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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)2B.Ni(OH)2
C.CdD.NiO(OH)
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
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
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
4.实战演练
一、选择题
1.(2003年春季高考理综题)家用炒菜铁锅用水清洗放置后,出现红棕色的锈斑,在此变化过程中不发生的化学反应是
A.4Fe(OH)2+2H2O+O2===4Fe(OH)3↓
B.2Fe+2H2O+O2===2Fe(OH)2↓
C.2H2O+O2+4e-===4OH-
D.Fe-3e-===Fe3+
2.(2000年上海高考题)随着人们生活质量的不断提高,废电池必须进行集中处理的问题被提到议事日程,其首要原因是
A.利用电池外壳的金属材料
B.防止电池中汞、镉和铅等重金属离子污染土壤和水源
C.不使电池中渗出的电解液腐蚀其他物品
D.回收其中的石墨电极
3.铁棒与石墨棒用导线连接后浸入0.01mol·
L-1的食盐溶液中,可能出现的现象是
A.铁棒附近产生OH-B.铁棒被腐蚀
C.石墨棒上放出Cl2D.石墨棒上放出O2
4.某原电池总反应的离子方程式为2Fe3++Fe===3Fe2+,不能实现该反应的原电池组成是
A.正极为铜,负极为铁,电解质溶液为FeCl3溶液
B.正极为碳,负极为铁,电解质溶液为Fe(NO3)3溶液
C.正极为铁,负极为锌,电解质溶液为Fe2(SO4)3溶液
D.正极为银,负极为铁,电解质溶液为CuSO4溶液
5.生物体中细胞膜内的葡萄糖,细胞膜外的富氧液体及细胞膜构成微型的生物原电池,下列有关判断正确的是
A.负极发生的电极反应可能是:
O2-4e-+2H2O===4OH-
B.正极发生的电极反应可能是:
O2-4e-===2O2-
C.负极反应主要是C6H12O6生成CO2或HCO
D.正极反应主要是C6H12O6生成CO2或CO
6.以下现象与电化腐蚀无关的是
A.黄铜(铜锌合金)制作的铜锣不易产生铜绿
B.生铁比软铁芯(几乎是纯铁)容易生锈
C.铁质器件附有铜质配件,在接触处易生铁锈
D.银制奖牌久置后表面变暗
7.锂电池是新一代的高能电池,它以质轻、能高而受到普遍重视,目前已经研制成功了多种锂电池。
某种锂电池的总反应可表示为:
Li+MnO2===LiMnO2。
若该电池提供5库仑(C)电量(其他损耗忽略不计),则消耗的正极材料的质量约为(式量Li:
7;
MnO2:
87,电子电量取1.60×
10-19C)
A.3.2×
103gB.7×
10-4g
C.4.52×
10-3gD.4.52×
10-2g
8.据报道,美国正在研究的新电池可能取代目前广泛使用的铅蓄电池,它具有容量大等优点,其电池反应为2Zn+O2===2ZnO,原料为锌粒、电解液和空气,则下列叙述正确的是
A.锌为正极,空气进入负极反应
B.负极反应为Zn-2e-===Zn2+
C.正极发生氧化反应
D.电解液肯定不是强酸
9.将两个铂电极插入KOH溶液中,向两极分别通入CH4和O2,即构成CH4燃料电池。
已知通入CH4的一极,其电极反应式是:
CH4+10OH--8e-===CO
+7H2O;
通入O2的另一极,其电极反应是:
O2+2H2O+4e-===4OH-,下列叙述不正确的是
A.通入CH4的电极为负极
B.正极发生氧化反应
C.燃料电池工作时溶液中的阴离子向负极移动
D.该电池使用一段时间后应补充KOH
二、非选择题(共55分)
10.(10分)如右图所示的装置,在盛有水的烧杯中,铁圈和银圈的连接处吊着一根绝缘的细丝,使之平衡。
小心地从烧杯中央滴入CuSO4溶液。
(1)片刻后可观察到的现象是(指悬吊的金属圈)。
A.铁圈和银圈左右摇摆不定
B.保持平衡状态不变
C.铁圈向下倾斜
D.银圈向下倾斜
(2)产生上述现象的原因是。
11.(10分)(2000年全国高考理综卷)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的熔融盐混合物做电解质,CO为阳极燃气,空气与CO2的混合气为阴极燃气,制得在650℃下工作的燃料电池,完成有关的电池反应式:
2CO+2CO
4CO2+4e-
总电池反应式:
12.(10分)
(1)今有反应2H2+O2
2H2O构成了燃料电池,则负极通的应是,正极通的应是。
电极反应式为:
负极,正极:
。
(2)如把KOH改为稀H2SO4做电解质,则电极反应式为:
负极,正极。
两电极附近溶液的pH各有何变化?
(3)如把H2改为CH4、KOH做导电物质,则电极反应式为:
13.(12分)下表数据是在某高温下,金属镁和镍分别在氧气中进行氧化反应时,在金属表面生成氧化薄膜的实验记录:
反应时间t/h
1
4
9
16
25
MgO层厚y/nm
0.05a
0.20a
0.45a
0.80a
1.25a
NiO层厚y′/nm
B
2b
3b
4b
5b
注:
a和b均为与温度有关的常数。
请填空回答:
(1)金属高温氧化腐蚀速率可以用金属氧化膜的生长速率来表示,其理由是。
(2)金属氧化膜的膜厚y跟时间t所呈现的关系是(填“直线”“抛物线”“对数”或“双曲线”):
MgO氧化膜厚y属型,NiO氧化膜厚y′属型。
(3)Mg与Ni比较,哪一种金属更具有耐腐蚀性,其理由是。
14.(8分)电池在人们的日常生活、工农业生产、教学科研等各个方面具有广泛的应用。
电池按不同的划分标准可以划分为不同的种类,应用最广泛的是电化学电池。
(1)电化学电池能够把能转化为能。
电化学电池的工作原理是的迁移扩散和电化学反应。
下列属于电化学电池的有。
①蓄电池②锌锰电池③充电电池④一次性电池
(2)电化学电池的组成可以表示为:
(-)负极材料‖A‖正极材料(+)。
A表示,离子在A中的电阻比电子在金属中的电阻。
对于不漏电的电池电子在A中的电阻为。
(3)1991年Sony公司首次推出商品化的锂离子电池,此后锂离子电池的厂家如雨后春笋般在全世界出现,锂离子电池的品种和数量也在逐年增加。
锂离子电池的电压高,单个电池的电压是3.6V,锂离子电池的正极材料是锂的过渡金属氧化物(例如LiCoO2)混以一定量的导电添加物(例如C)构成的混合导体,负极材料是可插入锂的碳材料。
①锂在元素周期表中位于第周期,第主族。
②锂离子电池所用的正负极材料都是不污染环境的无毒无害物质,属于绿色能源。
而镉镍在生产过程中污染环境。
(作为密封电池无毒无害可以放心使用)镉镍电池的有毒物质是,它作为电池的极。
15.(5分)关于“电解氯化铜溶液时的pH变化”问题,化学界有以下两种不同的观点:
pH与时间关系图
观点一是:
“理论派”认为电解氯化铜溶液后溶液的pH升高。
观点二是:
“实验派”经过反复、多次、精确的实验测定,证明电解氯化铜溶液时pH的变化如图曲线的关系。
请回答下列问题:
(1)电解前氯化铜溶液的pH处在A点位置的原因是(用离子方程式说明)。
(2)“理论派”所持观点的理论依据是。
(3)“实验派”的实验结论是。
他们所述“精确实验”是通过确定的。
(4)你持何种观点?
你所持观点的理由是(从化学原理加以简述)。
考点40电解原理及应用
2.难点聚焦
一、理解掌握电解池的构成条件和工作原理
电解池
有外接电源
两个电极;
有外接电源;
有电解质溶液
阴极:
与电源负极相连
阳极:
与电源正极相连
本身不反应,溶液中阳离子得电子发生还原反应。
发生氧化反应,若是惰性中极,则是溶液中阴离子失电子;
若是非惰性电极,则电极本身失电子
电源负极
阴极,阳极
电源正极
电能→化学能
二、掌握电解反应产物及电解时溶液pH值的变化规律及有关电化学的计算
1、要判断电解产物是什么,必须理解溶液中离子放电顺序
阴极放电的总是溶液中的阳离子,与电极材料无关。
放电顺序是
K+、Ca2+、Na+、Mg2+、Al3+、Zn2+、Fe2+(H+)、Cu2+、Hg2+、Ag+、Au3+
放电由难到易
若是惰性电极作阳极,溶液中的阴离子放电,放电顺序是
S2-、I-、Br-、Cl-、OH-、含氧酸根离子(NO3-、SO42-、CO32-)、F-
失电子由易到难
若是非惰性电极作阳极,则是电极本身失电子。
要明确溶液中阴阳离子的放电顺序,有时还需兼顾到溶液的离子浓度。
如果离子浓度相差十分悬殊的情况下,离子浓度大的有可能先放电。
如理论上H+的放电能力大于Fe2+、Zn2+,但在电解浓度大的硫酸亚铁或硫酸锌溶液时,由于溶液[Fe2+]或[Zn2+]>
>
[H+],则先在阴极上放电的是Fe2+或Zn2+,因此,阴极上的主要产物则为Fe和Zn。
但在水溶液中,Al3+、Mg2+、Na+等是不会在阴极上放电的。
2、电解时溶液pH值的变化规律
电解质溶液在电解过程中,有时溶液pH值会发生变化。
判断电解质溶液的pH值变化,有时可以从电解产物上去看。
①若电解时阴极上产生H2,阳极上无O2产生,电解后溶液pH值增大;
②若阴极上无H2,阳极上产生O2,则电解后溶液pH值减小;
③若阴极上有H2,阳极上有O2,且
,则有三种情况:
a如果原溶液为中性溶液,则电解后pH值不变;
b如果原溶液是酸溶液,则pH值变小;
c如果原溶液为碱溶液,则pH值变大;
④若阴极上无H2,阳极上无O2产生,电解后溶液的pH可能也会发生变化。
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。
3、进行有关电化学计算,如计算电极析出产物的质量或质量比,溶液pH值或推断金属原子量等时,一定要紧紧抓住阴阳极或正负极等电极反应中得失电子数相等这一规律。
三、理解金属腐蚀的本质及不同情况,了解用电化学原理在实际生活生产中的应
电解原理的应用
(1)制取物质:
例如用电解饱和食盐水溶液可制取氢气、氯气和烧碱。
(2)电镀:
应用电解原理,在某些金属或非金属表面镀上一薄层其它金属或合金的过程。
电镀时,镀件作阴极,镀层金属作阳极,选择含有镀层金属阳离子的盐溶液为电解质溶液。
电镀过程中该金属阳离子浓度不变。
(3)精炼铜:
以精铜作阴极,粗铜作阳极,以硫酸铜为电解质溶液,阳极粗铜溶解,阴极析出铜,溶液中Cu2+浓度减小
(4)电冶活泼金属:
电解熔融状态的Al2O3、MgCl2、NaCl可得到金属单质。
3.例题精讲
例1某学生试图用电解法根据电极上析出物质的质量来验证阿伏加德罗常数值,其实验方案的要点为:
①用直流电电解氯化铜溶液,所用仪器如图24—1。
②强度为IA,通电时间为ts后,精确测得某电极上析出的铜的质量为mg。
图24—1
试回答:
(1)这些仪器的正确连接顺序为(用图中标注仪器接线柱的英文字母表示,下同)
E接____________,C接____________,____________接F。
实验线路中的电流方向为________→_______→________→C→________→________
(2)写出B电极上发生反应的离子方程式____________,G试管中淀粉KI溶液变化的现象为____________,相应的离子方程式是____________。
(3)为精确测定电极上析出铜的质量,所必需的实验步骤的先后顺序是____________。
①称量电解前电极质量②刮下电解后电极上的铜并清洗③用蒸馏水清洗电解后电极④低温烘干电极后称量⑤低温烘干刮下的铜后称量⑥再次低温烘干后称量至恒重
(4)已知电子的电量为1.6×
10-19C。
试列出阿伏加德罗常数的计算表达式:
NA=____________。
例2.用Pt电极电解AgF(aq),电流强度为aA,通电时间为tmin,阴极增重mg,阳极上生成标准状况下的纯净气体VL,以qC表示一个电子的电量,Mr表示Ag的相对原子质量,则阿伏加德罗常数NA可表示为()
A.
mol-1B.
mol-1
C.
D.以上答案都不对
例3.用图24—2所示的装置进行电解。
通电一会儿,发现湿润的淀粉KI试纸的C端变为蓝色。
则:
图24—2
(1)A中发生反应的化学方程式为__________________。
(2)在B中观察到的现象是________、________、________。
(3)室温下,若从电解开始到时间ts,A、B装置中共收集到标准状况下的气体0.168L,若电解过程中无其他副反应发生,经测定电解后A中溶液体积恰为1000mL,则A溶液的pH为______。
一、选择题(每小题5分,共45分)
1.银锌电池广泛用做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)2Ag2O+Zn+H2O,在此电池放电时,负极上发生反应的物质是
A.AgB.Zn(OH)2
C.Ag2OD.Zn
2.(2002年上海高考题)某学生想制作一种家用环保型消毒液发生器,用石墨作电极电解饱和氯化钠溶液,通电时,为使Cl2被完全吸收制得有较强杀菌能力的消毒液,设计了如图的装置,则对电源电极名称和消毒液的主要成分判断正确的是
A.a为正极,b为负极;
NaClO和NaCl
B.a为负极,b为正极;
C.a为阳极,b为阴极;
HClO和NaCl
D.a为阴极,b为阳极;
3.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
4.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:
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
5.如下图所示两个装置中,溶液体积均为200mL,开始时电解质溶液的浓度均为0.1mol·
L-1,工作一段时间后,测得导线上通过0.02mol电子,若不考虑盐水解和溶液体积的变化,则下列叙述正确的是
A.产生气体的体积:
①>②
B.电极上析出固体的质量:
C.溶液的pH变化:
①增大,②减小
D.电极反应式:
①阳极:
4OH--4e-===2H2O+O2↑
②阴极:
2H++2e-===H2↑
6.甲、乙两个电解池均以Pt为电极,且互相串联,甲池盛有AgNO3溶液,乙池中盛有一定量的某盐溶液,通电一段时间后,测得甲池中电极质量增加2.16g,乙池中电极上析出0.64g金属,则乙池中溶质可能是
A.CuSO4B.MgSO4
C.Al(NO3)3D.Na2SO4
7.用石墨电极电解100mLH2SO4与CuSO4的混合溶液,通电一段时间后,两极均收集到2.24L气体(标准状况),则原混合溶液中Cu2+的物质的量浓度为
A.1mol·
L-1B.2mol·
L-1
C.3mol·
L-1D.4mol·
L-1
8.用惰性电极电解V L MSO4的水溶液,当阴极上有mg金属析出(阴极上无气体产生)时,阳极上产生xL气体(标准状况),同时溶液的pH由原来的6.5变为2.0(设电解前后溶液体积不变)。
则M的相对原子质量的表示式为
A.
B.
D.
9.用Pt电极电解CuCl2溶液,当电流强度为aA,通电时间为tmin时,阴极质量增加mg,阳极上生成标准状况下纯净气体V L,电极上产生的气体在水中的溶解忽略不计,且以q表示1个电子的电量,M表示铜的相对原子质量,则阿伏加德罗常数可表示为
D.不能确定
10.(12分)由于Fe(OH)2极易被氧化,所以实验室很难用亚铁盐溶液与烧碱反应制得白色纯净的Fe(OH)2沉淀,应用下图电解实验可以制得白色纯净的Fe(OH)2沉淀。
两电极材料分别为石墨和铁。
(1)a电极材料应为,电极反应式为。
(2)电解液c可以是。
(填编号)
A.纯水B.NaCl溶液
C.NaOH溶液D.CuCl2溶液
(3)d为苯,其作用是,在加入苯之前对c应作何简单处理。
(4)为了在较短时间内看到白色沉淀,可采取的措施是(填编号)。
A.改用稀硫酸做电解液
B.适当增大电源的电压
C.适当减小两电极间距离
D.适当降低电解液的温度
(5)若c中用Na2SO4溶液,当电解一段时间看到白色Fe(OH)2沉淀后,再反接电源电解,除了电极上看到气泡外,混合物中另一明显现象为。
11.(8分)蓄电池使用日久后,正负极标志模糊,现根据下列两种条件,如何判断正负极:
(1)氯化铜溶液,两根带铜导线的碳棒。
(2)硫酸铜溶液,两根铜导线。
12.(12分)氯碱厂电解饱和食盐水制取NaOH的工艺流程如下图:
完成下列填空:
(1)在电解过程中,与电源正极相连的电极上的电极反应式为。
与电源负极相连的电极附近溶液pH(填“不变”“升高”或“下降”)。
(2)工业食盐含Ca2+、Mg2+等杂质。
精制过程发生反应的离子方程式为、。
(3)如果粗盐中SO
含量较高,必须添加钡试剂除去SO
,该钡试剂可以是(选填“A”“B”“C”,多选扣分)。
A.Ba(OH)2B.Ba(NO3)2C.BaCl2
(4)为有效除去Ca2+、Mg2+、SO
,加入试剂的合理顺序为(选填“A”“B”“C”,多选扣分)
A.先加NaOH,后加Na2CO3,再加钡试剂
B.先加NaOH,后加钡试剂,再加Na2CO3
C.先加钡试剂,后加NaOH,再加Na2CO3
(5)脱盐工序中利用NaOH和NaCl在溶解度上的差异,通过、冷却、(填写操作名称)除去NaCl。
(6)在隔膜法电解食盐水时,电解槽分隔为阳极区和阴极区,防止Cl2与NaOH反应;
采用无隔膜电解冷的食盐水时,Cl2与NaOH充分接触,产物仅是NaClO和H2,无隔膜电解食盐水的总的化学方程式为。
13.(12分)碘缺乏症遍及全球,多发生于山区,南美的安第斯山区、欧洲的阿尔卑斯山区和亚洲的喜马拉雅山区是高发病地区。
我国云南、河南等十余省的山区发病率也较高,据估计我国患者大约有1000万人左右。
为控制该病的发生,较为有效的方法是食用含碘食盐。
我国政府以国家标准的方式规定在食盐中添加碘酸钾(KIO3)。
据此回答下列问题:
(1)碘是合成下列哪种激素的主要原料之一
A.胰岛素B.甲状腺激素
C.生长激素D.雄性激素
(2)长期生活在缺碘山区,又得不到碘盐供应,易患
A.甲状腺亢进B.佝偻病
C.地方性甲状腺肿D.糖尿病
(3)可用盐酸酸化的碘化钾和淀粉检验食盐中的碘酸钾。
反应的化学方程式为,氧化产物与还原产物的物质的量之比为,能观察到的明显现象是。
(4)已知KIO3可用电解方法制得,原理是:
以石墨为阳极,以不锈钢为阴极,在一定电流强度和温度下电解KI溶液。
总反应化学方程式为:
KI+3H2O
KIO3+3H2↑,则两极反应式分别为:
阳极,阴极。
(5)在某温度下,若以12A
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