2019年高考化學(xué)命題熱點提分攻略 專題08 電化學(xué)難點突破學(xué)案.doc

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專題8 電化學(xué) 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(xué)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(yīng)式書寫的考查，二是可能以電化學(xué)在工農(nóng)業(yè)等生產(chǎn)中的應(yīng)用為情境，考查電化學(xué)原理及應(yīng)用，并可能會涉及相關(guān)計算。 考點一 　電化學(xué)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(xué)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(fù)極；三看電解質(zhì)溶液。 【典例1】【2018全國1】最近我國科學(xué)家設(shè)計了一種CO2+H2S協(xié)同轉(zhuǎn)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(yīng)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(yīng)：CO2+2H++2e-＝CO+H2O B. 協(xié)同轉(zhuǎn)化總反應(yīng)：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(yīng)可知①+②即得到H2S－2e－＝2H＋+S，因此總反應(yīng)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(zhǔn)確判斷出陰陽極是解答的關(guān)鍵，注意從元素化合價變化的角度去分析氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)，進(jìn)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(xué)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(yīng)產(chǎn)物Al2(C2O4)3是重要的化工原料。 電池的負(fù)極反應(yīng)式：________。 電池的正極反應(yīng)式：6O2+6e?6O2? 6CO2+6O2?3C2O42? 反應(yīng)過程中O2的作用是________。 該電池的總反應(yīng)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(fù)極為Al，所以反應(yīng)一定是Al失電子，該電解質(zhì)為氯化鋁離子液體，所以Al失電子應(yīng)轉(zhuǎn)化為Al3+，方程式為：Al–3e–=Al3+（或2Al–6e–=2Al3+）。根據(jù)電池的正極反應(yīng)，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(yīng)的催化劑。將方程式加和得到，總反應(yīng)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(xué)能全部轉(zhuǎn)化為電能 B. 反應(yīng)4Fe(s)+3O2(g)2Fe2O3(s)常溫下可自發(fā)進(jìn)行，該反應(yīng)為吸熱反應(yīng) C. 3 mol H2與1 mol N2混合反應(yīng)生成NH3，轉(zhuǎn)移電子的數(shù)目小于66.021023 D. 在酶催化淀粉水解反應(yīng)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(xué)能不能全部轉(zhuǎn)化為電能，理論上能量轉(zhuǎn)化率高達(dá)85%~90%，A項錯誤；B項，反應(yīng)4Fe（s）+3O2（g）=2Fe2O3（s）的ΔS0，該反應(yīng)常溫下可自發(fā)進(jìn)行，該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，B項錯誤；C項，N2與H2的反應(yīng)為可逆反應(yīng)，3molH2與1molN2混合反應(yīng)生成NH3，轉(zhuǎn)移電子數(shù)小于6mol，轉(zhuǎn)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(zhì)，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(zhuǎn)化、化學(xué)反應(yīng)自發(fā)性的判斷、可逆的氧化還原反應(yīng)中轉(zhuǎn)移電子數(shù)的計算、蛋白質(zhì)的變性和酶的催化特點。弄清化學(xué)反應(yīng)中能量的轉(zhuǎn)化、化學(xué)反應(yīng)自發(fā)性的判據(jù)、可逆反應(yīng)的特點、蛋白質(zhì)的性質(zhì)和酶催化的特點是解題的關(guān)鍵。 【答題技法】 1.解答電化學(xué)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(yīng) 電子流向 離子移向 電極現(xiàn)象 原 電 池 負(fù)極 活潑金屬 氧化反應(yīng) 流出 陰離子移向 電極質(zhì)量減小 正極 不活潑金屬或非金屬 還原反應(yīng) 流入 陽離子移向 電極增重或質(zhì)量不變 電 解 池 陽極 與電源正極相連 氧化反應(yīng) 流出 陰離子移向 電極溶解或pH增大 陰極 與電源負(fù)極相連 還原反應(yīng) 流入 陽離子移向 電極增重或pH減小 考點二 電極反應(yīng)式的書寫 1.“三步”突破原電池電極反應(yīng)式的書寫: 2.電解池電極反應(yīng)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(yīng)用廣泛?；卮鹣铝袉栴}： （3）制備Na2S2O5也可采用三室膜電解技術(shù)，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(yīng)式為_____________。電解后，__________室的NaHSO3濃度增加。將該室溶液進(jìn)行結(jié)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(zhì)）為原料制備金屬鋅的流程如圖所示： 相關(guān)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(zhì)鋅時，陰極的電極反應(yīng)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(zhì)鋅時，陰極發(fā)生得到電子的還原反應(yīng)，因此陰極是鋅離子放電，則陰極的電極反應(yīng)式為Zn2++2e－＝Zn；陽極是氫氧根放電，破壞水的電離平衡，產(chǎn)生氫離子，所以電解后還有硫酸產(chǎn)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(jī)化合物，可作為食鹽中的補(bǔ)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(yīng)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(chǎn)生Cl2易污染環(huán)境等 考點三 　電化學(xué)綜合應(yīng)用 一、電化學(xué)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(chǎn)物的定量計算、溶液pH的計算、相對原子質(zhì)量和阿伏加德羅常數(shù)的計算、產(chǎn)物的量與電量關(guān)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(chǎn)物、正負(fù)兩極產(chǎn)物、相同電量等類型的計算，其依據(jù)是電路中轉(zhuǎn)移的電子數(shù)相等。 2．根據(jù)總反應(yīng)式計算 先寫出電極反應(yīng)式，再寫出總反應(yīng)式，最后根據(jù)總反應(yīng)式列出比例式計算。 3．根據(jù)關(guān)系式計算 根據(jù)得失電子守恒定律關(guān)系建立起已知量與未知量之間的橋梁，構(gòu)建計算所需的關(guān)系式。 如以通過4 mol e－為橋梁可構(gòu)建如下關(guān)系式： (式中M為金屬，n為其離子的化合價數(shù)值) 該關(guān)系式具有總攬電化學(xué)計算的作用和價值，熟記電極反應(yīng)式，靈活運(yùn)用關(guān)系式便能快速解答常見的電化學(xué)計算問題。 二、金屬腐蝕與防護(hù)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(yīng) 2H＋＋2e－===H2↑ O2＋2H2O＋4e－===4OH－ 負(fù)極反應(yīng) Fe－2e－===Fe2＋ 其他反應(yīng) Fe2＋＋2OH－===Fe(OH)2↓ 4Fe(OH)2＋O2＋2H2O=== 4Fe(OH)3 Fe(OH)3失去部分水轉(zhuǎn)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(xué)腐蝕>有防護(hù)措施的腐蝕； ②對同一金屬來說，腐蝕的快慢：強(qiáng)電解質(zhì)溶液中>弱電解質(zhì)溶液中>非電解質(zhì)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(zhì)溶液來說，電解質(zhì)溶液濃度越大，金屬腐蝕的速率越快。 2．兩種保護(hù)方法 (1)加防護(hù)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(xué)防護(hù) ①犧牲陽極的陰極保護(hù)法——原電池原理：正極為被保護(hù)的金屬，負(fù)極為比被保護(hù)的金屬活潑的金屬； ②外加電流的陰極保護(hù)法——電解原理：陰極為被保護(hù)的金屬，陽極為惰性電極。 三、電解池的“不尋?！睉?yīng)用 “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(fù)極相連的為陰極，兩極的反應(yīng)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(yīng)式，注意得失電子守恒。 5．正確判斷產(chǎn)物。 (1)陽極產(chǎn)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(chǎn)物的判斷直接根據(jù)陽離子的放電順序進(jìn)行判斷： Ag＋>Hg2＋>Fe3＋>Cu2＋>H＋>Pb2＋>Fe2＋>Zn2＋>H＋(水) 6．恢復(fù)原態(tài)措施。 電解后有關(guān)電解質(zhì)溶液恢復(fù)原態(tài)的問題應(yīng)該用質(zhì)量守恒法分析。一般是加入陽極產(chǎn)物和陰極產(chǎn)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(fù)原，而Cu2＋完全放電之后，應(yīng)加入Cu(OH)2或Cu2(OH)2CO3復(fù)原。 【典例7】【2018全國2】我國科學(xué)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(jī)溶劑作為電解液，鈉和負(fù)載碳納米管的鎳網(wǎng)分別作為電極材料，電池的總反應(yīng)為：3CO2+4Na2Na2CO3+C。下列說法錯誤的是 A. 放電時，ClO4－向負(fù)極移動 B. 充電時釋放CO2，放電時吸收CO2 C. 放電時，正極反應(yīng)為：3CO2+4e? ＝2CO32－+C D. 充電時，正極反應(yīng)為：Na++e?＝Na 【答案】D 點睛：本題以我國科學(xué)家發(fā)表在化學(xué)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(guān)鍵，注意充電與發(fā)電關(guān)系的理解。本題很好的弘揚(yáng)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(wù)。 【典例8】【2018全國3】一種可充電鋰-空氣電池如圖所示。當(dāng)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(fù)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(zhì)溶液中Li+向多孔碳材料區(qū)遷移 D. 充電時，電池總反應(yīng)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(gòu)造和原理，應(yīng)該先根據(jù)題目敘述和對應(yīng)的示意圖，判斷出電池的正負(fù)極，再根據(jù)正負(fù)極的反應(yīng)要求進(jìn)行電極反應(yīng)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(yīng)，說明電池內(nèi)，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(yīng)該由鋰電極流向多孔碳電極（由負(fù)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(yīng)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(yīng)應(yīng)該是O2與Li+得電子轉(zhuǎn)化為Li2O2-X，電池的負(fù)極反應(yīng)應(yīng)該是單質(zhì)Li失電子轉(zhuǎn)化為Li+，所以總反應(yīng)為：2Li + (1－)O2 ＝ Li2O2-X，充電的反應(yīng)與放電的反應(yīng)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(yīng)的氧化劑和還原劑，進(jìn)而判斷出電池的正負(fù)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(zhì)鋰就一定為負(fù)極。放電時的電池反應(yīng)，逆向反應(yīng)就是充電的電池反應(yīng)，注意：放電的負(fù)極，充電時應(yīng)該為陰極；放電的正極充電時應(yīng)該為陽極。 【典例9】【2018北京】驗證犧牲陽極的陰極保護(hù)法，實驗如下（燒杯內(nèi)均為經(jīng)過酸化的3%NaCl溶液）。 ① ② ③ 在Fe表面生成藍(lán)色沉淀 試管內(nèi)無明顯變化 試管內(nèi)生成藍(lán)色沉淀 下列說法不正確的是 A. 對比②③，可以判定Zn保護(hù)了Fe B. 對比①②，K3[Fe(CN)6]可能將Fe氧化 C. 驗證Zn保護(hù)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(chǎn)生藍(lán)色沉淀，③Fe附近的溶液中含F(xiàn)e2+，②中Fe被保護(hù)，A項正確；B項，①加入K3[Fe（CN）6]在Fe表面產(chǎn)生藍(lán)色沉淀，F(xiàn)e表面產(chǎn)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(chǎn)生藍(lán)色沉淀，①也能檢驗出Fe2+，不能用①的方法驗證Zn保護(hù)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(hù)法，考查Fe2+的檢驗、實驗方案的對比，解決本題的關(guān)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(jié)果的影響。要證明Fe比Cu活潑，可用②的方法。