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通过2014年的高考试题可以看出,电化学的命题点侧重于考查大家对教材基础知识的综合应用能力,题型既源于教材,又高于教材。因此,我们在复习时,要明确教材的基础知识,准确把握电化学的高考命题点。
一、原电池原理的考查
例1 锂锰电池的体积小,性能优良,是常用的一次电池。该电池反应原理如图所示,其中电解质LiClO4溶于混合有机溶剂中,Li+通过电解质迁移入MnO2晶格中,生成LiMnO2。回答下列问题:
[A][a][b][Li][LiClO4][MnO2][混合有机溶剂]
(1)外电路的电流方向是由 极流向 极。(填字母)
(2)电池的正极反应式为 。
(3)是否可用水代替电池中的混合有机溶剂? (填“是”或“否”),原因是 。
解析 (1)结合所给装置图以及原电池反应原理,可知Li作负极材料,MnO2作正极材料,所以电子流向是从a→b,那么电流方向则是b→a。
(2)根据题目中的信息“电解质LiClO4溶于混合有机溶剂中,Li+通过电解质迁移入MnO2晶格中,生成LiMnO2”,所以正极的电极反应式MnO2+e-+Li+=LiMnO2。
(3)因为负极的电极材料Li是活泼的金属,能够与水发生反应,故不能用水代替电池中的混合有机溶剂。
二、二次电池知识的考查
例2 锂离子电池的总反应为LixC+Li1-xCoO2[放电充电]C+LiCoO2;锂硫电池的总反应2Li+S[放电充电]Li2S。有关上述两种电池说法正确的是( )
A.锂离子电池放电时, Li+向负极迁移
B.锂硫电池充电时,锂电极发生还原反应
C.理论上两种电池的比能量相同
D.下图表示用锂离子电池给锂硫电池充电
[C][S][LiCoO2][Li][电解质][电解质]
解析 锂离子电池工作时,阳离子(Li+)向正极迁移,A项错误。锂硫电池充电时,锂电极上发生Li+得电子生成Li的还原反应,B项正确。两种电池负极材料不同,故理论上两种电池的比能量不相同,C项错误。根据电池总反应知,生成碳的反应是氧化反应,因此碳电极作电池的负极;而锂硫电池中单质锂作电池的负极,给电池充电时,电池负极应接电源负极,即锂硫电池的锂电极应与锂离子电池的碳电极相连,D项错误。
答案 B
三、燃料电池的考查
例3 下列电池工作时,O2在正极放电的是( )
[\&\&\&\&A.锌锰电池\&B.氢燃料电池\&C.铅蓄电池\&D.镍镉电池\&]
解析 锌锰电池,Zn是负极,二氧化锰是正极,所以正极放电的物质是二氧化锰,A项错误。氢氧燃料电池中,通入氢气的一极为电源的负极,发生氧化反应;通入氧气的一极为原电池的正极,电子由负极经外电路流向正极,B项正确。铅蓄电池的负极为Pb,PbO2在正极放电,C项错误。镍镉电池负极为Ni,氧化铬在正极放电,D项错误。
四、电解原理的考查
例4 以石墨为电极,电解KI溶液(含有少量的酚酞和淀粉),下列说法错误的是( )
A. 阴极附近溶液呈红色
B. 阴极逸出气体
C. 阳极附近溶液呈蓝色
D. 溶液的pH变小
解析 以石墨为电极,电解KI溶液,发生的反应为2KI+2H2O[电解]2KOH+H2↑+I2(类似于电解饱和食盐水),阴极产物是H2和KOH,阳极产物是I2。由于溶液中含有少量的酚酞和淀粉,所以阳极附近的溶液会变蓝(淀粉遇碘变蓝),阴极附近的溶液会变红(溶液呈碱性),A、B、C项正确。由于电解产物有KOH生成,所以溶液的pH逐渐增大,D项错误。
五、原电池与电解池同图考查
例5 某同学组装了如图所示的电化学装置,电极Ⅰ为Al,其它均为Cu,则( )
[盐桥][A][Ⅰ][Ⅱ][Ⅲ][Ⅳ][Al3+][SO42-][SO42-][SO42-][Cu2+][Cu2+]
A.电流方向:电极Ⅳ→A→电极Ⅰ
B.电极Ⅰ发生还原反应
C.电极Ⅱ逐渐溶解
D.电极Ⅲ的电极反应:Cu2++2e-=Cu
解析 注意左边两个烧杯形成双桶原电池,最右边烧杯是电镀池。各电极名称依次是Ⅰ(负极)Ⅱ(正极)Ⅲ(阳极)Ⅳ(阴极)。电子从Ⅰ经A流向Ⅳ,电流方向相反,故A项正确。Al铝是金属失电子,还原剂发生氧化反应,B项错误。Ⅱ极上有铜析出,C项错误。Ⅲ阳极铜溶解,Ⅳ阴析铜析出,D项错误。
例6 如图,将铁棒和石墨棒插入盛有饱和NaCl溶液的U型管中,下列分析正确的是( )
[饱和NaCl溶液][C][Fe][K1][K2][G]
A.K1闭合,铁棒上发生的反应为2H++2e→H2↑
B.K1闭合,石墨棒周围溶液pH逐渐升高
C.K2闭合,铁棒不会被腐蚀,属于牺牲阳极的阴极保护法
D.K2闭合,电路中通过0.002NA个电子时,两极共产生0.001 mol气体 解析 K1闭合时,该装置构成了Fe—C—NaCl溶液的原电池,铁作负极,发生氧化反应,电极反应是2Fe-4e-=2Fe2+,A项错误。K1闭合时,石墨棒作正极,发生的电极反应式2H2O+O2+4e-=4OH-,故石墨棒周围溶液pH逐渐升高,B项正确。K2闭合时,该装置构成了Fe—C—外加电源的电解池,C作阳极,Fe作阴极而不被腐蚀,该方法称为外加电流的阴极保护法,C项错误。K2闭合时,阳极的电极反应式是2Cl--2e-=Cl2↑,阴极的电极反应式2H++2e-=H2↑,所以当电路中通过0.002NA个(相当于0.002 mol)电子时,生成H2和Cl2的物质的量均为0.001 mol,则两极共产生0.002 mol气体,D项错误。
六、电极反应式书写的考查
例7 将烧碱吸收H2S后的溶液加入到如图所示的电解池的阳极区进行电解。电解过程中阳极区发生如下反应:S2--2e-=S,(n-1)S+S2-=Sn2-。
[电极][电极][H2][阳离子交换膜][NaOH][Na2S]
(1)写出电解时阴极的电极反应式: 。
(2)电解后阳极区的溶液用稀硫酸酸化得到硫单质,其离子方程式可写成 。
解析 (1)溶液呈碱性,电解时水得到电子,阴极的电极反应式为:2H2O+2e-=H2+2OH-;(2)电解后阳极区的溶液用稀硫酸酸化得到硫单质,Sn2-+2H+=(n-1)S+H2S。
例8 PbO2可以通过石墨为电极、Pb(NO3)2和Cu(NO3)2的混合溶液为电解液电解制取。阳极发生的电极反应式为 。阴极上观察到的现象是 ;若电解液中不加入Cu(NO3)2,阴极发生的电极反应式为 ,这样做的主要缺点是 。
解析 电解池的阳极发生失电子反应(氧化反应),因为Pb2+→PbO2属于氧化反应,所以发生的电极反应为Pb2++2H2O-2e- =PbO2↓+4H+。由于Cu2+的放电能力强于Pb2+,故阴极上的电极反应为Cu2++2e-=Cu,则阴极产生的现象是石墨上包上铜镀层。若电解液中不加入Cu(NO3)2,阴极发生的电极反应式为Pb2++2e- =Pb↓,这样一来就不能有效利用Pb2+。
七、电化学综合性知识的考查
例9 用酸性FeCl3溶液脱除H2S后的废液,通过控制电压电解得以再生。某同学使用石墨电极,在不同电压(x)下电解pH=1的0.1 mol·L-1的FeCl2溶液,研究废液再生机理。记录如下(a、b、c代表电压数值):
[序号\&电压/V\&阳极现象\&检验阳极产物\&Ⅰ\&[x≥a]\&电极附近出现黄色,有气泡产生\&有Fe3+、有Cl2\&Ⅱ\&[a>x≥b]\&电极附近出现黄色,无气泡产生\&有Fe3+、无Cl2\&Ⅲ\&[b>x>0]\&无明显变化\&无Fe3+、无Cl2\&]
(1)Ⅰ中,Fe3+产生的原因可能是Cl-在阳极放电,生成的Cl2将Fe2+氧化。写出有关反应: 。
(2)由Ⅱ推测,Fe3+产生的原因还可能是Fe2+在阳极放电,原因是Fe2+具有 性。
(3)Ⅱ中虽未检验出Cl2,但Cl-在阳极是否放电仍需进一步验证。电解pH=1的NaCl溶液做对照实验,记录如下:
[序号\&电压/V\&阳极现象\&检验阳极产物\&Ⅳ\&[a>x≥c]\&无明显变化\&有Cl2\&Ⅴ\&[c>x≥b]\&无明显变化\&无Cl2\&]
①NaCl的浓度是 mol·L-1。
②Ⅳ中检测Cl2的实验方法 。
③与Ⅱ对比,得出的结论(写出两点): 。
解析 (1)在电解池中,氯离子在阳极放电:2Cl--2e-=Cl2↑,生成的Cl2能够与溶液中的Fe2+发生氧化还原反应:Cl2+2Fe2+=2Cl-+2Fe3+。
(2)阳极产物没有氯气,二价铁离子具有还原性,故可能是二价铁离子失电子变为三价铁离子,体现了其还原性。
(3)①根据对照实验,则需要Cl-浓度等于原FeCl2溶液中Cl-的浓度:0.1 mol·L-1×2=0.2 mol·L-1;②用湿润的淀粉碘化钾试纸来检验有无氯气,若试纸变蓝,说明有氯气生成;③与Ⅱ对比,电压较大时有Cl2产生,说明电压较大时Cl-放电;电压较小时没有Cl2产生,说明在电压较小的时候,Cl-没有放电,即Fe2+放电变为Fe3+,故放电顺序:Fe2+>Cl-。
综上所述,我们在电化学知识的复习中,要重视回归教材,扎实地复习基础知识,有效地训练书后习题,总结归纳解题方法,开拓思维,举一反三,突破电化学的高考命题点,提高综合知识的运用能力,活学活用。
一、原电池原理的考查
例1 锂锰电池的体积小,性能优良,是常用的一次电池。该电池反应原理如图所示,其中电解质LiClO4溶于混合有机溶剂中,Li+通过电解质迁移入MnO2晶格中,生成LiMnO2。回答下列问题:
[A][a][b][Li][LiClO4][MnO2][混合有机溶剂]
(1)外电路的电流方向是由 极流向 极。(填字母)
(2)电池的正极反应式为 。
(3)是否可用水代替电池中的混合有机溶剂? (填“是”或“否”),原因是 。
解析 (1)结合所给装置图以及原电池反应原理,可知Li作负极材料,MnO2作正极材料,所以电子流向是从a→b,那么电流方向则是b→a。
(2)根据题目中的信息“电解质LiClO4溶于混合有机溶剂中,Li+通过电解质迁移入MnO2晶格中,生成LiMnO2”,所以正极的电极反应式MnO2+e-+Li+=LiMnO2。
(3)因为负极的电极材料Li是活泼的金属,能够与水发生反应,故不能用水代替电池中的混合有机溶剂。
二、二次电池知识的考查
例2 锂离子电池的总反应为LixC+Li1-xCoO2[放电充电]C+LiCoO2;锂硫电池的总反应2Li+S[放电充电]Li2S。有关上述两种电池说法正确的是( )
A.锂离子电池放电时, Li+向负极迁移
B.锂硫电池充电时,锂电极发生还原反应
C.理论上两种电池的比能量相同
D.下图表示用锂离子电池给锂硫电池充电
[C][S][LiCoO2][Li][电解质][电解质]
解析 锂离子电池工作时,阳离子(Li+)向正极迁移,A项错误。锂硫电池充电时,锂电极上发生Li+得电子生成Li的还原反应,B项正确。两种电池负极材料不同,故理论上两种电池的比能量不相同,C项错误。根据电池总反应知,生成碳的反应是氧化反应,因此碳电极作电池的负极;而锂硫电池中单质锂作电池的负极,给电池充电时,电池负极应接电源负极,即锂硫电池的锂电极应与锂离子电池的碳电极相连,D项错误。
答案 B
三、燃料电池的考查
例3 下列电池工作时,O2在正极放电的是( )
[
解析 锌锰电池,Zn是负极,二氧化锰是正极,所以正极放电的物质是二氧化锰,A项错误。氢氧燃料电池中,通入氢气的一极为电源的负极,发生氧化反应;通入氧气的一极为原电池的正极,电子由负极经外电路流向正极,B项正确。铅蓄电池的负极为Pb,PbO2在正极放电,C项错误。镍镉电池负极为Ni,氧化铬在正极放电,D项错误。
四、电解原理的考查
例4 以石墨为电极,电解KI溶液(含有少量的酚酞和淀粉),下列说法错误的是( )
A. 阴极附近溶液呈红色
B. 阴极逸出气体
C. 阳极附近溶液呈蓝色
D. 溶液的pH变小
解析 以石墨为电极,电解KI溶液,发生的反应为2KI+2H2O[电解]2KOH+H2↑+I2(类似于电解饱和食盐水),阴极产物是H2和KOH,阳极产物是I2。由于溶液中含有少量的酚酞和淀粉,所以阳极附近的溶液会变蓝(淀粉遇碘变蓝),阴极附近的溶液会变红(溶液呈碱性),A、B、C项正确。由于电解产物有KOH生成,所以溶液的pH逐渐增大,D项错误。
五、原电池与电解池同图考查
例5 某同学组装了如图所示的电化学装置,电极Ⅰ为Al,其它均为Cu,则( )
A.电流方向:电极Ⅳ→A→电极Ⅰ
B.电极Ⅰ发生还原反应
C.电极Ⅱ逐渐溶解
D.电极Ⅲ的电极反应:Cu2++2e-=Cu
解析 注意左边两个烧杯形成双桶原电池,最右边烧杯是电镀池。各电极名称依次是Ⅰ(负极)Ⅱ(正极)Ⅲ(阳极)Ⅳ(阴极)。电子从Ⅰ经A流向Ⅳ,电流方向相反,故A项正确。Al铝是金属失电子,还原剂发生氧化反应,B项错误。Ⅱ极上有铜析出,C项错误。Ⅲ阳极铜溶解,Ⅳ阴析铜析出,D项错误。
例6 如图,将铁棒和石墨棒插入盛有饱和NaCl溶液的U型管中,下列分析正确的是( )
A.K1闭合,铁棒上发生的反应为2H++2e→H2↑
B.K1闭合,石墨棒周围溶液pH逐渐升高
C.K2闭合,铁棒不会被腐蚀,属于牺牲阳极的阴极保护法
D.K2闭合,电路中通过0.002NA个电子时,两极共产生0.001 mol气体 解析 K1闭合时,该装置构成了Fe—C—NaCl溶液的原电池,铁作负极,发生氧化反应,电极反应是2Fe-4e-=2Fe2+,A项错误。K1闭合时,石墨棒作正极,发生的电极反应式2H2O+O2+4e-=4OH-,故石墨棒周围溶液pH逐渐升高,B项正确。K2闭合时,该装置构成了Fe—C—外加电源的电解池,C作阳极,Fe作阴极而不被腐蚀,该方法称为外加电流的阴极保护法,C项错误。K2闭合时,阳极的电极反应式是2Cl--2e-=Cl2↑,阴极的电极反应式2H++2e-=H2↑,所以当电路中通过0.002NA个(相当于0.002 mol)电子时,生成H2和Cl2的物质的量均为0.001 mol,则两极共产生0.002 mol气体,D项错误。
六、电极反应式书写的考查
例7 将烧碱吸收H2S后的溶液加入到如图所示的电解池的阳极区进行电解。电解过程中阳极区发生如下反应:S2--2e-=S,(n-1)S+S2-=Sn2-。
(1)写出电解时阴极的电极反应式: 。
(2)电解后阳极区的溶液用稀硫酸酸化得到硫单质,其离子方程式可写成 。
解析 (1)溶液呈碱性,电解时水得到电子,阴极的电极反应式为:2H2O+2e-=H2+2OH-;(2)电解后阳极区的溶液用稀硫酸酸化得到硫单质,Sn2-+2H+=(n-1)S+H2S。
例8 PbO2可以通过石墨为电极、Pb(NO3)2和Cu(NO3)2的混合溶液为电解液电解制取。阳极发生的电极反应式为 。阴极上观察到的现象是 ;若电解液中不加入Cu(NO3)2,阴极发生的电极反应式为 ,这样做的主要缺点是 。
解析 电解池的阳极发生失电子反应(氧化反应),因为Pb2+→PbO2属于氧化反应,所以发生的电极反应为Pb2++2H2O-2e- =PbO2↓+4H+。由于Cu2+的放电能力强于Pb2+,故阴极上的电极反应为Cu2++2e-=Cu,则阴极产生的现象是石墨上包上铜镀层。若电解液中不加入Cu(NO3)2,阴极发生的电极反应式为Pb2++2e- =Pb↓,这样一来就不能有效利用Pb2+。
七、电化学综合性知识的考查
例9 用酸性FeCl3溶液脱除H2S后的废液,通过控制电压电解得以再生。某同学使用石墨电极,在不同电压(x)下电解pH=1的0.1 mol·L-1的FeCl2溶液,研究废液再生机理。记录如下(a、b、c代表电压数值):
[序号\&电压/V\&阳极现象\&检验阳极产物\&Ⅰ\&[x≥a]\&电极附近出现黄色,有气泡产生\&有Fe3+、有Cl2\&Ⅱ\&[a>x≥b]\&电极附近出现黄色,无气泡产生\&有Fe3+、无Cl2\&Ⅲ\&[b>x>0]\&无明显变化\&无Fe3+、无Cl2\&]
(1)Ⅰ中,Fe3+产生的原因可能是Cl-在阳极放电,生成的Cl2将Fe2+氧化。写出有关反应: 。
(2)由Ⅱ推测,Fe3+产生的原因还可能是Fe2+在阳极放电,原因是Fe2+具有 性。
(3)Ⅱ中虽未检验出Cl2,但Cl-在阳极是否放电仍需进一步验证。电解pH=1的NaCl溶液做对照实验,记录如下:
[序号\&电压/V\&阳极现象\&检验阳极产物\&Ⅳ\&[a>x≥c]\&无明显变化\&有Cl2\&Ⅴ\&[c>x≥b]\&无明显变化\&无Cl2\&]
①NaCl的浓度是 mol·L-1。
②Ⅳ中检测Cl2的实验方法 。
③与Ⅱ对比,得出的结论(写出两点): 。
解析 (1)在电解池中,氯离子在阳极放电:2Cl--2e-=Cl2↑,生成的Cl2能够与溶液中的Fe2+发生氧化还原反应:Cl2+2Fe2+=2Cl-+2Fe3+。
(2)阳极产物没有氯气,二价铁离子具有还原性,故可能是二价铁离子失电子变为三价铁离子,体现了其还原性。
(3)①根据对照实验,则需要Cl-浓度等于原FeCl2溶液中Cl-的浓度:0.1 mol·L-1×2=0.2 mol·L-1;②用湿润的淀粉碘化钾试纸来检验有无氯气,若试纸变蓝,说明有氯气生成;③与Ⅱ对比,电压较大时有Cl2产生,说明电压较大时Cl-放电;电压较小时没有Cl2产生,说明在电压较小的时候,Cl-没有放电,即Fe2+放电变为Fe3+,故放电顺序:Fe2+>Cl-。
综上所述,我们在电化学知识的复习中,要重视回归教材,扎实地复习基础知识,有效地训练书后习题,总结归纳解题方法,开拓思维,举一反三,突破电化学的高考命题点,提高综合知识的运用能力,活学活用。