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电化学专题复习
电化学专题复习
一、原电池
1.概念:
把________转化为________的装置。
2.构成条件:
(1)具有两个________不同的电极(金属和金属或金属和非金属)。
(2)具有________溶液。
(3)形成________。
3.原电池的两极:
负极:
活泼性________的金属,发生________反应。
正极:
活泼性________的金属或导体,发生________反应。
4.电极反应式的书写和电荷移动方向:
(1)电极反应式的书写
负极:
________,电极反应式:
________。
正极:
________,电极反应式:
________。
电池总反应:
________。
(2)电荷移动方向
电子由________释放,经________沿导线流入________,电解质溶液中的________移向正极,在其表面得电子被________,形成一个闭合回路。
5.原电池的本质:
自发进行的氧化还原反应。
【例1】下列各组金属和溶液,能组成原电池的是( )
A.Cu、Cu、稀硫酸 B.Zn、Cu、稀硫酸
C.Cu、Zn、酒精D.Zn、Cu、ZnSO4溶液
【例2】有关电化学知识的描述正确的是( )
A.CaO+H2O===Ca(OH)2,可以放出大量的热,故可把该反应设计成原电池,把其中的化学能转化为电能
B.某原电池反应为Cu+2AgNO3===Cu(NO3)2+2Ag,装置中的盐桥中可以是装有含琼胶的KCl饱和溶液
C.因为铁的活泼性强于铜,所以将铁、铜用导线连接后放入浓硝酸中,若能组成原电池,必是铁作负极、铜作正极
D.理论上说,任何能自发进行的氧化还原反应都可设计成原电池
【例3】铅蓄电池是化学电源,其电极材料分别是Pb和PbO2,电解液为稀硫酸。
工作时该电池总反应式为Pb+PbO2+2H2SO4===2PbSO4+2H2O。
根据上述情况判断:
(1)工作时,电解质溶液的pH________(选填“增大”、“减小”或“不变”)。
(2)工作时,电解质溶液中阴离子移向________极。
(3)电流方向从________极流向________极。
(4)写出负极的电极反应式:
________。
考点一:
原电池电解液中粒子的移动
1.阴离子要移向极,阳离子要移向极。
这是因为:
负极失电子,生成大量阳离子积聚在负极附近,致使该极附近有大量正电荷,所以溶液中的阴离子要移向负极;正极得电子,该极附近的阳离子因得电子生成电中性的物质而使该极附近带负电荷,所以溶液中的阳离子要移向正极。
2.不参与电极反应的离子从微观上讲发生移动,但从宏观上讲其在溶液中各区域的浓度基本不变。
【例4】 关于右图所示的原电池,下列说法正确的是( )
A.电子从锌电极通过电流表流向铜电极
B.盐桥中的阴离子向硫酸铜溶液中迁移
C.锌电极发生还原反应,铜电极发生氧化反应
D.铜电极上发生的电极反应是2H++2e-===H2↑
考点二:
原电池正负极的判断
1.从构造方面判断:
一般相对活泼的金属作极;相对不活泼的金属作极。
2.从工作原理角度判断:
电子流出,电流流入,电解质溶液中阴离子移向的是极:
电子流入,电流流出,电解质溶液中阳离子移向的是极。
3.从得失电子角度:
失电子,发生氧化反应的是极;得电子,发生还原反应的是极。
4.从电极反应的现象判断:
一般情况下,不断溶解、质量减少的是极;有气体生成或质量增加的是极。
【例5】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作为负极,③④中Fe作为负极
B.②中Mg作为正极,电极反应式为6H2O+6e-===6OH-+3H2↑
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↑
【例6】一种燃料电池中发生的化学反应为:
在酸性溶液中甲醇与氧作用生成水和二氧化碳。
该电池负极发生的反应是( )
A.CH3OH(g)+O2(g)-2e-===H2O(l)+CO2(g)+2H+(aq)
B.O2(g)+4H+(aq)+4e-===2H2O(l)
C.CH3OH(g)+H2O(l)-6e-===CO2(g)+6H+(aq)
D.O2(g)+2H2O(l)+4e-===4OH-
考点三:
原电池原理的运用
1.加快氧化还原反应的速率
一个自发进行的氧化还原反应,设计成原电池时反应速率。
例如,在Zn与稀H2SO4反应时加入少量CuSO4溶液能使产生H2的反应速率加快。
2.比较金属活动性强弱
两种金属分别作原电池的两极时,一般作负极的金属比作正极的金属。
3.用于金属的防护
使被保护的金属制品作原电池正极而得到保护。
例如,要保护一个铁质的输水管道或钢铁桥梁等,可用导线将其与一块锌块相连,使锌作原电池的极。
4.设计制作化学电源
设计原电池时要紧扣原电池的构成条件。
具体方法是:
(1)首先将已知氧化还原反应拆分为两个半反应;
(2)根据原电池的电极反应特点,结合两个半反应找出正负极材料及电解质溶液。
①电极材料的选择
在原电池中,选择还原性较强的物质作为极;氧化性较强的物质作为极。
并且,原电池的电极必须导电。
电池中的负极必须能够与电解质溶液反应。
②电解质溶液的选择
电解质溶液一般要能够与负极发生反应,或者电解质溶液中溶解的其他物质能与负极发生反应(如空气中的氧气)。
但如果两个半反应分别在两个容器中进行(中间连接盐桥),则左右两个容器中的电解质溶液应选择与电极材料相同的阳离子。
如在铜—锌—硫酸构成的原电池中,负极金属锌浸泡在含有Zn2+的电解质溶液中,而正极铜浸泡在含有Cu2+的溶液中。
(3)按要求画出原电池装置图。
【例7】把A、B、C、D四块金属泡在稀H2SO4中,用导线两两相连可以组成各种原电池。
若A、B相连时,A为负极;C、D相连,D上有气泡逸出;A、C相连时A极减轻;B、D相连,B为正极。
则四种金属的活泼性顺序由大到小排列为()
A.A>B>C>DB.A>C>B>D
C.A>C>D>BD.B>D>C>A
【例8】铁及铁的化合物应用广泛,如FeCl3可用做催化剂、印刷电路铜板腐蚀剂和外伤止血剂等。
(1)写出FeCl3溶液腐蚀印刷电路铜板的离子方程式:
_____________________________。
(2)若将
(1)中的反应设计成原电池,请画出原电池的装置图,标出正、负极,并写出电极反应式。
正极反应:
________________________;
负极反应:
________________________。
二、化学电源
化学电源又称电池,是利用原电池原理,将直接转变成的装置,分为一次电池、二次电池和燃料电池。
1.干电池是一种一次电池,最早使用的是锌-锰干电池,负极:
;为了防止漏液,改良后的碱性锌锰电池将电池内的电解质NH4Cl换成了KOH。
2.二次电池又称为充电电池,充电放电可循环进行,最早也最广泛使用的是铅蓄电池,它的负极是________,正极是________,电解质溶液是30%的H2SO4溶液,它的电池反应式为:
Pb+PbO2+2H2SO4
2PbSO4+2H2O。
3.燃料电池是一种高效、环保的发电装置。
如氢氧燃料电池在负极上发生氧化反应的是,在正极上发生还原反应的是,产物是,电池总反应为________;燃料电池与干电池或蓄电池的主要区别在于反应物不是储存在电池内部,而是用外加的设备,源源不断地提供燃料和氧化剂等,使反应能持续进行。
【例9】镍镉(Ni-Cd)可充电电池在现代生活中有广泛应用。
已知某镍镉电池的电解质溶液为KOH溶液,其充、放电按下式进行:
下列有关该电池的说法正确的是()
A.充电时阳极反应:
B.充电过程是化学能转化为电能的过程
C.放电时负极附近溶液的碱性不变
D.放电时电解质溶液中的OH-向正极移动
【例10】以葡萄糖为燃料的微生物燃料电池结构示意图如图所示。
下列关于该电池的叙述正确的是( )
A.该电池能够在高温下工作
B.电池的负极反应为:
C6H12O6+6H2O-24e-===6CO2↑+24H+
C.放电过程中,H+从正极区向负极区迁移
D.在电池反应中,每消耗1mol氧气,理论上能生成标准状况
下CO2气体44.8L
电化学练习1
1.下列说法正确的是( )
A.构成原电池正极和负极的材料必须是金属
B.在原电池中,电子流出的一极是负极,该电极被还原
C.实验室欲快速制取氢气,可利用粗锌与稀H2SO4反应
D.原电池可以把物质内部的能量全部转化为电能
2.将镁片、铝片平行插入到一定浓度的NaOH溶液中,用导线连接成闭合回路,该装置在工作时,下列叙述正确的是( )
A.镁比铝活泼,镁失去电子被氧化成Mg2+
B.铝是电池的负极,开始工作时溶液中会立即有白色沉淀生成
C.该装置的内、外电路中,均是电子的定向移动形成电流
D.该装置开始工作时,铝片表面的氧化膜可不必处理
3.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+2MnO2+2H2O=Zn(OH)2+2MnOOH,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+2H2O+2e-=2MnOOH+2OH-
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0.2mol电子,锌的质量理论上减少6.5g
4.工业上利用氢气在氯气中燃烧,所得产物再溶于水的方法制盐酸,流程复杂且造成能量浪费。
有人设想利用原电池原理直接制备盐酸的同时,获取电能,假设这种想法可行,下列说法肯定错误的是( )
A.两极材料都用石墨,用稀盐酸作电解质溶液
B.通入氢气的电极为原电池的正极
C.电解质溶液中的阳离子向通氯气的电极移动
D.通氯气的电极的反应式为Cl2+2e-===2Cl-
5.科学家近年来研制出一种新型细菌燃料电池,利用细菌将有机酸转化成氢气,氢气进入以磷酸为电解质的燃料电池发电。
电池负极反应为( )
A.H2+2OH-===2H2O+2e-
B.O2+4H++4e-===2H2O
C.H2-2e-===2H+
D.O2+2H2O+4e-===4OH-
6.对于锌—铜—稀H2SO4组成的原电池装置中,当导线中有1mol电子通过时,理论上的两极变化是( )
①锌片溶解了32.5g ②锌片增重32.5g ③铜片上析出1gH2 ④铜片上析出1molH2
A.①③ B.①④C.②③D.②④
7.Zn-MnO2干电池应用广泛,其电解质溶液是ZnCl2-NH4Cl混合溶液。
(1)该电池的负极材料是__________。
电池工作时,电子流向__________。
(2)若ZnCl2-NH4Cl混合溶液中含有杂质Cu2+,会加速某电极的腐蚀,其主要原因是。
欲除去Cu2+,最好选用下列试剂中的__________。
a.NaOH b.Zn c.Fe d.NH3·H2O
(3)MnO2的生产方法之一是以石墨为电极,电解酸化的MnSO4溶液。
阴极的电极反应式是。
若电解电路中通过2mol电子,MnO2的理论产量为__________g。
8.由A、B、C、D四种金属按下表中装置图进行实验。
装置
现象
二价金属A不断溶解
C的质量增加
A上有气体产生
根据实验现象回答下列问题:
(1)装置甲中负极的电极反应式是。
(2)装置乙中正极的电极反应式是。
(3)装置丙中溶液的pH________。
(4)四种金属活泼性由强到弱的顺序是________。
9.
(1)A、B、C三个烧杯中分别盛有相同物质的量浓度的稀硫酸。
①B中Sn极的电极反应式为,Sn极附近溶液的pH_________。
②C中总反应离子方程式为。
比较A、B、C中铁被腐蚀的速率,由快到慢的顺序是。
(2)如图是甲烷燃料电池原理示意图,回答下列问题:
①电池的负极是_______,该极的电极反应是:
。
②电池工作一段时间后电解质溶液的pH__________。
三、电解池
1.电解原理:
使________通过电解质溶液(或熔融的电解质)而在阴、阳两极引起反应的过程。
2.电解池
(1)装置特点:
________转化为________。
(2)形成条件:
①与________相连的两个电极;②_______;③形成_______。
3.电极反应规律
(1)阴极:
与电源________极相连,________电子,发生________反应。
(2)阳极:
与电源________极相连,________电子,发生________反应。
【例11】能用电解原理说明的问题是( )
①电解是把电能转变成化学能 ②电解是化学能转化成电能 ③电解质溶液导电是化学变化,金属导电是物理变化 ④不能自发进行的氧化还原反应,通过电解的原理可以实现 ⑤任何溶液被电解时,必然导致氧化还原反应的发生
A.①②③④ B.②③⑤
C.③④D.①③④⑤
4.以惰性电极电解CuCl2溶液为例,进行分析:
(1)现象:
①接通直流电源,电流表指针发生偏转;
②阴极碳棒上逐渐覆盖了一层红色物质;
③阳极碳棒上有刺激性气味的黄绿色气体生成,且气体能使湿润的KI淀粉试纸变蓝;
④溶液颜色变浅直至消失。
(2)结论:
CuCl2溶液能够导电,在导电的同时,发生了化学反应,生成Cu和Cl2。
(3)电解原理分析:
①通电前(电离):
②通电时:
、向阴极迁移,、向阳极迁移。
③电极反应:
阴极:
。
阳极:
。
总反应式:
。
5.电子的流向:
电源极→电解池阴极→电解液中的阳离子被、阴离子被→电解池阳极→电源正极。
注意:
电子走导线,离子走溶液。
6.电极材料:
可以是惰性电极(如C、Pt、Au等),也可以是金属电极(如Zn、Fe、Cu、Ag等);未指明电极材料的电极通常指惰性电极。
电解池的阴阳极取决于外接电源的正负极,与电极材料的金属活动性无关。
7.电解时电极产物的判断
(1)阳极产物的判断
首先看电极,如果是活性电极(金属活动性顺序表Ag以前),则电极材料失电子,电极被溶解,溶液中的阴离子不能失电子;如是惰性电极(Pt、Au、石墨),则要看溶液中离子的失电子能力,此时根据阴离子放电顺序加以判断。
(2)阴极产物的判断
直接根据阳离子放电顺序进行判断,阳离子放电顺序与金属活动性顺序相反:
Ag+>Fe3+>Cu2+>H+>Fe2+>Zn2+>Al3+>Mg2+>Na+。
【例12】右图为直流电源电解稀Na2SO4水溶液的装置。
通电后在石墨电极a和b附近分别滴加一滴石蕊溶液,下列实验现象中正确的是( )
A.逸出气体的体积,a电极的小于b电极的
B.一电极逸出无味气体,另一电极逸出刺激性气味气体
C.a电极附近呈红色,b电极附近呈蓝色
D.a电极附近呈蓝色,b电极附近呈红色
【例13】如图两个装置中,溶液体积均为200mL,开始时,电解质溶液的浓度均为0.1mol/L,工作一段时间后,测得导线上都通过了0.02mol电子,若不考虑溶液体积的变化,则下列叙述中正确的是( )
A.在①中Cu棒为阳极,在②中Cu棒为负极
B.电极上析出物质的质量:
①<②
C.电极反应式:
①中阳极:
4OH--4e-===2H2O+O2↑;
②中负极:
2H++2e-===H2↑
D.c(Cu2+):
①中不变,②中减小
四、电解原理的应用
1.电解饱和食盐水制取氯气和烧碱:
(1)原理:
阳极(石墨):
______________________,
阴极(铁):
_________________________________,
总反应:
_________________________________。
②设备:
阳离子交换膜电解池(槽)
a.组成:
阳极——石墨、阴极——Fe;
b.阳离子交换膜的作用:
只允许阳离子通过,而阻止阴离子和气体通过。
③生产过程:
NaCl从阳极区加入,H2O从阴极区加入。
阴极H+放电,破坏了水的电离平衡,使OH-浓度增大,OH-和Na+形成NaOH溶液。
2.铜的电解精炼
①电解精炼铜电解池的组成
a.纯铜做阴极;
b.粗铜(含杂质Zn、Fe、Ni、Ag、Au等)做阳极;
c.含Cu2+的盐溶液(如CuSO4溶液)做电解质溶液并与外电源形成闭合回路。
②电解精炼铜的原理分析
a.通电前(电离)
b.通电时(离子迁移)Cu2+、H+向阴极迁移,OH-、SO2-向阳极迁移。
c.电极反应
Zn2+、Fe2+、Ni2+比Cu2+难放电而留在电解液中,Cu2+在阴极获得电子析出纯铜,Ag、Au比铜难失电子从阳极脱落形成阳极泥(提取贵重金属金和银),所得金属铜叫做电解铜。
d.现象阳极逐渐溶解,底部有泥状物质沉淀;阴极析出红色物质。
e.本质阳极上的铜在直流电的作用下逐渐转移到阴极,粗铜中的杂质进入溶液或形成阳极泥而除去。
3.电镀
①电镀池的组成
a.被镀镀件做阴极;
b.镀层金属(如铜)做阳极;
c.含镀层金属阳离子的盐溶液作电解质溶液,并与外电源形成闭合回路。
②电镀原理分析:
a.电极反应
阴极:
阳极:
b.现象阳极逐渐溶解;阴极析出红色物质。
c.本质阳极上的铜在直流电的作用下逐渐转移到阴极,阴极镀件上析出金属铜。
镀锌、镀铬、镀镍等与镀铜类似。
【例13】下列描述中,不符合生产实际的是( )
A.电解熔融的氧化铝制取金属铝,用铁作阳极
B.电解法精炼粗铜,用纯铜作阴极
C.电解饱和食盐水制烧碱,用涂镍碳钢网作阴极
D.在镀件上电镀锌,用锌作阳极
【例14】如图为阳离子交换膜法电解饱和食盐水原理示意图。
下列说法不正确的是( )
A.从E口逸出的气体是H2
B.从B口加入含少量NaOH的水溶液以增强导电性
C.标准状况下每生成22.4LCl2,便产生2molNaOH
D.粗盐水中含Ca2+、Mg2+、Fe3+、SO
等离子,精制时先加NaCO3溶液
【例15】甲、乙、丙三个烧杯中分别装有稀硫酸、氯化铜溶液、饱和食盐水,把用导线连接的锌片和铜片插入甲,把分别与直流电流正、负极相连的C1、C2插入乙,把分别与直流电源正、负极相连的C3、铁片插入丙。
则下列叙述正确的是( )
A.甲、丙中是化学能转变为电能,乙中是电能转变为化学能
B.C1、C2分别是阳极、阴极,锌片、铁片上都发生氧化反应
C.C1和C3放出的气体相同,铜片和铁片放出的气体也相同
D.甲、乙中溶液的pH值逐渐升高,丙中溶液的pH值逐渐减小
原电池和电解池的比较:
【例16】右图是电解CuCl2溶液的装置,其中c、d为石墨电极。
则下列有关的判断正确的是()
A.a为负极、b为正极
B.a为阳极、b为阴极
C.电解过程中,d电极质量增加
D.电解过程中,氯离子浓度不变
【例17】用惰性电极电解,下列说法正确的是()
A.电解稀硫酸溶液,实质上是电解水,故溶液pH不变
B.电解稀氢氧化钠溶液,要消耗OH-,故溶液pH减小
C.电解硫酸钠溶液,在阴极上和阳极上析出产物的物质的量之比为1∶2
D.电解氯化铜溶液,在阴极和阳极上析出产物的物质的量之比为1∶1
五、金属的腐蚀与防护
1.金属的腐蚀
(1)概念:
金属表面与周围的溶液或气体发生______________________而遭到破坏。
(2)实质:
金属原子失去电子而被氧化。
(3)分类:
一般分为________和________。
2.电化学腐蚀
(1)概念:
两种金属相接触且又同时暴露在潮湿空气里或与电解质溶液接触时,由于形成________而发生的腐蚀。
(2)分类(以铁生锈为例)
①吸氧腐蚀:
在金属表面的水膜酸性不强或呈中性,溶解一定的氧气,金属生成含氧化合物。
负极:
____________________________。
正极:
_____________________________。
②析氢腐蚀:
在金属表面的水膜________较强时,H+被还原而析出。
负极:
____________________________。
正极:
_____________________________。
3.金属的防护
(1)金属的防护方法概括起来分成三类:
①改变金属的内部结构(如生产不锈钢)。
②在金属表面覆盖保护层(如:
喷油漆、涂油脂、电镀等)。
③采取电化学保护法。
(2)利用原电池原理来减少金属腐蚀的方法,叫做电化学保护法。
用比铁活泼的金属作原电池的负极来保护钢铁设备不被腐蚀的电化学保护法叫做“牺牲阳极的阴极保护法”。
将金属和一块不溶性辅助电极分别连接到电源的阴极和阳极上,接通直流电源,使电子流入金属的方法,叫外加电流的阴极保护法。
【例18】下列叙述不正确的是( )
A.金属的电化学腐蚀比化学腐蚀普遍
B.钢铁在干燥的空气里不易腐蚀
C.用铝质铆钉铆接铁板,铁板易被腐蚀
D.原电池外电路电子由负极流入正极
【例19】下列情况属于电化学保护的是( )
A.轮船水线以下的船壳上装一定数量的锌块
B.铝片不用特殊方法保存
C.纯锌与稀H2SO4反应时,滴入少量CuSO4溶液后反应速率加快
D.钢铁制品涂刷油漆
考点一:
化学腐蚀与电化学腐蚀的区别与联系
注意:
①判断一种金属腐蚀是否为电化学腐蚀,应看是否符合原电池的组成条件。
电化学腐蚀种类的判断,弱酸性、中性、碱性环境都是吸氧腐蚀;强酸性环境中发生的电化学腐蚀为析氢腐蚀。
②金属在自然界中发生的腐蚀主要为电化学腐蚀而不是化学腐蚀。
【例20】据报道,全球每年发生金属腐蚀而造成的直接经济损失达数千亿美元。
下列各电极反应式中,能表示铁的电化学腐蚀的是()
A.①②⑤B.②③④C.①②④D.①③⑤
【例21】以下现象与电化学腐蚀无关的是()
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.银质奖牌久置后表面变暗
考点二:
金属腐蚀快慢的判断方法
1.电解原理引起的腐蚀>原电池原理引起的腐蚀>化学腐蚀>带防护措施的腐蚀。
2.同一金属在不同电解质溶液中的腐蚀速率:
强电解质>弱电解质>非电解质。
3.原电池原理引起的腐蚀速率:
两电极金属活动性相差越大,越易腐蚀。
4.对于同一电解质溶液来说,电解质溶液浓度越大,腐蚀越快。
【例22】下图中,铁腐蚀由快到慢的顺序为)______________________________。
【例23】为了探究金属腐蚀的条件和快慢,某课外学习小组用不同的细金属丝将三根大小相同的普通铁钉分别固定在如图所示的三个装置内,并将这些装置在相同的环境中放置相同一段时间,下列对实验
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