原电池电解池及其应用.docx
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原电池电解池及其应用
原电池、电解池及其应用
【考点突破】
考点1构成原电池的条件
1．要有活动性不同的两个电极（一种金属与另一种金属或石墨或不溶性的金属氧化物）；
2．要有电解质溶液；
3．两电极浸入电解质溶液且用导线连接或直接接触。
考点2原电池、电解（镀）池电极名称的确定
1．确定原电池电极名称的方法
方法一：
根据电极材料的性质确定。
通常是
（1）对于金属——金属电极，活泼金属是负极，不活泼金属是正极；
（2）对于金属——非金属电极，金属是负极，非金属是正极，如干电池等；
（3）对于金属——化合物电极，金属是负极，化合物是正极。
方法二：
根据电极反应的本身确定。
失电子的反应→氧化反应→负极；得电子的反应→还原反应→正极。
2．确定电解（镀）池电极名称的方法
方法一：
与外电源正极连接的一极是阳极、与负极连接的一极是阴极。
方法二：
电极上发生氧化反应的是阳极，发生还原反应的是阴极。
考点3原电池和电解池的比较
电池
原电池（化学能→电能）
电解池（电能→化学能）
以惰性材
料作阳极
以活泼材料作阳极
电镀铜
电解精炼铜
装置
举例
形成
条件
活动性不同的两个电极
电极插入电解质溶液中形成闭合回路
两极有自发的氧化还原反应
①两电极与直流电源相连。
②两电极插入电解质溶液中。
③形成闭合回路。
电极
名称
负级：
较活泼的金属或还原剂
正极：
较不活泼的金属或氧化剂
阳极：
连电源正极
阴极：
连电源负极
阳极：
镀层金属
阴极：
镀件
溶液：
含镀层金属离子
阳极：
不纯金属
阴极：
纯金属
溶液：
含纯金属离子
电极
反应
负极：
氧化反应，金属失电子
正极：
还原反应，阳离子得电子
阳极：
氧化反应，先活泼电极失电子，后溶液中阴离子失电子。
阴极：
还原反应，溶液中阳离子得电子。
电子
流向
负极
正极
阳极
电源正极，电源负极
阴极
溶液中离子流向：
阴离子移动方向与电子相同。
考点4根据总反应式设计原电池
1、可设计成原电池的反应一般应满足如下条件：
（1）反应放热；
（2）属于氧化还原反应
2、步骤
首先标明电子转移方向，根据电子转移方向判断正负极材料——失电子的为负极，得电子的为正极，其次选择相应的物质构成两个半电池——失电子金属和对应的产物构成一个半电池、得电子的离子和一较不活泼的金属或石墨构成另一半电池，最后用盐桥和导线组成闭合回路。
例如将Fe+2FeCl3＝3FeCl2设计成原电池装置
分析：
Fe作负极，FeCl3作电解液，可设计成如下两种装置：
考点5金属的腐蚀
1．金属腐蚀的实质：
金属原子失去电子被氧化而消耗的过程。
2．金属腐蚀分为化学腐蚀和电化学腐蚀。
3．化学腐蚀实质：
金属和非电解质或其它物质相接触直接发生氧化还原反应而引起的腐蚀。
其腐蚀过程没有电流产生。
4．电化学腐蚀实质：
不纯金属或合金在电解质溶液中发生原电池反应。
电化学腐蚀过程有电流产生。
5．腐蚀的常见类型
（1）析氢腐蚀在酸性条件下，正极发生2H++2e-=H2↑反应。
（2）吸氧腐蚀在极弱酸或中性条件下，正极发生2H2O+O2+4e-=4OH-反应。
若负极金属不与电解质溶液发生直接的反应，则形成吸氧腐蚀的原电池反应。
如生铁浸入食盐水中，会形成许多微小的原电池。
6．在同一电解质溶液中，金属腐蚀的快慢可用下列原则判断：
电解原理引起的腐蚀>原电池引起的腐蚀>化学腐蚀>有防护措施的腐蚀。
考点6分析电极反应及其产物
原电池：
负极：
M-ne-=Mn+
正极：
（1）酸性溶液中2H++2e-=H2↑
（2）不活泼金属盐溶液Mn++ne-=M
（3）中性、弱酸性条件下2H2O+O2+4e-=4OH-
电解（镀）池：
阳极：
（1）若阳极是由活性材料（除C、Pt、Au等以外的其它金属）做成，阳极反应是阳极金属失去电子而被氧化成阳离子；
（2）若阳极是由C、Pt、Au等惰性材料做成，阳极反应则是电解液中阴离子在阳极失去电子被氧化。
阴离子失去电子能力大小顺序为：
I->Br->Cl->OH->含氧酸根>F-。
阴极：
阴极反应一般是溶液中的阳离子得电子的还原反应，阳离子得电子能力大小顺序为：
Ag+>Hg2+>Fe3+>Cu2+>H+>Pb2+>Fe2+>Zn2+>Al3+>Mg2+>Na+>Ca2+>K+。
必须注意的是，电镀时通过控制条件，Fe2+和Zn2+得电子的能力强于H+。
考点7电解实例及规律
电解液
溶质类别
电解总反应式
相当于电解
溶液pH
NaOH溶液
强碱
2H2O
2H2↑+O2↑
水
升高
H2SO4溶液
含氧酸
降低
Na2SO4溶液
活泼金属的含氧酸盐
不变
（两极混合液）
CuCl2溶液
不活泼金属的无氧酸盐
CuCl2
Cu+Cl2↑
电解质本身
接近7
HCl溶液
无氧酸
2HCl
H2↑+Cl2↑
升高
NaCl溶液
活泼金属的无氧酸盐
2NaCl+2H2O
H2+2NaOH+Cl2↑
电解质与水
升高
CuSO4溶液
不活泼金属的含氧酸盐
2CuSO4+2H2O
2Cu+O2↑+2H2SO4
降低
NaCl（熔融）
离子化合物
2NaCl
2Na+Cl2↑
电解质本身
Al2O3（熔融）
2Al2O3
4Al+3O2↑
【精题精讲】
例1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．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＋
【答案】B
【解析】NaCl溶液滴到一块光亮清洁的铁板表面上，一段时间后在液滴覆盖的圆周中心区（a）被腐蚀变暗，实际上是发生了吸氧腐蚀，这时，
负极电极反应为：
Fe-2e-=Fe2＋（发生氧化反应）
正极电极反应为：
O2+2H2O+4e-=4OH―（发生还原反应）
在液滴外沿，由于Fe2＋+2OH―=Fe（OH）2，
4Fe（OH）2+O2+2H2O=4Fe（OH）3形成了棕色铁锈环（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，由于Fe的金属活动性比铜强，Fe仍为负极，负极发生的电极反应为：
Fe－2e-=Fe2＋。
又根据在原电池中，阳离子移向正极，阴离子移向负极的规律，Cl－应由b区向a区迁移。
所以A、C、D选项均错误，B选项正确。
例2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＋2H2O===2LiOH＋H2↑
【答案】C
【解析】可迅速选出C项是错误，因为原电池放电时OH－是向负极移动的。
这种电池名称叫锂水电池。
可推测其总反应为：
2Li＋2H2O===2LiOH＋H2↑。
再写出其电极反应如下：
（—）2Li—2e—＝2Li+
（+）2H2O+2e—＝2OH—＋H2↑
结合选项分析A、B、D都是正确的。
例3结合右图判断，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
【答案】A
【解析】题给装置I、II都是原电池，活泼金属作负极，首先被腐蚀，不活泼金属作正极，被保护；A对；I中负极反应式为：
Zn-2e-=Zn2＋，B错；II中正极反应式为：
2H＋+-2e-=H2↑，C错；I中没有Fe2＋，D错；选A。
例4某小组为研究电化学原理，设计如图2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
【答案】D
【解析】A、发生置换反应，正确。
B、形成原电池，铜片作正极，溶液中Cu2＋发生还原而析出，正确；铁片作负极失去电子形成Fe2+，溶液从蓝色逐渐变成浅绿色，所以C、区的OH―形正确。
D、a和b分别连接直流电源正、负极，a作阳极，铜片失去电子形成为Cu2＋。
Cu2＋向铁电极移动。
错误
例5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
【答案】AB
命题立意：
原电池相关知识的考查
【解析】题中给出的物质表明，该电池的总反应是2Zn+O2+2H2O=2Zn（OH）2，a烧杯中电极反应为O2+2H2O+4e-=4OH-，b中Zn-2e-=Zn2+，所以正确项为AB。
【技巧点拨】原电池的题是历届常考点，本题可视为由前年高考中的铝空电池变化而来。
主要是先要找到电池的总反应，反应中各电极反应、电极周围酸碱性变化、离子浓度变化及计算才能有据可依。
【专题演练】
1、选择题
1．某学生设计一水果电池：
他把一铁钉和碳棒用导线连接好，然后将
铁钉和碳棒平行插入一新鲜西红柿中，再在导线中接一个灵敏电流计．据此下列叙述正确的是（ ）
A．电流计指针不会发生偏转
B．金属铁会被腐蚀
C．碳棒作负极
D．铁表面有气体逸出
2．以葡萄糖为燃料的微生物燃料电池结构示意图如下图所示．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1mol氧气，理论上能生成标准状况下CO2气体
L
3．以硫酸铜溶液作电解液，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16g
④杂质Ag以Ag2SO4的形式沉入电解槽形成阳极泥
A．①③ B．②④
C．③④D．②③
4．下列图示中关于铜电极的连接错误的是（ ）
5．如图所示，下列关于实验现象的描述正确的是（ ）
a电极
b电极
X溶液
实验现象
A
石墨
石墨
CuCl2
a电极质量增加，b电极放出无色气体
B
Fe
石墨
KNO3
a电极质量增加，b电极放出无色气体
C
Fe
Cu
CuSO4
a电极质量增加，b电极质量减少
D
石墨
石墨
HCl
a电极放出无色气体，b电极放出无色气体
6．观察下列几个装置示意图，有关叙述正确的是（ ）
A．装置①中阳极上析出红色固体
B．装置②的待镀铁制品应与电源正极相连
C．装置③中外电路电子由a极流向b极
D．装置④的离子交换膜允许阳离子、阴离子、水分子自由通过
7．当电解质溶液为氢氧化钾水溶液的氢氧燃料电池电解饱和碳酸钠溶液一段时间，假设电解时温度不变且用惰性电极，下列说法正确的是（ ）
A．当电池负极消耗mg气体时，电解池阳极同时有mg气体生成
B．电池的负极反应式为：
O2＋2H2O＋4e－===4OH－
C．电解后c（Na2CO3）不变，且溶液中有晶体析出
D．电池中c（KOH）不变；电池中溶液pH变大
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
有关该电池的说法不正确的是（ ）
A．放电时化学能不能全部转化为电能
B．放电时Cd为该电池的负极，充电时这一端应接直流电源的正极
C．放电时该电池的正极反应为：
NiOOH＋H2O＋e－===Ni（OH）2＋OH－
D．充电时，阴极反应为：
Cd（OH）2＋2e－===Cd＋2OH－
9．用酸性氢氧燃料电池电解苦卤水（含Cl－、Br－、Na＋、Mg2＋）的装置如下图所示（a、b为石墨电极）．下列说法中，正确的是（ ）
A．电池工作时，正极反应式为：
O2＋2H2O＋4e－===4OH－
B．电解时，a电极周围首先放电的是Br－而不是Cl－，说明当其他条件相同时前者的还原性强于后者
C．电解时，电子流动路径是：
负极→外电路→阴极→溶液→阳极→正极
D．忽略能量损耗，当电池中消耗0.02gH2时，b极周围会产生0.04gH2
10．按如下图所示装置进行实验（其中C1、C2均是石墨电极），下列说法中错误的是（ ）
A．甲池中，Cu极上有气泡放出
B．发现a点附近显红色
C．在C1、C2电极上所产生气体的体积比为2∶1
D．乙池溶液的pH减小
11．一种由甲醇、氧气和强碱溶液（作电解质）组成的新型手机电池，可持续使用一个月，其电池反应为：
2CH3OH＋3O2＋4OH－
2CO
＋6H2O，则有关说法正确的是（ ）
A．放电时CH3OH参与反应的电极为正极
B．放电时负极的电极反应为CH3OH＋8OH－―→CO
＋6H2O＋6e－
C．标准状况下，通入5.6LO2并完全反应后，有0.5mol电子转移
D．放电一段时间后，通入氧气的电极附近溶液的pH降低
12．2008年10月8日，瑞典皇家科学院宣布美籍华裔科学家钱永健获得2008年度诺贝尔化学奖．少年时代，他就对化学产生了浓厚的兴趣.16岁时，他凭借一个金属易受硫氰酸盐腐蚀的调查项目，荣获具有“少年诺贝尔奖”之称的著名奖项．下列说法正确的是（ ）
A．金属腐蚀就是金属失去电子被还原的过程
B．将水库中的水闸（钢板）与外加直接电源的负极相连，正极连接到一块废铁上可防止水闸被腐蚀
C．由原电池原理知所有的合金都比纯金属更易被腐蚀
D．铜板上的铁铆钉处在潮湿的空气中发生：
Fe－3e－===Fe3＋，从而形成铁锈，但此过程铜不被腐蚀
13．按如图所示装置进行下列不同的操作，其中不正确
的是（ ）
A．铁腐蚀的速度由大到小的顺序是：
只接通K1>只闭合K3>都断开>
只闭合K2
B．只接通K1，一段时间后，U形管中出现白色沉淀
C．只接通K2，U形管左、右两端液面均下降
D．先只接通K1，一段时间后，漏斗液面上升，然后再只接通K2，漏斗液面下降
2、非选择题
14．某校化学研究性学习小组欲设计实验验证Fe、Cu的金属活动性，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，以确定它们的活动性．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：
_____________________________________________________________.
15．在如图所示的装置中，若通入直流电5min时，铜电极质量增加2.16g，试回答：
（1）电源电极X名称为______________．
（2）pH变化：
A__________，B__________，C_______________.
（填“增大”“减小”或“不变”）
（3）通电5min时，B中共收集224mL气体（标准状况），溶液体积为200mL.则通电前CuSO4溶液的物质的量浓度为______________（设电解前后溶液体积无变化）．
（4）若A中KCl溶液的体积也是200mL，电解后，溶液的pH为____________（设电解前后溶液体积无变化）．
16．观察图A、B、C，回答下列问题：
（1）把一块纯净的锌片插入装有稀硫酸的烧杯里，可观察到锌片上有气泡，再平行插入一块铜片，可观察到铜片____________（填“有”或“没有”）气泡产生．再用导线把锌片和铜片连接起来（见图A），组成一个原电池，负极为________，正极的电极反应式为__________________________________________________________．
（2）如果烧杯中最初装入的是2mol/L500mL的稀硫酸溶液，构成铜锌原电池（见图B，假设产生的气体没有损失），当在标准状况下收集到11.2L的氢气时，则此时烧杯内溶液中溶质的物质的量浓度分别为（溶液体积变化忽略不计）__________、__________.
（3）如果电极材料分别是铁片和石墨并进行连接，插入氯化钠溶液中（见图C），放置数天后，主要发生__________________________________________________
电化学腐蚀，写出正极的电极反应式________________________________．
（4）生活中利用原电池原理生产了各种各样的电池，废电池必须进行集中处理的问题已被提到议事日程，其最主要原因是________．
A．回收利用电池外壳的金属
B．防止电池中汞、镉和铅等重金属离子对土壤、水源的污染
C．防止电池中渗泄的电解液腐蚀其他物品
D．回收其中的石墨电极
17．Li－SOCl2电池可用于心脏起搏器．该电池的电极材料分别为锂和碳，电解液是LiAlCl4—SOCl2.电池的总反应可表示为：
4Li＋2SOCl2===4LiCl＋S＋SO2.
请回答下列问题：
（1）电池的负极材料为__________，发生的电极反应为__________________；
（2）电池正极发生的电极反应为_____________________________________；
（3）SOCl2易挥发，实验室中常用NaOH溶液吸收SOCl2，有Na2SO3和NaCl生成．如果把少量水滴到SOCl2中，实验现象是___________________________________，
反应的化学方程式为________________________________________________
________________________________________________________________________；
（4）组装该电池必须在无水、无氧的条件下进行，原因是
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________.
18如图，p、q为直流电源两极，A为＋2价金属单质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为_______极，试管里收集到的气体是________；D为_______极，试管里收集到的气体是________．
（3）C极的电极方程式是____________________________________________．
（4）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
2
4
7
11
16
21
26
31
36
41
体积（cm3）
仔细分析以上实验数据，请说出可能的原因是_____________________________
____________________________________________________________________.
（5）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”）．
（6）当电路中通过0.004mol电子时，B电极上沉积金属X为0.128g，则此金属的摩尔质量为________．
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