高考化学二轮复习专题7电化学课件

这是一份高考化学二轮复习专题7电化学课件，共60页。PPT课件主要包含了Fe电极，典例1，量筒托盘天平，KCl，09molL，Fe3＋，典例2，规律方法，典例3，技巧点拨等内容，欢迎下载使用。
1 体系构建 · 串真知
2 真题回放 · 悟高考
1．了解原电池和电解池的工作原理，能写出电极反应式和电池反应方程式。2．了解常见化学电源的种类及其工作原理。3．理解金属发生电化学腐蚀的原因及金属腐蚀的危害，防止金属腐蚀的措施。
1．(2020·全国卷Ⅰ·12)科学家近年发明了一种新型Zn－CO2水介质电池。电池示意图如图，电极为金属锌和选择性催化材料，放电时，温室气体CO2被转化为储氢物质甲酸等，为解决环境和能源问题提供了一种新途径。
2．(2020·全国卷Ⅱ·12)电致变色器件可智能调控太阳光透过率，从而实现节能。下图是某电致变色器件的示意图。当通电时，Ag＋注入到无色WO3薄膜中，生成AgxWO3，器件呈现蓝色，对于该变化过程，下列叙述错误的是(　　)A．Ag为阳极B．Ag＋由银电极向变色层迁移C．W元素的化合价升高D．总反应为：WO3＋xAg═══AgxWO3
【解析】　通电时，Ag电极有Ag＋生成，故Ag电极为阳极，故A项正确；通电时电致变色层变蓝色，说明有Ag＋从Ag电极经固体电解质进入电致变色层，故B项正确；过程中，W由WO3的＋6价降低到AgxWO3中的＋(6－x)价，故C项错误；该电解池中阳极即Ag电极上发生的电极反应为：xAg－xe－═══xAg＋，而另一极阴极上发生的电极反应为：WO3＋xAg＋＋xe－═══AgxWO3，故发生的总反应式为：xAg＋WO3═══AgxWO3，故D项正确。
4．(2019·课标全国Ⅰ，12)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，示意图如图所示。下列说法错误的是(　　)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＋═══2H＋＋2MV＋C．正极区，固氮酶为催化剂，N2发生还原反应生成NH3D．电池工作时质子通过交换膜由负极区向正极区移动
【解析】　由题图和题意知，电池总反应是3H2＋N2═══2NH3。该合成氨反应在常温下进行，并形成原电池产生电能，反应不需要高温、高压和催化剂，A项正确；观察题图知，左边电极发生氧化反应MV＋－e－═══MV2＋，为负极，不是阴极，B项错误；正极区N2在固氮酶作用下发生还原反应生成NH3，C项正确；电池工作时，H＋通过交换膜，由左侧(负极区)向右侧(正极区)迁移，D项正确。
下列说法错误的是(　　)A．三维多孔海绵状Zn具有较高的表面积，所沉积的ZnO分散度高B．充电时阳极反应为Ni(OH)2(s)＋OH－(aq)－e－═══NiOOH(s)＋H2O(l)C．放电时负极反应为Zn(s)＋2OH－(aq)－2e－═══ZnO(s)＋H2O(l)D．放电过程中OH－通过隔膜从负极区移向正极区
【解析】　该电池采用的三维多孔海绵状Zn具有较大的表面积，可以高效沉积ZnO，且所沉积的ZnO分散度高，A正确；根据题干中总反应可知该电池充电时，Ni(OH)2在阳极发生氧化反应生成NiOOH，其电极反应式为Ni(OH)2(s)＋OH－(aq)－e－═══NiOOH(s)＋H2O(l)，B正确；放电时Zn在负极发生氧化反应生成ZnO，电极反应式为Zn(s)＋2OH－(aq)－2e－═══ZnO(s)＋H2O(l)，C正确；电池放电过程中，OH－等阴离子通过隔膜从正极区移向负极区，D错误。
6．(2018·课标全国Ⅰ，13)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：①EDTA－Fe2＋－e－═══EDTA－Fe3＋②2EDTA－Fe3＋＋H2S═══2H＋＋S＋2EDTA－Fe2＋
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EDTA－Fe3＋/EDTA－Fe2＋，溶液需为酸性
【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。
8．(2018·课标全国Ⅲ，11)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
水会阻碍中间物Na的生
成；水会电解生成OH－，进一步与Fe2＋反应生成Fe(OH)2
10．(2020·全国卷Ⅱ·28节选)CH4和CO2都是比较稳定的分子，科学家利用电化学装置实现两种分子的耦合转化，其原理如下图所示：(1)阴极上的反应式为___________________________。(2)若生成的乙烯和乙烷的体积比为2∶1，则消耗的CH4和CO2体积比为________。
CO2＋2e－═══CO＋O2－
【解析】　(1)由图可知，CO2在阴极得电子发生还原反应，电极反应为CO2＋2e－═══CO＋O2－；(2)令生成乙烯和乙烷分别为2体积和1体积，根据阿伏加德罗定律，同温同压下，气体体积比等于物质的量之比，再根据得失电子守恒，得到发生的总反应为：6CH4＋5CO2═══2C2H4＋C2H6＋5H2O＋5CO，即消耗CH4和CO2的体积比为6∶5。
高考每年都会结合图形考查原电池原理或电解池原理在工业生产中的应用。建议在备考过程中加强对新型燃料电池、新型可充电电池的关注。近几年全国卷高考化学试题中均涉及电化学知识，并且试题的背景较为新颖，对考生分析问题的能力提出了较高要求。预测在2021年的高考命题中，在题型上仍以传统题型为主，以某一个非水溶液电池为背景考察以原电池为主的电化学知识。
依托于某一新型可充电电池示意图，考察原电池的工作原理及其电极反应式的书写，电极材料以及电极反应的判断，溶液pH的变化是高考命题的热点。考纲中对原电池的要求达到了“理解”的级别，因此，通过一个新型电池装置考察原电池的知识以及金属的腐蚀和绿色能源的开发，即突出了使考生了解新科技的发展，又达到了选拔优秀生的目的。
3 知识深化 · 精整合
1．原电池、电解池的工作原理
2.正、负极和阴、阳极的判断方法
3．新型化学电源中电极反应式的书写(1)书写步骤
(2)燃料电池中正极电极反应式的书写思路根据燃料电池的特点，一般在正极上发生还原反应的物质都是O2，O2得到电子后化合价降低，首先变成O2－，O2－能否存在要看电解质环境。由于电解质溶液(酸碱盐)的不同，其电极反应也有所不同，下表为四种不同电解质环境中，氧气得电子后O2－的存在形式：
(2)新型电池“放电”时正极、负极上的电极反应式的书写首先根据电池反应分析物质得失电子情况，然后再考虑电极反应生成的物质是否跟电解质溶液中的离子发生反应；对于较复杂的电极反应，可以利用总反应－较简单一极电极反应式＝较复杂一极电极反应式的方法解决。(3)新型电池“充电”时的阴、阳极的判断首先明确原电池放电时的正、负极，再根据电池充电时，阳极接正极、阴极接负极的原理进行分析。(4)新型电池充、放电时，电解质溶液中离子移动方向的判断首先分清电池是放电还是充电；再判断正、负极或阴、阳极，进而可确定离子的移动方向。
5．电解池电极反应式的书写方法
特别说明：通常电极反应可以根据阳极材料和电解质溶液性质判断。但在高考题中往往需要结合题给信息进行判断。6．电化学计算的基本方法原电池和电解池的计算包括两极产物的定量计算、溶液的pH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，通常有下列几种方法：
常见微粒间的计量关系式为4e－～4H＋～4OH－～4Cl－～4Ag＋～2Cu2＋～2H2～O2～2Cl2～4Ag～2Cu。
7．金属电化学保护的“两”方法
4 典题精研 · 通题型
角度一　原电池工作原理(2020·全国卷Ⅰ·27)为验证不同化合价铁的氧化还原能力，利用下列电池装置进行实验。
考点一　原电池原理及应用
回答下列问题：(1)由FeSO4·7H2O固体配制0.10 ml· L－1 FeSO4溶液，需要的仪器有药匙、玻璃棒、________________________(从下列图中选择，写出名称)。
(2)电池装置中，盐桥连接两电极电解质溶液。盐桥中阴、阳离子不与溶液中的物质发生化学反应，并且电迁移率(u∞)应尽可能地相近。根据下表数据，盐桥中应选择_______作为电解质。
(3)电流表显示电子由铁电极流向石墨电极。可知，盐桥中的阳离子进入________电极溶液中。(4)电池反应一段时间后，测得铁电极溶液中c(Fe2＋)增加了0.02 ml· L－1。石墨电极上未见Fe析出。可知，石墨电极溶液中c(Fe2＋)＝_________________。
(5)根据(3)、(4)实验结果，可知石墨电极的电极反应式为_________________________，铁电极的电极反应式为_______________________。因此，验证了Fe2＋氧化性小于_________，还原性小于______。(6)实验前需要对铁电极表面活化。在FeSO4溶液中加入几滴Fe2(SO4)3溶液，将铁电极浸泡一段时间，铁电极表面被刻蚀活化。检验活化反应完成的方法是______________________________________ __________________________________________。
Fe3＋＋e－═══Fe2＋
Fe－2e－═══Fe2＋
取活化后溶液少许于试管中，加入KSCN
溶液，若溶液不出现血红色，说明活化反应完成
(5)根据(3)、(4)实验结果，可知石墨电极的电极反应式为Fe3＋＋e－═══Fe2＋，铁电极的电极反应式为Fe－2e－═══Fe2＋；电池总反应为Fe＋2Fe3＋═══3Fe2＋，根据同一反应中，氧化剂的氧化性强于氧化产物、还原剂的还原性强于还原产物，则验证了Fe2＋氧化性小于Fe3＋，还原性小于Fe。(6)在FeSO4溶液中加入几滴Fe2(SO4)3溶液，将铁电极浸泡一段时间，铁电极表面被刻蚀活化，发生的反应为Fe＋Fe2(SO4)3═══3FeSO4，要检验活化反应完成，只要检验溶液中不含Fe3＋即可，检验活化反应完成的方法是：取活化后溶液少许于试管中，加入KSCN溶液，若溶液不出现血红色，说明活化反应完成。
角度二　燃料电池(2020·德阳模拟)微生物燃料电池的研究已成为治理和消除环境污染的重要课题，利用微生物电池电解饱和食盐水的工作原理如下图所示。下列说法正确的是(　　)
A．电池正极的电极反应：O2＋2H2O＋4e－═══4OH－B．电极M附近产生黄绿色气体C．若消耗1 ml S2－，则电路中转移8 ml e－D．将装置温度升高到60 ℃，一定能提高电池的工作效率【答案】　C
燃料电池中不同环境下的电极反应式以甲醇、O2燃料电池为例：
角度三　新型化学电源(2020·天水模拟)近年来，金属—空气电池的研究和应用取得很大进步，这种新型燃料电池具有比能量高、污染小、应用场合多等多方面优点。铝—空气电池工作原理如图所示。关于金属—空气电池的说法不正确的是(　　)
A．铝—空气电池(如上图)中，铝作负极，电子通过外电路到正极B．为帮助电子与空气中的氧气反应，可使用活性炭作正极材料C．碱性溶液中，负极反应为Al(s)＋3OH－(aq)═══Al(OH)3(s)＋3e－，每消耗2.7 g Al(s)，需耗氧6.72 L(标准状况)D．金属—空气电池的可持续应用要求是一方面在工作状态下要有足够的氧气供应，另一方面在非工作状态下能够密封防止金属自腐蚀【答案】　C
四步解决新型化学电源问题
2．氢氧熔融碳酸盐燃料电池是一种高温电池(600～700 ℃)，具有效率高、噪声低、无污染等优点。熔融碳酸盐燃料电池的工作原理如图所示。下列说法正确的是(　　)
3．(2020·宜宾模拟)某种浓差电池的装置如图所示，碱液室中加入电石渣浆液[主要成分为Ca(OH)2]，酸液室通入CO2(以NaCl为电解质)，产生电能的同时可生产纯碱等物质。下列叙述正确的是(　　)A．电子由N极经外电路流向M极B．N电极区的电极反应式为2H＋＋2e－═══H2↑
C．在碱液室可以生成NaHCO3、Na2CO3D．放电一段时间后，酸液室溶液pH减小
【解析】　氢气在电极M表面失电子转化为氢离子，为电池的负极，碱液室中的氢氧根离子透过阴离子交换膜，中和正电荷。酸液室中的氢离子透过质子交换膜，在电极N表面得到电子生成氢气，电极N为电池的正极，同时，酸液室中的氯离子透过阴离子交换膜进入碱液室，补充负电荷。电极M为电池的负极，电子由M极经外电路流向N极，故A错误；
酸液室中的氢离子透过质子交换膜，在电极N表面得到电子生成氢气，N电极区的电极反应式为2H＋＋2e－═══H2↑，故B正确；酸液室与碱液室之间为阴离子交换膜，钠离子不能进入碱液室，应在酸液室得到NaHCO3、Na2CO3，故C错误；放电一段时间后，酸液室氢离子被消耗，最终得到NaHCO3、Na2CO3，溶液pH增大，故D错误。
角度一　电解池工作原理(2020·武威模拟)我国研制出非贵金属镍钼基高效电催化剂，实现电解富尿素废水低能耗制H2(装置如图)。总反应为CO(NH2)2＋H2O═══3H2↑＋N2↑＋CO2↑。下列说法中错误的是(　　)A．a为阳极，CO(NH2)2发生氧化反应B．b电极反应为：2H2O＋2e－═══H2↑＋2OH－C．每转移6 ml电子，a电极产生1 ml N2D．电解一段时间，a极区溶液pH升高
【解析】　电解池工作时，CO(NH2)2失去电子，a为阳极发生氧化反应，故A正确；阴极上水得电子产生H2，则阴极反应式为：2H2O＋2e－═══2OH－＋H2↑，故B正确；阳极的电极反应式为：CO(NH2)2－6e－＋H2O═══CO2↑＋N2↑＋6H＋，若电路中通过6 ml电子，阳极产生N2的物质的量为n(N2)＝6 ml×1/6＝1 ml，故C正确；a极发生CO(NH2)2－6e－＋H2O═══CO2↑＋N2↑＋6H＋，a极区溶液中氢离子浓度增大，溶液的pH降低，故D错误。
电解池的电极反应及其放电顺序
(1)阳离子在阴极上的放电顺序为：Ag＋>Hg2＋>Fe3＋>Cu2＋>H＋(酸)>Pb2＋>Fe2＋>Zn2＋>H＋(水)。(2)阴离子在阳极上的放电顺序S2－>I－>Br－>Cl－>OH－。
角度二　电解原理的应用(2020·长沙模拟)电解合成1,2－二氯乙烷的实验装置如图所示。下列说法中正确的是(　　)
【解析】　该装置为电解池，则工作时，电能转变为化学能，A错误；C2H4中C元素化合价为－2价，ClCH2CH2Cl中C元素化合价为－1价，则CuCl2能将C2H4氧化为1,2－二氯乙烷，B错误；该电解池中，阳极发生的电极反应式为：CuCl－e－＋Cl－═══CuCl2，阳极区需要氯离子参与，则X为阴离子交换膜，而阴极区发生的电极反应式为：2H2O＋2e－═══H2↑＋2OH－，有阴离子生成，为保持电中性，需要电解质溶液中的钠离子，则Y为阳离子交换膜，C错误；
角度三　金属的腐蚀与防护(2020·江苏高考·11)将金属M连接在钢铁设施表面，可减缓水体中钢铁设施的腐蚀。在题图所示的情境中，下列有关说法正确的是(　　)A．阴极的电极反应式为Fe－2e－═══Fe2＋B．金属M的活动性比Fe的活动性弱C．钢铁设施表面因积累大量电子而被保护D．钢铁设施在河水中的腐蚀速率比在海水中的快
【解析】　阴极的钢铁设施实际作原电池的正极，正极金属被保护不失电子，A错误；阳极金属M实际为原电池装置的负极，电子流出，原电池中负极金属比正极活泼，因此M活动性比Fe的活动性强，B错误；金属M失电子，电子经导线流入钢铁设施，从而使钢铁设施表面积累大量电子，自身金属不再失电子从而被保护，C正确；海水中的离子浓度大于河水中的离子浓度，离子浓度越大，溶液的导电性越强，因此钢铁设施在海水中的腐蚀速率比在河水中快，D错误。
金属的三种防护措施1．改变金属内部结构：如把Ni、Cr等加入普通钢里制成不锈钢合金，具有很强的抗腐蚀性。2．覆盖保护层：在金属的表面覆盖保护层如涂防锈漆、油脂、搪瓷、加塑料保护层及电镀等可阻止金属与周围可发生反应的物质接触。3．使用电化学保护法：(1)利用原电池原理——牺牲阳极的阴极保护法(2)利用电解池原理——外加电流的阴极保护法
4．(2020·合肥模拟)某实验小组模拟光合作用，采用电解CO2和H2O的方法制备CH3CH2OH和O2装置如图所示。下列说法不正确的是(　　)
A．铂极为阳极，发生氧化反应B．电解过程中，H＋由交换膜左侧向右侧迁移C．阴极的电极反应式为2CO2＋12H＋＋12e－═══CH3CH2OH＋3H2O
D．电路上转移2 ml电子时铂极产生11.2 L O2(标准状况)
【解析】　CH3CH2OH中C为－2价，CO2发生还原反应，在铜极区充入CO2。由电池符号知，铂极为阳极，发生氧化反应，A项正确；铂极的电极反应式为2H2O－4e－═══4H＋＋O2↑，氢离子由交换膜右侧向左侧迁移，B项错误；阴极上发生还原反应生成乙醇和水，C项正确；转移2 ml电子生成0.5 ml O2，D项正确。
5．(2020·广州模拟)电致变色玻璃以其优异的性能将成为市场的新宠，如图所示五层膜的玻璃电致变色系统，其工作原理是在外接电源下，通过在膜材料内部发生氧化还原反应，实现对器件的光透过率进行多级可逆性调节。(已知：WO3和 Li4Fe4[Fe(CN)6]3均为无色透明， LiWO3和Fe4[Fe(CN)6]3均为蓝色)下列有关说法正确的是(　　)
A．当B外接电源负极时，膜由无色变为蓝色B．当B外接电源负极时，离子储存层发生反应为：Fe4[Fe(CN)6]3＋4 Li＋＋4e－═══Li4Fe4[Fe(CN)6]3C．当A接电源的负极时，此时 Li＋得到电子被还原D．当A接电源正极时，膜的透射率降低，可以有效阻挡阳光【答案】　B
【解析】　当B外接电源负极时，Fe4[Fe(CN)6]3转化为 Li4Fe4[Fe(CN)6]3，膜由蓝色变为无色，A项错误；当B外接电源负极时，根据电解原理可知，离子储存层Fe4[Fe(CN)6]3得电子转化为 Li4Fe4[Fe(CN)6]3，发生反应为：Fe4[Fe(CN)6]3＋4 Li＋＋4e－═══Li4Fe4[Fe(CN)6]3，B项正确；当A接电源的负极时，WO3得电子被还原为 LiWO3, Li＋只是作为电解质溶液导电，未发生氧化还原反应，C项错误；当A接电源正极时， LiWO3失电子发生氧化反应得到WO3，膜由蓝色变为无色，透射率增强，不能有效阻拦阳光，D项错误。
6．深埋在潮湿土壤中的铁管道，在硫酸盐还原菌作用下，能被硫酸根腐蚀，其电化学腐蚀原理如下图所示，下列与此原理有关的说法错误的是(　　)A．正极反应： ＋5H2O＋8e－═══HS－＋9OH－B．输送暖气的管道不易发生此类腐蚀C．这种情况下，Fe腐蚀的最终产物为Fe2O3·xH2OD．管道上刷富锌油漆可以延缓管道的腐蚀
其电池结构如图1所示，图2是有机高聚物的结构片段。
7．我国科学家在液流电池研究方面取得新进展。一种硫/碘体系(K2S2/KI)的液流电池工作原理如图所示。下列说法正确的是(　　)