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电化学基础
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：
____________________。
【答案】B 银片：
2Ag＋＋2e－===2Ag 铜片：
Cu－2e－===Cu2＋
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↑
【答案】B
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）
【答案】
（1）√
（2）√ （3）√ （4）√ （5）×
答案：
小48PbPbO2对换
注：
原电池正、负极的判断
（1）根据电极材料判断：
相对活泼的电极作负极，相对不活泼的电极作正极。
（2）根据电子和电流流向判断：
电子由负极经外电路流向正极（注意溶液中无电子移动），电流由正极经外电路流向负极。
（3）根据电解质溶液中的阴、阳离子迁移方向判断：
阳离子移向正极，阴离子移向负极。
（4）根据电极反应类型判断：
负极发生氧化反应，正极发生还原反应。
（5）根据现象判断：
负极一般质量减少，变细；正极一般质量增加或有气泡产生。
（6）燃料电池中通入燃料的一极为负极，通入氧气的一极为正极。
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
【答案】B
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
【答案】A
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
【答案】C
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
【答案】A
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
【答案】D
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
Fe－2e－===Fe2＋
正 极
O2＋2H2O＋4e－===4OH－
2H＋＋2e－===H2↑
总反应式
2Fe＋O2＋2H2O===2Fe（OH）2
Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑
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——原电池原理
正极：
被保护的金属设备；
负极：
比被保护的金属更活泼的金属。
②外加电流的阴极保护法——电解原理
阴极：
被保护的金属设备；
阳极：
惰性电极。
（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
【答案】A
【答案】C
答案B
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（ ）
【答案】
（1）×
（2）√ （3）× （4）√ （5）×（6）× （7）× （8）×
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。
【答案】如下图所示
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
【答案】B
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
【答案】A
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
【答案】B
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）
【答案】D
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
【答案】B
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
【答案】A
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
【答案】A
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
【答案】D
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
【答案】D
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
【答案】B
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____________。
【答案】
（1）I－在E点失去电子转化为I2，淀粉遇I2变蓝色
（2）正 （3）2∶1∶4∶1
【解析】E点变蓝，可知发生反应：
2I－－2e－===I2，则N为电源正极。
A、B、C、D发生的电极反应分别为2Cu2＋＋4e－===2Cu；4OH－－4e－===2H2O＋O2↑；4Ag＋＋4e－===4Ag；4OH－－4e－===2H2O＋O2↑。
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________________________________________________________________________。
【答案】
（1）＋1 ＋2 Cu2O
（2）2H＋＋2e－===H2↑ Cu＋Cl－－e－===CuCl↓（或Cu＋OH－－e－===CuOH↓）
（3）①3Cu2O＋14H＋＋2NO
===6Cu2＋＋2NO↑＋7H2O
②Cu2O＋2H＋===Cu＋Cu2＋＋H2O
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：
_______________________________________________
________________________________________________________________________。
【答案】
（1）负 电镀 阴极：
2H＋＋2e－===H2↑；阳极：
2Cl－－2e－===Cl2↑
阴极：
Ag＋＋e－===Ag阳极：
Ag－e－===Ag＋
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________________________________________________________________________。
【答案】
（1）负
（2）溶液由无色逐渐变红色 4OH－－4e－===2H2O＋O2↑ （3）B （4）负 H2－2e－＋2OH－===2H2O
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