电化学复习讲义及答案Word格式.docx
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4.两类常考的新型电池
(一)可充电电池
可充电电池的放电过程遵循原电池的工作原理,充电过程遵循电解池的工作原理。
(1)充电时电极的连接:
充电的目的是使电池恢复其供电能力,因此负极应与电源的负极相连以获得电子,可简记为正正负负。
即:
负接负后作阴极,正接正后做阳极。
(2)工作时的反应式:
同一电极上的电极反应式,电池的总反应方程式在充电与放电时,形式上恰好是相反的。
①充电时阴极的电极反应式是该电池放电时的负极反应式的“逆反应”。
②充电时阳极的电极反应式是该电池放电时的正极反应式的“逆反应”。
(3)同一电极周围,充电与放电时pH的变化趋势也恰好相反。
OH-生成区或H+消耗区,pH增大;
OH-消耗区或H+生成区,pH减小。
(二)燃料电池
(1)燃料电池中,通入O2的一极为正极,书写方法是:
①首先书写正极反应式:
酸性介质:
4H++O2+4e-===2H2O;
碱性介质:
2H2O+O2+4e-===4OH-。
②然后用总反应式减去正极反应式得到负极反应式,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)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
,1molCH3OH失去6mole-,O2在正极上得到电子生成OH-,电极反应式为
CH3OH-6e-+8OH-===CO
+6H2O
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
CH3OH-6e-+3CO
===4CO2↑+2H2O
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
CH3OH-6e-+3O2-===CO2↑+2H2O
O2+6e-===3O2-
【可逆反应与原电池中可变电极】
例题1.控制适合的条件,将反应2Fe3++2I-⇌2Fe2++I2设计成如图所示的原电池。
下列判断不正确的是( D )
A.反应开始时,乙中发生氧化反应
B.反应开始时,甲中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:
因乙中I-失去电子放电,元素的化合价升高,则发生氧化反应,故A正确;
由总反应方程式知,Fe3+被还原成Fe2+,则发生还原反应,故B正确;
当电流计读数为零时,说明没有电子发生转移,则反应达到平衡,故C正确;
当加入Fe2+,导致平衡逆向移动,则Fe2+失去电子生成Fe3+,作负极,而乙中石墨作正极,故D错误。
2.已知反应AsO
+2I-+2H+⇌AsO
+I2+H2O是可逆反应。
设计如图所示装置(C1、C2均为石墨电极),分别进行下述操作:
Ⅰ.向B烧杯中逐滴加入浓盐酸;
Ⅱ.向B烧杯中逐滴加入40%NaOH溶液。
结果发现电流表指针均发生偏转。
据此,下列判断正确的是( C )
A.操作Ⅰ过程中,C1为正极
B.操作Ⅱ过程中,盐桥中的K+移向B烧杯溶液
C.Ⅰ操作过程中,C2棒上发生的反应为AsO
+2H++2e-===AsO
+H2O
D.Ⅱ操作过程中,C1棒上发生的反应为2I--2e-===I2
操作Ⅰ过程中,在烧杯B中发生反应AsO
+2e-+2H+===AsO
+H2O,C2为正极,C1为负极,A错误;
操作Ⅱ过程中,由于加入NaOH溶液,反应消耗H+,平衡逆向移动,AsO
失去电子变为AsO
,所以C2为负极,C1为正极,在原电池中,阳离子移向正极,即移向A烧杯溶液,B错误;
Ⅰ操作过程中,C2棒上发生还原反应,电极反应为AsO
+H2O,C正确;
Ⅱ操作过程中,C1棒上发生的反应为I2+2e-===2I-,D错误。
3.(2017·
湖南郴州一模)乙醇燃料电池中采用磺酸类质子溶剂,在200℃左右时供电,电池总反应为C2H5OH+3O2===2CO2+3H2O,电池示意图如下所示。
下列说法中正确的是( D )
A.电池工作时,质子向电池的负极迁移
B.电池工作时,电子由b极沿导线流向a极
C.a极上发生的电极反应是:
C2H5OH+3H2O+12e-===2CO2+12H+
D.b极上发生的电极反应是:
4H++O2+4e-===2H2O
原电池中,阳离子向正极移动,所以质子向电池的正极迁移,故A错误;
电池工作时,电子由负极经外电路流向正极,在该电池中由a极沿导线流向b极,故B错误;
a极上是乙醇失电子发生氧化反应,乙醇被氧化生成CO2和H+,电极反应式为C2H5OH+3H2O-12e-===2CO2+12H+,故C错误;
b极氧气得到电子被还原,电极反应式为4H++O2+4e-===2H2O,故D正确。
二、电解池
1.惰性电极电解过程的分析方法
(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:
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。
最常用、最重要的阳离子放电顺序是:
Ag+>
Cu2+>
H+。
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。
阳极:
活泼电极>
S2->
I->
Br->
Cl->
OH->
含氧酸根离子。
(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。
[特别提醒1] 在电镀和电解精炼金属时,阳极材料和电解质溶液都有特殊要求,阴极上的阳离子可以不遵循放电顺序。
[特别提醒2] 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+完全放电之后继续电解,则应加入Cu(OH)2或Cu2(OH)2CO3复原。
题组1:
电解原理的分析与判断
1.(2017·
山西重点中学联考)如图所示,甲池的总反应为:
N2H4+O2===N2+2H2O。
下列关于该电池工作时说法正确的是( C )
A.甲池中负极反应为:
N2H4-4e-===N2+4H+
B.甲池溶液pH不变,乙池溶液pH减小
C.反应一段时间后,向乙池中加一定量CuO固体,能使CuSO4溶液恢复到原浓度
D.甲池中消耗2.24LO2,此时乙池中理论上最多产生12.8g固体
2.(2017·
贵阳一中适应性考试)工业上用惰性电极电解NaHSO3溶液可制得硫酸,装置如图所示,下列说法正确的是( D )
A.A溶液为Na2SO4溶液
B.阴极区消耗1molNaHSO3时,同时生成1molA
C.当阴极上生成标准状况下1.12LH2时,阳极区溶液pH降低1
D.阳极电极反应式为HSO
+H2O-2e-===SO
+3H+
由题图分析知,阴极HSO
得到电子生成H2,电极反应式为2HSO
+2e-===2SO
+H2↑,A溶液为Na2SO3溶液,A错误;
阴极区除了电极上消耗NaHSO3,还有HSO
离子通过阴离子交换膜进入阳极区,发生氧化反应,所以当生成1molA时,消耗的NaHSO3大于1mol,B错误;
阳极区溶液体积未知,当阴极上生成标准状况下1.12LH2时,无法计算阳极区c(H+)的变化,C错误;
阳极区H2SO4溶液浓度增大,由HSO
离子通过阴离子交换膜进入阳极区失去电子得到SO
和H+,所以电极反应式为HSO
+3H+,D正确。
题组2:
电解原理的创新应用
(2017·
湖北武汉4月调研)厨房垃圾发酵液可通过电渗析法处理,同时得到乳酸的原理如图所示(图中HA表示乳酸分子,A-表示乳酸根离子)。
下列说法正确的是( C )
A.通电后,阳极附近pH增大
B.电子从负极经电解质溶液回到正极
C.通电后,A-通过阴离子交换膜从阴极进入浓缩室
D.当电路中通过2mol电子的电量时,会有1mol的O2生成
由图示判断左侧为阳极,右侧为阴极,阳极电极反应式为4OH--4e-===O2↑+2H2O,氢离子浓度增大,pH减小,A错误;
电子从电源的负极到电解池的阴极,由阳极回到电源的正极,电子不能进入电解质溶液,电解质溶液中靠离子传递电荷,B错误;
氢离子由阳极室进入浓缩室,A-由阴极室进入浓缩室,得到乳酸,C正确;
由电极反应式4OH--4e-===O2↑+2H2O可知,当电路中通过2mol电子的电量时,会有0.5mol的O2生成,D错误。
三、金属的腐蚀与防护
1.金属腐蚀快慢的判断方法
(1)根据构成原电池的材料判断。
两极材料的活泼性相差越大,氧化还原反应的速率越快,金属被腐蚀的速率就越快。
(2)根据金属所接触的电解质强弱判断。
活泼金属在电解质溶液中的腐蚀快于在非电解质溶液中的腐蚀,在强电解质溶液中的腐蚀快于在弱电解质溶液中的腐蚀。
(3)一般来说金属的腐蚀快慢顺序为电解池的阳极>
原电池的负极>
化学腐蚀>
原电池的正极>
电解池的阴极。
(4)对同一种电解质溶液来说,电解质溶液的浓度越大,腐蚀越快。
2.金属的防护方法
(1)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
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。
(2)防腐效果的比较
外接电源的阴极保护法>
牺牲阳极的阴极保护法>
一般保护层防护法>
未加措施防护。
1.用压强传感器探究生铁在pH=2和pH=4醋酸溶液中发生腐蚀的装置及得到的图象如下图,分析图象,以下结论错误的是( C )
A.溶液pH≤2时,生铁发生析氢腐蚀
B.在酸性溶液中生铁可能发生吸氧腐蚀
C.析氢腐蚀和吸氧腐蚀的速率一样快
D.两溶液中负极反应均为Fe-2e-===Fe2+
根据pH=2的醋酸溶液中压强与时间的关系知,压强随着反应的进行而逐渐增大,说明该装置发生析氢腐蚀,则溶液pH≤2时,生铁发生析氢腐蚀,A正确;
pH=4的醋酸溶液中压强随着反应的进行而逐渐减小,说明发生吸氧腐蚀,pH=4的醋酸溶液呈酸性,所以在酸性溶液中生铁可能发生吸氧腐蚀,B正确;
根据压强与时间关系图知,pH=2的溶液和pH=4的溶液中,变化相同的压强时所用时间不同,前者比后者所用时间长,说明吸氧腐蚀速率大于析氢腐蚀速率,C错误;
两个溶液中都发生电化学腐蚀,铁均作负极,电极反应式为Fe-2e-===Fe2+,D正确。
2.用如图装置研究电化学原理,下列分析中错误的是( D )
在中性条件下,铁作负极失电子,石墨作正极,正极上氧气得电子生成氢氧根离子,则Fe发生吸氧腐蚀,A正确;
Zn、Fe形成原电池,Zn作负极被腐蚀,Fe作正极被保护,属于牺牲阳极的阴极保护法,B正确;
Fe作阴极,阴极上氢离子得电子,石墨作阳极,阳极上氯离子失电子,电解氯化钠溶液生成氢气、氯气和氢氧化钠,C正确;
Fe与正极相连,Fe作阳极,Fe失电子,被腐蚀,Fe不能被保护,D错误。
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