高考特训王美文密讲义09年-6电化学

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2009年5月高考科学备考专题

6电化学基本原理主讲教师：北京师大二附中王美文2专题6

电化学基本原理

一、原电池基础知识

二、电解池的基础知识

三、原电池和电解池的比较

四、电化学原理的简单应用 五、常见化学电源3考试说明对知识内容的要求考试内容要求说明（7）原电池原理化学电源化学腐蚀与电化学腐蚀及一般防腐蚀方法IIII理解（掌握）初步了解了解（8）电解原理铜的电解精炼、镀铜、氯碱工业反应原理

III

理解（掌握）了解4一、原电池基础知识1.原电池、电解池都是能量转换装置

化学能电能原电池电解池

2.反应实质原电池—总是较活泼的金属被氧化、被腐蚀、作负极电解池—在外电流作用下阳极被氧化，阴极被还原

3.离子放电顺序（等温、等物质的量浓度，得、失电子顺序）阳离子：Ag+

、Fe3+

、Cu2+

、H+┅Fe2+

、Zn2+┅（还原性）阴离子：S2-、I-、Br-、Cl-、OH-┅（失电子、氧化性）H2SO452.原电池电极名称的判断方法（1）根据电极材料的性质确定：金属—金属电极，活泼金属是负极，不活泼金属是正极；金属—非金属电极，金属是负极，非金属是正极；金属—化合物电极，金属是负极，化合物是正极。（2）根据电极反应的本身确定：失电子的反应—氧化反应—负极；得电子的反应—还原反应—正极（3）根据电子流出或电流流入的电极为负极，相反为正极。（4）根据原电池里电解质溶液内离子移动方向判断：阳离子移向的极为正极，阴离子移向的极为负极。63.原电池电极反应式书写关键

（1）明确电池的负极反应物是电极本身还是其他物质、反应产物及化合价的变化；（2）确定电池的正极反应物是电解质溶液中的离子，还是其他物质（如溶有或通入的氧气）；（3）判断是否存在特定的条件（如介质中的微粒H+、OH-

非放电物质参加反应），进而推断电解质溶液的酸碱性的变化；（4）总的反应式是否满足质量守衡、得失电子守衡、电荷守衡。74.电化学腐蚀（1）化学腐蚀——由一般的化学反应引起的腐蚀。（2）电化学腐蚀：以钢铁的腐蚀为例a.析氢腐蚀：负极：Fe－2e－

＝

Fe2+（强或较强酸性条件下）正极：2H++2e－

＝

H2↑（附近溶液pH升高）

总反应式：Fe+2H+

＝

Fe2++H2↑b.吸氧腐蚀：负极：Fe－2e－

＝

Fe2+（中性、碱性或极弱酸性条件下）正极：O2+2H2O+4e－

＝

4OH－

总反应式：2Fe+2H2O+O2

＝

2Fe(OH)285、原电池知识的应用（1）比较金属的活动性大小一般来说，原电池的负极金属比正极金属活动性强。（2）判断金属腐蚀的快慢①电解原理引起的腐蚀>原电池原理引起的腐蚀>化学腐蚀

>有防腐措施的腐蚀②原电池中的负极金属比正极金属腐蚀的快

③同种金属，在强电解质溶液中比在弱电解质溶液中腐蚀的快（3）原电池反应速率大于化学反应速率（4）设计电池

从理论上说，任何氧化还原反应均可设计成原电池9[例题-1]

把a、b、c、d四块金属片浸入稀硫酸中，用导线两两相连组成原电池。若a、b相连时，a为负极；c、d相连时，电流由d到c；a、c相连时，c极上产生大量气泡；b、d相连时，b上有大量气泡产生，则这四种金属的活动性顺序由强到弱为__________。[解析过程]根据原电池原理，作为负极的金属较正极金属活泼，电子流动方向由负极流向正极，电流方向与电子流向相反。故可作出以下判断：a＞c＞d＞b。10二、电解池的基础知识

1.电解:电流通过电解质溶液(或熔化的电解质)而在阴阳两极引起氧化—还原反应的过程。电解池的形成条件:（1）与(直流)电源相连的两个电极；（2）电解质溶液(或熔化的电解质)；（3）形成闭合回路。*电解质的导电的过程实质上就是电解过程；电解是在外电源的作用下被迫发生的氧化还原的过程，把电能转化为化学能.112、电解池中阳、阴两极极放电次序（1）阳极（连接电源+极）：①若为惰性电极(C,Pt,Au等),则阴离子放电（失电子，发生氧化反应），放电顺序为：阳极金属（除Pt、Au）>S2－>I

－>Br－>Cl－>OH－>

含氧酸根离子>F－②若为活泼电极（Ag以前）,则电极本身失去电子而放电。（2）阴极（连接电源﹣

极）

：放电次序一般是，无论是惰性电极，还是活性电极，电极都不会参与电极反应，始终为阳离子放电（得电子，发生还原反应），放电顺序为（与金属活动性相反）

：

Ag+>Hg2+>Fe3+>Cu2+>H+(酸)>Pb2+>Sn2+

>Fe2+>Zn2+

>H+(H2O)>Al3+>Mg2+>Na+>Ca2+>K+123、电解原理典型实例

（1）电解食盐水：电极反应式：

2NaCl+2H2O＝2NaOH+H2↑+Cl2↑13三、原电池与电解池的比较装置原电池电解池能量转换（实质）

化学能电能（氧化还原反应产生电流）

电能化学能（电流作用下产生氧还反应）组成条件电极名称（确定）

正极负极（较不活泼）（较活泼）

阳极阴极（连电源正）（连电源负）电子流向

负极正极

阳极电源正极

阴极电源负极电流方向

正极负极

电源正极阳极

电源负极阴极比较

（不同活泼性）相应电极（与电解目的相应）； 相应电解质溶液；内外电路沟通（外接电源）e-e-e-III14续表

装置原电池电解池负极：M–ne-Mn+

（活泼金属失去电子被氧化、被溶解、被腐蚀）正极：（1）2H++2e-H2↑

（酸性溶液）（2）Mn++ne-M（不活泼金属的盐溶液）（3）2H2O+O2+4e–

4OH-（中性、弱酸性条件下的吸氧腐蚀）

阳极：（1）惰性电极(Pt、C)Rn--ne-R例：2Cl-–2e-Cl2↑4OH-–4e-2H2O+O2↑（2）Ag以前金属作阳极

M–ne-Mn+例：Cu–2e-Cu2+

（电精炼铜）

Zn–2e-Zn2+

（电镀锌）阴极：Mn+–ne-M（不活泼金属的盐溶液）

2H+–2e-H2↑（活泼金属的盐溶液）比较电极反应

被氧化

被还原

被还原被氧化

被还原15[例-2-09-天津卷-12]下列叙述正确的是

A、在原电池的负极和电解池的阴极上都是发生失电子的氧化反应

B、用惰性电极电解Na2SO4溶液，阴阳两极产物的物质的量之比为1：2C、用惰性电极电解饱和NaCl溶液，若有1mol电子转移，则生成1molNaOHD、镀层破损后，镀锡铁板比镀锌铁板更耐腐蚀16［考点提示］

本题考查原电池和电解池的知识.[例-2-09-天津卷-12]下列叙述正确的是

A、在原电池的负极和电解池的阴极上都是发生失电子的氧化反应

B、用惰性电极电解Na2SO4溶液，阴阳两极产物的物质的量之比为1：2

C、用惰性电极电解饱和NaCl溶液，若有1mol电子转移，则生成1molNaOHD、镀层破损后，镀锡铁板比镀锌铁板更耐腐蚀连接电源负极发生得电子的还原反应实际电解水:H2O＝2H2↑+O2↑

比值为2：1电解阴极阳极铁做负极比镀锌铁板更易被腐蚀﹨171.电化学简单计算的要点与计算关系（1）熟悉常见电极反应阳极：2Cl-–2e-=Cl2↑4OH-–4e-=2H2O+O2↑阴极：2H++2e-=H2↑Cu2++2e-=Cu Ag++e-=Ag（2）重要关系：O2～2Cl2

～2H2

～2Cu～4Ag

对于未知金属，则有：4M～nO2↑2.常时间通（放）电后溶液的酸碱性（1）只放出H2（H+放电），破坏水的电离平衡，导致溶液中[OH-]>[H+],溶液pH增大。定量计算H2

～2H+，每放出1molH2，溶液中增加2molOH-

。+4ne-_四、电化学原理的简单应用18（2）只放出O2（OH-放电），破坏水的电离平衡，导致溶液中[H+]>[OH-],溶液pH减小。定量计算O2

～4OH-

，每放出1molO2，溶液中增加4molH+

。（3）惰性电极长时间电解含氧酸、强碱、或含氧酸的强碱盐溶液，既在阳极放出O2，又在阴极放出H2，其实质是电解水（总反应：2H2O 2H2↑+O2↑），将导致电解质溶液浓度增大。则：①电解含氧酸溶液（如H2SO4）浓度增大，[H+]增大,pH减小。②电解强碱溶液（如NaOH）浓度增大，[OH-]增大,pH增大。③电解含氧酸的强碱盐溶液（如Na2SO4）浓度增大，pH不变。电解19[例题-3]

为监测空气中汞蒸气是否超标，通过悬挂涂有CuI（白色）的滤纸，根据滤纸是否变色（亮黄色至暗红色）及变色所需时间来判断空气中的汞含量。发生的化学反应为：4CuI＋Hg＝

Cu2HgI4＋2Cu下列说法正确的是

A．上述反应属于置换反应

B．该反应中的氧化剂为CuIC．Cu2HgI4既是氧化产物又是还原产物

D．当有1molCuI参与反应时，转移电子的物质的量为0.5mol 20[例-题3]

为监测空气中汞蒸气是否超标，通过悬挂涂有CuI（白色）的滤纸，根据滤纸是否变色（亮黄色至暗红色）及变色所需时间来判断空气中的汞含量。发生的化学反应为：4CuI＋Hg＝

Cu2HgI4＋2Cu下列说法正确的是A．上述反应属于置换反应（Cu有化合态）B．该反应中的氧化剂为CuI

（氧化剂是Hg）C．Cu2HgI4既是氧化产物又是还原产物D．当有1molCuI参与反应时，转移电子的物质的量为0.5mol （转移电子的物质的量为1mol)

C21（1）用NaCl做原料可以得到多种产品。①工业上由NaCl制备金属钠的化学方程式是_______________________________。②实验室用惰性电极电解100mL0.1mol/LNaCl溶液，若阴阳两极均得到112mL气体（标准状况），则所得溶液的pH为__________（忽略反应前后溶液的体积变化）。[例题-4]

海水中蕴藏着丰富的资源。海水综合利用的流程图如下：海水晒盐分离粗盐卤水饱和食盐水各种产品MgCl2Mg(OH)2Mg精制……22（1）用NaCl做原料可以得到多种产品。①工业上由NaCl制备金属钠的化学方程式是___2NaCl＝

2Na+Cl2↑

__。②实验室用惰性电极电解100mL0.1mol/LNaCl溶液，若阴阳两极均得到112mL气体（标准状况），则所得溶液的pH为__13__

[C(OH﹣)

＝

112／22400）x2／0.1＝0.1mol/L][例题-4]

海水中蕴藏着丰富的资源。海水综合利用的流程图如下：海水晒盐分离粗盐卤水饱和食盐水各种产品MgCl2Mg(OH)2Mg精制……电解

23③电解氯化钠稀溶液可制备“84消毒液”，通电时氯气被溶液完全吸收，若所得消毒液仅含一种溶质，写出相应的化学方程式：____________________________。（2）分离出粗盐后的卤水中蕴含着丰富的镁资源，经转化后可获得MgCl2粗产品。①粗产品的溶液中含有Na+、Fe2+、Fe3+和Mn2+，需将Fe2+、Fe3+、Mn2+转化为沉淀除去。Fe(OH)2呈絮状，常将其转化为Fe(OH)3而除去(生成氢氧化物沉淀的pH见表)若只加一种上述（1）中得到的产品，该物质的化学式为_______________，控制溶液的pH为___________。物质开始沉淀沉淀完全Fe(OH)32.73.7Fe(OH)27.69.6Mn(OH)28.39.8Mg(OH)29.611.124③电解氯化钠稀溶液可制备“84消毒液”，通电时氯气被溶液完全吸收，若所得消毒液仅含一种溶质，写出相应的化学方程式：NaCl+H2O＝

NaClO+H2↑（2）分离出粗盐后的卤水中蕴含着丰富的镁资源，经转化后可获得MgCl2粗产品。①粗产品的溶液中含有Na+、Fe2+、Fe3+和Mn2+，需将Fe2+、Fe3+、Mn2+转化为沉淀除去。Fe(OH)2呈絮状，常将其转化为Fe(OH)3而除去(生成氢氧化物沉淀的pH见表)若只加一种上述（1）中得到的产品，该物质的化学式为__NaClO__，控制溶液的pH为__9.8__。物质开始沉淀沉淀完全Fe(OH)32.73.7Fe(OH)27.69.6Mn(OH)28.39.8Mg(OH)29.611.1电解2NaCl+2H2O＝2NaOH+H2↑+Cl2↑2NaOH+Cl2

＝2NaClO+H2↑25②在家用电热水器不锈钢内胆表面镶嵌镁棒，利用电化学原理来防止内胆腐蚀，写出正极的电极反应式：O2+2H2O+4e－

＝

4OH－

___。原电池原理

Mg极:Mg－2e－=Mg2+Fe极:

O2+2H2O+4e－

=4OH－

（吸氧腐蚀）总反应：2Mg＋O2+2H2O=2Mg(OH)226［例题-5-09-北京卷］据报道，我国拥有完全自主产权的氢氧燃料电池车在北京奥运会期间为运动员提供服务。某种氢氧燃料电池的电解液为KOH溶液，下列有关该电池的叙述不正确的是A.正极反应式为：O3+2H2O+4e－＝

4OH－B.工作一段时间后，电解液中KOH的物质的量不变C.该燃料电池的总反应方程式为：2H2+O2

＝

2H2OD.用该电池电解CuCl2溶液，产生2.24LCl2(标准状况)时，有0.1mol电子转移27［例题-5-09-北京卷］据报道，我国拥有完全自主产权的氢氧燃料电池车在北京奥运会期间为运动员提供服务。某种氢氧燃料电池的电解液为KOH溶液，下列有关该电池的叙述不正确的是

A.正极反应式为：O2+2H2O+4e－＝

4OH－(被还原得电子正确)B.工作一段时间后，电解液中KOH的物质的量不变(电解水正确)C.该燃料电池的总反应方程式为：2H2+O2

＝

2H2O(电解水)

D.用该电池电解CuCl2溶液，产生2.24LCl2(标准状况)时，有0.1mol电子转移(应该有0.2mol电子转移)28[例题-6-山东-新课程]

北京奥运会“祥云”火炬燃料是丙烷（C3H8），亚特兰大奥运会火炬燃料是丙烯（C3H6）。（1）丙烷脱氢可得丙烯。已知：

C3H8(g)

＝CH4(g)＋HC≡CH(g)＋H2(g)△H1＝156.6kJ·mol-1CH3CH=CH2(g)＝

CH4(g)＋HC≡CH(g)△H2＝32.4kJ·mol-1

则相同条件下，反应C3H8(g)＝

CH3CH=CH2

(g)＋H2(g)的△H＝

kJ·mol-1。（2）以丙烷为燃料制作新型燃料电池，电池的正极通入O2和CO2，负极通入丙烷，电解质是熔融碳酸盐。电池反应方程式为

；放电时，CO32

－移向电池的______

极（填“正”或“负”）。29[解析过程]（1）反应C3H8

(g)＝CH3CH=CH2

(g)

＋H2

(g)可以看成由反应(1)－(2)所得，反应(1)C3H8

(g)＝CH4

(g)＋HC≡CH(g)＋H2

(g)－反应(2)CH3CH=CH2

(g)＝CH4

(g)＋HC≡CH(g)因此⊿H＝⊿H1

－⊿H2

＝156.6kJ·mol-1

－32.4kJ·mol-1

＝124.2kJ·mol-1（2）该燃料电池发生反应：C3H8＋5O2＝3CO2＋4H2O；放电时CO32－移向电池的负极.30（3）碳氢化合物完全燃烧生成CO2和H2O。常温常压下，空气中的CO2溶于水，达到平衡时，溶液的pH＝

5.60，c(H2CO3)

＝1.5×10－5mol·L－

1。若忽略水的电离及H2CO3的第二级电离，则H2CO3HCO3－＋H+的平衡常数K1＝

。（已知：10－5.60＝

2.5×10－6）（4）常温下，0.1mol·L-1NaHCO3溶液的pH大于8，则溶液中c(H2CO3)

c(CO32－)(填“＞”、“＝”或“＜”)，原因是

（用离子方程式和必要的文字说明）。31根据已知：10－5.60＝

2.5×10－6溶液的pH＝

5.60，即H+

＝

2.5×10－6mol·L－

1c(H2CO3)

＝1.5×10－5mol·L－

1。则H2CO3HCO3－＋H+的平衡常数K1＝[c(HCO3-)

·cH+

／c(H2CO3)

]

＝(

2.5×10－6)2／1.5×10－5

＝4.2×10－7mol·L－1（4）溶液中c(H2CO3)＞c(CO32－)原因是

HCO3－

CO3

2－＋H+HCO3－＋H2OH2CO3＋OH－,HCO3－的水解程度大于电离程度32

[例题-7]在玻璃圆筒中盛有两种无色的互不相溶的中性液体，上層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，装置如右图。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_____________。-+石墨电极石墨电极搅棒33[考点提示]

本题考查了电解原理的理解以及和元素化合物知识、化学实验技能的综合应用能力；对题干中关键信息的获取和即时联想、迁移应用能力。34

[例题-7]在玻璃圆筒中盛有两种无色的互不相溶的中性液体，上層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，装置如右图。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_2I--2e-

＝

I2

_。（2）阴极上的电极反应式为_2H++2e-

＝

H2

_。-+石墨电极石墨电极搅棒35[例题-7]在玻璃圆筒中盛有两种无色的互不相溶的中性液体，上層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，装置如右图。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：（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）要检验上層液体中含有的金属离子，其方法是_____________，现象是_____________。-+石墨电极石墨电极搅棒36[例题-7]在玻璃圆筒中盛有两种无色的互不相溶的中性液体，上層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，装置如右图。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：（3）原上层液体是_中性的KI水溶液（或NaI

）_。（4）原下层液体是_中性的CCl4、CHCl3等液体_。（5）搅拌后两层液体颜色发生变化的原因是

I2在有机溶剂中的溶解度大于在水中的溶解度，所以“用搅棒上下剧烈搅动“后，绝大部分的

I2都转移到有机溶剂中，（6）要检验上層液体中含有的金属离子，其方法是焰色反应（用铂丝蘸取少量溶液放在无色火焰上灼烧）现象是透过蓝色钴玻璃可以观察到火焰呈紫色。-+石墨电极石墨电极搅棒37五常见化学电源

1.普通锌锰电池——干电池是用锌制筒形外壳作负极，位于中央的顶盖有铜帽的石墨作正极，在石墨周围填充ZnCl2、NH4Cl和淀粉糊作电解质，还填有MnO2黑色粉末，吸收正极放出H2，防止产生极化现象。电极反应为：负极：Zn-2e﹣

＝Zn2+正极：2NH4++2e-＝2NH3+H2H2+2MnO2＝Mn2O3+H2O4NH3+Zn2+＝[Zn(NH3)4]2+淀粉糊的作用是提高阴、阳离子在两极的迁移速率。电池的总反应式为：2Zn+4NH4Cl+4MnO2＝[Zn(NH3)4]Cl2+ZnCl2+2Mn2O3+2H2O干电池的电动势通常约为1.5V，不能充电再生。382.铅蓄电池

铅蓄电池可以放电亦可充电，它是用硬橡胶或透明塑料制成长方形外壳，在正极板上有一层棕褐色的PbO2，负极板是海绵状的金属铅，两极均浸入硫酸溶液中；且两极间用微孔橡胶或微孔塑料隔开。放电时起原电池的作用，电极反应为：当放电进行到硫酸的浓度降低，溶液的密度达1.18g时应停止使用。392.铅蓄电池

铅蓄电池可以