电化学专题复习.docx

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电化学专题复习

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《电化学》专题复习

复习方法导引

要点提示

名师解读

①了解原电池的工作原理，能写出电极反应和电池反应方程式

②了解常见化学电源的种类及其工作原理

③理解金属发生电化学腐蚀的原因，金属腐蚀的危害，防止金属腐蚀的措施

④了解电解池的工作原理

⑤能写出电解的电极反应式和总方程式

能进行电化学的有关简单计算

本部分知识常见的考查点为：

①原电池的工作原理及电极方程式的书写、判断；②金属腐蚀的类型判断与防护；③以新信息为载体，考查燃料电池的工作原理及电极方程式的书写。

常见的考查形式为：

以选择或填空的形式考查对电解原理的理解和有关电解产物的简单计算，如电极、电解方程式的书写与判断、电解质溶液中离子的移动方向以及电解质溶液的复原等；有关计算则主要利用电子守恒来进行。

基础知识梳理

1.原电池、电解池的构成与异同对比

原电池

电解池

含义

将化学能转化成电能的装置

将电能转化为化学能的装置

构成条件

①活泼性不同的两电极（燃料电池例外）

②电解质溶液

③形成闭合回路

①两个电极、直流电源

②电解质溶液

③形成闭合回路

电极种类及变化

①两电极材料均能与电解质溶液反应时，比较活泼的作负极，被腐蚀

②只有一种能与电解质溶液反应时，能电解质溶液反应的作负极，被腐蚀

③燃料电极中还原剂在负极上反应

阳极：

材料不是惰性电极（Au、Pt、C）时，本身失去电子被腐蚀

阴极：

与电源负极相连，本身受保护。

电极反应

负极：

金属失电子为氧化反应

正极：

电解质溶液中的阳离子得电子为还原反应

阳极：

溶液中的阴离子或非惰性电极本身失电子为氧化反应

阴极：

电解质溶液中的阳离子得电子为还原反应

电路分析

外电路中电子由负极流出经导线转移到正极；内部电路一般是由离子的定向移动并在电极上发生电子的得失

外电路中电子从阳极流入电源的正极再由电源负极流出转移至阴极；内部电路是由离子的定向移动并在电极上发生电子的得失

2．一般电解池与电镀池、电解精炼池的异同

电解池

电镀池

电解精炼池

电极材料

无特殊要求

阳极：

镀层金属（M）

阴极：

待镀金属

阳极：

需要提纯的金属（M）

阴极：

相应的纯金属

电解质

依电解目的确定

必须含镀层金属的离子

必须含需要提纯的金属离子

电极反应特点

依电解目的确定

阴阳两极反应物与生成物互逆

阳极：

M-ne-=Mn+

阴极：

Mn++ne-=M

阴阳两极反应物与生成物互逆。

阳极：

M-ne-=Mn+

阴极：

Mn++ne-=M

电解质溶液变化

电解质电离出离子或水参与反应

只有镀层金属的单质与离子参与反应

阳极：

被提纯金属及比它活泼的金属单质失电子

阴极：

被提纯金属阳离子得电子

3．电解过程中离子的放电顺序

阳极：

阳极金属（除Pt、Au外）>I->Br->Cl->OH->含氧酸根等

阴极：

Ag+>Hg2+>Fe3+>Cu2+>H+（酸）>Pb2+>Sn2+>Fe2+>Zn2+>H+（水）>Al3+>Mg2+>Na+>Ca2+>K+

说明：

当溶液中H+只来源于水的电离时，其放电顺序介于Zn2+、Al3+之间；若H+浓度与金属离子浓度相差不大时，其放电顺序介于Cu2+、Fe2+之间。

4．金属的腐蚀及防护

金属腐蚀是指金属失去电子被氧化的过程，依腐蚀的原理可分为化学腐蚀与电化腐蚀。

（1）化学腐蚀与电化腐蚀的比较：

化学腐蚀

电化腐蚀

含义

金属与接触到的气体（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

不纯的金属与电解质溶液接触时，会发生原电池反应，比较活泼的金属失去电子而被氧化

电子转移方式

金属将电子直接转移给氧化剂

金属将电子通过导线转移给氧化剂

电流

无电流产生

有微弱的电流产生

举例

金属与O2、Cl直接反应

钢铁在潮湿的空气中生锈

（2）金属腐蚀速率与腐蚀方式关系

电解池阳极金属＞原电池负极金属＞化学腐蚀＞原电池正极金属＞电解池阴极金属

同一金属所处的环境不同腐蚀快慢不同（同浓度时）：

强电解质＞弱电解质＞非电解质

（3）金属防护：

金属防护可从改变金属内部结构、隔断金属表面与空气、水等介质接触等方面进行。

金属防腐蚀能力：

改变金属内部结构＞电解池阴极金属＞原电池正极金属＞金属表面处理方法规律提炼

一、原电池电极的判断和电极方程式的书写

1．原电池正负极的判断

2．原电池电极方程式的书写。

常见电极反应式总结如下：

一般情况下活泼的金属失去电子：

M-ne-=Mn+

负极酸型：

2H2-4e-=4H+（CH4+2H2O-8e-=CO2+8H+）

原电池

碱型：

2H2+4OH--4e-=4H2O（CH4+10OH--8e-=CO32-+7H2O）

一般情况（负极能与电解质反应）：

溶液中的阳离子（或氧化剂）得到电子

特殊情况（负极不能与电解质反应如吸氧腐蚀型）：

O2+2H2O+4e-=4OH-

正极酸型：

O2+4H++4e―=2H2O

燃料电池

碱型：

O2+2H2O+4e―=4OH-

注：

酸（碱）型是指电解质溶液为酸（碱）溶液，括号中的电极反应式表示CH4代替氢时情况。

二.电解规律（惰性阳极电解）

电解类型（aq）

电解本质

阴极反应

阳极反应

电极附近PH

溶液PH

复原应加物质

比锌活泼金属的含氧酸盐

含氧酸

强碱

电解水

4H++4e-=2H2↑

4OH-4e-=O2↑+2H2O

阴极增大

阳极减小

不变

水

减小

增大

比铝金属性弱的无氧酸盐，以CuCl2为例

电解电解质

Cu2++2e—=Cu

2Cl—-2e—=Cl2↑

/

/

CuCl2

无氧酸，以HCl为例

2H++2e-=H2↑

2Cl—-2e—=Cl2↑

阴极增大

增大

HCl气体

比铝金属性弱的含氧酸以CuSO4为例

电解盐和水

Cu2++2e-=Cu

4OH--4e=O2↑+2H2O

阳极减小

减小

CuO或CuCO3

比氢活泼金属的无氧酸盐，以NaCl为例

2H++2e-=H2↑

2Cl—-2e—=Cl2↑

阴极增大

增大

HCl气体

三、有关电化学的计算

原电池和电解池的计算包括两极产物的定量计算、溶液pH的计算、相对原子质量和阿伏加德罗常数测定的计算、根据电荷量求产物的量与根据产物的量求电荷量的计算等。

不论哪类计算，均可概括为下列三种方法：

1.根据电子守恒计算：

用于串联电路，阴、阳两极产物，正、负两极产物，相同电荷量等类型的计算，其依据是电路中转移的电子数相等。

2.根据总反应式计算：

先写出电极反应式，再写出总反应式，最后根据总反应式列出比例计算。

3.根据关系式计算：

借助电子得失守恒关系建立已知量与未知量之间的桥梁，建立计算所需的关系式。

四、考题类型与解题思维建模

题型1：

电化装置类型的判断

例1：

下列装置不可能构成原电池的是（）

分析：

A完全符合经典原电池的构成条件，B中虽然铁与食盐水不直接反应，但食盐水中溶解的氧气能氧化单质铁，故B仍能以原电池方式进行反应（负极为铁失去电子，正极为C，反应为2H2O+O2+4e-=4OH-），C中电极材料相同，无法构成原电池，D中甲烷与氧气分别通入到两个电极上并被电极吸附而发生反应，可构成原电池，答案为C。

答案：

C

【解题思维建模】能否构成原电池可以根据构成的三个条件来判断。

若当电极材料均不能与电解质直接反应，题中又没有提供其它氧化剂时，该类装置均可从电解质溶液中溶解的氧气可能参与反应角度来考虑。

题型2：

氧化还原反应与原电池关系

例2：

若要使2Fe3++Fe=3Fe2+在反应中产生电流，下面装置可以达到此目的是（）

A

B

C

D

负极

Fe

Fe

Zn

Fe

正极

Cu

C

Fe

Ag

电解质溶液

FeCl2

Fe（NO3）3

Fe2（SO4）3

CuSO4

分析：

由于该反应的铁是还原剂且铁本身是导体，故在原电池中铁应作为负极，而正极材料应是失电子能力比铁弱的导体材料，Fe3+是氧化剂，故原电池中电解质应是可溶性铁盐。

答案：

B

【解题思维建模】此类试题中，若还原剂本身是导体，则原电池的负极就是该还原剂，若不是导体，则负极可以是多种导体材料，氧化剂若属于电解质，则氧化剂应是与原电池反应具有相同离子的氧化性电解质。

题型3：

新型电池工作原理分析

例3：

（2014·全国理综II）2013年3月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LiMn2O4=Li1-xMn2O4+xLi

C．放电时，a极锂的化合价发生变化

D．放电时，溶液中的Li+从b向a迁移

分析：

根据题给装置图判断，电极b是原电池的负极，电极反应式为Li-e-=Li+，则电极a是原电池的正极，A项正确；根据正负极的电极反应可知，电池充电反应为LiMn2O4=Li1-xMn2O4+xLi，B项正确；放电时，a极锰的化合价发生变化，Li的化合价没有变化，C项错误；放电时，溶液中的Li+从b向a迁移，D项正确。

答案：

C

【解题思维建模】无论什么样的新型电池，总有一个氧化还原反应作为理论基础。

找出得、失电子的物质就是此类试题的突破口。

原电池工作中离子定向移动方向是一个易错点，应明确负极是带正电的；另外两个电极上的反应相加应该与电池总反应相同。

题型4：

电解过程分析

例4：

如下图，将铁棒和石墨棒插入盛有饱和NaCl溶液的U形管中，下列分析正确的是（）

A．K1闭合，铁棒上发生的反应为2H++2e→H2↑

B．K1闭合，石墨棒周围溶液pH逐渐升高

C．K2闭合，铁棒不会被腐蚀，属于牺牲阳极的阴极保护法

D．K2闭合，电路中通过0.002NA个电子时，两极共产生0.001mol气体

分析：

K1闭合时，该装置构成了Fe—C—NaCl溶液的原电池，铁作负极，发生氧化反应，电极反应是2Fe-4e-=2Fe2+，A项错误；K1闭合C棒作正极，发生的电极反应式2H2O+O2+4e-=4OH-，故石墨棒周围溶液pH逐渐升高，B项正确；K2闭合时，该装置构成了Fe—C—外加电源的电解池，C作阳极，Fe作阴极而不被腐蚀，该方法称为外加电流的阴极保护法，C项错误；K2闭合时，阳极的电极反应式是2Cl--2e-=Cl2↑，阴极的电极反应式2H++2e-=H2↑，所以当电路中通过0.002NA个（相当于0.002mol）电子时，生成H2和Cl2的物质的量均为0.001mol，则两极共产生0.002mol气体，D项错误。

答案：

B

【解题思维建模】有外接电源的必然是电解反应，然后分析电极的电极材料找出阴阳极。

也可根据电极变化来判断阴阳极：

电极增重必然析出金属单质，是阴极，减轻则只能是阳极；有气泡出现则是溶液中的离子放电。

无论怎样，得失电子或转移电子总数守恒。

题型5：

可逆电池的放电与充电过程分析

例5：

锂离子电池已经成为新一代实用化的蓄电池，该电池具有能量密度大、电压高的特性。

锂离子电池放电时的电极反应式为

负极反应：

C6Li-xe-=C6Li1-x+xLi+（C6Li表示锂原子嵌入石墨形成复合材料）

正极反应：

Li1-xMO2+xLi++xe-=LiMO2（LiMO2表示含锂的过渡金属氧化物）

下列有关说法正确的是（）

A．锂离子电池充电时电池反应为C6Li+Li1-xMO2=LiMO2+C6Li1-x

B．电池反应中，锂、锌、银、铅各失去1mol电子，金属锂所消耗的质量最小

C．锂离子电池放电时电池内部Li+向负极移动

D．锂离子电池充电时阴极反应为C6Li1-x+xLi++xe-=C6Li

分析：

因为锂的相对原子质量最小，B项正确；电池溶液中阳离子移动正极，C项错误；电池放电时总反应为放电时两电极反应的叠加：

C6Li+Li1-xMO2

LiMO2+C6Li1-x，原电池充电反应是放电反应的逆反应：

LiMO2+C6Li1-x

C6Li+Li1-xMO2，A项错误；原电池充电时相当于电解池，其原来的负极与电源负极相连作阴极，且阴极的电极反应是放电时负极反应的逆反应，D项正确。

。

答案：

BD

【解题思维建模】原电池充电和放电时：

电池反应式、电极反应式均互为逆反应；充电时连接方法：

原电池的负极连接直流电源的负极，（即使电子移动方向相反）。

题型6：

电解原理的应用

例6：

（2014·广东理综化学卷）某同学组装了下图所示的电化学装置，电极ⅠAl，其它均为Cu，则（）

A．电流方向：

电极Ⅳ→A→电极Ⅰ

B．电极Ⅰ发生还原反应

C．电极Ⅱ逐渐溶解

D．电极Ⅲ的电极反应：

Cu2++2e- = Cu 

分析：

注意左边两个烧杯形成双桶原电池，最右边烧杯是电镀池。

各电极名称依次是Ⅰ（负极）Ⅱ（正极）Ⅲ（阳极）Ⅳ（阴极）电子从Ⅰ经A流向Ⅳ，电流方向相反，A项正确。

Al铝是金属失电子，还原剂发生氧化反应。

Ⅱ极上有铜析出，C项错误。

Ⅲ阳极铜溶解，Ⅳ阴析铜析出，D项错误。

答案：

A

【解题思维建模】电解的应用主要是分清与原电池“+”、“-”极相连的电极是什么，本实验想达到什么目的，是电镀还是精炼。

然后，回答电极反应、电极现象等问题则迎刃而解。

题型7：

电解中的相关计算

例7：

将质量相等的铜片和铂片插入足量硫酸铜溶液中，铜片与电源正极相连铂片与电源负极相连，以电流强度1A通电10min，然后反接电源，以电流强度2A继续通电10min。

下列表示铜电极、铂电极、电解池中产生气体的质量和电解时间的关系图正确的是（）

A．B．C．D．

分析：

由于反应后电流强度是开始时的2倍，故在相同的时间内，两种情况下通过电路的电量反接时是正接时的2倍，故有下列数量关系

阴极

阳极

铜电极变化

铂电极变化

气体成份与数量

前10min

铂

铜

溶解mg

析出mgCu

无气体生成

后10min

铜

铂

析出2mgCu

放出氧气

m（O2）=2m÷64×2÷4×32=0.25mg

前10min铜电极质量减小，后10min质量增大且增加量是溶解量的2倍，A项错误，C项正确；前10min内铂电极质量增加，后10min铂电极质量减小，但当铜全部溶解后铂电极质量保持不变，前10min内没有气体生成，后10min内会一直生成氧气B项正确，D项错误。

答案：

BC

【解题思维建模】电解过程中若阳极不是惰性电极，则阳极本身会失去电子被腐蚀掉，有关量计算中要注意利用阴阳两极上转移的电子数目及电路中通过的电子数目相等这一原理。

题型8：

金属腐蚀与防护方法

例8：

（2013·北京高考）下列金属防腐的措施中,使用外加电流的阴极保护法的是　（　　）

A.水中的钢闸门连接电源的负极

B.金属护栏表面涂漆

C.汽车底盘喷涂高分子膜

D.地下钢管连接镁块

分析：

水中的钢闸门连接电源的负极之后,作电解池的阴极,被保护起来,所以采用的是外加电流的阴极保护法;金属护栏表面涂漆、汽车底盘喷涂高分子膜均使用的是覆盖保护层法的保护措施;地下钢管连接镁块,镁作负极,被腐蚀从而起到保护钢管的作用,所以使用的是牺牲阳极的阴极保护法。

答案：

A

【解题思维建模】解答本类时应注意以下两点:

（1）掌握金属的电化学保护法与一般保护法的区别;

（2）分清楚金属的电化学保护法的原理是原电池原理还是电解池原理。