1、专题十 电化学原理及其应用 高频考点导悟考点一 原电池的工作原理和应用典例1(2011海南，12改编)根据下图，下列判断中正确的是()A烧杯a中的溶液pH降低B烧杯b中发生氧化反应C烧杯a中发生的反应为2H2e=H2D烧杯b中发生的反应为2Cl2e=Cl2解析 由图知，烧杯 b 中的 Zn 棒失去电子，发生氧化反应，电子转移到 Fe 棒上，烧杯 a 中通入的氧气在 Fe 棒表面得电子生成氢氧根离子，使 a 中溶液的 pH 升高。所以正确的为 B。答案 B典例 2(2011新课标全国卷，11)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
2、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 因为放电时的反应中有氢氧化物生成，故电解质溶液是碱性溶液，因为铁的化合价升高，镍的化合价降低，故铁是负极，氧化镍是正极，故 A 和 B 均正确；充电时的阴极反应为 Fe(OH)22e=Fe2OH，故此时阴极附近溶液的pH 增大，故 C 不对；根据所给的放电时的电池反应可推知D 正确。答案 C知识归纳1原电池的电极反应式和总反应式的书写方
3、法2燃料电池中氧气(空气)在极反应，可燃性物质在极反应。3任何类型的新型电池均在极发生还原反应，电子；在极发生氧化反应，电子，且电解质中离子一定向正极移动，离子一定向负极移动。正负正得负失阳阴命题猜想 1 下图甲和乙是双液原电池装置。由图可判断下列说法错误的是()A甲图电池反应的离子方程式为 CdCo2=CoCd2B2AgCd2=Cd2Ag反应能够发生C盐桥的作用是形成闭合回路，并使两边溶液保持电中性D乙图当有 1 mol 电子通过外电路时，正极有 108 g Ag 析出解析 原电池甲发生的反应的离子方程式为 CdCo2=Cd2Co，Cd 作负极，金属活动性 CdCo；原电池乙发生的反应的离子
4、方程式为 Co2Ag=2AgCo2，Co 作负极，金属活动性 CoAg，则 B 项中反应不能发生，B 错误；根据电子守恒，1 mol e恰好使 1 mol Ag析出，D 正确。答案 B命题猜想 2 如图所示，Na-S 电池是当前开发的一种高性能可充电电池，它所贮存的能量为常用铅蓄电池的 5 倍(按相同质量计)，电池反应为 2Na(l)n8S8(l)放电充电Na2Sn。下列说法不正确的是()A.外室熔融硫中添加石墨粉主要是为了增强导电性B放电时 Na向正极移动C充电时阳极反应式为 8S2n 16e=nS8D充电时钠极与外接电源的正极相连解析 由于硫是绝缘体，故在外室填充石墨粉以保证良好的导电性，
5、A 正确；在原电池中，阳离子向正极移动，阴离子向负极移动，形成闭合回路，B 正确；充电时阳极发生氧化反应，C 正确；充电时钠极发生还原反应，应与外接电源的负极相连，D 错。答案 D考点二 电解池的原理及其应用典例 3(2010全国理综，29)如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 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
6、：_；(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S
7、O 24，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：4OH4e=2H2OO2(或2H2O4e=4HO2)(4)(5)H2的常用检验方法是“爆鸣”法，即用拇指按住管口，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(M
8、gSO4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，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)知识归纳1电解阳极产物的判断若是活泼电极(金属活动性顺序表以前)，则失电子。若是惰性电极(Pt、Au、石墨)，则根据溶液中阴离子放电顺序加以判断。请将SO24、Cl、I、OH、S2的
9、放电顺序排序：。2电解阴极产物的判断直接根据阳离子放电顺序进行判断，请将H、Ag、Cu2、Fe3的放电顺序排序：。3电解后溶液要复原，原则为“少了什么补什么”。如电解后的CuSO4溶液应加入或复原；电解后的NaCl溶液应加入复原。AgS2IClOHSO24AgFe3Cu2HHClCuOCuCO3电极材料4电化学计算的基本方法(1)根据电子守恒法计算：用于串联电路、阴阳两极产物、正负两极产物、相同电量等类型的计算，其依据是电路上通过的电子数相等。(2)根据总反应式计算：先写出电极反应式，再写出总反应式，最后根据总反应式列出比例式计算。(3)根据关系式计算：借助得失电子守恒关系建立已知量与未知量之
10、间的桥梁，建立计算所需的关系式。(4)常见电极产物与电子的数量关系：命题猜想 3 下图为相互串联的甲、乙两个电解池，请回答：(1)甲池若为用电解原理精炼铜的装置，A 极是_，材料是_，电极反应为_；B 极是 _，材 料 是 _，主 要 电 极 反 应 为_，电解质溶液为_。(2)乙池中若滴入少量酚酞试液，开始一段时间后，_极附近呈红色。(3)若甲槽阴极增重 12.8 g，则乙槽阳极放出气体在标准状况下的体积为_。阴极精铜Cu22e=Cu阳极粗铜Cu2e=Cu2CuSO4溶液Fe4.48 L考点三 金属的腐蚀与防护典例 4(2011浙江理综，10)将 NaCl 溶液滴在一块光亮清洁的铁板表面上，
11、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答案 B解析 本题考查了钢铁的吸氧腐蚀知识。根据液滴之下氧气含量比边缘处少可知液滴下
12、铁为负极，失电子生成亚铁离子，液滴边缘氧气得电子与水化合生成氢氧根，OH与 Fe2结合生成 Fe(OH)2，进而生成 Fe2O3nH2O，阴离子移向负极，A项错误，B 项正确；铁为负极，失电子发生氧化反应，C 项错误；铁比铜活泼，应为铁失电子：Fe2e=Fe2，D 项错误。知识归纳1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。
13、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生吸氧腐蚀。2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护腐蚀措施的腐蚀(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)活泼性不同的两金属，活泼性差别越大，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。命题猜想 4利用下图装置，可以模拟铁的电化学防护。(1)若 X 为 Zn，开关 K 置于 M 处，X 电极为_极，电极反应式为_，铁电极反应式为_，此种防护法称为_；(2)若 X 为
14、碳棒，开关 K 置于 N 处，X 为_极，电极反应为_，此种防护法称为_；(3)若 X 为 Cu，开关 K 置于 N 处，X 电极反应式为_，Fe 电极反应式为_。解析(1)X 为 Zn，开关 K 置于 M 处，构成 Zn-Fe 原电池，Zn 作负极被氧化。(2)X 为碳棒，开关 K 置于 N 处，构成电解池，X 作阳极，OH放电。(3)X 为铜，开关 K 置于 N 处，Cu 作阳极，Cu 失电子变成 Cu2，被氧化。答案(1)负 2Zn4e=2Zn2 O22H2O4e=4OH 牺牲阳极的阴极保护法(2)阳 4OH4e=O22H2O 外接电流的阴极保护法(3)Cu2e=Cu2 2H2e=H2高
15、考模拟导练1(2011北京理综，8)结合下图判断，下列叙述正确的是()A和中正极均被保护B和中负极反应均是 Fe2e=Fe2C和中正极反应均是 O22H2O4e=4OHD和中分别加入少量 K3Fe(CN)6溶液，均有蓝色沉淀解析 形成原电池活泼金属作负极，正极均被保护，A 正确；中负极为活泼金属 Zn，B 错误；中是酸性溶液，电极反应式中不能有 OH生成，C 错误；中无 Fe2生成，所以无蓝色沉淀生成，D 错误。答案 A2(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
16、=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分别连接直流电源正、负极，电压足够大时，Cu2向铜电极移动解析 A 项，a、b 不连接时，铁会直接将铜置换出来，A 项正确；B 项，a、b 连接时，Cu2会去铜片上得电子，生成单质 Cu，B 项正确；C 项，无论 a、b 是否连接，其反应的实质都是 Fe 和 Cu2反应，生成 Fe2和 Cu，C 项正确；D 项，当 a、b 分别连接外加电源的正、负极时，Cu2会移向阴极，即向铁片移动，D 项错误。答案 D3(2011山东理综，15)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
17、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镀锌层破损后即对铁制品失去保护作用解析 电镀过程中 Zn 与电源正极相连，若给原电池充电，则 Zn 应接电源负极，A 错误；导线中通过的电子，在阴极均被 Zn2得到，所以通过的电子与锌析出的物质的量之比一定为 21 的关系，B 错误；只要电流恒定，阴阳极得失电子的速率不变，所以电解反应速率不变，C 正确；Zn 比铁活泼，Zn 作负极、Fe 作正极，Fe 被保护，D 错误。答案 C4下图装置()为一种可充电电池的示意图，其中的离子交
18、换膜只允许 K通过，该电池充、放电的化学方程式为 2K2S2KI3放电充电K2S43KI。装置()为电解池的示意图。当闭合开关 K 时，X 附近溶液先变红。则下列说法正确的是()A.闭合 K 时，K从右到左通过离子交换膜B闭合 K 时，A 的电极反应式为 3I2e=I3C闭合 K 时，X 的电极反应式为 2Cl2e=Cl2D闭合 K 时，当有 0.1 mol K通过离子交换膜，X 电极上产生标准状况下气体 1.12 L解析 由于装置为电解池，则装置必为原电池，电解NaCl 溶液时阴极反应式为 2H2e=H2，则该极附近水的电离受到促进，生成 OH，阴极区溶液先变红，由此确定 X 为阴极，电极
19、A 为负极，电极 B 为正极，K应移向正极，即 K移向 B 电极，A 错误，C 错误；放电时，S 元素化合价升高，S22 在 A 电极上发生氧化反应，I3 在 B 电极上发生还原反应，且有 0.1 mol K通过离子交换膜时电路中转移0.1 mol e，则 X 电极产生 0.05 mol H2，D 正确。答案 D5肼(N2H4)-空气燃料电池是一种环保型碱性燃料电池，电解质溶液是 20%30%的 KOH 溶液。电池总反应：N2H4O2=N22H2O。下列关于该燃料电池工作时的说法正确的是()A负极的电极反应式是 N2H44OH4e=4H2ON2B正极的电极反应式是 O24H4e=2H2OC溶液
20、中阴离子向正极移动D电解后电解质溶液的碱性增强解析 由总反应可知，N2H4 在负极失电子：N2H44OH4e=4H2ON2；而 O2 在正极得电子，因为是碱性燃料电池，故正极反应式为 O22H2O4e=4OH；由得失电子守恒知，电解后 OH物质的量不变，但有水生成，溶液的碱性减弱；原电池中，溶液中阴离子向负极移动，故选 A。答案 A6A、B、C三种强电解质，它们在水中电离出的离子如下表所示：阳离子Na、K、Cu2阴离子SO24、OH下图所示装置中，甲、乙、丙三个烧杯依次分别盛放250 mL足量的A溶液、足量的B溶液、足量的C溶液，电极均为石墨电极。接通电源，经过一段时间后，测得乙中 c 电极质
21、量增加了 8 g。常温下各烧杯中溶液的 pH 与电解时间 t 的关系图如上。据此回答下列问题：(1)M 为电源的_极(填写“正”或“负”)，电极 b 上发生的电极反应为_。(2)计 算 电 极 e 上 生 成 的 气 体 在 标 准 状 况 下 的 体 积：_。(3)乙烧杯的电解反应方程式为_；此时乙烧杯中溶液的 pH_。(4)若经过一段时间后，测得乙中 c 电极质量增加了 m g 时，要使丙恢复到原来的状态，具体操作是_。解析 根据 A、B、C 三种强电解质在水中电离出的离子，结合电解时溶液中 pH 变化可知 B 必为硫酸铜，A 为强碱，C 为硫酸盐。c 电极质量增加了 8 g，说明 c 极
22、为阴极，则 d、e、f、N、M、a、b 分别为阳极、阴极、阳极、正极、负极、阴极、阳极。甲乙丙三个电解池串联，故各电极上转移的电子数相等，e 极上产生的气体为氢气，其物 质的量为8 g264 gmol120.125 mol，在标准状况下为 2.8 L；乙烧杯中有多少电子转移，就消耗多少氢氧根离子，故氢离子浓度为8 g264 gmol10.25 L1 molL1，其 pH 为 0。电解丙烧杯中的溶液，其实质是电解水，故 c 电极质量增加了 m g 时，要使电解质溶液回复原状，则加入电解掉的水即可，为2m g64 gmol1218 gmol1 932 m g。答 案 (1)负 4OH 4e=2H2
23、O O2 (2)2.8 L(3)2CuSO42H2O=电解 2CuO22H2SO4 0(4)向丙烧杯中加 932m g 水7如图是一个化学过程的示意图。已知甲池的总反应式为2CH3OH3O24KOH=2K2CO36H2O请回答：(1)甲池是_池，通入O2的电极作为_极，电极反应式为_。(2)乙池是_池，A电极名称为_极，电极反应式为_，乙池中的总反应离子方程式为_，溶液的pH_(填“增大”、“减小”或“不变”)。(3)当乙池中B(Ag)极的质量增加5.40 g时，甲池中理论上消耗O2_mL(标准状况下)；此时丙池中某电极析出0.60 g某金属，则丙中的某盐溶液可能是_(填序号)。AMgSO4溶液BCuSO4溶液CNaCl溶液DAgNO3溶液解析(3)利用电子守恒找出关系式：4AgO2，V(O2)14n(Ag)22.4 Lmol1145.40 g108 gmol122.4 Lmol10.28 L，即280 mL。丙池中析出金属，显然只有位于H后面的金属才析出。通过计算B、D都是可能的。答案(1)原电 正 O22H2O4e=4OH(2)电 解 阳 4OH 4e=O2 2H2O 4Ag 2H2O=电解 4AgO24H 减小(3)280 BD返回