1、互动课堂疏导引导1.原电池两极的判断(1)根本依据：电子流出极为负极，电子流入极为正极。(2)常用方法：据金属电极活动性的相对强弱判断，一般来说，相对活泼的金属电极为负极，相对不活泼的电极为正极。据电极上发生反应的类型判断发生氧化反应的电极为负极，发生还原反应的电极为正极。据电池总反应式中元素化合价的升降来判断电池总反应式中元素化合价升高的电极材料为负极，元素化合价降低的电极材料为正极。(3)钢铁电化学腐蚀以钢铁在空气中生锈为案例，钢铁在潮湿空气里，其表面因吸附作用而覆盖一层极薄的水膜，水微弱电离产生少量H+和OH-，同时由于空气中CO2的溶解，水里H+增多，H2O+CO2H2CO3H+HCO
2、-3。这样表面就形成了一层电解质溶液薄膜，它跟钢铁里的铁和杂质或碳就形成了无数微小原电池。其中铁为负极，碳为正极，发生原电池反应：(-)Fe-2e-=Fe2+(+)2H+2e-=H2 随着H+浓度的降低，水的电离平衡向右移，OH-浓度逐渐增大，则OH-与Fe2+结合生成Fe(OH)2：Fe2+2OH-=Fe(OH)2。Fe(OH)2被空气中氧所氧化生成氢氧化铁：4Fe(OH)2+O2+2H2O=4Fe(OH)3，这样钢铁表面即产生了铁锈。上述这种腐蚀过程中有氢气放出，叫做析氢腐蚀。 析氢腐蚀是在较强的酸性介质中发生的，如果钢铁表面形成的电解质薄膜，呈很弱的酸性或中性时，负极仍是铁被氧化成Fe2
3、+，而在正极的主要反应则是水膜里溶解的氧气得电子被还原：(-)Fe-2e-=Fe2+(+)2H2O+O2+4e-=4OH-这种由于空气里氧气的溶解促使钢铁的腐蚀，叫做吸氧腐蚀。实际钢铁等金属的腐蚀主要是这种吸氧腐蚀。2.原电池原理的应用(1)加快氧化还原反应的速率 如实验室中用Zn和稀H2SO4(或稀HCl)反应制H2，常用粗锌，它产生H2的速率快。原因是粗锌中的杂质和粗锌、稀H2SO4的溶液形成原电池，加快了锌的腐蚀，使产生的H2速率加快。(2)比较金属的活动性强弱一般说来，原电池中，活动性强的金属为负极，活动性弱的金属为正极。(3)制造多种化学电源，如干电池、蓄电池、燃料电池等实用电池一般
4、应具有以下特点：能产生稳定而具有较高电压的电流；安全、耐用且便于携带；能够适用于特殊用途；便于回收处理，不污染环境或对环境产生的影响较小。3.电解池的原理和形成条件(1)电解的概念：使电流通过电解质溶液(或熔融电解质)而在阴、阳两极发生氧化还原反应的过程叫做电解。(2)电解装置及其特点：电解池或电解槽。借助于电流引起氧化还原反应的装置，也就是把电能转化为化学能的装置。(3)电解池的原理：电解池的本质是将电能转化为化学能。以惰性电极(Pt或石墨)电解CuCl2溶液为例：阳极(与电源正极相连)2Cl-2e-=Cl2氧化反应阴极(与电源负极相连)Cu2+2e-=Cu还原反应总反应式Cu2+2Cl-C
5、u+Cl2可图示如下：(4)电解池的形成条件有一个外加直流电源。与电源相连的两个电极：阳极连电源的正极，阴极连电源的负极。两电极不论是什么材料，只要是能够导电即可，分别称为阳极和阴极，其阳极或阴极电所连接电源的正负极来决定，与其相对金属活泼性无关。一般来说，电极根据材料的不同分为惰性电极和活性电极：掌握以上内容，对于分析电解产物是非常重要的。注意：阳极上发生失电子的氧化反应，阴极上发生得电子的还原反应。电子的流向从电源负极到电解池的阴极，通过电解质溶液再从电解池的阳极到电源的正极。两极材料均插入电解质溶液中(或熔融电解质中)。两极在外电路(电解质溶液外面的部分)中通过外加直流电源相连而形成闭合
6、回路。注意：在内电路(电解质溶液中)中，两极不能接触。4.电解时电极产物的判断及电极反应式的书写阳极发生氧化反应，阴极发生还原反应。(1)阳极产物的判断首先看电极，如果是活性电极(银及金属活动顺序Ag之前)，则电极材料失电子，电极被溶解，溶液中的阴离子不能失电子。其电极反应式为：M-ne-=Mn+ 如果是惰性电极(Pt、Au、石墨)，则要看溶液中的离子的失电子能力，此时根据阴离子的放电顺序加以判断。我们常称阴、阳两极上发生还原反应或氧化反应为放电。阴离子的放电顺序：S2-I-Br-Cl-OH-含氧酸根其电极反应式分别为：S2-2e-=S 2X-2e-=X24OH-4e-=2H2O+O2(2)阴
7、极产物判断不论是活性电极，还是惰性电极，均是溶液(或熔融物)中的阳离子放电。直接根据阳离子放电顺序进行判断，阳离子放电顺序为：Ag+Hg2+Fe3+Cu2+Pb2+Sn2+Fe2+Zn2+H+Al3+Mg2+Na+Ca2+K+在溶液中，Al3+、Mg2+、Na+、Ca2+、K+不可能放电，它们只可能在熔融状态下放电。其电极反应式可表示为：Mn+ne-=M或2H+2e-=H2(即沉降金属、或放氢气) 注意：阴极或阳极有多种离子时，应首先考虑放电能力强的阳离子或阴离子先发生还原反应或氧化反应，判断开始的电解产物。书写电极反应式时，要注意原子守恒、电荷守恒和不忽略介质参与反应。弱电解质、气体、难溶物
8、(溶液中)、单质或氧化物等均以化学式保留，可溶性的强电解质以离子符号表示。与写离子方程式的方法一致。在分析阳极产物时，一定要看清是惰性电极，还是活性电极。而分析阴极产物时，与电极材料无关。5.总电解反应方程式的分类书写中学化学中，主要掌握用惰性电极电解电解质溶液或熔融电解质的规律，主要类型有如下四类：(1)电解水型 活泼金属的含氧酸盐、含氧酸、强碱溶液的电解，只是电解水，而电解质仅起增强水的导电性的作用。如：K2SO4、HNO3、NaOH溶液等。电极反应式和电解总反应均是相同的。总电解反应式为：2H2O2H2+O2 (阴) (阳)(2)分解电解质型 无氧酸(HF除外)、不活泼金属的无氧酸盐(氟
9、化物除外)溶液的电解。如HCl、CuCl2、CuBr2溶液等。 先分别写出两极上的电极反应式，然后按照两极上得失电子总数相等的原理将两个电极反应式加合起来，即得总的电解反应式。 还有一些熔融化合物的电解也属于此类。如熔融NaCl、MgCl2、Al2O3等。有关反应式写法与上相同。如电解CuBr2溶液总反应式为Cu2+2Br-Cu+Br2 (阴) (阳)即 CuBr2Cu+Br2如电解熔融MgCl2:总反应式为：Mg2+2Cl-Mg+Cl2即 MgCl2Mg+Cl2 (阴) (阳)(3)放氢生碱型 活泼金属的无氧酸盐(氟化物除外)溶液的电解。如NaCl、MgBr2溶液等。 先分别写出两极上的电极
10、反应式，然后按照两极上得失电子总数相等的原理将两个电极反应式加合，同时还必须将H2OH+OH-加合进去(因为H+来自于弱电解质水的电离)删去H+，即得总的电解反应式。如电解NaCl溶液：2H2O2H+2OH-总电解反应式为2Cl-+2H2OCl2+H2+2OH-即2NaCl+2H2O(4)放氧生酸型 不活泼金属的含氧酸盐溶液的电解。如CuSO4,AgNO3溶液等。 先分别写出两极上的电极反应式，然后按照两极上得失电子总数相等的原理将两个电极反应式加合，同时还必须将H2OH+OH-加合进去(因为OH-来自于水的电离)删去OH-，即得总的电解反应式。如电解CuSO4溶液：4H2O4OH-+4H+总
11、电解反应式为2Cu2+2H2O2Cu+O2+4H+即2CuSO4+2H2O注意：若用活性电极作阳极电解电解质溶液，应首先写出电极自身失电子的电极反应式。如用Cu作阳极电解NaOH溶液：总电解反应式Cu+2H2OCu(OH)2+H2 (阳) (阴)活学巧用1.如图所示，组成一种原电池。试回答下列问题(灯泡功率合适)：(1)电解质溶液为稀H2SO4时，灯泡_(填“亮”或“不亮”)。若灯泡亮，则Mg电极上发生的反应为_；Al电极上发生的反应为：_。若灯泡不亮，其理由为：_。(2)电解质溶液为NaOH(aq)时，灯泡_(填“亮”或“不亮”)。若灯泡亮，则Mg电极上发生的反应为：_；Al电极上开始时发生
12、的反应为：_。若灯泡不亮，其理由为：_思路解析：(1)、(2)两种情况都具备了形成原电池的条件，因而灯泡都亮。当电解质为酸溶液时，Mg比Al活泼，Mg作原电池的负极，失去电子变为Mg2+;Al作原电池的正极，电子由镁片流向铝片。正极上H+得电子变为H2。当电解质为碱溶液时，Al与碱反应：2Al+2NaOH+6H2O=2NaAl(OH)4+3H2而Mg与碱不反应。所以Al作原电池的负极，负极上Al失去电子流向正极；Mg作正极，正极上H+得电子变成H2。答案：(1)亮 MgMg2+2e- 2H+2e-H2硫酸太稀，没有足够的阴、阳离子(2)亮 6H+6e-3H2 2Al2Al3+6e-Al3+4O
13、H-=Al(OH)4-电解质中没有足够的阴、阳离子2.表明金属甲的活动性比金属乙的活动性强的叙述正确的是( )A.在氧化还原反应中，甲失电子数比乙多B.同价态阳离子甲比乙氧化性强C.甲能跟盐酸反应放出H2而乙不能D.将甲、乙与H2SO4溶液形成原电池，乙上冒气泡思路解析：元素的金属性强弱取决于得失电子的难易，而与失电子多少无关；阳离子氧化性越强，则其对应的金属的还原性越弱；而D项中乙上冒气泡，说明甲活泼失电子。答案：CD3.已知铜或银做电解池的阳极时，能被氧化成金属离子。下图中四个装置分别通电一段时间后，溶液质量增加的是( )思路解析：A、B两个装置中，阳极均为惰性电极(石墨)，故A、B中均为
14、溶液中的阴、阳离子放电，稀H2SO4溶液和CuCl2溶液的质量均降低。C中，Cu为阳极，发生Cu-2e-=Cu2+;Fe为阴极，发生Cu2+2e-=Cu,故CuSO4溶液的组成和质量、浓度均不改变。而D中，Ag为阳极，发生2Ag-2e-=2Ag+;Fe为阴极，发生Cu2+2e-=Cu。即相当于2 mol Ag+生成的同时，有1 mol Cu2+消耗，故Cu(NO3)2溶液的质量增加。答案：D4.将同时含有KCl、CuBr2、Na2SO4三种物质的水溶液用铂电极进行电解，且电解时间足够长。有以下结论：溶液中几乎没有Br-；电解质溶液为无色；最终溶液显碱性；K+、Na+和的浓度几乎没有变化。正确的
15、是(设Cl2、Br2全部从溶液中逸出)( )A. B.仅C. D.均正确思路解析：此题电解的是混合溶液，目的是考查学生对阴、阳离子放电顺序掌握的熟练性。溶液中存在阴离子有：Cl-、Br-、OH-，阳离子有：K+、Cu2+、Na+、H+。因用Pt电极电解足够长的时间，阴离子首先放电的是Br-，其次是Cl-，最后是OH-，在溶液中不放电，阳离子先放电的是Cu2+，其次是H+。所以先是电解CuBr2，两极分别析出Cu和Br2，当CuBr2电解完毕时，相当于继续电解HCl(H+来自于水中)，当Cl-被消耗尽时，则继续电解水。由于Cu2+转化为单质铜，电解液变为无色；Cl-放电时，水电离出的H+放电，使
16、溶液中的c(OH-)增大；由于水被消耗，c(K+)、c(Na+)和c()会增大。答案：A5.在下图中，甲烧杯中盛有100 mL 0.50 molL-1 AgNO3溶液，乙烧杯中盛有100 mL 0.25 molL-1 CuCl2溶液，A、B、C、D均为质量相同的石墨电极，如果电解一段时间后，发现A极比C极重1.9 g，则：(1)电源E为_极，F为_极。(2)A极的电极反应式为_，析出物质_mol。(3)B极的电极反应式为_，析出气体_mL(标准状况)。(4)C极的电极反应式为_，析出物质_mol。(5)D极的电极反应式为_，析出气体_mL(标准状况)。(6)甲烧杯中滴入石蕊试液，_附近变红，如
17、果继续电解，在甲烧杯中最终得到_溶液。思路解析：本题是以电解知识为依托的综合性较强的题目。由于有外接直流电源，所以装置甲、乙均为电解池，两个电解池的关系为串联。电解一段时间后，A极比C极重。故A极上必有Ag析出，由于Ag+在A级上获得电子发生了还原反应，故A极为电解池的阴极，在电解池中阴极与外接直流电源的负极相连，故E极为负极，F极为正极。根据电解池甲、乙的串联关系，可进一步得出A、B、C、D依次为阴极、阳极、阴极、阳极。电极反应依次为：A极：4Ag+4e-=4Ag,B极：4OH-4e-=2H2O+O2，C极：Cu2+2e-=Cu,D极：2Cl-2e-=Cl2，由于串联时各电极上流过的电量是相
18、同的，假设电路中均通过4 mol电子，则A极上生成4 mol Ag，B极上生成1 mol O2，C极上生成2 mol Cu，D极上生成2 mol Cl2，这样便可得出一个关系式：4e-4AgO22Cu2Cl2，A极比C极重：4 mol108 gmol-1-2 mol64 gmol-1=304 g，根据A极比C极重1.9 g，可列出比例式求出反应生成的Ag和Cu的物质的量：n(Ag)= 4 mol=0.025 mol,n(Cu)=0.012 5 mol,n(O2)=0.006 25 mol,n(Cl2)=0.012 5 mol。电解时甲池随着B极附近水电离产生的OH-的不断消耗，H+的物质的质量
19、逐渐增大，所以滴入石蕊试液后B极附近变红，而A极上Ag+不断得到电子析出Ag，故在甲烧杯中最终得到HNO3溶液。答案：(1)负；正 (2)4Ag+4e-=4Ag;0.025(3)4OH-4e-=2H2O+O2;140(4)Cu2+2e-=Cu;0.012 5(5)2Cl-2e-=Cl2;280 (6)B;HNO36.按下图甲装置进行实验，若图乙中横坐标x表示流入电极的电子的物质的量。下列叙述不正确的是( )A.E表示反应生成Cu的物质的量 B.E表示反应消耗H2O的物质的量C.F表示生成H2SO4的物质的量 D.F表示反应生成O2的物质的量思路解析：用碳(惰性电极)作阳极电解CuSO4溶液，属
20、于放氧生酸型，总的化学方程式为：2CuSO4+2H2O2Cu+O2+2H2SO4。当转移4 mol e-时，会生成2 mol Cu、2 mol H2SO4、1 mol O2，同时消耗2 mol H2O。答案：C7.某溶液中含有两种溶质NaCl和H2SO4，它们的物质的量之比为31。用石墨做电极电解该混合溶液时，根据电极产物，可明显分为三个阶段。下列叙述不正确的是( )A.阴极自始至终只析出H2B.阳极先析出Cl2，后析出O2C.电解最后阶段为电解水D.溶液pH不断变大，最后溶液呈中性思路解析：电解质溶液中，n(Na+)n(Cl-)n(H+)n()=3321，开始电解产生H2和Cl2，随着产生H
21、2和Cl2的同时，生成的OH-中和H2SO4以后且OH-过量，最后电解水，因而最后溶液呈碱性，阴极只放出H2。三个阶段分别相当于电解HClNaClH2O。答案：D8.用惰性电极实现电解，下列说法正确的是( )A.电解稀硫酸溶液，实质上是电解水，故溶液pH不变B.电解稀氢氧化钠溶液，要消耗OH-，故溶液pH减小C.电解硫酸钠溶液，在阴极上和阳极上析出产物的物质的量之比为12D.电解氯化铜溶液，在阴极上和阳极上析出产物的物质的量之比为11思路解析：电解稀硫酸溶液，实质是电解水，硫酸溶液浓度增大，溶液pH减小；电解稀氢氧化钠溶液，也是电解水，NaOH溶液浓度增大，故溶液pH增大；电解硫酸钠溶液，在阴极上和阳极上析出产物分别是H2和O2，两者的物质的量之比为21；而不是12；电解氯化铜溶液，在阴极上和阳极上析出产物分别是Cu和Cl2，两者的物质的量之比为11。答案：D
