電化學原理及其應用【2019年高考考綱解讀】1了解原電池和電解池的工作原理，能寫出電極反應和電池反應方程式。了解常見化學電源的種類及其工作原理。2理解金屬發生電化學腐蝕的原因，金屬腐蝕的危害，防止金屬腐蝕的措施。【重點、難點剖析】一、原電池原理及電極反應式1一般電極反應式的書寫按照負極發生氧化反應，正極發生還原反應，判斷出電極反應產物，找出得失電子的數量。電極產物在電解質溶液的環境中，應能穩定存在，如堿性介質中生成的H應讓其結合OH生成水。電極反應式應根據電荷守恒和質量守恒、得失電子守恒等加以配平。2復雜電極反應式的書寫如CH4酸性燃料電池中CH42O2=CO22H2O總反應式2O28H8e=4H2O正極反應式CH42H2O8e=CO28H負極反應式二、電解原理及其規律1電解產物的判斷(1)陽極產物的判斷首先看電極，如果是活性電極(金屬活動性順序表Ag以前的金屬，包括Ag)作陽極，則電極材料本身失電子，電極溶解。如果是惰性電極，則看溶液中的陰離子的失電子能力，陰離子的放電順序為S2IBrClOH，其氧化產物依次對應為S、I2、Br2、Cl2和O2。(2)陰極產物的判斷直接根據陽離子放電順序(如下)進行判斷：AgFe3Cu2HPb2Sn2Fe2Zn2，其還原產物依次對應為Ag、Fe2、Cu、H2、Pb、Sn、Fe、Zn。2電化學定量計算的方法(1)根據總反應式計算。先寫出電極反應式，再寫出總反應式，然后根據總反應式列比例式計算。(2)守恒法計算。用于串聯電路，中電極反應物、產物及電子轉移的有關計算，其依據是電路中轉移的電子數守恒。三、金屬的腐蝕與防護1.吸氧腐蝕與析氫腐蝕(以鋼鐵為例)類型吸氧腐蝕析氫腐蝕條件水膜呈弱酸性或中性水膜呈酸性正極反應(C)O22H2O4e=4OH2H2e=H2負極反應(Fe)Fe2e=Fe2其他反應Fe22OH=Fe(OH)24Fe(OH)22H2OO2=4Fe(OH)3Fe(OH)3失去部分水轉化為鐵銹2.判斷金屬腐蝕快慢的規律(1)電解池原理引起的腐蝕原電池原理引起的腐蝕化學腐蝕有防腐蝕措施的腐蝕(電解原理的防護原電池原理的防護)。(2)對同一種金屬來說，腐蝕的快慢：強電解質溶液弱電解質溶液非電解質溶液。(3)活動性不同的兩金屬，活動性越大，腐蝕越快。(4)對同一種電解質溶液來說，電解質溶液濃度越大，腐蝕越快。【題型示例】題型一原電池、化學電源 例1(2018全國卷)一種可充電鋰空氣電池如圖所示。當電池放電時，O2與Li在多孔碳材料電極處生成Li2O2x(x0或1)。下列說法正確的是()A放電時，多孔碳材料電極為負極B放電時，外電路電子由多孔碳材料電極流向鋰電極C充電時，電解質溶液中Li向多孔碳材料區遷移D充電時，電池總反應為Li2O2x=2LiO2【答案】D【變式探究】 (2018全國卷)我國科學家研發了一種室溫下“可呼吸”的NaCO2二次電池。將NaClO4溶于有機溶劑作為電解液，鈉和負載碳鈉米管的鎳網分別作為電極材料，電池的總反應為3CO24Na2Na2CO3C。下列說法錯誤的是 ()A放電時，ClO向負極移動B充電時釋放CO2，放電時吸收CO2C放電時，正極反應為3CO24e=2COCD充電時，正極反應為Nae=Na【答案】D【解析】電池放電時，ClO向負極移動，A項正確；結合總反應可知放電時需吸收CO2，而充電時釋放出CO2，B項正確；放電時，正極CO2得電子被還原生成單質C，即電極反應式為3CO24e=2COC，C項正確；充電時陽極發生氧化反應，即C被氧化生成CO2，D項錯誤。 答案B【舉一反三】(2016課標全國，11)鋅空氣燃料電池可用作電動車動力電源，電池的電解質溶液為KOH溶液，反應為2ZnO24OH2H2O=2Zn(OH)。下列說法正確的是() A充電時，電解質溶液中K向陽極移動B充電時，電解質溶液中c(OH)逐漸減小C放電時，負極反應為：Zn4OH2e=Zn(OH)D放電時，電路中通過2 mol電子，消耗氧氣22.4 L(標準狀況)答案C【變式探究】 (2015天津理綜，4，6分)鋅銅原電池裝置如圖所示，其中陽離子交換膜只允許陽離子和水分子通過，下列有關敘述正確的是()A銅電極上發生氧化反應B電池工作一段時間后，甲池的c(SO)減小C電池工作一段時間后，乙池溶液的總質量增加D陰陽離子分別通過交換膜向負極和正極移動，保持溶液中電荷平衡解析A項，由鋅的活潑性大于銅，可知銅電極為正極，在正極上Cu2得電子發生還原反應生成Cu，錯誤；B項，由于陽離子交換膜只允許陽離子和水分子通過，故甲池的c(SO)不變，錯誤；C項，在乙池中Cu22e=Cu，同時甲池中的Zn2通過陽離子交換膜進入乙池中，則有Cu2Zn2，由于M(Zn2)M(Cu2)，故乙池溶液的總質量增加，正確；D項，陽離子交換膜只允許陽離子和水分子通過，電解過程中Zn2通過交換膜移向正極保持溶液中電荷平衡，陰離子是不能通過交換膜的，錯誤。 答案D 【方法技巧】四步解決新型化學電源問題1.判斷電池類型確認電池原理核實電子、離子移動方向。2.確定電池兩極判斷電子、離子移動方向書寫電極反應和電池反應。3.充電電池放電時為原電池失去電子的為負極反應。4.電極反應總反應離子方程式減去較簡單一極的電極反應式另一電極反應式。題型二電解原理及其應用 例2(2018全國卷)最近我國科學家設計了一種CO2H2S協同轉化裝置，實現對天然氣中CO2和H2S的高效去除。示意圖如圖所示，其中電極分別為ZnO石墨烯(石墨烯包裹的ZnO)和石墨烯，石墨烯電極區發生反應為：EDTAFe2e=EDTAFe32EDTAFe3H2S=2HS2EDTAFe2該裝置工作時，下列敘述錯誤的是()A陰極的電極反應：CO22H2e=COH2OB協同轉化總反應：CO2H2S=COH2OSC石墨烯上的電勢比ZnO石墨烯上的低D若采用Fe3/Fe2取代EDTAFe3/EDTAFe2，溶液需為酸性【答案】C【解析】陰極發生還原反應，氫離子由交換膜右側向左側遷移，陰極的電極反應式為CO22e2H=COH2O，A項正確；結合陽極區發生的反應，可知協同轉化總反應式為CO2H2S=SCOH2O，B項正確；石墨烯作陽極，其電勢高于ZnO石墨烯的，C項錯誤；Fe3、Fe2在堿性或中性介質中會生成沉淀，它們只穩定存在于酸性較強的介質中，D項正確。 作為陰極C陰極的電極反應式為： D硫酸根離子在電解過程中向陽極移動【答案】C 【舉一反三】(2016課標全國，11)三室式電滲析法處理含Na2SO4廢水的原理如圖所示，采用惰性電極，ab、cd均為離子交換膜，在直流電場的作用下，兩膜中間的Na和SO可通過離子交換膜，而兩端隔室中離子被阻擋不能進入中間隔室。下列敘述正確的是()A通電后中間隔室的SO離子向正極遷移，正極區溶液pH增大B該法在處理含Na2SO4廢水時可以得到NaOH和H2SO4產品C負極反應為2H2O4e=O24H，負極區溶液pH降低D當電路中通過1 mol電子的電量時，會有0.5 mol的O2生成答案B【舉一反三】(2016北京理綜，12)用石墨電極完成下列電解實驗。實驗一實驗二裝置現象a、d處試紙變藍；b處變紅，局部褪色；c處無明顯變化兩個石墨電極附近有氣泡產生；n處有氣泡產生；下列對實驗現象的解釋或推測不合理的是()Aa、d處：2H2O2e=H22OHBb處：2Cl2e=Cl2Cc處發生了反應：Fe2e=Fe2D根據實驗一的原理，實驗二中m處能析出銅答案B【變式探究】(2015福建理綜，11，6分)某模擬“人工樹葉”電化學實驗裝置如圖所示，該裝置能將H2O和CO2轉化為O2和燃料(C3H8O)。下列說法正確的是() A該裝置將化學能轉化為光能和電能B該裝置工作時，H從b極區向a極區遷移C每生成1 mol O2，有44 g CO2被還原Da 電極的反應為：3CO218H18e=C3H8O5H2O解析A項，該裝置是電解池，在電解和光的作用下H2O在光催化劑的表面轉化為O2和H，故該裝置是將電能和光能轉化為化學能，錯誤；B項，根據同種電荷相互排斥、異種電荷相互吸引的原則，該裝置工作時，H從陽極b極區向陰極a極區遷移，正確；C項，該電解池的總反應式為：6CO28H2O2C3H8O9O2。根據總反應方程式可知，每生成1 mol O2，有 mol CO2被還原，其質量為 g，錯誤；D項，a電極為陰極，發生還原反應，電極反應式為：3CO218H18e=C3H8O5H2O，錯誤。 答案B【變式探究】下列金屬防腐的措施中，使用外加電流的陰極保護法的是()A水中的鋼閘門連接電源的負極B金屬護欄表面涂漆C汽車底盤噴涂高分子D地下鋼管連接鎂塊解析B、C為加保護層保護法；D為原電池原理的犧牲陽極的陰極保護法。答案A 【變式探究】(2015重慶理綜，11，14分)我國古代青銅器工藝精湛，有很高的藝術價值和歷史價值。但出土的青銅器大多受到環境腐蝕，故對其進行修復和防護具有重要意義。(1)原子序數為29的銅元素位于元素周期表中第_周期。(2)某青銅器中Sn、Pb的質量分別為119 g、20.7 g，則該青銅器中Sn和Pb原子的數目之比為_。(3)研究發現，腐蝕嚴重的青銅器表面大都存在CuCl。關于CuCl在青銅器腐蝕過程中的催化作用，下列敘述正確的是_。A降低了反應的活化能 B增大了反應的速率C降低了反應的焓變 D增大了反應的平衡常數(4)采用“局部封閉法”可以防止青銅器進一步被腐蝕。如將糊狀Ag2O涂在被腐蝕部位，Ag2O與有害組分CuCl發生復分解反應，該化學方程式為_。(5)如圖為青銅器在潮濕環境中發生電化學腐蝕的原理示意圖。腐蝕過程中，負極是_(填圖中字母“a”或“b”或“c”)；環境中的Cl擴散到孔口，并與正極反應產物和負極反應產物作用生成多孔粉狀銹Cu2(OH)3Cl，其離子方程式為_；若生成4.29 g Cu2(OH)3Cl，則理論上耗氧體積為_L(標準狀況)。答案(1)四(2)101(3)A、B(4)