电化学 讲义 2021届新高考化学二轮专题综合分析（题型分析+演练）

电化学 【命题解读】电化学基础是高考每年必考内容，主要题型是选择题，有时也会在非选择题中出现，选择题命制的角 度有电极反应式的正误判断与书写，电池反应式的书写，正负极的判断，电池充、放电时离子移动方向的判断，电 极附近离子浓度的变化，电解的应用与计算，金属的腐蚀与防护等。同时通过陌生化学电源的装置图，考查学生接 受、吸收、整合化学信息的能力（获得是什么电池，分属哪个电极，电极部分反应物和生成物，体系环境），也体 现了对“宏观辨识与微观探析”的学科核心素养考查。今后命题中依然会重视对电化学原理的理解和应用，注重试题 情景新颖、真实、陌生度，强化与氧化还原反应的综合。需要从提干找出电池哪一种，参与物、生成物又是谁，电 池中体系环境。各种“离子膜式”装置值得重视！膜的作用：主要是允许某种离子通过，其他物质不通过。 【知识归纳】 1.常见考点归纳 电极判断 负极：元素化合价升高或发生氧化反应的物质，“放电”时的负极 试题中有些时候会不 太严谨，负极区、正极 区对电解池电极的分 法。有时考电势高低。 正极：元素化合价降低或发生还原反应的物质，“放电”时的正极 阴极：元素化合价降低或发生还原反应的物质，“充电”时为阴极 阳极：元素化合价升高或发生氧化反应的物质，“充电”时为阳极 电子流向 （只沿导线） 原电池：负极→正极 电解池：电源负极→阴极，阳极→电源正极 离子流向 （电流） 原电池：阳离子移向正极，阴离子移向负极 有时会考电流计算，结合物理计算公式。 q=It 1mole-的电荷量 96500 库伦电解池：阳离子移向阴极，阴离子移向阳极 电极反应式 “放电”时依据条件，指出参与负极和正极反应的物质，根据化合价的变化，判断转移电子的数 目；根据守恒书写负极(或正极)反应式，特别应注意电极产物是否与电解质溶液共存 充电时的电极反应与放电时的电极反应过程相反，充电的阳极反应为放电时正极反应的逆过程， 充电的阴极反应为放电时负极反应的逆过程；倒过来书写时，电子在反应物位置。 计算 主要是根据电极反应计算生成物的生成量或反应物的消耗量。有时会结合 pH 值、物质的量等 概念的计算。计算核心思路：电路中任何部位转移的电荷量是相等的。 2．原电池、电解池的判断 根据下列题干的图像上信息或文字信息判断 原电池：自发反应、特活泼金属、负载、用电器、文字（电池工作时、微生物电池、放电） 电解池：电池图(-\电源)、不自发反应、文字（电渗析、电解、在直流电作用下、充电） 3．原电池中正负极的判断 依据 正负极判断 依据构成原电池两极的电极材料判断（特别活泼 金属如 K、Ca、Na、Li 可用） 一般是较活泼的金属为负极，活泼性较弱的金属或能导电的非金属 为正极 依据原电池两极发生的变化判断 原电池的负极发生氧化反应；正极发生还原反应；增重的是正极； 减轻的是负极；一般生成气体的正极，若负极生成考虑副反应。 如镁、铜、稀硫酸构成原电池，负极有气体生成，因镁与酸反应 依据电子流动方向或电流方向判断 电子由负极流向正极；电流由正极流向负极 依据原电池电解质溶液中离子的移动方向判断 阳离子向正极移动，阴离子向负极移动 依据原电池盐桥中离子的移动方向判断 阳离子向正极移动，阴离子向负极移动 盐桥中离子不与双液原电池中电解液反应 4．电解池中阴阳极的判断 依据 阴阳极判断 根据所连接的外加电源判断 与直流电源正极相连的为阳极，与直流电源负极相连的为阴极 根据电子流动方向判断 电子从电源负极流向阴极，从阳极流向电源正极 根据电解池电解质溶液中离子的移动方向判断 阳离子向阴极移动，阴离子向阳极移动 根据电解池两极产物判断 一般情况下：阴极上的现象是析出金属(质量增加)或有无色气 体(H2)放出；阳极上的现象是有非金属单质生成，呈气态的有 Cl2、O2 或电极质量减小(活性电极作阳极) 5．新型电池的电极反应式————————提供方程式、提供图像 提供方程式可以直接拆解成电极反应；提供图像需要查找相应电极的反应物和生成物，在根据体系环境、质量守恒 定律、电荷守恒定律确定添加的一些微粒，就可写出电极反应。 锌银电池 总反应：Ag2O＋Zn＋H2O 2Ag＋Zn(OH)2 正极： 1 Ag2O+2e-+H2O =2Ag +2OH- 阳极：2Ag +2OH—2e-= Ag2O+ H2O 负极： 1 Zn-2e-+2OH-=Zn(OH)2 阴极：Zn(OH)2+2e-= Zn+2OH- 锂离子电池 总反应：Li1－xCoO2＋LixC6 LiCoO2＋C6(x＜1) 正极：Li1－xCoO2+xe-+xLi+= LiCoO2 阳极：LiCoO2 - xe-= Li1－xCoO2+ xLi+ 负极： xLi-xe-=xLi+ 阴极：xLi++ xe-= xLi 电解 NO 制备 NH4NO3 阴极反应为：NO+5e-+6H+=NH4++H2O 阳极反应为：NO-3e-+2H20=NO3-+4H+ 总反应方程式为 8NO+7H2O 3NH4NO3+2HNO3 6．燃料电池的电极反应式(以 CH3OH 为例) 燃料电池多是固定的书写方式或者固定的方程，需要根绝电解液的情况确地书写情况。 电池类型 导电介质 反应式 酸性燃料电池 H＋ 总反应：2CH3OH＋3O2===2CO2↑＋4H2O 燃料完全燃烧 正极：O2＋4e－＋4H＋===2H2O 固定 负极：CH3OH－6e－＋H2O=== CO2↑＋6H＋ 总减正抵消氧 碱性燃料电池 OH－ 总反应：2CH3OH＋3O2＋4OH－===2CO2－ 3 ＋6H2O 燃烧反应 和 CO2+2OH-= CO2－ 3 +H20 相加和，抵消二氧化碳 正极：O2＋4e－＋2H2O===4OH－ 固定 负极：CH3OH－6e－＋8OH－=== CO2－ 3 ＋6H2O 总减正抵消氧 熔融碳酸盐燃料电池 CO2－ 3 总反应：2CH3OH＋3O2===2CO2↑＋4H2O 燃料完全燃烧 正极：O2＋4e－＋2CO2===2CO2－ 3 固定 负极：CH3OH－6e－＋3CO2－ 3 ===4CO2↑＋2H2O 总减正抵消氧 固态氧化物燃料电池（传导 氧负离子材料、熔融其他盐） O2－ 总反应：2CH3OH＋3O2===2CO2↑＋4H2O 燃料完全燃烧 正极：O2＋4e－===2O2－ 固定 负极：CH3OH－6e－＋3O2－===CO2↑＋2H2O 总减正抵消氧 质子交换膜燃料电池（传导 氢离子材料） H＋ 总反应：2CH3OH＋3O2===2CO2↑＋4H2O 燃料完全燃烧 正极：O2＋4e－＋4H＋===2H2O 固定 负极：CH3OH－6e－＋H2O=== CO2↑＋6H＋ 总减正抵消氧 类燃料电池 熔融 NaNO3 总反应：4NO2 + O2 = 2N2O5 与燃烧相似 正极：O2+4e-+2N2O5=4NO3- 负极：4NO2-4e-+4NO3-=4N2O5 总减正抵消氧 类燃料电池 浓硫酸 总反应：SO2+O2+H2O=H2SO4 与燃烧相似 正极：O2+4e-+4H+=2H20 负极：2SO2+4H2O-4e-=2SO42-+8H+ 总减正抵消氧 7.析氢腐蚀和吸氧腐蚀 类型 析氢腐蚀 吸氧腐蚀 条件 水膜呈酸性(酸雨) 水膜呈弱酸性或中性 正极反应 2H＋＋2e－===H2↑ O2＋2H2O＋4e－===4OH－ 负极反应 Fe－2e－===Fe2＋ 其他反应 Fe2＋＋2OH－===Fe(OH)2↓ 4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3 Fe(OH)3 失去部分水转化为铁锈 备注 吸氧腐蚀常见，析氢腐蚀、化学腐蚀不太常见 8.金属腐蚀的防护方法 （1）加防护层：如在金属表面加上油漆、搪瓷、沥青、塑料、橡胶等耐腐蚀的非金属材料；采用电镀或表面钝化 等方法在金属表面镀上一层不易被腐蚀的金属或生成一层致密的薄膜。 （2）电化学防护法：牺牲阳极的阴极保护法——原电池原理：正极为被保护的金属，负极为比被保护的金属活泼 的金属；外加电流的阴极保护法——电解池原理：阴极为被保护的金属，阳极为惰性电极。 9.电化学应用 A 电解饱和食盐水以制取烧碱、氯气和氢气。 B．电镀：应用电解原理在某些金属表面镀上一薄层其他金属或合金的方法。 （1）电极、电解质溶液的选择： 阳极：镀层金属，失去电子，成为离子进入溶液，电极反应：M— ne - ＝M n+。 阴极：待镀金属（镀件），溶液中的金属离子得到电子，成为金属原子，附着在表面，电极反应：M n+ + ne -＝ M。 电解质溶液： 含有镀层金属离子的溶液做电镀液。工作时浓度不变 镀铜反应原理： 阳极(纯铜)：Cu-2e-=Cu2+，阴极(镀件)：Cu2++2e-=Cu， 电解液：可溶性铜盐溶液，如 CuSO4 溶液， 无总反应。 （2）电镀应用之一：铜的精炼 阳极：主要反应 Cu-2e-=Cu2+（会有其他金属失去电子反应，不反应的金属以及其他杂质会沉在阳极底部，成为阳极 泥，可从中提炼出贵重金属） ； 阴极：Cu2++2e-=Cu； 电解质溶液：CuSO4 溶液（浓度会降低，需要补充） C．电冶金 （1）电冶金：使金属阳离子获得电子，从它们的化合物中还原出来。主要用于冶炼活泼金属，如钠、镁、钙等。 （2）电解氯化钠： 通电前，氯化钠高温下熔融：NaCl Na + + Cl- 通直流电后：阳极：2Cl﹣﹣2e﹣＝Cl2 ↑ 阴极：Na + +2e-= Na 10、解题思路 步骤一：分析题干信息确定研究的是原电池还是电解池 步骤二：确定原电池的正负极或电解池的阴阳极 步骤三：根据所学知识点解决选项，涉及计算时一定要牢记电路中任何位置通过的电荷量是相等的。 11、题型展示 (1)新型电池：试题提供为有机相电解液、含未知数物质、辅助载体、二次电池、生物电池等概念信息，展示试题与 生活的联系。试题多会提供图像、方程式等重点解题信息。 例 （贵阳市清华中学 2018 届高三 2 月月考）特斯拉全电动汽车使用的是钴酸锂(LiCoO2)电池，其工作原理如右 图，A 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。隔膜只允许 特定的离子通过，电池反应式 LixC6+Li1-xCoO2 C6+LiCoO2，下列说法不正确的是 A. 据题意分析可知该隔膜只允许 Li+通过，放电时 Li+从左边移向右边 B. 放电时，正极锂的化合价未发生改变 C. 废旧钴酸锂电池进行“放电处理”让 Li+进入石墨中而有利于回收 D. 充电时阳极的电极反应式为： LiCoO2-xe-=Li1-xCoO2+xLi+ 解析：电解质是能传导 Li+的高分子材料，所以隔膜只允许 Li+通过，根据图示，A 是负极，放电时 Li+从左边移向右 边，故 A 正确；放电时，正极 Co 元素化合价降低、锂的化合价未发生改变，故 B 正确；“放电处理”，Li+进入 Li1-xCoO2 中，故 C 错误；充电时阳极失电子发生氧化反应，电极反应式为： LiCoO2-xe-=Li1-xCoO2+xLi+，故 D 正确。 答案：C (2)电解工业技术：考查常见的电解反应和电解工业中应用。 例 高铁酸钠（Na2FeO4）是一种新型绿色水处理剂。工业上可用电解浓 NaOH 溶液制备 Na2FeO4，其工作原理如右图所 示，两端隔室中离子不能进入中间隔室。下列说法错误的是 A. 电解时，铜电极连接电源负极 B. 甲溶液可回用于该电解池 C. 离子交换膜 a 是阴离子交换膜 D. 阳极电极反应式：Fe-6e-+8OH-=FeO4 2-+4H2O 答案：C (3)腐蚀与防护：主要是腐蚀特点和防护措施。 例 (2020·模拟)氯盐可导致混凝土中的钢筋腐蚀。为防止混凝土中的钢筋腐蚀，可在混凝土表面敷置 一定电解质溶液并将惰性金属导电网浸泡其中，惰性金属导电网与钢筋分别连接外部直流电源从而除去 Cl－，装置 如图，下列说法错误的是( A ) A．钢筋接电源的正极 B．金属导电网上发生的电极反应为 2Cl－－2e－═══Cl2↑ C．混凝土中的钙离子向钢筋方向移动 D．电解一段时间后钢筋附近溶液的 pH 增大 【解析】 由 Cl－移动的方向可知钢筋接电源的负极，故 A 错误；金属导电网为阳极，发生的电极反应为 2Cl －－2e－═══Cl2↑，故 B 正确；混凝土一端为阴极，钙离子为阳离子，所以向钢筋方向移动，故 C 正确；钢筋附近 发生的电极反应为：2H2O＋2e－═══H2↑＋2OH－，所以电解一段时间后钢筋附近溶液的 pH 增大，故 D 正确。