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專題8 電化學 全國卷 年份 題號 考點分布 原電池 電解池 I 2018 11 ★ 27（3） ★ 2017 11 ★ 2016 27 ★ 11 ★ II 2018 12 ★ ★ 26（4） ★ 2017 27 ★ 11 ★ 2016 26 ★ 11 ★ III 2018 11 ★ ★ 27（3） ★ 2017 28 ★ 11 ★ ★ 2016 27 ★ 11 ★ ★ 北京卷 2018 12 ★ 天津卷 2018 10（3） ★ 江蘇卷 2018 10 ★ 從上表我們不難看出，電化學的考查仍是高考中的熱點問題。19年的高考中，一是對于電極反應式書寫的考查，二是可能以電化學在工農業(yè)等生產中的應用為情境，考查電化學原理及應用，并可能會涉及相關計算。 考點一 　電化學原理 1.原電池工作原理示意圖 2.電解池工作原理(陽極為惰性電極)示意圖 3.解答電化學問題注意“三看” 一看有無外接電源，有電源裝置為電解池，無電源裝置為原電池；二看電極，判斷陰陽極和正負極；三看電解質溶液。 【典例1】【2018全國1】最近我國科學家設計了一種CO2+H2S協(xié)同轉化裝置，實現(xiàn)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(qū)發(fā)生反應為： ①EDTA-Fe2+-e-＝EDTA-Fe3+ ②2EDTA-Fe3++H2S＝2H++S+2EDTA-Fe2+ 該裝置工作時，下列敘述錯誤的是 A. 陰極的電極反應：CO2+2H++2e-＝CO+H2O B. 協(xié)同轉化總反應：CO2+H2S＝CO+H2O+S C. 石墨烯上的電勢比ZnO石墨烯上的低 D. 若采用Fe3+/Fe2+取代EDTA-Fe3+/EDTA-Fe2+，溶液需為酸性 【答案】C B、根據(jù)石墨烯電極上發(fā)生的電極反應可知①+②即得到H2S－2e－＝2H＋+S，因此總反應式為CO2+H2S＝CO+H2O+S，B正確； C、石墨烯電極為陽極，與電源的正極相連，因此石墨烯上的電勢比ZnO石墨烯電極上的高，C錯誤； D、由于鐵離子、亞鐵離子均易水解，所以如果采用Fe3＋/Fe2＋取代EDTA-Fe3＋/EDTA-Fe2＋，溶液需要酸性，D正確。答案選C。 點睛：準確判斷出陰陽極是解答的關鍵，注意從元素化合價變化的角度去分析氧化反應和還原反應，進而得出陰陽極。電勢高低的判斷是解答的難點，注意從物理學的角度借助于陽極與電源的正極相連去分析。 【典例2】【2018天津】CO2是一種廉價的碳資源，其綜合利用具有重要意義?；卮鹣铝袉栴}： （3）O2輔助的Al～CO2電池工作原理如圖所示。該電池電容量大，能有效利用CO2，電池反應產物Al2(C2O4)3是重要的化工原料。 電池的負極反應式：________。 電池的正極反應式：6O2+6e?6O2? 6CO2+6O2?3C2O42? 反應過程中O2的作用是________。 該電池的總反應式：________。 【答案】Al–3e–=Al3+（或2Al–6e–=2Al3+） 催化劑 2Al+6CO2=Al2(C2O4)3 【解析】（3）明顯電池的負極為Al，所以反應一定是Al失電子，該電解質為氯化鋁離子液體，所以Al失電子應轉化為Al3+，方程式為：Al–3e–=Al3+（或2Al–6e–=2Al3+）。根據(jù)電池的正極反應，氧氣再第一步被消耗，又在第二步生成，所以氧氣為正極反應的催化劑。將方程式加和得到，總反應為：2Al+6CO2=Al2(C2O4)3。 【典例3】【2018江蘇】下列說法正確的是 A. 氫氧燃料電池放電時化學能全部轉化為電能 B. 反應4Fe(s)+3O2(g)2Fe2O3(s)常溫下可自發(fā)進行，該反應為吸熱反應 C. 3 mol H2與1 mol N2混合反應生成NH3，轉移電子的數(shù)目小于66.021023 D. 在酶催化淀粉水解反應中，溫度越高淀粉水解速率越快 【答案】C 詳解：A項，氫氧燃料電池放電時化學能不能全部轉化為電能，理論上能量轉化率高達85%~90%，A項錯誤；B項，反應4Fe（s）+3O2（g）=2Fe2O3（s）的ΔS0，該反應常溫下可自發(fā)進行，該反應為放熱反應，B項錯誤；C項，N2與H2的反應為可逆反應，3molH2與1molN2混合反應生成NH3，轉移電子數(shù)小于6mol，轉移電子數(shù)小于66.021023，C項正確；D項，酶是一類具有催化作用的蛋白質，酶的催化作用具有的特點是：條件溫和、不需加熱，具有高度的專一性、高效催化作用，溫度越高酶會發(fā)生變性，催化活性降低，淀粉水解速率減慢，D項錯誤；答案選C。 點睛：本題考查燃料電池中能量的轉化、化學反應自發(fā)性的判斷、可逆的氧化還原反應中轉移電子數(shù)的計算、蛋白質的變性和酶的催化特點。弄清化學反應中能量的轉化、化學反應自發(fā)性的判據(jù)、可逆反應的特點、蛋白質的性質和酶催化的特點是解題的關鍵。 【答題技法】 1.解答電化學原理的 一般思路: 2.電極判斷的“五”方法: 判斷依據(jù) 電極材料 電極反應 電子流向 離子移向 電極現(xiàn)象 原 電 池 負極 活潑金屬 氧化反應 流出 陰離子移向 電極質量減小 正極 不活潑金屬或非金屬 還原反應 流入 陽離子移向 電極增重或質量不變 電 解 池 陽極 與電源正極相連 氧化反應 流出 陰離子移向 電極溶解或pH增大 陰極 與電源負極相連 還原反應 流入 陽離子移向 電極增重或pH減小 考點二 電極反應式的書寫 1.“三步”突破原電池電極反應式的書寫: 2.電解池電極反應式的書寫模式: 【典例4】【2018全國1】焦亞硫酸鈉（Na2S2O5）在醫(yī)藥、橡膠、印染、食品等方面應用廣泛?；卮鹣铝袉栴}： （3）制備Na2S2O5也可采用三室膜電解技術，裝置如圖所示，其中SO2堿吸收液中含有NaHSO3和Na2SO3。陽極的電極反應式為_____________。電解后，__________室的NaHSO3濃度增加。將該室溶液進行結晶脫水，可得到Na2S2O5。 【答案】2H2O－4e－＝4H＋+O2↑ a 【典例5】【2018全國2】我國是世界上最早制得和使用金屬鋅的國家，一種以閃鋅礦（ZnS，含有SiO2和少量FeS、CdS、PbS雜質）為原料制備金屬鋅的流程如圖所示： 相關金屬離子[c0(Mn+)=0.1 molL-1]形成氫氧化物沉淀的pH范圍如下： 金屬離子 Fe3+ Fe2+ Zn2+ Cd2+ 開始沉淀的pH 1.5 6.3 6.2 7.4 沉淀完全的pH 2.8 8.3 8.2 9.4 （4）電解硫酸鋅溶液制備單質鋅時，陰極的電極反應式為______________；沉積鋅后的電解液可返回_______工序繼續(xù)使用。 【答案】Zn2++2e－Zn 溶浸 【解析】（4）電解硫酸鋅溶液制備單質鋅時，陰極發(fā)生得到電子的還原反應，因此陰極是鋅離子放電，則陰極的電極反應式為Zn2++2e－＝Zn；陽極是氫氧根放電，破壞水的電離平衡，產生氫離子，所以電解后還有硫酸產生，因此沉積鋅后的電解液可返回溶浸工序繼續(xù)使用。 【典例6】【2018全國3】KIO3是一種重要的無機化合物，可作為食鹽中的補碘劑?；卮鹣铝袉栴}： （3）KIO3也可采用“電解法”制備，裝置如圖所示。 ①寫出電解時陰極的電極反應式______。 ②電解過程中通過陽離子交換膜的離子主要為_________，其遷移方向是_____________。 ③與“電解法”相比，“KClO3氧化法”的主要不足之處有______________（寫出一點）。 【答案】2H2O+2e－2OH－+H2↑ K+ a到b 產生Cl2易污染環(huán)境等 考點三 　電化學綜合應用 一、電化學計算的基本方法和技巧： 原電池和電解池的計算包括兩極產物的定量計算、溶液pH的計算、相對原子質量和阿伏加德羅常數(shù)的計算、產物的量與電量關系的計算等。通常有下列三種方法： 1．根據(jù)電子守恒計算 用于串聯(lián)電路中陰陽兩極產物、正負兩極產物、相同電量等類型的計算，其依據(jù)是電路中轉移的電子數(shù)相等。 2．根據(jù)總反應式計算 先寫出電極反應式，再寫出總反應式，最后根據(jù)總反應式列出比例式計算。 3．根據(jù)關系式計算 根據(jù)得失電子守恒定律關系建立起已知量與未知量之間的橋梁，構建計算所需的關系式。 如以通過4 mol e－為橋梁可構建如下關系式： (式中M為金屬，n為其離子的化合價數(shù)值) 該關系式具有總攬電化學計算的作用和價值，熟記電極反應式，靈活運用關系式便能快速解答常見的電化學計算問題。 二、金屬腐蝕與防護的“兩種比較”、“兩種方法” 1．兩種比較 (1)析氫腐蝕和吸氧腐蝕的比較 類型 析氫腐蝕 吸氧腐蝕 條件 水膜呈酸性 水膜呈弱酸性或中性 正極反應 2H＋＋2e－===H2↑ O2＋2H2O＋4e－===4OH－ 負極反應 Fe－2e－===Fe2＋ 其他反應 Fe2＋＋2OH－===Fe(OH)2↓ 4Fe(OH)2＋O2＋2H2O=== 4Fe(OH)3 Fe(OH)3失去部分水轉化為鐵銹 (2)腐蝕快慢的比較 ①一般來說可用下列原則判斷：電解池原理引起的腐蝕>原電池原理引起的腐蝕>化學腐蝕>有防護措施的腐蝕； ②對同一金屬來說，腐蝕的快慢：強電解質溶液中>弱電解質溶液中>非電解質溶液中； ③活潑性不同的兩種金屬，活潑性差別越大，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，金屬腐蝕的速率越快。 2．兩種保護方法 (1)加防護層 如在金屬表面加上油漆、搪瓷、瀝青、塑料、橡膠等耐腐蝕的非金屬材料；采用電鍍或表面鈍化等方法在金屬表面鍍上一層不易被腐蝕的金屬或生成一層致密的薄膜。 (2)電化學防護 ①犧牲陽極的陰極保護法——原電池原理：正極為被保護的金屬，負極為比被保護的金屬活潑的金屬； ②外加電流的陰極保護法——電解原理：陰極為被保護的金屬，陽極為惰性電極。 三、電解池的“不尋?！睉? “六點”突破電解池 1．分清陰、陽極，與電源正極相連的為陽極，與電源負極相連的為陰極，兩極的反應為“陽氧陰還”。 2．剖析離子移向，陽離子移向陰極，陰離子移向陽極。 3．注意放電順序。 4．書寫電極反應式，注意得失電子守恒。 5．正確判斷產物。 (1)陽極產物的判斷首先看電極，如果是活性電極作陽極，則電極材料失電子，電極溶解(注意：鐵作陽極溶解生成Fe2＋，而不是Fe3＋)；如果是惰性電極，則需看溶液中陰離子的失電子能力，陰離子放電順序為S2－>I－>Br－>Cl－>OH－(水)。 (2)陰極產物的判斷直接根據(jù)陽離子的放電順序進行判斷： Ag＋>Hg2＋>Fe3＋>Cu2＋>H＋>Pb2＋>Fe2＋>Zn2＋>H＋(水) 6．恢復原態(tài)措施。 電解后有關電解質溶液恢復原態(tài)的問題應該用質量守恒法分析。一般是加入陽極產物和陰極產物的化合物，但也有特殊情況，如用惰性電極電解CuSO4溶液，Cu2＋完全放電之前，可加入CuO或CuCO3復原，而Cu2＋完全放電之后，應加入Cu(OH)2或Cu2(OH)2CO3復原。 【典例7】【2018全國2】我國科學家研發(fā)了一種室溫下“可呼吸”的Na—CO2二次電池。將NaClO4溶于有機溶劑作為電解液，鈉和負載碳納米管的鎳網(wǎng)分別作為電極材料，電池的總反應為：3CO2+4Na2Na2CO3+C。下列說法錯誤的是 A. 放電時，ClO4－向負極移動 B. 充電時釋放CO2，放電時吸收CO2 C. 放電時，正極反應為：3CO2+4e? ＝2CO32－+C D. 充電時，正極反應為：Na++e?＝Na 【答案】D 點睛：本題以我國科學家發(fā)表在化學頂級刊物上的“一種室溫下可呼吸的鈉、二氧化碳二次電池”為載體考查了原電池和電解池的工作原理，掌握原電池和電解池的工作原理是解答的關鍵，注意充電與發(fā)電關系的理解。本題很好的弘揚了社會主義核心價值觀個人層面的愛國精神，落實了立德樹人的教育根本任務。 【典例8】【2018全國3】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Li2O2-x（x=0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(qū)遷移 D. 充電時，電池總反應為Li2O2-x=2Li+（1－）O2 【答案】D 【解析】分析：本題考查的是電池的基本構造和原理，應該先根據(jù)題目敘述和對應的示意圖，判斷出電池的正負極，再根據(jù)正負極的反應要求進行電極反應方程式的書寫。 詳解： A．題目敘述為：放電時，O2與Li+在多孔碳電極處反應，說明電池內，Li+向多孔碳電極移動，因為陽離子移向正極，所以多孔碳電極為正極，選項A錯誤。 B．因為多孔碳電極為正極，外電路電子應該由鋰電極流向多孔碳電極（由負極流向正極），選項B錯誤。 C．充電和放電時電池中離子的移動方向應該相反，放電時，Li+向多孔碳電極移動，充電時向鋰電極移動，選項C錯誤。 D．根據(jù)圖示和上述分析，電池的正極反應應該是O2與Li+得電子轉化為Li2O2-X，電池的負極反應應該是單質Li失電子轉化為Li+，所以總反應為：2Li + (1－)O2 ＝ Li2O2-X，充電的反應與放電的反應相反，所以為Li2O2-X＝ 2Li + (1－)O2，選項D正確。 點睛：本題是比較典型的可充電電池問題。對于此類問題，還可以直接判斷反應的氧化劑和還原劑，進而判斷出電池的正負極。本題明顯是空氣中的氧氣得電子，所以通氧氣的為正極，單質鋰就一定為負極。放電時的電池反應，逆向反應就是充電的電池反應，注意：放電的負極，充電時應該為陰極；放電的正極充電時應該為陽極。 【典例9】【2018北京】驗證犧牲陽極的陰極保護法，實驗如下（燒杯內均為經(jīng)過酸化的3%NaCl溶液）。 ① ② ③ 在Fe表面生成藍色沉淀 試管內無明顯變化 試管內生成藍色沉淀 下列說法不正確的是 A. 對比②③，可以判定Zn保護了Fe B. 對比①②，K3[Fe(CN)6]可能將Fe氧化 C. 驗證Zn保護Fe時不能用①的方法 D. 將Zn換成Cu，用①的方法可判斷Fe比Cu活潑 【答案】D 【解析】分析：A項，對比②③，②Fe附近的溶液中加入K3[Fe（CN）6]無明顯變化，②Fe附近的溶液中 詳解：A項，對比②③，②Fe附近的溶液中加入K3[Fe（CN）6]無明顯變化，②Fe附近的溶液中不含F(xiàn)e2+，③Fe附近的溶液中加入K3[Fe（CN）6]產生藍色沉淀，③Fe附近的溶液中含F(xiàn)e2+，②中Fe被保護，A項正確；B項，①加入K3[Fe（CN）6]在Fe表面產生藍色沉淀，F(xiàn)e表面產生了Fe2+，對比①②的異同，①可能是K3[Fe（CN）6]將Fe氧化成Fe2+，B項正確；C項，對比①②，①加入K3[Fe（CN）6]在Fe表面產生藍色沉淀，①也能檢驗出Fe2+，不能用①的方法驗證Zn保護Fe，C項正確；D項，由實驗可知K3[Fe（CN）6]可能將Fe氧化成Fe2+，將Zn換成Cu不能用①的方法證明Fe比Cu活潑，D項錯誤；答案選D。 點睛：本題通過實驗驗證犧牲陽極的陰極保護法，考查Fe2+的檢驗、實驗方案的對比，解決本題的關鍵是用對比分析法。要注意操作條件的變化，如①中沒有取溶液，②中取出溶液，考慮Fe對實驗結果的影響。要證明Fe比Cu活潑，可用②的方法。