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1、2022年高考化學二輪復習 專題18 電化學教案 電化學原理的分析和應用是高考的熱點。和2016年大綱相比，主要變化有：“理解原電池和電解池的構(gòu)成”，要求由“了解”提高為“理解”；“理解金屬發(fā)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”降低為“了解”。因此預測關于新型電源的工作原理分析、電極反應式的書寫仍會在高考中出現(xiàn)，必須高度關注。同樣電解原理及其應用也是高考的高頻考點，因其與氧化還原反應、離子反應，電解質(zhì)溶液、元素化合物性質(zhì)等知識聯(lián)系密切而成為高考的重點和熱點。由于電解原理在工業(yè)上的應用更加廣泛，預測2018年高考，仍會聯(lián)系化學工藝過程對電解原理的應用進行考查，以原電池和電解

2、池的工作原理為基點，考察新情境下化學電源的工作原理和電解原理的應用，應給予高度關注。 一、 電解原理 1．電解 使電流通過電解質(zhì)溶液(或熔融的電解質(zhì))而在陰、陽兩極引起氧化還原反應的過程。 2．電解池(也叫電解槽) (1)概念： 電解池是把電能轉(zhuǎn)變?yōu)榛瘜W能的裝置。 (2)構(gòu)成條件： ①有與電源相連的兩個電極。 ②電解質(zhì)溶液(或熔融鹽)。 ③形成閉合回路。 (3)電極名稱及電極反應式(如圖)： 總反應方程式：Cu2＋＋2Cl－Cu＋Cl2↑ (4)電子和離子移動方向： ①電子：從電源負極流向電解池的陰極；從電解池的陽極流向電源的正極。 ②離子：陽離子移向電解池的

3、陰極；陰離子移向電解池的陽極。 命題點1　電解方程式的書寫 1．方法步驟 (1)首先判斷陰、陽極，分析陽極材料是惰性電極還是活潑電極。 (2)再分析電解質(zhì)水溶液的組成，找全離子并分陰、陽兩組(勿忘水溶液中的H＋和OH－)。 (3)然后排出陰、陽兩極的放電順序。 陰極：陽離子放電順序：Ag＋>Fe3＋>Cu2＋>H＋(酸)>Fe2＋>Zn2＋>H＋(水)>Al3＋>Mg2＋>Na＋>Ca2＋>K＋(水溶液中Al3＋、Mg2＋、Na＋、Ca2＋、K＋不放電)。 陽極：活潑電極>S2－>I－>Br－>Cl－>OH－>含氧酸根離子(水溶液中含氧酸根離子不放電)。 (4)分析電極

4、反應，判斷電極產(chǎn)物，寫出電極反應式，要注意遵循原子守恒和電荷守恒。 (5)最后寫出電解反應的總化學方程式或離子方程式。 2．注意問題 (1)書寫電解池中電極反應式時，要以實際放電的離子表示，但書寫總電解反應方程式時，弱電解質(zhì)要寫成分子式。 (2)要確保兩極電子轉(zhuǎn)移數(shù)目相同，且注明條件“電解”。 (3)注意題目信息中提示的離子的放電，如電解法制取KMnO4等。 例1．按要求書寫有關的電極反應式及總方程式。 (1)用惰性電極電解AgNO3溶液： 陽極反應式：___________________________________________________________； 陰

5、極反應式：___________________________________________________________； 總反應離子方程式：_____________________________________________________。 (2)用惰性電極電解MgCl2溶液 陽極反應式：___________________________________________________________； 陰極反應式：___________________________________________________________； 總反應離子方程式：____

6、_________________________________________________。 (3)用鐵作電極電解NaCl溶液 陽極反應式：___________________________________________________________； 陰極反應式：___________________________________________________________； 總化學方程式：_________________________________________________________。 (4)用銅作電極電解鹽酸溶液 陽極反應式：_____

7、_____________________________________________________； 陰極反應式：___________________________________________________________； 總反應離子方程式：_____________________________________________________。 【答案】(1)4OH－－4e－===O2↑＋2H2O　　4Ag＋＋4e－===4Ag　　4Ag＋＋2H2O4Ag＋O2↑＋4H＋ (2)2Cl－－2e－===Cl2↑　　2H＋＋2e－===H2↑ Mg2＋＋2Cl－＋

8、2H2OMg(OH)2↓＋Cl2↑＋H2↑ (3)Fe－2e－===Fe2＋　　2H＋＋2e－===H2↑ Fe＋2H2OFe(OH)2↓＋H2↑ (4)Cu－2e－===Cu2＋　　2H＋＋2e－===H2↑ Cu＋2H＋Cu2＋＋H2↑ 例2．Ⅰ.以鋁材為陽極，在H2SO4溶液中電解，鋁材表面形成氧化膜，陽極電極反應式為_____________。 Ⅱ.用Al單質(zhì)作陽極，石墨作陰極，NaHCO3溶液作電解液進行電解，生成難溶物R，R受熱分解生成化合物Q。寫出陽極生成R的電極反應式：__________________________________________。 【答案】

9、Ⅰ.2Al－6e－＋3H2O===Al2O3＋6H＋ Ⅱ.Al＋3HCO－3e－===Al(OH)3＋3CO2↑ 命題點2　電解質(zhì)溶液的類型及規(guī)律 例3．如圖是電解飽和NaCl溶液的實驗裝置，其中c、d為石墨電極。則下列有關判斷中正確的是(　　) A．a(chǎn)為正極、b為負極 B．c為陰極、d為陽極 C．電解過程中，d電極質(zhì)量增加 D．電解過程中，氯離子濃度不變 【答案】A　 【解析】由電子流向可知，a為正極，b為負極，c為陽極，d為陰極，c極：2Cl－－2e－===Cl2↑；d極：2H＋＋2e－===H2↑，因此，B、C、D項均錯。 例4.以石墨為電極，電解KI溶液(其中含

10、有少量酚酞和淀粉)。下列說法錯誤的是(　　) A．陰極附近溶液呈紅色　　　 B．陰極逸出氣體 C．陽極附近溶液呈藍色 D．溶液的pH變小 【答案】D 【解析】以石墨為電極，電解KI溶液的方程式是2KI＋2H2O通電,I2＋H2↑＋2KOH。由于其中含有少量酚酞和淀粉，所以在陽極附近碘單質(zhì)遇淀粉，溶液變?yōu)樗{色；在陰極由于產(chǎn)生氫氣，溶液顯堿性，遇酚酞，溶液變?yōu)榧t色。因為產(chǎn)生了堿，溶液堿性增強，所以溶液的pH變大。因此選項是D。 例5．用惰性電極電解下列各組中的三種電解質(zhì)溶液，在電解的過程中，溶液的pH依次為升高、不變、降低的是(　　) A．AgNO3　　CuCl2　　Cu(NO3)

11、2 B．KCl　　Na2SO4　　CuSO4 C．CaCl2　　KOH　　NaNO3 D．HCl　　HNO3　　K2SO4 [方法技巧] 惰性電極電解電解質(zhì)溶液的四種類型 類型 電極反應特點 電解質(zhì) 溶液 電解 對象 電解質(zhì) 濃度 pH 電解質(zhì)溶 液復原 電解 水型 陰極： 4H＋＋4e－ ===2H2↑ 陽極：4OH－ －4e－=== 2H2O＋O2↑ 強堿(如 NaOH) 水 增大 增大 加水 含氧酸(如 H2SO4) 水 增大 減小 加水 活潑金屬 的含氧酸 鹽(如 Na2SO4) 水 增大 不變

12、 加水 電解電 解質(zhì)型 電解質(zhì)電離出的陰、陽離子分別在兩極放電 無氧酸 (如HCl) 電解質(zhì) 減小 增大 通入氯 化氫氣 體 不活潑金 屬的無氧 酸鹽(如 CuCl2) 電解質(zhì) 減小 － 加氯化 銅 放H2 生堿型 陰極：H2O放 H2生成堿 陽極：電解質(zhì) 陰離子放電 活潑金屬 的無氧酸 鹽(如 NaCl) 電解質(zhì) 和水 生成 新電 解質(zhì) 增大 通入氯 化氫氣 體 放O2 生酸型 陰極：電解質(zhì) 陽離子放電 陽極：H2O放 O2生成酸 不活潑金 屬的含氧 酸鹽(如 CuSO4) 電解質(zhì) 和水

13、生成 新電 解質(zhì) 減小 加氧化 銅 例6.電解裝置如圖所示，電解槽內(nèi)裝有KI及淀粉溶液，中間用陰離子交換膜隔開。在一定的電壓下通電，發(fā)現(xiàn)左側(cè)溶液變藍色，一段時間后，藍色逐漸變淺。 已知：3I2＋6OH－===IO＋5I－＋3H2O 下列說法不正確的是(　　) A．右側(cè)發(fā)生的電極反應式：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－ B．電解結(jié)束后，右側(cè)溶液中含有IO C．電解槽內(nèi)發(fā)生反應的總化學方程式：KI＋3H2OKIO3＋3H2↑ D．如果用陽離子交換膜代替陰離子交換膜，電解槽內(nèi)發(fā)生的總化學反應不變 【答案】D 例7．如下圖所示，x、y分別是直流電源的兩極，通電

14、后發(fā)現(xiàn)a極極板質(zhì)量增加，b極極板處有無色無味的氣體放出，符合這一情況的是(　　) a極板 b極板 x電極 z溶液 A 鋅 石墨 負極 CuSO4 B 石墨 石墨 負極 NaOH C 銀 鐵 正極 AgNO3 D 銅 石墨 負極 CuCl2 【答案】A 二 、 電解原理的應用 1．電解飽和食鹽水 (1)電極反應：陽極：2Cl－－2e－===Cl2↑(氧化反應) 陰極：2H＋＋2e－===H2↑(還原反應) (2)總反應方程式： 2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑ 離子方程式：2Cl－＋2H2O2OH－＋

15、H2↑＋Cl2↑ (3)應用：氯堿工業(yè)制燒堿、氯氣和氫氣。 2．電鍍和電解精煉銅 電鍍(Fe上鍍Cu) 電解精煉銅 陽極 電極材料 鍍層金屬銅 粗銅(含Zn、Fe、Ni、Ag、Au等雜質(zhì)) 電極反應 Cu－2e－ ===Cu2＋ Cu－2e－===Cu2＋ Zn－2e－===Zn2＋ Fe－2e－===Fe2＋ Ni－2e－===Ni2＋ 陰極 電極材料 待鍍金屬Fe 純銅 電極反應 Cu2＋＋2e－===Cu 電解質(zhì)溶液 含Cu2＋的鹽溶液 電解精煉銅時，粗銅中的Ag、Au等不反應，沉積在電解池底部形成陽極泥 3．電冶金 利用電解熔

16、融鹽的方法來冶煉活潑金屬Na、Ca、Mg、Al等。 總方程式 陽極、陰極反應式 冶煉鈉 2NaCl(熔融)2Na＋Cl2↑ 2Cl－－2e－===Cl2↑ 2Na＋＋2e－===2Na 冶煉鎂 MgCl2(熔融)Mg＋Cl2↑ 2Cl－－2e－===Cl2↑ Mg2＋＋2e－===Mg 冶煉鋁 2Al2O3(熔融)4Al＋3O2↑ 6O2－－12e－===3O2↑ 4Al3＋＋12e－===4Al 命題點1　電解原理在工業(yè)中的應用 例8．利用如圖所示裝置，當X、Y選用不同材料時，可將電解原理廣泛應用于工業(yè)生產(chǎn)。下列說法中正確的是(　　) A．氯堿工業(yè)中

17、，X、Y均為石墨，X附近能得到氫氧化鈉 B．銅的精煉中，X是純銅，Y是粗銅，Z是CuSO4 C．電鍍工業(yè)中，X是待鍍金屬，Y是鍍層金屬 D．外加電流的陰極保護法中，Y是待保護金屬 【答案】D 例9．電化學原理廣泛用于工業(yè)生產(chǎn)中，如有一種電化學凈水法的原理是：在電解過程中將低價金屬離子(如Co2＋)氧化成高價態(tài)的離子(Co3＋)，然后以此高價態(tài)的金屬離子作氧化劑把廢水中的有機物氧化成CO2而凈化。實驗室用如圖裝置模擬上述過程，下列說法正確的是(　　) A．電極a可以是石墨，電極b可以是銅 B．電解后陰極附近H＋濃度不變 C．Co3＋氧化甲醇的離子方程式為：6Co3＋＋CH3O

18、H＋H2O===CO2↑＋6Co2＋＋6H＋ D．當1 mol 甲醇被完全氧化時，陽極應該失去4 mol 電子 【答案】C 命題點2　電解原理在計算中的應用 根據(jù)電解原理進行的相關計算主要包括以下幾個方面，根據(jù)直流電源提供的電量求產(chǎn)物的量(析出固體的質(zhì)量、產(chǎn)生氣體的體積等)、溶液的pH、相對原子質(zhì)量或某元素的化合價、化學式等。具體解題方法主要有以下三種： 例10．將兩個鉑電極插入500 mL CuSO4溶液中進行電解，通電一定時間后，某一電極增重0.064 g(設電解時該電極無氫氣析出，且不考慮水解和溶液體積變化)，此時溶液中氫離子濃度約為(　　) A．4×10－3 mol/L

19、　　　　　　 B．2×10－3 mol/L C．1×10－3 mol/L D．1×10－7 mol/L 【答案】A 【解析】陰極反應：Cu2＋＋2e－===Cu，增重0.064 g應是Cu的質(zhì)量，設生成H＋的物質(zhì)的量為x，根據(jù)總反應方程式： 2Cu2＋＋2H2O 2Cu＋O2↑＋4H＋ 　　　　　　2×64 g　　　 4 mol 　　　　　　0.064 g　　　 x x＝0.002 mol c(H＋)＝＝4×10－3 mol/L。 例11.用惰性電極電解400 mL一定濃度的硫酸銅溶液(不考慮電解過程中溶液體積的變化)，通電一段時間后進行如下操作。 (

20、1)如果向所得的溶液中加入0.1 mol CuO后，使溶液恰好恢復到電解前的濃度和pH，電解過程中轉(zhuǎn)移的電子為________mol。 (2)如果向所得的溶液中加入0.1 mol Cu(OH)2后，使溶液恰好恢復到電解前的濃度和pH，電解過程中轉(zhuǎn)移的電子為________mol。 【答案】(1)0.2　(2)0.4 三、 原電池原理 1．概念 把化學能轉(zhuǎn)化為電能的裝置。 2．構(gòu)成條件 (1)有兩個活潑性不同的電極(常見為金屬或石墨)。 (2)將電極插入電解質(zhì)溶液中。 (3)兩電極間構(gòu)成閉合回路(兩電極接觸或用導線連接)。 (4)能自發(fā)發(fā)生氧化還原反應。 3．工作原理 如

21、圖是Cu-Zn原電池，請?zhí)羁眨? (1)反應原理： 電極名稱 負極 正極 電極材料 鋅片 銅片 電極反應 Zn－2e－===Zn2＋ Cu2＋＋2e－===Cu 反應類型 氧化反應 還原反應 (2)原電池中的三個方向： ①電子方向：從負極流出沿導線流入正極； ②電流方向：從正極沿導線流向負極； ③離子的遷移方向：電解質(zhì)溶液中，陰離子向負極遷移，陽離子向正極遷移。 (3)兩種裝置的比較： 裝置Ⅰ中還原劑Zn與氧化劑Cu2＋直接接觸，易造成能量損耗；裝置Ⅱ能避免能量損耗；裝置Ⅱ中鹽橋的作用是提供離子遷移通路，導電。 命題點1　與原電池原理有關的辨析

22、理解原電池的工作原理要注意的四點 (1)只有放熱的氧化還原反應才能通過設計成原電池將化學能轉(zhuǎn)化為電能。 (2)電解質(zhì)溶液中陰、陽離子的定向移動，與導線中電子的定向移動共同形成了一個完整的閉合回路。 (3)不論在原電池還是在電解池中，電子均不能通過電解質(zhì)溶液。 (4)原電池負極失去電子的總數(shù)等于正極得到電子的總數(shù)。 例12．在如圖所示的8個裝置中，屬于原電池的是(　　) A．①④　　　　　　　　 B．③④⑤ C．④⑧ D．②④⑥⑦ 解析：選D　根據(jù)原電池的構(gòu)成條件可知：①中只有一個電極，③中兩電極材料相同，⑤中酒精不是電解質(zhì)，⑧中兩電極材料相同且無閉合回路，故①③⑤⑧不能

23、構(gòu)成原電池。 例13.如圖，在盛有稀H2SO4的燒杯中放入用導線連接的電極X、Y，外電路中電子流向如圖所示，關于該裝置的下列說法正確的是(　　) A．外電路的電流方向為：X→外電路→Y B．若兩電極分別為鐵和碳棒，則X為碳棒，Y為鐵 C．X極上發(fā)生的是還原反應，Y極上發(fā)生的是氧化反應 D．若兩電極都是金屬，則它們的活動性強弱為X＞Y 【答案】D 命題點2　原電池正、負極的判斷及電極反應式的書寫 1．原電池正、負極的判斷方法 2. “三”步完勝電極反應式的書寫 例14.如圖是某同學設計的原電池裝置，下列敘述中正確的是(　　) A．電極Ⅰ上發(fā)生還原反應，作原電池的

24、負極 B．電極Ⅱ的電極反應式為Cu2＋＋2e－===Cu C．該原電池的總反應為2Fe3＋＋Cu===Cu2＋＋2Fe2＋ D．鹽橋中裝有含氯化鉀的瓊脂，其作用是傳遞電子 【答案】C 例15.一種基于酸性燃料電池原理設計的酒精檢測儀，負極上的反應為：CH3CH2OH－4e－＋H2O===CH3COOH＋4H＋。下列有關說法正確的是(　　) A．檢測時，電解質(zhì)溶液中的H＋向負極移動 B．若有0.4 mol電子轉(zhuǎn)移，則在標準狀況下消耗4.48 L氧氣 C．電池反應的化學方程式為CH3CH2OH＋O2===CH3COOH＋H2O D．正極上發(fā)生的反應是O2＋4e－＋2H2O===4

25、OH－ 【答案】C 【解析】電解質(zhì)溶液中陽離子應向正極移動，A項錯誤；酸性溶液中，正極電極反應式為O2＋4e－＋4H＋===2H2O，D項錯誤；結(jié)合正極反應式，轉(zhuǎn)移0.4 mol電子時，消耗O2 0.1 mol，其在標準狀況下的體積為2.24 L，B項錯誤；C項符合題目要求，正確。 命題點3　金屬的防護 例22．為了避免青銅器生成銅綠，以下方法正確的是(　　) A．將青銅器放在銀質(zhì)托盤上 B．將青銅器與直流電源的正極相連 C．將青銅器保存在潮濕的空氣中 D．在青銅器的表面覆蓋一層防滲的高分子膜 【答案】D 例23.下列敘述錯誤的是(　　) A．生鐵中含有碳，抗腐蝕能

26、力比純鐵弱 B．用錫焊接的鐵質(zhì)器件，焊接處易生銹 C．在鐵制品上鍍銅時，鍍件為陽極，銅鹽為電鍍液 D．鐵管上鑲嵌鋅塊，鐵管不易被腐蝕 【答案】C 【解析】A、B選項，都是原電池原理，鐵做負極，使鐵更易腐蝕；D是犧牲陽極的陰極保護法。 六、 原電池原理的四大應用 命題點1　比較金屬的活動性強弱 原電池中，一般活動性強的金屬作負極，而活動性弱的金屬(或非金屬)作正極。 如有兩種金屬A和B，用導線將A和B連接后，插入到稀硫酸中，一段時間后，若觀察到A溶解，而B上有氣體放出，則說明A作負極，B作正極，則可以判斷金屬活動性A＞B。 例24.有A、B、C、D、E五塊金屬片，進行如下實驗

27、：①A、B用導線相連后，同時浸入稀H2SO4中，A極為負極；②C、D用導線相連后，同時浸入稀H2SO4中，電流由D→導線→C；③A、C相連后，同時浸入稀H2SO4中，C極產(chǎn)生大量氣泡；④B、D相連后，同時浸入稀H2SO4中，D極發(fā)生氧化反應；⑤用惰性電極電解含B離子和E離子的溶液，E先析出。據(jù)此，判斷五種金屬的活動性順序是(　　) A．A＞B＞C＞D＞E　　　　　 B．A＞C＞D＞B＞E C．C＞A＞B＞D＞E D．B＞D＞C＞A＞E 【答案】B 【解析】金屬與稀H2SO4組成原電池，活潑金屬為負極，失去電子發(fā)生氧化反應，較不活潑的金屬為正極，H＋在正極電極表面得到電子生成H2，電

28、子流動方向由負極→正極，電流方向則由正極→負極。在題述原電池中，A—B原電池，A為負極；C—D原電池，C為負極；A—C原電池，A為負極；B—D原電池，D為負極；E先析出，E不活潑。綜上可知，金屬活動性：A＞C＞D＞B＞E。 命題點2　加快化學反應速率 由于形成了原電池，導致反應速率加快。如Zn與稀硫酸反應制氫氣時，可向溶液中滴加少量CuSO4溶液，形成Cu－Zn原電池，加快反應進行。 例25.將兩份過量的鋅粉a、b分別加入定量的稀硫酸，同時向a中加入少量的CuSO4溶液，產(chǎn)生H2的體積V(L)與時間t(min)的關系正確的是(　　) 【答案】B 【解析】加入CuSO4溶液，Z

29、n置換出Cu，形成原電池，加快反應速率，由于H2SO4定量，產(chǎn)生H2的體積一樣多。 例31．下圖所示裝置中，甲、乙、丙三個燒杯依次分別盛放100 g 5.00%的NaOH溶液、足量的CuSO4溶液和100 g 10.00%的K2SO4溶液，電極均為石墨電極。 (1)接通電源，經(jīng)過一段時間后，測得丙中K2SO4濃度為10.47%，乙中c電極質(zhì)量增加。據(jù)此回答問題： ①電源的N端為________極； ②電極b上發(fā)生的電極反應為______________________________________________； ③列式計算電極b上生成的氣體在標準狀況下的體積 _____

30、___________________________________________________________________； ④電極c的質(zhì)量變化是________g； ⑤電解前后各溶液的酸、堿性強弱是否發(fā)生變化，簡述其原因： 甲溶液_____________________________________________________________； 乙溶液_____________________________________________________________； 丙溶液_________________________________________

31、____________________。 (2)如果電解過程中銅全部析出，此時電解能否繼續(xù)進行，為什么？________________ _____________________________________________________________________________ 【答案】(1)①正?、?OH－－4e－===2H2O＋O2↑ ③丙中水減少的質(zhì)量：100 g×＝4.5 g，轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量：×2＝0.5 mol，生成O2的體積：×22.4 L/mol＝2.8 L?、?6 ⑤堿性增強，因為電解后，水量減少，溶液中NaOH濃度增大　酸性增強，因為電解后生成H2SO4，溶液中H＋濃度增大　酸堿性大小沒有變化，因為K2SO4是強酸強堿鹽，濃度增大不影響溶液的酸堿性 (2)能繼續(xù)進行，因為CuSO4溶液已轉(zhuǎn)變?yōu)镠2SO4溶液，反應也就變?yōu)樗碾娊夥磻?