电化学是历年高考的重要考点,分析2009年各地高考试题不难发现,电化学类试题在试卷中所占比重相对稳定,每一份试题中都有1～2道电化学类试题.现将2009年高考电化学类试题分类总结如下.
　　
　　一、可充电电池
　　
　　【例1】 (浙江理综第12题)市场上经常见到的标记为Li-ion的电池称为“锂离子电池”.它的负极材料是金属锂和碳的复合材料(碳作为金属锂的载体),电解质为一种能传导Li+的高分子材料.这种锂离子电池的电池反应为:Li+2Li0.35NiO2放电充电2Li0.85NiO2.下列说法不正确的是().
　　A.放电时,负极的电极反应式:Li-e-=Li+
　　B.充电时,Li0.85NiO2既发生氧化反应又发生还原反应
　　C.该电池不能用水溶液作为电解质
　　D.放电过程中Li+向负极移动
　　解析:根据锂离子电池的电池反应,放电时,负极发生氧化反应,电极反应式为:Li-e-=Li+;放电过程中Li+向正极移动(负极产生Li+);充电时,Li0.85NiO2变成Li和Li0.35NiO2,既发生氧化反应又发生还原反应;该电池中有Li,Li可以与水反应,所以不能用水溶液作为电解质.
　　答案:D
　　
　　二、燃料电池
　　
　　【例2】 (江苏化学第12题)以葡萄糖为燃料的微生物燃料电池结构示意图如下图所示.关于该电池的叙述正确的是().
　　A.该电池能够在高温下工作
　　B.电池的负极反应为:C6H12O6+6H2O-24e-=6CO2+24H+
　　C.放电过程中,H+从正极区向负极区迁移
　　D.在电池反应中,每消耗1mol氧气,理论上能生成标准状况下CO222.4/6L
　　解析:根据题意可知,该电池的总反应方程式为:C6H12O6+6O2=6CO2+6H2O,电池的负极反应为:C6H12O6+6H2O-24e-=6CO2+24H+,正极反应为:6O2+24H++24e-=12H2O,所以放电过程中H+从负极区向正极区迁移;在电池反应中,每消耗1mol氧气,理论上能生成标准状况下CO222.4L.
　　答案:B.
　　
　　三、一般电池
　　
　　【例3】 (山东理综第29题)Zn-MnO2干电池应用广泛,其电解质溶液是ZnCl2-NH4Cl混合溶液.
　　(1)该电池的负极材料是.电池工作时,电子流向(填“正极”或“负极”).
　　(2)若ZnCl2-NH4Cl混合溶液中含有杂质Cu2+,会加速某电极的腐蚀,其主要原因是.欲除去Cu2+,最好选用下列试剂中的(填代号).
　　a.NaOH b.Zn c.Fe d.NH3•H2O
　　(3)MnO2的生产方法之一是以石墨为电极,电解酸化的MnSO4溶液.阴极的电极反应式是.若电解电路中通过2mol电子,MnO2的理论产量为g.
　　解析:(1)根据原电池的工作原理,其活泼金属做负极,故负极材料是Zn;电子的流向与电流相反,故电子流向正极;(2)锌置换铜,铜锌形成原电池,加速了电极腐蚀;除去Cu2+时,最好选用金属锌,将其除去;(3)电解硫酸锰溶液时,溶液中的离子有:H+、OH-、Mn2+、SO2-4四种离子,Mn2+转化为MnO2时,化合价升高被氧化,是阳极产物,故其阴极电极反应式为:2H++2e-=H2↑,电解电路中通过2mol电子时,理论上恰好生成1molMnO2,质量为87g.
　　答案:(1)Zn(或锌) 正极;(2)锌与还原出的铜形成铜锌原电池而加快锌的腐蚀 b;(3)2H++2e-=H2↑ 87g.
　　
　　四、原电池原理的应用
　　
　　【例4】 (北京理综第6题)下列叙述不正确的是().
　　A.铁表面镀锌,铁作阳极
　　B.船底镶嵌锌块,锌作负极,以防船体被腐蚀
　　C.钢铁吸氧腐蚀的正极反应:O2+2H2O+4e-=4OH-
　　D.工业上电解饱和食盐水的阳极反应:2Cl--2e-=C12↑
　　解析:铁表面镀锌,应让铁作阴极,锌作阳极,含有Zn2+的溶液作电解质溶液,A不正确;船底镶嵌锌块,锌作负极,铁(船体)作正极,以防船体被腐蚀,B正确;钢铁吸氧腐蚀的正极反应:O2+2H2O+4e-=4OH-,C正确;工业上电解饱和食盐水的阳极反应:2Cl--2e-=C12↑,D正确.
　　答案:A
　　【例5】 (福建理综第11题)控制适合的条件,将反应2Fe3++2I-Fe2++I2设计成如下图所示的原电池.下列判断不正确的是().
　　A.反应开始时,乙中石墨电极上发生氧化反应
　　B.反应开始时,甲中石墨电极上Fe3+被还原
　　C.电流计读数为零时,反应达到化学平衡状态
　　D.电流计读数为零后,在甲中溶入FeCl2固体,乙中石墨电极为负极
　　解析:乙中I-失去电子放电,发生氧化反应,A正确;由总反应方程式知,Fe3+被还原成Fe2+,B正确;当电流计为零时,说明没有电子发生转移,反应达到平衡,C正确.甲中加入Fe2+,导致平衡逆向移动,则Fe2+失去电子生成Fe3+,甲中石墨电极作为负极,D错误.
　　答案:D
　　
　　五、电解原理的应用
　　
　　【例6】 (安徽理综第12题)Cu2O是一种半导体材料,基于绿色化学理念设计的制取Cu2O的电解池示意图如下,电解总反应为:2Cu+H2O通电Cu2O+H2↑.下列说法正确的是().
　　A.石墨电极上产生氢气
　　B.铜电极发生还原反应
　　C.铜电极接直流电源的负极
　　D.当有0.1mol电子转移时,有0.1molCu2O生成
　　解析:根据题给的电解总反应可知,Cu的化合价升高,失电子,被氧化,作电解池的阳极,接直流电源的正极,当有0.1mol电子转移时,有0.05molCu2O生成;石墨作阴极,电极上产生氢气.
　　答案:A
　　【例7】 (全国卷Ⅰ第28题)下图所示装置中,甲、乙、丙三个烧杯依次分别盛放100g5.00%的NaOH溶液、足量的CuSO4溶液和100g10.00%的K2SO4溶液,电极均为石墨电极.
　　(1)接通电源,经过一段时间后,测得丙中K2SO4浓度为10.47%,乙中c电极质量增加.据此回答问题:
　　①电源的N端为极;
　　②电极b上发生的电极反应为_____________________________;
　　③列式计算电极b上生成的气体在标准状况下的体积:_____________________________;
　　④电极c的质量变化是g;
　　⑤电解前后各溶液的酸、碱性大小是否发生变化,简述其原因:
　　甲溶液_____________________________;
　　乙溶液_____________________________;
　　丙溶液_____________________________;
　　(2)如果电解过程中铜全部析出,此时电解能否继续进行,为什么?_____________________________.
　　解析:甲、乙、丙是三個串联的电解装置,由于分别盛有NaOH溶液、CuSO4溶液和K2SO4溶液,所以甲、丙实为电解水,乙为电解CuSO4.由“c电极质量增加”知,c极反应为:Cu2++2e-=Cu,即c极为阴极,故M为负极,N为正极.电极b上发生的电极反应为:4OH--4e-=O2↑+2H2O,电极b上生成的气体为O2,电极c上析出金属Cu.电解前后,甲溶液电解水使NaOH溶液浓度增大,故碱性增强;乙溶液OH-放电,使溶液中H+浓度增大,故酸性增强;丙溶液K2SO4浓度增大不影响溶液的酸碱性,故酸、碱性不变.如果电解过程中铜全部析出,余下电解质为硫酸,故电解仍能继续进行.
　　答案:(1)①正;②4OH--4e-=O2↑+2H2O;③设电解一段时间后,甲、丙装置中均有xg水电解,则:100×10.00%=(100-x)×10.47%,得x=4.49g,即为0.25mol.再设电极b上生成的气体在标准状况下的体积为yL,
　　由:2H2O=2H2↑+O2↑
　　18g 22.4L
　　4.49g y
　　得y=5.6L
　　④增加32g;⑤碱性增强,因为电解水使NaOH溶液浓度增大 酸性增强,因为OH-放电,使溶液中H+浓度增大 不变,因为K2SO4浓度增大不影响溶液的酸碱性.
　　(2)能.铜全部析出后,余下电解质为硫酸,故电解仍能继续进行.
　　
　　六、电化学原理与化工生产相结合
　　
　　【例8】 (山东理综第31题)金属铝的生产是以Al2O3为原料,在熔融状态下进行电解:2Al2O3750-970℃通电,Na3AlF64Al+3O2↑,请回答下列问题:
　　(1)冰晶石(Na3AlF6)的作用是_____________________________.
　　(2)电解生成的金属铝是在熔融液的(填“上层”或“下层”).
　　(3)阴极和阳极均由材料做成;电解时所消耗的电极是(填“阳极”或“阴极”).
　　(4)铝是高耗能产品,废旧铝材的回收利用十分重要.在工业上,最能体现节能减排思想的是将回收铝做成(填代号).
　　a.冰晶石 b.氧化铝 c.铝锭 d.硫酸铝
　　解析:(1)冰晶石起到降低氧化铝熔点的作用;(2)熔融铝的密度大于氧化铝和冰晶石的熔融物,故其位于下层;(3)电解槽中的阴阳极材料均为碳素材料;由于阳极产生的氧气与阳极材料中的碳发生反应,故此阳极碳
　　块因不断地被消耗而需要定期更换;(4)回收铝直接做成铝锭,加以利用.
　　答案:(1)降低氧化铝熔点;(2)下层;(3)碳素 阳极;(4)c.
　　
　　七、原电池与电解综合
　　
　　【例9】 (四川理综第29题)新型锂离子电池在新能源的开发中占有重要地位.可用作节能环保电动汽车的动力电池.磷酸亚铁锂(LiFePO4)是新型锂离子电池的首选电极材料,它的制备方法如下:
　　方法一:将碳酸锂、乙酸亚铁[(CH3COO)2Fe]、磷酸二氢铵按一定比例混合,充分研磨后,在800℃左右、惰性气体氛围中煅烧制得晶态磷酸亚铁锂,同时生成的乙酸及其他产物均以气体逸出.
　　方法二:将一定浓度的磷酸二氢铵、氯化锂混合溶液作为电解液,以铁棒为阳极,石墨为阴极,电解析出磷酸亚铁锂沉淀.沉淀经过滤、洗涤、干燥,在800℃左右、惰性气体氛围中煅烧制得晶态磷酸亚铁锂.在锂离子电池中,需要一种有机聚合物作为正、负极之间锂离子迁移的介质,该有机聚合物的单体之一(用M表示)的结构简式如下:
　　CCH2CH3COOCH2CH2OCOOCH3
　　请回答下列问题:
　　(1)上述两种方法制备磷酸亚铁锂的过程都必须在惰性气体氛围中进行.其原因是_____________________________.
　　(2)在方法一所发生的反应中,除生成磷酸亚铁锂、乙酸外,还有、、(填化学式)生成.
　　(3)在方法二中,阳极生成磷酸亚铁锂的电极反应式为_____________________________.
　　(4)写出M与足量氢氧化钠溶液反应的化学方程式:_____________________________.
　　(5)已知该锂离子电池在充电过程中,阳极的磷酸亚铁锂生成磷酸铁,则该电池放电时正极的电极反应式为_____________________________.
　　解析:(1)因为制备的物质为亚铁化合物,高温下易被氧化,所以必须在惰性气体氛围中进行.(2)根据题意知,其他产物均为气体,结合所含元素可知还有CO2 、H2O、NH3生成.(3)结合题意可知在方法二中,阳极生成磷酸亚铁锂的电极反应式为:Fe+H2PO-4+Li+-2e-=LiFePO4+2H+.(4)根据M的结构简式可以看出,M为二元酯类,与足量氢氧化钠溶液发生酯类物质碱性条件下的水解反应,生成对应的醇和羧酸盐.(5)根据题意知该锂离子电池在充电过程中,阳极的磷酸亚铁锂生成磷酸铁,则该电池放电时正极的电极反应式应恰好相反:FePO4+Li++e-=LiFePO4.
　　答案:(1)为了防止亚铁化合物被氧化;
　　(2)CO2 H2O NH3;(3)Fe+H2PO-4+Li+-2e-=LiFePO4+2H+;
　　(4)CCH2CH3COOCH2CH2OCOOCH3+3NaOHCCH2CH3COONa+HOCH2CH2OH+Na2CO3+CH3OH;
　　(5)FePO4+Li++e-=LiFePO4.
　　(責任编辑 廖银燕)