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电化学讲义

电化学

【真题试练】

09.29

Zn-MnO2干电池应用广泛，其电解质溶液是ZnCl2-NH4Cl混合溶液。

（1）该电池的负极材料是　　　　。

电池工作时，电子流向　　　　（填“正极”或“负极”）。

（2）若ZnCl2-NH4Cl混合溶液中含有杂质Cu2+，会加速某电极的腐蚀，其主要原因是　　　　。

欲除去Cu2+，最好选用下列试剂中的　　　　（填代号）。

a.NaOHb.Zn　　　　c.Fed.NH3·H2O

（3）MnO2的生产方法之一是以石墨为电极，电解酸化的MnSO4溶液。

阴极的电极反应式是

　　　　。

若电解电路中通过2mol电子，MnO2的理论产量为　　　　。

【答案】

（1）Zn（或锌）正极

（2）锌与还原出来的Cu构成铜锌原电池而加快锌的腐蚀

b（3）2H++2e-→H2,87g

07.29

铁及铁的化合物应用广泛，如FeCl3可用作催化剂、印刷电路铜板腐蚀剂和外伤止血剂等。

（1）写出FeCl3溶液腐蚀印刷电路铜板的离子方程式：

_________________________。

（2）若将

（1）中的反应设计成原电池，请画出原电池的装置图，标出正、负极，并写出电极反应式。

正极反应_________负极反应_________

（3）腐蚀铜板后的混合溶液中，若Cu2+、Fe3+和Fe2+的浓度均为0.10mol·L－1，请参照下表给出的数据和药品，简述除去CuCl2溶液中Fe3+和Fe2+的实验步骤______________。

氢氧化物开始沉淀时的pH

氢氧化物沉淀完全时的pH

Fe3+

Fe2+

Cu2+

1.9

7.0

4.7

3.2

9.0

6.7

提供的药品：

Cl2浓H2SO4NaOH溶液CuOCu

（4）某科研人员发现劣质不锈钢在酸中腐蚀缓慢，但在某些盐溶液中腐蚀现象明显。

请从上表提供的药品中选择两种（水可任选），设计最佳实验，验证劣质不锈钢易被腐蚀。

有关反应的化学方程式：

____________；

劣质不锈钢腐蚀的实验现象：

____________。

08.29

北京奥运会“祥云”火炬燃料是丙烷（C3H8），亚特兰大奥运会火炬燃料是丙烯（C3H6）。

⑴丙烷脱氢可得丙烯。

已知：

C3H8（g）====CH4（g）＋HC≡CH（g）＋H2（g）△H1＝156.6kJ·mol-1

CH3CH＝CH2（g）====CH4（g）＋HC≡CH（g）△H2＝32.4kJ·mol-1

则相同条件下，反应C3H8（g）====CH3CH＝CH2（g）＋H2（g）的△H＝kJ·mol-1。

⑵以丙烷为燃料制作新型燃料电池，电池的正极通入O2和CO2，负极通入丙烷，电解质是熔融碳酸盐。

电池反应方程式为；放电时，CO32-移向电池的（填“正”或“负”）极。

⑶碳氢化合物完全燃烧生成CO2和H2O。

常温常压下，空气中的CO2溶于水，达到平衡时，溶液的pH=5.60，c（H2CO3）=1.5×10-5mol·L-1。

若忽略水的电离及H2CO3的第二级电离，则H2CO3

HCO3-＋H+的平衡常数K1=。

（已知：

10-5.60=2.5×10-6）

⑷常温下，0.1mol·L-1NaHCO3溶液的pH大于8，则溶液中c（H2CO3）c（CO32-）（填“＞”、“＝”或“＜”），原因是（用离子方程式和必要的文字说明）。

答案：

⑴124.2；⑵C3H8＋5O2＝3CO2＋4H2O；负；⑶4.2×10-7mol·L-1；⑷＞HCO3-

CO32-＋H+HCO3-＋H2O

H2CO3＋OH-、HCO3-的水解程度大于电离程度

11.29

科研、生产中常涉及钠、硫及其化合物。

（1）实验室用无水乙醇处理少量残留的金属钠，化学方程式为_________。

要清洗附着在试管壁上的硫，可用的试剂是_________。

（2）右图为钠硫高能电池的结构示意图。

该电池的工作温度为200℃左右，电池反应为2Na+xS=Na2Sx，正极的电极反应式为_________。

M（由Na2O和Al2O3制得）的两个作用是________。

与铅蓄电池相比，当消耗相同质量的负极活性物质时，钠硫电池的理论放电量是铅蓄电池______倍。

（3）Na2S溶液中离子浓度由达到小的顺序为______，向该溶液中加入少量固体CuSO4，溶液pH______（填“增大”、“减小”或“不变”）。

 Na2S溶液长期放置有硫析出，是因为_______（用离子方程式表示）。

 答案：

（1）2CH3CH2OH+2Na→2CH3CH2ONa+ H2↑；CS2[或（热）NaOH溶液] 

（2）xS+2e- =Sx2-（或2Na+ +xS+2e- = Na2Sx）； 

离子导电（导电或电解质）和隔离钠与硫；4.5 （3）c（Na+）＞c（S2-）＞c（OH-）＞c（HS-）＞c（H+）；减小； 

2S2-+O2+ 2H 2O=2S↓+4OH-

【知识点】

1.原电池

2.金属的腐蚀（以钢铁腐蚀为例）

3.金属的防护

4.电解池

5.常见的化学电源

（1）一次电池：

碱性锌锰电池。

（2）二次电池：

铅蓄电池。

（3）燃料电池：

氢氧燃料电池。

6.原电池和电解池的比较：

装置

原电池

电解池

实例

形成条件

①电极：

两种不同的导体相连；

②电解质溶液：

能与电极反应。

闭合回路

①电源；

②电极（惰性或非惰性）；

③电解质（水溶液或熔化态）。

反应类型

自发的氧化还原反应

非自发的氧化还原反应

电极名称

由电极本身性质决定：

正极：

材料性质较不活泼的电极；

负极：

材料性质较活泼的电极。

由外电源决定：

阳极：

连电源的正极；

阴极：

连电源的负极；

电极反应

负极：

Zn－2e－＝Zn2＋（氧化反应）

正极：

2H＋＋2e－＝H2↑（还原反应）

阴极：

Cu2＋＋2e－＝Cu（还原反应）

阳极：

2Cl－－2e－＝Cl2↑（氧化反应）

电子流向

电子流向同溶液中阴离了移动方向

电流方向

电流方向同溶液中阳离了移动方向

能量转化

化学能变成电能

电能变成化学能

应用

①抗金属的电化腐蚀；

②实用电池。

①电解食盐水（氯碱工业）；

②电镀（镀铜）；

精炼（精铜）；

④电冶（冶炼Na、Mg、Al）。

7.电解反应方程式的书写一般步骤：

（1）分析电解质溶液中存在的离子；

（2）分析离子的放电顺序；

（3）确定电极、写出电极反应式；

（4）写出电解方程式。

8.用惰性电极电解各类电解质溶液归纳列表：

电解类型

实例

阴极

阳极

电解反应式

溶液pH

恢复

电解水

H2SO4

4H＋＋4e－＝2H2↑

4OH－―4e－===2H2O＋O2↑

2H2O

2H2↑＋O2↑

降低

加H2O

NaOH

升高

NaNO3

不变

电解自身

HBr

2H＋＋2e－＝H2↑

2Br－－2e－＝Br2↑

2HBr

H2↑＋Br2↑

升高

通入HBr气体

CuCl2

Cu2＋＋2e－===Cu

2Cl－－2e－＝Cl2↑

CuCl2

Cu＋Cl2↑

-------

加入CuCl2固体

放氢生碱

NaCl

2H＋＋2e－＝H2↑

2Cl－－2e－＝Cl2↑

2NaCl＋2H2O

2NaOH＋H2↑＋Cl2↑

升高

通入HCl气体

放氧生酸

CuSO4

2Cu2＋＋4e－===2Cu

4OH－―4e－===2H2O＋O2↑

2CuSO4＋2H2O

2Cu＋O2↑＋2H2SO4

降低

加入CuO固体或CuCO3固体

9．电解原理的应用

（1）电解饱和食盐水制取氯气和烧碱（氯碱工业）

电极反应与总反应：

阳极电极反应式:

2Cl－－2e－＝Cl2↑。

阴极电极反应式:

2H＋＋2e－＝H2↑。

总反应式:

2NaCl＋2H2O

2NaOH＋H2↑＋Cl2↑。

设备（阳离子交换膜电解槽）

A.组成：

阳极—Ti、阴极—Fe

B.阳离子交换膜的作用：

它只允许阳离子通过而阻止阴离子和气体通过。

C.制烧碱生产过程（离子交换膜法）

1食盐水的精制：

粗盐（含泥沙、Ca2＋、Mg2＋、Fe3＋、SO42－等）→加入NaOH溶液→加入BaCl溶液→加入Na2CO3溶液→过滤→加入盐酸→加入离子交换剂（NaR）

2

电解生产主要过程（见右上图）：

NaCl从阳极区加入，H2O从阴极区加入。

阴极H＋放电，破坏了水的电离平衡，使OH－浓度增大，OH－和Na＋形成NaOH溶液。

（2）电解冶炼铝

原料氧化铝：

铝土矿

NaAlO2

Al（OH）3

Al2O3

原理：

阳极电极反应式:

2O2－－4e－＝O2↑。

阴极电极反应式:

Al3＋＋3e－＝Al。

总反应式:

2Al2O3（高温熔融，加冰晶石作助熔剂）

4Al＋3O2↑。

设备：

电解槽（阳极C、阴极Fe）

因为阳极材料不断地与生成的氧气反应：

C＋O2→CO＋CO2，故需定时补充。

（3）电镀：

用电解的方法在金属表面镀上一层金属或合金的过程。

镀件必须作阴极，镀层金属必须作阳极，电解质溶液中必须含有镀层金属离子。

（4）电解精炼铜：

粗铜作阳极，精铜作阴极，电解液含有Cu2＋。

铜前金属先反应但不析出，铜后金属不反应，形成“阳极泥（主要成分为Au、Pt等贵金属）”。

（5）电解冶炼活泼金属Na、Mg、Al等。

【例题讲解】

【例1】镍氢电池是近年来开发出来的可充电电池，它可以取代会产生镉污染的镍镉电池。

镍氢电池的总反应式是：

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，氢气是负极

【解析】本题考查在题目创设的新情景中运用所学电化学知识，解决具体问题的能力。

首先是区别出充电运用的是电解原理，放电则是运用了原电池原理。

抓住电解池、原电池各极发生氧化还原反应的特点，结合题给的信息进行分析判断：

A：

原电池负极反应式为：

H2+OH-+e-

Ni（OH）2，pH下降。

故A不正确。

B：

原电池，NiO（OH）→Ni（OH）2，镍被还原。

故B也不正确。

同理可判断得：

正确答案为CD。

【例2】银器皿日久表面逐渐变黑色，这是由于生成硫化银，有人设计用原电池原理加以除去，其处理方法为：

将一定浓度的食盐溶液放入一铝制容器中，再将变黑的银器浸入溶液中，放置一段时间后，黑色会褪去而银不会损失。

试回答：

在此原电池反应中，负极发生的反应为________；正极发生的反应为_________；反应过程中产生有臭鸡蛋气味的气体，则原电池总反应方程式为___________________________。

【解析】要善于抓住题示信息，“黑色褪去而银不会损失”，必然发生变化：

Ag2S

Ag，显然这是原电池的正极反应，Ag2S+2e-

2Ag+S2-，负极反应为活泼金属发生氧化反应：

Al-3e-

Al3+。

正极生成的S2-和负极生成的Al3+在溶液中发生双水解：

2Al3++3S2-+6H2O

2Al（OH）3↓+3H2S↑，与题意产生臭鸡蛋气味的气体相吻合。

原电池的总反应为上述三个反应的加合：

3Ag2S+2Al+6H2O

6Ag+2Al（OH）3↓+3H2S↑。

一、选择题

1．阿波罗宇宙飞船上使用的是氢氧燃料电池，其电池反应为：

2H2+O2=2H2O，电解液为KOH，反应保持在较高温度，使H2O蒸发，下列叙述正确的是（）

A．此电池能发出蓝色火焰B.H2为正极，O2为负极

C．工作时，电解液的pH不断减小D.电极反应为：

负极2H2+4OH--4e-=4H2O；

正极O2+2H2O+4e-=4OH-

2．在常温下，用惰性电极电解饱和Na2CO3溶液，下列说法中不正确的是（）

A．溶液的pH不变B.溶液中Na2CO3的物质的量不变

C．Na2CO3溶液的浓度不变D.Na2CO3的水解程度不变

3．锌、溴蓄电池的充、放电的电池总反应为Zn+Br2

Zn2++2Br-

下列各反应：

①Zn-2e-=Zn2+②Br2+2e-=2Br-③2Br--2e-=Br2④Zn2++2e-=Zn，其中充电时的阳极和放电时的负极的反应分别是（）

A．①②B.③①C.④②D.③②

4．下列试管中的铁钉腐蚀最快的是（）

5．有a、b、c、d4种金属，可两两组成原电池，a都是正极；把4种金属放入足量的盐酸中，其中b和c溶解，过滤后，向滤液中加入稀NaOH溶液，得到含c的沉淀，则4种金属的活动性由强至弱的顺序可能是（）

A．a、c、b、dB.c、b、d、a

C．b、c、d、aD.a、b、c、d

6．将分别盛有熔融的氯化钾、氯化镁、氧化铝的三个电解槽串联，在一定条件下通电一段时间后，析出钾、镁、铝的物质的量之比是（）

A．1∶2∶3B.3∶2∶1C.6∶3∶1D.6∶3∶2

7．用铂电极电解CuSO4溶液，当铜离子浓度降至一半时，停止通电，若使CuSO4溶液恢复原浓度、原体积，应加入的适量适当物质是（）

A．CuSO4B.CuSO4·5H2OC.CuOD.Cu（OH）2

8．用石墨电极在一定温度下电解K2SO4饱和溶液mg。

当阴极产生amol气体时，从溶液中析出ng无水晶体。

则剩余溶液的溶质质量分数是（）

A．

B.

C.

D.

9．用Pt作电极，电解串联电路中分装在甲、乙两个烧杯中的200mL0.3mol/LNaCl溶液和30mL0.2mol/L的AgNO3溶液，当产生0.56L（标准状况）Cl2时停止电解，取出电极，将两杯溶液混合，混合液的pH为（设混合后总体积为500mL）（）

A．1.4B.5.6C.7D.12.6

10．某金属元素R的硝酸盐R（NO3）n溶液用Pt电极电解，阳极产生气体VL（标准状况下）时，阴极质量增加mg，若R的原子量为M下列叙述中不正确的是（）

A.电路中通过电子

molB.n=

C.溶液中

增加

molD.n=

1.D2.B3.B4.D5.C6.D7.C8.C9.C10.D