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1、电化学基础第21讲考纲导视基础反馈1判断正误，正确的画“”，错误的画“”。(1)在原电池中，发生氧化反应的一极一定是负极()。(2) 在原电池中，负极材料的活泼性一定比正极材料强()。(3)在原电池中，正极本身一定不参与电极反应，负极本身一定要发生氧化反应()。(4)其他条件均相同，带有“盐桥”的原电池比不带“盐桥”的原电池电流持续时间长()。(5)由 Al、Cu、稀 H2SO4 组成的原电池中，负极反应式为Al3e=Al3()。(6)由 Fe、Cu、FeCl3 溶液组成的原电池中，负极反应式为Cu2e=Cu2()。答案：(1)(2)(3)(4)(5) (6)2在有盐桥的铜锌原电池中，电解质溶
2、液的选择可以是与电极材料不相同的阳离子吗？如 Zn 极对应的是硫酸锌，能不能是氯化铜或者氯化钠？答案：可以，如果该溶液中溶质的阳离子对应的金属单质比电极强的话没有问题。因为负极区发生的反应只是Zn的溶解而已。但是如果比电极弱的话，例如氯化铜，锌就会置换出铜，在表面形成原电池，减少供电量。使用盐桥就是为了避免这种情况。考点一原电池化学电源【知识梳理】一、原电池化学能电能1概念：把_转化为_的装置。2构成条件。活泼性不同的电解质溶液(1)两个_电极。(2)将两个电极插入_中。(3)用导线连接电极形成_。(4)具有自发进行的_。氧化还原反应闭合回路3工作原理(以锌铜原电池为例)。ZnCu氧化反应还原
3、反应电极名称负极正极(1)电极材料(2)电极反应(3)反应类型电子流向由Zn沿导线流向Cu盐桥中离子移向盐桥含饱和KCl溶液，K移向正极，Cl移向负极Zn2e=Zn2Cu22e=Cu二、化学电源1碱性锌锰干电池一次电池。负极反应 _正极反应 2MnO22H2O2e=2MnOOH2OH电池反应 Zn2MnO22H2O=Zn(OH)22MnOOHZn2OH2e=Zn(OH)22.铅蓄电池二次电池。Pb 2e =PbO2Pb2H2SO4电极名称负极正极电极材料铅二氧化铅电极反应_PbO22e4H=PbSO42H2O电池反应 2PbSO42H2O电解质溶液硫酸溶液优点铅蓄电池是二次电池，可多次充电，反
4、复利用PbSO43.氢氧燃料电池(碱性介质)。电极名称负极正极电极材料氢气氧气电极反应_电池反应_电解质溶液氢氧化钾溶液优点_能量利用率高、无污染、原料来源广泛等2H24OH4e=4H2OO24e2H2O=4OH2H2O2=2H2OB中 Mg 作负极，电极反应式为：Mg2e=Mg2+C中 Fe 作负极，电极反应式为：Fe2e=Fe2+D中 Cu 作正极，电极反应式为：O22H2O4e=4OH【考点集训】 例1 分析下图所示的四个原电池装置，其中结论正确的是()。A中 Mg 作负极，中 Fe 作负极解析：中Mg 不与NaOH溶液反应，而Al 能和NaOH 溶液反应失去电子，故Al 是负极；中Fe
5、在浓硝酸中钝化，Cu和浓HNO3 反应失去电子作负极，A、B、C错。答案：D归纳总结原电池正、负极判断方法说明：原电池的正极和负极与电极材料的性质有关，也与电解质溶液有关，不要形成活泼电极一定作负极的思维定势。例2(2015 年新课标卷)微生物电池是指在微生物的作用下将化学能转化为电能的装置，其工作原理如图所示。下列有A正极反应中有 CO2 生成B微生物促进了反应中电子的转移C质子通过交换膜从负极区移向正极区D电池总反应为 C6H12O66O2=6CO26H2O思路指导：正极发生还原反应，化合价降低；负极发生氧化反应，化合价升高。答案：A易错警示在原电池中，外电路由电子定向移动导电，电子总是从
6、负极流出，流入正极；内电路由离子的定向移动导电，阳离子向正极移动，阴离子向负极移动。例3下列说法正确的是()。A用导线将金属 A 和石墨棒连接后插入稀硫酸中，一段时间后观察到 A 极溶解，则说明 A 是正极。B向稀硫酸溶液中滴加少量硫酸铜溶液，会减慢锌和硫酸反应制取氢气的速率。解析：A 极溶解，则说明 A 的活泼性强，作负极，A 项错误；向溶液中加少量硫酸铜溶液，形成铜-锌原电池加快反应的进行速率，B项错误；根据总反应式可知，每生成1 mol CH3OH时，C 元素的化合价由4 降低到2，转移6 mol 电子，D 项错误。答案：C归纳总结原电池原理的应用(1)比较不同金属的活动性强弱。根据原电
7、池原理可知，在原电池反应过程中，一般活动性强的金属作负极，而活动性弱的金属(或碳棒)作正极。(2)加快化学反应速率。原电池可以加快化学反应速率。如锌和稀硫酸反应制取氢气时，可向溶液中滴加少量硫酸铜，形成铜-锌原电池，加快反应的进行速率。(3)设计制作化学电源。设计原电池时要紧扣原电池的四个条件。具体方法是：首先将氧化还原反应拆成两个半反应，即氧化反应和还原反应。结合两个半反应找出正负极材料及电解质溶液。按要求画出原电池装置图。例4把适合题意的图象填在横线上(填序号)。ABCD(1)将等质量的两份锌粉 a、b 分别加入过量的稀硫酸，同时向 a 中加入少量的CuSO4溶液，产生H2的体积 V(L)
8、与时间t(min)的关系是_。(2)将过量的两份锌粉 a、b 分别加入定量的稀硫酸，同时向a 中加入少量的 CuSO4 溶液，产生 H2 的体积 V(L)与时间 t(min)的关系是_。(3)将(1)中的 CuSO4 溶液改成 CH3COONa 溶液，其他条件不变，则图象是_。答案：(1)A (2)B (3)C考点二电解池【知识梳理】一、电解原理电流阴阳两极氧化还原反应1电解：使_通过电解质溶液(或熔融的电解质)而在_引起_的过程。2电解池。(1)概念：把电能转化为化学能的装置。(2)构成：直流电源、电极、电解质、闭合回路。(3)电极名称及电极反应式(如下图)。(4)电子和离子的移动方向。阳极
9、氧化2Cl2e=Cl2阴极还原Cu22e=Cu3两极放电顺序。方法技巧(1)阴极不管是什么材料，电极本身都不反应，一定是溶液(或熔融电解质)中的阳离子放电。(3)电解水溶液时，KAl3不可能在阴极放电，即不可能用电解水溶液的方法得到K、Ca、Na、Mg、Al 等金属。二、电解原理的应用1电解饱和食盐水。(1)电极反应阳极：_阴极：_(2)总反应_(3)应用氯碱工业制_、_和_氢气氯气烧碱2Cl2e=Cl22H2e=H22NaCl2H2O 2NaOHH2Cl22.电镀或电解精炼铜。(1)两极材料待镀金属或精铜作_；镀层金属或粗铜作_(2)电极反应阳极： _阴极：_阴极阳极Cu2e=Cu2Cu22
10、e=Cu3.冶炼金属(以冶炼 Na 为例)。(1)电极反应阳极： _阴极：_(2)总反应_(3)应用冶炼_等活泼金属钠、镁、铝2Cl2e=Cl22Na2e=2Na2NaCl(熔融) 2NaCl2【考点集训】例5(2013 年北京卷)用石墨电极电解 CuCl2 溶液(见右图)。下列分析正确的是()。Aa 端是直流电源的负极B通电使 CuCl2 发生电离D通电一段时间后，在阴极附近观察到黄绿色气体答案：B例6(2015 年福建卷)某模拟“人工树叶”电化学实验装置如下图所示，该装置能将H2O和CO2转化为O2和燃料(C3H8O)。下列说法正确的是()。A该装置将化学能转化为光能和电能B该装置工作时，
11、H从 b 极区向 a 极区迁移C每生成 1 mol O2，有 44 g CO2 被还原答案：B解题模型电解电极反应式的书写(1)首先判断阴、阳极，分析阳极材料是惰性电极还是活性电极。(2)再分析电解质水溶液的组成，找全离子并分为阴、阳离(3)然后排出阴、阳两极的放电顺序。(4)分析电极反应，判断电极产物，写出电极反应式，要注意遵循原子守恒和电荷守恒。(5)最后写出电解反应的总化学方程式或离子方程式。例7(1)在 298 K 时，1 mol CH4 在氧气中完全燃烧生成二氧化碳和液态水，放出热量 890.0 kJ。写出该反应的热化学方程式：_。现有 CH4 和 CO 的混合气体 0.75 mol
12、，完全燃烧后，生成 CO2 气体和 18 g 液态水，并放出 515 kJ 热量，则 CH4 和 CO 的物质的量分别为_、_mol。(2)利用该反应设计一个燃料电池：用氢氧化钾溶液作电解质溶液，多孔石墨作电极，在电极上分别通入甲烷和氧气。通入甲烷气体的电极应为_极(填“正”或“负”)，该电极上发生的电极反应是_(填字母代号)。(3)在右图所示实验装置中，石墨棒上的电极反应式为：_；如果起始时盛有1000 mL pH5的硫酸铜溶液(25 ，CuSO4足量)，一段时间后溶液的pH变为1，此时可观察到的现象是_；若要使溶液恢复到起始浓度(温度不变，忽略溶液体积的变化)，可向溶液中加入_(填物质名称
13、)，其质量约为_。规律总结电解质溶液的复原应遵循“从溶液中析出什么补什么”的原则，即从溶液中析出哪种元素的原子，则应按比例补入哪些原子。例8空间实验室“天宫一号”的供电系统中有再生氢氧燃料电池(RFC), RFC是一种将水电解技术与氢氧燃料电池技术相结合的可充电电池。下图为RFC工作原理示意图，有关说法正确的是()。答案：C考点三金属的电化学腐蚀与防护【知识梳理】1金属的腐蚀。金属与周围的气体或液体物质发生_反应而引起损耗的现象。金属腐蚀的本质：_。(1)化学腐蚀：金属与接触的物质直接发生_而引起的腐蚀。(2)电化学腐蚀：不纯的金属跟电解质溶液接触发生_反应，较活泼的金属被氧化的腐蚀。(3)两
14、种腐蚀往往_发生，但_腐蚀更普遍，速度快，危害更重。氧化还原金属被氧化化学反应原电池同时电化学2电化学腐蚀的分类(以铁的腐蚀为例)。项目吸氢腐蚀吸氧腐蚀条件水膜_水膜_电极反应负极(Fe)_ _正极(C)_ _总反应 _普遍性_腐蚀更普遍Fe2e=Fe22Fe4e=2Fe2O24e2H2O=4OH呈中性或弱酸性2H2e=H2呈酸性吸氧Fe2H=Fe2H22FeO22H2O=2Fe(OH)23.金属的防护方法。(1)加防护层，如_。(2)改变_，如将普通钢制成不锈钢。(3)电化学保护法。牺牲负极的正极保护法利用_原理，_极被保护。如在被保护的钢铁设备上装上若干较活泼的金属如锌，让被保护的金属作原
15、电池的正极。外加电流的阴极保护法利用_原理，_极被保护。如用被保护的钢铁设备作阴极，惰性电极作阳极，外接直流电源。涂油漆、覆盖陶瓷、电镀、金属钝化等(合理即可)金属的内部结构原电池电解池正阴【考点集训】A生铁块中的碳是原电池的正极B红墨水柱两边的液面变为左低右高C两试管中相同的电极反应式是：Fe2e=Fe2Da 试管中发生了吸氧腐蚀，b 试管中发生了析氢腐蚀解析：a 试管中食盐水为中性，发生了吸氧腐蚀，压强减小；b 试管中氯化铵溶液为酸性，发生了析氢腐蚀，压强增大，所以红墨水柱两边的液面变为左高右低。答案：B例10对金属制品进行抗腐蚀处理，可延长其使用寿命。(1)镀铜可防止铁制品腐蚀，电镀时用
16、铜而不用石墨作阳极的原因是_。(2)利用右图装置，可以模拟铁的电化学防护。若 X 为碳棒，为减缓铁的腐蚀，开关 K 应置于_处。若 X 为锌，开关 K置于 M 处，该电化学防护法称为_。解析：(1)电镀时若用石墨作阳极，则电解过程中电解液中Cu2浓度不断减小，导致铁表面不能镀上均匀的铜。(2)若X为碳棒，则只能用外加电源的阴极保护法，此时开关K 应置于N处。若X 为Zn，K 置于M 处，其保护原理称为牺牲负极的正极保护法。答案：(1)补充溶液中消耗的Cu2，保持溶液中Cu2浓度恒定(2)N 牺牲负极的正极保护法例11(2015 年重庆卷)我国古代青铜器工艺精湛，有很高的艺术价值和历史价值，但出
17、土的青铜器大多受到环境腐蚀，故对其进行修复和防护具有重要意义。(1)原子序数为 29 的铜元素位于元素周期表中第_周期。(2)某青铜器中 Sn、Pb 的质量分别为 119 g、20.7 g，则该青铜器中 Sn 和 Pb 原子数目之比为_。(3)研究发现，腐蚀严重的青铜器表面大都存在 CuCl。关于CuCl 在青铜器腐蚀过程中的催化作用，下列叙述正确的是_。A降低了反应的活化能B增大了反应的速率C降低了反应的焓变D增大了反应的平衡常数(4)采用“局部封闭法”可以防止青铜器进一步被腐蚀。如将糊状 Ag2O 涂在被腐蚀部位，Ag2O 与有害组分 CuCl 发生复分解反应，该化学方程式为_。(5)如图
18、为青铜器在潮湿环境中发生电化学腐蚀的原理示意图。腐蚀过程中，负极是_(填图中字母“a”或“b”或“c”)；若生成 4.29 g Cu2(OH)3Cl，则理论上耗氧体积_L(标准状况)。101，根据NnNA 知，物质的量之比等于其个数之比，所以Sn、Pb 原子个数之比为101。(3)催化剂改变反应路径，能降低反应活化能，但焓变不变，C 错误；对于指定反应，平衡常数只与温度有关，温度不变，平衡常数不变，与催化剂无关，D 错误。(4)Ag2O 与有害组分CuCl发生复分解反应，则二者相互交换成分生成另外的两种化合物，这里生成Cu2O。答案：(1)四(2)101(3)AB(4)Ag2O2CuCl=2A
19、gClCu2O(5)c2Cu23OHCl=Cu2(OH)3Cl0.448思维模型盐桥原电池专题突破1盐桥的组成和作用。(1)盐桥中装有饱和的KCl、KNO3等溶液和琼脂制成的胶冻。(2)盐桥的作用：连接内电路，形成闭合回路；平衡电荷，使原电池不断产生电流。2单池原电池和盐桥原电池的对比。项目单池原电池盐桥原电池评价装置甲乙盐 桥 原电池：可避 免 锌与 硫 酸铜 直 接接触，更有 效 地将 化 学能 转 化为电能相同点正负极材料、电极反应、总反应相同 负极(Zn)：Zn2e=Zn2正极(Cu)：Cu22e=Cu总反应：ZnCu2=CuZn2(续表)项目单池原电池评价不同点实验装置不同盐桥原电池
20、：可避免锌与硫酸铜直接接触，更有效地将化学能转化为电能实验现象不同：图甲中锌片逐渐溶解，电极上有红色物质析出，铜片变粗；图乙中锌片逐渐溶解，铜片变粗能量转化形式不同：图甲中Zn在CuSO4溶液中直接接触Cu2，会有一部分Zn与Cu2直接反应，该装置中既有化学能和电能的转化，又有一部分化学能转化成了热能，装置的温度会升高；图乙中Zn和CuSO4溶液在两个池子中，Zn与Cu2不直接接触，不存在Zn与Cu2直接反应的过程，化学能仅转化成电能，电流稳定，且持续时间长2Ag(s)设计的原电池如下图所示，其中盐桥内装琼脂-饱和KNO3溶液。请回答下列问题：(1)电极 X 的材料是_；电解质溶液 Y 是_。
21、(2)银电极为电池的_极，写出两电极的电极反应式：银电极：_；X 电极：_。(3)外电路中的电子是从_电极流向_电极。(4)盐桥中向 CuSO4 溶液中迁移的离子是_(填序号)。(5)其中 CuSO4 溶液能否被稀硫酸溶液代替？_(填“能”或“否”，下同)；Ag 电极能否被石墨代替？_。答案：(1)Cu AgNO3 溶液(2)正2Ag2e=2Ag Cu2e=Cu2(3)CuAg(4)B (5)能能应用1能量之间可以相互转化：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)，Cu
22、SO4(aq)；铜片，铁片，锌片和导线。(1)完成原电池的装置示意图(见下图)，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。(2)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_。(3)甲、乙两种原电池中可更有效地将化学能转化为电能的是_，其原因是_。答案：(1)装置图如下：或或(2)电极逐渐溶解，电极上有红色物质析出(3)甲可以避免活泼金属和CuSO4 接触发生置换反应，从而提供稳定电流易错警示电化学装置图常见失分点(1)不注明电极材料名称或元素符号。(2)不画出电解质溶液(或画出但不标注)。(3)误把盐桥画成导线
23、。(4)不能连成闭合回路。思维模型原电池电极反应式的书写1“加减法”书写电极反应式。(1)先确定原电池的正负极，列出正负极上的反应物质，并标出电子的得失。(2)注意负极反应生成的阳离子与电解质溶液中的阴离子是否共存。若不共存，则该电解质溶液中的阴离子应写入负极反应式。(3)在电子守恒的基础上正负极反应式相加得到电池反应的总反应式。若已知电池反应的总反应式，可先写出较易书写的一极的电极反应式，然后在电子守恒的基础上，总反应式减去较易写出的一极的电极反应式，即得到较难写出的另一极的电极反应式。典例2Li-SOCl2电池可用于心脏起搏器。该电池的电极材料分别为锂和碳，电解液是 LiAlCl4-SOC
24、l2。电池的总反应可表示为：4Li2SOCl2=4LiClSSO2。请回答下列问题：(1) 电池的负极材料为_ ，发生的电极反应为：_。(2)电池正极发生的电极反应为：_。2燃料电池电极反应式的书写。第一步：写出电池总反应式。燃料电池的总反应与燃料的燃烧反应一致，若产物能和电解质反应则总反应为加合后的反应。例如：氢氧燃料电池的总反应式为：2H2O2=2H2O；甲烷燃料电池(电解质溶液为 NaOH 溶液)的反应式为：CH42O2=CO22H2OCO22NaOH=Na2CO3H2O式式得燃料电池总反应式为：CH42O22NaOH=Na2CO33H2O。第二步：写出电池的正极反应式。根据燃料电池的特
25、点，一般在正极上发生还原反应的物质都是O2，随着电解质溶液的不同，其电极反应有所不同，因此，我们只要熟记以下四种情况：(1)酸性电解质溶液环境下电极反应式：O24H4e=2H2O。(2)碱性电解质溶液环境下电极反应式：第三步：根据电池总反应式和正极反应式写出电池的负极反应式。根据第一、二步写出的反应，可得：电池的总反应式电池正极反应式电池负极反应式，注意在将两个反应式相减时，要约去正极的反应物O2。燃料电池正极反应式：O22H2O4e=4OH典例3以甲烷燃料电池为例来分析在不同的环境下电极反应式的书写方法：(1)酸性条件。燃料电池总反应式：CH42O2=CO22H2O2，得燃料电池负极反应式：
26、_。(2)碱性条件。燃料电池总反应式：CH42O22NaOH=Na2CO33H2O2，得燃料电池负极反应式：_。电解质溶液H2SO4 溶液KOH 溶液负极反应式正极反应式溶液的 pH 变化应用2(1)根据氧化还原反应：2H2O2=2H2O，设计成燃料电池，负极通的气体应是_ ，正极通的气体应是_。(2)根据选择电解质溶液的不同，填写下表：(3)若把H2改为CH4，KOH作电解质，则正极反应式为：_。答案：(1)H2 O2(2)(3)2H2OO24e=4OH电解质溶液H2SO4溶液KOH溶液负极反应式2H24e=4H2H24OH4e=4H2O正极反应式O24H4e=2H2OO22H2O4e=4OH溶液的pH变化变大变小
