电化学基础专题复习——打印稿(教师).doc

第 1 页 电化学基础专题复习 课标考纲要求 1 了解原电池和电解池的工作原理 能写出电极反应和电池反应方程式 了解常见化学电源的 种类及其工作原理 2 理解金属发生电化学腐蚀的原因 金属腐蚀的危害 防止金属腐蚀的措施 一 原电池一 原电池 实验 把一块锌片和一块铜片平行地插入盛有稀硫酸的烧杯里 可以看到锌片 上有气泡产生 铜片上没有气泡产生 再用导线把锌片和铜片连接起来 观察铜片上 有没有气泡产生 再导线中间接入一个电流表 观察电流表指针是否偏转 1 1 定义 定义 将化学能转化为电能的装置叫原电池 2 2 构成的条件 构成的条件 1 电极材料 两种活动性不同的金属或金属和其它导电性的非金属 或某些氧 化物等 2 两电极必须浸没在电解质溶液中 3 两电极之间要用导线连接 形成闭合回路 3 3 正负极的判断 正负极的判断 失去电子的电极是负 极燃料永远是负极 1 由两极材料判断 一般来说 较活泼的或能和电解质溶液反应的金属为负极 较不活泼的 金属或能导电的非金属为正极 注意 镁 铝电极在稀硫酸在中构成原电池 镁为负极 铝为 正极 若镁 铝电极在氢氧化钠溶液中形成原电池时 由于是铝和氢氧化钠溶液发生反应 失去 电子 因此铝为负极 镁为正极 2 根据外电路电流的方向或电子的流向判断 在原电池的外电路 电流由正极流向负极 电 子由负极流向正极 3 根据内电路离子的移动方向判断 在原电池电解质溶液中 阳离子移向正极 阴离子移向负极 4 根据原电池两极发生的化学反应判断 原电池中 负极发生氧化反应 正极发生还原反应 因此可以根据总化学方程式中化合价的升降来判断 5 根据电极质量的变化判断 原电池工作后 若某一极质量增加 说明溶液中的阳离子在该 电极得电子 该电极为正极 活泼性较弱 如果某一电极质量减轻 说明该电极溶解 电极为负 极 活泼性较强 6 根据电极上产生的气体判断 原电池工作后 如果某电极上产生气体 通常是因为该电极 发生了析出氢的反应 说明该电极为正极 活动性较弱 第 2 页 7 根据某电极附近 pH 的变化判断 析氢或吸氧的电极反应发生后 均能使该电极附近电解 质溶液的 pH 增大 因而原电池工作后 该电极附近的 pH 增大了 说明该电极为正极 金属活动性 较弱 3 3 电极反应式的书写 电极反应式的书写 1 准确判断原电池的正负极是书写电极反应的关键 如果原电池的正负极判断失误 电极反 应式的书写一定错误 上述判断正负极的方法是一般方法 但不是绝对的 例如铜片和铝片同时插入浓硝酸溶液中 由于铝片表明的钝化 这时铜失去电子 是负极 其电极反应为 负极 Cu 2e Cu2 正极 NO3 4H 2e 2H2O 2NO2 再如镁片和铝片同时插入氢氧化钠溶液中 虽然镁比铝活泼 但由于镁不与氢氧化钠反应 而 铝却反应 失去电子 是负极 其电极反应为 负极 2Al 8OH 2 3e 2AlO2 2H2O 正极 6H2O 6e 6OH 3H2 2 要注意电解质溶液的酸碱性 在正负极上发生的电极反应不是孤立的 它往往与电解质溶液紧密联系 如氢氧燃料电池有 酸式和碱式 在酸溶液中 电极反应式中不能出现 OH 在碱溶液中 电极反应式中不能出现 H 像 CH4 CH3OH 等燃料电池 在碱溶液中碳 C 元素以 CO32 离子形式存在 而不是放出 CO2 气体 3 要考虑电子的转移数目 在同一个原电池中 负极失去电子数必然等于正极得到的电子数 所以在书写电极反应时 一定要考虑电荷守恒 4 要利用总的反应方程式 从理论上讲 任何一个自发的氧化还原反应均可设计成原电池 而两个电极反应相加即得总 反应方程式 所以只要知道总反应方程式和其中一个电极反应 便可以写出另一个电极反应方程 式 例题例题 1 1 CH3OH 和 O2在 KOH 溶液中组成燃料电池 该电池的负极反应式为 解析 解析 第一步 找氧化还原反应中的对应关系 氧化剂 还原产物 还原剂 氧化产物 在负极反应 即 负极 CH3OH 还原剂 CO32 氧化产物 第 3 页 第二步 分析电子转移的物质的量 CH3OH 中碳元素为 2 价 CO32 中碳元素为 4 价 1 mol CH3OH 转移 6 mol 电子 即负极 CH3OH CO32 6e 第三步 依据电荷原理配平以上电极反应式 缺少的物质从反应介质中寻找 因为该电池为碱 性电池 而且左右相差 8 mol 负电荷 所以应该在左边添加 8 mol OH 即 负极 CH3OH 8OH CO32 6e 第四步 OH 或 H 与 H2O 为对应关系 即一边有 OH 或 H 则另一边有 H2O 所以负极反应式为 CH3OH 8OH CO32 6e 6H2O 或 CH3OH 6e 8OH CO32 6H2O 例 2 2011 广东高考 某小组为研究电化学原理 设计如图装置 下列叙述不正确的是 A a 和 b 不连接时 铁片上会有金属铜析出 B a 和 b 用导线连接时 铜片上发生的反应为 Cu2 2e Cu C 无论 a 和 b 是否连接 铁片均会溶解 溶液从蓝色逐渐变成浅绿色 D a 和 b 分别连接直流电源正 负极 电压足够大时 Cu2 向铜电极移动 例 3 2011 安徽高考 研究人员最近发现了一种 水 电池 这种电池能利用淡水与 海水之间含盐量差别进行发电 在海水中电池总反应可表示为 5MnO2 2Ag 2NaCl Na2Mn5O10 2AgCl 下列 水 电池在海水中放电时的有关说法正确的是 A 正极反应式 Ag Cl e AgCl B 每生成 1 mol Na2Mn5O10 转移 2 mol 电子 C Na 不断向 水 电池的负极移动 D AgCl 是还原产物 例4 2011 福建高考11 研究人员研制出一种锂水电池 可作为鱼雷和潜艇的储备电源 该电池以金 属锂和钢板为电极材料 以LiOH 为电解质 使用时加入水即可放电 关于该电池的下列说法 不正确的是 A 水既是氧化剂又是溶剂 B 放电时正极上有氢气生成 C 放电时 OH 向正极移动 D 总反应为 2Li 2H2O 2LiOH H2 例 5 2011 新课标全国 铁镍蓄电池又称爱迪生电池 放电时的总反应为 Fe Ni2O3 3H2O Fe OH 2 2Ni OH 2 下列有关该电池的说法不正确的是 A 电池的电解液为碱性溶液 正极为 Ni2O3 负极为 Fe B 电池放电时 负极反应为 Fe 2OH 2e Fe OH 2 C 电池充电过程中 阴极附近溶液的 pH 降低 D 电池充电时 阳极反应为 2Ni OH 2 2OH 2e Ni2O3 3H2O 4 钢铁的腐蚀与防护 电化学腐蚀 吸氧腐蚀和析氢腐蚀 化学腐蚀 第 4 页 条件不纯金属或合金与电解质溶液接触 金属跟接触的物质 多为非电解质 直接反 应 现象有微弱电流产生无电流产生 结果 活泼金属被腐蚀 较不活泼金属得到保 护 各种金属都有可能被腐蚀 本质金属原子失去电子被氧化而损耗 联系两种腐蚀同时发生 但电化腐蚀较化学腐蚀普遍 钢铁以吸氧腐蚀为主 金属防 护 改变金属内部结构 如制成不锈钢 在金属表面覆盖保护层 如电镀 涂油 喷漆 搪瓷 镀氧化膜 致密 电化学保护法 被保护金属作为原电池的正极或电解池的阴极 5 重现率较高的电极反应式 O2 4e 2H2O 4OH 4OH 4e O2 2H2O 例 6 2011 浙江高考 10 将 NaCl 溶液滴在一块光亮清洁的铁板表面上 一段时间后发现液滴覆 盖的圆周中心区 a 已被腐蚀而变暗 在液滴外沿形成棕色铁锈环 b 如图所示 导致该现象的主要 原因是液滴之下氧气含量比边缘少 下列说法正确的是 A 液滴中的 Cl 由 a 区向 b 区迁移 B 液滴边缘是正极区 发生的电极反应为 O2 2H2O 4e 4OH C 液滴下的 Fe 因发生还原反应而被腐蚀 生成的 Fe2 由 a 区向 b 区迁移 与 b 区的 OH 形成 Fe OH 2 进一步氧化 脱水形成铁锈 D 若改用嵌有一铜螺丝钉的铁板 在铜铁接触处滴加 NaCl 溶液 则负极发生的电极反应为 Cu 2e Cu2 例 7 2011 北京高考 结合下图判断 下列叙述正确的是 A 和 中正极均被保护 B 和 中负极反应均是 Fe 2e Fe2 C 和 中正极反应均是 O2 2H2O 4e 4OH D 和 中分别加入少量 K3Fe CN 6溶液 均有蓝色沉淀 例 8 09 上海 13 右图装置中 U 型管内为红墨水 a b 试管内分别盛有食盐 水和氯化铵溶液 各加入生铁块 放置一段时间 下列有关描述错误的是 A 生铁块中的碳是原电池的正极 B 红墨水柱两边的液面变为左低右高 C 两试管中相同的电极反应式是 2 Fe2eFe D a 试管中发生了吸氧腐蚀 b 试管中发生了析氢腐蚀 例 9 2011 海南 根据下图 下列判断中正确的是 A 烧杯 a 中的溶液 pH 升高 B 烧杯 b 中发生氧化反应 第 5 页 C 烧杯 a 中发生的反应为 2H 2e H2 D 烧杯 b 中发生的反应为 2Cl 2e Cl2 二 电解池 二 电解池 实验 在型管里装入饱和食盐水 滴入几滴酚酞试液 用一根碳棒 作阳极 一根铁棒作阴极 把淀粉碘化钾试纸放在阳极附近 接通直流电 源后 注意观察管内发生的现象及试纸颜色的变化 现象 两极都有气体放出 阳极放出气体有刺激性气味 并且能使湿润 的碘化钾淀粉试纸变蓝 阴极放出的气体是氢气 阴极附近溶液变红 分析分析 电解前溶液中存在的离子 Na H Cl OH 通电时 Na H 阴极 考虑放电顺序 即氧化性顺序 Cl OH 阳极 考虑放电顺序 即还原性顺序 电极反应 阳极 2Cl 2e Cl2 阳极失去电子 发 生氧化反应 阴极 2H 2e H2 阴极得到电子 发生还原反应 思考 两材料能否交换 如果交换电极反应是否相同 电极反应 阳极 Fe 2e Fe2 阳极失去电子 发生氧化反应 阴极 2H 2e H2 阴极得到电子 发生还原反应 1 电极材料 阴极得到电子 不论是活泼电极还是惰性电极 电极均不参加电极反应 阳极失去电子 大多数金属失去电子要比阴离子容易 其作阳极时要参加电极反应 常见的惰性电极 石墨 Pt 常见的活泼电极 Zn Fe Cu Ag 2 电解池中若阳极为惰性电极 由溶液中的离子放电 一般离子的放电次序如下 阴离子在阳极放电顺序 SO42 NO3 OH Cl Br I S2 失电子能力依次增强 阳离子在阴极放电顺序 K Ca2 Na Mg2 Al3 Zn2 Fe2 H Cu2 Ag 得电子能力依次增强 3 各类酸 碱 盐溶液用惰性电极电解电解产物 溶液 pH 变化分析 电极产物 电解液 实例 阳极 阴极 相当于电解pH 值变化恢复可加入 含氧酸 H2SO4 O2 H2减小 可溶性强碱 NaOH O2 H2增大 活泼金属含氧酸盐 Na2SO4 O2 H2 H2O 由盐种类定 H2O 无氧酸 HCl Cl2 H2增大HCl 不活泼金属无氧酸盐 CuCl2 Cl2 Cu 电解质本身 CuCl2 活泼金属无氧酸盐 NaCl Cl2 H2水和电解质增大HCl 第 6 页 不活泼金属含氧酸盐 CuSO4 O2 Cu减小CuO 4 电解原理的应用 1 电解饱和食盐水 氯碱工业 实验装置及原理 电极材料 阳极 石墨 阴极 铁 电极反应 阴极 Fe 2H 2e H2 放电能力 H Na 阳极 C Cl 2e Cl2 放电能力 Cl OH 电解总方程 2NaCl 2H2O 电解 2NaOH H2 Cl2 阴极产物 阳极产物 阴极区产物 阳离子交换膜 允许 Na H2O 分子通过 Cl OH 气体分子不能通过 其目的为 防止 H2 Cl2混合电火花下反应爆炸 H2 Cl2 电火花 2HCl 防止 Cl2进入阴极区与 NaOH 反应 影响烧碱的质量和产量 Cl2 2NaOH NaCl NaClO H2O 2 活泼金属的冶炼 电解活泼金属的氧化物 碱或盐 熔融状态 制取活泼金属 2NaCl 熔融 电解 2Na Cl2 2Al2O3 电解 4Al 3O2 加入 Na3AlF6以降低 Al2O3熔点 3 精炼铜 用电解方法将粗铜中的杂质除去 获得精铜 装置 阳极 粗铜 含杂质 Zn Fe Ni Ag Au 阴极 精铜 纯铜 电解液 CuSO4溶液 电极反应式 阳极 Cu 2e Cu2 Fe 2e Fe2 Ni 2e Ni2 比铜活泼的 Zn Fe Ni先被氧化 以 Zn2 Fe2 Ni2 形式进入溶液中 不活泼金属Ag Au落入电解液中 阴极 Cu2 2e Cu 活泼金属离子Fe2 Ni2 不放电 留在溶液中 故可在阴极获得高纯度的 Cu 4 电镀 用电解法在某金属 镀件 表面镀上一薄层其它金属 镀层金属 电镀槽 阳极 镀层金属 电极反应 M ne Mn 阴极 镀件 电极反应 Mn ne M 电解液 含镀层金属阳离子的盐溶液 注意 为使放电顺序Zn2 H 故必须调节溶液的pH值 同时增大Zn2 浓度 例 10 2011 上海 用电解法提取氯化铜废液中的铜 方案正确的是 A 用铜片连接电源的正极 另一电极用铂片 B 用碳棒连接电源的正极 另一电极用铜片 C 用氢氧化钠溶液吸收阴极产物 D 用带火星的木条检验阳极产物 例 11 2011 山东高考 以 KCl 和 ZnCl2混合液为电镀液在铁制品上镀锌 下列说法正确的是 A 未通电前上述镀锌装置可构成原电池 电镀过程是该原电池的充电过程 B 因部分电能转化为热能 电镀时通过的电量与锌的析出量无确定关系 FeC NaCl溶液 精粗铜铜 CuSO4溶液 ZnCl液 溶 2 Fe Zn 第 7 页 C 电镀时保持电流恒定 升高温度不改变电解反应速率 D 镀锌层破损后对铁制品失去保护作用 例 12 2011 全国 II 卷 用石墨做电极电解 CuSO4溶液 通电一段时间后 欲使用电解液恢复到起始 状态 应向溶液中加入适量的 A CuSO4 B H2O C CuO D CuSO4 5H2O 例 13 09 安徽安徽12 Cu2O 是一种半导体材料 基于绿色化学理 念设计的制取 Cu2O 的电解池示意图如下 电解总反应为 2Cu H2O 电解 Cu2O H2 下列说法正确的是 A 石墨电极上产生氢气 B 铜电极发生还原反应 C 铜电极直接流电源的负极 D 当有 0 1mol 电子转移时 有 0 1mol Cu2O 生 成 例 14 09 北京 6 下列叙述不正确的是 A 铁表面镀锌 铁作阳极 B 船底镶嵌锌块 锌作负极 以防船体被腐蚀 C 钢铁吸氧腐蚀的正极反应 O2 2H2 O 4e 4OH D 工业上电解饱和食盐水的阳极反应 2Cl 2e C12 例 15 09 广东广东 14 可用于电动汽车的铝 空气燃料电池 通常以 NaCl 溶液或 NaOH 溶液为电解 液 铝合金为负极 空气电极为正极 下列说法正确的是 A 以 NaCl 溶液或 NaOH 溶液为电解液时 正极反应都为 O2 2H2O 4e 4OH B 以 NaOH 溶液为电解液时 负极反应为 Al 3OH 3e Al OH 3 C 以 NaOH 溶液为电解液时 电池在工作过程中电解液的 pH 保持不变 D 电池工作时 电子通过外电路从正极流向负极 例 16 2011 海南高考 一种充电电池放电时的电极反应为 H2 2OH 2e 2H2O NiO OH H2O e Ni OH 2 OH 当为电池充电时 与外电源正极连接的电极上发生的反应是 A H2O 的还原 B NiO OH 的还原 C H2的氧化 D NiO OH 2的氧化 例 17 江西 山西卷 27 电解原理在化学工业中有广泛应用 右图表示一个电解池 装有 电解液 a X Y 是两块电极板 通过导线与直流电源相连 请回答以下问题 若X Y都是惰性电极 a是饱和NaCl溶液 实验开始时 同时在两边各滴入几滴酚酞试液 则 电解池中 X 极上的电极反应式是 在 X 极附近观察到的现象是 A a X Y 第 8 页 Y 电极上的电极反应式是 检验该电极反应产物的方法是 如要用电解方法精炼粗铜 电解液 a 选用 CuSO4溶液 则 X 电极的材料是 电极反应式是 Y 电极的材料是 电极反应式是 说明 杂质发生的电极反应不必 写出 例18 实验室用铅蓄电池作电源电解饱和食盐水制取氯气 已知铅蓄电池放电时发生如下反应 负极Pb SO42 PbSO4 2e 正极 PbO2 4H SO42 2e PbSO4 2H2O 今若制 Cl2 0 050 mol 这时电池内消耗 H2SO4的物质的量至少是 A 0 025 mol B 0 050 mol C 0 10 mol D 0 20 mol 例 19 07 江苏 11 某同学按右图所示的装置进行电解实验 下列说法正确的是 A 电解过程中 铜电极上有 H2产生 B 电解初期 主反应方程式为 Cu H2SO4 电解 CuSO4 H2 C 电解一定时间后 石墨电极上有铜析出 D 整个电解过程中 H 的浓度不断增大 例 20 07 全国 8 以惰性电极电解 CuSO4溶液 若阳极析出气体 0 01mol 则阴极上析出 Cu 为 A 0 64g B 1 28g C 2 56g D 5 12g 例 21 07 全国卷 10 在盛有稀 H2SO4的烧杯中放入导线连接的锌片和铜片 下列叙述正确的是 A 正极附近的 SO42 离子浓度逐渐增大 B 电子通过导线由铜片流向锌片 C 正极有 O2逸出 D 铜片上有 H2逸出 例例 2222 0808 全国全国 13 电解 100mL 含 c H 0 30mol L 的下列溶液 当电路中通过 0 04mol 电子时 理论上析出金属质量最大的是 A 0 10mol LAg B 0 20mol LZn2 C 0 20mol LCu2 D 0 20mol LPb2 例 23 08 全国 10 右图为直流电源电解稀 Na2SO4水溶液的装置 通电后在石墨电极 a 和 b 附 近分别滴加一滴石蕊溶液 下列实验现象中正确的是 A 逸出气体的体积 a 电极的小于 b 电极的 B 一电极逸出无味气体 另一电极逸出刺激性气味气体 C a 电极附近呈红色 b 电极附近呈蓝色 D a 电极附近呈蓝色 b 电极附近呈红色 第 9 页 例 24 2011 江苏高考 Ag2O2是银锌碱性电池的正极活性物质 可通过下列方法制备 在 KOH 加 入适量 AgNO3 溶液 生成 Ag2O 沉淀 保持反应温度为 80 边搅拌边将一定量 K2S2O8溶液缓慢加 到上述混合物中 反应完全后 过滤 洗涤 真空干燥得到固体样品 反应方程式为 2AgNO3 4KOH K2S2O8Ag2O2 2KNO3 K2SO4 2H2O 回答下列问题 1 上述制备过程中 检验洗涤是否完全的方法是取少许最后一次洗涤滤液 滴入 1 2 滴 Ba NO3 2溶液 若不出现白色浑浊 表示已洗涤完全 或取少许最后一次洗涤滤液 滴入 1 2 滴酚 酞溶液 若溶液不显红色 表示已洗涤完全 2 银锌碱性电池的电解质溶液为 KOH 溶液 电池放电时正极的 Ag2O2 转化为 Ag 负极的 Zn 转化为 K2Zn OH 4 写出该电池反应方程式 Ag2O2 2Zn 4KOH 2H2O 2K2Zn OH 4 2Ag 3 准确称取上述制备的样品 设 Ag2O2仅含和 Ag2O 2 558 g 在一定的条件下完全分解为 Ag 和 O2 得到 224 0 mLO2 标准状况下 计算样品中 Ag2O2的质量分数 计算结果精确到小 数点后两位 3 n O2