1、专题八 电化学原理及其应用 题点剖析 题点 1 有关电化学原理的考查【真题导航】1(2011广东理综，12)某小组为研究电化学原理，设计如图装置。下列叙述不正确的是()Aa 和 b 不连接时，铁片上会有金属铜析出Ba 和 b 用导线连接时，铜片上发生的反应为Cu22e=CuC无论 a 和 b 是否连接，铁片均会溶解，溶液均从蓝色逐渐变成浅绿色Da 和 b 分别连接直流电流正、负极，电压足够大时，Cu2向铜电极移动思路分析 A 项，由于 Fe 的还原性大于 Cu 的还原性，FeCu2=Fe2Cu，A 正确；B 项，a、b 用导线连接时，此装置构成原电池，Cu 为正极，正极电极反应为 Cu22e=
2、Cu，B 项正确；C 项，无论 a、b 是否连接，Fe 均能与溶液中的Cu2发生置换反应，溶液中 Cu2浓度逐渐减小，Fe2浓度逐渐增大，C 项正确；D 项，当 a、b 分别与电源的正、负极相连时,该装置为电解池，a 为阳极，b 为阴极，电解质溶液中的阳离子向阴极移动，阴离子向阳极移动，则 Cu2向 Fe 电极移动。答案 D聚焦题点 有关电化学原理的考查主要集中在根据题设条件(图示，电极表面变化等)正确判断电极名称，书写电极反应式、电池反应方程式以及离子在电解质溶液中的移动方向。载体透析 1.原电池、电解池的判定(1)根据概念判定：如二次电池使用过程的分析，其中放电过程是将化学能转变成电能，为
3、原电池反应。充电过程是将电能转变成化学能，为电解池反应。(2)根据有无外接电源判定：有外接电源的为电解池，无外接电源的为原电池。2电极的确定无论是原电池还是电解池，其本质都是在两个电极表面发生氧化还原反应。在确定电极时用好对立统一规律，能起到事半功倍的效果。如在原电池中，一个电极为正极，则另一电极为负极；在电解池中，一个电极为阳极，则另一电极为阴极。(1)原电池正、负极的确定自己整理正极判断的一般方法。(2)电解池阴、阳极的确定 自己整理阳极判断的一般方法。3电极反应式及总反应方程式的书写书写电极反应式时应先对电极材料和溶液介质情况进行分析，再书写电极反应式和总反应式。对于原电池，已知电池总反
4、应式时，可以先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)，然后写出较易书写的电极反应式，将这个反应式看作数学中的代数式，用总反应式减去较易书写(一般为负极)的电极反应式，即得另一极的电极反应式。对于电解池：【对点集训】1某新型“纸电池”以碳纳米管和金属锂为两极，造纸用的纤维素在一种离子液体 X 中溶解作隔离膜，电池工作时的总反应为 xLiC(碳纳米管)LixC，下列有关说法正确的是()A放电时 Li由正极向负极移动B充电时的阳极反应为 LixCxe=CxLiC放电时，正极发生的反应是 Li(s)=Li(aq)eD充电时，碳纳米管的质量不断增加思路引导 总方程式分析 电极
5、和电极反应 结合选项 正确答案氧化剂和还原剂氧化产物和还原产物解析 放电时 Li 是还原剂，C 是氧化剂，充电时，Li 是还原产物，C 是氧化产物。该电池放电时，Li 失去电子作电池的负极，C 得电子作电池的正极，Li由负极向正极移动，A 错误；负极反应为 xLixe=xLi，正极反应为 CxLixe=LixC，充电时电池的负极接电源的负极，充当阴极，电池的正极接电源的正极，充当阳极，因此阳极反应为 LixCxe=CxLi，B 正确，C、D 错误。答案 B2(2010全国理综，29)右图是一个用铂丝作电极，电解稀的 MgSO4 溶液的装置，电解液中加有中性红指示剂，此时溶液呈红色。(指示剂的
6、pH 变色范围：6.88.0，酸色红色，碱色黄色)回答下列问题：(1)下列关于电解过程中电极附近溶液颜色变化的叙述正确的是_(填编号)；A 管溶液由红变黄；B 管溶液由红变黄；A 管溶液不变色；B 管溶液不变色(2)写出 A 管中发生反应的反应式：_；(3)写出 B 管中发生反应的反应式：_；(4)检验 a 管中气体的方法是_；(5)检验 b 管中气体的方法是_；(6)电解一段时间后，切断电源，将电解液倒入烧杯内，观察到的现象是_。解析(1)由于 MgSO4 是强酸弱碱盐，在水溶液中存在 Mg22H222H水解平衡，因此水溶液呈酸性，电解前 A、B 管均显红色。铂丝是惰性电极，电解池中阴离子在
7、阳极发生氧化反应，阳离子在阴极发生还原反应，在 A 管溶液中，铂丝作阴极，由于 H的氧化性大于 Mg2的氧化性，H先得电子被还原为 H2，Mg2与 OH生成 Mg(OH)2 沉淀，酸性减弱，随着水的电解，OH浓度增大，颜色由红变黄。而在 B 管溶液中铂丝作阳极，OH的还原性大于 SO24，OH失电子，随着电解的进行，酸性增大，溶液不变色(始终为红色)。(2)(3)由(1)可知，在 A 管中发生：2H2e=H2(或 2H2O2e=2OHH2)，Mg22OH=Mg(OH)2在 B 管中发生：4OH4e=2H2OO2(或 2H2O4e=4HO2)(4)(5)H2 的常用检验方法是“爆鸣”法，即用拇指
8、按住管口，取出试管 a，靠近火焰，放开拇指，有爆鸣声，管口有淡蓝色火焰;O2 的常用检验方法是木条复燃法，用拇指按住管口，取出试管 b,放开拇指，将带有火星的木条伸入试管内，木条复燃。(6)电解一段时间后，将电解液倒入烧杯时，由于两极产生的H和 OH后生成 Mg(OH)2恰好中和，故溶液基本恢复电解前状态(MgSO4 浓度增大)，故溶液仍显红色，同时白色的Mg(OH)2 沉淀溶解。答案(1)(2)2H2e=H2(或 2H2O2e=2OHH2)，Mg22OH=Mg(OH)2(3)4OH4e=2H2OO2(写 2H2O4e=4HO2也可)(4)用拇指按住管口，取出试管，靠近火焰，放开拇指，有爆鸣声
9、，管口有淡蓝色火焰(5)用拇指按住管口，取出试管，放开拇指，将带有火星的木条伸入试管内会复燃(6)溶液呈红色，白色沉淀溶解(或大部分溶解)特别提醒 1.很多时候我们在观察一个电池的反应时，只注意了主要部分，如氧化剂、还原剂、氧化产物和还原产物等，能写出主要的电极反应，却忽视了一些重要的细节，如溶液酸碱性的变化、某种成分浓度的变化、电极区的现象、电子转移的多少、生成气体的体积等，而这些又往往是高考中的出题点，因此在平时复习中要加强这方面的练习。2电解过程中溶液 pH 的变化规律(1)电解时，只生成 H2 而不生成 O2，则溶液的 pH 增大。(2)电解时，只生成 O2 而不生成 H2，则溶液的
10、pH 减小。(3)电解时，既生成 H2 又生成 O2，则实际为电解水。有三种情况：若为酸溶液，则溶液的 pH 减小；若为碱溶液，则溶液的 pH 增大；若为中性溶液，则溶液的 pH 不变。题点 2 有关电化学原理应用的考查【真题导航】2(2011天津理综，10 节选)电解法除去 Cr2O27该法用 Fe 作电极电解含 Cr2O27 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。(1)用 Fe 作电极的原因为_。(2)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_。方法指导(1)Cr2O27 要生成 Cr(OH)3
11、沉淀，必须要有还原剂，因而铁作阳极：Fe2e=Fe2，产生的 Fe2作还原剂。(2)在电解池中阳离子在阴极放电，在溶液中由于 H得电子的能力强于 Fe2，因此是 H在阴极放电：2H2e=H2，随着电解的进行，溶液中 H浓度逐渐降低，促进水的电离，OH浓度逐渐升高。由于 Fe2被 Cr2O27 氧化为 Fe3，当溶液的 pH 值升高到一定程度时，就会产生 Cr(OH)3、Fe(OH)3 沉淀。答案(1)阳极反应为 Fe2e=Fe2，提供还原剂 Fe2(2)2H2e=H2 Fe(OH)332011四川理综，29(4)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
12、为电池正极材料，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_。方法指导 负极反应物 MH 失去电子，生成 H在碱性条件下生成水，电极反应式为 MHeOH=MH2O；产生的 O2与 MH 发生反应生成 H2O 和 M，电极反应式为 4MHO24e=2H2O4M。答案 MHeOH=H2OM4MHO24e=
13、2H2O4M聚焦题点 有关电化学原理综合应用的考查，常在卷的综合题中出现。以生产生活为背景，如金属的腐蚀与防护、新材料的生产加工、污水处理、新型电池中电极材料及电极反应的分析。载体透析 1.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)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)钢铁吸氧腐蚀过程负极：2Fe4e2Fe2正极：O22H2O4e4OH Fe(OH)2O2H2OFe(OH)3Fe2O3xH2O(铁锈)注意：铁作电极一般不能直接转化为 Fe3。2设计化学电源首先以氧化还原反应为基础，确定两个电极上发生的反应
14、：还原剂失去电子的反应为负极反应；氧化剂得到电子的反应为正极反应。然后根据具体情况确定原电池的正、负极材料和电解质溶液。(1)典型的原电池：参照 Zn-H2SO4(aq)-Cu 原电池模型。(2)二次电池：参照铅蓄电池。(3)燃料电池：参照氢氧燃料电池。3电解产物的判断(1)阳极产物的判断首先看电极，如果是活性电极(金属活动性顺序表 Ag 以前的金属，包括 Ag)作阳极，则电极材料本身失电子，电极溶解。如果是惰性电极，则看溶液中的阴离子的失电子能力，阴离子的放电顺序为 S2IBrClOH，其氧化产物依次对应为 S、I2、Br2、Cl2 和 O2。(2)阴极产物的判断直接根据阳离子放电顺序(如下
15、)进行判断：AgFe3Cu2HPb2Sn2Fe2Zn2，其还原产物依次对应为 Ag、Fe2、Cu、H2、Pb、Sn、Fe、Zn。4电解质溶液复原的原则“减少什么补什么”,即加入的物质与析出的物质相同或等价。【对点集训】3按如图所示装置进行下列不同的操作，说法不正确的是()A铁腐蚀的速率由大到小的顺序是只闭合 K1只闭合 K3都断开只闭合 K2B只接通 K1，一段时间后，U 形管中出现白色沉淀C只接通 K2，U 形管左、右两端液面均下降D若只接通 K1，一段时间后，漏斗中液面上升；若只接通 K2，漏斗液面下降思路引导解析 只闭合 K1，铁作阳极电解氯化钠溶液，铁失电子生成二价铁离子，氢离子在阴极
16、得电子生成氢气，从而使溶液中产生较多氢氧根离子，二者扩散到 U 形管底部相遇生成白色氢氧化亚铁沉淀，B 项正确；只接通 K2，铁作阴极，不能失电子，此时相当于惰性电极，该极上生成氢气，石墨电极上生成氯气，C 项正确；综上分析只接通 K1 铁腐蚀最快，只闭合 K3，形成原电池，铁腐蚀的速率次之，都断开时铁自然腐蚀，而只接通K2 时为铁作阴极被保护，腐蚀速率最慢，A 项正确。答案 D4甲、乙两池电极材料都是铁棒与碳棒(如图)。请回答下列问题：(1)若两池中均盛放 CuSO4 溶液，反应一段时间后：有红色物质析出的是甲池中的_棒;乙池中的_棒。在乙池中阳极的电极反应式是_。(2)若两池中均盛放饱和
17、NaCl 溶液。写出甲池中正极的电极反应式：_。写出乙池中的总反应的离子方程式：_。据资料显示电解氯化钠稀溶液可制备“84 消毒液”(主要成分为 NaClO)，通电时氯气被溶液完全吸收，若所得消毒液仅含一种溶质，写出该电解过程的化学方程式：_。解析 甲为原电池，乙为电解池，当溶液均为 CuSO4 溶液时，甲中的碳棒为正极，电极反应式为 Cu22e=Cu；乙中的铁棒为阴极，电极反应式为 Cu22e=Cu。当溶液均为 NaCl 溶液时，甲池发生吸氧腐蚀，乙池为氯碱工业的反应，生成氢气、氯气和氢氧化钠。制备“84 消毒液”时，由于其溶质只有一种，故阳极只产生 NaClO，阴极只产生氢气。答案(1)碳
18、(或 C)铁(或 Fe)4OH4e=2H2OO2(2)O22H2O4e=4OH 2Cl2H2O=电解 2OHH2Cl2 NaClH2O=电解 NaClOH2审题与答题 电解质溶液和电极反应式的书写同一个原电池反应在不同的电解质溶液中其电极反应式有可能是不同的，如氢氧燃料电池，其总反应的化学方程式都是 2H2O2=2H2O，但在碱性电解质溶液和酸性电解质溶液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，在不同的电解质溶液中其电池反应、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 NaOH 溶液中，铝作负极，镁作正极，而在稀盐酸中，则铝作正极，镁作负极。因此，在
19、审题时要特别关注电解质溶液的成分，慎重思考电解质溶液所起的作用。【例题】某种氢氧燃料电池的电解液为 KOH 溶液。下列有关该电池的叙述不正确的是()A正极反应式：O22H2O4e=4OHB工作一段时间后，电解液中 KOH 的物质的量不变C该燃料电池的总反应方程式：2H2O2=2H2OD用该电池电解 CuCl2 溶液，产生 2.24 L Cl2(标准状况)时，有 0.1 mol 电子转移解析 氢氧燃料电池的总反应方程式：2H2O2=2H2O，电解液为 KOH 溶液，故其正极的反应式：O22H2O4e=4OH，负极的反应式：2H24OH4e=4H2O，反应过程中生成和消耗的 OH的量相等，故 KO
20、H 的物质的量不变，A、B、C 均正确；D 中根据电解 CuCl2 溶液时各离子的放电顺序，可知阳极产生的是 Cl2，电极反应式：2Cl2e=Cl2，故产生 2.24 L 氯气时转移电子应为 0.2 mol。D错因分析 易错选 A，注意碱性条件下和酸性条件下氢氧燃料电池的正极反应式是不同的，碱性条件下该式是正确的。考向预测1一种燃料电池中发生的化学反应为在酸性溶液中甲醇与氧气作用生成水和二氧化碳。该电池正极发生的反应是()ACH3OH(g)O2(g)=H2O(l)CO2(g)2H(aq)2eBO2(g)4H(aq)4e=2H2O(l)CCH3OH(g)H2O(l)=CO2(g)6H(aq)6e
21、DO2(g)2H2O(l)4e=4OH(aq)解析 若选 D，则是没有注意到该溶液是酸性溶液，溶液中有大量的氢离子。甲醇与氧气反应的化学方程式为 2CH3OH3O22CO24H2O，化合价升高的元素为 C，所以在负极上甲 醇 失 去 电 子，该 极 的 电 极 反 应 式 为CH3OH(g)H2O(l)=CO2(g)6H(aq)6e，在正极发生的反应为 O2(g)4H(aq)4e=2H2O(l)。B2镁/H2O2 酸性燃料电池采用海水作电解质溶液(加入一定量的酸)，下列说法正确的是()A电池总反应式为 MgH2O2=Mg(OH)2B正极发生的电极反应为 H2O22H2e=2H2OC工作时，正极周围海水的 pH 减小D电池工作时，溶液中的 H向负极移动解析 根据镁与 H2O2 两种物质的性质，容易知道负极是镁失去电子，正极是 H2O2 得到电子，考虑到电解质溶液呈酸性，电池总反应为 MgH2O22H=Mg22H2O。正极消耗 H，pH增大，原电池中阳离子向正极移动，故溶液中的 H向正极移动。B返 回