专题十、原电池和电解池（附2019年高考真题训练）（冲刺2020高考化学---复习精品）

备战 2020 高考化学一轮基础知识点复习 专题十、电化学（原电池和电解池） 命题方向点播：电化学部分包含原电池和电解池两个部分，也是高中同学们感觉学起 来比较困难的知识点。该部分知识在高考时通常会结合氧化还原反应的运用以及 工艺生产实际应用来命题。纵观历年高考，原电池和电解池多以单选题的形式出 现，同时填空题中还会结合工艺流程，考察电极反应方程式书写等题型。该部分 考点约占 12 分。 基础知识点回顾 一、原电池 1、概念：把化学能直接转化为电能的装置叫做原电池。 2、装置：右图是铜锌原电池的装置图， 3、原电池的工作原理： 通过氧化还原反应（有电子的转移）把 化学能转变为电能。 4、化学电池的本质：氧化还原反应 5、构成原电池的条件： ①两个电极为导体且活泼性不同；较活泼金属做负极，较不活泼金属做正极 ②两个电极接触（导线连接或直接接触）； ③两个相互连接的电极插入电解质溶液构成闭合回路。 6、电极名称及发生的反应： 负极：较活泼的金属作负极，负极发生氧化反应， 电极反应式：较活泼金属－ne－＝金属阳离子 负极现象：负极溶解，负极质量减少。 正极：较不活泼的金属或石墨作正极，正极发生还原反应， 电极反应式：溶液中阳离子＋ne－＝单质 正极的现象：一般有气体放出或正极质量增加。 7、原电池正负极的判断方法： ①依据原电池两极的材料： 较活泼的金属作负极（K、Ca、Na 太活泼，不能作电极）； 较不活泼金属或可导电非金属（石墨）、氧化物（MnO2）等作正极。 ②根据电流方向或电子流向：(外电路)电流由正极流向负极；电子则由负极经 外电路流向原电池正极。 ③根据内电路离子的迁移方向：阳离子流向原电池正极，阴离子流向原电池负 极。 ④根据原电池中的反应类型： 负极：失电子，发生氧化反应，现象通常是电极本身消耗，质量减小。 正极：得电子，发生还原反应，现象是常伴随析出金属或放出 H2。 8、原电池电极反应的书写方法： ○1 原电池反应所依托的化学反应原理是氧化还原反应，负极是氧化反应，正极是还 原反应。因此书 书写电极反应的方法归纳如下： ①写出总反应方程式。 ②把总反应根据电子得失情况，分成氧化反应、还原反应。 ③氧化反应在负极，还原反应在正极，反应物和生成物对号入座，注意酸 碱介质和水等参与反应。 ○2 原电池的总反应式一般把正极和负极反应式相加而得。 二、电解池 1、电解池：把电能转化为化学能的装置。也叫电解槽。与原电池正相反。 2、电解：电流（外加直流电）通过电解质溶液而在阴阳两极引起氧化还原反应（被动 的不是自发的）的过程。 3、放电：当离子到达电极时，失去或获得电子，发生氧化还原反应的过程。 4、电子流向：从电源的负极沿着导线流入电解池的阴极，经过阴、阳离子定向运动， 形成的内回路，再从电解池的阳极流出，并沿导线流回电源的正极。 5、电解本质：电解质溶液的导电过程，就是电解质溶液的电解过程 6、电极名称及反应：  阳极：与直流电源的正极相连的电极，发生氧化反应  阴极：与直流电源的负极相连的电极，发生还原反应 电解 CuCl2 溶液的电极反应： 阳极：2Cl- －2e-＝Cl2 (氧化) ； 阴极：Cu2+＋2e-＝Cu(还原) ； 总反应式：CuCl2＝Cu+Cl2 ↑ 7、规律总结：电解反应离子方程式书写：先要看电极材料是惰性电极还是活性电极， 注意若阳极材料为活性电极（Fe、Cu)等金属，则阳极反应为电极材料失去电子， 变成离子进入溶液； 若为惰性材料，则根据阴阳离子的放电顺序，依据阳氧阴还的规律来书写电极反应式。 1)放电顺序：  阳离子放电顺序：  Ag+>Hg2+>Fe3+>Cu2+>H+(指酸电离的)>Pb2+>Sn2+>Fe2+>Zn2+>Al3+>Mg2+>Na+>Ca2+>K+  阴离子的放电顺序  是 惰 性 电 极 时 ： S2->I->Br->Cl->OH->NO3->SO42-( 等 含 氧 酸 根 离 子)>F-(SO32-/MnO4->OH-)，是活性电极时：电极本身溶解放电。  原电池和电解池的比较 装置 原电池 电解池 实例 原理 使氧化还原反应中电子作定向 移动，从而形成电流。这种把 化学能转变为电能的装置叫做 原电池。 使电流通过电解质溶液而在阴、阳两 极引起氧化还原反应的过程叫做电 解。这种把电能转变为化学能的装置 叫做电解池。 形成条件 ①电极：两种不同的导体相连； ②电解质溶液：能与电极反应。 ①电源； ②电极（惰性或非惰性）； ③电解质（水溶液或熔化态）。 反应类型 自发的氧化还原反应 非自发的氧化还原反应 电极名称 由电极本身性质决定： 正极：材料性质较不活泼的电 极； 负极：材料性质较活泼的电极。 由外电源决定： 阳极：连电源的正极； 阴极：连电源的负极； 电极反应 负极：Zn-2e-=Zn2+ （氧化反 应） 正极：2H++2e-=H2↑（还原反应） 阴极：Cu2+ +2e- = Cu （还原反应） 阳极：2Cl--2e-=Cl2↑ （氧化反应） 电子流向 负极→正极 电源负极→阴极；阳极→电源正极 电流方向 正极→负极 电源正极→阳极；阴极→电源负极 能量转化 化学能→电能 电能→化学能 应用 ①抗金属的电化腐蚀； ②实用电池。 ①电解食盐水（氯碱工业）；②电镀 （镀铜）；③电冶（冶炼 Na、Mg、 Al）；④精炼（精铜）。 专题训练十、电化学部分（原电池和电解池） 2019 高考真题汇编 考点 1 原电池 1.（2019 全国Ι）利用生物燃料电池原理研究室温下氨的合成,电池工作时 MV2+/MV+ 在电极与酶之间传递电子,示意图如图所示。下列说法错误的是（ ） A.相比现有工业合成氨,该方法条件温和, 同时还可提供电能 B.阴极区,在氢化酶作用下发生反应： H2+2MV2+ 2H++2MV+ C.正极区,固氮酶为催化剂,N2 发生还原反 应生成 NH3 D.电池工作时质子通过交换膜由负极区向正极区移动 2.（2019 浙江二诊）化学电源在日常生活和高科技领域中都有广泛应用。 下列说法不正确的是 A.甲：Zn2+向 Cu 电极方向移动,Cu 电极附近溶 液中 H+浓度增加 B.乙：正极的电极反应式为： Ag2O+2e-+H2O 2Ag+2OH- C.丙：锌筒作负极,发生氧化反应,锌筒会变薄 D.丁：使用一段时间后,电解质溶液的酸性减弱 考点 2 电解池和原电池 3. （2019全国卷Ⅲ）为提升电池循环效率和稳定性，科学家近期利用三维多孔海绵状 Zn（3D−Zn）可以高效沉积ZnO的特点，设计了采用强碱性电解质的3D−Zn—NiOOH 二次电池，结构如下图所示。 电池反应为Zn(s)+2NiOOH(s)+H2O(l) ZnO(s)+2Ni(OH)2(s)。 A．三维多孔海绵状Zn具有较高的表面积，所沉积的ZnO分散度高 B．充电时阳极反应为Ni(OH)2(s)+OH−(aq)−e− NiOOH(s)+H2O(l) C．放电时负极反应为Zn(s)+2OH−(aq)−2e− ZnO(s)+H2O(l) D．放电过程中 OH−通过隔膜从负极区移向正极区 4.（2019 天津理综）我国科学家研制了一种新型的高比能量锌-碘溴液流电池,其工作 原理示意图如图。图中贮液器可储存电解质溶液,提高电池的容量。下列叙述不 正确的是（ ） A.放电时,a 电极反应为： I2Br-+2e- 2I-+Br- B.放电时,溶液中离子的数目增大 C.充电时,b 电极每增重 0.65 g,溶液中有 0.02 mol I-被氧化 D.充电时,a 电极接外电源负极 →←放电 充电 考点 3 电化学腐蚀及金属保护 5.（2019 江苏，10,2 分）将铁粉和活性炭的混合物用 NaCl 溶液湿润后，置于如图所 示装置中，进行铁的电化学腐蚀实验。下列有关该实验的说法正确的是（ ） A.铁被氧化的电极反应式为 Fe-3e- Fe3+ B.铁腐蚀过程中化学能全部转化为电能 C.活性炭的存在会加速铁的腐蚀 D.以水代替 NaCl 溶液，铁不能发生吸氧腐蚀 考点 4 电解池 6.（2019 北京卷）可利用太阳能光伏电池电解水制高纯氢，工作示意图如图。通过控 制开关连接 K1 或 K2,可交替得到 H2 和 O2。 ① 制 H2 时,连接 。产生 H2 的电极反应式 是 。 ② ②改变开关连接方式,可得 O2。 ○3 结合①和②中电极 3 的电极反应式,说明电极 3 的作用： 。 参考答案及解析 参考答案： 1-5： B 、 A 、D 、 D 、 C 6、 ①K1(1 分) 2H2O+2e- H2+2OH-(2 分) ○3 制 H2 时，电极 3 发生反应：Ni(OH）2+OH--e- NiOOH+H2O。 制 O2 时，上述电极反应逆向进行，使电极 3 得以循环使用(3 分) 解析： 1. B。本题考查原电池工作原理，涉及酶的特性、电极反应式的书写和电解质中离子迁 移方向等知识，考查的核心素养是证据推理与模型认知、宏观辨识与微观探析。 由题图和题意知，电池总反应是 3H2+N2 2NH3。该合成氨反应在常温下进行，并 形成原电池产生电能，反应不需要高温、高压和催化剂，A 项正确；观察题图知， 左边电极发生氧化反应 MV+-e- MV2+,为负极，不是阴极，B 项错误；正极区 N2 在 固氮酶作用下发生还原反应生成 NH3，C 项正确；电池工作时，H+通过交换膜，由左 侧（负极区）向右侧（正极区）迁移，D 项正确。 2.A。本题以铜锌原电池，钮扣式银锌电池，锌锰干电池和铅蓄电池为背景考查原电池 的基本概念、工作原理以及电极反应式的书写。 铜锌原电池（电解质溶液为硫酸）中铜作正极，电极反应为2H++2e- H2↑，故铜 电极附近 H+浓度降低，A 项错误。 3.D 。本题考查新型电池的工作原理，考查的核心素养是证据推理与模型认知。 该电池采用的三维多孔海绵状 Zn 具有较大的表面积，可以高效沉积 ZnO，且所沉积 的 ZnO 分散度高，A 正确；根据题干中总反应可知该电池充电时，Ni(OH)2在 阳极发生氧化反应生成 NiOOH，其电极反应式为Ni(OH)2(s)+OH-(aq)－e- NiOOH(s)+H2O(l)，B 正确；放电时 Zn 在负极发生氧化反应生成 ZnO，电极反应式为 Zn(s)+2OH-(aq)－2e- ZnO(s)+H2O(l)，C 正确；电池放电过程中，OH-等阴离子 通过隔膜从正极区移向负极区，D 错误。 4.D.本题考查锌-碘溴液流电池的工作原理，考查的核心素养是证据推理与模型认知。 根据电池的工作原理示意图，可知放电时 a 电极上 I2Br-转化为 Br-和 I-，电极 反应为 I2Br-+2e- 2I-+ Br-，A 项正确；放电时正极区 I2Br-转化为 Br-和 I- ，负极区 Zn 转化为 Zn2+，溶液中离子的数目增大，B 项正确；充电时 b 电极发 生反应 Zn2++2e- Zn，b 电极增重 0.65 g 时，转移 002 mol e-，a 电极发生反 应 2I-+ Br--2e- I2Br-，根据各电极上转移电子数相同，则有 0.02 mol I-被 氧化，C 项正确；放电时 a 电极为正极，充电时，a 电极为阳极，接外电源正极，D 项错误。 5.C 。本题考查金属的电化学腐蚀，考查的核心素养是证据推理与模型认知。 A 项，铁和炭的混合物用 NaCl 溶液湿润后构成原电池，铁作负极，铁失去电子生 成 Fe2+，电极反应式为 Fe－2e- Fe2+，错误；B 项，铁腐蚀过程中化学能除 了转化为电能外，还可转化为热能等，错误；C 项，构成原电池后，铁腐蚀的速 率变快，正确；D 项，用水代替 NaCl 溶液，Fe 和炭也可以构成原电池，Fe 失去 电子，空气中的 O2 得到电子，铁发生吸氧腐蚀，错误。 6、①电解碱性电解液时，H2O 电离出的 H+在阴极得到电子产生 H2，根据题图可知电极 1 与电池负极连接，为阴极，所以制 H2 时，连接 K1，产生 H2 的电极反应式为 2H2O＋ 2e- H2↑＋2OH-。③制备 O2 时碱性电解液中的 OH-失去电子生成 O2，连接 K2，O2 在电极 2 上产生。连接 K1 时，电极 3 为电解池的阳极，Ni(OH)2 失去电子生成 NiOOH，电极反应式为 Ni(OH)2-e-+OH- NiOOH+H2O,连接 K2 时，电极 3 为电解池 的阴极，电极反应式为 NiOOH+e-＋H2O Ni(OH)2+OH-,使电极 3 得以循环使用。