专题38 电化学方面试题的解题方法与技巧高考.docx
- 文档编号:16522862
- 上传时间:2023-07-14
- 格式:DOCX
- 页数:18
- 大小:633.56KB
专题38 电化学方面试题的解题方法与技巧高考.docx
《专题38 电化学方面试题的解题方法与技巧高考.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《专题38 电化学方面试题的解题方法与技巧高考.docx(18页珍藏版)》请在冰点文库上搜索。
专题38电化学方面试题的解题方法与技巧高考
原电池原理的分析和应用是高考的热点。
关于新型电源的工作原理分析、电极反应式的书写仍会在高考中出现,必须高度关注。
同样电解原理及其应用也是高考的高频考点,因其与氧化还原反应、离子反应,电解质溶液、元素化合物性质等知识联系密切而成为高考的重点和热点。
由于电解原理在工业上的应用更加广泛,预计2018年高考会以新型电池为载体考查原电池和电解池的工作原理、电极反应式的书写等,考察新情境下化学电源的工作原理和电解原理的应用,也可能会结合生产、生活实际考查电化学、金属腐蚀部分的知识,应给予高度关注。
一、原电池:
注意:
盐桥的作用
(1)使整个装置构成闭合回路,代替两溶液直接接触。
(2)通过带电离子的定向移动,平衡烧杯中电解质溶液的电荷。
通过盐桥中阴阳离子定向移动而使两极电解质溶液中正负电荷守恒而保持电中性。
(3)不能用一根导线连接,因为导线是不能传递阴阳离子的。
方法技巧:
1、原电池电极的有关判定方法:
2、原电池原理在化工、农业生产及科研中的应用
①加快氧化还原反应的速率:
一个自发进行的氧化还原反应,设计成原电池时反应速率增大。
②比较金属活动性强弱:
两种金属分别做原电池的两极时,一般做负极的金属比做正极的金属活泼。
③用于金属的防护:
使被保护的金属制品做原电池正极而得到保护。
④设计电池,制造化学电源。
⑤探究金属腐蚀的快慢规律,不同类型的腐蚀规律:
电解原理引起的腐蚀>原电池原理引起的腐蚀>化学腐蚀>有防护措施的腐蚀
二、常见化学电源
电池
负极反应
正极反应
总反应式
碱性锌
锰电池
Zn+2OH--2e-=n(OH)2
2MnO2+2H2O+2e-=2MnOOH+2OH-
Zn+2MnO2+2H2O=2MnOOH+Zn(OH)2
铅蓄
电池
Pb(s)-2e-+SO42-(aq)=bSO4(s)
PbO2(s)+2e-+4H+(aq)+
SO42-aq)=PbSO4(s)+H2O(l)
Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4(aq)=2PbSO4(s)+2H2O(l)
氢氧燃料电池
酸性
2H2-4e-=4H+
O2+4e-+4H+=2H2O
2H2+O2=2H2O
碱性
2H-4e-+4OH-=4H2O
O2+4e-+2H2O=4OH-
固体
2H2-4e-=4H+
O2+4e-=2O2-
方法技巧
电极反应式的书写:
原电池反应的本质就是氧化还原反应。
因此正确书写氧化还原反应方程式并能标出电子转移的方向和数目是正确书写电极反应式的基础,通过电池反应中转移电子的数目可确定电极反应中得失的电子数目,通过电池反应中的氧化剂、还原剂和氧化产物、还原产物可确定电极反应中的反应物和产物。
具体步骤如下:
(1)首先根据题意写出电池反应。
(2)标出电子转移的方向和数目,指出氧化剂、还原剂。
(3)根据还原剂——负极材料,氧化产物——负极产物,氧化剂——正极材料,还原产物——正极产物来确定原电池的正、负极和反应产物。
根据电池反应中转移电子的数目来确定电极反应中得失的电子数目。
(4)注意环境介质对反应产物的影响。
(5)写出正确的电极反应式。
流程如下:
三、电解原理:
方法技巧
1、“三池”的判断技巧:
原电池、电解池、电镀池判定规律:
若无外接电源,可能是原电池,然后依据原电池的形成条件分析判定,若有外接电源,两极插入电解质溶液中,则可能是电解池或电镀池。
当阳极金属与电解质溶液中的金属阳离子相同则为电镀池,其他情况为电解池。
2、电解时电极产物的判断——“阳失阴得”,即
3、电解池中电极反应式的书写
(1)根据装置书写
①根据电源确定阴、阳两极→确定阳极是否是活性金属电极→据电极类型及电解质溶液中阴、阳离子的放电顺序写出电极反应式。
②在确保阴、阳两极转移电子数目相同的条件下,将两极电极反应式合并即得总反应式。
(2)由氧化还原反应方程式书写电极反应式
①找出发生氧化反应和还原反应的物质→两极名称和反应物→利用得失电子守恒分别写出两极反应式。
②若写出一极反应式,而另一极反应式不好写,可用总反应式减去已写出的电极反应式即得另一电极反应式。
(3)电极反应式的书写——“二判二析一写”
二判:
①判断阴阳极;②判断是电极材料放电还是溶液中的离子放电。
二析:
①分析溶液中离子的种类;②根据离子放电顺序,分析电极反应。
一写:
根据电极产物,写出电极反应式。
4、应对电化学定量计算的三种方法
(1)计算类型:
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加德罗常数的计算、产物的量与电量关系的计算等。
(2)方法技巧:
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根据总反应式计算:
先写出电极反应式,再写出总反应式,最后根据总反应式列出比例式计算。
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。
例如:
(式中M为金属,n为其离子的化合价数值)该关系式具有总揽电化学计算的作用和价值,熟记电极反应式,灵活运用关系式便能快速解答常见的电化学计算问题。
在电化学计算中,还常利用Q=I·t和Q=n(e-)×NA×1.60×10-19C来计算电路中通过的电量。
5、电解池的“两看、五注意”审题法:
(1)两看:
一看“电极材料”:
若阳极材料是除金、铂以外的其他金属,则在电解过程中,优先考虑阳极材料本身失去电子被氧化,而不考虑溶液中阴离子放电的难易。
再看“离子放电的难易”:
若阳极材料是惰性电极,则在电解过程中首先分析溶液中离子放电的难易。
(2)五注意:
①注意正、负(阴、阳),抓守恒(电子、电荷),关注介质。
当缺氧时,需加H2O生成H+或加OH-生成H2O或加CO32-生成CO2或加O2-生成H2O。
②在碱性介质中不能出现H+或CO2,酸性介质中不能出现OH-,特别要关注非水溶液介质(如熔融碳酸盐、熔融金属氧化物及氢化物)。
③Fe作电极失2e-生成Fe2+。
④二次电池放电时体现原电池原理,充电时体现电解池原理。
⑤电解池阳极阴离子的放电顺序(失电子由易到难)为S2->I->Br->Cl->OH->含氧酸根;阴极阳离子的放电顺序(得电子由易到难)为Ag+>Fe3+>Cu2+>H+(酸)>Fe2+>Zn2+>H+(水)>Al3+>Mg2+>Na+>Ca2+>K+。
6、分析电解过程的思维程序
(1)首先判断阴、阳极,分析阳极材料是惰性电极还是活泼电极。
(2)再分析电解质水溶液的组成,找全离子并分阴、阳两组(不要忘记水溶液中的H+和OH-)。
(3)然后排出阴、阳两极的放电顺序。
7.规避电解池中方程式书写的3个易失分点
(1)书写电解池中电极反应式时,要以实际放电的离子表示,但书写总电解反应方程式时,弱电解质要写成分子式。
(2)要确保两极电子转移数目相同,且注明条件“电解”。
(3)电解水溶液时,应注意放电顺序中H+、OH-之后的离子一般不参与放电。
四、金属的腐蚀与防护
1、金属腐蚀的本质:
金属原子失去电子变为金属阳离子,金属发生氧化反应。
2、金属腐蚀的类型:
(1)化学腐蚀与电化学腐蚀:
化学腐蚀
电化学腐蚀
条件
金属跟非金属单质直接接触
不纯金属或合金跟电解质溶液接触
现象
无电流产生
有电流产生
本质
金属被氧化
较活泼金属被氧化
联系
两者往往同时发生,电化学腐蚀更普遍
(2)析氢腐蚀与吸氧腐蚀:
以钢铁的腐蚀为例进行分析:
析氢腐蚀
吸氧腐蚀
条件
水膜酸性较强(pH≤4.3)
水膜酸性很弱或呈中性
电极
反应
负极
Fe-2e-=Fe2+
正极
2H++2e-=H2↑
O2+2H2O+4e-=4OH-
总反应式
Fe+2H+=Fe2++H2↑
2Fe+O2+2H2O=2Fe(OH)2
联系
吸氧腐蚀更普遍
(3)铁锈的形成:
4Fe(OH)2+O2+2H2O=4Fe(OH)3,2Fe(OH)3=Fe2O3·xH2O(铁锈)+(3-x)H2O。
3、金属的防护:
(1)电化学防护:
①牺牲阳极保护法—原电池原理
②外加电流的阴极保护法—电解原理
(2)改变金属的内部结构,如制成合金、不锈钢等。
(3)加防护层,如在金属表面喷油漆、涂油脂、电镀、喷镀或表面钝化等方法。
方法技巧
1、影响金属腐蚀的因素:
影响金属腐蚀的因素包括金属的本性和介质两个方面。
就金属本性来说,金属越活泼,就越容易失去电子而被腐蚀。
介质对金属的腐蚀的影响也很大,如果金属在潮湿的空气中,接触腐蚀性气体或电解质溶液,都容易被腐蚀。
2、金属腐蚀的快慢规律:
(1)不同类型的腐蚀规律:
电解原理引起的腐蚀>原电池原理引起的腐蚀>化学腐蚀>有防护措施的腐蚀。
反之,防腐措施由好到差的顺序为:
外接电源的阴极保护法防腐>牺牲阳极的阴极保护法防腐>有一般防护条件的防腐>无防护条件的防腐。
(2)电化学腐蚀规律:
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:
活动性差别越大,活动性强的金属腐蚀越快。
(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,且氧化剂的浓度越高,腐蚀越快。
(5)对于不同氧化剂来说,氧化性越强,金属腐蚀越快。
【例1】某种熔融碳酸盐燃料电池以Li2CO3、K2CO3为电解质、以CH4为燃料时,该电池工作原理见下图,下列说法正确的是
A.正极电极反应式为O2+2CO2+4e-=2CO32-B.CO32-向正极移动
C.此电池在常温时也能工作D.a为CH4,b为CO2
【答案】A
点睛:
本题考查了化学电源新型电池,明确原电池原理、原电池中物质得失电子、电子流向、离子流向即可解答,难点是电极反应式书写,要根据电解质确定正负极产物。
【例2】设计如图所示的装置研究电化学原理,下列叙述错误的是( )
A.a、b不连接时,只锌片上有气泡逸出,锌片逐渐溶解
B.a和b用导线连接时,H+从铜片上获得锌失去的电子
C.a和b是否用导线连接,装置中所涉及的化学反应都相同
D.a和b是否用导线连接,装置中都是化学能转变为电能过程
【答案】D
【解析】A、a、b不连接,未构成原电池,锌片与硫酸反应,Zn+2H+=Zn2++H2↑,锌片上产生氢气,锌片逐渐溶解,故A说法正确;B、a和b用导线连接,构成原电池,锌作负极,铜作正极,根据原电池工作原理,H+在铜片上得到锌失去的电子,转化成氢气,故B说法正确;C、是否连接,都发生Zn+2H+=Zn2++H2↑,故C说法正确;D、a和b连接,构成原电池,是化学能转化成电能,a和b不连接,不构成原电池,没有电流产生,故D说法错误。
【例1】镍镉(Ni-Cd)可充电电池在现代生活中有广泛应用。
已知某镍镉电池的电解质溶液为KOH溶液,其充、放电按下式进行:
Cd+2NiOOH+2H2O
Cd(OH)2+2Ni(OH)2,有关该电池的说法正确的是
A.充电时阳极反应:
Ni(OH)2-e—+OH-==NiOOH+H2O
B.充电过程是化学能转化为电能的过程
C.放电时负极附近溶液的碱性不变
D.放电时电解质溶液中的OH-向正极移动
【答案】A
【例4】根据金属活动性顺序,Ag不能发生反应:
2HCl+2Ag=2AgCl+H2↑。
但选择恰当电极材料和电解液进行电解,这个反应就能变为现实。
下列四组电极和电解液中,为能实现该反应最恰当的是
A.AB.BC.CD.D
【答案】C
【解析】试题分析:
“2HCl+2Ag=2AgCl+H2↑”是非自发进行的,Ag要生成Ag+,做原电池阳极,接电源正极,H+生成H2是在阴极。
故选择C。
考点:
化学反应方程式与电化学反应装置的关系。
【例5】下列有关金属腐蚀与防护的说法正确的是
A.纯银器表面在空气中因电化学腐蚀渐渐变暗
B.当镀锡铁制品的镀层破损时,镀层仍能对铁制品起保护作用
C.可将地下输油钢管与外加直流电源的正极相连以保护它不受腐蚀
D.“辽宁号”外壳连接锌块保护外壳不受腐蚀是采用了牺牲阳极的阴极保护法
【答案】D
1.下列叙述的原因不是由于原电池造成的是
A.含杂质的锌比纯锌与酸反应快B.金属在潮湿空气中更容易腐蚀
C.铁与酸反应滴加硫酸铜后反应加快D.运输液氯的铁管被腐蚀
【答案】D
【解析】A、含杂质的锌比纯锌与酸反应快,是因为含杂质的锌与杂质形成原电池,加快反应速率,与原电池有关,A错误;B、金属在潮湿空气中更容易腐蚀,是因为金属在潮湿的空气中形成原电池,发生电化学腐蚀,B错误;C、铁与酸反应滴加硫酸铜后反应加快,是因为铁与置换出的铜形成原电池,加快反应速率,C错误;D、运输液氯的铁管被腐蚀,是因为发生化学腐蚀而破损,与原电池无关,D正确,答案选D。
点睛:
明确原电池的工作原理是解答的关键,注意原电池原理在化工、农业生产及科研中的应用,例如加快氧化还原反应的速率,比较金属活动性强弱,用于金属的防护,设计电池,制造化学电源,探究金属腐蚀的快慢规律等。
2.燃料电池是目前电池研究的热点之一。
某课外小组自制的氢气燃料电池如下图所示,a、b均为惰性电极。
下列叙述不正确的是
A.电池总反应方程式为:
2H2+O2=2H2O
B.a极是负极,该电极材料不参与电极反应
C.b极反应是:
O2+4OH--4e-=2H2O
D.氢氧燃料电池是一种具有应用前景的绿色电源
【答案】C
3.下图是铝-空气电池的示意图。
该电池工作时,下列说法正确的是
A.铝片作正极
B.电子由石墨沿导线流向Al片
C.铝片质量不断减少
D.实现了电能向化学能转化
【答案】C
【解析】A.铝是活泼的金属,铝片作负极,A错误;B.电子由Al片沿导线流向石墨,B错误;C.铝失去电子,因此铝片质量不断减少,C正确;D.该装置是原电池,实现了化学能向电能转化,D错误,答案选C。
点睛:
掌握原电池的工作原理是解答的关键,即在原电池中较活泼的金属作负极,失去电子,发生氧化反应。
电子经导线传递到正极上,所以溶液中的阳离子向正极移动,阴离子向负极移动。
正极得到电子,发生还原反应。
答题注意结合电极材料以及电解质溶液的酸碱性分析判断。
4.据统计,金属腐蚀造成的损失远远超过火灾、水灾等自然灾害的总和,越来越被世界各国所重视,下面金属的防腐措施中,使用牺牲阳极的阴极保护法的是( )
A.汽车底盘喷涂油漆B.掺防腐的金属制成不锈钢菜刀
C.钢闸门连接电源负极D.地下钢管连接锌块
【答案】D
5.如图是课外活动小组设计的用化学电源使LED灯发光装置。
下列说法不正确的是( )
A.锌是负极,电子从锌片经导线流向铜片
B.铜片表面有气泡生成
C.如果将硫酸换成橙汁,导线中不会有电子流动
D.装置中存在“化学能→电能→光能”的转换
【答案】C
【解析】Zn比Cu活泼,Zn为负极,Cu为正极。
A,Zn是负极,电子从锌片经导线流向铜片,A项正确;B,Cu极的电极反应式为2H++2e-=H2↑,铜片表面有气泡生成,B项正确;C,将硫酸换成橙汁,橙汁为电解质溶液,仍然构成原电池,导线中仍会有电子流动,C项错误;D,原电池中将化学能→电能,LED灯发光时电能→光能,D项正确;答案选C。
6.一种全天候太阳能电池的工作原理如图所示,下列说法正确的是
A.光照时,b极周围pH增大
B.光照时,H+由a极室透过质子膜进入b极室
C.夜间无光照时,a极的电极反应式为V2+-e-=V3+
D.该电池与硅太阳能供电原理相同
【答案】C
7.可用如图装置在铁皮上镀一层锌,以下叙述错误的是( )
A.电镀前,铁皮可用热碱溶液除油渍,盐酸除铁锈
B.c为铁,d为锌
C.用含Zn2+的盐配成电解质溶液
D.电镀时,发生氧化反应和还原反应的都是锌元素
【答案】B
【解析】A项,油渍成份是酯类物质,在碱性条件下易水解,且加热促进酯类物质水解,所以可用热碱溶液除油渍,铁锈的成分是氧化铁,属于碱性氧化物,能与酸反应生成盐和水,所以盐酸能除去铁锈,故A正确;B项,如图根据电流流向可知,a是电源正极,b是电源负极,c是阳极,d是阴极,电镀时,阳极为镀层金属、阴极为镀件,所以c为镀层锌,d为镀件铁,故B错误;C项,电镀时,镀层金属离子的溶液作电镀液,所以含有锌离子的盐溶液为电解质溶液,故C正确;D项,电镀时,阳极上Zn失电子发生氧化反应,阴极上Zn2+得电子发生还原反应,故D正确。
点睛:
本题通过在铁上镀锌考查了电镀原理,解题时首先根据图中所示的电流流向确定原电池正负极及电解池阴阳极,然后根据电镀原理分析解答,注意:
在电镀池中,镀层金属作阳极,失电子发生氧化反应,镀件作阴极,电解质溶液是含有镀层金属阳离子的盐溶液,镀层金属阳离子在阴极上得电子发生还原反应,实现电镀的目的。
8.将两个铂电极插入500mLCuSO4溶液中进行电解,通电一定时间后,某一电极增重0.064g(设电解时该电极无氢气析出,且不考虑水解和溶液体积变化),此时溶液中氢离子浓度约为( )
A.4×10-3mol·L-1B.2×10-3mol·L-1
C.1×10-3mol·L-1D.1×10-7mol·L-1
【答案】A
9.可用于电动汽车的铝—空气燃料电池,通常以NaCl溶液或NaOH溶液为电解液,铝合金为负极,空气电极为正极.下列说法正确的是
A.以NaCl溶液或NaOH溶液为电解液时,正极反应都为:
O2+2H2O+4e-═4OH-
B.以NaOH溶液为电解液时,负极反应为:
Al+3OH--3e-═Al(OH)3↓
C.以NaOH溶液为电解液时,电池在工作过程中电解液的pH保持不变
D.电池工作时,电子通过外电路从正极流向负极
【答案】A
【解析】A、电解质溶液显碱性或中性,该燃料电极的正极发生反应为:
O2+2H2O+4e-=4OH-,故A正确;B、铝作负极,负极反应应该是铝失去电子变为铝离子,在氢氧化钠的溶液中氢氧化铝继续与过量的碱反应生成偏铝酸根,因此负极反应为:
Al+4OH--3e-=AlO2-+2H2O,故B错误;C、该电池在碱性条件下消耗了碱,反应式为4Al+3O2+4OH-=4AlO2-+2H2O,溶液pH降低,故C错误;D、电池工作时,电子从负极出来经过外电路流到正极,故D错误;故选A。
点睛:
铝空气燃料电池中负极反应为Al+4OH---3e-═AlO2-+2H2O,正极反应为O2+2H2O+4e-=4OH-,总反应为4Al+4OH--+3O2═4AlO2-+2H2O,要注意铝为活泼金属,既能与酸反应,又能与碱反应。
10.高铁电池是一种新型可充电电池,电解质溶液为KOH溶液,该电池能长时间保持稳定的放电电压,放电时的总反应为:
3Zn+2K2FeO4+8H2O===3Zn(OH)2+2Fe(OH)3+4KOH,下列判断不正确的是
A.放电时,负极反应为Zn-2e-+2OH-===Zn(OH)2
B.充电时,阴极pH增大
C.充电时,阳极反应为Fe(OH)3+5OH-―3e-===FeO
+4H2O
D.放电时,每转移6mol电子,则有1molK2FeO4被还原
【答案】D
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 专题38 电化学方面试题的解题方法与技巧高考 专题 38 电化学 方面 试题 解题 方法 技巧 高考