1、第九讲 电化学原理及应用电化学是高考中的热点，对原电池和电解池的考查往往以选择题的形式考查两电极反应式的书写、两电极附近溶液性质的变化、电子的转移或电流方向的判断等。在第卷中会以应用性和综合性进行命题，如与生产生活(如金属的腐蚀和防护等)相联系，与无机推断、实验及化学计算等进行学科内知识综合考查，复习时要特别注意燃料电池和新型电池的正、负极材料分析和电极反应式的书写。2012 年的高考中该部分不仅不会“降温”，而且还有“变热”的趋势，在题型上应以传统题型为主，其中原电池的工作原理、电解产物的判断与计算、电极及电池反应方程式的书写、离子的移动方向、溶液 pH 的变化都是高考命题的热点。原电池【研
2、习 1】下列有关电池的说法不正确的是()。A手机上用的锂离子电池属于二次电池B铜锌原电池工作时，电子沿外电路从铜电极流向锌电极C甲醇燃料电池可把化学能转化为电能D锌锰干电池中，锌电极是负极名师答疑 锂离子电池可以充电再次使用，属于二次电池，A 项正确；铜锌原电池中铜为正极，故电流由铜流向锌，而电子是由锌流向铜，B 项错；原电池的实质是化学能转化成电能，C 项正确；Zn 失去电子生成 Zn2，故作为负极，D 项正确。答案 B电解池【研习 2】中学阶段介绍的应用电解法制备的物质主要有三种：一是铝的工业制备、二是氯碱工业、三是金属钠的制备。下列关于这三个工业生产的描述正确的是()。A电解法制金属钠时
3、，负极反应式为：Nae=NaB电解法生产铝时，需对铝土矿进行提纯，在提纯过程中应用了氧化铝或氢氧化铝的两性C在氯碱工业中，电解池中的阴极产生的是 H2，NaOH 在阳极附近产生D氯碱工业和金属钠的冶炼都用到了 NaCl，在电解时它们的阴极都是 Cl失电子名师答疑 A 中电解时，只有阴、阳极，没有正、负极，其阴极反应式为：Nae=Na；C 中 NaOH 是在阴极附近的 H得电子后留下的 OH而产生的；D 中，在电解时它们的阳极都是 Cl失电子。答案 B金属的腐蚀和防护【研习 3】某课外活动小组，将剪下的一块镀锌铁放入试剂瓶中，并滴入少量食盐水将其浸湿，再加数滴酚酞溶液，按图装置进行实验，数分钟后
4、观察，下列现象不可能出现的是()。A乙中导气管中产生气泡B乙中导气管里形成一段水柱C金属片剪口处溶液变红D锌被腐蚀名师答疑 在食盐水中 ZnFe 形成原电池，发生吸氧腐蚀消耗甲中的氧气，甲中压强变小，乙中导气管受大气压强作用形成一段水柱；在金属剪口处形成 ZnFe 原电池，正极发生反应 2H2OO24e=4OH，溶液呈碱性，溶液变红，Zn 比铁活泼，Zn 作负极，Zn2e=Zn2而被腐蚀。答案 A警示点原电池正负极判断和反应类型的对应关系1无论什么样的电极材料、电解质溶液(或熔融状态的电解质)构成原电池，只要是原电池就永远遵守电极的规定：电子流出的电极是负极，电子流入的电极是正极。2在化学反应
5、中，失去电子的反应(电子流出的反应)是氧化反应，得到电子的反应(电子流入的反应)是还原反应，所以在原电池中，负极永远发生氧化反应，正极永远发生还原反应。易误点电极反应式的书写注意同一个原电池反应在不同的介质中其电极反应式有可能是不相同的，如氢氧燃料电池，其总反应的化学方程式都是 2H2O2=2H2O，但在碱性介质、中性介质和酸性介质中其电极反应式是不同的。另外由相同的电极材料组成的原电池，在不同的介质中其电池反应、电极名称、电流方向也有可能不同，如：由镁、铝作电极组成的原电池，在氢氧化钠溶液中，铝作负极，镁作正极；而在稀盐酸中，铝作正极，镁作负极，因此在解电化学题时要特别关注介质的成分，慎重思
6、考介质所起的作用。疑难点电解时电极产物的判断1阳极产物的判断(1)如果是活泼电极(金属活动性顺序表 Ag 以前)，则电极材料失电子，电极溶解，溶液中的阴离子不能失电子；(2)如果是惰性电极(Pt、Au、石墨)，则要看溶液中离子的失电子能力，此时根据阴离子放电顺序加以判断，常见阴离子放电顺序：S2IBrClOH含氧酸根。2阴极产物的判断直接根据阳离子放电顺序进行判断，阳离子放电顺序与金属活动性顺序相反，其中 AgFe3Cu2H。易错点1只有氧化还原反应才有电子的得失，只有氧化还原反应才可能被设计成原电池，复分解反应永远不可能被设计成原电池。2在电解池中分析阳极上的电极反应，应首先看阳极材料，因为
7、活泼电极作阳极会先放电。辨析点由氧化还原反应方程式书写电极反应式1找出发生氧化反应和还原反应的物质两极名称和反应物利用电子守恒分别写出两极反应式。2若写出一极反应式，而另一极反应式不好写，可用总反应式减去已写出的电极反应式即得另一电极反应式。整合点判断金属腐蚀快慢的规律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蚀措施的腐蚀(电解原理的防护原电池原理的防护)。2对同一种金属来说，腐蚀的快慢：强电解质溶液弱电解质溶液非电解质溶液。3活动性不同的两金属，活动性越大，腐蚀越快。4对同一种电解质溶液来说，电解质溶液浓度越大，腐蚀越快。原电池的工作原理及其应用考向立意1.通过电极的判断和电极反
8、应式的书写，考查原电池的工作原理。2.联系生活实际和社会热点内容，考查化学电源的开发和利用。【例证 1】(2010江苏)下图是一种航天器能量储存系统原理示意图。下列说法正确的是()。A该系统中只存在 3 种形式的能量转化B装置 Y 中负极的电极反应式为：O22H2O4e=4OHC装置 X 能实现燃料电池的燃料和氧化剂再生D装置 X、Y 形成的子系统能实现物质的零排放，并能实现化学能与电能间的完全转化点拨 太阳能电池利用光能转化的电能，可直接作用于工作马达，从而实现了电能与机械能的转化；在装置 X 中，电解水生成 H2、O2，实现了光能与化学能的转化。在装置 Y 中构成燃料电池，化学能转化为电能
9、，作用于马达实现了电能与机械能的转化，A、D 错误；氢氧燃料电池的负极上应是H2 参加反应，B 错误；装置 X 能利用光能实现 H2、O2、H2O 的循环再生，C 正确。答案 C电极反应式的书写这是电化学知识学习的一个重点和难点。如果题目给定的是图示装置，先分析正、负极，再根据正、负极反应规律写出电极反应式：如果题目给定的是总反应式，可分析此反应中的氧化反应或还原反应(即分析有关元素的化合价变化情况)，再选择一个简单变化情况写出电极反应式；在电子得失守恒的前提下，另一极的电极反应式可直接写出或将各反应式看做数学中的代数式，用总反应式减去已写出的电极反应式，即得结果。特别需要指出的是：对于可逆电
10、池的反应，需要看清楚“充电、放电”的方向，放电的过程应用原电池原理，充电的过程应用电解池原理。【示范 1】(2010广东理综，改编)铜锌原电池(如下图)工作时，下列叙述正确的是()。A正极反应为：Zn2e=Zn2B电池反应为：ZnCu2=Zn2CuC在外电路中，电子从正极流向负极D盐桥中的 K移向 ZnSO4 溶液解析 铜锌原电池工作时，负极反应为：Zn2e=Zn2，正极反应为：Cu22e=Cu，电池总反应为：ZnCu2=Zn2Cu，故 A 项错误，B 项正确。原电池工作时，电子从负极由外电路流向正极，由于左池阳离子增多、右池阳离子减少，为平衡电荷，则盐桥中的 K移向 CuSO4 溶液，而 C
11、l则移向 ZnSO4 溶液，故 C、D 项错误。答案 B【示范 2】ZnMnO2 干电池应用广泛，其电解质溶液是 ZnCl2NH4Cl 混合溶液。(1)该电池的负极材料是_。电池工作时，电子流向_(填“正极”或“负极”)。(2)若 ZnCl2NH4Cl 混合溶液中含有杂质 Cu2，会加速某电极的腐蚀，其主要原因是_。欲除去 Cu2，最好选用下列试剂中的_(填代号)。aNaOH bZn cFe dNH3H2O(3)MnO2 的生产方式之一是以石墨为电极，电解酸化的 MnSO4 溶液。阴极的电极反应式是_。若电解电路中通过 2 mol 电子，MnO2 的理论产量为_g。解析 在原电池中较活泼易失电
12、子的物质作负极，电子从负极流向正极。电解过程中，阴极发生还原反应，阳极发生氧化反应，分析题意即可得出，当转移 2 mol 电子时，生成 1 mol MnO2，即 87 g。答案(1)Zn(或锌)正极(2)锌与还原出来的 Cu 构成锌铜原电池而加快锌的腐蚀 b(3)2H2e=H2 87【例证 2】(安徽高考理综)Cu2O 是一种半导体材料，基于绿色化学理念设计的一制取 Cu2O 的电解池示意图如下，电解总反应为：2CuH2O=通电Cu2OH2。下列说法正确的是()。电解池的工作原理及其应用考向立意1.通过电解产物等一系列的判断，考查电解原理。2.联系生产实际，考查电解规律的应用和有关计算。A石墨
13、电极上产生氢气B铜电极发生还原反应C铜电极接直流电源的负极D当有 0.1 mol 电子转移时，有 0.1 mol Cu2O 生成点拨 由总反应知失电子的为 Cu，得电子的是 H2O 中的氢元素。因此 Cu极为电解池的阳极，接电源的正极，石墨为阴极，接电源的负极。当有 0.1 mol 电子转移时，应有 0.05 mol Cu2O 生成。答案 A电解过程中，电极质量增加的一定是阴极，电极质量若减轻了，则它一定是阳极(阳极材料是非惰性电极)；若生成气体，则 H2 一定在阴极上生成，Cl2、O2 在阳极上生成；电解某一种电解质溶液时，若相同条件下两电极上生成的气体体积之比为 11，则两种气体为 H2、
14、Cl2；若气体体积之比为 12时，则两种气体为 O2、H2。【示范 3】(2011江苏)Ag2O2 是银锌碱性电池的正极活性物质，可通过下列方法制备：在 KOH 溶液中加入适量 AgNO3 溶液，生成 Ag2O 沉淀，保持反应温度为 80，边搅拌边将一定量 K2S2O8 溶液缓慢加到上述混合物中，反应完全后，过滤、洗涤、真空干燥得固体样品。反应方程式为2AgNO34KOHK2S2O8=Ag2O22KNO32K2SO42H2O回答下列问题：(1)上述制备过程中，检验洗涤是否完全的方法是_。(2)银锌碱性电池的电解质溶液为 KOH 溶液，电池放电时正极的 Ag2O2 转化为 Ag，负极的 Zn 转
15、化为 K2Zn(OH)4，写出该电池反应方程式：_。(3)准确称取上述制备的样品(设仅含 Ag2O2 和 Ag2O)2.588 g，在一定条件下完全分解为 Ag 和 O2，得到 224.0 mL O2(标准状况下)。计算样品中 Ag2O2的质量分数(计算结果精确到小数点后两位)。解析(1)解题出发点有二：一是沉淀表面附着硫酸钾，可用硝酸钡溶液检验；二是沉淀表面附着(过量的)氢氧化钾，可用酚酞溶液检验。(2)根据原电池反应和氧化还原反应的对应关系，初步确定氧化剂是过氧化银，还原产物是银；还原剂是锌，氧化产物是四羟基合锌酸钾；同时注意所用的电解质溶液是氢氧化钾溶液。(3)n(O2)224.0 mL
16、22.4 Lmol11 000 mLL11000102 mol设样品中Ag2O2的物质的量为x，Ag2O的物质的量为y。248 gmol1x232 gmol1y2.588 g x12y1.000102 molx9.500103 moly1.000103 molw(Ag2O2)mAg2O2m样品 0.500103 mol248 gmol12.588 g0.91。答案(1)取少许最后一次洗涤滤液，滴入12滴Ba(NO3)2溶液，若不出现白色浑浊，表示已洗涤完全(或取少许最后一次洗涤滤液，滴入12滴酚酞溶液，若溶液不显红色，表示已洗涤完全)(2)Ag2O22Zn4KOH2H2O=2K2Zn(OH)4
17、2Ag(3)n(O2)224.0 mL22.4 Lmol11 000 mLL11.000102 mol设样品中Ag2O2的物质的量为x，Ag2O的物质的量为y。248 gmol1x232 gmol1y2.588 gx12y1.000102 molx9.500103 moly1.000103 molw(Ag2O2)mAg2O2m样品 9.500103 mol248 gmol12.588 g0.91【示范4】(2011山东理综)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
18、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镀锌层破损后即对铁制品失去保护作用解析 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，有利于保证电镀的电解反应速率，升高温度，对电解反应速率无影响，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【示范5】如图所示的装置，C、D、E、F、X、Y都是惰性电极，接通电源后，向乙中滴入酚酞试液，在F极附近显红色。试回答下列问题：(1)A是外加
19、电源的_极，B是_极。(2)甲是_池，甲中总的反应式是_。(3)收集乙装置中产生的气体，则阴极和阳极产生的气体在相同状态下体积比为：_。(4)欲用丙装置给铜镀银，铜件是_(填“G”或“H”)极，电镀液是_溶液。(5)装置丁可以观察到_，原因是_。解析 乙为电解饱和食盐水，乙中F极溶液使酚酞变红色，说明有NaOH生成，F为电解池的阴极，E为阳极，可推出A、B分别为电池的正、负极，丙是电镀池，给铜镀银，铜件作阴极，即H，电镀液应含有Ag，如AgNO3溶液。答案(1)正 负(2)电解 2CuSO42H2O=电解2CuO22H2SO4(3)11(4)H AgNO3(5)电泳现象，Y极附近颜色变深，X附
20、近颜色变浅 氢氧化铁胶体带正电荷【例证3】(上海高考化学)如图装置中，U型管内为红墨水，a、b试管内分别盛有食盐水和氯化铵溶液，各加入生铁块，放置一段时间。下列有关描述错误的是()。金属的腐蚀及防护方法考向立意1.考查金属的腐蚀过程与原电池原理的关系。2.考查金属的常见防护方法和意义。A生铁块中的碳是原电池的正极B红墨水柱两边的液面变为左低右高C两试管中相同的电极反应式是Fe2e=Fe2Da试管中发生了吸氧腐蚀，b试管中发生了析氢腐蚀点拨 a、b试管中均发生铁的电化学腐蚀。在食盐水中的Fe发生吸氧腐蚀，正极为碳：2H2OO24e=4OH，负极为铁：2Fe4e=2Fe2。由于吸收O2，a管中气压
21、降低；b管中的电解质溶液是酸性较强的NH4Cl溶液，故发生析氢腐蚀，正极：2H2e=H2，负极：Fe2e=Fe2。由于放出氢气，b管中气压增大，故U型管中的红墨水应是左高右低，B选项错误。答案 B金属腐蚀的本质金属腐蚀的本质就是金属失电子被氧化。金属腐蚀有化学腐蚀和电化学腐蚀两种类型。若金属与接触到的物质直接发生氧化还原反应而引起腐蚀，则是化学腐蚀，此类腐蚀无电流产生；若合金或不纯金属接触到电解质溶液构成原电池，其中活泼金属作负极失去电子被腐蚀，称为电化学腐蚀，此类腐蚀伴随电流产生，且腐蚀速率比化学腐蚀快。电化学腐蚀又分为吸氧腐蚀和析氢腐蚀，水膜酸性较强时发生析氢腐蚀，水膜酸性很弱或非酸性时发
22、生吸氧腐蚀。【示范6】下列几种金属制品的镀层损坏后，金属腐蚀的速率最快的是()。A镀铝塑料B食品罐头盒(镀锡)C白铁水桶(镀锌)D镀银铜质奖章解析 关键是看镀层损坏后，暴露出的金属与镀层能否形成原电池，形成原电池时金属是否是负极。A项塑料不会被腐蚀；B项Fe为原电池负极，锡为原电池的正极，加速了Fe的腐蚀；C项Zn为原电池的负极，铁为原电池的正极，铁被保护起来；D项Cu为原电池的负极，Ag为原电池的正极，Cu被腐蚀，但Fe比Cu活泼。答案 B【示范7】(2011浙江理综)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
23、(b)，如右图所示。导致该现象的主要原因是液滴之下氧气含量比边缘处少。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：O22H2O4e=4OHC液滴下的Fe因发生还原反应而被腐蚀，生成的Fe2由a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：Cu2e=Cu2解析 Cl由b区向a区迁移，A错；正极反应为O22H2O4e=4OH，B正确；由题干知铁板发生吸氧腐蚀，铁做负极，发生氧化反应，因此C项错；铜镙丝钉做正极，因此D错。答案 B单击此处进入 限时规范训练
