学案6 电化学基础.docx

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学案6电化学基础

学案6　电化学基础

最新考纲展示

　1.了解原电池和电解池的工作原理，能写出电极反应式和电池反应方程式。

2.了解常见化学电源的种类及其工作原理。

3.理解金属发生电化学腐蚀的原因、金属腐蚀的危害、防止金属腐蚀的措施。

基础回扣

1．按如图所示装置进行实验，并回答下列问题。

（1）判断装置的名称：

A池为________，B池为________。

（2）锌极为____极，Cu2＋在溶液中向________（填“Zn”或“Cu”）极运动。

（3）电极反应式

正极________________________________________________________________________，

负极________________________________________________________________________。

（4）若溶液X为滴有酚酞的KCl溶液

①石墨棒C1的电极反应式为______________________，石墨棒C2附近发生的实验现象为__________________________，溶液中的K＋向__________（填“C1”或“C2”）电极移动；

②当C2极析出224mL气体（标准状况时），锌的质量变化________（填“增加”或“减少”）________g，此时B中的溶液的体积为200mL，则pH为________。

（5）若溶液X为CuSO4溶液（足量）

①B池中总反应的离子方程式为______________________________________________；

②反应一段时间后，A池中Cu电极增重3.2g，要使B池溶液恢复到起始状态，向溶液中加入适量的________，其质量为________g。

2．如图所示水槽中试管内有一枚铁钉，放置数天后观察：

（1）铁钉在逐渐生锈，则铁钉的腐蚀属于____（填“化学”或“电化学”）腐蚀。

（2）若试管内液面上升，则原溶液呈__________性，发生__________腐蚀，正极反应式为__________________________。

（3）若试管内液面下降，则原溶液呈____性，发生__________腐蚀，正极反应式为________________________。

3．正误判断，正确的打“√”，错误的打“×”

（1）电解质溶液导电是化学变化，金属导电是物理变化（　　）

（2）电解法精炼铜时，用纯铜作阳极（　　）

（3）在镀件上镀铜时，电镀液中c（Cu2＋）几乎不变（　　）

（4）电解法精炼铜时，电解质溶液中各离子浓度基本不变（　　）

（5）金属作原电池的负极时被保护（　　）

（6）生活、生产中钢铁被腐蚀的原理主要是负极发生反应：

Fe－3e－===Fe3＋（　　）

（7）电解饱和食盐水时，电子的流向由负极→外电路→阴极→食盐水溶液→阳极→正极（　　）

（8）在浓硝酸中插入用导线连接的铝板和铜板，铝板为负极（　　）

（9）电镀时只能用镀层金属作阳极（　　）

（10）工业上可用电解MgCl2、AlCl3溶液的方法制取Mg和Al（　　）

题型1　电化学原理的核心——电极判断与方程式的书写

1．某同学组装了如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

2．镍氢电池（NiMH）目前已经成为混合动力汽车的一种主要电池类型。

NiMH中的M表示储氢金属或合金。

该电池在充电过程中的总反应方程式是：

Ni（OH）2＋M===NiOOH＋MH

已知：

6NiOOH＋NH3＋H2O＋OH－===6Ni（OH）2＋NO

下列说法正确的是（　　）

A．NiMH电池放电过程中，正极的电极反应式为NiOOH＋H2O＋e－===Ni（OH）2＋OH－

B．充电过程中OH－离子从阳极向阴极迁移

C．充电过程中阴极的电极反应式：

H2O＋M＋e－===MH＋OH－，H2O中的H被M还原

D．NiMH电池中可以用KOH溶液、氨水等作为电解质溶液

3．MnO2可作超级电容器材料。

用惰性电极电解MnSO4溶液可制得MnO2，其阳极的电极反应式是______________________________________________。

4．将烧碱吸收H2S后的溶液加入如图所示的电解池的阳极区进行电解。

电解过程中阳极区发生如下反应：

S2－－2e－===S　（n－1）S＋S2－===S

①写出电解时阴极的电极反应式：

______________________________________________；

②电解后阳极区的溶液用稀硫酸酸化得到硫单质，其离子方程式可写成_________________

________________________________。

1．原电池电极反应式的书写

（1）一般电极反应式的书写

（2）复杂电极反应式的书写

复杂的电极反应式＝总反应式－较简单一极的电极反应式

如CH4碱性燃料电池负极反应式的书写：

CH4＋2O2＋2OH－===CO

＋3H2O……总反应式

2O2＋4H2O＋8e－===8OH－……正极反应式

CH4＋10OH－－8e－===7H2O＋CO

……负极反应式

2．电解池电极反应式的书写步骤

（一）原电池中电极的判断及反应式的书写

1．小明同学在查阅资料时发现了一种电池结构如图所示，当光照在表面涂有氯化银的银片上时：

AgCl（s）

Ag（s）＋Cl（AgCl），接着Cl（AgCl）＋e－―→Cl－（aq），若将光源移除，电池会立即恢复至初始状态。

下列说法中不正确的是（　　）

A．Ag电极是电池的正极

B．光照时，Pt电极发生的反应为Cu＋－e－===Cu2＋

C．光照时，Cl－向Ag电极移动

D．光照时，电池总反应为AgCl（s）＋Cu＋（aq）

Ag（s）＋Cu2＋（aq）＋Cl－（aq）

2．固体氧化燃料电池（SOFC）的工作原理如图所示，已知电池中电解质为熔融固体氧化物，O2－可以在其中自由移动。

下列有关说法合理的是（　　）

A．电极b为电池负极，电极反应式为O2＋4e－===2O2－

B．固体氧化物的作用是让电子在电池内通过

C．若H2作为燃料气，接触面上发生的反应为H2＋OH－－2e－===H＋＋H2O

D．若C2H4作为燃料气，接触面上发生的反应为C2H4＋6O2－－12e－===2CO2＋2H2O

3．如图是某同学设计的一个简易的原电池装置，回答下列问题。

（1）若a为镁、b为CuCl2，则正极材料为________________，负极上的电极反应式为__________。

（2）若a为镁、b为NaOH，则Mg极上发生________（填“氧化”或“还原”）反应，负极上的电极反应式为______________。

（3）若a为铜、b为浓硝酸，则电流的方向为__________，正极上的电极反应式为______________。

（4）上述事实表明，确定原电池中电极的类型时，不仅要考虑电极材料本身的性质，还要考虑________________。

（二）组合装置中电极判断与反应式书写

4．如图所示装置中，a、b都是惰性电极，通电一段时间后（电解液足量），a极附近溶液显红色。

下列说法正确的是（　　）

A．a是负极，b是正极

B．CuSO4溶液的pH逐渐减小

C．铜电极上的反应式为Cu－2e－===Cu2＋

D．向NaCl溶液中加入一定量的盐酸，能使溶液与原来溶液完全一样

5．某兴趣小组设计如下微型实验装置。

实验时，先断开K2，闭合K1，两极均有气泡产生；一段时间后，断开K1，闭合K2，发现电流表A指针偏转。

下列有关描述正确的是（　　）

A．断开K2，闭合K1时，总反应的离子方程式为

2H＋＋2Cl－

Cl2↑＋H2↑

B．断开K2，闭合K1时，石墨电极附近溶液变红

C．断开K1，闭合K2时，铜电极上的电极反应式为Cl2＋2e－===2Cl－

D．断开K1，闭合K2时，石墨电极作正极

6．在下列装置中，MSO4和NSO4是两种常见金属的易溶盐。

当K闭合时，SO

从右到左通过交换膜移向M极，下列分析正确的是（　　）

A．溶液中c（M2＋）减小

B．N的电极反应式：

N===N2＋＋2e－

C．X电极上有H2产生，发生还原反应

D．反应过程中Y电极周围生成白色胶状沉淀

题型2　新型电源的工作原理

1．下列电池工作时，O2在正极放电的是（　　）

　　　A．锌锰电池　　　　B．氢燃料电池

　　　C．铅蓄电池　　　　　D．镍镉电池

2．已知：

锂离子电池的总反应为LixC＋Li1－xCoO2

C＋LiCoO2

锂硫电池的总反应为2Li＋S

Li2S

有关上述两种电池说法正确的是（　　）

A．锂离子电池放电时，Li＋向负极迁移

B．锂硫电池充电时，锂电极发生还原反应

C．理论上两种电池的比能量相同

D．下图表示用锂离子电池给锂硫电池充电

3．2013年3月我国科学家报道了如图所示的水溶液锂离子电池体系。

下列叙述错误的是（　　）

A．a为电池的正极

B．电池充电反应为LiMn2O4===Li1－xMn2O4＋xLi

C．放电时，a极锂的化合价发生变化

D．放电时，溶液中Li＋从b向a迁移

1．一种太阳能电池的工作原理如下图所示，电解质为铁氰化钾K3和亚铁氰化钾K4的混合溶液，下列说法不正确的是（　　）

A．K＋移向催化剂b

B．催化剂a表面发生的化学反应：

4－－e－===3－

C．Fe（CN）

在催化剂b表面被氧化

D．该池溶液中的4－和3－浓度基本保持不变

2．“ZEBRA”蓄电池的结构如图所示，电极材料多孔Ni/NiCl2和金属钠之间由钠离子导体制作的陶瓷管相隔。

下列关于该电池的叙述错误的是（　　）

A．电池反应中有NaCl生成

B．电池的总反应是金属钠还原三价铝离子

C．正极反应为NiCl2＋2e－===Ni＋2Cl－

D．钠离子通过钠离子导体在两电极间移动

3．液体燃料电池相比于气体燃料电池具有体积小等优点。

一种以液态肼（N2H4）为燃料的电池装置如图所示，该电池以空气中的氧气为氧化剂，以KOH溶液为电解质溶液。

下列关于该电池的叙述正确的是（　　）

A．b极发生氧化反应

B．a极的反应式为N2H4＋4OH－－4e－===N2↑＋4H2O

C．放电时，电流从a极经过负载流向b极

D．其中的离子交换膜需选用阳离子交换膜

题型3　电解规律的不寻常应用

1．以石墨为电极，电解KI溶液（含有少量的酚酞和淀粉）。

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

2．一定条件下，如图所示装置可实现有机物的电化学储氢（忽略其他有机物）。

①导线中电子移动方向为________。

（用A、D表示）

②生成目标产物的电极反应式为________________________________________________。

③该储氢装置的电流效率η＝________。

（η＝生成目标产物消耗的电子数/转移的电子总数×100%，计算结果保留小数点后1位）

3．H3PO2也可用电渗析法制备。

“四室电渗析法”工作原理如图所示（阳膜和阴膜分别只允许阳离子、阴离子通过）：

①写出阳极的电极反应式______________________________________________________。

②分析产品室可得到H3PO2的原因_______________________________________________

________________________________________________________________________。

③早期采用“三室电渗析法”制备H3PO2：

将“四室电渗析法”中阳极室的稀硫酸用H3PO2稀溶液代替。

并撤去阳极室与产品室之间的阳膜，从而合并了阳极室与产品室。

其缺点是产品中混有____________杂质。

该杂质产生的原因是___________________________________

_____________________________________。

4．离子液体是一种室温熔融盐，为非水体系。

由有机阳离子、Al2Cl

和AlCl

组成的离子液体作电解液时，可在钢制品上电镀铝。

钢制品应接电源的________极，已知电镀过程中不产生其他离子且有机阳离子不参与电极反应，阴极电极反应式为________________________________。

若改用AlCl3水溶液作电解液，则阴极产物为________。

“六点”突破电解池

（1）分清阴、阳极，与电池正极相连的为阳极，与电源负极相连的为阴极，两极的反应为“阳氧阴还”。

（2）剖析离子移向，阳离子移向阴极，阴离子移向阳极。

（3）注意放电顺序。

（4）书写电极反应式，注意得失电子守恒。

（5）正确判断产物

①阳极产物的判断首先看电极，如果是活性电极作阳极，则电极材料失电子，电极溶解（注意：

铁作阳极溶解生成Fe2＋，而不是Fe3＋）；如果是惰性电极，则需看溶液中阴离子的失电子能力，阴离子放电顺序为S2－>I－>Br－>Cl－>OH－（水）>含氧酸根>F－。

②阴极产物的判断直接根据阳离子的放电顺序进行判断：

Ag＋>Hg2＋>Fe3＋>Cu2＋>H＋>Pb2＋>Fe2＋>Zn2＋>H＋（水）>Al3＋>Mg2＋>Na＋

（6）恢复原态措施

电解后有关电解质溶液恢复原态的问题应该用质量守恒法分析。

一般是加入阳极产物和阴极产物的化合物，但也有特殊情况，如用惰性电极电解CuSO4溶液，Cu2＋完全放电之前，可加入CuO或CuCO3复原，而Cu2＋完全放电之后，应加入Cu（OH）2或Cu2（OH）2CO3复原。

（一）应用电解原理制备物质

1．下图为EFC剑桥法用固体二氧化钛（TiO2）生产海绵钛的装置示意图，其原理是在较低的阴极电位下，TiO2（阴极）中的氧解离进入熔盐，阴极最后只剩下纯钛。

下列说法中正确的是（　　）

A．阳极的电极反应式为2Cl－－2e－===Cl2↑

B．阴极的电极反应式为TiO2＋4e－===Ti＋2O2－

C．通电后，O2－、Cl－均向阴极移动

D．石墨电极的质量不发生变化

2．最近一些科学家研究采用高质子导电性的SCY陶瓷（能传递H＋）实验电解法合成氨，大大提高了氮气和氢气的转化率。

总反应式为N2＋3H2

2NH3。

则在电解法合成氨的过程中，应将H2不断地通入______（填“阴”或“阳”）极；向另一电极通入N2，该电极的反应式为________________。

3．该小组同学模拟工业上用离子交换膜法制烧碱的方法，可以设想用如图装置电解硫酸钾溶液来制取氢气、氧气、硫酸和氢氧化钾。

（1）该电解槽的阳极反应为______________。

此时通过阴离子交换膜的离子数________（填“大于”、“小于”或“等于”）通过阳离子交换膜的离子数。

（2）通电开始后，阴极附近溶液pH会增大，请简述原因____________________。

（3）若将制得的氢气、氧气和氢氧化钾溶液组合为氢氧燃料电池，则电池正极的电极反应为________________。

（二）材料处理

4．以NiSO4溶液为电解质溶液进行粗镍（含Fe、Zn、Cu、Pt、Au等杂质）的电解精炼，下列说法正确的是________（填代号）。

（已知氧化性：

Fe2＋

a．电解过程中，化学能转化为电能

b．粗镍作阳极，发生还原反应

c．利用阳极泥可回收Cu、Pt、Au等金属

d．粗镍精炼时通过的电量与阴极析出镍的质量成正比

5．将铝件与另一种材料作电极，以某种溶液作电解液进行电解，通电后在铝件与电解液的接触面上逐渐形成一层Al（OH）3薄膜，薄膜的某些部位存在着小孔，电流从小孔通过并产生热量使Al（OH）3分解，从而在铝件表面形成一层较厚的氧化膜。

某校课外兴趣小组根据上述原理，以铝件和铁棒为电极，一定浓度的NaHCO3溶液为电解液进行实验。

（1）铝件表面形成Al（OH）3的电极反应式是________________________________。

（2）电解过程中，必须使电解液pH保持相对稳定（不能太大，也不能太小）的原因是______________________________________________。

（3）用NaHCO3溶液作电解液，会减缓阴极区溶液pH的增大，能说明这一原理的离子方程式为____________________________________。

（三）废水处理

6．某工厂采用电解法处理含铬废水，耐酸电解槽用铁板作阴、阳极，槽中盛放含铬废水，原理示意图如右，下列说法不正确的是（　　）

A．A为电源正极

B．阳极区溶液中发生的氧化还原反应为Cr2O

＋6Fe2＋＋14H＋===2Cr3＋＋6Fe3＋＋7H2O

C．阴极区附近溶液pH降低

D．若不考虑气体的溶解，当收集到H213.44L（标准状况）时，有0.1molCr2O

被还原

7．Ⅰ.某同学用FeCl3溶液吸收H2S，得到单质硫；过滤后，再以石墨为电极，在一定条件下电解滤液。

（1）FeCl3与H2S反应的离子方程式为____________________________________。

（2）电解池中H＋在阴极放电产生H2，阳极的电极反应为__________________。

Ⅱ.电化学降解NO

的原理如图所示。

（1）电源正极为________（填“A”或“B”），阴极反应为____________________。

（2）若电解过程中转移了2mol电子，则膜两侧电解液的质量变化差（Δm左－Δm右）为________g。

题型4　金属的腐蚀与防护

1．右图是实验室研究海水对铁闸不同部位腐蚀情况的剖面示意图。

①该电化腐蚀称为____________。

②图中A、B、C、D四个区域，生成铁锈最多的是__________（填字母）。

2．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。

抓住金属腐蚀的本质，依据金属活动性顺序进行判断。

（1）常见的电化学腐蚀有两类：

①形成原电池时，金属作负极，大多数是吸氧腐蚀；

②形成电解池时，金属作阳极。

（2）金属防腐的电化学方法：

①原电池原理——牺牲阳极的阴极保护法：

与较活泼的金属相连，较活泼的金属作负极被腐蚀，被保护的金属作正极。

注意：

此处是原电池，牺牲了负极保护了正极，但习惯上叫做牺牲阳极的阴极保护法。

②电解池原理——外加电流的阴极保护法：

被保护的金属与原电池负极相连，形成电解池，作阴极。

1．利用下图装置进行实验，开始时，a、b两处液面相平，密封好，放置一段时间。

下列说法不正确的是（　　）

A．a管发生吸氧腐蚀，b管发生析氢腐蚀

B．一段时间后，a管液面高于b管液面

C．a处溶液的pH增大，b处溶液的pH减小

D．a、b两处具有相同的电极反应式：

Fe－2e－===Fe2＋

2．下列与金属腐蚀有关的说法，正确的是（　　）

A．图1中，铁钉易被腐蚀

B．图2中，滴加少量KSCN溶液，生成红色沉淀

C．图3中，燃气灶的中心部位容易生锈，主要是由于高温下铁发生化学腐蚀

D．图4中，用牺牲镁块的方法来防止地下钢铁管道的腐蚀，镁块相当于原电池的正极

3．对金属制品进行抗腐蚀处理，可延长其使用寿命。

（1）以铝材为阳极，在H2SO4溶液中电解，铝材表面形成氧化膜，阳极电极反应式为__________________。

（2）镀铜可防止铁制品腐蚀，电镀时用铜而不用石墨作阳极的原因是__________________。

在此过程中，两个电极上质量的变化值：

阴极__________阳极（填“>”、“<”或“＝”）。

（3）利用右图所示的装置，可以模拟铁的电化学防护。

若X为碳棒，为减缓铁的腐蚀，开关K应置于________（填“M”或“N”）处。

若X为锌，开关K置于M处，该电化学防护法称为________________。