第1章 微型专题2电解与电池Word格式.docx
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考点 原电池的工作原理
题点 电极反应式的书写及正误判断
易错警示
在书写原电池电极反应式或判断其正误时,一要看清正负极,二要注意电解质溶液的性质对电极产物的影响。
3.原电池原理多角度的考查
例3
热激活电池可用作火箭、导弹的工作电源。
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。
该电池总反应为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+向负极移动
C.每转移0.1mol电子,理论上生成20.7gPb
D.常温下,在正负极间接上检流计,指针不偏转
解析 正极发生还原反应,故为PbSO4+2e-===Pb+SO
,A项错误;
放电过程为原电池,故阳离子向正极移动,B项错误;
每转移0.1mol电子,生成0.05molPb为10.35g,C项错误;
常温下,电解质不能熔化,不能形成原电池,故指针不偏转,D项正确。
考点 原电池的相关综合
题点 原电池原理的多角度考查
解题指导
(1)判断电极反应类型,负极发生氧化反应,正极发生还原反应;
(2)判断离子迁移方向,电解质溶液中阴离子移向负极,阳离子移向正极;
(3)判断电子流向,电子从负极流出经外电路流向正极;
(4)电极反应式的正误判断,要特别注意电极产物是否与电解质溶液反应。
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1.图解原电池正、负极的判断方法
特别提示 判断一个原电池中的正、负极,最根本的方法是失电子(发生氧化反应)的一极是负极,得电子(发生还原反应)的一极是正极。
如果给出一个化学方程式判断正、负极,可以直接根据化合价的升降来判断,化合价升高、发生氧化反应的一极为负极,化合价降低、发生还原反应的一极为正极。
2.根据装置书写原电池的电极反应式
(1)先分析题目给定的图示装置,确定原电池正、负极上的反应物,并标出相同数目电子的得失。
(2)负极反应式的书写
常见电池
负极反应特点
负极反应式书写方法
锌锰干电池(Zn|NH4Cl|C)
①负极(Zn)本身失去电子生成阳离子(Zn2+)
②生成的阳离子不与电解质溶液成分反应
直接写出负极反应式:
Zn-2e-===Zn2+
铅蓄电池(Pb|H2SO4|PbO2)
①负极(Pb)本身失去电子生成阳离子(Pb2+)
②生成的阳离子(Pb2+)与电解质溶液成分(SO
)反应
将①和②进行叠加:
Pb-2e-+SO
===PbSO4
甲烷燃料电池(Pt|KOH|Pt)
①负极本身不反应,燃料失去电子被氧化
②燃料反应产物与电解质溶液成分有些能反应
CH4-8e-+10OH-===CO
+7H2O
(3)正极反应式的书写
①首先判断在正极发生反应的物质:
当负极材料与电解质溶液能自发的发生化学反应时,在正极上发生电极反应的物质是电解质溶液中的某种微粒;
当负极材料与电解质溶液不能自发的发生化学反应时,在正极上发生反应的物质是溶解在电解质溶液中的O2。
②然后再根据具体情况写出正极反应式,在书写时也要考虑正极反应产物是否与电解质溶液反应的问题,若参与反应也要书写叠加式。
③燃料电池的正极反应式
电解质是碱性或中性溶液:
O2+2H2O+4e-===4OH-,
电解质是酸性溶液:
O2+4H++4e-===2H2O。
(4)正、负电极反应式相加得到电池反应的总反应方程式。
3.根据总反应式书写原电池的电极反应式
如果题目给定的是总反应式,可分析此反应中的氧化反应或还原反应(即分析有关元素的化合价变化情况),再选择一个简单变化情况写电极反应式,另一极的电极反应式可直接写或将各反应式看作数学中的代数式,用总反应式减去已写出的电极反应式即得结果。
以2H2+O2===2H2O为例,当电解质溶液为KOH溶液时的电极反应式的书写步骤如下:
(1)根据总反应方程式分析有关元素化合价的变化情况,确定2molH2失去4mol电子,初步确定负极反应式为2H2-4e-===4H+。
(2)根据电解质溶液为碱性,与H+不能大量共存,反应生成水,推出OH-应写入负极反应式中,故负极反应式为2H2+4OH--4e-===4H2O。
(3)用总反应式2H2+O2===2H2O减去负极反应式得正极反应式:
2H2O+O2+4e-===4OH-。
二、电解原理及其应用
1.电解问题的分析与判断
例4
近年来,加“碘”食盐中添加较多的是碘酸钾(KIO3),碘酸钾在工业上可用电解法制取。
以石墨和不锈钢为电极材料,以KI溶液为电解液,在一定条件下进行电解,反应的化学方程式为KI+3H2O
KIO3+3H2↑。
下列有关说法不正确的是( )
A.转移3mol电子,理论上可制得107gKIO3
B.电解时,石墨做阳极,不锈钢做阴极
C.阳极的电极反应式为I-+3H2O-6e-===IO
+6H+
D.电解过程中,电解液的pH减小
解析 根据电解的总反应方程式可知,转移6mol电子,生成1mol碘酸钾,则转移3mol电子,理论上可得到0.5mol(即107g)KIO3,A项正确;
根据电解的总反应方程式可知,阳极应为惰性电极,所以电解时石墨做阳极,不锈钢做阴极,B项正确;
电解时,阳极发生氧化反应,电极反应式为I-+3H2O-6e-===IO
+6H+,C项正确;
根据电解的总反应方程式可知,电解过程中电解液的pH基本不变,D项错误。
考点 酸、碱、盐溶液的电解规律
题点 电解问题的分析与判断
方法规律
解答电解问题的五步分析法
第一步:
看。
先看清楚电极材料,对于惰性电极如石墨、铂等,不参与阳极的氧化反应;
对于铜、银等活性电极,阳极参与电极反应。
第二步:
离。
写出溶液中所有的电离方程式,包括水的电离方程式。
第三步:
分。
将离子分成阳离子组、阴离子组,阳离子向阴极迁移,阴离子向阳极迁移。
第四步:
写。
按发生还原反应、氧化反应的顺序写出电极反应式。
阳极发生氧化反应,阴极发生还原反应。
第五步:
析。
根据电极反应式分析电极、电解质溶液的变化,并进行有关问题的解答。
2.阳极材料对电解结果的影响
例5
以等质量的铂棒和铜棒做电极,电解硫酸铜溶液,通电一段时间后,其中一极增加质量为ag,此时两极的质量差为( )
①ag ②2ag ③
g ④无法判断
A.①B.①②
C.①②③D.④
解析 题中只是给出“以等质量的铂棒和铜棒做电极”,应有两种可能:
①如果Cu做阴极,Pt做阳极,本实验为电解硫酸铜溶液,Cu棒增重,而Pt棒的质量不变,因此二者的质量差为ag。
②如果Cu做阳极,Cu是活泼电极,Cu棒本身参与反应,即Cu-2e-===Cu2+,因此Cu极减重;
Pt做阴极,此时溶液中的Cu2+被还原而使阴极增重,即Cu2++2e-===Cu,综合两极情况后,可得出阴极增加质量的数值应等于阳极铜棒失重的数值,因此两极质量相差2ag。
考点 电解的相关综合
题点 阳极材料对电解结果的影响
(1)解决电解池的有关问题,首先要注意两电极材料是否是活性电极。
(2)如果阳极是活性电极则电极本身失电子而溶解,溶液中的阴离子不放电。
(3)如果阳极是惰性电极,则阳极不参加反应而溶液中的阴离子放电。
3.电解池中电极反应式的书写
例6
如图所示,a、b为石墨电极,通电一段时间后,b极附近显红色。
下列说法不正确的是( )
A.b电极反应式为2H++2e-===H2↑
B.a电极反应式为2Cl--2e-===Cl2↑
C.铜电极反应式为4OH--4e-===O2↑+2H2O
D.铁电极反应式为Cu2++2e-===Cu
答案 C
解析 由题意可知,b电极为阴极,a电极为阳极,则铁为阴极,铜为阳极,铜电极反应式为Cu-2e-===Cu2+。
考点 电解及其装置(电解池)
题点 电解池电极反应式的书写与正误判断
“三看”法快速书写电极反应式
(1)一看电极材料,若是金属(金、铂除外)做阳极,金属一定被氧化(注意:
一般情况下,铁失去电子被氧化为Fe2+)。
(2)二看电解质是否参与电极反应。
对于碱性电解质,常用OH-和H2O来配平电荷与原子数;
对于酸性电解质,常用H+和H2O来配平电荷与原子数。
(3)三看电解物质状态,若是熔融金属氧化物或盐,一般就是金属冶炼。
1.电解池中电极反应式的书写规律
电解池中电极反应式的书写关键是掌握离子的放电顺序。
(1)阴极与电源负极相连,得电子发生还原反应。
其规律有两个:
一是电极本身不参加反应;
二是电解质溶液中氧化性强的阳离子先得电子,如Ag+>
Fe3+>
Cu2+>
H+>
Pb2+>
Sn2+>
Fe2+>
Zn2+,要注意金属活动性顺序表中铝及铝前面的金属离子在溶液中不放电。
(2)阳极与电源正极相连,失去电子发生氧化反应。
一是若阳极为活性电极(除铂、金之外的金属做电极),电极本身失去电子被氧化,电解质溶液中的阴离子不参与电极反应;
二是若阳极为惰性电极(铂、金或非金属做电极),电解质溶液中还原性强的阴离子失去电子被氧化,如S2->
I->
Br->
Cl->
OH->
含氧酸根。
(3)特别注意:
书写电解池中电极反应式时,要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。
如用惰性电极电解氢氧化钠溶液,阳极发生氧化反应,电极反应式为4OH--4e-===2H2O+O2↑;
阴极发生还原反应,电极反应式为4H++4e-===2H2↑,总反应式表示为2H2O
2H2↑+O2↑。
2.从电解的实质理解电解质溶液的复原
(1)电解质电解后加入合适的物质可以恢复到电解前的状态,加入什么物质要根据电解的情况具体判断,关键要搞清楚电解的实质。
(2)判断电解后要使电解质溶液恢复到电解前的状况,一般根据“出来什么、加入什么”的原则可以准确求解。
(3)特别注意“盐酸”的处理。
因为“盐酸”是HCl的水溶液,所以加入盐酸相当于加入了HCl和水。
三、原电池与电解池的综合
1.串联装置中原电池和电解池的判断
例7
用铅蓄电池电解甲、乙两电解池中的溶液。
已知铅蓄电池的总反应为Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4(aq)
2PbSO4(s)+2H2O(l)。
电解一段时间后,发现a极上析出红色固体物质,下列说法正确的是( )
A.d极为阴极
B.若利用甲池精炼铜,b极应为粗铜
C.放电时铅蓄电池负极的电极反应式为PbO2(s)+4H+(aq)+SO
(aq)+2e-===PbSO4(s)+2H2O(l)
D.若四个电极材料均为石墨,当析出6.4gCu时,两池中共产生气体3.36L(标准状况下)
解析 由“a极上析出红色固体物质”知,a极为阴极,则b极为阳极,c极为阴极,d极为阳极;
精炼铜时,精铜做阴极,粗铜做阳极;
放电时铅蓄电池负极的电极反应式为:
Pb+SO
-2e-===PbSO4;
当析出6.4gCu时,电路中转移0.2mol电子,b极上产生0.1molCl2,c极上产生0.1molH2,d极上产生0.05molO2,所以两池中共产生气体0.25mol,即标准状况下5.6L。
考点 电化学知识的综合与应用
题点 原电池与电解池的组合
方法指导
串联装置中原电池和电解池电极判断时,可先根据电极现象判断电解池的阴极和阳极,再判断原电池的正极和负极。
例8
关于如图所示的装置的说法正确的是( )
A.A池、C池是原电池,B池是电解池
B.A池、B池、C池都是原电池
C.A池、B池是原电池,C池是电解池
D.A池是原电池,B池是电解池,C池是电镀池
解析 由图可知,A池中Zn为负极,Cu为正极;
B池中C1为阳极,C2为阴极;
C池中Ag为阳极,Cu为阴极,即在Cu上镀银。
故整个装置是用一个原电池串联一个电解池和一个电镀池。
考点 原电池与电解池的综合
题点 原电池和电解池串联装置的分析与判断
(1)不同电极的多池串联装置中,只有一个池是原电池,其余的池为电解池或电镀池。
(2)相对独立的多池装置中,有外接电源的为电解池,无外接电源的可能为原电池。
2.一池二用(电键K控制)
例9
利用下图装置进行实验,甲乙两池均为1mol·
L-1的硝酸银溶液,A、B均为银电极。
实验开始先闭合K1,断开K2。
一段时间后,断开K1,闭合K2,检流计指针偏转(银离子浓度越大氧化性越强)。
A.闭合K1,断开K2后,A电极增重
B.闭合K1,断开K2后,乙池溶液浓度增大
C.断开K1,闭合K2后,A电极发生氧化反应
D.断开K1,闭合K2后,NO
向B电极移动
解析 闭合K1,断开K2后,该装置为电解池,A电极为阴极,Ag++e-===Ag,B电极为阳极,Ag-e-===Ag+,A电极增重;
溶液中NO
向阳极区(乙池)移动,硝酸银浓度增大。
断开K1,闭合K2后,检流计指针偏转,说明形成了原电池,乙池中银离子浓度较大,银离子得电子发生还原反应,B电极为正极;
则A电极为负极,发生氧化反应。
题点 电解池的构成与识别(一池二用)
3.新型二次电池的分析
例10
用吸附了氢气的纳米碳管等材料制作的二次电池原理如图所示,下列说法正确的是
( )
A.充电时,阴极的电极反应为Ni(OH)2+OH--e-===NiO(OH)+H2O
B.放电时,负极的电极反应为H2-2e-+2OH-===2H2O
C.放电时,OH-移向镍电极
D.充电时,将电池的碳电极与外电源的正极相连
解析 放电时相当于原电池,负极失去电子,氢气在负极放电,B项正确;
放电时OH-等阴离子向负极移动,结合图示电子流向可确定碳电极为负极,即OH-向碳电极移动,C项错误;
充电时相当于电解池,阴极发生还原反应,A项错误;
充电时电池的碳电极与外电源的负极相连,D项错误。
题点 新型二次电池的分析
规律方法
新型电池“放电”“充电”时电极反应式的正误判断
(1)新型电池放电
①若给出新型电池的装置图:
先找出电池的正、负极,即找出氧化剂和还原剂;
再结合电解质确定出还原产物和氧化产物;
最后判断相应的电极反应式的正误。
②若给出新型电池的总反应式:
分析总反应式中各元素化合价的变化情况,找出氧化剂及其对应的还原产物,还原剂及其对应的氧化产物,最后考虑电解质是否参加反应,判断电极反应式的正误。
(2)新型电池充电
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”。
1.原电池和电解池的比较
装置类别
原电池
电解池
原理
使氧化还原反应中电子的转移做定向移动,从而形成电流
使电流通过电解质溶液或熔融电解质而在阴、阳两极引起氧化还原反应的过程
装置特点
将化学能转变成电能
将电能转变成化学能
实例
电极名称
负极
正极
阴极
阳极
反应类型
氧化反应
还原反应
反应特征
自发的氧化还原反应(主动)
借助电流(被动)
电极判断
由电极本身决定正极:
流入电子
负极:
流出电子
由外电源决定
阳极:
连电源正极
阴极:
连电源负极
电子流向
负极→外电路→正极
电解池阳极→电源正极
电源负极→电解池阴极
离子移动
阳离子向正极移动
阴离子向负极移动
阳离子向阴极移动
阴离子向阳极移动
2.多池串联装置中电池类型的判断
(1)直接判断
非常直观明显的装置,如燃料电池、铅蓄电池等在电路中存在时,则其他装置为电解池。
如下图,A为原电池,B为电解池。
(2)根据电池中的电极材料和电解质溶液判断
原电池一般是两种不同的金属电极或一个为金属电极,另一个以碳棒做电极;
而电解池则一般都是两个惰性电极,如两个铂电极或两个碳棒。
原电池中的电极材料和电解质溶液之间能发生自发的氧化还原反应,电解池的电极材料一般不能和电解质溶液自发反应。
如下图中,B为原电池,A为电解池。
(3)根据电极反应现象判断
在某些装置中根据电极反应或反应现象可判断电极,并由此判断电池类型,如图。
若C极溶解,D极上析出Cu,B极附近溶液变红,A极上放出黄绿色气体,则可知乙是原电池,D是正极,C是负极;
甲是电解池,A是阳极,B是阴极。
B、D极发生还原反应,A、C极发生氧化反应。
3.多池串联装置中的数据处理
原电池和电解池综合装置的有关计算的根本依据就是转移的电子守恒,分析时要注意两点:
①串联电路中各支路电流相等;
②并联电路中总电流等于各支路电流之和。
在此基础上分析处理其他各种数据。
上图中,装置甲是原电池,装置乙是电解池,若电路中有0.2mol电子转移,则Zn溶解6.5g,Cu电极上析出H22.24L(标准状况),Pt电极上析出Cl20.1mol,C电极上析出Cu6.4g。
甲池中H+被还原,产生H2,负极Zn被氧化生成ZnSO4,pH变大;
乙池中是电解CuCl2溶液,电解后再加入适量CuCl2固体可使溶液复原。
题组1 原电池的原理及其应用
1.铜锌原电池(如图)工作时,下列叙述正确的是( )
A.正极反应:
B.电池反应:
Zn+Cu2+===Zn2++Cu
C.在外电路中,电子从正极流向负极
D.盐桥中的K+移向ZnSO4溶液
解析 铜锌原电池工作时,负极反应式为Zn-2e-===Zn2+,正极反应式为Cu2++2e-===Cu,电池总反应为Zn+Cu2+===Zn2++Cu,故A项不正确,B项正确;
原电池工作时,电子从负极由外电路流向正极,由于左侧烧杯中阳离子增多,右侧烧杯中阳离子减少,为平衡电荷,则盐桥中K+移向CuSO4溶液,而Cl-则移向ZnSO4溶液,故C和D项错误。
题点 铜锌原电池
2.分析如图所示的四个原电池装置,其中结论正确的是( )
A.①②中Mg做为负极,③④中Fe做为负极
B.②中Mg作为正极,电极反应式为2H2O+2e-===2OH-+H2↑
C.③中Fe作为负极,电极反应式为Fe-2e-===Fe2+
D.④中Cu作为正极,电极反应式为2H++2e-===H2↑
解析 Mg比Al活泼,在①中Mg做负极,但在NaOH溶液中,Mg不反应,而Al可以反应,故②中Al是负极。
在浓硝酸中铁会钝化,故Cu为负极,Fe为正极。
在④中由于不断向Cu极附近通入空气,而O2比溶液中的H+得电子能力强,故Fe失去电子,在Cu极O2得到电子发生还原反应,电极反应式为O2+2H2O+4e-===4OH-。
题点 原电池电极反应式的书写及正误判断
3.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,示意图如图。
该电池工作时,下列说法正确的是( )
A.Mg电极是该电池的正极
B.H2O2在石墨电极上发生氧化反应
C.石墨电极附近溶液的pH增大
D.溶液中Cl-向正极移动
解析 结合电池示意图及原电池原理进行分析。
该原电池中,石墨电极为惰性电极,只能做正极,而Mg电极为活性电极,做负极,A项错误;
Mg电极本身发生氧化反应,H2O2在石墨电极上应发生还原反应,B项错误;
石墨电极上的电极反应为H2O2+2e-===2OH-,由于生成OH-,故石墨电极附近c(OH-)增大,溶液pH增大,C项正确;
原电池电解质溶液中阴离子Cl-向负极移动,D项错误。
题点 原电池正极和负极的判断
4.银器的保护主要是维持它的原貌。
对于轻微腐蚀蒙有硫化银的银器,可将其和铝片一起接触浸泡在稀NaOH溶液中,经一定时间后污迹消失,取出后用水洗干净,再用软布或棉团擦光。
下列有关叙述中,不正确的是( )
A.溶液中的OH-向负极移动
B.在银表面上的反应为Ag2S+2e-===2Ag+S2-
C.在铝表面上的反应为Al-3e-===Al3+
D.在铝表面的反应为Al+4OH--3e-===[Al(OH)4]-
解析 金属铝、硫化银和NaOH溶液构成了原电池,金属铝、硫化银分别作为原电池的负极和正极,电极反应分别是:
在银表面上:
Ag2S+2e-===2Ag+S2-,在铝表面上:
Al-3e-===Al3+,在碱性条件下,Al3+又会与过量的OH-反应生成[Al(OH)4]-,所以在铝表面的实际反应为Al+4OH--3e-===[Al(OH)4]-,溶液中的OH-向负极移
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