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1、专题10 电化学解题策略通过研究近几年全国各地的高考试题，有关电化学试题仍是2012年高考一大亮点，这充分说明电化学在今后教学中的重要性。但这类试题往往又是学生学习的难点，错误率较高。如何解答此类问题，现归纳如下： 【解题策略】一. 电化学中四个极正负极是根据物理学上的电极电势高低而规定的，多用于原电池。正极电极电势高，是流入电子（外电路）的电极；负极电极电势低，是流出电子（外电路）的电极。阴阳极是针对电解池或电镀池来命名的。阳极是指与电源正极相连，发生氧化反应的电极；阴极是指与电源负极相连，发生还原反应的电极。二. 电化学中四个池 1. 原电池：化学能转化为电能的装置。除燃料电池外，一般由活
2、泼金属作负极。 2. 电解池：电能转化为化学能的装置。 3. 电镀池：应用电解原理在某些金属表面镀上一层新金属的装置。通常镀层金属接电源正极，待镀金属的物件接电源负极，含有镀层金属离子的溶液作电镀液。 4. 电解精炼池：应用电解原理提纯某些金属的装置，通常提纯的金属接电源正极，该金属的纯净固体接电源负极，电解液含有待提纯金属的阳离子。三. 原电池电极的四种判断方法 1. 根据构成原电池的电极材料判断：活泼金属作负极，较不活泼金属或导电的非金属及金属氧化物作正极。 2. 根据电子流向或电流流向判断：电子流出或电流流入的电极为负极，反之为正极。 3. 根据电极反应进行判断：发生氧化反应的为负极，发
3、生还原反应的为正极。也可依据电极附近指示剂（石蕊、酚酞、淀粉试液等）的显色情况判断该电极是或等放电，从而确定正、负极。如用酚酞作指示剂，若电极附近溶液变红色，说明该电极附近溶液显碱性，在该电极附近得电子被还原，该电极为正极。 4. 根据两极现象判断：通常溶解或质量减少的一极为负极；质量增加或有气泡产生的一极为正极。四. 电解的四种类型 1. 只有溶质发生化学变化：如用惰性电极电解溶液、溶液，其电解反应式分别为： 2. 形式上看只有水发生化学变化：如惰性电极电解溶液的电解反应式均为： 3. 溶质、水均发生化学变化：如惰性电极电解溶液、溶液，其电解反应式分别为： 4. 形式上看溶质和水均未发生化学
4、变化：如铁器上镀铜，电极反应式分别为：阳极铜棒：，阴极铁器：。五. 书写电极反应的四原则1. 加减原则：根据得失电子守恒，总反应式为两个电极反应式之和。若已知一个电极反应式，可用总反应式减去已知的反应式，得另一电极反应式。 2. 共存原则：因为物质得失电子后在不同介质中的存在形式不同，所以电极反应式的书写必须考虑介质环境。碱性溶液中不可能存在，也不可能有参加反应；当电解质溶液呈酸性时，不可能有参加反应。如甲烷燃料电池以KOH为电解质溶液时：负极反应式：；正极反应式：。 3. 得氧失氧原则：得氧时，在反应物中加（电解质为酸性时）或（电解质溶液为碱性或中性时）；失氧时，在反应物中加（电解质为碱性或
5、中性时）或（电解质为酸性时）。如“钮扣”电池以KOH为电解质溶液，其电池总反应式为：，负极，根据得氧原则，负极反应式为：；正极，根据失氧原则，正极反应式为：。 4. 中性吸氧反应成碱原则：在中性电解质溶液中，通过金属吸氧所建立起来的原电池反应，其反应的最后产物是碱。如银锌电池、铁的吸氧腐蚀、以铝、空气、海水为材料组成的海水电池等。【题型解读】题型一、电极名称和电极材料的判断例1. 铜片和锌片用导线连接后插入稀硫酸中，锌片是（ ）A. 阴极B. 正极C. 阳极D. 负极解析：电解池的两极分别命名为阴、阳极，原电池的两极分别命名为正、负极。题中装置构成的是原电池，锌片失电子作原电池的负极。答案：D
6、题型二、电极方程式的书写例2. 下图是电解CuCl2溶液的装置，其中c、d为石墨电极，则下列判断正确的是（ ）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电极的质量增加D. 电解过程中，氯离子的浓度不变解析：根据电流方向可判断出a为正极，b为负极，c为阳极，d为阴极。用惰性电极电解CuCl2溶液时，两个电极上发生的反应阳极（c电极）为：，阴极（d电极）为：。答案：C题型三、废旧电池的处理方法例3. 随着人们生活水平的不断提高，废旧电池必须进行集中处理的问题被提到议事日程，其首要原因是（ ） A. 利用电池外壳的金属材料B. 防止电池中的汞、镉和铅等重金属离子对土壤和水体
7、造成污染C. 不使电池中渗泄的电解液腐蚀其他物品D. 回收其中的石墨电极解析：随着生产的发展和人们生活水平的日益提高，环境污染和环保问题已越来越受到人们的重视，废旧电池中含有铅、汞等多种重金属离子，极易对环境造成污染。答案：B题型四、利用得失电子守恒进行计算例4. 室温下，在实验室中电解500mL某0.03mol/L的NaCl溶液，通电一段时间后溶液的pH从7增加到12时（设电解时溶液的体积变化忽略不计），则阴极产生气体的体积（标准状况）和溶液中NaCl的浓度分别为（ ）A. 112mL, 0.02mol/LB. 56mL, 0.02mol/LC. 56mL, 0.04mol/LD. 112m
8、L, 0.04mol/L解析：室温下，pH=12时，生成的的物质的量为。由电极反应中电子转移数相等，推导出电子与各物质之间物质的量的关系为：。由生成的的物质的量可直接求得参加反应的NaCl的物质的量为。剩余NaCl的浓度为，生成的H2为。答案：B题型五、电化学基础知识应用 1. 判断金属的活动性强弱例5. X、Y、Z、M代表四种金属元素，金属X和Z用导线连接放入稀硫酸中时，X溶解，Z极上有氢气放出；若电解和共存的溶液时，Y先析出；又知的氧化性强于，则这四种金属的活动性由强到弱的顺序为（ ）A. XZYMB. XYZMC. MZXYD. XZMY解析：金属X和Z用导线连接放入稀H2SO4中，形成
9、原电池，X溶解说明金属活动性XZ；电解和共存的溶液时，Y先析出，则金属活动性ZY；离子的氧化性越强，其单质的金属活动性越弱，则金属活动性YM。答案：A 2. 金属的腐蚀例6. 家用炒菜铁锅用水清洗放置后，常出现红棕色的锈斑，在此变化过程中不发生的化学反应是（ ）A. B. C. D. 解析：洗过的铁锅在空气中放置，可发生吸氧腐蚀，负极发生的反应为：，正极发生的反应为：，总反应式为：，而又易被O2氧化为红褐色的。答案：D题型6、电子守恒法的应用。例7、500 mL KNO3和Cu(N03)2的混合溶液中c(NO3)60 molL1，用石墨作电极电解此溶液，当通电一段时间后，两极均收集到224 L
10、气体（标准状况），假定电解后溶液体积仍为500 mL，下列说法正确的是( )A.原混合溶液中c(K)为1 molL1 B.上述电解过程中共转移4 mol电子C.电解得到的Cu的物质的量为05 mol D.电解后溶液中c(H)为2 molL1解析：两极反应为：阴极 Cu2+2e=Cu 2H+2e=H2 阳极：4OH-4e=O2+2H2O,两极都收集1mol气体，由阳极得到转移电子为4mol，又知生成1molH2转移电子2mol，根据电子得失守恒，n（Cu2）=1mol.再通过离子所带电荷的守恒,在500 mL KNO3和Cu(N03)2的混合溶液中存在关系：2c(Cu2)+c(K)=c(NO3-
11、)，可以求出c(K)=2 molL1 .电解过程中消耗的n(OH)=4mol,则溶液中留下4mol的H,c(H)=8molL1 .答案：B例8、如下图所示，若电解5min时铜电极质量增加2.16g，试回答：（1）电源电极X名称为_。（2）pH变化：A_, B_, C_。（3）通电5min时，B中共收集224mL气体（标况），溶液体积为200mL。（设电解前后无体积变化）则通电前CuSO4溶液的物质的量浓度为_。（4）若A中KCl溶液的体积也是200mL，电解后，溶液的pH是_（设前后体积无变化）。解析：（1）因为Cu电极增重，说明溶液中的Ag+在此极析出，所以Cu极为阴极，Ag极为阳极，那么与
12、Ag极相连的电源Y极为正极，X极为负极。（2）电解KCl溶液时，阴极上2H+2e-=H2，溶液pH增大，电解CuSO4和K2 SO4溶液时，阳极4OH- - 4e-=2H2O+O2，溶液pH减小。电解AgNO3溶液实质是电镀，溶液浓度不变，故pH不变。（3）C中铜电极增加2.16gAg，通过的电子为n(e-)=0.02mol，因为串联电池，每个电极通过的电子均为0.02mol，B中阳极4OH- - 4e-=2H2O+O2，放出O2为=0.005mol，阴极放出H2为：0.01mol-0.005mol=0.005mol，根据H2的物质的量推知H+得电子20.005mol，则Cu2+得电子为0.0
13、2mol -20.005mol， CuSO4 的浓度为： 。（4）A中阴极2H+2e-=H2，H+减少n(H+)=0.02mol，c(OH-) = ,pH=13。答案：（1）负极（2）增大；减小；不变（3）0.025mol/L（4）13。例9、（1）肼（N2H4）又称联氨，是一种可燃性的液体，可用作火箭燃料。已知在101kPa时，32.0gN2H4在氧气中完全燃烧生成氮气，放出热量624kJ（25时），N2H4完全燃烧反应的热化学方程式是 。（2）肼空气燃料电池是一种碱性燃料电池，电解质溶液是20%30%的KOH溶液。 肼空气燃料电池放电时：正极的电极反应式是 。 负极的电极反应式是 。（3）
14、下图是一个电化学过程示意图。 锌片上发生的电极反应是 。假设使用肼空气燃料电池作为本过程中的电源，铜片的质量变化128g，则肼一空气燃料电池理论上消耗标标准状况下的空气 L（假设空气中氧气体积含量为20%）解析：（1）注意32克N2H4为1mol,注意H应与方程式的计量数相对应，如N2H4(1)+O2(g)=N2(g)+2H2O（1）；H=624kJ/mol （2）肼空气燃料电池，电解质溶液是KOH溶液。故电极反应为：（正极）O2+2H2O+4e=4OH ，（负极）N2H4+4OH4e=4H2O+N2 （3）此图为电解装置，铜片为阳极，锌片为阴极。锌片上发生的电极反应是Cu2+2e=Cu 铜片减少128g，即转移电子4mol 根据O2+2H2O+4e=4OH计算得，需要氧气1mol,转化为空气则需要112L。答案：（1）N2H4(1)+O2(g)=N2(g)+2H2O（1）；H=624kJ/mol （2）O2+2H2O+4e=4OH ； N2H4+4OH4e=4H2O+N2 （3）Cu2+2e=Cu 112
