2018届高考二轮复习鲁科版专题09电化学课件58（91张）

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专题九 电化学 知识精讲 考点一　原电池和电解池的工作原理 1.电化学装置中都有两个电极，分别发生氧化反应与还原反应。 若两个电极插在同一电解质溶液的容器内，则由于阴阳离子的移 动速率不同而导致两极之间出现浓度差，以及因电极本身直接与 离子反应而导致两极之间电势差变小，影响了电流的稳定。为解 决这个问题，人们使用了盐桥。盐桥主要出现在原电池中，有时 也可在电解池中出现，其主要作用就是构建闭合的内电路，但不 影响反应的实质。盐桥内常为饱和氯化钾、硝酸钾等溶液。 2.盐桥是新课改教材中出现的新名词，因而围绕盐桥的电化学 知识已成为新课改地区命题的一个热点，所以有必要分析研究 盐桥问题的考查思路。通常从以下四个方面命题。 (1)考查盐桥的作用。 (2)考查含盐桥的电化学总反应式的书写。 (3)考查盐桥内溶液离子的移动方向。 (4)考查含盐桥的电化学装置的设计。 题组集训 题组一　明确原理，设计装置 1.能量之间可相互转化：电解食盐水制备Cl2是将电能转化为化学 能，而原电池可将化学能转化为电能。设计两种类型的原电池， 探究其能量转化效率。限选材料：ZnSO4(aq)，FeSO4(aq)， CuSO4(aq)；铜片，铁片，锌片和导线。 ①完成原电池甲的装置示意图(见上图)，并作相应标注，要求：在 同一烧杯中，电极与溶液含相同的金属元素。 ②以铜片为电极之一，CuSO4(aq)为电解质溶液，只在一个烧杯中 组装原电池乙，工作一段时间后，可观察到负极__________。 ③甲乙两种原电池可更有效地将化学能转化为电能的是________， 其原因是_____________________________________。 (3)根据牺牲阳极的阴极保护法原理，为减缓电解质溶液中铁片的 腐蚀，在(2)的材料中应选__________作阳极。 解析　(2)①根据题给条件和原电池的构成条件可得： a.若用Zn、Cu、CuSO4(aq)、ZnSO4(aq)组成原电池，Zn作负极，Cu作正极， Zn插入到ZnSO4(aq)中，Cu插入到CuSO4(aq)中。 b.若用Fe、Cu、FeSO4(aq)、CuSO4(aq)组成原电池，Fe作负极，Cu作正极， Fe插入到FeSO4(aq)中，Cu插入到CuSO4(aq)中。 c.注意，画图时要注意电极名称，电极材料，电解质溶液名称(或化学式)，并 形成闭合回路。 ②由于金属活动性Zn＞Fe＞Cu，锌片或铁片作负极，由于Zn或Fe直接与 CuSO4溶液接触，工作一段时间后，负极逐渐溶解，表面有红色固体析出。 ③带有盐桥的甲原电池中负极没有和CuSO4溶液直接接触，二者 不会直接发生置换反应，化学能不会转化为热能，几乎全部转 化为电能；而原电池乙中的负极与CuSO4溶液直接接触，两者会 发生置换反应，部分化学能转化为热能，化学能不可能全部转 化为电能。 (3)由牺牲阳极的阴极保护法可得，铁片作正极(阴极)时被保护， 作负极(阳极)时被腐蚀，所以应选择比铁片更活泼的锌作负极 (阳极)才能有效地保护铁不被腐蚀。 答案　(2)① (或其他合理答案) ②电极逐渐溶解，表面有红色固体析出 ③甲　在甲装置中，负极不和Cu2＋接触，避免了Cu2＋直接与负 极发生反应而使化学能转化为热能 (3)锌片 1.工作原理 原电池的闭合回路有外电路与内电路之分，外电路的电流是从 正极流向负极，内电路是从负极流向正极，故内电路中的阳离 子移向正极、阴离子移向负极。(盐桥中的阳离子移向正极区， 阴离子移向负极区，以维持电荷守恒)。 方法归纳 方法归纳 2.设计思路 首先根据离子方程式判断出氧化剂、还原剂，明确电极反应。 然后再分析两剂状态确定电极材料，若为固态时可作电极，若 为溶液时则只能作电解液。然后补充缺少的电极材料及电解液。 电极材料一般添加与电解质溶液中阳离子相同的金属作电极(使 用惰性电极也可)，电解液则是一般含有与电极材料形成的阳离 子相同的物质。最后再插入盐桥即可。 2.控制适合的条件，将反应2Fe3＋＋2I－ Fe2＋＋I2设计成如 下图所示的原电池。下列判断不正确的是(　　) 题组二　“盐桥”的作用与化学平衡的移动 A.反应开始时，乙中石墨电极上发生氧化反应 B.反应开始时，甲中石墨电极上Fe3＋被还原 C.电流计读数为零时，反应达到化学平衡状态 D.电流计读数为零后，在甲中溶入FeCl2固体，乙中的石墨电极 为负极 解析　由图示结合原电池原理分析可知，Fe3＋得电子变成Fe2 ＋被还原，I－失去电子变成I2被氧化，所以A、B正确； 电流计读数为零时Fe3＋得电子速率等于Fe2＋失电子速率，反 应达到平衡状态； D项在甲中溶入FeCl2固体，平衡2Fe3＋＋2I－ 2Fe2＋＋ I2向 左移动，I2被还原为I－，乙中石墨为正极，不正确。 答案　D 3.下图Ⅰ、Ⅱ分别是甲、乙两组同学将反应 “AsO ＋2I－＋2H＋ AsO ＋I2＋H2O”设计成的原 电池装置，其中C1、C2 均为碳棒。甲组向图Ⅰ烧杯中逐滴加入适量浓盐酸；乙组向图 ⅡB烧杯中逐滴加入适量40% NaOH溶液。 下列叙述中正确的是(　　) A.甲组操作时，电流计(G)指针发生偏转 B.甲组操作时，溶液颜色变浅 C.乙组操作时，C2作正极 D.乙组操作时，C1上发生的电极反应为I2＋2e－===2I－ 解析　装置Ⅰ中的反应，AsO ＋2I－＋2H＋ AsO ＋I2 ＋H2O， 当加入适量浓盐酸时，平衡向右移动，有电子转移，但电子不 会沿导线通过，所以甲组操作，电流计(G)指针不会发生偏转， 但由于I2浓度增大，所以溶液颜色变深；向装置ⅡB烧杯中加入 NaOH溶液中，AsO －2e－＋2H2O===AsO ＋2H＋，电子沿导 线到C1棒，I2＋2e－===2I－，所以C2为负极，C1为正极。 答案　D 失误防范 1.把氧化剂、还原剂均为溶液状态的氧化还原反应 设计成原电池时，必须使用盐桥才能实现氧化剂与还原剂的分离， 否则不会有明显的电流出现。 2.电子流向的分析方法 (1)改变条件，平衡移动； (2)平衡移动，电子转移； (3)电子转移，判断区域； (4)根据区域，判断流向； (5)根据流向，判断电极。 考点二　几种重要的化学电池 知识精讲 高考中常见的新型电池有“氢镍电池”、“高铁电池”、 “碱性锌锰电池”、“海洋电池”、“燃料电池”(如新型细 菌燃料电池、氢氧燃料电池、丁烷燃料电池、甲醇质子交换 膜燃料电池、CO燃料电池)、“锂离子电池”、“锌银电池”、 “钮扣电池”、“Mg—AgCl电池”、“Mg—H2O2电池”等。 新型电池是对电化学原理的综合考查，在高考中依托新型电 池考查的电化学原理知识有以下几点。 1.判断电极 (1)“放电”时正、负极的判断 ①负极：元素化合价升高或发生氧化反应的物质；②正极：元素 化合价降低或发生还原反应的物质。 (2)“充电”时阴、阳极的判断 ①阴极：“放电”时的负极在“充电”时为阴极；②阳极：“放 电”时的正极在“充电”时为阳极。 2.微粒流向 (1)电子流向 ①电解池：电源负极→阴极，阳极→电源正极； ②原电池：负极→正极。 提示：无论是电解池还是原电池电子均不能流经电解质溶液。 (2)离子流向 ①电解池：阳离子移向阴极，阴离子移向阳极；②原电池：阳离 子移向正极，阴离子移向负极。 3.书写电极反应式 (1)“放电”时电极反应式的书写 ①依据条件，指出参与负极和正极反应的物质，根据化合价的变 化，判断转移电子的数目； ②根据守恒书写负极(或正极)反应式，特别应注意电极产物是否 与电解质溶液共存。 (2)“充电”时电极反应式的书写 充电时的电极反应与放电时的电极反应过程相反，充电的阳极反 应为放电时正极反应的逆过程，充电的阴极反应为放电时负极反 应的逆过程。 题组集训 1.一种基于酸性燃料电池原理设计的酒精检测仪，负极上的反 应为CH3CH2OH－4e－＋H2O=== CH3COOH＋4H＋。下列有关说法正确的是(　　) A.检测时，电解质溶液中的H＋向负极移动 B.若有0.4 mol电子转移，则在标准状况下消耗4.48 L氧气 C.电池反应的化学方程式为CH3CH2OH＋O2===CH3COOH＋ H2O D.正极上发生的反应为O2＋4e－＋2H2O===4OH－ 题组一　“一池多变”的燃料电池 解析　解答本题时审题是关键，反应是在酸性电解质溶液中进 行的。在原电池中，阳离子要往正极移动，故A错； 因电解质溶液是酸性的，不可能存在OH－，故正极的反应式为 O2＋4H＋＋4e－===2H2O，转移4 mol电子时消耗 1 mol O2，则转 移0.4 mol电子时消耗2.24 L O2，故B、D错； 电池反应式即正、负极反应式之和，将两极的反应式相加可知 C正确。 答案　C 2.将两个铂电极放置在KOH溶液中，然后分别向 两极通入CH4和O2，即可产生电流。下列叙述正确的是(　　) ①通入CH4的电极为正极　②正极的电极反应式为O2＋2H2O ＋4e－===4OH－　③通入CH4的电极反应式为CH4＋2O2＋4e－ ===CO2＋2H2O　④负极的电极反应式为CH4＋10OH－－8e－ ===CO ＋7H2O　⑤放电时溶液中的阳离子向负极移动　 ⑥放电时溶液中的阴离子向负极移动 A.①③⑤ B.②④⑥ C.④⑤⑥ D.①②③ 解析　根据题意知发生的反应为CH4＋2O2===CO2＋2H2O， 反应产生的CO2在KOH溶液中会转化为CO 。CH4为还原剂， 应通入电源的负极，所以①错误； 正极的电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，故②、④正 确，③错误； 放电时溶液(原电池内电路)中的阳离子向正极移动，阴离子向 负极移动，⑤错误，⑥正确。 答案　B 类型“全”归纳 类型“全”归纳 类型“全”归纳 类型“全”归纳 题组二　“久考不衰”的可逆电池 3.已知：锂离子电池的总反应为LixC＋ Li1－xCoO2 C＋LiCoO2 锂硫电池的总反应为2Li＋S Li2S 有关上述两种电池说法正确的是(　　) A.锂离子电池放电时，Li＋向负极迁移 B.锂硫电池充电时，锂电极发生还原反应 C.理论上两种电池的比能量相同 D.下图表示用锂离子电池给锂硫电池充电 解析　锂离子电池放电时，为原电池，阳离子Li＋移向正极，A 错误； 锂硫电池充电时，为电解池，锂电极发生还原反应生成Li，B 正确； 电池的比能量是指参与电极反应的单位质量的电 极材料放出电能的多少，两种电池材料不同，显然其比能量不 同，C错误；由图可知，锂离子电池的电极材料为C和LiCoO2， 应为该电池放电完全所得产物，而锂硫电池的电极材料为Li和 S，应为该电池充电完全所得产物，故此时应为锂硫电池给锂 离子电池充电的过程，D错误。 答案　B 4.镍氢电池(NiMH)目前已经成为混合动力汽车的一种主要电池 类型。NiMH中的M表示储氢金属或合金。该电池在充电过程 中的总反应方程式是： Ni(OH)2＋M===NiOOH＋MH 已知：6NiOOH＋NH3＋H2O＋OH－===6Ni(OH)2＋NO 下列说法正确的是(　　) A.NiMH电池放电过程中，正极的电极反应式为NiOOH＋H2O ＋e－===Ni(OH)2＋OH－ B.充电过程中OH－离子从阳极向阴极迁移 C.充电过程中阴极的电极反应式：H2O＋M＋e－===MH＋OH－， H2O中的H被M还原 D.NiMH电池中可以用KOH溶液、氨水等作为电解质溶液 解析　A项，放电过程中，NiOOH得电子，化合价降低，发生 还原反应，该项正确； B项，充电过程中发生电解池反应，OH－从阴极向阳极迁移， 该项错误； C项，充电过程中，阴极M得到电子，M被还原，H2O中的H化 合价没有发生变化，该项错误； D项，NiMH在KOH溶液、氨水中会发生氧化还原反应，该项 错误。 答案　A 方法技巧 对于可充电电池，放电时为原电池，符合原电池的工作原理，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。 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。 5.气体的自动化检测中常常应用原电池原理的传感器。下图为电池的工作示意 图：气体扩散进入传感器，在敏感电极上发生反应，传感器就会接收到电信 号。下表列出了待测气体及敏感 电极上部分反应产物。则下列 说法中正确的是(　　) 题组三　“全新应用”的高科技电池 待测气体 敏感电极部分产物 NO2 NO Cl2 HCl CO CO2 H2S H2SO4 A.上述气体检测时，敏感电极均作原电池正极 B.检测Cl2气体时，敏感电极的电极反应为Cl2＋2e－===2Cl－ C.检测H2S气体时，对电极充入空气，对电极上电极反应式为O2 ＋2H2O＋4e－===4OH－ D.检测H2S和CO体积分数相同的两份空气样本时，传感器上产生 的电流大小相同 解析　A项，NO2→NO，得电子，作正极，Cl2→HCl，得电子， 作正极，CO→CO2，失电子，作负极，H2S→H2SO4，失电子， 作负极； B项，根据产物可以判断Cl2得电子，生成Cl－，正确； C项，应为O2＋4e－＋4H＋===2H2O； D项，H2S生成H2SO4失去8e－，而CO生成CO2失去2e－，所以检 测体积分数相同的两气体时传感器上产生的电流大小不相同。 答案　B 6.右图是在航天用高压氢镍电池基础上发展 起来的一种金属氢化物镍电池(MH—Ni电 池)。下列有关说法不正确的是(　　) A.放电时正极反应为NiOOH＋H2O＋e－→ Ni(OH)2＋OH－ B.电池的电解液可为KOH溶液 C.充电时负极反应为MH＋OH－―→H2O＋M＋e－ D.MH是一类储氢材料，其氢密度越大，电池的能量密度越高 解析　A项，在原电池的负极发生的是氧化反应，在原电池的正 极发生的是还原反应，分析化合价的升降，正确； B项，因为该电池为金属氢化物镍电池，又有Ni(OH)2等产生，因 此可用碱性溶液作电解质溶液，正确； C项，该反应为放电时的负极反应，错误； D项，氢密度越大，单位体积内放出的电量越多，电池的能量密 度越高，正确。 答案　C 考点三　电解池的“不寻常”应用 知识精讲 “六点”突破电解池 1.分清阴、阳极，与电源正极相连的为阳极，与电源负极相连 的为阴极，两极的反应为“阳氧阴还”。 2.剖析离子移向，阳离子移向阴极，阴离子移向阳极。 3.注意放电顺序。 4.书写电极反应式，注意得失电子守恒。 5.正确判断产物。 (1)阳极产物的判断首先看电极，如果是活性电极作阳极，则 电极材料失电子，电极溶解(注意：铁作阳极溶解生成Fe2＋， 而不是Fe3＋)；如果是惰性电极，则需看溶液中阴离子的失电 子能力，阴离子放电顺序为S2－>I－>Br－>Cl－>OH－(水)。 (2)阴极产物的判断直接根据阳离子的放电顺序进行判断： Ag＋>Hg2＋>Fe3＋>Cu2＋>H＋>Pb2＋>Fe2＋>Zn2＋>H＋(水) 6.恢复原态措施。 电解后有关电解质溶液恢复原态的问题应该用质量守恒法分析。 一般是加入阳极产物和阴极产物的化合物，但也有特殊情况， 如用惰性电极电解CuSO4溶液，Cu2＋完全放电之前，可加入 CuO或CuCO3复原，而Cu2＋完全放电之后，应加入Cu(OH)2或 Cu2(OH)2CO3复原。 题组集训 1.工业上电解法处理含镍酸性废水并得到单质Ni的原理如图所 示。下列说法不正确的是(　　) 已知：①Ni2＋在弱酸性溶液中发生水解 ②氧化性：Ni2＋(高浓度)＞H＋＞Ni2＋(低浓度) 题组一　电解原理在“治理环境”中的不寻常应用 A.碳棒上发生的电极反应：4OH－－4e－===O2↑＋2H2O B.电解过程中，B中NaCl溶液的物质的量浓度将不断减少 C.为了提高Ni的产率，电解过程中需要控制废水pH D.若将图中阳离子膜去掉，将A、B两室合并，则电解反应总方程式发生改 变 解析　电极反应式为 阳极：4OH－－4e－===2H2O＋O2↑ 阴极：Ni2＋＋2e－===Ni 2H＋＋2e－===H2↑ A项正确； B项，由于C中Ni2＋、H＋不断减少，Cl－通过阴离子膜从C移 向B，A中，OH－不断减少，Na＋通过阳离子膜从A移向B，所 以B中NaCl溶液的物质的量浓度不断增大，错误； C项，由于H＋的氧化性大于Ni2＋(低浓度)的氧化性，所以为了 提高Ni的产率，电解过程需要控制废水pH； D项，若去掉阳离子膜，在阳极Cl－放电生成Cl2，正确。 答案　B 2.用NaOH溶液吸收烟气中的SO2，将所得的 Na2SO3溶液进行电解，可循环再生NaOH，同时得 到H2SO4，其原理如下图所示(电极材料为石墨)。 (1)图中a极要连接电源的(填“正”或“负”)________极，C口 流出的物质是________。 (2)SO 放电的电极反应式为____________。 (3)电解过程中阴极区碱性明显增强，用平衡移动原理解释原因 ________。 解析　根据Na＋、SO 的移向判断阴、阳极。Na＋移向阴极区， a应接电源负极，b应接电源正极，其电极反应式分别为 阳极：SO －2e－＋H2O===SO ＋2H＋ 阴极：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－ 所以从C口流出的是H2SO4，在阴极区，由于H＋放电，破坏水的电离平衡， c(H＋)减小， c(OH－)增大，生成NaOH，碱性增强，从B口流出的是浓度较大的NaOH溶液。 答案　(1)负　硫酸 (2)SO －2e－＋H2O===SO ＋2H＋ (3)H2O H＋＋OH－，在阴极H＋放电生成H2，c(H＋)减小，水 的电离平衡正向移动，碱性增强 3.(1)H3PO2也可用电渗析法制备。“四室电渗析法”工作原理如 图所示(阳膜和阴膜分别只允许阳离子、阴离子通过)： 题组二　电解原理在“制备物质”中的不寻常应用 ①写出阳极的电极反应式________________________________。 ②分析产品室可得到H3PO2的原因__________________________ _______________________________________________________。 ③早期采用“三室电渗析法”制备H3PO2：将“四室电渗析法”中 阳极室的稀硫酸用H3PO2稀溶液代替。并撤去阳极室与产品室之间 的阳膜，从而合并了阳极室与产品室。其缺点是产品中混有 ____________杂质。该杂质产生的原因是_________________ _____________________________________________________。 (2)电解NO制备NH4NO3，其工作原理如图所示， 为使电解产物全部转化为NH 4 NO 3 ，需补充物质A，A是 ________，说明理由：_________________________________。 答案　(1)①2H2O－4e－===O2↑＋4H＋ ②阳极室的H＋穿过阳膜扩散至产品室，原料室的H2PO 穿过阴 膜扩散至产品室，二者反应生成H3PO2 ③PO 　H2PO 或H3PO2被氧化 (2)NH3　根据反应：8NO＋7H2O 3NH4NO3＋2HNO3，电 解产生的HNO3多 4.根据2CrO ＋2H＋ Cr2O ＋H2O设计图 示 装置(均为惰性电极)电解Na 2 CrO 4 溶液制取 Na2Cr2O7，图中右侧电极连接电源的____极，其电极反应式为 ________________________。_____ 解析　根据NaOH溶液浓度的变化及Na＋交换膜， 左侧为阴极区域，右侧为阳极区域，电极反应式为 阴极：4H2O＋4e－===2H2↑＋4OH－ 阳极：2H2O－4e－===O2↑＋4H＋ 在阳极区域：2CrO ＋2H＋ Cr2O ＋H2O。 答案　正极　4OH－－4e－===O2↑＋2H2O 1.两种比较 (1)析氢腐蚀和吸氧腐蚀的比较 考点四　金属腐蚀与防护的“两种比较”、“两种方法” 知识精讲 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 2H＋＋2e－===H2↑ O2＋2H2O＋4e－===4OH－ 负极反应 Fe－2e－===Fe2＋ 其他反应 Fe2＋＋2OH－===Fe(OH)2↓ 4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3 Fe(OH)3失去部分水转化为铁锈 (2)腐蚀快慢的比较 ①一般来说可用下列原则判断：电解池原理引起的腐蚀>原电池 原理引起的腐蚀>化学腐蚀>有防护措施的腐蚀； ②对同一金属来说，腐蚀的快慢：强电解质溶液中>弱电解质溶 液中>非电解质溶液中； ③活泼性不同的两种金属，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，金属腐蚀 的速率越快。 2.两种保护方法 (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在金属表面镀上 一层不易被腐蚀的金属或生成一层致密的薄膜。 (2)电化学防护 ①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； ②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。 1.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。下列说法不正确的是(　　) 题组集训 题组一　两种腐蚀的比较 A.a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 C.a处溶液的pH增大，b处溶液的pH减小 D.a、b两处具有相同的电极反应式：Fe－2e－===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，其电极反应为 左边　负极：Fe－2e－===Fe2＋ 正极：O2＋4e－＋2H2O===4OH－ 右边　负极：Fe－2e－===Fe2＋ 正极：2H＋＋2e－===H2↑ a、b处的pH均增大，C错误。 答案　C 2.铁及其化合物与生产、生活关系密切。 下图是实验室研究海水对铁闸不同部位腐蚀情况的 剖面示意图。 ①该电化腐蚀称为____________。 ②图中A、B、C、D四个区域，生成 铁锈最多的是____(填字母)。 解析　①金属在中性和较弱的酸性条件下发生的是吸氧腐 蚀。②发生吸氧腐蚀，越靠近液面接触到的O2越多，腐蚀 得越严重。 答案　①吸氧腐蚀　②B 3.铜板上铁铆钉长期暴露在潮湿的空气中，形成一层酸性水膜 后铁铆钉会被腐蚀，示意图如下。下列说法不正确的是(　　) A.因铁的金属性比铜强，所以铁铆钉被氧化而腐蚀 B.若水膜中溶解了SO2，则铁铆钉腐蚀的速率变小 C.铜极上的反应是2H＋＋2e－===H2↑，O2＋4e－＋4H＋ ===2H2O D.在金属表面涂一层油脂，能防止铁铆钉被腐蚀 解析　根据示意图，铁铆钉发生电化学腐蚀， 其电极反应式为 B项，若水膜溶解了SO2，酸性增强，所以铁铆钉腐蚀的速率 将变大。 答案　B 4.利用下图装置，能完成很多电化学实验。下列有关此装置的 叙述中，错误的是(　　) 题组二　腐蚀类型与防护方法 A.若X为锌棒，Y为NaCl溶液，开关K置于M处，可减缓铁的 腐蚀，这种方法称为牺牲阳极的阴极保护法 B.若X为碳棒，Y为NaCl溶液，开关K置于N处，可减缓铁的腐 蚀，这种方法称为外加电流的阴极保护法 C.若X为铜棒，Y为硫酸铜溶液，开关K置于M处时，铁电极上 的电极反应式为Cu2＋＋2e－===Cu D.若X为铜棒，Y为硫酸铜溶液，开关K置于N处时，溶液中各 离子浓度都不会发生变化 解析　A项，当开关K置于M处时，Zn作负极被腐蚀，称作牺 牲阳极的阴极保护法； B项，当开关K置于N处时，Fe作阴极被保护，称作外加电流 的阴极保护法； C项，铁作负极，电极反应式为Fe－2e－===Fe2＋； D项，该装置为电镀池，溶液中各离子浓度不会发生变化。 答案　C 5.某研究小组为探究弱酸性条件下铁发生电化学 腐蚀类型的影响因素，将混合均匀的新制铁粉 和碳粉置于锥形瓶底部，塞上瓶塞(如图1)。从胶头滴管中滴 入几滴醋酸溶液，同时测量容器中的压强变化。 (1)请完成以下实验设计表(表中不要留空格)： 编号 实验目的 碳粉/g 铁粉/g 醋酸/% ① 为以下实验作参照 0.5 2.0 90.0 ② 醋酸浓度的影响 0.5 36.0 ③ 0.2 2.0 90.0 (2)编号①实验测得容器中压强随时间变化如图2。 t2时，容器中压强明显小于起始压强，其原因 是铁发生了________腐蚀，请在图3中用箭头标出发生该腐蚀 时电子流动方向；此时，碳粉表面发生了________(填“氧化” 或“还原”)反应，其电极反应式是________________。 (3)该小组对图2中0～t1时压强变大的原因提出了如下 假设，请你完成假设二： 假设一：发生析氢腐蚀产生了气体； 假设二：______________________________________________； …… (4)为验证假设一，某同学设计了检验收集的气体中是否含有H2的方 案。请你再设计一个实验方案验证假设一，写出实验步骤和结论。 实验步骤和结论(不要求写具体操作过程)： 解析　(1)本题采用“控制变量法”进行研究，即保持其他条件 相同，只考虑其中一个因素对实验的影响。探究醋酸浓度对电 化学腐蚀的影响时，应保证碳粉和铁粉的质量与参照实验相同， 因此实验②中铁粉为2.0 g；对比实验①和③可知，铁粉的质量 及醋酸的浓度相同，而碳粉的质量不同，显然探究的是碳粉的 含量对铁的电化学腐蚀的影响。 (2)当铁发生析氢腐蚀时，由于生成H2，容器的压强不断增大， 而发生吸氧腐蚀时，由于消耗O2，容器的压强不断减小，t2时容 器的压强明显小于起始压强，说明铁发生了吸氧腐蚀，此时Fe 作负极，失去电子发生氧化反应；碳粉作正极，O2在其表面得 到电子发生还原反应，电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－ (或4H＋＋O2＋4e－===2H2O)。 (3)Fe发生电化学腐蚀时，放出热量，使体系的温度升高。 (4)参照实验①中药品的用量及操作方法，更换多孔橡皮塞，增 加进、出气导管，并通入稀有气体，排出空气，滴加醋酸溶液， 同时测量瓶内压强的变化、温度变化等，确定猜想一是否成立。 答案　(1)②2.0　③碳粉含量的影响 (2)吸氧　 　 还原　2H2O＋O2＋4e－===4OH－ (或4H＋＋O2＋4e－===2H2O) (3)反应放热，温度升高 (4)①药品用量和操作同编号①实验(多孔橡皮塞增加进、出 导管)； ②通入氩气排净瓶内空气； ③滴入醋酸溶液，同时测量瓶内压强变化(也可测温度变化、 检验Fe2＋等)。如果瓶内压强增大，假设一成立。否则假设 一不成立。(本题属于开放性试题，答案合理即可) 电化学计算的基本方法和技巧： 原电池和电解池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： 考点五　利用“电子守恒”思想突破电化学的计算 知识精讲 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 根据得失电子守恒定律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： (式中M为金属，n为其离子的化合价数值) 该关系式具有总揽电化学计算的作用和价值，熟记电极反应 式，灵活运用关系式便能快速解答常见的电化学计算问题。 1.如下图所示，其中甲池的总反应式为2CH3OH＋3O2＋ 4KOH===2K2CO3＋6H2O，下列说法正确的是(　　) 题组集训 题组一　无明显“外接电源”的电解池“串联”的判断与计算 A.甲池是电能转化为化学能的装置，乙、丙池是化学能转化 电能的装置 B.甲池通入CH3OH的电极反应式为CH3OH－6e－＋ 2H2O===CO ＋8H＋ C.反应一段时间后，向乙池中加入一定量Cu(OH)2固体能使 CuSO4溶液恢复到原浓度 D.甲池中消耗280 mL(标准状况下)O2，此时丙池中理论上最 多产生1.45 g固体 解析　甲池为原电池，作为电源，乙池、丙池为两个电解池。 根据原电池的形成条件，通入CH3OH的一极为负极，通入O2的 一极为正极，所以石墨、Pt(左)作阳极，Ag、Pt(右)作阴极； B项，负极反应：CH3OH－6e－＋8OH－===CO ＋6H2O； C项，应加入CuO或CuCO3； D项，丙池中：MgCl2＋2H2O Mg(OH)2↓＋Cl2↑＋H2↑， 消耗0.012 5 mol O2，转移0.05 mol电子，生成0.025 mol Mg(OH)2，其质量为1.45 g。 答案　D 2.在如图所示的装置中，若通直流电5 min时，铜电极质量增 加2.16 g。试回答下列问题。 题组二　有明显“外接电源”的电解池“串联”的判断与计算 (1)电源中X电极为直流电源的________极。 (2)pH变化：A：________，B：________，C：________(填 “增大”、“减小”或“不变”) (3)通电5 min时，B中共收集224 mL(标准状况下)气体，溶液 体积为200 mL，则通电前CuSO4溶液的物质的量浓度为 ________(假设电解前后溶液体积无变化)。 (4)若A中KCl足量且溶液的体积也是200 mL，电解后，溶液 的pH为__________(假设电解前后溶液体积无变化)。 解析　(1)三个装置是串联的电解池。电解AgNO3溶液时，Ag＋ 在阴极发生还原反应变为Ag，所以质量增加的铜电极是阴极， 则银电极是阳极，Y是正极，X是负极。 (2)电解KCl溶液生成KOH，溶液pH增大；电解CuSO4溶液生成 H2SO4，溶液pH减小；电解AgNO3溶液，银为阳极，不断溶解， Ag＋浓度基本不变，pH不变。 (3)通电5 min时，C中析出0.02 mol Ag，电路中通过0.02 mol 电 子。B中共收集0.01 mol气体，若该气体全为氧气，则电路中 需通过0.04 mol电子，电子转移不守恒。因此，B中电解分为 两个阶段，先电解CuSO4溶液，生成O2，后电解水，生成O2和H2， B中收集到的气体是O2和H2的混合物。设电解CuSO4溶液时生成 O2的物质的量为x，电解H2O时生成O2的物质的量为y，则4x＋4y ＝0.02 mol(电子转移守恒)，x＋3y＝0.01 mol(气体体积之和)，解 得x＝y＝0.002 5 mol，所以n(CuSO4)＝2×0.002 5 mol＝0.005 mol， c(CuSO4)＝0.005 mol÷0.2 L＝0.025 mol·L－1。 (4)通电5 min时，A中放出0.01 mol H2，溶液中生成0.02 mol KOH，c(OH－)＝0.02 mol÷0.2 L＝0.1 mol·L－1，pH＝13。 答案　(1)负　 (2)增大　减小　不变 (3)0.025 mol·L－1 (4)13 失误防范 两种“串联”装置图比较 失误防范 图1中无外接电源，其中必有一个装置是原电池装置(相当于发 电装置)，为电解池装置提供电能，其中两个电极活泼性差异 大者为原电池装置，如图1中左边为原电池装置，右边为电解 池装置。图2中有外接电源，两烧杯均作电解池，且串联电解， 通过两池的电子数目相等。