电化学学生版.docx
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电化学学生版
选修四化学反应原理
电化学基础
第一节原电池
知识梳理:
考点一原电池的工作原理:
1.原电池装置中的能量转化________转化为________。
2.原电池的电极
原电池的负极——______金属——发生______反应——向外电路______电子。
原电池的正极——________金属(或惰性电极如石墨)——发生______反应——______外电路提供的电子。
3.原电池的构成条件
(1)能自发地发生________________。
(2)电解质溶液(构成电路或参加反应)。
(3)由还原剂和导体构成______极系统,由氧化剂和导体构成______极系统。
(4)形成__________(两电极接触或用导线连接)。
4.工作原理(以铜锌原电池为例)
电极名称
负 极
正 极
电极材料
________
________
电极反应
__________________
__________________
反应类型
________反应
________反应
电子流向
由________沿导线流向________
电流流向
外电路:
________沿导线流向________
内电路:
由__________流向__________
盐桥中
离子流向
阴离子流向负极,阳离子流向正极
电池反应
练习:
1.下列装置可以形成原电池的是________(填字母),并写出形成原电池的电极材料及电极反应式。
正极:
__________________;负极:
____________________。
2.分析下图所示的4个原电池装置,其中结论正确的是( )
A.①②中Mg作负极,③④中Fe作负极
B.②中Mg作正极,电极反应式为6H2O+6e-===6OH-+3H2↑
C.③中Fe作负极,电极反应式为Fe-2e-===Fe2+
D.④中Cu作正极,电极反应式为2H++2e-===H2↑
考点二化学电源
1.碱性锌锰干电池——一次电池
负极:
__Zn-2e-+2OH-===Zn(OH)2____;
正极:
2MnO2+2H2O+2e-===2MnOOH+2OH-。
电池反应:
Zn+2MnO2+2H2O===Zn(OH)2+2MnOOH。
3.氢氧燃料电池(分别写出碱性介质、酸性介质中)
(1)构造
负极:
氢气;正极:
氧气;电解质溶液:
氢氧化钾溶液。
(2)电极反应
负极:
_______________________________;
正极:
_______________________________。
电池反应:
______________________________。
(3)优点:
______________________________________(写一条)。
(4)锌与稀硫酸反应时,要加大反应速率可滴加少量硫酸铜( )(2012海南卷—5B)
(5)锂碘电池的反应为2Li(s)+I2(s)===2LiI(s),则碘电极作该电池的负极( )(2012广东卷)
第二节电解池
知识梳理:
考点一电解池
1.电解定义
在电流作用下,电解质在两个电极上分别发生氧化反应和还原反应的过程。
2.能量转化形式电能转化为化学能。
3.电解池
(1)构成条件
①有与电源相连的两个电极。
②电解质溶液(或熔融盐)。
③形成闭合回路
4、工作原理:
5、阴阳极的判断:
6、电极产物的判断:
(根据放电顺序)
阳极----氧化反应(失去电子):
阴极----还原反应(得到电子)
练习:
1、以铜为电极,电解下列溶液,分析阴阳极产物
NaOH溶液H2SO4溶液NaCl溶液CuCl2溶液AlCl3溶液HCl和NaCl混合溶液
2、若以惰性电极电解以上溶液时,阴阳极产物又如何?
3.(2015合肥一模)电解Na2SO4溶液生产H2SO4和烧碱的装置如下图所示,其中阴极和阳极均为惰性电极。
测得同温同压下,气体甲与气体乙的体积比约为1∶2,下列有关说法正确的是( )
(说明:
阳离子交换膜只允许阳离子通过,阴离子交换膜只允许阴离子通过)
A.a极反应式为:
2H++2e—===H2↑
B.产物丙为硫酸
C.d为阴离子交换膜
D.Na2SO4溶液浓度增大
4.(2013北京卷)用石墨电极电解CuCl2溶液(见右图)。
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
5.下列各组物质中,每种电解质溶液电解时只生成氢气和氧气的是( )
A.HCl、CuCl2、Ba(OH)2B.NaOH、CuSO4、H2SO4
C.NaOH、H2SO4、Ba(OH)2D.NaBr、H2SO4、Ba(OH)2
6.(2014广东卷)某同学组装了下图所示的电化学装置,电极Ⅰ为Al,其他均为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
7.(2014海南卷)以石墨为电极,电解KI溶液(其中含有少量酚酞和淀粉)。
下列说法错误的是( )
A.阴极附近溶液呈红色B.阴极逸出气体
C.阳极附近溶液呈蓝色D.溶液的pH变小
考点二电解原理的应用:
1、电镀:
(1)概念:
应用电解原理在某些金属表面镀上一薄层其他金属或合金的方法。
(2)电极材料、电镀液
镀件作________,镀层金属作______,电解质溶液含镀层金属阳离子。
2、氯碱工业:
(1)概念:
用电解饱和NaCl溶液的方法来制取______、______和______,并以它们为原料生产一系列化工产品的工业,称为氯碱工业。
(2)原理:
阳极反应:
__________________,
阴极反应:
___________________;
总反应式:
____________________________________
3、精炼铜:
(1)电极材料、电解质溶液
粗铜板与直流电源正极相连作______,纯铜片与直流电源负极相连作______,用________________________作电解液。
(2)电极反应
阳极:
____________________________。
阴极:
____________________________。
(3)溶液中各离子浓度的变化
阴离子浓度________;阳离子中Cu2+浓度______,Zn2+、Fe2+、Ni2+等浓度________。
4、冶炼金属:
钠镁铝
考点三金属的腐蚀与防护
1.金属腐蚀的本质
金属原子____________变为____________,金属发生____________
2.金属腐蚀的类型
(1)化学腐蚀与电化学腐蚀
化学腐蚀
电化学腐蚀
条件
金属跟非金属单质或化合物接触
不纯金属或合金跟电解质溶液接触
现象
无电流产生
有微弱电流产生
本质
金属被氧化
较活泼金属被氧化
联系
两者往往同时发生、电化学腐蚀更普遍
(2)析氢腐蚀与吸氧腐蚀(以钢铁的腐蚀为例)
析氢腐蚀
吸氧腐蚀
条 件
水膜酸性较强
水膜酸性很弱或呈中性
电极反应
负 极
正 极
总反应式
联 系
吸氧更普遍
铁锈的形成:
4Fe(OH)2+O2+2H2O===4Fe(OH)3,2Fe(OH)3===Fe2O3·xH2O(铁锈)+(3-x)H2O
3.金属的防护
(1)加防护层。
如在金属表面加上耐腐蚀的油漆、搪瓷、陶瓷、沥青、塑料、橡胶及电镀、喷镀或表面钝化等方法。
(2)电化学防护
①牺牲阳极的阴极保护法——原理
正极:
;
负极:
。
②外加电流的阴极保护法——原理
阴极:
;
阳极:
。
(3)改变金属内部结构。
如制成不锈钢等。
练习:
7.下面各容器中盛有海水,铁在其中被腐蚀时由快到慢的顺序是( )
A.④>②>①>③B.②>①>③>④
C.④>②>③>①D.③>②>④>①
6.判断下列说法是否正确(对的画“√”,错的画“×”)。
(1)钢铁发生吸氧腐蚀时,铁作负极被氧化:
Fe-3e-===Fe3+( )(2013北京卷
(2)自行车钢架生锈主要是电化学腐蚀所致( )(2012广东卷—7C)
(3)用锡焊接铁质器件,焊接处不易生锈( )(2012海南卷—6C)
(4)镀铜铁制品镀层受损后,铁制品比受损前更容易生锈( )(2012江苏卷—10B)
(5)钢管与电源正极相连,钢管可被保护( )
(6)在铁制品上镀铜时,镀件为阳极,铜盐为电镀液( )
(7)生铁中含有碳,抗腐蚀能力比纯铁强( )
(8)Cu的金属活泼性比Fe弱,故水库铁闸门上接装铜块可减缓铁腐蚀( )
8.(2014广东卷节选)石墨可用于自然水体中铜件的电化学防腐,完成下图防腐示意图,并作相应标注。
9.下列与金属腐蚀有关的说法正确的是( )
A.图a中,插入海水中的铁棒,越靠近底端腐蚀越严重
B.图b中,开关由M改置于N时,Cu-Zn合金的腐蚀速率减小
C.图c中,接通开关时Zn的腐蚀速率增大,Zn上放出的气体的速率也增大
D.图d中,Zn-MnO2干电池自放电腐蚀主要是由MnO2的氧化作用引起的
课后练习:
一、单项选择题
1.(2013北京卷)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
2.(2015汕头模拟)下列现象与电化学腐蚀无关的是( )
A.生铁比纯铁易生锈
B.纯银饰品久置表面变暗
C.黄铜(铜锌合金)制品不易产生铜绿
D.与铜管连接的铁管易生锈
3.(2015开封二模)人工肾脏可用间接电化学方法除去代谢产物中的尿素,原理如下图。
下列有关说法正确的是( )
A.a为电源的负极
B.电解结束后,阴极室溶液的pH与电解前相比将升高
C.阳极室中发生的电极反应为2H++2e-===H2↑
D.若两极共收集到气体13.44L(标准状况),则除去的尿素为7.2g(忽略气体的溶解)
4.(2014上海卷)如右图,将铁棒和石墨棒插入盛有饱和NaCl溶液的U型管中,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
5.(2015湛江调研)已知铅蓄电池放电时的反应为PbO2+2H2SO4+Pb===2PbSO4+2H2O。
某兴趣小组用铅蓄电池电解饱和食盐水的装置如下图所示,下列说法正确的是( )
A.铅蓄电池A极应与U形管中a极连接
B.a、b两极均可用金属铁作电极
C.a电极用铁作电极,b电极用石墨作电极
D.实验结束后可将U形管、试管中的溶液倒入下水道
6.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,符合题意的选项是( )
选 项
X
Y
Z
W
A
C
Fe
NaCl
通入HCl气体
B
Pt
Cu
CuSO4
CuSO4溶液
C
C
C
H2SO4
H2SO4
D
Ag
Fe
AgNO3
AgNO3晶体
7.空间实验室“天宫一号”的供电系统中有再生氢氧燃料电池(RFC),RFC是一种将水电解技术与氢氧燃料电池技术相结合的可充放电池。
下图为RFC工作原理示意图,有关说法正确的是( )
A.当有0.1mol电子转移时,a极产生1.12LO2(标准状况)
B.b极上发生的电极反应:
4H2O+4e-===2H2↑+4OH-
C.c极上发生的电极反应:
O2+2H2O+4e-===4OH-
D.d极上进行氧化反应,B中的H+可以通过隔膜进入A
8.(2013海南卷)下图所示的电解池Ⅰ和Ⅱ中,a、b、c和d均为Pt电极。
电解过程中,电极b和d上没有气体逸出,但质量均增大,且增重b>d。
符合上述实验结果的盐溶液是( )
选项
X
Y
A
MgSO4
CuSO4
B
AgNO3
Pb(NO3)2
C
FeSO4
Al2(SO4)3
D
CuSO4
AgNO3
9.(2015焦作一模)下图是一套电化学装置,对其有关说法错误的是( )
A.装置A是原电池,装置B是电解池
B.反应一段时间后,装置B中溶液pH增大
C.a口若消耗1molCH4,d口可产生4mol气体
D.a口通入C2H6时的电极反应为C2H6-14e-+18OH-―→2CO
+12H2O
二、非选择题
10.如下图所示,B为铜电极,A、C、D均为碳棒,已知通电后,E点变蓝,回答下列问题:
(1)E点变蓝的原因:
___________________________________________。
(2)电源N为________极。
(3)通电一段时间后,A、B、C、D电极上生成(或消耗)的物质的物质的量之比为____________。
11.某化学研究小组以铜为电极电解饱和食盐水,探究过程如下:
实验1:
如下图所示连接好装置,电源接通后,与电池负极相连的铜丝上有大量气泡产生;与电池正极相连的铜丝由粗变细.电解开始30s内,阳极附近出现白色浑浊,然后开始出现橙黄色浑浊,此时测定溶液的pH约为10。
随着沉淀量的逐渐增加,橙黄色沉淀慢慢聚集在试管底部,溶液始终未出现蓝色。
实验2:
将实验1中试管底部的橙黄色沉淀取出,分装在两支小试管中,以后的操作和现象如下:
序号
操作
现象
①
滴入稀硝酸溶液
沉淀溶解,有无色气泡产生,最终得到蓝色溶液
②
滴入稀硫酸溶液
橙黄色沉淀转变为紫红色不溶物,溶液呈现蓝色
阅读资料:
常见铜的化合物颜色如下:
物质
颜色
物质
颜色
氯化铜
固体呈棕色,浓溶液呈绿色,稀溶液呈蓝色
氢氧化亚铜(不稳定)
橙黄色
碱式氯化铜
绿色
氢氧化铜
蓝色
氧化亚铜
砖红色或橙黄色
氯化亚铜
白色
请回答下列问题:
(1)铜常见的化合价为________、________,最终试管底部橙黄色沉淀的化学式:
__________。
(2)阴极上发生的电极反应为________________;阳极上发生的电极反应为______________________。
(3)写出实验2中①、②的离子方程式:
①________________________________________________________________________;
②________________________________________________________________________。
12.如下图所示,通电5min后,电极5的质量增加2.16g,请回答下列问题:
(1)电源:
a是________极,C槽是________池。
A槽的阴、阳极电极反应:
________________________________________________
________________________________________________________________________。
C槽的阴、阳极电极反应:
_______________________________________________
________________________________________________________________________。
13.如下图所示,E为沾有Na2SO4溶液的滤纸,并加入几滴酚酞。
A、B分别为Pt片,压在滤纸两端,R、S为电源的电极。
M、N是用多微孔的Ni制成的电极材料,它在碱性溶液中可以视为惰性电极。
G为电流计,K为开关。
C、D和电解池中都充满浓KOH溶液。
若在滤纸中央点上一滴紫色的KMnO4溶液,断开K,接通外电源一段时间后,C、D中有气体产生。
(1)R为________(填“正”或“负”)极。
(2)A极附近溶液的现象是___________________________________________________,
B极附近发生的电极反应式为_______________________________________。
(3)滤纸上的紫色点向______(填“A”或“B”)方移动。
(4)当C、D里的气体产生到一定量时,切断外电源并接通开关K,经过一段时间,C、D中气体逐渐减少,C中的电极为________(填“正”或“负”)极,电极反应式为________________________________________________________________________。