1、第5讲 电化学原理例1(2012年高考海南卷)新型高效的甲烷燃料电池采用铂为电极材料，两电极上分别通入CH4和O2，电解质为KOH溶液。某研究小组将两个甲烷燃料电池串联后作为电源，进行饱和氯化钠溶液电解实验，如图所示。回答下列问题：(1)甲 烷 燃 料 电 池 正 极、负 极 的 电 极 反 应 分 别 为 _、_；(2)闭合K开关后，a、b电极上均有气体产生，其中b电极上得到的是_，电解氯化钠溶液的总反应方程式为_；(3)若每个电池甲烷通入量为1 L(标准状况)，且反应完全，则理论上通过电解池的电量为_(法拉第常数F9.65104Cmol1，列式计算)，最多能产生的氯气体积为_L(标准状况)
2、。解析(1)甲烷燃料电池的总离子反应方程式为：CH42O22OH=CO 3H2O，正极反应式为2O24H2O8e=8OH，负极反应式由总反应式减去正极反应式即可得到；(2)由图示可知，甲烷燃料电池中通入CH4的一极为负极，因而与之相连的b电极为阴极，产生的气体为氢气；(3)1 mol甲烷被氧化失去电子8 mol，电量为89.65104C，题中虽有两个燃料电池，但电子的转移只能用一个电池的甲烷量计算，可根据CH48e4Cl2计算出标准状况下产生氯气的体积为4 L。答案(1)O22H2O4e=4OH1原电池的正负极、电解池的阴阳极的判断(1)原电池的正负极根据组成原电池的两极电极材料判断，一般是较
3、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。据电子流动方向或电流方向判断，电子流动方向：由负极正极；电流方向：由正极负极。根据原电池里电解质溶液中离子的移动方向判断，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。根据原电池两极发生的变化判断，原电池的负极总是失电子，发生氧化反应；而正极总是得电子，发生还原反应。(2)电解池的阴阳极根据所连接的外加电源判断，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。据电子流动方向判断，电子流动方向为：电源负极阴极阳极电源正极。根据电解池里电解质溶液中离子的定向移动方向判断，在电解池的电解质溶液内，阳离子向阴极移动，而阴
4、离子向阳极移动。根据电解池两极产物判断，一般情况下：阴极上的现象是：析出金属(质量增重)或有无色气体(H2)放出；阳极上的现象是：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)。2电极反应式及总反应方程式的书写(1)原电池中电极反应式分析两极情况，直接书写电极反应式，并将两极反应式相加得总反应方程式；已知总反应方程式，可根据氧化还原情况，首先写出较易书写的一极的电极反应式，然后用总反应方程式减去前者，即得另一极的电极反应式。(2)电解池中的电极反应式(3)在判断电极反应式书写正误时，还要看是否遵循质量守恒定律和电荷守恒定律。3离子移动的方向(2)带盐桥的原电池盐桥中的
5、阳离子移向正极，阴离子移向负极。1(2011年高考新课标全国卷)铁镍蓄电池又称爱迪生电池，放电时的总反应为：FeNi2O33H2O=Fe(OH)22Ni(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FeB电池放电时，负极反应为Fe2OH2e=Fe(OH)2C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)22OH2e=Ni2O33H2O解析：由铁镍蓄电池放电时的产物全部是碱可知，电解液为碱性溶液，放电时负极发生氧化反应，正极发生还原反应，故Fe为负极，Ni2O3为正极，A正确。放电时，Fe失电子被氧化，负极反应为Fe2
6、OH2e=Fe(OH)2，B正确。充电时，阴极发生还原反应，电极反应为Fe(OH)22e=Fe2OH，pH增大，C错误。充电时，阳极发生氧化反应，电极反应为2Ni(OH)22OH2e=Ni2O33H2O，D正确。答案：C例2(1)(2011年高考天津卷节选)电解法除去Cr2O该法用Fe做电极电解含Cr2O 的酸性废水，随着电解进行，在阴极附近溶液pH升高，产生Cr(OH)3沉淀。用Fe做电极的原因为_。在阴极附近溶液pH升高的原因是(用电极反应解释)_，溶液中同时生成的沉淀还有_。(2)(2011年高考四川卷)用吸收H2后的稀土储氢合金作为电池负极材料(用MH表示)，NiO(OH)作为电池正极
7、材料，KOH溶液作为电解质溶液，可制得高容量、长寿命的镍氢电池。电池充放电时的总反应为：NiO(OH)MHNi(OH)2M电池放电时，负极的电极反应式为_。充电完成时，Ni(OH)2全部转化为NiO(OH)。若继续充电将在一个电极产生O2，O2扩散到另一个电极发生电极反应被消耗，从而避免产 生 的 气 体 引 起 电 池 爆 炸，此 时，阴 极 的 电 极 反 应 式 为_。解析(1)铁做阳极发生反应：Fe2e=Fe2，产生还原剂Fe2，可使Cr2O 还原成Cr3，最终生成Cr(OH)3沉淀。阴极发生反应：2H2e=H2，溶液中c(H)降低，溶液的pH升高。由于Fe(OH)2极易被氧化生成Fe
8、(OH)3，故溶液中还生成Fe(OH)3沉淀。(2)根据条件可知，MH在负极失电子，电极反应式为MHOHe=H2OM。在阴极O2得电子和H2O作用生成OH，电极反应式为O22H2O4e=4OH。答案(1)阳极反应为Fe2e=Fe2，提供还原剂Fe22H2e=H2Fe(OH)3(2)MHOHe=MH2OO22H2O4e=4OH1电解质溶液的电解规律电解后电解质溶液恢复时要注意，从溶液中出去哪些原子，则需按比例补充哪些原子。如电解盐酸从溶液中出去的是H2和Cl2(11)，故补入时应通入HCl气体而不是加入盐酸。2关于金属腐蚀的问题(1)干燥的环境下以化学腐蚀为主，一般情况下以电化学腐蚀为主。(2)
9、金属腐蚀快慢的判断方法电解原理引起的腐蚀原电池原理引起的腐蚀有防腐措施的腐蚀。(3)钢铁吸氧腐蚀过程Fe(OH)3Fe2O3xH2O(铁锈)特别提醒 铁作电极一般不能直接转化为Fe3。2(2012年高考山东卷)下列与金属腐蚀有关的说法正确的是()A图a中，插入海水中的铁棒，越靠近底端腐蚀越严重B图b中，开关由M改置于N时，CuZn合金的腐蚀速率减小C图c中，接通开关时Zn腐蚀速率增大，Zn上放出气体的速率也增大D图d中，ZnMnO2干电池自放电腐蚀主要是由MnO2的氧化作用引起的解析：A项：插入海水中的铁棒靠近液面的位置与氧气接触，易发生吸氧腐蚀；B项：开关由M改置于N时，Zn作负极，CuZn
10、合金作正极，合金受到保护；C项：接通开关形成原电池，Zn作负极，Zn的腐蚀速率增大，但气体是在Pt电极上生成；D项：ZnMnO2中自放电腐蚀主要是Zn发生氧化反应而自放电。答案：B1在分析原电池时，往往错误地认为阳离子移向负极，阴离子移向正极。2错误地认为电子通过电解质溶液，在闭合电路中电子走陆路(导线)，离子走水路(电解质溶液)，电子并不通过电解质溶液，内电路是离子定向移动而导电。3易把电解MgCl2溶液的离子方程式错写成：2Cl2H2O 2OHCl2H2忽视了Mg(OH)2难溶于水，正确的离子方程式应为：Mg22Cl2H2O Mg(OH)2Cl2H2。4电解AlCl3溶液误认为会先沉淀，后
11、溶解，事实上生成的Al(OH)3不会转化为AlO 或Al(OH)。5误认为活泼金属一定做负极。但也不一定，如在MgAlNaOH溶液构成的原电池中，由于相对于NaOH溶液来说铝比镁活泼，故铝做负极，镁做正极。6在电解食盐水的过程中错误认为阳极区显碱性。理由是OH带负电荷，向阳极移动。事实是阴极上H得电子生成H2，破坏了水的电离平衡，使阴极区c(H)c(OH)，溶液显碱性。7电解过程中，若只是水被电解，误认为溶液的pH不发生变化。但若电解氢氧化钠溶液、硫酸溶液等，虽然溶质的量未变，但是溶液的浓度增大，故pH发生变化。8用惰性电极电解NaCl溶液、CuSO4溶液时，当NaCl或CuSO4完全反应后，
12、误认为反应也停止了。实际反应后生成NaOH或H2SO4能继续电解。判断正误：(正确的打“”号，错误的打“”号)1(2012年高考江苏卷)镀铜铁制品镀层受损后，铁制品比受损前更容易生锈。()2(2011年高考江苏卷改编)铅蓄电池放电时的负极和正极质量均增大。()3(2011年高考山东卷)电解AlCl3、FeCl3、CuCl2的混合溶液时，阴极上依次析出Cu、Fe、Al。()4(2012年金华模拟)有盐桥的原电池，可撤掉盐桥，换一根铜导线，以构成闭合回路。()5(2012年威海模拟)惰性电极电解三氯化铁、硫酸铜的混合溶液，阴极析出的铜与线路中流过的电子关系如图所示。()6(2012年江门模拟)在以
13、氢氧化钾为电解质溶液的甲醇燃料电池中，负极反应式为：CH3OH8OH6e=CO 6H2O()【案例1】如图，两电极上发生的电极反应如下：a极：2H2e=H2b极：Zn2e=Zn2则以下说法不正确的是()A该装置可能是电解池B该装置中电解质溶液的pH可能等于7Ca、b可能是同种电极材料D该过程中能量的转换一定是化学能转化为电能【易错剖析】错误原因是思维定式，没有根据题中给出电极反应进行分析。从而错选A或C。【规范解答】该装置为原电池时，则b为负极，材料为Zn，a为正极，材料为活泼性比Zn弱的金属，电解质溶液为非氧化性酸溶液；该装置为电解池时，b极为阳极，材料为Zn，a极为阴极，材料可为活性电极或
14、惰性电极，电解质溶液为活泼金属的盐溶液。因此该装置既可能为原电池，也可能为电解池，A对，D错；若该装置为电解池，当电解质为NaCl时，pH7，B对；该装置为电解池时，电极材料均可为Zn，C对。【答案】D【案例2】(2011年高考山东卷)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【易错剖析】本题易错选B。受电能转化为热能的误导，从而错选B。受温度升高化学反应速率加快的误导认为C不正确。【规范解答】A项，未通电时是原电池，但电镀过程并不是原电池的充电过程，故A错误；B项，消耗锌时转移的电子与通过的电量有确定的关系，故锌的析出量与通过的电量有确定关系，故B错误；C项，电镀时保持电流恒定，有利于保证电镀的质量，温度不影响电解的速率，故C正确；D项，镀锌层破损后与铁构成了原电池，锌作负极被腐蚀，保护了铁，故D错误。【答案】C
