电化学原理综合考查
将原电池和电解池结合在一起,综合考查化学反应中的能量变化、氧化还原反应、化学实验和化学计算等知识,是高考试卷中电化学部分的重要题型。该类题目的考查内容通常有以下几个方面:电极的判断、电极反应式及电池反应总方程式的书写、实验现象的描述、溶液中离子的移动、溶液pH的变化、电解质溶液的恢复及运用得失电子守恒进行相关计算等。
1.多池串联装置中电池类型的判断(1)直接判断。非常直观明显的装置,如燃料电池、铅蓄电池等在电路中时,则其他装置为电解池。如下图:A为原电池,B为电解池。
(2)根据电池中的电极材料和电解质溶液判断。原电池一般是两种不同的金属电极或一种金属电极和一个碳棒做电极;而电解池则一般都是两个惰性电极,如两个铂电极或两个碳棒。原电池(燃料电池除外)中的负极材料和电解质溶液之间能发生自发的氧化还原反应,电解池的电极材料一般不能和电解质溶液进行自发反应。如图:B为原电池,A为电解池。
(3)根据电极反应现象判断。在某些装置中根据电极反应或反应现象可判断电极,并由此判断电池类型,如图:若C极溶解,D极上析出Cu,B极附近溶液变红,A极上放出黄绿色气体,则可知乙是原电池,D是正极,C是负极;甲是电解池,A是阳极,B是阴极。B、D极发生还原反应,A、C极发生氧化反应。
2.有关概念的分析和判断在确定了原电池和电解池后,有关概念的分析和判断如:电极的判断、电极反应式的书写、实验现象的描述、溶液中离子的移动方向、溶液pH的变化及电解质溶液的恢复等,只要按照各自的规律分析就可以了。3.原电池电极反应式的书写(1)水溶液中电极反应式的书写方法。例如:碱性CH3OH燃料电池电极反应式的书写步骤:步骤1,确定正负极和得失电子数目:负极为还原剂失电子:CH3OH-6e-→、正极为氧化剂得电子:O2+4e-→;
注意:①中性水溶液“==”前不能出现H+和OH-,“==”后可能出现H+或OH-;②酸性水溶液“==”前后均不能出现OH-;③碱性水溶液“==”前后均不能出现H+;④水溶液中不能出现O2-;⑤生成物是否与介质发生反应,如碱性介质中SO2、CO2、Fe3+、Fe2+、Mg2+、Al3+均会与OH-反应。
(2)非水溶液中电极反应式的书写。书写步骤与水溶液中类似,只是步骤4中改用题中所给阴、阳离子配平电荷。(3)分析实验现象、判断电极反应式的正误。分析电极及电极附近的pH及实验现象时,要从电极反应式入手;分析电解质溶液的pH及实验现象时,要从电池反应入手。
4.电解池电极反应式的书写电解池电极反应式的书写可总结为五步:一判、二看、三分、四写、五平。一判:判断阴、阳极。二看:要看清阳极电极材料。对于铁、铝、铜、银等活泼电极,则阳极金属电极失电子变成阳离子进入溶液(Fe变成Fe2+),阴离子不失电子;如果是惰性电极(Pt、Au、石墨等)材料,应是溶液中的阴离子失电子。三分:将离子分成阳离子组、阴离子组(注意:水溶液中一定不要漏掉H+、OH-),阳离子向阴极移动,在阴极得电子;阴离子向阳极移动,在阳极失电子。根据得失电子能力对离子排序,得电子能力:Ag+>Fe3+>Cu2+>H+;失电子能力:S2->I->Br->Cl->OH->含氧酸根>F-。四写:由放电顺序及信息确定电极产物和电极反应式。
五平:配平方法与原电池电极反应式基本相同:①找化合价变化的物质;②确定电极产物;③配平除氢、氧之外的其他原子;④依据电荷守恒配平电荷;⑤依据氢守恒配平氢原子;⑥用氧原子检查配平情况。
5.电化学综合装置中的有关计算原电池和电解池综合装置的有关计算的根本依据就是电子转移的守恒,分析时要注意两点:①串联电路中各支路电流相等;②并联电路中总电流等于各支路电流之和。在此基础上分析处理其他各种数据。如图中装置甲是原电池,乙是电解池,若电路中有0.2mol电子转移,则Zn极溶解6.5g,Cu极上析出H22.24L(标准状况),Pt极上析出Cl20.1mol,C极上析出Cu6.4g。甲池中H+被还原,产生H2,负极Zn被氧化生成ZnSO4溶液,pH变大;乙池中是电解CuCl2溶液,由于Cu2+浓度减小使溶液pH微弱增大,电解后加入适量CuCl2固体可使溶液复原。
典例SO2、CO、CO2、NOx是对环境影响较大的几种气体,对它们的合理控制和治理是优化我们生存环境的有效途径。(1)利用电化学原理可将CO、SO2转化为重要的化工原料,装置如图所示:
①若A为CO,B为H2,C为CH3OH,则通入CO的一极为极,该极的电极反应式为。②若A为SO2,B为O2,C为H2SO4,则负极的电极反应式为。③若A为NH3,B为O2,C为HNO3,则正极的电极反应式为。④若用上述①作电池电解200mL含有0.1mol·L-1NaCl和0.1mol·L-1CuSO4的混合溶液(电极均为惰性电极),当消耗标准状况下0.448LH2时,阳极产生的气体为(填化学式),其物质的量分别为,溶液的pH=(忽略铜离子的水解,假设电解前后溶液体积不变)。
121.某同学组装了如图所示的电化学装置,电极Ⅰ为Al电极,其他均为Cu电极,则下列叙述正确的是()A.电子流动方向:电极Ⅳ→Ⓐ→电极ⅠB.电极Ⅰ发生氧化反应C.电极Ⅱ质量不变D.电极Ⅲ的电极反应:Cu2++2e-==Cu答案解析解析关闭由题给装置可知,左边烧杯和中间烧杯组成一个原电池装置,Al作负极,Cu作正极,右边烧杯是一个电解池装置。电子从负极流出,即电子流动方向:电极Ⅰ→Ⓐ→电极Ⅳ,A选项错误;电极Ⅰ是负极,发生氧化反应,B选项正确;电极Ⅱ上Cu2+得电子生成单质铜,电极Ⅱ质量增加,C选项错误;电极Ⅲ与原电池的正极相连,是阳极,发生反应Cu-2e-==Cu2+,D选项错误。答案解析关闭B
122.下图是一个化学过程的示意图。
12(1)图中甲池是(填“电解池”或“原电池”)装置,其中OH-移向(填“CH3OH”或“O2”)极。(2)写出通入CH3OH的电极反应式:。(3)向乙池两电极附近分别滴加适量紫色石蕊溶液,附近变红的电极为(填“A”或“B”)极,并写出此电极的电极反应式:。(4)乙池中总反应的离子方程式为。(5)常温下,当乙池中B(Ag)极的质量增加5.40g时,乙池的pH是(此时乙池中溶液的体积为500mL);此时丙池某电极析出1.60g某金属,则丙中的某盐溶液可能是(填字母)。A.MgSO4B.CuSO4C.NaClD.AgNO3
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12根据放电规律,首先排除MgSO4和NaCl。当乙池中B(Ag)电极的质量增加5.40g时,此时转移的电子为0.05mol,当丙池中电极上析出1.60g金属铜时,正好转移0.05mol电子,因此CuSO4符合题意。若丙装置中为AgNO3溶液,且AgNO3溶液不足量,金属Ag全部析出后再电解水,析出Ag的质量也可能为1.60g。
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