第四章电化学基础（学案+课件+课堂练+课后练）

(共36张PPT)
第四节　金属的电化学腐蚀与防护
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任务一、认真阅读教材第84页的内容,思考并回答下列问题,自主学习金属腐蚀的危害。
1.列举生活中见到的金属腐蚀现象。
提示铁器生锈,铜制品长出铜绿。
2.列举金属腐蚀的危害。
提示金属被腐蚀后,在外形、色泽以及机械性能方面就会发生变化,从而使机器设备、仪器、仪表的精度和灵敏度降低,直至报废。
金属腐蚀还会使桥梁、建筑物的金属构架强度降低而造成坍塌,地下金属管道发生泄漏,轮船船体损坏等等。
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任务二、认真阅读教材第84页到86页的内容,思考并回答下列问题,自主学习金属的电化学腐蚀原理。
1.什么是金属的腐蚀 金属的腐蚀一般可分为哪几种类型
提示金属腐蚀是金属与周围的气体或液体物质发生氧化还原反应而引起损耗的现象。由于与金属接触的气体或液体物质不同,发生腐蚀的情况也不同,一般可分为化学腐蚀和电化学腐蚀。
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2.举例说明什么是化学腐蚀 化学腐蚀的速率与温度高低有什么关系 举例说明什么是电化学腐蚀
提示金属跟接触到的干燥气体(如O2、Cl2、SO2等)或非电解质液体(如石油)等直接发生化学反应而引起的腐蚀,叫做化学腐蚀。例如,铁与氯气直接反应而腐蚀,钢管被原油中的含硫化合物腐蚀等。化学腐蚀的速率随着温度升高而加快。
不纯的金属跟电解质溶液接触时,会发生原电池反应,比较活泼的金属失去电子而被氧化,这种腐蚀叫做电化学腐蚀。钢铁在潮湿的空气中生锈,就是电化学腐蚀最典型的例子。
3.为什么钢铁在干燥的空气中不易腐蚀,在潮湿的空气中却易腐蚀
提示干燥的空气中钢铁发生化学腐蚀,而在潮湿的空气中,钢铁表面形成一层电解质溶液的水膜,构成原电池,发生电化学腐蚀,增大了腐蚀速率。
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任务三、认真阅读教材第86页到87页的内容,思考并回答下列问题,自主学习金属的电化学防护。
1.金属的电化学防护方法有哪些
提示金属的电化学防护方法有牺牲阳极的阴极保护法和外加电流的阴极保护法。
2.除了电化学防护外,金属的防护方法常见的还有哪些
提示除了电化学防腐蚀外,金属防腐蚀的方法还有很多种。例如把金属制成防腐的合金,如不锈钢,就是有效的方法。还可以采用喷油漆、涂油脂、电镀、喷镀或表面钝化等其他方法使金属与空气、水等物质隔离,以防止金属腐蚀。
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1.下列关于金属腐蚀的说法中正确的是(　　)
C.金属的电化学腐蚀必须在酸性条件下进行
D.在潮湿的环境中,金属的电化学腐蚀一定是析氢腐蚀
答案:B
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2.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
答案:D
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3.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块石墨,一同浸入海水中
C.在海轮舷上用铁丝系住锌板浸在海水里
D.在电动输油管的铸铁管上接直流电源的正极
答案:C
重点难点探究
重要考向探究
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探究问题
1.钢铁的吸氧腐蚀和析氢腐蚀的原理是什么 写出钢铁发生吸氧腐蚀和析氢腐蚀时的电极反应。
提示在潮湿的空气里,钢铁表面会形成一薄层水膜,水膜既可以溶解大气中的CO2、SO2、H2S等气体(此水膜中含有一定量的H+,溶液显酸性),也可以溶解一定量的氧气(此水膜酸性很弱或显中性),结果在钢铁表面形成了一层电解质溶液,它跟钢铁里的铁和少量的碳恰好形成无数微小的原电池,在这些原电池里,铁是负极,碳是正极,铁失去电子而被氧化,钢铁发生电化学腐蚀。具体的电极反应式如下
重点难点探究
重要考向探究
随堂检测
2.钢铁腐蚀的快慢与哪些因素有关 如何防止钢铁被腐蚀
提示金属腐蚀的快慢是由金属的活动性决定的,同时与温度、金属表面的电解质溶液浓度以及组成原电池的正负极间的活动性差别的大小等因素有关。
常用金属的防护措施有如下几种:
(1)金属的防护措施:
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重要考向探究
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(2)电化学防护法:
①牺牲阳极的阴极保护法:将被保护的金属制品和活泼金属相连,让活泼金属作原电池的负极(阳极),失去电子;则金属制品作为原电池的正极(阴极)被保护下来的方法。
②外加电流的阴极保护法:将被保护的金属和电源的负极连接,另选一块能导电的惰性材料接电源正极。通电后,使金属表面产生负电荷(电子)的聚积,抑制了金属失电子,从而防止金属被腐蚀。
重点难点探究
重要考向探究
随堂检测
知识点拨
一、化学腐蚀与电化学腐蚀的区别与联系
重点难点探究
重要考向探究
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重要考向探究
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二、牺牲阳极的阴极保护法与外加电流的阴极保护法的比较
重点难点探究
重要考向探究
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考向一　金属的腐蚀原理与防护方法
【例题1】
如图所示烧杯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,电极反应式:负极　　　　　　　　　　　　　　　　　,正极　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(3)若试管内液面下降,则原溶液呈　　　　　性,发生　　　　腐蚀,电极反应式:负极　　　　　　　　　　　　　　　　,正极　。
重点难点探究
重要考向探究
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解析:根据原电池的构成条件:有两种不同活性的电极材料(本题中Fe为负极,碳为正极)、有电解质溶液、形成闭合回路,可知铁钉的腐蚀属于电化学腐蚀。根据金属腐蚀的条件、原理及结果知:试管内液面上升,说明试管内压强减小,试管内气体被吸收,是铁钉吸氧腐蚀的结果,据此写出电极反应式;试管内液面下降,说明试管内气体压强增大,试管内产生了气体,是铁钉析氢腐蚀的结果,据此写出电极反应式。　
答案:(1)电化学
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重要考向探究
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【例题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)为了降低某水库铁闸门被腐蚀的速率,可以采用图甲所示的方案,其中焊接在铁闸门上的固体材料R可以采用　　　　(填写字母序号)。该防护方法属于　　　　　　　　　　　　法。
A.铜　　　B.钠　　　C.锌　　　D.石墨
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重要考向探究
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(3)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。该防护方法称为　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
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重要考向探究
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解析:(1)发生吸氧腐蚀时,负极上Fe失电子,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,则锌会失去电子而溶解,Fe被保护,属于牺牲阳极的阴极保护法,Na会与水反应生成NaOH,达不到保护铁闸门的目的。(3)属于外加电流的阴极保护法,需把被保护的铁闸门连接在电源的负极。
(2)C　牺牲阳极的阴极保护
(3)负　外加电流的阴极保护法
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重要考向探究
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规律方法点拨
(1)判断电化学保护法的类型,应分清其基本原理,看是利用电解原理的外加电流的阴极保护法还是应用原电池原理的牺牲阳极的阴极保护法,两者不能混淆。
(2)无论是吸氧腐蚀还是析氢腐蚀,作为负极的铁都不断地被氧化。金属腐蚀主要是电化学腐蚀。
(3)由于通常情况下,金属表面不会遇到酸性较强的溶液,所以金属腐蚀的主要形式是电化学腐蚀中的吸氧腐蚀,而且析氢腐蚀最终也会被吸氧腐蚀代替。金属活动性顺序中位于氢前和氢后的金属都能发生吸氧腐蚀,但只有在氢前的金属才会发生析氢腐蚀。
重点难点探究
重要考向探究
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成功体验1如图装置中,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。下列有关叙述错误的是
(　　)
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
D.a试管中发生了吸氧腐蚀,b试管中发生了析氢腐蚀
重点难点探究
重要考向探究
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解析:a为中性环境,发生吸氧腐蚀,氧气被消耗,气体压强减小;b中酸性较强,发生析氢腐蚀,有氢气放出,气体压强增大,所以红墨水柱两边的液面变为左高右低,选项B不正确。
答案:B
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成功体验2下列有关金属腐蚀与防护的说法不正确的是(　　)
A.纯银器的表面在空气中因化学腐蚀渐渐变暗
B.当镀锡铁制品的镀层破损时,镀层不能对铁制品起保护作用
C.在海轮外壳连接锌块保护外壳不受腐蚀是采用了牺牲阳极的阴极保护法
D.可将地下输油钢管与外加直流电源的正极相连以保护它不受腐蚀
重点难点探究
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解析:纯银器的表面在空气中易生成硫化物失去光泽,属于化学腐蚀,A项正确;当镀锡铁制品镀层破损后,由于铁比锡活泼,形成原电池时,铁作原电池的负极,加快铁的腐蚀,B项正确;锌比铁活泼,当在海轮外壳上连接锌块后,锌失电子而海轮外壳被保护,此法为牺牲阳极的阴极保护法,C项正确;要采用电解原理保护金属,应将金属与直流电源的负极相连,即作电解池的阴极,D项错误。
答案:D
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考向二　腐蚀的条件与腐蚀快慢的比较
【例题3】
如图,各烧杯中盛有海水,铁在其中被腐蚀由快到慢的顺序为(　　)
A.②①③④
B.④③①②
C.④②①③
D.③②④①
解析:②③④实质均为原电池装置。③中Fe为正极被保护;②④中Fe为负极,均被腐蚀,但相对来说,Fe和Cu的金属活动性的差别比Fe和Sn的大,故Fe-Cu原电池中Fe被腐蚀得快;①中发生化学腐蚀。
答案:C
重点难点探究
重要考向探究
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规律方法点拨
不同条件下金属腐蚀快慢的判断
(1)各种腐蚀的程度由大到小依次排列为:电解原理引起的腐蚀(即电解池的阳极)、原电池原理引起的腐蚀(即原电池的负极)、化学腐蚀、有防护措施的腐蚀(即电解池的阴极、原电池的正极及加有镀层的金属等)。
(2)活动性不同的两金属,其活动性越强,腐蚀得越快。
(3)对同一种电解质溶液来说,电解质溶液浓度越大,腐蚀越快。
(4)对同一种金属来说,腐蚀快慢的规律如下:强电解质溶液>弱电解质溶液>非电解质溶液。
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重要考向探究
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成功体验3铁在下列情况下腐蚀最快的是(　　)
A.铁放在海水中
B.铁和锌连接放入海水中
C.铁和锡连接放入海水中
D.铁和锡连接放入淡水中
解析:铁放在海水中直接发生化学腐蚀;铁和锌连接放入海水中,锌作负极,铁作正极受到保护;铁和锡连接放入海水中,铁作负极发生电化学腐蚀,速率最快;而铁和锡连接放入淡水中,由于淡水中的离子浓度较小,所以腐蚀的速率比在海水中要慢。
答案:C
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重要考向探究
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1.下列关于电化学腐蚀和化学腐蚀的说法正确的是(　　)
A.电化学腐蚀没有发生氧化还原反应
B.化学腐蚀发生氧化还原反应
C.电化学腐蚀没有发生化学反应,化学腐蚀发生化学反应
D.电化学腐蚀有电子转移,化学腐蚀没有电子转移
解析:电化学腐蚀和化学腐蚀实质一样,两者都发生氧化还原反应,都是金属失电子,被氧化,但电化学腐蚀构成闭合回路,有电流产生,而化学腐蚀没有产生电流。
答案:B
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2.钢铁在潮湿的空气中往往发生电化学反应而被腐蚀,下列方程式在钢铁的电化学腐蚀过程中不存在的是(　　)
答案:D
重点难点探究
重要考向探究
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3.铁生锈是一种常见的自然现象,其主要反应的化学方程式为4Fe+3O2+xH2O
2Fe2O3·xH2O。如图为一放在水槽中的铁架,水位高度如图。最容易生锈的铁架横杆是(　)
A.①　　　　　　　　
B.②
C.③
D.④
解析:④处没有和电解质溶液接触,不能构成原电池,锈蚀较慢;①②③处已与电解质溶液接触,但①②处含O2较少,所以③处腐蚀最快。
答案:C
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4.下列有关金属的保护方法的说法中正确的是(　　)
A.常使用的快餐杯表面有一层搪瓷,搪瓷层破损后仍能起到防止铁生锈的作用
B.白铁(镀锌铁)镀层破损后,铁皮的腐蚀仍很慢
C.轮船的船壳水线以下常装有一些锌块,这是利用了牺牲阴极的阳极保护法
D.钢铁制造的暖气管道外常涂有一层沥青,这是钢铁的电化学保护法
解析:A项中涂层破损后,铁直接暴露在空气中,因而搪瓷层不能对破损部分进行保护;B项中镀层破损后由于锌的金属性比铁强,与铁构成原电池,锌作负极,保护铁不被腐蚀;C选项应是牺牲阳极的阴极保护法;D项中应是用沥青作涂层的涂层保护法。
答案:B
重点难点探究
重要考向探究
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5.用铝制饭盒盛放醋酸,一段时间后,饭盒被腐蚀,该种腐蚀属于　　　　　　　,反应的化学方程式为　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　;若用铝饭盒盛放食盐(含水时),一段时间后,饭盒被腐蚀,这种腐蚀叫做　　　　　　　　,反应原理是(写电极反应式)　　　　　　　　　　　　　　　　　。

解析:铝制饭盒盛放醋酸,金属铝直接接触腐蚀性化学物质,发生的腐蚀是化学腐蚀;而用铝饭盒盛放食盐(含水时),铝—食盐水—C形成原电池,发生电化学腐蚀中的吸氧腐蚀。
重点难点探究
重要考向探究
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6.潜艇的金属外壳浸在海水中,在海水和空气的作用下会被腐蚀。
(1)若海水呈中性,一艘钢制外壳的潜艇在海水中发生腐蚀的电极反应式为:
正极:　　　　　　　　　　　　　　　　　,
负极:　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(2)为有效地保护潜艇,下列措施中最好的是　　　。
A.采用纯铁制造潜艇外壳
B.采用耐腐蚀的合金制造潜艇外壳
C.在潜艇外壳上涂一层油
D.在潜艇外壳上装一定数量的锌块
重点难点探究
重要考向探究
随堂检测
解析:金属防护的方法很多,可以采取以下措施进行。
(1)改变金属的内部组织结构。合金钢中含有合金元素,使组织结构发生变化,耐腐蚀,如不锈钢。
(2)在金属表面覆盖保护层。常见方式有:涂油脂、油漆或覆盖搪瓷、塑料等;使表面生成致密氧化膜;在表面镀一层有自我保护作用的另一种金属。
(3)电化学保护法:①外加电流的阴极保护法:接上外加直流电源构成电解池,被保护的金属作阴极。②牺牲阳极的阴极保护法:外加负极材料,构成原电池,被保护的金属作正极。(共34张PPT)
第四章电化学基础
第一节　原电池
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任务一、认真阅读教材第71页的内容,思考回答下列问题,自主学习电流的获得。
1.将锌片放入CuSO4溶液中,可看到铜被置换出来,为什么反应时会放出热量,但没有电流产生
提示在此反应中,Zn原子把电子直接给了在溶液中与之接触的Cu2+,被氧化成Zn2+,进入溶液;而Cu2+在锌片上直接得到电子,被还原成Cu(相当于短路,所以反应时,有热量放出来),得不到电流。
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2.为什么锌片与CuSO4溶液在下图所示装置中反应,就有电流产生
锌铜原电池装置
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任务二、认真阅读教材第71页到第72页的内容,思考回答下列问题,自主学习原电池原理。
1.实验4-1的实验目的是什么 实验过程中,需要哪些仪器和药品
提示实验目的为探究原电池工作原理;需要的实验用品有烧杯(2个)、电流计、导线、盐桥、锌片、铜片、ZnSO4溶液、CuSO4溶液。
2.什么是盐桥 盐桥的作用是什么
提示装有含琼脂的KCl溶液的玻璃弯管;其作用是连接两种溶液,形成通路。
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1.关于Cu-Zn-稀硫酸原电池中,下列说法在理论上正确的是(　　)
A.Cu为正极,有气泡产生,发生氧化反应
B.Zn为正极,有气泡产生,发生还原反应
C.Cu为负极,无气泡产生,发生还原反应
D.Zn为负极,无气泡产生,发生氧化反应
答案:D
2.如图所示的装置能构成原电池产生电流的是(　　)
答案:B
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重要考向探究
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探究问题
实验目的:研究原电池的工作原理。
实验装置:
实验现象:有盐桥存在时,锌片不断溶解,电流计指针发生偏转,铜片不断增厚;取出盐桥后,电流中断,指针迅速回零。
重点难点探究
重要考向探究
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1.有盐桥时,电流计指针发生偏转,说明有电流产生,该电流是如何产生的 产生电流的过程中,锌片、铜片上分别发生了什么变化 如何用电极反应式表示这一变化 从氧化还原反应的角度分析,各发生了氧化反应还是还原反应
提示当有盐桥存在时,在ZnSO4溶液中,锌片逐渐溶解,即Zn被氧化,Zn失去电子,形成Zn2+进入溶液,用电极反应式表示为Zn-2e-
Zn2+;从锌片上释放出的电子,经过导线流向铜片;CuSO4溶液中的Cu2+从铜片上得到电子,被还原为Cu并沉积在铜片上,用电极反应式表示为Cu2++2e-
Cu;随着反应的进行,左边烧杯的溶液中c(Zn2+)增大,右边烧杯的溶液中c(Cu2+)减小。同时,盐桥中的Cl-会移向ZnSO4溶液,K+会移向CuSO4溶液,使ZnSO4溶液和CuSO4溶液均保持电中性,氧化还原反应得以继续进行,从而使原电池不断地产生电流。
重点难点探究
重要考向探究
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2.取出盐桥后,电路为什么会中断
提示取出盐桥后,由于Zn失去电子成为Zn2+进入溶液,使ZnSO4溶液因Zn2+增加而带正电;同时Cu2+获得电子成为金属铜沉积在铜片上,使CuSO4溶液因
相对增加而带负电。这两种因素均会阻止电子从锌片流向铜片,造成电流中断,构不成原电池。
重点难点探究
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知识点拨
1.原电池
(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将化学能转化为电能。
2.原电池工作原理(以铜锌原电池为例)
重点难点探究
重要考向探究
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3.原电池形成的条件
(1)两个活动性不同的电极:活动性较强的金属作负极,活动性较弱的金属或能导电的非金属作正极;
(2)电解质溶液;
(3)形成闭合回路。
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4.两种原电池的比较
甲装置所示原电池俗称单液原电池,锌片、铜片用导线相连后,都插入到稀硫酸中,所以,锌片上失去的电子一部分通过导线流向铜片,形成电流,还有一部分,直接传递给溶液中碰撞到锌片上的氢离子,这一部分电子不形成电流,这种原电池供电效率不高,且电流在较短时间内就会衰减。
重点难点探究
重要考向探究
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乙装置所示原电池俗称双液原电池,锌片、铜片用导线相连后,锌片插入ZnSO4溶液中,铜片插入稀硫酸中,这样就避免了锌片与稀硫酸的直接接触而发生反应造成的电能损失,锌失去的电子全部通过导线流向铜片,这种原电池供电效率高,且能提供较稳定的电流。
特别说明:盐桥的作用
盐桥中通常装含有琼脂的KCl饱和溶液。当盐桥存在时,使两个半电池中的溶液连成一个通路。随着反应的进行,盐桥中的Cl-向硫酸锌溶液方向移动,K+向稀硫酸方向移动,使硫酸锌溶液和稀硫酸一直保持电中性,氧化还原反应得以继续进行,从而使电子不断从锌极流向铜极,能持续、稳定地产生电流。
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考向一　原电池正负极判断及电极反应式的书写
【例题1】
依据氧化还原反应:2Ag+(aq)+Cu(s)
Cu2+(aq)+2Ag(s)设计的原电池如图所示。请回答下列问题:
(1)电极X的材料是　　　;电解质溶液Y是　　　　。
(2)银电极为电池的　　　　极,发生的电极反应式为　　　　;X电极上发生的电极反应式为　　　　　　　　　　　　。
(3)外电路中的电子是从　　　　极流向　　　极。
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规律方法点拨
判断原电池正、负极的方法:
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成功体验1锌铜原电池装置如图所示,其中阳离子交换膜只允许阳离子和水分子通过。下列有关叙述正确的是(　　)
A.铜电极上发生氧化反应
B.电池工作一段时间后,甲池的c(
)减小
C.电池工作一段时间后,乙池溶液的总质量增加
D.阴阳离子分别通过交换膜向负极和正极移动,保持溶液中电荷平衡
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答案:C
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考向二　原电池的设计
【例题2】
某原电池总反应的离子方程式为2Fe3++Fe
3Fe2+,能实现该反应的原电池是(　　)
A.正极为Cu,负极为C,电解质为FeCl3溶液
B.正极为C,负极为Fe,电解质为Fe(NO3)3溶液
C.正极为Fe,负极为Zn,电解质为Fe2(SO4)3溶液
D.正极为Ag,负极为Fe,电解质为CuSO4溶液
解析:将总反应拆分为氧化反应和还原反应两个半反应(电极反应式),即为负极
,然后根据原电池的构成条件确定正、负极材料和电解质溶液。因此,本题负极必是Fe,正极可为比Fe活动性弱的金属或非金属导体,电解质溶液为含Fe3+的盐溶液,所以B项正确。
答案:B
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规律方法点拨
(1)设计原电池原理:
原电池是一种将化学能转化为电能的装置,因此只有放热的氧化还原反应才可以设计成原电池。在电池中,通过电极和导线将电子转移变成了电子的定向移动,将氧化反应和还原反应分到两个电极上进行,使其成为两个“半反应”。
(2)设计原电池思路:
①电极材料的选择。负极一般是活动性强的金属材料,正极一般选用活动性比负极弱的金属材料或石墨等惰性电极。
②电解质溶液的选择。电解质溶液一般要能够与负极发生反应。
③保证设计出的原电池装置中,还原剂在负极上发生反应,氧化剂在正极上发生反应。
重点难点探究
重要考向探究
随堂检测
成功体验2利用反应Zn+2FeCl3
ZnCl2+2FeCl2设计一个双液原电池。在下图方格内画出实验装置图,并注明电极材料,写出电极反应式。
正极材料为　　　　　,电极反应式为　　　　　　　　　　　　　　　　　　;
负极材料为　　　　　,电极反应式为　　　　　　　　　　　　　。
重点难点探究
重要考向探究
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答案:
重点难点探究
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1.下列关于原电池的叙述中正确的是(　　)
A.原电池能将化学能转变为电能
B.原电池负极发生的电极反应是还原反应
C.原电池在工作时其正极不断产生电子,并经外电路流向负极
D.原电池的电极只能由两种不同的金属构成
解析:原电池就是能将化学能转变为电能的装置,A正确;原电池负极失电子,发生的电极反应是氧化反应,B错误;原电池在工作时其负极不断产生电子,并经外电路流向正极,C错误;原电池的电极一般由活动性不同的电极材料构成,实际上金属与金属或金属与非金属导体均可,D错误。
答案:A
重点难点探究
重要考向探究
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2.下列关于实验现象的描述不正确的是(　　)
A.把铜片和铁片紧靠在一起浸入稀硫酸中,铜片表面出现气泡
B.把镁条和铝条紧靠在一起浸入氢氧化钠溶液中,镁条表面出现气泡
C.把铜片插入三氯化铁溶液中,在铜片表面出现一层铁
D.把锌粒放入盛有稀盐酸的试管中,加入几滴氯化铜溶液,气泡放出速率加快
解析:选项A形成原电池,铜片作正极,表面出现氢气泡;选项B也形成原电池,但在强碱性溶液中,铝可以反应,镁不能,铝失去电子作负极,镁作正极,表面出现氢气泡;C选项铜片把三价铁离子还原为亚铁离子,不能置换出金属铁;D选项锌能置换出铜,锌铜形成无数微小原电池,加快气泡放出速率。
答案:C
重点难点探究
重要考向探究
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3.下列装置可以形成原电池的是(　　)
解析:选项B中两电极材料相同;选项C中乙醇为非电解质;选项D中没有构成闭合回路。只有选项A符合原电池的构成条件。
答案:A
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4.用铜片、银片、Cu(NO3)2溶液、AgNO3溶液、导线和盐桥(装有琼脂-KCl饱和溶液的U形管)构成一个原电池(如图)。以下有关该原电池的叙述正确的是(　　)
①在外电路中,电子由铜电极流向银电极
③实验过程中取出盐桥,原电池仍继续工作
④将铜片浸入AgNO3溶液中发生的化学反应与该原电池反应相同
A.①②
B.①②④
C.②③
D.①③④
重点难点探究
重要考向探究
随堂检测
答案:B
重点难点探究
重要考向探究
随堂检测
5.由锌片、铜片和200
mL稀硫酸组成的原电池如右图所示。
(1)原电池的负极反应式为 　,
正极反应式为 　。
(2)电流的方向是　　　　　　。
(3)一段时间后,当在铜片上放出1.68
L
(标准状况)气体时,右侧烧杯中的H2SO4
恰好消耗一半。则产生这些气体的同时,
共消耗　　　　g锌,有　　　　　　　个电子通过了导线,原稀硫酸中c(H2SO4)=　　　　　　　(设溶液体积不变)。
重点难点探究
重要考向探究
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解析:产生0.075
mol
H2,通过0.075
mol×2=0.15
mol电子,消耗0.075
mol
Zn和0.075
mol
H2SO4。所以m(Zn)=0.075
mol×65
g·mol-1=4.875
g,N(e-)=0.15
mol×6.02×1023
mol-1=9.03×1022,c(H2SO4)=
(2)由Cu极流向Zn极
(3)4.875　9.03×1022　1.5
mol·L-1
重点难点探究
重要考向探究
随堂检测
6.选择适宜的材料和试剂设计一个原电池,以便完成下列反应:2FeCl3+Cu
2FeCl2+CuCl2。画出原电池的示意图并写出电极反应。
解析:构成原电池的基本条件,也是进行原电池设计的基本依据。
(1)根据电池反应写出电极反应式。
(2)找出两电极材料。
(3)找出电解质溶液。
(4)形成闭合回路。
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重要考向探究
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答案:原电池设计如下图(共43张PPT)
第三节　电解池
第1课时　电解原理
阅读思考
自主检测
任务、认真阅读教材第79页到第80页的内容,思考回答下列问题,自主学习电解原理:
1.什么是电解池 什么是放电
提示电解池是由电能转变成化学能的装置;放电是指离子到达电极时,失去或获得电子,发生氧化反应或还原反应的过程。
2.实验4-2的实验目的是什么 实验过程中需要哪些实验用品
提示实验4-2的实验目的是探究电解原理;实验用品有U形管、石墨电极(2根)、导线、电流计、直流电源、CuCl2溶液、淀粉碘化钾试纸。
3.什么是阴极 什么是阳极 分别与直流电源的哪一极相连
提示发生还原反应的一极是阴极,发生氧化反应的一极是阳极;阴极与直流电源的负极相连,阳极与直流电源的正极相连。
阅读思考
自主检测
4.在电解池中,断开电路和闭合电路时,离子的移动方向是什么
提示断开电路时,离子趋向杂乱无章的运动;闭合电路,电解池工作时,阴离子趋向阳极,阳离子趋向阴极。
5.0.1
mol·L-1CuCl2溶液中有哪些离子 来源于哪
里 阴、阳离子浓度的大小顺序分别如何
阅读思考
自主检测
1.将两个石墨棒与直流电源的两极相连,并插入氯化铜溶液中,则下列说法中正确的是(　　)
A.在两个电极上都有无色气体产生
B.与电源正极连接的一极上有气体产生
C.在阳极的石墨棒上有紫红色的金属析出
D.随着反应的进行,溶液的浓度越来越大
答案:B
阅读思考
自主检测
2.如图为电解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电极附近呈红色,b电极附近呈蓝色
D.a电极附近呈蓝色,b电极附近呈红色
答案:D
重点难点探究
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探究问题
实验目的:以电解氯化铜溶液为例研究电解的基本原理。
实验步骤:在U形管中注入CuCl2溶液,插入两根石墨棒作电极(如图),把湿润的淀粉碘化钾试纸放在与直流电源正极相连的电极附近,接通电源。
CuCl2溶液的电解
实验现象:阴极石墨棒上逐渐覆盖了一层红色的铜,在阳极石墨棒上有刺激性气味气体产生,且使湿润的淀粉碘化钾试纸变成蓝色。
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重要考向探究
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1.分析上述电解池工作时,电子的流向、离子的运动方向,并在上图的基础上,绘制出电解池工作时,是如何构成闭合回路的
提示接通外接电源后,电子从电源的负极沿导线流入电解池的阴极,阳离子向阴极移动,在阴极上得电子,发生还原反应,阴离子向阳极移动,在阳极上失去电子,发生氧化反应,电子由阳极流出,并沿导线流回电源的正极,如图所示。
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2.根据上述实验现象分析,电解过程中在阴极、阳极上各发生什么反应 其电极反应式分别是什么 电解的总反应式是什么
提示氯离子在阳极上失去电子发生氧化反应,铜离子在阴极上得电子发生还原反应,电极反应式分别为
3.如何确定在阴极和阳极上的放电微粒
提示确定在阴极和阳极上的放电微粒时,需要依据放电顺序:阴极的放电顺序就是在阴极上得电子的氧化剂的氧化性由强到弱的顺序,阳极上的放电顺序就是在阳极上失电子的还原剂的还原性由强到弱的顺序。
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知识点拨
一、电解时电极产物的判断
1.基本思路
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重要考向探究
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2.离子放电顺序
(1)阴离子放电顺序。
(2)阳离子放电顺序。
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3.根据实验现象判断阴、阳极和电极产物
实际题目中往往不给出电解池的电源,而是给出一些实验现象,据此先判断出是何种离子放电,从而确定出电源的正负极和电解池的阴阳极,并进行有关问题的分析。
(1)滴入酚酞显红色的一极(说明H+放电,电极附近溶液显碱性)是阴极,接电源的负极;
(2)滴入石蕊显红色的一极(说明OH-放电,电极附近溶液显酸性)是阳极,接电源的正极;
(3)电极增重的一极(说明不活泼金属离子放电析出金属)是阴极,接电源的负极。
重点难点探究
重要考向探究
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二、酸、碱、盐溶液的电解规律
用惰性电极电解酸、碱、盐溶液,填写下表:
重点难点探究
重要考向探究
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重点难点探究
重要考向探究
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考向一　电解池的结构
【例题1】
下图所示的装置能够组成电解池的是(　　)
解析:电解池的构成:①直流电源,②两个电极,③电解质溶液(或熔融电解质),④形成闭合回路。由此分析,可知答案为D。
答案:D
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重要考向探究
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【例题2】
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,下列叙述正确的是(　　)
A.铅笔端做阳极,发生还原反应
B.铂片端做阴极,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
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答案:D
规律方法点拨
在电解池中,阴极发生还原反应,溶液中的阳离子放电;阳极发生氧化反应,阳极或溶液中的阴离子放电。如果溶液中有金属析出,则该极为阴极。电解池中,阴离子向阳极移动,阳离子向阴极移动,电子从阳极出来,通过导线进入正极,电子从负极出来,通过导线到达阴极。
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重要考向探究
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成功体验1下列关于电解池的叙述中,不正确的是(　　)
A.与电源正极相连的是电解池的阴极
B.电解池是电能转化为化学能的装置
C.溶液中的阳离子移向阴极
D.在电解池的阳极发生氧化反应
解析:与电源正极相连的是电解池的阳极,与负极相连的是电解池的阴极。
答案:A
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重要考向探究
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考向二　电解池工作时电极反应式的书写
【例题3】
(1)若以惰性电极电解CuSO4溶液,试分析电极产物并写出电极反应式及总反应式。
(2)若将等物质的量的CuSO4和MgCl2混合溶于水,对该溶液以惰性电极进行电解,试讨论两个电极可能的产物,并写出总反应式。
重点难点探究
重要考向探究
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重点难点探究
重要考向探究
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规律方法点拨
电解池电极反应式及电解总反应式书写技巧:
(1)先判断出阴、阳极,再看阳极材料。若活性电极作阴极,只起导体的作用;若活性电极作阳极(指金属活动性顺序中Ag及Ag以前的金属),则电极材料失电子,发生氧化反应,电极被溶解,溶液中阴离子不能失电子。阴极本身被保护,溶液中阳离子放电。
(2)再依据阴、阳离子的放电顺序书写电极反应式;最后写电解总反应式。(注意溶液中的H+和OH-)
提醒:注意判断阳极溶解生成的阳离子是否与介质中的阴离子发生反应。
重点难点探究
重要考向探究
随堂检测
成功体验2如图中,甲烧杯中盛有100
mL
0.50
mol·L-1
AgNO3溶液,乙烧杯中盛有100
mL
0.25
mol·L-1
CuCl2溶液,A、B、C、D均为质量相同的石墨电极,如果电解一段时间后,发现A极比C极重1.9
g,则
(1)电源E为　　　　极,F为　　　　极。
(2)A极的电极反应式为　　　　　　　　　　　　　　　,析出物质的物质的量为　　　　
mol。
(3)B极的电极反应式为　　　　　　　　　　　　　　　,析出气体的体积为　　　　
mL(标准状况)。
重点难点探究
重要考向探究
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(4)C极的电极反应式为　　　　　　　　　　　　　　　,析出物质的物质的量为　　　　
mol。
(5)D极的电极反应式为　　　　　　　　　　　　　　　,析出气体的体积为　　　　
mL(标准状况)。
(6)甲烧杯中滴入石蕊溶液,　　　　极附近变红,如果继续电解,在甲烧杯中最终得到　　　　溶液。
重点难点探究
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考向三　用惰性电极电解电解质溶液规律的应用
【例题4】
从
、
、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)两极分别放出H2和O2时,电解质的化学式可能是　　　　　　　　　(至少答一种,下同);
(2)若阴极析出金属、阳极放出O2时,电解质的化学式可能是　　　　　　　　　;
(3)两极分别放出气体,且体积比为1∶1,电解质的化学式可能是　　　　　　　　　。
重点难点探究
重要考向探究
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解析:(1)该题找两极分别放出H2和O2的电解质,其阳离子是H+或比H+放电能力弱的Ba2+;阴离子是OH-或比OH-放电能力弱的
、
,则分别由阳离子和阴离子组成的可溶性电解质符合题意。
(2)阴极上的阳离子应是比H+放电能力强的Cu2+、Ag+,阳极上阴离子应是放电能力弱于OH-的
、
,由阳离子和阴离子组成的可溶性电解质,即符合题意。
(3)阴极放出的是H2,阳极是Cl-放电生成Cl2。
答案:(1)H2SO4、HNO3、Ba(NO3)2
(2)Cu(NO3)2、CuSO4、AgNO3
(3)HCl、BaCl2
重点难点探究
重要考向探究
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【例题5】
用石墨作电极电解1
mol·L-1
CuSO4溶液,当c(Cu2+)为0.5
mol·L-1时,停止电解,向剩余溶液中加入下列何种物质可使电解质溶液恢复至原来状态(　　)
A.CuSO4　　　　　　　B.CuO
C.Cu(OH)2
D.CuSO4·5H2O
由以上反应可知,电解使2
mol
CuSO4和2
mol
H2O变成了2
mol
H2SO4,同时析出铜,放出O2,溶液中每生成2
mol
Cu,则放出1
mol
O2,故需补充CuO。
答案:B
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重要考向探究
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规律方法点拨
(1)解答电解题目的一般步骤:
首先,要看清阳极材料,若为活性电极,则电极本身失电子被氧化;若为惰性电极,则溶液中的阴离子失电子被氧化;且注意溶液中OH-的存在。
其次,要熟记各种阴、阳离子在溶液中的放电顺序,且注意溶液中H+的存在。
最后,正确写出相应的电极反应式及总反应方程式。
(2)电解后复原电解液的方法:
电解后要恢复原电解质溶液的浓度,须加适量的某物质,基本原则是“析出什么加什么”。如用惰性电极电解CuSO4溶液,阳极放出氧气,阴极析出铜,要恢复原溶液浓度,可向电解后的溶液中加入CuO,当然也可以加入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。
重点难点探究
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成功体验3下图中能验证用惰性电极电解氯化钠溶液(含酚酞)的电解产物的装置是(　　)
重点难点探究
重要考向探究
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解析:电解饱和食盐水生成H2和Cl2,H2可用向下排空气法收集检验,Cl2可用碘化钾淀粉溶液检验,排除A、B。生成H2的一极为阴极,与电源负极相连,生成Cl2的一极为阳极,与电源正极相连,据此可知电子流向正确的为D项。
答案:D
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成功体验4用惰性电极电解一定浓度的硫酸铜溶液,通电一段时间后,向所得溶液中加入0.1
mol的Cu(OH)2后,恰好恢复到电解前溶液的浓度和pH,则电解过程中转移电子的物质的量为(　　)
A.0.1
mol
B.0.2
mol
C.0.3
mol
D.0.4
mol
解析:若只电解CuSO4,加入CuO即可恢复电解前的浓度,题中加入Cu(OH)2说明电解了0.1
mol
CuSO4和0.1
mol
H2O,故转移的电子数目为0.2
mol+0.2
mol=0.4
mol。
答案:D
重点难点探究
重要考向探究
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1.将含有KCl、CuBr2、Na2SO4三种物质的水溶液用铂电极进行电解,且电解时间足够长。有以下结论:①溶液中几乎没有Br-;②电解质溶液为无色;③最终溶液显碱性;④K+、Na+和
的浓度几乎没有变化。其中正确的是(设Cl2、Br2全部从溶液中逸出)(　　)
A.①②③　　　　　　
　B.②③④
C.①②④
D.①③④
重点难点探究
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解析:溶液中存在的阴离子有:Cl-、Br-、
、OH-,阳离子有:K+、Cu2+、Na+、H+。因用Pt电极电解足够长的时间,阴离子首先放电的是Br-,其次是Cl-,最后是OH-,
在溶液中不放电;阳离子先放电的是Cu2+,其次是H+。所以先电解CuBr2,阳极逸出Br2,阴极析出Cu,当CuBr2电解完毕时,相当于继续电解HCl(H+来自于水中),当Cl-被消耗尽时,则继续电解水。由于Cu2+转化为单质铜,电解液变为无色;Cl-放电时,水电离出的H+放电,使溶液中的c(OH-)增大;由于水被消耗,c(K+)、c(Na+)和c(
)会增大。
答案:A
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2.用石墨棒作电极,在Na+、Cu2+、Cl-、
中选出适当离子组成电解质,电解其溶液,写出符合条件的一种电解质的化学式:
(1)当阴极放出H2,阳极放出O2时,电解质是　　　　　　。
(2)当阴极析出金属,阳极放出O2时,电解质是　　　　　　。
(3)当阴极放出H2,阳极放出Cl2时,电解质是　　　　　　。
(4)通过电子的物质的量与阴极析出金属的物质的量、阳极放出气体的物质的量之比为4∶2∶1时,电解质的化学式是　　　　　　。
重点难点探究
重要考向探究
随堂检测
解析:(1)当阴极放出H2,阳极放出O2时,则电解时放电离子分别为H+、OH-,实际被电解的物质为H2O,电解质为活泼金属含氧酸盐Na2SO4。
(2)当阴极析出金属、阳极放出O2时,电解时放电离子为金属离子、OH-,实际被电解的物质为H2O和电解质,应为CuSO4。
(3)当阴极放出H2,阳极放出Cl2时,放电离子为H+、Cl-,则电解质应为NaCl。
重点难点探究
重要考向探究
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答案:(1)Na2SO4
(2)CuSO4
(3)NaCl
(4)CuSO4
重点难点探究
重要考向探究
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3.甲、乙两池电极材料都是铁棒与石墨棒,请回答下列问题:
(1)若两池中均为CuSO4溶液,反应一段时间后:
①有红色物质析出的是甲池中的　　棒,乙池中的　　　棒。
②乙池中阳极的电极反应式是 　。
(2)若两池中均为饱和NaCl溶液:
①写出乙池中总反应的离子方程式 　。
②甲池中石墨棒电极上电极反应式是 　,
乙池中石墨棒电极上电极反应属于　　　　(填“氧化反应”或“还原反应”)。
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重要考向探究
随堂检测
重点难点探究
重要考向探究
随堂检测第四章
电化学基础
第一节
原电池
[目标导航]　1.以铜锌原电池为例，理解原电池的工作原理。2.学会判断原电池的正、负极。3.掌握原电池反应方程式和电极反应式的书写。
一、原电池的工作原理
1．理清氧化还原反应的两条线索
(1)还原剂―→失电子―→元素化合价升高―→被氧化―→发生氧化反应。
(2)氧化剂―→得电子―→元素化合价降低―→被还原―→发生还原反应。
2．原电池构成的条件：
(1)一看反应：看是否有能自发进行的氧化还原反应发生(一般是活泼性强的金属与电解质溶液反应)。
(2)二看两电极：一般是活泼性不同的两电极。
(3)三看是否形成闭合回路，形成闭合回路需三个条件：①电解质溶液；②两电极直接或间接接触；③两电极插入电解质溶液中。
3．原电池是将化学能转化为电能的装置，原电池内发生的反应属于氧化还原反应。
(1)分析下图所示原电池装置并填空。
原电池总反应式：Zn＋2H＋===Zn2＋＋H2↑。
(2)电子流动方向和电流方向
①外电路：电子由Zn电极经过导线流向铜电极，电流由铜电极流向Zn电极；
②内电路：阳离子移向正极，阴离子移向负极。
【合作探究】
1.(1)写出右图装置中电极反应式和总反应式。
答案　负极：Zn－2e－===Zn2＋
正极：Cu2＋＋2e－===Cu
总反应式：Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu
(2)随着时间的延续，电流表的指针偏转角度逐渐减小，最终没有电流通过，为什么？
答案　由于锌片与CuSO4溶液直接接触，在反应一段时间后，难以避免溶液中有Cu2＋在锌片表面直接被还原，一旦有少量铜在锌片表面析出，即在负极(锌)表面也构成了原电池，进一步加速铜在负极表面析出，致使向外输出的电流减弱。当锌片表面完全被铜覆盖后，反应终止，也就无电流产生。
2．如图装置，可使原电池不断地产生电流，试分析其原理。
(1)当有盐桥存在时，在ZnSO4溶液中，锌片逐渐溶解，即Zn被氧化，锌原子失去电子，形成Zn2＋进入溶液；从锌片上释放出的电子，经过导线流向铜片；CuSO4溶液中的Cu2＋从铜片上得到电子，被还原成为金属铜并沉积在铜片上；随着反应的进行，左边烧杯的溶液中c(Zn2＋)增大(填“增大”、“减小”或“不变”)，右边烧杯的溶液中c(Cu2＋)减小。同时，盐桥中的Cl－会移向ZnSO4溶液，K＋会移向CuSO4溶液，使ZnSO4溶液和CuSO4溶液均保持电中性，氧化还原反应得以继续进行，从而使原电池不断地产生电流。
(2)取出盐桥后，由于Zn原子失去电子成为Zn2＋进入溶液，使ZnSO4溶液因Zn2＋增加而带正电；同时Cu2＋获得电子成为金属铜沉淀在铜片上，使CuSO4溶液因SO相对增加而带负电。这两种因素均会阻止电子从锌片流向铜片，造成电流中断，构不成原电池。
3．在上题图中，盐桥的作用是什么？
答案　(1)盐桥中通常装有含有琼脂的KCl饱和溶液，能使两个烧杯中的溶液连成一个通路。离子在盐桥中能定向移动，通过盐桥将两个隔离的电解质溶液连接起来，可使电流持续传导。
(2)使用盐桥是将两个半电池完全隔开，使副反应减至最低程度，可以获得单纯的电极反应，便于分析放电过程，有利于最大限度地将化学能转化为电能。
二、原电池原理的应用
【练一练】
1．有A、B、C、D四块金属片，进行如下实验：①A、B用导线相连后，同时浸入稀H2SO4中，A极为负极；②C、D用导线相连后，同时浸入稀H2SO4中，电流由D→导线→C；③A、C相连后，同时浸入稀H2SO4中，C极产生大量气泡；④B、D相连后，同时浸入稀H2SO4中，D极发生氧化反应。据此，判断四种金属的活动性顺序是(　　)
A．A＞B＞C＞D
B．A＞C＞D＞B
C．C＞A＞B＞D
D．B＞D＞C＞A
答案　B
解析　金属与稀H2SO4组成原电池，活泼金属为负极，失去电子发生氧化反应，较不活泼的金属为正极，H＋在正极表面得到电子生成H2；电子流动方向由负极→正极，电流方向则由正极→负极。在题述原电池中，A、B作电极的原电池中，A为负极，金属的活动性顺序为A＞B；C、D作电极的原电池中，C为负极，金属的活动性顺序为C＞D；A、C作电极的原电池中，A为负极，金属的活动性顺序为A＞C；B、D作电极的原电池中，D为负极，金属的活动性顺序为D＞B。综上可知，金属的活动性顺序为A＞C＞D＞B。
2．利用原电池原理，可以加快化学反应的进行，原因是氧化反应和还原反应分别在两极进行，溶液中的粒子运动时相互间的干扰小，使化学反应加快。如实验室中用Zn与稀H2SO4反应制取H2时，通常滴入几滴CuSO4溶液。这样做的原因是Zn与置换出的Cu、稀H2SO4构成了原电池，加快了反应的进行。
【合作探究】
1．在原电池中，负极的金属性一定比正极的金属性强吗？试举例说明。
答案　不一定。在判断原电池正、负极时，不要只考虑金属活动性的相对强弱，还要考虑电解质溶液。故应由电池反应来确定电极名称，发生氧化反应的金属作负极。如下图甲池中Mg作负极：Mg－2e－===Mg2＋，Al作正极：2H＋＋2e－===H2↑；乙池中由于镁不与强碱反应而Al和NaOH溶液能反应，所以Al作负极：Al－3e－＋4OH－===AlO＋2H2O，Mg作正极：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－。
2．为什么实验室用粗锌比用纯锌与稀硫酸反应速率快？
答案　因为粗锌中锌、杂质和稀H2SO4构成了原电池，减小了粒子运动时的相互干扰。
3．利用反应Cu＋2FeCl3===2FeCl2＋CuCl2设计一个原电池，画出装置图(带盐桥)写出电极反应式。
答案　
负极：Cu－2e－===Cu2＋
正极：2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋
一、原电池原理及正、负的判断
【例1】　下列有关原电池的说法中正确的是(　　)
A．在内电路中，电子由正极流向负极
B．在原电池中，一定是相对较活泼的金属作负极，不活泼的金属作正极
C．原电池工作时，正极表面一定有气泡产生
D．原电池工作时，可能会伴随着热能变化
解析　A项，内电路中不存在电子的移动；B项，若是由铝、镁、氢氧化钠溶液构成的原电池，则负极是铝；C项，若是由锌、铜、硫酸铜溶液构成的原电池，则正极表面析出铜，没有气泡产生。
答案　D
【归纳总结】　正负极的判断方法
判断依据
负极
正极
电极材料
活动性较强的金属
活动性较弱的金属或能导电的非金属
电子流动方向
电子流出极
电子流入极
电解质溶液中离子定向流动的方向
阴离子移向的电极
阳离子移向的电极
电流方向
电流流入极
电流流出极
与电解质溶液能否发生反应
能自发发生氧化还原反应的金属
不能自发发生氧化还原反应的金属(非金属)
反应现象
电极溶解
电极增重或有气泡产生
变式训练1　分析下图所示的四个原电池装置，其中结论正确的是(　　)
A．①②中Mg作负极，③④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
解析　②中Mg不与NaOH溶液反应，而Al能和NaOH溶液反应，失去电子，故Al作负极，③中Fe在浓硝酸中易钝化，Cu和浓HNO3反应失去电子，故Cu作负极，A、C项错误；②中电池总反应为2Al＋2OH－＋2H2O===2AlO＋3H2↑，负极电极反应式为2Al＋
8OH－－6e－===2AlO＋4H2O，二者相减得到正极电极反应式为6H2O＋6e－===6OH－＋3H2↑，B项正确；④中Cu作正极，电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，D项错误。
二、原电池电极反应式的书写
【例2】　(1)将铁片、铜片用导线连接后，置于稀硫酸中，形成原电池，其正极反应式：____________；
负极反应式：____________；
总反应方程式：________________。
(2)有一纽扣电池，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＋H2O===2Ag＋Zn(OH)2。
①Zn发生______反应，是____极，电极反应式是________________。
②Ag2O发生______反应，是____极，电极反应式是________________________。
答案　(1)2H＋＋2e－===H2↑　Fe－2e－===Fe2＋
Fe＋H2SO4===FeSO4＋H2↑
(2)①氧化　负　Zn－2e－＋2OH－===Zn(OH)2
②还原　正　Ag2O＋2e－＋H2O===2Ag＋2OH－
【归纳总结】1.一般电极反应式的书写方法
第一步
第三步：
——两电极反应式相加，与总反应式对照验证
2．已知总反应式，书写电极反应式
(1)分析化合价，确定正极、负极的反应物与生成物。
(2)在电极反应式的左边写出得失电子数，使得失电子守恒。
(3)根据质量守恒配平电极反应式。
(4)复杂电极反应式＝总反应式－简单的电极反应式。
变式训练2　如图所示，X为单质硅，Y为金属铁，a为NaOH溶液，组装成一个原电池，
回答下列问题。
(1)正极________(填名称，下同)发生________反应，电极反应式_________________________
_______________________________________________________________________________。
(2)负极________，发生_______________________________________________________反应，
电极反应式____________________________________________________________________。
(3)电池总反应式_______________________________________________________________。
答案　(1)铁　还原　4H2O＋4e－===4OH－＋2H2↑
(2)硅　氧化　Si＋6OH－－4e－===SiO＋3H2O
(3)Si＋2NaOH＋H2O===Na2SiO3＋2H2↑
三、原电池的设计
【例3】　依据氧化还原反应：
2Ag＋(aq)＋Cu(s)===Cu2＋(aq)＋2Ag(s)设计的原电池如图所示。
请回答下列问题：
(1)电极X的材料是__________；电解质溶液Y是________。
(2)银电极为电池的________极，发生的电极反应式为__________；X电极上发生的电极反应式为_______________________________________。
(3)外电路中的电子是从________极流向________极。
解析　原电池中负极上发生氧化反应，正极上发生还原反应，盐桥起到形成闭合回路、平衡电荷的作用。由总反应方程式可知电极X的材料是Cu，发生氧化反应，电解质溶液Y是可溶性银盐溶液，常用AgNO3溶液。电极反应式如下，负极：Cu－2e－===Cu2＋，正极：
2Ag＋＋2e－===2Ag，电子由负极(Cu)流出，经外电路流向正极(Ag)。
答案　(1)Cu　AgNO3溶液
(2)正　2Ag＋＋2e－===2Ag　Cu－2e－===Cu2＋
(3)负(Cu)　正(Ag)
【归纳总结】　原电池装置的设计方法思路
以Fe＋CuSO4===FeSO4＋Cu反应为例，原电池装置设计方法思路如下
第一步：将电池总反应拆成两个半反应
负极：Fe－2e－===Fe2＋，正极：Cu2＋＋2e－===Cu
第二步：确定负极材料、正极材料和电解质溶液
负极材料：失电子的物质(还原剂)作负极材料即Fe。
正极材料：用比负极材料金属活动性差的金属或非金属导体作正极材料即Cu或Ag或C等。
电解质溶液：含有反应中作氧化剂的物质作电解质，即CuSO4溶液，如果两个半反应分别在两个容器中进行(中间连接盐桥)，则两个容器中的电解质溶液应含有与
电极材料相同的金属的阳离子。
第三步：画出装置图，并注明电极材料和电解质溶液，如下图。
变式训练3　由锌片、铜片和200
mL稀H2SO4组成的原电池如下图所示。
(1)原电池的负极反应式为________________________________________________________，
正极反应式为___________________________________________________________________。
(2)电流的方向是________。
(3)一段时间后，当在铜片上放出1.68
L(标准状况)气体时，H2SO4恰好消耗一半。则产生这些气体的同时，共消耗________g锌，有________个电子通过了导线，原硫酸的物质的量浓度是________(设溶液体积不变)。
答案　(1)Zn－2e－===Zn2＋　2H＋＋2e－===H2↑
(2)由Cu极流向Zn极
(3)4.875　9.03×1022　0.75
mol·L－1
解析　产生0.075
mol
H2，通过0.075×2＝0.15(mol)电子，消耗0.075
mol
Zn和0.075
mol
H2SO4。所以m(Zn)＝0.075
mol×65
g·mol－1＝4.875
g，N(e－)＝0.15
mol×6.02×1023
mol－1＝9.03×1022，c(H2SO4)＝＝0.75
mol·L－1。
变式训练4　请运用原电池原理设计实验，验证Cu2＋、Fe3＋氧化性的强弱。请画出实验装置图并写出电极反应式。
答案　
　　
正极：2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋
负极：Cu－2e－===Cu2＋
解析　根据反应Cu＋2Fe3＋===2Fe2＋＋Cu2＋可以证明氧化性为Fe3＋＞Cu2＋，根据原电池原理可知
负极：Cu－2e－===Cu2＋，正极：2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋。根据两极反应可知负极材料为Cu，正极材料可以是C或Ag，电解质溶液含有Fe3＋。
1．下列关于原电池的叙述中正确的是(　　)
A．构成原电池的两极必须是两种不同金属
B．原电池是将化学能转化为电能的装置
C．原电池工作时总是负极溶解，正极上有物质析出
D．原电池的正极是还原剂，总是溶液中的阳离子在此被还原
答案　B
2.某小组为研究电化学原理，设计了如图所示装置。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用导线连接后，电流由铁电极经导线流向铜电极
答案　D
解析　a和b不连接时，Fe和Cu2＋直接发生氧化还原反应，铁片上会有金属铜析出，A项正确；若a和b用导线连接，则构成原电池，此时铁为负极，铜为正极，电极反应式分别为Fe－2e－===Fe2＋、Cu2＋＋2e－===Cu，B项正确；分析选项A、B可知，选项C是正确的；在原电池中，电流应由正极流出，经导线流向负极，故D项错。
3．关于下图所示的原电池，下列说法正确的是(　　)
A．电子从锌电极通过电流表流向铜电极
B．盐桥中的阴离子向硫酸铜溶液中迁移
C．锌电极发生氧化反应；铜电极发生还原反应，其电极反应是2H＋＋2e－===H2↑
D．取出盐桥后，电流表仍会偏转，铜电极在反应前后质量不变
答案　A
解析　锌片作负极，铜片作正极，电子从负极流向正极，A选项正确；盐桥中的阴离子向负极移动，B选项错误；负极发生氧化反应，正极发生还原反应，铜电极发生的反应为Cu2＋＋2e－===Cu，C选项错误；取出盐桥后不能形成原电池，铜电极在反应后质量增加，D选项错误。
4．由A、B、C、D四种金属按下表中装置图进行实验。
装置
现象
二价金属A不断溶解
C极质量增加
A上有气泡产生
根据实验现象回答下列问题：
(1)装置甲中负极的电极反应式是_________________________________________________
_______________________。
(2)装置乙中正极的电极反应式是________________________________________________。
(3)装置丙中溶液的pH________(填“变大”、“变小”或“不变”)。
(4)四种金属活动性由强到弱的顺序是______________________________________________。
答案　(1)A－2e－===A2＋　(2)Cu2＋＋2e－===Cu
(3)变大　(4)D＞A＞B＞C
解析　甲、乙、丙均为原电池装置。依据原电池原理，甲中A不断溶解，则A为负极、B为正极，活动性A＞B；乙中C极增重，即析出Cu，则B为负极，活动性B＞C；丙中A上有气泡即H2产生，则A为正极，活动性D＞A，随着H＋的消耗，pH变大。
[基础过关]
一、原电池工作原理的应用
1．关于右图装置的叙述，正确的是(　　)
A．铜是负极，铜片上有气泡产生
B．铜片质量逐渐减少
C．电流从锌片经导线流向铜片
D．H＋在铜片表面被还原后生成H2
答案　D
解析　本题主要考查有关原电池的知识，由所给图示可知Zn为原电池负极，失去电子被氧化；Cu为原电池的正极。电子经导线流向正极(Cu极)，溶液中的H＋在正极得到电子而被还原为H2。电流流向则与电子流向相反。
2．有关电化学知识的描述正确的是(　　)
A．CaO＋H2O===Ca(OH)2，可以放出大量的热，故可把该反应设计成原电池，把其中的化学能转化为电能
B．某原电池反应为Cu＋2AgNO3===Cu(NO3)2＋2Ag，装置中的盐桥中可以是装有含琼胶的KCl饱和溶液
C．原电池的两极一定是由活动性不同的两种金属组成
D．从理论上讲，任何能自发进行的氧化还原反应都可设计成原电池
答案　D
解析　CaO＋H2O===Ca(OH)2不是氧化还原反应；KCl和AgNO3反应生成AgCl沉淀易阻止原电池反应的发生；作电极的不一定是金属，如石墨棒也可作电极。
3．如图，在盛有稀硫酸的烧杯中放入用导线连接的电极X、Y，外电路中电子流向如图所示，关于该装置的下列说法正确的是(　　)
A．外电路的电流方向为X→外电路→Y
B．若两电极分别为Fe和碳棒，则X为碳棒，Y为Fe
C．X极上发生的是还原反应，Y极上发生的是氧化反应
D．若两电极都是金属，则它们的活动性顺序为X>Y
答案　D
解析　由图示电子流向知X为负极，Y为正极，则电流方向为Y→外电路→X，故A错；若两电极分别为Fe和碳棒，则X为Fe，Y为碳棒，B错；负极上失去电子发生氧化反应，正极上得到电子发生还原反应，C错；若两电极均为金属，活泼金属作负极，故有活动性X>Y。
4．如图所示装置中，可观察到电流表指针偏转，M棒变粗，N棒变细，由此判断下表中所列M、N、P物质，其中可以成立的是(　　)
选项
M
N
P
A
锌
铜
稀硫酸溶液
B
铜
锌
稀盐酸
C
银
锌
硝酸银溶液
D
锌
铁
硝酸铁溶液
答案　C
解析　本题通过电极变化来确定电极，N棒变细，即N极上发生氧化反应，N棒金属较活泼，排除A、D项；由M棒变粗，可知B项不正确。
二、原电池正极、负极的判断
5．对于原电池的电极名称，叙述错误的是(　　)
A．发生氧化反应的一极为负极
B．正极为电子流入的一极
C．比较不活泼的金属为负极
D．电流流出的一极为正极
答案　C
解析　原电池中相对活泼的金属为负极，发生氧化反应；相对不活泼的金属(或非金属导体)为正极，发生还原反应。
6．在如图所示的装置中，a的金属活动性比氢要强，b为碳棒，下列关于此装置的叙述不正确的是(　　)
A．碳棒上有气体放出，溶液pH变大
B．a是正极，b是负极
C．导线中有电子流动，电子从a极流向b极
D．a极上发生了氧化反应
答案　B
解析　本题考查原电池基本知识，难度不大，但概念容易混淆。电极a、b与电解质溶液稀H2SO4组成原电池。因活动性a>b(碳棒)，所以a为电池的负极，b为正极。电极反应式：
a(负)极：a－ne－===an＋(氧化反应)
b(正)极：nH＋＋ne－===H2↑(还原反应)
由于正极消耗H＋，溶液中c(H＋)减小，pH增大。在外电路中，电子由a极流出经电流表流向b极。
7．如图所示，烧杯内盛有浓HNO3，在烧杯中放入用铜线相连的铁、铅两个电极，已知原电池停止工作时，Fe、Pb都有剩余。下列有关说法正确的是(　　)
A．Fe比Pb活泼，始终作负极
B．Fe在浓HNO3中钝化，始终不会溶解
C．电池停止工作时，烧杯中生成了Fe(NO3)3
D．利用浓HNO3作电解质溶液不符合“绿色化学”思想
答案　D
解析　开始时，电解质溶液是浓HNO3，Fe在浓HNO3中钝化，所以开始时Pb是负极：Pb－2e－===Pb2＋；随着反应的进行，浓HNO3变成稀HNO3，Fe变为原电池的负极：Fe－2e－===Fe2＋。由于最终Fe有剩余，所以不会生成Fe(NO3)3。根据Pb与浓HNO3反应：Pb＋4HNO3(浓)===Pb(NO3)2＋2NO2↑＋2H2O，过量的Fe与稀HNO3发生反应：3Fe＋8HNO3(稀)===3Fe(NO3)2＋2NO↑＋4H2O，可知反应产生了有害气体NO2、NO，会污染环境，不符合“绿色化学”思想。故选D。
三、电极反应式的书写
8．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。下列说法中不正确的是(　　)
A．由Al、Cu、稀硫酸组成原电池，其负极反应式为Al－3e－===Al3＋
B．由Mg、Al、NaOH溶液组成原电池，其负极反应式为Al－3e－＋4OH－===AlO＋2H2O
C．由Fe、Cu、FeCl3溶液组成原电池，其负极反应式为Cu－2e－===Cu2＋
D．由Al、Cu、浓硝酸组成原电池，其负极反应式为Cu－2e－===Cu2＋
答案　C
解析　原电池正、负极的判断不能完全依赖金属的活动性，因为可能会出现特殊情况：浓硝酸使铁、铝钝化；铝与NaOH溶液反应，而镁不能与NaOH溶液反应等。
9．锌铜原电池(如图)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，电流从负极流向正极
D．盐桥中的K＋移向ZnSO4溶液
答案　B
解析　在原电池中，相对活泼的金属材料作负极，相对不活泼的金属材料作正极，负极反应为Zn－2e－===Zn2＋，正极反应为Cu2＋＋2e－===Cu，因Zn失电子生成Zn2＋，为使ZnSO4溶液保持电中性，盐桥中的Cl－移向ZnSO4溶液。
10．锂电池是一代新型高能电池，它以质量轻、能量高而受到了普遍重视，目前已成功研制多种锂电池。某种锂电池的总反应方程式为Li＋MnO2===LiMnO2，下列说法正确的是(　　)
A．Li是正极，电极反应为Li－e－===Li＋
B．Li是负极，电极反应为Li－e－===Li＋
C．MnO2是负极，电极反应为MnO2＋e－===MnO
D．Li是负极，电极反应为Li－2e－===Li2＋
答案　B
解析　由总反应＋O2===O2可知，Li元素在反应后化合价升高(0→＋1)，Mn元素在反应后化合价降低(＋4→＋3)。Li被氧化，在电池中作负极，电极反应为Li－e－===Li＋，MnO2在正极上反应，电极反应为MnO2＋e－===MnO。
[能力提升]
11．某学生利用如图实验装置探究盐桥式原电池的工作原理(Cu元素的相对原子质量为64)。按照实验步骤依次回答下列问题：
(1)导线中电子流向为________(用a、b表示)。
(2)若装置中铜电极的质量增加0.64
g，则导线中转移的电子数目为________(用“NA”表示)。
(3)装置中盐桥中除添加琼脂外，还要添加KCl的饱和溶液，电池工作时，对盐桥中的K＋、Cl－的移动方向的表述正确的是________(填字母)。
A．盐桥中的K＋向左侧烧杯移动、Cl－向右侧烧杯移动
B．盐桥中的K＋向右侧烧杯移动、Cl－向左侧烧杯移动
C．盐桥中的K＋、Cl－几乎都不移动
(4)若将反应2Fe3＋＋Cu===Cu2＋＋2Fe2＋设计成原电池，其正极反应为__________________
______________________________________________________。
(5)下列是用化学方程式表示的化学变化，请在每小题后的横线上注明能量的转化形式。
①电池总反应：Zn＋Ag2O＋H2O===Zn(OH)2＋2Ag：
________________________________________________________________________；
②2C2H2＋5O24CO2＋2H2O：________________________________________________
________________________________________________________________________；
③6H2O＋6CO2C6H12O6(葡萄糖)＋6O2：_______________________________________。
答案　(1)a→b　(2)0.02NA　(3)B　(4)2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋　(5)①化学能转化为电能　②化学能转化为热能　③太阳能(光能)转化为化学能
解析　(1)锌铜原电池中，锌比铜活泼，故锌为负极，铜为正极。原电池中，电子由负极流向正极，故电子的流向为a→b。(2)0.64
g铜物质的量为0.01
mol，由电极反应式Cu2＋＋2e－===Cu可知，生成1
mol铜，转移2
mol电子，故生成0.01
mol铜，导线中转移0.02
mol电子，电子数目为0.02NA。(3)左侧烧杯中锌失电子变成锌离子，使得锌电极附近带正电荷，吸引阴离子向左侧烧杯移动，右侧烧杯中铜离子得到电子变成铜，使得铜电极附近带负电荷，吸收阳离子向右侧烧杯移动，故盐桥中的K＋向右侧烧杯移动、Cl－向左侧烧杯移动。(4)由方程式2Fe3＋＋Cu===Cu2＋＋2Fe2＋可知，Cu被氧化，为原电池的负极，负极反应为
Cu－2e－===2Cu2＋，正极Fe3＋被还原，电极反应式为2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋。(5)①放电是通过原电池装置把化学能转化为电能。②燃烧是剧烈的氧化还原反应，把化学能转化为热能。③绿色植物在叶绿体内，吸收和利用光能把二氧化碳和水合成葡萄糖，同时放出氧气。
12．(1)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。
请回答下列问题：
①反应开始时，乙中石墨电极上发生________(填“氧化”或“还原”)反应，电极反应式为________________。甲中石墨电极上发生________(填“氧化”或“还原”)反应，电极反应式为____________。
②电流表读数为0时，反应达到平衡状态，此时在甲中加入FeCl2固体，则乙中的石墨作________(填“正”或“负”)极，该电极的电极反应式为________________。
(2)利用反应2Cu＋O2＋2H2SO4===2CuSO4＋2H2O可制备CuSO4，若将该反应设计为原电池，其正极电极反应式为____________________________________________________________。
答案　(1)①氧化　2I－－2e－===I2　还原　2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋　②正　I2＋2e－===2I－　(2)O2＋4e－＋4H＋===2H2O
解析　(1)根据反应2Fe3＋＋2I－===2Fe2＋＋I2，原电池的电极反应：负极2I－－2e－===I2，发生氧化反应。正极2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋，发生还原反应。
①反应开始时，乙中石墨电极上发生氧化反应；②当电流表读数为0时反应已平衡，此时，在甲中加入FeCl2固体，反应2Fe3＋＋2I－??2Fe2＋＋I2向左移动。因此，右侧石墨作正极，电极反应式为I2＋2e－===2I－；左侧石墨作负极，电极反应式为2Fe2＋－2e－===2Fe3＋。
(2)Cu作负极，O2在正极上得电子：O2＋4e－＋4H＋===2H2O。
[拓展探究]
13．某校化学研究性学习小组欲设计实验验证Fe、Cu金属活动性的相对强弱，他们提出了以下两种方案。请你帮助他们完成有关实验项目：
方案Ⅰ：有人提出将大小相等的铁片和铜片分别同时放入稀硫酸(或稀盐酸)中，观察产生气泡的快慢，据此确定它们的活动性。该原理的离子方程式为__________________________
______________________________________________。
方案Ⅱ：有人利用Fe、Cu作电极设计成原电池，以确定它们活动性的相对强弱。试在下面的方框内画出原电池装置图，标出原电池的电极材料和电解质溶液，并写出电极反应式。
正极反应式：___________________________________________________________________；
负极反应式：__________________________________________________________________。
方案Ⅲ：结合你所学的知识，帮助他们再设计一个验证Fe、Cu活动性相对强弱的简单实验方案(与方案Ⅰ、Ⅱ不能雷同)：__________________________________________________，
用离子方程式表示其反应原理：___________________________________________________。
答案　方案Ⅰ：Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑
方案Ⅱ：
2H＋＋2e－===H2↑　Fe－2e－===Fe2＋
方案Ⅲ：把铁片插入CuSO4溶液中，一段时间后，观察铁片表面是否生成红色物质(合理即可)
Fe＋Cu2＋===Cu＋Fe2＋
解析　比较或验证金属活动性相对强弱的方案有很多，可以利用金属与酸反应的难易来判断或验证，也可以利用原电池原理(负极是较活泼的金属)，也可以利用金属单质间的置换反应来完成。第四章
电化学基础
第二节
化学电源
[目标导航]　1.了解化学电源的分类。2.熟悉几种常见化学电源的组成及工作原理，会熟练书写电极反应式。3.了解化学电源的广泛应用及废旧电池对环境的危害及处理方法。
一、化学电池
1．概念：是将化学能直接转化为电能的装置。化学电池的主要组成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。
2．分类
【合作探究】
1．化学电池与其他能源相比有哪些优点？
答案　化学电池的优点是：①能量转换效率高，供能稳定可靠。②可以制成各种形状和大小、不同容量和电压的电池和电池组，使用方便。③易维护，可在各种环境下工作。
2．判断电池优劣的主要标准是什么？
答案　(1)比能量：即单位质量或单位体积所能输出电能的多少，单位是“(W·h)/kg”或“(W·h)/L”。
(2)比功率：即单位质量或单位体积所能输出功率的大小，单位是“W/kg”或“W/L”。
(3)电池可储存时间的长短。
二、常见的化学电池
1．一次电池
(1)碱性锌锰电池
①组成：
正极：MnO2；负极：Zn；电解质：KOH。
②工作原理：
负极反应：Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2；
正极反应：2MnO2＋2e－＋2H2O===2MnOOH＋2OH－。
总反应：Zn＋2MnO2＋2H2O===2MnOOH＋Zn(OH)2。
(2)锌银电池
①组成：
负极：Zn，正极：Ag2O，电解质：KOH。
②工作原理：
负极反应：Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2；
正极反应：Ag2O＋2e－＋H2O===2Ag＋2OH－。
总反应：Zn＋Ag2O＋H2O===Zn(OH)2＋2Ag。
2．二次电池(以铅蓄电池为例)
(1)组成：
正极：PbO2；负极：Pb；电解质：H2SO4溶液。
(2)工作原理：
铅蓄电池是最常见的二次电池，其电极反应分为放电和充电两个过程，电极反应式如下：
①放电
负极：Pb－2e－＋SO===PbSO4；
正极：PbO2＋2e－＋4H＋＋SO===PbSO4＋2H2O；
总反应：Pb＋PbO2＋2H2SO4===2PbSO4＋2H2O
②充电
阴极：PbSO4＋2e－===Pb＋SO(还原反应)；
阳极：PbSO4－2e－＋2H2O===PbO2＋4H＋＋SO(氧化反应)。
总反应：2PbSO4＋2H2O===Pb＋PbO2＋2H2SO4。
③铅蓄电池的充、放电过程：
Pb＋PbO2＋2H2SO42PbSO4＋2H2O。
3．燃料电池
(1)工作原理
①连续地将燃料和氧化剂的化学能直接转换成电能。
②燃料电池的电极本身不参与氧化还原反应，只是一个催化转化元件。
③工作时，燃料和氧化剂连续地由外部供给，在电极上不断地进行反应，生成物不断地被排出。
(2)氢氧燃料电池
①电池组成：氢氧燃料电池以氢气为燃料，氧气为氧化剂，铂作电极。
②工作原理：如图所示，在负极室通入H2，它在Pt电极上被催化分解为H原子，再失去电子成为H＋进入电解质溶液，透过隔膜，进入正极室；在正极室通入O2，经过Pt电极的催化，O2、H＋在正极上放电生成H2O。
(3)电极方程式书写
介质
电池反应：2H2＋O2===2H2O
酸性(H＋)
负极
2H2－4e－===4H＋
正极
O2＋4H＋＋4e－===2H2O
中性(Na2SO4)
负极
2H2－4e－===4H＋
正极
O2＋2H2O＋4e－===4OH－
碱性(OH－)
负极
2H2－4e－＋4OH－===4H2O
正极
O2＋2H2O＋4e－===4OH－
【合作探究】
1．如何给可充电电池充放电？其充放电过程的区别与联系是什么？
答案　(1)可充电电池充放电时电池的接法：
联系：电池充电时发生的电极反应和总反应是放电时发生反应的逆过程。
2．(1)氢氧燃料电池以KOH溶液作电解质溶液时，工作一段时间后，电解质溶液的浓度将________，溶液的pH_____________________________________________________________
(填“减小”、“增大”或“不变”)。
(2)氢氧燃料电池以H2SO4溶液作电解质溶液时，工作一段时间后，电解质溶液的浓度将________，溶液的pH____________________________________________________________
(填“减小”、“增大”或“不变”)。
答案　(1)减小　减小　(2)减小　增大
3．阅读教材，判断下列关于“化学电池”的叙述是否正确。
(1)化学电池都是将化学能直接转化为电能的装置(　　)
(2)化学电池通常可分为一次电池、二次电池和燃料电池等几大类(　　)
(3)放电后不能再使用的电池称为一次电池，如锌锰干电池等(　　)
(4)可充电、放电循环进行的铅蓄电池、氢镍电池等是二次电池(　　)
(5)通过不断充入燃料和氧化剂，连续使用的电池称为燃料电池(　　)
(6)氢氧燃料电池的正极和负极本身都不参与电极反应(　　)
答案　(1)√　(2)√　(3)√　(4)√　(5)√　(6)√
一、“久考不衰”的二次电池
【例1】　铅蓄电池是化学电源，它工作时的电池总反应为PbO2＋Pb＋2H2SO4===2PbSO4＋2H2O。试回答：
(1)铅蓄电池负极的电极材料是___________________________________________________。
(2)工作时该蓄电池正极的电极反应式是____________________________________________。
(3)铅蓄电池工作时，电解质溶液的密度________，pH________(填“减小”、“增大”或“不变”)。
解析　(1)由电池总反应可知，Pb发生氧化反应，所以Pb是负极。
(2)正极上的反应是PbO2―→PbSO4，则必然有H2SO4参加：PbO2＋4H＋＋SO＋2e－===PbSO4＋2H2O(负极反应为Pb－2e－＋SO===PbSO4，将正极、负极反应合并，与题给总反应相符)。
(3)在铅蓄电池的工作过程中，Pb被氧化，H2SO4被消耗，所以溶液的密度减小，pH增大。
答案　(1)Pb　(2)PbO2＋4H＋＋SO＋2e－===PbSO4＋2H2O　(3)减小　增大
【归纳总结】
1．可充电电池电极极性和两极反应物的判断
判断电池放电时电极极性和参加反应的物质，可先标出放电(原电池)总反应电子转移的数目，失去电子的一极为负极，该物质即为负极参加反应的物质；得到电子的一极为正极，该物质即为正极参加反应的物质。若判断电池充电时电极极性和参加反应的物质，可直接利用阳极反应为放电时的正极反应倒置，阴极反应为放电时的负极反应倒置，进行判断。
2．电极反应的书写方法
书写可充电电池电极反应，一般都是先书写放电的电极反应。书写放电的电极反应时，一般分三步书写：第一，先标出原电池总反应电子转移的方向和数目，指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(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，总反应减去写出的电极反应即得另一电极反应。
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正极反应的逆过程，充电的阴极反应为放电负极反应的逆过程。
3．溶液中离子的移动方向判断
放电时，阴离子移向负极，阳离子移向正极；充电时，阴离子移向阳极，阳离子移向阴极。
4．pH变化规律
若电极反应消耗OH－(H＋)，则电极周围溶液的pH减小(增大)，若电极反应生成H＋(OH－)，则电极周围溶液的pH减小(增大)；若总反应的结果是消耗OH－(H＋)，则溶液的pH减小(增大)，若总反应的结果是生成H＋(OH－)，则溶液的pH减小(增大)；若两极消耗或生成的
OH－(H＋)的物质的量相等，则溶液的pH变化规律视溶液的酸碱性及是否有水生成而定，应具体分析。
变式训练1
高铁电池是一种新型可充电电池，与普通高能电池相比，该电池长时间保持稳定的放电电压。高铁电池的总反应为3Zn＋2K2FeO4＋8H2O3Zn(OH)2＋2Fe(OH)3＋4KOH，下列叙述不正确的是(　　)
A．放电时负极反应为Zn－2e－＋2OH－===Zn(OH)2
B．充电时阳极反应为Fe(OH)3－3e－＋5OH－===FeO＋4H2O
C．放电时每转移3
mol电子，正极有1
mol
K2FeO4被氧化
D．放电时正极附近溶液的碱性增强
答案　C
解析　根据题给总反应式，高铁电池放电时必定是锌为负极失去电子，被氧化；高铁酸钾在正极得到电子，被还原。充电时，阳极上氢氧化铁被氧化成高铁酸钾。放电时正极附近生成OH－，碱性增强。
二、“一池多变”的燃料电池
【例2】　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：__________________________________________________。
正极反应式：___________________________________________________________________。
负极反应式：________________________________________________________________。
(2)碱性条件燃料电池总反应式：__________________________________________________。
正极反应式：___________________________________________________________________。
负极反应式：____________________________________________________________________。
(3)固体电解质(高温下能传导O2－)燃料电池
总反应式：______________________________________________________________________。
正极反应式：____________________________________________________________________。
负极反应式：____________________________________________________________________。
(4)熔融碳酸盐(如熔融K2CO3)环境下电池总反应式：
_______________________________________________________________________________。
正极反应式：___________________________________________________________________。
负极反应式：____________________________________________________________________。
答案　(1)CH4＋2O2===CO2＋2H2O
2O2＋8H＋＋8e－===4H2O
CH4－8e－＋2H2O===CO2＋8H＋
(2)CH4＋2O2＋2OH－===CO＋3H2O
2O2＋4H2O＋8e－===8OH－
CH4＋10OH－－8e－===CO＋7H2O
(3)CH4＋2O2===CO2＋2H2O
2O2＋8e－===4O2－
CH4＋4O2－－8e－===CO2＋2H2O
(4)CH4＋2O2===CO2＋2H2O
2O2＋4CO2＋8e－===4CO
CH4＋4CO－8e－===5CO2＋2H2O
【方法规律】
(1)书写燃料电池的总反应方程式时就相当于燃料燃烧，然后看一下产物与所用电解质是否能发生反应，若能发生反应，电解质溶液也参与反应，要写在总反应方程式中。
(2)燃料电池正极反应物是氧气，正极反应的本质都是氧气得电子生成O2－，发生还原反应，故正极反应式的基础都是O2＋4e－===2O2－。
(3)正极产生的O2－的存在形式与燃料电池的电解质的状态和电解质溶液的酸碱性有着密切的关系。
变式训练2　美国海军海底战事中心与麻省理工大学共同研制成功了用于潜航器的镁－过氧化氢燃料电池系统。其工作原理如图所示。以下说法中错误的是(　　)
A．电池的负极反应为Mg－2e－===Mg2＋
B．电池工作时，H＋向负极移动
C．电池工作一段时间后，溶液的pH增大
D．电池总反应式是Mg＋H2O2＋2H＋===Mg2＋＋2H2O
答案　B
解析　Mg－H2O2燃料电池中Mg作负极：Mg－2e－===Mg2＋，Pt作正极：H2O2＋2H＋＋2e－===2H2O，总反应式为Mg＋H2O2＋2H＋===Mg2＋＋2H2O，消耗H＋，使c(H＋)减小，pH增大，且H＋移向正极。
1．下列说法错误的是(　　)
A．依据原电池的原理设计出了化学电源
B．原电池是化学电源的雏形
C．判断电池的正、负极只需看其正、负极材料的活泼性
D．氧化还原反应所释放的化学能，是化学电源的能量来源
答案　C
解析　判断电池的正、负极不仅与电极材料有关，还与电解质溶液有关。
2．铅蓄电池的两极分别为Pb、PbO2，电解质溶液为H2SO4，工作时的电池反应为Pb＋PbO2＋2H2SO4===2PbSO4＋2H2O，下列结论正确的是(　　)
A．Pb为正极，被氧化
B．溶液的pH不断减小
C．SO只向PbO2处移动
D．电解质溶液pH不断增大
答案　D
解析　由题给电极反应可以看出H2SO4不断被消耗，故pH不断增大，所以B错，D对；由Pb元素化合价的变化，可以看出Pb是负极，所以A不正确；原电池工作时，整个电路中负电荷的流向是一致的，外电路中，电子由Pb极流向PbO2极；内电路中，负电荷(SO和OH－)移向Pb极，所以C不正确。
3．微型纽扣电池在现代生活中有广泛应用，有一种锌银电池，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－，总反应为Ag2O＋Zn＋H2O===Zn(OH)2＋2Ag。
根据上述反应式，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经外电路流向Zn极
C．Zn是负极，Ag2O是正极
D．Zn极发生还原反应，Ag2O极发生氧化反应
答案　C
解析　根据电极反应可知Zn失电子被氧化而溶解，Ag2O得电子被还原，故Zn是负极，Ag2O是正极，所以C正确；负极(即Zn极)在反应时消耗OH－，则负极区溶液的pH应减小，故A错误；发生原电池反应时，电子由负极经外电路流向正极，即电子从Zn极经外电路流向Ag2O极，故B错误；在原电池中，负极发生氧化反应，正极发生还原反应，故D错误。
4．一种新型燃料电池，它以多孔镍板为电极插入KOH溶液中，然后分别向两极上通入乙烷和氧气，其电极反应式为C2H6＋18OH－－14e－===2CO＋12H2O、7H2O＋7/2O2＋14e－===14OH－，有关此电池的推断正确的是(　　)
A．通氧气的电极为负极
B．参加反应的氧气与C2H6的物质的量之比为7∶2
C．放电一段时间后，KOH的物质的量浓度不变
D．电解质溶液中，CO向正极移动
答案　B
解析　燃料电池中，燃料为负极，氧气为正极，A不正确；由于KOH参与电极反应，所以KOH的物质的量浓度减小，C不正确；电解质溶液中，CO几乎不移动，D不正确。
5．我国首创的海洋电池以铝板为负极，铂网为正极，海水为电解质溶液，空气中的氧气与铝反应产生电流。电池总反应为4Al＋3O2＋6H2O===4Al(OH)3，下列说法不正确的是(　　)
A．正极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－
B．电池工作时，电流由铝电极沿导线流向铂电极
C．以网状的铂为正极，可增大与氧气的接触面积
D．该电池通常只需更换铝板就可继续使用
答案　B
解析　该原电池负极反应为Al－3e－===Al3＋，正极反应为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，工作时电子由负极流向正极，而电流由正极流向负极，答案为B。
[基础过关]
一、常见的化学电池
1．下列说法正确的是(　　)
A．碱性锌锰电池是二次电池
B．铅蓄电池是一次电池
C．二次电池又叫蓄电池，它放电后可以再充电使活性物质获得再生
D．燃料电池的活性物质大量储存在电池内部
答案　C
解析　碱性锌锰电池是一次电池，铅蓄电池是二次电池。
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．锌铜原电池工作时，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
答案　B
解析　锌铜原电池中，电子从负极锌沿外电路流向正极铜。
3．生产铅蓄电池时，在两极板上的铅、锑合金棚架上均匀涂上膏状的PbSO4，干燥后再安装，充电后即可使用，发生的反应是
2PbSO4＋2H2OPbO2＋Pb＋2H2SO4。
下列对铅蓄电池的说法错误的是(　　)
A．需要定期补充硫酸
B．工作时铅是负极，PbO2是正极
C．工作时负极上发生的反应是Pb－2e－＋SO===PbSO4
D．工作时电解质的密度减小
答案　A
解析　铅蓄电池放电时相当于原电池，Pb是负极，PbO2是正极，负极发生的反应是Pb失去电子生成Pb2＋，Pb2＋与溶液中的SO生成PbSO4沉淀；放电时消耗的硫酸与充电时生成的硫酸相等，在电池制备时，PbSO4的量是一定的，制成膏状，干燥后再安装，说明H2SO4不用补充；放电时，H2SO4被消耗，溶液中H2SO4的物质的量浓度减小，所以溶液的密度也随之减小。
4．氢氧燃料电池已用于航天飞机，它是以铂作电极，KOH溶液作电解质，正极反应为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，负极反应为2H2＋4OH－－4e－===4H2O，下列叙述不正确的是(　　)
A．H2在负极发生氧化反应
B．燃料电池的能量转化率可达100%
C．是一种高效、环保的发电装置
D．供电时的总反应为2H2＋O2===2H2O
答案　B
解析　该燃料电池中，通H2的电极作负极，发生氧化反应；通O2的电极为正极，发生还原反应，总反应式为2H2＋O2===2H2O，是一种高效、环保的发电装置，燃料电池的能量转化率虽然比燃料直接燃烧时高，但也达不到100%。
二、根据电极反应式或总反应式分析电池的有关变化
5．Mg—AgCl电池是一种用海水激活的一次电池，在军事上用作电动鱼雷的电池，电池的总反应可表示为Mg＋2AgCl===MgCl2＋2Ag。下列关于该电池的说法错误的是(　　)
A．该电池工作时，正极反应为2AgCl＋2e－===2Cl－＋2Ag
B．该电池的负极材料可以用金属铝代替
C．有24
g
Mg被氧化时，可还原得到108
g
Ag
D．装有该电池的鱼雷在水中进行时，海水作为电解质溶液
答案　C
解析　A项，由电池反应方程式看出，Mg是还原剂、AgCl是氧化剂，故金属Mg作负极，正极反应为2AgCl＋2e－===2Cl－＋2Ag，故A正确；B项，该电池的负极材料可以用金属铝代替，故B正确；C项，电极反应式：Mg－2e－===Mg2＋，24
g
Mg即1
mol被氧化时，转移电子是2
mol，正极反应为2AgCl＋2e－===2Cl－＋2Ag，可还原得到216
g
Ag，故C错误；D项，因为该电池能被海水激活，海水可以作为电解质溶液，故D正确。故答案选C。
6．甲醇燃料电池(DMFC)可用于笔记本电脑、汽车、遥感通讯设备等，它的一极通入甲醇，一极通入氧气；电解质是质子交换膜，它能传导氢离子(H＋)。电池工作时，甲醇被氧化为二氧化碳和水，氧气在电极上的反应是O2＋4H＋＋4e－===2H2O。下列叙述中不正确的是(　　)
A．负极的反应式为CH3OH＋H2O－6e－===CO2↑＋6H＋
B．电池的总反应式是2CH3OH＋3O2===2CO2＋4H2O
C．电池工作时，H＋由正极移向负极
D．电池工作时，电子从通入甲醇的一极流出，经外电路流入通氧气的一极
答案　C
解析　首先判断出通入甲醇的一极失去电子作负极，通入氧气的一极得到电子作正极。电池总反应式减去氧气在正极的电极反应式，就得到了负极反应式，A项正确；电池工作时，
H＋移向正极而不是移向负极，C项错误。
7．Li Al/FeS电池是一种正在开发的车载电池，该电池中正极的电极反应式为2Li＋＋FeS＋2e－===Li2S＋Fe。有关该电池的下列说法中，正确的是(　　)
A．Li Al在电池中作为负极材料，该材料中Li的化合价为＋1价
B．该电池的总反应式为2Li＋FeS===Li2S＋Fe
C．负极的电极反应式为Al－3e－===Al3＋
D．充电时，阴极发生的电极反应式为Li2S＋Fe－2e－===2Li＋＋FeS
答案　B
解析　由正极的电极反应式知，在负极上Li失去电子被氧化，所以Li Al在电池中作为负极材料，该材料中Li的化合价为0价，故A项错误；负极的电极反应式为2Li－2e－===
2Li＋，故C项错误；该电池的总反应式为正、负极的电极反应式之和：2Li＋FeS===Li2S＋Fe，故B项正确；由于充电时阴极发生还原反应，所以阴极的电极反应式为2Li＋＋2e－===2Li，故D项错误。
三、新型电池的开发利用
8．科学家成功开发出便携式固体氧化物燃料电池，它以丙烷气体为燃料。电池中的一极通入空气，另一极通入丙烷气体，电解质是固态氧化物，在熔融状态下能传导O2－。下列对该燃料电池的说法不正确的是(　　)
A．在熔融电解质中，O2－由负极移向正极
B．该电池的总反应是C3H8＋5O2===3CO2＋4H2O
C．电路中每通过5
mol电子，约有5.6
L标准状况下的丙烷被完全氧化
D．通入丙烷的电极为电池负极，发生的电极反应为
C3H8－20e－＋10O2－===3CO2＋4H2O
答案　A
解析　该燃料电池的化学原理是C3H8＋5O2===3CO2＋4H2O，B正确；放电过程中通入丙烷的电极为负极：C3H8－20e－＋10O2－===3CO2＋4H2O，D正确；通入O2的电极为正极：O2＋4e－===2O2－，产生的O2－将向负极移动，A项错。
9．MFC(Microbial
Fuel
Cell)是一种利用微生物将有机物中的化学能直接转化成电能的装置，其在废水处理和新能源开发领域具有广阔的应用前景。如图为污水(主要溶质为葡萄糖)处理的实验装置，下列有关该装置的说法正确的是(　　)
A．为加快处理速度，装置需在高温环境中工作
B．负极的电极反应式为C6H12O6＋6H2O－24e－===6CO2＋24H＋
C．放电过程中，H＋由正极向负极移动
D．装置工作过程中，溶液的酸性逐渐增强
答案　B
解析　微生物不能在高温环境中存活，A项错误。H＋在负极上产生，H＋由负极向正极移动，C项错误。负极产生的H＋与正极产生的OH－恰好结合生成水，故溶液的酸性不会增强，D项错误。
10.如图是一种航天器能量储存系统原理示意图。下列说法正确的是(　　)
A．该系统中只存在3种形式的能量转化
B．装置Y中负极的电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－
C．装置X能实现燃料电池的燃料和氧化剂再生
D．装置X、Y形成的子系统能实现物质的零排放，并能实现化学能与电能间的完全转化
答案　C
解析　A项，该系统有太阳能转化为电能、电能转化为化学能、化学能转化为电能、电能转化为机械能多种能量转化形式，A项错；B项，装置Y为原电池，负极发生氧化反应，应是H2发生氧化反应，B项错；C项，装置X为电解池，其作用是将水转化为燃料(氢气)和氧化剂(氧气)，C项正确；D项，化学能与电能间不可能完全转化，D项错。
[能力提升]
11．某原电池中，电解质溶液为KOH(aq)，向负极通入C2H4或Al(g)，向正极通入O2或Cl2。试完成下列问题：
(1)当分别通入C2H4和O2时：
①正极反应：____________________________________________________________________；
②负极反应：____________________________________________________________________；
③电池总反应：__________________________________________________________________。
(2)当分别通入少量Al(g)和Cl2时：
①正极反应：____________________________________________________________________；
②负极反应：____________________________________________________________________；
③电池总反应：__________________________________________________________________。
答案　(1)①3O2＋6H2O＋12e－===12OH－
②C2H4＋16OH－－12e－===2CO＋10H2O
③C2H4＋3O2＋4OH－===2CO＋4H2O
(2)①3Cl2＋6e－===6Cl－
②2Al(g)－6e－＋8OH－===2AlO＋4H2O
③2Al(g)＋3Cl2＋8OH－===2AlO＋6Cl－＋4H2O
12．设计出燃料电池使汽油氧化直接产生电流是本世纪最富有挑战性的课题之一。最近有人制造了一种燃料电池，一个电极通入空气，另一个电极通入汽油蒸气，电池的电解质是掺杂了Y2O3的ZrO2晶体，它在高温下能传导O2－。回答如下问题：
(1)以丁烷代表汽油，写出这个电池放电时发生的化学反应的化学方程式：________
________________________________________________________________。
(2)写出这个电池的正极发生的反应：______________________________________________
_______________________________________________________________________________。
负极发生的反应：________________________________________________________________。
固体电解质里的O2－的移动方向是________________________________________________。
向外电路释放电子的电极是______________________________________________________。
答案　(1)2C4H10＋13O2===8CO2＋10H2O
(2)O2＋4e－===2O2－　C4H10＋13O2－－26e－===4CO2＋5H2O　向负极移动　负极
解析　由原电池原理知：负极失电子后经导线转移到正极，根据电中性关系，内电路中，O2－向负极移动。
[拓展探究]
13．氢氧燃料电池是符合绿色化学理念的新型发电装置。如图为电池示意图，该电池电极表面镀一层细小的铂粉。铂吸附气体的能力强，性质稳定。请回答：
(1)氢氧燃料电池能量转化的主要形式是____________________，在导线中电子流动方向为________(用a、b表示)。
(2)负极反应式为________。
(3)电极表面镀铂粉的原因是_____________________________________________________
_______________________________________________________________________________。
(4)该电池工作时，H2和O2连续由外部供给，电池可连续不断提供电能。因此，大量安全储氢是关键技术之一，金属锂是一种重要的储氢材料，吸氢和放氢原理如下：
Ⅰ.2Li＋H22LiH
Ⅱ.LiH＋H2O===LiOH＋H2↑
①反应Ⅰ中的还原剂是______，反应Ⅱ中的氧化剂是______。
②已知LiH固体密度为0.82
g·cm－3，用锂吸收224
L(标准状况)H2，生成的LiH体积与被吸收的H2体积比值为____________。
③由②生成的LiH与H2O作用放出的H2用作电池燃料，若能量转化率为80%，则导线中通过电子的物质的量为________mol。
答案　(1)化学能转变为电能　a流向b
(2)H2－2e－＋2OH－===2H2O
(3)增大电极单位面积吸附H2、O2分子数，加快反应速率
(4)①Li　H2O　②8.71×10－4(或)　③32
解析　(1)原电池的实质为化学能转化成电能，总反应为2H2＋O2===2H2O，其中H2在负极失电子，即电子从a流向b。(2)负极为H2失电子生成H＋，但溶液为KOH溶液，故负极反应为H2－2e－＋2OH－===2H2O。(3)铂粉的接触面积大，可以增大电极单位面积吸附H2、O2分子数，可以加快反应速率。(4)①反应Ⅰ中Li从0价升至＋1价，作还原剂，反应Ⅱ中H2O中的H从＋1价降至0价，作氧化剂。②在反应Ⅰ中当吸收10
mol
H2时，生成20
mol
LiH，V＝＝×10－3
L＝195.12×10－3
L，则＝＝8.71×10－4。③反应Ⅱ中20
mol
LiH可生成20
mol
H2，实际参加反应的H2为20
mol×80%＝16
mol，每1
mol
H2生成H2O时，转移2
mol电子，故导线中通过电子的物质的量为16
mol×2＝32
mol。课时提升作业(十五)
原　电　池
(25分钟·50分)
一、选择题(本题包括7小题，每小题4分，共28分)
1.(2015·洛阳高二检测)下列装置不可以组成原电池的是(　　)
【解析】选C。C中的装置不能形成闭合回路。
2.(2015·嘉兴高二检测)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】选B。由原电池原理判断金属活动性，①②相连，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的质量减少，③为负极，则金属活动性③>④，即金属活动性顺序为①>③>④>②，B正确。
3.(2015·桂林高二检测)理论上不能设计为原电池的化学反应是(　　)
A.CH4(g)+2O2(g)CO2(g)+2H2O(l)　ΔH<0
B.HNO3(aq)+NaOH(aq)NaNO3(aq)+H2O(l)　ΔH<0
C.2H2(g)+O2(g)2H2O(l)　ΔH<0
D.2FeCl3(aq)+Fe(s)3FeCl2(aq)　ΔH<0
【解析】选B。任何自发的氧化还原反应从理论上都可以设计成原电池。B项不是氧化还原反应。
4.(双选)如图，在盛有稀硫酸的烧杯中放入用导线连接的电极X、Y，外电路中电子流向如图所示，下列关于该装置的说法正确的是(　　)
A.外电路的电流方向为X→外电路→Y
B.若两电极分别为Fe和碳棒，则X为碳棒，Y为Fe
C.X极上发生的是氧化反应，Y极上发生的是还原反应
D.若两电极都是金属，则它们的活动性顺序为X>Y
【解析】选C、D。由图示电子流向知X为负极，Y为正极，则电流方向为Y→外电路→X，故A错；若两电极分别为Fe和碳棒，则X为铁，Y为碳棒，B错；负极上失去电子发生氧化反应，正极上得到电子发生还原反应，C正确；若两电极均为金属，活泼金属作负极，故有活动性X>Y。
【互动探究】(1)放电一段时间后，溶液的pH如何变化？
提示：放电一段时间后，H+浓度降低，pH升高。
(2)若将电解质溶液换为NaOH溶液，电极X可选用什么材料？
提示：可选用铝片。
5.(2015·承德高二检测)X、Y两根金属棒插入Z溶液中构成如图的装置，实验中电流表指针发生偏转，同时X棒变粗，Y棒变细，则X、Y、Z可能是下列中的
(　　)
编号
X
Y
Z
A
Zn
Cu
稀硫酸
B
Cu
Zn
稀硫酸
C
Cu
Ag
硫酸铜溶液
D
Ag
Zn
硝酸银溶液
【解析】选D。由题意可知该装置是原电池，X棒变粗，Y棒变细，说明X为正极，Y为负极，且电解质溶液中要有离子在X极析出使X棒变粗，还要使Y极溶解。D项中Zn棒溶解，X极上析出Ag，符合题目要求。
【互动探究】(1)若线路中共转移2
mol电子，则两极的质量差变化多少？
提示：D项中。转移2
mol电子时，溶解的Zn为1
mol，析出的Ag为2
mol，两极的质量差变化为2
mol×108
g·mol—1+1
mol×65
g·mol—1=281
g。
(2)若将“X棒变粗”改为“X棒有气泡产生”应该选哪个选项？
提示：选B。由题意知X为正极，应该为较不活泼的金属，有气泡产生则电解质为酸，故选B。
6.(2015·西安高二检测)下图甲和乙是双液原电池装置。由图可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.2Ag(s)+Cd2+(aq)Cd(s)+2Ag+(aq)反应能够发生
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.乙图当有1
mol电子通过外电路时，正极有108
g
Ag析出
【解析】选B。甲图中Co为正极，Cd为负极，所以离子反应方程式为Cd(s)+Co2+(aq)Co(s)+Cd2+(aq)，正确；从乙图分析，银作正极，Co为负极，所以Co能置换出银，错误；盐桥可以将两个烧杯中的溶液连接形成闭合回路，保证离子移动，使溶液保持电中性，正确，乙图中当有1
mol电子转移时有1
mol银析出，即108克银，正确。
7.(2015·东营高二检测)Mg-AgCl电池是一种能被海水激活的一次性贮备电池，电池反应方程式为2AgCl+MgMg2++2Ag+2Cl-。有关该电池的说法正确的是
(　　)
A.Mg为电池的正极
B.负极反应为AgCl+e-Ag+Cl-
C.Cl-向含有AgCl的电极移动
D.可用于海上应急照明供电
【解析】选D。根据题意知Mg为还原剂，是负极、失电子，所以A、B都错误，原电池中阴离子向负极移动，C错误。
【方法规律】解答陌生原电池题的基本方法
(1)分析给出的氧化还原反应中的化合价变化，确定还原剂和氧化剂。
(2)还原剂在负极失去电子，发生氧化反应，氧化剂在正极得到电子，发生还原反应，且若还原剂是金属单质，则金属必作负极。
(3)电子和离子的移动方向按一般的原电池原理进行分析，电子在外电路由负极流向正极，溶液中阳离子移向正极，阴离子移向负极。
二、非选择题(本题包括2小题，共22分)
8.(10分)(2015·武汉高二检测)将Fe片和石墨用导线相连，一组插入稀硫酸中，一组插入FeCl3溶液中，分别形成了原电池。
(1)这两个原电池中，正极分别是________。
A.石墨、石墨　　　　　
B.石墨、Fe片
C.Fe片、Fe片
D.Fe片、石墨
(2)写出插入稀硫酸中形成原电池的正极反应式(用离子方程式表示)_________
_________________________。
(3)写出插入FeCl3溶液中形成原电池的电池总反应式(用离子方程式表示)____
__________________________。
【解析】当电解质溶液为H2SO4时，总反应为Fe+H2SO4FeSO4+H2↑，则负极为Fe，正极为石墨，正极反应式为2H++2e-H2↑；当电解质溶液为FeCl3时，总反应为Fe+2FeCl33FeCl2，离子方程式为Fe+2Fe3+3Fe2+，负极为Fe，正极为石墨。
答案：(1)A　(2)2H++2e-H2↑
(3)2Fe3++Fe3Fe2+
9.(12分)(2015·宜昌高二检测)某实验小组的同学对电化学原理进行了一系列探究活动，某实验小组依据氧化还原反应：Fe+Cu2+Fe2++Cu，设计的原电池装置如图所示：
请回答下列问题：
(1)铁电极是原电池的________极，电极反应式为________________________，
(2)石墨电极是原电极的____________极，电极反应式为__________________。
(3)反应前，两电极质量相等，一段时间后，两电极质量相差18
g，则导线中通过________mol电子。
【解析】(1)Fe作原电池的负极，电极反应式为Fe-2e-Fe2+。
(2)石墨作原电池的正极，电极反应式为Cu2++2e-Cu。
(3)若线路中有2
mol电子转移时，开始两电极的质量相等，负极质量减小56
g，则正极质量增加64
g，两极的质量差为56
g+64
g=120
g，所以当两电极质量相差18
g时，有mol=0.15
mol，Fe失去电子，则转移电子的物质的量是
0.3
mol。
答案：(1)负　Fe-2e-Fe2+
(2)正　Cu2++2e-Cu　(3)0.3
(30分钟·50分)
一、选择题(本题包括6小题，每小题5分，共30分)
1.(2015·无锡高二检测)将铁片和银片用导线连接置于同一稀盐酸中，并经过一段时间后，下列叙述中正确的是(　　)
A.负极有Cl2逸出，正极有H2逸出
B.负极附近Cl-的浓度减小
C.正极附近Cl-的浓度逐渐增大
D.溶液中Cl-的浓度基本不变
【解析】选D。在该原电池中，Fe为负极，电极反应为Fe-2e-Fe2+，正极为Ag，电极反应为2H++2e-H2↑，整个溶液中Cl-的浓度基本保持不变，故D正确。
2.可以将反应Zn+Br2ZnBr2设计成原电池，下列4个电极反应：
①Br2+2e-2Br-，②2Br--2e-Br2，
③Zn-2e-Zn2+，④Zn2++2e-Zn，
其中表示该电池工作时负极和正极反应的分别是(　　)
A.②和③　　　　　　　
B.②和①
C.③和①
D.④和①
【解析】选C。该电池工作时负极反应物为Zn，失电子被氧化，正极反应物为Br2，得电子被还原。
3.下列叙述正确的是(　　)
A.反应AlCl3+4NaOHNaAlO2+3NaCl+2H2O，可以设计成原电池
B.Zn和稀硫酸反应时，加入少量CuSO4溶液能加快产生H2的速率
C.把Fe片和Cu片放入稀硫酸中，并用导线把二者相连，观察到Cu片上产生大量气泡，说明Cu与H2SO4能发生反应而Fe被钝化
D.在原电池中，活泼金属一定作负极
【解析】选B。A项，反应为非氧化还原反应，不能设计成原电池，错误；B项，Zn和CuSO4溶液反应生成Cu，构成Zn-Cu-H2SO4原电池，加快产生H2的速率，正确；C项，构成原电池，Fe片作负极发生氧化反应，Cu片作正极，H+发生还原反应，错误；D项，在Al-Mg-NaOH原电池中，Al作负极，错误。
【易错提醒】判断电极时，不能简单依据金属的活泼性来判断，要注意以下特例：
(1)在Al、Mg、强碱溶液构成的原电池中，Al作负极，Mg作正极。
(2)在Fe(或Al)、Cu、浓硝酸构成的原电池中，由于Fe、Al被钝化作正极，Cu作负极。
4.下列事实不能说明Al的金属活动性比Cu强的是(　　)
A.常温下将铝投入CuSO4溶液中
B.常温下将铝和铜用导线连接一起放入稀盐酸中
C.常温下将铝和铜不用导线连接一起放入稀盐酸中
D.常温下将铝和铜用导线连接一起放入氢氧化钠溶液中
【解析】选D。A项，铝表面析出红色物质，说明铝把铜置换出来，即铝比铜活泼；B项，构成原电池，铝作负极，铜作正极，说明铝比铜活泼；C项，铝与盐酸剧烈反应，铜不反应，说明铝比铜活泼；D项，在氢氧化钠溶液中能反应生成气体的金属，其活动性不一定强，如Mg和Al。
5.(2015·日照高二检测)如图所示的装置中，在产生电流时，以下说法正确的是(　　)
A.Fe是正极，C是负极
B.负极反应式为Fe-3e-Fe3+
C.盐桥中阴离子移向FeCl3溶液
D.导线中的电流由石墨电极流向Fe电极
【解析】选D。由于Fe+2FeCl33FeCl2，所以Fe为负极，C为正极。负极：Fe-2e-Fe2+，正极：2Fe3++2e-2Fe2+。盐桥中的阴离子移向负极区域。
【互动探究】(1)若线路中转移1
mol电子时，溶解铁的质量是多少？
提示：28
g
(2)将上题中的铁棒换成铜棒，是否有电流产生？
提示：是。发生的原电池反应为Cu+2FeCl32FeCl2+CuCl2，为氧化还原反应，可构成原电池。
6.(2015·常德高二检测)如图所示的原电池可测量空气中Cl2的含量(原电池的电解质是含有自由移动Ag+的固体物质)。下列分析不正确的是(　　)
A.电子由Ag电极经外电路流向Pt电极
B.空气中c(Cl2)越大，Ag极消耗速率越快
C.正极反应：Cl2+2e-+2Ag+2AgCl
D.原电池工作时电解质中Ag+数目减少
【解析】选D。正极为Pt电极，负极为Ag电极，总反应式为Cl2+2Ag2AgCl，负极反应为2Ag-2e-2Ag+，正极反应为Cl2+2e-+2Ag+2AgCl，电子从负极流向正极，电流从正极流向负极。空气中c(Cl2)越大，反应速率越快，Ag极消耗速率越快。负极为Ag电极，溶液中的Ag+数目不变。
二、非选择题(本题包括2小题，共20分)
7.(10分)由A、B、C、D四种金属按表中装置图进行实验。
装置
现象
二价金属A不断地溶解
C的质量增加
A上有气体产生
根据实验现象回答下列问题：
(1)装置甲中负极的电极反应式是_______________________________。
(2)装置乙中正极的电极反应式是_______________________________。
(3)装置丙中溶液的pH______(填“变大”“变小”或“不变”)。
(4)四种金属活泼性由强到弱的顺序是____________________________。
【解析】甲、乙、丙均为原电池装置。依据原电池原理，甲中A不断溶解，则A为负极、B为正极，活泼性A>B；乙中C的质量增加，即析出Cu，则B为负极，活泼性B>C；丙中A上有气体即有H2产生，则A为正极，活泼性D>A，随着H+的消耗，pH变大。
答案：(1)A-2e-A2+　(2)Cu2++2e-Cu
(3)变大　(4)D>A>B>C
【互动探究】(1)请写出丙装置的正极反应式。
提示：2H++2e-H2↑。
(2)若用A、B为电极与硫酸铜溶液组成原电池，则哪个是负极？正极反应式是什么？
提示：由原题解析知金属活泼性A大于B，故A、B组成的原电池，A是负极，B是正极。正极反应式为Cu2++2e-Cu。
8.(10分)(2015·常州高二检测)Ⅰ.某化学活动小组利用如下甲装置对原电池进行研究，请回答下列问题：(其中盐桥为含有饱和KCl溶液的琼脂)
(1)在图甲装置中，当电流计中指针发生偏转时，盐桥中的离子移动方向为K+移向________(填“A”或“B”)烧杯。
(2)锌电极为电池的________极，发生的电极反应式为___________________；
铜电极上发生的电极反应式为________________________________________；
Ⅱ.该小组同学提出设想：如果将实验中的盐桥换为导线(铜制)，电流计指针是否也发生偏转呢？带着疑问，该小组利用图乙装置进行了实验，发现电流计指针同样发生偏转。回答下列问题：
(3)对于实验中产生电流的原因，该小组进了深入探讨，后经老师提醒注意到使用的是铜导线，烧杯A实际为原电池，烧杯B成了用电器。对于图乙烧杯A实际是原电池的问题上，该小组成员发生了很大分歧：
①一部分同学认为是由于ZnSO4溶液水解显酸性，此时原电池实际是由Zn、Cu作电极，H2SO4溶液作为电解质溶液而构成的原电池。如果这个观点正确，那么原电池的正极反应式为____________________________________________。
②另一部分同学认为是溶液酸性较弱，由于溶解在溶液中的氧气的作用，使得Zn、Cu之间形成原电池。如果这个观点正确，那么原电池的正极反应式为___
___________________________________________。
(4)若第(3)问中②观点正确，则可以利用此原理设计电池为在偏远海岛工作的灯塔供电。其具体装置为以金属铝和石墨为电极，以海水为电解质溶液，最终铝变成氢氧化铝。请写出该电池工作时总反应的化学方程式_______________。
【解析】Ⅰ.电极反应式为
负极：Zn-2e-Zn2+　　正极：Cu2++2e-Cu
所以K+应移向正极区域即移向B烧杯。
Ⅱ.(3)①若是酸性引起的，电极反应式为
负极：Zn-2e-Zn2+　　正极：2H++2e-H2↑
②若是O2作用引起的，电极反应式为
负极：2Zn-4e-2Zn2+
正极：O2+4e-+2H2O4OH-
(4)Al作负极，石墨为正极，海水作为电解质溶液，电极反应式为
负极：4Al-12e-4Al3+
正极：3O2+12e-+6H2O12OH-
总反应式为
4Al+3O2+6H2O4Al(OH)3。
答案：(1)B　(2)负　Zn-2e-Zn2+
Cu2++2e-Cu
(3)①2H++2e-H2↑
②O2+2H2O+4e-4OH-
(4)4Al+3O2+6H2O4Al(OH)3第四章
电化学基础
1．下列叙述不正确的是(　　)
A．铁表面镀锌，铁作阳极
B．船底镶嵌锌块，锌作负极，以防船体被腐蚀
C．钢铁吸氧腐蚀的正极反应式：O2＋2H2O＋4e－===4OH－
D．工业上电解饱和食盐水的阳极反应式：2Cl－－2e－===Cl2↑
答案　A
解析　铁表面镀锌，铁应作阴极而锌作阳极，A错误；锌比铁活泼，在船底镶嵌锌块，可有效防护船体被腐蚀；钢铁的吸氧腐蚀中正极上O2得到e－被还原；工业电解饱和食盐水的反应中阳极上Cl－失去e－被氧化，故B、C、D均正确。
2．如图所示，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(　　)
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
答案　B
解析　依据原电池原理分析可知：a中铁钉作负极，发生氧化反应，铜丝作正极，发生O2＋2H2O＋4e－===4OH－的还原反应，可知A、C错误；b中铁钉作正极，发生O2＋2H2O＋4e－===4OH－的还原反应，而铝条发生氧化反应，不会冒气泡，B正确、D错误。
3．摩托罗拉公司研发了一种由甲醇和氧气以及强碱作电解质溶液的新型手机电池，电量可达现在使用的镍氢或锂电池的十倍，可连续使用一个月才充一次电，其电池反应式为2CH3OH＋3O2＋4OH－2CO＋6H2O，则下列有关说法错误的是(　　)
A．放电时CH3OH参与反应的电极为正极
B．充电时电解质溶液的pH逐渐增大
C．放电时负极的电极反应式为CH3OH－6e－＋8OH－===CO＋6H2O
D．充电时每生成1
mol
CH3OH转移6
mol电子
答案　A
解析　从总反应式可知：电池放电时甲醇被氧化生成碳酸根离子，而原电池中负极发生氧化反应，故甲醇参与反应的电极为负极，电极反应式为CH3OH－6e－＋8OH－===CO＋6H2O。充电时，由反应式可知生成OH－，故pH逐渐增大。
4．将两金属X、Y用导线连接，同时插入相应的电解质溶液中，发现Y电极质量增加，则可能是下列情况中的(　　)
A．X是负极，电解质溶液为CuSO4溶液
B．X是负极，电解质溶液为稀H2SO4溶液
C．X是正极，电解质溶液为CuSO4溶液
D．X是正极，电解质溶液为稀H2SO4溶液
答案　A
解析　将金属X、Y用导线连接，同时插入相应的电解质溶液中，构成原电池。负极上发生氧化反应，失去电子，电子经外电路流向正极，溶液中的阳离子在正极得电子而被还原，若使Y极质量增加，四个选项中，只有A正确，X是负极，Y是正极，电解质溶液是CuSO4溶液。
5．下列各装置中都盛有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
答案　D
解析　金属腐蚀速率一般为：作电解池的阳极＞作原电池的负极＞化学腐蚀＞作原电池的正极＞作电解池的阴极，所以②最快，因为Zn作阳极；③最慢，因为Zn作阴极。
6．在下图装置中，通电后可观察到Cu极溶解，则下列说法中不正确的是(　　)
A．直流电源中，A是正极
B．两池内CuSO4溶液浓度均不改变
C．两铁极上最初析出物相同
D．P池内溶液的质量逐渐减小
答案　B
解析　由题意知：铜电极溶解，发生氧化反应，即铜为阳极，A为正极，B为负极，Pt为阳极，铁均为阴极，则P电解池中的电解反应方程式为2CuSO4＋2H2O2Cu＋O2↑＋2H2SO4，有O2析出，电解质溶液质量逐渐减小，Q电解池中，阳极：Cu－2e－===Cu2＋，阴极：Cu2＋＋2e－===Cu，电解质溶液质量和组分不变，综上分析，推知B项不正确。
7．如下图所示，下列叙述正确的是(　　)
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
答案　A
解析　根据图示的装置可以得出左侧的装置为原电池，右侧的装置为电解池。根据原电池的构成规律：Zn为负极，Cu为正极，则X为阳极发生氧化反应Cu－2e－===Cu2＋，Y为阴极发生还原反应2H＋＋2e－===H2↑。因为在Y电极附近H＋的浓度减小，将使H2OH＋＋OH－
平衡向右移动，移动的结果是c(OH－)>c(H＋)，显碱性，所以Y电极附近变红色。
8．某蓄电池放电、充电时的反应为
Fe＋Ni2O3＋3H2OFe(OH)2＋2Ni(OH)2
下列推断中正确的是(　　)
①放电时，Fe为正极，Ni2O3为负极　②充电时，阴极上的电极反应式是Fe(OH)2＋2e－===Fe＋2OH－　③充电时，Ni(OH)2为阳极　④蓄电池的电极必须是浸在某种碱性电解质溶液中
A．①②③
B．①②④
C．①③④
D．②③④
答案　D
解析　蓄电池在放电时发生原电池反应，把化学能转变为电能；在充电时发生电解反应，将电能转变为化学能。反应方程式的左右各物质互为反应物和生成物。
此蓄电池在放电时的反应：＋2O3＋3H2O
(OH)2＋2
(OH)2，生成物为
Fe(OH)2、Ni(OH)2，电解质溶液应为碱性溶液。Fe为负极，其电极反应式为Fe＋2OH－－2e－===Fe(OH)2；Ni2O3为正极，其电极反应式为Ni2O3＋2e－＋3H2O===2Ni(OH)2＋2OH－；蓄电
池在充电时的反应：Fe(OH)2＋2Ni(OH)2Fe＋Ni2O3＋3H2O；阳极Ni(OH)2发生氧化反
应：2Ni(OH)2＋2OH－－2e－===Ni2O3＋3H2O；阴极Fe(OH)2发生还原反应：Fe(OH)2＋2e－
===Fe＋2OH－。
9．取6根铁钉、6支洁净试管及其他材料，按下图所示准备。
试管(1)放入一根铁钉，再注入蒸馏水，使铁钉和空气及水接触；
试管(2)的底部放入硅胶(一种干燥剂)，再放入铁钉，用棉花团堵住试管口，使铁钉和干燥空气接触；
试管(3)先放入一根铁钉，趁热倒入煮沸的蒸馏水(赶出原先溶解在蒸馏水中的空气)浸没铁钉，再加上一层植物油，使铁钉不能跟空气接触；
试管(4)中放入铁钉并注入食盐水，使铁钉和空气及食盐水接触；
试管(5)放入相连的铁钉和锌片，注入自来水，浸没铁钉和锌片；
试管(6)放入相连的铁钉和铜丝，注入自来水，浸没铁钉和铜丝。
把6支试管放在试管架上，几天后观察铁钉被腐蚀的情况，其中____________试管内的铁钉未被腐蚀。从铁钉被腐蚀的情况可知引起和促进铁钉被腐蚀的条件是______________。
答案　(2)(3)(5)　水、空气、电解质溶液和不活泼金属杂质的存在
解析　由于(2)、(3)两个试管不具备构成原电池的条件，不能发生电化学腐蚀，所以暂未被腐蚀。试管(5)尽管具备构成原电池的条件，但Zn比较活泼，在原电池中作负极，使铁变成离子的反应难以发生，所以铁也暂未被腐蚀。引起和促进铁钉被腐蚀的条件是：水、空气、电解质溶液和不活泼金属杂质的存在。
10．依据氧化还原反应：2Ag＋(aq)＋Cu(s)===Cu2＋(aq)＋2Ag(s)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________；电解质溶液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。
答案　(1)铜　AgNO3溶液
(2)正　Ag＋＋e－===Ag　Cu－2e－===Cu2＋
(3)Cu　Ag
解析　根据所给氧化还原反应的化学方程式，结合原电池反应原理以及所给原电池装置，Cu应作负极，AgNO3溶液为电解质溶液，从而推知：
(1)X的材料为铜，Y是AgNO3溶液。
(2)银为原电池的正极，发生的电极反应式为Ag＋＋e－===Ag。X电极上发生的电极反应式为Cu－2e－===Cu2＋。(3)外电路中的电子从铜(负)电极流向银(正)电极。
11．如图所示，通电5
min后，电极5的质量增加了2.16
g，回答：
(1)电源：a是________极，C池是________池。
A池阳极电极反应式为__________________，阴极电极反应式为__________________。C池阳极电极反应式__________________，阴极电极反应式为_____________________。
(2)如果B槽中共收集到224
mL气体(标准状况)，且溶液体积为200
mL(设电解过程中溶
液体积不变)，则通电前溶液中Cu2＋的物质的量浓度为____________________________。
(3)如果A池溶液也是200
mL(电解过程中溶液体积不变)，则通电后，溶液的pH为
________。
答案　(1)负　电解　2Cl－－2e－===Cl2↑
2H＋＋2e－===H2↑
Cu－2e－===Cu2＋　2Ag＋＋2e－===2Ag
(2)0.025
mol·L－1　(3)13
放电
充电
放电
充电课后提升作业
二十
　化学电源
(45分钟　100分)
一、选择题(本题包括9小题,每小题6分,共54分)
1.(2016·新乡高二检测)下列有关锌锰干电池的说法中正确的是　(　　)
A.锌外壳是负极,石墨棒是正极材料
B.在外电路中电子从石墨棒流向锌外壳
C.电流从锌流到石墨棒上
D.在电池内部阳离子从石墨棒向锌片移动
【解析】选A。在锌锰干电池中,锌外壳是负极,石墨棒是正极,在外电路中电子从锌外壳流向石墨棒,电流的方向与电子的流向相反,电池内部,阳离子向正极石墨棒移动,故A正确,B、C、D错误。
【补偿训练】
(2016·平顶山高二检测)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】选C。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Mn2O3和NH3。所以在正极上N和MnO2为反应物。
2.(2016·潍坊高二检测)乙醇燃料电池中采用磺酸类质子溶剂,在200℃左右时供电,电池总反应式为C2H5OH+3O22CO2+3H2O,电池示意图如图,下列说法中正确的是　(　　)
A.电池工作时,质子向电池的负极迁移
B.电池工作时,电流由b极沿导线流向a极
C.a极上发生的电极反应是C2H5OH+3H2O+12e-2CO2+12H+
D.b极上发生的电极反应是2H2O+O2+4e-4OH-
【解析】选B。通入乙醇的一极(a极)为负极,发生氧化反应;通入氧气的一极(b极)为正极,发生还原反应。电池工作时,阳离子(质子)向电池的正极迁移,选项A不正确;电流方向与电子流向相反,电流由b极沿导线流向a极,选项B正确;a极上乙醇应该失电子被氧化,所以选项C不正确;因为电池中使用的是磺酸类质子溶剂,所以电极反应式中不能出现OH-,选项D不正确。
3.(2016·郑州高二检测)甲醇燃料电池具有容易携带、容易存储等优点,目前被认为将会替代传统的电池成为携带型设备的主要电源。如图是甲醇的质子交换膜型燃料电池模型,下列有关说法正确的是　(　　)
A.Y极为电池的负极
B.X极的电极反应式:CH3OH+H2O-6e-CO2+6H+
C.若常温下用该电池电解100
mL
KCl溶液至pH=12时,向质子交换膜迁移的A为0.01
mol
D.空气以20%为氧气计算,X极每消耗1
mol甲醇,Y极必消耗168
L空气中的氧气
【解析】选B。根据X极、Y极所通入的物质,可以判断,X极为负极,Y极为正极,其电极反应式为X极(负极):CH3OH+H2O-6e-CO2+6H+;Y极(正极):O2+6e-+6H+
3H2O。C项,2KCl+2H2O2KOH+H2↑+Cl2↑,n(OH-)=0.01
mol·L-1×0.1
L=10-3mol,所以向质子交换膜迁移的A(H+)应为0.001
mol;D项,没有给出氧气所处的条件,不能求出氧气的体积。
4.(2016·全国卷Ⅲ)锌-空气燃料电池可用作电动车动力电源,电池的电解质溶液为KOH溶液,反应为2Zn+O2+4OH-+2H2O2Zn(OH。下列说法正确的是　
(　　)
A.充电时,电解质溶液中K+向阳极移动
B.充电时,电解质溶液中c(OH-)逐渐减小
C.放电时,负极反应为Zn+4OH--2e-Zn(OH
D.放电时,电路中通过2
mol电子,消耗氧气22.4
L(标准状况)
【解析】选C。充电时,发生电解池反应,K+向阴极移动,A选项错误;充电时,发生的反应是2Zn(OH2Zn+O2↑+4OH-+2H2O,反应后c(OH-)逐渐增大,B选项错误;放电时,活泼金属Zn作负极,发生失电子的氧化反应生成Zn(OH,C选项正确;根据O2～4e-,则放电时电路中通过2
mol电子,消耗0.5
mol
O2,其在标准状况下的体积为11.2
L,D选项错误。
【方法规律】解答充电电池题目的注意问题
(1)电池放电时发生原电池反应,充电时发生电解池反应。
(2)可充电电池的充放电时的反应相反。
(3)阳极和负极都发生氧化反应,阴极和正极都发生还原反应。
(4)原电池中阳离子向正极移动,电解池中阳离子向阴极移动。
5.寻找新能源是解决温室效应的一条重要思路。磷酸亚铁锂(LiFePO4)是一种新型汽车锂离子电池,总反应为FePO4+LiLiFePO4,电池中的固体电解质可传导离子,下列说法错误的是　(　　)
A.放电时,Li作负极
B.放电时,正极反应为FePO4+Li++e-LiFePO4
C.充电时,Li+和Fe2+向阴极移动,P向阳极移动
D.充电时,阴极反应为Li++e-Li
【解析】选C。放电时,电极反应式为负极:Li-e-Li+,正极:FePO4+e-+Li+
LiFePO4;充电时,电极反应式为阴极:Li++e-Li,阳极:LiFePO4-e-Li++FePO4。C项,充电时,Li+在阳极生成,移向阴极得e-生成Li,Fe2+失去电子生成Fe3+,Fe3+和P结合生成FePO4。
6.(2016·漳州高二检测)一种微生物燃料电池的结构示意图如图所示,关于该电池的叙述正确的是　(　　)
A.电池工作时,电子由a流向b
B.微生物所在电极区放电时发生还原反应
C.放电过程中,H+从正极区移向负极区
D.正极反应式为MnO2+4H++2e-Mn2++2H2O
【解析】选D。因为右侧产生CO2,说明微生物所在的电极区Cm(H2O)n失电子生成CO2,所以电池工作时电子由b经外电路流向a极,A项错误;微生物所在电极区放电时发生氧化反应,B项错误;放电时阳离子向正极移动,C项错误;放电时正极发生还原反应,D项正确。
7.(2016·太原高二检测)科学工作者为心脏病患者设计的心脏起搏器的电池是以Pt和Zn为电极材料,依靠人体体液中含有的一定浓度的溶解氧、H+和Zn2+进行工作的。该电池工作时,正极的电极反应式为　(　　)
A.Zn-2e-Zn2+
B.2H++2e-H2↑
C.4OH--4e-O2↑+2H2O
D.O2+4H++4e-2H2O
【解析】选D。正极得电子,体液中溶解的氧易得电子而发生反应:O2+4H++4e-
2H2O,D项正确。
【补偿训练】
(2016·梅州高二检测)微型锂碘电池可用于植入某些心脏病人体内的心脏起搏器所用的电源。这种电池中的电解质是固体电解质LiI,其中的导电离子是I-。下列有关说法正确的是　(　　)
A.正极反应:2Li-2e-2Li+
B.负极反应:I2+2e-2I-
C.总反应是2Li+I22LiI
D.金属锂作正极
【解析】选C。该电池中Li的活泼性强,作负极,其反应为2Li-2e-2Li+,B、D均错;正极反应为I2+2e-2I-,A错;总反应为2Li+I22LiI,C正确。
8.(2016·四川高考)某电动汽车配载一种可充放电的锂离子电池。放电时电池总反应为Li1-xCoO2+LixC6LiCoO2+C6(x<1)。下列关于该电池的说法不正确的是　
(　　)
A.放电时,Li+在电解质中由负极向正极迁移
B.放电时,负极的电极反应式为LixC6-xe-xLi++C6
C.充电时,若转移1
mol
e-,石墨(C6)电极将增重7xg
D.充电时,阳极的电极反应式为LiCoO2-xe-Li1-xCoO2+xLi+
【解析】选C。放电时,阳离子向原电池的正极移动,A选项正确;Li1-xCoO2中Li显+1价,氧显-2价,则Co显+(3+x)价,LixC6中Li和C均显0价。负极发生氧化反应,其电极反应式为LixC6-xe-xLi++C6,B选项正确;充电时,C6为电解池的阴极,电极反应式为xLi++C6+xe-LixC6,若转移1
mol电子,石墨电极质量增加
7
g,C选项错误;正极发生还原反应,其电极反应式为Li1-xCoO2+xLi++xe-LiCoO2,则充电时,阳极的电极反应式为LiCoO2-xe-Li1-xCoO2+xLi+,D选项正确。
9.(2015·江苏高考)一种熔融碳酸盐燃料电池原理示意如图。下列有关该电池的说法正确的是　(　　)
A.反应CH4+H2O3H2+CO,每消耗1
mol
CH4转移12
mol电子
B.电极A上H2参与的电极反应为
H2+2OH--2e-2H2O
C.电池工作时,C向电极B移动
D.电极B上发生的电极反应为
O2+2CO2+4e-2C
【解题指南】解答本题时应注意以下两点:
(1)燃料电池通燃料的一端为负极,通空气(或氧气)的一端为正极。
(2)原电池中,阳离子移向正极,阴离子移向负极。
【解析】选D。根据化学反应方程式,每有1
mol甲烷参与反应转移电子数为
6
mol,A项错误;因为电解质为熔融态的碳酸盐,所以电极A上H2参与的电极反应式为H2-2e-+CH2O+CO2,B项错误;根据原电池工作原理,电极A是负极,电极B是正极,阴离子向负极移动,碳酸根离子向负极移动(A电极),C项错误;电极B上氧气得电子与二氧化碳结合生成碳酸根离子,因此电极反应式为O2+4e-+2CO22C,D项正确。
二、非选择题(本题包括3小题,共46分)
10.(14分)今有反应2H2+O22H2O,设计成燃料电池。
(1)负极通的应是________,正极通的应是________,电极反应式分别为_______
_____________________。
(2)若把KOH改为H2SO4作电解质,即:2H2+O22H2O,则电极反应式应为负极:________________________,正极:________________________________。
(1)(2)的介质不同,反应后各溶液的pH变化依次为__________,________(填“变大”“变小”或“不变”)。
(3)若把H2改为CH4,KOH作电解质,则负极反应式为_________________。
【解析】(1)负极通还原性气体H2,电极反应式为2H2+4OH--4e-4H2O,正极通氧化性气体O2,电极反应式为O2+2H2O+4e-4OH-。
(2)负极反应式为2H2-4e-4H+,正极反应式为O2+4H++4e-2H2O。(1)、(2)总反应只生成H2O,使原电解质溶液(1)中c(OH-)减小,(2)中c(H+)减小,故(1)中pH变小,(2)中pH变大。
(3)中负极上还原性气体CH4在KOH中被氧化成C,即负极反应式为CH4+10OH--8e-C+7H2O。
答案:(1)H2　O2　负极:2H2+4OH--4e-4H2O,
正极:O2+2H2O+4e-4OH-
(2)2H2-4e-4H+　O2+4H++4e-2H2O　变小　变大
(3)CH4+10OH--8e-C+7H2O
11.(14分)(1)(2016·天津高考)氢气直接燃烧的能量转换率远低于燃料电池,写出碱性氢氧燃料电池的负极反应式: ________________________________。
(2)(2015·四川高考)FeSO4在一定条件下可制得FeS2(二硫化亚铁)纳米材料。该材料可用于制造高容量锂电池,电池放电时的总反应为4Li+FeS2Fe+2Li2S,正极反应式是 _______________________________________________。
(3)(2015·海南高考)如图所示原电池正极的反应式为_______________ __。
(4)(2015·广东高考)一种可超快充电的新型铝电池,充放电时AlC和Al2C两种离子在Al电极上相互转化,其他离子不参与电极反应,放电时负极Al的电极反应式为______________________________。
(5)(2015·全国卷Ⅱ)酸性锌锰干电池是一种一次性电池,外壳为金属锌,中间是碳棒,其周围是由碳粉、MnO2、ZnCl2和NH4Cl等组成的糊状填充物。该电池放电过程产生MnOOH。回收处理该废电池可以得到多种化工原料。该电池的正极反应式为_________________,电池反应的离子方程式为_________________。
(6)(2015·安徽高考)常温下,将除去表面氧化膜的Al、Cu片插入浓HNO3中组成原电池(图1),测得原电池的电流强度(I)随时间(t)的变化如图2所示,反应过程中有红棕色气体产生。
0～t1时,原电池的负极是Al片,此时,正极的电极反应式是______________
______________,溶液中的H+向________极移动,t1时,原电池中电子流动方向发生改变,其原因是 _______________________________________________。
【解析】(1)碱性氢氧燃料电池的负极反应式为H2+2OH--2e-2H2O。
(2)正极发生的反应是还原反应,即得电子,故参加反应的物质应是FeS2,又知最后生成铁单质和S2-,故正极反应式为FeS2+4e-Fe+2S2-。
(3)该原电池的实质是Cu与银离子发生置换反应生成Ag单质,所以正极是生成Ag单质的还原反应。
(4)放电时负极Al应失去电子,根据放电时AlC和Al2C两种离子在Al电极上相互转化可知,电极反应式为Al-3e-+7AlC4Al2C。
(5)酸性锌锰干电池外壳为金属锌,锌是负极,电极反应式为Zn-2e-Zn2+。中间是碳棒,碳棒是正极,二氧化锰得到电子,则正极电极反应式为MnO2+e-+H+
MnOOH,总反应式为Zn+2MnO2+2H+Zn2++2MnOOH。
(6)原电池的正极是硝酸发生还原反应:2H++N+e-NO2↑+H2O,原电池中的阳离子移向正极。t1时电子流动方向发生改变,则原电池的正、负极发生改变,原因是铝表面生成了氧化膜而不再参加反应,此时铜作负极。
答案:(1)H2+2OH--2e-2H2O
(2)FeS2+4e-Fe+2S2-或FeS2+4Li++4e-Fe+2Li2S
(3)Ag++e-Ag
(4)Al-3e-+7AlC4Al2C
(5)MnO2+e-+H+MnOOH
Zn+2MnO2+2H+Zn2++2MnOOH
(6)2H++N+e-NO2↑+H2O　正　铝在浓硝酸中发生钝化,表面生成了氧化膜阻止了Al的进一步反应
【方法规律】原电池电极反应式的书写技巧
(1)根据给出的化学方程式或题意,确定原电池的正、负极,弄清正、负极上发生反应的具体物质。
(2)弱电解质、气体、难溶物均用化学式表示,其余均以离子符号表示。
(3)注意电解质溶液的成分对正、负极反应产物的影响,正、负极产物可根据题意或化学方程式加以确定。
(4)写电极反应式时,要遵循质量守恒,必要时,可在电极反应式的一端添加H+或OH-或H2O,将两个电极反应式合并,就可得到电池总反应式。
12.(18分)(能力挑战题)(2016·日照高二检测)氢氧燃料电池是符合绿色化学理念的新型发电装置。如图为电池示意图,该电池电极表面镀一层细小的铂粉,吸附气体的能力强,性质稳定。请回答:
(1)氢氧燃料电池的能量转化的主要形式是_________________,在导线中电子移动方向为_______________________(用a、b表示)。
(2)负极反应式为________________________________。
(3)电极表面镀铂粉的原因为________________________________。
(4)该电池工作时,H2和O2连续由外部供给,电池可连续不断提供电能。因此,大量安全储氢是关键技术之一,金属锂是一种重要的储氢材料,吸氢和放氢原理如下:
Ⅰ.2Li+H22LiH
Ⅱ.LiH+H2OLiOH+H2↑
①反应Ⅰ中的还原剂是________,反应Ⅱ中的氧化剂是________。
②已知LiH固体密度为0.82
g·cm-3。用锂吸收224
L(标准状况)H2,生成的LiH体积与被吸收的H2体积比为________。
③由②生成的LiH与H2O作用放出的H2用作电池燃料,若能量转化率为80%,则导线中通过电子的物质的量为________mol。
【解析】(1)原电池的实质为化学能转化成电能。总反应为2H2+O22H2O,其中H2从零价升至+1价,失去电子,即电子从a流向b。
(2)负极为失去电子的一极,即H2失电子生成H+,由于溶液是碱性的,故电极反应式左右应各加上OH-。
(3)铂粉的接触面积大,可以加快反应速率。
(4)Ⅰ中Li从零价升至+1价,作还原剂。Ⅱ中H2O的H从+1价降至H2中的零价,作氧化剂。由反应Ⅰ,当吸收10
mol
H2时,则生成20
mol
LiH,V==L
=192.68×10-3L,则===8.60×10-4。20
mol
LiH可生成20
mol
H2,实际参加反应的H2为20×80%=16
mol,1
mol
H2转化成1
mol
H2O,转移2
mol电子,所以16
mol
H2可转移32
mol的电子。
答案:(1)由化学能转变为电能　由a到b(合理表达形式均可)
(2)2H2+4OH--4e-4H2O(或H2+2OH--2e-2H2O)
(3)增大电极单位面积吸附H2、O2的分子数,加快电极反应速率
(4)①Li　H2O　②1/1
163(或8.60×10-4)　③32第2课时　电解原理的应用
[目标导航]　1.理解并掌握电解饱和食盐水、电镀、电解精炼铜，电冶金的原理，会书写电极反应式及化学方程式。2.学会电解的有关计算。
一、电解饱和食盐水制备烧碱、氢气和氯气
1．现象(装置如图)
(1)阳极上：产生黄绿色气体。
(2)阴极上：产生无色气体，阴极附近溶液变红。
2．原理分析及电极反应
电解时U形管中，Cl－、OH－移向阳极，H＋、Na＋移向阴极。
(1)阳极离子放电顺序：Cl－>OH－，电极反应：2Cl－－2e－===Cl2↑(氧化反应)
(2)阴极离子放电顺序：H＋>Na＋，
电极反应：2H＋＋2e－===H2↑(还原反应)。
3．总反应化学方程式：2NaCl＋2H2O2NaOH＋Cl2↑＋H2↑。
离子方程式：2Cl－＋2H2OH2↑＋Cl2↑＋2OH－。
思考　用惰性电极电解饱和食盐水一段时间，电解后的混合液能使红色布条褪色的原因是什么？
答案　电解饱和食盐水，阴极区生成NaOH，阳极区生成Cl2，二者发生反应：
Cl2＋2NaOH===NaCl＋NaClO＋H2O，NaClO具有漂白性。
二、铜的电解精炼(粗铜含Zn、Fe、Ni、Au、Pt、Ag等)
1．装置与原理
阳极材料用粗铜，阴极材料用纯铜，电解质溶液用硫酸酸化的硫酸铜溶液。
2．电解特点
电解结束后，阳极泥中含有Au、Pt、Ag等，电解质溶液中的金属阳离子有Zn2＋、Fe2＋、Ni2＋、Cu2＋，阴极得到精铜。
三、电镀
(1)根据图示，书写电极反应式：
阳极：Cu－2e－===Cu2＋；
阴极：Cu2＋＋2e－===Cu。
(2)电镀的概念是应用电解原理在某些金属或非金属材料表面镀上一薄层其他金属或合金的过程。
(3)电镀池的构成：一般都是用含有镀层金属离子的电解质溶液作电镀液；把镀层金属浸入电镀液中与直流电源的正极相连，作为阳极；待镀金属制品与直流电源的负极相连，作阴极。
(4)电镀的目的主要是增强材料抗腐蚀能力，也有许多电镀是为了美观或增加表面硬度。
四、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)电解熔融的氯化钠可制取金属钠：
阳极反应式：2Cl－－2e－===Cl2↑；
阴极反应式：2Na＋＋2e－===2Na；
总反应：2NaCl(熔融)2Na＋Cl2↑。
【合作探究】
1．试根据氯碱工业的生产过程回答下列问题：
(1)电解氯化钠溶液时，如何用简便的方法检验产物？
答案　阳极产物Cl2可以用淀粉 KI试纸检验，阴极产物H2可以通过点燃检验，NaOH可以用酚酞试剂检验。
(2)氯碱工业在生产过程中必须把阳极室和阴极室用离子交换膜隔开，原因是什么？
答案　防止H2和Cl2混合爆炸，防止Cl2与溶液中的NaOH反应。
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、金等多种金属杂质，当含杂质的铜在阳极不断溶解时，金属活动性位于铜之前的金属杂质，如Zn、Fe、Ni等也会同时失去电子，但是它们的阳离子比铜离子难以还原，所以它们并不能在阴极析出，而只能以离子的形式留在电解液里。金属活动性位于铜之后的银、金等杂质，因为失去电子的能力比铜弱，难以在阳极失去电子变成阳离子而溶解，所以当阳极的铜等失去电子变成阳离子溶解之后，它们以金属单质的形式沉积在电解槽底部，形成阳极泥。
【练一练】
判断正误(正确打“√”，错误打“×”)
(1)氯碱工业是非常重要的化工生产，在电解饱和食盐水时，在阴极上得到的产物为H2和NaOH(
√
)
(2)电解饱和食盐水制烧碱，用涂镍碳钢网作阳极(
×
)
(3)电解法精炼粗铜，用纯铜作阳极(
×
)
(4)在镀件上电镀锌，用锌作阳极(
√
)
(5)电解法精炼粗铜时，电解质溶液中各离子浓度一定不变(
×
)
(6)在镀件上电镀铜，电镀过程中阳极减少的质量等于阴极增加的质量(
√
)
一、电解原理的应用
1．工业电解饱和食盐水制取烧碱
工业电解饱和食盐水制备烧碱时必须阻止OH－移向阳极，以使NaOH在阴极溶液中富集，常用阳离子交换膜将两溶液分开，使阳离子能透过阳离子交换膜，而阴离子不能通过。
如：氯碱工业中电解饱和食盐水的原理如图所示，已知溶液A的溶质是NaOH。
2．铜的电解精炼与电镀铜对比
电解精炼铜
电镀铜
电极材料
阴极
纯铜
镀件
阳极
粗铜
纯铜
电极反应式
阳极
Cu－2e－===Cu2＋等
Cu－2e－===Cu2＋
阴极
Cu2＋＋2e－===Cu
Cu2＋＋2e－===Cu
电解质溶液浓度的变化
Cu2＋减少，粗铜中比铜活泼的金属阳离子进入
电解质溶液成分及浓度均不变
【例1】　利用电解法可将含有Fe、Zn、Ag、Pt等杂质的粗铜提纯，下列叙述正确的是(　　)
A．电解时以纯铜作阳极
B．电解时阴极发生氧化反应
C．粗铜连接电源负极，其电极反应是Cu－2e－===Cu2＋
D．电解后，电解槽底部会形成含少量Ag、Pt等金属的阳极泥
解析　电解精炼铜时，粗铜应作阳极，纯铜作阴极，故A错；阳极与电池的正极相连发生氧化反应，阴极与电池的负极相连发生还原反应，故B错；粗铜连接电源的正极，发生氧化反应，故C错；金属的活动性顺序为Zn＞Fe＞Cu＞Ag＞Pt，因此Ag、Pt不会放电，以单质形式在阳极底部沉积下来，故D对。
答案　D
【反思感悟】
金属电解精炼时，溶液中增加较活泼的金属阳离子，被提纯金属阳离子的浓度减少。
变式训练1　利用如图所示装置模拟电解原理在工业生产上的应用。下列说法正确的是(　　)
A．氯碱工业中，X电极上反应式是4OH－－4e－===2H2O＋O2↑
B．电解精炼铜时，Z溶液中的Cu2＋浓度不变
C．在铁片上镀铜时，Y是纯铜
D．制取金属镁时，Z是熔融的氯化镁
答案　D
解析　氯碱工业中阳极是Cl－放电生成Cl2；电解精炼铜时阳极粗铜溶解，阴极Cu2＋放电析出Cu，溶液中Cu2＋浓度变小；铁片上镀铜时，阴极应该是铁片，阳极是纯铜。
二、有关电解计算的三种常用方法
【例2】　将两支惰性电极插入CuSO4溶液中，通电电解。
(1)当有1.0×10－3
mol的OH－放电时，溶液显浅蓝色，则在阴极上析出铜的质量是__________。
(2)若溶液的体积为1
L，忽略溶液体积变化，在标准状况下放出5.6
mL
O2时，溶液的pH是________。
解析　(1)用惰性电极电解CuSO4溶液时，电极反应式为阴极：2Cu2＋＋4e－===2Cu，阳极：4OH－－4e－===O2↑＋2H2O。当有1.0×10－3
mol的OH－放电时，生成标准状况下的O2为5.6
mL，此时转移电子为1.0×10－3
mol，则在阴极上析出Cu：0.032
g。
(2)阳极：
4OH－－4e－===2H2O＋O2↑
4
mol　　　　　　　1
mol
n　　　　　　　　　
n＝1.0×10－3
mol，消耗1.0×10－3
mol
OH－，生成1.0×10－3
mol
H＋
则c(H＋)＝＝1.0×10－3
mol·L－1
pH＝－lgc(H＋)＝－lg(1.0×10－3)＝3。
答案　(1)0.032
g　(2)3
【归纳总结】
1．有关电解计算的三种常用方法
(1)根据电子守恒法计算：用于串联电路中各电极产物的计算，其依据是电路上转移的电子数相等。
(2)根据总反应方程式计算：先写电极反应式，再写总反应方程式，最后根据总反应方程式计算。
(3)根据关系式计算：根据电子得失相等找到已知量与未知量之间的桥梁，得出计算所需的关系式。
2．电解计算的注意事项
(1)电解过程中产生的H＋或OH－，其物质的量等于转移电子的物质的量。
(2)进行电解计算时，要注意电极放电顺序，确定不同阶段的电极反应。
变式训练2　在100
mL
H2SO4和CuSO4的混合液中，用石墨作电极进行电解，两极上均收集到2.24
L气体(标准状况)，则原混合液中，Cu2＋的物质的量浓度为(　　)
A．1
mol·L－1
B．2
mol·L－1
C．3
mol·L－1
D．4
mol·L－1
答案　A
解析　分析电解H2SO4、CuSO4的混合液时阴、阳两极的电极反应可知，两极产生的气体分别为H2、O2各0.1
mol，O2是由OH－失去0.4
mol电子而得到，H2是由H＋得到
0.2
mol
电子而生成。由电子得失守恒知，还有0.2
mol电子是Cu2＋得到的，故Cu2＋的物质的量是0.1
mol，则Cu2＋的物质的量浓度为＝1
mol·L－1。
1．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
答案　A
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，会发生反应Fe－2e－===Fe2＋，Fe2＋移动到阴极上发生反应Fe2＋＋2e－===Fe，使得到的Al不纯。
2．如图为电解饱和食盐水的简单装置，下列有关说法正确的是(　　)
A．电解一段时间后，向蛋壳内的溶液中滴加几滴酚酞，呈红色
B．蛋壳表面缠绕的铁丝上发生氧化反应
C．铁丝表面生成的气体能使湿润的淀粉碘化钾试纸变蓝
D．蛋壳可阻止生成的氯气与氢气、氢氧化钠溶液接触
答案　D
解析　碳棒在蛋壳内，溶液中的Cl－在该极失电子被还原，溶液的碱性不增强，故A项错误；蛋壳表面缠绕的铁丝作阴极，H＋在该极发生还原反应得到氢气，B项错误；铁丝表面生成的气体是氢气，不能使湿润的淀粉碘化钾试纸变蓝，C项错误；蛋壳在该实验中的作用是阻止气体通过，D项正确。
3．三氧化二镍(Ni2O3)可用于制造高能电池，其电解法制备过程如下：用NaOH调NiCl2溶液pH至7.5，加入适量硫酸钠后进行电解。电解过程中产生的Cl2在弱碱性条件下生成
ClO－，把二价镍氧化为三价镍。以下说法不正确的是(　　)
A．可用铁作阳极材料
B．电解过程中阴极附近溶液的pH升高
C．阳极反应方程式为2Cl－－2e－===Cl2↑
D．1
mol二价镍全部转化为三价镍时，外电路中通过了1
mol电子
答案　A
解析　由题意知电极反应，阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑，阴极：2H＋＋2e－===H2↑，阴极溶液呈碱性，pH升高，故A错误，B正确；由Ni2＋→Ni3＋，失去1
mol
e－，外电路中转移
1
mol
e－，即Cl－失去1
mol
e－，H＋得到1
mol
e－。
4．以惰性电极电解CuSO4溶液，若阳极上产生气体的物质的量为0.010
0
mol，则阴极上析出铜的质量为(　　)
A．0.64
g
B．1.28
g
C．2.56
g
D．5.12
g
答案　B
解析　2CuSO4＋2H2O2Cu　＋　　O2↑
＋
2H2SO4
0.020
0
mol
0.010
0
mol
m(Cu)＝0.020
0
mol×64
g·mol－1＝1.28
g。
[基础过关]
一、电解饱和食盐水
1.某学生想制作一种家用环保型消毒液发生器，用石墨作电极电解饱和氯化钠溶液。通电时，为使Cl2被完全吸收，制得有较强杀菌能力的消毒液，设计了如图的装置，则对电源电极名称和消毒液的主要成分判断正确的是(　　)
A．a为正极，b为负极；NaClO和NaCl
B．a为负极，b为正极；NaClO和NaCl
C．a为阳极，b为阴极；HClO和NaCl
D．a为阴极，b为阳极；HClO和NaCl
答案　B
解析　有关反应有2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑，Cl2＋2NaOH===NaCl＋NaClO＋H2O，因阳极生成Cl2，阴极生成NaOH，为使二者充分作用，Cl2应在下端产生，从而推知电源b为正极，a为负极，消毒液的主要成分是NaCl、NaClO。
2．某溶液中含有溶质NaCl和H2SO4，它们的物质的量之比为3∶1。用石墨作电极电解溶液时，根据电极产物，可明显分为三个阶段。下列叙述不正确的是(　　)
A．阴极只析出H2
B．阳极先析出Cl2，后析出O2
C．电解最后阶段为电解水
D．溶液pH不断增大，最后为7
答案　D
解析　电解质溶液中，n(Na＋)∶n(Cl－)∶n(SO)＝3∶3∶1，开始电解产生H2和Cl2，之后相当于电解NaCl，生成OH－，最后相当于电解水，因而pH>7，阴极只生成H2。三个阶段分别为电解HCl、NaCl、H2O。
二、电镀
3．观察下列几个装置示意图，有关叙述正确的是(　　)
A．装置①工业上可用于生产金属钠，电解过程中石墨电极产生金属，此法也可用于生产活泼金属镁、铝等
B．装置②中随着电解的进行左边电极会产生红色的铜，并且电流表示数不断变小
C．装置③中的离子交换膜只允许阳离子、阴离子和小分子水通过
D．装置④的待镀铁制品应与电源正极相连
答案　B
4．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．Pt和Ag2CO3溶液
D．Pt和Ag2SO4溶液
答案　B
解析　电镀槽中，要求镀件作阴极，可用镀层金属作阳极，利用其阳极溶解提供镀层金属，也可用惰性电极材料作阳极，镀层金属则由电镀液提供；电镀液通常采用含有镀层金属离子的盐溶液，由于A、C、D中AgCl、Ag2CO3和Ag2SO4均为沉淀，只有B项符合要求。
三、电解冶炼金属
5．在冶金工业中，常用电解法得到钠、镁、铝等金属，其原因是(　　)
A．都是轻金属
B．都是活泼金属
C．成本低廉
D．化合物熔点较低
答案　B
解析　金属冶炼方法选取的主要依据是金属的活动性强弱，不活泼的金属可以用热分解法制备，如加热氧化汞；比较活泼的金属用热还原法制备，如用焦炭炼铁；活泼的金属离子很难被其他还原剂还原，只能用电解方法制备。由于钠、镁、铝是活泼金属，所以只能用电解法。
6．火法炼铜得到的粗铜中含多种杂质(如锌、金和银等)，其性能远不能达到电气工业的要求，工业上常使用电解精炼法将粗铜提纯。在电解精炼时(　　)
A．粗铜接电源负极
B．纯铜作阳极
C．杂质都将以单质形式沉积到池底
D．纯铜片增重2.56
g，电路中通过电子为0.08
mol
答案　D
解析　电解精炼铜时，用粗铜作阳极，用纯铜作阴极，所以A、B不正确；锌比铜活泼，失电子变成锌离子进入溶液中，金、银不活泼，以单质形式沉积到池底，C不正确；n(e－)＝×2＝0.08
mol，D正确。
四、电解的有关计算
7．用惰性电极电解饱和食盐水，当电源提供给0.2
mol电子时停止通电。若此时溶液体积为2
L，则所得电解液的pH是(　　)
A．1
B．8
C．13
D．14
答案　C
解析　电解食盐水时供给0.2
mol电子，则消耗的H＋为0.2
mol，同时产生OH－0.2
mol，溶液体积为2
L，pH＝13。
8．在水中加等物质的量的Ag＋、Ba2＋、Na＋、SO、NO、Cl－，将所得溶液放在用惰性电极作电极的电解槽中，通电片刻，则氧化产物与还原产物的质量比为(　　)
A．35.5∶108
B．16∶207
C．8∶1
D．108∶35.5
答案　C
解析　溶液中的六种离子，有四种发生反应生成沉淀：Ag＋＋Cl－===AgCl↓、Ba2＋＋SO===BaSO4↓，最后溶液就成了NaNO3溶液；而电解NaNO3溶液，实质就是电解水，电解方程式为2H2O2H2↑＋O2↑。氧化产物和还原产物的质量之比为m(O2)∶m(H2)＝
(1
mol×32
g·mol－1)∶(2
mol×2
g·mol－1)＝8∶1，即C项正确。
9．将含0.4
mol
CuSO4和0.4
mol
NaCl的水溶液
1
L，用惰性电极电解一段时间后，在一个电极上得到
0.3
mol
铜，求在另一个电极上析出的气体在标准状况下的体积是(　　)
A．5.6
L
B．6.72
L
C．13.44
L
D．11.2
L
答案　A
解析　阴极：0.3
mol
Cu2＋得到0.6
mol电子
阳极：失去的电子数也应为0.6
mol
2Cl－　　－　　2e－　　===　Cl2↑
0．4
mol
0.4
mol
0.2
mol
4OH－－4e－===2H2O＋O2↑
0.2
mol
0.05
mol
得到Cl2和O2共0.25
mol，标况下的体积为5.6
L。
10．如图所示的A、B两个电解池中的电极均为铂，在A池中加入0.05
mol·L－1的CuCl2溶液，B池中加入0.1
mol·L－1的AgNO3溶液，进行电解。a、b、c、d四个电极上所析出的物质的物质的量之比是(　　)
A．2∶2∶4∶1
B．1∶1∶2∶1
C．2∶1∶1∶1
D．2∶1∶2∶1
答案　A
解析　由电解规律可知：a、c为阴极，b、d为阳极。a极上析出Cu，b极上析出Cl2，c极上析出Ag，d极上析出O2。由电子守恒可得出：2e－～Cu～Cl2～2Ag～O2，所以a、b、c、d四个电极上所析出物质的物质的量之比为2∶2∶4∶1。
[能力提升]
11．右图是电解氯化钠溶液(含酚酞)的装置。
有毒气体收集的装置省略没有画出，两电极均是惰性电极。
(1)a电极的名称是____________。
(2)电解过程中观察到的现象是___________________________________________
____________________________________________________________________。
(3)鉴定N出口的气体最简单的方法是_________________________________________
_____________________________________________。
(4)电解的总反应离子方程式为___________________________________________________。
(5)若将b电极换成铁电极，写出在电解过程中U形管底部出现的现象：________________________________________________________________________。
答案　(1)阴极　(2)两极均有气泡产生；a极区溶液变成红色；b极液面上气体为黄绿色；b极区溶液变为浅黄绿色　(3)用湿润的淀粉 KI试纸检验，变蓝则是Cl2
(4)2Cl－＋2H2OCl2↑＋H2↑＋2OH－
(5)底部有白色沉淀产生，很快变为灰绿色，最终变为红褐色
解析　根据电子的流向，可以判断a极的名称，a极连接的是直流电源电子流出的一极，为负极。因此，a极是电解池的阴极，b极为阳极，产物为Cl2，检验Cl2的方法是用湿润的淀粉 KI试纸。当将b极改为铁电极时，铁失去电子变成阳离子进入溶液，与阴极放出H2后剩余的OH－结合，首先生成Fe(OH)2沉淀，然后转化为Fe(OH)3沉淀。
12．电解原理在化学工业中有着广泛的应用。某电解池装置如右图所示，其中a为电解液，X和Y均为惰性电极，则：
(1)若a为CuSO4溶液，则电解时的化学反应方程式为____________________
____________________________________________________。
(2)若电解含有0.04
mol
CuSO4和0.04
mol
NaCl
的混合溶液400
mL，当阳极产生
672
mL(标准状况下)气体时，溶液的pH＝______(假设电解后溶液体积不变)。
答案　(1)2CuSO4＋2H2O2Cu＋O2↑＋2H2SO4
(2)1
解析　(1)用惰性电极电解CuSO4溶液时，阳极OH－放电，阴极Cu2＋放电，故电解时既电解溶质又电解溶剂，由此可得电解反应式。
(2)电解混合溶液时，阳极上Cl－先放电，2Cl－－2e－===Cl2↑，0.04
mol
Cl－只能生成
0.02
mol
Cl2，即448
mL，转移0.04
mol电子，现共生成672
mL气体，说明还有224
mL气体来自于水的电解，根据反应4OH－－4e－===2H2O＋O2↑可知又转移0.04
mol电子，故电解过程中阴极共转移0.08
mol电子。阴极上Cu2＋先放电，电极反应式为Cu2＋＋2e－===Cu，现有0.04
mol
Cu2＋，恰好完全电解，由此可得整个电解过程中消耗了0.04
mol
OH－，根据水的电离可知溶液中H＋的物质的量为0.04
mol，则c(H＋)＝0.1
mol·L－1，pH＝1。
13．下图中电极a、b分别为Ag电极和Pt电极，电极c、d都是石墨电极。通电一段时间后，在c、d两极上共收集到
336
mL(标准状态)气体。回答：
(1)直流电源中，M为__________极。
(2)Pt电极上生成的物质是______，其质量为______g。
(3)电源输出电子的物质的量与电极b、c、d分别生成的物质的物质的量之比为2∶______∶______∶_________________________。
(4)AgNO3溶液的浓度________(填“增大”、“减小”或“不变”，下同)，AgNO3溶液的pH______________________，硫酸的浓度________，硫酸的pH________。
(5)若硫酸的质量分数由5.00%变为5.02%，则原有5.00%的硫酸________g。
答案　(1)正　(2)Ag　2.16　(3)2　　1
(4)不变　不变　增大　减小　(5)45.18
解析　(1)电解5.00%的稀硫酸，实际上是电解其中的水。因此在该电解池中发生反应：2H2O2H2↑＋O2↑，V(H2)∶V(O2)＝2∶1。据此可确定d极为阴极，则电源的N极为负极，M极为正极。(2)在336
mL气体中，V(H2)＝×336
mL＝224
mL，为0.01
mol；V(O2)＝×336
mL＝112
mL，为0.005
mol。说明电路上有0.02
mol电子移动，因此在b极(Pt、阴极)产生Ag：0.02
mol×108
g·mol－1＝2.16
g，即0.02
mol的Ag。(3)n(e－)∶n(Ag)∶n(O2)∶n(H2)＝0.02∶0.02∶0.005∶0.01＝2∶2∶∶1。(4)由Ag(阳)电极、Pt(阴)电极和AgNO3溶液组成的电镀池，在通电一定时间后，在Pt电极上放电所消耗溶液中Ag＋的物质的量等于Ag电极被氧化给溶液补充的Ag＋的物质的量，因此AgNO3溶液的浓度不变，溶液的pH也不变。电解5.00%的硫酸溶液，由于其中的水发生电解，因此硫酸浓度增大，由于H＋的浓度增大，故溶液的pH减小。(5)设原5.00%的硫酸为x
g，电解时消耗水0.01
mol×18
g·
mol－1＝0.18
g，则：5.00%x＝5.02%(x－0.18)，解得x＝45.18
g。
[拓展探究]
14．下图所示装置中，甲、乙、丙三个烧杯依次分别盛放100
g
5.00%的NaOH溶液、足量的CuSO4溶液和100
g
10.00%的K2SO4溶液，电极均为石墨电极。
接通电源，经过一段时间后，测得丙中K2SO4的质量分数为
10.47%，乙中c电极质量增加。据此回答问题：
(1)电源的N端为________极。
(2)电极b上发生的电极反应式为__________________________________________________。
(3)列式计算电极b上生成的气体在标准状况下的体积：_______________________________。
(4)电极c的质量变化是________g。
答案　(1)正　(2)4OH－－4e－===2H2O＋O2↑
(3)水减少的质量：100
g×≈4.5
g，生成O2的体积：××22.4
L·
mol－1＝2.8
L
(4)16
解析　由题中信息c的电极质量增加知：c极上析出铜，故
c为阴极，d为阳极，e为阴极，f为阳极。
(1)N为正极，M为负极，a为阴极，b为阳极。
(2)甲烧杯中b极上发生反应为4OH－－4e－===2H2O＋O2↑。
(3)电解K2SO4溶液实际上是电解水，设电解水的质量为m，则100
g×10.00%＝(100
g－m)×10.47%，解得m≈4.5
g，即0.25
mol
H2O，每电解2
mol
H2O转移4
mol
电子，故整个装置发生电极反应转移0.5
mol电子，产生O2的体积为V＝n·Vm＝×22.4
L·mol－1＝2.8
L。
(4)c极上析出铜的质量为×64
g·mol－1＝16
g。4.3
电解池
1
1.(2016·新乡高二检测)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】选A。可利用电解质溶液中离子的移动方向判断出电源的正负极,并写出电极反应式和反应现象。A.铜离子应移向阴极,则a为负极。B.CuCl2发生电离是在水分子的作用下完成的,并非通电才能发生。C.反应Cu2++2e-Cu应在阴极上发生,阳极上发生的反应应为2Cl--2e-Cl2↑。D.通电一段时间后,应在阳极附近观察到黄绿色气体。
2.(2016·海南高考)以石墨为电极,电解KI溶液(其中含有少量酚酞和淀粉),下列说法错误的是　(　　)
A.阴极附近溶液呈红色　　　　
B.阴极逸出气体
C.阳极附近溶液呈蓝色
D.溶液的pH变小
【解析】选D。惰性电极电解碘化钾溶液,阴极氢离子得电子生成氢气,同时生成氢氧化钾,因此溶液变红(碱使酚酞变红),A、B说法正确;阳极产生碘单质,碘使淀粉变蓝,C说法正确;阴极氢离子得电子生成氢气,同时生成氢氧化钾,碱性增强,D说法错误。
3.(2016·雅安高二检测)如图所示装置中,a、b都是惰性电极,通电一段时间后,b极附近溶液呈蓝色。下列说法中不正确的是　(　　)
A.x是正极,y是负极
B.a极产生氢气,b极生成I2
C.a极和Pt电极都有气泡产生
D.U形管中溶液的碱性增强
【解析】选A。淀粉遇碘变蓝→b极生成I2,即确定b极发生反应2I--2e-I2,则b极是阳极,x是负极,y是正极,a极H+放电,发生反应2H++2e-H2↑,产生氢气,U形管中总反应式为2KI+2H2O2KOH+H2↑+I2,溶液的碱性增强,故A错误,B、D正确;石墨为阴极,铂为阳极,电极反应分别是Cu2++2e-Cu,4OH--4e-2H2O+
O2↑,C正确。
4.某同学为了使反应2HCl
+2Ag2AgCl
+
H2↑能进行,设计了下列四个实验,如下图所示,你认为可行的方案是　(　　)
【解析】选C。银不能和盐酸反应生成氢气,所以是不能自发反应的。要实现该反应,只能是通过电解。其中银失去电子,和电源的正极相连,作阳极,电解质溶液是盐酸,所以选C。
5.铁镍蓄电池,放电时的总反应为
Fe+Ni2O3+3H2OFe(OH)2+2Ni(OH)2。
下列有关该电池的说法不正确的是　(　　)
A.电池的电解液为碱性溶液,正极为Ni2O3、负极为Fe
B.电池放电时,负极反应为Fe+2OH--2e-Fe(OH)2
C.电池充电过程中,阴极附近溶液的pH降低
D.电池充电时,阳极反应为2Ni(OH)2+2OH--2e-Ni2O3+3H2O
【解析】选C。由放电时的反应可以得出铁作还原剂失去电子,Ni2O3作氧化剂得到电子,即正极为Ni2O3、负极为Fe,故A正确;根据总反应Fe+Ni2O3+3H2OFe(OH)2+2Ni(OH)2,可以判断出铁镍蓄电池放电时Fe作负极,发生氧化反应,为还原剂,失电子生成Fe2+,碱性电解质中最终生成Fe(OH)2,负极反应为Fe+2OH--2e-Fe(OH)2,故B正确;充电可以看作是放电的逆过程,即阴极为原来的负极,所以电池放电时,负极反应为Fe+2OH--2e-Fe(OH)2,所以电池充电过程时阴极反应为Fe(OH)2+2e-Fe+2OH-,因此电池充电过程中阴极附近溶液的pH会升高,故C错误;充电时,阴极发生Fe(OH)2+2e-Fe+2OH-,阳极发生2Ni(OH)2+2OH--2e-Ni2O3+3H2O,故D正确。
6.(2016·福州高二检测)用惰性电极电解物质的量浓度相同、体积比为1∶3的CuSO4和NaCl的混合溶液,可能发生的反应有　(　　)
①2Cu2++2H2O2Cu+4H++O2↑
②Cu2++2Cl-Cu+Cl2↑
③2Cl-+2H2O2OH-+H2↑+Cl2↑
④2H2O2H2↑+O2↑
A.①②③　　　
B.①②④
C.②③④　　
　
D.仅②④
【解析】选C。混合溶液中CuSO4和NaCl的物质的量之比为1∶3,即发生电解的溶质离子Cu2+和Cl-的物质的量之比为1∶3。第一阶段电解CuCl2溶液,第二阶段电解NaCl溶液,第三阶段电解NaOH、Na2SO4混合溶液(相当于电解水)。
7.(2016·长春高二检测)如图所示装置中,当线路接通时,发现M(用石蕊试液浸润过的滤纸)a端显蓝色,b端显红色,且知甲中电极材料是锌、银,乙中电极材料是铂、铜,且乙中两电极不发生变化。回答:
(1)甲、乙分别是什么装置 ________、________。
(2)写出A、B、C、D的电极名称以及电极材料和电极反应式。
___________________________________________________________________。
【解析】由甲中电极材料知,甲为原电池,Zn为负极,银为正极,乙为电解池,C为阳极,D为阴极。
答案:(1)原电池　电解池
(2)A极(负极Zn):Zn-2e-Zn2+;
B极(正极Ag):Cu2++2e-Cu;
C极(阳极Pt):2OH--2e-H2O+O2↑;
D极(阴极Cu):2H++2e-H2↑。
【补偿训练】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________。
(2)A池中Zn发生________反应(填“氧化”或“还原”),Cu电极反应式为_______。
(3)B池中C是________极,Pt极发生电极反应式为_______________________。
(4)C池中Cu是________极,电极反应式为______________________________,
反应过程中,溶液浓度________(填“变大”“变小”或“不变”)。
【解析】(1)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。(2)原电池中电极分为正、负极,相对活泼的金属作负极,失电子发生氧化反应,金属性相对较不活泼的作正极,易知A中Zn作负极,失电子被氧化,发生反应为Zn-2e-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池总反应为上述两个半反应的和,即Zn+Cu2+Zn2++Cu。(3)电解池中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叫阳极,在外电场作用下溶液中H+和Cu2+均移向阴极碳棒,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2Cl--2e-Cl2↑,总方程式为CuCl2Cu+Cl2↑。(4)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:Cu-2e-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,因而溶液浓度维持不变。
答案:(1)A　B、C　(2)氧化　Cu2++2e-Cu
(3)阴　2Cl--2e-Cl2↑
(4)阳　Cu-2e-Cu2+　不变
8.【能力挑战题】(2016·沈阳高二检测)下图中电极a、b分别为Ag电极和Pt电极,电极c、d都是石墨电极。通电一段时间后,在c、d两极上共收集到336mL(标准状态)气体。回答:
(1)直流电源中,M为________极。
(2)Pt电极上生成的物质是________,其质量为________g。
(3)电源输出的电子,其物质的量与电极b、c、d分别生成的物质的物质的量之比为2∶________∶________∶________。
(4)AgNO3溶液的浓度________(填“增大”“减小”或“不变”,下同),AgNO3溶液的pH________,硫酸的浓度________,硫酸的pH________。
(5)若硫酸的质量分数由5.00%变为5.02%,则原有5.00%的硫酸________g。
【解析】(1)电解5.00%的稀硫酸,实际上是电解其中的水。因此在该电解池中发生反应:2H2O2H2↑+O2↑,V(H2)∶V(O2)=2∶1。据此可确定d极为阴极,则电源的N极为负极,M极为正极。
(2)在336
mL气体中,V(H2)=×336
mL=224
mL,为0.01
mol;V(O2)=×336
mL=
112
mL,为0.005
mol。说明电路上有0.02
mol电子移动,因此在b极(Pt、阴极)产生Ag:0.02
mol×108
g·mol-1=2.16
g,即0.02
mol的Ag。
(3)n(e-)∶n(Ag)∶n(O2)∶n(H2)=0.02∶0.02∶0.005∶0.01=2∶2∶∶1。
(4)由Ag(阳)电极、Pt(阴)电极和AgNO3溶液组成的电解池,在通电一定时间后,在Pt电极上放电所消耗溶液中Ag+的物质的量等于Ag电极被氧化给溶液补充的Ag+的物质的量,因此AgNO3溶液的浓度不变,溶液的pH也不变。电解5.00%的硫酸溶液,由于其中的水发生电解,因此硫酸浓度增大,由于H+的浓度增大,故溶液的pH减小。
(5)设原5.00%的硫酸为xg,电解时消耗水0.01
mol×18
g·mol-1=0.18
g,则:5.00%x=5.02%(x-0.18),解得x=45.18
g。
答案:(1)正
(2)Ag　2.16
(3)2　　1
(4)不变　不变　增大　减小
(5)45.18课后提升作业
十九
　原　电　池
(45分钟　100分)
一、选择题(本题包括11小题,每小题5分,共55分)
1.(2016·济宁高二检测)下列装置可以组成原电池的是　(　　)
【解析】选A。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。
2.(2016·大同高二检测)有关电化学知识的描述正确的是　(　　)
A.CaO+H2OCa(OH)2,可以放出大量的热,故可把该反应设计成原电池,把其中的化学能转化为电能
B.某原电池反应为Cu+2AgNO3Cu(NO3)2+2Ag,装置中的盐桥中可以是装有含琼胶的KCl饱和溶液
C.原电池的两极一定是由活动性不同的两种金属组成
D.从理论上讲,任何能自发进行的氧化还原反应都可设计成原电池
【解析】选D。CaO+H2OCa(OH)2不是氧化还原反应;KCl和AgNO3反应生成AgCl沉淀易阻止原电池反应的发生;作电极的不一定是金属,如石墨棒也可作电极。
3.(2016·平顶山高二检测)一个原电池反应的离子方程式是Zn+CZ+Cu,该原电池的正确组成是　(　　)
A
B
C
D
正极
Zn
Cu
Cu
Zn
负极
Cu
Zn
Zn
Cu
电解质溶液
CuCl2溶液
H2SO4溶液
CuSO4溶液
CuCl2溶液
【解析】选C。活泼金属为负极,且能与电解质溶液自发地发生氧化还原反应。
4.如图由锌-铜-稀H2SO4组成的原电池装置中,当导线中有0.2
mol电子通过时,理论上两极的变化是　(　　)
A.铜片增重6.4
g
B.锌片增重6.5
g
C.铜片上析出0.1
mol
O2
D.锌片溶解了6.5
g
【解析】选D。锌-铜-稀硫酸组成的原电池装置中,锌做原电池的负极,铜做正极,转移0.2
mol电子,锌片溶解6.5
g,铜片上析出氢气为0.2
g,故答案选D。
5.铜锌原电池如图工作时,下列叙述正确的是　(　　)
A.正极反应:Zn-2e-Zn2+
B.电池反应:Zn+Cu2+Zn2++Cu
C.在外电路中,电子从正极移向负极
D.盐桥中K+移向ZnSO4溶液
【解析】选B。Zn是负极,故A错误;电池总反应和没有形成原电池的氧化还原反应相同,故B正确;根据闭合回路的电流方向,在外电路中,电子由负极流向正极,故C错误;在溶液中,阳离子往正极移动,K+移向CuSO4溶液,故D错误。
【补偿训练】
(2016·温州高二检测)下图中甲和乙均是双液原电池装置。判断下列说法不正确的是　(　　)
A.甲中电池总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)能够发生
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.乙电池中有1
mol电子通过外电路时,正极有108
g
Ag析出
【解析】选B。根据甲、乙装置分析可知A项正确,且可推知Cd的活泼性强于Ag,故Ag不能置换出Cd,B项错误。
6.(2016·三亚高二检测)某原电池总反应离子方程式为2Fe3++Fe3Fe2+,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】选D。由2Fe3++Fe3Fe2+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。
7.(双选)(2016·海南高考)某电池以K2FeO4和Zn为电极材料,KOH溶液为电解质溶液。下列说法正确的是　(　　)
A.Zn为电池的负极
B.正极反应式为2Fe+10H++6e-Fe2O3+5H2O
C.该电池放电过程中电解质溶液浓度不变
D.电池工作时OH-向负极迁移
【解析】选A、D。Zn在反应中化合价升高为负极材料,A正确;K2FeO4为正极材料,KOH溶液为电解质溶液,则正极电极反应方程式为2Fe+6e-+8H2O
2Fe(OH)3+10OH-,B错误;该电池放电过程中正极生成OH-,电解质溶液浓度增大,C错误;电池工作时阴离子OH-向负极迁移,D正确。
8.(2016·宿迁高二检测)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】选B。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正确;铁在浓硫酸中钝化,不产生氢气,B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正确。
9.(2016·沈阳高二检测)人工光合作用能够借助太阳能用CO2和水制备化学原料,如图是通过人工光合作用制备HCOOH的原理示意图,下列说法中正确的是　
(　　)
A.催化剂a处通CO2气体,催化剂b处加水
B.催化剂a处发生的反应为2H2O+4e-O2↑+4H+
C.该电池的电解质溶液可采用HCOOH溶液
D.在合成HCOOH的过程中,电池内部的H+的物质的量浓度不发生改变
【解析】选C。根据电子流向,左边为负极,右边为正极,负极电极反应式为2H2O-4e-4H++O2;正极:2CO2+4e-+4H+2HCOOH。A项,a处加入H2O,b处通CO2,错误;D项,电池总反应式为2CO2+2H2O2HCOOH+O2,HCOOH电离出H+,所以H+浓度应增大。
10.(2016·大连高二检测)某合作学习小组的同学利用下列氧化还原反应设计原电池:2KMnO4+10FeSO4+8H2SO42MnSO4+5Fe2(SO4)3+K2SO4+8H2O。盐桥中装有饱和K2SO4溶液,下列叙述中正确的是　(　　)
A.乙烧杯中发生还原反应
B.甲烧杯中溶液的pH逐渐减小
C.电池工作时,盐桥中的S移向甲烧杯
D.外电路的电流方向是从a到b
【解析】选D。乙烧杯中发生氧化反应:Fe2+-e-Fe3+,A项错误;甲烧杯中发生还原反应:Mn+5e-+8H+Mn2++4H2O,c(H+)减小,pH增大,B项错误;电池工作时,乙烧杯中正电荷增多,S移向乙烧杯,C项错误;外电路的电流方向是从正极(a)到负极(b),D项正确。
11.(能力挑战题)将反应I+5I-+6H+3I2+3H2O设计成如下图所示的原电池。开始时向甲烧杯中加入少量浓硫酸,电流计指针发生偏转,一段时间后,电流计指针回到零,再向甲烧杯中滴入几滴浓NaOH溶液,电流计指针再次发生偏转。下列判断不正确的是　(　　)
A.开始加入少量浓硫酸时,乙中石墨电极上发生氧化反应
B.开始加入少量浓硫酸时,同时在甲、乙烧杯中都加入淀粉溶液,只有乙烧杯中溶液变蓝
C.电流计读数为零时,反应达到化学平衡状态
D.两次电流计指针偏转方向相反
【解析】选B。加入少量浓硫酸时,电极反应式:负极:10I--10e-5I2,正极:2I+10e-+12H+I2+6H2O。加入几滴浓NaOH溶液时,电极反应式:负极:5I2+10e-10I-,正极:I2-10e-+12OH-2I+6H2O。B项,根据电极反应可以看出,甲、乙烧杯中均有I2生成,所以甲、乙烧杯中溶液均变蓝。
二、非选择题(本题包括3小题,共45分)
12.(15分)设计两种类型的原电池,探究其能量转化率。限选材料:ZnSO4(aq)、FeSO4(aq)、CuSO4(aq);铜片、铁片、锌片和导线。
(1)完成原电池甲的装置示意图(见右上图)。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____________________。
【解析】(1)因为电子的流向是从左到右,所以,设计原电池为:左侧烧杯内盛放ZuSO4溶液,电极用锌片,右侧烧杯内盛放CuSO4溶液,电极用铜片,即可实现Zu+CuSO4ZuSO4+Cu。
(2)由所给的电极材料可知,用铜片作电极时,铜片一定是正极,则负极是溶液金属(失电子,发生氧化反应),反应现象是电极逐渐溶解,表面有红色物质析出。
(3)以锌片和铜片作电极时,如果不用盐桥,则除了发生原电池反应外还发生锌与Cu2+的置换反应,会使部分化学能以热能的方式转化掉,而盐桥的使用可避免锌和Cu2+的直接接触,从而避免了化学能转化为热能,提高电池效率。
答案:(1)
(2)电极逐渐变细
(3)甲　Zn和Cu2+不直接接触,避免两种物质直接发生反应,从而避免能量损失,提高了电池效率,提供稳定电流
13.(15分)(2016·哈尔滨高二检测)已知某原电池的电极反应是Fe-2e-Fe2+,Cu2++2e-Cu,据此设计该原电池,并回答问题。
(1)若原电池装置为上图左图,
①电极材料A是________,B是________(写名称)。
②A电极观察到的现象是______________________________。
(2)若原电池装置为上图右图,
①电极材料X可以是________(填序号,下同)。
a.铁　　　　b.铜　　　　　c.石墨
②电解质Y是________。
a.FeSO4　　　　
b.CuSO4　　　　
c.CuCl2
【解析】结合氧化还原反应的知识可知Fe-2e-Fe2+是负极反应,故Fe作负极,即B是Fe;Cu2++2e-Cu是正极反应,故A应是铜,现象是看到有红色物质析出。不含盐桥的原电池中正极材料是比负极金属活泼性差的金属或导电的非金属即可,故此时正极是铜或石墨,但负极只能是铁,电解质溶液是含不活泼金属离子的盐溶液,可为硫酸铜、氯化铜或硝酸铜溶液。
答案:(1)①铜(或碳棒)　铁　②有红色物质析出
(2)①b、c　②b、c
【补偿训练】
已知电极材料:铁、铜、银、石墨、锌、铝;电解质溶液:CuCl2溶液、Fe2(SO4)3溶液、硫酸。按要求回答下列问题:
(1)电工操作上规定:不能把铜导线和铝导线连接在一起使用。请说明原因______________________。
(2)若电极材料选铜和石墨,电解质溶液选硫酸铁溶液,外加导线,能否构成原电池 ________。若能,请写出电极反应式,负极:__________________________,
正极:______________________。(若不能,后两空不填)
(3)设计一种以铁和稀硫酸的反应为原理的原电池,要求画出装置图(需标明电极材料及电池的正、负极)。
【解析】(1)当Cu、Al导线连接时,接触到潮湿的空气就易形成原电池而铝被腐蚀。
(2)因为Fe2(SO4)3能与Cu发生反应:Fe2(SO4)3+Cu2FeSO4+CuSO4,因此根据给出条件可以设计成原电池,其负极为Cu,电极反应为Cu-2e-Cu2+,正极为石墨,电极反应为2Fe3++2e-2Fe2+。
(3)因为反应为Fe+H2SO4FeSO4+H2↑,所以负极为Fe,正极可为Cu、Ag或石墨,电解质为稀硫酸,即可画出装置图。
答案:(1)二者连接在一起时,接头处在潮湿的空气中形成原电池而铝作负极被腐蚀
(2)能　Cu-2e-Cu2+　2Fe3++2e-2Fe2+
(3)如图
14.(15分)(2016·潍坊高二检测)已知可逆反应:As+2I-+2H+As+I2+H2O。
(Ⅰ)如下图所示,若向B中逐滴加入浓盐酸,发现电流表指针偏转。
(Ⅱ)若改用向B中滴加40%的NaOH溶液,发现电流表指针与(Ⅰ)中偏转方向相反。
试回答问题:
(1)两次操作中电流表指针为什么会发生偏转
__________________________________________________________________。
(2)两次操作过程中电流表指针偏转方向为什么相反
__________________________________________________________________。
(3)操作(Ⅰ)中,C1棒上的反应为__________________________________。
(4)操作(Ⅱ)中,C2棒上的反应为__________________________________。
【解析】(Ⅰ)滴入浓盐酸,溶液中c(H+)增大,题给可逆反应平衡正向移动,I-失去电子变为I2,C1棒上产生电子,并沿外电路流向C2棒,As得电子变为As。
(Ⅱ)滴加40%的NaOH溶液将H+中和,溶液中c(H+)减小,题给可逆反应平衡逆向移动,电子在C2棒上产生,并沿外电路流向C1棒,I2得电子变为I-,As变为As。
答案:(1)两次操作中均发生原电池反应,所以电流表指针均发生偏转
(2)两次操作中,电极相反,电子流向相反,因而电流表指针偏转方向相反
(3)2I--2e-I2
(4)As+2OH--2e-As+H2O
【补偿训练】
某兴趣小组为了提高电池的效率,设计了如下图所示的原电池。
请回答下列问题:
(1)若X是AlCl3溶液,Y是稀硫酸,请你写出电极名称及电极反应:
Al片(　　)__________________________________,
Cu片(　　)__________________________________。
(2)若X是浓硝酸,Y是NaCl溶液,请你写出电极名称及电极反应:
Al片(　　)_______________________________,
Cu片(　　)_______________________________。
【解析】(1)若X是AlCl3溶液,Y是稀硫酸,实质是由Al-稀硫酸-Cu组成的原电池,由于Al比Cu活泼,所以Al为负极,失电子,被氧化为Al3+,Cu为正极,溶液中的H+得电子,被还原为H2。
(2)若X是浓硝酸,Y是NaCl溶液,实质是由Al-浓硝酸-Cu组成的原电池,由于Al遇浓硝酸钝化,不能溶解,所以Al为正极,Cu为负极,失电子,被氧化为Cu2+。
答案:(1)负极　2Al-6e-2Al3+
正极　6H++6e-3H2↑
(2)正极　2N+4H++2e-2NO2↑+2H2O
负极　Cu-2e-Cu2+4.2
化学电源
1.(2016·太原高二检测)锌锰干电池的两极分别为碳棒和锌皮,在放电时电池总反应方程式可以表示为Zn+2MnO2+2NZn2++Mn2O3+2NH3+H2O。根据上述信息,下列结论正确的是　(　　)
A.放电时正极发生反应的物质为N
B.Zn为负极,碳为正极
C.工作时,电子由碳极经外电路流向Zn极
D.长时间连续使用该电池时,内装糊状物不会流出
【解析】选B。在电池的正极上发生的是得电子的还原反应,是总反应中氧化剂发生反应的电极。由锌锰干电池的总反应式可知,MnO2与N发生的反应为正极反应。根据原电池的工作原理可知,相对活泼(指金属性)的一极为负极,相对不活泼的一极为正极,B项正确;在外电路,电子从负极流向正极,C项错误;长时间连续使用该电池,由于锌皮慢慢溶解而破损,糊状物很可能流出而腐蚀用电器,D项错误。
【补偿训练】(2016·聊城高二检测)某同学在超市看到一种电池外壳的纸层包装,印有如图所示的文字。下列有关说法错误的是　(　　)
A.该电池不是可充电干电池
B.该电池用过之后不可以随意丢弃,要集中回收处理
C.该电池含有重金属元素
D.该电池工作时,外电路中每通过0.2mol
e-,锌的质量理论上减少3.25g
【解析】选D。电池工作时,锌失去电子,电极反应为Zn-2e-Zn2+,外电路每通过0.2mol电子,锌的质量理论上应减少6.5g,所以D项错误。
2.(2016·济宁高二检测)关于铅蓄电池的说法正确的是　(　　)
A.在放电时,正极发生的反应是Pb(s)+S(aq)PbSO4(s)+2e-
B.在放电时,该电池的负极材料是铅板
C.在充电时,电池中硫酸的浓度不断变小
D.在充电时,阳极发生的反应是PbSO4(s)+2e-Pb(s)+S(aq)
【解析】选B。A项中电池放电时正极应发生还原反应,电极反应为PbO2+4H++S+2e-PbSO4+2H2O;C项中电池充电时硫酸的浓度应不断增大;D项中电池充电时阳极反应应为放电时正极反应的逆反应,即应发生氧化反应。
3.(2016·温州高二检测)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.由O2放电的a极为电池的负极
B.由H2放电的b极为电池的正极
C.a极对应的电极反应式为O2+2H2O+4e-4OH-
D.该电池的总反应方程式为2H2+O22H2O
【解析】选D。固体介质允许O2-通过,说明为非水体系,因此C项中a极反应式不正确,这种表达是水溶液中进行的反应,a极反应式应该是O2+2e-O2-,b极反应式:H2-2e-2H+,总反应方程式是H2+O2H2O。
4.(2016·长春高二检测)我国科学家报道了如图所示的水溶液锂离子电池体系。下列叙述错误的是　(　　)
A.a为电池的正极
B.电池充电反应为LiMn2O4Li1-xMn2O4+xLi
C.放电时,a极锂的化合价发生变化
D.放电时,溶液中Li+从b向a迁移
【解析】选C。锂离子电池中,b电极为Li,放电时,Li失电子为负极,LiMn2O4得电子为正极,所以a为电池的正极,故A正确;充电时,Li+在阴极得电子,LiMn2O4在阳极失电子,电池充电反应为LiMn2O4Li1-xMn2O4+xLi,故B正确;放电时,a为正极,正极上Li1-xMn2O4中锰元素得电子,所以锂的化合价不变,故C错误;放电时,溶液中阳离子向正极移动,即溶液中Li+从b向a迁移,故D正确。
5.高铁电池是一种新型可充电电池,与普通高能电池相比,该电池能长时间保持稳定的放电电压。高铁电池的总反应为3Zn+2K2FeO4+8H2O3Zn(OH)2+2Fe(OH)3
+4KOH,下列叙述不正确的是　(　　)
A.放电时负极反应式为Zn-2e-+2OH-Zn(OH)2
B.充电时阳极发生氧化反应
C.放电时每转移3mol电子,正极有1mol
K2FeO4被氧化
D.放电时正极附近溶液的碱性增强
【解析】选C。该电池放电时负极发生氧化反应:Zn-2e-+2OH-Zn(OH)2,正极发生还原反应:Fe+3e-+4H2OFe(OH)3+5OH-,正极附近溶液碱性增强,D正确,C不正确;充电时阳极发生氧化反应,B正确。
【方法规律】电极反应的书写方法
(1)先确定原电池的正、负极,列出正、负极上的反应物质,并标出相同数目电子的得失。
(2)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。
6.美国加州Miramar海军航空站安装了一台250kW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1mol
H2O时,转移4mol电子
C.放电时C向负极移动
D.放电时C向正极移动
【解析】选C。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1mol水,转移2mol电子,故B项错误;放电时,C向负极移动,C项正确;D项错误。
7.(2016·厦门高二检测)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-。
根据上述反应式,完成下列题目。
(1)判断下列叙述中正确的是________。
A.在使用过程中,电解质KOH被不断消耗
B.使用过程中,电子由Ag2O极经外电路流向Zn极
C.Zn是负极,Ag2O是正极
D.Zn电极发生还原反应,Ag2O电极发生氧化反应
(2)写出电池的总反应式:________________________________。
(3)使用时,负极区的pH________(填“增大”“减小”或“不变”,下同),正极区的pH________,电解质溶液的pH________。
【解析】由正、负电极反应式可知:Zn电极为负极,发生氧化反应,负极区pH减小,Ag2O为正极,发生还原反应,正极区pH增大;使用时电子由Zn极流向Ag2O极,正、负极反应式相加可得总反应式为Zn+Ag2O+H2OZn(OH)2+2Ag,故电解质KOH未被消耗,电解质溶液的pH不变。
答案:(1)C
(2)Zn+Ag2O+H2OZn(OH)2+2Ag
(3)减小　增大　不变
【补偿训练】(2016·大同高二检测)(1)Zn-MnO2干电池应用广泛,其电解质溶液是ZnCl2-NH4Cl混合溶液。该电池的负极材料是__________。电池工作时,电子流向________(填“正极”或“负极”)。若ZnCl2-NH4Cl混合溶液中含有杂质Cu2+,会加速某电极的腐蚀,其主要原因是__________________________________。
(2)如图为钠硫高能电池的结构示意图,该电池的工作温度为320℃左右,电池反应为2Na+xSNa2Sx,正极的电极反应式为______________________________。
M(由Na2O和Al2O3制得)的两个作用是__________________________________。
__________________________________________________________________
与铅蓄电池相比,当消耗相同质量的负极活性物质时,钠硫电池的理论放电量是铅蓄电池的________倍。
【解析】(1)负极是失电子的一极,Zn所失电子由负极经外电路流向正极。锌与还原出来的铜构成铜锌原电池而加快锌的腐蚀。(2)正极上是S得到电子发生还原反应:xS+2e-;要形成闭合回路,M必须是能使离子在其中定向移动的,故M的两个作用是导电和隔膜;假设消耗的质量都是207g,则铅蓄电池能提供的电子为2mol,而钠硫电池提供的电子为mol,故钠硫电池的放电量是铅蓄电池的4.5倍。
答案:(1)Zn(或锌)　正极　锌与还原出来的铜构成铜锌原电池而加快锌的腐蚀
(2)xS+2e-　离子导电(导电或电解质)和隔离钠与硫　4.5
8.【能力挑战题】(2016·长沙高二检测)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。如图是钒电池基本工作原理示意图:
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++H2OV2++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+
【补偿训练】(2016·鞍山高二检测)科学家预言,燃
料电池将是21世纪获得电能的重要途径,美国已计划将甲醇燃料电池用于军事。一种甲醇燃料电池采用铂或碳化钨作为电极催化剂,在稀硫酸电解液中直接加入纯化后的甲醇,同时向一个电极通入空气。
回答下列问题:
(1)这种电池放电时发生的化学反应方程式是___________________________。
(2)此电池正极发生的电极反应式是___________________________________,
负极发生的电极反应式是_________________________________________。
(3)电解液中的H+向________极移动,向外电路释放电子的电极是________。
(4)比起直接燃烧燃料产生电力,使用燃料电池有许多优点,其中主要有两点:首先是燃料电池能量转化效率高,其次是_________________________________。
【解析】甲醇燃料电池实质就是利用CH3OH燃料在氧气中反应来提供电能。CH3OH作负极,发生氧化反应,电极反应为2CH3OH+2H2O-12e-2CO2+12H+;氧气在正极的电极反应为3O2+12H++12e-6H2O,两反应相加得总反应式。在电池中,负极释放电子传到正极上,故H+向正极移动。甲醇反应产物为CO2和H2O,对环境无污染。
答案:(1)2CH3OH+3O22CO2+4H2O
(2)3O2+12H++12e-6H2O
2CH3OH+2H2O-12e-2CO2+12H+
(3)正　负极
(4)对环境无污染课时提升作业(十七)
电　解　池
(25分钟·50分)
一、选择题(本题包括8小题，每小题4分，共32分)
1.(2015·聊城高二检测)下列叙述中错误的是(　　)
A.电解池是电能转化为化学能的装置
B.原电池跟电解池连接后，电子从原电池负极流向电解池阳极
C.电镀时，电镀池里的阳极材料发生氧化反应
D.电解饱和食盐水时，阴极得到氢氧化钠溶液和氢气
【解析】选B。电解池中电能转化为化学能，A正确；原电池跟电解池连接后，电子从原电池负极流向电解池阴极，因此B错误；电镀时，电镀池里的阳极材料发生氧化反应；电解饱和食盐水时，阴极反应为2H++2e-H2↑，阴极区得到氢氧化钠溶液和氢气，所以选项C、D正确。
2.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】选D。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，阴离子向阳极移动，阳离子向阴极移动，因此B、C两项都错误，只有D项正确。
3.(2015·南京高二检测)利用电解法可将含有Fe、Zn、Ag、Pt等杂质的粗铜提纯，下列叙述正确的是(　　)
A.电解时以纯铜作阳极
B.电解时阴极发生氧化反应
C.粗铜接电源负极，其电极反应式是Cu-2e-Cu2+
D.电解后，电解槽底部会形成含少量Ag、Pt等金属的阳极泥
【解析】选D。电解法精炼金属铜时，粗铜作阳极，失去电子，逐渐溶解，Cu2+得到电子后析出，附着在阴极上，故纯铜作阴极；在电解池中，阴极接电源的负极，发生还原反应，阳极接电源的正极，发生氧化反应，A、B、C错误；越活泼的金属越易失去电子，故比铜活泼的Fe、Zn先失去电子，变成Fe2+、Zn2+进入溶液，然后是铜失去电子，变成Cu2+进入溶液，因Ag、Pt等金属不如铜活泼，故在铜溶解后便沉淀在阳极底部成为阳极泥，D正确。
4.(2015·长沙高二检测)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】选B。既然电解一段时间后，向剩余电解质溶液中加水，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、含氧酸和活泼金属的含氧酸盐，如Na2SO4。
【方法规律】电解后电解质溶液恢复的方法
电解后要恢复原电解质溶液的浓度，需加适量的某物质，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，使水的量增加。
5.(2015·昆明高二检测)某同学欲完成反应Cu+H2SO4CuSO4+H2↑而设计了下列四个装置，你认为可行的是(　　)
【解析】选C。Cu+H2SO4CuSO4+H2↑是非自发氧化还原反应，为使该反应能发生，应采用电解装置。Cu被腐蚀，应接电源的正极作为阳极。电解质溶液选用硫酸溶液。
6.(2015·张家界高二检测)如图两装置中，溶液体积均为200
mL，开始时，电解质溶液的浓度为0.1
mol·L-1，工作一段时间后，测得导线上都通过0.02
mol电子。若不考虑溶液体积的变化，则下列叙述中正确的是(　　)
A.同条件时产生气体体积：①=②
B.电极上析出固体质量：①<②
C.电极反应式：
　①中阳极：4OH--4e-2H2O+O2↑
　②中负极：2H++2e-H2↑
D.溶液的pH变化：①变小　②变大
【解析】选D。图①为电解池，电极反应为阴极：Cu2++2e-Cu，阳极：4OH--4e-
O2↑+2H2O。图②为原电池，电极反应为正极：2H++2e-H2↑，负极：Zn-2e-Zn2+，导线上通过0.02
mol电子时，①中阴极生成0.01
mol
Cu，阳极生成0.005
mol
O2，②中正极生成H2
0.01
mol，负极溶解Zn
0.01
mol，①中OH-放电使溶液中c(H+)变大，pH变小，②中c(H+)减小，pH变大。
【互动探究】(1)将①②的溶液互换，各有什么现象？
提示：①电解水，两极都有气泡产生，右侧电极产生的气泡多；②溶液的颜色变浅，Cu棒变粗。
(2)工作一段时间后，当导线上通过0.02
mol电子时，①中溶液的pH是多少？
提示：①中阳极发生：4OH--4e-O2↑+2H2O，余下H+，通过0.02
mol电子，则生成n(H+)=0.02
mol，c(H+)=0.02
mol÷0.2
L=0.1
mol·L-1，pH=1。
7.(2015·长春高二检测)下图装置分别通电一段时间后，溶液的质量增加的是
(　　)
【解析】选D。A项，实质是电解水，2H2O2H2↑+O2↑，溶液质量减少。B项，电解CuCl2，CuCl2Cu+Cl2↑，溶液质量减少。C项，阳极是活泼电极Cu，电极反应Cu-2e-Cu2+，阴极反应：Cu2++2e-Cu，溶液质量无变化。D项，阳极是活泼电极Ag，电极反应2Ag-2e-2Ag+，阴极反应：Cu2++2e-Cu，总反应2Ag+Cu(NO3)22AgNO3+Cu，溶液质量增大。
【补偿训练】用石墨作电极，电解1
mol·L-1下列物质的溶液，溶液的pH保持不变的是(　　)
A.HCl
B.NaOH
C.Na2SO4
D.NaCl
【解析】选C。由阴、阳离子的放电顺序知，电解HCl溶液实质是电解HCl，使pH增大，电解NaOH、Na2SO4溶液的实质是电解水，电解质溶液的浓度增大，故NaOH的pH增大，但Na2SO4的pH不变，电解NaCl生成NaOH，使pH增大。
8.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】选B。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：阳离子放电顺序：Cu2+>H+>Na+，阴离子放电顺序：Cl->OH->S、N，则阴极反应式：Cu2++2e-Cu，阳极反应式：2Cl--2e-
Cl2↑。
【互动探究】若上题中各物质按物质的量1∶1∶1混合，电解反应可分为几个阶段？
提示：3个阶段。第一阶段电解的是Cu(NO3)2和NaCl；第二阶段电解的是Cu(NO3)2和H2O；第三阶段电解的是水。
二、非选择题(本题包括2小题，共18分)
9.(9分)如图装置闭合电键时，电流表A的指针将发生偏转。试回答下列问题。
(1)A池是______，Zn的电极名称是________；B池是______，Pt的电极名称是________(填“电解池”“原电池”“阴极”“阳极”“正极”“负极”等)。
(2)写出下列有关反应：
Cu极上电极反应：________________________；
C极上电极反应：_________________________。
(3)B池中的总反应的化学方程式为_____________________。
(4)如果要用B池给铁片上镀上一层Cu，则B池应作何改进________________。
【解析】(1)A池是原电池，Zn活泼性强，为负极。B池为电解池，Pt电极与Cu相连，为阳极。
(2)Cu电极为正极，发生反应：2H++2e-H2↑，C电极为阴极，发生反应：Cu2++2e-Cu。
(3)B池为电解CuSO4溶液：2CuSO4+2H2O2Cu+2H2SO4+O2↑。
(4)给铁片镀铜，则Pt电极(阳极)换成Cu，C电极(阴极)换成铁片。
答案：(1)原电池　负极　电解池　阳极
(2)2H++2e-H2↑　Cu2++2e-Cu
(3)2CuSO4+2H2O2Cu+2H2SO4+O2↑
(4)Pt电极换为Cu电极，C电极换为铁片
10.(9分)(2015·山东高考节选)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________电极迁移(填“A”或“B”)。
【解析】B极区产生H2，同时生成LiOH，则B极区电解液为LiOH溶液；电极A为阳极，阳极区电解液为LiCl溶液，根据放电顺序，阳极上Cl-失去电子，则阳极电极反应式为2Cl--2e-Cl2↑；根据电流方向，电解过程中Li+向B电极迁移。
答案：LiOH　2Cl--2e-Cl2↑　B
(30分钟·50分)
一、选择题(本题包括5小题，每小题6分，共30分)
1.(2015·洛阳高二检测)用阳极X和阴极Y电解Z的水溶液，电解一段时间后，再加入W，能使溶液恢复到电解前的状态，符合题意的一组是(　　)
组号
X
Y
Z
W
A
C
Fe
NaCl
H2O
B
Pt
Cu
CuSO4
CuSO4溶液
C
C
C
H2SO4
H2O
D
Ag
Fe
AgNO3
AgNO3晶体
【解析】选C。A中，电解NaCl，生成NaOH、H2、Cl2，加水显然不能恢复到电解前的状态，应通入适量的HCl气体；B中，电解CuSO4溶液时S的物质的量没变，加CuSO4溶液不能恢复到电解前的状态；C中，电解H2SO4溶液实质是电解水，再加适量水，可恢复到电解前的状态；D中，实质是在铁上镀银，AgNO3溶液浓度不变，不需加AgNO3晶体。
2.(双选)(2015·石家庄高二检测)金属镍有广泛的用途，粗镍中含有少量的Fe、Zn、Cu、Pt等杂质，可用电解法制备高纯度的镍，下列叙述中正确的是(已知氧化性Fe2+A.阳极发生还原反应，其电极反应式为Ni2++2e-Ni
B.电解过程中，阳极质量减少与阴极质量的增加不相等
C.电解后，溶液中存在的金属阳离子只有Fe2+和Zn2+
D.电解后，电解槽底部的阳极泥中有Cu和Pt
【解析】选B、D。阳极发生氧化反应。电解后溶液中的阳离子主要为Ni2+。根据金属原子的还原性顺序和金属阳离子的氧化性顺序知，阳极反应为Zn-2e-Zn2+，Fe-2e-Fe2+，Ni-2e-Ni2+，Cu、Pt在该条件下不失电子，阴极反应为Ni2++2e-Ni，Fe2+、Zn2+在该条件下不得电子。两电极通过电量相等，但阳极减少质量与阴极增加质量不相等。
3.(2015·烟台高二检测)Cu2O是一种半导体材料，基于绿色化学理念设计的制取Cu2O的电解池示意图如图所示，电解总反应为2Cu+H2OCu2O+H2↑。下列说法正确的是(　　)
A.石墨电极上产生氢气
B.铜电极发生还原反应
C.铜电极接直流电源的负极
D.当转移0.1
mol电子时，有0.1
mol
Cu2O生成
【解析】选A。石墨作阴极，阴极上是溶液中的H+反应，电极反应为2H++2e-
H2↑，A选项正确；由电解总反应可知，Cu参加了反应，所以Cu作电解池的阳极，发生氧化反应，B选项错误；铜与电源的正极相连，C选项错误；阳极反应为2Cu+2OH--2e-Cu2O+H2O，当有0.1
mol电子转移时，有0.05
mol
Cu2O生成，D选项错误。
4.(2015·濮阳高二检测)用如图所示的装置进行实验，反应一段时间后断开K，向右侧烧杯中加入0.1
mol
CuO后CuSO4溶液恰好恢复到反应前的浓度和pH。下列说法中不正确的是(　　)
A.铜棒为正极，电极反应式为2H++2e-H2↑
B.烧杯右侧碳棒为阴极，表面有红色物质析出
C.反应中消耗锌的质量为13
g
D.导线中通过电子的物质的量为0.2
mol
【解析】选C。该装置左侧部分为原电池，Zn为负极，失电子溶解，Cu为正极，电极反应为2H++2e-H2↑，该原电池作电源对CuSO4溶液进行电解，烧杯右侧碳棒为阴极，电极反应为Cu2++2e-Cu，据n(CuO)=n(Cu)=0.1
mol，故导线中转移电子数为0.2
mol，溶解的锌为0.1
mol×65
g·mol-1=6.5
g，故只有C错误。
【互动探究】两个装置产生气体体积的比值是多少？
提示：左侧装置产生气体的反应为2H++2e-H2↑，右侧装置产生气体的反应为4OH--4e-O2↑+2H2O，由电子守恒知，左右两个装置产生气体体积的比值为
2∶1。
5.(2015·四川高考)用下图所示装置除去含CN-、Cl-的废水中的CN-时，控制溶液pH为9～10，阳极产生的ClO-将CN-氧化为两种无污染的气体。下列说法不正确的是(　　)
A.用石墨作阳极，铁作阴极
B.阳极的电极反应式：Cl-+2OH--2e-ClO-+H2O
C.阴极的电极反应式：2H2O+2e-H2↑+2OH-
D.除去CN-的反应：2CN-+5ClO-+2H+N2↑+2CO2↑+5Cl-+H2O
【解析】选D。A选项石墨作阳极，为惰性电极，溶液中的Cl-放电，电极反应式：Cl-+2OH--2e-ClO-+H2O，铁作阴极，在碱性环境下发生2H2O+2e-H2↑+2OH-，故A、B、C正确；D选项pH为9～10的碱性溶液不可能是H+参加反应，离子反应应为2CN-+5ClO-+H2ON2↑+2CO2↑+5Cl-+2OH-。
二、非选择题(本题包括2小题，共20分)
6.(10分)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。电解一段时间后，将CO2连续通入电解液中。
(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)，则使阴极区域溶液变红；Cl-、OH-移向阳极，Cl-在阳极放电，2Cl--2e-Cl2↑，总反应方程式为2Cl-+2H2OCl2↑+H2↑+2OH-；电解一段时间后，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极均有气泡生成
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
7.(10分)(2015·资阳高二测)如图装置所示，C、D、E、F、X、Y都是惰性电极，甲、乙中溶液的体积和浓度都相同(假设通电前后溶液体积不变)，A、B为外接直流电源的两极。将直流电源接通后，F极附近呈红色。
请回答：
(1)B极是电源的________，一段时间后，甲中溶液颜色____________________，
丁中X极附近的颜色逐渐变浅，Y极附近的颜色逐渐变深，这表明__________，
在电场作用下向Y极移动。
(2)若甲、乙装置中的C、D、E、F电极均只有一种单质生成时，对应单质的物质的量之比为________。
(3)现用丙装置给铜件镀银，则H应该是________(填“镀层金属”或“铜件”)，电镀液是________溶液。当乙中溶液的pH是13时(此时乙溶液体积为500
mL)，丙中镀件上析出银的质量为________，甲中溶液的pH________(填“变大”“变小”或“不变”)。
(4)若将C电极换为铁，其他装置都不变，则甲中发生总反应的离子方程式是__
_________________________________________________。
【解析】(1)F极附近呈红色，说明F是阴极，E是阳极，则A为正极，B为负极。甲中因Cu2+放电使溶液颜色变浅。丁中Y极附近颜色变深，说明Fe(OH)3胶粒向阴极移动，即Fe(OH)3胶粒带正电荷。(2)C、D、E、F的电极产物分别为O2、Cu、Cl2、H2，由于电路中通过的电量相等，所以其物质的量之比为1∶2∶2∶2。
(3)乙中溶液pH=13，生成n(NaOH)=0.1
mol·L-1×0.5
L=0.05
mol，电路中通过的电子的物质的量为0.05
mol，所以丙中镀件上析出银的质量为0.05
mol×
108
g·mol-1=5.4
g。(4)当活泼金属作阳极时，金属先于溶液中的阴离子放电而溶解，故甲中发生反应的离子方程式为Fe+Cu2+Fe2++Cu。
答案：(1)负极　变浅　氢氧化铁胶体粒子带正电荷
(2)1∶2∶2∶2
(3)铜件　AgNO3　5.4
g　变小
(4)Fe+Cu2+Cu+Fe2+
【方法规律】解答有关电解问题的步骤
(1)首先要判定是否为电解池，有外接直流电源则为电解池，否则不是电解池。
(2)对于电解池，首先要考虑阳极材料，若为惰性电极，溶液中的阴离子被氧化；若为活泼金属电极，则被氧化的是电极本身。
(3)若溶液中的阴、阳离子有多种，则根据离子放电顺序判定什么离子先放电，什么离子后放电，并写出电极反应式。
(4)根据电极反应式解答相关问题。(共43张PPT)
第二节　化学电源
阅读思考
自主检测
任务一、认真阅读教材第74页的内容,思考回答下列问题,自主学习化学电源的概述。
1.化学电池与其他能源相比有何优点
提示与其他能源相比,电池有许多优点。例如,它的能量转换效率较高,供能稳定可靠,可以制成各种形状和大小、不同容量和电压的电池及电池组,使用方便,易于维护,并可在各种环境下工作。
2.如何判断一种电池的优劣或是否适合某种需要
提示判断一种电池的优劣或是否适合某种需要,主要看这种电池单位质量或单位体积所能输出电能的多少[比能量,单位是(W·h)/kg,(W·h)/L],或者输出功率的大小(比功率,单位是W/kg,W/L)以及电池的可储存时间的长短,除特殊情况外,质量轻、体积小而输出电能多、功率大、可储存时间长的电池,更适合使用者的需要。
阅读思考
自主检测
任务二、认真阅读教材第75~78页的内容,思考回答下列问题:
1.市售的一次电池常见的品种有哪些
提示市售一次电池品种很多,除熟知的普通锌锰干电池外,还有碱性锌锰电池、锌银电池、锂电池等。
2.画一个碱性锌锰干电池的构造图,并标出正、负极及电池各部分的名称。
提示
　
碱性锌锰电池的构造
阅读思考
自主检测
3.铅蓄电池由哪几部分构成 铅蓄电池有哪些优缺点
提示铅蓄电池是最常见的二次电池,它由两组栅状极板交替排列而成,正极板上覆盖有PbO2,负极板上覆盖有Pb,电解质是H2SO4溶液。
优点:电压稳定、使用方便、安全可靠、价格低廉。
缺点:比能量低、笨重、废弃电池污染环境。
4.什么是燃料电池 燃料电池和一般化学电池相比有何特点
提示燃料电池是一种连续地将燃料和氧化剂的化学能直接转换成电能的化学电池。它与一般化学电池不同,一般化学电池的活性物质储存在电池内部,故而限制了电池的容量,而燃料电池的电极本身不包含活性物质,只是一个催化转化元件。它工作时,燃料和氧化剂连续地由外部供给,在电极上不断地进行反应,生成物不断地被排出,于是电池就连续不断地提供电能。
阅读思考
自主检测
1.下列有关化学电源的说法中不正确的是(　　)
A.化学电池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.锌银电池的电解质是KOH,负极材料是Zn
D.一次电池包括碱性锌锰电池、锌银电池、锂电池等
答案:B
阅读思考
自主检测
2.据报道,锌电池可能取代目前广泛使用的铅蓄电池,因为锌电池容量更大,而且没有铅污染。其电池反应为2Zn+O2
2ZnO,原料为锌粒、电解质和空气,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.电解质可能是强酸
答案:B
阅读思考
自主检测
3.燃料电池是一种新型电池,它利用燃料在反应过程中把化学能直接转化为电能。氢氧燃料电池的基本反应如下:X极,
下列判断中,正确的是(　　)
A.X是负极
B.Y是正极
C.Y极发生还原反应
D.Y极发生氧化反应
答案:D
重点难点探究
重要考向探究
随堂检测
探究问题
1.以甲烷燃料电池为例,说明如何根据总反应式(CH4+2O2+2KOH
K2CO3+3H2O)书写电池的电极反应式
提示根据总反应式书写电极反应式一般遵循如下步骤:
①根据总反应式标变价元素的化合价,根据化合价的变化写出氧化反应或还原反应:CH4被氧化,氧化产物是K2CO3,碳元素升高8价,转移电子数为8,所以氧化反应为CH4-8e-——
(电极反应式写离子方程式)。
重点难点探究
重要考向探究
随堂检测
重点难点探究
重要考向探究
随堂检测
2.给可充电电池充电时,如何对接外接电源 以铅蓄电池为例,说明充电过程和放电过程的区别与联系是什么
提示①可充电电池充放电时的接法:
重点难点探究
重要考向探究
随堂检测
重点难点探究
重要考向探究
随堂检测
知识点拨
一、化学电池
1.定义
化学电池是将化学能转变成电能的装置。
2.化学电池的分类
重点难点探究
重要考向探究
随堂检测
二、常见的化学电池
1.一次电池
(1)碱性锌锰电池:
①组成:
正极:MnO2;负极:Zn;电解质:KOH。
②工作原理:
重点难点探究
重要考向探究
随堂检测
(2)银锌电池:
①组成:
负极:Zn,正极:Ag2O,电解质:KOH。
②工作原理:
重点难点探究
重要考向探究
随堂检测
2.二次电池(以铅蓄电池为例)
(1)组成:
正极:PbO2;负极:Pb;电解质:H2SO4。
(2)工作原理:
铅蓄电池是最常见的二次电池,其电极反应分为放电和充电两个过程。
①放电过程的电极反应、总反应:
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重要考向探究
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重点难点探究
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(3)离子移动的方向:
充电电池放电时,电池中阳离子移向正极,阴离子移向负极,电子按负极→用电器→正极方向流动,形成电流,对用电器做功;充电时,电池中阳离子移向阴极,阴离子移向阳极,电子按“外接电源的负极→充电电池的阴极∣溶液中阳离子移向阴极,阴离子移向阳极∣充电电池的阳极→外接电源的正极”方向流动,形成电流,给充电电池充电。
3.燃料电池
(1)工作原理:
①连续地将燃料和氧化剂的化学能直接转换成电能。
②燃料电池的电极本身不参与氧化还原反应,只是一个催化转化元件。
③工作时,燃料和氧化剂连续地由外部供给,在电极上不断地进行反应,生成物不断地被排出。
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(2)氢氧燃料电池:
氢氧燃料电池的构造:
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考向一　化学电源原理的应用
【例题1】
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(　　)
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
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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项错误;在微生物的作用下,该装置为原电池装置,反应速率增大,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
规律方法点拨
(1)写电极反应式时,一定要注意电解质是什么,其中阴、阳离子要和电极反应式中出现的离子相对应,在碱性电解质中,电极反应式中不能出现H+;在酸性电解质中,电极反应式中不能出现OH-。
(2)正、负两极的电极反应式在得失电子相等时相加,即得总反应式。
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成功体验1近年来AIST报告正在研制一种“高容量、低成本”锂-铜空气燃料电池。该电池通过一种复杂的铜腐蚀“现象”产生电力,其中放电过程为
下列说法不正确的是(　)
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答案:B
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考向二　充电电池原理的应用
【例题2】
高铁电池是一种新型可充电电池,与普通高能电池相比,该电池能长时间保持稳定的放电电压。高铁电池的总反应为3Zn+2K2FeO4+8H2O
3Zn(OH)2+2Fe(OH)3+4KOH。下列叙述不正确的是(　　)
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答案:C
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规律方法点拨
充电电池电极反应式书写时应注意的问题:
书写充电电池的电极反应式时,首先从放电过程入手,首先分析反应的总方程式,放电时负极发生氧化反应:元素化合价升高,通常是电极本身或电极中充入的气体失电子,正极则发生还原反应,元素的化合价降低;
其次分析充电过程:充电时的阴极反应式与放电时的负极反应式书写方向正好相反,充电时的阳极反应式与放电时的正极反应式书写方向相反;
第三,书写时特别注意两极反应生成的离子能否在电解质溶液中共存,若不能共存,则该离子还应与电解质溶液中的某种离子发生反应。
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成功体验2一种碳纳米管能够吸附氢气,可做充电电池(如图所示)的碳电极,该电池的电解质溶液为6
mol·L-1
KOH溶液,下列说法中正确的是(　　)
A.充电时将碳电极与电源的正极相连
B.充电时阴极发生氧化反应
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解析:A项,碳纳米管能够吸附氢气,可做充电电池的负极,放电时氢气发生氧化反应,故充电时该电极与外接电源的负极相连,错误;B项,充电时阳极发生氧化反应,阴极发生还原反应,错误;C项,放电时镍电极为正极,得到电子,发生还原反应,其电极反应为:NiO(OH)+H2O+e-
Ni(OH)2+OH-,正确;D项,放电时碳电极反应为:H2-2e-+2OH-
2H2O,错误。
答案:C
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考向三　燃料电池原理的应用
【例题3】
一种熔融碳酸盐燃料电池原理示意如图。下列有关该电池的说法正确的是(　　)
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答案:D
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规律方法点拨
书写燃料电池的电极反应式应注意的问题:
(1)电池的负极一定是可燃性气体,失电子,发生氧化反应。电池的正极一定是助燃性气体(一般是O2),得电子,发生还原反应。
(2)电极材料一般不参加化学反应,只起传导电子的作用。
(3)电极反应式作为一种特殊的离子方程式,也必须遵循原子守恒、电荷守恒规律。
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成功体验3
氢氧燃料电池是符合绿色化学理念的新型发电装置。
右图为电池示意图,该电池电极表面镀了一层细小的
铂粉,铂吸附气体的能力强,性质稳定。请回答:
(1)氢氧燃料电池的能量转化主要形式是　
　,
在导线中电子的流动方向为　　　　(用a、b表示)。
电池中的交换膜为阴离子交换膜,则溶液中OH-的移
动方向为由　　　　池移向　　　　池(填“左”或“右”)。
(2)负极反应式为　　　　　　　　　　　　　　,正极反应式为　
。
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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
解析:二次电池,即可充电电池,所以A项对。B中,在原电池中,活泼金属Zn是负极,负极失电子发生氧化反应,因此电子的流向是由负极(锌电极)流向正极(铜电极),B项错。
答案:B
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2.碱性电池具有容量大、放电电流大的特点,故得到广泛应用。锌锰碱性电池以KOH溶液为电解液,电池总反应式为
下列说法错误的是(　　)
A.电池工作时,锌失去电子
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,锌的质量理论上减小6.5
g
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答案:C
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解析:原电池中负极发生氧化反应,正极发生还原反应,通氧气的一极为正极,选项A不正确;根据电极反应式和电子守恒可知参加反应的氧气与C2H6的物质的量之比为7∶2,选项B正确;C项,由电极反应式可知,放电一段时间后,KOH的物质的量浓度减小,选项C不正确;负极周围的OH-参与电极反应,不断减少,水电离产生的H+就不断增加,
向负极移动,选项D不正确。
答案:B
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4.生产铅蓄电池时,在两极板上的铅、锑合金栅架上均匀涂上膏状的PbSO4,干燥后再安装,充电后即可使用,发生的反应是
下列对铅蓄电池的说法错误的是(　　)
A.需要定期补充硫酸
B.工作时铅是负极,PbO2是正极
D.工作时电解质溶液的密度减小
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解析:铅蓄电池在工作时相当于原电池,负极发生氧化反应,正极发生还原反应,所以Pb是负极,PbO2是正极。在工作时,负极发生的反应是铅失去电子生成Pb2+,Pb2+与溶液中的
反应生成PbSO4沉淀。放电时消耗的硫酸与充电时生成的硫酸等量。在电池制备时,PbSO4的量是一定的,制成膏状的PbSO4干燥后安装,说明H2SO4不用补充。放电时,H2SO4被消耗,溶液中H2SO4的物质的量浓度减小,所以溶液的密度也随之减小。
答案:A
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5.熔融盐燃料电池具有很高的发电效率,因而受到重视。可用Li2CO3和Na2CO3的熔融盐混合物作电解质,CO为负极燃气,空气与CO2的混合气为正极助燃气,制得在650
℃下工作的燃料电池。请完成有关的电池反应式:
正极反应式:　;
总电池反应式:　。
解析:负极失去电子发生氧化反应;正极得到电子发生还原反应。依题意,总电池反应式应为CO的燃烧反应,即2CO+O2
2CO2,根据正极反应式+负极反应式=总电池反应式,可推知正极反应式。
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6.航天飞机常采用新型燃料电池作为电能来源,燃料电池一般指采用H2、CH4、CO、C2H5OH等可燃物质与O2一起构成的电池装置,它可直接将化学能转化为电能。我国发射的“神舟”九号载人飞船是采用先进的甲烷电池为电能来源的,该电池以KOH溶液为电解质溶液,其总反应的化学方程式为
(1)写出正极反应式:　　　　　　。
(2)消耗标准状况下的5.6
L
O2时,有　　　　
mol电子发生转移。
(3)开始放电时,正极附近溶液pH　　(填“增大”“减小”或“不变”)。
解析:以KOH溶液为电解质溶液,正极反应为O2+2H2O+4e-
4OH-,故消耗标准状况下的5.6
L
O2(即0.25
mol)时,有0.25
mol×4=1
mol电子发生转移,因正极生成OH-,故溶液的pH增大。(共41张PPT)
第2课时　电解原理的应用
任务一、认真阅读教材第80页到第81页的内容,思考回答下列问题,自主学习电解饱和食盐水制备烧碱、氯气和氢气。
1.什么是氯碱工业
提示习惯上,把电解饱和食盐水的工业生产叫做氯碱工业。
2.食盐水溶液中含有哪些离子 阴离子失电子的难易顺序和阳离子得电子的难易顺序如何 写出电极反应式和总反应式。
提示在食盐溶液中,存在着Na+、Cl-、H+、OH-四种离子。通电时,在阳极,Cl-比OH-容易失去电子,氧化生成氯气;在阴极,H+比Na+容易得到电子,还原生成氢气。
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任务二、认真阅读教材第81页的内容,思考回答下列问题,自主学习电镀。
1.什么是电镀 电镀的目的是什么 镀层金属一般具有什么特点
提示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。电镀的主要目的是使金属增强抗腐蚀能力,增加美观和表面硬度。镀层金属通常是一些在空气或溶液里不易发生变化的金属(如铬、镍、银)和合金(如黄铜)。
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2.电镀时,如何设计阴极、阳极和电解液
提示电镀时,通常把待镀的金属制品作阴极,把镀层金属作阳极,用含有镀层金属离子的溶液作电镀液。
3.如何用电镀的方法电解精炼粗铜
提示电解时,用纯铜板作阴极,粗铜板作阳极,用CuSO4溶液作电解液。当通以直流电时,作为阳极的粗铜逐渐溶解,纯铜在阴极上析出,粗铜中的多数杂质沉积在电解槽的底部。
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任务三、认真阅读教材第81页到第82页的内容,思考回答下列问题,自主学习电冶金。
1.什么是金属冶炼
提示金属冶炼就是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:Mn++ne-
M。
2.常常用电解法冶炼哪些金属
提示常常用电解法冶炼钠、钙、镁、铝等活泼金属。
3.利用电解法制备金属钠时,电解液是什么 阴极、阳极的电极反应式及总反应式分别是什么
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1.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
答案:B
2.在冶金工业中,常用电解法得到钠、镁、铝等金属,其原因是(　　)
A.都是轻金属
B.都是活泼金属
C.成本低廉
D.这些金属的化合物熔点较低
答案:B
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探究问题
实验目的:模拟电解原理的应用。
实验装置:如右图所示:
1.若用如图所示装置,模拟氯碱工业,则电解质溶液c、电极a、电极b的电极材料分别是什么 电极反应式和总反应式分别是什么 用这种装置进行氯碱工业生产有什么缺点 如何改进
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2.若用如图所示装置,模拟铁制品上镀铜,则电解质溶液c、电极a、电极b的电极材料分别是什么 电极反应式分别是什么 电镀过程中电解质溶液的浓度如何变化
提示若用如图所示装置,模拟铁制品上镀铜,则电极a是Cu,电极b是铁制品,电解质溶液是CuSO4溶液。电镀过程中电解质溶液的浓度不变。
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3.若用如图所示装置,模拟电解精炼粗铜(含Zn、Fe、Ag等杂质),则电解质溶液c、电极a、电极b的电极材料分别是什么 电极反应式分别是什么 电镀过程中电解质溶液中Cu2+的浓度如何变化
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知识点拨
一、电解饱和食盐水——氯碱工业
1.原理
(1)电极反应式:
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2.氯碱工业的电解槽
由阳极(金属钛网)、阴极(碳钢网)、离子交换膜、电解槽框和导电铜棒等组成,每台电解槽由若干个单元槽串联或并联组成。如图表示一个单元槽的示意图。
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二、电镀与电解精炼的比较
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考向一　氯碱工业原理的应用
【例题1】
如图是工业电解饱和食盐水的装置示意图,下列有关说法不正确的是(　　)
A.装置中的离子交换膜只允许阳离子通过,不允许阴离子通过
B.装置中出口①处的物质是氢气,出口②处的物质是氯气
C.除去杂质后的NaOH溶液从出口B处导出
D.转移0.8
mol电子时产生H2
8.96
L(标准状况下)
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解析:阳离子交换膜只允许阳离子通过,A正确;①处是阳极,发生
,B错误;②处H+放电后生成OH-,Na+通过离子交换膜从左室进入右室,所以除去杂质后的NaOH溶液从B口导出,C正确;生成1
mol
H2转移2
mol电子,转移0.8
mol电子时生成0.4
mol
H2,标准状况下为8.96
L,D正确。
答案:B
规律方法点拨
电解饱和食盐水时,电解产物之间能够发生化学反应,如NaOH溶液和Cl2能反应生成NaClO,H2和Cl2混合遇火能发生爆炸。在工业生产中,为避免这几种产物混合,需要使反应在特殊的电解槽中进行。工业上在阴极区和阳极区之间设置一个离子交换膜,阻止OH-向阳极区移动,使氯气与氢氧化钠不能发生反应,从而制得烧碱、氯气和氢气。
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成功体验1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,
溶液呈现紫色
C.若在阴极附近的溶液中滴入酚酞溶液,
溶液呈现无色
D.电解一段时间后,将全部电解液转移到烧杯中,充分搅拌后溶液呈现中性
解析:电解NaCl溶液,阴极生成H2和NaOH,阳极生成Cl2。
答案:B
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考向二　电镀原理的应用
【例题2】
某同学欲在铜钥匙上镀锌,有关说法正确的是(　　)
A.用铜钥匙做阳极,碳棒做阴极,CuSO4溶液做电解质溶液
B.Zn与铜钥匙用导线相连插入ZnSO4溶液中
C.Zn做阳极,铜钥匙做阴极,ZnSO4溶液做电镀液电解
D.在电镀过程中溶液中的Zn2+浓度减小,Cu2+浓度增大
解析:锌为镀层金属,需做阳极,铜为镀件,需做阴极,含有镀层金属离子的溶液做电解液。
答案:C
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规律方法点拨
(1)电镀的特点:
①阳极材料是活性电极(金属活动性顺序Ag以前,即除Au、Pt),阳极材料失电子,电极被溶解,溶液中的阴离子不能失电子。
②一多、一少:“一多”指阴极上有镀层金属沉积,“一少”指阳极上有镀层金属溶解。
(2)电镀过程中电镀液浓度的变化情况:
①若电镀池的阳极为镀层金属,则阳极溶解产生的离子的物质的量等于溶液中的离子在阴极得电子析出的物质的量,此时,电镀液的浓度保持不变,电镀过程中,需要经常更换阳极材料。
②若电镀池的阳极为惰性电极,则阳极不溶解,但溶液中的离子在阴极得电子析出,此时,电镀液的浓度不断减小,电镀过程中,需要经常更换电镀液。
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成功体验2在铁制品上镀一层一定厚度的锌层,以下方案设计正确的是(　　)
A.锌做阳极,镀件做阴极,溶液中含有锌离子
B.铂做阴极,镀件做阳极,溶液中含有锌离子
C.铁做阳极,镀件做阴极,溶液中含有亚铁离子
D.锌做阴极,镀件做阳极,溶液中含有亚铁离子
解析:电镀原理是镀层金属做阳极、镀件做阴极,含有镀层金属阳离子的电解质溶液做电镀液。
答案:A
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考向三　电解精炼原理的应用
【例题3】
以硫酸铜溶液做电解液,对含有杂质Fe、Zn、Ag的粗铜进行电解精炼。下列叙述正确的是(　　)
①粗铜与直流电源负极相连　②阴极发生的反应为Cu2++2e-
Cu　③电路中每通过3.01×1023个电子,得到的精铜质量为16
g　④杂质Ag以Ag2SO4的形式沉入电解槽形成阳极泥　　　　　　　　　　　　　　　　
A.①③
B.②④
C.③④
D.②③
解析:粗铜做阳极,与电源正极相连;杂质Ag以单质的形式形成阳极泥。
答案:D
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规律方法点拨
(1)电解精炼过程:
电解精炼粗铜时,用含杂质的铜做阳极,精铜做阴极。反应过程中阳极上首先是比Cu活泼的金属失去电子成为离子,进入溶液,在阴极只有Cu2+得电子成为单质,然后是Cu失去电子成为离子,进入溶液,在阴极仍然只有Cu2+得电子成为单质,当金属铜放电完毕,活泼性比Cu差的金属掉落形成阳极泥,此时电路断路,电解结束;其他较活泼的金属对应的离子不能得电子。
(2)电解精炼过程中,溶液中Cu2+浓度的变化情况:
阳极上比Cu活泼的金属放电时,溶液中的Cu2+在阴极上放电,浓度不断减小,然后当Cu放电时,生成一个铜离子进入溶液的同时,溶液中的一个铜离子得电子变成铜单质析出,溶液中的Cu2+浓度保持不变。
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成功体验3以CuSO4溶液为电解质溶液进行粗铜(含Al、Zn、Ag、Pt、Au等杂质)的电解精炼,下列说法正确的是(　　)
A.溶液中Cu2+浓度保持不变
B.粗铜接电源正极,发生还原反应
C.溶液中Cu2+向阳极移动
D.利用阳极泥可回收Ag、Pt、Au等金属
解析:电解精炼铜时利用了电解原理,电能转化为化学能,也有少量转化为热能。电解精炼时粗铜做阳极,发生氧化反应,精铜做阴极,发生还原反应。电解时,溶液中的阳离子向阴极移动,在阴极上得电子。粗铜中的不活泼金属不能失电子,以阳极泥的形式沉积在阳极附近。
答案:D
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考向四　电化学的相关计算
【例题4】
如图所示,若电解5
min时,测得铜电极的质量增加2.16
g。
试回答:
(1)电源中X极是　　　　(填“正”或“负”)极。
(2)通电5
min时,B中共收集到224
mL(标准状况下)气体,溶液体积为200
mL(电解前后溶液的体积变化忽略不计),则通电前c(CuSO4)=　　　　　　　　　。
(3)若A中KCl溶液的体积也是200
mL,则电解后溶液的pH为　　　　。(KW=1.0×10-14)
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解析:(1)铜极增重,说明银在铜极上析出,则铜极为阴极,X为负极。
(2)C中铜极增重2.16
g,即析出0.02
mol
Ag,线路中通过0.02
mol电子。由4e-~O2,可知B中产生的O2只有0.
005
mol,即112
mL。但B中共收集到224
mL气体,说明还有112
mL气体是H2,即Cu2+全部在阴极放电后,H+接着放电产生了112
mL
H2,则通过0.01
mol电子时,Cu2+已完全被还原。由2e-~Cu,可知n(Cu2+)=0.005
mol,则c(CuSO4)=
=0.
025
mol·L-1。
(3)由4e-~4OH-知,A中生成0.
02
mol
OH-,则c(OH-)=0.1
mol·L-1,c(H+)=
mol·L-1=1.0×10-13
mol·L-1,pH=13。
答案:(1)负　(2)0.
025
mol·L-1　(3)13
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规律方法点拨
电化学的有关计算
(1)计算的原则:
①阳极还原剂失去的电子数=阴极氧化剂得到的电子数。
②串联电路中通过各电极的电子总数相等。
③电源输出的电子总数和电解池中转移的电子总数相等。
(2)计算的方法:
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(3)注意几个等量关系式:
①当电流通过一个或多个串联的电解池时,它们皆处于同一闭合电路中,所以同一时间内通过的电子的物质的量相等。
②常见电化学计算的对应关系:
如电解中析出气体时,在同温、同压下析出各气体物质的量之比为n(H2)∶n(Cl2)∶n(O2)=1∶1∶0.5。
总之,电解混合溶液时要注意电解的阶段性,电极反应式和总电池反应式,电解产物与转移电子数之间的关系式是电化学计算的主要依据。
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成功体验4有一电解装置如图所示。图中B装置中盛有1
L
2
mol·L-1
Na2SO4溶液,A装置中盛有1
L
2
mol·L-1
AgNO3溶液。通电后,湿润的淀粉KI试纸的C端变蓝色,电解一段时间后,试完成下列问题。
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(1)A中发生反应的化学方程式为 　。
(2)在B中观察到的现象是 　。
(3)室温下,从电解开始到时间为t时,A、B装置中共收集到气体0.168
L(标准状况下),若电解过程中无其他副反应发生,且溶液体积变化忽略不计,则在t时,A中溶液的pH为　　　　。
重点难点探究
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(2)石墨电极表面有气泡产生,铜电极周围溶液变成蓝色,一段时间后U形管下部有蓝色沉淀产生
(3)2
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1.利用电解法可将含有Fe、Zn、Ag、Pt等杂质的粗铜提纯,下列叙述正确的是(　　)
A.电解时以精铜作阳极
B.电解时阴极发生氧化反应
D.电解后,电解槽底部会形成含少量Ag、Pt等金属的阳极泥
解析:电解时粗铜作阳极,与电源正极相连,失电子发生氧化反应;精铜作阴极,与电源负极相连,得电子发生还原反应,A、B、C错误。因为在金属活动性顺序中,Ag、Pt排在Cu的后面,所以电解时,Ag、Pt不会失电子,D正确。
答案:D
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2.在25
℃时,将两个铂电极插入一定量的硫酸钠饱和溶液中进行电解,通电一段时间后,在阳极逸出a
mol气体,同时有W
g
Na2SO4·10H2O晶体析出,若温度不变,此时剩余溶液中溶质的质量分数是(　　)
重点难点探究
重要考向探究
随堂检测
解析:用惰性电极电解饱和硫酸钠溶液相当于电解水,2H2O
2H2↑+O2↑,阳极产生氧气。当阳极析出氧气a
mol时,消耗水2a
mol。当饱和溶液减少2a
mol水即36a
g水时,有晶体析出,留下溶液仍为饱和溶液,即将W
g
Na2SO4·10H2O晶体加入到36a
g水中所得溶液仍为饱和溶液。该溶液中溶质的质量分数为
答案:C
重点难点探究
重要考向探究
随堂检测
3.如图所示,通电5
min后,第③极增重2.16
g,此时CuSO4恰好电解完。设A池中原混合溶液的体积为200
mL。
(1)电源F为　　　　极;第②极为　　　　极;B池为　　　　池。
(2)A池中第②极上的电极反应式为 　。
(3)通电前A池中原混合溶液Cu2+的浓度为　　　　。
重点难点探究
重要考向探究
随堂检测
重点难点探究
重要考向探究
随堂检测
4.下图为相互串联的甲、乙两个电解池,甲池利用电解原理在铁上镀银,试回答:
(1)A是　　　　、　　　　(填电极材料和电极名称),电极反应式是　　　　　　　　　　　　　　　;B是　　　　、　　　　(填电极材料和电极名称),电极反应式是　　　　　　　　　　　　　　　　,应选用的电解质溶液是　　　　　　　　　。
重点难点探究
重要考向探究
随堂检测
(2)乙池中若滴入少量酚酞溶液,开始电解一段时间,铁极附近呈　　色;C极附近呈　　色。
(3)若甲槽阴极增重43.2
g,则乙槽中阳极上放出的气体在标准状况下的体积是　　　　　
mL。
若乙槽中剩余溶液仍为400
mL,则电解后所得NaOH溶液的物质的量浓度为　　　　　　。
重点难点探究
重要考向探究
随堂检测课时提升作业(十八)
金属的电化学腐蚀与防护
(25分钟·50分)
一、选择题(本题包括8小题，每小题4分，共32分)
1.(2015·连云港高二检测)埋在地下的输油铸铁管道，在下列各种情况下，被腐蚀的速度最慢的是(　　)
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，潮湿透气的土壤中
【解析】选C。A项，是酸性土壤，腐蚀速率快；B项，是潮湿环境，O2、H2O都有，则易发生吸氧腐蚀；C项，是缺O2又缺H2O的环境，故Fe腐蚀速率最慢；D项，是碳粒多且潮湿透气(有O2、H2O)，铸铁易被腐蚀。
2.电化学在日常生活中有广泛的应用，下列说法或做法正确的是(　　)
A.夏季多雨，铁门因被洪水浸泡而生锈，铁门生锈是因为发生化学腐蚀
B.白铁皮(铁镀锌)表面有划损时，不能阻止铁被腐蚀
C.钢管与电源正极连接，钢管可被保护
D.不能将铁制自来水管与铜制水龙头连接
【解析】选D。洪水浸泡的铁门发生的是电化学腐蚀，A项错；白铁皮表面有划损时，先腐蚀的是表面的锌，能阻止铁被腐蚀，B项错；钢管与电源正极连接，作电解池的阳极，被氧化而腐蚀，C项错；铁和铜是两种活泼性不同的金属，易形成原电池，铁作负极会加速铁制自来水管的腐蚀，故D项正确。
3.(2015·泰安高二检测)下列防止钢铁锈蚀的措施中，不合理的是(　　)
A.车轮的钢圈表面镀镍
B.在地下钢铁管道上连接铜块
C.改变金属内部结构制成不锈钢
D.金属材料表面包上一层塑料层
【解析】选B。铁比铜活泼，在地下钢铁管道上连接铜块会加速Fe的腐蚀，B项错误。
4.(2015·沧州高二检测)将铁棒与石墨用导线相连后浸入0.1
mol·L-1食盐溶液中，可能会出现的现象是(　　)
A.铁棒附近产生OH-
B.铁棒被腐蚀
C.石墨棒上有Cl2放出
D.石墨棒上有O2放出
【解析】选B。构成的原电池中铁棒作负极，负极反应：2Fe-4e-2Fe2+，石墨棒作正极，正极反应：O2+4e-+2H2O4OH-。
5.(2015·三明高二检测)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】选C。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。
6.(2015·贵阳高二检测)如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.①④②③
D.②①④③
【解析】选D。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而被腐蚀，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。
7.(2015·无锡高二检测)钢铁生锈过程发生如下反应：①2Fe+O2+2H2O
2Fe(OH)2；②4Fe(OH)2+O2+2H2O4Fe(OH)3；③2Fe(OH)3Fe2O3+3H2O。下列说法正确的是(　　)
A.反应①②中转移电子数目相等
B.反应①中氧化剂是氧气和水
C.与铜质水龙头连接处的钢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】选A。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。
8.为探究钢铁的吸氧腐蚀原理设计了如图所示装置，下列有关说法中错误的是(　　)
A.正极的电极方程式为O2+2H2O+4e-4OH-
B.将石墨电极改成Mg电极，难以观察到铁锈生成
C.若向自来水中加入少量NaCl(s)，可较快地看到铁锈
D.分别向铁、石墨电极附近吹入O2，前者铁锈出现得快
【解析】选D。铁是负极，失电子被氧化成Fe2+，在正极氧气得电子发生还原反应生成OH-，故将氧气吹向石墨电极的腐蚀速率比吹向铁电极快，A正确，D错误；向自来水中加入NaCl(s)，可使电解质溶液的导电能力增强，加快腐蚀速率，C正确；但若将石墨电极换成Mg电极，则负极为Mg，Fe被保护，难以看到铁生锈，B正确。
二、非选择题(本题包括2小题，共18分)
9.(9分)(2015·泰州高二检测)如何防止铁的锈蚀是工业上研究的重点内容。为研究铁锈蚀的影响因素，某同学做了如下探究实验：
序号
内容
实验现象
1
常温下将铁丝放在干燥空气中一个月
干燥的铁丝表面依然光亮
2
常温下将铁丝放在潮湿空气中一小时
铁丝表面依然光亮
3
常温下将铁丝放在潮湿的空气中一个月
铁丝表面已变得灰暗
4
将潮湿的铁丝放在常温的氧气流中一小时
铁丝表面略显灰暗
5
将潮湿的铁丝放在高于常温的氧气流中一小时
铁丝表面已变得灰暗
6
将浸过氯化钠溶液的铁丝放在高于常温的氧气流中一小时
铁丝表面灰暗程度比实验5严重
回答以下问题：
(1)上述实验中发生了电化学腐蚀的是(填实验序号)________；在电化学腐蚀中，负极反应是____________________；正极反应是______________________；
(2)由该实验可知，可以影响铁锈蚀速率的因素有_________________________；
(3)为防止铁的锈蚀，工业上普遍采用的方法是_________________________(答两种方法)。
【解析】(1)不纯的金属与电解质溶液接触，因发生原电池反应，较活泼的金属失电子而被氧化，分析题中实验可知，3、4、5、6发生了电化学腐蚀。负极反应Fe-2e-Fe2+，正极反应O2+2H2O+4e-4OH-。(2)1和3可得出湿度增大，可使铁锈蚀速率加快；对比实验3、4可知增大O2浓度可加快铁锈蚀的速率；对比实验4、5可知升高温度可加快铁锈蚀的速率；对比实验5、6可知电解质溶液的存在会使铁锈蚀的速率加快。
(3)为防止铁的锈蚀，根据铁锈蚀的类型，可采用牺牲阳极的阴极保护法、外加电流的阴极保护法，还可把铁制成不锈钢(合金)、亦可采用喷油漆、涂油脂、电镀、表面钝化等方法使铁与空气、水等物质隔离，以防止金属腐蚀。
答案：(1)3、4、5、6　Fe-2e-Fe2+
(或2Fe-4e-2Fe2+)　2H2O+O2+4e-4OH-
(2)湿度、温度、O2的浓度、电解质溶液存在
(3)电镀、发蓝等表面覆盖保护层，牺牲阳极的阴极保护法等
10.(9分)金属腐蚀的电化学原理可用右图模拟。
(1)请写出有关电极反应式：
①铁棒上电极反应式：_______________________________。
②碳棒上电极反应式：______________________________。
(2)该图所表示的是_________(填“析氢”或“吸氧”)腐蚀。
(3)若将O2撤走，并将NaCl溶液改为稀硫酸，则此图可表示________(填“析氢”或“吸氧”)腐蚀原理；若用牺牲阳极法来保护铁棒不被腐蚀溶解，即可将碳棒改为________棒。
【解析】电解质是氯化钠，溶液呈中性，发生吸氧腐蚀，负极反应是2Fe-4e-2Fe2+，正极反应是O2+2H2O+4e-4OH-。若将O2撤走，并将NaCl溶液改为稀硫酸，此时发生析氢腐蚀；若用牺牲阳极法来保护铁棒不被腐蚀溶解，此时构成的原电池中铁棒作正极，负极是比铁活泼的金属，因此可将碳棒改为锌棒。
答案：(1)①2Fe-4e-2Fe2+
②O2+2H2O+4e-4OH-
(2)吸氧　(3)析氢　锌(或其他比Fe活泼的金属)
【方法规律】金属腐蚀类型的判断方法
(1)根据是否发生原电池反应来判断。发生原电池反应引起的金属腐蚀，属于电化学腐蚀，金属与氧化剂直接反应的属于化学腐蚀。
(2)根据金属的活动性及电解质溶液的酸性判断，位于金属活动性顺序中氢前面的金属，在酸性较强的电解质溶液中发生析氢腐蚀，在中性或酸性较弱的电解质溶液中发生吸氧腐蚀；金属活动性顺序中氢后面的金属只可能发生吸氧腐蚀。
(30分钟·50分)
一、选择题(本题包括6小题，每小题5分，共30分)
1.下列情况与电化学无关的是(　　)
A.轮船水线以下的船壳上装一定数量的锌块
B.铝片不用特殊方法保存
C.纯锌与稀硫酸反应时，滴入少量CuSO4溶液后反应速率加快
D.镀锌铁比镀锡铁更耐用
【解析】选B。铝片与O2反应表面生成一层致密的氧化物薄膜，防止内部被腐蚀，与电化学无关。
2.缠有金属丝的铁钉插在含有酚酞的NaCl溶液中，如图所示，可以看到在贴近金属丝一边的溶液中出现粉红色。则该金属丝可能是(　　)
A.镁　　
　
B.铝
C.锌　　　
D.铜
【解析】选D。贴近金属丝一边的溶液出现粉红色，说明金属丝附近产生OH-，即正极反应式：2H2O+O2+4e-4OH-，因此金属丝的活泼性比Fe差，铜符合题目要求。
3.(2015·濮阳高二检测)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】选B。Cl-由b区向a区迁移，A错；正极反应为O2+2H2O+4e-4OH-，B正确；由题干知铁板发生吸氧腐蚀，铁作负极，发生氧化反应，C错；铜镙丝钉作正极，D错。
【补偿训练】(2015·桂林高二检测)某课外活动小组，将剪下的一块镀锌铁放入试剂瓶中，并滴入少量食盐水将其浸湿，再加数滴酚酞溶液，按下图装置进行实验，数分钟后观察，下列现象不可能出现的是(　　)
A.乙中导气管中产生气泡
B.乙中导气管里形成一段水柱
C.金属片剪口处溶液变红
D.锌被腐蚀
【解析】选A。在食盐水中锌、铁形成原电池，发生吸氧腐蚀消耗甲中的氧气，甲中压强变小，乙中导气管受大气压强作用形成一段水柱；在金属片剪口处形成Zn-Fe原电池，正极发生反应2H2O+O2+4e-4OH-，溶液呈碱性，溶液变红，锌比铁活泼，Zn作负极，Zn-2e-Zn2+而被腐蚀。
4.(2015·宿迁高二检测)一定条件下，碳钢腐蚀与溶液pH的关系如下：
pH
2
4
6
6.5
8
13.5
14
腐蚀快慢
较快
慢
较快
主要产物
Fe2+
Fe3O4
Fe2O3
Fe
下列说法不正确的是(　　)
A.在pH<4的溶液中，碳钢主要发生析氢腐蚀
B.在pH>6的溶液中，碳钢主要发生吸氧腐蚀
C.在pH>14的溶液中，碳钢腐蚀的正极反应为O2+4H++4e-2H2O
D.在煮沸除氧气后的碱性溶液中，碳钢腐蚀速率会减缓
【解析】选C。A项，pH<4为强酸性，发生析氢腐蚀，正确；B项，pH>6的溶液，氧气得电子，发生吸氧腐蚀，正确；C项，pH>14的溶液，氧气与水反应得电子：O2+2H2O+4e-4OH-，错误；D项，煮沸后除去了氧气，碳钢的腐蚀速率会减小，正确。
5.铁是用途最广的金属材料之一。为探究铁的化学性质，某同学将盛有生铁屑的试管塞上蓬松的棉花，然后倒置在水中(如图所示)。数天后，他观察到的现象是(　　)
A.铁屑不生锈，试管内液面上升
B.铁屑不生锈，试管内液面高度不变
C.铁屑生锈，试管内液面上升
D.铁屑生锈，试管内液面高度不变
【解析】选C。从图示知，此装置中发生吸氧腐蚀，铁作负极，杂质C作正极，电极反应为
2Fe-4e-2Fe2+，
O2+2H2O+4e-4OH-，
Fe2++2OH-Fe(OH)2↓，
4Fe(OH)2+O2+2H2O4Fe(OH)3，
(可认为Fe2O3·xH2O即铁锈)，
反应中消耗试管中的O2，故液面上升。
【互动探究】(1)若将水改为浓硫酸，答案选哪个选项？
提示：选B。浓硫酸难挥发，且具有吸水性，构不成金属腐蚀的条件。
(2)若将水改为盐酸，会有什么现象？
提示：盐酸具有挥发性，构成原电池，发生析氢腐蚀，故试管内液面下降。
6.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】选B。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。
二、非选择题(本题包括2小题，共20分)
7.(12分)下图所示的是某研究性学习小组探究金属腐蚀条件的实验装置图，试分析实验并回答下列问题：
(1)若起始时甲、乙、丙三套装置的导管中液面高度相同，过一段时间后液面最高的是__________________________，铁粉腐蚀的速率由大到小的排列顺序为(用甲、乙、丙填写)___________________________________________。
(2)通过甲、乙装置的对比说明钢铁中碳的含量越___________(填“高”或“低”)越易腐蚀。
(3)乙装置中发生电化学腐蚀时正极的电极反应式为______________________。
【解析】Fe、炭粉-食盐水构成原电池，发生吸氧腐蚀，故乙中液面最高；甲中铁粉中的少量碳也能发生吸氧腐蚀，但由于C的含量少，故不如乙中Fe腐蚀得快，丙中乙醇为非电解质，铁粉、炭粉形不成原电池，Fe受到保护。
答案：(1)乙　乙>甲>丙　(2)高
(3)2H2O+O2+4e-4OH-
8.(8分)(2015·重庆高考节选)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)研究发现，腐蚀严重的青铜器表面大都存在CuCl。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____________________________。
(2)下图为青铜器在潮湿环境中发生的电化学腐蚀的原理示意图。
①腐蚀过程中，负极是________(填图中字母“a”“b”或“c”)；
②环境中的Cl-扩散到孔口，并与正极反应产物和负极反应产物作用生成多孔粉状锈Cu2(OH)3Cl，其离子方程式为____________________________________。
【解析】(1)Ag2O与CuCl发生复分解反应，没有化合价的升降，则化学方程式为Ag2O+2CuCl2AgCl+Cu2O。
(2)①根据图示，腐蚀过程中，铜失电子生成Cu2+，则负极是铜，选c；
②根据上述分析，正极产物是OH-，负极产物为Cu2+，环境中的Cl-扩散到孔口，与正极反应产物和负极反应产物作用生成多孔粉状锈Cu2(OH)3Cl，则离子方程式为2Cu2++3OH-+Cl-Cu2(OH)3Cl↓。
答案：(1)Ag2O+2CuCl2AgCl+Cu2O
(2)①c　②2Cu2++3OH-+Cl-Cu2(OH)3Cl↓第1课时　电解原理
[目标导航]　1.了解电解、电解池的概念，会描述电解池的工作原理。2.能正确书写电解池的电极反应式和总反应方程式。3.理解并掌握电解规律和电解产物的判断方法。
一、电解CuCl2溶液的实验探究
1．实验操作
如图所示，在U形管中注入CuCl2溶液，插入两根石墨棒电极，把湿润的KI 淀粉试纸放在与直流电源正极相连的电极(阳极)附近。接通直流电源。
2．实验现象
阴极石墨棒上逐渐覆盖一层红色物质，阳极石墨棒上有气泡逸出，并可闻到刺激性的气味，同时看到湿润的KI 淀粉试纸变蓝色。
3．原理分析
CuCl2是强电解质且易溶于水，H2O是弱电解质，微弱电离生成H＋和OH－，因此溶液中存在Cu2＋、H＋、Cl－和OH－等4种离子。通电前，离子做自由移动；通电后，Cl－和OH－向阳极移动，Cu2＋和H＋向阴极移动。在阳极，OH－、Cl－均可能被氧化，由于Cl－的放电能力比OH－强，Cl－优先于OH－在阳极上发生反应；在阴极，Cu2＋和H＋都可能被还原，但Cu2＋的放电能力比H＋强，Cu2＋优先于H＋在阴极上发生反应。电极反应为
阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑(氧化反应)；
阴极：Cu2＋＋2e－===Cu(还原反应)。
电解反应：CuCl2Cu＋Cl2↑。
4．实验结论
在直流电的作用下，电能转化为化学能，CuCl2被电解为Cu和Cl2(Cu在阴极生成，Cl2在阳极生成)。
二、电解原理
1．电解
让直流电通过电解质溶液(或熔融的电解质)，而在两电极上分别发生氧化反应和还原反应的过程叫电解。
2．电解池
(1)定义：将电能转化为化学能的装置。
(2)组成：与直流电源相连的两个固体电极；电解质溶液或熔融的电解质；形成闭合回路。
(3)电极名称与电极反应：
阳极：与电源正极相连，溶液中阴离子移向此极，失去电子，发生氧化反应。
阴极：与电源负极相连，溶液中阳离子移向此极，得到电子，发生还原反应。
(4)电子流向
电源负极→导线→电解池的阴极；电解池的阳极→导线→电源的正极。
(5)电解方程式：如电解熔融NaCl：2NaCl(熔融)2Na＋Cl2↑
【合作探究】
1．电解时电子通过电解质溶液吗？
答案　电解质溶液通电电解时，在外电路中有电子通过，而溶液中是依靠离子定向移动，形成了电流。
2．电解质溶液导电时，一定会有化学反应发生吗？
答案　一定有化学反应发生，因为在电解池的两极发生了氧化还原反应，有电子转移，生成了新物质，所以一定有化学反应发生。
3．电解过程中放H2生碱型和放O2生酸型的实质是什么？在放H2生碱型的电解中，若滴入酚酞试液，哪一极附近溶液变红？
答案　放H2生碱型实质是水电离出的H＋在阴极上放电，破坏了阴极附近水的电离平衡，使OH－浓度增大，若滴入酚酞试液，阴极附近溶液变红；放O2生酸型的实质是水电离出的OH－在阳极上放电，破坏了阳极附近水的电离平衡，使H＋浓度增大。
4．要使电解后的CuSO4溶液复原，加入Cu(OH)2固体可以吗？
答案　应具体情况具体分析，若通电一段时间，CuSO4未电解完(即Cu2＋未全部放电)，使溶液复原应加入CuO，而加入Cu(OH)2会使溶液的浓度减小；若Cu2＋全部放电，又继续通电一段时间(此时电解水)，要使溶液复原应加入Cu(OH)2或Cu2(OH)2CO3，若只加入CuO，此时浓度偏大。
【练一练】
判断正误(正确打“√”，错误打“×”)
(1)电解是把化学能转化为电能(
×
)
(2)电解质溶液导电一定发生化学反应(
√
)
(3)某些不能自发进行的氧化还原反应，通过电解可以实现(
√
)
(4)任何溶液被电解时，必须导致氧化还原反应的发生(
√
)
(5)电解、电离均需要通电才能实现(
×
)
(6)电解质溶液的导电过程就是该溶液的电解过程(
√
)
一、电解原理及电解时两电极产物的判断
1．阳极产物的判断
(1)活性金属电极(金属活动性顺序表中排在Ag之前)，电极金属失电子，生成对应的金属阳离子，阴离子不放电。
(2)惰性电极(Au、Pt、石墨)，溶液中的阴离子失电子，生成对应的非金属单质或高价化合物。
阴离子放电顺序：S2－>I－>Br－>Cl－>OH－>高价态含氧酸根>F－。
2．阴极产物的判断
(1)与电极材料无关，直接根据阳离子放电顺序进行判断，溶液中的阳离子得电子生成对应的单质或低价化合物。
(2)阳离子的放电顺序：Ag＋＞Hg2＋＞Fe3＋＞Cu2＋＞H＋＞Pb2＋＞Sn2＋＞Ni2＋＞Fe2＋＞Zn2＋＞Mn2＋＞较活泼金属阳离子(注意Fe3＋的顺序)。
【例1】　如图是电解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　电流从电源的正极流出，故a为正极，b为负极；c为阳极，d为阴极。电解时，因Cu2＋移向阴极d，在阴极放电析出Cu，故d电极质量增加；Cl－移向阳极c，在阳极放电逸出Cl2，导致溶液中Cl－浓度降低。
答案　C
【反思感悟】　电解池阴极和阳极的判断依据
(1)电源的正极、负极、离子移动方向、发生反应的类型。
(2)电极质量变化：质量减轻为阳极，质量增加为阴极。
(3)电极产物：有Cl2或O2析出的电极为阳极，有H2产生的电极为阴极。
(4)溶液变化：电解某中性溶液时，附近溶液能使酚酞呈红色的电极为阴极。
变式训练1　用惰性电极电解AgNO3溶液，下列说法不正确的是(　　)
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
答案　D
解析　处理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正确、D错误；由于生成HNO3溶液，pH应不断降低，B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＋4HNO3===4AgNO3＋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正确。
二、惰性电极电解电解质溶液的规律
类型
实例
电解质特点
电极反应特点
电解质浓度
pH值
电解质溶液复原方法
阴极
阳极
电解水型
NaOH
可溶性强碱
4H＋＋4e－===2H2
4OH－－4e－===2H2O＋O2
增大
增大
加水
H2SO4
含氧酸
增大
减小
加水
Na2SO4
活泼金属含氧酸盐
增大
不变
加水
电解电解质型
HCl
无氧酸
2H＋＋2e－===H2
2Cl－－2e－===Cl2
减小
增大
通氯化氢
CuCl2
不活泼金属无氧酸盐
Cu2＋＋2e－===Cu
减小
增大
加氯化铜
放H2生碱型
NaCl
活泼金属无氧酸盐
2H＋＋2e－===H2
生成新电解质
增大
通氯化氢
放O2生酸型
CuSO4
不活泼金属含氧酸盐
Cu2＋＋2e－===Cu
4OH－－4e－===2H2O＋O2
生成新电解质
减小
加氧化铜
【关键提醒】　惰性电极电解电解质溶液后要恢复原电解质溶液的浓度，需加适量的某物质时，遵循“少什么加什么，少多少加多少”的原则，所加物质可以是阴极与阳极产物的化合物。
【例2】　下图为直流电源电解稀Na2SO4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电极附近呈红色，b电极附近呈蓝色
D．a电极附近呈蓝色，b电极附近呈红色
解析　电解Na2SO4溶液时，a为阴极：4H＋＋4e－===2H2↑，b为阳极：4OH－－4e－===
O2↑＋2H2O；a极周围由于H＋放电溶液呈碱性，石蕊显蓝色，b极周围由于OH－放电溶液呈酸性，石蕊显红色。
答案　D
【反思感悟】　判断电解后溶液酸、碱生成的方法
(1)若电解产物只有H2，而无O2，则阴极生成碱。
(2)若电解产物只有O2，而无H2，则阳极生成酸。
(3)若电解产物既有O2，又有H2，且二者物质的量之比为1∶2，则实质是电解水，阳极生成酸，阴极生成碱，最终溶液中无酸和碱生成。
变式训练2　下图中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。符合这一情况的是下表中的(　　)
选项
a电极
b电极
X电极
溶液
A
锌
石墨
负极
CuSO4
B
石墨
石墨
负极
NaOH
C
银
铁
正极
AgNO3
D
铜
石墨
负极
CuCl2
答案　A
解析　由a极板质量增加，知溶液中阳离子在a极板析出，则a为阴极，X为负极；因B中a极板不析出金属，C中X为正极，故B、C错；又由b极板有无色无味气体放出，知D错。
三、电解池中电极反应式的书写
【例3】　根据以下装置图书写电极反应式和总反应离子方程式。
答案　(1)阴极：4Ag＋＋4e－===4Ag
阳极：4OH－－4e－===2H2O＋O2↑
总反应：4Ag＋＋2H2O4Ag＋4H＋＋O2↑
(2)阳极：Fe－2e－＋2OH－===Fe(OH)2
阴极：2H＋＋2e－===H2↑
总反应：Fe＋2H2OFe(OH)2＋H2↑
(3)阳极：Cu－2e－===Cu2＋
阴极：2H＋＋2e－===H2↑
总反应：Cu＋2H＋Cu2＋＋H2↑
【归纳总结】
1．做到“三看”，正确书写电极反应式
(1)一看电极材料，若是金属(Au、Pt除外)作阳极，金属一定被电解(注：Fe生成Fe2＋而不是生成Fe3＋)。
(2)二看介质，介质是否参与电极反应。
(3)三看电解质状态，若是熔融状态，就是金属的电冶炼。
2．规避“三个”失分点
(1)书写电解池中电极反应式时，一般以实际放电的离子表示，但书写总电解反应方程式时，弱电解质要写成分子式。
(2)要确保两极电子转移数目相同，且应注明条件“电解”。
(3)电解水溶液时，应注意放电顺序中H＋、OH－之后的离子一般不参与放电。
变式训练3　根据下列装置图，回答问题。
(1)若A、B均为惰性电极，电解质溶液为MgCl2溶液。
阳极：________________；
阴极：________________；
总反应式：________________。
(2)若A为Cu，B为碳棒，电解质溶液为CuSO4溶液。
阳极：________________；
阴极：________________。
(3)若A为碳棒，B为铁，电解质为熔融NaCl。
阳极：________________；
阴极：________________；
总反应式________________________。
答案　(1)2Cl－－2e－===Cl2↑
2H＋＋2e－===H2↑
Mg2＋＋2Cl－＋2H2OCl2↑＋H2↑＋Mg(OH)2↓
(2)Cu－2e－===Cu2＋　Cu2＋＋2e－===Cu
(3)2Cl－－2e－===Cl2↑　2Na＋＋2e－===2Na
2NaCl(熔融)2Na＋Cl2↑
1．下列关于电解池工作原理的说法中，错误的是(　　)
A．电解池是一种将电能转变成化学能的装置
B．电解池中发生的反应是非自发的氧化还原反应
C．电解池工作时，阳极发生氧化反应，阴极发生还原反应
D．与原电池不同，电解池放电时，电极本身不会参加电极反应
答案　D
2．用石墨作电极，电解下列物质的溶液，其实质不是电解水的是(　　)
A．NaNO3
B．NaOH
C．Na2SO4
D．NaCl
答案　D
3.如图所示，铁片、铜片和CuSO4溶液可以构成原电池或电解池，下列说法正确的是(　　)
A．构成原电池时，Cu极反应式为Cu－2e－===Cu2＋
B．构成电解池时，Cu极质量可能减少也可能增加
C．构成电解池时，Fe极质量一定减少
D．构成的原电池或电解池在工作时的反应原理一定不同
答案　B
解析　用导线将两极直接相连构成原电池，此时发生的反应为Fe＋Cu2＋===Fe2＋＋Cu，Fe极作负极，发生的电极反应为Fe－2e－===Fe2＋，Cu极作正极，发生的电极反应为Cu2＋＋
2e－===Cu，A项错误。若接通直流电源构成电解池，有两种情况：(1)铁与电源负极相连作阴极，阴极发生还原反应：Cu2＋＋2e－===Cu，铜与电源正极相连作阳极，阳极发生氧化反应：Cu－2e－===Cu2＋；(2)铜与电源负极相连作阴极，阴极发生还原反应：Cu2＋＋2e－===Cu，铁与电源正极相连作阳极，阳极发生氧化反应：Fe－2e－===Fe2＋，此时的电解总反应为Fe＋Cu2＋Fe2＋＋Cu，反应的原理和构成原电池时一样。综上分析，B项正确，C、D项错误。
4．用石墨作电极电解CuCl2和KCl的混合溶液，电解初期阴极和阳极析出的物质分别是(　　)
A．H2、Cl2
B．Cu、Cl2
C．H2、O2
D．Cu、O2
答案　B
解析　本题考查离子放电顺序，溶液中的离子有Cu2＋、K＋、H＋及Cl－、OH－五种离子，得电子能力：Cu2＋>H＋>K＋，失电子能力：Cl－>OH－，所以电解初期：阴极：Cu2＋＋2e－===Cu，阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑，故选B。
5．用惰性电极电解下列溶液，其中随着电解的进行，溶液pH逐渐减小的是(　　)
①氯化钠溶液　②硫酸铜溶液　③氢氧化钠溶液　④稀硫酸　⑤稀盐酸　⑥硫酸钠溶液
A．①③⑤
B．②④⑤
C．②④
D．②④⑥
答案　C
6．用惰性电极电解下列溶液一段时间后(溶质仍有剩余)再加入一定量的某种物质(方括号内物质)，能够使溶液恢复到原来的成分和浓度的是(　　)
A．AgNO3[AgNO3]
B．NaOH[H2O]
C．KCl[KCl]
D．CuSO4[Cu(OH)2]
答案　B
[基础过关]
一、电解池的电极名称的判断
1．关于原电池、电解池的电极名称，下列说法错误的是(　　)
A．原电池中失去电子的一极为负极
B．电解池中与直流电源负极相连的一极为阴极
C．原电池中相对活泼的一极为正极
D．电解池中发生氧化反应的一极为阳极
答案　C
解析　根据两池的结构与反应原理可确定，原电池中相对活泼的一极为负极。
2．若某装置发生如下反应：Cu＋2H＋===Cu2＋＋H2↑，关于该装置的有关说法正确的是(　　)
A．该装置一定为原电池
B．该装置为电解池
C．若为原电池，Cu为正极
D．电解质溶液可能是硝酸溶液
答案　B
解析　已知反应为非自发的氧化还原反应，故该装置应为电解池，而非原电池，但电解质不能为HNO3，否则得电子的为NO，而不是H＋得电子放出H2。
3．如图所示，将锌棒和铜棒插入稀硫酸中。下列说法正确的是(　　)
A．甲装置中锌棒作负极发生氧化反应，乙装置中锌棒作阴极发生还原反应
B．甲装置中电子由锌棒经导线流向铜棒
C．乙装置中电解质溶液中的氢离子流向锌棒
D．甲、乙两个装置的反应原理不同
答案　B
解析　本题的易错之处是混淆原电池、电解池的电极名称及电极反应的类型。甲装置是原电池，锌棒作负极失去电子被氧化，乙装置是电解池，锌棒与电源的正极相连，作阳极发生氧化反应，A项错误。甲装置中锌棒作负极失去电子，电子经过导线流向铜棒，B项正确。乙装置中电解质溶液中的氢离子向阴极铜棒移动，C项错误。甲、乙两装置中对应的氧化还原反应均为Zn＋2H＋===Zn2＋＋H2↑，反应原理相同，D项错误。
二、电极反应式、电解方程式的书写
4．有关甲、乙、丙、丁四个图示的叙述正确的是(　　)
A．甲中负极反应式为2H＋＋2e－===H2↑
B．乙中阳极反应式为Ag＋＋e－===Ag
C．丙中H＋向碳棒方向移动
D．丁中电解开始时阳极产生黄绿色气体
答案　C
解析　由图知，甲、丙为原电池，甲中Zn为负极，负极反应式为Zn－2e－===Zn2＋，A错；丙中Fe为负极，碳棒为正极，H＋向正极移动，C正确；乙、丁为电解池，乙中Ag作阳极，本身失电子，B错；丁中放电顺序：I－>Cl－，开始产生I2，D错。
5．下面列出了电解不同物质的电极反应式，其中错误的是(　　)
A．电解饱和食盐水，阴极：Na＋＋e－===Na
B．电解CuSO4溶液，阴极：Cu2＋＋2e－===Cu
C．电解熔融NaCl，阴极：Na＋＋e－===Na
D．电解NaOH溶液，阳极：4OH－－4e－===2H2O＋O2↑
答案　A
解析　本题考查了电极反应式的书写和电极产物的判断。A中电解饱和食盐水时，阴极应是H2O电离出的H＋得电子放出H2。
6．用惰性电极电解物质的量浓度相同、体积比为1∶3的CuSO4和NaCl的混合溶液，可能发生的反应有(　　)
①2Cu2＋＋2H2O2Cu＋4H＋＋O2↑
②Cu2＋＋2Cl－Cu＋Cl2↑
③2Cl－＋2H＋H2↑＋Cl2↑
④2H2O2H2↑＋O2↑
A．①②③
B．①②④
C．②③④
D．②④
答案　D
解析　由n(CuSO4)∶n(NaCl)＝1∶3得n(Cu2＋)∶n(Cl－)＝1∶3，根据放电顺序，阴离子：
Cl－>OH－>SO，阳离子：Cu2＋>H＋>Na＋，知该电解过程分为3个阶段，
第一阶段：电解CuCl2溶液：Cu2＋＋2Cl－Cu＋Cl2↑；
第二阶段：电解NaCl溶液：阴极：2H＋＋2e－===H2↑，阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑，两式相加得到总反应式2Cl－＋2H＋H2↑＋Cl2↑，忽略了H＋来自于水，书写总反应式时不能将两式简单相加，而应将H＋改写成H2O而生成OH－，即2Cl－＋2H2O2OH－＋H2↑＋Cl2↑；
第三阶段：电解H2O：2H2O2H2↑＋O2↑。
三、酸、碱、盐溶液的电解规律
7．下列各组中，每种电解质溶液电解时只生成氢气和氧气的是(　　)
A．HCl、CuCl2、Ba(OH)2
B．NaOH、CuSO4、H2SO4
C．NaOH、H2SO4、Ba(OH)2
D．NaBr、H2SO4、Ba(OH)2
答案　C
解析　本题考查离子放电顺序的应用，考查学生的分析判断能力。电解盐酸的方程式为2HClCl2↑＋H2↑，A选项错；电解CuSO4溶液的方程式为2CuSO4＋2H2O2Cu＋2H2SO4＋O2↑，B选项错；电解NaBr溶液的方程式为2NaBr＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Br2，D选项错。
8．用惰性电极电解某溶液时，发现两极只有H2和O2生成，则电解一段时间后，下列有关该溶液(与电解前同温度)的说法中正确的有(　　)
①该溶液的pH可能增大；②该溶液的pH可能减小；
③该溶液的pH可能不变；④该溶液的浓度可能增大；
⑤该溶液的浓度可能不变；⑥该溶液的浓度可能减小
A．①②③
B．①②③④
C．①②③④⑤
D．全部
答案　C
解析　用惰性电极电解时两极只有H2和O2，则实质上电解的是水，电解质不参与反应。该电解质有3种可能，如电解H2SO4溶液时，水被电解，H2SO4浓度变大，pH减小；电解NaOH溶液时，水被电解，NaOH浓度变大，pH增大；电解Na2SO4溶液时，水被电解，Na2SO4浓度变大，pH不变，但若NaOH溶液、Na2SO4溶液是饱和溶液则浓度不变，故①、②、③、④、⑤正确，⑥不可能。
9．Cu2O是一种半导体材料，基于绿色化学理论设计的制取Cu2O的电解池示意图如图，电解总反应为2Cu＋H2OCu2O＋H2↑。下列说法正确的是(　　)
A．石墨电极上产生氢气
B．铜电极发生还原反应
C．铜电极接直流电源的负极
D．当有0.1
mol电子转移时，有0.1
mol
Cu2O生成
答案　A
解析　由电解总反应式可知，Cu参加了反应，所以Cu作电解池的阳极，发生氧化反应，B选项错误；石墨作阴极，电极反应为2H＋＋2e－===H2↑，A选项正确；阳极与电源的正极相连，C选项错误；阳极反应为2Cu＋2OH－－2e－===Cu2O＋H2O，当有0.1
mol电子转移时，有0.05
mol
Cu2O生成，D选项错误。
10.如图所示装置中，a、b都是惰性电极，通电一段时间后，b极附近溶液呈红色。下列说法中正确的是(　　)
A．X是正极，Y是负极
B．X是负极，Y是正极
C．CuSO4溶液的pH逐渐增大
D．CuSO4溶液的pH不变
答案　A
解析　根据题意，a、b都是惰性电极，通电一段时间后，b极附近溶液呈红色，说明b极上有H2产生，电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑，即b为阴极，则Y为负极，X为正极，A正确、B错误；X为正极，则Pt作阳极，电极反应式为4OH－－4e－===2H2O＋O2↑，c(OH－)不断减小，则c(H＋)不断增大，溶液的pH逐渐减小，C、D错误。
[能力提升]
11．根据电解规律，填空：
(1)用惰性电极电解氯化钾溶液。
①阴极反应式是________________，阳极反应式是________________。
②电解的化学方程式是___________________________________________________________
______________________________________________________________________________。
③电解后溶液的pH变化是________；欲使电解后的溶液复原，需加入的物质是____________。
(2)在硫酸铜溶液中，插入两个电极进行电解。
①若两极均为Pt电极，则阳极反应式是________________________，阴极反应式是________
_______________________________________________________________________________，
电解的化学方程式是_____________________________________________________________
________________________________________________________________________。
②若两极均为铜片，则阳极反应式是________________________，阴极反应式是__________
______________，电解过程中溶液的浓度变化是________。
③若阳极为锌片，阴极为铜片，则阳极反应式是________________，电解过程中两极的变化是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
答案　(1)①2H＋＋2e－===H2↑　2Cl－－2e－===Cl2↑　②2KCl＋2H2O2KOH＋H2↑＋Cl2↑
③增大　HCl气体　(2)①4OH－－4e－===2H2O＋O2↑　2Cu2＋＋4e－===2Cu　2CuSO4＋2H2O2Cu＋O2↑＋2H2SO4　②Cu－2e－===Cu2＋　Cu2＋＋2e－===Cu　不变　③Zn－
2e－===Zn2＋　阳极锌片不断溶解，阴极铜片质量不断增加
12．如图X是直流电源。Y池中c、d为石墨棒，Z池中e、f是质量相同的铜棒。接通电路后，发现d附近显红色。
(1)①电源上b为________极(填“正”、“负”、“阴”或“阳”，下同)。
②Z池中e为________极。
③连接Y、Z池线路中，电子流动的方向是d________e(用“→”或“←”填空)。
(2)①写出c极上反应的电极反应式：_______________________________________________。
②写出Y池中总反应的化学方程式：_______________________________________________
_______________________________________________________________________________。
③写出Z池中e极上反应的电极反应式：____________________________________________
_______________________________________________________________________________。
答案　(1)①负　②阳　③←
(2)①2Cl－－2e－===Cl2↑
②2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑
③Cu－2e－===Cu2＋
解析　d极附近显红色，说明d为阴极，电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑，c为阳极，电极反应式为2Cl－－2e－===Cl2↑，Y池电解NaCl溶液的总反应方程式为2NaCl＋2H2O2NaOH＋Cl2↑＋H2↑；直流电源中a为正极，b为负极，Z池中f为阴极，e为阳极，电极反应式分别为Cu2＋＋2e－===Cu、Cu－2e－===Cu2＋，电子流动方向由e→d。
[拓展探究]
13．下图是一个电化学过程的示意图。已知甲池的总反应式为2CH3OH＋3O2＋4KOH===2K2CO3＋6H2O。
(1)请回答图中甲、乙两池的名称：
甲池是__________装置，乙池是__________装置。
(2)请回答下列电极的名称：
通入CH3OH的电极名称是__________，B(石墨)电极的名称是____________。
(3)写出电极反应式：
通入O2的电极的电极反应式是____________________________________________________。
A(Fe)电极的电极反应式为_______________________________________________________。
(4)乙池中反应的化学方程式为___________________________________________________。
答案　(1)原电池　电解池
(2)负极　阳极
(3)O2＋4e－＋2H2O===4OH－
4Ag＋＋4e－===4Ag
(4)4AgNO3＋2H2O4Ag＋O2↑＋4HNO3
解析　根据题意，甲池是一个燃料电池，则乙池为电解池，在甲池中CH3OH发生氧化反应，为原电池的负极，O2发生还原反应，为原电池的正极，A与CH3OH极相连，为电解池的阴极，B为阳极，电极反应式为
甲池：负极：2CH3OH－12e－＋16OH－===2CO＋12H2O，正极：3O2＋12e－＋6H2O===
12OH－；
乙池：阳极：4OH－－4e－===2H2O＋O2↑，
阴极：4Ag＋＋4e－===4Ag，
电解反应：4AgNO3＋2H2O4Ag＋O2↑＋4HNO3。4.4
金属的电化学腐蚀与防护
1.(2016·宿迁高二检测)如图为模拟铁生锈的实验。铁粉中均匀混有少量炭粉,撒在内壁已分别用氯化钠溶液和稀醋酸润湿过的甲、乙两个具支试管中,打开止水夹片刻后,下列有关该实验的说法合理的是　(　　)
A.甲装置导管口有气泡,乙装置导管内出现一段液柱
B.甲装置中发生的电化学腐蚀主要是析氢腐蚀
C.乙装置中发生的电化学腐蚀主要是吸氧腐蚀
D.乙装置导管口有气泡冒出
【解析】选D。甲图中的电解质溶液呈中性,所以发生的是吸氧腐蚀,A、B两项均错;乙图中的电解质溶液呈酸性,发生的是析氢腐蚀,有气体产生,C项错,D项正确。
2.(2016·淮安高二检测)下列各装置中都盛有0.1mol·L-1的NaCl溶液,放置一定时间后,纯锌片的腐蚀速率由快到慢的顺序是　(　　)
A.②①④③
B.②③①④
C.①②③④　
D.④①②③
【解析】选A。①中纯锌片为原电池的负极,②中纯锌片为电解池的阳极,故①②中纯锌片腐蚀的速率最快,且②>①;③中纯锌片为电解池的阴极,受到保护,腐蚀速率最慢,故腐蚀速率由快到慢的顺序为②①④③。
3.结合下图判断,下列叙述正确的是　(　　)
A.Ⅰ中铁被腐蚀,Ⅱ中铁被保护
B.Ⅰ和Ⅱ中负极反应均是Fe-2e-Fe2+
C.Ⅰ正极反应是O2+2H2O
+4e-4OH-
D.Ⅰ和Ⅱ中分别加入少量KSCN溶液,溶液均变红
【解析】选C。锌比铁活泼,装置Ⅰ中锌作负极,铁作正极,但由于电解质溶液是氯化钠,因此发生锌的吸氧腐蚀,正反应是O2+2H2O
+4e-4OH-,因此正极铁被保护,因此A、B项错误,C项正确。装置Ⅱ中,铁比铜活泼,因此铁作负极,铜作正极,负极发生的反应是Fe-2e-Fe2+,正极发生的是氢离子得到电子生成氢气,铜不参与反应,溶液中无三价的铁离子,因此在电解质溶液中加入硫氰化钾,不能看到溶液变红的现象,因此D选项错误。
4.(2016·连云港高二检测)下列说法中,正确的是　(　　)
①镀层破损后,白铁(镀锌的铁)比马口铁(镀锡的铁)更易被腐蚀　②钢铁表面常易锈蚀生成Fe2O3·nH2O　③锌和铁构成原电池时,铁作负极　④铅蓄电池中铅作负极,PbO2作正极,两极浸到稀硫酸中
A.②④　　
B.①③
C.①②③　
　D.②③④
【解析】选A。镀层破损后,白铁形成原电池,因为锌比铁活泼,易失电子,从而保护了铁,而马口铁破损后,因为形成原电池时,铁比锡活泼,铁被腐蚀,所以在镀层破损后,马口铁比白铁更易被腐蚀,①说法错误。钢铁无论发生析氢腐蚀还是吸氧腐蚀,铁都是失电子生成Fe2+,吸氧腐蚀更普遍,O2得电子生成OH-,与Fe2+结合生成Fe(OH)2,Fe(OH)2在空气中很易被氧化成Fe(OH)3,因此铁锈常用Fe2O3·nH2O表示,②说法正确。锌和铁构成原电池时,锌比铁活泼,应该是锌作负极,③说法不正确。根据铅蓄电池的构成,可知④说法正确。
5.【能力挑战题】对金属制品进行抗腐蚀处理,可延长其使用寿命。
(1)以下为铝材表面处理的一种方法:
①碱洗的目的是除去铝材表面的自然氧化膜,碱洗时常有气泡冒出,原因是______________________________(用离子方程式表示)。为将碱洗槽液中的铝以沉淀形式回收,最好向槽液中加入下列试剂中的________________________。
a.NH3　　　　b.CO2　　　　c.NaOH　　　　d.HNO3
②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)利用如图装置,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)①冒气泡的原因是Al与NaOH反应,离子方程式为2Al+2OH-+2H2O
2Al+3H2↑;使Al生成沉淀,最好是通入CO2,若加HNO3,生成的沉淀容易溶解。
②阳极是Al发生氧化反应,要生成氧化膜,还必须有H2O参加,故电极反应式为2Al+3H2O-6e-Al2O3+6H+;加入NaHCO3溶液后产生气泡和白色沉淀,是由于废电解液中含有H+,HC与H+反应生成CO2气体,随着H+的减少,溶液碱性增强,产生Al(OH)3沉淀。
(2)电镀时,阳极Cu可以发生氧化反应生成Cu2+,以补充Cu2+。
(3)铁被保护,可以作原电池的正极,或者电解池的阴极,故若X为碳棒,开关K应置于N处,Fe作阴极受到保护;若X为锌,开关K置于M处,铁作正极,锌作负极,称为牺牲阳极的阴极保护法。
答案:(1)①2Al+2OH-+2H2O2Al+3H2↑　b
②2Al+3H2O-6e-Al2O3+6H+　HC与H+反应,使H+浓度减小,产生Al(OH)3沉淀
(2)阳极Cu可以发生氧化反应生成Cu2+
(3)N　牺牲阳极的阴极保护法
【延伸探究】
(1)铁制品镀铜时,电镀池装置有何要求
提示:铁制品作阴极,纯铜作阳极,硫酸铜或硝酸铜溶液作电解质溶液。
(2)在(3)装置图中,若X为碳棒,开关置于N处,该电化学防护法是哪种保护法
提示:外加电流的阴极保护法。课后提升作业
二十一
　电解原理
(45分钟　100分)
一、选择题(本题包括8小题,每小题6分,共48分)
1.(2016·济宁高二检测)下列说法不正确的是　(　　)
A.不能自发进行的氧化还原反应一般可以通过电解实现
B.电解质溶液导电是化学变化,金属导电是物理变化
C.电解池和原电池中均发生氧化还原反应
D.电解、电离、原电池均需要通电
【解析】选D。电离不需要通电,而是在溶于水或熔化状态下发生的。
2.(2016·广州高二检测)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,S不参与电极反应
【解析】选D。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。故A、B错;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错;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,S不参与电极反应。
3.(2016·淄博高二检测)用惰性电极电解某溶液时,发现两极只有H2和O2生成,则电解一段时间后,下列有关该溶液(与电解前同温度)的说法中正确的有　
(　　)
①该溶液的pH可能增大;②该溶液的pH可能减小;
③该溶液的pH可能不变;④该溶液的浓度可能增大;
⑤该溶液的浓度可能不变;⑥该溶液的浓度可能减小
A.仅①②③　　　　
B.仅①②③④
C.仅①②③④⑤　　　
D.全部
【解析】选C。用惰性电极电解时,两极只有H2和O2,则实质上电解的是水,电解质不参与反应。该电解质有3种可能,如电解硫酸溶液时,水被电解,硫酸浓度变大,pH减小;电解NaOH溶液时,水被电解,NaOH浓度变大,pH增大;电解Na2SO4溶液时,水被电解,Na2SO4浓度变大,pH不变,但若NaOH溶液、Na2SO4溶液是饱和溶液则浓度不变,故①、②、③、④、⑤正确,⑥不可能。
4.(2016·徐州高二检测)用惰性电极电解硫酸铜溶液,整个过程转移电子的物质的量与产生气体总体积的关系如图所示(气体体积均在相同状况下测定)。欲使溶液恢复到起始状态,可向溶液中加入　(　　)
A.0.1
mol
CuO
B.0.1
mol
CuCO3
C.0.1
mol
Cu(OH)2
D.0.05
mol
Cu2(OH)2CO3
【解析】选D。根据图象和电解原理,O～P段电解反应的化学方程式为:2CuSO4+2H2O2Cu+O2↑+2H2SO4,P～Q段电解反应的化学方程式为:2H2O
2H2↑+O2↑,所以溶液中应加入CuO:=0.1
mol,H2O:=0.05
mol,分析四个选项,加入0.05
mol
Cu2(OH)2CO3合适。
5.(2016·衡水高二检测)将H2S通入FeCl3溶液中,过滤后将反应液加入电解槽中电解(如图所示),电解后的溶液还可以循环利用。该方法可用于处理石油炼制过程中产生的H2S废气。下列有关说法正确的是　(　　)
A.过滤得到的沉淀可能是FeS和S
B.若有0.20
mol的电子转移,一定能得到2.24
L的氢气
C.可以用Fe与外接电源的a极相连
D.与a极相连的电极反应为Fe2+-e-Fe3+
【解析】选D。H2S与FeCl3反应生成S、盐酸和氯化亚铁,A错误;没有给出氢气所处的条件,不能求氢气的体积,B错误;根据右边生成氢气知b是负极,a是正极,若此时铁是阳极,则被溶解,C错误,D正确。
6.(2016·大连高二检测)如图甲是CO2电催化还原为碳氢化合物的工作原理示意图,用一种钾盐水溶液作电解液;图乙是用H2还原CO2制备甲醇的工作原理示意图,硫酸为电解质溶液。下列说法不正确的是　　(　　)
A.甲中铜片作阴极,K+向铜片电极移动
B.乙中正极发生的电极反应为CO2+6e-+6H+CH3OH+H2O
C.乙中H2SO4可以增强溶液的导电性
D.甲中若CxHy为C2H4,则生成1
mol
C2H4的同时生成2
mol
O2
【解析】选D。根据图甲电子的移动方向知铜片作阴极,K+向铜片电极移动,故A正确;根据图乙通CO2一极的产物判断,通CO2的一极为正极,电极反应为CO2+6e-+6H+CH3OH+H2O,故B正确;由于图乙中的质子膜只允许H+通过,所以H2SO4可增强溶液的导电性,故C正确;甲中若CxHy为C2H4,则铜片上的电极反应为:2CO2+12e-+12H+C2H4+4H2O,根据得失电子守恒,铂片生成O2:=3
mol,故D错误。
7.(2016·衡水高二检测)把物质的量均为0.1
mol的CuCl2和H2SO4溶于水制成100
mL的混合溶液,用石墨作电极电解混合溶液,并收集两电极所产生的气体,通电一段时间后在两极收集到的气体在相同条件下体积相同,则下列叙述正确的是　(　　)
A.电路中共转移0.6NA个电子
B.阳极得到的气体中O2的物质的量为0.2
mol
C.阳极质量增加3.2
g
D.电解后剩余溶液中硫酸的浓度为1
mol·L-1
【解析】选A。根据两极均产生气体知,阴极电极反应有:Cu2++2e-Cu和2H++2e-H2↑,阳极电极反应有:2Cl--2e-Cl2↑和4OH--4e-O2↑+2H2O,设阴极生成xmol
H2,结合n(CuCl2)=0.1
mol和电子守恒得:x=0.1+,解得x=0.2。电路中共转移电子:(0.1×2+0.2×2)mol=0.6
mol,A正确;阳极得到的气体中含O2:=0.1
mol,B错误;阳极的质量不变,C错误;电解后溶质和水均减少,且水的减少量较多,故c(H2SO4)>1
mol·L-1,D错误。
8.(2016·北京高考)用石墨电极完成下列电解实验。
实验一
实验二
装置
现象
a、d处试纸变蓝;b处变红,局部褪色;c处无明显变化
两个石墨电极附近有气泡产生;n处有气泡产生;……
下列对实验现象的解释或推测不合理的是　(　　)
A.a、d处:2H2O+2e-H2↑+2OH-
B.b处:2Cl--2e-Cl2↑
C.c处发生了反应:Fe-2e-Fe2+
D.根据实验一的原理,实验二中m处能析出铜
【解题指南】解答本题时应明确以下两点:
(1)由实验一的现象,推理可知a、b、c、d分别为阴极、阳极、阳极、阴极。
(2)利用实验一的原理,分析出实验二中的m、n极都为阴极。
【解析】选B。a、d处试纸变蓝,说明溶液显碱性,是溶液中的氢离子得到电子生成氢气,氢氧根离子剩余造成的,故A正确;b处变红,局部褪色,说明是溶液中的氢氧根和氯离子同时放电,分别产生氧气和氯气,氢离子浓度增大,酸性增强,氯气与水反应生成的次氯酸具有漂白性,故B错误;c处为阳极,铁失去电子生成亚铁离子,故C正确;实验一中a、c形成电解池,d、b形成电解池,所以实验二中相当于形成三个电解池(一个球两面为不同的两极),m为电解池的阴极,另一球朝m的一面为阳极(n的背面),相当于电镀,即m上有铜析出,故D项正确。
二、非选择题(本题包括3小题,共52分)
9.(16分)用石墨棒作电极,在Na+、Cu2+、Cl-、S中选出适当离子组成电解质,电解其溶液,写出符合条件的一种电解质的化学式:
(1)当阴极放出H2,阳极放出O2时,电解质是_____________________________。
(2)当阴极析出金属,阳极放出O2时,电解质是___________________________。
(3)当阴极放出H2,阳极放出Cl2时,电解质是___________________________。
(4)通过电子的物质的量与阴极析出的金属的物质的量、阳极放出的气体的物质的量之比为4∶2∶1时,电解质是_______________________________。
【解析】(1)当阴极放出H2,阳极放出O2时,则电解时放电离子分别为H+、OH-,实际被电解的物质为H2O,电解质为活泼金属含氧酸盐Na2SO4。
(2)当阴极析出金属,阳极放出O2时,电解时放电离子为金属离子、OH-,实际被电解的物质为H2O和电解质,应为CuSO4。
(3)当阴极放出H2,阳极放出Cl2时,放电离子为H+、Cl-,则电解质应为NaCl。
(4)由题所给离子及离子的放电顺序可知,阴极析出的金属为Cu,阳极放出的气体为O2,其电极反应为阴极2Cu2++4e-2Cu,阳极4OH--4e-2H2O+O2↑,此时电极产物的物质的量之比为2∶1,符合题意,电解质为CuSO4。
答案:(1)Na2SO4　(2)CuSO4　(3)NaCl　(4)CuSO4
【延伸探究】
(1)四种溶液的pH分别如何变化
提示:分别是不变、变小、变大、变小。
(2)若两极产物的物质的量之比为1∶1,应是哪种电解质溶液
提示:应是CuCl2溶液。
10.(18分)(2016·日照高二检测)如图,p、q为直流电源两极,A由金属单质X制成,B、C、D为铂电极,接通电源,金属X沉积于B极,同时C、D产生气泡。试回答:
(1)p为________极,A极发生了________反应。
(2)C试管里收集到的气体是____________,电极方程式是______________。
(3)在电解过程中,测得的C、D两极上产生的气体的实验数据如下:
时间(min)
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
阴极生成气体体积(cm3)
6
12
20
29
39
49
59
69
79
89
阳极生成气体体积(cm3)
2
4
7
11
16
21
26
31
36
41
仔细分析以上实验数据,请说出可能的原因: __________________________。
(4)当反应进行一段时间后,A、B电极附近溶液的pH______(填“增大”“减小”或“不变”)。
(5)当电路中通过0.004
mol电子时,B电极上沉积金属X为0.128
g,则此金属的摩尔质量为________。
【解析】根据金属X沉积于B极知,B为阴极,则:A为阳极、C为阳极、D为阴极,p为正极,q为负极;A极为阳极,故发生的反应为金属X失电子被氧化;由上面的分析知,C为阳极,其电极反应式为:4OH--4e-O2↑+2H2O;1～4
min
C、D两极产生的气体体积比小于1∶2,4～10
min产生的气体体积之比等于1∶2,说明氧气在硫酸溶液中的溶解度比氢气大;n(X2+)==0.002
mol,所以此金属的摩尔质量==64
g·mol-1。
答案:(1)正　氧化
(2)氧气　4OH--4e-O2↑+2H2O
(3)1～4
min
C、D两极产生气体体积之比小于1∶2,4～10
min产生的气体体积之比等于1∶2,说明氧气在硫酸溶液中的溶解度比氢气大
(4)不变　(5)64
g·mol-1
11.(18分)(能力挑战题)(2016·长沙高二检测)甲醇是一种重要的化工原料和新型燃料。
下图是甲醇燃料电池工作的示意图,其中A、B、D均为石墨电极,C为铜电极。工作一段时间后,断开K,此时A、B两极上产生的气体体积相同。
(1)甲中负极的电极反应式为____________________。
(2)乙中A极析出的气体在标准状况下的体积为______________________。
(3)丙装置溶液中金属阳离子的物质的量与转移电子的物质的量变化关系如图所示,则图中②线表示的是________的变化;反应结束后,要使丙装置中金属阳离子恰好完全沉淀,需要________mL
5.0
mol·L-1NaOH溶液。
【解析】(1)甲醇燃料电池是原电池反应,甲醇在负极失电子发生氧化反应,电极反应为CH3OH-6e-+8OH-C+6H2O。(2)工作一段时间后,断开K,此时A、B两极上产生的气体体积相同,分析电极反应,B为阴极,溶液中铜离子得电子先析出,氢离子后得到电子生成氢气,设B极生成气体物质的量为x,溶液中铜离子物质的量为0.1
mol,电极反应为
Cu2+　+　
2e-Cu,
0.1
mol
0.2
mol
2H++2e-H2↑,
2x
x
A电极为阳极,溶液中的氢氧根离子失电子生成氧气,电极反应为
4OH--
4e-2H2O+O2↑,
4x
x
得到0.2+2x=4x,
x=0.1
mol
乙中A极析出的气体是氧气,物质的量为0.1
mol,在标准状况下的体积为
2.24
L。(3)根据转移电子的物质的量和金属阳离子的物质的量的变化,可知,丙装置溶液中铜离子从无到有逐渐增多,铁离子物质的量逐渐减小,亚铁离子物质的量逐渐增大,①为Fe3+,②为Fe2+,③为Cu2+,依据(2)计算得到电子转移为
0.4
mol,当电子转移为0.4
mol时,丙中阳极电极反应Cu-2e-Cu2+,生成Cu2+物质的量为0.2
mol,由图象分析可知:反应前,丙装置中n(Fe3+)=0.4
mol,n(Fe2+)
=0.1
mol,当电子转移0.4
mol时,Fe3+完全反应,生成0.4
mol
Fe2+,则反应结束后,Fe2+的物质的量为0.5
mol,Cu2+的物质的量为0.2
mol,所以需要加入NaOH溶液1.4
mol,所以NaOH溶液的体积为1.4
mol÷(5
mol·L-1)=0.28
L=280
mL。
答案:(1)CH3OH-6e-+8OH-C+6H2O
(2)2.24
L　(3)Fe2+　280课后提升作业
二十三
　金属的电化学腐蚀与防护
(45分钟　100分)
一、选择题(本题包括7小题,每小题6分,共42分)
1.(2016·大连高二检测)下列有关金属的说法正确的是　(　　)
A.牺牲阳极的阴极保护法构成原电池,被保护的金属作正极
B当镀锌铁制品的镀层破损时,镀层不能对铁制品起保护作用
C.不锈钢不易生锈是因为表面有保护膜
D.可将地下输油钢管与外加直流电源的正极相连以保护它不受腐蚀
【解析】选A。牺牲阳极的阴极保护法构成原电池,被保护的金属作正极,A正确;镀锌铁镀层破损时,形成原电池,金属锌为负极,金属铁作正极被保护,B错误;不锈钢不易生锈是因为改变了金属的内部结构,C错误;地下输油钢管应与外加直流电源的负极相连,D错误。
2.某课外活动小组,将剪下的一块镀锌铁放入试剂瓶中,并滴入少量食盐水将其浸湿,再加数滴酚酞溶液,按图装置进行实验,数分钟后观察,下列现象不可能出现的是　(　　)
A.乙中导气管里形成一段水柱
B.乙中导气管中产生气泡
C.金属片剪口处溶液变红
D.锌被腐蚀
【解析】选B。锌铁合金放入NaCl溶液中,形成了原电池,由于金属活动性:Zn>Fe,且电解质溶液为NaCl溶液,呈中性,故发生了Zn的吸氧腐蚀,导致甲中压强减小,乙中应形成一段水柱,由于O2得电子后结合H2O形成OH-,显碱性,使酚酞变红,故A、C、D现象可出现,B现象不可能出现。
3.(2016·太原高二检测)一定条件下,碳钢腐蚀与溶液pH的关系如下:
pH
2
4
6
6.5
8
13.5
14
腐蚀快慢
较快
慢
较快
主要产物
Fe2+
Fe3O4
Fe2O3
Fe
下列说法不正确的是　(　　)
A.在pH<4溶液中,碳钢主要发生析氢腐蚀
B.在pH>6溶液中,碳钢主要发生吸氧腐蚀
C.在pH>14溶液中,碳钢腐蚀的正极反应为O2+4H++4e—2H2O
D.在煮沸除氧气后的碱性溶液中,碳钢腐蚀速率会减缓
【解析】选C。A项,pH<4为强酸性,发生析氢腐蚀,正确;B项,pH>6的溶液,氧气得电子,发生吸氧腐蚀,正确;C项,pH>14的溶液,氧气与水反应得电子:O2+2H2O+4e-4OH-,错误;D项,煮沸后除去了氧气,碳钢的腐蚀速率会减小,正确。
4.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周中心区(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少。下列说法正确的是　(　　)
A.液滴中的Cl―由a区向b区迁移
B.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+
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.液滴边缘是正极区,发生的电极反应为O2+2H2O+4e-4OH-
【解析】选D。本题中涉及的是钢铁的腐蚀,因为NaCl溶液显中性,显然发生的是吸氧腐蚀。根据现象可以确定含氧少的a区为正极区,其边缘含氧较多为负极区,负极发生的反应为Fe-2e-Fe2+,正极发生的反应为O2+2H2O+4e-4OH-。液滴中的Cl―由b区向a区迁移,所以A项错误,D项正确;B项因铁比铜活泼,应铁作负极,所以该项错误;C项因为铁发生的是氧化反应,所以该项错误。
5.如图装置中,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】选B。A.两侧均发生金属腐蚀,形成原电池,生铁中的碳作电池的正极,铁作电池的负极,正确;B.a中盛有氯化钠溶液,溶液为中性,所以发生的是吸氧腐蚀,压强减小,而b中盛有氯化铵溶液,溶液显酸性,所以发生的是析氢腐蚀,压强增大,所以U形管液面左高右低,错误;C.两试管中都有Fe失去电子生成亚铁离子的反应,正确;D.a试管中发生了吸氧腐蚀,b试管中发生了析氢腐蚀,正确。
【易错提醒】
两个试管中的酸碱性不同,所以发生的是不同类型的电化学腐蚀。
6.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】选B。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。
7.(2015·上海高考)研究电化学腐蚀及防护的装置如图所示。下列有关说法错误的是　(　　)
A.d为石墨,铁片腐蚀加快
B.d为石墨,石墨上电极反应为O2+2H2O+4e-4OH-
C.d为锌块,铁片不易被腐蚀
D.d为锌块,铁片上电极反应为2H++2e-H2↑
【解析】选D。由于活动性:铁>石墨,所以铁、石墨及海水构成原电池,Fe为负极,失去电子被氧化变为Fe2+,进入溶液,溶解在海水中的氧气在正极石墨上得到电子被还原,铁片腐蚀比没有形成原电池时的速率快,A正确;d为石墨,由于是中性电解质,所以发生的是吸氧腐蚀,石墨上氧气得到电子,发生还原反应,电极反应为O2+2H2O+4e-4OH-,B正确;若d为锌块,则由于金属活动性:Zn>Fe,Zn为原电池的负极,Fe为正极,首先被腐蚀的是Zn,铁得到保护,铁片不易被腐蚀,C正确;d为锌块,由于电解质为中性环境,发生的是吸氧腐蚀,在铁片上电极反应为O2+2H2O+4e-4OH-,D错误。
【补偿训练】
为研究金属腐蚀的条件和速率,某课外小组学生将三根大小相同的铁丝分别固定在图示的三个装置中,再放置于U形管里保存一星期后,下列对实验结束时现象描述不正确的是　(　　)
A.装置Ⅰ左侧的液面一定会上升
B.左侧液面装置Ⅰ比装置Ⅱ的低
C.装置Ⅱ中的铁丝腐蚀最严重
D.装置Ⅲ中的铁丝几乎没被腐蚀
【解析】选B。Ⅰ中铁丝发生吸氧腐蚀,左侧液面上升;Ⅱ中盐酸挥发,和铁丝反应生成H2,腐蚀最严重,Ⅱ中左侧液面下降;Ⅲ中浓硫酸吸水,而铁丝在干燥空气中几乎不腐蚀。
二、非选择题(本题包括3小题,共58分)
8.(18分)钢铁工业是一个国家工业的基础,而且钢铁制品在人们的生产生活中有着广泛的用途。
(1)钢材加工前需要对其表面的氧化物(如铁锈)进行处理。常用的方法之一是用硫酸处理。下列能加快除去钢铁表面氧化物速率的是________(填字母)。
A.用中等浓度的硫酸　　　
B.用98.3%的浓硫酸
C.加热　
D.加少许铜粉
(2)实际生产中也可以用适量的稀盐酸来处理钢铁表面的铁锈。某同学在实验室中,将一块表面生锈的铁片置入稀盐酸中。写出铁锈完全消失后溶液中发生化合反应的离子方程式: _______________________________________________。
(3)防止钢铁腐蚀可以延长钢铁制品的使用寿命。在钢铁制品表面镀铜可以有效地防止其腐蚀,电镀的装置如图所示:
①上面的电镀装置图的“直流电源”中,________(选填“a”或“b”)是正极。
②接通电源前,装置图中的铜、铁两个电极质量相等,电镀完成后,将两个电极取出,用蒸馏水小心冲洗干净、烘干,然后称量,二者质量差为5.12
g,由此计算电镀过程中电路中通过的电子的物质的量为________。
③上述铁镀件破损后,铁更容易被腐蚀。请简要说明镀铜铁镀件破损后,铁更容易被腐蚀的原因: _____________________________________________ __ _ ,
由此可推知铁镀____________(填一种金属)在破损时铁不易被腐蚀。
【解析】(1)稀硫酸可以与铁反应,而浓硫酸则可以使铁钝化;加热可以使铁与浓硫酸反应;铜可以与Fe3+反应,从而降低溶液中Fe3+的浓度,有利于硫酸与铁锈的反应。
(2)铁锈溶解于酸,生成Fe3+,Fe3+能与单质铁发生化合反应。
(3)电镀时正极连接的电极为阳极,故a为正极;阳极溶解的铜等于阴极上析出的铜,故阳极溶解的铜为2.56
g,即0.04
mol,故电镀过程中电路中通过的电子的物质的量为0.08
mol;镀件破损时,镀层金属与镀件金属在周围环境中形成原电池,活动性强的金属更容易被腐蚀。
答案:(1)B、D
(2)2Fe3++Fe3Fe2+
(3)①a　②0.08
mol　③铁比铜活泼,铁与铜构成原电池的两个电极,铁作负极,更易被腐蚀　锌
9.(20分)钢铁工业是国家工业的基础,请回答钢铁腐蚀与防护过程中的有关问题。
(1)生产中可用盐酸来除铁锈。现将一生锈的铁片放入盐酸中,当铁锈被除尽后,溶液中发生的化合反应的化学方程式为 _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ ___。
(2)下列哪些装置可防止铁棒被腐蚀__________。
(3)在实际生产中,可在铁件的表面镀铜防止铁被腐蚀。装置如图:
①A电极对应的金属是__________(写元素名称),B电极的电极反应式是______________________。
②若电镀前A、B两金属片质量相同,电镀完成后将它们取出洗净、烘干、称量,二者质量差为5.12
g,则电镀时电路中通过的电子为__________mol。
③镀层破损后,镀铜铁比镀锌铁更容易被腐蚀,请简要说明原因: _ _ _ _ __。
【解析】(1)铁锈主要成分为Fe2O3·H2O,与HCl反应生成Fe3+,Fe3+具有强氧化性,能够氧化铁:2Fe3++Fe3Fe2+。
(2)根据原电池和电解池原理可知,A项铁作负极,加速了铁的腐蚀;B项铁作正极被保护;C项为铁的自然腐蚀;D项铁作阳极,加速了铁的腐蚀。
(3)①镀铜时阳极材料应选铜。
②阳极溶解铜,阴极析出铜,故在阴极析出铜的质量为=2.56
g。根据Cu2++2e-Cu可知转移电子数为0.08
mol。
③镀铜铁中镀层破损,构成原电池,铁为负极被腐蚀,而镀锌铁中镀层破损,铁作正极被保护。
答案:(1)2FeCl3+Fe3FeCl2
(2)B
(3)①铜　Cu2++2e-Cu
②0.08
③铁比铜活泼,镀层破坏后,在潮湿环境中形成原电池,铁为负极,加速铁的腐蚀(叙述合理即可)
【补偿训练】
(2016·沈阳高二检测)A、B、C三个烧杯中分别盛有相同物质的量浓度的稀硫酸,如图所示:
(1)A中反应的离子方程式是 _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ ___。
(2)B中Sn极的电极反应式为 _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ ____,
Sn极附近溶液的pH________(填“增大”“减小”或“不变”)。
(3)C中被腐蚀的金属是________,总反应离子方程式是________________
____________,比较A、B、C中铁被腐蚀的速率由快到慢的顺序是 ____________
__________________________________________________。
【解析】(1)A中发生Fe与稀硫酸间的置换反应。
(2)B中Sn为正极,H+放电生成H2:2H++2e-H2↑,导致Sn附近溶液中c(H+)减小,pH增大。
(3)C中Zn为负极,被腐蚀。
答案:(1)Fe+2H+Fe2++H2↑
(2)2H++2e-H2↑　增大
(3)Zn　Zn+2H+Zn2++H2↑　B>A>C
10.(20分)(能力挑战题)(2014·安徽高考)某研究小组为探究弱酸性条件下铁发生电化学腐蚀类型的影响因素,将混合均匀的新制铁粉和碳粉置于锥形瓶底部,塞上瓶塞(如图1)。从胶头滴管中滴入几滴醋酸溶液,同时测量容器中的压强变化。
(1)请完成以下实验设计表(表中不要留空格):
编号
实验目的
碳粉/g
铁粉/g
醋酸/%
①
为以下实验作参照
0.5
2.0
90.0
②
醋酸浓度的影响
0.5
36.0
③
0.2
2.0
90.0
(2)编号①实验测得容器中压强随时间变化如图2。t2时,容器中压强明显小于起始压强,其原因是铁发生了________腐蚀,请在图3中用箭头标出发生该腐蚀时电子流动方向;此时,碳粉表面发生了________(填“氧化”或“还原”)反应,其电极反应式是____________________________________________。
(3)该小组对图2中0~t1时压强变大的原因提出了如下假设,请你完成假设二:
假设一:发生析氢腐蚀产生了气体;
假设二:__________________________________________________;
……
【解析】(1)实验②是探究醋酸浓度的影响,因此醋酸浓度不同,其他条件相同,即铁粉的质量为2.0
g,实验③是探究碳粉的量对反应的影响。
(2)t2时压强减小,则是发生了吸氧腐蚀,碳是正极,发生还原反应:O2+4e-+2H2O4OH-或4H++O2+4e-2H2O,电子流向是铁→碳:
。
(3)压强变大可能是产生了气体、温度升高等,因此假设二是反应放热。
答案:(1)②2.0　③碳粉含量的影响
(2)吸氧　　还原
O2+4e-+2H2O4OH-或4H++O2+4e-2H2O
(3)反应放热,温度升高,体积膨胀
【补偿训练】
如何防止铁的锈蚀是工业上研究的重点内容。为研究铁锈蚀的影响因素,某同学做了如下探究实验:
序号
内容
实验现象
1
常温下将铁丝放在干燥空气中一个月
干燥的铁丝表面依然光亮
2
常温下将铁丝放在潮湿空气中一小时
铁丝表面依然光亮
3
常温下将铁丝放在潮湿的空气中一个月
铁丝表面已变得灰暗
4
将潮湿的铁丝放在常温的氧气流中一小时
铁丝表面略显灰暗
5
将潮湿的铁丝放在高于常温的氧气流中一小时
铁丝表面已变得灰暗
6
将浸过氯化钠溶液的铁丝放在高于常温的氧气流中一小时
铁丝表面灰暗程度比实验5严重
回答以下问题:
(1)上述实验中发生了电化学腐蚀的是(填实验序号)________;在电化学腐蚀中,负极反应是_________________________________________________________;
正极反应是_________________________________________________________;
(2)由该实验可知,可以影响铁锈蚀速率的因素是_________________________;
(3)为防止铁的锈蚀,工业上普遍采用的方法是 __________________________
________(答两种方法)。
【解析】解答第(1)题应注意联系金属的化学腐蚀与电化学腐蚀的区别,不纯的金属与电解质溶液接触,因发生原电池反应,较活泼的金属失电子而被氧化,分析题中实验可知,实验3、4、5、6发生了电化学腐蚀,其中负极反应是Fe-2e-Fe2+,正极反应是O2+2H2O+4e-4OH-。
解答第(2)题时,对比实验1和3可得出湿度增大,可使铁锈蚀速率加快;对比实验2、4可知增大O2浓度可加快铁锈蚀的速率;对比实验4、5可知升高温度可加快铁锈蚀的速率;对比实验5、6可知电解质的存在会使铁锈蚀的速率加快。
第(3)题,为防止铁的锈蚀,根据铁锈蚀的类型,可采用牺牲阳极的阴极保护法、外加电流的阴极保护法,还可把铁制成不锈钢(合金),亦可采用喷油漆、涂油脂、电镀、表面钝化等方法使铁与空气、水等物质隔离,以防止金属腐蚀。
答案:(1)3、4、5、6
Fe-2e-Fe2+(或2Fe-4e-2Fe2+)
2H2O+O2+4e-4OH-
(2)温度、湿度、O2的浓度、电解质存在
(3)电镀、发蓝等表面覆盖保护层,牺牲阳极的阴极保护法、外加电流的阴极保护法等(答案合理即可)4.1
原电池
1.(2016·大同高二检测)下列烧杯中盛放的都是稀硫酸,在铜电极上能产生气泡的是　(　　)
【解析】选A。B、C选项均无化学反应;D选项Zn与稀硫酸反应,但装置不能形成闭合回路,只有A符合要求。
2.(2016·雅安高二检测)有关原电池的下列说法中正确的是　(　　)
A.在外电路中电子由正极流向负极
B.在原电池中负极发生还原反应
C.阳离子向正极方向移动
D.原电池中正极一定是不活泼金属
【解析】选C。在外电路中,电子从负极流向正极;原电池中负极发生氧化反应;随着反应的进行,阳离子在正极被还原,所以电解质溶液中的阳离子向正极移动;原电池中一般正极金属比负极活泼性差,但不一定是不活泼金属,也可能为碳。
3.(2016·三明高二检测)理论上不能设计为原电池的化学反应是　(　　)
A.CH4(g)+2O2(g)CO2(g)+2H2O(l)　ΔH<0
B.HNO3(aq)+NaOH(aq)NaNO3(aq)+H2O(l)　ΔH<0
C.2H2(g)+O2(g)2H2O(l)　ΔH<0
D.2FeCl3(aq)+Fe(s)3FeCl2(aq)　ΔH<0
【解析】选B。原电池反应均是自发进行的放热的氧化还原反应,选项A、C、D均属氧化还原反应,理论上可以设计成原电池,而选项B是非氧化还原反应,不能设计成原电池。
4.(2016·成都高二检测)在如图所示的装置中,a的金属活动性比氢要强,b为碳棒,关于此装置的各种叙述不正确的是　(　　)
A.碳棒上有气体放出,溶液pH变大
B.a是正极,b是负极
C.导线中有电子流动,电子从a极流向b极
D.a极上发生了氧化反应
【解析】选B。电极a、b与电解质溶液稀硫酸组成原电池。因活动性a>b(碳棒),所以a为原电池的负极,b为正极。
电极反应式:
a(负)极:a-ne-an+(氧化反应)
b(正)极:nH++ne-H2↑(还原反应)
由于正极放电消耗H+,溶液中c(H+)减小,pH增大,在外电路中,电子由a极流出经电流表A流向b极。
5.将纯锌片和纯铜片按图示方式插入同浓度的稀硫酸中一段时间,以下叙述正确的是　(　　)
A.两烧杯中溶液的pH均增大
B.甲中铜片是正极,乙中铜片是负极
C.两烧杯中铜片表面均无气泡产生
D.产生气泡的速率甲比乙慢
【解析】选A。甲是一个原电池装置,负极(Zn)反应为Zn-2e-Zn2+,正极(Cu)反应为2H++2e-H2↑;两烧杯中H2SO4均被消耗,溶液的pH均增大。
6.(2016·新乡高二检测)X、Y、Z、W四块金属板分别用导线两两相连浸入稀硫酸中构成原电池。X、Y相连时,X为负极;Z、W相连时,外电路电流方向是W→Z;X、Z相连时,Z极上产生大量气泡;W、Y相连时,W极发生氧化反应。据此判断四种金属的活动性顺序是　(　　)
A.X>Z>W>Y
B.Z>X>Y>W
C.X>Y>Z>W　
D.Y>W>Z>X
【解析】选A。在原电池中,活泼金属作原电池的负极,失去电子发生氧化反应;不活泼的金属或非金属导体作原电池的正极,阳离子或氧气等在正极得到电子发生还原反应。电子由负极经导线流向正极,与电流的方向相反。因此,X、Y相连时,X为负极,则活动性X>Y;Z、W相连时,电流方向是W→Z,则活动性Z>W;X、Z相连时,Z极上产生大量气泡,则活动性X>Z;W、Y相连时,W极发生氧化反应,则活动性W>Y。综上所述,可以得出金属的活动性顺序:X>Z>W>Y。
7.(2016·沈阳高二检测)由锌片、铜片和200mL稀硫酸组成的原电池如图所示。
(1)原电池的负极反应是_______________________,
正极反应是___________________________。
(2)电流的方向是________。
(3)一段时间后,当在铜片上放出1.68L(标准状况下)气体时,H2SO4恰好消耗一半。则产生这些气体的同时,共消耗______g锌,有________个电子通过了导线,原硫酸的物质的量浓度是________(设溶液体积不变)。
【解析】产生0.075
mol
H2,通过0.075
mol×2=0.15
mol电子,消耗0.075
mol
Zn和0.075
mol
H2SO4。所以m(Zn)=0.075
mol×65
g·mol-1=4.875
g,N(e-)=
0.15
mol×6.02×1023mol-1=9.03×1022,c(H2SO4)==0.75
mol·L-1。
答案:(1)Zn-2e-Zn2+　2H++2e-H2↑
(2)由Cu极流向Zn极
(3)4.875　9.03×1022　0.75
mol·L-1
【补偿训练】由A、B、C、D四种金属按下表中装置图进行实验。
装置
现象
二价金属A不断溶解
C的质量增加
A上有气体产生
根据实验现象回答下列问题:
(1)装置甲中负极的电极反应式是________________________________。
(2)装置乙中正极的电极反应式是____________________________________。
(3)装置丙中溶液的pH________(填“变大”“变小”或“不变”)。
(4)四种金属活动性由强到弱的顺序是_____________________。
【解析】甲、乙、丙均为原电池装置。依据原电池原理,甲中A不断溶解,则A为负极、B为正极,活动性A>B;乙中C极增重,即析出Cu,则B为负极,活动性B>C;丙中A上有气体产生即有H2产生,则A为正极,活动性D>A,随着H+的消耗,丙溶液pH变大。
答案:(1)A-2e-A2+
(2)Cu2++2e-Cu
(3)变大　(4)D>A>B>C
8.【能力挑战题】某同学设计实验探究构成原电池的条件,装置如下:
实验一:实验探究电极的构成(甲图)
①A、B两极均选用石墨作电极,发现电流计指针不偏转;②A、B两极均选用铜片作电极,发现电流计指针不偏转;③A极用锌片,B极用铜片,发现电流计指针向左偏转;④A极用锌片,B极用石墨,发现电流计指针向左偏转。
结论一: ________________________________________________________
实验二:探究溶液的构成(甲图,A极用锌片,B极用铜片)
①液体采用无水乙醇,发现电流计指针不偏转;
②改用硫酸溶液,发现电流计指针偏转,B极上有气体产生。
结论二: ________________________________________________________
实验三:对比实验,探究乙图装置能否构成原电池
将锌、铜两电极分别放入稀硫酸溶液中,发现锌片上有气泡产生,铜片上无明显现象,电流计指针不发生偏转。
结论三: _________________________________________________________
思考:对该同学的实验,同学乙提出了如下疑问,请你帮助解决。
(1)在甲图装置中,若A为镁片,B为铝片,电解质溶液为NaOH溶液,电流计的指针应向________偏转。
(2)将盛有KCl溶液的U形管放在图乙的两个烧杯之中形成盐桥,电流计指针________(填“能”或“不能”)偏转。
【解析】实验一说明两个电极用活泼性相同的材料不能构成原电池;实验二说明必须有电解质溶液才能构成原电池;实验三说明必须构成闭合电路;在甲图装置中,若A为镁片,B为铝片,电解质溶液为NaOH溶液,则铝片为负极,所以电流计指针向右偏转;用盐桥将乙装置中的两烧杯相连,则形成闭合回路,能构成原电池,电流计指针发生偏转。
答案:结论一:电极必须是两活泼性不同的电极
结论二:溶液必须是电解质溶液　
结论三:必须构成闭合回路　(1)右　(2)能课后提升作业
二十二
　电解原理的应用
(45分钟　100分)
一、选择题(本题包括8小题,每小题6分,共48分)
1.如图中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　(　　)
a电极
b电极
X电极
溶液
A
锌
石墨
负极
CuSO4
B
石墨
石墨
负极
NaOH
C
银
铁
正极
AgNO3
D
铜
石墨
负极
CuCl2
【解析】选A。通电后发现a极板质量增加,所以金属阳离子在a极上得电子,a极是阴极,溶液中金属元素在金属活动性顺序中处于氢元素后边;b极是阳极,b极板处有无色无味气体放出,即溶液中氢氧根离子放电生成氧气,电极材料必须是不活泼的非金属,电解质溶液中的阴离子必须是氢氧根离子或含氧酸根离子。A.该选项符合条件,故正确;B.电解质溶液中金属阳离子在氢元素前边,故错误;C.铁是活泼金属,作阳极失电子,所以在b极板处得不到氧气,故错误;D.电解质溶液中氯离子失电子,在b极板处得到有刺激性气味的气体,与题意不符,故错误。
2.(2015·四川高考)用如图所示装置除去含CN-、Cl-废水中的CN-时,控制溶液pH为9～10,阳极产生的ClO-将CN-氧化为两种无污染的气体。下列说法不正确的是　(　　)
A.用石墨作阳极,铁作阴极
B.阳极的电极反应式:Cl-+2OH--2e-ClO-+H2O
C.阴极的电极反应式:2H2O+2e-H2↑+2OH-
D.除去CN-的反应:2CN-+5ClO-+2H+N2↑+2CO2↑+5Cl-+H2O
【解析】选D。A选项石墨作阳极,为惰性电极,由溶液中的Cl-放电,电极反应式:Cl-+2OH--2e-ClO-+H2O,铁作阴极,在碱性环境下发生2H2O+2e-H2↑+2OH-,故A、B、C正确;D选项pH为9～10的碱性溶液不可能是H+参加反应,离子反应应为2CN-+5ClO-+H2ON2↑+2CO2↑+5Cl-+2OH-。
【补偿训练】
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:3I2+6OH-I+5I-+3H2O
下列说法不正确的是　(　　)
A.右侧发生的电极反应式:2H2O+2e-H2↑+2OH-
B.电解结束时,右侧溶液中含有I
C.电解槽内发生反应的总化学方程式:KI+3H2OKIO3+3H2↑
D.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
【解析】选D。电解时左侧溶液变蓝,说明反应中I-→I2,则电极反应为2I--2e-I2,该极为阳极。右侧电极为阴极,发生还原反应,则应该是水放电生成H2,电极反应为2H2O+2e-H2↑+2OH-,A说法正确。电解过程中阴离子OH-可通过阴离子交换膜向阳极移动,因此OH-可从右侧进入左侧,导致单质I2与OH-反应:3I2+6OH-I+5I-+3H2O,因此左侧溶液中产生I,I也可透过阴离子交换膜进入右侧,B说法正确。把两电极反应和I2与OH-的反应合并,可得总反应方程式:KI+3H2OKIO3+3H2↑,C说法正确。如果用阳离子交换膜代替阴离子交换膜,则右侧产生的OH-不能进入左侧,则不会发生单质I2与OH-的反应,因此电解槽内的化学反应不同,D说法错误。
3.(2016·洛阳高二检测)用惰性电极电解AgNO3溶液,下列说法不正确的是　
(　　)
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】选D。用惰性电极电解AgNO3溶液,总的电极反应式为4AgNO3+2H2O
4Ag+O2↑+4HNO3。可知:阴极上析出Ag,阳极上放出O2,故A正确、D错误;由于生成硝酸溶液,pH应不断降低,B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正确。
【补偿训练】
(2016·厦门高二检测)以石墨为电极分别电解水和饱和食盐水,关于两个电解池反应的说法正确的是　(　　)
A.阳极反应式相同
B.电解结束后所得液体的pH相同
C.阴极反应式相同
D.通过相同电量时生成的气体总体积相等(同温同压)
【解析】选C。A项,以石墨为电极电解水,阳极:4OH--4e-2H2O+O2↑,以石墨为电极电解饱和食盐水,阳极:2Cl--2e-Cl2↑,二者阳极电极反应式不同,故A错误;B项,电解水溶液的pH不变,电解饱和氯化钠溶液生成氢氧化钠、氯气和氢气,pH变大,所以电解结束后所得液体的pH不相同,故
B错误;C项,以石墨为电极分别电解水和饱和食盐水阴极上都是2H++2e-H2↑,所以阴极电极反应式相同,故C正确;D项,设转移电子数为4
mol,则依据电解方程式:2H2O2H2↑+O2↑,电解水生成3
mol气体;依据电解方程式2NaCl+2H2O2NaOH+Cl2↑+H2↑,电解食盐水生成4
mol气体,故D错误。
4.近年来,加“碘”食盐较多的使用了碘酸钾(KIO3),碘酸钾在工业上可用电解法制取。以石墨和不锈钢为电极,以KI溶液为电解液,在一定条件下电解,反应方程式为KI
+
3H2OKIO3+
3H2↑。下列有关说法正确的是　(　　)
A.电解时,石墨作阴极,不锈钢作阳极
B.电解时,阳极反应是I--6e-+
3H2OI+
6H+
C.溶液调节至强酸性,对生产有利
D.电解前后溶液的pH增大
【解析】选B。A.由电解方程式可知:在反应中I-失去电子变为I,因此电解时,石墨作阳极,不锈钢作阴极,A错误;B.由总反应方程式可知:电解时,阳极反应是I--6e-+
3H2OI+6H+,B正确;C.溶液调节至强酸性,会与不锈钢电极反应,对生产不利,C错误;D.电解反应方程式为KI+3H2OKIO3+
3H2↑,反应不断消耗水,但KI是强酸强碱盐,溶液始终呈中性,pH=7,D错误。
5.(2016·北京海淀区高二检测)电解池在生活和生产中有着广泛应用。下列有关判断中错误的是　(　　)
A.装置①研究的是电解CuCl2溶液,b电极上有红色固体析出
B.装置①电解一段时间后,要使电解质溶液恢复,可加入适量的CuCl2
C.装置②研究的是电解饱和食盐水,B电极发生的反应:2Cl--2e-Cl2↑
D.两个装置中涉及的主要反应都是氧化还原反应
【解析】选C。由电源正负极可知,B电极为阴极,发生得电子的还原反应,C选项错误。
6.(2016·海口高二检测)电浮选凝聚法是工业上采用的一种污水处理方法,如图是电解污水的实验装置示意图,实验用污水中主要含有可被吸附的悬浮物(不导电)。下列有关推断明显不合理的是　(　　)
A.阴极的电极反应式为O2+4e-+2H2O4OH-
B.通电过程中烧杯内产生可以吸附悬浮物的Fe(OH)3
C.通电过程中会产生气泡,把悬浮物带到水面形成浮渣除去
D.如果实验用污水导电性不良,可加入少量Na2SO4固体以增强导电性
【解析】选A。A项中阴极H2O电离出的H+得电子,电极反应式为2H2O+2e-2OH-+
H2↑。
7.(2016·沈阳高二检测)如下图所示是根据图甲的电解池进行电解时某个量(纵坐标x)随时间变化的函数图象(各电解池都用石墨作电极,不考虑电解过程中溶液浓度变化对电极反应的影响),这个量x表示　(　　)
A.各电解池析出气体的体积
B.各电解池阳极质量的增加量
C.各电解池阴极质量的增加量
D.各电极上放电的离子总数
【解析】选C。电解NaCl溶液时阴、阳极都产生气体,电解AgNO3溶液时阴极上产生单质银,电解CuSO4溶液时阴极上产生单质铜,所以随着电解的进行,阴极质量的增加量有如题中图示的变化。
8.(2016·全国卷Ⅰ)三室式电渗析法处理含Na2SO4废水的原理如图所示,采用惰性电极,ab、cd均为离子交换膜,在直流电场的作用下,两膜中间的Na+和S可通过离子交换膜,而两端隔室中离子被阻挡不能进入中间隔室。
下列叙述正确的是　(　　)
A.通电后中间隔室的S离子向正极迁移,正极区溶液pH增大
B.该法在处理含Na2SO4废水时可以得到NaOH和H2SO4产品
C.负极反应为2H2O-4e-O2+4H+,负极区溶液pH降低
D.当电路中通过1
mol电子的电量时,会有0.5
mol的O2生成
【解析】选B。电解池中阴离子向阳极移动,所以通电后中间隔室的S向正极区迁移,阳极上氢氧根离子放电产生氧气,溶液中氢离子浓度增大,pH减小,A项错误;电解时在负极区生成NaOH,在正极区生成H2SO4,B项正确;阴极反应是氢离子得到电子生成氢气,溶液中氢氧根离子浓度增大,pH升高,C项错误;当电路中通过1
mol电子的电量时,会有0.25
mol的O2生成,D项错误。
二、非选择题(本题包括3小题,共52分)
9.(17分)(2016·三亚高二检测)蓄电池是一种可以反复充电、放电的装置,有一种蓄电池在充电和放电时发生的反应是NiO2+Fe+2H2OFe(OH)2+Ni(OH)2,用该蓄电池电解(阴、阳极均为惰性电极)M(NO3)x溶液时,若此蓄电池工作一段时间后消耗0.36
g水。
(1)电解时,电解池的阳极应连接________(填序号)。
A.NiO2　
　B.Fe　　
C.Fe(OH)2　
　D.Ni(OH)2
(2)电解M(NO3)x溶液时某一极质量增至mg,金属M的相对原子质量的计算式为________(用m、x表示)。
(3)此蓄电池电解含有0.01
mol
CuSO4和0.01
mol
NaCl的混合溶液100
mL,转移相同量的电子时,阳极产生气体________L(标准状况),电解后溶液加水稀释至1
L,溶液的pH为________。
【解析】(1)电解池的阳极应连原电池的正极,故连NiO2。
(2)蓄电池工作时,消耗0.36
g水,通过0.02
mol电子,由得失电子守恒知=0.02,解得M=50mx。
(3)通过电子0.02
mol,首先产生0.005
mol
Cl2,转移电子的物质的量为0.01
mol,然后发生4OH--4e-2H2O+O2↑,产生O2:=0.002
5
mol,V气=
(0.002
5
mol+0.005
mol)×22.4
L·mol-1=0.168
L。产生n(H+)=0.002
5
mol×4=0.01
mol,c(H+)=0.01
mol·L-1,pH=2。
答案:(1)A　(2)50mx　(3)0.168　2
10.(17分)(1)(2016·浙江高考节选)研究证实,CO2也可在酸性水溶液中通过电解生成甲醇,则生成甲醇的反应发生在________极,该电极反应式是_______
_____________________。
(2)(2015·山东高考节选)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________电极迁移(填“A”或“B”)。
(3)(2015·上海高考节选)氯碱工业以电解精制饱和食盐水的方法制取氯气、氢气、烧碱和氯的含氧酸盐等系列化工产品。下图是离子交换膜法电解食盐水的示意图,图中的离子交换膜只允许阳离子通过。
完成下列填空:
①写出电解饱和食盐水的离子方程式: ________________________________。
②离子交换膜的作用为 ______________________________________________。
③精制饱和食盐水从图中________位置补充,氢氧化钠溶液从图中________位置流出。(选填“a”“b”“c”或“d”)
【解析】(1)二氧化碳变甲醇,碳元素的化合价降低,得到电子,说明其在阴极反应,其电极反应式为CO2+6H++6e-CH3OH+H2O。
(2)B极区产生H2,同时生成LiOH,则B极区电解液为LiOH溶液;电极A为阳极,阳极区电解液为LiCl溶液,根据放电顺序,阳极上Cl-失去电子,则阳极电极反应式为2Cl--2e-Cl2↑;根据电流方向,电解过程中Li+向B电极迁移。
(3)①电解饱和食盐水时,溶液中的阳离子H+在阴极得到电子变为H2逸出,使附近的水溶液显碱性,溶液中的阴离子Cl-在阳极失去电子,发生氧化反应,产生Cl2。反应的离子方程式是2Cl-+2H2OCl2↑+H2↑+2OH-。
②图中的离子交换膜只允许阳离子通过,是阳离子交换膜,不能使阴离子通过,这样就可以阻止阴极溶液中的OH-进入阳极室,与氯气发生反应,阻止Cl-进入阴极室,使在阴极区产生的NaOH纯度更高。同时可以阻止阳极产生的Cl2和阴极产生的H2混合发生爆炸。
③随着电解的进行,溶质NaCl不断消耗,所以应该及时补充。精制饱和食盐水从与阳极连接的图中a位置补充,由于阴极H+不断放电,附近的溶液显碱性,氢氧化钠溶液从图中d位置流出;水不断被消耗,所以从b口不断加入蒸馏水,从c位置流出的是稀NaCl溶液。
答案:(1)阴　CO2+6H++6e-CH3OH+H2O
(2)LiOH　2Cl--2e-Cl2↑　B
(3)①2Cl-+2H2OCl2↑+H2↑+2OH-
②阻止OH-进入阳极室,与Cl2发生副反应:2NaOH+Cl2NaCl+NaClO+H2O
阻止阳极产生的Cl2和阴极产生的H2混合发生爆炸
③a　d
【补偿训练】
(2016·开封高二检测)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)工业级氢氧化钾的溶液中含有某些含氧酸根杂质,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液体出口________(填写“A”或“B”)导出。
【解析】(3)中根据电解原理,阳极应是OH-失电子,所以电极反应式为4OH--4e-2H2O+O2↑,而阴极为H+放电,促进水的电离,使OH-浓度增大,所以pH增大,根据阳离子交换膜的特点,K+可从阳极区进入阴极区和OH-组成KOH,从而可在阴极区得到纯的KOH溶液,故液体应从B口导出。
答案:(1)2Al2O3(熔融)4Al+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
11.(18分)(能力挑战题)(2016·阳泉高二检测)课题式研究性学习是培养学生创造性思维的良好方法,某研究性学习小组将下列装置如图连接,C、D、E、F、X、Y都是惰性电极。将电源接通后,向乙中滴入酚酞试液,在F极附近显红色。
试回答下列问题:
(1)电源A极的名称是________。
(2)甲装置中电解反应的总化学方程式: ________________________________。
(3)如果收集乙装置中产生的气体,两种气体的体积比是________。
(4)欲用丙装置给铜镀银,G应该是________(填“铜”或“银”),电镀液的主要成分是________(填化学式)。
(5)装置丁中的现象是 _______________________________________________。
【解析】(1)这是一个串联电解装置,乙中F极出现红色,说明在F极放出H2,生成NaOH,F为阴极,B为负极,A为正极。
(2)甲池电解CuSO4溶液:2CuSO4+2H2O2Cu+O2↑+2H2SO4。
(3)乙池电解NaCl溶液:2NaCl+2H2O2NaOH+Cl2↑+H2↑,V(Cl2)∶V(H2)=1∶1。
(4)给铜镀银,银应为阳极,铜为阴极,G为银,电镀液为AgNO3溶液。
(5)丁装置是进行胶体的电泳实验,Fe(OH)3胶体胶粒带正电荷,通电后向阴极移动,阴极区颜色变深。
答案:(1)正极
(2)2CuSO4+2H2O2Cu+O2↑+2H2SO4
(3)1∶1　(4)银　AgNO3
(5)Y极附近红褐色变深
【补偿训练】
(2016·太原高二检测)如图所示,甲、乙为相互串联的两电解池。
(1)甲池若为用电解原理精炼铜的装置,则A电极名称为________极,电极材料是________,电极反应式为____________________,电解质溶液可以是_________
________。
(2)乙池中Fe极电极反应式为_________________,若在乙池中滴入少量酚酞试液,开始电解一段时间,Fe极附近呈________色。
【解析】(1)根据电解池的电极与外接电源的关系,A为阴极,B为阳极,Fe为阴极,C为阳极。因为甲为精炼铜的装置,所以A电极材料是纯铜,电极反应式为Cu2++2e-Cu,电解质溶液用含Cu2+的溶液(如CuSO4溶液)。
(2)乙池中Fe电极反应式为2H++2e-H2↑,在乙池中滴入少量酚酞试液,开始电解一段时间,由于水提供的H+在阴极(Fe)放电,OH-越来越多,铁极附近呈红色。
答案:(1)阴　纯铜　Cu2++2e-Cu　含Cu2+的溶液(如CuSO4溶液)
(2)2H++2e-H2↑　红4.3
电解池
2
1.(2016·聊城高二检测)用石墨作电极电解CuCl2和KCl的混合溶液,电解初期阴极和阳极分别析出的物质是　(　　)
A.H2、Cl2　　　　　　　　
B.Cu、Cl2
C.H2、O2
D.Cu、O2
【解析】选B。溶液中的离子有Cu2+、K+、H+及Cl-、OH-五种离子,得电子能力Cu2+>H+>K+,失电子能力:Cl->OH-,所以电解初期:阴极:Cu2++2e-Cu,阳极:2Cl--2e-Cl2↑。
2.(2016·潍坊高二检测)把两个惰性电极插入500mL的AgNO3溶液中,通电电解。当电解液的pH从6.0变为3.0时(设电解时阴极没有氢气析出,且电解液在电解前后体积可以忽略),电极上析出银的质量大约是　(　　)
A.27mg　　
B.54mg
C.108mg　　
D.216mg
【解析】选B。首先应弄清楚两极的反应。阳极:4OH--4e-O2↑+2H2O;阴极没有氢气析出,则阴极反应为Ag++e-Ag。OH-的消耗导致了H+的增加,增加量为1×10-3mol·L-1×0.5L=5×10-4mol,即转移电子数5×10-4mol,析出银的质量为5×10-4mol×108g·mol-1=0.054g=54mg。
【补偿训练】
将含有0.400mol
CuSO4和0.200mol
KCl的水溶液1L,用惰性电极电解一段时间后,在一个电极上析出19.2g
Cu,此时在另一电极上放出的气体在标准状况下的体积为　(　　)
A.5.60L　　
B.6.72L　　
C.4.48L　　
D.3.36L
【解析】选C。电路中的确转移了0.600mol的电子,但溶液中仅有0.200mol的氯离子,其放电析出0.100mol的氯气。阳极放电的下一个产物应是氢氧根离子失电子转化成氧气,其量为0.400mol的电子转移,产生0.100mol
的氧气。因此在阳极最终生成0.200mol的气体,在标准状况下的体积为4.48L。
3.(双选)某电解池内盛有CuSO4溶液,插入两根电极,接通直流电源后,欲达到如下要求:①阳极质量不变;②阴极质量增加;③电解液pH减小,则应选用的电极是　
(　　)
A.阴阳两极都用石墨
B.铜作阳极,铁作阴极
C.铁作阳极,铜作阴极
D.铂作阳极,铜作阴极
【解析】选A、D。解答本题的关键是选择阳极材料,因为阳极质量不变,则阳极应为惰性电极;阴极在电解过程中不放电,惰性电极、活性电极都可以。
【易错提醒】
阴、阳离子的放电顺序不是绝对化的,放电情况与离子性质、溶液浓度、电流密度和电极材料有关。在理解以上放电顺序时要特别注意,如Pb2+、Sn2+、Fe2+、Zn2+在H+浓度小时放电能力排在H+前面,在H+浓度大时放电能力排在H+后面。Al3+、Mg2+、Na+、Ca2+、K+只在熔融状态下放电,而在水溶液里不放电。
4.Cu2O是一种半导体材料,基于绿色化学理念设计的制取Cu2O的电解池示意图如图所示,电解总反应为2Cu+H2OCu2O+H2↑。下列说法正确的是　(　　)
A.石墨电极上产生氢气
B.铜电极发生还原反应
C.铜电极接直流电源的负极
D.当有0.1mol电子转移时,有0.1mol
Cu2O生成
【解析】选A。从反应中得知Cu在通电时失电子,在阳极放电,发生氧化反应,另一电极(石墨)作阴极,发生还原反应,2H2O+2e-H2↑+2OH-,相应的CuCu2O,转移0.1mol电子生成0.05mol
Cu2O,故B、C、D项错。
5.已知H2O2是一种弱酸,在强碱性溶液中主要以H形式存在。目前研究比较热门的Al-H2O2电池,其电池总反应为2Al+3H2Al+OH-+H2O。现以Al-H2O2电池电解尿素[CO(NH2)2]的碱性溶液制备氢气(右池中隔膜仅阻止气体通过,b、c、d均为惰性电极)。试回答下列问题:
(1)电极b是____极,电极反应式为__________________;
(2)右池是____池,电极c的电极反应式为________________;
(3)通电2min后,Al电极质量减轻2.7g,则产生氮气的体积为__________L(标准状况)。
【解析】Al和b电极构成原电池,Al活泼易失电子发生氧化反应作负极,b作正极;c和d电极构成电解池,c作阳极,d作阴极,(1)电极b是正极,电极反应式为H+2e—+H2O3OH—。(2)右池是电解池,电极c作阳极,电极反应式为CO(NH2)2-6e—+8OH—C+N2+6H2O;(3)由电子守恒,2.7g
Al失电子0.3mol,生成氮气0.3mol/6=0.05mol,在标准状况下的体积为1.12L。
答案:(1)正　H+2e—+H2O3OH—
(2)电解　CO(NH2)2-6e—+8OH—C+N2+6H2O
(3)1.12
6.【能力挑战题】(2016·宿迁高二检测)如图中的A为直流电源,B为浸透饱和氯化钠溶液和酚酞试液的滤纸,C为电镀槽,接通电路后,发现B上的c点显红色。请填空:
(1)电源A中a为________极。
(2)滤纸B上发生的总反应方程式为___________________________________。
(3)欲在电镀槽中实现铁上镀锌,接通K点,使c、d两点短路,则电极e上发生的反应为____________________________________________________________,
电极f上发生的反应为______________________________________________,
槽中盛放的电镀液可以是________或________(只要求填两种电解质溶液)。
【解析】(1)根据c点显红色,则该极的反应为2H++2e-H2↑,即该极为阴极,与电源的负极相连,所以a是正极。
(2)滤纸B上发生的总反应方程式为2NaCl+2H2OH2↑+Cl2↑+2NaOH。
(3)c、d两点短路后,e为阳极,反应为Zn-2e-Zn2+,阴极上镀锌,则阴极反应为Zn2++2e-Zn,电解液用含镀层离子的电解质溶液,所以可用ZnSO4溶液或Zn(NO3)2溶液等。
答案:(1)正
(2)2NaCl+2H2OH2↑+Cl2↑+2NaOH
(3)Zn-2e-Zn2+　Zn2++2e-Zn　ZnSO4溶液　
Zn(NO3)2溶液
【补偿训练】
(2016·长沙高二检测)如图是电解饱和食盐水(含酚酞)的装置。有毒气体收集的氯化钠装置省略没有画出,两电极均是惰性电极。
(1)a电极的名称________。
(2)电解过程中观察到的现象:__________________________________。
(3)确定N出口的气体最简单的方法是_______________________________。
(4)电解的总反应离子方程式为______________________________________。
(5)若将b电极换成铁作电极,写出在电解过程中U形管底部出现的现象_____。
【解析】根据电子的流向,可以判断a极的名称,a极连接的是直流电源电子流出的一极,为负极,因此,a极是电解池的阴极;那么b极为阳极,产物为Cl2,检验Cl2的方法是用湿润的淀粉KI试纸;当将b极改为铁电极时,铁失去电子变成阳离子进入溶液,与阴极放出H2后剩余的OH-结合,首先生成Fe(OH)2沉淀,然后转化为Fe(OH)3沉淀。
答案:(1)阴极　(2)两极均有气泡产生;a极区溶液变成红色;b极液面上气体变为黄绿色;b极区溶液变为浅绿色
(3)用湿润的淀粉KI试纸检验,若试纸变蓝,则是Cl2
(4)2Cl-+2H2OCl2↑+H2↑+2OH-
(5)底部有白色沉淀产生,很快变为灰绿色,最终变为红褐色第四章
电化学基础
第四节
金属的电化学腐蚀与防护
[目标导航]　1.认识金属腐蚀的危害，能解释金属发生电化学腐蚀的原因。2.能正确书写析氢腐蚀和吸氧腐蚀的电极反应式和总反应式。3.掌握金属腐蚀的防护方法。
一、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物质发生氧化还原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：
金属与接触到的干燥气体(如O2、Cl2、SO2等)或非电解质溶液(如石油)等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。
4．钢铁的电化学腐蚀
(1)钢铁的电化学腐蚀的分类：
电化学腐蚀
(2)钢铁的析氢腐蚀和吸氧腐蚀比较：
析氢腐蚀
吸氧腐蚀
图形描述
钢铁的析氢腐蚀示意图
钢铁的吸氧腐蚀示意图
条件
水膜酸性较强
水膜呈中性或酸性很弱
电极反应
负极
Fe－2e－===Fe2＋
2Fe－4e－===2Fe2＋
正极C
2H＋＋2e－===H2↑
O2＋4e－＋2H2O===4OH－
总反应
Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑
2Fe＋2H2O＋O2===2Fe(OH)2
【合作探究】
1．影响金属腐蚀的因素有哪些？
答案　影响金属腐蚀的因素包括金属的本性和介质两个方面。就金属本性来说，金属越活泼，就越容易失去电子而被腐蚀。介质对金属的腐蚀的影响也很大，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。
2．铁制品在潮湿的环境中比在干燥的环境中容易生锈，为什么？
答案　铁制品中含有杂质碳，在潮湿的环境中构成原电池，加快了铁被氧化的反应速率。
3．判断下列腐蚀的类型(在括号内填“化学腐蚀”、“吸氧腐蚀”或“析氢腐蚀”)。
(1)通Cl2的铁制管道被腐蚀(化学腐蚀)
(2)浸泡食盐水的铁钉被腐蚀(吸氧腐蚀)
(3)用铝制饭盒盛放醋酸，一段时间后，饭盒被腐蚀(化学腐蚀)
(4)将铁钉放在NH4Cl溶液中，铁被腐蚀(析氢腐蚀)
4．写出钢铁在潮湿的空气中发生吸氧腐蚀生成铁锈的原理。
答案　铁锈的形成
负极：2Fe－4e－===2Fe2＋
正极：O2＋4e－＋2H2O===4OH－
2Fe＋O2＋2H2O===2Fe(OH)2
4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3
2Fe(OH)3===Fe2O3·xH2O(铁锈)＋(3－x)H2O
二、金属的防护
1．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，另外一种活泼性较强的金属作负极。
如图所示：
(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。
如图所示：
2．改变金属的内部组织结构
制成防腐合金。如不锈钢。
3．加保护层
如在金属表面喷油漆、涂油脂、电镀、喷镀或使其钝化等。
【合作探究】
1．判断正误，正确的划“√”，错误的划“×”
(1)在钢铁表面涂矿物性油脂、油漆或覆盖搪瓷、塑料等物质，能够减缓金属的腐蚀(
√
)
(2)用电镀的方法，在钢铁制品表面镀上一层不易被腐蚀的金属，如锌、锡、铬、镍等，能够减缓金属的腐蚀(
√
)
(3)工业上常利用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(
√
)
(4)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侵蚀的抵抗力(
√
)
(5)给铁件通入直流电，把铁件与电池负极相连接以防止铁腐蚀(
√
)
(6)制成合金后均比纯金属耐腐蚀(
×
)
2．在铁的表面镀上一层其他金属是常见的防止铁生锈的方法，常见的有镀锡(马口铁)和镀锌(白铁皮)，为什么镀层破损后，镀锌钢板(白铁皮)比镀锡钢板(马口铁)耐腐蚀？
答案　镀层破损后，白铁皮形成原电池时，因为锌比铁活泼，易失去电子，从而保护了铁；而马口铁破损后形成原电池时，因为铁比锡活泼，铁被腐蚀。所以在镀层破损后，马口铁比白铁皮更易被腐蚀。
一、腐蚀类型的判断
【例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
答案　D
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与电解质溶液接触时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。
【归纳总结】　化学腐蚀与电化学腐蚀的比较
类型
化学腐蚀
电化学腐蚀
条件
金属跟非金属单质直接接触
不纯金属或合金跟电解质溶液接触
现象
无电流产生
有微弱电流产生
本质
金属被氧化
较活泼金属被氧化
联系
两者往往同时发生，电化学腐蚀更普遍
变式训练1　利用下图装置进行实验，开始时，a、b两处液面相平，密封好，放置一段时间。下列说法不正确的是(　　)
A．a管发生吸氧腐蚀，b管发生析氢腐蚀
B．一段时间后，a管液面高于b管液面
C．a处溶液的pH增大，b处溶液的pH减小
D．a、b两处具有相同的电极反应式：Fe－2e－===Fe2＋
答案　C
解析　根据装置图判断，左边铁丝发生吸氧腐蚀，右边铁丝发生析氢腐蚀，其电极反应为
左边　负极：Fe－2e－===Fe2＋
正极：O2＋4e－＋2H2O===4OH－
右边　负极：Fe－2e－===Fe2＋
正极：2H＋＋2e－===H2↑
a、b处的pH均增大，C错误。
二、金属腐蚀快慢的判断方法
【例2】　一根铁丝插入煮沸过的蒸馏水中，铁丝上有三点：A(水面以下)、B(水面)、C(水面以上)。问：
(1)A、B、C三点哪点腐蚀最快？
(2)若向蒸馏水中加入少量食盐，B处的腐蚀速率将如何变化？
(3)若将蒸馏水换成：①0.1
mol·L－1
H2SO4溶液；②1
mol·L－1
H2SO4溶液；③18.4
mol·L－1
H2SO4溶液。则A处腐蚀由快到慢的顺序是________。
解析　(1)根据题意可知：A在煮沸的蒸馏水内部，因缺少O2，很难形成电解质溶液，几乎不腐蚀。B在水面处，发生了电化学腐蚀。C在水面以上，与O2接触，发生化学腐蚀，根据同一种物质，发生电化学腐蚀与化学腐蚀的对比可知B处铁丝的腐蚀比C处的快。
(2)蒸馏水中加入少量食盐(强电解质)，构成了原电池，B点腐蚀速率远大于以前。
(3)①②硫酸为稀硫酸，但是①中硫酸的浓度小于②中硫酸的浓度，铁丝在②中的腐蚀速率比①中的快，③中18.4
mol·L－1的硫酸(98%)是浓硫酸，铁很快发生了钝化几乎不腐蚀。
答案　(1)B点腐蚀最快　(2)B处腐蚀的速率将加快
(3)②＞①＞③
【方法归纳】
(1)不纯的金属或合金，在潮湿空气中形成原电池发生电化学腐蚀，活泼金属因被腐蚀而损耗。
(2)金属的腐蚀与所接触到的电解质强弱有关：强电解质溶液中金属腐蚀的速率＞弱电解质溶液中金属腐蚀的速率＞非电解质溶液中金属腐蚀的速率。
(3)对于同一种电解质溶液来说，在一定浓度范围内，电解质溶液浓度越大，金属的腐蚀越快。
变式训练2　如图所示，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．④②①③
B．②①③④
C．④②③①
D．③②④①
答案　A
解析　④中Fe作阳极，腐蚀最快。③中Fe作正极，被保护，腐蚀慢。②中Fe作负极，被腐蚀。
1．下列叙述中不正确的是(　　)
A．金属的电化学腐蚀比化学腐蚀更普遍
B．钢铁在干燥空气中不易被腐蚀
C．用铝质铆钉铆接铁板，铁板不易被腐蚀
D．原电池中电子由正极流入负极
答案　D
2.近年来，我国南方大面积持续降雪使得融雪剂需求量大。“化冰盐”氯盐类(氯化钠、氯化钙等)融雪剂，对钢轨设施的腐蚀如图所示。下列有关说法中不正确的是(　　)
A．正极电极反应式为：2H＋＋2e－===H2↑
B．此过程中还涉及反应：4Fe(OH)2＋2H2O＋O2===4Fe(OH)3
C．此过程为吸氧腐蚀原理
D．此过程中电子从Fe移向C
答案　A
解析　从图示中已清楚看出是吸氧腐蚀。A项错误，此为析氢腐蚀的正极反应式，一般发生在酸性较强的环境中，在中性或碱性环境中一般以吸氧腐蚀为主；B项正确，这是电池反应的后继反应；C项正确，图中已标示出O2的进入；D项正确，电子从原电池的负极出发流向正极。
3．下列有关钢铁腐蚀与防护的说法正确的是(　　)
A．钢管与电源正极连接，钢管可被保护
B．铁遇冷浓硝酸表面钝化，可保护内部不被腐蚀
C．钢管与铜管露天堆放在一起时，钢管不易被腐蚀
D．钢铁发生析氢腐蚀时，负极反应是Fe－3e－===Fe3＋
答案　B
解析　钢管连电源正极，则作阳极，易腐蚀；铜管与钢管堆放，钢管作负极，易腐蚀。
4．如图装置中，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
答案　B
5．钢铁工业是国家工业的基础，请回答钢铁腐蚀与防护过程中的有关问题。
(1)生产中可用盐酸来除铁锈。现将一生锈的铁片放入盐酸中，当铁锈被除尽后，溶液中发生的化合反应的化学方程式是____________________________________________________。
(2)下列装置可防止铁棒被腐蚀的是________。
(3)在实际生产中，可在铁件的表面镀铜防止铁被腐蚀，装置示意图如右图。
①A电极对应的金属是________(写元素名称)，B电极的电极反应式是
________________________________________________________________________。
②若电镀前铁、铜两片金属质量相同，电镀完成后将它们取出洗净、烘干、称量，二者质量差为5.12
g，则电镀时电路中通过的电子为________mol。
③镀层破损后，镀铜铁比镀锌铁更容易被腐蚀，请简要说明原因：_______________________
____________________________________________。
答案　(1)2FeCl3＋Fe===3FeCl2　(2)BD　(3)①铜　Cu2＋＋2e－===Cu　②0.08　③铁比铜活泼，镀层破坏后，在潮湿环境中形成原电池，铁为负极，加速铁的腐蚀
[基础过关]
一、金属的腐蚀
1．关于金属腐蚀的叙述中，正确的是(　　)
A．金属被腐蚀的本质是M＋nH2O===M(OH)n＋H2↑
B．马口铁(镀锡铁)镀层破损后被腐蚀时，首先是镀层被氧化
C．金属在一般情况下发生的电化学腐蚀主要是吸氧腐蚀
D．常温下，置于空气中的金属主要发生化学腐蚀
答案　C
解析　A中金属腐蚀的本质应包括化学腐蚀和电化学腐蚀，为M－ne－===Mn＋；B选项中Sn、Fe构成电化学腐蚀，主要是Fe－2e－===Fe2＋，铁先被腐蚀；常温下，空气中的金属主要发生电化学腐蚀中的吸氧腐蚀，难以和非金属氧化剂(Cl2、S)等反应发生化学腐蚀。
2．下列事实与电化学腐蚀无关的是(　　)
A．光亮的自行车钢圈不易生锈
B．黄铜(Cu Zn合金)制的铜锣不易生锈
C．铜、铝电线一般不连接起来作导线
D．生铁比熟铁(几乎是纯铁)容易生锈
答案　A
解析　B、C、D项均与原电池有关，能用电化学知识来解释，故选A。
3．出土的锡青铜(铜锡合金)文物常有Cu2(OH)3Cl覆盖在其表面。下列说法不正确的是(　　)
A．锡青铜的熔点比纯铜低
B．在自然环境中，锡青铜中的锡可对铜起保护作用
C．锡青铜文物在潮湿环境中的腐蚀比干燥环境中快
D．生成Cu2(OH)3Cl覆盖物是电化学腐蚀过程，但不是化学反应过程
答案　D
解析　锡青铜是合金，合金的熔点比任何一种纯金属的熔点都低，一般合金的硬度比任何一种纯金属的硬度都大，可判断A对；由于锡比铜活泼，故在发生电化学腐蚀时，锡失电子保护铜，B正确；潮湿的环境将会加快金属的腐蚀，C正确；电化学腐蚀过程实质是金属失去电子生成金属阳离子，有电子的转移，属于化学反应过程，D错。
二、铁的析氢腐蚀和吸氧腐蚀
4．下列关于钢铁的析氢腐蚀的说法中正确的是(　　)
A．铁为正极
B．碳为正极
C．溶液中氢离子浓度不变
D．析氢腐蚀在任何溶液中都会发生
答案　B
5．在铁的吸氧腐蚀过程中，下列5种变化可能发生的是(　　)
①Fe由＋2价转化成＋3价　②O2被还原　③产生H2
④Fe(OH)3失水形成Fe2O3·xH2O　⑤杂质C被氧化除去
A．①②④
B．③④
C．①②③④
D．①②③④⑤
答案　A
6．钢铁在潮湿的空气中会被腐蚀，发生的原电池反应为2Fe＋2H2O＋O2===2Fe(OH)2。以下说法正确的是(　　)
A．负极发生的反应为Fe－2e－===Fe2＋
B．正极发生的反应为2H2O＋O2＋2e－===4OH－
C．原电池是将电能转变为化学能的装置
D．钢柱在水下部分比在空气与水交界处更容易腐蚀
答案　A
7．如图装置中，小试管内为红墨水，具支试管内盛有pH＝4的雨水和生铁片。观察到：开始导管内液面下降，一段时间后导管内液面回升，略高于小试管液面。以下有关解释合理的是(　　)
A．生铁片中的碳是原电池的负极，发生还原反应
B．雨水酸性较强，生铁片仅发生析氢腐蚀
C．墨水回升时，碳极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－
D．具支试管中溶液pH逐渐减小
答案　C
解析　生铁片中的碳是原电池的正极，A错误；雨水酸性较强，开始时铁片发生析氢腐蚀，产生氢气，导管内液面下降，一段时间后铁片发生吸氧腐蚀，吸收氧气，导管内液面回升，B错误；墨水回升时，铁片发生吸氧腐蚀，碳极为正极，电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===
4OH－，C正确；铁片无论是发生析氢腐蚀还是吸氧腐蚀，具支试管内溶液pH均增大，D错误。
三、金属的防护方法
8．下列金属的防护方法不正确的是(　　)
A．对健身器材涂油漆以防止生锈
B．对某些工具的“机械转动部位”选用刷油漆的方法来防锈
C．用牺牲锌块的方法来保护船体
D．自行车的钢圈上镀上一层铬防锈
答案　B
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
答案　B
10．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．在排放海水的钢铁闸门上用导线连接一块石墨，一同浸入海水中
C．在海轮舷上用铁丝系住锌板浸在海水里
D．在地下输油的铸铁管上接直流电源的正极
答案　C
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。
[能力提升]
11．铁是用途最广的金属材料之一，但生铁易生锈。请讨论电化学实验中有关铁的性质。
(1)①某原电池装置如上图所示，右侧烧杯中的电极反应式为______________，左侧烧杯中的c(Cl－)________(填“增大”、“减小”或“不变”)。
②已知下图甲、乙两池的总反应式均为Fe＋H2SO4===FeSO4＋H2↑，且在同侧电极(指均在“左电极”或“右电极”)产生H2。请在两池上标出电极材料(填“Fe”或“C”)。
(2)装置丙中，易生锈的是______(填“a”或“b”)点。装置丁中可观察到的实验现象是__________
______________________________________________________________。
答案　(1)①2H＋＋2e－===H2↑　增大
②甲池中：左——Fe，右——C
乙池中：左——Fe，右——C
(2)a　铁屑表面生成红棕色锈斑，试管内液面上升
解析　(1)①电池反应中Fe作负极，石墨棒作正极，右侧电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑。由于平衡电荷的需要，盐桥中的Cl－向负极迁移，故NaCl溶液中c(Cl－)增大。②装置乙是电解装置，阴极(右侧)产生H2，同时根据总反应式可知Fe只能作阳极(左侧)。由已知条件知，在装置甲中，Fe作原电池的负极，在左侧，C作原电池的正极，在右侧。
(2)装置丙中由于a点既与电解液接触，又与空气接触，故易生锈。装置丁中铁屑发生吸氧腐蚀，负极：Fe－2e－===Fe2＋，正极：O2＋4e－＋2H2O===4OH－，生成的离子继续反应：
Fe2＋＋2OH－===Fe(OH)2↓，4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3，2Fe(OH)3===Fe2O3·xH2O＋(3－x)H2O，由整个反应来看，最终铁屑表面会生成红棕色的铁锈，由于反应消耗氧气，因此试管内液面上升。
[拓展探究]
12．某研究小组对铁生锈进行研究。
(1)甲同学设计了A、B、C一组实验(如上图)，探究铁生锈的条件。经过较长时间后，甲同学观察到的现象是A中铁钉生锈；B中铁钉不生锈；C中铁钉不生锈。
①通过上述实验现象分析，可得出铁生锈的外部条件是
________________________________________________________________________。
②铁钉发生电化学腐蚀的正极电极反应式为________________________________________
________________________________________________________________________。
③实验B所用的水要经过____________________处理。植物油的作用是_____________
___________________________________________________________。
④实验C中碱石灰的作用是______________________________________________________。
(2)乙同学为了达到同样目的，设计了实验D(如图)，发现一段时间后，试管中的液面升高，其原因是________，
该实验__________(填“能”或“不能”)说明水对铁钉生锈产生影响。
答案　(1)①有水(或电解质溶液)和氧气(或空气)
②O2＋4e－＋2H2O===4OH－
③煮沸(或“除去氧气”)　隔绝空气(或“防止氧气与铁接触”)
④吸收水蒸气(或“干燥”、“保持试管内干燥环境”)
(2)铁的腐蚀要吸收氧气(或“氧气参与反应”、“消耗了氧气”)使气体体积减小　不能
13．对金属制品进行抗腐蚀处理，可延长其使用寿命。
(1)以下为铝材表面处理的一种方法：
①碱洗的目的是除去铝材表面的自然氧化膜，碱洗时常有气泡冒出，原因是________________________________________________________________________
(用离子方程式表示)。为将碱洗槽液中的铝以沉淀形式回收，最好向槽液中加入下列试剂中的________。
a．NH3
b．CO2
c．NaOH
d．HNO3
②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)利用如图装置，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________。
答案　(1)①2Al＋2OH－＋2H2O===2AlO＋3H2↑　b　②2Al＋
3H2O－6e－===Al2O3＋6H＋　HCO与H＋反应使H＋浓度减小，使Al3＋的水解平衡向右移动，产生Al(OH)3沉淀
(2)补充溶液中的Cu2＋，保持溶液中Cu2＋的浓度恒定
(3)N　牺牲阳极的阴极保护法课时提升作业(十六)
化学电源
(25分钟·50分)
一、选择题(本题包括8小题，每小题5分，共40分)
1.下列有关电池的叙述不正确的是(　　)
A.水果电池是方便实用的家用电池
B.铅蓄电池是一种常用的二次电池
C.氢氧燃料电池是一种高效、无污染的发电装置
D.锌锰干电池工作一段时间后，锌外壳逐渐变薄
【解析】选A。水果电池只能说明原电池原理，不能作为稳定的电源使用，不是方便实用的家用电池，A错误；铅蓄电池是一种常用的二次电池，氢氧燃料电池是一种高效、无污染的原电池，锌锰干电池是一次电池，工作一段时间后，锌失电子，不断溶解，外壳逐渐变薄，B、C、D都正确。
2.(2015·泰安高二检测)一种充电电池放电时的电极反应为H2+2OH--2e-2H2O；NiO(OH)+H2O+e-Ni(OH)2+OH-，当为电池充电时，与外电源正极连接的电极上发生的反应是(　　)
A.H2O的还原　　　　　　　
B.NiO(OH)的还原
C.H2的氧化
D.Ni(OH)2的氧化
【解析】选D。该充电电池的反应方程式为H2+2NiO(OH)2Ni(OH)2。电池充电时，与外电源正极连接的电极为阳极，发生氧化反应，Ni(OH)2被氧化。
3.电动自行车由于灵活、快捷、方便，已成为上班族的主要代步工具，其电源常采用铅蓄电池，铅蓄电池放电时发生下列变化：
负极：Pb+S-2e-PbSO4
正极：PbO2+4H++S+2e-PbSO4+2H2O
使用该电池时，若外电路上转移电子0.05
mol，则消耗H2SO4的物质的量为(　　)
A.0.025
mol
B.0.05
mol
C.0.1
mol
D.0.2
mol
【解析】选B。根据铅蓄电池放电时正、负极反应式知n(H2SO4)=n(电子)=
0.05
mol。
4.(2015·大连高二检测)据报道，某公司研制了一种由甲醇和氧气，以及强碱作电解质的手机电池，电量可达到镍氢电池的10倍，有关此电池的叙述错误的是(　　)
A.溶液中的阳离子移向正极
B.负极反应式：CH3OH+8OH--6e-C+6H2O
C.电池在使用过程中，电解质溶液的c(OH-)不变
D.当外电路通过6
mol电子时，理论上消耗1.5
mol
O2
【解析】选C。A项，溶液中的阳离子移向发生还原反应的一极，即正极；B项，负极上CH3OH发生氧化反应；C项，电池在使用过程中，电解质溶液的c(OH-)减少；D项，消耗1
mol
O2可转移4
mol电子，外电路通过6
mol电子时，消耗1.5
mol
O2。
5.(2015·江苏高考)一种熔融碳酸盐燃料电池原理示意如图。下列有关该电池的说法正确的是(　　)
A.反应CH4+H2O3H2+CO，每消耗1
mol
CH4转移12
mol电子
B.电极A上H2参与的电极反应为H2+2OH--2e-2H2O
C.电池工作时，C向电极B移动
D.电极B上发生的电极反应为O2+2CO2+4e-2C
【解析】选D。根据化学反应方程式，每有1
mol甲烷参与反应转移电子数为
6
mol，A项错误；因为电解质为熔融态的碳酸盐，所以电极A上H2参与的电极反应式为H2-2e-+CH2O+CO2，B项错误；根据原电池工作原理，电极A是负极，电极B是正极，阴离子向负极移动，碳酸根离子向负极移动(A电极)，C项错误；电极B上氧气得电子与二氧化碳结合生成碳酸根离子，因此电极反应式为O2+4e-+2CO22C，D项正确。
6.(2015·桐城高二检测)将两个铂电极插入KOH溶液中，向两极分别通入CH4和O2，即可构成CH4燃料电池。已知通入CH4一极的电极反应式是CH4+10OH--8e-
C+7H2O；通入O2一极的电极反应式是O2+2H2O+4e-4OH-。下列有关叙述中，不正确的是(　　)
A.通入CH4的电极为负极
B.正极发生氧化反应
C.溶液中的OH-向负极移动
D.工作一段时间后应补充KOH
【解析】选B。该燃料电池正极发生还原反应，B不正确。根据题中电极反应式知CH4发生氧化反应，通入CH4的电极为负极，A正确；原电池工作时，电解质溶液中阴离子移向负极，C正确；该电池总反应为CH4+2O2+2OH-C+3H2O，工作时消耗KOH，D正确。
【互动探究】(1)写出CH4改为C2H4的负极反应式。
提示：C2H4+16OH--12e-2C+10H2O。
(2)KOH消耗完后，电池能否继续反应？
提示：能。当KOH消耗完后，电解质溶液中的溶质为K2CO3，电池总反应变为CH4+2O2+C2HC+H2O。
7.(2015·汕头高二检测)镁及其化合物一般无毒(或低毒)、无污染，且镁电池放电时电压高而平稳，越来越成为人们研制绿色电池的关注焦点。其中一种镁充电电池的反应为MgxMo3S4xMg+Mo3S4
下列关于镁充电电池的说法错误的是(　　)
A.放电时，Mg2+向正极迁移
B.放电时的正极反应为Mo3-2xe-Mo3S4
C.充电时，电池的负极接外电源的负极
D.放电时，负极反应为Mg-2e-Mg2+
【解析】选B。放电时正极得电子，发生还原反应，电极反应式为Mo3S4+2xe-
Mo3，B项错。原电池工作时，电池内部阳离子移向正极，A正确。负极放电时失电子被氧化，D正确。充电时得电子被还原，应与外接电源负极相连，C正确。
【补偿训练】瑞典ASES公司设计的曾用于驱动潜艇的液氨-液氧燃料电池示意图如图，下列有关说法正确的是(　　)
A.电池工作时，Na+向负极移动
B.电子由电极2经外电路流向电极1
C.电池总反应为4NH3+3O22N2+6H2O
D.电极2发生的电极反应为O2+4H++4e-2H2O
【解析】选C。通氧气一极为正极，电子、阳离子均向正极移动，A、B选项错误；电解质溶液为NaOH，电极方程式中不能出现H+，D选项错误。
8.(2015·长沙高二检测)有一种新型的锂电池，其制作是利用了金属锂和石墨作电极，其电解质溶液是四氯合铝酸锂(LiAlCl4)溶解在二氯亚硫酰(其化学式是SOCl2)中形成的，原电池的电极总反应式是8Li+3SOCl26LiCl+Li2SO3+2S，下列关于这种新型电池的说法中错误的是(　　)
A.电池工作过程中，SOCl2被还原为Li2SO3
B.锂作电池的负极，石墨作电池的正极
C.该电池内环境应该是无水环境，否则影响电池的寿命
D.电池工作时，锂提供的电子的物质的量与析出硫的物质的量之比是4∶1
【解析】选A。A中SOCl2变为Li2SO3化合价不变，没有被还原，A错误；锂较石墨活泼，应作电池的负极，B正确；锂为活泼金属，电池中不应有水，C正确；根据电子得失守恒，D正确。
二、非选择题(本题包括1小题，共10分)
9.(2015·三门峡高二检测)微型纽扣电池在现代生活中被广泛应用。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-ZnO+H2O，Ag2O+H2O+2e-2Ag+2OH-
根据上述反应式，做下列题目：
(1)判断下列叙述中正确的是________。
A.在使用过程中，电解质KOH不断被消耗
B.使用过程中，电子由Ag2O极经外电路流向Zn极
C.Zn是负极，Ag2O是正极
D.Zn电极发生还原反应，Ag2O电极发生氧化反应
(2)写出电池的总反应式：__________________________。
(3)使用时，负极区的pH________(填“增大”“减小”或“不变”，下同)，正极区的pH________，电解质溶液的pH______________________。
【解析】(1)(2)由两电极反应相加得电池总反应式：Zn+Ag2OZnO+2Ag，由总反应式知，在使用过程中KOH没有被消耗，A错；由电极反应式可知Zn是负极，发生氧化反应，Ag2O是正极，发生还原反应，电子由Zn极经外电路流向Ag2O极，故C对，B、D均错。
(3)电解质溶液为KOH溶液，使用时，负极区消耗OH-，pH减小；正极区产生OH-，pH增大，消耗和产生的量相等，H2O的量不变，电解质溶液的pH不变。
答案：(1)C　(2)Zn+Ag2OZnO+2Ag
(3)减小　增大　不变
(30分钟·50分)
一、选择题(本题包括5小题，每小题6分，共30分)
1.(2015·常州高二检测)碱性锌锰电池的总反应为Zn+2MnO2+2H2OZn(OH)2
+2MnOOH，下列说法不正确的是(　　)
A.该电池Zn为负极，MnO2为正极，电解质是KOH
B.放电时外电路电流由Zn流向MnO2
C.电池工作时OH-向锌电极移动
D.该电池的正极反应为MnO2+e-+H2OOH-+MnOOH
【解析】选B。放电时，Zn为负极，MnO2为正极，电子从Zn流向MnO2，电流方向与电子流向相反，故B项错误。
2.(2015·济南高二检测)将氢气、甲烷、乙醇等物质在氧气中燃烧时的化学能直接转化为电能的装置叫燃料电池。燃料电池的基本组成为电极、电解质、燃料和氧化剂。此种电池能量利用率可高达80%(一般柴油发电机只有40%左右)，产物污染也少。下列有关燃料电池的说法错误的是(　　)
A.上述燃料电池的负极反应材料是氢气、甲烷、乙醇等物质
B.氢氧燃料电池常用于航天飞行器，原因之一是该电池的产物为水，经过处理之后可供宇航员使用
C.乙醇燃料电池的电解质常用KOH，该电池的负极反应为C2H5OH-12e-2CO2↑
+3H2O
D.甲烷燃料电池的正极反应为O2+2H2O+4e-4OH-
【解析】选C。燃料电池总反应实质是一个燃烧反应，形成的燃料电池中氢气等燃料为负极反应物。空气等氧化剂作正极反应物，一般发生反应O2+2H2O+4e-4OH-。电解质常用KOH，乙醇作负极，反应生成的CO2与碱反应会生成C，故反应为C2H5OH+16OH--12e-2C+11H2O。
3.电动自行车由于灵活、快捷、方便，已成为上班族的主要代步工具，其电源常采用铅蓄电池。反应原理为Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4(aq)2PbSO4(s)+2H2O(l)。根据此反应判断下列叙述错误的是(　　)
A.放电时负极反应为Pb(s)+S(aq)-2e-PbSO4(s)
B.充电时与电源的正极相连的电极发生氧化反应
C.放电时，电解液的浓度增大
D.充电时，电解液的pH减小
【解析】选C。铅蓄电池放电时负极发生氧化反应，且铅失去电子后生成的铅离子与溶液中的硫酸根离子结合成硫酸铅，A正确；放电时正极发生还原反应，充电时则发生氧化反应，B正确；放电时，消耗硫酸，电解质溶液浓度减小，C不正确；充电时又生成硫酸，电解液的pH减小，D正确。
4.(2015·聊城高二检测)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】选C。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。
5.(2015·全国卷Ⅰ)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(　　)
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】选A。根据碳元素的化合价的变化，二氧化碳中碳元素的化合价为最高价+4价，所以生成二氧化碳的反应为氧化反应，应在负极生成，其电极反应式应为C6H12O6+6H2O-24e-24H++6CO2↑，A错误；在微生物的作用下，该装置为原电池装置，反应速率比化学反应速率快，所以微生物促进了反应的中电子的转移，B正确；原电池中阳离子(质子)向正极移动，C正确；电池的总反应实质是葡萄糖的氧化反应，D正确。
【补偿训练】
(2015·贵阳高二检测)以葡萄糖为燃料的微生物燃料电池结构示意图如图所示。下列关于该电池的叙述正确的是(　　)
A.该电池能够在高温下工作
B.电池的负极反应为C6H12O6+6H2O-24e-6CO2↑+24H+
C.放电过程中，H+从正极区向负极区迁移
D.在电池反应中，每消耗1
mol氧气，理论上能生成标准状况下CO2气体11.2
L
【解析】选B。微生物主要成分是蛋白质，高温条件下蛋白质失去活性，A不正确。通入燃料C6H12O6的一极为负极，负极反应为C6H12O6+6H2O-24e-6CO2↑+24H+(能放出CO2，电解质溶液应该是酸性溶液，所以右边写H+。不能在左边加OH-、右边写H2O)，B项正确。正极反应为6O2+24H++24e-12H2O，从两极反应可知：负极生成H+，正极消耗H+，即通过质子交换膜从负极到正极传导H+，选项C不正确。从总反应C6H12O6+6O26CO2+6H2O可知，每消耗1
mol氧气，理论上能生成标准状况下CO2气体22.4
L，D项错。
二、非选择题(本题包括2小题，共20分)
6.(10分)(2015·芜湖高二检测)锂锰电池的体积小，性能优良，是常用的一次电池。该电池反应原理如图所示，其中电解质LiClO4溶于混合有机溶剂中，Li+通过电解质迁移入MnO2晶格中，生成LiMnO2。
回答下列问题：
(1)外电路的电流方向是由__________极流向__________极(填字母)。
(2)电池正极反应式为___________________________________________。
(3)是否可用水代替电池中的混合有机溶剂？______(填“是”或“否”)，原因是______________________________________________________。
(4)MnO2可与KOH和KClO3在高温下反应，生成K2MnO4，反应的化学方程式为______
______________________，K2MnO4在酸性溶液中发生歧化反应，生成KMnO4和MnO2的物质的量之比为__________。
【解析】(1)锂锰电池的一个电极反应物为单质锂，另一个电极反应物为二氧化锰，则负极为金属锂，正极为二氧化锰，则外电路电流流向为正极经导线到达负极，即b→导线→a。
(2)正极为二氧化锰，而题干中给出锂离子通过电解质迁移入二氧化锰晶格中生成LiMnO2，故电极反应式为MnO2+e-+Li+LiMnO2。
(3)由于负极为金属锂，锂为活泼碱金属元素，单质锂与水发生反应，所以不能用水溶液作电解质。
(4)二氧化锰可与氢氧化钾、氯酸钾在高温下生成锰酸钾，则锰化合价升高，依据氧化还原反应化合价变化规律，氯元素化合价降低，生成氯化钾，然后依据电子得失守恒配平化学方程式为3MnO2+KClO3+6KOH3K2MnO4+KCl+3H2O；锰酸钾在酸性溶液中发生歧化反应，生成高锰酸钾和二氧化锰，依据化合价升降相等快速判断产物的物质的量之比(K2MnO4→KMnO4化合价升高1；K2MnO4→MnO2化合价降低2)为2∶1。
答案：(1)b　a　(2)MnO2+e-+Li+LiMnO2
(3)否　电极Li是活泼金属，能与水反应
(4)3MnO2+KClO3+6KOH3K2MnO4+KCl+3H2O　2∶1
7.(10分)氢氧燃料电池是符合绿色化学理念的新型发电装置。如图为电池示意图，该电池电极表面镀一层细小的铂粉，铂吸附气体的能力强，性质稳定。请回答：
(1)氢氧燃料电池的能量转化主要形式是_________，
在导线中电子流动方向为__________________(用a、b表示)。
(2)负极反应式为_______________________________________。
(3)电极表面镀铂粉的原因为_______________________________________。
(4)该电池工作时，H2和O2连续由外部供给，电池可连续不断地提供电能。因此，大量安全储氢是关键技术之一。金属锂是一种重要的储氢材料，吸氢和放氢原理如下：
Ⅰ.2Li+H22LiH
Ⅱ.LiH+H2OLiOH+H2↑
①反应Ⅰ中的还原剂是________，反应Ⅱ中的氧化剂是___________________。
②已知LiH固体密度为0.82
g·cm-3，用锂吸收224
L(标准状况)H2，生成的LiH的体积与被吸收的H2的体积比为____________________。
③由②生成的LiH与H2O作用，放出的H2用作电池燃料，若能量转化率为80%，则导线中通过电子的物质的量为______mol。
【解析】(1)电池是把化学能转变为电能的装置。在电池中电子是从负极经导线流向正极的，氢氧燃料电池中通入H2的一极是负极，故电子由a流动到b。
(2)H2在负极失电子，因为电解质溶液是KOH溶液，故负极反应式为H2+2OH--2e-2H2O。
(3)电极表面镀铂粉可以增大电极单位面积吸附H2、O2的分子数，从而增大反应速率。
(4)LiH中Li为+1价，H为-1价，故反应Ⅰ中还原剂是Li，反应Ⅱ中氧化剂是H2O。由反应Ⅰ可知吸收标准状况下224
L
H2时生成160
g
LiH，则生成的LiH的体积是，则生成的LiH的体积与被吸收的H2的体积比为=。由反应Ⅱ可知，由②生成的20
mol
LiH与H2O反应生成20
mol
H2，H2～2e-，能量转化率为80%，则通过电子的物质的量为20
mol×2×80%=
32
mol。
答案：(1)由化学能转变为电能　由a到b
(2)2H2+4OH--4e-4H2O(或H2+2OH--2e-2H2O)
(3)增大电极单位面积吸附H2、O2的分子数，加快电极反应速率
(4)①Li　H2O　②(或8.71×10-4)　③32