2020学年高中化学 第4章 电化学基础练习 新人教版选修4

第4章 电化学基础一图解原电池正、负极的判断方法原电池中电极的判断角度如下所示：特别提示判断一个原电池中的正、负极，最根本的方法是失电子(发生氧化反应)的一极是负极，得电子(发生还原反应)的一极是正极。如果给出一个化学方程式判断正、负极，可以直接根据化合价的升降来判断，化合价升高、发生氧化反应的一极为负极，化合价降低、发生还原反应的一极为正极。【例1】甲、乙两位学生想利用原电池反应检测金属的活动性顺序，两人均使用镁片与铝片作电极，但甲同学将电极放入6 molL1H2SO4溶液中，乙同学将电极放入6 molL1的NaOH溶液中，如下图所示。(1)如果甲、乙同学均认为若构成原电池的电极材料都是金属，则构成负极材料的金属应比构成正极材料的金属活泼，则甲会判断出_的活动性更强，而乙会判断出_的活动性更强。(填元素符号)(2)由此实验，可得到哪些正确的结论？_(填字母)。A.利用原电池反应判断金属活动性顺序时应注意选择合适的介质B.镁的金属性不一定比铝的金属性强C.该实验说明金属活动性顺序表已过时，已没有实用价值D.该实验说明化学研究的对象复杂，反应受条件影响较大，因此应具体问题具体分析(3)上述实验也反过来证明了“直接利用金属活动性顺序表判断原电池的正、负极”的做法_(填“可靠”或“不可靠”)。如不可靠，请你提出另一个判断原电池正、负极的可行的实验方案：_(如可靠，此空可不填)。【答案】(1)MgAl(2)AD(3)不可靠将两种金属连上电流表后插入电解质溶液中，构成原电池，利用电流表测定电流的方向，从而判断电子的流动方向，由此确定原电池的正、负极二原电池电极反应式的书写规律和方法1.根据装置书写电极反应式(1)先分析题目给定的图示装置，确定原电池正、负极上的反应物，并标出相同数目电子的得失。(2)负极反应式的书写常见电池负极反应特点负极反应式书写方法锌锰干电池(ZnCNH4Cl)负极(Zn)本身失去电子生成阳离子(Zn2)生成的阳离子不与电解质溶液成分反应直接写出负极反应式：Zn2e=Zn2铅蓄电池(PbPbO2H2SO4)负极(Pb)本身失去电子生成阳离子(Pb2)生成的阳离子(Pb2)与电解质溶液成分(SO)反应将和进行叠加：Pb2eSO=PbSO4甲烷燃料电池(PtPtKOH)负极本身不反应，燃料失去电子被氧化燃料反应产物与电解质溶液成分有些能反应将和进行叠加：CH48e10OH=CO7H2O(3)正极反应式的书写首先判断在正极发生反应的物质：当负极材料与电解质溶液能自发的发生化学反应时，在正极上发生电极反应的物质是电解质溶液中的某种微粒；当负极材料与电解质溶液不能自发的发生化学反应时，在正极上发生反应的物质是溶解在电解质溶液中的O2。然后再根据具体情况写出正极反应式，在书写时也要考虑正极反应产物是否与电解质溶液反应的问题，若参与反应也要书写叠加式。燃料电池的正极反应式电解质是碱性或中性溶液：O22H2O4e=4OH，电解质是酸性溶液：O24H4e=2H2O。(4)正、负电极反应式相加得到电池反应的总反应方程式。2.根据总反应式书写电极反应式如果题目给定的是总反应式，可分析此反应中的氧化反应或还原反应(即分析有关元素的化合价变化情况)，再选择一个简单变化情况写电极反应式，另一极的电极反应式可直接写或将各反应式看作数学中的代数式，用总反应式减去已写出的电极反应式即得结果。以2H2O2=2H2O为例，当电解质溶液为KOH溶液时的电极反应式的书写步骤如下：(1)根据总反应方程式分析有关元素化合价的变化情况，确定2 mol H2失掉4 mol电子，初步确定负极反应式为2H24e=4H。(2)根据电解质溶液为碱性，与H不能大量共存，反应生成水，推出OH应写入负极反应式中，故负极反应式为2H24OH4e=4H2O。(3)用总反应式2H2O2=2H2O减去负极反应式得正极反应式：2H2OO24e=4OH。3.可充电电池电极反应式的书写在书写可充电电池电极反应式时，要明确电池和电极，放电为原电池，充电为电解池。(1)原电池的负极发生氧化反应，对应元素化合价升高。(2)原电池的正极发生还原反应，对应元素化合价降低。【例2】氢氧燃料电池的工作原理如下图所示。通常氢氧燃料电池有酸式(当电解质溶液为硫酸时)和碱式当电解质溶液为NaOH(aq)或KOH(aq)时两种。试回答下列问题：(1)酸式电池的电极反应：负极：_，正极：_；电池总反应：_；电解质溶液的pH_(填“变大”、“变小”或“不变”)。(2)碱式电池的电极反应：负极：_，正极：_；电池总反应：_；电解质溶液的pH_(填“变大”、“变小”或“不变”)。【答案】(1)2H24e=4HO24e4H=2H2O2H2O2=2H2O变大(2)2H24e4OH=4H2OO24e2H2O=4OH2H2O2=2H2O变小理解感悟书写电极反应式时，一是要注意电解质溶液是否参与反应；二是根据得失电子守恒将正、负极反应式相加得出总反应方程式；三是结合总反应方程式分析pH变化。(2)正极上，O2得电子变为O2，溶液中O2不能单独存在，碱性条件下与H2O分子结合生成OH；负极上，H2失电子变为H，碱性条件下H不能大量存在，与OH结合生成水。电池总反应也是H2在O2中的燃烧反应。同样，由于有水生成，c(OH)变小，pH变小。三原电池和电解池的比较与判断1.原电池和电解池的比较装置类别原电池电解池原理使氧化还原反应中电子的转移做定向移动，从而形成电流使电流通过电解质溶液或熔融电解质而在阴、阳两极引起氧化还原反应的过程装置特点将化学能转变成电能将电能转变成化学能实例电极名称负极正极阴极阳极反应类型氧化反应还原反应还原反应氧化反应反应特征自发的氧化还原反应(主动)借助电流(被动)电极判断由电极本身决定正极：流入电子负极：流出电子由外电源决定阳极：连电源正极阴极：连电源负极电子流向负极外电路正极电解池阳极电源正极电源负极电解池阴极离子移动阳离子向正极移动阴离子向负极移动阳离子向阴极移动阴离子向阳极移动2.原电池和电解池的判断(1)先分析有无外接电源，无外接电源的可能为原电池，然后用原电池的构成条件判断确定。(2)有外接电源的为电解池。其中，当阳极金属与电解质溶液中的金属阳离子相同时，则为电镀池；其余情况为电解池。【例3】根据下列四种电化学装置图，回答下列问题：(1)装置名称：A_，B_，C_，D_。(2)装置A中Fe是_极，Zn是_极；装置D中Fe是_极，C是_极。(3)写出各电极反应式：装置氧化反应还原反应ABCD(4)装置B、C相比较，其反应速率的大小关系是_。【答案】见解析四电解规律及其应用1.电解池中电极反应式的书写规律电解池中电极反应式的书写关键是掌握离子的放电顺序。(1)阴极与电源负极相连，得电子发生还原反应。其规律有两个：一是电极本身不参加反应；二是电解质溶液中氧化性强的阳离子先得电子，如AgFe3Cu2HPb2Sn2Fe2Zn2，要注意金属活动性顺序表中Al及Al前面的金属离子在溶液中不放电。(2)阳极与电源正极相连，失去电子发生氧化反应。其规律有两个：一是若阳极为非惰性电极(除Pt、Au之外的金属作电极)，电极本身失去电子被氧化，电解质溶液中的阴离子不参与电极反应；二是若阳极为惰性电极(Pt、Au或非金属作电极)，电解质溶液中还原性强的阴离子失去电子被氧化，如S2IBrClOH含氧酸根。(3)特别注意：书写电解池中电极反应式时，要以实际放电的离子表示，但书写总电解反应方程式时，弱电解质要写成分子式。如用惰性电极电解NaOH溶液，阳极发生氧化反应，电极反应式为4OH4e=2H2OO2，阴极发生还原反应，电极反应式为2H2e=H2，总反应式表示为2H2O2H2O2。2.用惰性电极电解酸、碱、盐溶液的规律类型物质类型电解物质电解质溶液浓度pH使电解质溶液复原电解水型强碱(NaOH)水增大增大加水含氧酸(H2SO4)减小活泼金属含氧酸盐(Na2SO4)不变电解质型无氧酸(HCl)电解质减小增大加电解质本身不活泼金属无氧酸盐(CuCl2)放H2生碱型活泼金属无氧酸盐(NaCl)电解质和水生成新电解质增大加相应的无氧酸放O2生酸型不活泼金属含氧酸盐(CuSO4)电解质和水生成新电解质减小加相应的氧化物3.电解原理的应用(1)氯碱工业：电解饱和食盐水制取NaOH、Cl2和H2，并以它们为原料生产一系列化工产品。(2)电镀如图所示(铁片上镀银)：待镀金属制品作阴极，镀层金属作阳极，用含有镀层金属离子的溶液作电镀液。(3)电解精炼铜如图所示：用纯铜板作阴极，粗铜板(含Zn、Fe、Ni、Ag、Au等杂质)作阳极，CuSO4溶液或CuCl2溶液作电解液。(4)电冶金2NaCl(熔融)2NaCl22Al2O3(熔融)4Al3O2【例4】下图是一个用铂丝作电极电解稀MgSO4溶液的装置，电解液中加有中性红色指示剂，此时溶液呈红色。(指示剂的pH变色范围：6.88.0，酸性红色，碱性黄色)回答下列问题：(1)下列关于电解过程中电极附近溶液颜色变化的叙述正确的是_(填编号)。A极附近溶液由红变黄B极附近溶液由红变黄A极附近溶液不变色B极附近溶液不变色(2)写出A极发生反应的反应式：_。(3)写出B极发生反应的反应式：_。(4)电解一段时间后，切断电源，将电解液倒入烧杯内观察到的现象是_。【答案】(1)(2)2H2e=H2(或2H2O2e=2OHH2)、Mg22OH=Mg(OH)2(3)4OH4e=2H2OO2(或2H2O4e=4HO2) (4)溶液呈红色，白色沉淀溶解(或大部分溶解)理解感悟MgSO4与Na2SO4溶液的电解既相似又相异电极反应相同而实验现象和电解总反应不同；同理，MgCl2与NaCl溶液的电解既相似又相异MgCl2溶液电解反应的离子方程式为Mg22Cl2H2OMg(OH