高考化学原电池和电解池讲义.docx

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高考化学原电池和电解池讲义

原电池和电解池

一、原电池：

1、定义：

将化学能转化为电能的装置，如铜-锌原电池。

2、组成原电池的条件：

有两种活性不同的金属（或一种是非金属导体）；

电极材料均插入电解质溶液中；

两电极相连形成闭合电路。

一般能自发的发生氧化还原反应。

3、原电池的原理

负极----较活泼的金属----电子------发生反应

正极----较不活泼的金属----电子----发生反应

在锌上发生的是：

失电子，发生氧化反应的一极是负极；

在铜上发生的是：

得电子，发生还原反应的一极是正极

总反应：

Zn+2H+=Zn2++H2

2、电解池

1．定义：

将电能转化为化学能的装置，如电解饱和食盐水。

阳极反应：

2Cl-－2e-=Cl2↑（氧化反应）阴极反应：

2H+＋2e-＝H2↑（还原反应）

总反应：

2NaCl+2H2O

2NaOH+H2↑+Cl2↑

注意：

①电流必须是直流

②熔融态的电解质也能被电解

③阴极上放电的先后顺序是：

Ag+＞Hg2+＞Fe3+＞Cu2+＞（H+）＞Fe2+＞Zn2+；

阳极上放电的先后顺序是：

活泼金属电极›S2-＞I-＞Br-＞Cl-＞OH->（F-、NO3-、SO42-等）（惰性电极）

④用石墨、金、铂等还原性很弱的材料制做的电极叫做惰性电极，理由是它们在一般的通电条件下不发生化学反应。

用铁、锌、铜、银等还原性较强的材料制做的电极又叫做活性电极，它们做电解池的阳极时，先于其他物质发生氧化反应。

电解的电极反应式的书写思路与步骤：

分电极（判断正负极）-----析溶液（分析电解质溶液中含有哪些离子）---判流向（判断电子流动方向、离子移动方向）-----断微粒（确定在两极上反应的是什么微粒）----写电极（书写电极反应方程式）---写方程（书写电解质电解的化学方程式或离子方程式）

1）电解时溶液pH值的变化规律

电解质溶液在电解过程中，有时溶液pH值会发生变化。

判断电解质溶液的pH值变化，有时可以从电解产物上去看。

①若电解时阴极上产生H2，阳极上无O2产生，电解后溶液pH值增大；

②若阴极上无H2，阳极上产生O2，则电解后溶液pH值减小；

③若阴极上有H2，阳极上有O2，且V（H2）=2V（O2），则有三种情况：

a如果原溶液为中性溶液，则电解后pH值不变；

b如果原溶液是酸溶液，则pH值变小；

c如果原溶液为碱溶液，则pH值变大；

④若阴极上无H2，阳极上无O2产生，电解后溶液的pH可能也会发生变化。

如电解CuCl2溶液（CuCl2溶液由于Cu2+水解显酸性），一旦CuCl2全部电解完，pH值会变大，成中性溶液。

三、金属腐蚀与防护

金属的腐蚀：

金属或合金跟周围接触到的气体或液体进行化学反应而腐蚀损耗的过程。

其本质是金属原子失去电子被氧化的过程。

1、化学腐蚀与电化腐蚀

化学腐蚀

电化腐蚀

一般条件

金属直接和强氧化剂接触

不纯金属，表面潮湿

反应过程

氧化还原反应，不形成原电池

因原电池反应而腐蚀

有无电流

无电流产生

有电流产生

反应速率

电化腐蚀＞化学腐蚀

结果

使金属腐蚀

使较活泼的金属腐蚀

2、析氢腐蚀与吸氧腐蚀（以Fe为例）

析氢腐蚀

吸氧腐蚀

条件

水膜酸性较强pH＜4.3

水膜酸性很弱或中性

电极反应

负极

Fe-2e—→Fe2+

正极

2H++2e—→H2↑

O2+2H2O+4e—→4OH—

总反应式

Fe+2H+→Fe2++H2↑

2Fe+O2+2H2O→2Fe（OH）2

4Fe（OH）2+2H2O+O2=4Fe（OH）3Fe2O3.xH2O

腐蚀作用

发生在某些局部区域内

是主要的腐蚀类型，具有广泛性

3、金属防护的几种重要方法

①改变金属内部的组成结构，将金属制成合金，增强抗腐蚀能力。

②在金属表面覆盖保护保护层，使金属和周围物质隔离开来。

③电化学保护法：

利用电化学反应使金属钝化而受到保护，或者利用原电池反应将需要保护的金属作为电池的正极而受到保护。

4、金属腐蚀速率大小：

电解池阳极＞原电池负极＞化学腐蚀＞原电池正极＞电解池阴极

四、电解原理在工业生产中的应用

1、电解精炼反应原理（电解精炼铜）阳极（粗铜）：

Cu-2e—→Cu2+，阴极（纯铜）：

Cu2++2e—→Cu

阳极上铜溶解的速率与阴极上铜沉积的速率相等，所以溶液中CuSO4的浓度基本保持不变。

2、镀铜反应原理阳极（纯铜）：

Cu-2e—→Cu2+，阴极（镀件）：

Cu2++2e—→Cu溶液中的Cu2+浓度保持不变。

3、氯碱工业反应原理阳极：

2Cl—-2e—→Cl2↑，阴极：

2H++2e—→H2↑总反应式2NaCl+2H2O

2NaOH+H2↑+Cl2↑

电镀铜

精炼铜

形成条件

镀层金属作阳极，镀件作阴极，电镀液必须含有镀层金属的离子

粗铜金属作阳极，精铜作阴极，CuSO4溶液作电解液

电极反应

阳极Cu－2e-=Cu2+

阴极Cu2++2e-=Cu

阳极：

Zn-2e-=Zn2+Cu-2e-=Cu2+等

阴极：

Cu2++2e-=Cu

溶液变化

电镀液的浓度不变

溶液中溶质浓度减小

五、原电池、电解池、电镀池的比较

原电池

电解池

电镀池

定义

将化学能转变成电能的装置

将电能转变成化学能的装置

应用电解原理在某些金属表面镀上一层其它金属的装置。

一种特殊的电解池

装置

举例

形成

条件

①活动性不同的两电极（连接）

②电解质溶液（电极插入其中并与电极自发反应）

③形成闭合回路

①两电极接直流电源

②两电极插人电解质溶液

③形成闭合回路

①镀层金属接电源正极，待镀金属接电源负极

②电镀液必须含有镀层金属的离子

电极

名称

负极：

较活泼金属；

正极：

较不活泼金属（或能导电的非金属等）

阳极：

电源正极相连的电极

阴极：

电源负极相连的电极

阳极：

镀层金属；

阴极：

镀件

电极

反应

负极（氧化反应）：

金属原子失电子；

正极（还原反应）：

溶液中的阳离子得电子

阳极（氧化反应）：

溶液中的阴离子失电子，或金属电极本身失电子；

阴极（还原反应）：

溶液中的阳离子得电子

阳极（氧化反应）：

金属电极失电子；

阴极（还原反应）：

电镀液中阳离子得电子

电子

流向

负极

正极

电源负极

阴极

电源正极

阳极

电源负极

阴极

电源正极

阳极

电解、电离、电镀的比较

电解

电离

电镀

条件

受直流电作用

受热或水分子作用

受直流电作用

实质

阴阳离子定向移动，在两极发生氧化还原反应

阴阳离子自由移动，无明显的化学变化

用电解的方法在金属表面镀上一层金属或合金

实例

CuCl2

Cu＋Cl2

CuCl2==Cu2++2Clˉ

阳极Cu－2e-=Cu2+

阴极Cu2++2e-=Cu

关系

先电离后电解，电镀是电解的应用

题型一：

电池的电极极判断与电极反应式书写

例1．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

拓展变式练习

1．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．两烧杯中铜片表面均无气泡产生

B．甲中铜片是正极，乙中铜片是负极

C．两烧杯中溶液的pH均增大

D．产生气泡的速度甲比乙慢

2．关于铅蓄电池Pb＋PbO2＋2H2SO4

PbSO4＋2H2O的法正确的是（）

A．在放电时，正极发生的反应是Pb（s）+SO42—（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）+SO42—（aq）

3．燃料电池是一种新型电池，它主要是利用燃料在燃烧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是：

X极：

O2（g）＋H2O（l）＋2e－＝＝＝2OH－Y极：

H2（g）＋2OH－＝＝＝2H2O（l）＋2e－，下列判断正确的是（）

A．X是正极B．Y是正极C．Y极发生还原反应D．Y极发生氧化反应

4．化学用语是学习化学的重要工具，下列用来表示物质变化的化学用语中，正确的是（）

A．电解饱和食盐水时，阳极的电极反应式为：

2Cl－－2e－=　Cl2↑

B．碱性氢氧燃料电池的负极反应式：

O2+2H2O+4e-==4OH－

C．电镀铜时，阳极的反应式：

Cu2++2e-==Cu

D．钢铁发生电化学腐蚀的负极反应式：

Fe－2e－==Fe2+

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＋8H2O

3Zn（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＋2OH－－2e－===Zn（OH）2

B．充电时阳极反应为：

Fe（OH）3＋5OH－－3e－===FeO42－＋4H2O

C．放电时每转移3mol电子，正极有1molK2FeO4被氧化D．放电时正极附近溶液的碱性增强

6．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、盐酸。

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，后面两空不填）

（3）若电池反应为：

Cu＋2H＋===Cu2＋＋H2↑，该池属于原电池还是电解池？

________，请写出各电极的电极材料和电解质溶液_______________，________________。

题型二：

电解池原理及应用

例2．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．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

拓展变式练习

1．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

2．电解法提取氯化铜废液中的铜，方案正确的是（）

A．用铜片连接电源的正极，另一电极用铂片B．用碳棒连接电源的正极，另一电极用铜片

C．用氢氧化钠溶液吸收阴极产物D．用带火星的木条检验阳极产物

3．用石墨做电极电解CuSO4溶液。

通电一段时间后，欲使用电解液恢复到起始状态，应向溶液中加入适量的（）

A．CuSO4B．H2OC．CuOD．CuSO4·5H2O

4．以KCl和ZnCl2混合液为电镀液在铁制品上镀锌，下列说法正确的是（）

A．未通电前上述镀锌装置可构成原电池，电镀过程是该原电池的充电过程

B．因部分电能转化为热能，电镀时通过的电量与锌的析出量无确定关系

C．电镀时保持电流恒定，升高温度不改变电解反应速率

D．镀锌层破损后对铁制品失去保护作用

5．一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．NiO（OH）2的氧化

6．用铂电极分别电解KCl溶液和K2SO4溶液时，都会出现的现象或实验结果是（　　　）

A．溶液中K+离子浓度都不变B．溶液的pH都不变

C．阳极上都生成能使湿润的碘化钾淀粉试纸变成蓝色的气体D．阴极上都生成可燃的气体

一、选择题

1．金属镍有广泛的用途．粗镍中含有少量Fe、Zn、Cu、Pt等杂质，可用电解法制备高纯度的镍，下列叙述正确的是（已知：

氧化性Fe2＋

　A．阳极发生还原反应，其电极反应式：

Ni2＋＋2e－===Ni

　B．电解过程中，阳极质量的减少与阴极质量的增加相等

　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只有Cu和Pt

2．一组镍氢电池能使一台试运行的混合动力公交车两年内跑10万公里。

大功率镍氢动力电池及其管理模块，是国家“十五”863计划电动汽车重点专项中的一项重要课题。

我国镍氢电池生产技术居世界先进水平。

常见的镍氢电池的某极是镍氢合金LaNi5H6（LaNi5H6中各元素化合价均为0），电池反应通常表示为：

LaNiH6+6NiO

LaNi6+6Ni（OH）2下列说法正确的是（　　　）

　A．放电时储氢合金作正极B．充电时储氢合金作阳极

C．充电时阳极周围c（OH-）增大D．放电时负极反应是LaNi5H6+6OH--6e-=LaNi5+6H2O

3．化学用语是学习化学的重要工具，下列用来表示物质变化的化学用语中不正确的是（）

　A．氢氧燃料电池在碱性介质中的正极反应式：

O2+2H2O+4e一＝4OH－

　B．用铁棒作阳极、碳棒作阴极电解饱和氯化钠溶液的离子方程式为：

2C1-+2H2O

H2↑+Cl2↑+2OH-

　C．粗铜精炼时，与电源负极相连的是纯铜，电极反应式为：

Cu2++2e－＝Cu

　D．钢铁发生电化学腐蚀的负极反应式：

Fe一2e—＝Fe2＋

4．有A、B、C、D四种金属，做如下实验：

①将A与B用导线连接起来，浸入电解质溶液中，B不易腐蚀；②将A、D分别投入等物质的量浓度的盐酸中，D比A反应剧烈；③将铜浸入B的盐溶液里，无明显变化，如果把铜浸入C的盐溶液里，有金属C析出。

据此判断它们的活动性由强到弱的顺序是（　　）

A．A＞B＞C＞DB．C＞D＞A＞BC．D＞A＞B＞CD．A＞B＞D＞C

5．某小组为研究电化学原理，设计如图装置。

下列叙述不正确的是（　　　）

A．a和b不连接时，铁片上会有金属铜析出

B．a和b用导线连接时，铜片上发生的反应为：

Cu2＋+2e－=Cu

C．无论a和b是否连接，铁片均会溶解，溶液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

6．以惰性电极电解CuSO4溶液。

一段时间后取出电极，加入9.8gCu（OH）2后溶液与电解前相同，则电解时电路中流过的电子为：

（）

A．0.1molB．0.2molC．0.3molD．0.4mol

7．为使反应Cu＋2H2O===Cu（OH）2＋H2↑能够发生，下列设计方案正确的是（　　）（　　）

　A．用铜片作负极，石墨电极作正极，氯化钠溶液为电解质溶液构成原电池

　B．用铜片作电极，外接直流电源电解硫酸铜溶液

　C．用铜片作阳极，铁片作阴极，电解硫酸钠溶液　　　D．用铜片作阴、阳电极，电解稀硫酸

8．镍镉（Ni－Cd）可充电电池在现代生活中有广泛应用。

已知某镍镉电池的电解质溶液为KOH溶液，其充、放电按下式进行：

Cd＋2NiOOH＋2H2O

Cd（OH）2＋2Ni（OH）2有关该电池的说法正确的是：

（）

A．充电过程是化学能转化为电能的过程B．放电时负极附近溶液的碱性不变

C．放电时电解质溶液中的OH—向正极移动D．充电时阳极反应：

Ni（OH）2－e—＋OH—＝NiOOH＋H2O

8．

根据下图，下列判断中正确的是（　　）

A．烧杯a中的溶液pH降低

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

9．关于右图所示的原电池，下列说法正确的是（）

A．电子从锌电极通过检流计流向铜电极

B．盐桥中的阴离子向硫酸铜溶液中迁移

C．锌电极发生还原反应，铜电极发生氧化反应

D．铜电极上发生的电极反应是2H++2e-=H2↑

10．MgH2O2电池可用于驱动无人驾驶的潜航器。

该电池以海水为电解质溶液，示意图如右。

该电池工作时，下列说法正确的是（　　）

A．Mg电极是该电池的正极

B．H2O2在石墨电极上发生氧化反应

C．石墨电极附近溶液的pH增大D．溶液中Cl－向正极移动

11．下列四种装置中，溶液的体积均为250mL，开始时电解质溶液的浓度均为0.10mol·L－1，工作一段时间后，测得导线上均通过0.02mole－，若不考虑溶液体积的变化，则下列叙述正确的是：

（）

A．溶液的浓度①＝②＝③＝④B．溶液的pH值④＞③＞①＞②

C．产生气体的总体积：

④＞③＞①＞②D．电极上析出的固体的质量：

①＞②＞③＞④

12．如图所示，a、b、c均为石墨电极，d为碳钢电极，通电进行电解。

假设在电解过程中产生的气体全部逸出，下列说法正确的是:

（）

A．甲、乙两烧杯中溶液的pH均保持不变

B．甲烧杯中a的电极反应式为4OH—―4e—＝O2↑＋2H2O

C．当电解一段时间后，将甲、乙两溶液混合，一定会产生蓝色沉淀

D．当b极增重3.2g时，d极产生的气体为2.24L（标准状况）

13．下图是一个电化学过程的示意图，请回答下列问题：

（1）图中甲池是_________（填“原电池”“电解池”或“电镀池”）。

（2）A（石墨）电极的名称是_________（填“正极”“负极”“阴极”或“阳极”）。

（3）写出通入

的电极的电极反应式_________________________

（4）乙池中反应的化学方程式为______________________________

（5）当乙池中B（Ag）极质量增加54g，甲池中理论上消耗O2的体积为______________L（标准状况），此时丙池中某电极析出1.6g某金属，则丙池中的某盐溶液可能是：

（）A．MgSO4B.CuSO4C.NaClD.AgNO3

14．某课外活动小组设计了如图所示装置，调节滑动变阻器，在电流强度适中的情况下用其进行缓慢电解NaCl溶液及相关实验（此时，打开止水夹a，关闭止水夹b）。

由于粗心，实验并未达到预期目的，但也看到了令人高兴的现象。

请帮助他们分析并回答下列问题（图中阳离子交换膜只允许阳离子和水分子通过）：

（1）写出B装置中的电极反应式：

Pt极____________________________________________________________________；

Fe极____________________________________________________________________。

（2）写出观察到的A装置中的现象：

①________________________________________________________________________；

②________________________________________________________________________；

③________________________________________________________________________。

（3）当观察到A装置中的现象后，他们关闭止水夹a，打开止水夹b，再观察C装置。

若无现象，说明理由；若有现象，请写出有关反应方程式________________________________________________________________________。

（4）若想达到电解NaCl溶液的目的，应如何改进装置，请提出你的意见____________________________________。

15．

（1）分析如图所示的四个装置，回答下列问题：

①装置a和b中铝电极上的电极反应式分别为__________________________、。

②装置c中产生气泡的电极为________电极（填“铁”或“铜”），装置d中铜电极上的电极反应式为________________________________________________________。

（2）观察如图所示的两个装置，图1装置中铜电极上产生大量的无色气泡，图2装置中铜电极上无气体产生，而铬电极上产生大量的有色气体。

根据上述现象试推测金属铬具有的两种重要化学性质为______________________

____________________________、_______________________________________________。