电化学原理及其应用教师版Word格式.doc

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1．定义：

将化学能转变为电能的装置

2．形成条件

（1）活泼性不同的两个电极（正极、负极）

（2）电解质溶液（3）构成闭合回路

3．化学原理

一般地说，能自发进行的氧化还原反应，在理论上都可组成原电池，原电池的工作原理实质上是________。

（1）电极名称及判断

负极：

较活泼的金属电极或电子流出的电极或发生________的电极。

正极：

较不活泼的金属或非金属导体或电子流入的电极或发生________的电极。

（2）电子的流动方向：

电子由________经外电路流向________。

（3）电流方向：

电流的方向与电子移动的方向相反，即由正极经外电路流向负极。

（4）电极反应：

________守恒

（二）金属的腐蚀与保护

1．金属的腐蚀

金属腐蚀的本质：

是金属或合金被氧化而损耗的过程。

（1）化学腐蚀：

金属或合金直接与周围介质发生反应而产生的腐蚀，直接被氧化剂氧化，无电流产生；

。

（2）电化学腐蚀：

不纯的金属或合金与周围电解质溶液接触而发生原电池反应产生的腐蚀，相对活泼的金属被氧化，有电流产生．钢铁的电化腐蚀又分为析氢腐蚀和吸氧腐蚀．

最普通的钢铁腐蚀是：

2Fe一4e→2Fe2+，正极：

O2+2H2O+4e→4OH-

（注：

在少数情况下，若周围介质的酸性较强，正极的反应是：

2H++2e→H2↑）

金属的腐蚀以电化学腐蚀为主，例如，钢铁生锈的主要过程为：

2．金属的防护

一般有三条途径：

其一是改变金属内部结构，如制成合金；

其二是涂保护层，保持干燥，其三是电化学保护法[牺牲阳极的阴极保护法（被保护金属作负极）；

外加电源的阴极保护法（被保护金属接电源的负极）]。

（三）电解

1、概念：

使电流通过电解质溶液而在阳、阴两极引起氧化还原反应的过程叫做电解。

2、电解池与原电池的区别

装置

电解池

形成条件

有两种不同金属（或一种是能导电的非金属或化合物）相连；

有电解质溶液（并构成回路）

有外接电源（并构成回路）；

两个电极（惰性或非惰性）；

有电解质（水溶液或熔融）

电极名称

由电极本身决定：

电子流入的极

电子流出的极（较活泼金属）

由外接电源决定：

阳极：

接电源正极

阴极：

接电源负极

电极反应

还原反应

氧化反应（一般是电极本身）

氧化反应（易失e-的优先）

还原反应（易得e-的优先）

电子流向

负极（外电路）→正极

阳极→电源正极

阴极←电源负极

电流方向

正极（外电路）→负极

阳极←电源正极

阴极→电源负极

能量转化

化学能→电能

电能→化学能

应用

化学电池；

防电化腐蚀；

制H2

电解CuCl2溶液；

氯碱工业

（3）记住两个电解反应及其实验现象：

①电解CuCl2溶液：

CuCl2Cu+Cl2↑（在阴极析出紫红色固体，在阳极放出的气体能使淀粉KI溶液变蓝）；

②电解饱和食盐水：

2NaCl+2H2O2NaOH+H2↑+C12↑（采用碳棒作阳极、铁钉作阴极；

在阳极得到Cl2，在阴极得到H2；

在阴极附近得到NaOH溶液，滴加酚酞变红色）。

【答案】氧化还原反应氧化反应还原反应负极正极得失电子

三、典型例题

1．原电池原理的分析

【例1】氢镍电池是近年开发出来的可充电电池，它可以取代会产生镉污染的镉镍电池。

氢镍电池的总反应是H2+NiO（OH）Ni（OH）2。

根据此反应式判断，下列叙述中正确的是（）。

A．电池放电时，电池负极周围溶液的pH不断增大

B．电池放电时，镍元素被氧化

C．电池充电时，氢元素被还原

D．电池放电时，H2是负极

【解析】依题给信息可知电池反应是在碱性条件下进行的，由电池总反应和原电池中“负极氧化、正极还原”的原理可推出电极反应式：

H2+OH--e→H2O，正极：

NiO（OH）+H2O+e→Ni（OH）2+OH-。

由负极反应式可知H2是负极，且负极周围溶液的OH-浓度降低，pH减小；

由正极反应中Ni元素由+3价变为+2价，应为被还原；

充电时，H元素由+l价变为O价，被还原。

答案：

C、D

【说明】依据题给信息和原电池原理分析，是解新型化学电池题的常用方法。

2．金属腐蚀快慢的判断

【例2】下图容器中盛有海水，铁在其中被腐蚀时由快到慢的顺序是（）．

A．4>

2>

l>

3B．2>

1>

3>

4C．4>

lD．3>

4>

l

【解析】根据金属腐蚀的本质，判断铁在四个不同装置中失去电子由快到慢的顺序．在装置4中：

铁接电源正极（电子流入的极），在电流作用下，迫使铁迅速失去电子，即铁被电解。

装置2、3均为原电池装置，2中铁为负极，被腐蚀；

3中铁为正极，被保护．装置l中：

铁会发生缓慢的化学腐蚀。

A

【说明】

（1）电解引起的腐蚀（接电源正极）>

电化腐蚀（作原电池负极）>

化学腐蚀>

有防腐措施的腐蚀；

（2）同种金属的腐蚀：

在强电解质中>

弱电解质中>

非电解质中；

（3）O2的浓度越大，腐蚀越快。

3．有关电化学装置的判断

【例3】下图中能验证氯化钠溶液（含酚酞）电解产物的装置是（）。

【解析】根据电解氯化钠溶液时，在阳极产生的氯气可用碘化钾淀粉溶液来检验的事实，判断图中连接盛有碘化钾淀粉溶液的试管的碳棒应为阳极；

而阳极上的电子应流入电源正极（在电源的内电路上电子由正极流向负极），所以D图符合题意。

D

【说明】有关电化学装置的判断，应注意区别：

原电池与电解池以及电子在电源外电路与内电路的不同流向，还要借助有关的实验现象。

4．有关电化学的简单计算

【例4】在外界提供相同电量的条件，Cu2+或Ag+分别按Cu2++2e→Cu或Ag++e→Ag在电极上放电，若析出铜的质量为1.92g，则析出银的质量为（）．（上海高考题）

A．1.62gB．6.48gC．3.24gD．12.96g

【解析】解法一：

因外界提供相同的电量，即电极上得电子数相等，则有：

l×

m（Ag）／108（g/mol）=2.1×

1.92g/64（g/mol），解得m（Ag）=6.48g。

解法二：

根据电极上得电子数相等，建立关系式Cu～2e～2Ag求解。

【例6】实验室用铅蓄电池作电源电解饱和食盐水制取氯气，已知铅蓄电池放电时发生如下反应：

Pb+SO42-→PbSO4+2e；

PbO2+4H++SO42-+2e→PbSO4+2H2O.今若制得Cl20.050mol，这时电池内消耗的H2SO4的物质的量至少是（）．

A．0.025molB．0.050molC．0.10molD．0.20mol

【解析】先将正负极反应式叠加得电池总反应式为Pb+PbO2+2H2SO4→2PbSO4+2H2O，再由电解制取氯气的电极反应式2Cl-一2e→Cl2↑，推出上述反应的关系式2H2SO4～2e～Cl2，最后由此关系式求得消耗的H2SO4的物质的量至少是2×

0.050mol=0.10mol。

C

【说明】电化学计算包括原电池和电解池的两极产物的计算、溶液pH变化的计算、相对原子质量和阿伏加德罗常数测定的计算、根据电量求产物的量或根据产物的量求电量等计算．不论哪类计算，均可选用下列三种方法：

（1）电子转移守恒法：

用于串联电路、阴阳（或正负）两极产物、相同电量等类型的计算。

（2）反应式法：

根据原电池或电解总反应式列比例式计算。

（3）关系式法：

根据电子转移（或电量）守恒关系建立已知量与未知量之间的关系式求解。

5．有关电解液pH变化的判断

【例7】下列装置的线路接通后，经过一段时间，溶液的pH明显下降的是（）．

【解析】逐项分析：

A为原电池，由于2H++2e→H2↑，溶液中c（H+）减小，pH增大；

B～D均为电解池，B中开始电解时，有少量H+放电，pH略有增大；

C中电解生成NaOH，pH明显增大；

D中电解，OH-放电，生成H2SO4，pH明显下降；

E是电镀池，各离子浓度不变，pH也不变。

【说明】判断电解液中pH的变化，要紧扣溶液中（或电极附近）的c（H+）或c（OH-）发生了什么变化。

四、基础训练

1．下列说法中，正确的是（）

A．铜锌原电池中，锌作阳极，铜作阴极

B．石墨电极电解氯化铜溶液的反应中，阳极上质量增重

c．铜锌原电池中'

电子由锌极经导线流向铜极

D．石墨电极电解氯化钠溶液的反应中，在阳极得到氯气，在阴极得到金属钠

2．下列有关金属腐蚀与防护的说法正确的是（）

A．纯银器表面在空气中因电化学腐蚀渐渐变暗

B．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

C．当镀锡铁制品的镀层破损时，镀层仍能对铁制品起保护作用

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

3．将纯铜片和纯锌片按右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，电极反应：

2H++2e→H2↑；

乙中锌片是负极，电极反应：

Zn-2e→Zn2+

C．两烧杯中的pH值均增大

D．产生的气泡速率甲比乙慢

4．钢铁发生吸氧腐蚀时，正极上发生的电极反应是（）

A．2H2O+O2+4e→4OH-B．Fe-2e→Fe2+

C．2H++2e→H2D．Fe-3e→Fe3+

5．甲、乙、丙三个烧杯中分别装有稀硫酸、氯化铜溶液、饱和食盐水，把用导线连接的锌片和铜片插入甲，把分别与直流电源正、负极相连的C1、C2插入乙，把分别与直流电源正、负极相连的C3、铁片插入丙。

则下列叙述正确的是（）

A．甲、丙中是化学能转变为电能，乙中是电能转变为化学能

B．C1,C2分别是阳极、阴极，锌片、铁片上都发生氧化反应

C．C1和C3放出的气体相同，铜片和铁片放出的气体也相同

D．甲、乙中溶液的pH值逐渐升高，丙中溶液的pH值逐渐减小

6．如图是电解饱和食盐水的装置，其中c、d为石墨电极6则下列有关的判断正确的是（）

A．电解过程中，c（Na+不变）

B．c为阳极、d为阴极

C．c的电极反应式2H++2e→H2

D．若直流电源为铜锌原电池组，则a为锌电极，b为铜电极

7．右图是电解CuCl2溶液的装置，其中c、d为石墨电极．则下列有关的判断正确的是（）

A．a