【备战2013】高考化学考前30天冲刺押题系列第二部分专题09电化学原理1.原电池和电解池的工作原理及形成条件。2．原电池和电解池的电极反应式的书写。3．金属电化学腐蚀与防护。考点一 原电池的工作原理根据原电池的工作原理，考查电极判断、电子的流向、离子的移向、电极反应式的书写以及某些反应现象的解释和有关的计算。【例1】(2012·四川，11)一种基于酸性燃料电池原理设计的酒精检测仪，负极上的反应为CH3CH2OH－4e－＋H2O===CH3COOH＋4H＋。下列有关说法正确的是( )。A．检测时，电解质溶液中的H＋向负极移动B．若有0.4mol电子转移，则在标准状况下消耗4.48L氧气C．电池反应的化学方程式为：CH3CH2OH＋O2===CH3COOH＋H2OD．正极上发生的反应是：O2＋4e－＋2H2O===4OH－【变式】一种新型燃料电池，一极通入空气，另一极通入丁烷气体；电解质是掺杂氧化钇(Y2O3)的氧化锆(ZrO2)晶体，在熔融状态下能传导O2－。下列对该燃料电池说法正确的是( )。A．在熔融电解质中，O2－由负极移向正极B．通入空气的一极是正极，电极反应为：O2＋2H2O＋4e－===4OH－C．通入丁烷的一极是负极，电极反应为：C4H10＋26e－＋13O2－===4CO2＋5H2OD．在电池反应中，每消耗1mol氧气，理论上能生成标准状况下气体L解析 燃料电池的O2－在正极产生，阴离子移向负极，A项错误；因是非水溶液，故B14\n3．活泼金属不一定做负极如Mg—NaOH溶液—Al构成的原电池，Al自发的与NaOH溶液发生氧化反应，作负极。4．不要错误地认为电子通过电解质溶液，在闭合电路中电子走陆路(导线)，离子走水路(电解质溶液)，电子不能通过电解质溶液。5．在书写电极反应式时，不要只关注得失电子，而忽略电解质溶液中的某些微粒也有可能参加反应。如酸性氢氧燃料电池中的正极反应式为O2＋4e－＋4H＋===2H2O，而不是O2＋4e－===2O2－或O2＋4e－＋2H2O===4OH－。6．在碱性燃料电池中有时易把正极反应错写为：4OH－－4e－===O2↑＋2H2O，应为O2＋4e－＋2H2O===4OH－。考点二 电解原理及其应用通常考查根据题设条件(图示，电极表面变化等)正确判断电极名称、书写电极反应式、电池反应方程式、电极附近反应现象以及离子在电解质溶液中的移动方向等知识点，考查形式为选择题和填空题。【例2】(2012·安徽，11)某兴趣小组设计如下图所示微型实验装置。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( )。14\nA．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【变式】如图所示装置中，a、b都是惰性电极，通电一段时间后，b极附近溶液呈红色，则下列说法中正确的是( )。A．X是正极，Y是负极，CuSO4溶液的pH逐渐减小B．X是正极，Y是负极，CuSO4溶液的pH保持不变C．X是负极，Y是正极，CuSO4溶液的pH逐渐减小D．X是负极，Y是正极，CuSO4溶液的pH不变解析 由题中信息“a、b都是惰性电极，通电一段时间后，b极附近溶液呈红色”可知b极是阴极，则Y为负极，X为正极；Pt为阳极，电解CuSO4溶液时在Cu极上发生还原反应生成Cu，在Pt上OH－放电，则溶液转化为H2SO4，溶液pH减小。答案 A【特别提醒】1.电解产物的判断(1)阳极产物的判断：首先看电极，如果是活性电极(金属活动性顺序表Ag以前的金属，包括Ag)作阳极，则电极材料本身失电子，电极溶解。如果是惰性电极，则看溶液中的阴离子的放电能力，阴离子的放电顺序为S2－>I－>Br－>Cl－>OH－，其氧化产物依次对应为S、I2、Br2、Cl2和O2。(2)阴极产物的判断：14\n直接根据阳离子放电顺序(如下)进行判断：Ag＋>Fe3＋>Cu2＋>H＋>Pb2＋>Sn2＋>Fe2＋>Zn2＋，其还原产物依次对应为Ag、Fe2＋、Cu、H2、Pb、Sn、Fe、Zn。2．如果电解质和水同时被电解则产物一般为三种：如AgNO3溶液、CuSO4溶液、NaCl溶液等，可以此作为推断题的突破口。3．易把电解MgCl2溶液的离子方程式错写成：2Cl－＋2H2O2OH－＋Cl2↑＋H2↑，忽视了生成难溶的Mg(OH)2。4．电解AlCl3溶液误认为会先沉淀，后溶解，事实上生成的Al(OH)3不会转化为AlO。5．在电解食盐水的过程中，阴极区显碱性。不要错误认为阴极上产生的OH－因带负电荷，移向阳极，使阳极显碱性。6．只有水被电解时，不要误认为溶液的pH不变化或一定变化。若电解NaOH溶液pH增大、电解H2SO4溶液pH减小、电解Na2SO4溶液pH不变。7．电解质溶液复原的原则：“减少什么补什么”，即加入的物质与析出的物质相同或等价。不要只注意恢复电解前的电解质的量，而忽视了溶液的浓度。如恢复电解CuSO4溶液原状，应加入CuO或CuCO3，不能加Cu(OH)2或Cu2(OH)2CO3，这样会使“H2O”增加；电解盐酸从溶液中出去的是H2和Cl2(1∶1)，故补入时应通入HCl气体而不是加入盐酸。考点三 金属的电化学腐蚀与防护通常考查影响金属电化学腐蚀快慢的因素和防护方法并常常结合原电池和电解池知识以选择题或填空题考查。【例3】(2012·山东，13)下列与金属腐蚀有关的说法正确的是( )。A．图a中，插入海水中的铁棒，越靠近底端腐蚀越严重B．图b中，开关由M改置于N时，CuZn合金的腐蚀速率减小C．图c中，接通开关时Zn腐蚀速率增大，Zn上放出气体的速率也增大D．图d中，ZnMnO2干电池自放电腐蚀主要是由MnO2的氧化作用引起的14\n【特别提醒】1．判断金属腐蚀快慢的规律(1)电解原理引起的腐蚀>原电池原理引起的腐蚀>化学腐蚀>有防护腐蚀措施的腐蚀。(2)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)活泼性不同的两金属，活泼性差别越大，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。2．金属的电化学防护(1)牺牲阳极的阴极保护法：在被保护的钢铁设备(如海水中的闸门、地下的天然气管道、轮船的船体等)上连接或直接安装若干锌块、使锌、铁形成原电池，锌作负极，从而保护了钢铁免受腐蚀。(2)外加电流的阴极保护法：外加电源的阴极保护法是使被保护的钢铁作为阴极(连接电源的负极)，用惰性电极作为阳极(连接电源的正极)，在两者之间连接直流电源。通电后，电子被强制流向被保护的钢铁设备，从而使钢铁表面产生电子积累，抑制钢铁设备失去电子，起到保护作用。【专家预测】1.按如图所示装置进行下列不同的操作，说法不正确的是( )。14\nA．铁腐蚀的速率由大到小的顺序是只闭合K1>只闭合K3>都断开>只闭合K2B．只接通K1，一段时间后，U形管中出现白色沉淀C．只接通K2，U形管左、右两端液面均下降D．若只接通K1，一段时间后，漏斗中液面上升；若只接通K2，漏斗液面下降2．人工光合作用能够借助太阳能，用CO2和H2O制备化学原料。如图是通过人工光合作用制备HCOOH的原理示意图，下列说法不正确的是( )。A．该过程是将太阳能转化为化学能的过程B．催化剂a表面发生氧化反应，有O2产生C．催化剂a附近酸性减弱，催化剂b附近酸性增强D．催化剂b表面的反应是CO2＋2H＋＋2e－===HCOOH14\n4．铁镍蓄电池放电时的总反应为：Fe＋Ni2O3＋3H2OFe(OH)2＋2Ni(OH)2，下列有关该电池的说法不正确的是( )。A．电池的电解液为碱性溶液B．电池的正极为Ni2O3、负极为FeC．电池放电时，负极反应为Fe＋2OH－－2e－===Fe(OH)2D．电池充电时，阳极附近溶液的pH升高14\n6．将下图所示实验装置的K闭合，下列判断正确的是( )。A．Cu电极上发生还原反应B．电子沿Zn→a→b→Cu路径流动C．片刻后甲池中c(SO)增大D．片刻后可观察到滤纸b点变红色14\n7．在1LK2SO4和CuSO4的混合溶液中c(SO)＝2.0mol·L－1，用石墨电极电解此溶液，当通电一段时间后，两极均收集到22.4L(标准状况)气体，则原溶液中c(K＋)为( )。A．2.0mol·L－1B．1.5mol·L－1C．1.0mol·L－1D．0.5mol·L－18．如图a、b、c、d均为石墨电极，通电进行电解，b极有64gCu析出。下列说法不正确的是( )。A．甲中a电极反应式为：4OH－－4e－===O2↑＋2H2OB．电解时向乙中滴入酚酞试剂，d电极附近变红C．向乙中通入2molHCl气体，溶液组成可以恢复D．c电极产生2g气体解析 a极与电源的正极相连，a为电解池的阳极，b为阴极，电解硫酸铜溶液，则OH－在阳极上放电，电极反应式为：4OH－－4e－===O2↑＋2H2O，A项正确；在乙中c为阳极，d为阴极，电解饱和氯化钠溶液，阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑，阴极：2H＋＋2e－===H2↑，加14\n9．铅蓄电池是典型的可充电电池，电池总反应式为：Pb＋PbO2＋4H＋＋2SO2PbSO4＋2H2O。请回答下列问题(不考虑氢、氧的氧化还原)：(1)放电时：正极的电极反应式是____________________；电解液中pH将变________；当外电路通过1mol电子时，理论上负极板的质量增加________g；电池内消耗H2SO4的物质的量至少是________mol。(2)用铅蓄电池电解1L饱和食盐水(食盐水足量、密度为1.15g·cm－3)时，①若收集到11.2L(标准状况下)氯气，则至少转移电子________mol。②若蓄电池消耗H2SO42mol，则可收集到H2的体积(标准状况下)为________L。③若蓄电池消耗H2SO4amol，则所得溶液中NaOH的质量分数为________。10．甲、乙两池电极材料都是铁棒与碳棒(如图)。请回答下列问题：14\n(1)若两池中均盛放CuSO4溶液，反应一段时间后：①有红色物质析出的是甲池中的________棒，乙池中的________棒。②在乙池中阳极的电极反应式是__________________________________________。(2)若两池中均盛放饱和NaCl溶液。①写出甲池中正极的电极反应式：______________________。②写出乙池中的总反应的离子方程式：_______________________________。③据资料显示电解氯化钠稀溶液可制备“84消毒液”(主要成分为NaClO)，通电时氯气被溶液完全吸收，若所得消毒液仅含一种溶质，写出该电解过程的化学方程式：________________________________。11．利用下图装置，可以模拟铁的电化学防护。(1)若X为Zn，开关K置于M处，X电极为________极，电极反应式为__________________，铁电极反应式为______________________，此种防护法称为________；(2)若X为碳棒，开关K置于N处，X为________极，电极反应为__________________，此种防护法称为________；(3)若X为Cu，开关K置于N处，X电极反应式为______________________，Fe电极反应式为________________________。14\n12．新型高效的甲烷燃料电池采用铂为电极材料，两电极上分别通入CH4和O2，电解质溶液为KOH溶液。某研究小组将两个甲烷燃料电池串联后作为电源，进行饱和氯化钠溶液电解实验，如图所示。回答下列问题：(1)甲烷燃料电池正极、负极的电极反应分别为__________________、____________________。(2)闭合K开关后，a、b电极上均有气体产生，其中b电极上得到的是________，电解氯化钠溶液的总反应方程式为__________________________；(3)若每个电池甲烷通入量为1L(标准状况)，且反应完全，则理论上通过电解池的电量为________(法拉第常数F＝9.65×104C·mol－1，列式计算)，最多能产生的氯气体积为________L(标准状况)。解析 (1)在碱性溶液中，甲烷燃料电池的总反应式为：CH4＋2O2＋2OH－===CO＋3H2O，正极是：2O2＋4H2O＋8e－===8OH－，负极是：CH4－8e－＋10OH－===CO＋7H2O；(2)b电极与通入甲烷的电极相连，作阴极，是H＋放电，生成H2；电解氯化钠溶液的总反应14\n13．(1)“天宫一号”于2011年9月在酒泉卫星发射中心发射，标志着我国的航空航天技术迈进了一大步．火箭的第一、二级发动机中，所用的燃料为偏二甲肼和四氧化二氮，偏二甲肼可用肼来制备。①用肼(N2H4)为燃料，四氧化二氮做氧化剂，两者反应生成氮气和气态水。已知：N2(g)＋2O2(g)===N2O4(g)ΔH＝10.7kJ·mol－1N2H4(g)＋O2(g)===N2(g)＋2H2O(g)ΔH＝－543kJ·mol－1写出气态肼和N2O4反应的热化学方程式为____________________________。②已知四氧化二氮在大气中或在较高温度下很难稳定存在，它很容易转化为二氧化氮．试推断由二氧化氮制取四氧化二氮的反应条件(或措施)：____________________。(2)科学家制造出一种使用固体电解质的燃料电池，其效率更高，可用于航天航空。如图l所示装置中，以稀土金属材料做惰性电极，在两极上分别通入CH4和空气，其中固体电解质是掺杂了Y2O3的ZrO2固体，它在高温下能传导阳极生成的O2－离子(O2＋4e－―→2O2－)。①c电极的名称为__________，d电极上的电极反应式为________________________________________________________________________。②如图2所示电解100mL0.5mol·L－1CuSO414\n溶液，a电极上的电极反应式为________________________________。若a电极产生56mL(标准状况)气体，则所得溶液的pH＝________(不考虑溶液体积变化)，若要使电解质溶液恢复到电解前的状态，可加入________(填序号)。a．CuOb．Cu(OH)2c．CuCO3d．Cu2(OH)2CO3解析 (1)①N2(g)＋2O2(g)===N2O4(g)ΔH＝10.7kJ·mol－1①N2H4(g)＋O2(g)===N2(g)＋2H2O(g)ΔH＝－543kJ·mol－1②根据盖斯定律可知，反应方程式可以由②×2－①：2N2H4(g)＋N2O4(g)===3N2(g)＋4H2O(g)ΔH＝－1096.7kJ·mol－1。14
