高考化学原电池和电解池专题

高考化学原电池和电解池专题

‎ 高中化学原电池和电解池 原电池和电解池 ‎1．原电池和电解池的比较：‎ 装置 原电池 电解池 实例 原理 使氧化还原反应中电子作定向移动，从而形成电流。这种把化学能转变为电能的装置叫做原电池。‎ 使电流通过电解质溶液而在阴、阳两极引起氧化还原反应的过程叫做电解。这种把电能转变为化学能的装置叫做电解池。‎ 形成条件 ‎①电极：两种不同的导体相连；‎ ‎②电解质溶液：能与电极反应。‎ ‎①电源； ②电极（惰性或非惰性）；‎ ‎③电解质（水溶液或熔化态）。‎ 反应类型 自发的氧化还原反应 非自发的氧化还原反应 电极名称 由电极本身性质决定：‎ 正极：材料性质较不活泼的电极；‎ 负极：材料性质较活泼的电极。‎ 由外电源决定：‎ 阳极：连电源的正极；‎ 阴极：连电源的负极；‎ 电极反应 负极：Zn-2e-=Zn2+ （氧化反应）‎ 正极：2H++2e-=H2↑（还原反应）‎ 阴极：Cu2+ +2e- = Cu （还原反应）‎ 阳极：2Cl--2e-=Cl2↑ （氧化反应）‎ 电子流向 负极→正极 电源负极→阴极；阳极→电源正极 电流方向 正极→负极 电源正极→阳极；阴极→电源负极 溶液中离子的流向 溶液中的阴离子向负极移动，电极质量减小、（负极聚集了阳离子、阴离子来平衡电性，如：zn+需要溶液中的阴离子来平衡）；阳离子在正极得电子聚集在正极 溶液中的阳离子向阴极移动，得电子，发生还原反应。阴极受保护。溶液中的阴离子向阳极移动，失电子，发生氧化反应 能量转化 化学能→电能 电能→化学能 应用 ‎①抗金属的电化腐蚀；‎ ‎②实用电池。‎ ‎①电解食盐水（氯碱工业）；②电镀（镀铜）；③电冶（冶炼Na、Mg、Al）；④精炼（精铜）。‎ ‎ 一 原电池；‎ ‎ 原电池的形成条件 ‎　　原电池的工作原理原电池反应 属于放热的氧化还原反应，但区别于一般的氧化还原反应的是，电子转移不是通过氧化剂和还原剂之间的有效碰撞完成的，而是还原剂在负极上失电子发生氧化反应，电子通过外电路输送到正极上，氧化剂在正极上得电子发生还原反应，从而完成还原剂和氧化剂之间电子的转移。两极之间溶液中离子的定向移动和外部导线中电子的定向移动构成了闭合回路，使两个电极反应不断进行，发生有序的电子转移过程，产生电流，实现化学能向电能的转化。 ‎ ‎　　从能量转化角度看，原电池是将化学能转化为电能的装置；从化学反应角度看，原电池的原理是氧化还原反应中的还原剂失去的电子经导线传递给氧化剂，使氧化还原反应分别在两个电极上进行。 ‎ ‎　　原电池的构成条件有三个： ‎ ‎　　（1）电极材料由两种金属活动性不同的金属或由金属与其他导电的材料（非金属或某些氧化物等）组成。 ‎ ‎　　（2）两电极必须浸泡在电解质溶液中。 ‎ ‎　　（3）两电极之间有导线连接，形成闭合回路。 ‎ ‎　　只要具备以上三个条件就可构成原电池。而化学电源因为要求可以提供持续而稳定的电流，所以除了必须具备原电池的三个构成条件之外，还要求有自发进行的氧化还原反应。也就是说，化学电源必须是原电池，但原电池不一定都能做化学电池。 ‎ ‎　　形成前提：总反应为自发的氧化还原反应 ‎ ‎　　电极的构成： ‎ ‎　　a.活泼性不同的金属—锌铜原电池，锌作负极，铜作正极；b.金属和非金属（非金属必须能导电）—锌锰干电池，锌作负极，石墨作正极；c.金属与化合物—铅蓄电池，铅板作负极，二氧化铅作正极；d.惰性电极—氢氧燃料电池，电极均为铂。 ‎ ‎　　电解液的选择：电解液一般要能与负极材料发生自发的氧化还原反应。 ‎ ‎　　原电池正负极判断： ‎ ‎　　负极发生氧化反应，失去电子；正极发生还原反应，得到电子。 ‎ ‎　　电子由负极流向正极，电流由正极流向负极。 溶液中，阳离子移向正极，阴离子移向负极（负极聚集了阳离子、阴离子来平衡电性，如：zn+需要溶液中的阴离子来平衡；阳离子在正极得电子聚集在正极）‎ 电极反应方程式的书写 ‎　　负极：活泼金属失电子，看阳离子能否在电解液中大量存在。如果金属阳离子不能与电解液中的离子共存，则进行进一步的反应。例：甲烷燃料电池中，电解液为KOH，负极甲烷失8个电子生成CO2和H2O，但CO2不能与OH-共存，要进一步反应生成碳酸根。 ‎ ‎　　正极：①当负极材料能与电解液直接反应时，溶液中的阳离子得电子。例：锌铜原电池中，电解液为HCl，正极H+得电子生成H2。②当负极材料不能与电解液反应时，溶解在电解液中的O2得电子。如果电解液呈酸性，O2+4e-+4H+==2H2O；如果电解液呈中性或碱性，O2+4e-+2H2O==4OH-。 ‎ ‎　　特殊情况:Mg-Al-NaOH，Al作负极。负极：Al-3e-+4OH-==AlO2-+2H2O；正极：2H2O+2e-==H2↑+2OH- ‎ ‎　　Cu-Al-HNO3，Cu作负极。 ‎ ‎　　注意：Fe作负极时，氧化产物是Fe2+而不可能是Fe3+；肼（N2H4）和NH3的电池反应产物是H2O和N2 ‎ ‎　　无论是总反应，还是电极反应，都必须满足电子守恒、电荷守恒、质量守恒。 ‎ ‎　　pH变化规律 ‎ ‎　　电极周围：消耗OH-(H+)，则电极周围溶液的pH减小（增大）；反应生成OH-(H+)，则电极周围溶液的pH增大（减小）。 ‎ ‎　　溶液：若总反应的结果是消耗OH-(H+)，则溶液的pH减小（增大）；若总反应的结果是生成OH-(H+)，则溶液的pH增大（减小）；若总反应消耗和生成OH-(H+)的物质的量相等，则溶液的pH由溶液的酸碱性决定，溶液呈碱性则pH增大，溶液呈酸性则pH减小，溶液呈中性则pH不变。 ‎ 原电池表示方法 ‎　　原电池的组成用图示表达，未免过于麻烦。为书写简便，原电池的装置常用方便而科学的符号来表示。其写法习惯上遵循如下几点规定： ‎ ‎　　1. 一般把负极（如Zn棒与Zn2+离子溶液）写在电池符号表示式的左边，正极（如Cu棒与Cu2+离子溶液）写在电池符号表示式的右边。 ‎ ‎　　2. 以化学式表示电池中各物质的组成，溶液要标上活度或浓度（mol/L）,若为气体物质应注明其分压(Pa)，还应标明当时的温度。如不写出，则温度为298.15K,气体分压为101.325kPa,溶液浓度为1mol/L。 ‎ ‎　　3. 以符号“∣”表示不同物相之间的接界，用“‖”表示盐桥。同一相中的不同物质之间用“,”隔开。 ‎ ‎　　4. 非金属或气体不导电，因此非金属元素在不同氧化值时构成的氧化还原电对作半电池时，需外加惰性导体（如铂或石墨等）做电极导体。其中，惰性导体不参与电极反应，只起导电（输送或接送电子）的作用，故称为“惰性”电极。 ‎ ‎　　按上述规定，Cu－Zn原电池可用如下电池符号表示： ‎ ‎　　（-）Zn(s)∣Zn2+ (C)‖Cu2+ (C)∣ Cu(s) （+） ‎ ‎　　理论上,任何氧化还原反应都可以设计成原电池，例如反应: ‎ ‎　　Cl2+ 2I- ═ 2Cl- +I2 ‎ ‎　　此反应可分解为两个半电池反应： ‎ ‎　　负极：2I- ═ I2+ 2e- （氧化反应） ‎ ‎　　正极：C2+2e-═ 2Cl-　（还原反应） ‎ ‎　　该原电池的符号为： ‎ ‎（-）Pt∣ I2(s)∣I- (C)‖Cl- (C)∣C2(PCL2) ∣Pt（+）‎ 二 两类原电池 吸氧腐蚀 ‎　　吸氧腐蚀 金属在酸性很弱或中性溶液里，空气里的氧气溶解于金属表面水膜中而发生的电化腐蚀，叫吸氧腐蚀． ‎ ‎　　例如钢铁在接近中性的潮湿的空气中腐蚀属于吸氧腐蚀，其电极反应如下： ‎ ‎　　负极（Fe）：2Fe - 4e = 2Fe2+ ‎ ‎　正极（C）：2H2O + O2 + 4e = 4OH- ‎ ‎　　钢铁等金属的电化腐蚀主要是吸氧腐蚀． ‎ ‎　　吸氧腐蚀的必要条件 ‎ ‎　　以氧的还原反应为阴极过程的腐蚀，称为氧还原腐蚀或吸氧腐蚀。发生吸氧腐蚀的必要条件是金属的电位比氧还原反应的电位低： ‎ ‎　　氧的阴极还原过程及其过电位 ‎ ‎　　吸氧腐蚀的阴极去极化剂是溶液中溶解的氧。随着腐蚀的进行，氧不断消耗，只有来自空气中的氧进行补充。因此，氧从空气中进入溶液并迁移到阴极表面发生还原反应，这一过程包括一系列步骤。 ‎ ‎　　（1） 氧穿过空气／溶液界面进入溶液；　 ‎ ‎　　（2） 在溶液对流作用下，氧迁移到阴极表面附近； ‎ ‎　　（3） 在扩散层范围内，氧在浓度梯度作用下扩散到阴极表面； ‎ ‎　　（4） 在阴极表面氧分子发生还原反应，也叫氧的离子化反应。 ‎ ‎　　吸氧腐蚀的控制过程及特点 ‎ ‎　　金属发生氧去极化腐蚀时，多数情况下阳极过程发生金属活性溶解，腐蚀过程处于阴极控制之下。氧去极化腐蚀速度主要取决于溶解氧向电极表面的传递速度和氧在电极表面上的放电速度。因此，可粗略地将氧去极化腐蚀分为三种情况。 ‎ ‎　　（1）如果腐蚀金属在溶液中的电位较高，腐蚀过程中氧的传递速度又很大，则金属腐蚀速度主要由氧在电极上的放电速度决定。 ‎ ‎　　（2）如果腐蚀金属在溶液中的电位非常低，不论氧的传输速度大小，阴极过程将由氧去极化和氢离子去极化两个反应共同组成。 ‎ ‎　　（3）如果腐蚀金属在溶液中的电位较低，处于活性溶解状态，而氧的传输速度又有限，则金属腐蚀速度由氧的极限扩散电流密度决定。 ‎ ‎　　扩散控制的腐蚀过程中，由于腐蚀速度只决定于氧的扩散速度，因而在一定范围内，腐蚀电流将不受阳极极化曲线的斜率和起始电位的影响。 ‎ ‎　　扩散控制的腐蚀过程中，金属中不同的阴极性杂质或微阴极数量的增加，对腐蚀速度的增加只起很小的作用。 ‎ ‎　　[解题过程] ‎ ‎　　影响吸氧腐蚀的因素 ‎ ‎　　1. 溶解氧浓度的影响 ‎ ‎　　2．温度的影响　 ‎ ‎　　3．盐浓度的影响　4．溶液搅拌和流速的影响　 ‎ ‎　　阴极控制原因 主要是活化极化： ‎ ‎　　=2.3RT lgiC/i°/αnF ‎ ‎　　主要是浓差极化： ‎ ‎　　=2.3RT/nFlg(1-iC/iL) ‎ ‎　　阴极反应产物 以氢气泡逸出，电极表面溶液得到 ‎ ‎　　附加搅拌 产物OH只能靠扩散或迁移离开，无气泡逸出，得不到附加搅拌 ‎ 析氢腐蚀 ‎　　在酸性较强的溶液中发生电化腐蚀时放出氢气，这种腐蚀叫做析氢腐蚀。在钢铁制品中一般都含有碳。在潮湿空气中，钢铁表面会吸附水汽而形成一层薄薄的水膜。水膜中溶有二氧化碳后就变成一种电解质溶液，使水里的H+增多。是就构成无数个以铁为负极、碳为正极、酸性水膜为电解质溶液的微小原电池。这些原电池里发生的氧化还原反应是：负极（铁）：铁被氧化Fe-2e=Fe2+；正极（碳）：溶液中的H+被还原2H++2e=H2↑ ‎ ‎　　这样就形成无数的微小原电池。最后氢气在碳的表面放出，铁被腐蚀，所以叫析氢腐蚀。 ‎ ‎　　析氢腐蚀定义金属在酸性较强的溶液中发生电化腐蚀时放出氢气，这种腐蚀叫做析氢腐蚀。 ‎ 析氢腐蚀与吸氧腐蚀的比较 ‎　　 ‎ 比 较 项 目 析　氢　腐　蚀 吸　氧　腐　蚀 去极化剂性质 ‎ 带电氢离子，迁移速度和扩散能力都很大 中性氧分子，只能靠扩散和对流传输 去极化剂浓度 浓度大，酸性溶液中H+放电 中性或碱性溶液中H2O作去极化剂 浓度不大，其溶解度通常随温度升高和盐浓度增大而减小 ‎　常用原电池方程式 ‎　　1．Cu─H2SO4─Zn原电池 ‎ ‎　　正极： 2H+ + 2e- → H2↑ ‎ ‎　　负极： Zn - 2e- → Zn2+ ‎ ‎　　总反应式： Zn + 2H+ == Zn2+ + H2↑ ‎ ‎　　2．Cu─FeCl3─C原电池 ‎ ‎　　正极： 2Fe3+ + 2e- → 2Fe2+ ‎ ‎　　负极： Cu - 2e- → Cu2+　 ‎ ‎　　总反应式： 2Fe3+ + Cu == 2Fe2+ + Cu2+　 ‎ ‎　　3．钢铁在潮湿的空气中发生吸氧腐蚀 ‎ ‎　　正极：O2 + 2H2O + 4e- → 4OH- ‎ ‎　　负极：2Fe - 4e- → 2Fe2+ ‎ ‎　　总反应式：2Fe + O2 + 2H2O == 2Fe（OH)2 ‎ ‎　　4．氢氧燃料电池（中性介质） ‎ ‎　　正极：O2 + 2H2O + 4e- → 4OH- ‎ ‎　　负极：2H2 - 4e- → 4H+ ‎ ‎　　总反应式：2H2 + O2 == 2H2O ‎ ‎　　5．氢氧燃料电池（酸性介质） ‎ ‎　　正极：O2 + 4H+ + 4e- → 2H2O ‎ ‎　　负极：2H2 - 4e-→ 4H+ ‎ ‎　　总反应式：2H2 + O2 == 2H2O ‎ ‎　　6．氢氧燃料电池（碱性介质） ‎ ‎　　正极：O2 + 2H2O + 4e- → 4OH- ‎ ‎　　负极：2H2 - 4e- + 4OH- → 4H2O ‎ ‎　　总反应式：2H2 + O2 == 2H2O ‎ ‎　　7．铅蓄电池（放电） ‎ ‎　　正极 (PbO2) ： ‎ ‎　　PbO2 + 2e- + SO42- + 4H+ → PbSO4 + 2H2O ‎ ‎　　负极 (Pb) ：Pb- 2e-+ (SO4)2-→ PbSO4 ‎ ‎　　总反应式： ‎ ‎　　Pb+PbO2+4H++ 2(SO4)2- == 2PbSO4 + 2H2O　 ‎ ‎　　8．Al─NaOH─Mg原电池 ‎ ‎　　正极：6H2O + 6e- → 3H2↑ + 6OH- ‎ ‎　　负极：2Al - 6e- + 8OH- → 2AlO2- + 4H2O ‎ ‎　　总反应式：2Al+2OH-+2H2O==2AlO2- + 3H2↑ ‎ ‎　　9．CH4燃料电池(碱性介质) ‎ ‎　　正极：2O2 + 4H2O + 8e- → 8OH- ‎ ‎　　负极：CH4 -8e- + 10OH- → (CO3)2- + 7H2O ‎ ‎　　总反应式：CH4 + 2O2 + 2OH- == (CO3)2- + 3H2O ‎ ‎　　10．熔融碳酸盐燃料电池 ‎ ‎　　（Li2CO3和Na2CO3熔融盐作电解液，CO作燃料）： ‎ ‎　　正极：O2 + 2CO2 + 4e- → 2(CO3)2- (持续补充CO2气体) ‎ ‎　　负极：2CO + 2(CO3)2- - 4e- → 4CO2 ‎ ‎　　总反应式：2CO + O2 == 2CO2 ‎ ‎　　11．银锌纽扣电池(碱性介质) ‎ ‎　　正极 (Ag2O) ：Ag2O + H2O + 2e- → 2Ag + 2OH- ‎ ‎　　负极 (Zn) ：Zn + 2OH- -2e- → ZnO + H2O ‎ ‎　　总反应式：Zn + Ag2O == ZnO + 2Ag 常见的原电池 ‎　　常用原电池有锌－锰干电池、锌－汞电池、锌－银扣式电池及锂电池等。 ‎ ‎　　1 ‎ 锌－锰干电池：锌－锰电池具有原材料来源丰富、工艺简单，价格便宜、使用方便等优点，成为人们使用最多、最广泛的电池品种。锌－锰电池以锌为负极，以二氧化锰为正极。按照基本结构，锌－锰电池可制成圆筒形、扣式和扁形，扁形电池不能单个使用，可组合叠层电池（组）。按照所用电解液的差别将锌－锰电池分为三个类型： ‎ ‎　　(1)铵型锌－锰电池：电解质以氯化铵为主，含少量氯化锌。 ‎ ‎　　电池符号:(-) Zn│NH4Cl·ZnCl2│MnO2 (+)　 ‎ ‎　　总电池反应： Zn+2NH4Cl+2MnO2=Zn(NH3)2Cl2+2MnO(OH) ‎ ‎　　(2) 锌型锌－锰电池：又称高功率锌－锰电池，电解质为氯化锌，具有防漏性能好，能大功率放电及能量密度较高等优点，是锌－锰电池的第二代产品，20世纪70年代初首先由德国推出。与铵型电池相比锌型电池长时间放电不产生水，因此电池不易漏液。 ‎ ‎　　电池符号：(-) Zn│ZnCl2│MnO2 (+) ‎ ‎　　总电池反应（长时间放电）： ‎ ‎　　Zn+2Zn(OH)Cl+6MnO(OH)=ZnCl2·2ZnO·4H2O+2Mn3O4 ‎ ‎　　(3) 碱性锌－锰电池：这是锌－锰电池的第三代产品，具有大功率放电性能好、能量密度高和低温性能好等优点。 ‎ ‎　　电池符号：(-) Zn│KOH│MnO2 (+) ‎ ‎　　总电池反应： Zn+2H2O+2MnO2=2MnO(OH)+Zn(OH)2 ‎ ‎　　锌－锰电池额定开路电压为1.5V，实际开路电压1.5－1.8V ，其工作电压与放电负荷有关，负荷越重或放电电阻越小，闭路电压越低。用于手电筒照明时，典型终止电压为0.9V，某些收音机允许电压降至0.75V。 ‎ ‎　　2．锂原电池：又称锂电池，是以金属锂为负极的电池总称。锂的电极电势最负相对分子质量最小，导电性良好，可制成一系列贮存寿命长，工作温度范围宽的高能电池。根据电解液和正极物质的物理状态，锂电池有三种不同的类型，即：固体正极—有机电解质电池、液体正极—液体电解质电池、固体正极—固体电解质电池。Li—(CF)n的开路电压为3.3V，比能量为480W·h·L-1，工作温度在-55~70℃间，在20℃下可贮存10年之久！它们都是近年来研制的新产品，目前主要用于军事、空间技术等特殊领域，在心脏起搏器等微、小功率场合也有应用。 ‎ 二 电解池 ‎ 电解原理 ‎1、电解和电解池：使电流通过电解质溶液而在阴、阳两极上引起氧化还原反应的过程叫做电解。把电能转变为化学能的装置叫做电解池或电解槽。‎ CuCl2 Cu＋Cl2↑‎ ‎2、电解池的组成：‎ ‎①有两个电极插入电解质溶液（或熔融状态的电解质）中。②两极连外接直流电源。3、离子的放电顺序：阴离子失去电子而阳离子得到电子的过程叫放电。电解电解质溶液时，在阴阳两极上首先发生放电反应的离子分别是溶液里最容易放电的阳离子和最容易放电的阴离子。‎ ‎（1）阳极：（还原性强的先放电）‎ 惰性电极（Pt、Au、石墨、钛等）时：‎ S2－>I－>Br－>Cl－>OH－（水）>NO3－>SO42－>F－‎ 活性电极时：电极本身溶解放电。‎ ‎（2）阴极：（氧化性强的先放电）‎ 无论是惰性电极还是活性电极都不参与电极反应，发生反应的是溶液中的阳离子。阳离子在阴极上的放电顺序是：‎ Ag+>Hg2+>Cu2+>H+（水）>Pb2+>Fe2+>… >Na+>Ca 2+ > K+ ‎ ‎4、电解规律：（惰性电极）‎ ‎（1）电解电解质：阳离子和阴离子放电能力均强于水电离出H+和OH －。如无氧酸和不活泼金属的无氧酸盐。‎ ‎①HCl（aq）‎ 阳极（Cl－＞OH－）2Cl――2e－＝Cl2↑‎ 阴极（H＋）　　　　 2H＋＋2e－＝H2↑‎ 总方程式　　2HClH2↑＋Cl2↑‎ ‎②CuCl2（aq）‎ 阳极（Cl－＞OH－）2Cl――2e－＝Cl2↑‎ 阴极（Cu2＋＞H＋）　Cu2＋＋2e－＝Cu 总方程式　　CuCl2Cu＋Cl2↑‎ ‎（2）电解水：阳离子和阴离子放电能力均弱于水电离出H+和OH －。如含氧酸、强碱、活泼金属的含氧酸盐。‎ ‎①H2SO4（aq）‎ 阳极（SO42－＜OH－＝ 4OH――4e－＝2H2O＋O2↑‎ 阴极（H＋）　　　　　2H＋＋2e－＝H2↑‎ 总方程式　　　2H2O2H2↑＋O2↑‎ ‎②NaOH（aq）‎ 阳极（OH－）4OH――4e－＝2H2O＋O2↑‎ 阴极：（Na＋＜H＋＝　2H＋＋2e－＝H2↑‎ 总方程式　　　2H2O2H2↑＋O2↑‎ ‎③Na2SO4（aq）‎ 阳极（SO42－＜OH－＝　4OH――4e－＝2H2O＋O2↑‎ 阴极：（Na＋＜H＋＝2H＋＋2e－＝H2↑‎ 总方程式　　　2H2O2H2↑＋O2↑‎ ‎（3）电解水和电解质：阳离子放电能力强于水电离出H+，阴离子放电能力弱于水电离出OH－，如活泼金属的无氧酸盐；阳离子放电能力弱于水电离出H+，阴离子放电能力强于水电离出OH －，如不活泼金属的含氧酸盐。‎ ‎①NaCl（aq）‎ 阳极（Cl－＞OH－）2Cl――2e－＝Cl2↑‎ 阴极：（Na＋＜H＋＝　2H＋＋2e－＝H2↑‎ 总方程式　2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑‎ ‎②CuSO4（aq）‎ 阳极（SO42－＜OH－＝　4OH――4e－＝2H2O＋O2↑‎ 阴极（Cu2＋＞H＋）　Cu2＋＋2e－＝Cu 总方程式 2CuSO4＋2H2O2Cu＋2H2SO4＋O2↑‎ ‎【归纳总结】‎ ‎（1）电解的四种类型（惰性电极）：‎ ‎（2）电解质溶液浓度复原：加入物质与电解产物的反应必须符合电解方程式生成物的化学计量数。‎ ‎（3）电解时pH的变化：‎ 电极区域：阴极H+放电产生H2，破坏水的电离平衡云集OH－，阴极区域pH变大；阳极OH－放电产生O2，破坏水的电离平衡云集H+，阳极区域pH变小。‎ 电解质溶液：电解过程中，既产生H2，又产生O2，则原溶液呈酸性的pH变小，原溶液呈碱性的pH变大，原溶液呈中性的pH不变（浓度变大）；电解过程中，无H2和O2产生，pH几乎不变。如电解CuCl2溶液（CuCl2溶液由于Cu2+水解显酸性），一旦CuCl2全部电解完，pH值会变大，成中性溶液。电解过程中，只产生H2，pH变大。电解过程中，只产生O2，pH变小。‎ ‎（4）电极方程式的书写：①先看电极；②再将溶液中的离子放电顺序排队，依次放电；③注意要遵循电荷守恒，电子得失的数目要相等。‎ ‎（二）电解原理的应用 ‎1、铜的电解精炼 ‎2、‎ 阳极（粗铜棒）：Cu－2e－＝Cu2＋‎ ‎ 阴极（精铜棒）：Cu2＋＋2e－＝Cu ‎ 电解质溶液：含铜离子的可溶性电解质 分析：因为粗铜中含有金、银、锌、铁、镍等杂质，电解时，比铜活泼的锌、铁、镍会在阳极放电形成阳离子进入溶液中，Zn－2e－ = Zn2+ 、Fe－2e－ = Fe2+ 、Ni－2e－ =Ni2+，‎ Fe2+、Zn2+、Ni2+不会在阴极析出，最终留存溶液中，所以电解质溶液的浓度、质量、pH均会改变。还原性比铜差的银、金等不能失去电子，它们以单质的形式沉积在电解槽溶液中，成为阳极泥。阳极泥可再用于提炼金、银等贵重金属。‎ ‎2、电镀 阳极（镀层金属）：Cu－2e－＝Cu2＋ ‎ ‎ 阴极（镀件）：Cu2＋＋2e－＝Cu ‎ 电镀液：含镀层金属的电解质 分析：因为由得失电子数目守恒可知，阳极放电形成的Cu2＋离子和阴极Cu2＋离子放电的量相等，所以电解质溶液的浓度、质量、pH均不会改变。‎ ‎（1）电镀是电解的应用。电镀是以镀层金属为阳极，待镀金属制品为阴极，含镀层金属离子为电镀液。‎ ‎（2）电镀过程的特点：牺牲阳极；电镀液的浓度（严格说是镀层金属离子的浓度）保持不变；在电镀的条件下，水电离产生的H+、OH—一般不放电。‎ 电解饱和食盐水——氯碱工业 氯碱工业所得的NaOH、Cl 2 、H2 都是重要的化工生产原料，进一步加工可得多种化工产品，涉及多种化工行业，如：有机合成、医药、农药、造纸、纺织等，与人们的生活息息相关。‎ 阳极：石墨或金属钛　2Cl――2e＝Cl2↑‎ 阴极：铁网　　　　　2H＋＋2e＝H2↑‎ 电解质溶液：饱和食盐水 总方程式：2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑‎ 分析：在饱和食盐水中接通直流电源后，溶液中带负电的OH—和Cl—向阳极移动，由于Cl—比OH—容易失去电子，在阳极被氧化成氯原子，氯原子结合成氯分子放出；溶液中带正电的Na+和H+向阴极移动，由于H+比Na+容易失去电子，在阴极被还原成氢原子，氢原子结合成氢分子放出；在阴极上得到NaOH。‎ ‎（1）饱和食盐水的精制：‎ 原因：除去NaCl中的MｇCl2、Na2SO4等杂质，防止生成氢氧化镁沉淀影响 溶液的导电性，防止氯化钠中混有硫酸钠影响烧碱的质量。‎ ‎ 试剂加入的顺序：先加过量的BaCl2和过量的NaOH（顺序可换），再加入过量的Na2CO3，过滤，加盐酸调节pH为7。‎ ‎（2）隔膜的作用：防止氢气和氯气混合发生爆炸；防止氯气和氢氧化钠反应影响烧碱的质量。‎ ‎4、电解法冶炼活泼金属：‎ ‎（1）电解熔融的氯化钠制金属钠：‎ ‎2NaCl（熔融）2Na＋Cl2↑‎ ‎（2）电解熔融的氯化镁制金属镁：‎ MgCl2（熔融）Mg＋Cl2↑‎ ‎（3）电解熔融的氧化铝制金属铝：‎ ‎2Al2O3（熔融）4Al＋3O2↑‎ 分析：在金属活动顺序表中K、Ca、Na、Mg、Al等金属的还原性很强，这些金属都很容易失电子，因此不能用一般的方法和还原剂使其从化合物中还原出来，只能用电解其化合物熔融状态方法来冶炼。‎ 注意：电解熔融NaCl和饱和NaCl溶液的区别；不能用MgO替代MgCl2的原因；不能用AlCl3替代Al2O3的原因。‎ ‎ 三原电池、电解池和电镀池的比较 典型例题分析 例1、下图中x、y分别是直流电源的两极，通电后发现a极板质量增加，b极板处有无色无臭气体放出，符合这一情况的是（ ）‎ a极板 b极板 x电极 Z溶液 A 锌 石墨 负极 CuSO4‎ B 石墨 石墨 负极 NaOH C 银 铁 正极 AgNO3‎ D 铜 石墨 负极 CuCl2‎ 分析：通电后a极板增重，表明溶液中金属阳离子在a极板上放电，发生还原反应析出了金属单质，因此可确定a极板是电解池的阴极，与它相连接的直流电源的x极是负极。选项C中x极为正极，故C不正确。A中电解液为CuSO4溶液，阴极a板上析出Cu而增重，阳极b 板上由于OH－离子放电而放出无色无臭的O2，故A正确。B中电解液为NaOH溶液，通电后阴极a上应放出H2，a极板不会增重，故B不正确。D中电解液为CuCl2溶液，阴极a板上因析出Cu而增重，但阳板b板上因Cl－离子放电，放出黄绿色有刺激性气味的Cl2，故D不正确。答案为A。‎ 例2、高铁电池是一种新型可充电电池，与普通高能电池相比，该电池能长时间保持稳定的放电电压。高铁电池的总反应为 3Zn+2K2FeO4+8H2O3Zn（OH）2+2Fe（OH）3+4KOH 下列叙述不正确的是 A、放电时负极反应为：Zn－2e— +2OH—= Zn（OH）2‎ B、充电时阳极反应为：Fe（OH）3－3e— + 5 OH— = FeO+ 4H2O C、放电时每转移3 mol电子，正极有1mol K2FeO4被氧化 D、放电时正极附近溶液的碱性增强 分析：A是关于负极反应式的判断，判断的要点是：抓住总方程式中“放电”是原电池、“充电”是电解池的规律，再分析清楚价态的变化趋势，从而快速准确的判断，A是正确的。B是充电时的阳极方程式，首先判断应该从右向左，再判断阳极应该是失去电子，就应该是元素化合价升高的元素所在的化合物参加反应，然后注重电子、电荷以及元素三个守恒，B正确；C主要是分析原总方程式即可，应该是1mol K2FeO4被还原，而不是氧化。D选项中关于放电时正极附近的溶液状况，主要是分析正极参加反应的物质以及其电极反应式即可，本答案是正确的。答案选C。‎ 例5、通以相等的电量，分别电解等浓度的硝酸银和硝酸亚汞（亚汞的化合价为+1价）溶液，若被还原的硝酸银和硝酸亚汞的物质的量之比n（硝酸银）︰n（硝酸亚汞）=2︰1，则下列表述正确的是（ ）‎ A、在两个阴极上得到的银和汞的物质的量之比n（Ag）︰n（Hg）=2︰1‎ B、在两个阳极上得到的产物的物质的量不相等 C、硝酸亚汞的分子式为HgNO3 ‎ D、硝酸亚汞的分子式为Hg2（NO3）2‎ 分析：通以相等的电量即是通过相同的电子数，银和亚汞都是+1‎ 价，因此，得到的单质银和汞的物质的量也应相等；又因电解的n（硝酸银）︰n（硝酸亚汞）=2︰1，硝酸银的化学式为AgNO3，故硝酸亚汞的化学式不可能为HgNO3，只能为Hg2（NO3）2。答案为D。‎ 例6、下图中电极a、b分别为Ag电极和Pt电极，电极c、d都是石墨电极。通电一段时间后，只在c、d两极上共收集到336mL（标准状态）气体。回答：‎ ‎（1）直流电源中，M为 极。‎ ‎（2）Pt电极上生成的物质是 ，其质量为 g。‎ ‎（3）电源输出的电子，其物质的量与电极b、c、d分别生成的物质的物质的量之比为：2∶ ∶ ∶ 。‎ ‎（4）AgNO3溶液的浓度（填增大、减小或不变。下同） ，AgNO3溶液的pH ，H2SO4溶液的浓度 ，H2SO4溶液的pH 。‎ ‎（5）若H2SO4溶液的质量分数由5.00%变为5.02%，则原有5.00%的H2SO4溶液为多少 g。‎ 分析：电解5.00%的稀H2SO4，实际上是电解其中的水。因此在该电解池的阴极产生H2，阳极产生O2，且V（H2）：V（O2）=2：1。据此可确定d极为阴极，则电源的N极为负极，M极为正极。在336mL气体中，V（H2）=2/3×336ml=224ml，为0.01mol，V（O2）=1/3×336ml=112ml，为0.005mol。说明电路上有0.02mol电子，因此在b极（Pt、阴极）产生：0.02×108=2.16g，即 0.02mol的Ag。则n（e） ∶n（Ag） ∶n（O2） ∶n（H2）= 0.02∶0.02∶0.005∶0.01=4：4：1：2。由Ag（阳）电极、Pt（阴）电极和AgNO3溶液组成的电镀池，在通电一定时间后，在Pt电极上放电所消耗溶液中Ag+离子的物质的量，等于Ag电极被还原给溶液补充的Ag+离子的物质的量，因此[AgNO3]不变，溶液的pH也不变。电解5.00%的H2SO4溶液，由于其中的水发生电解，因此[H2SO4]增大，由于[H+]增大，故溶液的pH减小。‎ 设原5.00%的H2SO4溶液为xg，电解时消耗水0.01×18 = 0.18g，则：，解得：。‎ 答案：（1）正（2）Ag、2.16（3）2∶1/2∶1；‎ ‎（4）不变、不变、增大、减小；（5）45.18。‎ ‎1．确定金属活动性顺序 例1．（1993年上海高考化学题）有A、B、C、D四种金属，将A与B用导线联结起来，浸入电解质溶液中，B不易被腐蚀；将A、D分别投入到等浓度的盐酸中，D比A反应剧烈；将铜浸入B的盐溶液中无明显变化；将铜浸入C的盐溶液中，有金属C析出。据此可推知它们的金属活动性由强到弱的顺序为 （ ）‎ A．D＞C＞A＞B B．D＞A＞B＞C ‎ C．D＞B＞A＞C D．B＞A＞D＞C ‎ 解析：根据原电池原理，较活泼金属作负极，较不活泼金属作正极，B不易被腐蚀，说明B为正极，金属活动性A＞B。另可比较出金属活动性D＞A，B＞C。故答案为B项。‎ ‎2．比较反应速率 例2．（2000年北京春季高考化学题）100mL浓度为2 mol·L-1的盐酸跟过量的锌片反应，为加快反应速率，又不影响生成氢气的总量，可采用的方法是 （ ）‎ A．加入适量的6mol·L-1的盐酸 ‎ B．加入数滴氯化铜溶液 ‎ C．加入适量蒸馏水 D．加入适量的氯化钠溶液 解析：向溶液中再加入盐酸，H+的物质的量增加，生成H2的总量也增加，A错。加入氯化铜后，锌置换出的少量铜附在锌片上，形成了原电池反应，反应速率加快，又锌是过量的，生成H2的总量决定于盐酸的量，故B正确。向原溶液中加入水或氯化钠溶液都引起溶液中H+浓度的下降，反应速率变慢，故C、D都不正确。本题答案为B项。 ‎ ‎3．书写电极反应式、总反应式 例3．（2000年全国高考理综题）熔融盐燃料电池具有高的发电效率，因而受到重视，可用Li2CO3和Na2CO3的熔融盐 混合物作电解质，CO为阳极燃气，空气与CO2的混合气体为阴极助燃气，制得在650℃下工作的燃料电池，完成有关的电池反应式：‎ 阳极反应式：2CO+2CO32--4e-== 4CO2‎ 阴极反应式：_________________，‎ 电池总反应式：_______________。‎ 解析：作为燃料电池，总的效果就是把燃料进行燃烧。本题中CO为还原剂，空气中O2为氧化剂，电池总反应式为：2CO+O2==2CO2。用总反应式减去电池负极（即题目指的阳极）反应式，就可得到电池正极（即题目指的阴极）反应式：O2+2CO2+4e-== 2CO32- 。‎ ‎4．分析电极反应 例4．（1999年全国高考化学题）氢镍电池是近年开发出来的可充电电池，它可以取代会产生污染的铜镍电池。氢镍电池的总反应式是：‎ ‎(1/2)H2+NiO(OH) Ni(OH)2‎ 根据此反应式判断下列叙述中正确的是（ ）‎ A．电池放电时，电池负极周围溶液的pH不断增大 　‎ B．电池放电时，镍元素被氧化 C．电池充电时，氢元素被还原　　　　　　　　　 ‎ D．电池放电时，H2是负极 解析：电池的充、放电互为相反的过程，放电时是原电池反应，充电时是电解池反应。根据氢镍电池放电时的总反应式可知，电解质溶液只能是强碱性溶液，不能是强酸性溶液，因为在强酸性溶液中NiO(OH)和Ni(OH)2都会溶解。这样可写出负极反应式：H2+2OH--2e- == 2H2O，H2为负极，附近的pH应下降。放电时镍元素由+3价变为+2价，被还原，充电时氢元素由+1价变为0价，被还原。故答案为C、D项。 ‎ 例5．（2000年全国高考理综题）钢铁 发生电化学腐蚀时,负极发生的反应（ ）‎ A．2H++2e-==H2 B．2H2O+O2+4e-== 4OH- ‎ C．Fe-2e-==Fe2+ D．4OH-+4e-==2H2O+O2‎ 解析：钢铁在潮湿的空气中发生电化学腐蚀时，负极为铁，正极为碳，电解质溶液为溶有O2或CO2等气体的水膜。当水膜呈弱酸性或中性时发生吸氧腐蚀，负极反应为：Fe-2e-==Fe2+，正极反应为：2H2O+O2+4e-== 4OH-；当水膜呈酸性时发生析氢腐蚀，负极反应为：Fe-2e-==Fe2+，正极反应为：2H++2e-==H2。钢铁的电化学腐蚀以吸氧腐蚀为主。故答案为C项。‎ ‎5．判断原电池的电极 例6．（2001年广东高考化学题）镍镉（Ni-Cd）可充电电池在现代生活中有广泛应用，它的充放电反应按下式进行：‎ 由此可知，该电池放电时的负极材料是（ ）‎ A．Cd(OH)2 B．Ni(OH)2 ‎ C．Cd D．NiO(OH)‎ 解析：此电池放电时为原电池反应，所列反应由右向左进行，Cd元素由0价变为+2价，失去电子，被氧化，故Cd是电池的负极反应材料。本题答案为C项。 ‎ 例7．（2001年上海高考化学题）铜片和锌片用导线连接后插入稀硫酸中，锌片是（ ）‎ A．阴极 B．正极 C．阳极 D．负极 解析：铜片和锌片用导线连接后插入稀硫酸中形成了原电池，由于金属活动性Zn＞Cu，故Zn为负极。答案为D项。‎ ‎6．原电池原理的综合应用 例8．（2004年天津高考理综题）下图为氢氧燃料电池原理示意图，按照此图的提示，下列叙述不正确的是 ( )‎ A．a电极是负极 B．b电极的电极反应为：4OH--4e-== 2H2O+O2↑‎ C．氢氧燃料电池是一种具有应用前景的绿色电源 D．氢氧燃料电池是一种不需要将还原剂和氧化剂全部储藏在电池内的新型发电装置 解析：‎ 分析氢氧燃料电池原理示意图，可知a极为负极，其电极反应为：2H2-4e-==4H+，b极为正极，其电极反应为：O2+2H2O+4e-==4OH-，电池总反应式为：2H2+O2==2H2O。H2为还原剂，O2为氧化剂，H2、O2不需全部储藏在电池内。故答案为B项。‎ 例9．（2004年江苏高考化学题）碱性电池具有容量大、放电电流大的特点，因而得到广泛应用。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)+2MnO2(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 ‎ B．电池正极的电极反应式为：2MnO2(s)+H2O(1)+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O.2mol电子，锌的质量理论上减小6.5g 解析： 该电池的电解液为KOH溶液，结合总反应式可写出负极反应式：Zn(s)+2OH-(aq)-2e- == Zn(OH)2(s)，用总反应式减去负极反应式，可得到正极反应式：2MnO2(s)+H2O(1)+2e- == Mn2O3(s)+2OH-(aq)。Zn为负极，失去电子，电子由负极通过外电路流向正极。1molZn失去2mol电子，外电路中每通过O.2mol电子，Zn的质量理论上减小6.5g。故答案为C项。‎ ‎1. 在原电池和电解池的电极上所发生的反应，同属氧化反应或同属还原反应的是 （ ）‎ A．原电池正极和电解池阳极所发生的反应 B．原电池正极和电解池阴极所发生的 C．原电池负极和电解池阳极所发生的反应 D．原电池负极和电解池阴极所发生的反应 ‎2、关于原电池和电解池的叙述正确的是 （ ）‎ A．原电池失去电子的电极称为阴极 ‎ B．电解池的阳极、原电池的负极都发生氧化反应 C．原电池的两极，一定要由活动性不同的两种金属组成 D．电解时电解池的阳极一定是阴离子放电 ‎3．用石墨作电极，电解1 mol·L－1下列物质的溶液，溶液的pH保持不变的是 ( )‎ A．HCl B．NaOH C．Na2SO4 D．NaCl ‎4．在铁制品上镀上一定厚度的锌层，以下设计方案正确的是 ( )‎ A．锌作阳极，镀件作阴极，溶液中含有锌离子 B．铂作阴极，镀件作阳极，溶液中含有锌离子 C．铁作阳极，镀件作阴极，溶液中含有亚铁离子 D．锌用阴极，镀件作阳极，溶液中含有锌离子 ‎5、氢镍电池是近年开发出来的可充电电池，它可以取代会产生镉污染的镉镍电池。氢镍电池的总反应式是。 根据此反应式判断，下列叙述中正确的是：( ) ‎ A．电池放电时，电池负极周围溶液的pH值不断增大 B．电池放电时，镍元素被氧化 C．电池充电时，氢元素被还原 D．电池放电时，H2是负极 ‎6．银锌电池广泛用作各种电子仪器的电源，它的充电和放电过程可以表示为2Ag+Zn(OH)2 ‎ Ag2O+Zn+H2O，在此电池放电时，负极上发生反应的物质是 ( )‎ A．Ag B．Zn(OH)2 C．Ag2O Ｄ．Zn ‎7．用惰性电极电解M(NO3)ｘ的水溶液，当阴极上增重ag时，在阳极上同时产生b L氧气(标准状况)，从而可知M的相对原子质量是 ( )‎ A. B. C. D. ‎ ‎8．100 mL浓度为2 mol·L－1的盐酸跟过量的锌片反应，为加快反应速率，又不影响生成氢气的总量，可采用的方法是 ( )‎ A.加入适量的6 mol·L－1的盐酸 B.加入数滴氯化铜溶液 C.加入适量蒸馏水 D.加入适量的氯化钠溶液 ‎9．下列关于实验现象的描述不正确的是 ( )‎ A.把铜片和铁片紧靠在一起浸入稀硫酸中，铜片表面出现气泡 B.用锌片做阳极，铁片做阴极，电解氯化锌溶液，铁片表面出现一层锌 C.把铜片插入三氯化铁溶液中，在铜片表面出现一层铁 D.把锌粒放入盛有盐酸的试管中，加入几滴氯化铜溶液，气泡放出速率加快 ‎10．用两支惰性电极插入500 mL AgNO3溶液中，通电电解。当电解液的pH从6.0变为3.0时(设电解时阴极没有氢气析出，且电解液在电解前后体积变化可以忽略)，电极上析出银的质量大约是 ( )‎ A.27 mg B.54 mg C.108 mg D.216 mg ‎11. 氢镍电池是近年来开发出来的可充电电池，它可以取代会产生镉污染的镉镍电池。氢镍电池的总反应式是：　　 ‎ 根据此反应式判断，下列叙述中正确的是 （   ） ‎ ‎　　（A）电池放电时，电池负极周围溶液的pH不断增大 ‎ ‎　　（B）电池放电时，镍元素被氧化 　　（C）电池充电时，氢元素被还原 ‎ ‎　　 ‎ ‎12.右图中x、y分别是直流电源的两极，通电后发现a极板质量增加，b极板处有无色无臭气体放出，合这一情况的是 ( )‎ a极板 b极板 x电极 Z溶液 A 锌 石墨 负极 CuSO4‎ B 石墨 石墨 负极 NaOH C 银 铁 正极 AgNO3‎ D 铜 石墨 负极 CuCl2‎ ‎13.电解原理在化学工业中有广泛应用。右图表示一个电解池，装有电解液a；X、Y是两块电极板，通过导线与直流电源相连。请回答以下问题：‎ ‎（1）若X、Y都是惰性电极，a是饱和NaCl溶液，实验开始时，同时在两边各滴入几滴酚酞试液，则 ‎①电解池中X极上的电极反应式为 。在X极附近观察到的实验现象是 。‎ ‎②Y电极上的电极反应式为 ‎ ‎。检验该电极反应产物的方法是 。‎ ‎（2）如要用电解方法精炼粗铜，电解液a选用CuSO4溶液，则 ‎①X电极的材料是 ，电极反应式为 。‎ ‎②Y电极的材料是 ，电极反应式为 。‎ ‎（说明：杂质发生的电极反应不必写出）‎ 参考答案：‎ ‎1、BC、2、B、3、C、4、A、5、CD、6、D、7、C、8、B、‎ ‎9、C、10、B、11、CD、12、A ‎13、（1）①2H++2e-=H2↑ 放出气体，溶液变红 ‎ ②2Cl—2e-=Cl2↑ 把湿润的碘化钾淀粉试纸放在Y电极附近，试纸变蓝色。‎ ‎（2）①纯铜 Cu2++2e-=Cu ②粗铜 Cu—2e-=Cu2+ ‎