高中化学微专题-专题九 电化学装置图(讲)

专题九 电化学装置图 电化学是高考必考内容，题型既有选择题，也有非选择题，选择题中主要考查原电池以及电解池的工作原理，如电极判断、电极产物的判断、电子或离子流向、溶液pH的判断等；非选择题中主要考查电极反应式的书写与带盐桥的原电池装置示意图、金属的电化学腐蚀与防护等问题。高考中该部分的热点依然是对原电池和电解池的工作原理与应用以及新型电池的考查，仍会以判断电极名称和书写电池的电极反应式为主要出题方向。 一、原电池和电解池的比较 电池 原电池(化学能 → 电能 ) 电解池 (电能→化学能) 以惰性材料作阳极 以活泼材料作阳极 电镀铜 电解精炼铜 装置举例 溶液中含镀层金属离子 溶液中含纯金属离子 形成条件 活动性不同的两个电极电极插入电解质溶液中形成闭合回路两极有自发的氧化还原反应 两电极与直流电源相连；两电极插入电解质溶液中；形成闭合回路 电极名称 负级：较活泼的金属或还原剂 阳极：连电源正极 阳极：镀层金属 阳极：不纯金属 正极：较不活泼的金属或氧化剂 阴极：连电源负极 阴极：镀件 阴极：纯金属 电极反应 负极：氧化反应，金属失电子 阳极：氧化反应，先活泼电极失电子，后溶液中阴离子失电子 正极：还原反应，阳离子得电子 阴极：还原反应，溶液中阳离子得电子 电子流向 负极正极 阳极电源正极，电源负极阴极 溶液中离子流向：阴离子移动方向与电子相同 1、若无外接电源的单一装置则一般是原电池，然后依据原电池的形成条件判定，主要思路是三“看”：先看电极：两种活泼性不同的金属(或其中一种为非金属导体)作电极；再看溶液：在电解质溶液中能自发地发生氧化还原反应；后看回路：用导线连接的两电极与电解质溶液接触并形成闭合回路。 2、若有外接电源，两极插入电解质溶液中，则可能是电解池或电镀池，当阳极金属与电解质溶液中的金属离子相同时则为电镀池。 3、若为无明显外接电源的串联电路，则应利用题中信息找出能自发发生氧化还原反应的装置为原电池，与其相连的池为电解池或电镀池。 4、若为二次电池使用过程的分析，其中放电过程是将化学能转变成电能，为原电池反应；充电过程是将电能转变成化学能，为电解池反应。 二、电极的确定 无论是原电池还是电解池，其本质都是在两个电极表面发生氧化还原反应。在确定电极时用好对立统一规律，能起到事半功倍的效果。如在原电池中，一个电极为正极，则另一电极为负极；在电解池中，一个电极为阳极，则另一电极为阴极。 1、确定正负极方法：原电池工作时，电解质溶液中离子的移动方向是阳离子向正极移动，阴离子向负极移动。负极发生氧化反应，正极发生还原反应，外电路电子的流向是由负极流向正极。 2、确定阴阳极的方法：电解池工作时，阳离子向阴极移动，阴离子向阳极移动。阳极发生氧化反应，阴极发生还原反应。电流由电源的正极流向阳极，电子的流向是电源的负极流向阴极，再由阳极流回电源的正极。 三、化学电源 1.新型电池的电极反应式 锌银电池 总反应：Ag2O＋Zn＋H2O2Ag＋Zn(OH)2 正极：Ag2O＋H2O＋2e－＝2Ag＋2OH－ 负极：Zn＋2OH__2e－＝Zn(OH)2 镍铁电池 总反应：NiO2＋Fe＋2H2OFe(OH)2＋Ni(OH)2 正极：NiO2＋2e－＋2H2O＝Ni(OH)2＋2OH－ 负极：Fe－2e－＋2OH－＝Fe(OH)2 高铁电池 总反应：3Zn＋2K2FeO4＋8H2O3Zn(OH)2＋2Fe(OH)3＋4KOH 正极：FeO＋3e－＋4H2O＝Fe(OH)3＋5OH－ 负极：Zn－2e－＋2OH－＝Zn(OH)2 镍镉电池 总反应：Cd＋2NiOOH＋2H2OCd(OH)2＋2Ni(OH)2 正极：NiOOH＋H2O＋e－＝Ni(OH)2＋OH－ 负极：Cd－2e－＋2OH－＝Cd(OH)2 Mg­H2O2电池 总反应：H2O2＋2H＋＋Mg＝Mg2＋＋2H2O 正极：H2O2＋2H＋＋2e－＝2H2O 负极：Mg－2e－＝Mg2＋ Mg­AgCl电池 总反应：Mg＋2AgCl＝2Ag＋MgCl2 正极：2AgCl＋2e－＝2Ag＋2Cl－ 负极：Mg－2e－＝Mg2＋ 钠硫电池 总反应：2Na＋xS＝Na2Sx 正极：xS＋2e－＝ 负极：2Na－2e－＝2Na＋ 全钒液流电池 总反应：VO＋2H＋＋V2＋V3＋＋VO2＋＋H2O 正极：VO＋2H＋＋e－＝VO2＋＋H2O 负极：V2＋－e－＝V3＋ 锂­铜电池 总反应：2Li＋Cu2O＋H2O＝2Cu＋2Li＋＋2OH－ 正极：Cu2O＋H2O＋2e－＝2Cu＋2OH－ 负极：Li－e－＝Li＋ 锂离子电池 总反应：Li1－xCoO2＋LixC6 LiCoO2＋C6(x<1) 正极：Li1－xCoO2＋xe－＋xLi＋＝LiCoO2 负极：LixC6－xe－＝xLi＋＋C6 2.燃料电池的电极反应式(以CH3OH为例) 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 正极：O2＋4e－＋4H＋＝2H2O 负极：CH3OH－6e－＋H2O＝ CO2↑＋6H＋ 碱性燃料电池 OH－ 总反应：2CH3OH＋3O2＋4OH－＝2＋6H2O 正极：O2＋4e－＋2H2O＝4OH－ 负极：CH3OH－6e－＋8OH－＝ ＋6H2O 熔融碳酸盐燃料电池 总反应：2CH3OH＋3O2＝2CO2↑＋4H2O 正极：O2＋4e－＋2CO2＝2 负极：CH3OH－6e－＋3＝4CO2↑＋2H2O 固态氧化物燃料电池 O2－ 总反应：2CH3OH＋3O2＝2CO2↑＋4H2O 正极：O2＋4e－＝2O2－ 负极：CH3OH－6e－＋3O2－＝CO2↑＋2H2O 质子交换膜燃料电池 H＋ 总反应：2CH3OH＋3O2＝2CO2↑＋4H2O 正极：O2＋4e－＋4H＋＝2H2O 负极：CH3OH－6e－＋H2O＝ CO2↑＋6H＋ 【例题1】 1．镁﹣次氯酸盐燃料电池的工作原理如图，该电池反应为：Mg+ClO﹣+H2O═Mg（OH）2+Cl﹣下列有关说法正确的是（　　）    A．电池工作时，C溶液中的溶质是MgCl2 B．电池工作时，正极a附近的pH将不断增大 C．负极反应式：ClO﹣﹣2e﹣+H2O═Cl﹣+2 OH﹣ D．b电极发生还原反应，每转移0.1mol电子，理论上生成0.1mol Cl﹣ 【举一反三】 2．我国科学家发明了一种“可固氮”的镁－氮二次电池，其装置如图所示，下列说法不正确的是（    ） A．固氮时，电池的总反应为3Mg+N2=Mg3N2 B．脱氮时，钌复合电极的电极反应式为Mg3N2-6e-=3Mg2++N2 C．固氮时，外电路中电子由钌复合电极流向镁电极 D．当无水LiCl—MgCl2混合物受热熔融后电池才能工作 【例题2】 3．有机物液流电池因其电化学性能可调控等优点而备受关注。南京大学研究团队设计了一种水系分散的聚合物微粒“泥浆”电池(图1)。该电池在充电过程中，聚对苯二酚(图2)被氧化，下列说法错误的是 A．放电时，电流由a电极经外电路流向b电极 B．充电时，a电极附近的pH减小 C．充电时，b电极的电极反应方程式为+4ne-+4nH+= D．电池中间的隔膜为特殊尺寸半透膜，放电时H+从a极区经过半透膜向b极区迁移 【举一反三】 4．2020年3月29日，全球新能源汽车领导者比亚迪宣布正式推出“刀片电池”。“刀片电池”是将传统磷酸铁锂电池电芯加长，使单个电芯形状扁平、窄小，再通过多个“刀片”捆扎形成模组，通过少数几个大模组的组合成电池。“刀片电池”放电时结构如下，正极反应为：Li1-xFePO4+xe-+xLi+=LiFePO4，下列说法错误的是 A．“刀片电池”和三元锂电池（镣钻锭酸锂电池）相比几乎没有污染 B．放电时，负极反应为LiC6-xe-=xLi++Li1-xC6 C．充电时，锂离子在阴极脱嵌；放电时，锂离子在正极脱嵌 D．该电池维持电流强度4.825A，工作10分钟，理论上正极增加重量0.21g（已知F=96500C/mol） 【例题3】 【举一反三】 5．一种利用 LiCl、Li2CO3制备金属锂的装置如图所示。下列说法正确的是 A．电极M 应与电源的负极相连 B．每产生 22.4 L Cl2，将有 2 mol Li+通过隔膜 C．隔膜右电极室每产生 1.4 g Li，消耗 7.4 g Li2CO3 D．电解过程中，需要不断补充 LiCl 试卷第1页，共3页 试卷第1页，共3页 学科网（北京）股份有限公司 参考答案： 1．B 【详解】A．根据电池反应式为Mg+ClO-+H2O＝Mg(OH)2+Cl-，所以C溶液中的溶质不含镁离子，A错误； B．放电时正极电极反应式为：ClO-+H2O+2e-＝Cl-+2OH-，所以a附近的pH将不断增大，B正确； C．根据电池反应式为Mg+ClO-+H2O＝Mg(OH)2+Cl-可知负极电极反应式为Mg-2e-+2OH-＝Mg（OH）2，C错误； D．由可知b电极为正极发生还原反应，反应式为：ClO-+H2O+2e-＝Cl-+2OH-，所以每转移0.1mol电子，理论上生成0.05mol Cl，D错误； 答案选B。 2．C 【详解】A．固氮时该装置为原电池装置，镁为活泼金属，作负极，被氧化成Mg2+，钌复合电极为正极，氮气在电极上发生还原反应生成N3-，与熔融电解质中镁离子生成Mg3N2，所以总反应为3Mg+N2=Mg3N2，故A正确； B．脱氮时，-3价的氮要被氧化，钌复合电极应发生氧化反应，Mg3N2失电子发生氧化反应生成氮气，电极反应：Mg3N2-6e-=3M2++N2↑，故B正确； C．固氮时，镁电极为负极，外电路中电子由负极镁电极流向钌复合电极，故C错误； D．无水LiCl-MgCl2混合物常温下为固体，无自由移动离子，不能导电，受热熔融后产生自由移动离子导电，电池才能工作，故D正确； 故选：C。 【点睛】固态的离子化合物中没有自由移动的离子不能导电，熔融状态下或者水溶液中形成自由移动的离子后可以导电。 3．D 【分析】该电池在充电过程中，聚对苯二酚被氧化，可知a为原电池的正极，b为原电池的负极 【详解】A．放电为原电池，电流由正极流向负极，即由a极流向b极，A项不符合题意； B．充电时，聚对苯二酚在a电极被氧化，释放出H+，酸性增强，pH减小，B项不符合题意； C．充电b电极为阴极，发生还原反应，根据得失电子守恒和环境知该电极反应式正确，C项不符合题意； D．放电为原电池，阳离子从负极项正极迁移，即由b极向a极迁移，D项符合题意； 故正确选项为D 4．C 【分析】磷酸铁锂电池放电时，负极反应：LiC6-xe-=xLi++Li1-xC6，正极反应：Li1-xFePO4+xe-+xLi+=LiFePO4；充电时，阳极接正极，电极反应式：LiFePO4- xe-= Li1-xFePO4+xLi+，阴极接负极，电极反应式：Li1-xC6+ xLi++ xe-= LiC6。 【详解】A．“刀片电池”的总反应：LiC6+ Li1-xFePO4= Li1-xC6+LiFePO4，由锂离子的得失转移而发生反应，几乎无污染，A正确； B．放电时为原电池，负极发生氧化反应，电极反应式为：LiC6-xe-=xLi++Li1-xC6，B正确； C．脱嵌意思是锂从正极材料中出来的过程，充电时，阳极的电极材料产生锂离子，电极反应式为：：LiFePO4- xe-= Li1-xFePO4+xLi+，放电时，负极材料产生锂离子，电极反应式为：LiC6-xe-=xLi++Li1-xC6，则充电时，锂离子在阳极脱嵌；放电时，锂离子在负极脱嵌，C错误； D．维持电流强度4.825A，工作10分钟，则电量为4.825A×600s=2895C，转移电子的物质的量为，则正极增加重量为：，D正确； 答案选C。 5．C 【分析】据图可知，有外接电源，所以该装置为电解池，在该电解池中，根据 Li+由左向右移动可知，M 为阳极，电极反应：2Cl——2e—=Cl2，N 为阴极，电极反应：Li++ e—=Li。 【详解】A.M 为阳极，应与电源的正极相连，故A 错误； B.根据电荷守恒，当有 2 mol Li+通过隔膜，左侧电极室消耗2molCl-则电路中转移 2mol 电子，产生 1 mol Cl2，但没有说明温度和压强，故不能确定氯气体积，故B 错误； C.根据电极反应式，阴极产生 1.4 g Li，即 0.2 mol Li，转移 0.2 mol 电子，产生 0.1 mol Cl2， 电解池左侧的反应为 2Cl2+2Li2CO3=4LiCl+2CO2+O2，消耗 0.1 mol Li2CO3，即 7.4 g Li2CO3，故 C 正确； D.由图可知，补充到电解池中的 LiCl 是由碳酸锂和Cl2反应产生的，故需要不断补充的是Li2CO3，故 D  错误； 故答案选C。 答案第1页，共2页 答案第1页，共2页 学科网（北京）股份有限公司 $$