1、专题二 化学基本理论 第 7 讲 电化学基础考纲展示1.了解原电池和电解池的工作原理，能写出电极反应和电池反应方程式。2了解常见化学电源的种类及其工作原理。3理解金属发生电化学腐蚀的原因、金属腐蚀的危害、防止金属腐蚀的措施。备考指导1.客观题。(1)以新型化学电源为载体，考查电极反应式的正误判断及电子、离子的移动方向等。(2)考查原电池在金属腐蚀与防护方面的应用。2主观题。(1)考查电极反应式、电池反应式的书写。(2)考查原电池、电解池原理在工业生产中的应用。(3)考查电子转移、两极产物、pH等的相关计算。考点 原电池的工作原理及应用【例 1】(2016全国卷)Mg-AgCl 电池是一种以海水
2、为电解质溶液的水激活电池。下列叙述错误的是()A负极反应式为 Mg2e=Mg2B正极反应式为 Age=AgC电池放电时 Cl由正极向负极迁移D负极会发生副反应 Mg2H2O=Mg(OH)2H2思路点拨 解答本题要注意以下几点：(1)以“Mg-AgCl”为突破口，明确正负极。(2)“AgCl”难溶，书写电极反应式时，不能写成例子形式。(3)根据原电池原理判断离子的移动方向。解 析：根 据 题 意，电 池 总 反 应 式 为 Mg 2AgCl=MgCl22Ag，正极反应为 2AgCl2e=2Cl2Ag，负极反应为Mg2e=Mg2，A 项正确，B 项错误；对原电池来说，阴离子由正极移向负极，C 项正
3、确；由于镁是活泼金属，则负极会发生副反应 Mg2H2O=Mg(OH)2H2，D项正确。答案：B1理解原电池原理，突破正负极判断。(1)依据构成原电池两极的电极材料判断，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)依据原电池两极发生的变化判断，原电池的负极发生氧化反应；正极发生还原反应。(3)依据电子流动方向或电流方向判断，电子流动方向：由负极流向正极；电流方向：由正极流向负极。(4)依据原电池电解质溶液中离子的移动方向判断：阳离子向正极移动，阴离子向负极移动。(5)依据原电池盐桥中离子的移动方向判断，阳离子向正极移动，阴离子向负极移动。2燃料电池电极反应式的书写方法
4、。(1)燃料电池中，通入 O2 的一极为正极，书写方法是：首先书写正极反应式：酸性介质：4HO24e=2H2O；碱性介质：2H2OO24e=4OH。然后用总反应式减去正极反应式得到负极电极反应式，相减时要求两极得失电子总数相等(即将总反应式中的 O2 按比例消去)。(2)实例：(以甲醇、O2 的燃料电池为例)。酸性介质，如 H2SO4。CH3OH 在负极上失去电子生成 CO2 气体，O2 在正极上得到电子，在 H作用下生成 H2O。电极反应式：负极：CH3OH6eH2O=CO26H；正极：32O26e6H=3H2O。碱性介质，如 KOH 溶液。CH3OH 在负极上失去电子，在碱性条件下生成CO
5、23，1 mol CH3OH 失去 6 mol e；O2 在正极上得到电子生成 OH，电极反应式：负极：CH3OH6e8OH=CO23 6H2O；正极：32O26e3H2O=6OH。熔融盐介质，如 K2CO3。在电池工作时，CO23 移向负极。CH3OH 在负极上失去电子，在 CO23 的作用下生成 CO2 气体；O2 在正极上得到电子，在 CO2 的作用下生成 CO23，其电极反应式：负极：CH3OH6e3CO23=4CO22H2O；正极：32O26e3CO2=3CO23。题组一 电极反应式的书写 1以甲烷燃料电池为例。(1)酸性条件。正极反应式：_；负极反应式：_。(2)碱性条件。正极反应
6、式：_；负极反应式：_。(3)固体电解质(高温下能传导 O2)。正极反应式：_；负极反应式：_。(4)熔融碳酸盐(如：熔融 K2CO3)环境下。正极反应式：_；负极反应式：_。答案：(1)O24H4e=2H2O CH48e2H2O=CO28H(2)O22H2O4e=4OH CH410OH8e=CO23 7H2O(3)O24e=2O2 CH44O2 8e=CO22H2O(4)O22CO24e=2CO23 CH44CO23 8e=5CO22H2O“三步”突破原电池电极反应式、总反应式的书写题组二 以新型电源为载体进行考查 2一种用于驱动潜艇的液氨液氧燃料电池原理示意如图，下列有关该电池说法正确的是
7、()A该电池工作时，每消耗 22.4 L NH3 转移 3 mol 电子B电子由电极 A 经外电路流向电极 BC电池工作时，OH向电极 B 移动D电极 B 上发生的电极反应为 O2 4H 4e=2H2O解析：温度、压强未知，不能计算 22.4 L NH3 的物质的量，A 错误；该电池中通入氧气的电极 B 为正极，电极 A 为负极，电子由电极 A 经外电路流向电极 B，B正确；电池工作时，OH向负极移动，C 错误；该电池电解质溶液为 NaOH 溶液，电极 B 上发生的电极反应为 O22H2O4e=4OH，D 错误。答案：B3锌-锰碱性电池以氢氧化钾溶液为电解液，电池总反 应 式 为 Zn(s)2
8、MnO2(s)H2O(l)=Zn(OH)2(s)Mn2O3(s)。下列说法错误的是()A电池工作时，锌失去电子，电解液内部 OH向负极移动B电池正极的电极反应式为 2MnO2(s)H2O(l)2e=Mn2O3(s)2OH(aq)C电池工作时，电子由正极通过外电路流向负极D外电路中每通过 0.2 mol 电子，锌的质量理论上减小 6.5 g解析：锌的化合价升高，失去电子，电解液内部 OH向负极移动，A 正确；负极失去电子，正极得到电子，则根据总反应式可判断正极是二氧化锰得到电子，电极反应式为 2MnO2(s)H2O(1)2e=Mn2O3(s)2OH(aq)，B 正确；电池工作时，电子从负极经外电
9、路流向正极，C 错误；由总反应式可知消耗0.2 mol 电子时负极消耗 0.1 mol 锌，则消耗锌的质量 0.1 mol65 g/mol6.5 g，D 正确。答案：C考点 电解的工作原理及应用【例 2】(2017全国卷)用电解氧化法可以在铝制品表面形成致密、耐腐蚀的氧化膜，电解质溶液一般为H2SO4H2C2O4 混合溶液。下列叙述错误的是()A待加工铝质工件为阳极B可选用不锈钢网作为阴极C阴极的电极反应式为 Al33e=AlD硫酸根离子在电解过程中向阳极移动思路点拨 解答本题的关键有以下几点：(1)由“铝制品表面形成氧化膜”可判断铝失去电子，铝制品应为阳极。(2)“电解质溶液为酸性溶液”，阴
10、极 H放电。(3)电解池中阴离子移向阳极，阳离子移向阴极。解析：根据反应原理可知，Al 要形成氧化膜，化合价升高失电子，因此铝为阳极，故 A 正确；不锈钢网接触面积大，能增加电解效率，故 B 正确；阴极应为阳离子得电子，根据离子放电顺序应是 H放电，即 2H2e=H2，故 C 错误；根据电解原理，电解时，阴离子移向阳极，故 D 正确。答案：C【例 3】(2016全国卷)锌空气燃料电池可用作电动车动力电源，电池的电解质溶液为 KOH 溶液，反应为 2ZnO24OH2H2O=2Zn(OH)24。下列说法正确的是()(导学号 56470021)A充电时，电解质溶液中 K向阳极移动B充电时，电解质溶液
11、中 c(OH)逐渐减小C 放 电 时，负 极 反 应 为 Zn 4OH 2e=Zn(OH)24D放电时，电路中通过 2 mol 电子，消耗氧气 22.4 L(标准状况)思路点拨 解答本题要注意以下几点：(1)首先明确充电利用的是电解原理，放电利用的是原电池原理。(2)根据方程式中元素化合价的变化判断正负极的反应物，写出原电池电极反应式，分析 C、D。(3)根据原电池电极反应式书写充电时的电极反应式，判断 A、B。解析：A 项，充电时装置为电解池，溶液中的阳离子向阴极移动；B 项，充电时的总反应为放电时的逆反应：2Zn(OH)24=2ZnO24OH2H2O，c(OH)逐渐增大；C 项，放电时负极
12、失电子发生氧化反应，由放电时的总反应可知，负极反应式为 Zn4OH2e=Zn(OH)24；D项，由放电时的总反应可知，电路中通过 2 mol 电子时，消耗0.5 mol O2，其体积为 11.2 L(标准状况)。答案：C1判断电解池阴阳极的“四方法”。(1)根据所连接的外加电源判断：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)根据电子流动方向判断：电子流动方向为从电源负极流向阴极，从阳极流向电源正极。(3)根据电解池里电解质溶液中离子的移动方向判断：阳离子向阴极移动，阴离子向阳极移动。(4)根据电解池两极产物判断，一般情况下：阴极上的现象：析出金属(质量增加)或有无色气体(H
13、2)放出；阳极上的现象：有非金属单质生成，呈气态的有Cl2、O2 或电极质量减小(活性电极作阳极)。2牢记电解池的电极反应及其放电顺序。(1)阳离子在阴极上的放电顺序：AgFe3Cu2H(2)阴离子在阳极上的放电顺序：S2IBrClOH3掌握电解的四大类型及规律。题组一 电解池中电极反应式的书写 1按题意要求书写电极反应式。(1)用 Al 单质作阳极，石墨作阴极，NaHCO3 溶液作电解液进行电解，生成难溶物 Al(OH)3，Al(OH)3 受热分解生成化合物 Al2O3。写出阳极生成 Al(OH)3 的电极反应式：_。(2)MnO2 的生产方法之一是以石墨为电极，电解酸化的 MnSO4 溶液
14、。阴极的电极反应式为_，阳极的电极反应式为_。(3)工业上用铁作阳极，电解 KOH 溶液可制备K2FeO4，阳极的电极反应式为_。(4)用如图所示装置电解尿素CO(NH2)2的碱性溶液可以制取 N2、H2(注：电解池中隔膜仅阻止气体通过)。该电解池的阳极反应式为_。答案：(1)Al3e=Al3、Al33HCO3=Al(OH)33CO2(2)2H2e=H2 Mn22H2O2e=MnO24H(3)Fe6e8OH=FeO24 4H2O(4)CO(NH2)26e8OH=CO23 N26H2O电解池中电极反应式的书写步骤题组二 以可充电电池为载体进行考查 2科学家开发出一种新型锂氧电池，其效率达到90%
15、以上，电池中添加碘化锂(LiI)和微量水。工作原理如图所示，总反应为 O24LiI2H2O放电充电2I24LiOH。对于该电池的下列说法不正确的是()A充电时阴极反应为 LiOHe=LiOHB充电时 Li从阳极区移向阴极区C放电时正极反应为 O22H2O4Li4e=4LiOHD放电时负极上 I被氧化解析：充电时阴极发生得电子的还原反应，应该是碘单质得电子的还原反应，故 A 错误；充电时，电解液里的阳离子移向阴极，故 B 正确；放电时，正极上发生得电子的还原反应，正极反应为O22H2O4Li4e=4LiOH，故 C 正确；放电时，负极上发生失电子的氧化反应，元素的化合价升高，根据总反应可知是 I
16、被氧化，故 D 正确。答案：A理解充、放电，准确剖析电化学原理(1)对于可充电电池，放电时为原电池，符合原电池工作原理，负极发生氧化反应，正极发生还原反应；外电路中电子由负极流向正极，内电路中阳离子向正极移动，阴离子向负极移动。(2)可充电电池充电时为电解池，阳极发生氧化反应，阴极发生还原反应；充电时电池的“”极与外接直流电源的正极相连，电池的“”极与外接直流电源的负极相连。题组三 考查电解的相关计算 3(2017泰安模拟)按如图所示装置连接，X、Y 均为惰性电极，常温下，当 Zn 极质量减少 3.25 g 时，X 极生成气体 840 mL(标准状况)，若此时烧杯中溶液的体积为 500 mL，
17、则此时烧杯中溶液的 pH(不考虑生成气体溶于水及与溶液的反应)()(导学号 56470022)A11 B12C13 D14解析：n(Zn)3.25 g65 g/mol0.05 mol，则转移0.1 mol 电子，如果全部生成氯气则有 0.05 mol 氯气生成，如果全部生成氧气，则有 0.025 mol 氧气生成，而 X 极生成气体的物质的量为 0.84 L22.4 L/mol0.037 5 mol，说明生成气体为氯气和氧气的混合物，设生成 x mol 氯气，y mol 氧气，则 xy0.037 5，2x4y0.1，解得 x0.025，y0.0125，由 2NaCl2H2O=通电 2NaOHH
18、2Cl2，可知生成 0.05 mol NaOH，则 c(OH)0.1 mol/L，pH13。答案：C4(2017临沂模拟)1 L 某溶液中含有的离子如下表：离子Cu2Al3NO3Cl 物质的量浓度/(mol/L)11a1用惰性电极电解该溶液，当电路中有 3 mol e通过时(忽略电解时溶液体积的变化及电解产物可能存在的溶解现象)，下列说法正确的是()(导学号 56470023)A电解后溶液 pH0Ba3C阳极生成 1.5 mol Cl2D阴极析出的金属是铜与铝解析：当电路中有 3 mol e通过时，阳极首先发生2Cl2e=Cl2，有 0.5 mol Cl2 生成，然后发生 4OH4e=O22H
19、2O，生成 2 mol H；阴极首先发生：Cu22e=Cu，析出 1 mol Cu，然后发生 2H2e=H2，生成 0.5 mol H2，同时生成 1 mol OH，最终溶液里得到 1 mol H，H的浓度为 1 mol/L，pH0，故 A 正确；由电荷守恒可知 2c(Cu2)3c(Al3)c(NO3)c(Cl)，可求得 c(NO3)4 mol/L，即 a4，故 B 错误；电解时阳极首先发生：2Cl2e=Cl2，然后发生 4OH4e=O22H2O，生成 Cl2 和O2，故 C 错误；由于离子放电顺序为 Cu2HAl3，没有 Al 生成，故 D 错误。答案：A“三法”破解电解计算题原电池和电解池
20、的计算包括两极产物的定量计算、溶液 pH 的计算、相对原子质量和阿伏加德罗常数的计算、产物的量与电量关系的计算等。通常有下列三种方法：(1)根据电子守恒计算。用于串联电路中阴阳两极产物、正负两极产物、相同电量等类型的计算，其依据是电路中转移的电子数相等。(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。根据得失电子守恒关系建立起已知量与未知量之间的桥梁，构建计算所需的关系式。如以通过 4 mol e为桥梁可构建如下关系式：4e2Cl2(Br2、I2)O2 2H22Cu4Ag 该关系式具有总揽电化学计算的作用，熟记电极反应式，灵活运用
21、关系式便能快速解答常见的电化学计算问题。考点 金属的电化学腐蚀与防护【例 4】(2015上海卷，改编)研究电化学腐蚀及防护的装置如下图所示。下列有关说法错误的是()Ad 为石墨，铁片腐蚀加快Bd 为石墨，石墨上电极反应为 O22H2O4e=4OHCd 为锌块，铁片不易被腐蚀Dd 为锌块，铁片上电极反应为 2H2e=H2思路点拨 解答本题要明确以下几点：(1)形成原电池，反应加快，正极被保护，负极腐蚀快。(2)根据电解质溶液的环境判断是吸氧腐蚀还是析氢腐蚀。(3)根据电极活泼性确定正负极，判断反应式正误。解析：由于活动性：Fe石墨，所以铁、石墨及海水构成原电池，Fe 为负极，失去电子被氧化变为
22、Fe2进入溶液，溶解在海水中的氧气在正极石墨上得到电子被还原，比没有形成原电池时的腐蚀快，A 正确；d 为石墨，由于是中性电解液，所以发生的是吸氧腐蚀，石墨上氧气得到电子，发生还原反应，电极反应为O22H2O4e=4OH，B 正确；若 d 为锌块，则由于金属活动性：ZnFe，Zn 为原电池的负极，Fe 为正极，首先被腐蚀的是 Zn，铁得到保护，铁片不易被腐蚀，C正确；d 为锌块，由于电解液为中性，发生的是吸氧腐蚀，在铁片上电极反应为 O22H2O4e=4OH，D错误。答案：D1析氢腐蚀和吸氧腐蚀的比较。类型析氢腐蚀吸氧腐蚀条件水膜呈酸性水膜呈弱酸性或中性正极反应2H2e=H2O22H2O4e=
23、4OH负极反应Fe2e=Fe2其他反应Fe22OH=Fe(OH)24Fe(OH)2O22H2O=4Fe(OH)3Fe(OH)3失去部分水转化为铁锈2.金属腐蚀快慢的判断。3金属的两种防护方法。(1)加防护层。如在金属表面加上油漆、搪瓷、沥青、塑料、橡胶等耐腐蚀的非金属材料；采用电镀或表面钝化等方法使金属表面形成一层不易被腐蚀的物质。(2)电化学防护。牺牲阳极的阴极保护法原电池原理：正极为被保护的金属；负极为比被保护的金属活泼的金属。外加电流的阴极保护法电解原理：阴极为被保护的金属，阳极为惰性电极。题组一 考查析氢腐蚀和吸氧腐蚀 1一定条件下，碳钢腐蚀与溶液 pH 的关系如下：pH2466.58
24、13.514 腐蚀快慢较快慢较快主要产物Fe2Fe3O4Fe2O3FeO2下列说法不正确的是()A在 pH4 的溶液中，碳钢主要发生析氢腐蚀B在 pH6 的溶液中，碳钢主要发生吸氧腐蚀C在 pH14 的溶液中，碳钢腐蚀的正极反应为O24H4e=2H2OD在煮沸除氧气后的碱性溶液中，碳钢腐蚀会减缓解析：酸性较强条件下，碳钢主要发生析氢腐蚀，A正确；在 pH6 的溶液中，酸性较弱，主要发生吸氧腐蚀，B 正确；碳钢腐蚀的正极反应为 O22H2O4e=4OH，C 错误；除 O2 后，腐蚀减缓，D 正确。答案：C2利用下图装置进行实验，开始时，a、b 两处液面相平，密封好，放置一段时间。下列说法不正确的
25、是()Aa 管发生吸氧腐蚀，b 管发生析氢腐蚀B一段时间后，a 管液面高于 b 管液面Ca 处溶液的 pH 增大，b 处溶液的 pH 减小Da、b 两处具有相同的电极反应式：Fe2e=Fe2解析：根据装置图判断，左边铁丝发生吸氧腐蚀，右边铁丝发生析氢腐蚀。左边电极反应：负极：Fe2e=Fe2，正极：O24e2H2O=4OH；右边电极反应：负极：Fe2e=Fe2，正极：2H2e=H2，a 处、b 处的 pH 均增大，C 错误。答案：C题组二 考查金属腐蚀的快慢与防护方法 3下列做法有利于金属防护的是()A钢铁零件表面进行烤蓝处理B将钢铁制成的闸门与直流电源正极相连C菜刀切菜后不洗净就放回刀架D埋
26、在地下的钢管与铜块相连解析：一般钢铁容易生锈，如果将钢铁零件的表面进行烤蓝处理，就能大大增强抗蚀能力，延长使用寿命，A项正确；钢铁制成的闸门与直流电源的正极相连，闸门成为电解池的阳极，能加速腐蚀，B 项错误；菜刀切菜后不洗净，容易发生吸氧腐蚀，C 项错误；铁比铜活泼，当埋在地下的钢管与铜块相连时，钢管成为原电池的负极，加快了腐蚀，应该与锌块相连，D 项错误。答案：A4下列与金属腐蚀有关的说法，正确的是()A图 1 中，铁钉易被腐蚀B图 2 中，滴加少量 K3Fe(CN)6溶液，没有蓝色沉淀出现C图 3 中，燃气灶的中心部位容易生锈，主要是由于高温下铁发生化学腐蚀D图 4 中，用牺牲镁块的方法来防止地下钢铁管道的腐蚀，镁块相当于原电池的正极解析：A 项，图 1 中，铁钉处于干燥环境，不易被腐蚀；B 项，负极反应为 Fe2e=Fe2，Fe2与Fe(CN)63反应生成 Fe3Fe(CN)62 蓝色沉淀；D 项，为牺牲阳极的阴极保护法，Mg 块相当于原电池的负极。答案：C