1、第5讲 电化学原理【考纲资讯】【考情快报】【基础回顾】一、原电池和电解池 1.原电池(1)上述装置中能形成原电池的是_，该原电池工作时，负 极发生_，电极反应式为_；正极发生 _，电极反应式为_；电池总反应式为 _。B 氧化反应 Cu-2e-=Cu2+还原反应 2Ag+2e-=2Ag Cu+2Ag+=Cu2+2Ag(2)以KOH溶液为电解质溶液，构成氢氧燃料电池的反应原理为：2H2+O2=2H2O，其中负极反应式：_；正 极反应式：_。2H2+4OH-4e-=4H2O 2H2O+O2+4e-=4OH-2.电解池(1)电解时，a极是_极，电极反应式为_；b极 发生_反应，电极反应式为_；电解总反
2、 应离子方程式为_。阴 氧化 2Cl-2e-=Cl2 电解=2Cl-+2H2O 2OH-+H2+Cl2 2H+2e-=H2(2)电解完成后，若溶液的体积为1 L，整个电解过程中共转移 0.1 mol电子，则溶液的pH为_，若使电解质溶液复原，需通 入氯化氢的物质的量为_ mol。(3)若用该装置给铁钉镀铜，则应用铜作_，用铁钉作 _，电解质溶液应为_溶液。13 0.1 阳极 阴极 CuSO4 二、金属的腐蚀与防护 1.电化学腐蚀(以钢铁的腐蚀为例)(1)析氢腐蚀。条件：_。电极反应：负极：_。正极：_。总反应：_。表面水膜酸性较强 Fe-2e-=Fe2+2H+2e-=H2 Fe+2H+=Fe2
3、+H2(2)吸氧腐蚀。条件：_。电极反应 负极：_。正极：_。总反应：_。表面水膜酸性很弱，呈中性或碱性 2Fe-4e-=2Fe2+O2+2H2O+4e-=4OH-2Fe+O2+2H2O=2Fe(OH)2 2.金属的电化学防护(1)牺牲阳极的阴极保护法。如图，保护铁，铁作_极，锌作_极。(2)外加电流的阴极保护法。外加直流电源，使被保护金属与电源的_极相连。正 负 负【核心自查】一、原电池的正负极、电解池的阴阳极的判断 1.原电池正负极的判断(1)根据电极材料。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。(2)根据电子流动方向或电流方向。电子流动方向：由负极正极；电流方向
4、：由正极负极。(3)根据原电池里电解质溶液中离子的移动方向。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。(4)根据原电池两极发生的变化。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.电解池阴阳极的判断(1)根据所连接的外加电源。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。(2)根据电子流动方向。电子流动方向为：电源负极阴极；阳极电源正极。(3)根据电解质溶液中离子的定向移动方向。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。(4)根据电解池两极反应类型。发生氧化反应的一极为阳极，发生还原反应的一极为阴极。(5)根据两极产
5、物。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)。二、电解的四大类型及规律【真题自测】判断下列说法是否正确或完成需填内容 一、原电池原理 高考频次:1.考查电极名称、电极反应的判断(1)(2012广东高考)锂碘电池的反应为2Li(s)+I2(s)=2LiI(s)，则碘电极作该电池的负极。()分析：碘在反应中的化合价降低，发生还原反应，碘作正极。(2)(2012江苏高考)Zn具有还原性和导电性，可用作锌 锰干电池的负极材料。()分析：电池的电极应能导电，负极失电子，发生氧化反应，
6、应 具有还原性。2.考查电极反应式的书写(3)(2012海南高考)肼(N2H4)空气燃料电池是一种碱 性电池，该电池放电时，负极的反应式为 _。分析：N2H4和O2反应生成N2和H2O，N2H4在负极上失电子结合OH-生成N2和H2O。N2H4+4OH-4e-=4H2O+N2(4)(2012珠海模拟)如图为绿色电源“二甲醚燃料电池”的工作原理示意图。(a、b均为多孔性Pt电极)b电极是_极：(填“正”或“负”)a电极上的电极反应为_。CH3OCH3+3H2O-12e-=2CO2+12H+正 分析：燃料电池中通入O2一极为正极；通入二甲醚(可燃物)的一极为负极。根据图示可知：a电极的反应物为二甲
7、醚和水，生成物为H+和CO2，其电极反应式为 CH3OCH3+3H2O-12e-=2CO2+12H+。二、电解原理 高考频次:1.考查电解的基本原理(5)(2012海南高考)下列电解质溶液电解时只生成氢气 和氧气：NaOH、H2SO4、Ba(OH)2。()分析：电解时只生成氧气和氢气，则电解质所含阳离子在金属 活动性顺序表中位于氢之前，阴离子是不易放电的氢氧根或含 氧酸根离子。2.考查电解计算(6)(2012山东高考)电解NaCl溶液得到22.4 L H2(标准 状况)，理论上需要转移NA个电子(NA阿伏加德罗常数)。()分析：电解NaCl溶液得到1 mol的氢气时，理论上需要转移 的电子数为
8、2NA。(7)(2011新课标全国卷)电解58.5 g熔融的NaCl，能产生 标准状况下22.4 L氯气，23.0 g金属钠。()分析：根据氯元素守恒，电解1 mol熔融的NaCl，产生0.5 mol 氯气，即11.2 L。三、电化学腐蚀 高考频次:(8)(2012广东高考)自行车钢架生锈主要是电化学腐 蚀所致。()分析：钢含有铁、碳，铁、碳和潮湿的空气组成原电池，铁 发生电化学腐蚀。(9)(2012江苏高考)镀铜铁制品镀层受损后，铁制品比 受损前更容易生锈。()分析：铁比铜活泼，镀层受损后，形成原电池铁作负极，更易 腐蚀。【热点考向1】新型化学电源【典例训练】1.(2012汕头一模)研究人员
9、发明了一种“海水”电池，其 电池总反应可表示为5MnO2+2Ag+2NaCl=Na2Mn5O10+2AgCl,下 列有关说法正确的是()A.正极反应式：Ag+Cl-e-=AgCl B.每生成1 mol Na2Mn5O10转移2 mol电子 C.Na+不断向“水”电池的负极移动 D.电子从电源的正极经外电路流向负极【解题指导】解答本题要注意以下三点：(1)电池反应式中银元素和锰元素价态的变化；(2)原电池原理为正极发生还原反应，负极发生氧化反应；(3)依据电解质溶液中的电荷守恒判断离子移动的方向。【解析】选B。依据电池的总反应式可知：Ag作负极：电极反应式为Ag-e-+Cl-=AgCl，MnO2
10、作正极：电极反应式为5MnO2+2e-=Mn5O102-，电解质溶液为NaCl。Na+不断向“水”电池的正极移动；电子从电源的负极经外电路流向正极；每生成1 mol Na2Mn5O10转移2 mol电子。2.(2011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Fe+Ni2O3+3H2O=Fe(OH)2+2Ni(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Fe B.电池放电时，负极反应为Fe+2OH-2e-=Fe(OH)2 C.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)2+2OH-2e-=N
11、i2O3+3H2O【解题指导】解答本题时应注意：(1)电池放电时为原电池，失去电子的反应为负极反应；(2)充电时为电解池，失去电子的反应为阳极反应；(3)正确书写电极反应式有利于判断电极反应式的正误和电极附近离子的变化情况。【解析】选C。【方法总结】原电池电极反应式及总反应式书写的三个步骤【热点考向2】原电池、电解池原理【典例训练】3.(双选)(2012广东实验中学 一模)某学习小组为研究电化 学原理，设计如图装置。下列 叙述正确的是()A.K与N相连时，溶液的pH增大 B.K与M相连时，碳棒电极反应：2H+2e-=H2 C.K分别与M、N相连时，铁均受到保护 D.K与N相连时，碳棒上产生使湿
12、润的淀粉碘化钾试纸变蓝的气体【解题指导】解答本题要注意做到“三看”：一看电源：K与N相连时为电解池。K与M相连时为原电池。二看电极：电极材料为C和Fe，判断阴阳极和正负极。三看电解质溶液。【解析】选A、D。K与M相连时，Fe-C-NaCl溶液构成原电池，Fe被腐蚀，碳棒电极反应式为2H2O+O2+4e-=4OH-,选项B、C 错误；K与N相连时，碳棒作阳极，电极反应式为 2Cl-2e-=Cl2,Cl2能使湿润的淀粉碘化钾试纸变蓝，Fe棒 作阴极，电极反应式为2H+2e-=H2,在阴极区域，破坏水 的电离平衡，溶液中c(OH-)增大，pH升高，选项A、D正确。4.(2012福建高考)将如图所示
13、实验装置的K闭合，下列判断正 确的是()A.Cu电极上发生还原反应 B.电子沿ZnabCu路径流动 C.片刻后甲池中c(SO42-)增大 D.片刻后可观察到滤纸b点变红色【解题指导】解答本题时应明确以下四点：(1)甲和乙装置形成原电池作电源电解饱和硫酸钠溶液。(2)原电池的负极和电解池的阳极发生氧化反应。(3)阴离子分别移向原电池的负极和电解池的阳极。(4)电子在原电池中由负极移向正极，在电解池中由阳极移向阴极，但是不经过电解质溶液。【解析】选A。K闭合后，甲和乙装置通过盐桥形成原电池，Zn 是负极，发生氧化反应，Cu是正极，发生还原反应，A选项正 确；电子不经过溶液，B选项错误；在原电池中阴
14、离子由正极 移向负极，盐桥中的Cl-向甲池移动，K+向乙池移动，两池中的 c(SO42-)均不变，C选项错误；a是电解池的阴极，电极反应 式为：2H+2e-=H2，由于H+来自于水的电离，所以H+放电 的同时溶液中产生了OH-，所以滤纸的a点变红，D选项错误。【方法总结】电解池中电极反应式和总反应式书写的四个步骤(1)首先注意阳极是活性材料还是惰性材料。(2)分析确定溶液中所有阴阳离子并清楚放电顺序。(3)根据放电顺序分析放电产物以及电解液的变化。(4)根据实际反应物与生成物写出电极反应式和总反应方程式。【备选要点】【热点考向3】电化学原理的应用【典题训练】5.(2012山东高考)下列与金属腐
15、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，Cu-Zn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，Zn-MnO2干电池自放电腐蚀主要是由MnO2的氧化作用引起的【解题指导】解答本题时应理解原电池的工作原理，知道电化学腐蚀和化学腐蚀的快慢不同的原因。【解析】选B。A项，因溶液具有均一性，烧杯底端的溶液的浓 度与上端相同，故腐蚀速率相同，A错误；B项，由M改置于N 后，锌作原电池的负极，Cu-Zn合金应充当原电池的正极，受 到了一定的保护，腐蚀速率减小，B正确；C项，接通开关时，
16、锌作原电池的负极，腐蚀速率变大，但是气体不在锌(负极)上产生，而是在铂(正极)上产生，C错误；D项，Zn-MnO2干 电池发生放电反应，导致Zn被腐蚀，主要原因是锌发生氧化反 应，体现了锌的还原性，D错误。6.(2011浙江高考)将NaCl溶液滴在一块光亮清洁的铁板表面上，一段时间后发现液滴覆盖的圆圈 中心区(a)已被腐蚀而变暗，在液滴 外沿形成棕色铁锈环(b)，如图所示。导致该现象的主要原因是液滴之下氧 气含量比边缘少。下列说法正确的是()A液滴中的Cl-由a区向b区迁移 B液滴边缘是正极区，发生的电极反应为O2+2H2O+4e=4OH-C液滴下的Fe因发生还原反应而被腐蚀，生成的Fe2由a
17、区向 b区迁移，与b区的OH-形成Fe(OH)2，进一步氧化、脱水形成铁锈 D若改用嵌有一铜螺丝钉的铁板，在铜铁接触处滴加NaCl溶液，则负极发生的电极反应为Cu-2e=Cu2+【解题指导】解答该题的关键点是：(1)明确铁板中的碳、铁以及电解质溶液和氧气共同组成原电池；(2)原电池的电解质溶液中阴离子向负极移动。【解析】选B。液滴边缘O2多，发生正极反应O22H2O4e=4OH-。液滴下的Fe发生负极反应Fe2e=Fe2，为腐 蚀区(a)。A项错误，Cl由b区向a区迁移；B项正确；C项错 误，液滴下的Fe因发生氧化反应而被腐蚀；D项错误，Cu不如 Fe活泼，作正极，负极反应为Fe-2e-=Fe
18、2+。【方法总结】金属腐蚀快慢的判断方法(1)根据构成原电池的材料判断。两极材料的活泼性相差越大，氧化还原反应的速率越快，金属被腐蚀的速率就越快。(2)根据金属所接触的电解质强弱判断。活泼金属在电解质溶液中的腐蚀快于在非电解质溶液中的腐蚀，在强电解质溶液中的腐蚀快于在弱电解质溶液中的腐蚀。(3)一般说来金属的腐蚀快慢顺序为：电解池的阳极原电池的负极化学腐蚀原电池的正极电解池的阴极。【常规题型】1.有关下列装置的叙述不正确的是()A.图铝片发生的电极反应式是：Al+4OH-3e-=AlO2-+2H2O B.图发生析氢腐蚀，离子反应方程式为：Fe+2H+=Fe2+H2 C.图溶液中发生了变化：4F
19、e(OH)2+O2+2H2O=4Fe(OH)3 D.图充电时，阳极反应是：PbSO4+2H2O-2e-=PbO2+SO42-+4H+【解析】选B。图中铝片作负极，镁片作正极，铝被氧化；图发生析氢腐蚀，但醋酸为弱电解质，不能拆分；图发生 吸氧腐蚀，空气中的氧气又把氢氧化亚铁氧化；图充电时，硫酸铅被氧化为二氧化铅。2.(双选)如图是铅蓄电池充、放电时的工作示意图，已知放电时电池反应为：PbO2+Pb+4H+2SO42-=2PbSO4+2H2O。下列有关说法正确的是()A.K与N相接时，能量由化学能转化为电能 B.K与N相接时，H+向负极区迁移 C.K与M连接时，所用电源的a极为负极 D.K与M相接
20、时，阳极附近的pH逐渐增大【解析】选A、C。K与N相接时，构成原电池，能量由化学能 转化为电能，H+向正极区迁移，B错；K与M连接时，构成电解 池，电源a极为负极连接阴极Pb，阳极为PbO2，电解槽中的反 应为2PbSO4+2H2O=PbO2+Pb+4H+2SO42-，阳极附近的H+浓度 逐渐增大，pH减小，故C对D错。3.载人空间站的生态系统中，要求分离人呼出的二氧化碳，同时需要提供氧气。某电化学装置利用太阳能转化的电能可以实现上述要求，同时还有燃料一氧化碳生成，该电化学装置中得电子的电极发生的反应是2CO2+4e-+2H2O=2CO+4OH-。下列判断错误的是()A.上述电化学装置相当于电
21、解池 B.上述装置进行的总反应为2CO2=2CO+O2 C.反应结束后该电化学装置中的电解质溶液pH增大 D.失电子的电极发生的反应是4OH-4e-=2H2O+O2【解析】选C。根据题目提示电能实现上述要求可知该电化学装置相当于电解池，A正确；根据提示的反应物与生成物可以写出反应的总反应式为2CO2=2CO+O2，B正确；阴极反应生成的OH-在阳极完全反应。故反应前后溶液的pH并不变化，C错；由总反应减去阴极反应，可以得到阳极反应为：4OH-4e-=2H2O+O2，D正确。【创新题型】4.(双选)“天宫”一号飞行器在太空工作期间必须有源源不断的电源供应。其供电原理是：白天太阳能帆板发电，将一部
22、分电量直接供给“天宫”一号，另一部分电量储存在镍氢电池里，供黑夜时使用。如图为镍氢电池构造示意图(氢化物电极为储氢金属，可看作H2直接参加反应)。下列说法正确的是 ()A.充电时阴极区电解质溶液pH升高 B.在使用过程中此电池要不断补充水 C.放电时NiOOH在电极上发生氧化反应 D.充电时阳极反应为：Ni(OH)2-e-+OH-=NiOOH+H2O【解析】选A、D。根据题意和图示可知：该电池放电的电极反 应为：(负极)H2-2e-+2OH-=2H2O；(正极)2NiOOH+2H2O+2e-=2Ni(OH)2+2OH-，故充电过程中的电极反应为：(阴极)2H2O+2e-=H2+2OH-；(阳极)2Ni(OH)2+2OH-2e-=2NiOOH+2H2O。根据上述 电极反应可知，充电时阴极区电解质溶液pH升高，A正确；在 使用过程中此电池不需要不断补充水，B不正确；放电时NiOOH 在电极上发生还原反应，C不正确；D正确。