C

6

(x〈1)。下列有關(guān)該電池的講法別正確的是（）

A.放電時(shí)，Li+在電解質(zhì)中由負(fù)極向正極遷移

B.放電時(shí)，負(fù)極的電極反應(yīng)式為L(zhǎng)i

xC

6

-xe-=xLi++C

6

C.充電時(shí)，若轉(zhuǎn)移1mole-，石墨（C

6

）電極將增重7xg

D.充電時(shí)，陽(yáng)極的電極反應(yīng)式為L(zhǎng)iCoO

2-xe-=Li

1-x

CoO

2

+xLi+

4.金屬（M）-空氣電池（如下圖）具有原料易得、能量密度高等優(yōu)點(diǎn)，有望成為新能源汽車(chē)和挪移設(shè)備的電源。該類(lèi)電池放電的總反應(yīng)方程式為：

4M+nO

2+2nH

2

O=4M(OH)。

陰離子交換膜多孔電極

已知：電池的“理論比能量”指單位質(zhì)量的電極材料理論上能釋放的最大電能。

下列講法別正確的是（）

A.采納多孔電極的目的是提高電極與電解質(zhì)溶液的接觸面積，并有利于氧氣擴(kuò)散至電極表面

B.比較Mg、Al、Zn三種金屬-空氣電池，Al-空氣電池的理論比能量最高

C.M-空氣電池放電過(guò)程的正極反應(yīng)式:4Mn++nO2+2nH2O+4ne-=4M(OH)n

D.在Mg-空氣電池中，為防止負(fù)極區(qū)沉積Mg(OH)2，宜采納中性電解質(zhì)及陽(yáng)離子交換膜

5.“碳呼吸電池”是一種新型化學(xué)電源，其工作原理如圖所示。下列講法正確的是（）

2(C2O4)3

A.該裝置能將電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能

B.正極的電極反應(yīng)為C2O42--2e-=2CO2↑

C.每得到1mol草酸鋁，電路中轉(zhuǎn)移3mol電子D.利用該技術(shù)可捕捉大氣中的CO2

6.電化學(xué)氣敏傳感器可用于監(jiān)控環(huán)境中NH3的含量，其工作原理示意圖如下。下列講法別正確的是（）

Pt電極(b)

2

A.O2在電極b上發(fā)生還原反應(yīng)

B.溶液中OH-向電極a挪移

C.反應(yīng)消耗的NH3與O2的物質(zhì)的量之比為4:5

D.負(fù)極的電極反應(yīng)式為:2NH3-6e-+6OH-=N2+H2O

7.一種三室微生物電池污水處理系統(tǒng)原理如下圖所示，圖中有機(jī)廢水中有機(jī)物可用C5H10O5表示。下列有關(guān)講法正確的是（）

硝酸根廢水

有機(jī)廢水硝酸根廢水

Cl-交換膜咸水Na+交換膜

A.該裝置為原電池，b是原電池的負(fù)極

B.中間室：Na+移向右室，Cl-移向左室，a極區(qū)溶液的PH減小

C.b極反應(yīng)式為2NO3--10e-+12H+=N2↑+6H2O

D.當(dāng)左室有4.48LCO2（標(biāo)準(zhǔn)狀況下）生成時(shí)，右室產(chǎn)生N2的物質(zhì)的量為0.8mol

（1）小紅同學(xué)以為，以上兩種檢驗(yàn)辦法均能證明鐵發(fā)生了吸氧腐蝕。

①實(shí)驗(yàn)ⅰ中的現(xiàn)象是___________________________________。

②用電極反應(yīng)式解釋實(shí)驗(yàn)ⅰ中的現(xiàn)象：___________________________________。（2）查閱資料：K3[Fe