课件29张PPT。第一节 原电池目标导航预习导引目标导航预习导引1.原电池的定义和实质
(1)定义:将化学能转化为电能的装置。
(2)实质:利用能自发进行的氧化还原反应把化学能转化为电能。目标导航预习导引2.原电池的工作原理(以锌铜原电池为例) 目标导航预习导引3.原电池形成的条件
(1)两个活泼性不同的电极;
(2)有电解质溶液;
(3)形成闭合回路。目标导航预习导引4.原电池的设计
(1)依据。
理论上,能自发进行的氧化还原反应均能设计成原电池。
(2)实际设计时应注意以下几个方面:
①外电路:
负极(还原性较强的物质) 正极(能导电的物质)
②内电路:
将两极浸入电解质溶液中,并通过阴、阳离子的定向移动形成内电路。
③闭合回路:目标导航预习导引深度思考
判断下列描述的正误(正确的画“√”,错误的画“×”)。
(1)在原电池构成的闭合回路中,电子从原电池的正极通过导线流向负极。 ( )
(2)原电池的正极一定是化学性质较不活泼的金属。 ( )
(3)原电池工作时,正极上发生的是氧化反应。 ( )
(4)由Cu、Zn作电极与CuSO4溶液构成的原电池中,Cu是负极。 ( )
(5)CaO+H2O==Ca(OH)2是放热反应,可设计成原电池。 ( )
(6)实验室利用锌与稀硫酸反应制取氢气时,粗锌比纯锌效果好。 ( )
答案:(1)× (2)× (3)× (4)× (5)× (6)√迁移应用典题例解一二思考探究知识精要一、原电池的工作原理和正、负极的判断
1.原电池的工作原理迁移应用典题例解一二思考探究知识精要2.原电池正、负极的判断 迁移应用典题例解一二思考探究知识精要3.带盐桥的原电池的构成特点
(1)一般情况下,金属插入其可溶性盐溶液中,组成负极和正极。
(2)为使溶液保持电中性,盐桥中离子的定向迁移构成了电流通路。
(3)盐桥电池的两个电极材料可以不同,也可以相同,但环境绝对不同。迁移应用典题例解一二思考探究知识精要(1)盐桥是装有含琼胶的饱和KCl溶液的U形管,原电池工作时,K+、Cl-的移动方向是怎样的?
答案:原电池工作时,阳离子向正极移动,阴离子向负极移动,故K+向正极区移动,Cl-向负极区移动。
(2)盐桥在原电池工作中有何作用?
答案:盐桥的作用:a.使整个装置构成闭合回路,避免两溶液直接接触;b.盐桥中阳离子移向正极区,阴离子移向负极区,使两溶液保持电中性,从而使氧化还原反应持续进行。迁移应用典题例解一二思考探究知识精要【例1】 铜锌原电池(如下图)工作时,下列叙述正确的是( )
A.正极反应为Zn-2e-==Zn2+
B.电池反应为Zn+Cu2+==Zn2++Cu
C.在外电路中,电子从正极流向负极
D.盐桥中的K+移向ZnSO4溶液
解析:电池的正极上得电子,A项错误;结合该电池的装置图可知,该过程中涉及的氧化还原反应为Zn+Cu2+==Zn2++Cu,B项正确;外电路中,电子从负极流向正极,C项错误;在左边烧杯中由Zn失去电子形成Zn2+,使得该烧杯中带正电荷的离子增加,为维持电中性,Cl-应该通过盐桥流向ZnSO4溶液,D项错误。
答案:B迁移应用典题例解一二思考探究知识精要迁移应用典题例解一二思考探究知识精要下列装置中,电流表指针能发生偏转的是( )迁移应用典题例解一二思考探究知识精要解析:A项中锌电极和乙烧杯中的电解质溶液不能发生氧化还原反应,不能构成原电池,A项错误;B项中冰醋酸不导电,不能构成原电池,B项错误;C项中装置符合构成原电池的条件,但两极直接接触,相当于短路,因此电路中无电流,C项错误。
答案:D迁移应用典题例解思考探究一二知识精要二、原电池的设计
1.理论上任何一个自发的氧化还原反应都可以设计成一个原电池。设计原电池时,先分析氧化还原反应,理论上被氧化的物质在负极上反应,被还原的物质在正极上反应。原电池的判断应根据原电池的构成条件进行。
2.设计原电池时要紧扣构成原电池的条件。
(1)首先要将已知的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(负极一般就是失电子的物质,正极用比负极活泼性差的金属或导电的非金属如石墨)及电解质溶液。迁移应用典题例解思考探究一二知识精要①电解质溶液的选择。
电解质是使负极放电的物质。因此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),左右两个容器中的电解质溶液应含有与电极材料金属对应的阳离子。如在铜-锌-硫酸铜构成的原电池中,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。
②电极材料的选择。
在原电池中,负极若参与反应,通常为活泼性较强的金属材料,正极材料比负极材料的活泼性差。并且,原电池的电极必须能够导电。迁移应用典题例解一二思考探究知识精要(1)能用金属代替盐桥吗?
答案:不可以,在电路接通的情况下,这个盐桥只是整个回路的一部分,随时要保持电中性,装有含琼胶的饱和KCl溶液的盐桥因其中含有两种离子,可以与溶液中的离子交换,从而达到传导电流的目的,而且琼胶本身可以容纳离子在其中运动;若用金属代替盐桥,电子流向一极后不能直接从另一极得到补充,必然趋势就是向另一极释放金属阳离子或者溶液中的金属阳离子在电子流出的那一极得电子析出金属,从而降低了整个电池的电势。所以,光有自由电子是不够的,应该有一个离子的通道即“盐桥”。迁移应用典题例解一二思考探究知识精要(2)在有盐桥的铜锌原电池中,电解质溶液为什么要选择含有电极材料金属对应的阳离子?如Zn极对应的是硫酸锌溶液,能不能是氯化铜溶液或者氯化钠溶液?
答案:如果该溶液中溶质的阳离子对应的金属单质比电极材料的活泼性强的话没有问题。Zn极发生的反应是Zn的溶解。但是如果比电极材料的活泼性弱的话,例如硫酸铜溶液,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,至于电解质溶液中阳离子对应的金属要跟电极材料相同那只是一个做题的技巧,具体问题具体分析就行。迁移应用典题例解一二思考探究知识精要【例2】 设计原电池Zn+2Fe3+==Zn2++2Fe2+, 画出能形成稳定电流的半电池形式的装置图(标出电极材料、电解质溶液)。负极为 ,电极反应为 。?
正极为 ,电极反应为 。?
解析:根据已知的氧化还原反应设计原电池的思路是,首先将已知的反应拆成两个半反应(即氧化反应和还原反应):Zn-2e-==Zn2+,
2Fe3++2e-==2Fe2+,然后结合原电池的电极反应特点,分析可知,该电池应该用Zn作负极材料,正极要保证Fe3+得到负极失去的电子,一般用不能还原Fe3+的材料,如Pt或石墨棒等,电解质溶液只能用含Fe3+的电解质溶液,如FeCl3溶液等,按要求形成稳定的电流,须设计成带有盐桥的原电池。迁移应用典题例解一二思考探究知识精要答案: Zn Zn-2e-==Zn2+
Pt 2Fe3++2e-==2Fe2+迁移应用典题例解一二思考探究知识精要迁移应用典题例解一二思考探究知识精要1.某原电池总反应的离子方程式为2Fe3++Fe==3Fe2+,不能实现该反应的原电池是( )
A.正极为Cu,负极为Fe,电解质溶液为FeCl3溶液
B.正极为C,负极为Fe,电解质溶液为Fe(NO3)3溶液
C.正极为Ag,负极为Fe,电解质溶液为Fe2(SO4)3溶液
D.正极为Ag,负极为Fe,电解质溶液为CuSO4溶液
解析:由2Fe3++Fe==3Fe2+得出负极反应式为Fe-2e-==Fe2+,正极反应式为2Fe3++2e-==2Fe2+,可知负极材料为铁,正极材料为比铁不活泼的导体,电解质溶液中必须有Fe3+,故D选项不能满足要求。
答案:D迁移应用典题例解一二思考探究知识精要2.控制适合的条件,将反应2Fe3++2I- 2Fe2++I2设计成如图所示的原电池。下列判断不正确的是( )
A.反应开始时,乙中石墨电极上发生氧化反应
B.反应开始时,甲中石墨电极上Fe3+被还原
C.灵敏电流计读数为零时,反应达到化学平衡状态
D.灵敏电流计读数为零后,在甲中溶入FeCl2固体,乙中的石墨电极为负极迁移应用典题例解一二思考探究知识精要解析:反应开始时,乙中反应为2I--2e-==I2,是氧化反应,甲中反应为2Fe3++2e-==2Fe2+,Fe3+被还原,A、B两项正确;灵敏电流计读数为零时,上述反应达到平衡,C项正确;达到平衡后,加入FeCl2,平衡向逆反应方向移动,此时Fe2+被氧化,I2被还原,甲中石墨为负极,乙中石墨为正极,D项错误。
答案:D思悟升华方法归纳案例探究利用原电池原理判断金属的活动性
把a、b、c、d四块金属片浸入稀硫酸中,用导线相连组成原电池。若a、b相连时,a为负极。c、d相连时,电流由d到c。a、c相连时,c极上产生大量气泡。b、d相连时,b极上有大量气泡产生,则四种金属的活动性顺序由强到弱的为( )
A.a>b>c>d B.a>c>d>b
C.c>a>b>d D.b>d>c>a
解析:根据原电池原理,作为负极的金属的活动性比正极金属的活动性强。电子流动方向是负极流向正极,电流方向与电子流动方向相反,溶液中的H+在正极上得电子生成H2,因此可依次作出如下判断:活动性a>b,c>d,a>c,d>b,综合得到结论:金属活动性顺序为a>c>d>b,所以B项正确。
答案:B思悟升华方法归纳案例探究利用原电池原理比较a、b两种金属活动性强弱的方法:将金属a和b用导线相连后插入稀硫酸或b的可溶性盐溶液中,观察到a极溶解,b极上产生气泡或质量增加,则a作负极,b作正极,即金属活动性a>b。思悟升华方法归纳案例探究(1)根据原电池的正负极来判断电极材料的活动性,要注意电解质溶液对原电池正负极的影响。例如,①Mg、Al、NaOH溶液构成的原电池,Al为负极;②Fe(或Al)、Cu、浓硝酸构成的原电池,Cu为负极。
(2)金属性强弱的判断方法归纳。
①根据金属活动性顺序。
一般来说,金属的位置越靠前,其金属性越强。
②根据在元素周期表中的位置。
a.同周期元素,从左至右,随原子序数的增加,金属性减弱;
b.同主族元素,从上至下,随着原子序数的增加,金属性增强。思悟升华方法归纳案例探究③根据实验。
a.根据金属单质与水(或酸)反应置换出氢的难易程度:越易反应,则对应金属元素的金属性越强。
b.根据金属单质与盐溶液的置换反应。A置换出B,则A对应的金属元素比B对应的金属元素金属性强。
c.根据金属单质的还原性或对应阳离子的氧化性强弱:单质的还原性越强,对应阳离子的氧化性越弱,元素的金属性越强(Fe对应的阳离子是Fe2+,而不是Fe3+)。
d.根据最高价氧化物对应水化物的碱性强弱:碱性越强,则对应金属元素的金属性越强。
e.根据电化学原理:不同金属组成原电池时,作负极的金属活泼;在惰性电极电解池中的阴极上,先析出的金属不活泼(在电解池部分学习)。课件33张PPT。第二节 化学电源目标导航预习导引目标导航预习导引1.化学电池
(1)定义:是将化学能直接转化为电能的装置。化学电池的主要部分是电解质溶液和浸在溶液中的正极和负极,使用时将两极用导线接通,就有电流产生,因而获得电能。(3)电池优劣的判断标准。
①单位质量或单位体积所输出的电能的大小:比能量,或者输出的功率的大小:比功率。
②电池储存时间的长短。目标导航预习导引2.一次电池
(1)碱性锌锰电池——干电池:
碱性锌锰电池——干电池是用锌筒外壳作负极,正极是MnO2,电解质是氢氧化钾。
(2)银锌电池——纽扣电池:
正极Ag2O,负极锌,电解质溶液为KOH溶液,电池总反应:
Ag2O+Zn+H2O==2Ag+Zn(OH)2。目标导航预习导引目标导航预习导引4.氢氧燃料电池
(1)构造:目标导航预习导引(2)工作原理: (3)燃料:
除H2外,烃、肼、甲醇、氨、煤气等液体或气体。
氧化剂:除纯氧气外,空气中的氧气也可。
(4)燃料电池的优点:
①能量转换率高;
②污染小。目标导航预习导引深度思考
判断下列描述的正误(正确的画“√”,错误的画“×”)。
(1)化学电源是把电能转化为化学能的装置。 ( )
(2)干电池中碳棒为正极。 ( )
(3)铅蓄电池属于二次电池。 ( )
(4)氢氧燃料电池工作时,发出淡蓝色火焰。 ( )
(5)废旧电池应集中回收,并填埋处理。 ( )
(6)二次电池的性能一定比一次电池优良。 ( )
(7)二次电池放电后可以再充电使活性物质获得再生,因此废弃的二次电池对环境不会造成污染。 ( )
(8)手机上使用的电池应该是二次电池,而录音机上只能用一次电池。 ( )
(9)普通锌锰电池以及蓄电池都是一次电池。 ( )× √ √ × × × × × × 目标导航预习导引(10)铅蓄电池放电时,电解液的密度增大。 ( )
(11)铅蓄电池在放电过程中,负极质量减小,正极质量增加。 ( )
(12)铅蓄电池充电时,负极与电源的正极相接,正极与电源的负极相接。 ( )
(13)氢氧燃料电池的电极方程式书写,与电解质溶液的酸碱性无关。 ( )× × × × 迁移应用典题例解一二思考探究知识精要一、二次电池
1.一次电池与二次电池的不同点
一次电池的活性物质(发生氧化还原反应的物质)消耗到一定程度,就不能使用了,如普通的锌锰电池、碱性锌锰电池等都是一次电池。
二次电池又称充电电池或蓄电池,放电后可以再充电使活性物质获得再生,这类电池可以多次重复使用,如铅蓄电池等。迁移应用典题例解一二思考探究知识精要迁移应用典题例解一二思考探究知识精要当溶液的密度增加至1.28 g·cm-3时,应停止充电。
铅蓄电池充电或放电的总化学方程式为:迁移应用典题例解一二思考探究知识精要通过铅蓄电池放电和充电时电极反应式的书写,你发现放电时负极反应与充电时阴极电极反应有什么关系?放电时正极反应与充电时阳极反应有什么关系?
答案:铅蓄电池充电时阴极反应是放电时负极反应的逆过程;充电时阳极反应是放电时正极反应的逆过程。(注:只是逆过程,整个反应并非可逆反应)迁移应用典题例解一二思考探究知识精要迁移应用典题例解一二思考探究知识精要迁移应用典题例解一二思考探究知识精要1.市场上经常见到的标记为Li-ion的电池称为“锂离子电池”。它的负极材料是金属锂和碳的复合材料(碳作为金属锂的载体),电解质为一种能传导Li+的高分子材料。这种锂离子电池的电池反应式为:Li+2Li0.35NiO2 2Li0.85NiO2。
下列说法不正确的是( )
A.放电时,负极的电极反应:Li-e-==Li+
B.充电时,Li0.85NiO2既发生氧化反应又发生还原反应
C.该电池不能用水溶液作为电解质溶液
D.放电过程中Li+向负极移动
解析:在负极上Li从零价升至正价失去电子,A项正确;充电时,反应物只有一种,既发生氧化反应又发生还原反应,B项正确;由于Li可以与水反应,故电解质应为非水材料,C项正确;原电池中阳离子应迁移至正极,故D项错误。
答案:D迁移应用典题例解一二思考探究知识精要2.正在研究的锌电池可能取代目前广泛使用的铅蓄电池,它具有容量大等优点,其电池反应为2Zn+O2==2ZnO,其原料为锌、电解质溶液和空气,则下列叙述正确的是( )
A.锌为正极,空气进入负极反应
B.负极反应为Zn-2e-==Zn2+
C.正极发生氧化反应
D.电解质溶液是强酸溶液
解析:由电池反应知:负极发生氧化反应为Zn-2e-==Zn2+,由此可知A、C两项错误,B项正确。由于负极是较活泼的金属锌且产物为ZnO,故电解质溶液肯定不是强酸,否则无论电池工作与否,锌极很快就会被腐蚀,且酸性溶液中不会有ZnO生成,故D项错误。
答案:B迁移应用典题例解思考探究一二知识精要二、燃料电池的工作原理
1.工作原理
(1)电极:所用电极一般为惰性电极。
负极:H2、烃、甲醇、肼均可作燃料,失电子发生氧化反应;
正极:空气或O2作氧化剂得到电子;
电子沿导线连续不断地把燃料和氧化剂中的化学能转化为电能。
(2)电解质:所用电解质为酸(或碱)、熔融氧化物(或熔融盐)等。迁移应用典题例解思考探究一二知识精要2.应用实例
(1)氢氧燃料电池。
①碱性电解质溶液中的电极反应:
负极:2H2-4e-+4OH-==4H2O;
正极:O2+4e-+2H2O==4OH-。
②酸性电解质溶液中的电极反应:
负极:2H2-4e-==4H+;
正极:O2+4H++4e-==2H2O。迁移应用典题例解思考探究一二知识精要 (2)甲烷燃料电池。
用导线连接的两个铂电极插入电解质溶液中,然后向两极分别通入CH4和O2,该电池的电极反应式:
①碱性电解质溶液中的电极反应:正极:2O2+4H2O+8e-==8OH-。
②酸性电解质溶液中的电极反应:
负极:CH4+2H2O-8e-==CO2+8H+;
正极:2O2+8H++8e-==4H2O。迁移应用典题例解一二思考探究知识精要(1)氢氧燃料电池的能量利用率是100%,产物为水,不污染环境。正确吗?
答案:不正确。氢氧燃料电池中产物为水,不污染环境,但能量利用率达不到100%。
(2)如果用稀硫酸作电解质溶液,氢氧燃料电池在放电后溶液的pH将发生怎样的变化?
答案:反应过程中电解质不被消耗,但氢气和氧气反应生成水,使溶液变稀,pH增大。迁移应用典题例解一二思考探究知识精要【例2】 下图为氢氧燃料电池原理示意图,按照此图的提示,下列叙述不正确的是( )A.a电极是负极
B.b电极的电极反应为4OH--4e-==2H2O+O2↑
C.氢氧燃料电池是一种具有应用前景的绿色电源
D.氢氧燃料电池是一种不需要将还原剂和氧化剂全部储藏在电池内的新型发电装置
解析:分析氢氧燃料电池原理示意图,可知a极为负极,其电极反应为2H2-4e-==4H+,b极为正极,其电极反应为O2+2H2O+4e-==4OH-,电池总反应为2H2+O2==2H2O。H2为还原剂,O2为氧化剂,H2、O2不需全部储藏在电池内,故答案为B。
答案:B迁移应用典题例解一二思考探究知识精要迁移应用典题例解一二思考探究知识精要?迁移应用典题例解一二思考探究知识精要1.用两根铂丝作电极插入KOH溶液中,再分别向两极通入甲烷气体和氧气,可形成原电池——燃料电池,该电池放电时发生的反应为CH4+2KOH+2O2==K2CO3+3H2O,下列说法错误的是( )
A.通甲烷的一极为负极,通氧气的一极为正极
B.放电时,通入O2一极附近溶液的pH升高
C.放电一段时间后,KOH的物质的量不发生变化迁移应用典题例解一二思考探究知识精要2.固体氧化物燃料电池是由美国西屋(Westinghouse)公司研制开发的。它以固体氧化锆—氧化钇为电解质,这种固体电解质在高温下允许氧离子(O2-)在其间通过。该电池的工作原理如图所示,其中多孔电极a、b均不参与电极反应。下列判断正确的是( )
?
A.有O2放电的a极为电池的负极
B.有H2放电的b极为电池的正极
C.a极对应的电极反应为O2+2H2O+4e-==4OH-
D.该电池的总反应方程式为2H2+O2 2H2O迁移应用典题例解一二思考探究知识精要思悟升华方法归纳案例探究?思悟升华方法归纳案例探究解析: 答案:C 思悟升华方法归纳案例探究(1)一般电极反应式的书写。 思悟升华方法归纳案例探究(2)复杂电极反应式的书写
复杂电极反应式=总反应式-较简单一极的电极反应式思悟升华方法归纳案例探究(1)电极反应式类似于离子方程式,离子和化学式的书写要求和离子方程式的书写要求相同。
(2)“典例”中放电时负极的电极反应式的书写顺序。
①找出还原剂和氧化产物,确定失电子总数:Zn-2e-——Zn(OH)2
②利用电荷守恒和原子守恒完成负极的电极反应式:Zn+2OH--2e-==Zn(OH)2思悟升华方法归纳案例探究课件29张PPT。第三节 电解池第1课时 电解原理目标导航预习导引目标导航预习导引1.电解CuCl2溶液
(1)通电前,CuCl2溶液中存在的离子是CuCl2电离产生的Cu2+和Cl-,以及水电离产生的H+、OH-。
(2)工作原理:总反应:Cu2++2Cl- Cu+Cl2↑。
(3)CuCl2溶液导电的过程,就是CuCl2电解的过程,就是在阴阳两极发生氧化还原反应的过程。目标导航预习导引2.电解和电解池
(1)电解:使电流通过电解质溶液而在阴、阳两极引起氧化还原反应的过程。
(2)电解池:在外加电源的作用下,将电能转变成化学能的装置。
(3)电解池的两极:阳极——与电源正极相连,发生氧化反应。
阴极——与电源负极相连,发生还原反应。
(4)电解池的构成条件:
①外加直流电源。
②两个固体电极。
③两极插入电解质溶液或熔融电解质中,形成闭合回路。
(5)离子的定向移动:阴离子移向阳极;阳离子移向阴极。
(6)电子的流向:目标导航预习导引深度思考
判断下列描述的正误(正确的画“√”,错误的画“×”)。
(1)在电解池中,与外接电源正极相连的电极是阳极。 ( )
(2)电解质溶液导电仅仅是离子的定向移动,没有发生化学反应。 ( )
(3)原电池中阳离子向正极移动,电解池中阳离子向阴极移动。( )
(4)电解时,阳极失电子数与阴极得电子数相等。 ( )
(5)用惰性电极电解稀硫酸,实质上是电解水,故溶液pH不变。( )
(6)电解任何物质阳极上失电子数与阴极上得电子数相等。 ( )
(7)电解氯化铜溶液时阴极上有气体生成。 ( )
(8)用惰性电极电解NaCl和CuCl2两种溶液参加反应的物质是相同的。 ( )
(9)电解时,两个电极材料不参加化学反应。 ( )√ × √ √ × √ × × × 迁移应用典题例解一二思考探究知识精要一、阴阳极与电极反应产物的判断
1.电解池的阴、阳极的判断方法迁移应用典题例解一二思考探究知识精要2.电解时电极产物的判断 迁移应用典题例解一二思考探究知识精要(1)若将Fe、Cu用导线分别与电源的正、负极相连,然后插入CuCl2溶液中,如何判断电极?电极反应式怎样书写?
答案:Fe为阳极,电极反应式为Fe-2e-==Fe2+;Cu为阴极,溶液中Cu2+的放电能力大于H+,故电极反应式为Cu2++2e-==Cu。
(2)若电解CuSO4和NaCl的混合溶液(用惰性电极),电解开始时两极生成的产物分别是什么?
答案:阳极生成Cl2,阴极析出Cu。迁移应用典题例解一二思考探究知识精要【例1】 现用Pt电极电解1 L浓度均为0.1 mol·L-1的HCl、CuSO4的混合溶液,装置如图,下列说法正确的是( )
?
A.电解开始时阴极有H2放出
B.电解开始时阳极上发生:Cu2++2e-==Cu
C.当电路中通过电子的量超过0.1 mol时,此时阴极放电的离子发生了变化
D.整个电解过程中, 不参与电极反应迁移应用典题例解一二思考探究知识精要解析:依据放电顺序阴极先放电的是Cu2+,故阴极开始析出的是Cu,阳极先放电的是Cl-,故阳极开始产生的是Cl2,A、B两项错误;由阴极反应Cu2++2e-==Cu,n(Cu2+)=0.1 mol,当电路中通过电子的量达到0.2 mol时,此时Cu2+消耗完毕,阴极放电离子变为H+,所以C项错误;阳极先是Cl-放电,当Cl-消耗完毕,此时H2O电离产生的OH-开始在阳极放电, 不参与电极反应。
答案:D迁移应用典题例解一二思考探究知识精要迁移应用典题例解一二思考探究知识精要1.用石墨电极电解CuCl2溶液(见下图)。下列分析正确的是( )
?
A.a端是直流电源的负极
B.通电使CuCl2发生电离
C.阳极上发生的反应:Cu2++2e-==Cu
D.通电一段时间后,在阴极附近观察到黄绿色气体
解析:由电解装置图可知,Cu2+向阴极移动,可知a为电源负极,A项正确;CuCl2电解质在水中就能电离成自由移动的Cu2+和Cl-,B项错误;在阳极上发生氧化反应,其电极反应为2Cl--2e-==Cl2↑,C项错误;通电一段时间后,应在阳极附近观察到黄绿色的气体Cl2,D项错误。
答案:A迁移应用典题例解一二思考探究知识精要2.如图中两烧杯盛有相同电解质溶液,X、Y分别是直流电源的两极,通电后发现a极板质量增加,b极板处有无色无味气体放出,符合这一情况的是( )迁移应用典题例解一二思考探究知识精要解析:由通电后a、b两极的现象知,X为负极,Y为正极,故B、D两项错误;b为阳极,A项中的电极反应为4OH--4e-==O2↑+2H2O,C项中的电极反应为Fe-2e-==Fe2+,结合b极处有无色无味气体放出,则A项正确,C项错误。
答案:A迁移应用典题例解思考探究一二知识精要二、以惰性电极电解电解质溶液的规律 迁移应用典题例解思考探究一二知识精要迁移应用典题例解一二思考探究知识精要(1)用惰性电极电解氢氧化钾溶液时,氢氧化钾的物质的量如何变化?溶液的pH如何变化?
答案:用惰电极电解氢氧化钾溶液时,实质是电解水,氢氧化钾的物质的量不变,但溶剂水的量减小,其物质的量浓度增大,故溶液的pH增大。
(2)用惰性电极电解硝酸银溶液一段时间,若恢复原溶液的状态,应加入何种物质?
答案:惰性电极电解硝酸银溶液的反应是4AgNO3+2H2O
4Ag+O2↑+4HNO3,因此要恢复原溶液的状态,可加入氧化银或碳酸银。迁移应用典题例解一二思考探究知识精要【例2】 从 中选出合适的离子组成电解质,采用碳棒作电极对其水溶液进行电解。
(1)若使电解质含量减少但水量不变,可采用的电解质是 (写化学式或反应式,下同)。?
(2)若使电解质和水量都减少,可采用的电解质是 ,其阳极的电极反应为 ,其总反应方程式为 。?
(3)若两极分别放出H2和O2,可采用的电解质是 。?
(4)若使两极分别放出气体,且体积比为1∶1,可采用的电解质是 ,其阴极电极反应为 。?迁移应用典题例解一二思考探究知识精要迁移应用典题例解一二思考探究知识精要迁移应用典题例解一二思考探究知识精要(4)电解质、水同时被电解,则都要写入方程式,凡是水电离的H+或OH-放电时,水必须写分子式。如电解饱和食盐水:
2Cl-+2H2O 2OH-+Cl2↑+H2↑。迁移应用典题例解一二思考探究知识精要(5)书写步骤: 迁移应用典题例解一二思考探究知识精要1.四个电解装置都以Pt作电极,它们分别装着如下电解质溶液进行电解,电解一段时间后,测定其pH变化,所记录的结果正确的是( )解析:以Pt为电极,电极不参与电解,A中电解的是HCl,c(H+)减小,pH增大;B中电解的是H2O和AgNO3,电解生成HNO3,pH减小;C中电解的是H2O和BaCl2,生成Ba(OH)2,pH增大;D中电解的是水,c(OH-)增大,pH增大。
答案:D迁移应用典题例解一二思考探究知识精要2.用铂电极电解CuCl2与CuSO4的混合溶液(浓度均为2 mol·L-1)50 mL,当阴极析出9.6 g固体时,标准状况下阳极得到的气体是( )
A.33.6 L B.2.8 L C.6.72 L D.4.48 L
解析:阴极:Cu2+ ~ Cu ~ 2e-
64 g 2 mol
9.6 g 0.3 mol
阳极首先是Cl-失电子,但Cl-失电子数最多为2 mol·L-1×0.05 L×2×|0-(-1)|=0.2 mol,产生0.1 mol Cl2,按得失电子数相等,显然还有(0.3-0.2) mol电子是水电离的OH-失去的,由4OH-~O2~4e-知,n(O2)= =0.025 mol,故阳极得到的气体为(0.1+0.025) mol×22.4 L·mol-1=2.8 L。
答案:B思悟升华误区警示案例探究电解后电解质溶液的复原方法
用惰性电极电解CuSO4溶液,当Cu2+浓度下降至一半时停止通电,要想使CuSO4溶液恢复原浓度,应加入的物质是( )
A.CuSO4 B.CuO
C.Cu(OH)2 D.CuSO4·5H2O
解析:发生的电解反应为2CuSO4+2H2O 2Cu+O2↑+2H2SO4,电解过程中CuSO4溶液每损失2个Cu原子,就损失2个O原子,相当于损失一个CuO,为了使CuSO4溶液恢复原浓度,应加入CuO。当然也可以加入CuCO3,但绝不能加入Cu(OH)2、Cu2(OH)2CO3,因为CuCO3+H2SO4==CuSO4+CO2↑+H2O,相当于加CuO,而Cu(OH)2+H2SO4==CuSO4+2H2O、Cu2(OH)2CO3+2H2SO4==2CuSO4+CO2↑+3H2O,除增加溶质外还增加了水,故不选。
答案:B思悟升华误区警示案例探究电解后要恢复原电解质溶液的浓度,须加适量的某物质,该物质可以是阴极与阳极产物的化合物。如用惰性电极电解CuSO4溶液,要恢复原溶液的浓度,可向电解后的溶液中加入CuO,也可以加入CuCO3,但不能加入Cu(OH)2,因为Cu(OH)2与H2SO4反应生成水,使水量增加。思悟升华误区警示案例探究电解质溶液进行电解时,大致分三种情况:①电解质本身被电解;②溶剂水被电解;③电解质和水同时被电解。因此要使电解后的溶液恢复原状,必须根据电解的化学反应原理来确定。同学们可记为“出去什么就加什么”。
(1)电解质本身被电解,如电解盐酸:2HCl H2↑+Cl2↑,应向原溶液中通HCl气体。类似的情况还有电解HBr、CuCl2等溶液。
(2)溶剂水被电解,如电解NaOH溶液:2H2O 2H2↑+O2↑,应向原溶液中加H2O。类似的情况还有电解H2SO4、Na2SO4、KNO3等溶液。思悟升华误区警示案例探究 (3)电解质和水同时被电解,如电解NaCl溶液:2NaCl+2H2O
2NaOH+H2↑+Cl2↑,从表面上看少的是NaCl和H2O,加NaCl和H2O就能使NaCl溶液恢复原状,其实不行,因为无论以什么比例加NaCl和H2O也解决不了NaOH的存在。我们可以换一个角度来思考,从电解质溶液中出去的是H2和Cl2,H2和Cl2化合就是HCl气体,因此我们可以向溶液中通HCl气体,由于HCl和生成的NaOH发生反应:HCl+NaOH==NaCl+H2O,使得溶液恢复原状。类似的情况还有电解KBr、AgNO3、CuSO4等溶液。课件33张PPT。第2课时 电解原理的应用目标导航预习导引目标导航预习导引1.电解饱和食盐水
通电前溶液中含有的离子:Na+、Cl-、H+、OH-。通电时Na+、H+移向阴极,H+放电,Cl-、OH-移向阳极,Cl-放电。电极反应为:
阳极:2Cl--2e-==Cl2↑(氧化反应)
阴极:2H++2e-==H2↑(还原反应)
因H+放电,导致水的电离平衡H2OH++OH-向右移动,致使生成NaOH。
电解总化学方程式为:
2NaCl+2H2O H2↑+Cl2↑+2NaOH
总离子方程式为:
2Cl-+2H2O H2↑+Cl2↑+2OH-目标导航预习导引2.电镀
(1)定义:电镀是应用电解原理在某些金属表面镀上一薄层其他 金属或合金的方法。
(2)电镀池的构成:(3)实例(往铁件上镀铜):
①阴极材料为Fe,电极反应式为Cu2++2e-==Cu;
②阳极材料为Cu,电极反应式为Cu-2e-==Cu2+;
③电解质溶液:CuSO4溶液。目标导航预习导引3.电解精炼铜
(1)装置:
?
粗铜作阳极,纯铜作阴极,CuSO4溶液作电解质溶液。
(2)电极反应式:
阳极为Zn-2e-==Zn2+、Cu-2e-==Cu2+。
阴极为Cu2++2e-==Cu。目标导航预习导引4.电冶金
(1)金属冶炼的本质。
使矿石中的金属离子获得电子,从它们的化合物中还原出来,如Mn++ne-==M。
(2)电解熔融的NaCl制Na。
对于冶炼像钠、钙、镁、铝这样活泼的金属,电解法几乎是唯一可行的工业方法。例如电解熔融的NaCl制Na:
NaCl在高温熔融条件下,发生电离:NaCl==Na++Cl-,通直流电后,阴极:2Na++2e-==2Na,阳极:2Cl--2e-==Cl2↑,总化学方程式为2NaCl(熔融) 2Na+Cl2↑。目标导航预习导引深度思考
判断下列描述的正误(正确的画“√”,错误的画“×”)。
(1)在镀件上电镀铜时,可用金属铜作阳极。 ( )
(2)电解精炼铜时,电解质溶液的浓度不变。 ( )
(3)电解精炼铜时,用纯铜作阳极,粗铜作阴极。 ( )
(4)工业上用电解熔融氧化镁的方法制取Mg。 ( )
(5)用U形管作电解饱和食盐水的实验,通电前在U形管的两端滴加几滴石蕊溶液,通电后阳极处溶液变蓝。 ( )
答案:(1)√ (2)× (3)× (4)× (5)×迁移应用典题例解一二思考探究知识精要一、电解原理的应用
1.氯碱工业
(1)原理。
用惰性材料作阳极电解饱和食盐水,生成Cl2、H2和NaOH。
阳极:2Cl--2e-==Cl2↑(放电顺序 Cl->OH-)
阴极:2H++2e-==H2↑(放电顺序 H+>Na+)
在上述反应中,由于H+在阴极上得到电子而生成H2,破坏了附近的水的电离平衡,促进了水继续电离,结果阴极区溶液里OH-的浓度增大而呈碱性。迁移应用典题例解一二思考探究知识精要(2)主要生产过程。 迁移应用典题例解一二思考探究知识精要2.电镀铜与精炼铜的比较 迁移应用典题例解一二思考探究知识精要(1)用惰性电极电解含有酚酞的饱和NaCl溶液,如何通过实验现象判断阴、阳两极?
答案:方法一:电极附近溶液变红的一极为电解池的阴极,另一极为阳极,原因是H+在阴极上放电(2H++2e-==H2↑),破坏了水的电离平衡,使此极附近溶液c(OH-)>c(H+),从而会使酚酞变红。
方法二:有黄绿色气体产生的一极为电解池的阳极,电极反应式为2Cl--2e-==Cl2↑;有无色无味气体产生的一极为电解池的阴极,电极反应式为2H++2e-==H2↑。
方法三:能产生使湿润KI淀粉试纸变蓝的气体的一极为电解池的阳极,另一极为阴极。迁移应用典题例解一二思考探究知识精要(2)电解精炼铜时,阳极泥是怎样形成的?
答案:粗铜中往往含有锌、铁、镍、银、金等多种杂质,当含杂质的铜在阳极不断溶解时,位于金属活动性顺序中铜以前的金属如Zn、Fe、Ni等,会优先失去电子,如Zn-2e-==Zn2+,Ni-2e-==Ni2+。但是它们的阳离子比铜离子难还原,所以它们并不在阴极获得电子析出,而是留在电解质溶液里。而位于金属活动性顺序中铜之后的银、金等杂质,因为失电子的能力比铜弱,不能在阳极失去电子变成阳离子溶解在溶液中,而是以金属单质的形式沉积在电解槽底,形成阳极泥(阳极泥可作为提炼金、银等贵重金属的原料)。迁移应用典题例解一二思考探究知识精要【例1】 电解原理在化学工业中有广泛的应用。如图表示一个电解池,装有电解质溶液a;X、Y是两块电极板,通过导线与直流电源相连。请回答以下问题:迁移应用典题例解一二思考探究知识精要(1)若X、Y都是惰性电极,a是饱和NaCl溶液,实验开始时,同时在两边各滴入几滴酚酞溶液,则:
①电解池中X电极上的电极反应为 ,在X电极附近观察到的现象是 。?
②Y电极上的电极反应为 ,检验该电极反应产物的方法是 。?
(2)如要用电解方法精炼粗铜,电解质溶液a选用CuSO4溶液,则:
①X电极的材料是 ,电极反应为 。?
②Y电极的材料是 ,电极反应为 。(说明:杂质发生的电极反应不必写出)?迁移应用典题例解一二思考探究知识精要解析:(1)用惰性电极电解饱和食盐水时,阳极反应:2Cl--2e-==Cl2↑;阴极反应:2H++2e-==H2↑。与电源正极相连的为阳极,反之为阴极。所以X为阴极,Y为阳极。X极在反应过程中消耗了H2O电离出的H+,溶液呈碱性,加入酚酞溶液变成红色;Y极产生Cl2,能使湿润的碘化钾淀粉试纸变为蓝色。
(2)电解精炼铜时,用含杂质的铜为阳极,纯铜为阴极。反应过程中阳极上的铜以及比铜活泼的金属失去电子成为离子进入溶液,活泼性比铜差的金属形成阳极泥;在阴极只有Cu2+能得电子成为单质,其他较活泼金属对应的离子不能得电子。根据装置图,X为阴极,Y为阳极。所以,X电极的材料是纯铜,电极反应为Cu2++2e-==Cu;Y电极的材料是粗铜,电极反应为Cu-2e-==Cu2+。迁移应用典题例解一二思考探究知识精要答案:(1)①2H++2e-==H2↑ 有气泡冒出,溶液变红
②2Cl--2e-==Cl2↑ 把湿润的碘化钾淀粉试纸放在Y电极附近,试纸变蓝色
(2)①纯铜 Cu2++2e-==Cu ②粗铜 Cu-2e-==Cu2+迁移应用典题例解一二思考探究知识精要迁移应用典题例解一二思考探究知识精要迁移应用典题例解一二思考探究知识精要1.以KCl和ZnCl2混合液为电镀液在铁制品上镀锌,下列说法正确的是( )
A.未通电前上述镀锌装置可构成原电池,电镀过程是该原电池的充电过程
B.因部分电能转化为热能,电镀时通过的电量与锌的析出量无确定关系
C.电镀时保持电流恒定,升高温度不改变电解反应速率
D.镀锌层破损后对铁制品失去保护作用迁移应用典题例解一二思考探究知识精要解析:电镀过程中Zn与电源正极相连,若给A项中原电池充电,则Zn应接电源负极,A项错误;导线中通过的电子,在阴极均被Zn2+得到,所以通过的电子与锌析出的物质的量成正比,B项错误;只要电流恒定,阴阳极得失电子的速率不变,所以电解反应速率不变,C项正确;镀锌层破损后,Zn比铁活泼,Zn作负极、Fe作正极,Fe被保护,D项错误。
答案:C迁移应用典题例解一二思考探究知识精要2.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
解析:电解池的阳极发生失电子氧化反应、阴极发生得电子还原反应。电解熔融的Al2O3制Al时,若用Fe作阳极,会发生Fe-2e-==Fe2+,Fe2+移动到阴极上发生Fe2++2e-==Fe,使得到的Al不纯。
答案:A迁移应用典题例解一二知识精要二、有关电解的计算
1.基本思路迁移应用典题例解一二知识精要2.电解计算的类型 迁移应用典题例解一二知识精要3.电解计算的方法 迁移应用典题例解一二知识精要【例2】 用惰性电极电解V mL某二价金属的硫酸盐溶液一段时间,阴极有W g金属析出,溶液的pH从6.5变为2.0(体积变化可忽略不计)。析出金属的相对原子质量为( )迁移应用典题例解一二知识精要迁移应用典题例解一二知识精要将含有0.4 mol Cu(NO3)2和0.4 mol KCl的水溶液1 L,用惰性电极电解一段时间后,在一电极上析出19.2 g Cu;此时,在另一电极上放出气体的体积在标准状况下为(不考虑产生的气体在水中的溶解)( )
A.3.36 L B.5.6 L C.6.72 L D.13.44 L
解析:阴极析出铜0.3 mol,由Cu2++2e-==Cu知Cu2+得到0.6 mol电子,根据2Cl--2e-==Cl2↑,求出当溶液中Cl-全部参与电极反应时,放出Cl2 0.2 mol,失去电子0.4 mol。因此在阳极还有OH-放电,根据4OH--4e-==2H2O+O2↑和电子守恒,在阳极有0.05 mol O2放出,即阳极共放出0.25 mol标准状况下为5.6 L的气体。
答案:B思悟升华方法规律案例探究原电池和电解池的组合装置分析
为增强铝的耐腐蚀性,现以铅蓄电池为外电源,以Al作阳极、Pb作阴极,电解稀硫酸,使铝表面的氧化膜增厚。反应原理如下:
电池:Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4(aq)==2PbSO4(s)+2H2O(l)
电解池:2Al+3H2O Al2O3+3H2↑
电解过程中,以下判断正确的是( )思悟升华方法规律案例探究思悟升华方法规律案例探究(1)有关概念的分析判断。
在确定了原电池和电解池后,有关概念的分析和判断如:电极的判断、电极反应方程式的书写、实验现象的描述、溶液中离子的移动、pH的变化及电解质溶液的恢复等。只要按照各自的规律分析就可以了。
(2)综合装置中的有关计算。
原电池和电解池综合装置的有关计算的根本依据就是电子转移的守恒,分析时要注意两点:①串联电路中各支路电流相等;②并联电路中总电流等于各支路电流之和。在此基础上分析处理其他各种数据。思悟升华方法规律案例探究多池串联装置中电池类型的判断:
(1)直接判断:非常直观明显的装置,如燃料电池、铅蓄电池等在电路中,则其他装置为电解池。如下图中A为原电池,B为电解池。思悟升华方法规律案例探究(2)根据电池中的电池材料和电解质溶液判断:
?
原电池一般是两种不同的金属电极或一个是金属电极,另一个是碳棒作电极;而电解池则一般都是两个惰性电极,如两个铂电极或两个碳棒。原电池中的电极材料和电解质溶液之间能发生自发的氧化还原反应,电解池的电极材料一般不能和电解质溶液自发反应。如图:B为原电池,A为电解池。思悟升华方法规律案例探究(3)根据电极反应现象判断:
?
在某些装置中根据电极反应或反应现象可判断电极,并由此判断电池类型,如图:若C极溶解,D极上析出Cu,B极附近溶液变红,A极上放出黄绿色气体,则可知乙是原电池,D是正极,C是负极;甲是电解池,A是阳极,B是阴极。B、D极上发生还原反应,A、C极上发生氧化反应。课件28张PPT。第四节 金属的电化学腐蚀与防护目标导航预习导引目标导航预习导引1.金属的腐蚀
(1)概念:金属或合金与周围接触到的气体或液体进行化学反应而腐蚀损耗的过程。
(2)本质:金属原子失去电子变为阳离子,金属发生氧化反应。
(3)分类:
①化学腐蚀:金属跟接触到的物质直接发生化学反应而引起的腐蚀。
②电化学腐蚀:不纯的金属跟电解质溶液接触时,会发生原电池反应,比较活泼的金属失电子而被氧化。目标导航预习导引2.钢铁的析氢腐蚀和吸氧腐蚀 3.金属的防护 目标导航预习导引4.金属的电化学防护
(1)牺牲阳极的阴极保护法:
应用原电池原理,让被保护金属作正极,另找一种活泼性较强的金属作负极。
(2)外加电流的阴极保护法:
利用电解原理,把被保护的钢铁设备作为阴极,用惰性电极作为辅助阳极,在电解质溶液里,接外加直流电源。目标导航预习导引5.牺牲阳极的阴极保护法的实验探究
?
(1)实验步骤:按右图所示连接好装置;往Fe电极区滴入2滴黄色K3[Fe(CN)6](铁氰化钾)溶液,观察实验现象。
已知Fe2+与[Fe(CN)6]3-反应生成带有特征蓝色的铁氰化亚铁沉淀:
3Fe2++2[Fe(CN)6]3-==Fe3[Fe(CN)6]2↓。目标导航预习导引(2)实验现象:可以看到电压表指针发生偏转,Fe电极上有气泡产生,往Fe电极附近滴入K3[Fe(CN)6]溶液,没有蓝色沉淀生成。
(3)实验结论:
实质上是Zn、Fe、NaCl溶液(酸化)构成原电池,发生下列电极反应:
负极Zn-2e-==Zn2+,
正极2H++2e-==H2↑。
往Fe电极附近滴加K3[Fe(CN)6]溶液,未出现蓝
色沉淀,说明溶液中不含Fe2+,证明Fe未被腐蚀(即牺牲阳极金属保护阴极金属)。目标导航预习导引深度思考
判断下列描述的正误(正确的画“√”,错误的画“×”)。
(1)金属的腐蚀都是金属失去电子被氧化的过程,所以都是化学腐蚀。 ( )
(2)钢铁的析氢腐蚀和吸氧腐蚀的区别在于前者有H2生成,后者有O2参加。 ( )
(3)在入海口的钢铁闸门上装一定数量的铜块可防止闸门被腐蚀。 ( )
(4)钢铁发生电化学腐蚀的负极反应式为Fe-3e-==Fe3+。 ( )
(5)白铁(镀锌铁)镀层破损后铁皮的腐蚀速率加快。 ( )
(6)原电池反应是导致金属腐蚀的主要原因,故不能用来减缓金属的腐蚀。 ( )
答案:(1)× (2)√ (3)× (4)× (5)× (6)×迁移应用典题例解一二思考探究知识精要一、金属的腐蚀
(1)化学腐蚀和电化学腐蚀的联系和区别。迁移应用典题例解一二思考探究知识精要迁移应用典题例解一二思考探究知识精要(2)钢铁生锈的过程和特点。
钢铁的析氢腐蚀和吸氧腐蚀都是铁原子失去电子生成Fe2+。Fe(OH)3失去部分水转化为铁锈(Fe2O3·xH2O),铁锈的形成并不能阻止钢铁继续腐蚀。因为铁锈结构疏松,更容易吸附空气中的水分使钢铁表面潮湿,钢铁反而更容易生锈。迁移应用典题例解一二思考探究知识精要铁生锈除了必须有空气及水的参与外,还受其他一些因素的影响。请解释下列有关铁生锈现象的原因。
(1)相对于在内河行驶的轮船来说,海轮更容易被腐蚀。
答案:海轮更容易被腐蚀,是因为海水中含有较多的氯化钠等盐类,导电能力比内河的水更强,而在电解质溶液中,电化学腐蚀更易进行。
(2)1910年遗留在南极的食品罐头盒,其表面至今很少有铁锈出现。
答案:由于南极的温度常年在0 ℃以下,说明在较高温度下,腐蚀更易进行。
(3)用于连接铜板的铁螺丝容易生锈。
答案:由于铁与铜及空气中的水蒸气构成了原电池,铁作电池的负极,因此更容易腐蚀而生锈。迁移应用典题例解一二思考探究知识精要(4)当化工厂排出的废气为酸性气体时,工厂附近的铁制品容易生锈。
答案:因为铁制品在酸性条件下比在中性条件下更易被腐蚀。迁移应用典题例解一二思考探究知识精要【例1】 右图所示装置中,U形管内为红墨水,a、b试管内分别盛有食盐水和氯化铵溶液,各加入生铁块,放置一段时间。下列有关描述错误的是( )
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Fe-2e-==Fe2+
D.a试管中发生了吸氧腐蚀,b试管中发生了析氢腐蚀
解析:a、b试管中均发生铁的电化学腐蚀。在a管食盐水中的Fe发生吸氧腐蚀,正极为碳:2H2O+O2+4e-==4OH-,负极为铁:2Fe-4e-==2Fe2+,由于吸收O2,a管中气压降低;b管中的电解质溶液是酸性较强的NH4Cl溶液,故发生析氢腐蚀,正极:2H++2e-==H2↑,负极:Fe-2e-==Fe2+,由于放出氢气,b管中气压增大,故U形管中的红墨水应是左高右低,B选项错误。
答案:B迁移应用典题例解一二思考探究知识精要迁移应用典题例解一二思考探究知识精要1.糕点包装中常用的脱氧剂组成为还原性铁粉、氯化钠、炭粉等,其脱氧原理与钢铁的吸氧腐蚀相同。下列分析正确的是( )
A.脱氧过程是吸热反应,可降低温度,延长糕点保质期
B.脱氧过程中铁作原电池正极,电极反应为Fe-3e-==Fe3+
C.脱氧过程中C作原电池负极,电极反应为2H2O+O2+4e-==4OH-
D.含有1.12 g铁粉的脱氧剂,理论上最多能吸收氧气336 mL(标准状况)
解析:钢铁的吸氧腐蚀为放热反应,A错误。脱氧过程,铁为负极,电极反应为Fe-2e-==Fe2+;碳作正极,电极反应为2H2O+O2+4e-==4OH-,B、C均错误。根据电极反应可得电池反应为2Fe+O2+2H2O==2Fe(OH)2,Fe(OH)2可继续被氧化:4Fe(OH)2+O2+2H2O==4Fe(OH)3,因此可得关系式:4Fe→3O2,1.12 g Fe完全反应最多可吸收O2 336 mL(标准状况),D正确。
答案:D迁移应用典题例解一二思考探究知识精要2.钢铁生锈过程发生如下反应:①2Fe+O2+2H2O==2Fe(OH)2;②4Fe(OH)2+O2+2H2O==4Fe(OH)3;③2Fe(OH)3==Fe2O3+3H2O。下列说法正确的是( )
A.反应①②中电子转移数目相等
B.反应①中氧化剂是氧气和水
C.与铜质水龙头连接处的铁质水管不易发生腐蚀
D.钢铁在潮湿的空气中不能发生电化学腐蚀
解析:反应①中水既不是氧化剂,也不是还原剂,B项错。选项C中钢质(主要成分是Fe)水管与铜质(主要成分是Cu)水龙头构成原电池,较活泼的钢质水管腐蚀速率加快,C项错。钢铁可认为是铁碳合金,在潮湿的空气中构成了原电池,易发生电化学腐蚀而使铁生锈。
答案:A迁移应用典题例解思考探究一二知识精要二、金属的防护方法
(1)改变金属的内部结构。
例如:把铬、镍等加入普通钢里制成不锈钢,就大大地增加了钢铁对各种腐蚀的抵抗力。
(2)在金属表面覆盖保护层。
在金属表面覆盖致密的保护层,从而使金属制品跟周围物质隔离开来,覆盖保护层的方法有以下几种:
①在表面涂抹油脂、油漆等。
②用电镀、热镀、喷镀的方法,在金属表面镀上一层不易被腐蚀的金属,如在钢铁表面镀锌、锡、铬、镍等。
③用化学方法使金属表面生成一层致密而稳定的氧化膜。例如,工业上常借一些溶液的氧化作用,在机器零件、精密仪器、枪炮等钢铁制件的表面上形成一层致密的黑色的四氧化三铁薄膜。迁移应用典题例解思考探究一二知识精要(3)电化学保护法。
①牺牲阳极的阴极保护法。
将还原性较强的金属作为保护极与被保护金属相连构成原电池,还原性较强的金属将作为负极发生氧化反应而被损耗,被保护金属作为正极就可以避免被腐蚀。这种保护法牺牲了阳极保护了阴极。
②外加电流的阴极保护法。
将被保护金属与外加直流电源的负极相连让其成为阴极,而将外加直流电源的正极接到惰性电极上,让其成为阳极。迁移应用典题例解一二思考探究知识精要(1)把铁制成不锈钢,增强了铁的耐腐蚀性,原理和电镀一样吗?
答案:不一样。前者是改变了金属的内部结构,后者是在金属表面覆盖防护层。
(2)给铁件通入直流电,把铁件与电池正极相连接属于外加电流的阴极保护法,对吗?
答案:不对,外加电流的阴极保护法是把被保护金属与电源的负极相连,若与电源的正极相连,则会加快金属的腐蚀。迁移应用典题例解一二思考探究知识精要【例2】 钢铁很容易生锈而被腐蚀,每年因腐蚀而损失的钢材占世界钢铁年产量的四分之一。
(1)钢铁腐蚀主要是吸氧腐蚀,该腐蚀过程中的电极反应式为 、 。?
(2)为了降低某水库的铁闸门被腐蚀的速率,可以采用下图甲所示的方案,其中焊接在铁闸门上的固体材料R可以采用 。?
A.铜 B.钠 C.锌 D.石墨
(3)下图乙所示的方案也可以降低铁闸门的腐蚀速率,其中铁闸门应该连接在直流电源的 极。?迁移应用典题例解一二思考探究知识精要解析:(1)发生吸氧腐蚀时,负极上Fe失去电子,正极上O2得到电子。
(2)铁闸门上连接一块比铁活泼的金属如锌,就可由锌失去电子,锌被溶解,而铁被保护,属于牺牲阳极的阴极保护法。
(3)属于外加电流的保护法,需把被保护的铁闸门连接在电源的负极。
答案:(1)负极:2Fe-4e-==2Fe2+
正极:O2+2H2O+4e-==4OH-
(2)C (3)负迁移应用典题例解一二思考探究知识精要迁移应用典题例解一二思考探究知识精要1.结合下图判断,下列叙述正确的是( )
?
A.Ⅰ和Ⅱ中正极均被保护
B.Ⅰ和Ⅱ中负极反应均是Fe-2e-==Fe2+
C.Ⅰ和Ⅱ中正极反应均是O2+2H2O+4e-==4OH-
D.Ⅰ和Ⅱ中分别均有气泡产生
解析:原电池正极一般被保护,A正确;Ⅰ中铁作正极,B错误;Ⅱ中溶液显酸性,所以电极反应为2H++2e-==H2↑,C错误;Ⅰ中发生吸氧腐蚀,一定无气泡产生,D错误。
答案:A迁移应用典题例解一二思考探究知识精要2.为了防止钢铁锈蚀,下列防护方法中正确的是 ( )
A.在精密机床的铁床上安装铜螺钉
B.在排放海水的钢铁阀门上用导线连接一铅块,一同浸入海水中
C.在海轮船壳上镶嵌锌块
D.在电动输油管的铸铁管上接直流电源的正极
解析:A、B中形成的原电池都是铁作负极,加速钢铁腐蚀;D中铸铁管作阳极,加速腐蚀;C中锌比铁活泼,铁作正极,故选C。
答案:C思悟升华方法归纳案例探究金属腐蚀快慢的比较
下图所示的各容器中盛有海水,铁在其中被腐蚀时由快到慢的顺序是( )
?
A.④>②>①>③ B.②>①>③>④
C.④>②>③>① D.③>②>④>①
解析:铁在海水中的腐蚀属于电化学腐蚀,当铁与比它活泼性差的Sn相连时,Fe被腐蚀的速率增大[比①大],与活泼性比其强的锌相连时,锌作负极,被腐蚀,铁被保护,其腐蚀的速率要比①小;④为电解装置,Fe为阳极,发生氧化反应,铁腐蚀的速率最快。
答案:A思悟升华方法归纳案例探究同一电解质溶液中金属腐蚀快慢的规律:
电解原理引起的腐蚀>原电池原理引起的腐蚀>化学腐蚀>有保护措施的腐蚀;即电解池的阳极>原电池的负极>一般化学腐蚀>原电池的正极>电解池的阴极。思悟升华方法归纳案例探究影响金属腐蚀的因素包括金属的本性和介质两个方面 ,就金属的本性而言,金属越活泼,就越易失去电子被腐蚀。介质对金属腐蚀的影响很大,如果金属在潮湿的空气中,接触腐蚀性气体或电解质溶液,都容易被腐蚀。课件20张PPT。专题一专题二原电池、电解池、电镀池的比较 专题一专题二专题一专题二专题一专题二专题一专题二【例1】 请按要求完成下列各题: 专题一专题二(1)某研究性学习小组为探究利用电化学原理合成氨,设计如图(a)所示的装置。
①电极B为 极;电极A发生的电极反应式为 。?
②该电池工作一段时间后,电解质溶液pH (填“增大”“减小”或“不变”)。?
(2)某人设想以如图(b)所示装置用电化学原理生产硫酸,写出通入SO2的电极的电极反应式: 。?
(3)以石墨电极电解饱和NaCl溶液,反应装置及现象如图(c)所示。
①M是电源的 极(填“正”或“负”)。?
②该电解反应的化学方程式是 。
③已知饱和食盐水的体积为1 L,一段时间后,测得左试管中气体体积为11.2 mL(标准状况),若电解前后溶液的体积变化忽略不计,电解后将溶液混合均匀,此时溶液的pH为 。??专题一专题二专题一专题二专题一专题二迁移训练1 观察下列几个装置示意图,有关叙述正确的是( )专题一专题二A.装置①中阳极上析出红色固体
B.装置②的待镀铁制品应与电源正极相连
C.装置③闭合电键后,外电路电子由a极流向b极
D.装置④的离子交换膜允许阳离子、阴离子、水分子自由通过
解析:装置①中阳极上氯离子放电生成氯气,故A错;装置②是电镀装置,待镀铁制品作阴极,应与电源负极相连,故B错;装置③闭合电键后,a极是负极,因此外电路电子由a极流向b极,故C对;装置④的离子交换膜只允许阳离子、水分子自由通过,故D错。
答案:C专题一专题二电化学综合应用与计算
1.原电池和电解池组合装置的分析
?
如该装置图中,左边是原电池,右边是电解池。
分析方法:根据原电池中两电极金属的活动性顺序先确定原电池的正负极,再根据与负极相连的是电解池的阴极,与正极相连的是电解池的阳极,继而判断分析各电极的电极反应及实验现象,有时也反向推断。专题一专题二2.多个电解池串联组合装置的分析
?
如该装置图中,是两个电解池串联组合。
分析方法:根据外接电源的正负极判断出各个电极的类型,继而根据离子放电顺序写出各个电极的电极反应式,并分析相关问题。专题一专题二3.电化学计算的基本方法
(1)根据电子守恒法计算:用于串联电路、阴阳两极产物、正负两极产物、相同电量等类型的计算,其依据是电路上转移的电子数相等。
(2)根据总反应式中的计量关系进行计算:先写出电极反应式,再写出总反应式或直接运用总反应式,最后根据总反应式列比例式计算。
(3)根据关系式计算:借得失电子守恒关系建立已知量与未知量之间的桥梁,建立所需的关系式。如关系式:O2~4e-~4H+~4OH-~4Ag~2Cu。专题一专题二【例2】 新型高效的甲烷燃料电池采用铂为电极材料,两电极上分别通入CH4和O2,电解质为KOH溶液。某研究小组将两个甲烷燃料电池串联后作为电源,进行饱和氯化钠溶液的电解实验,如图所示。专题一专题二回答下列问题:
(1)甲烷燃料电池正极、负极的电极反应式分别为 、 。?
(2)闭合K开关后,a、b电极上均有气体产生,其中b电极上得到的是 ,电解氯化钠溶液的总反应方程式为 。?
(3)若每个电池中甲烷的通入量为1 L(标准状况),且反应完全,则理论上通过电解池的电量为 (法拉第常数F=9.65×104 C·mol-1,列式计算),最多能产生的氯气体积为 L(标准状况)。?专题一专题二专题一专题二迁移训练2 有一硝酸盐晶体,其化学式表示为M(NO3)x·nH2O,经测定其摩尔质量为242 g·mol-1。取1.21 g该晶体溶于水配成100 mL溶液。将此溶液倒入右图所示装置中,用石墨作电极进行电解。当有0.01 mol电子通过电极时,溶液中的金属阳离子全部析出,在A极得到金属0.32 g。回答:
(1)金属M的摩尔质量为 ,x= ,n= 。?
(2)C极为 极。?
(3)电解后溶液的pH为(设电解前后溶液的体积不变) 。?专题一专题二第四章过关检测
(时间:45分钟 满分:100分)
一、选择题(本题共12小题,每小题5分,共60分。每小题只有一个选项符合题意)
1.下列叙述中,正确的是( )
①电解池是将化学能转变为电能的装置
②原电池是将电能转变成化学能的装置
③金属和石墨导电均为物理变化,电解质溶液导电是化学变化
④不能自发进行的氧化还原反应,通过电解的原理有可能实现
⑤电镀过程相当于金属的“迁移”,可视为物理变化
A.①②③④ B.③④ C.③④⑤ D.④
解析:①应为电能转变成化学能,②为化学能转化为电能,⑤发生了化学变化。
答案:B
2.化学用语是学习化学的重要工具,下列用来表示物质变化的化学用语中,正确的是( )
A.电解饱和食盐水时,阳极的电极反应为2Cl--2e-Cl2↑
B.氢氧燃料电池的负极反应:O2+2H2O+4e-4OH-
C.粗铜精炼时,与电源正极相连的是纯铜,电极反应为Cu-2e-Cu2+
D.钢铁发生电化学腐蚀的正极反应Fe-2e-Fe2+
解析:在氢氧燃料电池的负极上反应的是氢气;粗铜精炼时,纯铜与电源的负极相连,将铜在溶液中还原出来;钢铁腐蚀的负极反应是Fe-2e-Fe2+。
答案:A
3.下列说法正确的是( )
A.铅蓄电池放电时铅电极发生还原反应
B.电解饱和食盐水在阳极得到氯气,阴极得到金属钠
C.给铁钉镀铜可采用CuSO4作电镀液
D.生铁浸泡在食盐水中发生析氢腐蚀
解析:铅蓄电池放电时铅电极失去电子发生氧化反应,A错误;电解饱和食盐水,阳极上得到氯气,阴极上得到氢气,B错误;电镀时电镀液采用镀层金属的可溶性盐溶液,C正确;食盐水为中性溶液,所以应发生吸氧腐蚀,D错误。
答案:C
4.某小组为研究电化学原理,设计如图装置,下列叙述不正确的是( )
A.a和b不连接时,铁片上会有金属铜析出
B.a和b用导线连接时,铜片上发生的反应为Cu2++2e-Cu
C.无论a和b是否连接,铁片均会溶解,溶液均从蓝色逐渐变成浅绿色
D.a和b分别连接直流电源正、负极,电压足够大时,Cu2+向铜电极移动
解析:a和b不连接时,铁与CuSO4溶液发生反应:Fe+Cu2+Fe2++Cu,A项正确;a和b用导线连接时,组成了原电池,Fe为负极,Cu为正极,铜片上发生还原反应:Cu2++2e-Cu,铁片上发生氧化反应:Fe-2e-Fe2+,B项正确;通过以上分析可知,无论a和b是否连接,均发生反应:Fe+Cu2+Fe2++Cu,故溶液均从蓝色(Cu2+的颜色)逐渐变成浅绿色(Fe2+的颜色),C项正确;a和b分别连接直流电源正、负极时,构成电解池,铜片为阳极,铁片为阴极,Cu2+应向阴极(铁电极)移动,D项错误。
答案:D
5.根据下列事实:
(1)X+Y2+X2++Y;
(2)Z+2H2OZ(OH)2+H2↑;
(3)Z2+氧化性比X2+弱;
(4)由Y、W电极组成的原电池,电极反应为W2++2e-W,Y-2e-Y2+。
可知X、Y、Z、W的还原性由强到弱的顺序是( )
A.X>Z>Y>W B.Z>W>X>Y
C.Z>X>Y>W D.Z>Y>X>W
解析:依据氧化还原反应规律,还原性:还原剂>还原产物。还原性:由题中(1)可知X>Y,由(3)可知Z>X,由(4)可知Y>W,故C项正确。
答案:C
6.如右图装置中发生反应的离子方程式为Zn+2H+Zn2++H2↑,下列说法错误的是( )
A.a、b不可能是同种材料的电极
B.该装置可能是电解池,电解质溶液为稀盐酸
C.该装置可能是原电池,电解质溶液为稀盐酸
D.该装置可看作是铜锌原电池,电解质溶液是稀硫酸
解析:题给装置可以是电解池,阳极的电极材料为Zn、阴极的电极材料也为Zn或其他可导电的材料,如Cu、石墨等,电解质溶液为盐酸或硫酸等,故A项错、B项正确;该装置也可以是原电池,此时电池负极材料为Zn、正极材料为比Zn活泼性差的可导电的材料,如Cu、石墨等,电解质溶液为盐酸或硫酸等,故C、D项正确。
答案:A
7.用铜片、银片设计成如图所示的原电池。以下有关该原电池的叙述正确的是( )(导学号52110121)
A.电子通过盐桥从乙池流向甲池
B.铜导线替换盐桥,原电池仍继续工作
C.开始时,银片上发生的反应是Ag-e-Ag+
D.将铜片浸入AgNO3溶液中发生的化学反应与该原电池总反应相同
解析:根据原电池工作原理,电子由负极(Cu)沿导线传递给正极(Ag),电解质溶液中阴离子沿盐桥从乙流向甲。正极(Ag):2Ag++2e-2Ag,负极(Cu):Cu-2e-Cu2+,总反应:Cu+2Ag+Cu2++2Ag,与将Cu片浸入AgNO3溶液中发生的化学反应相同。故选D。
答案:D
8.氯碱工业的基本原理就是电解饱和食盐水。下列关于实验室电解饱和食盐水的说法中正确的是( )
A.可以选用石墨棒作为阴、阳极材料,但阳极材料也可以用铁棒
B.用湿润的淀粉KI试纸靠近阴极区域,试纸变蓝
C.电解过程中,在阳极区域溶液中滴加品红,品红褪色
D.实验结束后,将溶液搅拌,然后用pH试纸检验,溶液呈中性
解析:电解时阳极不能选用活泼的金属材料,故A错;电解饱和食盐水时阴极产物为还原产物H2,故B错;电解时阳极产物为氧化产物氯气,故C正确;电解饱和食盐水除生成氢气和氯气外,在阴极还有NaOH产生,所以电解实验结束后,搅拌溶液,溶液中有NaOH,显碱性,故D错。
答案:C
9.银质器皿日久表面会逐渐变黑,这是生成了Ag2S的缘故,根据电化学原理可进行如下处理,在铝制容器中加入食盐溶液,再将变黑的银器浸入该溶液中,一段时间后发现黑色褪去,下列说法正确的是( )
A.处理过程中银器一直保持恒重
B.银器为正极,Ag2S被还原成单质银
C.该过程中总反应为2Al+3Ag2S6Ag+Al2S3
D.黑色褪去的原因是黑色Ag2S转化为白色AgCl
解析:处理过程中Ag2S变为单质银,质量减轻,A项错误。银器为正极,正极发生还原反应,B项正确。Al2S3在溶液中不能稳定存在,发生水解相互促进的反应生成氢氧化铝沉淀和硫化氢气体,C项错误。黑色褪去的原因是Ag2S变为单质银,不是转化为氯化银沉淀。
答案:B
10.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,Cu-Zn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,Zn-MnO2干电池自放电腐蚀主要是由MnO2的氧化作用引起的
解析:图a中,底部海水中的含氧量比较少,故铁棒发生吸氧腐蚀的速率应该减小,A项错误;图b中,当开关置于N时,左边的锌与合金形成了原电池,并且合金作正极,合金的腐蚀速率减小,B项正确;图c中,接通开关后,形成原电池,生成氢气的速率增大,但氢气是在Pt电极上放出的,C项错误;图d中,干电池中,MnO2不是正极材料也不是电解质,而是一种去极化剂,自放电腐蚀是由Zn与NH4Cl反应生成H2引起的,D项错误。
答案:B
11.500 mL KNO3和Cu(NO3)2的混合溶液中c(N)= 6.0 mol·L-1,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22.4 L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2 mol·L-1
B.上述电解过程中共转移2 mol电子
C.电解得到的Cu的物质的量为0.5 mol
D.电解后溶液中c(H+)为2 mol·L-1
解析:两极都收集到22.4 L气体,说明阴极上发生的反应依次为:①Cu2++2e-Cu;②2H++2e-H2↑,阳极只生成O2:4OH--4e-O2↑+2H2O,n(H2)=n(O2)=1 mol?n(e-)=4 mol,B不正确。根据电子转移守恒得:n(Cu2+)=1 mol,根据电荷守恒有n(K+)+n(Cu2+)×2=n(N),所以n(K+)=1 mol?c(K+)=2 mol·L-1。A正确。根据Cu析出后,溶液中只有KNO3和HNO3,由电荷守恒可推出c(H+)=4 mol·L-1。
答案:A
12.某兴趣小组设计如右微型实验装置。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( )(导学号52110122)
A.断开K2,闭合K1时,总反应的离子方程式为2H++2Cl-Cl2↑+H2↑
B.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为Cl2+2e-2Cl-
D.断开K1,闭合K2时,石墨电极作正极
解析:由题意知,断开K2,闭合K1时,两极均有气泡产生,则说明铜电极没有参与反应,则铜电极一定作阴极,石墨电极作阳极,所以总反应的离子方程式应为2Cl-+2H2OCl2↑+H2↑+2OH-,铜电极附近溶液变红,故A、B项均错误;断开K1,闭合K2时,氯气在石墨电极上得到电子生成Cl-,氢气在铜电极上失去电子生成氢离子,所以此时石墨电极作正极,铜电极作负极,故C项错误,D项正确。
答案:D
二、非选择题(本题共3小题,共40分)
13.(12分)人工肾脏可采用间接电化学方法除去代谢产物中的尿素,原理如下图所示。
(1)电源的负极为 (填“A”或“B”)。?
(2)阳极室中发生的反应依次为 、?
。?
(3)电解结束后,阴极室溶液的pH与电解前相比将 ;若两极共收集到气体13.44 L(标准状况),则除去的尿素为 g(忽略气体的溶解)。?
解析:根据电解池中阴离子在阳极放电和阳离子在阴极放电的规律和本题图中的电极产物H2和Cl2可以判断出A为电源的正极,B为电源的负极,故阳极室中发生的反应依次为2Cl--2e-Cl2↑,CO(NH2)2+3Cl2+H2ON2+CO2+6HCl;
(3)阴极反应为6H2O+6e-6OH-+3H2↑(或6H++6e-3H2↑)
阳极反应为6Cl--6e-3Cl2↑
CO(NH2)2+3Cl2+H2ON2+CO2+6HCl
根据上述反应可以看出在阴、阳极上产生的OH-、H+的数目相等,阳极室中反应产生的H+通过质子交换膜进入阴极室与OH-恰好反应生成水,所以阴极室中电解前后溶液的pH不变;由上述反应可以看出,转移6 mol e-时,阴极产生3 mol H2,阳极产生1 mol N2和1 mol CO2,故电解收集到的13.44 L气体中V(N2)=V(CO2)==2.688 L,即n(N2)=n(CO2)=0.12 mol。
根据方程式CO(NH2)2+3Cl2+H2ON2+CO2+6HCl可知生成0.12 mol N2所消耗的CO(NH2)2的物质的量也为0.12 mol,其质量为m[CO(NH2)2]=0.12 mol×60 g/mol=7.2 g。
答案:(1)B
(2)6Cl--6e-3Cl2↑ CO(NH2)2+3Cl2+H2ON2+CO2+6HCl
(3)不变 7.2
14.(14分)如图是一个用铂丝作电极,电解稀的MgSO4溶液的装置,电解液中加有中性红指示剂,此时溶液呈红色。(指示剂的pH变色范围:6.8~8.0,酸色—红色,碱色—黄色)
回答下列问题:
(1)下列关于电解过程中电极附近溶液颜色变化的叙述正确的是 (填编号);?
①A管溶液由红变黄
②B管溶液由红变黄
③A管溶液不变色
④B管溶液不变色
(2)写出A管中发生的反应: ;?
(3)写出B管中发生的反应: ;?
(4)检验a管中气体的方法是 ;?
(5)检验b管中气体的方法是 ;?
(6)电解一段时间后,切断电源,将电解液倒入烧杯内观察到的现象是 。
解析:由装置图可知A为电解池的阴极,电极反应为4H++4e-2H2↑;B为电解池的阳极,电极反应为4OH--4e-2H2O+O2↑。根据放电情况可知A极由于H+放电附近显碱性,指示剂应显黄色,同时还会发生反应Mg2++2OH-Mg(OH)2↓;B极由于OH-放电附近显酸性,指示剂仍显本身的颜色红色。在检验H2时利用其可燃性,检验O2时利用其能使带火星的木条复燃的性质进行检验。由于该电解池实质是电解水,所以将电解液倒入烧杯后,整个溶液呈中性,故指示剂变红,Mg(OH)2沉淀会消失。
答案:(1)①④
(2)2H++2e-H2↑、Mg2++2OH-Mg(OH)2↓
(3)4OH--4e-2H2O+O2↑
(4)用拇指按住管口,取出试管,靠近火焰,放开拇指,有爆鸣声,管口有蓝色火焰
(5)用拇指按住管口,取出试管,放开拇指,将带有火星的木条伸入试管内,木条复燃
(6)溶液呈红色,白色沉淀溶解(或大部分溶解)
15.(14分)有甲、乙两位同学均想利用原电池反应检测金属的活动性顺序,两人均使用镁片与铝片作电极,但甲同学将电极放入6 mol·L-1 H2SO4溶液中,乙同学将电极放入6 mol·L-1的NaOH溶液中,如图所示。(导学号52110123)
请回答:
(1)写出甲池中正极的电极反应式: 。?
(2)写出乙池中负极的电极反应式和总反应的离子方程式:负极 ,总反应的离子方程式为 。?
(3)如果甲、乙同学均认为“构成原电池的电极材料如果都是金属,则构成负极材料的金属应比构成正极材料的金属活泼”,则甲会判断出 活动性更强,而乙会判断出 活动性更强(填写元素符号)。?
(4)由此实验,可得到如下哪些正确结论? (填写字母序号)。?
a.利用原电池反应判断金属活动性顺序时应注意选择合适的介质
b.镁的金属性不一定比铝的金属性强
c.该实验说明金属活动性顺序已过时,已没有实用价值
d.该实验说明化学研究对象复杂,反应受条件影响较大,因此应具体问题具体分析
(5)上述实验也反过来证明了“直接利用金属活动性顺序判断原电池中的正负极”,这种做法 (填“可靠”或“不可靠”)。?
解析:原电池的负极是相对活泼的金属,因金属活动性顺序的排列是在一般酸中的反应顺序。那么,当溶液改为NaOH溶液时,由于Mg不反应,而Al能跟NaOH溶液反应,在这种情况下,对于NaOH溶液而言,Al比Mg活泼,在该装置中铝作负极。因此,判断原电池正负极时,应考虑到对应介质,谁更易跟电解质溶液反应,谁就作负极。
答案:(1)2H++2e-H2↑
(2)Al+4OH--3e-Al+2H2O
2Al+2OH-+2H2O2Al+3H2↑
(3)Mg Al
(4)a、d
(5)不可靠
课时训练19 原电池
基础夯实
1.下列关于原电池的叙述中,不正确的是( )
A.原电池的负极发生的反应是氧化反应
B.原电池的电极只能由两种不同的金属构成
C.原电池能将化学能转变为电能
D.原电池中电子流入的一极是正极
解析:原电池的正极也可以由非金属(例如石墨)构成。
答案:B
2.根据原电池的有关知识,下列反应不能用于设计原电池的是( )
A.2H2+O22H2O
B.2CH3OH+3O22CO2+4H2O
C.Zn+2HClZnCl2+H2↑
D.NaOH+HClNaCl+H2O
解析:原电池反应必须是自发的氧化还原反应,选项D是非氧化还原反应,故它不可以用于原电池反应。
答案:D
3.下列装置可以组成原电池的是( )
解析:B项中乙醇不是电解质溶液;C项装置不构成闭合回路;D项两极材料活泼性相同。
答案:A
4.下图所示是锌、铜和稀硫酸形成的原电池,某实验兴趣小组同学做完实验后,在读书卡片上记录如下:
卡片:No.28 时间:2016.03.10实验后的记录: ①Zn为正极,Cu为负极 ②H+向负极移动 ③电子流动方向为ZnCu ④Cu极有H2产生 ⑤若有1 mol电子流过导线,则产生的H2为0.5 mol ⑥正极反应为Zn-2e-Zn2+
卡片上的描述合理的是( )
A.①②③ B.③④⑤ C.①⑤⑥ D.②③④
解析:构成原电池的正极是Cu,负极是Zn,故①错误;电子从负极Zn流出,流向正极Cu,H+向正极移动,在Cu上得电子:2H++2e-H2↑,故②错误,③④正确;此原电池负极上发生的反应是Zn-2e-Zn2+,⑥错误;总反应方程式:Zn+2H+Zn2++H2↑,当有1 mol电子通过时,产生H2为0.5 mol,故⑤正确。
答案:B
5.有关如图所示原电池的叙述,正确的是(盐桥中装有含琼胶的KCl饱和溶液)( )
A.铜片上发生氧化反应
B.取出盐桥后,电流计依然发生偏转
C.反应中,盐桥中的K+会移向CuSO4溶液
D.反应前后铜片质量不改变
解析:左侧Cu2+放电,发生还原反应,A项错误;取出盐桥后,未形成闭合回路,无电流,B项错误;盐桥中阳离子向正极迁移,C项正确;左池中有铜析出,铜片质量增加,D项错误。
答案:C
6.将纯锌片和纯铜片按下图所示方式插入相同浓度的稀硫酸中一段时间,以下叙述正确的是( )
A.两烧杯中铜片表面均无气泡产生
B.甲中铜片是正极,乙中铜片是负极
C.两烧杯中溶液的pH均增大
D.产生气泡的速率甲比乙慢
解析:因乙烧杯中锌片和铜片没有接触,故不能构成原电池,A、B两项错误;因甲烧杯中Zn、Cu用导线连接后构成原电池,加快了Zn的溶解,故D项错误;又因两烧杯中的Zn都能与稀硫酸反应产生H2而消耗H+,故C项正确。
答案:C
7.M、N、P、E四种金属,①M+N2+N+M2+;②M、P用导线连接放入硫酸氢钠溶液中,M表面有大量气泡;③N、E用导线连接放入E的H2SO4溶液中,电极反应为E2++2e-E,N-2e-N2+。四种金属的还原性由强到弱的顺序是( )
A.P、M、N、E
B.E、N、M、P
C.P、N、M、E
D.E、P、M、N
解析:由①知,活泼性M>N,M、P用导线连接放入硫酸氢钠溶液中,M表面冒气泡,为原电池正极,故活泼性P>M;N、E构成的原电池中N作负极,故活泼性N>E。
答案:A
8.某原电池反应的离子方程式为Fe+2H+Fe2++H2↑,则下列说法中正确的是( )(导学号52110110)
A.用硝酸作电解质溶液
B.用锌作原电池正极
C.用铁作负极,铁的质量不变
D.用铜作原电池正极
解析:由电池反应的离子方程式知,电池的负极为铁,则正极应是比铁不活泼的金属,B项错误,在反应中负极不断被消耗,C项错误,由于反应中放出了氢气并生成了Fe2+,故知电解质溶液不能是硝酸。由以上分析可知D项正确。
答案:D
9.用铁片与稀硫酸反应制氢气时,下列不能使氢气生成速率加快的是( )
A.加热
B.不用稀硫酸,改用98%浓硫酸
C.加少量硫酸铜溶液
D.不用铁片,改用铁粉
解析:加热升高温度和增大固体反应物的接触面积都能加快化学反应速率,A、D两项正确;铁在浓硫酸中钝化,不产生氢气,B项错误;加入少量硫酸铜溶液,由于Cu2++FeCu+Fe2+,则构成铜—铁—稀硫酸原电池,加快了铁片与稀硫酸反应制氢气的速率,C项正确。
答案:B
10.下列叙述正确的是( )
①原电池是把化学能转化为电能的一种装置 ②原电池的正极上发生氧化反应,负极上发生还原反应 ③不能自发进行的氧化还原反应,通过原电池的装置均可实现 ④石墨棒不能用来作原电池的正极
⑤反应Cu+2Ag+2Ag+Cu2+,能以原电池的形式来实现
A.①⑤ B.①④⑤
C.②③④ D.②⑤
解析:②原电池负极上发生氧化反应,正极上发生还原反应;③原电池的反应必须是能自发进行的氧化还原反应;④石墨棒是导体,可作原电池的正极。
答案:A
11.一个原电池的总反应的离子方程式是Zn+Cu2+Zn2++Cu,该反应的原电池的正确组成是( )
A
B
C
D
正极
Zn
Cu
Cu
Mg
负极
Cu
Zn
Zn
Zn
电解质
溶液
CuCl2
溶液
H2SO4
溶液
CuSO4
溶液
CuCl2
溶液
解析:根据Zn+Cu2+Zn2++Cu知,Zn发生氧化反应,Zn-2e-Zn2+,是电池负极;正极反应为Cu2++2e-Cu,故正极材料可以是石墨或Cu等,电解质溶液应是可溶性铜盐溶液,C项符合。
答案:C
12.原电池的电极名称不仅与电极材料的性质有关,也与电解质溶液有关。下列说法中正确的是( )
A.(1)(2)中Mg作负极,(3)(4)中Fe作负极
B.(2)中Mg作正极,电极反应式为6H2O+6e-6OH-+3H2↑
C.(3)中Fe作负极,电极反应式为Fe-2e-Fe2+
D.(4)中Cu作正极,电极反应式为2H++2e-H2↑
答案:B
13.①②③④四种金属片两两相连浸入稀硫酸中都可组成原电池。①②相连时,外电路电流从②流向①;①③相连时,③为正极;②④相连时,②上有气泡逸出;③④相连时,③的质量减少,据此判断这四种金属活动性由大到小的顺序是( )
A.①③②④ B.①③④②
C.③④②① D.③①②④
解析:由原电池原理判断金属活动性,外电路电流从②流向①,②为正极,金属活动性①>②;①③相连,③为正极,金属活动性①>③;②④相连,②上有气泡(H2)逸出,②为正极,金属活动性④>②;③④相连,③质量减少,则金属活动性③>④,即金属活动性顺序为①>③>④>②,B项正确。
答案:B
能力提升
14.按下图装置实验,若x轴表示流出负极的电子的物质的量,则y轴应表示( )
①c(Ag+) ②c(N) ③a棒的质量 ④b棒的质量 ⑤溶液的质量
A.①③ B.③④
C.①②④ D.②
解析:在这个原电池中,负极反应:Fe-2e-Fe2+,正极反应:Ag++e-Ag,使b棒增重,溶液中c(N)不变。
答案:D
15.如下图所示,将紧紧缠绕不同金属的铁钉放入培养皿中,再加入含有适量酚酞和NaCl的琼脂热溶液,冷却后形成琼胶(离子在琼胶内可以移动),下列叙述正确的是( )(导学号52110111)
A.a中铁钉附近呈现红色
B.b中铁钉上发生还原反应
C.a中铜丝上发生氧化反应
D.b中铝条附近有气泡产生
解析:a中构成原电池,铁钉作负极,铜丝作正极,故Fe失去电子,在铜丝上O2得电子发生还原反应;b中也构成原电池,铁钉作正极,铝条作负极,所以Al失去电子生成Al3+,在铁钉上O2得电子发生还原反应。
答案:B
16.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中加少量的CuSO4溶液,如各图中产生H2的体积V(L)与时间t(min)的关系,正确的是( )
解析:若向a中加入少量的CuSO4溶液,则发生反应:Zn+CuSO4Cu+ZnSO4,消耗一部分Zn,生成的Cu附着于Zn上,构成无数微小的Cu-Zn原电池,加快了Zn的反应速率,所以Zn与稀硫酸反应时,加入CuSO4溶液则反应速率加快,生成H2的量a小于b。
答案:A
17.依据氧化还原反应:
2Ag++CuCu2++2Ag,设计的原电池如下图所示。
请回答下列问题:
(1)电极X的材料是 ;Y是 ;?
(2)银电极为电池的 极,发生的电极反应为 ;X电极上发生的电极反应为 ;?
(3)外电路中的电子是从 电极流向 电极。?
解析:(1)由电池反应2Ag++CuCu2++2Ag可知,电极材料X应为Cu,Y为AgNO3溶液;(2)银电极为正极,发生的电极反应为Ag++e-Ag;X电极上发生的电极反应为Cu-2e-Cu2+;(3)外电路上电子是从Cu电极(负极)流向Ag电极(正极)。
答案:(1)Cu AgNO3溶液
(2)正 Ag++e-Ag Cu-2e-Cu2+
(3)Cu Ag
18.铁及铁的化合物应用广泛,如FeCl3可用作催化剂、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,标出正极、负极,并写出电极反应。
正极反应: ;?
负极反应: 。?
解析:(1)Fe3+腐蚀铜板的化学方程式为2FeCl3+Cu2FeCl2+CuCl2,然后改为离子方程式。
(2)根据氧化还原反应和原电池的工作原理进行设计,铜作负极,石墨作正极,FeCl3溶液作电解质溶液。
答案:(1)2Fe3++Cu2Fe2++Cu2+
(2)装置图如图所示
正极反应:2Fe3++2e-2Fe2+
负极反应:Cu-2e-Cu2+
课时训练20 化学电源
基础夯实
1.下列有关化学电源的说法中正确的是( )
A.化学电源只能将化学能转化为电能
B.燃料电池能将全部化学能转化为电能
C.二次电池又叫蓄电池,它放电后可再充电使活性物获得再生
D.一次电池包括干电池和蓄电池
解析:化学电源工作时也有少量热量产生,故化学能也部分转化为热能,A项错误;任何电池的效率都不能达到100%,燃料电池的能量转化率为80%左右,B项错误;蓄电池并不是一次电池,故D项错误。
答案:C
2.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.锌银电池工作时,电子沿外电路从银电极流向锌电极
C.甲醇燃料电池可把化学能转化为电能
D.锌锰电池中,锌电极是负极
解析:化学电池包括一次电池、二次电池和燃料电池等几大类。锂离子电池放电完全后经充电可再次使用,属于二次电池,A项正确;锌银原电池中锌较活泼,作负极,银作正极,故电子由锌流向银,B项错误;所有的化学电池都是将化学能转化成电能,作为燃料电池也不例外,C项正确;在锌锰电池中,较活泼的Zn失去电子生成Zn2+,作负极,D项正确。
答案:B
3.普通锌锰干电池在放电时总反应方程式可以表示为Zn(s)+2MnO2+2NZn2++Mn2O3(s)+2NH3↑+H2O,在此电池放电时正极(碳棒)上发生反应的物质是( )
A.Zn B.碳
C.MnO2和N D.Zn2+和NH3
解析:根据方程式可知:Zn为原电池的负极,碳棒为原电池的正极,负极失电子变成Zn2+,失去的电子被MnO2和N得到,生成了低价态的Mn2O3和不带电的NH3。所以在正极上N和MnO2为反应物。
答案:C
4.微型纽扣电池在现代生活中有广泛应用。有一种银锌电池,其电极分别是Ag2O和Zn,电解质溶液为KOH溶液,电极反应为Zn+2OH--2e-Zn(OH)2、Ag2O+H2O+2e-2Ag+2OH-。根据上述电极反应,判断下列叙述中正确的是( )
A.在使用过程中,电池负极区溶液的pH增大
B.在使用过程中,电子由Ag2O极经外电路流向Zn极
C.Zn电极发生还原反应,Ag2O电极发生氧化反应
D.Zn是负极,Ag2O是正极
解析:根据原电池原理:负极失去电子发生氧化反应,正极得到电子发生还原反应,可以判断该原电池中Zn为负极,Ag2O为正极;根据电极反应可以得知负极区溶液的pH减小,故A、C两项错误;电子是从负极沿导线流入正极,故B项错误。
答案:D
5.下列化学电源属于绿色电池的是( )
A.干电池 B.镍镉电池
C.锌锰电池 D.氢氧燃料电池
解析:干电池、镍镉电池、锌锰电池都含有一些毒性很强的重金属,会对土壤、水源造成严重的污染,并通过食物链给人体健康造成威胁和危害,氢氧燃料电池中反应产物是水,无污染。
答案:D
6.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质溶液,电池总反应为Zn+2MnO2+2H2OZn(OH)2+2MnOOH,下列说法错误的是( )(导学号52110112)
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0.2 mol电子,锌的质量理论上减少6.5 g
解析:电池工作时,锌作负极,失去电子,负极的电极反应为Zn-2OH-+2e-Zn(OH)2,正极的电极反应为2MnO2+2H2O+2e-2MnOOH+2OH-。在外电路,电子由负极流向正极。通过0.2 mol电子,锌消耗0.1 mol,其质量减少6.5 g。
答案:C
7.纽扣电池可用于计算器、电子表等的电源。有一种纽扣电池,其电极分别为Zn和Ag2O,以KOH溶液为电解质溶液,电池的总反应为Zn+Ag2O+H2O2Ag+Zn(OH)2。关于该电池的叙述不正确的是( )
A.使用时电子由Zn极经外电路流向Ag2O极,Zn是负极
B.使用时电子由Ag2O极经外电路流向Zn极,Ag2O是负极
C.正极的电极反应为Ag2O+2e-+H2O2Ag+2OH-
D.Zn极发生氧化反应,Ag2O极发生还原反应
解析:由总方程式可以看出,负极为Zn,正极为Ag2O,使用时电子由负极流向正极,A项正确,B项错误;负极发生氧化反应,正极发生还原反应,C项正确,D项也正确。
答案:B
8.被称之为“软电池”的纸质电池,采用一个薄层纸片(在其一边镀锌,而在其另一边镀二氧化锰)作为传导体。在纸内的离子“流过”水和氧化锌组成的电解液。电池总反应为Zn+2MnO2+H2OZnO+2MnO(OH),下列说法正确的是( )
A.该电池的正极为锌
B.该电池反应中二氧化锰起催化剂作用
C.当0.1 mol Zn完全溶解时,转移电子个数为1.204×1024
D.电池正极反应式为2MnO2+2e-+2H2O2MnO(OH)+2OH-
解析:反应中Zn由0价→+2价,Mn由+4价→+3价,故该电池的负极为锌,A项错误;MnO2在正极得电子,B项错误;当0.1 mol Zn溶解时,转移电子数为0.1×2×6.02×1023=1.204×1023,C项错误;据反应中反应物、产物、结合MnO2中Mn元素得电子情况判断,D项正确。
答案:D
9.(2015课标全国Ⅰ,11)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。下列有关微生物电池的说法错误的是( )(导学号52110113)
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C6H12O6+6O26CO2+6H2O
解析:C6H12O6中C的平均化合价为0价,二氧化碳中C的化合价为+4价,所以生成二氧化碳的反应为氧化反应,故CO2在负极生成,A选项错误;在微生物的作用下,该装置为原电池装置,反应速率加快,所以微生物促进了反应的发生,B项正确;质子交换膜只允许质子(即H+)通过,原电池中阳离子向正极移动,C项正确;电池的总反应实质是C6H12O6的氧化反应,D项正确。
答案:A
10.美国加州Miramar海军航空站安装了一台250 kW的MCFC型燃料电池,该电池可同时供应电和水蒸气,其工作温度为600~700 ℃,所用燃料为H2,电解质为熔融的K2CO3。该电池的总反应为2H2+O22H2O,负极反应为H2+C-2e-H2O+CO2。则下列推断中正确的是( )
A.正极反应:4OH--4e-2H2O+O2
B.当电池生成1 mol H2O时,转移4 mol电子
C.放电时C向负极移动
D.放电时C向正极移动
解析:总反应减去负极反应求得正极反应为O2+4e-+2CO22C,故A项错误;由总反应知每生成1 mol水,转移2 mol电子,故B项错误;放电时,C向负极移动,C项正确;D项错误。
答案:C
11.有四种燃料电池:A.固体氧化物燃料电池 B.碱性氢氧化物燃料电池 C.质子交换膜燃料电池
D.熔融盐燃料电池,下面是工作原理示意图,其中正极反应生成水的是( )
解析:A项,正极反应生成O2-;B项,正极反应生成OH-;C项,正极反应生成H2O;D项,正极反应生成C。
答案:C
12.一种新型燃料电池,一极通入空气,另一极通入丁烷气体;电解质是掺杂氧化钇(Y2O3)的氧化锆(ZrO2)晶体,在熔融状态下能传导O2-。下列对该燃料电池说法正确的是( )
A.在熔融电解质中,O2-由负极移向正极
B.电池的总反应是2C4H10+13O28CO2+10H2O
C.通入空气的一极是正极,电极反应为O2+4e-2O2-
D.通入丁烷的一极是正极,电极反应为C4H10+26e-+13O2-4CO2+5H2O
解析:由原电池原理知电子从负极经导线转移到正极,所以正极上富集电子,根据电性关系,O2-不可能移向正极,A项错误;燃料电池不是在点燃的条件下发生的,B项错误;丁烷失电子,发生氧化反应,通入丁烷的一极是负极,D项错误;O2得电子,发生还原反应,通入空气的一极是正极,C项正确。
答案:C
13.(1)今有2H2+O22H2O反应,构成燃料电池,则负极通的应是 ,正极通的应是 ,电极反应式为 。?
(2)若把KOH溶液改为用稀硫酸,则电极反应式为 , ,(1)和(2)的电解液不同,反应进行后,其溶液的pH各有何变化? 。?
(3)若把H2改为CH4,KOH作电解质,则电极反应式为 。?
答案:(1)H2 O2 负极:2H2-4e-+4OH-4H2O
正极:O2+4e-+2H2O4OH-
(2)负极:2H2-4e-4H+ 正极:O2+4e-+4H+2H2O (1)中溶液的pH变小,(2)中溶液的pH变大
(3)负极:CH4-8e-+10OH-C+7H2O,正极:2O2+8e-+4H2O8OH-
能力提升
14.全钒液流电池是一种活性物质呈循环流动液态的电池,目前钒电池技术已经趋近成熟。如图所示是钒电池基本工作原理示意图:(导学号52110114)
请回答下列问题:
(1)硫酸在电池技术和实验室中具有广泛的应用,在传统的铜锌原电池中,硫酸是 ,实验室中配制硫酸亚铁时需要加入少量硫酸,硫酸的作用是 。?
(2)钒电池是以溶解于一定浓度硫酸溶液中的不同价态的钒离子(V2+、V3+、VO2+、V)为正极和负极电极反应的活性物质,电池总反应为VO2++V3++H2O+V+2H+。放电时的正极反应式为 ,充电时的阴极反应式为 。放电过程中,电解质溶液的pH (选填“升高”“降低”或“不变”)。?
(3)钒电池基本工作原理示意图中“正极电解质溶液”可能是 。?
a.V、VO2+混合液 b.V3+、V2+混合液
c.V溶液 d.VO2+溶液
e.V3+溶液 f.V2+溶液
(4)能够通过钒电池基本工作原理示意图中“隔膜”的离子是 。?
解析:(1)传统的铜锌原电池中,锌与酸反应生成氢气,故硫酸为电解质溶液;硫酸亚铁容易水解,且水解显酸性,加入少量硫酸,可以抑制其水解变质。(2)正极反应是还原反应,由电池总反应可知放电时的正极反应为V+2H++e-VO2++H2O;充电时,阴极反应为还原反应,故为V3+得电子生成V2+的反应。(3)充电时阳极反应式为VO2++H2O-e-V+2H+,故充电完毕的正极电解质溶液为V溶液,而放电完毕的正极电解质溶液为VO2+溶液,故正极电解质溶液可能是选项acd。(4)充电和放电过程中,正极电解质溶液与负极电解质溶液不能混合,起平衡电荷作用的是加入的酸,故H+可以通过隔膜。
答案:(1)电解质溶液 抑制硫酸亚铁的水解
(2)V+2H++e-VO2++H2O V3++e-V2+ 升高 (3)acd (4)H+
15.被誉为“改变未来世界的十大新科技”之一的燃料电池具有无污染、无噪音、高效率的特点。如图为氢氧燃料电池的结构示意图,电解质溶液为KOH溶液,电极材料为疏松多孔石墨棒。当氧气和氢气分别连续不断地从正、负两极通入燃料电池时,便可在闭合回路中不断地产生电流。试回答下列问题:
(1)图中通过负载的电子流动方向 (填“向左”或“向右”)。?
(2)写出氢氧燃料电池工作时电极反应和总反应。
正极反应: ,?
负极反应: ,?
总反应: 。?
(3)若将此燃料电池改进为直接以甲烷和氧气为原料进行工作时,正极反应式为 ;负极反应式为 。?
解析:H2在负极上被氧化,O2在正极上被还原,电解质溶液为KOH溶液,在书写电极反应时不出现H+,可以出现OH-。写甲烷燃料电池的电极反应时,甲烷被O2氧化的产物是CO2,在碱溶液中继续反应生成C。
答案:(1)向右
(2)2H2O+O2+4e-4OH- 2H2+4OH--4e-4H2O 2H2+O22H2O
(3)2O2+4H2O+8e-8OH- CH4+10OH--8e-C+7H2O
课时训练21 电解原理
基础夯实
1.下列关于电解池的叙述中正确的是( )
A.电解池中的闭合回路仅是由电子的定向移动形成的
B.金属导线中,电子从电源的负极流向电解池的阳极,从电解池的阴极流向电源的正极
C.在电解质溶液中,阴离子向阴极运动,阳离子向阳极运动
D.相同时间内,阳离子在阴极上得到的电子与阴离子在阳极上失去的电子数相等
解析:在电解池中,外电路上是靠电子的定向移动形成电流,而电解质溶液中是靠阴、阳离子的定向移动而形成电流,因此A项错误。在电解池中,电子由电源的负极流向电解池的阴极,由电解池的阳极流向电源的正极;在电解质溶液中,阴离子向着阳极移动,阳离子向着阴极移动,因此B、C两项都错误,只有D项正确。
答案:D
2.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电解是化学能转变成电能 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.③④ D.①③④⑤
解析:从能量角度看,电解是把电能转变成化学能的过程,故①对,②错;电解质溶液的导电过程,必将伴随着两个电极上氧化还原反应的发生,同时生成新的物质,故③⑤对;某些不能自发进行的氧化还原反应,通过电解的原理供给电能也可以实现,故④对。所以D项符合题意。
答案:D
3.下列有关电解池的说法正确的是( )
A.在电解池中与外接电源负极相连的电极是阳极
B.电解任何物质阳极上失电子数与阴极上得电子数相等
C.电解氯化铜溶液时在阴极上有气体生成
D.电解NaCl、CuCl2两种溶液参加反应的物质是相同的
解析:与负极相连的是阴极;电解氯化铜溶液时阳极上有氯气生成,阴极上有铜析出;电解NaCl溶液时水参加了反应,而电解CuCl2溶液时水没有参加反应。
答案:B
4.如图所示装置中,属于电解池的是( )
解析:判断某装置是否为电解池,要以构成电解池的三个基本条件为标准。构成电解池的三个条件:①有与直流电源相连的两个电极;②有电解质溶液或熔融态电解质;③能形成闭合回路。
答案:C
5.如图所示是电解CuCl2溶液的装置,其中c、d为石墨电极,则下列有关判断正确的是( )
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
解析:根据图示电流方向,先确定a是电源正极,b是电源负极;则c是电解池的阳极,电极反应为2Cl--2e-Cl2↑,溶液中氯离子不断减少;d是电解池的阴极,电极反应为Cu2++2e-Cu,d电极质量不断增加。
答案:C
6.用惰性电极电解AgNO3溶液,说法不正确的是( )
A.电解过程中阴极质量不断增加
B.电解过程中溶液的pH不断降低
C.此时向溶液中加入适量的Ag2O固体可使溶液恢复到电解前的状况
D.电解后两极产生的气体体积比为2∶1
解析:解决有关电解问题首先应注意电极材料,在此基础上写出电极反应和总的电解反应式,根据总的电解反应式来分析电解前后的物质变化和溶液浓度变化,分析溶液的pH变化必须注意原溶液的pH情况。用惰性电极电解AgNO3溶液,总的电极反应式为4AgNO3+2H2O4Ag+O2↑+4HNO3。可知:阴极上析出Ag,阳极上放出O2,故A项正确、D项错误;由于生成HNO3溶液,pH应不断降低,B项正确;要使溶液恢复电解前的状况要看加入的物质在溶液中的反应:2Ag2O+4HNO34AgNO3+2H2O;得到的物质恰好是反应掉的物质,可以使溶液恢复电解前的状况,C项正确。
答案:D
7.用惰性电极电解稀硫酸、Cu(NO3)2、NaCl的混合液,最初一段时间阴极和阳极上分别析出的物质分别是( )
A.H2和Cl2 B.Cu和Cl2
C.H2和O2 D.Cu和O2
解析:由题意知,溶液中存在H+、Cu2+、Na+、S、N、Cl-、OH-,根据离子的放电顺序,阳离子:Cu2+>H+>Na+,阴离子:Cl->OH->S、N,则阴极:Cu2++2e-Cu,阳极:2Cl--2e-Cl2↑。
答案:B
8.如图所示,在一U形管中装入含有紫色石蕊的Na2SO4溶液,通直流电,一段时间后U形管内会形成一个倒立的三角“彩虹”,从左到右的颜色顺序是( )
A.蓝、紫、红
B.红、蓝、紫
C.红、紫、蓝
D.紫、红、蓝
解析:用惰性电极电解Na2SO4溶液,实际上就是电解水,其两极反应为:
阴极:4H++4e-2H2↑
阳极:4OH--4e-2H2O+O2↑
故阴极区域富集OH-,溶液呈碱性,使石蕊溶液变蓝;阳极区域富集H+,溶液中c(H+)增大,使石蕊溶液变红。
答案:C
9.如图所示,下列叙述中正确的是( )(导学号52110115)
A.Y为阴极,发生还原反应
B.X为正极,发生氧化反应
C.Y与滤纸接触处有氧气生成
D.X与滤纸接触处变红
解析:图中左边装置是以Zn、Cu为电极的原电池装置,该电池中,Zn极为负极,Cu极为正极。而右边为电解池,根据连接情况可以推知,X与Cu极相连为阳极,发生氧化反应;Y与Zn极相连为阴极,发生还原反应。两极的电极反应为X:4OH--4e-2H2O+O2↑;Y:4H++4e-2H2↑,从而可得出答案应为A。
答案:A
10.用惰性电极电解下列溶液一段时间后再加入一定量的某种纯净物(括号内物质),不能使溶液恢复到原来的成分和浓度的是( )
A.AgNO3(Ag2O) B.NaOH(H2O)
C.KCl(盐酸) D.CuSO4(CuO)
解析:A中4AgNO3+2H2O4Ag+O2↑+4HNO3,脱离反应体系的物质是4Ag+O2,相当于2Ag2O,故应当加入适量Ag2O才能复原,若加入AgNO3,会使N的量增加。
B中2H2O2H2↑+O2↑,脱离反应体系的是2H2+O2,相当于2H2O,故加入适量水可以复原。
C中2KCl+2H2O2KOH+H2↑+Cl2↑,脱离反应体系的是H2+Cl2,相当于2HCl,故应通入适量HCl气体才能复原,若加入盐酸,同时又增加了水。
D中2CuSO4+2H2O2H2SO4+2Cu+O2↑,脱离体系的是2Cu+O2,相当于2CuO,故加入适量CuO可以复原。
答案:C
11.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电极附近溶液呈红色,b电极附近溶液呈蓝色
D.a电极附近溶液呈蓝色,b电极附近溶液呈红色
解析:a为阴极:4H++4e-2H2↑,b为阳极:4OH--4e-O2↑+2H2O。对照分析A、B两项不正确;a极附近溶液由于H+放电呈碱性,石蕊溶液显蓝色,b极附近溶液由于OH-放电呈酸性,石蕊溶液显红色,故C项错误,D项正确。
答案:D
12.若某电能与化学能的转化装置(电解池或原电池)中发生的总反应的离子方程式是Cu+2H+Cu2++H2↑,则下列关于该装置的有关说法中正确的是( )
A.该装置可能是原电池,也可能是电解池
B.该装置只能是原电池,且电解质溶液为硝酸
C.该装置只能是电解池,且金属铜为该电解池的阳极
D.该装置只能是原电池,电解质溶液不可能是盐酸
解析:原电池是将化学能转化为电能的装置,电解池是将电能转化为化学能的装置。由题给总方程式知,Cu失电子,H+得电子。如果是原电池,Cu是负极,它的金属活动性排在氢之后,不可能发生反应,所以只能是电解池。
答案:C
13.某学生设计了一个“黑笔写红字”的趣味实验。滤纸先用氯化钠、无色酚酞的混合液浸湿,然后平铺在一块铂片上,接通电源后,用铅笔在滤纸上写字,会出现红色字迹。据此,下列叙述中正确的是( )
A.铅笔端作阳极,发生还原反应
B.铂片端作阴极,发生氧化反应
C.铅笔端有少量的氯气产生
D.a点是负极,b点是正极
解析:铅笔在滤纸上写字,出现红色字迹,说明铅笔端产生OH-,则铅笔端为阴极,H+放电发生还原反应生成H2,故A项错误;铂片作阳极发生氧化反应,故B项错误;铅笔端产生H2而不是Cl2,故C项错误。
答案:D
14.用惰性电极分别电解下列各物质的水溶液,一段时间后,向剩余电解质溶液中加入适量水能使溶液恢复到电解前的浓度的是( )
A.AgNO3 B.Na2SO4
C.CuCl2 D.HCl
解析:既然电解一段时间后,向剩余溶液中加水,就能使溶液恢复到电解前的浓度,这说明电解过程中消耗的是水,那么,在两个电极上放电的离子分别是H+和OH-,即溶液中阳离子的放电能力只能小于H+;溶液中阴离子的放电能力也只能小于OH-。常见的这样的物质有强碱、含氧酸和强碱对应的最高价含氧酸盐。
答案:B
15.关于下图所示①、②两个装置的叙述,正确的是( )(导学号52110116)
A.装置名称:①是原电池,②是电解池
B.硫酸浓度变化:①增大,②减小
C.电极反应式:①中阳极:4OH--4e-2H2O+O2↑ ②中正极:Zn-2e-Zn2+
D.离子移动方向:①中H+向阴极方向移动,②中H+向负极方向移动
解析:①中有外加电源为电解池,②为原电池,A项错误;①中电解水,硫酸浓度增大,②中负极材料消耗硫酸,硫酸浓度减小,B项正确;②中正极反应为2H++2e-H2↑,C项错误;②中H+向正极移动,D项错误。
答案:B
16.电解CuCl2溶液时,如果阴极上有1.6 g铜析出,则阳极上产生气体的体积(标准状况)约为( )
A.0.28 L B.0.56 L
C.0.14 L D.11.2 L
解析:阴极反应式:Cu2++2e-Cu,阳极反应式:2Cl--2e-Cl2↑,
生成Cu的物质的量:=0.025 mol,生成Cl2的体积:0.025 mol×22.4 L·mol-1=0.56 L。
答案:B
17.用惰性电极电解饱和Na2CO3溶液,若保持温度不变,则一段时间后( )
A.溶液的pH变大
B.c(Na+)与c(C)的比值变大
C.溶液浓度变大,有晶体析出
D.溶液浓度不变,有晶体析出
解析:用惰性电极电解饱和Na2CO3溶液,实际是电解水,故Na2CO3会结晶析出,若保持温度不变,则仍为原温度下的饱和溶液,故溶液浓度不变,pH不变,c(Na+)∶c(C)不变,故选D。
答案:D
能力提升
18.从N、S、H+、Cu2+、Ba2+、Ag+、Cl-等离子中选出适当的离子组成电解质,采用惰性电极对其溶液进行电解。
(1)若两极分别放出H2和O2,电解质的化学式是 。?
(2)若阴极析出金属,阳极放出氧气,电解质的化学式为 。?
(3)若两极分别放出气体,且体积比为1∶1,电解质的化学式为 。?
解析:题中提供的电解质离子有七种,这些离子放电的顺序是:阳极:Cl->OH-(水电离出的)>(N、S),阴极:Ag+>Cu2+>H+>Ba2+。
(1)两极分别放出H2和O2,即H+和OH-放电,实质是电解H2O,水中的溶质应是起导电作用,它可以是HNO3、H2SO4、Ba(NO3)2中的任意一种,但不能是BaSO4。
(2)阴极析出金属,即Ag+或Cu2+放电;阳极放出O2,即OH-放电。水中的溶质可以是AgNO3、Cu(NO3)2、CuSO4中的任意一种。
(3)两极都生成气体,且气体体积比为1∶1,则放电的离子应是Cl-和H+。水中的溶质可以是HCl、BaCl2中的任意一种。
答案:(1)HNO3、H2SO4、Ba(NO3)2中的任意一种
(2)AgNO3、Cu(NO3)2、CuSO4中的任意一种
(3)HCl或BaCl2
19.如图为持续电解含有一定量CaCl2水溶液(含酚酞)的装置(以铂为电极),A为电流表。电解一段时间t1后,将CO2连续通入电解质溶液中。
(1)电解时,F极发生 反应,电极反应为 ,E极发生 反应,电极反应为 ,电解总反应为 。?
(2)电解池中产生的现象:
① 。?
② 。?
③ 。?
解析:溶液中含有:Ca2+、H+、Cl-、OH-,通电时,Ca2+、H+移向阴极,H+放电能力比Ca2+强,在E极上发生反应:2H++2e-H2↑,H2O电离出的H+放电,OH-富集在阴极(E极),则使阴极区溶液变红;Cl-、OH-移向阳极,Cl-在阳极放电,2Cl-Cl2↑+2e- ,总反应方程式:2Cl-+2H2OCl2↑+H2↑+2OH-;电解一段时间t1后,溶液中OH-浓度增大,相当于Ca(OH)2、CaCl2的混合溶液,通入CO2:Ca2++2OH-+CO2CaCO3↓+H2O,继续通入CO2:CaCO3+CO2+H2OCa(HCO3)2。
答案:(1)氧化 2Cl--2e-Cl2↑ 还原 2H++2e-H2↑ 2Cl-+2H2O2OH-+H2↑+Cl2↑
(2)①通电后E极处溶液呈红色 ②通电时,E极、F极均有气体生成 ③通入CO2时,溶液中先出现白色沉淀,继续通入CO2沉淀又消失
20.(2015山东理综,29,节选)利用LiOH和钴氧化物可制备锂离子电池正极材料。LiOH可由电解法制备,钴氧化物可通过处理钴渣获得。
利用如图装置电解制备LiOH,两电极区电解液分别为LiOH和LiCl溶液。B极区电解液为 溶液(填化学式),阳极电极反应式为 ,电解过程中Li+向 (填“A”或“B”)电极迁移。?
答案:LiOH 2Cl--2e-Cl2↑ B
课时训练22 电解原理的应用
基础夯实
1.下列关于铜电极的叙述正确的是( )
A.铜锌原电池中铜是负极
B.用电解法精炼粗铜时粗铜作阴极
C.在镀件上电镀铜时可用金属铜作阳极
D.电解稀硫酸制H2、O2时铜作阳极
解析:铜锌原电池中,铜不活泼,应作正极,A项错误。在电镀或电解精炼铜时,需要将溶液中的Cu2+还原成金属铜析出,用作向溶液供给Cu2+的粗铜则必须作阳极,B项错误,C项正确。电解H2SO4溶液时,金属铜如果作阳极,它将以Cu2+的形式被溶解而进入电解质溶液,当电解质溶液内有H+和Cu2+时,后者将在阴极上放电,D项错误。
答案:C
2.下列叙述正确的是( )
A.电镀时,通常把待镀的金属制品作阳极
B.氯碱工业是电解熔融的NaCl,在阳极能得到Cl2
C.氢氧燃料电池(酸性电解质)中O2通入正极,电极反应为O2+4H++4e-2H2O
D.下图中电子由Zn极流向Cu,盐桥中的Cl-移向CuSO4溶液
解析:电镀时,镀层金属作阳极,镀件作阴极;氯碱工业电解的是饱和食盐水而不是熔融的NaCl;氢氧燃料电池中O2为氧化剂通入正极;D中的装置为原电池,电子由负极经导线流向正极,盐桥为内电路,阴离子移向负极。
答案:C
3.下面有关电化学的图示,完全正确的是( )
解析:A为原电池时锌应为负极;B为电解法精炼铜的装置,粗铜应为阳极;C为电镀池,镀件铁片应该为阴极;D为电解饱和食盐水并检验其产物的装置,电流流入的一极为阳极,阳极析出氯气,可用碘化钾淀粉溶液检验氯气,阴极析出的氢气,可用向下排空气法收集。
答案:D
4.关于电解NaCl水溶液,下列叙述正确的是( )
A.电解时在阳极得到氯气,在阴极得到金属钠
B.若在阳极附近的溶液中滴入KI溶液,溶液呈棕色
C.若在阴极附近的溶液中滴入酚酞溶液,溶液呈无色
D.电解一段时间后,将全部电解液转移到烧杯中,充分搅拌后溶液呈中性
解析:电解食盐水时发生的反应:
阳极:2Cl--2e-Cl2↑
阴极:2H2O+2e-H2↑+2OH-
总反应:2NaCl+2H2O2NaOH+H2↑+Cl2↑
对照分析选项,A错误;阳极附近的溶液中会溶有少量的Cl2,滴加KI溶液后发生反应:Cl2+2I-I2+2Cl-,溶液呈棕色,B正确;阴极附近产生大量的OH-,滴加酚酞后变红色,C错误;电解后生成NaOH,溶液呈碱性,D错误。
答案:B
5.关于镀铜和电解精炼铜,下列说法中正确的是( )
A.都用粗铜作阳极、纯铜作阴极
B.电解液的成分都保持不变
C.阳极反应都只有Cu-2e-Cu2+
D.阴极反应都只有Cu2++2e-Cu
解析:A项电镀时镀件作阴极;B项电解精炼铜时电解液成分改变;C项电解精炼铜时,杂质若有比铜活泼的金属(如锌),则还会发生Zn-2e-Zn2+的反应。
答案:D
6.工业上由二氧化锰制备KMnO4可分两步进行:①二氧化锰与氢氧化钾共熔后通入O2:2MnO2+4KOH+O22K2MnO4+2H2O;②电解锰酸钾溶液:2K2MnO4+2H2O2KMnO4+H2↑+2KOH。
下列叙述中正确的是( )
A.在反应②中K2MnO4作氧化剂
B.每生成1 mol KMnO4共转移6 mol电子
C.第②步电解时,阴极周围溶液的pH减小
D.第②步电解时,KMnO4在阳极区生成
解析:每生成1 mol KMnO4共转移3 mol电子,故B项错误;②中电解锰酸钾溶液时,在阴极H2O得电子生成H2,同时生成OH-,故pH增大,C项错误;根据氧化还原反应原理,在第②步电解时,在阳极K2MnO4被氧化为KMnO4,因此K2MnO4作还原剂,故A项错,D项正确。
答案:D
7.欲在金属表面镀银,应把镀件挂在电镀池的阴极。下列各组中,选用的阳极金属和电镀液均正确的是( )
A.Ag和AgCl溶液
B.Ag和AgNO3溶液
C.Fe和AgNO3溶液
D.Pt和Ag2SO4溶液
解析:电镀槽中,要求镀件作阴极,可用镀层金属作阳极,电镀液通常采用含有镀层金属离子的盐溶液,A、D项中AgCl和Ag2SO4均为沉淀,只有B项符合要求。
答案:B
8.下列图示中关于铜电极的连接错误的是( )
解析:铜锌原电池中锌作负极,铜作正极,A正确;电解精炼铜时,粗铜作阳极,精铜作阴极,B正确;镀件上镀铜时,铜作阳极,镀件作阴极,C错误;电解氯化铜溶液时,石墨作阳极,铜作阴极,D正确。
答案:C
9.如图所示的电解池Ⅰ和Ⅱ中,a、b、c和d均为Pt电极。电解过程中,电极b和d上没有气体逸出,但质量均增大,且增重b
选项
X
Y
A
MgSO4
CuSO4
B
AgNO3
Pb(NO3)2
C
FeSO4
Al2(SO4)3
D
CuSO4
AgNO3
解析:A项电解池Ⅰ中相当于电解水,b上有气体生成,电极质量不变;B项,b上产生Ag,d上产生Pb,二者物质的量之比为2∶1,增重b>d;C项,两电解池中都相当于电解水,b、d上都有气体生成,两电极质量不变;D项,b上产生Cu,d上产生Ag,二者物质的量之比为1∶2,增重b答案:D
10.常温时,将500 mL pH=a的CuSO4和K2SO4的混合溶液用石墨电极电解一段时间,测得溶液的pH变为b(假设溶液体积的变化忽略不计),在整个电解过程中发现始终只有一个电极有气体产生。下列说法错误的是( )(导学号52110118)
A.若使溶液恢复到电解前的浓度可以向溶液中加20(10-b-10-a) g CuCO3
B.bC.阳极电极反应为2H2O-4e-O2↑+4H+
D.整个过程中是阳极产生氧气,阴极析出铜单质
解析:本题的关键是在整个电解过程中发现始终只有一个电极有气体产生,则整个过程中是阳极产生氧气,阴极析出铜单质。要恢复到电解前的溶液就要将氧气和铜的质量转化为CuO或CuCO3,需要20(10-b-10-a) g CuO。考虑到Cu2+的水解,a<7,电解过程中生成H+,则b答案:A
能力提升
11.铝和氢氧化钾都是重要的工业产品。请回答:
(1)工业冶炼铝的化学方程式是 。?
(2)铝与氢氧化钾溶液反应的离子方程式是 。?
(3)工业品氢氧化钾的溶液中含有某些含氧酸杂质,可用离子交换膜法电解提纯。
电解槽内装有阳离子交换膜(只允许阳离子通过),其工作原理如图所示。
①该电解槽的阳极反应式是 。?
②通电开始后,阴极附近溶液pH会增大,请简述原因 。?
③除去杂质后的氢氧化钾溶液从溶液出口 (填写“A”或“B”)导出。?
解析:离子交换膜法电解提纯KOH时,阳极反应为:4OH--4e-2H2O+O2↑,阴极反应为:4H2O+4e-4OH-+2H2↑。电解过程中阳极附近的K+通过阳离子交换膜向阴极移动,含氧酸根离子不能通过离子交换膜。一段时间后,阴极附近K+、OH-浓度变大,从B处(阴极区)得到溶液,蒸发结晶后可得较纯净的KOH。
答案:(1)2Al2O34Al+3O2↑
(2)2Al+2OH-+2H2O2Al+3H2↑
(3)①4OH--4e-2H2O+O2↑ ②H+放电,促进水的电离,OH-浓度增大 ③B
12.硒是制造光电池的一种原料,人体缺少硒就会得“克山病”,从电解精炼铜的阳极泥中提取硒的流程如下:
请回答下列问题:
(1)实验室中电解精炼铜的简易装置如图所示,请在图中标出电极材料和电解液的名称。
(2)阳极泥中硒以Se、Ag2Se、Cu2Se等形式存在,Se与浓硫酸反应的化学方程式为 。?
(3)SeO2溶于水得H2SeO3(Ka1=3.5×10-3,Ka2=5.0×10-8),亚硒酸溶液与SO2反应制硒的离子方程式为 。?
电解亚硒酸溶液可制得强酸H2SeO4,则电解时的阳极反应式为 。?
(4)上述硒的提取过程中存在的主要问题是 。?
解析:(1)电解精炼铜时粗铜作阳极,精铜作阴极,CuSO4溶液作电解液。(2)根据流程图可知硒的氧化产物为SeO2,浓硫酸的还原产物为SO2,由此可得出化学方程式。(3)根据题中提示H2SeO3是弱酸,在离子方程式中应写化学式。电解亚硒酸溶液时,阳极发生氧化反应生成硒酸。
答案:(1)左侧:粗铜 右侧:精铜 电解液:硫酸铜溶液
(2)Se+2H2SO4(浓)SeO2↑+2SO2↑+2H2O
(3)H2SeO3+2SO2+H2OSe+2S+4H+ H2SeO3-2e-+H2OSe+4H+
(4)浓硫酸的腐蚀性强;焙烧过程中产生大量有毒气体SO2,污染环境(其他合理答案亦可)
13.如图,X和Y均为石墨电极:(导学号52110119)
(1)若电解质溶液为滴有酚酞的饱和食盐水,电解反应的离子方程式为 ;电解过程中 (填“阴”或“阳”)极附近会出现红色。?
(2)若电解质溶液为500 mL含A溶质的某蓝色溶液,电解一段时间,观察到X电极表面有红色的固态物质生成,Y电极有无色气体生成;溶液中原有溶质完全电解后,停止电解,取出X电极,洗涤、干燥、称量,电极增重1.6 g。
电解后溶液的pH为 ;要使电解后溶液恢复到电解前的状态,需加入一定量的 (填加入物质的化学式)。(假设电解前后溶液的体积不变)?
答案:(1)2Cl-+2H2O2OH-+Cl2↑+H2↑ 阴
(2)1 CuO(或CuCO3)
课时训练23 金属的电化学腐蚀与防护
基础夯实
1.下列有关金属腐蚀的说法中正确的是( )
A.金属腐蚀指不纯金属与接触到的电解质溶液进行化学反应而损耗的过程
B.电化学腐蚀指在外加电流的作用下不纯金属发生化学反应而损耗的过程
C.钢铁腐蚀最普遍的是吸氧腐蚀,负极吸收氧气,产物最终转化为铁锈
D.金属的电化学腐蚀和化学腐蚀本质相同,但电化学腐蚀伴有电流产生
解析:金属腐蚀的本质,主要是金属原子失电子被氧化,腐蚀的内因是金属的化学性质比较活泼,外因是金属与空气、水和其他腐蚀性的物质接触,腐蚀主要包括化学腐蚀和电化学腐蚀,所以A错误;电化学腐蚀指不纯金属发生原电池反应而损耗的过程,不需要外加电流,所以B错误;钢铁腐蚀最普遍的是吸氧腐蚀,正极吸收氧气,而不是负极吸收氧气,所以C错误;只有选项D正确。
答案:D
2.下列事实中,不能用电化学理论解释的是( )
A.轮船水线以下的船壳上安装一定数量的锌块
B.高温车间中钢铁设备的腐蚀
C.纯锌与稀硫酸反应时,滴入少量CuSO4溶液后,反应速率提高
D.镀锌铁比镀锡铁耐用
解析:高温车间中钢铁设备的腐蚀是发生了一般的化学反应而被腐蚀的过程。其他选项都涉及原电池反应。
答案:B
3.下列关于金属腐蚀的说法正确的是( )
A.金属在潮湿空气中腐蚀的实质是M+nH2OM(OH)n+H2↑
B.金属的化学腐蚀的实质是M-ne-Mn+,电子直接转移给氧化剂
C.金属的化学腐蚀必须在酸性条件下进行
D.在潮湿的中性环境中,金属的电化学腐蚀主要是析氢腐蚀
解析:金属在潮湿的中性环境中易发生析氢腐蚀和吸氧腐蚀两种电化学腐蚀,主要发生吸氧腐蚀。其腐蚀的本质都是金属失电子,即M-ne-Mn+,所以A、D不正确,B正确。金属的化学腐蚀是金属直接接触到化学物质如酸、Cl2等发生腐蚀,所以C不正确。
答案:B
4.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.铁器附有铜质的配件,在接触处易生铁锈
D.银质奖牌久置后表面变暗
解析:电化学腐蚀是指不纯的金属(或合金),接触到电解质溶液时发生了原电池反应,比较活泼的金属原子失去电子而被氧化所引起的腐蚀。选项A中黄铜是铜锌合金,可以构成原电池,但铜没有锌活泼,被腐蚀的是锌而不是铜,所以不易产生铜绿;选项B中生铁是铁碳合金,可以构成原电池而使铁腐蚀生锈,软铁芯几乎是纯铁,不构成原电池;选项C中铁与铜接触则构成原电池,铁比铜活泼,铁被腐蚀生成铁锈,所以,A、B、C三个选项的现象均与电化学腐蚀有关;选项D中银质奖牌是由较纯的银制作的,不构成原电池,久置后表面变暗是跟空气中的多种物质反应造成的。
答案:D
5.埋在地下的铸铁输油管道,在下列各种情况下,腐蚀最慢的是( )
A.在含铁元素较多的酸性土壤中
B.在潮湿疏松透气的土壤中
C.在干燥致密不透气的土壤中
D.在含碳粒较多的潮湿透气的中性土壤中
解析:铸铁要腐蚀得最慢,既要防止化学腐蚀,又要防止电化学腐蚀。故必须防酸(化学腐蚀Fe+2H+Fe2++H2↑)、防水(以防形成电解质溶液)、防气(防止O2参与吸氧腐蚀),故选C。
答案:C
6.相同材质的铁在图中的四种情况下最不易被腐蚀的是( )
解析:在A中,食醋提供电解质溶液环境,铁铲和铜盆是相互接触的两个金属极,形成原电池,铁是活泼金属作负极;在B中,食盐水提供电解质溶液环境,炒锅和铁铲都是铁碳合金,符合原电池形成的条件,铁是活泼金属作负极,碳作正极;在C中,铜镀层将铁球覆盖、使铁被保护,所以铁不易被腐蚀;在D中,酸雨提供电解质溶液环境,铁铆钉和铜板分别作负、正极,形成原电池。
答案:C
7.钢铁在腐蚀过程中,下列变化可能发生的是( )
①铁元素由+2价转化为+3价
②氧气被还原
③产生氢气
④Fe(OH)3失水生成Fe2O3·xH2O
⑤杂质碳被氧化而除去
A.①② B.③④
C.①②③④ D.①②③④⑤
解析:钢铁可能发生吸氧腐蚀,也可能发生析氢腐蚀,因此②③正确。同时Fe失电子转化为Fe2+,进一步被氧化为+3价的铁,形成铁锈。
答案:C
8.铜板上铁铆钉处的吸氧腐蚀原理如图所示:
下列有关说法中,不正确的是( )
A.负极电极反应为:Fe-3e-Fe3+
B.此过程中还涉及反应:4Fe(OH)2+2H2O+O24Fe(OH)3
C.此过程中铜并不被腐蚀
D.此过程中电子从Fe移向Cu
解析:铜板和铁铆钉构成原电池,发生吸氧腐蚀时铁作负极,其电极反应为Fe-2e-Fe2+,故A错误。
答案:A
9.下列举措不能防止或减缓钢铁腐蚀的是( )
A.在钢铁制品表面镀一层金属锌
B.将钢铁制品放置在潮湿处
C.在钢铁中加入锰、铬等金属,以改变钢铁结构
D.将钢铁制品与电源负极相连
解析:铁在潮湿的空气中容易发生电化学腐蚀而生锈。
答案:B
10.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
解析:水中的钢闸门连接电源的负极之后,作电解池的阴极,被保护起来,所以采用的是外加电流的阴极保护法;金属护栏表面涂漆、汽车底盘喷涂高分子膜均使用的是覆盖保护层法的保护措施;地下钢管连接镁块,镁作负极,被腐蚀从而起到保护钢管的作用,所以使用的是牺牲阳极的阴极保护法。
答案:A
11.下列表面上镀有金属保护层的铁板,当镀层破损使铁板裸露后,在相同条件下最耐腐蚀的是( )
A.镀锌铁板(白铁) B.镀锡铁板(马口铁)
C.镀银铁板 D.镀铜铁板
解析:铁板在镀层破损后最耐腐蚀,应是指镀层破损后仍能对铁板构成有效保护的有镀层的铁板,A中铁板镀锌,镀层破损后发生电化学腐蚀时,锌为负极,铁为正极,铁被保护,B、C、D中锡、银、铜不如铁活泼,镀层破损后发生电化学腐蚀时,铁为负极,铁失去电子被氧化,从而加速了铁的腐蚀。故选A。
答案:A
12.如下图所示装置中都盛有0.1 mol·L-1的NaCl溶液,放置一定时间后,装置中的四块相同的锌片腐蚀速率由快到慢的正确顺序是( )
A.③①④② B.①②④③
C.①②③④ D.②①④③
解析:电解原理引起的腐蚀>原电池原理引起的腐蚀>化学腐蚀>有防护措施的腐蚀。①为原电池并且Zn作负极,②为电解池,Zn与电源正极相连作阳极被腐蚀,③为电解池,Zn与电源负极相连作阴极,受保护,④为化学腐蚀,故腐蚀由快到慢的顺序为②>①>④>③。
答案:D
13.把锌片和铁片放在盛有稀食盐水和酚酞溶液的表面皿中,如下图所示。最先观察到酚酞变红现象的区域是( )
A.Ⅰ和Ⅲ B.Ⅰ和Ⅳ
C.Ⅱ和Ⅲ D.Ⅱ和Ⅳ
解析:图中左边装置为一原电池,Zn为负极,电极反应为2Zn-4e-2Zn2+,Fe为正极,电极反应为2H2O+O2+4e-4OH-,Fe极附近OH-聚积,所以Ⅰ区域先变红色。右边装置为一电解池,Fe为阳极,电极反应为Fe-2e-Fe2+,Zn为阴极,电极反应为2H++2e-H2↑,H+在阴极不断被还原,促使水不断电离,阴极附近有OH-聚积,所以Ⅳ区域首先变红。
答案:B
14.下列叙述中正确的是( )
①锌跟稀硫酸反应制H2,加入少量硫酸铜溶液能加快反应速率;
②镀层破损后,白口铁(镀锌的铁)比马口铁(镀锡的铁)更易腐蚀;
③电镀时,应把镀件置于电解槽的阴极;
④冶炼铝时,把氧化铝加入液态冰晶石中熔融后电解;
⑤钢铁表面常易锈蚀生成Fe2O3·nH2O。
A.①②③④⑤ B.①③④⑤
C.①③⑤ D.②④
解析:①对,因为能组成原电池,反应速率加快。②错,因为白口铁(镀锌的铁)镀层破损后,腐蚀锌保护铁;马口铁(镀锡的铁)是腐蚀铁保护锡。③对,因为电镀时,镀件金属作阴极,镀层金属作阳极。④对,因为氧化铝熔点很高,在冰晶石助熔剂的作用下,在较低温度下就能熔融,可节能降耗。⑤对,因为铁锈的主要成分是Fe2O3·nH2O,显红色。
答案:B
15.将NaCl溶液滴在一块光亮清洁的铁板表面上,一段时间后发现液滴覆盖的圆圈中心区(a)已被腐蚀而变暗,在液滴外沿形成棕色铁锈环(b),如图所示。导致该现象的主要原因是液滴之下氧气含量比边缘处少。下列说法正确的是( )
A.液滴中的Cl-由a区向b区迁移
B.液滴边缘是正极区,发生的电极反应为O2+2H2O+4e-4OH-
C.液滴下的Fe因发生还原反应而被腐蚀,生成的Fe2+由a区向b区迁移,与b区的OH-形成Fe(OH)2,进一步氧化、脱水形成铁锈
D.若改用嵌有一铜螺丝钉的铁板,在铜铁接触处滴加NaCl溶液,则负极发生的电极反应为Cu-2e-Cu2+
解析:本题考查原电池、钢铁的吸氧腐蚀等知识。依题意,可判断中心区(a)为原电池的负极,液滴边缘O2含量较大,是原电池的正极,A中Cl-在电池工作时向负极(a)移动,A选项错误,B项显然正确,C中Fe失去电子被氧化而被腐蚀,故C项错误,D中因Fe比Cu活泼,故Fe作负极,负极反应为Fe-2e-Fe2+。故正确答案为B。
答案:B
16.如图所示水槽中试管内有一枚铁钉,放置数天后观察:
(1)铁钉在逐渐生锈,则铁钉的腐蚀属于 腐蚀。?
(2)若试管内液面上升,则原溶液呈 性,发生 腐蚀,正极反应为 。?
(3)若试管内液面下降,则原溶液呈 性,发生 腐蚀,正极反应为 。?
答案:(1)电化学 (2)弱酸性或中 吸氧 O2+2H2O+4e-4OH-
(3)较强的酸 析氢 2H++2e-H2↑
能力提升
17.对金属制品进行抗腐蚀处理,可延长其使用寿命。(导学号52110120)
(1)以下为铝材表面处理的一种方法:
以铝材为阳极,在H2SO4溶液中电解,铝材表面形成氧化膜,阳极电极反应式为 。取少量废电解液,加入NaHCO3溶液后产生气泡和白色沉淀,产生沉淀的原因是 ? 。?
(2)镀铜可防止铁制品腐蚀,电镀时用铜而不用石墨作阳极的原因是? 。?
(3)利用下图装置,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)活泼金属作阳极,阳极材料本身失电子被氧化,其氧化产物为Al2O3,由此可得阳极反应式为2Al+3H2O-6e-Al2O3+6H+。加入NaHCO3溶液后,A与HC发生相互促进的水解反应,离子方程式可表示为Al3++3HCAl(OH)3↓+3CO2↑。(3)若X为碳棒,则只能用外加电流的阴极保护法,此时开关K应置于N处。若X为Zn,K置于M处,其保护原理为牺牲阳极的阴极保护法。
答案:(1)2Al+3H2O-6e-Al2O3+6H+ HC与Al3+发生水解相互促进反应,产生Al(OH)3沉淀
(2)补充溶液中消耗的Cu2+,保持溶液中Cu2+浓度恒定
(3)N 牺牲阳极的阴极保护法
