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1、原电池、电解原理及其应用 专题 1. 理解原电池原理。初步了解化学电源。 2. 了解化学腐蚀与电化学腐蚀及一般防腐蚀 方法 。 3. 理解电解原理。 4. 了解铜的电解精炼、镀铜、氯碱工业反应 原理。 【考点搜索】 1. 下列叙述中，可以说明金属甲比乙活泼 性强的是( ) A. 甲和乙用导线连接插入稀盐酸溶液中, 乙 溶解，甲上有H2气放出 B. 在氧化还原反应中, 甲比乙失去的电子多 C. 将甲乙作电极组成原电池时甲是负极 D. 同价态的阳离子, 甲比乙的氧化性强 【课前导引】 1. 解析：A中甲上有气体放出, 说明 甲为正极; B中化学反应中失出电子数多 的金属活泼性不一定强(如Al、Na
2、); D中 如Fe3+氧化性比Al3+强，但Fe没有Al活 泼。答案：C 2. 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. 原电池的正极和电解池的阳极所发生的反应 B. 原电池的正极和电解池的阴极所发生的反应 C. 原电池的负极和电解池的阳极所发生的反应 D. 原电池的负极和电解池的阴极所发生的反应 2. 解析：中学教材中，讲电池的两极是 正、负极，讲电解的两极则是阴、阳极。实 际上, 负极和阳极是起氧化反应的电极, 英文 中用同一个词Anode; 正极和阴极则是起还原 反应的电极，英文中用同一个词Cathode。同 一充电电池中，放电的负极反应是失电子
3、的 氧化反应，因而充电时，其逆过程必然是得 电子的还原反应(阴极)。 答案：BC 3. 下列说法正确的是( ) A. 电解NaOH溶液时, 溶液浓度将减小, pH增大 B. 电解H2SO4溶液时, 溶液浓度将增大, pH减小 C. 电解Na2SO4溶液时, 溶液浓度将增大, pH不变 D. 电解NaCl溶液时, 溶液浓度将减小, pH不变 3.电解NaOH溶液实质是电解水, 故溶液 浓度将增大, A错; 电解NaCl溶液时, 有NaOH 生成，故pH将增大, D错; 电解H2SO4溶液和 Na2SO4溶液均为电解水, 所以溶液浓度均增 大, 但前者为酸溶液故pH减小, 后者为中性溶 液故pH不
4、变, B、C均正确。答案：BC 【链接高考】 例1 (2001年试测题)可以将反应Zn+Br2= ZnBr2设计成蓄电池, 下列4个电极反应: Br2+2e=2Br 2Br2e=Br2 Zn2e=Zn2+ Zn2+2e=Zn 其中表示充电时的阳极反应和放电时的负 极反应的分别是: A. 和 B. 和 C. 和 D. 和 解析：中学教材中, 讲电池的两极是正、负极, 讲电解的两极则是阴、阳极。实际上，负极和阳极 是起氧化反应的电极, 英文中用同一个词Anode; 正 极和阴极则是起还原反应的电极，英文中用同一个 词Cathode. 本题应先改写成Zn+Br2 Zn2+2Br-， 然后讨论四个选项
5、。其中，放电是原电池向外提供 电能，充电是外界向电池提供电能，使电能转变成 化学能。同一充电电池中，放电的负极反应是失电 子的氧化反应, 因而充电时, 其逆过程必然是得电子 的还原反应(阴极). 所以都是还原反应, 反 应则是氧化反应。题目要求选出充电时的阳极反应 和放电时的负极反应两个氧化反应，所以应选 。答案：A 例2. 在玻璃圆筒中盛有两种无色的互不相溶的中 性液体。上层液体中插入两根石墨电极，圆筒内还 放有一根下端弯成环状的玻璃搅棒，可以上下搅动 液体，装置如图。接通电源，阳极周围的液体呈现 棕色，且颜色由浅变深，阴极上有气泡 生成。停止通电，取出电极， 用搅棒上下剧烈搅动。静置后 液
6、体又分成两层，下层液体呈 紫红色，上层液体几乎无色。 根据上述实验回答： (1) 阳极上的电极反应式为_. (2) 阴极上的电极反应式为_. (3) 原上层液体是_. (4) 原下层液体是_. (5) 搅拌后两层液体颜色发生变化的原因 是_. (6) 要检验上层液体中含有的金属离子, 其 方法是_，现象是_. 解析: (1)使用惰性电极(石墨)电解溶液时, 阳极上离子按照I、Br、Cl、OH顺序失 电子, 结合题目给出的“下层液体呈紫红色”, 可知这里是I离子失电子生成I2。所以阳极反 应是： 2I-2e-=I2。 (2)电解时, 阴极发生得电子反应, 溶液中能 得电子变成气体的只有H+, 生
7、成H2。所以负极 反应是：2H+2e-=H2。 (3)两种无色的互不相溶的中性溶液，一 为水溶液，一为有机溶剂。根据对电解过程 的分析，反应会产生I2，最后I2会被有机溶 剂萃取。因为最后下层液体呈紫红色，所以 有机溶剂密度比水大。上层的水溶液应该为 含I的盐溶液，例如KI溶液、NaI溶液等。 下层液体为CCl4、CHCl3等密度比水大的有 机溶剂。 (4) 见(3)的分析。 (5) I2在有机溶剂中的溶解度大于在水中的 溶解度，所以绝大部分I2都转移到有机溶剂中 ，有机溶剂显示出紫红色。 (6) 可以通过焰色反应来检验。若前面填 KI，则这里正确的方法是：用铂丝蘸取少量 溶液放在无色火焰上灼
8、烧，透过蓝色钴玻璃可 观察到火焰呈紫色(其他合理答案也可。例如 ，若中答NaI水溶液，这里答火焰呈黄色). 答案: (1)2I2e=I2 (2)2H+2e=H2 (3)KI(或NaI等)水溶液 (4)CCl4(或CHCl3等) (5) I2在CCl4中的溶解度大于在水中的溶解 度，所以绝大部分I2都转移到CCl4中. (6)焰色反应透过蓝色钴玻璃观察火焰呈紫 色(其他合理答案也可. 例如, 若中答NaI水溶 液, 这里答火焰呈黄色)。 【在线探究】 1. 下列各反应中, 属于原电池的反应是: A. 氧化铝膜破坏后, 金属铝被迅速氧化 B. 白铁镀锌层破损后, 还能阻止铁被氧化 C. 红热的铁与
9、水接触, 表面上形成蓝黑色的 保护层 D. 铁丝在氯气中燃烧产生大量棕黄色的烟 【解析】金属铝被空气中的氧气所氧化, 红 热的Fe与H2O反应生成Fe3O4、Fe在Cl2中燃烧 生成FeCl3, 均为化学腐蚀；镀锌白铁皮破损后, 在潮湿的环境中, 锌与铁构成原电池, 锌作负极 被氧化, 保护铁不被腐蚀。 【答案】B 2. 如图所示，A、B、C三个装置中的烧 杯分别盛有足量的CuCl2溶液。 (1)A、B、C三个装置中属于原电池 的是_ (填标号，下同)，属于电解池 的是_。 CuZn PtCuCZn (2)A池中Zn是_极，发生 _反应(填“氧化”或“还原”，下 同)，电极反应式为_; Cu是
10、_ 极, 发生_反应, 电极反应式为_，A 中总反应的化学方程式为_. (3) B池中C是_极，发生_反应 ，电极反应为_；Pt是_极，发 生_反应，电极反应为_。B 池中总反应的化学方程式为_。 (4) C池中Zn是_极，发生_ 反应，电极反应为_；Cu是_ 极, 发生_反应, 电极反应为_. 反应过程中，溶液浓度_（填“变大” “ 变小”或“不变”）。 分析: 判断装置是原电池还是电解池，关键是 看它有没有外接直流电源, 有则为电解池，无则为 原电池。由此可知A为原电池，B和C为电解池, 且 C较为特殊，实际为电镀铜的装置。 原电池中电极分为正极、负极, 相对活泼的金 属作负极失去电子发生
11、氧化反应, 相对较不活泼的 金属作正极。所以A中Zn作负极失去电子被氧化， 发生反应为 Zn2e=Zn2+；Cu为正极, 电解液 中阳离子在正极上得电子被还原, 发生反应为Cu2+ +2e=Cu. A池中总反应为上述两个半反应的和, 即Zn + Cu2+=Cu +Zn2+。 电解池中规定与直流电源负极相连的电极为 阴极，与直流电源正极相连的电极为阳极。在外 电场的作用下，溶液中的H+和Cu2+均移向阴极C 棒，但因盐溶液中阳离子得电子能力Cu2+H+， 因而发生还原反应Cu2+2e=Cu。同时溶液中 失电子能力较强的Cl在阳极Pt表面被氧化，电 极反应为2Cl2e=Cl2。总反应方程式为 Cu
12、Cl2= Cu+Cl2。 电解 装置C中阳极为活性电极Cu，当阳极不是 惰性电极时，电极本身会被强迫失电子而发生 氧化反应Cu2e=Cu2+, 生成离子进入溶液 ，此时溶液中阴离子不能失电子。而阴极上发 生还原反应Cu2+2e=Cu, 两极反应速率相 等, 溶液中其他离子不发生反应，因而溶液浓 度保持不变。 装置C中阳极为活性电极Cu，当阳极不是 惰性电极时，电极本身会被强迫失电子而发生 氧化反应Cu2e=Cu2+, 生成离子进入溶液 ，此时溶液中阴离子不能失电子。而阴极上发 生还原反应Cu2+2e=Cu, 两极反应速率相 等, 溶液中其他离子不发生反应，因而溶液浓 度保持不变。 答案：阴 还
13、原 Cu2+2e=Cu 阳 氧化 Cu2e=Cu2+ 不变 【方法论坛】 1. 原电池正负极的判断 (1) 根据构成原电池的必要条件之一；活 泼金属作负极； (2) 根据电子流向或电流方向确定：电子 流出的一极或电流流入的一极为负极； (3) 根据氧化还原反应确立: 发生氧化反应 (还原剂)的一极为负极。 2. 判断金属腐蚀快慢的规律 不纯的金属或合金, 在潮湿的空气中 形成微电池发生电化腐蚀, 活泼金属因被 腐蚀而损耗, 金属腐蚀的快慢与下列两种 因素有关; (1) 与构成微电池的材料有关，两极材料的 活动性差别越大，电动势越大，氧化还原反应 的速度越快，活泼金属被腐蚀的速度就越快。 (2)
14、 与金属所接触的电解质强弱有关，活泼 金属在电解质溶液中的腐蚀快于在非电解质溶 液中的腐蚀，在强电解质溶液中的腐蚀快于在 弱电解质溶液中的腐蚀。 一般说来可用下列原则判断: 电解原理引起的腐蚀原电池原理引起的腐 蚀化学腐蚀有防腐措施的腐蚀 3. 原电池原理的应用 (1) 金属的防腐 在某些特殊的场所, 金属的电化腐蚀是不可 避免的, 如轮船在海中航行时, 为了保护轮船不 被腐蚀，可以在轮船上焊上一些活泼性比铁更 强的金属如Zn。这样构成的原电池Zn为负极 而Fe为正极，从而防止铁的腐蚀。 (2) 判断金属性的强弱 当两种金属构成原电池时，总是活泼 的金属作负极而被腐蚀，所以先被腐蚀的 金属活泼性较强。 (3) 加快反应速率 当形成原电池之后，反应速率加快， 如实验室制H2时, 纯Zn反应不如粗Zn跟酸 作用的速率快。 4. 电极反应规律 (1)阴极：得电子，还原反应 (一般)电极本身不参加反
