考前三个月电化学专题教师版.docx
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考前三个月电化学专题教师版
电化学基础
基础回扣
1.按如图所示装置进行实验,并回答下列问题。
(1)判断装置的名称:
A池为________,B池为________。
(2)锌极为____极,Cu2+在溶液中向________(填“Zn”或“Cu”)极运动。
(3)电极反应式
正极________________________________________________________________________,
负极________________________________________________________________________。
(4)若溶液X为滴有酚酞的KCl溶液
①石墨棒C1的电极反应式为______________________,石墨棒C2附近发生的实验现象为__________________________,溶液中的K+向__________(填“C1”或“C2”)电极移动;
②当C2极析出224mL气体(标准状况时),锌的质量变化________(填“增加”或“减少”)________g,此时B中的溶液的体积为200mL,则pH为________。
(5)若溶液X为CuSO4溶液(足量)
①B池中总反应的离子方程式为______________________________________________;
②反应一段时间后,A池中Cu电极增重3.2g,要使B池溶液恢复到起始状态,向溶液中加入适量的________,其质量为________g。
答案
(1)原电池 电解池
(2)负 Cu(3)Cu2++2e-===Cu Zn-2e-===Zn2+
(4)①2Cl--2e-===Cl2↑ 产生无色气泡,溶液变红 C2 ②减少 0.65 13
(5)①2Cu2++2H2O
2Cu+O2↑+4H+②CuO 4(或CuCO3 6.2)
2.如图所示水槽中试管内有一枚铁钉,放置数天后观察:
(1)铁钉在逐渐生锈,则铁钉的腐蚀属于____(填“化学”或“电化学”)腐蚀。
(2)若试管内液面上升,则原溶液呈__________性,发生__________腐蚀,正极反应式为________________________________________________________________________。
(3)若试管内液面下降,则原溶液呈____性,发生__________腐蚀,正极反应式为________________________。
答案
(1)电化学
(2)弱酸或中 吸氧 O2+2H2O+4e-===4OH-(3)较强的酸 析氢 2H++2e-===H2↑
3.正误判断,正确的打“√”,错误的打“×”
(1)电解质溶液导电是化学变化,金属导电是物理变化( )
(2)电解法精炼铜时,用纯铜作阳极( )
(3)在镀件上镀铜时,电镀液中c(Cu2+)几乎不变( )
(4)电解法精炼铜时,电解质溶液中各离子浓度基本不变( )
(5)金属作原电池的负极时被保护( )
(6)生活、生产中钢铁被腐蚀的原理主要是负极发生反应:
Fe-3e-===Fe3+( )
(7)电解饱和食盐水时,电子的流向由负极→外电路→阴极→食盐水溶液→阳极→正极( )
(8)在浓硝酸中插入用导线连接的铝板和铜板,铝板为负极( )
(9)电镀时只能用镀层金属作阳极( )
(10)工业上可用电解MgCl2、AlCl3溶液的方法制取Mg和Al( )
答案
(1)√
(2)× (3)√ (4)× (5)× (6)× (7)× (8)× (9)× (10)×
题型1 电化学原理的核心——电极判断与方程式的书写
1.(2014·广东理综,11)某同学组装了如图所示的电化学装置,电极Ⅰ为Al,其他均为Cu,则( )
A.电流方向:
电极Ⅳ→A→电极ⅠB.电极Ⅰ发生还原反应
C.电极Ⅱ逐渐溶解D.电极Ⅲ的电极反应:
Cu2++2e-===Cu答案 A
2.(2014·浙江理综,11)镍氢电池(NiMH)目前已经成为混合动力汽车的一种主要电池类型。
NiMH中的M表示储氢金属或合金。
该电池在充电过程中的总反应方程式是:
Ni(OH)2+M===NiOOH+MH
已知:
6NiOOH+NH3+H2O+OH-===6Ni(OH)2+NO
下列说法正确的是( )
A.NiMH电池放电过程中,正极的电极反应式为NiOOH+H2O+e-===Ni(OH)2+OH-
B.充电过程中OH-离子从阳极向阴极迁移
C.充电过程中阴极的电极反应式:
H2O+M+e-===MH+OH-,H2O中的H被M还原
D.NiMH电池中可以用KOH溶液、氨水等作为电解质溶液答案 A
3.[2014·四川理综,11(4)]MnO2可作超级电容器材料。
用惰性电极电解MnSO4溶液可制得MnO2,其阳极的电极反应式是______________________________________________。
答案 Mn2++2H2O-2e-===MnO2+4H+
4.[2014·江苏,20
(1)]将烧碱吸收H2S后的溶液加入如图所示的电解池的阳极区进行电解。
电解过程中阳极区发生如下反应:
S2--2e-===S (n-1)S+S2-===S
①写出电解时阴极的电极反应式:
____________________________________________________________;
②电解后阳极区的溶液用稀硫酸酸化得到硫单质,其离子方程式可写成__________________________________。
答案 ①2H2O+2e-===H2↑+2OH-②S
+2H+===(n-1)S↓+H2S↑
1.原电池电极反应式的书写
复杂的电极反应式=总反应式-较简单一极的电极反应式
如CH4碱性燃料电池负极反应式的书写:
CH4+2O2+2OH-===CO
+3H2O……总反应式
2O2+4H2O+8e-===8OH-……正极反应式
CH4+10OH--8e-===7H2O+CO
……负极反应式
2.电解池电极反应式的书写步骤
(一)原电池中电极的判断及反应式的书写
1
小明同学在查阅资料时发现了一种电池结构如图所示,当光照在表面涂有氯化银的银片上时:
AgCl(s)
Ag(s)+Cl(AgCl)[Cl(AgCl)表示生成的氯原子吸附在氯化银表面],接着Cl(AgCl)+e-―→Cl-(aq),若将光源移除,电池会立即恢复至初始状态。
下列说法中不正确的是( )
A.Ag电极是电池的正极B.光照时,Pt电极发生的反应为Cu+-e-===Cu2+
C.光照时,Cl-向Ag电极移动
D.光照时,电池总反应为AgCl(s)+Cu+(aq)
Ag(s)+Cu2+(aq)+Cl-(aq)答案 C
2.固体氧化燃料电池(SOFC)的工作原理如图所示,已知电池中电解质为熔融固体氧化物,O2-可以在其中自由移动。
下列有关说法合理的是( )
A.电极b为电池负极,电极反应式为O2+4e-===2O2-B.固体氧化物的作用是让电子在电池内通过
C.若H2作为燃料气,接触面上发生的反应为H2+OH--2e-===H++H2O
D.若C2H4作为燃料气,接触面上发生的反应为C2H4+6O2--12e-===2CO2+2H2O答案 D
3.如图是某同学设计的一个简易的原电池装置,回答下列问题。
(1)
若a为镁、b为CuCl2,则正极材料为________________,负极上的电极反应式为__________。
(2)若a为镁、b为NaOH,则Mg极上发生________(填“氧化”或“还原”)反应,负极上的电极反应式为______________。
(3)若a为铜、b为浓硝酸,则电流的方向为__________,正极上的电极反应式为______________。
(4)上述事实表明,确定原电池中电极的类型时,不仅要考虑电极材料本身的性质,还要考虑________________。
答案
(1)Al Mg-2e-===Mg2+
(2)还原 Al-3e-+4OH-===AlO
+2H2O
(3)铝―→铜 2H++NO
+e-===H2O+NO2↑(4)电解质的性质
(二)组合装置中电极判断与反应式书写
4.如图所示装置中,a、b都是惰性电极,通电一段时间后(电解液足量),a极附近溶液显红色。
下列说法正确的是( )
A.a是负极,b是正极B.CuSO4溶液的pH逐渐减小
C.铜电极上的反应式为Cu-2e-===Cu2+
D.向NaCl溶液中加入一定量的盐酸,能使溶液与原来溶液完全一样答案 C
5.某兴趣小组设计如下微型实验装置。
实验时,先断开K2,闭合K1,两极均有气泡产生;一段时间后,断开K1,闭合K2,发现电流表A指针偏转。
下列有关描述正确的是( )
A.断开K2,闭合K1时,总反应的离子方程式为2H++2Cl-
Cl2↑+H2↑
B.断开K2,闭合K1时,石墨电极附近溶液变红
C.断开K1,闭合K2时,铜电极上的电极反应式为Cl2+2e-===2Cl-
D.断开K1,闭合K2时,石墨电极作正极答案 D
6.在下列装置中,MSO4和NSO4是两种常见金属的易溶盐。
当K闭合时,SO
从右到左通过交换膜移向M极,下列分析正确的是( )
A.溶液中c(M2+)减小B.N的电极反应式:
N===N2++2e-
C.X电极上有H2产生,发生还原反应D.反应过程中Y电极周围生成白色胶状沉淀答案 C
题型2 新型电源的工作原理
1.(2014·北京理综,8)下列电池工作时,O2在正极放电的是( )
A.锌锰电池 B.氢燃料电池
C.铅蓄电池 D.镍镉电池答案 B
2.(2014·天津理综,6)已知:
锂离子电池的总反应为LixC+Li1-xCoO2
C+LiCoO2锂硫电池的总反应为2Li+S
Li2S有关上述两种电池说法正确的是( )
A.锂离子电池放电时,Li+向负极迁移B.锂硫电池充电时,锂电极发生还原反应
C.理论上两种电池的比能量相同D.下图表示用锂离子电池给锂硫电池充电
答案 B
3.(2014·新课标全国卷Ⅱ,12)2013年3月我国科学家报道了如图所示的水溶液锂离子电池体系。
下列叙述错误的是( )
A.a为电池的正极B.电池充电反应为LiMn2O4===Li1-xMn2O4+xLi
C.放电时,a极锂的化合价发生变化D.放电时,溶液中Li+从b向a迁移答案 C
1.一种太阳能电池的工作原理如下图所示,电解质为铁氰化钾K3[Fe(CN)6]和亚铁氰化钾K4[Fe(CN)6]的混合溶液,下列说法不正确的是( )
A.K+移向催化剂bB.催化剂a表面发生的化学反应:
[Fe(CN)6]4--e-===[Fe(CN)6]3-
C.Fe(CN)
在催化剂b表面被氧化
D.该池溶液中的[Fe(CN)6]4-和[Fe(CN)6]3-浓度基本保持不变答案 C
2.(2013·新课标全国卷Ⅱ,11)“ZEBRA”蓄电池的结构如图所示,电极材料多孔Ni/NiCl2和金属钠之间由钠离子导体制作的陶瓷管相隔。
下列关于该电池的叙述错误的是( )
A.电池反应中有NaCl生成B.电池的总反应是金属钠还原三价铝离子
C.正极反应为NiCl2+2e-===Ni+2Cl-D.钠离子通过钠离子导体在两电极间移动答案 B
3.液体燃料电池相比于气体燃料电池具有体积小等优点。
一种以液态肼(N2H4)为燃料的电池装置如图所示,该电池以空气中的氧气为氧化剂,以KOH溶液为电解质溶液。
下列关于该电池的叙述正确的是( )
A.b极发生氧化反应B.a极的反应式为N2H4+4OH--4e-===N2↑+4H2O
C.放电时,电流从a极经过负载流向b极D.其中的离子交换膜需选用阳离子交换膜答案 B
题型3 电解规律的不寻常应用
1.(2014·海南,3)以石墨为电极,电解KI溶液(含有少量的酚酞和淀粉)。
下列说法错误的是( )
A.阴极附近溶液呈红色B.阴极逸出气体
C.阳极附近溶液呈蓝色D.溶液的pH变小答案 D
2.[2014·重庆理综,11(4)]一定条件下,如图所示装置可实现有机物的电化学储氢(忽略其他有机物)。
①导线中电子移动方向为________。
(用A、D表示)
②生成目标产物的电极反应式为________________________________________________。
③该储氢装置的电流效率η=________。
(η=生成目标产物消耗的电子数/转移的电子总数×100%,计算结果保留小数点后1位)
答案 ①A→D ②C6H6+6H++6e-===C6H12③64.3%
解析 由图可知,苯转化为环己烷的过程是加氢过程,发生还原反应,故为阴极反应,所以A为电源的负极,B为电源的正极。
①电子从负极流向阴极,即A→D。
②该装置的目标是从苯到环己烷实现储氢,电极反应式为C6H6+6H++6e-===C6H12。
③阳极反应式为2H2O-4e-===O2↑+4H+,生成2.8mol氧气,失去11.2mol电子。
电解过程中通过阴、阳极的电子数目相等,即阴极得到电子也为11.2mol。
阴极除生成环己烷外,还生成H2:
2H++2e-===H2↑,由题意可知,2n(H2)+6n(C6H12)=11.2mol,[10mol+n(H2)]×10%=10mol×24%-n(C6H12);解得n(H2)=2mol,n(C6H12)=1.2mol,故生成1.2molC6H12时转移电子1.2mol×6=7.2mol,电流效率η=
×100%≈64.3%。
3.[2014·新课标全国卷Ⅰ,27(4)]H3PO2也可用电渗析法制备。
“四室电渗析法”工作原理如图所示(阳膜和阴膜分别只允许阳离子、阴离子通过):
①写出阳极的电极反应式______________________________________________________。
②分析产品室可得到H3PO2的原因_______________________________________________
________________________________________________________________________。
③早期采用“三室电渗析法”制备H3PO2:
将“四室电渗析法”中阳极室的稀硫酸用H3PO2稀溶液代替。
并撤去阳极室与产品室之间的阳膜,从而合并了阳极室与产品室。
其缺点是产品中混有____________杂质。
该杂质产生的原因是________________________________________________________________________。
答案 ①2H2O-4e-===O2↑+4H+
②阳极室的H+穿过阳膜扩散至产品室,原料室的H2PO
穿过阴膜扩散至产品室,二者反应生成H3PO2
③PO
H2PO
或H3PO2被氧化
解析 ①阳极发生氧化反应,在反应中OH-失去电子,电极反应式为2H2O-4e-===O2↑+4H+。
②H2O放电产生H+,H+进入产品室,原料室的H2PO
穿过阴膜扩散至产品室,二者发生反应:
H++H2PO
H3PO2。
③如果撤去阳膜,H2PO
或H3PO2可能被氧化。
4.[2014·山东理综,30
(1)]离子液体是一种室温熔融盐,为非水体系。
由有机阳离子、Al2Cl
和AlCl
组成的离子液体作电解液时,可在钢制品上电镀铝。
钢制品应接电源的________极,已知电镀过程中不产生其他离子且有机阳离子不参与电极反应,阴极电极反应式为________________________________。
若改用AlCl3水溶液作电解液,则阴极产物为________。
答案 负 4Al2Cl
+3e-===Al+7AlCl
H2
解析 在钢制品上电镀铝,故钢制品应作阴极,与电源的负极相连;因为电镀过程中“不产生其他离子且有机阳离子不参与电极反应”,Al元素在熔融盐中以Al2Cl
和AlCl
形式存在,则电镀过程中负极上得到电子的反应是4Al2Cl
+3e-===Al+7AlCl
;在水溶液中,得电子能力:
H+>Al3+,故阴极上发生的反应是2H++2e-===H2↑。
“六点”突破电解池
(1)分清阴、阳极,与电池正极相连的为阳极,与电源负极相连的为阴极,两极的反应为“阳氧阴还”。
(2)剖析离子移向,阳离子移向阴极,阴离子移向阳极。
(3)注意放电顺序。
(4)书写电极反应式,注意得失电子守恒。
(5)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,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)>含氧酸根>F-。
②阴极产物的判断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)>Al3+>Mg2+>Na+
(6)恢复原态措施
电解后有关电解质溶液恢复原态的问题应该用质量守恒法分析。
一般是加入阳极产物和阴极产物的化合物,但也有特殊情况,如用惰性电极电解CuSO4溶液,Cu2+完全放电之前,可加入CuO或CuCO3复原,而Cu2+完全放电之后,应加入Cu(OH)2或Cu2(OH)2CO3复原。
(一)应用电解原理制备物质
1.下图为EFC剑桥法用固体二氧化钛(TiO2)生产海绵钛的装置示意图,其原理是在较低的阴极电位下,TiO2(阴极)中的氧解离进入熔盐,阴极最后只剩下纯钛。
下列说法中正确的是( )
A.阳极的电极反应式为2Cl--2e-===Cl2↑B.阴极的电极反应式为TiO2+4e-===Ti+2O2-
C.通电后,O2-、Cl-均向阴极移动D.石墨电极的质量不发生变化答案 B
2.最近一些科学家研究采用高质子导电性的SCY陶瓷(能传递H+)实验电解法合成氨,大大提高了氮气和氢气的转化率。
总反应式为N2+3H2
2NH3。
则在电解法合成氨的过程中,应将H2不断地通入______(填“阴”或“阳”)极;向另一电极通入N2,该电极的反应式为________________。
答案 阳 N2+6H++6e-===2NH3
解析 合成氨反应中H2被氧化,作阳极;N2被还原,作阴极,注意SCY能传递H+,应用
H+调平电荷。
3.该小组同学模拟工业上用离子交换膜法制烧碱的方法,可以设想用如图装置电解硫酸钾溶液来制取氢气、氧气、硫酸和氢氧化钾。
(1)该电解槽的阳极反应为______________。
此时通过阴离子交换膜的离子数________(填“大于”、“小于”或“等于”)通过阳离子交换膜的离子数。
(2)通电开始后,阴极附近溶液pH会增大,请简述原因____________________。
(3)若将制得的氢气、氧气和氢氧化钾溶液组合为氢氧燃料电池,则电池正极的电极反应为________________。
答案
(1)4OH--4e-===2H2O+O2↑ 小于
(2)H+放电,促进水的电离,OH-浓度增大
(3)O2+2H2O+4e-===4OH-
解析 依据电荷守恒,通过阳离子交换膜的K+应是通过阴离子交换膜的SO
的2倍。
(二)材料处理
4.以NiSO4溶液为电解质溶液进行粗镍(含Fe、Zn、Cu、Pt、Au等杂质)的电解精炼,下列说法正确的是________(填代号)。
(已知氧化性:
Fe2+ a.电解过程中,化学能转化为电能 b.粗镍作阳极,发生还原反应 c.利用阳极泥可回收Cu、Pt、Au等金属 d.粗镍精炼时通过的电量与阴极析出镍的质量成正比 答案 cd 5.将铝件与另一种材料作电极,以某种溶液作电解液进行电解,通电后在铝件与电解液的接触面上逐渐形成一层Al(OH)3薄膜,薄膜的某些部位存在着小孔,电流从小孔通过并产生热量使Al(OH)3分解,从而在铝件表面形成一层较厚的氧化膜。 某校课外兴趣小组根据上述原理,以铝件和铁棒为电极,一定浓度的NaHCO3溶液为电解液进行实验。 (1)铝件表面形成Al(OH)3的电极反应式是________________________________。 (2)电解过程中,必须使电解液pH保持相对稳定(不能太大,也不能太小)的原因是______________________________________________。 (3)用NaHCO3溶液作电解液,会减缓阴极区溶液pH的增大,能说明这一原理的离子方程式为____________________________________。 答案 (1)Al-3e-+3HCO ===Al(OH)3↓+3CO2↑ (2)Al(OH)3、Al2O3具有两性,电解液的酸性或碱性过强,都会使所形成的Al2O3薄膜溶解 (3)HCO +OH-===CO +H2O 解析 因为铝要生成Al(OH)3,铝件应作阳极,铁棒作阴极,NaHCO3溶液为电解液。 由于Al(OH)3、Al2O3具有两性,电解液的酸性或碱性过强,都会使所形成的Al(OH)3或Al2O3薄膜溶解。 碳酸氢钠能与碱反应: HCO +OH-===CO +H2O,所以会减缓阴极区溶液pH的增大。 (三)废水处理 6.某工厂采用电解法处理含铬废水,耐酸电解槽用铁板作阴、阳极,槽中盛放含铬废水,原理示意图如右,下列说法不正确的是( ) A.A为电源正极 B.阳极区溶液中发生的氧化还原反应为Cr2O +6Fe2++14H+===2Cr3++6Fe3++7H2O C.阴极区附近溶液pH降低 D.若不考虑气体的溶解,当收集到H213.44L(标准状况)时,有0.1molCr2O 被还原 答案 C 解析 根据图示,A作阳极,B作阴极,电极反应式为 阳极: Fe-2e-===Fe2+ 阴极: 2H++2e-===H2↑ 然后,Cr2O +6Fe2++14H+===2Cr3++6Fe3++7H2O 由于在阴极区c(H+)减小,pH增大。 根据6H2~6Fe2+~Cr2O 得,当有13.44L(标准状况)H2放出时,应有0.1molCr2O 被还原。 7.Ⅰ.某同学用FeCl3溶液吸收H2S,得到单质硫;过滤后,再以石墨为电极,在一定条件下电解滤液。 (1)FeCl3与H2S反应的离子方程式为____________________________________。 (2)电解池中H+在阴极放电产生H2,阳极的电极反应为__________________。 Ⅱ.电化学降解NO 的原理如图所示。 (1)电源正极为________(填“A”或“B”),阴极反应为____________________。 (2)若电解过程中转移了2mol电子,则膜两侧电解液的质量变化差(Δm左-Δm右)为________g。 答案 Ⅰ. (1)2Fe3++H2S===2Fe2++S↓+2H+ (2)Fe2+-e-===Fe3+ Ⅱ. (1)A 2NO +6H2O+10e-===
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