专题十一 电化学专题复习文档格式.docx
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A.X>
Z>
Y>
MB.X>
MC.M>
X>
YD.X>
M>
Y
[解析]:
在原电池中,活泼金属为负极,发生氧化反应。
不活泼金属为正极,发生还原反应。
X和Z组成的原电池中,X为负极,其活泼性比Z强;
电解池中Y先析出,表明Y2+的氧化能力比Z2+强,则Y单质的还原性比Z弱;
同理Y单质的还原性比M强。
答案为A
小结:
原电池电极名称的判断方法
(1)根据电极材料的性质确定金属—金属电极,活泼金属是负极,不活泼金属是正极;
金属—非金属电极,金属是负极,非金属是正极;
金属—化合物电极,金属是负极,化合物是正极。
(2)根据电极反应的本身确定失电子的反应—氧化反应—负极;
得电子的反应—还原反应—正极
变式练习:
1.有人设计出利用CH4和O2的反应,用铂电极在KOH溶液中构成原电池。
电池的总反应类似于CH4在O2中燃烧,则下列说法正确的是()
①每消耗1molCH4可以向外电路提供8mole-
②负极上CH4失去电子,电极反应式CH4+10OH--8e-=CO32-+7H2O
③负极上是O2获得电子,电极反应式为O2+2H2O+4e-=4OH-
④电池放电后,溶液PH不断升高
A.①②B.①③C.①④D.③④
2.pH=a的某电解质溶液中,插入两支惰性电极通直流电一段时间后,溶液的pH>
a,则该电解质可能是
A.NaOHB.H2SO4C.AgNO3D.Na2SO4
3.有关右图装置的叙述不正确的是()。
A.这是一个原电池装置
B.该装置中Pt为正极,电极反应为:
O2+2H2O+4e-
4OH-
C.该装置中Fe为阴极,电极反应为:
Fe-2e-+2OH-
Fe(OH)2
D.溶液中会出现红褐色的沉淀。
解析:
铁和铂两种活动性不同的金属,放在电解质溶液NaOH溶液中,组成原电池,A正确;
通入O2,发生类似于吸氧腐蚀的变化。
Fe作负极,电极反应为:
Fe(OH)2,Pt为正极,电极反应为:
4OH-,所以B正确C不正确;
Fe(OH)2会和空气中的O2继续反应生成Fe(OH)3:
4Fe(OH)2+O2+2H2O=4Fe(OH)3,出现白色沉淀变为灰绿色最终变成红褐色的现象,所以D正确。
C
2.电极反应式的书写:
例4(2000,全国卷)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的熔融盐混和物作电解质,CO为负极燃气,空气与CO2的混和气为正极助燃气,制得在650℃下工作的燃料电池,完成有关的电池反应式:
负极反应式:
2CO+2CO32--4e-=4CO2
阴极反应式:
_____
电池总电池反应:
______
解本题必须弄清原电池的正负极,同时注意审题,电解质是熔融态的盐Li2CO3和Na2CO3的熔融盐混和物,故不可能有OH-或H+存在,所以配电荷守恒只能用CO32-来配平,电解质不同,产物不同。
原电池负极上参加反应的物质通常是还原剂,因为它要失去电子,而原电池的正极往往是氧化剂,本题中CO2气体参与正极上的变化在题目中已明确表示。
原电池的负极,在该极上CO失去电子,在原电池的正极上、助燃性气体O2在该极上得到电子,再与CO2反应生成带负电荷的阴离子CO32-,故反应式为O2+2CO2+4e=2CO32-。
把正负两极上的电极反应式想加得:
2CO+O2=2CO2
O2+2CO2+4e=2CO32-2CO+O2=2CO2
巩固练习:
1.铅蓄电池工作时的反应为:
Pb+PbO2+2H2SO4
2PbSO4+2H2O。
放电时负极反应为,放电过程电解液的PH。
充电时阴极反应为。
2.可以将反应Zn+Br2=ZnBr2设计成蓄电池,下列4个反应①Br2+2e=2Br-②2Br—2e=Br2③Zn-2e=Zn2+④Zn2++2e=Zn其中表示充电时的阳极反应和放电时的负极反应的是
A②和③B②和①C③和①D④和①
例5(2004,全国卷)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都有是惰性电极,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)
正确书写电极反应式要从以下几个环节入手:
①分清电极,与电源正极相连的为阳极,与负极相连的为阴极。
②剖析溶液,电解质溶液中有哪些阳离子,哪些阴离子,并分类。
③注意先后,即离子放电顺序。
④书写电极反应式,注意使电子得失守恒。
⑤检查,两电极反应式相加要等于总反应式或总反应式减一电极反应式得另一电极反应式。
(1)X电极与电源的负极相连为阴极,则Y为阳极,电极材料又为惰性电极。
根据竞争性原则,阳离子放电顺序:
H+>
Na+,故X极反应式:
2H++2e---===H2↑,阴离子放电顺序:
Cl--->
OH---,故Y极反应式:
2Cl---—2e---==Cl2↑。
(2)电解精炼是电解的应用。
电解精炼是以粗铜为阳极,纯铜为阴极,CuSO4溶液为电解液。
所以X电极的材料为精铜,Y电极的材料为粗铜。
根据竞争性原则,Y电极的反应式:
Cu—2e---===Cu2+,阳离子的放电顺序:
Cu2+>
H+,X电极的反应式:
Cu2++2e---==Cu
(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-=2Cu②粗铜Cu+2e-=Cu2+
[应考策略]电极反应式的书写:
(1)明确电池的负极反应物是电极本身还是其他物质、反应产物及化合价的变化;
(2)确定电池的正极反应物是电解质溶液中的离子,还是其他物质(如溶有或通入的氧气);
(3)判断是否存在特定的条件(如介质中的微粒H+、OH-非放电物质参加反应),进而推断电解质溶液的酸碱性的变化;
(4)总的反应式是否满足质量守衡、得失电子守衡、电荷守衡。
3、金属腐蚀
(1).化学腐蚀与电化腐蚀的区别
(2).钢铁的腐蚀:
吸氧腐蚀(弱酸性、中性、碱性条件下,较普遍)
负极反应,正极反应,最终产物________。
析氢腐蚀(较强酸性条件下)负极反应,正极反应。
(3).金属的防护方法:
①改变金属内部结构;
②覆盖保护层;
③使用电化学保护法等。
例6:
下列五个烧杯中均有天然水,铁被腐蚀由快到慢的顺序是____。
对某一个指定金属其腐蚀快慢顺序是:
作电解池的阳极>作原电池的负极>非电池中的该金属>作原电池的正极>作电解池的阴极。
从图和归纳的方法可以分析,有外接电源时铁放在电源的正极,铁被腐蚀的最快;
若放在负极腐蚀的最慢;
原电池中,两极的金属活动性差别越大,反应越快,但若有活动性强于铁的金属存在则铁不被腐蚀(保护了铁)答案为:
(4)>
(2)>
(1)>(3)>(5)。
[应考策略]金属腐蚀的快慢的判断方法
一般说来可用来下列原则判断:
电解原理引起的腐蚀>原电池原理引起的腐蚀>化学腐蚀>有防护措施的腐蚀
同种金属腐蚀:
强电解质>弱电解质>非电解质
1.称取三份锌粉,分盛于甲乙丙三支试管中,按下列要求另加物质后,塞上导管塞子,定时间测定生成氢气的体积.甲加入50mLpH=3的盐酸,乙加入50mLpH=3的醋酸,丙加入50mLpH=3的醋酸及少量胆矾粉末,若反应结束后生成的氢气体积一样多,且没有剩余的锌,请用>
<
=回答:
(1)三试管中参加反应的锌的质量为
(2)反应结束后所需要的时间为________(3)在反应过程中甲乙丙速率不同的理由。
2.为了探究金属腐蚀的条件和速率,某课外小组学生用不同金属丝将三根大小相同的铁钉分别固定在图示的三个装置内,并将这些装置在相同的环境中放置相同的一段时间,下列对实验结束时现象的描述不正确的是()
A.实验结束时,装置Ⅰ左侧的液面一定会下降
B.实验结束时,装置Ⅰ一定比装置Ⅱ左侧液面低
C.实验结束时,装置Ⅱ中的铁钉腐蚀最严重
D.实验结束时,装置Ⅲ中的铁钉几乎没被腐蚀
这是一道原电池原理应用于金属腐蚀的选择题,主要考查的是如何分析铁钉所处的环境,对铁钉的腐蚀起到促进还是保护作用,同时考查了盐酸具有挥发性,浓硫酸具有吸水性等知识点。
装置Ⅰ中铁钉处于盐酸的蒸气中,被侵蚀而释放出H2,使左侧液面下降右铡液面上升;
装置Ⅱ中铁钉同样处于盐酸的蒸气中,所不同的是悬挂铁氧体的金属丝由铁丝换成了铜丝,由于Fe比Cu活泼,在这种氛围中构成的原电池会加速铁钉的被侵蚀而放出更多的H2,使左铡液面下降更多,右铡液面上升得更多;
装置Ⅲ中虽然悬挂铁钉的还是铜丝,但由于浓硫酸有吸水性而无挥发性,使铁钉处于一种较为干燥的空气中,因而在短时间内几乎没有被侵蚀。
B
4、原电池、电解池原理的应用
这方面通常考查较多的是新型原电池、燃料电池和氯碱工业中电解饱和食盐水的实验的各种变形以及金属的精练和电镀,注意万变不离其宗,紧扣原电池、电解池、电镀的基本要点即可。
例7(2004,天津理综)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-=O2↑+2H2O
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
负极:
2H2-4e-=4H+正极:
O2+2H2O+4e-=4OH-
例8(2005,天津理综)金属镍有广泛的用途。
粗镍中含有少量Fe、Zn、Cu、Pt等杂质,可用电解法制备高纯度的镍,下列叙述正确的是(已知:
氧化性Fe2+<Ni2+<Cu2+)
A阳极发生还原反应,其电极反应式:
Ni2++2e-=Ni
B电解过程中,阳极质量的减少与阴极质量的增加相等
C电解后,溶液中存在的金属阳离子只有Fe2+和Zn2+
D电解后,电解槽底部的阳极泥中只有Cu和Pt
本题为教材上“电解精练铜”知识的迁移。
A项阳极应发生氧化反应;
C项溶液中阳离子主要为Ni2+。
根据金属原子的还原顺序和金属阳离子的氧化顺序,阳极反应为:
Zn-2e-=Zn2+、Fe-2e-=Fe2+、Ni-2e-=Ni2+。
Cu、Pt在该条件下不失电子;
阴极反应Ni2++2e-=Ni。
Zn2+、Fe2+在该条件下不得电子。
比较两电极反应,因Fe、Zn、Ni的相对原子质量不等,当两极通过的电量相等时,阳极减少的质量与阴极增加的质量不等。
1.某一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NaCl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,设计了如图所示装置,则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;
NaClO和NaCl
C.a为阳极,b为阴极;
HClO和NaCl
D.a为阴极,b为阳极;
HClO和NaCl
[点拨]:
石墨作电极电解饱和NaCl溶液发生的反应是
2NaCl+2H2O2NaOH+H2↑+Cl2↑伴随
进行过程中可能发生的副发应为2NaOH+Cl2=NaCl+NaClO+H2O,若使Cl2完全吸收制得有较强杀菌消毒能力的消毒液的主要成分是NaClO和NaCl,怎样才能使产生的Cl2与NaOH充分反应,只有发生器下端产生Cl2才能确保其被完全吸收,从中可推知电源a为负极,b为正极。
5.原电池、电解池的判断
[例3]:
按下图装置进行实验,并回答下列问题
⑴判断装置的名称:
A池为___________B池为______________
⑵锌极为__________极,电极反应式为_________________________
铜极为__________极,电极反应式为_________________________
石墨棒C1为______极,电极反应式为________________________
石墨棒C2附近发生的实验现象为_______________________________
⑶当C2极析出224mL气体(标准状态时,锌的质量变化(增加或减少)_________g.CuSO4溶液的质量变化了(增加或减少了)_________g
A池中Zn、Cu放入CuSO4溶液中构成原电池,B池中两个电极均为石墨电极,在以A为电源的情况下构成电解池,即A原电池带动B电解池,A池中Zn负极,Cu为正极,B池中C1为阳极,C2为阴极、析出H2,周围OH-富集,酚酞变红,且
故电路上转移电子的物质的量为0.01mol×
2=0.02mol,根据得失电子守恒锌极有0.01molZn溶解,即Zn极重量减少0.01mol×
65g/mol=0.65g铜极上有0.01molCu析出,即CuSO4溶液增加了0.01mol×
(65g/mol-64g/mol)=0.01g
⑴A为原电池B为电解池
⑵Zn为负极Zn-2e-=Zn2+
Cu为正极Cu2++2e-=Cu
C1为正极2Cl—2e-=Cl2↑
C2极发生的现象为:
有无色气体产生,附近溶液出现红色
⑶Zn质量减少0.65g,CuSO4溶液增加0.01g.
用Pt作电极,电解串联电路中分装在甲、乙两个烧杯中的200mL
NaCl溶液和
的
溶液,当产生
(标准状况)
时停止电解,取出电极,将两杯溶液混合,混合液的pH为(设混合后总体积为500mL)()
A.1.4B.5.6C.7D.12.6
5、有关电化学计算
原电池和电解池的计算主要包括两极产物的定量计算、相对原子质量、阿伏加德罗常数、溶液的pH、根据电量求产物的量和根据产物的量求电量等方面的计算。
解答此类题的方法有两种:
一是根椐电解方程式或电极反应式,应用阴、阳两极得失电子守恒进行有关计算。
二是用惰性电极进行电解的过程,若电解质的阴、阳离子不同时在两极上放电,则阳离子放电的同时必有H+生成,n(H+)=n(阳离子)×
电荷数;
阴离子放电的同时必有OH―生成,n(OH―)=n(阴离子)×
电荷数。
也可利用物质的量相当量的关系(由电子得失守恒得),如,H2~Cl2~1/2O2~Cu~2Ag~2H+~2OH―。
例8(02年春季)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)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(银)∶n(汞)==2∶1
B、在两个阳极上得到的产物的物质的量不相等
C、硝酸亚汞的化学式为HgNO3D、硝酸亚汞的化学式为Hg2(NO3)2
2Ag+→2Ag转移2e-,则必有2个Hg+→Hg。
通相等的电量被还原的硝酸银和硝酸亚汞的物质的量比为2∶1,则1个硝酸亚汞中应含两个汞,所以硝酸亚汞的化学式为Hg2(NO3)2。
例9(04年广西)pH=a某电解质溶液中,插入两支惰性电极通直流电一段时间后,溶液的pH>
a,则该电解质可能是()
A.NaOHB.H2SO4C.AgNO3D.Na2SO4
用惰性电极电解电解质溶液,A、B、D都是电解水。
电解后溶液的浓度变大,A中pH增大,B中pH减小,D中pH不变,C中电解生成HNO3,pH减小。
A
1.用惰性电极电解一定浓度的硫酸铜溶液,通电一段时间后,向所得的溶液中
加入0.1molCu2(OH)2CO3后恰好恢复到电解前的浓度和pH(不考虑二氧化碳的溶解)。
则电解过程中共转移的电子数为
A.0.4molB.0.5molC.0.6molD.0.8mol
电解硫酸铜溶液的方程式为:
2CuSO4+2H2O
2Cu+O2+2H2SO4。
要想使电解后的溶液恢复原状,我们可以加入CuO、CuCO3(反应后生成CO2脱离溶液)。
现在加入0.1molCu2(OH)2CO3和H2SO4反应后,相当于加入0.2molCuO和0.1molH2O,说明电解硫酸铜时,硫酸铜反应结束了还电解了水。
由电子守恒可得共转移了0.6mol。
2.1LK2SO4、CuSO4的混合液中C(SO42—)=2mol/L,用石墨作电极电解此溶液,通电一段时间后,两极均收集到(标况下)22.4L气体,则原溶液中K+浓度为()
A.0.5mol/LB.1mol/LC.1.5mol/LD.2mol/L
[应考策略]用惰性电极电解电解质溶液的变化情况
类型
电极反应特点
实例
电解
物质
电解质溶液的浓度
pH
电解质溶
液复原
电解
水型
阴极:
2H++2e-=H2↑
阳极:
4OH--4e-=O2↑+2H2O
NaOH
水
增大
H2SO4
减小
Na2SO4
不变
电解电解质
电解质电离出的阴、阳离子分别在两极放电
HCl
电解质
氯化氢
CuCl2
氯化铜
放H2生碱型
放出氢气生成碱
电解质阴离子放电
NaCl
电解质和水
生成新电解质
放O2生酸型
OH-放电生成酸
电解质阳离子放电
CuSO4
氧化铜
注意:
(1)电解水型:
含氧酸、强碱、活泼金属的含氧酸盐的电解
(2)电解电解质型:
无氧酸(除HF外)、不活泼金属的无氧酸盐(氟化物除外)溶液的电解
(3)放氢生碱型:
活泼金属的无氧酸盐(氟化物除外)溶液的电解
(4)放氧生酸型:
不活泼金属的含氧酸盐溶液的电解
1.将纯锌片和纯铜片按图示方式插入同浓度的稀硫酸中一段时间,以下叙述正确的是
A.两烧杯中铜片表面均无气泡产生
B.甲中铜片是正极,乙中铜片是负极
C.两烧杯中溶液的pH均增大
D.产生气泡的速度甲比乙慢
2.关于如图所示装置的叙述,正确的是
A.铜是阳极,铜片上有气泡产生
B.铜片质量逐渐减少
C.电流从锌片经导线流向铜片
D.氢离子在铜片表面被还原
3.我国首创的海洋电池以铝板为负极,铂网为正极,海水为电解质溶液,空气中的氧气与铝反应产生电流。
电池总反应为:
4A1+3O2+6H2O=4A1(OH)3,下列说法不正确的是
A.正极反应式为:
O2+2H2O+4e-=4OH-
B.电池工作时,电流由铝电极沿导线流向铂电极
C.以网状的铂为正极,可增大与氧气的接触面积
D.该电池通常只需更换铝板就可继续使用
4.一种新型燃料电池,一极通入空气,另一极通入丁烷气体;
电解质是掺杂氧化钇(Y2O3)的氧化锆(ZrO2)晶体,在熔融状态下能传导O2-。
下列对该燃料电池说法正确的是
A.在熔融电解质中,O2-由负极移向正极
B.电池的总反应是:
2C4H10+13O2→8CO2+10H2O
C.通入空气的一极是正极,电极反应为:
O2+4e-=2O2-
D.通入丁烷的一极是正极,电极反应为:
C4H10+26e-+13O2-=4CO2+5H2O
5.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+8H2O
3Zn(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+5OH-=FeO42-+4H2O
C.放电时每转移3mol电子,正极有1molK2FeO4被氧化
D.放电时正极附近溶液的碱性增强
6.将分别盛有熔融的氯化钾、氯化镁、氧化铝的三个电解槽串联,在一定条件下通电一段时间后,析出钾、镁、铝的物质的量之比为()
A.1:
2:
3B.3:
1C.6:
3:
1D.6:
2
7.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反应
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
1.C2..D3.B4.BC5.C6.D
铅蓄电池是典型的可充型电池,它的正负极格板是惰性材料,电池总反应式为:
Pb+PbO2+4H++2SO42-
2PbSO4+2H2O
请回答下列问题(不考虑氢、氧的氧化还原):
(1)放电时:
正极的电极反应式是;
电解液中H2SO4的浓度将变;
当外电路通过1mol电子时,理论上负极板的质量增加g
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