2025屆高考化學(xué)一輪復(fù)習(xí)專題講座五從原理和事實出發(fā)對陰陽極上放電糾偏教案新人教版

PAGE7-專題講座(五)從原理和事實動身，對陰、陽極上放電糾偏eq\x(糾偏1)陰離子能在陰極上放電嗎？陰極發(fā)生得電子的還原反應(yīng)，體現(xiàn)出放電離子的氧化性，一些陰離子的氧化性比較強，當(dāng)條件合適時確定可以在陰極放電。(2024·安徽江南十校聯(lián)考節(jié)選)離子液體是一種室溫熔融鹽，為非水體系，由有機陽離子、Al2Cleq\o\al(－,7)和AlCleq\o\al(－,4)組成的離子液體作電解液時，可在鋼制品上電鍍鋁。鋼制品應(yīng)接電源的________極，已知電鍍過程中不產(chǎn)生其他離子且有機陽離子不參加電極反應(yīng)，陰極電極反應(yīng)式為____________________。若改用AlCl3水溶液作電解液，則陰極產(chǎn)物為________。解析：電鍍時鋼制品應(yīng)作陰極，故應(yīng)接電源的負極；目的是在鋼制品上鍍鋁，故陰極有Al產(chǎn)生，依據(jù)電荷守恒寫出陰極反應(yīng)式為4Al2Cleq\o\al(－,7)＋3e－=Al＋7AlCleq\o\al(－,4)；若運用AlCl3水溶液則是H＋在陰極放電，產(chǎn)生H2。答案：負4Al2Cleq\o\al(－,7)＋3e－=Al＋7AlCleq\o\al(－,4)H2[即時訓(xùn)練]1．(2024·江蘇·20·節(jié)選)鐵炭混合物(鐵屑和活性炭的混合物)、納米鐵粉均可用于處理水中污染物。鐵炭混合物在水溶液中可形成很多微電池。將含有Cr2Oeq\o\al(2－,7)的酸性廢水通過鐵炭混合物，在微電池正極上Cr2Oeq\o\al(2－,7)轉(zhuǎn)化為Cr3＋，其電極反應(yīng)式為________________________________________________________________________。解析：Cr2Oeq\o\al(2－,7)→Cr3＋，Cr化合價降低得電子，結(jié)合題目為酸性環(huán)境，故電極反應(yīng)式為Cr2Oeq\o\al(2－,7)＋6e－＋14H＋=2Cr3＋＋7H2O。答案：Cr2Oeq\o\al(2－,7)＋6e－＋14H＋=2Cr3＋＋7H2O很多具有氧化性的陰離子可以在電解池的陰極得電子發(fā)生還原反應(yīng)，在高考題中須要特殊關(guān)注NOeq\o\al(－,3)、MnOeq\o\al(－,4)、Cr2Oeq\o\al(2－,7)等在特定環(huán)境下具有氧化性的陰離子eq\o(。,\s\do4(,))eq\x(糾偏2)陽離子能在陽極放電嗎？陽極發(fā)生失電子的氧化反應(yīng)，本質(zhì)是放電離子還原性的體現(xiàn)，某些處于較低價態(tài)陽離子具有較強的還原性，可以在陽極放電發(fā)生氧化反應(yīng)。(2014·全國卷Ⅱ·27·節(jié)選)鋁及其化合物可用于蓄電池、耐酸設(shè)備及X-射線防護材料?；卮鹣铝袉栴}：PbO2也可以通過石墨為電極，Pb(NO3)2和Cu(NO3)2的混合溶液為電解液電解制取。陽極發(fā)生反應(yīng)的電極反應(yīng)式為____________________，陰極上視察到的現(xiàn)象是______________________；若電解液中不加入Cu(NO3)2，陰極發(fā)生的電極反應(yīng)式為________________，這樣做的主要缺點是______________。解析：從試驗?zāi)康膩砜磻?yīng)由Pb2＋價態(tài)上升變?yōu)镻bO2，陽極電極反應(yīng)式為Pb2＋＋2H2O－2e－=PbO2↓＋4H＋；陰極反應(yīng)式為Cu2＋＋2e－=Cu，故陰極石墨上有紅色物質(zhì)析出。只有Pb(NO3)2溶液時，陰極反應(yīng)為Pb2＋＋2e－=Pb，導(dǎo)致Pb2＋的利用率降低(沒有全部轉(zhuǎn)化為產(chǎn)物PbO2)。答案：Pb2＋＋2H2O－2e－=PbO2↓＋4H＋石墨上有紅色物質(zhì)析出Pb2＋＋2e－=Pb不能有效利用Pb2＋[即時訓(xùn)練]2．用FeCl3酸性溶液脫除H2S后的廢液，通過限制電壓電解得以再生。某同學(xué)運用石墨電極，在不同電壓(x)下電解pH＝1的0.1mol/LFeCl2溶液，探討廢液再朝氣理。記錄如下(a、b、c代表電壓值)序號電壓/V陽極現(xiàn)象檢驗陽極產(chǎn)物Ⅰx≥a電極旁邊出現(xiàn)黃色，有氣泡產(chǎn)生有Fe3＋、有Cl2Ⅱa>x≥b電極旁邊出現(xiàn)黃色，無氣泡產(chǎn)生有Fe3＋、無Cl2Ⅲb>x>0無明顯變更無Fe3＋、無Cl2(1)甲同學(xué)由Ⅰ推想：Fe2＋在陽極放電產(chǎn)生Fe3＋。這種推想是否正確，并說明緣由：________________________________________________________________________。(2)乙同學(xué)由Ⅱ推想，F(xiàn)e3＋產(chǎn)生的緣由還可能是Fe2＋在陽極放電，其電極反應(yīng)式為________________________________________________________________________。(3)Ⅱ中雖未檢測出Cl2，但Cl－在陽極是否放電仍需進一步驗證。電解pH＝1的NaCl溶液做比照試驗，記錄如下：序號電壓/V陽極現(xiàn)象檢驗陽極產(chǎn)物Ⅳa>x≥c無明顯變更有Cl2Ⅴc>x≥b無明顯變更無Cl2與Ⅱ?qū)Ρ?，通過限制電壓驗證了Fe2＋________(填“先于”“后于”或“同時”)Cl－放電。解析：(1)這種推想是錯誤的，F(xiàn)e3＋也可能是由Cl2氧化Fe2＋產(chǎn)生的。(2)試驗Ⅱ沒有Cl2產(chǎn)生，所以Fe3＋不行能是Fe2＋被Cl2氧化而來，只可能是Fe2＋在陽極放電被氧化反應(yīng)而來，故電極反應(yīng)式為Fe2＋－e－=Fe3＋。(3)對比試驗Ⅱ和Ⅳ，發(fā)覺Fe2＋在陽極放電變?yōu)镕e3＋所需的電壓比Cl－在陽極放電產(chǎn)生Cl2所需電壓更低，故電解時Fe2＋先于Cl－在陽極放電。答案：(1)不正確，Cl2氧化Fe2＋也會產(chǎn)生Fe3＋(2)Fe2＋－e－=Fe3＋(3)先于陽離子可以在陽極放電，有些還原性較強的離子(如Fe2＋)甚至可能先于陰離子反應(yīng)。而這恰好是符合氧化還原反應(yīng)規(guī)律的(還原性：Fe2＋>Cl－)eq\o(。,\s\do4(,))eq\x(糾偏3)含氧酸根離子會參加電極反應(yīng)嗎？(2024·全國卷Ⅰ·27·節(jié)選、改編)制備Na2S2O5也可采納三室膜電解技術(shù)，裝置如圖所示，其中SO2堿汲取液中含有NaHSO3和Na2SO3。(1)陽極的電極反應(yīng)式為_________________________________________________。(2)電解后，________室的NaHSO3濃度增加。(3)b室的________(填“NaHSO3”或“Na2SO3”)濃度增加，緣由是________________________________________________________________________________________________________________________________________________(用電極反應(yīng)式說明)。解析：(1)陽極區(qū)為H2SO4溶液，故陽極反應(yīng)式為2H2O－4e－=O2↑＋4H＋。(2)電解后陽極區(qū)域產(chǎn)生的H＋透過陽離子交換膜進入a室，發(fā)生反應(yīng)SOeq\o\al(2－,3)＋H＋=HSOeq\o\al(－,3)(SOeq\o\al(2－,3)結(jié)合H＋實力比HSOeq\o\al(－,3)強)使a室的NaHSO3濃度增加。(3)b室為陰極區(qū)，電極反應(yīng)式為2HSOeq\o\al(－,3)＋2e－=H2↑＋2SOeq\o\al(2－,3)(H＋主要來自于HSOeq\o\al(－,3)的電離)，故b室的Na2SO3濃度增加。答案：(1)2H2O－4e－=O2↑＋4H＋(2)a(3)Na2SO32HSOeq\o\al(－,3)＋2e－=H2↑＋2SOeq\o\al(2－,3)(3)中的陰極反應(yīng)式特別特殊，HSOeq\o\al(－,3)參加電極反應(yīng)，但卻是其中的H元素價態(tài)發(fā)生了變更。發(fā)生電極反應(yīng)時可能并不是中心元素的價態(tài)發(fā)生變更eq\o(！,\s\do4(,))糾偏4分子有可能參加電極反應(yīng)嗎？電解NO制備NH4NO3，其工作原理如圖所示，為使電解產(chǎn)物全部轉(zhuǎn)化為NH4NO3，需補充物質(zhì)A，A是____________，說明理由：________________________________________________________________________________________________________________________________________________。解析：視察圖示轉(zhuǎn)化，結(jié)合電極反應(yīng)的對應(yīng)關(guān)系得出，陰極：NO＋5e－＋6H＋=NHeq\o\al(＋,4)＋H2O；陽極：NO－3e－＋2H2O=NOeq\o\al(－,3)＋4H＋?？偡磻?yīng)式為8NO＋7H2O=3NH4NO3＋2HNO3，故A中應(yīng)通入NH3，把多余的HNO3轉(zhuǎn)變?yōu)镹H4NO3。答案：NH3視察圖示轉(zhuǎn)化中應(yīng)通入NH3把多余的HNO3轉(zhuǎn)變?yōu)镹H4NO3[即時訓(xùn)練]3．(2024·清華高校領(lǐng)軍安排暨自主招生化學(xué)試題)利用電解產(chǎn)生的H2O2處理含氨廢水(電解前用酸調(diào)pH＝5)的裝置如圖，下列推斷錯誤的是()A．可用硫酸調(diào)整廢水的pHB．N2不是陰極產(chǎn)物，而是雙氧水氧化氨的產(chǎn)物C．陰極O2的消耗與陽極O2的產(chǎn)生量相同D．電路中通過3mol電子時除去廢水中17gNH3C[依據(jù)題目敘述和圖示得出：陽極反應(yīng)式為2H2O－4e－=4H＋＋O2↑，陰極反應(yīng)式為O2＋2e－＋2H＋=H2O2。N2不是陰極產(chǎn)物，而是雙氧水氧化氨的產(chǎn)物，即2NH3＋3H2O2=N2＋6H2O，故B正確；從電極反應(yīng)式看出陰極O2消耗量與陽極O2產(chǎn)生量為2∶1，故C錯誤。]當(dāng)條件合適的狀況下，電中性的分子也有可能參加電極反應(yīng)eq\o(。,\s\do4(,))專題講座(六)電化學(xué)轉(zhuǎn)化效率的計算裝置、過程和效率是電化學(xué)探討的三駕馬車，作為電化學(xué)重要組成的效率問題，教材中出現(xiàn)了比能量和比功率的定義，但很少引起關(guān)注，思則有備，有備無患，剛好修復(fù)學(xué)問體系的漏洞，避開失分是特別重要的。eq\x(策略一)理清法拉第常數(shù)與阿伏加德羅常數(shù)的關(guān)系電化學(xué)中傳遞電子的數(shù)量是計算的核心，宏觀測量的電流強度和時間，通過法拉第常數(shù)或阿伏加德羅常數(shù)都能獲得電子的物質(zhì)的量。1個電子電量是1.6×10－19C,1mol電子數(shù)約為6.02×1023,1mol電子所帶電量的確定值即F＝6.02×1023mol－1×1.6×10－19C＝96320C/mol，試題中常常供應(yīng)的數(shù)值為F＝96500C/mol。電源或電池供應(yīng)電量Q＝I·t(留意單位：電流強度為A，時間為s)，n(e－)＝eq\f(I×t,F)。若試題中沒有供應(yīng)法拉第常數(shù)，可以將電量除以1個電子所帶的電量得到電子個數(shù)，再除以阿伏加德羅常數(shù)得到電子物質(zhì)的量，即n(e－)＝eq\f(I×t,1.6×10－19C×6.02×1023mol－1)。以石墨為電極，用電流強度為I(安培)的直流電電解足量RCly的水溶液，tmin后，精確測得電極上析出ng金屬R，設(shè)金屬R的摩爾質(zhì)量為Mg/mol，則阿伏加德羅常數(shù)的計算式可表示為(每個電子電量：1.6×10－19C)()A．NA＝eq\f(MIt,2n×1.6×10－19) B．NA＝eq\f(60tIM,n×1.6×10－19)C．NA＝eq\f(60tIM,yn×1.6×10－19) D．NA＝eq\f(MIt,yn×1.6×10－19)C[陰極析出金屬，電極反應(yīng)式為Ry＋＋ye－=RMgymolngn(e－)將n(e－)＝eq\f(I×t×60s,1.6×10－19C×NAmol－1)代入eq\f(Mg,ng)＝eq\f(ymol,ne－)，整理得NA＝eq\f(60tIM,yn×1.6×10－19)。]eq\x(策略二)利用題中新定義信息逆向求解1．比能量：電池單位質(zhì)量或單位體積所輸出電能的多少[單位：(W·h)/kg或(W·h)/L]。單位質(zhì)量或體積指表達式中質(zhì)量或體積處在分母位置，從單位看是kg或L。電池理論產(chǎn)生的電能處在表達式的分子位置，計算公式W＝U×I×t＝U×Q＝P×t，其中W是電功，單位為焦耳(J)；U是電壓，單位為伏特(V)；I是電流，單位為安培(A)；t是時間，單位為秒(s)；Q是電量，單位為庫侖(C)，P是功率，單位為瓦(W)，1kW·h＝3.6×106J。2．比功率：電池單位質(zhì)量或單位體積所輸出功率的大小[單位：(W)/kg或(W)/L]，P＝UI。3．電流利用效率＝eq\f(負載利用電量,電池輸出電量)×100%，負載利用電量是通過電解計算出轉(zhuǎn)移電子物質(zhì)的量，電池輸出電量是電流表和鐘表測定值Q＝I·t，再通過法拉第常數(shù)將Q轉(zhuǎn)化為電子物質(zhì)的量。二甲醚干脆燃料電池具有啟動快、效率高等優(yōu)點，其能量密度高于甲醇干脆燃料電池(5.93kW·h·kg－1)。電解質(zhì)為酸性，該電池的理論輸出電壓為1.20V，能量密度E＝________(列式計算。能量密度＝eq\f(電池輸出電能,燃料質(zhì)量)，已知F＝96500C/mol1kW·h＝3.6×106J)。解析：由能量密度定義表達式和單位可知，求解的關(guān)鍵問題是求出電池輸出電能即電功。假設(shè)消耗1kg的CH3OCH3，依據(jù)W＝U×Q,1molCH3OCH3中2NA－2價碳被氧化為＋4價CO2，轉(zhuǎn)移12mol電子，1kgCH3OCH3反應(yīng)產(chǎn)生的電量Q＝eq\f(1000g,46g/mol)×12×96500C/mol，W＝U×Q＝1.2V×eq\f(1000g,46g/mol)×12×96500C/mol所得電功單位是J，須要換算成kW·h，W＝1.2V×eq\f(1000g,46g/mol)×12×96500C/mol÷3.6×106J/(kW·h)，能量密度＝eq\f(電池輸出電能,燃料質(zhì)量)＝eq\f(1.2V×\f(1000g,46g/mol)×12×96500C/mol,1kg×3.6×106J/kW·h)＝8.39(kW·h)/kg。答案：8.39(kW·h)/kgeq\x(策略三)物質(zhì)與能量兩大角度題型歸納訓(xùn)練化學(xué)變更過程同時存在著物質(zhì)和能量變更，同時遵守質(zhì)量守恒和能量守恒。原電池和電解池電極反應(yīng)式干脆計算屬于志向狀態(tài)，不考慮效率問題，若用實際析出物質(zhì)數(shù)據(jù)計算，因存在其他副反應(yīng)，要考慮電流效率問題。eq\x(類型一)理論物質(zhì)消耗和析出的相關(guān)計算酸性鋅錳干電池是一種一次性電池，外殼為金屬鋅，中間是碳棒，其四周是由碳粉、二氧化錳、氯化鋅和氯化銨等組成的糊狀填充物。該電池在放電過程產(chǎn)生MnOOH，維持電流強度為0.5A，電池工作5min，理論消耗Zn________g。(已知F＝96500C/mol)解析：鋅是活潑金屬，為負極，電極反應(yīng)式：Zn－2e－=Zn2＋65g2molmn(e－)eq\f(65g,m)＝eq\f(2mol,ne－)將n(e－)＝eq\f(Q,F)＝eq\f(I×t,F)＝eq\f(0.5A×5×60s,96500C/mol)代入解得m＝0.05g。答案：0.05有一個鉛蓄電池最初有100gPb和100gPbO2，加入過量的硫酸，發(fā)生如下反應(yīng)：Pb＋PbO2＋2H2SO4=2PbSO4＋2H2O。理論上，一個電池可以放電到其中一個電極完全耗盡為止。假如不再充電，電池工作到反應(yīng)完全，若該電池放電電流為1.00A。通過計算求：(1)正、負極的電極材料中，________極先消耗完。(2)理論上該電池放電最長時間是多少小時？(已知F＝96500C/mol)解析：(1)Pb被氧化作負極，n(Pb)＝eq\f(100g,207g/mol)＝0．483mol，PbO2被還原作正極，n(PbO2)＝eq\f(100g,239g/mol)＝0．418mol，n(Pb)>n(PbO2)，正極先消耗完。(2)Q＝n(e－)·F＝0.418mol×2×96500C/molQ＝I×t，t＝eq\f(Q,I)＝eq\f(0.418mol×2×96500C/mol,1.00A×3600s/h)＝22.41h答案：(1)正(2)22.41heq\x(類型二)能量轉(zhuǎn)化效率的相關(guān)計算若用放電電流強度I＝2.0A的電池工作10min，電解精煉銅得到銅0.32g，則電流利用效率為________(保留小數(shù)點后一位)。(已知：F＝96500C/mol，電流利用效率＝eq\f(負載利用電量,電池輸出電量)×100%)解析：通過電流利用效率表達式可知，負載利用電量用來電解精煉，電池輸出電量是電流表和鐘表測定值。電解精煉銅得到銅0.32g時，n(Cu)＝eq\f(0.32g,64g/mol)＝0.005mol，電解消耗的電量Q＝2×0.005mol×96500C/mol＝965