电化学原理及其应用知识网络

9-1- --1-考点提示一、原电池原电池的定义和化学原理从能量转变看，原电池是将化学能转变为电能的装置；从化学反响来看，原电池的原理是氧化复原反响中的复原剂失去的电子经过导线传递给氧化剂，使氧化反响和复原反响分别在两个电极上进展。一般来说，能自发进展的氧化复原反响，在理论上都可以组成原电池。构成原电池的条件⑴电极材料应是两种金属活动性不同的金属或由金属和其他能导电的材料〔如非金属等〕组成；⑵两电极必需浸在电解质溶液中；⑶形成闭合回路。留意：①极活泼金属不能做原电池的负极，如钾、钠等；②原电池的负极不肯定要与电解质溶液中的某种成分反响；③氧化反响和复原反响分别在两极上进展后，使得氧化复原反响更易进展。原电池的电极反响式和总反响式的书写在原电池中：负极〔电子流出的极〕失去电子，发生氧化反响；正极〔电子流入的极〕得到电子，发生复原反响。以上两个反响是在电极与界面上发生的氧化反响或复原反响，称为电极反响。留意：①电极反响式中常用“═→两极得失电子数应相等。原电池的总反响式一般是把正极和负极的电极反响式相加而得。假设电解质为弱电解质，在相加时应把离子改为相应的弱电解质。例如：铜、锌和稀硫酸组成的原电池的总反响式为：Zn+2H+═Zn2++H2↑；铜、锌和醋酸溶液组成的原电池的总反响式为：Zn+2CHCOOH═Zn2++2CHCOO―+H↑3 3 2原电池的正负极的推断方法⑴依据组成原电池的两极电极材料推断。一般是较活泼的金属为负极，活泼性较弱的金属或能导电的非金属为正极。⑶依据原电池里电解质溶液中离子的移动方向推断。在原电池的电解质溶液内，阳离子向正极移动，而阴离子向负极移动。⑷依据原电池两极发生的变化推断。原电池的负极总是失电子，发生氧化反响；而正极总是得电子，发生复原反响。原电池原理的应用⑴制作化学电源。例如：①锌-锰干电池〔锌-锰干电池反响原理及示意图请看高二化学教材P 〕99②铅蓄电池：Pb作电池的负极，PbO作电池的正极，电解质溶液是稀硫酸〔30%左右。电极反2应式〔负极b+O―–e═O 〔正极O +H++O+e═OH；总反响式：4 4 2 4 4 2Pb+PbO2+4H++2H2SO4═2PbSO4+2H2O留意：蓄电池在放电时起原电池的作用，将化学能转变为电能；充电时起电解池的作用，将电能转变为化学能。而是在工作时，不断从外界输入，同时将电极反响产物不断排出电池，例如氢氧燃料电池等。氢氧燃料电池有酸式和碱式两种，它们放电时的总反响式均为：2H2+O2═H2O。酸式氢氧燃料电池中的电解质是酸〔如稀H4溶液极：2H24e―═4H+；正极：O2+4H+4e―═2H2O。碱式氢氧燃料电池中的电解质是碱〔如0的H溶液，电极为多孔的i电极。 9-2- --2-其电极反响式：负极：2H+4OH―2

–4e―═4HO；正极：O+2HO+4e―═4OH―。2 2 2⑵加快反响速度。例如，试验室用Zn和稀硫酸〔或稀盐酸〕反响制H时，常用2ZnZnZnCuSOZnCu2+发生反响生4Cu，ZnCu〔Zn中的杂质〕在酸溶液中形成原电池，加快了产生H的速率。2⑶依据原电池推断金属活动性的强弱。二、金属的腐蚀和防护金属的腐蚀金属腐蚀的实质种类金属腐蚀的实质种类金属原子失去电子被氧化而消耗：M–ne―═Mn+金属的腐蚀原理区分化学腐蚀金属和非电解质或其他物质接触而直接发生氧化复原反响而引起的腐蚀金属直接与其他物质发生化学反响而消耗腐蚀过程中无电流产生金属被腐蚀电化学腐蚀不纯金属或合金在电解质溶液中发生原电消耗不纯金属在电解质溶液中发生原电池反响而消耗腐蚀过程中有微弱电流产生较活泼金属被腐蚀⑵电化学腐蚀的分类〔以钢铁腐蚀为例〕〔Fe〕2Fe–4e―═2Fe2+；正极〔C〕O

+2HO+4e―═4OH―；总反响式：2Fe+O+2HO═2Fe(OH) 。2 2 2 2 2②析氢腐蚀：析氢腐蚀的条件为酸性溶液。电极反响式：负极〔Fe〕Fe–2e―═Fe2+；正极〔C〕2H++2e―═H

↑；总反响式：Fe+2H+═Fe2++H↑2 2留意：①在上述两种电化学腐蚀中，吸氧腐蚀是主要的。②当两极均不能与电解质溶液直接反应时，发生的即为吸氧腐蚀。如铁钉、铜片等在食盐水中发生的腐蚀即为吸氧腐蚀。金属腐蚀快慢的规律⑴电解原理引起的腐蚀＞原电池原理引起的腐蚀＞化学腐蚀〔通常〕＞有防腐措施的腐蚀⑵对同一金属来说，腐蚀的快慢：强电解质溶液＞弱电解质溶液＞非电解质溶液⑶对同一电解质溶液来说，电解质溶液浓度越大，腐蚀越快。⑷一般来说，活泼性不同的两种金属，活泼性差异越大，腐蚀越快。金属的防护影响金属腐蚀的因素有金属的本性〔内因〕和外界条件〔外因〕两个方面。金属防护的常用方法有以下几种：⑴转变金属内部组成构造而增加抗蚀力量。如不锈钢等。热镀、喷镀法；③用化学方法使其外表形成一层致密氧化膜。⑶电化学保护法。如①外加电流的阴极保护法〔电解原理；②牺牲阳极〔即负极〕的阴极〔即正极〕保护法〔原电池原理。三、电解概念⑴电解：使直流电流通过电解质溶液而在阴、阳两极引起氧化复原反响的过程。留意：①不用沟通电；②电解质溶液可以电解，熔化状态下的离子化合物也可以电解；③电解与电离的区分和联系〔以l为例：外加直流电构成条件电解质溶液或熔化状态下的离子化合物⑵电解池〔或电解槽外加直流电构成条件电解质溶液或熔化状态下的离子化合物 9-3- --3-两个电极 阳极阴极电解原理从能量转变看，电解是将电能转变为化学能的过程；从化学反响来看，电解的原理是在外加电流的作用下使不能自发进展的氧化复原反响分别在两个电极上进展〔阳极上发生氧化反响，阴极上发生复原反响就是该溶液的电解过程。电解池的电极反响式和总反响式的书写在电解池中：阴极〔电子流入的极〕溶液里的阳离子得到电子，发生复原反响；正极〔电子流出的极〕溶液里的阴离子失去电子，发生氧化反响。以电解氯化铜溶液为例：阴极：Cu2++2e―═Cu〔复原反响〕2――═l↑〔氧化反响〕2总反响式为：化学方程式CuCl 解Cu+Cl↑ 图22 2离子方程式Cu2++2Cl―

Cu+Cl↑2电解池的总反响式一般是把阳极和阴极的电极反响式相加而得。假设电解质为弱电解质，在相加时应把离子改为相应的弱电解质。留意：总反响式中必需注明反响条件。没有电解条件，反响根本不发生。电解时电极产物的推断⑴阴极产物：依据溶液里的阳离子得电子力量强弱来推断。阳离子的放电挨次一般是：Ag+＞Fe3+＞Cu2+＞H+＞Pb2+＞Sn2+＞Fe2+＞Zn2+＞Al3+＞Mg2+＞Na+＞Ca2+＞K+

⑵阳极产物：依据溶液里的阴离子失电子力量强弱来推断。阴离子的放电挨次一般是：S2―＞I―＞Br―＞Cl―＞OH―＞含氧酸根＞F―电解池的阴阳极的推断方法⑴依据所连接的外加电源推断。与直流电源正极相连的为阳极，与直流电源负极相连的为阴极。⑵据电子流淌方向推断。电子流淌方向为：电源负极→阴极→阳极→电源正极⑶依据电解池里电解质溶液中离子的定向移动方向推断。在电解池的电解质溶液内，阳离子向阴极移动，而阴离子向阳极移动。⑷依据电解池两极产物推断。一般状况下，阴极上的现象是：析出金属〔质量增重〕或有无色气体〔H〕放出；阳极上的现象2是：有非金属单质生成，呈气态的有Cl2、O2或电极质量减轻〔活性电极作阳极。电解原理的应用⑴用惰性电极电解酸、碱、盐溶液主要解决以下问题：①电极反响确实定；②电解产物的推断；③电解反响方程式〔化学方程式和离子方程式〕的书写；④电解前后溶液的组成、浓度及pH的变化等。电解质类型电极反响式电解质类型电极反响式阳极阴极电解反响方程式电解质的浓度电解后溶pH〔HSO〕2 4增大减小 9-4- --4-无氧酸〔无氧酸〔HCl〕可溶性碱〔如NaOH〕活泼金属含氧酸盐〔NaSO〕2 4不活泼金属含氧酸盐〔CuSO〕4活泼金属无氧酸盐〔NaCl〕不活泼金属无氧酸盐〔CuCl〕2金属或合金的过程。电镀的目的是增加制品的抗腐蚀性或外表硬度，使制品更加美观耐用。例如，在铁制品外表镀铜时，铁制品作阴极，镀层金属铜作阳极，硫酸铜溶液作电镀液。其电极反响式为：阴极：金属或合金的过程。电镀的目的是增加制品的抗腐蚀性或外表硬度，使制品更加美观耐用。例如，在铁制品外表镀铜时，铁制品作阴极，镀层金属铜作阳极，硫酸铜溶液作电镀液。其电极反响式为：阴极：Cu2++2e―═Cu；阳极：Cu–2e―═Cu2+留意：①在电镀过程中，极板上发生的反响受多种因素的影响，主要靠掌握离子的浓度等条件而使电镀液中的H+OH―不放电。②电解和电镀的比较不同点相同点电解阳极材料惰性电极电镀在直流电作用化、复原反响电解液一般为电解质溶液电镀液中必需含镀层金属阳离子电解液浓度一般发生变化〔镀层金属〕根本上不发生变化⑷电解精炼——精炼铜精铜作阴极，粗铜作阳极，硫酸铜溶液为电解液。通电后，阴极〔精铜++e═u，阳极〔粗铜u–═；粗铜中的杂质〔较活泼的金属〕失电子变成阳离子进入电解液，比铜不活泼的金属沉积在电解槽阳极底部。⑸电冶活泼金属〔如钠、镁、铝等〕的离子不易得电子，不能用一般复原剂法进展冶炼，而用电解法，称为电冶。例如，用石墨电极电解熔融的氧化铝：2Al2O3电4Al+3O2↑ 9-5- --5-一、选择题〔448〕有关右图装置的表达不正确的选项是〔 〕这是一个原电池装置该装置中Pt为正极，电极反响为：O ＋2HO＋4e－＝OH－2 2Fe为阴极，电极反响为：Fe－2e－＋2OH－＝Fe(OH)2溶液中会消灭红褐色的沉淀2年，四川〕以下描述中，不符合生产实际的是〔 A．电解熔融的氧化铝制取金属铝，用铁作阳极B．电解法精炼粗铜，用纯铜作阴极C．电解饱和食盐水制烧碱，用涂镍碳钢网作阴极D．在镀件上电镀锌，用锌作阳极我国镍氢电池居世界先进水平，我军潜艇将装备国产大功率镍氢动力电池。常见镍氢电池的某极是储氢合金iH〔iH中各元素化合价均为零，电池反响通常表示为：56 56LaNiH＋6NiO(OH) LaNi＋6Ni(OH)56 5 2以下说法正确的选项是〔 〕A．放电时储氢合金作正极B．充电时储氢合金作阳极C．充电时阳极四周c(OH－)增大D．放电时负极反响：LaNiH＋6OH＝－6e－＝LaNi＋6HO56 5 2将氢气、甲烷、乙醇等物质在氧气中燃烧时的化学能直接转化为电能的装置叫燃料电池。燃料电池的根本组成为电极、电解质、燃料和氧化剂。此种电池能量利用率可高达80%〔一般柴油发电机只有%左右，产物污染也少。以下有关燃料电池的说法错误的选项是〔 〕上述燃料电池的负极反响材料是氢气、甲烷、乙醇等物质B．氢氧燃料电池常用于航天飞行器，缘由之一是该电池的产物为水，经过处理之后可供宇航员使用C．乙醇燃料电池的电解质常用KOH，该电池的负极反响为：CHOH－12e－＝2CO↑＋3HO25 2 2D．甲烷燃料电池的正极反响为：O＋2HO＋4e－＝4OH－2 2能够使反响Cu＋2HO＝Cu(OH)↓＋H↑发生，且Cu(OH)能在电极上析出的是〔 〕2 2 2 2铜片作原电池的负极，碳棒作原电池的正极，氯化钠溶液作电极质溶液用铜片作阴、阳极，电解硫酸钠的水溶液C．用铜片作阴、阳极，电解氢氧化钠的水溶液D．用铜片作阴、阳极，电解硫酸铜的水溶液TiO在光照耀下可使水分解：2HO 2H↑＋O↑，该过程2 2 2 2类似植物的光合作用。右图是光照耀下TiO分解水的装置示意图。2以下表达正确的选项是〔 〕该装置可以将光能转化为电能，同时也能转化为化学能B．铂电极上发生的反响为：H＋2e－＝2H＋22C．该装置工作时，电流由TiO电极经R流向铂电极2D．该装置工作时，TiO2电极四周溶液的pH变大7．如以下图所示，以下表达正确的选项是〔 〕 9-6- --6-A．Y为阴极，发生复原反响 B．X为正极，发生氧化反响C．Y与滤纸接触处有氧气生成 D．X与滤纸接触处变红以下图4100mLCuSO4

溶液 ②盛200mL0.01mol·L－1HSO2 4

溶液③盛200mLZnCl溶液 ④盛200mLNaCl饱和溶液，工作一段时间后，测得导线上均通过了0.002mol电子，此2CCZnCuFeZnFeCCCZnCuFeZnFeC①②③④A．④②③①B．④③①②C．④③②①D．④①③②当电解质溶液为氢氧化钾水溶液的氢氧燃料电池电解饱和碳酸钠溶液一段时间，假设电解时温度不变且用惰性电极，以下说法正确的选项是〔 〕当电池负极消耗mg气体时，电解池阳极同时有mg气体生成电池的正极反响式为：O＋2HO＋4e—＝4OH—2 2c(NaCO)减小，溶液中有晶体析出2 3c(KOH)pH变大2年上海〕在铁制品上镀上肯定厚度的锌层，以下设计方案正确的选项是〔 A．锌作阳极，镀件作阴极，溶液中含有锌离子B．铂作阴极，镀件作阳极，溶液中含有锌离子C．铁作阳极，镀件作阴极，溶液中含有亚铁离子D．锌用阴极，镀件作阳极，溶液中含有锌离子三氧化二镍〔Ni

O〕可用于制造高能电池，其电解法制备过程如下：用NaOHNiCl

pH至2 3 2Cl2在弱碱性条件下生成ClO－，把二价镍氧化为三价镍。以下说法正确的选项是〔 〕A．可用铁作阳极材料BpH上升C．阳极反响方程式为：2Cl－－2e－＝Cl2D．1mol二价镍全部转化为三价镍时，外电路中通过了1mol电子。用两支惰性电极插入500mLAgNO3溶液中，通电电解。当电解液的pH从6.0变为3.0时(设电解时阴极没有氢气析出，且电解液在电解前后体积变化可以无视)，电极上析出银的质量大约是〔 〕A．27mg B．54mg C．108mg D．216mg二、填空题〔652分〕将干净的金属片A、B、C、D分别放置在浸有盐溶液的滤纸上面并压紧(如下图)。在每次试验 9-7- --7-时，记录电压指针的移动方向和电压表的读数如右表所示：，构成原电池两电极的金属活动性相差越大，电压表读数越大。请推断1AB、D四种金属中活泼性最强的 用字母表)〔2〕假设滤纸改用NaOH溶液浸润一段时间后，则在滤纸上能看到有白色物质析出，后快速变为灰绿色，最终变成褐色。则滤纸上方的金属片为 (用字母表示)，此时对应的电极反响式为：负极 ；正极 。14．为省药品和时间，甲、乙、丙三位同学用铜片、锌片、稀硫酸CuSO溶液；直流电源、石墨电极、4导线、烧杯、试管等中学化学常见的药品和仪器〔用品接力的方式，设计了比较铜与锌金属活动性相对强弱的系列试验。试填写以下空白：甲同学分别将一小片铜片、锌片置于烧杯底部〔铜与锌不接触，留神向烧杯中参加稀硫酸观看到的现象是 。甲同学的设计思路是 。乙同学接着甲的试验，向烧杯中滴加 溶液，进而观看到的现象是 ， 。乙同学做出锌、铜金属活动性相对强弱所依据的原理是，。丙同学使用直流电源、石墨电极组装好电解装置，向乙同学试验后的溶液中补充了必要的试剂〔作为电解液。反响在调控下随即开头，试验中有关化学反响方程式为是 。请你再单独设计一个简洁的试验〔试剂、仪器自选对强弱〔简要说明操作和现象〕。反响AsO3－＋2I－＋H+ AsO3－＋I＋HO是可逆反响。设计如图装置，进展下述操作：4 3 2 2〔〕向〕指针偏转；〔〕假设改往〕烧杯中滴加％H微安培表指针向前述相反方向偏转．试答复：两次操作过程中指针为什么会发生偏转？。两次操作过程中指针偏转方向为什么会相反?试用平衡移动原理解释此现象．。〔3〔〕操作过程中C棒上发生的反响为 。1〔4〔〕操作过程中C2

棒上发生的反响为 。化学电池在通讯、交通及日常生活中有着广泛的应用。 9-8- --8-目前常用的镍镉〔Ni－Cd〕电池，其电池总反响可以表示为：充电Cd+2NiO(OH)+2HO充电

2Ni(OH)

+Cd(OH)2 放电 2 2Ni(OH)和Cd〔OH〕均难溶于水但能溶于酸，以下说法正确的选项是〔 〕2 2①以上反响是可逆反响 ②以上反响不是可逆反响③充电时化学能转变为电能 ④放电时化学能转变为电能A．①③ B．②④ C．①④ D．②③废弃的镍镉电池已成为重要的环境污染物，有资料说明一节废镍镉电池可以使1m2面积的耕地失去使用价值。在酸性土壤中这种污染尤为严峻，这是由于 。另一种常用的电池锂电池，由于它的比容量〔单位质量电极材料所能转换的电能〕特别大而广泛应用于心脏起搏器，一般使用时间可长达十年，它的负极用金属锂制成，电池总反响可表示为：Li+MnO LiMnO。试答复：锂电池中的电解质溶液需用非水溶液配制，为什么这种电池不能使2 2