课题1 原电池
一、原电池工作原理
1．原理图示
2．原电池的判断方法
(1)先分析有无外接电源，有外接电源的为电解池，无外接电源的可能为原电池，然后依据原电池的形成条件分析判断，主要是“四看”：看电极——两极为导体且存在活泼性差异(燃料电池的电极一般为惰性电极)；看溶液——两极插入溶液中；看回路——形成闭合回路或两极直接接触；看本质——有无氧化还原反应发生。
(2)多池相连，但无外接电源时，两极活泼性差异最大的一池为原电池，其他各池可看作电解池。
【例1】在盛有稀硫酸的烧杯中放入用导线连接的锌片和铜片，下列叙述正确的是( )
A．正极附近的SO浓度逐渐增大
B．电子通过导线由铜片流向锌片
C．正极有O2逸出
D．铜片上有H2逸出
解析：本题符合铜锌原电池的形成条件，原电池工作时，电子由负极(锌)经外电路(导线)流向正极(铜)。负极锌片：Zn－2e－===Zn2＋；正极铜片：2H＋＋2e－===H2↑；总反应为：Zn＋2H＋===Zn2＋＋H2↑。原电池中没有产生O2。SO向负极移动。
答案：D
1－1下列装置中明显有电流产生的是( )
二、原电池正负极的判断与电极反应式的书写
1．正负极的判断
在书写原电池的电极反应式时，首先应正确判断原电池的两个电极哪一个是正极，哪一个是负极。常用的判断方法有：
判断依据
负极
正极
电极材料
活泼性较强的金属
活泼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方向
阴离子移向的极
阳离子移向的极
发生的反应
氧化反应
还原反应
反应现象
电极溶解
电极增重或有气泡放出
2．电极反应式的书写
(1)书写电极反应式时，按照负极发生氧化反应，正极发生还原反应，首先正确判断出电极反应产物，然后结合反应物及转移电子数量写出反应式，再结合质量守恒、电荷守恒配平各电极反应式。
(2)注意负极反应生成的阳离子与电解质溶液中的阴离子是否共存。若不共存，则该电解质溶液中的阴离子应写入负极反应式；若正极上的反应物质是O2，且电解质溶液为中性或碱性，则H2O必须写入正极反应式中，且O2生成OH－；若电解质溶液为酸性，则H＋必须写入正极反应式中，且O2生成H2O；若在熔融盐电解质中反应，则O2可能得电子变成O2－。
(3)正负电极反应式相加得到电池反应的总方程式，若能写出已知电池反应的总方程式，可以减去较易写出的电极反应式，从而得到较难写出的电极反应式。
【例2】一种燃料电池中发生的化学反应为：在酸性溶液中甲醇与氧作用生成水和二氧化碳。该电池负极发生的反应是( )
A．CH3OH(g)＋O2(g)－2e－===H2O(l)＋CO2(g)＋2H＋(aq)
B．O2(g)＋4H＋(aq)＋4e－===2H2O(l)
C．CH3OH(g)＋H2O(l)－6e－===CO2(g)＋6H＋(aq)
D．O2(g)＋2H2O(l)＋4e－===4OH－
解析：原电池中负极发生氧化反应，应是燃料甲醇在负极上失电子，O2在正极上得电子发生还原反应，由于电解质是酸性溶液，负极产物是CO2，正极产物是H2O。
答案：C
2－1用铜片、银片、Cu(NO3)2溶液、AgNO3溶液、导线和盐桥(装有琼脂KNO3的U形管)构成一个原电池。以下有关该原电池的叙述正确的是( )
①在外电路中，电流由铜电极流向银电极 ②正极反应为：Ag＋＋e－===Ag 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．②③
C．②④ D．③④
2－2可用于电动汽车的铝空气燃料电池，通常以NaCl溶液或NaOH溶液为电解液，铝合金为负极，空气电极为正极。下列说法正确的是( )
A．以NaCl溶液或NaOH溶液为电解液时，正极反应都为：O2＋2H2O＋4e－===4OH－
B．以NaOH溶液为电解液时，负极反应为：Al＋3OH－－3e－===Al(OH)3↓
C．以NaOH溶液为电解液时，电池在工作过程中电解液的pH保持不变
D．电池工作时，电子通过外电路从正极流向负极
三、金属的腐蚀与防护
1．化学腐蚀与电化学腐蚀的区别
化学腐蚀
电化学腐蚀
含义
金属或合金直接与具有腐蚀性的化学物质接触发生氧化还原反应而消耗的过程
不纯金属或合金与电解质溶液接触发生原电池反应而消耗的过程
电子得失
金属直接将电子转移给有氧化性的物质
活泼金属将电子间接转移给氧化性较强的物质
电流
无电流产生
有微弱电流产生
腐蚀对象
金属单质
较活泼金属
实例
金属与Cl2、O2等物质直接反应
钢铁在潮湿的空气中被腐蚀
2．吸氧腐蚀和析氢腐蚀的区别
吸氧腐蚀
析氢腐蚀
发生条件
钢铁表面吸附的水膜中溶有O2并呈弱酸性、中性或偏碱性，反应中O2得电子被还原
钢铁表面吸附的水膜中溶有CO2等呈现较强酸性，反应时有H2析出
电极反应
负极(Fe)—氧化反应：2Fe－4e－===2Fe2＋正极(C)—还原反应：O2＋4e－＋2H2O===4OH－
负极(Fe)—氧化反应：Fe－2e－===Fe2＋正极(C)—还原反应：2H＋＋2e－===H2↑
3．判断金属腐蚀快慢的规律
不纯的金属或合金，在潮湿的空气中形成微电池发生电化学腐蚀，活泼金属因被腐蚀而损耗。金属腐蚀的快慢与下列两种因素有关：
①与构成微电池的材料有关。两种材料的活动性差别越大，氧化还原反应的速率越快，活泼金属被腐蚀的速度就越快。
②与金属所接触的电解质强弱有关。活泼金属在电解质溶液中的腐蚀比在非电解质溶液中的腐蚀快，在强电解质溶液中的腐蚀快于在弱电解质溶液中的腐蚀。
一般来说可用下列原则判断：
电解原理引起的腐蚀＞原电池原理引起的腐蚀＞化学腐蚀＞有防腐措施的腐蚀。
4．防止或减缓金属腐蚀主要是防止电化学腐蚀。主要的方法有：
①涂保护层，如涂油漆、涂油脂、电镀、表面处理等。
②保持干燥。
③改变金属的内部结构，使其稳定，如制成不锈钢。
④牺牲阳极的阴极保护法，即用一种更为活泼的金属与要保护的金属构成原电池。如牺牲Zn保护Fe，因Zn比Fe活泼，所以：
Zn(负极)：Zn－2e－===Zn2＋(氧化反应)
Fe(正极)：氧化剂在此得到Zn失去的电子。
⑤外加电源法。将被保护的金属与电源的负极相连接，由于电源负极向该金属提供电子，该金属就不失电子而得到保护。
【例3】如下图所示，将紧紧缠绕不同金属的铁钉放入培养皿中，再加入含有适量酚酞和NaCl的琼脂热溶液，冷却后形成琼胶(离子在琼胶内可以移动)。下列叙述正确的是( )
A．a中铁钉附近呈现红色
B．b中铁钉上发生还原反应
C．a中铜丝上发生氧化反应
D．b中铝条附近有气泡产生
解析：依据原电池原理分析可知：a中铁钉作负极，发生氧化反应，铜丝作正极发生还原反应O2＋2H2O＋4e－===4OH－，可知A、C错误；b中铁钉作正极，发生还原反应O2＋2H2O＋4e－===4OH－，而铝条发生氧化反应不会冒气泡，D错误。
答案：B
3－1出土的锡青铜(铜锡合金)文物常有Cu2(OH)3Cl覆盖在其表面。下列说法正确的是( )
A．锡青铜的熔点比纯铜高
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
3－2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===2Fe2＋＋4OH－。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
3－3在A、B、C三个烧杯中分别盛有相同浓度的稀硫酸，如图所示。
(1)A中反应的离子方程式为__________________________。
(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________，总反应式为______________________(写离子方程式)。
(4)比较A、B、C中铁被腐蚀的速率，由快到慢的顺序是________。
答案：
【互动课堂】
触类旁通
1－1 解析：①④⑧⑨中的金属都不能直接跟各自的电解质溶液反应，所以构不成原电池；⑦虽然能反应，但不能构成闭合回路；⑤中为非电解质溶液，也不能构成原电池。所以只有②③⑥⑩符合构成原电池的条件而形成原电池产生电流。
答案：②③⑥⑩
2－1 C 解析：①Cu为负极，电子由Cu电极流向Ag电极；③取出盐桥，电池不能形成闭合回路，不能继续工作。
2－2 A 解析：正极O2得电子，溶液显碱性或中性时，正极反应都为：O2＋2H2O＋4e－===4OH－，A正确。铝作负极，铝失电子，中性溶液(NaCl)中的负极反应为：Al－3e－===Al3＋，碱性溶液(NaOH溶液)中的负极反应为：Al＋4OH－－3e－===AlO＋2H2O，B不正确。在碱性时总的电池反应式为：4Al＋3O2＋4OH－===4AlO＋2H2O，溶液pH降低，C项错。电池工作时，电子从负极流向正极，D项错。
3－1 BC 解析：合金的熔点一般比各组分的熔点要低，所以A错误。Sn与Cu形成原电池，因Sn比Cu金属活泼性强，所以Sn作负极，Cu作正极，Sn对Cu起到保护作用，B正确。潮湿环境提供电解质溶液，构成了原电池，比干燥环境(不能构成原电池)腐蚀快，C正确。电化学腐蚀同样属于化学反应，D错误。
3－2 A 解析：本题考查了电化学腐蚀的知识。钢铁发生吸氧腐蚀；负极：Fe－2e－===Fe2＋，正极：2H2O＋O2＋4e－===4OH－；选项A正确。
3－3 解析：A中铁发生的是化学腐蚀，其离子方程式为Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑；B和C装置构成原电池，B中Sn极是正极，发生的反应是2H＋＋2e－===H2↑；电极附近溶液由于H＋浓度不断减小导致pH增大；C中Zn作负极被腐蚀：Zn－2e－===Zn2＋，电池总反应式为Zn＋2H＋===Zn2＋＋H2↑；B中铁作负极被腐蚀，C中铁作正极被保护，所以铁被腐蚀的快慢顺序是B＞A＞C。
答案：(1)Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑
(2)2H＋＋2e－===H2↑ 增大
(3)Zn Zn＋2H＋===Zn2＋＋H2↑
(4)B＞A＞C原电池
1．锌锰干电池在放电时，电池总反应方程式可以表示为Zn＋2MnO2＋2NH===Zn2＋＋Mn2O3＋2NH3＋H2O。在此电池放电时，正极(碳棒)上发生反应的物质是( )
A．MnO2和NH
B．Zn2＋和NH
C．Zn
D．碳棒
2．(2011年龙岩高二检测)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、电解液和空气。则下列叙述正确的是(双选)( )
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．电解液肯定不是强酸
3．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＋
4．烧过菜的铁锅未及时洗涤(残液中含NaCl等)，第二天便出现红棕色锈斑。下列反应表示整个过程可能发生的变化，其中不符合事实的是( )
A．2H2O＋O2＋4e－===4OH－
B．Fe－3e－===Fe3＋
C．Fe2＋＋2OH－===Fe(OH)2↓
D．4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3
5．某学校设计了一节实验活动课，让学生从废旧电池中回收碳棒、MnO2、NH4Cl、ZnCl2等物质，整个实验过程如下。回答有关问题。
(1)干电池的基本构造和工作原理
如图为干电池的基本构造图。干电池工作时负极上的电极反应是
__________________________，MnO2的作用是除去正极上的产物H2，该反应方程式为2MnO2＋H2===Mn2O3＋H2O。
(2)锌皮和碳棒的回收
用钳子和剪子剪开待回收的干电池的锌筒，将锌皮和碳棒取出，并用毛刷刷干净，将电池内的黑色粉末移入烧杯中。
(3)氯化铵、氯化锌的提取、检验和分离
①如何从黑色粉末中提取NH4Cl和ZnCl2等晶体的混合物？写出简要的实验步骤
________________________________________________________________________。
②设计简单的实验证明所得晶体中含有NH。
实验步骤
________________________________________________________________________；
实验现象
________________________________________________________________________；
有关的离子方程式
________________________________________________________________________。
③用________的方法可将NH4Cl和ZnCl2的晶体混合物分离开。
④最后剩余的黑色残渣的主要成分是MnO2，还有炭黑和有机物等。可用灼烧的方法除去杂质，该实验中要用到的主要仪器有
________________________________________________________________________。
答案：
1．
解析：选A。由锌锰干电池的总反应知，Zn为负极，MnO2为正极上发生反应的物质，NH为正极上的辅助反应物。
2．
解析：选BD。，所以Zn作负极，负极发生氧化反应：Zn－2e－===Zn2＋。如果电解液是强酸，由于c(H＋)大，正极的反应是2H＋＋2e－===H2↑，而不是O2得到电子。因此B、D项是正确的。
3．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，因此C项错；铜螺丝钉作正极，因此D错。
4．解析：选B。根据题意，铁在NaCl溶液中发生吸氧腐蚀，电极反应为：负极Fe－2e－===Fe2＋，正极2H2O＋O2＋4e－===4OH－，生成的Fe2＋与OH－结合为Fe(OH)2，并进一步在空气中被氧化为Fe(OH)3。
5．解析：以干电池为情景综合考查物质的提取、检验和分离。
答案：(1)Zn－2e－===Zn2＋
(3)①向小烧杯中加入一定量的蒸馏水，充分搅拌，然后过滤，将滤液移入蒸发皿中，加热蒸发结晶 ②取少量晶体溶于蒸馏水配成溶液，取少许溶液于试管中，加入少量NaOH溶液后加热，将湿润的红色石蕊试纸放在试管口 试纸变蓝 NH＋OH－NH3↑＋H2O ③加热 ④坩埚、酒精灯(玻璃棒、三角架等)专题五
电化学问题研究
课题1
原电池
1．结合下图判断，下列叙述正确的是( )
A．Ⅰ和Ⅱ中正极均被保护
B．Ⅰ和Ⅱ中负极反应均是Fe－2e－===Fe2＋
C．Ⅰ和Ⅱ中正极反应均是O2＋2H2O＋4e－===4OH－
D．Ⅰ和Ⅱ中分别加入少量K3[Fe(CN)6]溶液，均有蓝色沉淀
2．下图装置中，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
3．根据下图，下列判断中正确的是( )
A．烧杯a中的溶液pH升高
B．烧杯b中发生氧化反应
C．烧杯a中发生的反应为2H＋＋2e－===H2↑
D．烧杯b中发生的反应为2Cl－－2e－===Cl2↑
4．控制适合的条件，将反应2Fe3＋＋2I－2Fe2＋＋I2设计成如图所示的原电池。下列判断不正确的是( )
A．反应开始时，乙中石墨电极上发生氧化反应
B．反应开始时，甲中石墨电极上Fe3＋被还原
C．电流计读数为零时，反应达到化学平衡状态
D．电流计读数为零后，在甲中溶入FeCl2固体，乙中的石墨电极为负极
5．如图所示，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
6．(1)今有反应2H2＋O22H2O，可构成燃料电池，则负极通的应是________，正极通的应是________，电极反应式分别为：______________、______________。
(2)如把KOH改为稀硫酸作导电物质，则电极反应式为________、________，(1)和(2)的电解液不同，反应进行后，其溶液的pH各有何变化？
(3)如把H2改为甲烷，KOH做导电物质，则电极反应式为
________________________________________________________________________。
7．面对日益加剧的能源危机，必须下大力气发展各种有效的替代能源。燃料电池具有高效、可再生和对环境友好等特点，因而日益受到人们的青睐。
(1)下列物质中可以作为燃料电池的负极反应物的是______。
A．CH4 B．H2 C．C2H5OH D．O2
(2)最新研制的一种新型乙醇电池如图所示，电池的两极分别充入乙醇和氧气，用磺酸类离子作溶剂。则电池工作时______(选填“a”或“b”)为负极，b极的电极反应式为_______。
8．某化学实验兴趣小组对组成原电池能否加快化学反应速率做了如下实验探究：
Ⅰ．实验仪器和药品：培养皿、砂纸、胶头滴管、0.5
mol·L－1的稀H2SO4、0.5
mol·L－1的硫酸铜溶液。
Ⅱ．方案及操作步骤：
①在培养皿内加入约10
mL
0.5
mol·L－1的稀硫酸，再放入边长约3
cm的去掉氧化膜的锌片；
②在锌片上滴几滴硫酸铜溶液。
根据上述实验回答下列问题。
(1)操作②比操作①锌片周围出现气泡的速率快的原因是什么？
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
写出有关反应的离子方程式：______________________________________________。
(2)上述实验结论是什么？
(3)根据上述结论解释：实验室制取氢气为什么用粗锌而不用纯锌？
9．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)上述实验中发生了明显的电化学腐蚀的是________(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)。
参考答案
1.
答案：A 解析：不活泼金属作正极被保护，A项正确；Ⅰ中锌为负极，失电子被氧化，B项错误；Ⅱ中为酸性电解质溶液，不能生成OH－，C项错误；亚铁离子与[Fe(CN)6]3－生成蓝色沉淀，Ⅰ中无亚铁离子生成，故无蓝色沉淀产生，D项错误。
2.
答案：B 解析：粗看装置虽感到陌生，但仔细分析得知该实验是吸氧腐蚀与析氢腐蚀的简单综合。a试管内盛装食盐水，溶液呈中性，发生的是析氧腐蚀，负极反应式为Fe－2e－===Fe2＋，正极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，显然a装置内气体的物质的量减少，压强减小。b试管内盛装氯化铵，溶液呈酸性，发生的是析氢腐蚀，负极反应式为Fe－2e－===Fe2＋，正极反应式为2H＋＋2e－===H2↑，气体的物质的量增加，压强增大。综上分析选项B错。
3.
答案：AB 解析：本题考查了原电池原理的应用。该原电池的实质是金属锌的吸氧腐蚀，负极电极反应式(b烧杯中)为Zn－2e－===Zn2＋，正极电极反应式(a烧杯中)为O2＋4e－===4OH－。
4.
答案：D 解析：由总反应方程式知，I－失去电子(氧化反应)，Fe3＋得电子(被还原)，故A项、B项正确。当电流计为零时，即说明Fe3＋得电子速率与Fe2＋失电子速率相等，可证明反应达平衡，C项正确。加入Fe2＋，导致平衡逆向移动，则Fe2＋失去电子生成Fe3＋，甲中石墨作负极，D项错。
5.
答案：A 解析：本题对电化学进行了综合考查。
左边的装置为原电池，Zn片为负极，Cu片为正极；
右装置为电解池，Y与Zn片相连，为阴极，发生的反应为：2H＋＋2e－===H2↑(还原反应)；X与Cu片相连，为阳极，反应为4OH－－4e－===O2↑＋2H2O(氧化反应)。
6.
解析：解决此题的关键是弄清原电池的电极反应类型：“负极氧化正还原”。所以氢氧燃料电池中H2为负极反应物，氧气为正极反应物。又因为是碱性溶液不可能有H＋参加或生成，故负极反应为：2H2＋4OH－－4e－===4H2O，正极反应为：O2＋2H2O＋4e－===4OH－。若将导电物质换成酸性溶液，此时应考虑不可能有OH－参加反应也不可能有OH－生成，负极：2H2－4e－===4H＋，正极：O2＋4H＋＋4e－===2H2O。由于前者在碱性条件反应，KOH量不变，但工作时H2O增多，故溶液变稀，pH将变小；而后者为酸溶液，H2SO4量不变，水增多，溶液酸性变小，故pH将变大。如把H2改为甲烷用KOH作导电物质，则不会有CO2放出，该电池中的电极反应为：负极：CH4＋10OH－－8e－===＋7H2O，正极：2O2＋4H2O＋8e－===8OH－。
答案：(1)H2 O2 负极：2H2＋4OH－－4e－===4H2O 正极：O2＋2H2O＋4e－===4OH－
(2)负极：2H2－4e－===4H＋
正极：O2＋4H＋＋4e－===2H2O
(1)中pH变小，(2)中pH变大
(3)负极：CH4＋10OH－－8e－===＋7H2O
正极：2O2＋4H2O＋8e－===8OH－
7.
解析：(1)燃料电池中通入燃料的一极为负极，通入空气(或氧气)的一极为正极，所以燃料电池的负极反应物为：CH4、H2和C2H5OH，正极反应物为O2。
(2)由于磺酸类离子作溶剂，所以反应物处于酸性条件下，则b极的电极反应式为：O2＋4H＋＋4e－===2H2O。
答案：(1)A、B、C
(2)a O2＋4H＋＋4e－===2H2O
8.
解析：锌片与CuSO4溶液发生置换反应，置换出的铜与锌构成原电池，加快了反应速率(形成原电池是加快反应速率的一个原因)。
答案：(1)加入CuSO4溶液后，Zn与之反应生成了铜，组成原电池，加快了锌与H2SO4的反应速率
Zn＋2H＋===Zn2＋＋H2↑，Zn＋Cu2＋===Cu＋Zn2＋
(2)组成原电池能加快反应速率。
(3)粗锌中的杂质与Zn、H2SO4溶液构成了无数个微小的原电池，加快了生成H2的反应速率。
9.
解析：(1)潮湿的空气中铁与铁丝中的杂质及表面溶解O2的溶液易形成原电池，加快了铁丝的腐蚀，在电化学腐蚀中主要发生的是吸氧腐蚀，负极反应为：Fe－2e－===Fe2＋(或2Fe－4e－===2Fe2＋)，正极反应为：2H2O＋O2＋4e－===4OH－。
(2)通过表中的信息可知，影响铁腐蚀速率的主要因素是O2的浓度、温度及电解质溶液的导电性。(3)为了防止铁的锈蚀，工业上普遍采用电化学保护法，可以作原电池的正极或电解池的阴极，也可以用覆盖保护层的方法。
答案：(1)3、4、5、6 Fe－2e－===Fe2＋(或2Fe－4e－===2Fe2＋) 2H2O＋O2＋4e－===4OH－
(2)湿度、温度、O2浓度、电解质存在
(3)电镀、发蓝等表面覆盖保护法，牺牲阳极的阴极保护法等课题2 电解与电镀
一、判断电解过程中的电极产物
判断电解过程中电极产物的依据是：电极材料和离子放电顺序。
阴离子失去电子和阳离子得到电子的过程叫放电。放电顺序取决于离子本身的性质，也与离子浓度及电极材料有关。
电解时所使用的电极分为两类：一类为惰性电极，只起导体的作用(如铂、石墨等)，并不参与反应；另一类为活性电极(除铂、金以及在电解时很易钝化的铅、铬以外的金属)，活性电极若作阴极，只起导体的作用；若为阳极，发生氧化反应的往往是电极本身。
电极上物质的变化情况以及电子的转移情况用电极反应式来表明。当电解质溶液中存在多种阳离子或者多种阴离子时，电解质溶液中各种离子在两极上得失电子是有一定顺序的，称之为放电顺序。放电顺序涉及多种因素，在中学阶段只要求掌握：
阳极——①若为惰性电极，则阴离子放电(失电子，发生氧化反应)，放电顺序为：
S2－＞I－＞Br－＞Cl－＞OH－＞含氧酸根离子＞F－
②若为活性电极，则电极本身失去电子而放电，电极溶解。因为活性电极的还原性几乎大于一切的阴离子。
阴极——无论是惰性电极，还是活性电极，阴极总是受到保护，不会参与电极反应，始终为阳离子放电(得电子，发生还原反应)，放电顺序为：
Ag＋＞Hg2＋＞Fe3＋＞Cu2＋＞H＋(酸)＞Pb2＋＞Sn2＋＞Fe2＋＞Zn2＋＞H＋(H2O)＞Al3＋＞Mg2＋＞Na＋＞Ca2＋＞K＋
因此，判断电解过程中电极产物的步骤可以概括为：①分析电解质溶液的组成，找全离子(包括水电离出的H＋及OH－)并分为阴、阳两组；②分析离子的放电顺序；③确定电极，写出电极反应式。
【例1】某同学按下图所示的装置进行电解实验。下列说法正确的是( )
A．电解过程中，铜电极上不会有H2产生
B．电解初期，主反应方程式为Cu＋H2SO4CuSO4＋H2↑
C．电解一定时间后，石墨电极上不会有铜析出
D．整个电解过程中，H＋的浓度不断增大
解析：从装置图可以看出铜接电源正极作阳极，石墨作阴极，应在阴极区产生H2，且H＋浓度应逐渐减小，故A、D错。电解初期主要是电解Cu和H2SO4，而随电解的进行，溶液中CuSO4浓度逐渐增大，Cu2＋参与电极反应而在石墨电极上析出Cu，C错误，故B正确。
答案：B
1－1某溶液中含有两种溶质NaCl和H2SO4，它们的物质的量之比为3∶1，用石墨作电极电解该混合溶液时，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．阴极自始至终只放出H2
B．阳极先放出Cl2，后放出O2
C．电解最后阶段为电解水
D．溶液pH不断增大，最后为7
1－2某同学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
二、用惰性电极电解电解质溶液的规律
类型
电极反应特点
物质类型及实例
电解的对象
电解质浓度的变化
溶液pH变化
恢复原浓度的方法
电解水型
水电离出的H＋、OH－放电阴极：2H＋＋2e－===H2↑阳极：4OH－－4e－===2H2O＋O2↑
强碱(NaOH)
水
增大
升高
加水
含氧酸(H2SO4)
降低
活泼金属含氧酸盐(Na2SO4)
不变
电解电解质型
电解质电离出的阴离子在阳极上失电子，阳离子在阴极上得电子
无氧酸(HCl)
电解质
减小
升高
加电解质本身
不活泼金属无氧酸盐(CuCl2)
—
放H2生碱型
阴极：水电离出的H＋放电2H＋＋2e－===H2↑阳极：电解质电离出的阴离子在阳极上失电子
活泼金属的无氧酸盐(NaCl、MgCl2)
电解质和水
生成新电解质，原电解质浓度减小
升高
加对应的无氧酸
放O2生酸型
阴极：电解质电离出的阳离子在阴极上得电子阳极：水电离出的OH－放电4OH－－4e－===2H2O＋O2↑
不活泼金属含氧酸盐(CuSO4、AgNO3)
电解质和水
生成新电解质，原电解质浓度减小
降低
加对应的氧化物
【例2】如下图所示，在一U形管中装入含有紫色石蕊的Na2SO4试液，通直流电，一段时间后U形管内会形成一个倒立的三色“彩虹”，从左到右的颜色次序是( )
A．蓝、紫、红 B．红、蓝、紫
C．红、紫、蓝
D．紫、红、蓝
解析：本题以电解原理为核心命题点，考查电解后溶液的酸碱性与酸碱指示剂的变色关系等知识点。用惰性电极电解Na2SO4溶液，就等同于电解水，阳极OH－放电，使阳极附近H＋浓度增大，阴极H＋放电，使阴极附近OH－的浓度增大，所以选C。
答案：C
电解池两电极的判断方法：
判断方法
阳极
阴极
发生反应类型
氧化反应
还原反应
电子得失情况
失去电子
获得电子
电子流向
电子流出极
电子流入极
与直流电源的连接情况
与直流电源的正极连接
与直流电源的负极连接
另外，我们还可以根据电极的产物来判断阴阳极：产生氢气、电极质量增加的是阴极；产生氧气、氯气、电极的质量减少的是阳极。两电极产生气体的体积比为2∶1的应是氢气与氧气。
2－1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
2－2下列叙述正确的是( )
A．在原电池的负极和电解池的阴极上都是发生失电子的氧化反应
B．用惰性电极电解Na2SO4溶液，阴阳两极产物的物质的量之比为1∶2
C．用惰性电极电解饱和NaCl溶液，若有1
mol电子转移，则生成1
mol
NaOH
D．镀层破损后，镀锡铁板比镀锌铁板更耐腐蚀
2－3pH＝a的某电解质溶液中，插入两支惰性电极通直流电一段时间后，溶液的pH＞a，则电解质可能是( )
A．NaOH
B．H2SO4
C．AgNO3
D．Na2SO4
三、电解原理的应用
电解原理应用于实际生产中，除了电解食盐水制取烧碱、氢气和氯气以及电镀外，还有电解精炼铜及电解冶炼活泼金属等。
(1)电解精炼铜
用粗铜作阳极，纯净的铜作阴极，含铜离子的水溶液(可以含有其他比铜离子氧化性弱的阳离子，但是绝不能含有比铜离子氧化性强的离子)作电解质溶液。通电后，因为阳极的主要成分是铜，所以阳极(粗铜)的主要反应是Cu－2e－===Cu2＋。当粗铜的表面出现比铜活泼的金属时，比铜活泼的Zn、Fe、Ni等也会放电：Zn－2e－===Zn2＋；Fe－2e－===Fe2＋；Ni－2e－===Ni2＋，但生成的这些阳离子的氧化性比铜离子弱，不可能在阴极上析出，故留在溶液中。当粗铜的表面出现比铜不活泼的金属时，该金属不会优先失去电子，当其周围的金属铜反应完毕时，该金属会以单质的形式落到阳极的底部沉积，成为阳极泥，不可能在阴极上析出，所以阴极(精铜)的反应只有Cu2＋＋2e－===Cu，这样就可以在阴极上获得纯净的金属铜。阳极泥可用于提炼金、银等贵重金属。硫酸铜溶液的浓度变化不大，但要定时除去里面的杂质。
(2)电解冶炼活泼金属Na、Mg、Al等
如①电解熔融NaCl得金属钠
②电解熔融MgCl2得单质Mg
③电解熔融Al2O3制单质Al
【例3】下图能验证氯化钠溶液(含酚酞)电解产物的装置是( )
解析：电解NaCl溶液时的产物是NaOH、H2、Cl2。NaOH生成后存在于氯化钠溶液中，可用酚酞检验。Cl2在阳极上生成并在阳极上逸出，可用碘化钾淀粉溶液检验。H2在阴极上生成并在阴极上逸出，可用小试管收集后点燃，根据有无爆鸣声检验。
答案：D
3－1电解原理在化学工业中有广泛应用。如下图表示一个电解池，装有电解液a；X、Y是两块电极板，通过导线与直流电源相连。请回答以下问题。
(1)若X、Y都是惰性电极，a是饱和NaCl溶液，实验开始时，同时在两边各滴入几滴酚酞试液，则：
①电解池中X极上的电极反应式是____________。在X极附近观察到的现象是______________________。
②Y电极上的电极反应式是________________，检验该电极反应产物的方法是________________________。
(2)如要用电解方法精炼粗铜，电解液a选用CuSO4溶液，则：
①X电极的材料是____________；电极反应式是______________。
②Y电极的材料是____________；电极反应式是________________。
(说明：杂质发生的电极反应不必写出)
3－2下列描述中，不符合生产实际的是( )
A．电解熔融的氧化铝制取铝，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
3－3下列有关电化学知识的描述中正确的是…( )
A．原电池的正极和电解池的阳极均发生氧化反应
B．铜的电解精炼时，粗铜板作阳极
C．铜、锌和稀硫酸构成的原电池中铜为负极
D．石墨作电极电解氯化镁溶液的离子方程式为2Cl－＋2H2O2OH－＋H2↑＋Cl2↑
答案：
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1－1 D 解析：电解质溶液中，n(Na＋)∶n(Cl－)∶n(H＋)∶n(SO)＝3∶3∶2∶1，开始电解产生H2和Cl2，随着H2和Cl2的产生，生成的OH－中和H2SO4，且OH－过量，最后是电解水，因而最终溶液的pH＞7，阴极只放出H2。
1－2 B 解析：用石墨作电极电解饱和食盐水伴随着副反应发生。2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑，Cl2＋2NaOH===NaCl＋NaClO＋H2O，可推知Cl2被完全吸收制得有较强杀菌能力的消毒液，其有效成分是NaClO。电解过程中阴极产生氢气，结合图示可知液体上部空间充满的是氢气，从中可推知电源a极是负极，b极是正极。
2－1 C 解析：选项A中，电解食盐水，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；选项B中，电解CuSO4溶液时SO的物质的量没变，加CuSO4溶液不能复原；选项C中，电解H2SO4溶液实质是电解水，再加适量水，可恢复原状；选项D中，实质是铁上电镀银，AgNO3溶液浓度不变，不需加AgNO3晶体。
2－2 C 解析：选项A中在电解池的阴极是阳离子得到电子，发生的是还原反应；选项B中用惰性电极电解Na2SO4溶液，实际上是电解水，在阴极上：2H＋＋2e－===H2↑，在阳极上：4OH－－4e－===2H2O＋O2↑，所以阴阳两极产物的物质的量之比为2∶1；选项C中2NaCl＋2H2O2NaOH＋Cl2↑＋H2↑，每生成2
mol的NaOH转移的电子数为2
mol，所以转移1
mol电子，生成的NaOH就是1
mol；选项D中镀层破损后，镀锡铁组成的原电池，Fe作负极而被腐蚀，镀锌铁组成的原电池，Zn作负极，所以镀锡铁板比镀锌铁板更容易腐蚀。
2－3 A 解析：B由于浓度增大，pH减小。C由于生成HNO3，pH减小。D相当于电解水，pH不变。
3－1 解析：(1)根据电解原理，阳极上，发生氧化反应：2Cl－－2e－===Cl2↑；阴极上发生还原反应：2H＋＋2e－===H2↑。根据分析可知，由于水电离出来的H＋和OH－的数目是相等的，H＋减少，OH－增加，在阴极附近滴入酚酞试液会显红色。在Y电极上产生的是Cl2，可用Cl2的“黄绿色”“强氧化性”来检验。
(2)粗铜中含有铁、锌杂质，在电解精炼过程中，铁、锌、铜在阳极上失去电子，变成金属阳离子进入溶液，而Cu2＋得电子的能力大于Fe2＋、Zn2＋，所以在阴极上Cu2＋先得到电子变成金属铜。电解精炼铜的电极反应式如下：阳极：Fe－2e－===Fe2＋；Zn－2e－===Zn2＋；Cu－2e－===Cu2＋
阴极：Cu2＋＋2e－===Cu
答案：(1)①2H＋＋2e－===H2↑ 有气泡冒出，溶液变红
②2Cl－－2e－===Cl2↑ 把湿润的淀粉碘化钾试纸放在Y电极附近，试纸变蓝色
(2)①纯铜 Cu2＋＋2e－===Cu ②粗铜 Cu－2e－===Cu2＋
3－2 A 解析：电解熔融的氧化铝制取金属铝时，应用惰性材料作电极；铜的精炼：阳极(粗铜)：Cu－2e－===Cu2＋，阴极：Cu2＋＋2e－===Cu，电解质溶液为CuSO4；电解饱和食盐水：阳极(钛网)：2Cl－－2e－===Cl2↑，阴极(碳钢网)：2H＋＋2e－===H2↑，总反应为：2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑；镀锌：阳极(锌)：Zn－2e－===Zn2＋，阴极(镀件)：Zn2＋＋2e－===Zn，电解液为ZnCl2溶液。
3－3 B 解析：原电池的正极上发生还原反应，A错。根据活泼金属作负极判断可知，C项错。电解与电镀
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
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．铅笔端作阳极，发生还原反应
B．铂片端作阴极，发生氧化反应
C．铅笔端有少量的氯气产生
D．a点是负极，b点是正极
3．用图甲所示装置进行实验，若图乙中横坐标x表示流入电极的电子的物质的量。下列叙述不正确的是( )
A．E表示反应生成Cu的物质的量
B．E表示反应消耗H2O的物质的量
C．F表示反应生成H2SO4的物质的量
D．F表示反应生成O2的物质的量
4．取一张用饱和的NaCl溶液浸湿的pH试纸，两根铅笔芯作电极，接通直流电源，一段时间后，发现a电极与试纸接触处出现一个双色同心圆，内圈为白色，外圈呈浅红色。则下列说法错误的是( )
A．b电极是阴极
B．a电极与电源的正极相连
C．电解过程中水是氧化剂
D．b电极附近溶液的pH变小
5．下列关于铜电极的叙述正确的是(双选)( )
A．铜锌原电池中铜是正极
B．用电解法精炼粗铜时粗铜作阴极
C．在镀件上电镀铜时可用金属铜作阳极
D．电解稀硫酸制H2、O2时铜作阳极
6．如图所示，a、b是两根石墨棒。下列叙述正确的是( )
A．a是正极，发生还原反应
B．b是阳极，发生氧化反应
C．稀硫酸中硫酸根离子的物质的量不变
D．往滤纸上滴加酚酞试液，a极附近颜色变红
7．如图所示，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
8．下列说法中可用于金属防护的有( )
①原电池原理 ②电解原理 ③涂油漆 ④电镀
⑤置于干燥环境中
A．③④⑤
B．①②③
C．②③④
D．全部
9．用普通食盐进行电解饱和食盐水的实验，食盐水装在U形管内，结果很快在某一电极附近出现食盐水浑浊现象。造成浑浊的难溶物主要是( )
A．碳酸镁
B．硫酸钡
C．氢氧化镁
D．碳酸钡
10．下图中，铁腐蚀由快到慢的顺序为(未标明的电解质溶液为水)( )
A．⑥＞④＞①＞②＞③＞⑤
B．⑤＞③＞①＞②＞④＞⑥
C．⑤＞④＞①＞②＞③＞⑥
D．⑤＞④＞②＞①＞③＞⑥
11．某研究性学习小组的学生在一次活动中，设计出如下方案来测定铜的相对原子质量：
指导教师认为此方案可行，提供了一瓶含有一定量H2SO4、Fe2(SO4)3杂质的CuSO4溶液及其他相关药品、器材。
(1)同学们首先讨论不纯的CuSO4溶液是否需要提纯。假设你是学习小组的学生，请阐明你的看法。(结合你的意见，只需选择a、b两小题中一题作答，另一问不必回答)
a．需要提纯，加入________(填写试剂化学式)，反应后经过滤即可提纯CuSO4溶液。
b．不必提纯，理由是
________________________________________________________________________。
(2)用铜和石墨两个电极电解CuSO4溶液时，铜电极应接电源的________极，石墨电极上的电极反应式是________________________________________；另一极的反应式是
________________________________________________________________________。
(3)该实验测得铜的相对原子质量是
________________________________________________________________________
(用含m、V的代数式表示)。
12．现需设计一套实验装置来电解饱和食盐水，并测量电解产生的氢气的体积约6
mL和检验氯气的氧化性(不应将多余的氯气排入空气中)。[]
(1)试从上图中选用几种必要的仪器，连成一整套装置，各种仪器接口的连接顺序(填编号)是：A接__________，B接__________；
(2)碳棒接直流电源的________极，电极反应式为
________________________________________________________________________；
(3)能说明氯气具有氧化性的实验现象是
________________________________________________________________________；
(4)假定装入U形管的饱和食盐水为50
mL(电解前后溶液的体积变化可忽略)，当测得生成的氢气为5.6
mL(标准状况)时停止通电。摇匀U形管内的溶液后溶液的pH约为________；
(5)用离子方程式表示电解饱和食盐水的总反应：
________________________________________________________________________；
氯气与NaOH溶液反应的离子方程式：
________________________________________________________________________。
13．为节省药品和时间，甲、乙、丙三位同学用铜片、锌片、稀硫酸、CuSO4溶液；直流电源、石墨电极、导线、烧杯、试管等中学化学常见的药品和仪器(用品)，以巧妙的构思，“接力”的方式，设计了比较铜与锌金属活泼性相对强弱的系列实验。试填写下列空白：
(1)甲同学分别将一小片铜片、锌片置于烧杯底部(铜、锌不接触)，小心向烧杯中加入稀硫酸，观察到的现象是______________________________。甲同学的设计思路是________________________________________________________________________。
(2)乙同学接着甲的实验，向烧杯中滴加________溶液，进而观察到的现象是________________________________________________________________________，
________________________。乙同学判断出锌、铜金属活动性相对强弱所依据的原理是
________________________________________________________________________，
________________________________________________________________________。
(3)丙同学使用直流电源和石墨电极组装电解装置，向乙同学实验后的溶液中补充了必要的试剂(作电解液)。反
应在调控下开始，有关电化学反应的化学方程式为______________________________。获得的明显实验现象是
________________________________________________________________________。
(4)请你再单独设计一个简单实验(试剂、仪器自选)，证实锌和铜金属活泼性的相对强弱(简要说明操作步骤及现象)____________________________________
________________________________________________________________________。
答案：
1.解析：选C。电流从电源的正极流出，故a为电源的正极，b为负极；与电源正极相连的c为阳极，与电源负极相连的d为阴极。在电解过程中，因Cu2＋是阳离子，移向阴极d，在阴极放电析出Cu，所以d电极质量增加；Cl－是阴离子，移向阳极c，在阳极放电析出Cl2，会导致溶液中氯离子浓度降低。
2.解析：选D。本题考查的是电解饱和食盐水实验，电解实验中阳极发生氧化反应，生成氯气，阴极发生还原反应生成氢气，由电极反应式可知，在阴极生成氢氧化钠，出现红色字迹，所以铅笔作阴极，a为电源负极。故选D。
3．
解析：选C。此题的考查点为电解池反应，在该电解池中，阴极：Cu2＋＋2e－===Cu，阳极：4OH－－4e－===2H2O＋O2↑，总反应：2CuSO4＋2H2O2Cu＋2H2SO4＋O2↑，从乙中所给的图象看每转移4
mol
e－，E为0→2，F从0→1，显然A、B、D正确，C中要表示生成H2SO4的物质的量也应为E。
4．解析：选D。a电极与试纸接触处出现一个双色同心圆，内圈为白色，外圈呈浅红色，说明a极产生了Cl2，所以a极与电源的正极相连，即a为阳极，电极反应式为：2Cl－－2e－===Cl2↑，b为阴极，2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，所以b极附近的pH增大。
5．解析：选AC。A叙述的是原电池，铜不如锌活泼，铜应为正极；B、C、D叙述的是电解池。电解池的阳极发生失去电子的氧化反应，阴极发生得电子的还原反应。所以，精炼铜时，粗铜应放在阳极，镀铜时铜也应放在阳极以提供Cu2＋。而电解稀硫酸时，如把铜放在阳极，铜就会首先放电，阳极就不能产生氧气。故答案选A、C。
6．解析：选C。a是阳极，发生氧化反应；b是阴极，发生还原反应；在反应过程中，硫酸根离子没有参与反应，因此，稀硫酸中硫酸根离子的物质的量不变；往滤纸上滴加酚酞试液，b极附近颜色变红。
7．解析：选A。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；由图示连接情况可知X为阳极，发生氧化反应，Y为阴极发生还原反应，电极反应分别为Cu－2e－===Cu2＋、2H＋＋2e－===H2↑。因为在Y电极附近H＋的浓度减小，c(OH－)＞c(H＋)，显碱性，所以Y电极附近变红色。所以只有A选项正确。
8．解析：选D。①②是通过电化学原理在被保护的金属上聚集电子，从而进行保护。③④是覆盖保护层，使金属与外界隔绝加以保护。⑤在干燥环境中，金属不易发生原电池反应。
9．解析：选C。用惰性电极电解饱和食盐水，电解方程式为2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑。原料食盐水要经过精制，未经精制的食盐水中含有Mg2＋、Ca2＋、SO等离子。如果用普通食盐水进行电解，阴极附近在电解产生NaOH的同时，OH－与阴极附近的Mg2＋会反应产生白色难溶物Mg(OH)2。
10．解析：选C。①中由于水中溶解了氧气，铁与杂质碳会形成微原电池，发生电化学腐蚀；②中铁在油中，氧气难以溶解，无电解质溶液，不能形成原电池；③④都形成原电池，但③中铁为正极，受到保护；④中铁为负极，被氧化；⑤⑥都形成了电解池，⑤中铁与电源的正极相连，作阳极，腐蚀速率加快；⑥中铁与电源的负极相连，作阴极，受到保护。所以铁腐蚀由快到慢的顺序为⑤＞④＞①＞②＞③＞⑥。
11．解析：(1)杂质会影响CuSO4溶液的电解，因为Fe3＋的氧化性比Cu2＋强，电解时会优先放电，所以必须提纯。可以加入CuO、Cu(OH)2或CuCO3等物质，调节溶液的酸碱性，使Fe3＋以Fe(OH)3的形式沉淀出来，过滤除去。
(2)因为阴极上必须有Cu2＋放电，所以铜只能作为阴极，只能与电源的负极相连，石墨作阳极，OH－放电。
(3)可根据总电解反应方程式进行计算。
答案：(1)a.CuO[或Cu(OH)2或CuCO3]
(2)负 4OH－－4e－===2H2O＋O2↑ Cu2＋＋2e－===Cu
(3)
12．解析：U形管装置为电解装置，铁棒为阴极，连接电源负极，发生还原反应：2H＋＋2e－===H2↑；碳棒为阳极，连接电源正极，发生氧化反应：2Cl－－2e－===Cl2↑，所以从A出来的是H2，应该连接G，然后F连接I。淀粉?KI溶液可以检验Cl2，所以B连接D，E连接C，目的是吸收尾气Cl2。
答案：(1)G、F、I D、E、C
(2)正 2Cl－－2e－===Cl2↑
(3)淀粉?KI溶液变成蓝色
(4)12
(5)2Cl－＋2H2O2OH－＋H2↑＋Cl2↑
Cl2＋2OH－===Cl－＋ClO－＋H2O
13．解析：根据题目条件和信息可知，甲同学是利用金属活动顺序表的有关知识设计实验证明锌和铜的活泼性；乙同学在甲同学的基础上采用置换反应和电化学原理证明锌和铜的活泼性；由于硫酸铜溶液的加入，锌单质将会与铜离子发生置换反应产生铜附着在锌的表面，从而形成原电池加快了锌与稀硫酸的反应；丙同学采用的是电解法，由于乙反应后的溶液为硫酸锌溶液，所以补充的试剂为硫酸铜。
答案：(1)锌片表面有气泡产生 在金属活动顺序表中，锌排在氢的前面，可与稀硫酸反应，而铜排在氢的后面，不与稀硫酸反应
(2)CuSO4 锌片表面有红色固体产生 锌片表面产生气泡的速率加快 在金属活动顺序表中，锌排在铜的前面，可将铜从其盐溶液中置换出来 锌表面产生的铜与锌构成原电池的两个电极，使锌与稀硫酸的反应加快
(3)2CuSO4＋2H2O2Cu＋2H2SO4＋O2↑
阳极产生无色气体，阴极石墨表面产生红色固体
(4)取两片相同的铁片，分别放入盛有ZnSO4溶液、CuSO4溶液的两支试管中，观察铁片表面的变化，发现盛CuSO4溶液的试管中的铁片表面有红色固体生成，而铁片放入ZnSO4溶液中无明显现象(其他合理答案均可)电解与电镀
实验目的：
１．通过电解饱和食盐水实验，加深对电解原理的认识。
２．通过铁钉镀锌实验，加深对电镀原理的认识。
３．了解化学实验研究的一般过程，提高利用化学实验解决问题的能力。
４．体会观察和分析实验现象对于化学研究的重要性。
一．电解饱和食盐水
（一）实验过程
１．取一具支Ｕ形管，向管内加入饱和食盐水，分别在两端插入铁棒和碳棒，作为阴极和阳极．接上直流电源（６－９Ｖ）观察实验现象。
２．电解２－３分钟以后，分别检验产生的氯气（碘化钾淀粉溶液）和氢气（收集、点燃）。
３．电解结束后，在Ｕ形管中滴入几滴酚酞溶液，观察现象。
（二）实验装置图
（三）实验现象
１．接通电源，阳极产生黄绿色的气体，阴极产生无色气体。
２．将阳极产生的气体通入碘化钾淀粉溶液中，溶液变蓝色。
３．将阴极产生的气体用小试管收集，后移向点燃的酒精灯，可听到“噗”一声。
４．电解结束后，可见到Ｕ形管中，阳极区溶液呈浅黄绿色，向Ｕ形管中滴入酚酞试液，发现阴极区溶液呈红色。
（四）实验注意点
1．所选具支U形管要短一点，支管要靠上口一点,管径要大一点。
2．食盐水要饱和。
3．氯气的导出导管插入碘化钾淀粉溶液中不能太深。
4．产生的气流不大，要先通电电解二三分钟后再收集氢气，后检验氢气。
二．铁钉镀锌
(一)实验过程
1．电镀液的配制：先向烧杯中加入50ml蒸馏水，再加入3.5gZnCl2，12.5gKCl，1.5g硼酸，搅拌使之溶解，调节溶液的pH为５－６。
2．镀件的处理：用细砂纸打磨铁钉，使铁钉粗糙的表面变得光滑，用水洗净；把铁钉放入８０℃、２mol／Ｌ氢氧化钠溶液中浸泡５分钟，除去油污，用水洗净；把铁钉放入４５℃的浓盐酸中浸泡２分钟，取出，洗净；最后将铁钉放入１：１００的稀硝酸中浸泡３－５秒，取出，洗净。
3．电镀操作：用烧杯作电镀槽，加入电镀液，用锌片作阳极铁钉作阴极，接通６伏的直流电源，电镀２０－２５分钟，后观察现象。
（二）实验装置图
（三）实验现象
铁片表面变成银灰色
（四）实验注意点
1．处理镀件时可让学生共用试剂，在通风橱中进行，使镀件尽量光洁，处理好后要尽快实验，否则极易生锈
。
2．电压不能太高，太高镀层会不致密，一般为６伏。
3．电镀液浓度不能过高。
4．电镀时间不宜过长，课本上介绍电镀２０－２５分钟，实际操作时只需５－１０分钟即可。
５．电镀时两极最好悬空且要固定，可用泡沫塑料固定。
（五）我们的尝试
1．电镀液的配制：用２５％的ZnCl2溶液。
2．镀件的处理：用细砂纸打磨铁钉。
3．电镀操作：用烧杯作电镀槽，加入２５％的ZnCl2溶液，用锌片作阳极铁钉作阴极，接通６伏的直流电源，电镀５－１０分钟，观察现象。
电镀５分钟 电镀１０分钟
电镀１５分钟原电池
一、学情分析与教学设想
该部分内容概念较多，涉及原电池、氧化还原、带电粒子移动、电极及电极反应、内外电路、充放电等。而学生对这些概念辨析不清，如分不清氧化反应与还原反应、正负极与阴阳极。除此学生最大的问题是不会写电极反应和怕写电极反应。
因此，本人尝试在教学中变换思路，以物理中带电粒子在电场中定向移动解决阴阳离子向正负极移动问题。采用分步反应法解决写电极反应难的问题。
二、教学目标
知识与技能：
1．基本掌握原电池的原理；
2．基本掌握电极反应方程式的书写。
过程与方法：
1．以物理中带电粒子在电场中定向移动解决阴阳离子向正负极移动问题；2．用分步反应法实践写电极反应。
情感态度与价值观：
1．能在思考交流过程中倾听他人意见，相互启发，体会到合作交流的重要；2．通过对阴阳离子向正负极移动的探讨，树立起事物间相互联系的思想。
三、教学重点和难点
重点是原电池的原理；难点是电极反应方程式的书写。
四、教学过程
教师活动
学生活动
设计意图
【提问】什么叫原电池？
思考，回答：将化学能转变成电能的装置叫做原电池。
回忆，重现。
【再问】原电池组成条件有哪些？
思考，回答：
回忆，重现。
1.【设问】开关闭合前、后的现象是否相同？2.
【分析】联系物理知识剖析阴阳离子向正负极移动问题。
动手，思考，聆听。1．产生气体位置不同；2．产生气体速率不同；3.制备H2时加CuSO4原因。4.阳离子移向正极，阴离子移向负极。
1．将问题进行分解，层层深入，帮助学生顺利解决问题。2．让学生学会学科间交叉融合。3.落实原电池各知识点。
组织学生练习
思考，完成练习2
巩固，提高。
【过渡】通过以上原理能否制出实用的电池呢？
思考，回忆。
过渡到化学电源。
【引导】1.两极得失电子及产物；2.回忆Na2O与H2O反应，OH-与Zn2+的反应。3.电极反应。
聆听，理解，体会。
培养学生把复杂问题拆分成简单问题的科学方法。
组织学生练习蓄电池、燃料电池的电极反应书写。
思考，完成练习
巩固，提高，落实电极反应书写。
【师生归纳】如何书写电极反应式？
第一步:
电极发生的反应;第二步:
第一步的产物与电解质反应;第三步:
电极反应式是以上两步的加和式。
知识升华，加深对书写电极反应的方法，规律认识。
【巡视】点评学生出现的问题。
完成“学习反馈”练习。
学以致用，及时巩固。
五、板书设计
原电池、电源
一、原电池
离子移动示意图
二、电源
书写电极反应方法：分步反应法
第一步:电极发生的反应;
第二步:第一步的产物与电解质反应;
第三步:电极反应式是以上两步的加和式。电解与电镀
1．某同学按如图所示的装置进行电解实验。下列说法不正确的是( )
A．电解过程中，铜电极上有H2产生
B．电解初期，主反应方程式为：Cu＋H2SO4CuSO4＋H2↑
C．电解一定时间后，石墨电极上有铜析出
D．电解前期，H＋的浓度不断减小
2．如图是工业电解饱和食盐水的装置示意图，下列有关说法中不正确的是( )
A．装置中出口①处的物质是氯气，出口②处的物质是氢气
B．该离子交换膜只能让阳离子通过，不能让阴离子通过
C．装置中发生反应的离子方程式为：2Cl－＋2H＋Cl2↑＋H2↑
D．该装置是将电能转化为化学能
3.如图是在待镀铁制品上镀铜的实验装置，则下列说法正确的是( )
A．电源a极为负极
B．Ⅰ极上铜放电而逐渐消耗
C．Ⅱ极上发生的电极反应为Fe－2e－===Fe2＋
D．Ⅱ极上Cu2＋放电而使溶液中Cu2＋浓度逐渐变小
4.如图所示，a、b是多孔石墨电极。某同学按图示装置进行如下实验：断开K2，闭合K1一段时间，观察到两支玻璃管内都有气泡将电极包围，此时断开K1，闭合K2，观察到电流计A的指针有偏转。下列说法不正确的是( )
A．断开K2，闭合K1一段时间，溶液的pH变大
B．断开K1，闭合K2时，b极上的电极反应为2H＋＋2e－===H2↑
C．断开K2，闭合K1时，a极上的电极反应为4OH－－4e－===O2↑＋2H2O
D．断开K1，闭合K2时，OH－向b极移动
5．电解原理在化学工业中有广泛应用。如图表示一个电解池，装有电解液a；X、Y是两块电极板，通过导线与直流电源相连。请回答以下问题：
(1)若X、Y都是惰性电极，a是饱和NaCl溶液，实验开始时，同时在两边各滴入几滴酚酞试液，则：
①电解池中X极上的电极反应式为_____________________，
在X电极附近观察到的现象是____________________________。
②Y电极上的电极反应式是______________________________________，
检验该电极反应产物的方法是__________________________。
(2)如果用电解方法精炼粗铜，电解液a选用CuSO4溶液，则：
①X电极的材料是________，电极反应式是_______________________________。
②Y电极的材料是________，电极反应式是___________________________。
(说明：杂质发生的电极反应不必写出)
答案：
1．解析：选A。Cu作阳极被消耗，溶液中H＋在阴极放电析出H2。因此，电解一段时间后c(H＋)减小，当生成的CuSO4浓度不断增大后，Cu2＋在阴极放电而析出，c(H＋)不再变化。
2．解析：选C。电解饱和食盐水中，阴极：2H＋＋2e－===H2↑，阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑，总离子方程式为：2Cl－＋2H2OH2↑＋Cl2↑＋2OH－，故A项正确，B项正确；根据定义，D项正确。C项中离子方程式错误。
3.解析：选B。电镀时，镀件作阴极，则b为负极，镀层金属作阳极，a为正极，故A项错；C项中，Cu2＋＋2e－===Cu，故C项错；D项中CuSO4溶液的浓度不变，也错误。
4.解析：选B。该题为原电池和电解池的综合试题。当断开K2，闭合K1时为电解池，此时根据电源判断a极为阳极，b极为阴极，相当于电解水，a极的电极反应为4OH－－4e－===O2↑＋2H2O，故A、C两项正确；当断开K1，闭合K2时，该装置为原电池，可看作氢氧燃料电池，a极为正极，电极反应为O2＋4e－＋2H2O===4OH－，b极为负极，电极反应为2H2＋4OH－－4e－===4H2O，故D项正确，B项错误。
5．解析：(1)用惰性电极电解饱和食盐水时，阳极反应：2Cl－－2e－===Cl2↑；阴极反应：2H＋＋2e－===H2↑。与电源正极相连的为阳极，反之为阴极。所以X为阴极，Y为阳极。X极在反应过程中消耗了H2O电离出的H＋，溶液呈碱性，加入酚酞试液变成红色；Y极产生Cl2，能使湿润的淀粉碘化钾试纸变为蓝色。
(2)电解精炼Cu时，用含杂质的Cu为阳极，纯Cu为阴极。反应过程中阳极上的Cu以及比Cu活泼的金属失去电子，成为离子，进入溶液，活泼性比Cu差的金属形成阳极泥；在阴极只有Cu2＋能得电子成为单质，其他较活泼的金属对应的离子不能得电子。根据装置图，X为阴极，Y为阳极，所以，X电极的材料是纯铜，电极反应式为Cu2＋＋2e－===Cu；Y电极的材料是粗铜，电极反应式为Cu－2e－===Cu2＋。
答案：(1)①2H＋＋2e－===H2↑ 放出气体，溶液变红 ②2Cl－－2e－===Cl2↑ 把湿润的淀粉碘化钾试纸放在Y电极附近，试纸变蓝色
(2)①纯铜 Cu2＋＋2e－===Cu
②粗铜 Cu－2e－===Cu2＋专题五
电化学问题研究
5.1
原电池
1.家用炒菜锅用水清洗放置后,出现红棕色的锈斑。在此变化过程中不发生的化学反应是( )
A.4Fe(OH)2+2H2O+O24Fe(OH)3
B.2Fe+2H2O+O22Fe(OH)2
C.2H2O+O2+4e-4OH-
D.Fe-3e-Fe3+
解析:家用铁锅中Fe、C构成原电池的两极。用水清洗放置后,出现红棕色的锈斑是因为在潮湿的环境中铁发生了电化学腐蚀,负极反应:2Fe-4e-2Fe2+,正极反应:2H2O+O2+4e-4OH-,总反应:2Fe+2H2O+O22Fe(OH)2,生成的Fe(OH)2不稳定,又被空气中的氧气氧化为红褐色的Fe(OH)3:4Fe(OH)2+O2+2H2O4Fe(OH)3,A、B、C正确。
答案:D
2.科学家近年来研制出一种新型细菌燃料电池,利用细菌将有机物转化为氢气,氢气进入以磷酸为电解质的燃料电池发电。电池负极反应为( )
A.H2+2OH--2e-2H2O
B.O2+4H++4e-2H2O
C.H2-2e-2H+
D.O2+2H2O+4e-4OH-
解析:细菌燃料电池可看作在酸性条件下的氢氧燃料电池,电池总反应方程式可表示为2H2+O22H2O,负极发生氧化反应,电极反应可表示为H2-2e-2H+,可知选项C正确。
答案:C
3.(双选)日常所用的干电池的电极分别为碳棒(上面有铜帽)和锌皮,以糊状NH4Cl和ZnCl2作电解质(其中加入MnO2吸收氢气),电极反应式可简化为Zn-2e-Zn2+,2N+2e-2NH3+H2(NH3与Zn2+能生成一种稳定的物质)。根据上述判断,下列结论正确的是( )
A.锌为正极,碳为负极
B.锌为负极,碳为正极
C.工作时,电子由碳极经过电路流向锌极
D.长时间连续使用时,内装糊状物可能流出腐蚀用电器
解析:由负极失电子发生氧化反应,正极得电子发生还原反应或根据原电池形成的条件,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可判断出B项正确,A项不正确;在外电路,电子从负极流向正极,故C项不正确;长时间连续使用该原电池,由于锌皮慢慢溶解而破损,且MnO2不断吸收H2而产生H2O,糊状物也越来越稀,有可能流出腐蚀用电器,D项正确。
答案:BD
4.研究人员研制出一种锂水电池,可作为鱼雷和潜艇的储备电源。该电池以金属锂和钢板为电极材料,以LiOH为电解质,使用时加入水即可放电。关于该电池的下列说法不正确的是( )
A.水既是氧化剂又是溶剂
B.放电时正极上有氢气生成
C.放电时OH-向正极移动
D.总反应为2Li+2H2O2LiOH+H2↑
解析:原电池放电时,阴离子应向负极移动,故选项C错误。这种电池名称叫锂水电池。可推测其总反应为2Li+2H2O2LiOH+H2↑。再写出其电极反应:
负极:2Li-2e-2Li+,
正极:2H2O+2e-2OH-+H2↑,
结合选项分析A、B、D都是正确的。
答案:C
5.钢铁在潮湿的空气中会被腐蚀,发生的原电池反应为2Fe+2H2O+O22Fe(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
解析:正极发生的反应为2H2O+O2+4e-4OH-;原电池是将化学能转变为电能的装置;由于空气与水交界处比在水下部分氧气浓度大,所以钢柱在空气与水交界处比在水下部分更容易腐蚀。
答案:A
6.(2013上海化学)糕点包装中常用的脱氧剂组成为还原性铁粉、氯化钠、炭粉等,其脱氧原理与钢铁的吸氧腐蚀相同。下列分析正确的是( )
A.脱氧过程是吸热反应,可降低温度,延长糕点保质期
B.脱氧过程中铁作原电池正极,电极反应为Fe-3e-Fe3+
C.脱氧过程中碳作原电池负极,电极反应为2H2O+O2+4e-4OH-
D.含有1.12
g铁粉的脱氧剂,理论上最多能吸收氧气336
mL(标准状况)
解析:钢铁腐蚀中铁作负极、碳作正极,B、C错误;n(Fe)=0.02
mol,负极电极反应式Fe-2e-Fe2+,生成Fe2+与正极生成的OH-结合生成Fe(OH)2,Fe(OH)2被空气中的氧气氧化生成Fe(OH)3,所以0.02
mol
Fe最终失去0.06
mol电子,消耗n(O2)==0.015
mol,D选项正确。
答案:D
7.液态锂离子电池是一种被广泛采用的车载电池,该电池的电极反应如下:
正极:6C+xLi++xe-LixC6
负极:LiNiO2-xe-Li1-xNiO2+xLi+
则有关该电池的下列说法中正确的是( )
A.放电时,电子从正极流向电池的负极
B.放电时,Li+向负极移动
C.该电池的总反应为LiNiO2+6CLi1-xNiO2+LixC6
D.充电时,阳极发生的电极反应为Li1-xNiO2+xLi++xe-LiNiO2
解析:放电时,电子从原电池的负极流向原电池的正极,A不正确;Li+应向正极移动,B不正确;充电时,阳极应失去电子,D不正确。
答案:C
8.(1)有A、B、C、D四种金属,将A与B用导线连起来,浸入电解质溶液中,B不易腐蚀,将A、D分别投入等浓度的盐酸中,D比A反应剧烈。将铜浸入B的盐溶液中无明显变化。如果将铜浸入C的盐溶液中,有金属C析出。据此判断它们的活动性由强到弱的顺序是 。
(2)下列哪个装置可防止铁棒被腐蚀 。
(3)将经过酸洗除锈的铁钉,用饱和食盐水浸泡一下,放在如右图所示的试管中,过一段时间观察,导管中水柱会 ,说明发生的是 ,相关的电极反应式为 。
解析:(1)根据原电池原理:活泼金属作负极,被腐蚀,所以A、B中活泼性A>B;A、D与等浓度盐酸反应时D比A剧烈,所以活泼性D>A;铜与B的盐溶液不反应,而与C的盐溶液反应置换出C,说明活泼性B>铜>C。即答案为D>A>B>C。(3)饱和食盐水是中性环境,因此发生吸氧腐蚀。
答案:(1)D>A>B>C (2)BD
(3)升高 吸氧腐蚀 负极:Fe-2e-Fe2+;正极:O2+2H2O+4e-4OH-
9.A、B两位同学均想利用原电池反应验证金属的活动性顺序,并探究产物的有关性质,分别设计了如图所示的原电池,请完成下列问题:
(1)①负极材料:A池 ,B池 。
②电极反应式:A池正极: ,负极: 。
B池正极: ,负极: 。
(2)B池总反应的离子方程式为 。
解析:原电池中必须有氧化还原反应发生,且负极是发生氧化反应的电极,正极是发生还原反应的电极。A池中:根据金属活动性顺序及电解质溶液为稀硫酸,可判断Mg为该原电池的负极,其电极反应式为Mg-2e-Mg2+;溶液中的H+在铝极(正极)上获得电子放出H2,其电极反应式为2H++2e-H2↑。B池中:因电解质溶液为NaOH,尽管Mg的活泼性比Al强,但Mg与NaOH不反应,而Al能与NaOH发生氧化还原反应,所以B池中Al为负极,其电极反应式为2Al+8OH--6e-2Al(OH;Mg为正极,其电极反应式为6H2O+6e-3H2↑+6OH-,总反应离子方程式为2Al+2OH-+6H2O2Al(OH+3H2↑。
答案:(1)①Mg Al ②2H++2e-H2↑ Mg-2e-Mg2+ 6H2O+6e-3H2↑+6OH- 2Al+8OH--6e-2Al(OH
(2)2Al+2OH-+6H2O2Al(OH+3H2↑专题五
电化学问题研究
5.2
电解与电镀
1.下列说法中正确的是( )
①电解是把电能转变成化学能 ②电解是把化学能转变为电能 ③电解质溶液的导电是化学变化,金属的导电是物理变化 ④不能自发进行的氧化还原反应,通过电解的原理可以实现 ⑤任何溶液被电解时必然会导致氧化还原反应的发生
A.①②③④
B.②③⑤
C.③④
D.①③④⑤
解析:电解质溶液导电时,溶液中的阴阳离子分别向阳极和阴极移动,在两个电极上得失电子,发生氧化还原反应,所以电解质溶液的导电过程就是电解过程,此时电源提供电能,把不能自发进行的氧化还原反应转变成现实。金属的导电只是自由电子的定向移动,不存在电子得失,没有新物质产生,是一种物理过程。
答案:D
2.下列关于铜电极的叙述正确的是( )
A.铜锌原电池中铜电极上发生氧化反应
B.电解饱和食盐水制烧碱时,用铜作阳极
C.电解法精炼铜时,粗铜连接电源的正极
D.电镀铜和精炼铜时,均用纯铜作阴极
解析:铜锌原电池中铜电极为正极,发生还原反应;电解饱和食盐水时,阳极不能为铜(铜能被氧化);电解法精炼铜时,粗铜作阳极被氧化,纯铜作阴极,故C正确;电镀铜时,铜作阳极被氧化而进入溶液中。
答案:C
3.取一张用饱和NaCl溶液浸湿的pH试纸,两根铅笔芯作电极,接通直流电源,一段时间后,发现a电极与试纸接触处出现一个双色同心圆,内圆为白色,外圈呈浅红色。则下列说法错误的是( )
A.b电极是阴极
B.a电极与电源的正极相连接
C.电解过程中,水是氧化剂
D.b电极附近溶液的pH变小
解析:a电极与试纸接触处出现一个双色同心圆,内圆为白色、外圈呈浅红色,说明a极产生了Cl2,所以a极与电源的正极相连,即a为阳极,电极反应式为2Cl--2e-Cl2↑,b为阴极,电极反应式为2H2O+2e-H2↑+2OH-,所以b极附近的pH增大。
答案:D
4.(2013北京理综)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:阳离子向阴极移动、阴离子向阳极移动,可知a为负极、b为正极,A选项正确;阳极发生失电子的反应生成Cl2、阴极发生得电子的反应生成Cu,C、D选项错误;电解质的电离与是否通电无关,B选项错误。
答案:A
5.如图为电解饱和食盐水的简易装置,下列有关说法正确的是( )
A.电解一段时间后,往蛋壳中的溶液中滴加几滴酚酞,溶液呈红色
B.蛋壳表面缠绕铁丝发生氧化反应
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
解析:由题意,碳棒与电源正极相连,作阳极,发生氧化反应,即2Cl--2e-Cl2↑,铁丝与电源负极相连,作阴极,发生还原反应,即2H++2e-H2↑,周围溶液即蛋壳外的溶液c(OH-)增大,碱性增强,滴加酚酞应该变红,故A、B错误;碳棒周围生成的Cl2能使湿润的淀粉碘化钾试纸变蓝,C错误;蛋壳的作用相当于隔膜,阻止氯气与氢气、氢氧化钠溶液接触,D正确。
答案:D
6.Cu2O是一种半导体材料,基于绿色化学理念设计的制取Cu2O的电解池示意图如下图所示,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0.1
mol电子转移时,有0.1
mol
Cu2O生成
解析: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0.1
mol电子生成0.05
mol
Cu2O,故B、C、D项错。
答案:A
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
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。由图示连接情况可知X为阳极发生氧化反应,Y为阴极发生还原反应,电极反应分别为4OH--4e-O2↑+2H2O,4H++4e-2H2↑。因为在Y电极附近H+的浓度减小,c(OH-)>c(H+),显碱性,所以附近变红色。所以只有A选项正确。
答案:A
8.(2013重庆理综节选)化学在环境保护中有着十分重要的作用。电化学降解N的原理如图所示。
(1)电源正极为 (填“A”或“B”),阴极反应式为 。
(2)若电解过程中转移了2
mol电子,则膜两侧电解液的质量变化差(Δm左-Δm右)为
g。
解析:(1)图中N在AgPt电极附近转化成N2,说明N在该极得电子,则AgPt电极作阴极,B为负极,A为正极。阴极反应式为2N+6H2O+10e-N2↑+12OH-。
(2)阳极反应为4OH--4e-O2↑+2H2O,当转移2
mol电子时,左侧生成16
g
O2,同时有2
mol
H+向右侧移动,所以左侧溶液质量减少了16
g+2
g=18
g;右侧生成5.6
g
N2,同时质量又增加了2
mol
H+,所以右侧溶液质量减少了3.6
g,两侧质量变化差为18
g-3.6
g=14.4
g。
答案:(1)A 2N+6H2O+10e-N2↑+12OH-
(2)14.4
9.食盐是日常生活的必需品,也是重要的化工原料。粗食盐常含有少量K+、Ca2+、Mg2+、Fe3+、S等杂质离子,实验室提纯NaCl的流程如下:
现提供的试剂有:饱和Na2CO3溶液、饱和K2CO3溶液、NaOH溶液、BaCl2溶液、Ba(NO3)2溶液、75%乙醇、四氯化碳。
(1)欲除去溶液Ⅰ中的Ca2+、Mg2+、Fe3+、S,选出a所代表的试剂,按滴加顺序依次为 (只填化学式)。
(2)电解饱和食盐水的装置如图所示,若收集的H2为2
L,则同样条件下收集的Cl2 (填“>”“=”或“<”)2
L,原因是 。
解析:(1)要除去S,只能选BaCl2溶液,若选用Ba(NO3)2,会引入新的离子N,选用NaOH溶液除去Mg2+和Fe3+,选用Na2CO3溶液除去Ca2+及过量的Ba2+,此处不能选用K2CO3溶液,否则会引入新的离子K+,再用HCl除去过量的C及OH-。Na2CO3溶液不能加在BaCl2溶液前,否则会引入Ba2+。
(2)2NaCl+2H2O2NaOH+Cl2↑+H2↑,在阳极区内产生的Cl2能与生成的NaOH反应生成NaCl、NaClO和H2O,使得部分的Cl2被消耗,所以同样条件下收集到的Cl2小于2
L。
答案:(1)BaCl2、NaOH、Na2CO3(或NaOH、BaCl2、Na2CO3或BaCl2、Na2CO3、NaOH)
(2)< 电解生成的氯气与电解生成的NaOH发生了反应
10.由于Fe(OH)2极易被氧化,所以实验室很难用亚铁盐溶液与烧碱反应制得白色纯净的Fe(OH)2沉淀。用如图所示电解实验可制得白色纯净的Fe(OH)2沉淀,两电极的材料分别为石墨和铁。
电解制Fe(OH)2装置
(1)a电极材料应为 ,电极反应式为 。
(2)电解液c可以是 (填编号)。
A.纯水
B.NaCl溶液
C.NaOH溶液
D.CuCl2溶液
(3)d为苯,其作用为 ,
在加入苯之前对c应作的简单处理是
。
(4)为了在较短时间内看到白色沉淀,可采取的措施是 (填编号)。
A.改用稀硫酸作电解液
B.适当增大电源的电压
C.适当减小两电极间距离
D.适当降低电解液的温度
(5)若c为Na2SO4溶液,当电解一段时间看到白色Fe(OH)2沉淀后,再反接电源电解,除了电极上看到气泡外,混合物中另一明显现象为
。
解析:制备Fe(OH)2,关键是防止Fe(OH)2被空气中的O2氧化成Fe(OH)3,故在实验过程中应尽量避免Fe(OH)2接触到O2。
首先,Fe2+的溶液要新制。就本题来看,Fe2+来源于用金属铁作电解池的阳极,Fe-2e-Fe2+。电解质的溶液需提供出OH-,以便生成Fe(OH)2。NaCl溶液作电解质溶液,其中的H+在阴极获得电子放出H2,破坏水的电离平衡,使溶液呈碱性,符合题目要求。但电解CuCl2溶液时,Cu2+在阴极获得电子变为Cu单质。
答案:(1)Fe Fe-2e-Fe2+
(2)BC
(3)隔绝空气,防止氧化 加热煮沸一段时间,赶出其中的空气
(4)BC
(5)白色沉淀变为灰绿色,最后变为红褐色专题五
电化学问题研究
课题2
电解与电镀
1．下图为直流电源电解稀Na2SO4水溶液的装置，通电后在石墨电极a和b附近分别滴加石蕊溶液，下列实验现象正确的是( )
A．逸出气体的体积：a电极的小于b电极的
B．一个电极逸出无味气体，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
2．铁镍蓄电池又称爱迪生电池，放电时的总反应为：
Fe＋Ni2O3＋3H2O===Fe(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
3．取一张用饱和的NaCl溶液浸湿的pH试纸，两根铅笔芯作电极，接通直流电源，一段时间后，发现a电极与试纸接触处出现一个双色同心圆，内圈为白色，外圈呈浅红色。则下列说法错误的是( )
A．b电极是阴极
B．a电极与电源的正极相连
C．电解过程中水是氧化剂
D．b电极附近溶液的pH变小
4．电解100
mL含c(H＋)＝0.30
mol·L－1的下列溶液，当电路中通过0.04
mol电子时，理论上析出金属质量最大的是( )
A．0.10
mol·L－1
Ag＋
B．0.02
mol·L－1
Zn2＋
C．0.20
mol·L－1
Cu2＋
D．0.20
mol·L－1
Pb2＋
5．电解硫酸铜溶液要达到如下三个要求：①阳极质量减小，②阴极质量增加，③电解过程中Cu2＋浓度不变。则可选用的电极是( )
A．石墨作阳极，铁作阴极
B．粗铜(含Fe、Ni、Zn)作阳极，纯铜作阴极
C．纯铜作阳极，铁作阴极
D．铁作阳极，纯铜作阴极
6．O3可由臭氧发生器(原理如图)电解稀硫酸制得。
(1)图中阴极为______(填“A”或“B”)，其电极反应式为________________。
(2)若C处通入O2，则A极的电极反应式为_______________________________________。
(3)若C处不通入O2，D、E处分别收集到x
L和y
L气体(标准状况)，则E处收集的气体中O3所占的体积分数为__________(忽略O3的分解)。
7．铬是人体必需的微量元素之一，Cr3＋能参加正常的糖类代谢过程，但Cr3＋对人体却十分有害，是致癌物质，工业上为了除去含离子的酸性废水，采用以下处理方法：①往工业废水中加入适量的食盐(1～2
g·L－1)。②以铁作为电极进行电解。③鼓入空气，经过一段时间后，使废水中含铬(有毒)量降低到可排放的标准，其原理是：(1)将离子还原为可溶性三价铬离子；(2)要在电解除铬的过程中，使溶液的pH不断升高，使工业废水由酸性变为碱性，再把三价铬离子变成不溶性的氢氧化物除去。试回答。
(1)写出电解时的电极反应，阳极：________________，阴极：________________。
(2)转变为Cr3＋的离子反应方程式为__________________________。
(3)能否将Fe电极改为石墨电极？为什么？
8．碘被称为“智力元素”，科学合理地补充碘可防止碘缺乏病。碘酸钾(KIO3)是国家规定的食盐加碘剂，它的晶体为白色，可溶于水。碘酸钾在酸性介质中与过氧化氢或碘化物作用均生成单质碘。以碘为原料，通过电解制备碘酸钾的实验装置如图所示。
请回答下列问题。
1．惰性电极 2．直流电源
3．离了交换膜 4．冷却水
(1)碘是______(填颜色)固体物质，实验室常用____________________方法来分离提纯含有少量杂质的固体碘。
(2)电解前，先将一定量的精制碘溶于过量氢氧化钾溶液，溶解时发生反应：
3I2＋6KOH===5KI＋KIO3＋3H2O，将该溶液加入阳极区。另将氢氧化钾溶液加入阴极区，电解槽用水冷却。
电解时，阳极上发生反应的电极反应式为____________________；阴极上观察到的实验现象是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(3)电解过程中，为确定电解是否完成，需检验电解液中是否有I－。请设计一个检验液中是否有I－的实验方案，并按要求填写下表。
要求：所需药品只能从下列试剂中选择，实验仪器及相关用品自选。
试剂：淀粉溶液、碘化钾淀粉试纸、过氧化氢溶液、稀硫酸。
实验方法
实验现象及结论
(4)电解完毕，从电解液中得到碘酸钾晶体的实验过程如下：
碘酸钾晶体
步骤②的操作名称是______________，步骤⑤的操作名称是______________。步骤④洗涤晶体的目的是________________________________________________________________。
参考答案
1.
答案：D 解析：Na2SO4===2Na＋＋，H2O??H＋＋OH－，和OH－移向b电极，Na＋和H＋移向a电极，在b电极上：4OH－－4e－===2H2O＋O2↑，在a电极上：2H＋＋2e－===H2↑，所以产生的气体体积a电极大于b电极；两种气体均为无色无味的气体；由于a电极上H＋放电，所以a电极附近的c(OH－)＞c(H＋)，滴加石蕊试液a电极附近变蓝色，同理，b电极附近变红色。
2.
答案：C 解析：本题考查可充电电池的工作原理，电极反应式的书写、电极附近溶液酸、碱性的变化等。由铁镍电池放电时的产物全部是碱可知，电解液为碱性溶液，放电时负极发生氧化反应，正极发生还原反应，故Fe为负极，Ni2O3为正极，A正确；放电时，Fe失电子被氧化，负极反应为Fe＋2OH－－2e－===Fe(OH)2，B正确；充电时，阴极发生还原反应，电极反应为Fe(OH)2＋2e－===Fe＋2OH－，pH增大，C错误；充电时，阳极发生氧化反应，电极反应为2Ni(OH)2＋2OH－－2e－===Ni2O3＋3H2O，D正确。
3.
答案：D 解析：a电极与试纸接触处出现一个双色同心圆，内圈为白色，外圈呈浅红色，说明a极负极产生了Cl2，所以a极与电源的正极相连，即a为阳极，电极反应式为：2Cl－－2e－===Cl2↑，b为阴极，2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，所以b极附近的pH增大。
4.
答案：A 解析：根据离子的放电顺序可知，当电路中通过0.04
mol的电子时，能析出金属的只有选项A和C，根据Ag＋＋e－===Ag和Cu2＋＋2e－===Cu可知，析出的金属的物质的量分别为0.04
mol的Ag和0.02
mol的Cu，其质量分别为4.32
g和1.28
g。
5.
答案：C 解析：本题中所述的电解过程实际就是电镀过程：阳极质量减少，必须用活泼金属作阳极，则A选项不符合题意；由于Cu2＋的放电能力比H＋的大，所以阴极质量增加；但是要使Cu2＋浓度不变，则阳极必需用纯铜，所以选C。
6.
解析：(1)电解硫酸制得O3可知，在阳极失电子生成O3，故产生O3的一极为阳极，因此A为电解池的阴极，在阴极，H＋得电子生成H2。(2)当在C处通入O2，又形成原电池，O2和硫酸溶液中的H＋得电子生成H2O。(3)根据条件可知在D处收集到的气体是H2，而在E处收集到的气体是O2和O3，设O2和O3的体积分别是a和b，根据电子守恒可知4a＋6b＝2x，再结合a＋b＝y，二者联立解得b＝x－2y，则O3的体积分数为(x－2y)/y。
答案：(1)A 4H＋＋4e－===2H2↑ (2)O2＋4H＋＋4e－===2H2O (3)(x－2y)/y
7.
解析：由于是用铁作电极，加入含有少量食盐的酸性废水做电解质溶液，所以在电解时阳极：Fe－2e－===Fe2＋，阴极：2H＋＋2e－===H2↑；然后由题意知发生＋6Fe2＋＋14H＋===2Cr3＋＋6Fe3＋＋7H2O；生成Cr3＋后，因电解后溶液显碱性，就可以与其反应而生成难溶性的氢氧化铬除去。若将电极换成石墨电极，在阳极上就变成Cl－放电，不能生成还原剂离子，所以不能将Fe改为石墨电极。
答案：(1)Fe－2e－===Fe2＋ 2H＋＋2e－===H2↑
(2)
＋6Fe2＋＋14H＋===2Cr3＋＋6Fe3＋＋7H2O
(3)不能；若将Fe电极换成石墨电极，在阳极上放电的离子就变成了Cl－，不能产生还原剂Fe2＋
8.
解析：(1)卤素单质的颜色随着相对分子质量的增加而变深，单质碘为紫黑色，具有加热易升华的性质。
(2)电解时，阳极上发生氧化反应，I－失去电子被氧化；阴极上发生还原反应，H＋得电子生成氢气。
(3)阳极电解产物中含有，该离子与I－在酸性条件下可以发生氧化还原反应生成单质碘，可用淀粉溶液检验生成的单质碘。
(4)溶液经蒸发浓缩，冷却后析出晶体，然后过滤得目标产物KIO3，洗涤其表面的杂质，干燥后即得较为纯净的KIO3。
答案：(1)紫黑色 升华
(2)2I－－2e－===I2(或I－＋6OH－－6e－===
＋3H2O)
有气泡产生
(3)
实验方法
实验现象及结论
取少量阳极区电解液于试管中，加稀硫酸酸化后加入几滴淀粉溶液，观察是否变蓝。
如果不变蓝，说明无I－。(如果变蓝，说明有I－)
(4)冷却结晶 干燥 洗去吸附在碘酸钾晶体上的氢氧化钾等杂质专题五
电化学问题研究1
(时间:90分钟 满分:100分)
一、选择题(本题包括12小题,每小题4分,共48分,每小题有1~2个选项符合题意)
1.某小组为研究电化学原理,设计如图所示装置。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分别连接直流电源正、负极,电压足够大时,Cu2+向铜电极移动
解析:本题考查原电池、电解池的原理、判断及其应用。若a和b不连接,则不能构成原电池,单质铁直接与Cu2+发生氧化还原反应而置换出铜,离子方程式为Fe+Cu2+Fe2++Cu,A正确;若a和b用导线连接,则构成原电池,此时铁作负极,铜作正极,电极反应式分别为Fe-2e-Fe2+、Cu2++2e-Cu,B正确;由A、B分析可知,选项C是正确的;若a和b分别连接直流电源正、负极,则构成电解池,此时铜作阳极失去电子被氧化,铁作阴极,在电解池中阳离子向阴极运动,因此选项D是错误的。
答案:D
2.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+nH2OM(OH)n+
H2↑
B.马口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
解析:金属被腐蚀的本质是金属被氧化,不一定生成氢气,A不正确。马口铁指铁镀锡,由于铁的活动性强于锡,铁被氧化。D项中化学腐蚀与电化学腐蚀往往同时发生,以电化学腐蚀性为主。
答案:C
3.铜板上铁铆钉处的吸氧腐蚀原理如图所示,下列有关说法中,不正确的是( )
A.负极电极反应式为Fe-3e-Fe3+
B.此过程中还涉及反应:4Fe(OH)2+2H2O+O24Fe(OH)3
C.此过程中铜并不被腐蚀
D.此过程中电子从Fe移向Cu
解析:负极反应为Fe-2e-Fe2+,A项错误;Fe(OH)2在空气中易被氧化,发生反应:4Fe(OH)2+2H2O+O24Fe(OH)3,B项正确;该过程中,铁被腐蚀,铜被保护,C项正确;铁作负极,电子从Fe移向Cu,D项正确。
答案:A
4.下图是生活中常用的锌锰干电池示意图,下列有关说法中不正确的是( )
A.电池内部含有电解质
B.锌是负极,碳棒是正极
C.电池用完后可埋入土壤
D.锌锰干电池属一次电池
解析:电池均由正、负极和电解质构成,通常活泼一极为负极,锌、锰干电池是不可充电电池,为一次性产品,故A、B、D正确。废旧电池具有污染性,不可简单处理,应该集中回收后处理。
答案:C
5.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.铁遇冷浓硝酸表现钝化,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+
解析:钢管与电源正极相连,则钢管作阳极,发生氧化反应而被腐蚀,A项错误;铁遇冷浓硝酸表面钝化,在表面生成一层致密的氧化膜保护内部不被腐蚀,B项正确;钢管与铜管露天堆放在一起,形成原电池时钢管作负极,发生氧化反应而被腐蚀,C项错误;钢铁发生析氢腐蚀时,负极反应为Fe-2e-Fe2+,D项错误。
答案:B
6.(2013安徽理综)热激活电池可用作火箭、导弹的工作电源。一种热激活电池的基本结构如图所示,其中作为电解质的无水LiClKCl混合物受热熔融后,电池即可瞬间输出电能。该电池总反应为:
PbSO4+2LiCl+CaCaCl2+Li2SO4+Pb。
下列有关说法正确的是( )
A.正极反应式:Ca+2Cl--2e-CaCl2
B.放电过程中,Li+向负极移动
C.每转移0.1
mol电子,理论上生成20.7
g
Pb
D.常温时,在正负极间接上电流表或检流计,指针不偏转
解析:负极反应为Ca失电子,A错;放电过程中,阳离子移向正极,B错;由电池总反应方程式可知,每转移2
mol
e-,生成1
mol
Pb,即每转移0.1
mol电子,理论上生成10.35
g
Pb,故C错;D项,由题干信息可知,常温下,该电池反应不能发生,故D正确。
答案:D
7.关于下图装置的叙述,正确的是( )
A.铝是负极,铝片上析出无色气体
B.石墨是阳极,石墨棒上析出黄绿色气体
C.溶液中两电极间产生白色沉淀
D.溶液中先产生白色沉淀,最后沉淀溶解
解析:Al—空气—电解质溶液形成原电池。铝是负极,Al-3e-Al3+,石墨为正极,氧气在石墨上放电O2+2H2O+4e-4OH-,总反应为4Al+3O2+6H2O4Al(OH)3。
答案:C
8.如图所示,a、b是两根石墨棒。下列叙述正确的是( )
A.a是正极,发生还原反应
B.b是阳极,发生氧化反应
C.稀硫酸中硫酸根离子的物质的量不变
D.往滤纸上滴加酚酞溶液,a极附近颜色变红
解析:a是阳极,发生氧化反应;b是阴极,发生还原反应;在反应过程中,硫酸根离子没有参与反应,因此,稀硫酸中硫酸根离子的物质的量不变;往滤纸上滴加酚酞溶液,b极附近颜色变红。
答案:C
9.可用于电动汽车的铝空气燃料电池,通常以NaCl溶液或NaOH溶液为电解液,铝合金为负极,空气电极为正极。下列说法正确的是( )
A.以NaCl溶液或NaOH溶液为电解液时,正极反应都为O2+2H2O+4e-4OH-
B.以NaOH溶液为电解液时,负极反应为:Al+3OH--3e-Al(OH)3
C.以NaOH溶液为电解液时,电池在工作过程中电解液的pH保持不变
D.电池工作时,电子通过外电路从正极流向负极
解析:该题以铝空气燃料电池为切入点,考查了原电池电极反应式的判断,考查原电池反应时电解液酸碱性的变化,考查电子流动方向的判断,这些设题的最终落脚在原电池原理上。电解质溶液显碱性或中性,该燃料电池的正极发生反应为O2+2H2O+4e-4OH-,选项A正确;铝作负极,负极反应是铝失去电子变为铝离子,在氢氧化钠的溶液中铝离子继续与过量的碱反应生成[Al(OH)4]-,因此负极反应为Al+4OH--3e-[Al(OH)4]-,选项B错;该电池在碱性条件下消耗了碱,反应式为4Al+3O2+4OH-+6H2O4[Al(OH)4]-,溶液pH减小,选项C错;原电池工作时,电子都是从负极出来经过外电路流到正极,选项D错。
答案:A
10.氢能是一种既高效又干净的新能源,发展前景良好,用氢作能源的燃料电池汽车倍受青睐。我国拥有完全自主知识产权的氢燃料电池轿车“超越三号”,已达到世界先进水平,并加快向产业化的目标迈进。下列有关说法正确的是( )
A.氢制备工艺廉价易行,且储存方便
B.燃料电池车中能量转化率为100%
C.燃料电池车是直接将化学能转化为电能
D.利用热电厂的电能电解蒸馏水制备氢气是一种环保之举
解析:氢气的制备需要电解,电解需要消耗大量的能量,最终还要依赖热电厂的电能,而且氢气所占体积大,压缩存放由于压力的关系存在危险,因此选项A、D错;尽管燃料电池的能量转化率高,但不会达到100%,B错。
答案:C
11.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像(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是表示( )
甲
乙
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:电解氯化钠溶液时阴、阳极都产生气体物质,电解硝酸银溶液时阴极上产生单质银,电解硫酸铜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图所示的变化。
答案:C
12.下列有关电化学的图示,正确的是( )
解析:A为原电池,铜电极应该为正极,而锌电极为负极,所以A错;B项中,丹尼尔电池中锌电极应该插入硫酸锌溶液中,铜电极插入硫酸铜溶液中,故B错;C项中,粗铜的电解精炼,必须让精铜作阴极,粗铜作阳极,而这里装反了,故C错;D项,电解饱和食盐水,阳极上将产生氯气,阴极生成了氢气,故D对。
答案:D
二、非选择题(本题包括4小题,共52分)
13.(12分)据《中国环境报》报道,近日,由美国宾夕法尼亚州立大学的科学家洛根率领的一个研发小组宣布,他们研制出一种新型的微生物燃料电池,可以把未经处理的污水转变成干净用水和电源。这项技术的出现有望把污水处理变成一个有利可图的产业。
阅读上述信息,解答下列问题:
(1)洛根设计的电池装置:一个圆柱形的树脂玻璃密闭槽,里面装有8条负极石墨棒,它们围绕着一个正极棒,密闭槽中间以质子交换膜间隔,密闭槽外部以铜线组成闭合电路,用作电子流通的路径。工作时,只需要把污水注入反应槽,然后细菌酶就可以将污水中的有机物分解,在此过程中释放出电子和质子。
该过程中,释放出的电子通过 (填“溶液”或“铜线”)流向 (填“正极”或“负极”),质子则流向 (填“正极”或“负极”);密闭槽中的质子交换膜的作用是 ;正极反应式为 (提示:正极反应有氧气参与)。
(2)这种燃料电池的燃料是废水中的有机化合物,这些有机化合物在负极附近被细菌分解,分解的产物除电子和质子外还有 (填序号)。
a.二氧化碳
b.氢气
c.氧气
d.氮气
(3)这种新型微生物燃料电池最适宜处理的废水是 (填序号)。
a.硫酸厂废水
b.畜牧厂的废水
c.电镀厂废水
d.生活污水
解析:(1)洛根设计的这种微生物燃料电池装置跟“离子膜法电解食盐水”的装置差不多,“膜”的作用是允许穿过特殊的离子,这种微生物燃料电池装置的“膜”是为了让氢离子穿过;负极附近细菌分解污水中的有机化合物产生的电子沿外电路的导线到达正极,而氢离子从溶液中穿过“膜”到达正极,在正极电子、氢离子和氧气一起生成水。
(2)在负极附近氧化有机化合物,其产物之一是氢离子,而有机化合物至少应该含有碳元素和氢元素,氢元素转化为氢离子,化合价没有变化,而有机化合物被氧化,碳元素的化合价应该升高,所以产物可以是二氧化碳。
(3)这种新型微生物燃料电池的燃料(原料)是有机化合物,所以污水中必须有有机化合物。
答案:(1)铜线 正极 正极 使质子穿过到达正极 O2+4H++4e-2H2O
(2)a
(3)bd
14.(14分)铁及铁的化合物应用广泛,如FeCl3可用作催化剂、印刷电路铜板的腐蚀剂和外伤止血剂等。
(1)写出FeCl3溶液腐蚀印刷电路铜板的离子方程式: 。
(2)若将(1)中的反应设计成原电池,请画出原电池的装置图,标出正、负极,并写出电极反应式。
正极反应 ,
负极反应 。
(3)某科研人员发现劣质不锈钢在酸中腐蚀缓慢,但在某些盐溶液中腐蚀现象明显。请从提供的药品:Cl2,浓硫酸,NaOH溶液,CuO,Cu选择两种(水可任选),设计最佳实验,验证劣质不锈钢易被腐蚀。
有关反应的化学方程式: 。
劣质不锈钢腐蚀的实验现象
。
解析:(1)该反应是FeCl3氧化金属铜,离子方程式为2Fe3++Cu2Fe2++Cu2+。
(2)将(1)中反应设计成的原电池必须是Cu作负极,选择比铜不活泼的金属或碳棒为正极,FeCl3溶液作电解质溶液。装置图如下图:
正极:2Fe3++2e-2Fe2+
负极:Cu-2e-Cu2+
(3)根据题给条件,此不锈钢在盐溶液中腐蚀明显,可选择的药品为CuO、浓硫酸,先用水稀释浓硫酸,再用H2SO4与CuO反应生成CuSO4溶液,不锈钢与CuSO4溶液反应,在不锈钢的表面有紫红色物质生成,即验证劣质不锈钢易被腐蚀。
答案:(1)2Fe3++Cu2Fe2++Cu2+
(2)装置图如下:
正极反应:Fe3++e-Fe2+
(或2Fe3++2e-2Fe2+)
负极反应:Cu-2e-Cu2+
(3)CuO+H2SO4CuSO4+H2O,
CuSO4+FeFeSO4+Cu
不锈钢表面有紫红色物质析出
15.(12分)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,向乙中滴入酚酞溶液,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是 。
(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:向乙中滴入酚酞溶液,在F极附近显红色,说明F极为阴极,即电源B极是负极,因此电源A
极是正极。甲装置中电解反应的总化学方程式是2CuSO4+2H2O2Cu+O2↑+2H2SO4;乙装置为电解食盐水,根据电解方程式2NaCl+2H2OCl2↑+H2↑+2NaOH,产生的两种气体的体积比是1∶1;欲用丙装置给铜镀银,G(阳极)应该是银,电镀液的主要成分是含Ag+的电解质溶液,如AgNO3溶液;氢氧化铁胶粒带正电荷,故向阴极移动,故装置丁中的现象是Y极附近红褐色变深。
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
16.(14分)下图是一个用铂丝作电极,电解稀的MgSO4溶液的装置,电解液中加有中性红指示剂,此时溶液呈红色。(指示剂的pH变色范围:6.8~8.0,酸色——红色,碱色——黄色)
回答下列问题:
(1)下列关于电解过程中电极附近溶液颜色变化的叙述正确的是 (填编号);
①A管溶液由红变黄
②B管溶液由红变黄
③A管溶液不变色
④B管溶液不变色
(2)写出A管中发生反应的反应式:
;
(3)写出B管中发生反应的反应式:
;
(4)检验a管中气体的方法是
;
(5)检验b管中气体的方法是
;
(6)电解一段时间后,切断电源,将电解液倒入烧杯内观察到的现象是
。
解析:本题考查电解原理和气体检验,意在考查考生化学用语书写能力和实验能力。根据图可以确定,A极为阴极,B极为阳极。A极H+放电,A极附近OH-增加,溶液碱性增强,A极附近溶液变黄色,同时Mg2+与OH-结合生成Mg(OH)2沉淀;B极OH-放电,使得溶液中H+增加,B极附近溶液显酸性,溶液仍为红色。电解后,将电解液倒入烧杯中,A极附近生成的Mg(OH)2与B极附近生成的H2SO4反应,生成MgSO4,即沉淀溶解,溶液呈红色。根据上述分析,a中收集的是氢气,b中收集的是O2。
答案:(1)①④
(2)2H++2e-H2↑(写2H2O+2e-2OH-+H2↑同样给分),Mg2++2OH-Mg(OH)2↓
(3)4OH--4e-2H2O+O2↑(写2H2O-4e-4H++O2↑同样给分)
(4)用拇指按住管口,取出试管,靠近火焰,放开拇指,有爆鸣声,管口有蓝色火焰
(5)用拇指按住管口,取出试管,放开拇指,将带有火星的木条伸入试管内会复燃
(6)溶液呈红色,白色沉淀溶解(或大部分溶解)
