高考化学考点解读——电化学原理及应用

高考频度：★★★★★   难易程度：★★★☆☆

磷酸燃料电池是目前较为成熟的燃料电池之一，其基本组成及反应原理如图所示。下列说法不正确的是

A．该系统中只存在化学能和电能的相互转化

B．在移位反应器中，发生反应CO(g)＋H₂O(g)CO₂(g)＋H₂(g)(ΔH>0)，若温度越高，则v(CO)越大

C．改质器和移位反应器的作用是将C_xH_y转化为H₂和CO₂

D．该电池正极的电极反应为O₂＋4H^＋＋4e^?===2H₂O

【参考答案】A

【试题解析】该系统中存在化学能和电能的相互转化，化学能与热能的相互转化等，A项错误；温度越高，v(CO)越大，B项正确；由图可知C_xH_y在改质器中转化为H₂和CO，CO在移位反应器中转化为CO₂，所以改质器和移位反应器的作用是将C_xH_y转化为H₂和CO₂，C项正确；燃料电池中，正极上O₂得电子，和氢离子反应生成水，电极反应式为O₂＋4H^＋＋4e^?===2H₂O，D项正确。

1．原电池中三个易误点

（1）不要认为负极材料不与电解质溶液反应就不能构成原电池，如燃料电池的负极为惰性电极，就不和电解质溶液反应。

（2）活泼金属不一定做负极如Mg—NaOH溶液—Al构成的原电池，Al自发的与NaOH溶液发生氧化反应，作负极。

（3）在书写电极反应式时，不要只关注得失电子，而忽略电解质溶液中的某些微粒也有可能参加反应。

2．电解池中的三个易误点

（1）只有水被电解时，不要误认为溶液的pH不变化或一定变化。若电解NaOH溶液pH增大、电解H₂SO₄溶液pH减小、电解Na₂SO₄溶液pH不变。

（2）在电解食盐水的过程中，阴极区显碱性。不要错误认为阴极上产生的OH^?因带负电荷，移向阳极，使阳极显碱性。

（3）电解MgCl₂和AlCl₃溶液时，虽然放电离子和电解NaCl溶液一样，但总的电解离子方程式不同。

注意：准确判断放电顺序，锁定放电离子

①阳离子在阴极上的放电顺序：Ag^＋>Fe^3＋>Cu^2＋>H^＋>……

②阴离子在阳极上的放电顺序：S^2?>I^?>Br^?>Cl^?>OH^?>……

1．已知H₂O₂是一种弱酸，在强碱溶液中主要以形式存在。现以Al?H₂O₂燃料电池电解尿素[CO(NH₂)₂]的碱性溶液制备氢气(电解池中隔膜仅阻止气体通过，c、d均为惰性电极)。下列说法正确的是

A．燃料电池的总反应为：2Al＋32＋2H₂O

B．电解时，Al消耗2.7 g，则产生氮气的体积为1.12 L

C．电极b是负极，且反应后该电极区pH增大

D．电解过程中，电子的流向：a→d，c→b

2．500 mL KNO₃和Cu(NO₃)₂的混合溶液中，c(NO₃^?)=6.0 mol/L。用石墨作电极电解此溶液，当通电一段时间后，两极都收集到22.4 L气体(标准状况)。假设电解后溶液的体积仍为500 mL。下列说法正确的是

A．原混合溶液中K^＋的浓度为1 mol/L

B．上述电解过程中共转移4 mol电子

C．电解得到的Cu的物质的量为0.5 mol

D．电解后溶液中H^＋的浓度为2 mol/L

3．青铜器的制造是中华民族劳动人民智慧的结晶，成为一个时代的象征，但出土的青铜器大多受到环境腐蚀。如图为青铜器在潮湿环境中发生电化学腐蚀的原理示意图。环境中的Cl^?扩散到孔口，并与各电极产物作用生成多孔粉状锈Cu₂(OH)₃Cl下列说法不正确的是

                        

A．腐蚀过程中，负极c被氧化

B．环境中的Cl^?扩散到孔口，并与正极反应产物和负极反应产物作用生成多孔粉状锈Cu₂(OH)₃Cl，其离子方程式为2Cu^2＋+3OH^?+Cl^?Cu₂(OH)₃Cl↓

C．若生成 2.145 g Cu₂(OH)₃Cl，则理论上消耗标准状况氧气体积为0.448 L

D．正极的电极反应式为：正极反应是 O₂+ 4e^?+2H₂O4OH^?

 1．【答案】D

【解析】Al?H₂O₂燃料电池的总反应为：2Al＋32＋OH^?＋H₂O，A项错误；Al、CO(NH₂)₂N₂，根据各电极上转移电子数相等知，每消耗0.1 mol Al，转移0.3 mol电子，生成0.05 mol N₂，在标准状况下氮气的体积为1.12 L，但B项未标明标准状况，B项错误；根据电解池中c极上发生氧化反应生成N₂知，c极为阳极，故d极为阴极，所以a极是负极，b极为正极，正极的电极反应式为＋H₂O＋2e^?3OH^?，反应后b极区pH增大，C项错误；a极为负极，b极为正极，c极为阳极，d极为阴极，故电解过程中电子的流向为a→d，c→b，D项正确。

2．【答案】B

【解析】用石墨作电极电解混合溶液，阳极发生氧化反应2H₂O?4e^?O₂↑+4H⁺，由于两个电极都收集到了气体，因此阴极反应式为：Cu²⁺+2e^?Cu，2H⁺+2e^?H₂↑。由于两极均收集到22.4 L气体（标准状况），即1 mol气体，故转移电子的物质的量为4 mol；生成H₂需要电子为2 mol，因此Cu²⁺的物质的量为1 mol，浓度为2 mol·L^?1，生成Cu单质为1 mol；根据溶液中电荷守恒可知c(K^＋)=6.0 mol·L^?1?

2 mol·L^?×2=2 mol·L^?1；由于阳极生成氧气，同时生成4 mol H⁺，而阴极上只消耗了2 mol，因此电解后溶液中的H⁺物质的量为2 mol，由于电解后溶液的体积为500 mL，因此电解后溶液中c(H^＋)为4 mol·L^?1。由上述分析可知，A．原混合溶液中c(K^＋)为2 mol·L^?1，A错误；B．上述电解过程中共转移4 mol电子，B正确；C．电解得到的Cu的物质的量为1 mol，C错误；D．电解后溶液中的c(H^＋)为4 mol·L^?1，D错误。答案为B。

【名师点睛】注意掌握电化学计算的方法技巧：①根据电子守恒计算：用于串联电路中阴阳两极产物、正负两极产物、相同电量等类型的计算，其依据是电路中转移的电子数相等。②根据总反应式计算：先写出电极反应式，再写出总反应式，最后根据总反应式列出比例式计算。③根据关系式计算：根据得失电子守恒定律关系建立起已知量与未知量之间的桥梁，构建计算所需的关系式。例如：， (式中M为金属，n为其离子的化合价数值)该关系式具有总揽电化学计算的作用和价值，熟记电极反应式，灵活运用关系式便能快速解答常见的电化学计算问题。在电化学计算中，还常利用Q=I·t和Q=n(e^?)×N_A×1.60×10^?19C来计算电路中通过的电量。

3．【答案】C

【解析】A、根据图知，氧气得电子生成氢氧根离子、Cu失电子生成铜离子，发生吸氧腐蚀，则Cu作负极被氧化，腐蚀过程中，负极是a，A正确；B、Cl^?扩散到孔口，并与正极反应产物和负极反应产物作用生成多孔粉状锈Cu₂(OH)₃Cl，负极上生成铜离子、正极上生成氢氧根离子，所以该离子反应为氯离子、铜离子和氢氧根离子反应生成Cu₂(OH)₃Cl沉淀，离子方程式为2Cu^2＋+3OH^?+Cl^?Cu₂(OH)₃Cl↓，B正确；C、n[Cu₂(OH)₃Cl]=2.145 g÷214.5 g/mol=0.01 mol，根据转移电子相等可得n（O₂）=0.01 mol×2×2/4=0.01 mol，故在标准状态体积为V=0.01 mol×22.4 L/mol=0.224 L，C错误；D、氧气在正极得电子生成氢氧根离子，电极反应式为：O₂+ 4e^?+2H₂O4OH^?，D正确，答案选C。

【名师点睛】掌握电化学原理是解题的关键。电化学知识包括原电池和电解池，首先要确定装置是原电池还是电解池。确定方法是观察图示是否有电源，若有就是电解池，否则就是原电池。电解池工作时，阳极发生氧化反应，阴极发生还原反应。结合电解质溶液的酸碱性书写电极反应式、总反应方程式，并根据电性作用原理：同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引确定电解质溶液中离子移动的方向。原电池工作时，活动性强的电极为负极，发生氧化反应，活动性弱的电极为正极，正极上发生还原反应。要掌握电化学反应原理，结合电极及电解质溶液的酸碱性正确书写电极反应式，利用好图示及题干提供的信息，是本题解决的关键。尤其要注意电解质溶液的性质。