2018届高考二轮复习人教版第三编化学反应原理专题十电化学学案15

2018届高考二轮复习人教版第三编化学反应原理专题十电化学学案15

专题十　电化学 ‎[考试标准]‎ 知识条目 必考要求 加试要求 ‎1.化学能与电能的转化 ‎①原电池的概念 ‎②铜—锌原电池的原理及电极反应式 ‎③原电池的构成条件 ‎④常见化学电源 ‎⑤电解池的概念 ‎⑥电解CuCl2溶液的原理及电极反应式 ‎⑦电解池的构成条件 ‎⑧原电池、电解池的判断 a b a b a b b c b b b c ‎2.化学能与电能的转化 ‎①原电池的构造与工作原理，盐桥的作用 ‎②判断与设计简单的原电池 ‎③原电池的电极反应式及电池反应方程式 ‎④原电池的正、负极和电子流向的判断 ‎⑤电解池的构造与工作原理 ‎⑥电解池的电极反应式与电解反应方程式 ‎⑦金属冶炼、氯碱工业、电镀在生产生活中的应用 ‎⑧银锌电池、铅蓄电池、燃料电池的工作原理与应用价值 b c b c b b b b ‎3.金属的腐蚀与防护 ‎①金属腐蚀的危害 ‎②金属发生电化学腐蚀的基本原理 ‎③金属的防护 a c b 考点一　原电池、化学电源 ‎1．原电池的工作原理 ‎(1)概念和反应本质 原电池是把化学能转化为电能的装置，其反应本质是氧化还原反应。‎ ‎(2)工作原理 ‎①反应原理 电极名称 负极 正极 电极材料 锌片 铜片 电极反应 Zn－2e－===Zn2＋‎ Cu2＋＋2e－===Cu 反应类型 氧化反应 还原反应 电子流向 由Zn片沿导线流向Cu片 ‎②原理归纳 ‎(3)原电池的构成条件 ‎①一看反应：看是否有能自发进行的氧化还原反应发生(一般是活泼性强的金属与电解质溶液反应)。‎ ‎②二看两电极：一般是活泼性不同的两电极。‎ ‎③三看是否形成闭合回路，形成闭合回路需三个条件：‎ a．电解质溶液；‎ b．两电极直接或间接接触；‎ c．两电极插入电解质溶液中。‎ ‎(4)盐桥原电池(加试)‎ ‎①构造 ‎②盐桥的组成和作用 a．盐桥中装有饱和的KCl、KNO3等溶液和琼脂制成的胶冻。‎ b．盐桥的作用：连接内电路，形成闭合回路；平衡电荷，使原电池不断产生电流。‎ c．盐桥含饱和KCl溶液，K＋移向正极，Cl－移向负极。‎ ‎③单池原电池和盐桥原电池的对比 图1和图2两装置的相同点：正负极、电极反应、总反应、反应现象。‎ 负极：Zn－2e－===Zn2＋‎ 正极：Cu2＋＋2e－===Cu 总反应：Zn＋Cu2＋===Cu＋Zn2＋‎ 不同点：图1中Zn在CuSO4溶液中直接接触Cu2＋，会有一部分Zn与Cu2＋直接反应，该装置中既有化学能转化成了电能，又有一部分化学能转化成了热能，装置的温度会升高。‎ 图2中Zn和CuSO4溶液分别在两个池子中，Zn与Cu2＋不直接接触，不存在Zn与Cu2＋直接反应的过程，所以仅是化学能转化成了电能，电流稳定，且持续时间长。‎ 关键点：盐桥原电池中，还原剂在负极区，而氧化剂在正极区。‎ ‎2．常见化学电源 ‎(1)碱性锌锰电池——一次电池 电池组成：锌、碳棒、二氧化锰、氯化锌、氯化铵 特点：用途广泛 正极反应：2MnO2＋2H2O＋2e－===2MnOOH＋2OH－；‎ 负极反应：Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2；‎ 总反应：Zn＋2MnO2＋2H2O===2MnOOH＋Zn(OH)2。‎ ‎(2)银锌钮扣电池——一次电池 电池组成：锌、氧化银、氢氧化钾溶液 特点：放电平稳，电流大 负极反应：Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2；‎ 正极反应：Ag2O＋H2O＋2e－===2Ag＋2OH－；‎ 总反应：Zn＋Ag2O＋H2O===Zn(OH)2＋2Ag。‎ ‎(3)铅蓄电池——二次电池 电池组成：铅、二氧化铅、硫酸 特点：广泛用于机动车辆 铅蓄电池是最常见的二次电池，负极材料是Pb，正极材料是PbO2。‎ ‎①放电时的反应 a．负极反应：Pb＋SO－2e－===PbSO4；‎ b．正极反应：PbO2＋4H＋＋SO＋2e－===PbSO4＋2H2O。‎ ‎②充电时的反应 a．阴极反应：PbSO4＋2e－===Pb＋SO；‎ b．阳极反应：PbSO4＋2H2O－2e－===PbO2＋4H＋＋SO；‎ 总反应：PbO2＋Pb＋2H2SO42PbSO4＋2H2O。‎ ‎(4)镍氢电池——二次电池 电池组成：贮氢合金、泡沫氧化镍、氢氧化钾溶液 特点：寿命长、性能好、比能量高 ‎①放电时的反应 负极反应：MH－e－＋OH－===M＋H2O；‎ 正极反应：NiO(OH)＋e－＋H2O===Ni(OH)2＋OH－。‎ ‎②充电时的反应 阴极反应：M＋H2O＋e－===MH＋OH－；‎ 阳极反应：Ni(OH)2＋OH－－e－===NiO(OH)＋H2O；‎ 总反应：NiO(OH)＋MHNi(OH)2＋M。‎ 说明　可逆电池的充、放电不能理解为可逆反应。‎ ‎(5)氢氧燃料电池 电池组成：铂碳/氢气、铂碳/氧气、氢氧化钾溶液(或H2SO4溶液)‎ 特点：用于航天飞机、牵引车等。‎ 氢氧燃料电池是目前最成熟的燃料电池，可分酸性和碱性两种。‎ 种类 酸性 碱性 负极反应式 ‎2H2－4e－===4H＋‎ ‎2H2＋4OH－－4e－===4H2O 正极反应式 O2＋4e－＋4H＋===2H2O O2＋2H2O＋4e－===4OH－‎ 电池总反应式 ‎2H2＋O2===2H2O 题组一　原电池的构成及工作原理 ‎1．下面装置中，能构成原电池的是________(填序号)。‎ 答案　②④⑥⑦⑨‎ ‎2．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(　　)‎ A．a和b不连接时，铁片上会有金属铜析出 B．a和b用导线连接时，铜片上发生的反应：Cu2＋＋2e－===Cu C．无论a和b是否连接，铁片均会溶解，溶液均由蓝色逐渐变成浅绿色 D．a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 答案　D 解析　A项，a、b不连接，铁与硫酸铜反应生成硫酸亚铁和铜，铁上析出铜，正确；B项，a、b用导电连接，形成原电池，铁作负极，铜作正极，铜上铜离子得到电子生成铜，正确；C项，a、b是否连接，铁都溶解，溶液由硫酸铜变成硫酸亚铁，正确；D项，a连接电源的正极，作阳极，铜离子向铁电极移动，错误。‎ 题组二　“盐桥”原电池(加试)‎ ‎3．下图为一种原电池，下列有关说法中正确的是(　　)‎ A．甲中盛ZnSO4溶液，乙中盛CuSO4溶液，锌为阴极 B．乙中盛CuSO4溶液，Cu2＋在铜电极上被氧化 C．电池工作时，盐桥中的阳离子移向甲，阴离子移向乙，溶液仍保持电中性 D．在Zn极上发生的电极反应为Zn－2e－===Zn2＋‎ 答案　D 解析　锌为负极，不是阴极，A项错误；Cu2＋在乙中得电子，被还原成Cu，B项错误；甲中阳离子增多，故盐桥中阴离子进入甲，同理，盐桥中阳离子进入乙，C项错误；金属Zn比Cu活泼，作负极，其电极反应式为Zn－2e－===Zn2＋，D项正确。‎ ‎4．某学生利用下面实验装置探究盐桥式原电池的工作原理。按照实验步骤依次回答下列问题：‎ ‎(1)导线中电子流向为________(用a、b表示)。‎ ‎(2)写出装置中锌电极上的电极反应式：___________________________________。‎ ‎(3)若装置中铜电极的质量增加‎0.64 g，则导线中转移的电子数目为________(用NA表示)。‎ ‎(4)装置的盐桥中除添加琼脂外，还要添加KCl的饱和溶液，电池工作时，对盐桥中的K＋、Cl－的移动方向的表述正确的是________。‎ A．盐桥中的K＋向左侧烧杯移动、Cl－向右侧烧杯移动 B．盐桥中的K＋向右侧烧杯移动、Cl－向左侧烧杯移动 C．盐桥中的K＋、Cl－都向左侧烧杯移动 D．盐桥中的K＋、Cl－几乎都不移动 答案　(1)由a流向b　(2)Zn－2e－===Zn2＋ (3)0.02NA　(4)B 解析　(1)锌铜原电池中，锌比铜活泼，故锌为负极，铜为正极。原电池中，电子由负极流向正极，故电子的流向为a→b。(2)Zn为负极，锌电极上的电极反应式为Zn－2e－===Zn2＋。(3)‎0.64 g铜的物质的量为0.01 mol，由电极反应式Cu2＋＋2e－===Cu可知，生成1 mol铜，转移2 mol电子，故生成0.01 mol铜，导线中转移0.02 mol电子，电子数目为0.02NA ‎。(4)左侧烧杯中锌失电子变成锌离子，使得锌电极附近带正电荷，吸引阴离子向左侧烧杯移动，右侧烧杯中铜离子得到电子变成铜，使得铜电极附近带负电荷，吸引阳离子向右侧烧杯移动，故盐桥中的K＋向右侧烧杯移动、Cl－向左侧烧杯移动。故选B。‎ 题组三　原电池工作原理应用——化学电源的设计 ‎(一)“常规”化学电源 ‎5．(2017·浙江省“七彩阳光”新高考研究联盟高三上学期考试)干电池模拟实验装置如图。下列说法不正确的是(　　)‎ A．锌片作负极，碳棒作正极 B．电子从锌片流向碳棒，电流方向则相反 C．NH4Cl是电解质，在锌片逐渐消耗过程中MnO2不断被氧化 D．该电池是一次电池，废旧电池中锌可回收 答案　C 解析　锌是活泼金属，则锌片作负极，碳棒作正极，A项正确；原电池中电子从负极沿导线流向正极，电流从正极流向负极，B项正确；以糊状NH4Cl作电解质，其中加入的MnO2被还原，C项错误；该电池是一次电池，废旧电池中锌可回收，D项正确。‎ ‎6．(2017·丽水、衢州、湖州三地市9月教学质量检测)锌－空气电池适宜用作城市电动车的动力电源，该电池放电时Zn转化为ZnO，其工作原理如图。下列说法正确的是(　　)‎ A．氧气在石墨电极上发生氧化反应 B．负极反应为Zn＋H2O－2e－===ZnO＋2H＋‎ C．放电前后电解质溶液的pH基本不变 D．放电时OH－向石墨电极移动 答案　C 解析　A项，氧气在石墨电极上发生得到电子的还原反应，错误；B项，溶液显碱性，负极反应为Zn＋2OH－－2e－===ZnO＋H2O，错误；C项，总反应式为O2＋2Zn===2ZnO，因此放电前后电解质溶液的pH基本不变，正确；D项，放电时OH－向负极即向锌电极移动，错误。‎ ‎(二)新型化学电源 类型一　“燃料”电池 ‎7．(2017·温州市高三9月选考适应性测试)一种酸性“二甲醚(CH3OCH3)直接燃料电池”具有启动快、能量密度高、效率好等优点，其电池原理如图所示。下列有关该电池的说法不正确的是(　　)‎ A．a电极是该电池的负极 B．b电极上发生的反应为O2＋4H＋＋4e－===2H2O C．H＋由a电极向b电极迁移 D．电池工作时，电子从a电极→灯泡→b电极→电解液→a电极 答案　D 解析　二甲醚(CH3OCH3)直接燃料电池通入氧气的一极为正极，所以a是负极、b是正极，故A正确；b是正极，O2得电子发生还原反应：O2＋4H＋＋4e－===2H2O，故B正确；原电池中阳离子移向正极，H＋由a电极向b电极迁移，故C正确；电池工作时，电子从a电极→灯泡→b电极，电解液中没有电子移动，故D错误。‎ ‎8．(2017·绍兴一中高三限时训练)一种熔融碳酸盐燃料电池原理示意如图。下列有关该电池的说法正确的是(　　)‎ A．CH4＋H2O3H2＋CO,1 mol CH4参加反应转移12 mol 电子 B．电极A为正极 C．电池工作时，CO向电极B移动 D．O2在B电极上被还原 答案　D 不同“介质”下燃料电池电极反应式的书写，大多数学生感到较难。主要集中在：一是得失电子数目的判断，二是电极产物的判断。下面以CH3OH、O2燃料电池为例，分析电极反应式的书写：‎ ‎(1)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。电极反应式为 负极：CH3OH－6e－＋H2O===CO2＋6H＋‎ 正极：O2＋6e－＋6H＋===3H2O ‎(2)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，1 mol CH3OH失去6 mol e－，O2在正极上得到电子生成OH－，电极反应式为 负极：CH3OH－6e－＋8OH－===CO＋6H2O 正极：O2＋6e－＋3H2O===6OH－‎ ‎(3)熔融盐介质，如K2CO3：在电池工作时，CO移向负极。CH3OH在负极上失去电子，在CO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CO，其电极反应式为 负极：CH3OH－6e－＋3CO===4CO2＋2H2O 正极：O2＋6e－＋3CO2===3CO ‎(4)掺杂Y2O3的ZrO3固体作电解质，在高温下能传导正极生成的O2－；根据O2－移向负极，在负极上CH3OH失电子生成CO2气体，而O2在正极上得电子生成O2－，电极反应式为 负极：CH3OH－6e－＋3O2－===CO2＋2H2O 正极：O2＋6e－===3O2－‎ 类型二　锂电池 ‎9．(2017·全国卷Ⅲ，11)全固态锂硫电池能量密度高、成本低，其工作原理如图所示，其中电极a常用掺有石墨烯的S8材料，电池反应为16Li＋xS8===8Li2Sx(2≤x≤8)。下列说法错误的是(　　)‎ A．电池工作时，正极可发生反应：2Li2S6＋2Li＋＋2e－===3Li2S4‎ B．电池工作时，外电路中流过0.02 mol电子，负极材料减重‎0.14 g C．石墨烯的作用主要是提高电极a的导电性 D．电池充电时间越长，电池中Li2S2的量越多 答案　D 解析　A项，原电池电解质中阳离子移向正极，根据全固态锂硫电池工作原理图示中Li＋移动方向可知，电极a为正极，正极发生还原反应，由总反应可知正极依次发生S8→Li2S8→Li2S6→Li2S4→Li2S2的还原反应，正确；B项，电池工作时负极电极方程式为Li－e－===Li＋，当外电路中流过0.02 mol电子时，负极消耗的Li的物质的量为0.02 mol，其质量为‎0.14 g，正确；C项，石墨烯具有良好的导电性，故可以提高电极a的导电能力，正确；D项，电池充电时为电解池，此时电解总反应为8Li2Sx16Li＋xS8(2≤x≤8)，故Li2S2的量会越来越少，错误。‎ 类型三　新型可逆电池——储氢电池 ‎10．镍氢电池(NiMH)目前已成为混合动力汽车的一种主要电池。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：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：NiOOH＋H2O＋e－===Ni(OH)2＋OH－‎ B．充电过程中OH－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 答案　A 解析　NiMH电池放电过程中，NiOOH得到电子，故正极的电极反应式为NiOOH＋H2O＋e－===Ni(OH)2＋OH－，A项正确；充电过程中阴离子向阳极移动，OH－从阴极向阳极迁移，B项错误；充电过程中阴极的电极反应式：H2O＋M＋e－===MH＋OH－，H2O中的H离子得到电子被还原生成H2，生成的H2被储氢合金M吸收，相互作用生成MH，H2O中的H不是被M还原，C项错误；根据已知NiMH可以与氨水和碱反应，故不能用氨水、KOH溶液作为电解质溶液，D项错误。‎ 考点二　电解池、金属的腐蚀与防护(加试)‎ ‎1．电解池的原理及应用 ‎(1)电解池 ‎①概念：把电能转化为化学能的装置。‎ ‎②构成条件 a．有与电源相连的两个电极。‎ b．电解质溶液(或熔融电解质)。‎ c．形成闭合回路。‎ ‎③电极名称及电极反应式(如图)‎ ‎④电子和离子的移动方向 特别提醒　电解时，在外电路中有电子通过，而在溶液中是依靠离子定向移动形成电流，即电子本身不会通过电解质溶液。‎ ‎(2)分析电解过程的思维程序 ‎①首先判断阴、阳极，分析阳极材料是惰性电极还是活泼电极。‎ ‎②再分析电解质水溶液的组成，找全离子并分阴、阳两组(不要忘记水溶液中的H＋和OH－)。‎ ‎③然后排出阴、阳两极的放电顺序 阴极：阳离子放电顺序：Ag＋＞Fe3＋＞Cu2＋＞H＋(酸)＞Fe2＋＞Zn2＋＞H＋(水)＞Al3＋＞Mg2＋＞Na＋＞Ca2＋＞K＋。‎ 阳极：活泼电极＞S2－＞I－＞Br－＞Cl－＞OH－＞含氧酸根离子。‎ 注意　a．阴极不管是什么材料，电极本身都不反应，一定是溶液(或熔融电解质)中的阳离子放电。b.最常用、最重要的放电顺序：阳极：Cl－＞OH－；阴极：Ag＋＞Cu2＋＞H＋。c.电解水溶液时，K＋～Al3＋不可能在阴极放电，即不可能用电解水溶液的方法得到K、Ca、Na、Mg、Al等金属。‎ ‎④分析电极反应，判断电极产物，写出电极反应式，要注意遵循原子守恒和电荷守恒。‎ ‎⑤最后写出电解反应的总化学方程式或离子方程式。‎ ‎(3)电解原理的应用 ‎①电解饱和食盐水 a．电极反应 阳极反应式：2Cl－－2e－===Cl2↑(氧化反应)‎ 阴极反应式：2H＋＋2e－===H2↑(还原反应)‎ b．总反应方程式 ‎2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑‎ 离子反应方程式：2Cl－＋2H2O2OH－＋H2↑＋Cl2↑‎ c．应用：氯碱工业制烧碱、氯气和氢气。‎ ‎②电镀 下图为金属表面镀银的工作示意图，据此回答下列问题：‎ a．镀件作阴极，镀层金属银作阳极。‎ b．电解质溶液是AgNO3溶液等含镀层金属阳离子的盐溶液。‎ c．电极反应：‎ 阳极：Ag－e－===Ag＋；阴极：Ag＋＋e－===Ag。‎ d．特点：阳极溶解，阴极沉积，电镀液的浓度不变。‎ ‎③电解精炼铜 a．电极材料：阳极为粗铜；阴极为纯铜。‎ b．电解质溶液：含Cu2＋的盐溶液。‎ c．电极反应：‎ 阳极：Zn－2e－===Zn2＋、Fe－2e－===Fe2＋、Ni－2e－===Ni2＋、Cu－2e－===Cu2＋；‎ 阴极：Cu2＋＋2e－===Cu。‎ ‎④电冶金 利用电解熔融盐的方法来冶炼活泼金属Na、K、Ca、Mg、Al等。‎ a．冶炼钠 ‎2NaCl(熔融)2Na＋Cl2↑‎ 电极反应：‎ 阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑；‎ 阴极：2Na＋＋2e－===2Na。‎ b．冶炼铝 ‎2Al2O3(熔融)4Al＋3O2↑‎ 电极反应：‎ 阳极：6O2－－12e－===3O2↑；‎ 阴极：4Al3＋＋12e－===4Al。‎ ‎2．金属的腐蚀与防护 ‎(1)金属腐蚀的本质 金属原子失去电子变为金属阳离子，金属发生氧化反应。‎ ‎(2)金属腐蚀的类型 ‎①化学腐蚀与电化学腐蚀 类型 化学腐蚀 电化学腐蚀 条件 金属跟其他物质直接接触 不纯金属或合金跟电解质溶液接触 现象 无电流产生 有微弱电流产生 本质 金属被氧化 较活泼金属被氧化 联系 两者往往同时发生，电化学腐蚀更普遍 ‎②析氢腐蚀与吸氧腐蚀 以钢铁的腐蚀为例进行分析：‎ 类型 析氢腐蚀 吸氧腐蚀 条件 水膜酸性较强(pH≤4.3)‎ 水膜酸性很弱或呈中性 电极反应 负极 Fe－2e－===Fe2＋‎ 正极 ‎2H＋＋2e－===H2↑‎ O2＋2H2O＋4e－===4OH－‎ 总反应式 Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑‎ ‎2Fe＋O2＋2H2O===2Fe(OH)2‎ 吸氧腐蚀更普遍 ‎(3)金属的防护 ‎①电化学防护 牺牲阳极的阴极保护法——原电池原理 a．负极：比被保护金属活泼的金属；‎ b．正极：被保护的金属设备。‎ 外加电流的阴极保护法——电解原理 a．阴极：被保护的金属设备；‎ b．阳极：惰性金属或石墨。‎ ‎②改变金属的内部结构，如制成合金、不锈钢等。‎ ‎③加防护层，如在金属表面喷油漆、涂油脂、电镀、喷镀或表面钝化等方法。‎ 题组一　分类突破电解的规律 ‎1．用分析电解过程的思维程序分析电解下列物质的过程，并总结电解规律(用惰性电极电解)。填写表中空白：‎ ‎(1)电解水型 电解质 ‎(水溶液)‎ 电极方程式 电解物质 总化学 方程式 电解质浓度 溶液pH 溶液 复原 含氧酸 ‎(如H2SO4)‎ 阳极：4OH－－4e－===O2↑＋2H2O 阴极：4H＋＋4e－===2H2↑‎ H2O ‎2H2OO2↑＋2H2↑‎ 增大 减小 加H2O 强碱(如NaOH)‎ 增大 加H2O 活泼金属的含氧酸盐(如KNO3、Na2SO4)‎ 不变 加H2O ‎(2)电解电解质型 电解质 ‎(水溶液)‎ 电极方程式 电解物质 总化学 方程式 电解质浓度 溶液pH 溶液 复原 无氧酸(如HCl)，HF除外 阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑‎ 阴极：2H＋＋2e－===H2↑‎ 酸 ‎2HClH2↑＋Cl2↑‎ 减小 增大 通入HCl气体 不活泼金属的无氧酸盐(如CuCl2)，氟化物除外 阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑‎ 阴极：Cu2＋＋2e－===Cu 盐 CuCl2Cu＋Cl2↑‎ 加CuCl2‎ 固体 ‎ (3)放H2生碱型 电解质 ‎(水溶液)‎ 电极方程式 电解 物质 总化学 方程式 电解质 浓度 溶液pH 溶液 复原 阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑‎ 水和盐 ‎2Cl－＋2H2O Cl2‎ 生成新电解质 增大 通入 HCl 活泼金属的无氧酸盐(如NaCl)‎ 阴极：2H＋＋2e－===H2↑‎ ‎↑＋H2↑＋2OH－‎ 气体 ‎(4)放O2生酸型 电解质 ‎(水溶液)‎ 电极方程式 电解 物质 总化学方程式 电解质 浓度 溶液pH 溶液 复原 不活泼金属的含氧酸盐(如CuSO4)‎ 阳极：4OH－－4e－===2H2O＋O2↑‎ 阴极：2Cu2＋＋4e－===2Cu 水和盐 ‎2Cu2＋＋2H2O2Cu＋O2↑＋4H＋‎ 生成 新电 解质 减小 加CuO或CuCO3‎ 复原措施探究 ‎(1)要使电解后的NaCl溶液复原，滴加盐酸可以吗？‎ 提示　不可以，电解NaCl溶液时析出的是等物质的量的Cl2和H2，所以应通入氯化氢气体，加入盐酸会引入过多的水。‎ ‎(2)要使电解后的CuSO4溶液复原，加入Cu(OH)2固体可以吗？‎ 提示　应具体情况具体分析，若通电一段时间，CuSO4未电解完(即Cu2＋未全部放电)，使溶液复原应加入CuO，而加入Cu(OH)2会使溶液的浓度减小；若Cu2＋全部放电，又继续通电一段时间(此时电解水)，要使溶液复原应加入Cu(OH)2或Cu2(OH)2CO3，若只加入CuO，此时浓度偏大。‎ ‎(3)若用惰性电极电解CuSO4溶液一段时间后，需加入‎98 g Cu(OH)2固体才能使电解质溶液复原，则这段时间，整个电路中转移的电子数为多少？‎ 提示　4NA ‎(4)通过以上分析，电解质溶液复原应遵循什么原则？‎ 提示　电解质溶液的复原应遵循“从溶液中析出什么补什么”的原则，即从溶液中析出哪种元素的原子，则应按比例补入哪些原子。‎ 题组二　突破电极反应式、电解方程式的书写 ‎2．按要求书写电极反应式和总方程式：‎ ‎(1)用惰性电极电解AgNO3溶液 阳极反应式：_____________________________________________________；‎ 阴极反应式：______________________________________________________；‎ 总反应离子方程式：_________________________________________________________。‎ ‎(2)用惰性电极电解MgCl2溶液 阳极反应式：_____________________________________________________；‎ 阴极反应式：______________________________________________________；‎ 总反应离子方程式：_____________________________________________________。‎ ‎(3)用铁作电极电解NaCl溶液 阳极反应式：___________________________________________________________；‎ 阴极反应式：___________________________________________________________；‎ 总反应化学方程式：_______________________________________________________。‎ ‎(4)用铁作电极电解NaOH溶液 阳极反应式：__________________________________________________________；‎ 阴极反应式：________________________________________________________；‎ 总反应离子方程式：_____________________________________________________。‎ 答案　(1)4OH－－4e－===O2↑＋2H2O(或2H2O－4e－===O2↑＋4H＋)‎ ‎4Ag＋＋4e－===4Ag ‎4Ag＋＋2H2O4Ag＋O2↑＋4H＋‎ ‎(2)2Cl－－2e－===Cl2↑‎ ‎2H2O＋2e－＋Mg2＋===H2↑＋Mg(OH)2↓‎ Mg2＋＋2Cl－＋2H2OMg(OH)2↓＋Cl2↑＋H2↑‎ ‎(3)Fe－2e－===Fe2＋‎ ‎2H＋＋2e－===H2↑(或2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－)‎ Fe＋2H2OFe(OH)2＋H2↑‎ ‎(4)Fe－2e－＋2OH－===Fe(OH)2‎ ‎2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－‎ Fe＋2H2OFe(OH)2＋H2↑‎ ‎1．做到“三看”，正确书写电极反应式 ‎(1)一看电极材料，若是金属(Au、Pt除外)作阳极，金属一定被电解(注：Fe生成Fe2＋)。‎ ‎(2)二看介质，介质是否参与电极反应。‎ ‎(3)三看电解质状态，若是熔融状态，就是金属的电冶炼。‎ ‎2．规避“三个”失分点 ‎(1)书写电解池中电极反应式时，一般以实际放电的离子表示，但书写总电解反应方程式时，弱电解质要写成分子式。‎ ‎(2)要确保两极电子转移数目相同，且应注明条件“通电”。‎ ‎(3)电解水溶液时，应注意放电顺序中位于H＋、OH－之后的离子一般不参与放电。‎ 题组三　电解池原理的应用 ‎3．(2017·温州市高三第二次选考模拟)N2O5是一种新型硝化剂。工业上可用N2O4通过电解制备N2O5，阴、阳极室之间用质子交换膜隔开，两极电解液分别为稀硝酸溶液和溶有N2O4的无水硝酸，用惰性电极电解时，生成N2O5极室的电极反应式为________________________________________________________________________。‎ 答案　 N2O4－2e－＋2HNO3===2N2O5＋2H＋‎ ‎4．(2017·浙江省“七彩阳光”新高考研究联盟高三上学期考试)利用电化学原理，用铁钉和氢氧化钾溶液为原料可以获得K2FeO4。在制备过程中铁钉作________极，请写出获得FeO的电极反应式_______________________________________________。‎ 答案　阳　Fe－6e－ ＋8OH－===FeO＋4H2O 解析　利用电化学原理，用铁钉和氢氧化钾溶液为原料可以获得K2FeO4，铁元素由0价升高到＋6价，失电子发生氧化反应，所以在制备过程中铁钉作阳极，阳极生成FeO的电极反应式为Fe－6e－ ＋8OH－ ===FeO＋4H2O。‎ ‎5．(2017·台州中学高三上学期第四次统练)若用少量NaOH溶液吸收SO2气体，对产物NaHSO3进一步电解可制得硫酸，电解原理示意图如图。电解时阳极的电极反应式为________________________________________________________________________。‎ 答案　HSO＋H2O－2e－===SO＋3H＋‎ 解析　电解池中阳极和电源正极相连，失去电子，发生氧化反应，电解NaHSO3溶液可制得硫酸，硫的化合价升高，所以阳极是HSO失去电子被氧化生成SO，阳极电极反应式是HSO＋H2O－2e－===SO＋3H＋。‎ 题组四　金属的腐蚀与防护 ‎6．对埋在地下的钢管常用如图所示方法加以保护，使其免受腐蚀。下列对金属棒X的材料分析正确的是(　　)‎ A．铜 B．钠 C．锌 D．锡 答案　C 解析　金属棒X的材料为锌时，形成锌铁原电池，铁作正极，被保护。‎ ‎7．在世界海运史上曾发生过这样一个悲剧：一艘名叫“阿那吉纳号”的货轮满载着精铜砂，在向日本海岸行驶时突然发生大面积漏水，最终沉没。坚硬的钢制船体为什么会突然漏水呢？事后的事故调查结果表明导致沉船的原因与船上的精铜砂密切相关。下列对此调查结论的理解正确的是(　　)‎ A．精铜砂装载过多导致沉船 B．运输途中铜与空气中的氧气发生氧化反应导致质量增大超过船的承载能力 C．在潮湿的环境中，船体与铜构成了原电池，加速了作为负极的船体的腐蚀 D．在潮湿的环境中，船体与铜构成了电解池，钢制船体作阳极而被氧化腐蚀 答案　C 解析　精铜即使在潮湿的环境中与空气的反应也很慢，但当它与铁、水膜(溶解有O2)形成原电池时会加快反应速率，使得作为负极的船体加速被腐蚀。‎ ‎1．(2017·浙江11月选考，17)金属(M)空气电池的工作原理如图所示。下列说法不正确的是(　　)‎ A．金属M作电池负极 B．电解质是熔融的MO C．正极的电极反应O2＋4e－＋2H2O===4OH－‎ D．电池反应‎2M＋O2＋2H2O===‎2M(OH)2‎ 答案　B 解析　金属(M)空气电池中M失电子作负极，故A正确；根据传递M2＋和OH－‎ ‎，可知电解质是熔融的M(OH)2，故B错误；空气得电子作正极，电极反应为O2＋4e－＋2H2O===4OH－，故C正确；电池总反应为‎2M＋O2＋2H2O===‎2M(OH)2，故D正确。‎ ‎2.(2017·浙江4月选考，17)银锌电池是一种常见化学电源，其反应原理：Zn＋Ag2O＋H2O===Zn(OH)2＋2Ag。其工作示意图如图所示。下列说法不正确的是(　　)‎ A．Zn电极是负极 B．Ag2O电极发生还原反应 C．Zn电极的电极反应式：Zn－2e－＋2OH－===Zn(OH)2‎ D．放电前后电解质溶液的pH保持不变 答案　D 解析　反应中锌失去电子，Zn电极是负极，A正确；Ag2O得到电子，发生还原反应，B正确；电解质溶液显碱性，Zn电极的电极反应式：Zn－2e－＋2OH－===Zn(OH)2，C正确；根据方程式可知消耗水，且产生氢氧化锌，氢氧根浓度增大，放电后电解质溶液的pH升高，D错误。‎ ‎3．(2016·浙江10月选考，17)在一块表面无锈的铁片上滴食盐水，放置一段时间后看到铁片上有铁锈出现。铁片腐蚀过程中发生的总化学方程式：2Fe＋2H2O＋O2===2Fe(OH)2，Fe(OH)2进一步被氧气氧化为Fe(OH)3，再在一定条件下脱水生成铁锈，其原理如图。下列说法正确的是(　　)‎ A．铁片发生还原反应而被腐蚀 B．铁片腐蚀最严重区域应该是生锈最多的区域 C．铁片腐蚀中负极发生的电极反应：2H2O＋O2＋4e－===4OH－‎ D．铁片里的铁和碳与食盐水形成无数微小原电池，发生了电化学腐蚀 答案　D 解析　A项，在铁的吸氧腐蚀过程中，铁片发生氧化反应而被腐蚀；B项，铁片负极腐蚀最严重，由于离子的移动，在正极区域生成铁锈最多；C项，铁片负极反应式应为Fe－2e－===Fe2＋。‎ ‎4．(2016·浙江4月选考，17)Mg－H2O2电池是一种化学电源，以Mg和石墨为电极，海水为电解质溶液，示意图如图所示。下列说法不正确的是(　　)‎ A．石墨电极是该电池的正极 B．石墨电极上发生还原反应 C．Mg电极的电极反应式：Mg－2e－===Mg2＋‎ D．电池工作时，电子从Mg电极经导线流向石墨电极，再从石墨电极经电解质溶液流向Mg电极 答案　D 解析　Mg易失电子发生氧化反应而作负极，石墨电极是该电池的正极，故A正确；H2O2在石墨电极上得电子发生还原反应，故B正确；Mg易失电子发生氧化反应而作负极，电极反应为Mg－2e－===Mg2＋，故C正确；电池工作时，电子从负极Mg电极经导线流向石墨电极，但是电子不会经过电解质溶液，故D错误。‎ ‎5．[(2017·浙江11月选考，30(二)]科学家发现，以H2O和N2为原料，熔融NaOH—KOH为电解质，纳米Fe2O3作催化剂，在‎250 ℃‎和常压下可实现电化学合成氨。阴极区发生的变化可视为按两步进行。‎ 请补充完整。‎ 电极反应式：_____________________________________________________和2Fe＋3H2O＋N2===2NH3＋Fe2O3。‎ 答案　Fe2O3＋6e－＋3H2O===2Fe＋6OH－‎ 解析　根据阴极的另一个方程式以及题干信息可知，Fe2O3参与阴极反应，生成Fe。电解质为熔融NaOH—KOH，则电极方程式为Fe2O3＋6e－＋3H2O===2Fe＋6OH－。‎ ‎6．[2017·浙江4月选考，30(3)]据文献报道，CO2可以在碱性水溶液中电解生成甲烷，生成甲烷的电极反应式是__________________________________________________________。‎ 答案　CO2＋6H2O＋8e－===CH4＋8OH－‎ ‎7．[2016·浙江10月选考，30(3)]电解NaClO3水溶液可制备NaClO4。在电解过程中由于阴极上吸附氢气，会使电解电压升高，电解效率下降。为抑制氢气的产生，可选择合适的物质(不引入杂质)，写出该电解的总化学方程式________________________________。‎ 答案　2NaClO3＋O22NaClO4‎ 解析　电解NaClO3水溶液可制备NaClO4。在电解过程中由于阴极上吸附氢气，会使电解电压升高，电解效率下降。由于H2是还原性的物质，可加入氧化性的物质O2来消除其影响，同时不产生新的杂质。该电解的总化学方程式是2NaClO3＋O22NaClO4。‎ 专题强化练 ‎[必考题组]‎ ‎1．(2017·杭州市清河中学高三月考)下列装置能够组成原电池的是(　　)‎ 答案　C 解析　A项，两个电极材料相同，Cu与稀硫酸不反应，不能组成原电池，错误；B项，不能形成闭合回路，不能组成原电池，错误；C项，符合原电池的构成条件，发生Zn＋CuSO4===ZnSO4＋Cu的电池反应，正确；D项，乙醇为非电解质，不导电，不能组成原电池，错误。‎ ‎2．(2017·宁波市十校高三9月联考)氢氧燃料电池是一种化学电源，以多孔金属为电极，氢氧化钾溶液为电解质溶液，装置如图所示。下列说法不正确的是(　　)‎ A．电流从电极A流向电极B B．反应前后氢氧化钾溶液的pH降低 C．通氧气的电极反应式：O2＋4e－＋2H2O===4OH－‎ D．电池工作时，正负极均不产生燃烧现象 答案　A 解析　A项，根据燃料电池的构成，通氧气一极为正极，通氢气一极为负极，即电极A为负极，电极B为正极，根据原电池的工作原理，电流从电极B流向电极A，错误；B项，电池总反应式为2H2＋O2===2H2O，产生H2O，pH降低，正确；C项，电极B的电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，正确；D项，电池工作是化学能转化成电能，没有燃烧现象，正确。‎ ‎3．(2017·温州市十校联合体高三上学期期末)热激活电池可用作火箭、导弹的工作电池。一种热激活电池的基本结构如图所示，其中作为电解质的无水LiCl－KCl混合物受热熔融后，电池即可瞬间输出电能。该电池的总反应方程式：PbSO4＋2LiCl＋Ca ===CaCl2＋Li2SO4＋Pb。‎ 下列有关说法正确的是(　　)‎ A．正极反应式：Ca ＋2Cl－－2e－===CaCl2‎ B．放电过程中，Li＋向钙电极移动 C．外电路中，电子由硫酸铅电极经导线流向钙电极 D．常温时，在正、负极间接上电流计，指针不偏转 答案　D ‎ 解析　该电池的负极为钙电极，正极为硫酸铅电极，电解质为无水LiCl－KCl混合物，电池工作时，负极Ca ＋2Cl－－2e－===CaCl2，外电路中，电子由钙电极经导线流向硫酸铅电极，电解质中的Li＋向正极(硫酸铅电极)移动，常温下LiCl－KCl混合物未熔融，电池不工作。故D正确。‎ ‎4．(2017·宁波市十校高三上学期期末联考)一定条件下，碳钢腐蚀与电解质溶液膜的pH的关系如下：‎ pH ‎2‎ ‎4‎ ‎6‎ ‎6.5‎ ‎8‎ ‎13.5‎ ‎14‎ 腐蚀快慢 较快 慢 较快 主要产物 Fe2＋‎ Fe3O4‎ Fe2O3‎ FeO 下列说法不正确的是(　　)‎ A．在6＜pH＜8溶液中，碳钢腐蚀主要发生吸氧腐蚀，其正极被氧化，电极反应为O2＋2H2O＋4e－===4OH－‎ B．上图是碳钢腐蚀的示意图，图中箭头表示原电池中电子移动的方向 C．随着电解质溶液的pH的不断增大，碳钢腐蚀的速率会先变慢而后不断加快 D．在pH＝7的溶液中，碳钢腐蚀过程中还涉及到反应：4Fe(OH)2＋2H2O＋O2===4Fe(OH)3‎ 答案　A ‎5．(2017·浙江省“七彩阳光”联盟高三上学期期初联考)氢氧燃料电池是很有发展前途的新的动力电源，其工作原理如图所示。下列说法正确的是(　　)‎ A．a铂碳电极为该燃料电池的正极 B．H2SO4溶液中的H＋移向a铂碳电极 C．b铂碳电极的电极反应式：O2＋4e－＋4H＋===2H2O D．该装置中能量转化方式为电能转化为化学能 答案　C 解析　A项，a铂碳电极充入氢气，氢气失去电子产生氢离子，为该燃料电池的负极，错误；B项，原电池中阳离子定向移动到正极，故H2SO4溶液中的H＋移向b铂碳电极，错误；C项，b铂碳电极为正极，其电极反应式为O2＋4e－＋4H＋===2H2O，正确；D项，该装置是原电池，能量转化方式为化学能转化为电能，错误。‎ ‎6．SO2是大气污染物，是造成酸雨的主要原因，用如图所示装置既可以吸收工厂排放的废气中的SO2，又可以生成一定量的硫酸，下列说法正确的是(　　)‎ A．a为正极，b为负极 B．生产过程中氢离子由右移向左 C．从左下口流出的硫酸的质量分数一定大于50%‎ D．负极反应式为SO2＋2H2O－2e－===SO＋4H＋‎ 答案　D 解析　a电极上SO2发生氧化反应生成硫酸，则a为负极，b为正极，A错误；质子交换膜只允许H＋通过，向正极移动，即氢离子由左向右移动，B错误；负极区有硫酸生成，但同时水的量在增加，则硫酸的质量分数不一定大于50%，甚至还可能小于50%，C错误；负极上发生的是氧化反应，其电极反应式为SO2＋2H2O－2e－===SO＋4H＋，D正确。‎ ‎7．(2017·温州市高三上学期期末)Mg－H2O2电池可用于驱动无人驾驶的潜航器。该电池以海水为电解质溶液，示意图如下。该电池工作时，下列说法正确的是(　　)‎ A．Mg作正极，也可以用其他金属单质代替构成原电池 B．H2O2在石墨电极上发生还原反应，使石墨电极附近溶液的pH增大 C．氯离子从左边区进入右边区 D．与铁电极相比，镁作电极放电速度快，但比能量低(参与电极反应的单位质量的电极材料放出电能的大小称为该电池的比能量)‎ 答案　B 解析　电极反应式为 负极：Mg－2e－===Mg2＋‎ 正极：H2O2＋2e－===2OH－‎ A项，Mg应为负极，错误；C项，Cl－应移向负极，错误；D项，Mg的比能量比铁高，错误。‎ ‎8．(2017·金华市高三9月十校联考)特斯拉全电动汽车使用的是钴酸锂电池，其工作原理如下图，A极材料是金属锂和碳的复合材料(碳作为金属锂的载体)，电解质为一种能传导Li＋的高分子材料，隔膜只允许Li＋通过，电池反应式LixC6＋Li1－xCoO2C6＋LiCoO2。下列说法不正确的是(　　)‎ A．放电时电子从A极通过导线流向B极 B．放电时A是负极 C．放电时Li＋从右向左定向迁移 D．钴酸锂电池为二次电池 答案　C 解析　放电时电子从负极流向正极，即从A极通过导线流向B极，故A正确； 放电时A作负极，故B正确；放电时阳离子移向正极，Li＋从左向右定向迁移，故C错误；钴酸锂电池可以充电为二次电池，故D正确。‎ ‎9．(2017·温州中学高一下学期期中)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(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O2＋2H2O＋4e－===4OH－‎ C．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Cu－2e－===Cu2＋‎ 答案　B 解析　A项，根据在原电池中，阳离子移向正极，阴离子移向负极的规律，阴离子Cl－应由b区向a区迁移，错误；B项，O2在液滴外沿反应，正极电极反应为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，发生还原反应，正确；C项，液滴下的Fe因发生氧化反应而被腐蚀，错误；D项，若改用嵌有一铜螺丝钉的铁板，在铜铁接触处滴加NaCl溶液，由于Fe的金属活动性比铜强，Fe仍为负极，负极发生的电极反应为Fe－2e－===Fe2＋，错误。‎ ‎[加试题组]‎ ‎10．(2017·温州中学高三3月高考模拟)用电解的方法将硫化钠溶液氧化为多硫化物的研究具有重要的实际意义，将硫化物转变为多硫化物是电解法处理硫化氢废气的一个重要内容。下图是电解产生多硫化物的实验装置：‎ 已知阳极的反应：(x＋1)S2－－2xe－=== Sx＋S2－，则阴极的电极反应式：_________________‎ ‎________________________________________________________________________。‎ 当反应转移x mol电子时，产生的气体体积为________(标准状况下)。‎ 答案　2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑　11.2x L 解析　当转移x mol电子时，标准状况下产生H2：×‎22.4 L＝11.2x L。‎ ‎11．(2017·温州市十校联合体高三上学期期末)电解法处理氮氧化合物是目前大气污染治理的一个新思路，原理是将NOx在电解池中分解成无污染的N2和O2除去，如图所示，两电极间是新型固体氧化物陶瓷，在一定条件下可自由传导O2－，电解池阴极反应式为 ‎________________________________________________________________________。‎ 答案　2NOx＋4xe－===N2＋2xO2－‎ 解析　电解池阴极发生还原反应，固体氧化物陶瓷在一定条件下可自由传导O2－，因此电极反应式为2NOx＋4xe－===N2＋2xO2－。‎ ‎12．(2017·浙江省桐庐中学高三年级模拟)燃煤尾气中的SO2用NaOH溶液吸收形成NaHSO3溶液，在pH为4～7之间时电解，硫元素在铅阴极上被电解还原为Na2S2O4。Na2S2O4俗称保险粉，广泛应用于染料、印染、造纸、食品工业以及医学上。这种技术是最初的电化学脱硫技术之一。请写出该电解反应中阴极的电极反应式：________________________。‎ 答案　2HSO＋2H＋＋2e－===S2O＋2H2O ‎13．(2017·衢州二中高三月考)MnO2可作超级电容器材料。工业上用如图所示装置制备MnO2。接通电源后，A电极的电极反应式：_________________________________________________‎ ‎________________________________________________________________________，当制备1 mol MnO2，则膜两侧电解液的质量变化差(Δm左－Δm右)为________g。‎ 答案　Mn2＋＋2H2O－2e－===MnO2＋4H＋　89‎ 解析　MnO2可作超级电容器材料。电解硫酸锰溶液制备MnO2，Mn元素发生氧化反应，由装置图可知，B电极上有气体生成，发生还原反应，应是氢离子放电生成氢气，A为阳极，阳极上是Mn2＋失去电子得到MnO2，由电荷守恒可知还有H＋生成，氢离子通过质子交换膜移向右室，阳极反应式：Mn2＋＋2H2O－2e－===MnO2＋4H＋，根据电子转移可知移向右室的氢离子生成氢气，右室电解质溶液质量不变，两侧电解液的质量变化差为二氧化锰与移向右室氢离子的质量，当制备1 mol MnO2，转移电子为2 mol，则移向右室的氢离子为2 mol，则膜两侧电解液的质量变化差(Δm左－Δm右)为1 mol×‎87 g·mol－1＋2 mol×‎1 g·mol－1＝‎89 g。‎ ‎14．(2017·浙江省稽阳联考)用电解法降解NO，其原理如图所示：‎ 电源正极为______(填A或B)，阴极反应式为_______________________________________‎ ‎________________________________________________________________________。‎ 答案　A　2NO＋6e－＋4H2O===N2↑＋8OH－‎ ‎15．(2017·宁波市十校高三上学期期末)直接电解吸收也是脱氮的一种方法。用6%的稀硝酸吸收NOx生成HNO2，再将吸收液导入电解槽电解，使之转化为硝酸。电解装置如图所示。则电解池阳极的电极反应式为____________________________________________________‎ ‎________________________________________________________________________。‎ 答案　H2O＋HNO2－2e－===NO＋3H＋‎