2023届高考化学二轮复习电化学原理知识点含答案
展开专题六 电化学原理
核心素养 | 变化观念与平衡思想 证据推理与模型认知 |
考情预测 | 电化学是氧化还原反应知识的应用和延伸，是热点考查内容，通常会以新型二次电池为载体考查电极方程式的书写、离子的移动方向、金属的电化学腐蚀及防护、计算等，同时也对信息的提取、应用能力进行考查。 预计在2023年高考中，以二次电池以及含有离子交换膜的电解池为背景的命题将成为热点题型，命题角度丰富，便于同时考查原电池和电解池工作原理及考生的探究能力。 |
考法1、电极的判断方法
判断依据 | 电极材料 | 电极反应 | 电子流向 | 离子移向 | 电极现象 | |
原电池 | 负极 | 活泼金属 | 氧化反应 | 流出 | 阴离子移向 | 电极质量减小 |
正极 | 不活泼金属或非金属 | 还原反应 | 流入 | 阳离子移向 | 电极增重或质 量不变 | |
电解池 | 阳极 | 与电源正极相连 | 氧化反应 | 流出 | 阴离子移向 | 电极溶解或pH减小 |
阴极 | 与电源负极相连 | 还原反应 | 流入 | 阳离子移向 | 电极增重或pH增大 | |
考法2、新型电池电极反应式的书写
1、燃料电池电极反应式的书写(以氢氧燃料电池为例)
①注意介质环境
②掌握书写程序
2、其他新型电池
钠硫电池 | 总反应：2Na＋xS===Na2Sx |
正极：xS＋2e－===S；负极：2Na－2e－===2Na＋ | |
全钒液流电池 | 总反应：VO＋2H＋＋V2＋V3＋＋VO2＋＋H2O |
正极：VO＋2H＋＋e－===VO2＋＋H2O 负极：V2＋－e－===V3＋ | |
锂铜电池 | 总反应：2Li＋Cu2O＋H2O===2Cu＋2Li＋＋2OH－ |
正极：Cu2O＋H2O＋2e－===2Cu＋2OH－ 负极：Li－e－===Li＋ | |
Mg-H2O2电池 | 总反应：H2O2＋2H＋＋Mg===Mg2＋＋2H2O |
正极：H2O2＋2H＋＋2e－===2H2O；负极：Mg－2e－===Mg2＋ | |
Mg-AgCl电池 | 总反应：Mg＋2AgCl===2Ag＋MgCl2 |
正极：2AgCl＋2e－===2Cl－＋2Ag；负极：Mg－2e－===Mg2＋ | |
镍铁电池 | 总反应：NiO2＋Fe＋2H2OFe(OH)2＋Ni(OH)2 |
正极：NiO2＋2e－＋2H2O===Ni(OH)2＋2OH－ 负极：Fe－2e－＋2OH－===Fe(OH)2 阳极：Ni(OH)2＋2OH－－2e－===NiO2＋2H2O 阴极：Fe(OH)2＋2e－===Fe＋2OH－ | |
锂离子电池
| 总反应：Li1－xCoO2＋LixC6LiCoO2＋C6(x<1) |
正极：Li1－xCoO2＋x e－＋x Li＋===LiCoO2 负极：LixC6－ x e－=== x Li＋＋C6 阳极：LiCoO2－x e－===Li1－xCoO2＋x Li＋ 阴极：x Li＋＋x e－＋C6===LixC6 |
3、题型建模
镁及其化合物一般无毒(或低毒)、无污染，镁电池放电时电压高且平稳，因此成为人们研制绿色电池所关注的重点。有一种镁二次电池的反应为xMg＋Mo3S4MgxMo3S4。下列说法错误的是( )
A．放电时Mg2＋向正极移动
B．放电时正极的电极反应式为Mo3S4＋2xe－===Mo3S
C．放电时Mo3S4发生氧化反应
D．充电时阴极的电极反应为xMg2＋＋2xe－===x Mg
【模型解题】
考法3、离子交换膜在电化学装置中的应用
常见的离子交换膜
种类 | 允许通过的离子及移动方向 | 说明 |
阳离子交换膜 | 阳离子→移向电解池的阴极或原电池的正极 | 阴离子和气体不能通过 |
阴离子交换膜 | 阴离子→移向电解池的阳极或原电池的负极 | 阳离子和气体不能通过 |
质子交 换膜 | 质子→移向电解池的阴极或原电池的正极 | 只允许H＋通过 |
【解题模型】
三室式电渗析法处理含Na2SO4废水的原理如下图所示，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SO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。判断ab、cd是什么交换膜；判断离子的迁移方向；书写电极反应式；判断电极产物。
①弄清是原电池还是电解池，电极有外接电源→电解池；n→阳极，m→阴极
②根据电极判断离子的移动方向和交换膜的种类
Na＋→通过ab→阴极⇒ab是阳离子交换膜
SO→通过cd→阳极⇒cd是阴离子交换膜
③根据放电顺序写出电极反应式
阴极，阳离子竞争放电，放电顺序：H＋>Na＋，阴极的电极反应式为
2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－；
阳极，阴离子竞争放电，放电顺序：OH－>SO，阳极的电极反应式为
2H2O－4e－===O2↑＋4H＋。
④根据电极反应式和离子移动方向确定电极反应物
阴极H＋放电生成H2，剩余OH－与迁移过来的Na＋生成NaOH；
阳极OH－放电生成O2，剩余H＋与迁移过来的SO生成H2SO4。
考法4、以惰性电极电解电解质溶液的规律
考法5、电解原理的应用
1、电解饱和食盐水（氯碱工业）
阳极反应式：2Cl－－2e－===Cl2↑(氧化反应)
阴极反应式：2H＋＋2e－===H2↑(还原反应)
总反应方程式：2NaCl＋2H2O 2NaOH＋H2↑＋Cl2↑
2、电解精炼铜
(1)电极材料：阳极为粗铜；阴极为纯铜。
(2)电解质溶液：含Cu2＋的盐溶液。
(3)电极反应：
阳极：Zn－2e－==Zn2＋、Fe－2e－==Fe2＋、Ni－2e－==Ni2＋、Cu－2e－==Cu2＋；
阴极：Cu2＋＋2e－==Cu。
(4)阳极泥的形成：在电解过程中，活动性位于铜之后的银、金等杂质，难以在阳极失去电子变成阳离子而溶解，它们以金属单质的形式沉积在电解槽底部，形成阳极泥。
3、电镀
图为金属表面镀银的工作示意图，据此回答下列问题：
(1)镀件作阴极，镀层金属银作阳极。
(2)电解质溶液是AgNO3溶液等含镀层金属阳离子的盐溶液。
(3)电极反应：阳极：Ag－e－===Ag＋；阴极：Ag＋＋e－===Ag。
(4)特点：阳极溶解，阴极沉积，电镀液的浓度不变。
考法6、金属的腐蚀与防护
1、化学腐蚀与电化学腐蚀
类型 | 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 | 有微弱电流产生 |
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）
类型 | 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＋ |
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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、金属的防护
(1)电化学防护。
①牺牲阳极的阴极保护法—原电池原理
a．负极：比被保护金属活泼的金属；
b．正极：被保护的金属设备。
②外加电流的阴极保护法—电解原理
a．阴极：被保护的金属设备；
b．阳极：惰性金属或石墨。
(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。
应对真题：（2022·湖北·高考) 含磷有机物应用广泛。电解法可实现由白磷直接制备，过程如图所示（为甲基）。下列说法正确的是（ ）
A．生成，理论上外电路需要转移电子
B．阴极上的电极反应为：
C．在电解过程中厂向铂电极移动
D．电解产生的中的氢元素来自于
答案：D
应对真题：(2022·广东，高考) 为检验牺牲阳极的阴极保护法对钢铁防腐的效果，将镀层有破损的镀锌铁片放入酸化的3%NaCl溶液中。一段时间后，取溶液分别实验，能说明铁片没有被腐蚀的是( )
A.加入溶液产生沉淀
B.加入淀粉碘化钾溶液无蓝色出现
C.加入KSCN溶液无红色出现
D.加入溶液无蓝色沉淀生成
答案：D
应对真题：(2022·湖南，高考) 海水电池在海洋能源领域备受关注，一种锂-海水电池构造示意图如下。下列说法错误的是( )
A.海水起电解质溶液的作用
B.N膜仅发生的电极反应：
C.玻璃陶瓷具有传导离子和防水的功能
D.该锂—海水电池属于一次电池
答案：D
应对真题：(2022·山东，高考)设计如图装置回收金属钴。保持细菌所在环境稳定，借助其降解乙酸盐生成，将废旧锂离子电池的正极材料转化为，工作时保持厌氧环境，并定时将乙室溶液转移至甲室。已知电极材料均为石墨材质，右侧装置为原电池。下列说法正确的是（ ）
A.装置工作时，甲室溶液逐渐增大
B.装置工作一段时间后，乙室应补充盐酸
C.乙室电极反应式为
D.若甲室减少，乙室增加，则此时已进行过溶液转移
答案：D
