1、专题08 电化学原理1了解原电池和电解池的工作原理，能写出电极反应和电池反应方程式。了解常见化学电源的种类及其工作原理。2理解金属发生电化学腐蚀的原因，金属腐蚀的危害，防止金属腐蚀的措施。一、原电池原理及电极反应式1一般电极反应式的书写按照负极发生氧化反应，正极发生还原反应，判断出电极反应产物，找出得失电子的数量。电极产物在电解质溶液的环境中，应能稳定存在，如碱性介质中生成的H应让其结合OH生成水。电极反应式应根据电荷守恒和质量守恒、得失电子守恒等加以配平。2复杂电极反应式的书写如CH4酸性燃料电池中CH42O2=CO22H2O总反应式2O28H8e=4H2O正极反应式CH42H2O8e=CO
2、28H负极反应式二、电解原理及其规律1电解产物的判断(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以前的金属，包括Ag)作阳极，则电极材料本身失电子，电极溶解。如果是惰性电极，则看溶液中的阴离子的失电子能力，阴离子的放电顺序为S2IBrClOH，其氧化产物依次对应为S、I2、Br2、Cl2和O2。(2)阴极产物的判断直接根据阳离子放电顺序(如下)进行判断：AgFe3Cu2HPb2Sn2Fe2Zn2，其还原产物依次对应为Ag、Fe2、Cu、H2、Pb、Sn、Fe、Zn。2电化学定量计算的方法(1)根据总反应式计算。先写出电极反应式，再写出总反应式，然后根据总反应式列比例式计
3、算。(2)守恒法计算。用于串联电路，中电极反应物、产物及电子转移的有关计算，其依据是电路中转移的电子数守恒。三、金属的腐蚀与防护1.吸氧腐蚀与析氢腐蚀(以钢铁为例)类型吸氧腐蚀析氢腐蚀条件水膜呈弱酸性或中性水膜呈酸性正极反应(C)O22H2O4e=4OH2H2e=H2负极反应(Fe)Fe2e=Fe2其他反应Fe22OH=Fe(OH)24Fe(OH)22H2OO2=4Fe(OH)3Fe(OH)3失去部分水转化为铁锈2.判断金属腐蚀快慢的规律将两个电极反应中得失电子的数目写为相同，相加便得到总反应方程式。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。3原电池
4、反应中，负极材料不一定与电解质溶液发生反应。如燃料电池的负极为惰性电极，就不和电解质溶液反应。4在书写电极反应式时，不要只关注得失电子，而忽略电解质溶液中的某些微粒也有可能参加反应。如酸性氢氧燃料电池中的正极反应式为O24e4H=2H2O，而不是O24e=2O2或O24e2H2O=4OH。【例1】(2013江苏化学，9)MgH2O2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，示意图如右。该电池工作时，下列说法正确的是()。AMg电极是该电池的正极BH2O2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【变式探究】一种基于酸性燃料电池原理设计的酒精检测仪
5、，负极上的反应为：CH3CH2OH4eH2O=CH3COOH4H。下列有关说法正确的是()。A检测时，电解质溶液中的H向负极移动B若有0.4 mol电子转移，则在标准状况下消耗4.48 L氧气C电池反应的化学方程式为：CH3CH2OHO2=CH3COOHH2OD正极上发生的反应为：O24e2H2O=4OH【变式探究】图甲和图乙是双液原电池装置，由图可以判断下列说法错误的是()。A甲图电池反应的离子方程式为Cd(s)Co2(aq)=Co(s)Cd2(aq)B反应2Ag(s)Cd2(aq)=Cd(s)2Ag(aq)能发生C盐桥的作用是形成闭合回路，并使两边溶液保持电中性D图乙中当有1 mol电子通
6、过外电路时，正极有108 g Ag析出【例2】(2013浙江理综，11)电解装置如图所示，电解槽内装有KI及淀粉溶液，中间用阴离子交换膜隔开。在一定的电压下通电，发现左侧溶液变蓝色，一段时间后，蓝色逐渐变浅。已知：3I26OH=IO5I3H2O下列说法不正确的是()。A右侧发生的电极反应式：2H2O2e=H22OHB电解结束时，右侧溶液中含IOC电解槽内发生反应的总化学方程式：KI3H2OKIO33H2D如果用阳离子交换膜代替阴离子交换膜，电解槽内发生的总化学反应不变2I2H2OI22OHH2【特别提醒】某兴趣小组设计如图所示微型实验装置。实验时，先断开K2，闭合K1，两极均有气泡产生；一段时
7、间后，断开K1，闭合K2，发现电流表A指针偏转。下列有关描述正确的是()。A断开K2，闭合K1时，总反应的离子方程式为：2H2ClCl2H2B断开K2，闭合K1时，石墨电极附近溶液变红C断开K1，闭合K2时，铜电极上的电极反应式为：Cl22e=2ClD断开K1，闭合K2时，石墨电极作正极1牺牲阳极的阴极保护法在被保护的钢铁设备(如海水中的闸门、地下的天然气管道等)上连接或直接安装若干锌块，使锌、铁形成原电池，锌作阳极，从而保护了钢铁免受腐蚀。2外加电流的阴极保护法外加电流的阴极保护法是使被保护的钢铁设备作为阴极(接电源负极)，用惰性电极作为阳极(接电源正极)，在两者之间连接直流电源。通电后，电
8、子被强制流向被保护的钢铁设备，从而使钢铁表面产生电子积累，抑制钢铁设备失去电子，起到保护的作用。【例3】(2013北京理综，7)下列金属防腐的措施中，使用外加电流的阴极保护法的是()。A水中的钢闸门连接电源的负极B金属护栏表面涂漆C汽车底盘喷涂高分子膜D地下钢管连接镁块【变式探究】下列与金属腐蚀有关的说法正确的是()。A图a中，插入海水中的铁棒，越靠近底端腐蚀越严重B图b中，开关由M改置于N时，CuZn合金的腐蚀速率减小C图c中，接通开关时Zn腐蚀速率增大，Zn上放出气体的速率也增大D图d中，ZnMnO2干电池自放电腐蚀主要是由MnO2的氧化作用引起的难点1、可充电电池四电极反应式的书写技巧【
9、例1】某新型“纸电池”以碳纳米管和金属锂为两极，造纸用的纤维素在一种离子液体X中溶解作隔离膜，电池工作时的总反应为xLiC(碳纳米管) LixC，下列有关说法正确的是 ()。【方法技巧】书写放电的电极反应式时，一般要根据三步：第一，先标出原电池总反应式电子转移的方向和数目，找出参与负极和正极反应的物质；第二，写出一个比较容易书写的电极反应式(书写时一定要注意电极产物是否与电解质溶液共存)；第三，在电子守恒的基础上，总反应式减去写出的电极反应式即得另一电极反应式。充电的电极反应与放电的电极反应过程相反，充电的阳极反应为放电的正极反应的逆过程，充电的阴极反应为放电的负极反应的逆过程。以上方法可总结
10、为：简单电极先写出，复杂反应相减得；负极颠倒得阴极，正极颠倒得阳极。1下列有关电池的说法不正确的是()。A手机上用的锂离子电池属于二次电池B铜锌原电池工作时，电子沿外电路从铜电极流向锌电极C甲醇燃料电池可把化学能转化为电能D锌锰干电池中，锌电极是负极2下列叙述中不正确的是()。A电解池的阳极上发生氧化反应，阴极上发生还原反应B原电池的正极上发生氧化反应，负极上发生还原反应C电镀时，电镀池里的阳极材料发生氧化反应D用原电池作电源进行电解时，电子从原电池负极流向电解池阴极3用铁丝(电极a)、铜丝(电极b)和CuSO4溶液可以构成原电池或电解池，如图所示。则下列说法正确的是()。A构成原电池时b极反
11、应为Cu2e=Cu2B构成电解池时a极质量一定减少C构成电解池时b极质量可能减少也可能增加D构成的原电池或电解池工作后可能产生大量气体4人工光合作用能够借助太阳能，用CO2和H2O制备化学原料。下图是通过人工光合作用制备HCOOH的原理示意图，下列说法不正确的是()。A该过程是将太阳能转化为化学能的过程B催化剂a表面发生氧化反应，有O2产生C催化剂a附近酸性减弱，催化剂b附近酸性增强D催化剂b表面的反应是CO22H2e=HCOOH【解析】首先标化合价，看价变化，O2HOOH，CO2中C的化合价降低，得电子，由图示装置6体积为1 L的某溶液中含有的离子如表所示：离子Cu2Al3NOCl11a1用
12、Pt电极电解该溶液，当电路中有3 mol电子通过时(忽略电解时溶液体积的变化及电解产物可能存在的溶解现象)，下列说法正确的是()。A电解后溶液的pH0Ba3C阳极生成1.5 mol Cl2D阴极析出的金属是铜与铝7将KCl和CuSO4两种溶液等体积混合后，用石墨电极进行电解，电解过程中，溶液pH随时间t变化的曲线如图所示，则下列说法正确的是()。A整个过程中两电极反应2Cl2e=Cl2、2H2e=H2不可能同时发生B电解至c点时，往电解液中加入适量CuCl2固体，即可使电解液恢复至原来的浓度Cab段表示电解过程中H被还原，pH上升D原混合溶液中KCl和CuSO4的浓度之比恰好为218烷作为一种
13、新能源在化学领域应用广泛，请回答下列问题。(1)高炉冶铁过程中，甲烷在催化反应室中产生水煤气(CO和H2)还原氧化铁，有关反应为：CH4(g)CO2(g)=2CO(g)2H2(g)H260 kJmol1已知：2CO(g)O2(g)=2CO2(g)H566 kJmol1。则CH4与O2反应生成CO和H2的热化学方程式为_。(2)如下图所示，装置为甲烷燃料电池(电解质溶液为KOH溶液)，通过装置实现铁棒上镀铜。a处应通入_(填“CH4”或“O2”)，b处电极上发生的电极反应式是_。电镀结束后，装置中溶液的pH_(填写“变大”“变小”或“不变”，下同)，装置中Cu2的物质的量浓度_。电镀结束后，装置
14、溶液中的阴离子除了OH以外还含有_(忽略水解)。在此过程中若完全反应，装置中阴极质量变化12. 8 g，则装置中理论上消耗甲烷_L(标准状况下)。(2)CH4O22H2O4e=4OH变小不变CO1.129电解是最强有力的氧化还原手段，在化工生产中有着重要的应用。请回答下列问题：(1)以铜为阳极，以石墨为阴极，用NaCl溶液作电解液进行电解，得到半导体材料Cu2O和一种清洁能源，则阳极反应式为_ _，阴极反应式为_。(2)某同学设计如图所示的装置探究金属的腐蚀情况。下列判断合理的是_(填序号)。a区铜片上有气泡产生b区铁片的电极反应式为2Cl2e=Cl2c最先观察到变成红色的区域是区d区和区中铜
15、片的质量均不发生变化(3)最新研究发现，用隔膜电解法处理高浓度乙醛废水的工艺具有流程简单、能耗较低等优点，其原理是使乙醛分别在阴、阳极发生反应生成乙醇和乙酸，总反应式为2CH3CHOH2OCH3CH2OHCH3COOH实验室中，以一定浓度的乙醛Na2SO4溶液为电解质溶液，模拟乙醛废水的处理过程，其装置如图所示。若以甲烷碱性燃料电池为直流电源，则燃料电池中b极应通入_(填化学式)，电极反应式为_。电解过程中，阴极区Na2SO4的物质的量_(填“增大”、“减小”或“不变”)。在实际工艺处理中，阴极区乙醛的去除率可达60%。若在两极区分别注入1 m3乙醛含量为3 000 mgL1的废水，可得到乙醇
16、_kg(计算结果保留小数点后一位)。 (3)根据电解液中阳离子的迁移方向，可知c为阳极，d为阴极，因此直流电源上a为正极，通入O2，10以Al和NiO(OH)为电极，NaOH溶液为电解液组成一种新型电池，放电时NiO(OH)转化为Ni(OH)2该电池反应的化学方程式是_。(2)化学在环境保护中起着十分重要的作用，催化反硝化学法和电化学降解法可用于治理水中硝酸盐的污染。电化学降解NO的原理如图所示。电源正极为_(填A或B)，阴极反应式为_。若电解过程中转移了2 mol电子，则膜两侧电解液的质量变化差(m左m右)为_克。(3)能量之间可相互转化：电解食盐水制备Cl2是将电能转化为化学能，而原电池可
17、将化学能转化为电能。设计两种类型的原电池，探究其能量转化效率。限选材料：ZnSO4(aq)，FeSO4(aq)，CuSO4(aq)；铜片，铁片，锌片和导线。完成原电池甲的装置示意图(见右图)，并作相应标注，要求：在同一烧杯中，电极与溶液含相同的金属元素。以铜片为电极之一，CuSO4(aq)为电解质溶液，只在一个烧杯中组装原电池乙，工作一段时间后，可观察到负极_。甲乙两种原电池可更有效地将化学能转化为电能的是_，其原因是_。根据牺牲阳极的阴极保护法原理，为减缓电解质溶液中铁片的腐蚀，在所给的材料中应选_作阳极。 (2)A2NO6H2O10e=N212OH11锌(Zinc)是第四“常见”的金属，仅
18、次于铁、铝及铜，在现代工业中对于电池制造有不可磨灭的贡献。.湿法炼锌某种冶炼过程可用下图简略表示(1)ZnS焙烧反应的化学方程式为_。(2)电解过程中析锌一极的电极反应式为_。(3)氧化锌像氧化铝一样，属于两性氧化物，则氧化锌与氢氧化钠反应的离子方程式为_。(已知：“锌酸”的化学式可写成H2Zn(OH)4).锌电池用锌作负极的电池生活中随处可见，如锌锰干电池、锌锰碱性电池、锌空电池等。(4)锌锰碱性电池，以二氧化锰为正极，锌粒为负极，氢氧化钾溶液为电解液。其具有容量大、放电电流大的特点，因而得到广泛应用。电池总反应式为Zn2MnO22H2O=2MnO(OH)Zn(OH)2。碱性电池中，负极锌由片状改变成粒状的优点是_；正极反应式为_。(5)新型锌空电池(如图)与锂电池相比，锌空气充电电池的储存电量是它的三倍，成本是锂电池的一半，并且完全没有过热爆炸的安全隐患。该电池的总反应为2ZnO2=2ZnO，电解质溶液为KOH溶液，则负极的电极反应式为_。若以该电池为电源，用惰性电极电解硝酸银溶液，为保证阴极有10.8 g银析出，至少需要_L空气(折算成标准状况)进入该电池。
