高考总复习五（2）――电化学专题7．电化学专题 [考点扫描] 1．原电池的原理和构成条件。 2．原电池的电极反应式和总反应式的书写。 3．化学电源新型电池。 4．金属电化学腐蚀与保护。 5．电解原理和电解池的基本构造。 6．电极产物的判断，电解池的电极反应和总反应方程式的书写。 7．电解原理的几种应用。 [知识指津] 1．原电池是把化学能转化为电能的装置。 (1)构成电池的条件是： ①有两种活泼性不同的导体(金属或非金属作电极)； ②两个电机均需插入电解质溶液； ③13\n两极必须相互接触或连接。 (2)原电池的正负极的判断(从原电池反应实质角度确定)： 较活泼金属作负极，发生氧化反应(电子流出的一极)； 另一导体作正极，发生还原反应(电子流入的一极)。 2．书写电极反应式时先写明电极名称(正极或负极)，得失电子数均写在“＝”左侧。总反应式为氧化还原反应的方程式。 3．对于化学电源和新型电池工作原理的分析，可类比于铜、锌、硫酸原电池，可把总反应折成两部分进行处理。知道两极反应式，或一极反应式或总反应式，可通过加减的方法求出另一极反应或总反应方程式。 4．金属的腐蚀指金属或合金周围接触到气体或液体进行化学反应而腐蚀损耗的过程。金属腐蚀的本质是金属原子失去电子变成阳离子的过程。 金属的腐蚀一般分为化学腐蚀和电化学腐蚀。 判断金属腐蚀快慢的规律： (1)电解原理引起的腐蚀>原电池原理引起的腐蚀>化学腐蚀>有防护腐蚀措施的腐蚀； (2)同种金属的腐蚀在强电解质中>弱电解质中>非电解质中； (3)活泼性不同的两金属，活泼性差别越大，腐蚀越快； (4)对同一电解质溶液来说，电解质溶液浓度越大，腐蚀越快。 防止金属腐蚀主要有改变金属的成分、在金属表面覆盖保护层及电化学保护法等。 5．电解是使电流通过电解质溶液(或熔融电解质)而在两极上发生氧化还原反应，把电能转化为化学能的过程。其装置叫电解池，常由直流电源、两个电极、导线及电解质溶液(或熔融电解质)构成。 (1)阴极：(阴极电极材料的本身受到保护，不参与反应)应是溶液中较易得电子的阳离子在阴极上得电子而被还原，在阴极得电子的难易顺序为：Ag+>Fe3+>Cu2+>(H+)>Pb2+>Sn2+>Fe2+>Zn2+>A13+>Mg2+>Na+。当此放电顺序适用于阳离子浓度相差不大时，顺序要有相应的变动(当溶液中H+只来自于水电离时，H+的放电顺序介于A13+和Zn2+之间)。 (2)阳极：①如果用惰性电极(如Pt、Au、石墨等)做阳极，则溶液中较易失电子的阴离子在阳极上失电子而被氧化。②如果用活泼金属做阳极，则阳极依金属活泼性强弱的顺序本身失电子被氧化成为阳离子进入溶液，失电子能力顺序：K>Ca>Na>…>Hg>Ag>S2->I->Br->Cl->OH->NO3->SO42->F-。 6．酸、碱、盐溶液的电解规律(惰性电极做阳极) (1)电解水型：含氧酸、强碱和活泼金属含氧酸盐溶液。如：NaOH溶液、H2SO4溶液。 (2)分解电解质型：无氧酸、不活泼金属无氧酸盐溶液(HF、氟化物除外)。如：HCl、CuCl2溶液。 (3)放H2生碱型：活泼金属无氧酸盐溶液(F-除外)。如：NaCl溶液。 (4)放O2生酸型：不活泼金属含氧酸盐溶液。如：CuSO4溶液。 电解后判断溶液pH的变化：先分析原溶液的酸碱性，再看电极产物：①如果只产生H2而没有O2，则pH变大；②如果只产生O2而无H2，则pH变小；③如果既产生O2又有H2，a．若原溶液呈酸性则pH减小，b．若原溶液呈碱性pH增大，c．若原溶液呈中性pH不变，如果既无O2产生也无H2产生，则溶液的pH均趋于7。 7．电解有关计算：可根据电解方程式或电极反应式列比例式求解；还可利用各电极、线路中转移的电子数目守恒列等式求解。 [范例点击] 例1 钢铁发生电化学腐蚀时，负极发生的反应是( ) A．2H+＋2e-＝H2 B．2H2O＋O2＋4e-＝4OH- C．Fe－2e-＝Fe2+ 13\n D．4OH-－4e-＝2H2O＋O2 解析 钢铁发生电化学腐蚀时，负极上发生的电极反应是：Fe－2e-＝Fe2+；正极上发生的电极反应，吸氧腐蚀是：2H2O＋O2＋4e-＝4OH-，析氢腐蚀是：2H+＋2e-＝H2。 答案 C 例2 随着人们生活质量的提高，废电池必须进行集中处理的问题被提到议事日程，其首要原因是( ) A．利用电池外壳的金属材料 B．防止电池中汞、镉、铅等重金属离子对土壤和水源的污染 C．不使电池中渗泄的电解液腐蚀其他物品 D．回收其中石墨电极 解析 废旧电池进行集中处理的主要原因是电池中含有汞、镉和铅等金属离子，它们会造成对土壤、水源的污染。 答案 B 例3 如图各容器中盛有海水，铁在其中腐蚀时由快到慢的顺序是( ) A．④>②>①>③ B．②>①>③>④ C．④>②>③>① D．③>②>④>① 解析 金属腐蚀的快慢判断方法：电解原理引起的腐蚀>原电池原理引起的腐蚀>化学腐蚀>有防腐蚀措施的腐蚀；同一种金属腐蚀：强电解质>弱电解质>非电解质溶液。 ②、③实质均为原电池装置，④为电解池装置，Fe作阳极，腐蚀最快。③中Fe为正极，被保护；②中Fe为负极，被腐蚀，①中因铁不纯而发生微电池反应。 答案 A 例4 熔融盐燃料电池具有很高的发电效率，因而受到重视，可用Li2CO3和Na2CO3的熔融盐混合物作电解质，CO为负极燃气，空气与CO2的混合气体作为正极助燃气；制得在65℃下工作的燃料电池，完成有关的电池反应式。 负极反应式：2CO＋2CO32-＝4CO2＋4e- 正极反应式：________________。 总电池反应式：________________。 解析 13\n 原电池电极反应式的书写就是还原剂(燃料电池即为燃气)在负极发生氧化反应，氧化剂(燃料电池一般为O2)在正极发生还原反应，同时在书写过程要特别注意介质环境。 答案 O2＋2CO2＋4e-＝2CO32-；2CO＋O2＝2CO2 例5 用铂电极(惰性)电解下列溶液时，阴极和阳极上的主要产物分别是H2和O2的是( ) A．稀NaOH溶液 B．HCl溶液 C．酸性MgSO4溶液 D．酸性AgNO3溶液 解析 阴极产物是H2，说明放电的是H+，阳极产物是O2，说明在阳极放电的是OH-，HCl溶液中在阳极放电的是C1-，AgNO3溶液中在阴极放电的是Ag+，所以B、D两选项都不合题意。 答案 A、C 例6 下列关于铜电极的叙述正确的是( ) A．铜锌原电池中铜是正极 B．在镀件上电镀铜时用金属铜作阳极 C．用电解法精炼粗铜时粗铜作阴极 D．电解稀硫酸制H2、O2时铜作阳极 解析 在镀件上镀铜时，需要将溶液中的Cu2+还原成金属铜而沉积在镀件上。用做向溶液供给Cu2+离子的铜则必须作为阳极。电解精炼粗铜时，粗铜应作阳极。电解硫酸时，金属铜如果作为阳极，它将以Cu2+离子的形式被溶解而进入电解液。当在电解液内有H+和Cu2+两种离子共存时，后者将在阴极上放电。这样，阴极的生成物将是金属铜而不是氧气。换言之，阴极将被镀铜，达不到制取氢气、氧气的目的。 答案 A、B 例7 将质量分数为0.052(5.2％)的NaOH溶液1L(密度为1.06g·cm-3)，用铂电极电解，当溶液中NaOH的质量分数改变了0.010(1.0％)时停止电解，则此时溶液中应符合的关系是( ) NaOH的质量分数阳极析出物的质量/g阴极析出的质量/gA0.062(6.2％)19152B0.062(6.2％)15219C0.042(4.2％)1.29.4D0.042(4.2％)9.41.2 解析 13\n 根据电解NaOH溶液事实上是电解水这一结论，可看出随着电解的进行，溶液中溶质的质量数增加，这样，C、D两选项应予否定。电解水时阳极析出的是氧气，阴极析出的是氢气，它们的物质的量之比应为2:1，前者的质量应大于后者，当然只有选项B正确。 答案 B 例8 用惰性电极电解M(NO3)x的水溶液，当阴极上增重ag时，在阳极上同时产生bL氧气(标准状态)：从而可知M( ) A.22.4ax/b B．11.2ax/b C.5.6ax/b D.2.5ax/b 解析 用惰性电极电解硝酸盐溶液时，两极发生的反应分别是：阳极4OH-－4e-＝2H2O＋O2↑，阴极Mx+＋xe-＝M；设m为M的相对原子质量，根据电子守恒原理，得：。 答案 C 例9 工业上为了处理含有Cr2O72-酸性工业废水，采用下面的处理方法：往工业废水加入适量NaCl，以Fe为电极进行电解，经过一段时间，有Cr(OH)3和Fe(OH)3沉淀生成，工业废水中铬的含量已低于排放标准。请回答下列问题： (2)写出Cr2O72-变为Cr3+离子方程式：________________。 (3)废水由酸性变为碱性的原因是________________。 (4)________________(填“能”或“不能”)改用石墨电极，原因是________________。 解析 (1)以Fe为电极电解加入适量NaCl的工业废水，电极反应式为阳极：Fe－2e-＝Fe2+，阴极：2H+＋2e-＝H2↑。 (2)电解生成的Fe2+具有强还原性，能将Cr2O72-变为Cr3+，离子方程式为：Cr2O72-＋6Fe2+＋14H+＝2Cr3+＋6Fe3+＋7H2O。 (3)H+不断放电，Cr2O72-与Fe2+反应中消耗H+，打破了水的电离平衡，使溶液中c(OH-)>c(H+)。 (4)不能；因为用石墨作电极，阳极产生Cl2，得不到Fe2+；缺少还原剂，不能使Cr2O72-→Cr3+→Cr(OH)313\n↓而除去。 [变式操练] 1．下列现象中，与电化腐蚀无关的是( ) A．黄铜(铜锌合金)制作的铜锣不易产生铜绿 B．铁质器件附有铜质配件，在接触处易生铁锈 C．生铁比软铁芯(几乎是纯铁)容易生锈 D．银质奖牌久置后表面变暗 [答案] D 2．有A、B、C、D四种金属。将A与B用导线连结起来，浸入电解质溶液中，B不易腐蚀。将A、D分别投入等浓度的盐酸中，D比A反应剧烈。将铜浸入B的盐溶液里，无明显变化。如果把铜浸入C的盐溶液里，有金属C析出。据此判断它们的活动性由强到弱的顺序是( ) A．D、C、A、B B．D、A、B、C C．D、B、A、C D．B、A、D、C [答案] B 3．燃料电池是燃料(如CO、H2、CH4)等跟氧气(或空气)起反应将化学能转化为电能的装置，电解质溶液是强碱(如KOH)溶液。下面关于甲烷燃料电池的说法中，不正确的是( ) A．正极反应式为：O2＋2H2O＋4e-＝4OH- B．负极反应式为：CH4＋10OH-－8e-＝CO32-＋7H2O C．随着放电的进行，溶液pH不变 D．甲烷燃料电池的能量利用率比甲烷燃烧的大 [答案] C 4．如图所示，在盛有水的烧杯中，铁圈和银圈和连接处吊着一根绝缘的细丝，使之平衡。小心地从烧杯中央滴入CuSO4溶液。 (1)片刻后可观察到的现象是(指悬吊的金属圈)( )13\n A．铁圈和银圈左右摇摆不定 B．保持平衡状态不变 C．铁圈向下倾斜 D．银圈向下倾斜 (2)产生上述现象的原因是________________。 [答案] (1)D (2)加入CuSO4溶液后，构成Fe－Ag原电池，铁溶解质量减轻，Cu2+在银圈上沉积，质量增加。 5．称三份锌粉，分别盛于甲、乙、丙三支试管中，按下列要求另加物质后，塞上导管塞子，定时间测定生成氢气的体积。甲加入50mLpH＝3的盐酸；乙加入50mLpH＝3的醋酸，丙加入50mLpH＝3的醋酸及少量胆矾粉末。若反应终了，生成氢气的体积一样多，且没有剩余的锌。将甲、乙、丙用符号“>”、“＝”、“<”表示它们之间关系： (1)开始时反应速率的大小为________________； (2)三试管中参加反应的锌的质量为________________； (3)反应终了，所需时间为________________； (4)在反应过程中，乙、丙速率不同的理由(简要说明)是________________。 [答案] (1)甲＝乙＝丙 (2)甲＝乙<丙 (3)甲>乙>丙 (4)对于丙因形成Zn－Cu原电池反应速率加快。 6．用惰性电极电解下列溶液，一段时间后，再加入一定质量的另一种物质(中括号内)，溶液能与原来溶液完全一样的是( ) A．CuCl2[CuSO4] B．NaOH[NaOH] C．NaCl[HCl] D．CuSO4[Cu(OH)2] [答案] C 7．柯尔贝反应是2RCOOK＋H2OR－R＋H2＋CO2＋2KOH(R代表烃基)。关于无机产物，下列说法正确的是( ) A．含氢元素的产物均在阳极区生成 B．含氢元素的产物均在阴极区生成 C．含碳元素的产物均在阳极区生成 D．含碳元素的产物均在阴极区生成 [答案] BC 8．用石墨做电极解3mol/LKCl和0.5mol/LAl2(SO4)3，混合液时，下图表示电解变化的曲线合理的是( )13\n [答案] AD 9．如图所示，已知A、B、C、D为铂电极，P、Q为直流电源的两极，通电发现B极增重， ①P、Q哪个是正极? ②当甲池溶液的pH由6.0降至2.0时，B极增重多少克? ③此时乙池溶液的浓度由2％变为多少? [答案] ①P为正极 ②0.32g ③1.42% [配套练习] 1．国外新近研制的溴化锌蓄电池的基本构造是用碳棒作两极，溴化锌溶液作电解液。现有四个电极反应：①Zn－2e-＝Zn2+ ②Zn2+＋2e-＝Zn ③Br2＋2e-＝2Br- ④2Br-＋2e-＝Br2，那么，充电时的阳极和放电时的负极反应分别是( ) A．④① B．②③ C．③① D．②④ [答案] A [解析] 在电化学的基础知识中要弄清充电和放电的含义，以及相对应的阴阳极和正负极上所发生的反应。充电时，电解池阳极发生的反应是：2Br-＋2e-＝Br2，放电时，原电池负极发生的反应是：Zn－2e-＝Zn2+。 [评说] “理解原电池原理，初步了解化学电源，了解化学腐蚀与电化学腐蚀及一般防腐蚀的方法”。考生在复习时要注意对这个考点的练习。 2．有一种锂电池，用金属锂和石墨作电极材料，电解质溶液是由四氯铝锂(LiAlCl413\n)溶解在亚硫酰氯()中而形成的，电池总反应方程式为：8Li＋3SOCl2＝6LiCl＋Li2SO3＋2S，下列叙述中正确的是( ) A．电解质溶液中混入水，对电池反应无影响 B．金属锂作电池的正板，石墨作电池的负极 C．电池工作过程中，亚硫酰氯(SOCl2)被还原为Li2SO3 D．电池工作过程中，金属锂提供的电子与正极区析出硫的物质的量之比为4:1 [答案] D [解析] 由电池总反应式可知，Li失电子，作电池的负极，石墨作电池的正极，故B选项不正确；Li为碱金属，易与水发生反应：2Li＋2H2O＝2LiOH＋H2↑，故A选项不正确；电池工作过程中，SOCl2被还原为S，故C选项不正确；由电池总反应式知，8molLi参与反应，可提供8mole-，同时在正极析出2molS，故本题正确选项为D。 [评说] 《考试大纲》要求考生通过分析和综合，能够用所学的知识解释人类生活和社会发展中遇到的某些问题。近几年出现的新技术、新科技有很多与原电池有关，如宇宙飞船上使用的燃料电池、耐用的锂电池等；废旧电池的危害、化学能与电能的转化、电池效率等都是近几年理科综合试题的热点。本题考查的是原电池的基本原理。 3．把一小块镁、铝合金放入10mol·L-1的NaOH溶液中，可形成微型原电池。则该电池负极上发生的电极反应为( ) A．Mg－2e-＝Mg2+ B．A1＋4OH-－3e-＝A1O2-＋2H2O C．4OH-－4e-＝2H2O＋O2↑ D．2H2O＋2e-＝2OH-＋H2↑ [答案] B [解析] 在NaOH溶液中，Mg不能发生反应，Al失去电子生成A13+，A13+与OH-作用生成A1O2-，铝作负极，A项错误，B项正确。OH-失电子须在通电条件下才发生，C项错误。H2O得电子生成OH-和H2是正极上发生的反应。 [评说] 构成原电池的条件是电化学中要掌握的内容，常见的是活泼金属作负极，本题打破思维定势、利用铝的特殊反应设计原电池，考查学生对原电池原理的理解。本题以常见的镁、铝、氢氧化钠为原料，突出考查碱性条件下的电池反应，打破以往酸性条件下钢铁发生电化学腐蚀的形式，具有新颖性，高考中容易出现此类考题。 4．微型钮扣电池在现代生活中有广泛应用。有一种银锌电池，其电极分别是Ag2O和Zn，电解质溶液为KOH，电极反应为：Zn＋2OH-－2e-＝ZnO＋H2O；Ag2O＋H2O＋2e-＝2Ag＋2OH-。 根据上述反应式，判断下列叙述中正确的是( ) A．在使用过程中，电池负极区溶液的pH减小 B．在使用过程中，电子由Ag2O极经外电路流向Zn极 C．Zn电极发生还原反应，Ag2O电极发生氧化反应 D．Zn是负极，Ag213\nO是正极 [答案] AD [解析] 判断原电池的正负极，可以从两个方面：①微观：电子流出的一极是负极，电子流入的一极是正极。②宏观：活泼的电极是负极，不活泼的一极是正极，电子是从负极沿导线流入正极。 [评说] 通过此题的训练可以达到全面掌握有关原电池工作原理、电极反应、电子流向等知识点，同时该题也是一个将课本知识与实际结合的极好例子。 5．下列关于铜电极的叙述正确的是( ) A．铜－锌原电池中铜是负极 B．用电解法精炼时粗铜作阴极 C．在镀件上电镀铜时可用金属铜作阳极 D．电解稀硫酸制H2、O2时铜作阳极 [答案] C [解析] 有关原电池的基础知识有：正负极的判断、氧化还原与原电池知识的结合、电极反应方程式的书写、原电池构成的条件。有关电解、电镀基础知识有：电镀时电极的选择、电解液的浓度变化的定性判断等。A中铜应该是正极；B中粗铜应作阳极；D中电解法制氢气和氧气，阳极应该用惰性电极。 [评说] 《考试大纲》要求“了解铜的电解精炼、镀铜”，该题就是考查对这一知识的掌握。 6．某工厂以碳棒作为阳极材料电解熔于熔融冰晶石(Na3AlF6)中的Al2O3，每产生1molAl，同时消耗1mol的阳极材料(C)，则阳极收集到的气体为( ) A．物质的量之比为1:2的CO与CO2 B．物质的量之比为1:1的CO与CO2 C．物质的量之比为2:1的CO2与CO D．物质的量之比为1:1的F2与O2 [答案] B [解析] 根据氧化还原反应的原理，每产生1molAl需要3mol的电子 设CO为xmol，CO2为ymol 由题意得，x＋y＝1，2x＋4y＝3 解得：x＝0.5，y＝0.5，所以选B。 [评说] 13\n 《考试大纲》要求“理解电解原理，了解铜的电解精炼、铜镀、氯碱工业反应原理”，该题是把考纲上的内容迁移到铝的冶炼上，考查学生的知识迁移能力和综合能力。 7．下图为氢氧燃料电池原理示意图，按照此图的提示，下列叙述不正确的是( ) A．a电极是负极 B．b电极的电极反应为：4OH-－4e-＝2H2O＋O2↑ C．氢氧燃料电池是一种具有应用前景的绿色电源 D．氢氧燃料电池是一种不需要将还原剂和氧化剂全部储藏在电池内的新型发电装置 [答案] B [解析] b极为正极，其电极反应式为O2＋4e-＋2H2O＝4OH-。 [评说] 以氢氧燃料电池考查考生对原电池工作的基本原理、电极正负的判断、电极反应方程式的书写及其环保常识，及对相关知识的理解和应用能力。 8．PH＝a的某电解质溶液中，插入两支惰性电极通直流电一段时间后，溶液的pH>a，则该电解质可能是( ) A．NaOH B．H2SO4 C．AgNO3 D．Na2SO4 [答案] A [解析] 用惰性电极电解Na2SO4溶液，pH不变，电解H2SO4溶液和AgNO3溶液，pH减小。 [评说] 考查对电解原理的理解，同时涉及到了溶液pH大小与溶液酸碱性的关系。考生需熟练分析出四种溶液电解后的产物，还要推断出溶液酸碱性在电解前后的变化才能作答。 9．碱性电池具有容量大、放电电流大的特点，因而得到广泛应用。锌－锰碱性电池以氢氧化钾溶液为电解液，电池总反应式为： Zn(s)＋2MnO2(s)＋H2O(l)＝Zn(OH)2(s)＋Mn2O3(s) 下列说法错误的是( ) A．电池工作时，锌失去电子 B．电池正极的电极反应式为：2MnO2(s)＋H2O(l)＋2e-＝Mn2O3(s)＋2OH-13\n(aq) C．电池工作时，电子由正极通过外电路流向负极 D．外电路中每通过0.2mol电子，锌的质量理论上减小6.5g [答案] C [解析] 锌－锰原电池中，Zn为负极，失去电子，lmolZn失去2mole-，电子由负极通过外电路流向正极，C项不正确。 [评说] 电池的原理是高考化学中的常见试题之一。本题考查的是学生对于电化学部分知识的掌握程度，以及在理解的基础上运用相关知识解决问题的能力。同时，还测试了考生对氧化还原基本概念的理解。 10．在玻璃圆筒中盛有两种无色的互不相溶的中性液体。上层液体中插入两根石墨电极，圆筒内还放有一根下端弯成环状的玻璃搅棒，可以上下搅动液体，装置如下图。接通电源，阳极周围的液体呈现棕色，且颜色由浅变深，阴极上有气泡生成。停止通电，取出电极，用搅棒上下剧烈搅动。静置后液体又分成两层，下层液体呈紫红色，上层液体几乎无色。根据上述实验回答： (1)阳极上的电极反应式为________________。 (2)阴极上的电极反应式为________________。 (3)原上层液体是________________。 (4)原下层液体是________________。 (5)搅拌后两层液体颜色发生变化的原因是________________。 (6)要检验上层液体中含有的金属离子，其方法是________________，现象是________________。 [答案] (1)2I-－2e-＝I2 (2)2H+＋2e-＝H2↑ (3)KI(或NaI等)水溶液 (4)CCl4(或CHCl3等) (5)I2在CCl4中的溶解度大于在水中的溶解度，所以绝大部分I2都转移到CCl4中 (6)焰色反应透过蓝色钴玻璃观察火焰呈紫色(其它合理答案同样给分。例如，若③13\n中答NaI水溶液，这里答火焰呈黄色。) [解析] 由题意可知，阳极产物为I2，原电解质溶液为KI(或NaI)水溶液，下层液体为CCl4(或CHCl3等)。 [评说] 本题将电解与萃取等知识巧妙地有机结合在一起，试题立意较新颖，很好的考查了学生的分析推理能力，具有较高的选拔功能。13
