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1、24 电化学原理新课标2011届高考化学二轮专题复习学案：2.4 电化学原理（新课标）【考纲点击】1.了解原电池的工作原理，能写出电极反应式和电池总反应式。2.了解常见化学电源的种类及其工作原理。3.了解电解池的工作原理，能写出电极反应式和电池反应方程式。4.了解金属发生电化学腐蚀的原因、金属腐蚀的危害和防止金属腐蚀的措施。【核心要点突破】一、 原电池、电解池电极反应及总反应式的书写无论是原电池还是电解池，其电极反应均是氧化还原反应，因此电极反应时的书写要遵循质量守恒、电子守恒及电荷守和。书写时先对电极材料和溶液介质情况分析，再书写电极反应式和总反应式。1.原电池中电极反应式的书写（1）先确定

2、原电池的正负极，列出正负极上的反应物质，并标出相同数目电子的得失。（2）注意负极反应生成的阳离子与电解质溶液中的阴离子是否共存。若不共存，则该电解质溶液中的阴离子应写入负极反应式；若正极上的反应物质是O2，且电解质溶液为中性或碱性，则水必须写入正极反应式中，且O2生成OH-，若电解质溶液为酸性，则H+必须写入正极反应式中，O2生成水。（3）正负极反应式相加，消取得失电子数目及两边的介质离子，得到电池氧化还原反应的总反应式。若已知电池反应的总反应式，可先写出较易书写的电极反应式，然后在电子守恒的基础上，总反应式减去较易写出的电极反应式，即得到较难写出的电极反应式。2.电解池中电极反应式的书写（1

3、）首先看阳极材料，如果阳极是活泼电极（金属活动顺序表Ag以前），则应是阳极失电子，阳极不断溶解，溶液中的阴离子不能失电子。（2）如果阳极是惰性电极（Pt、Au、石墨），则应是电解质溶液中的离子放电，应根据离子的放电顺序进行书写电极反应式。阳极（惰性电极）发生氧化反应，阴离子失去电子被氧化的顺序为：S2-SO32-I-Br -Cl-OH-水电离的OH-含氧酸根离子F-。阴极发生还原反应，阳离子得到电子被还原的顺序为：Ag+Hg2+Fe3+Cu2+（酸电离出的H+）Pb2+Sn2+Fe2+Zn2+（水电离出的H+）Al3+Mg2+Na+Ca2+K+。（注：在水溶液中Al3+、Mg2+、Na+、Ca

4、2+、K+这些活泼金属阳离子不被还原，这些活泼金属的冶炼往往采用电解无水熔融态盐或氧化物而制得）。（3）根据实际反应物写总电解方程式。3.特殊情况电极反应式的书写在书写电极反应式时，一定要注意一些特殊情况。（1）注意溶液中的离子浓度的改变会引起离子放电顺序的改变溶液中的离子浓度改变，有时可导致离子放电顺序的改变。例：在给某镀件镀锌时，电镀液是饱和ZnCl2溶液，试写出该电镀池的电极反应式。解析：在饱和ZnCl2溶液中，Zn2+的浓度远大于水电离出来的H+的浓度，所以阴极应是Zn2+放电，而不是H+放电。其电极反应式为：阳极：Zn2e-= Zn2+；阴极：Zn2+2e-= Zn。（2）注意电解质

5、溶液的改变会引起电极正负的改变在原电池中，一般较活泼金属作负极，但当电解质溶液发生改变时，较活泼金属就不一定作负极了。例：将铜片和铝片用导线相连，分别同时插入稀H2SO4和浓HNO3中，写出两池的电极反应式。解析：在稀H2SO4作电解质溶液的原电池中，较活泼的铝被氧化作负极，铜作正极。其电极反应为：负极（Al）：2Al6e-=2Al3+；正极（Cu）：6H+6e-= 3H2。在浓HNO3作电解质溶液的原电池中，因为Al在浓HNO3中钝化，较不活泼的铜作负极，其电极反应为：负极（Cu）：Cu2e-= Cu2+；正极（Al）：2NO3-+4H+2e-=2 NO2+2H2O。但随着反应的进行，浓HN

6、O3逐渐变稀，正极电极反应又有：NO3-+4H+3e-= NO+2H2O。（3）注意电解质溶液的酸碱性改变会引起电极反应的改变有些电池若改变其电解质溶液的酸碱性，虽不会改变电池的正负极，但却改变了电极反应。例：若将例2中的电解质KOH溶液改为稀硫酸，其它条件不变，试写出该电池两极的电极反应式。解析：该题虽只改变了电解质溶液的酸碱性，但总反应式与例2不相同了，其总反应式为CH4+2O2CO2+2H2O。这样，在正极上O2得电子生成的O2-会与稀硫酸中的H+结合生成水，而不再生成OH-（OH-能与H+继续反应生成水）。正极反应式为：2O2+8H+8e- = 4H2O，负极上的反应式则可用总反应式减

7、去正极反应式（电子守恒）得：CH4+2H2O8e-= CO2+8H+。【典题训练1】（2010广东高考T236分）铜锌原电池（如图9）工作时，下列叙述正确的是 A 正极反应为：Zn2e-=Zn2+ B 电池反应为：Zn+Cu2+=Zn2+ +Cu C 在外电路中，电子从负极流向正极 D 盐桥中的K+移向ZnSO4溶液 【命题立意】本题主要考查电化学，属于电化学中的基础试题。本题是由课本中的课后习题改编而成，说明课后习题的重要性，源于课本且新于课本，因此考查同学们学习过程中是否具备触类旁通、举一反三、勇于创新的精神，既属于基本知识的考查又属于能力的考查。【思路点拨】先由图示条件判断原电池的正负极

8、再结合原电池原理及原电池的有关性质进行判断【规范解答】选BC。Zn是原电池的负极，故A错；原电池总反应与没有形成原电池时的氧化还原反应相同，故B正确；根据闭合回路的电流方向，在外电路中，电流由正极流向负极，因电子流向与电流的方向相反，即电子由负极流向正极，故C正确；在溶液中，阳离子向正极移动，故D错。二、电解质溶液的电解规律及有关的计算方法1.电解规律（惰性电极）溶质类别电解总反应式来源:学。科。网Z。X。X。K相当于电解电解质溶液浓度溶液pH电解质溶液复原所需加入物质来源:学。科。网Z。X。X。KNaOH溶液强碱2H2O2H2+O2来源:学。科。网水来源:学|科|网Z|X|X|K来源:学*科

9、*网增大升高来源:Zxxk.Com水H2SO4溶液来源:Z+xx+k.Com含氧酸增大降低水Na2SO4溶液活泼金属的含氧酸盐增大不 变(两极混合液)水CuCl2溶液不活泼金属的无氧酸盐CuCl2Cu+Cl2电解质本身减小接近7CuCl2HCl溶液无氧酸2HClH2+Cl2减小升高HClNaCl溶液活泼金属的无氧酸盐2NaCl+2H2OH2+2NaOH+Cl2电解质与水生产新电解质升高HClCuSO4溶液不活泼金属的含氧酸盐2CuSO4+2H2O2Cu+O2+2H2SO4生产新电解质降低CuCl22.主要计算方法原电池和电解池的计算包括两极产物的定量计算、溶液pH的计算、相对原子质量和阿伏加德

10、罗常数测定的计算、根据电荷量求产物的量与根据产物的量求电荷量等的计算。不论哪类计算，均可概括为下列三种方法：1 根据电子守恒法计算：用于串联电路、阴阳两极产物、正负两极产物、相同电荷量等类型的计算，其依据是阴、阳两级转移的电子的物质的量相等。根据电荷守恒法。电解质溶液中阳离子所带正电荷总数与阴离子所带负电荷总数相等。要特别注意守恒关系中换算单位的统一。3 根据总反应式计算：先写出电极反应式，再写出总反应式，最后根据总反应式列比例式计算，混合溶液的电解要分清阶段，理清两级电解过程中的电子守恒。【典题训练2】（2010海南高考T94分）利用电解法可将含有Fe、Zn、Ag、Pt等杂质的粗铜提纯，下列

11、叙述正确的是 A电解时以精铜作阳极 B电解时阴极发生还原反应 C粗铜连接电源负极，其电极反应是Cu =Cu2+ + 2e D电解后，电解槽底部会形成含少量Ag、Pt等金属的阳极泥【命题立意】本题考查电解池的基本原理及其应用，理解工业精炼铜的原理方法。【思路点拨】电解精炼金属的过程：【规范解答】选BD。电解法精炼金属铜时，粗铜作阳极，失去电子逐渐溶解，Cu2+得到电子后析出，附着在阴极上，故精铜作阴极；在电解池中，阴极接电源的负极，发生还原反应，阳极接电源的正极，发生氧化反应，A、C错误B正确；越活泼的金属越易失去电子，故比铜活泼的Fe、Zn先失去电子，变成Fe2+、Zn2+进入溶液，然后是铜失

12、去电子，变成Cu2+进入溶液， 因Ag、Pt等金属不如铜活泼，故在铜溶解后便沉淀在阳极底部成为阳极泥，D正确。【类题拓展】电解原理的另一应用是电镀，其原理为：【高考真题探究】1. （2010福建理综T116分）(铅蓄电池的工作原理为：研读下图，下列判断不正确的是A. K 闭合时，d电极反应式：B. 当电路中转移0.2mol电子时，I中消耗的为0.2 molC. K闭合时，II中向c电极迁移D. K闭合一段时间后，II可单独作为原电池，d电极为正极【命题立意】本题以蓄电池为载体，着重考查了考生对电化学相关知识的掌握情况，其中涉及到了电极反应式的书写、化学计算、离子移动方向的判断以及蓄电池的工作原

13、理的考查。将电化学有关知识与元素化合物、化学计算等学科内知识综合在一起进行考查，是高考命题的一个新的变化。【思路点拨】解答本题应注意以下几个问题：（1）书写电极反应式时应看清充放电的方向，同时注意元素价态的变化。（2）结合装置，正确判断电极情况。（3）熟练掌握蓄电池工作原理。【规范解答】选C。选项A ：K闭合时为原电池，为电解池，中发生充电反应，d电极为阳极发生氧化反应，其反应式为PbSO4 + 2H2O -2e- = PbO2 + 4H+ + SO42- 所以A正确。选项B：在上述总反应式中，得失电子总数为2e-，当电路中转移0.2mol电子时，可以计算出中消耗的硫酸的量为0.2mol，所以

14、B项正确。选项C：K闭合时d是阳极，阴离子向阳极移动，所以C项错误。选项D：K闭合一段时间，也就是充电一段时间后可以作为原电池，由于c表面生成Pb，放电时做电源的负极，d表面生成PbO2，做电源的正极，所以D项正确。2. （2010江苏高考T114分） 如图是一种航天器能量储存系统原理示意图。 下列说法正确的是 A该系统中只存在3种形式的能量转化 B装置Y中负极的电极反应式为： O2+2H2O+4e=4OH C装置X能实现燃料电池的燃料和氧化剂再生 D装置X、Y形成的子系统能实现物质的零排放，并能实现化学能与电能间的完全转化【命题立意】本题以一种航天器能量储存系统为背景，考查能量转化及原电池、

15、电解池相关原理。注意能量转化的损耗，体现化学的真实性。【思路点拨】注意从电解池和原电池有关原理分析系统中物质的转化、书写电极反应式，结合流程图、电化学原理分析系统中的能量转化，注意能量转化的损耗。【规范解答】选C。A项，该系统有太阳能转化为电能，电能转化为化学能，化学能转化为电能，电能转化为机械能，太阳能转化为机械能多种能量转化形式，A项错；B项，装置Y为原电池，负极发生氧化反应，应是H2反应，B项错；C项，装置X为电解池，其作用是将水转化为燃料（氢气）和氧化剂（氧气），C项正确；D项，化学能与电能间不可能完全转化，D项错。【类题拓展】原电池电解池能量转化化学能电能电能化学能两极反应正极（还原

16、反应）阳极（氧化反应）负极（氧化反应）阴极（还原反应）3. (2010新课标全国卷T126分) 根据右图，可判断出下列离子方程式中错误的是 A2Ag(s) + Cd2+(aq) = 2Ag+(s) + Cd(s)B. Co2+（aq）+ Cd(s) = Co（s）+ Cd2+（aq） C. 2Ag+ (aq) + Cd(s) = 2Ag(s) + Cd2+（aq） D. 2Ag+ (aq) + Co（s）=2Ag(s) + Co2+（aq） 【命题立意】本题主要考查原电池的有关知识。【思路点拨】构成原电池时，必须存在一个能够自发进行的氧化还原反应。【规范解答】选A。第一个原电池装置中，Cd作负

17、极，Co作正极，自发进行的氧化还原反应是Co2+（aq）+ Cd(s) = Co（s）+ Cd2+（aq）；第二个原电池装置中，Co作负极，Ag作正极，自发进行的氧化还原反应是2Ag+ (aq) + Co（s）=2Ag(s) + Co2+（aq）。由以上两个方程式相加可得2Ag+ (aq) + Cd(s) = 2Ag(s) + Cd2+（aq），因此B、C、D都正确，Cd2+不能氧化Ag，所以A不正确，故本题选A。4. （2010北京高考T66分）下列有关钢铁腐蚀与防护的说法正确的是钢管与电源正极连接，钢管可被保护铁遇冷浓硝酸表面钝化，可保护内部不被腐蚀钢管与铜管露天堆放在一起，钢管不易被腐蚀

18、 钢铁发生析氢腐蚀时，负极反应是【命题立意】本题以生活中的钢铁腐蚀与防护为背景,体现了原电池和电解池的相关内容，主要考查电化学的基础知识。【思路点拨】原电池中负极、电解池中阴极受保护，不被腐蚀。【规范解答】选B。A中钢管与电源正极连接，成为电解池的阳极而溶解，加速了钢管的腐蚀，故A项不符合题意。铁遇冷浓硝酸表面钝化，形成了一层致密的氧化物保护膜，可保护内部不被腐蚀，故B正确。钢管与铜管露天堆放在一起，潮湿的空气作为电解质溶液，铜管为正极、钢管为负极发生电化学腐蚀，加速了钢管的腐蚀，故C项不合题意。钢铁发生析氢腐蚀时，负极反应应是Fe2e=Fe2+，故D项不合题意。【类题拓展】构成原电池，当作负

19、极时会加快金属的腐蚀。一般来说，金属腐蚀快慢的顺序是：电解原理引起的腐蚀（作阳极）原电池原理引起的腐蚀（作负极）一般的化学腐蚀；当金属受保护时，保护效果排序是：电解原理保护（作阴极）原电池原理保护（作正极）一般的保护措施 。5. （2010山东高考T2912分）对金属制品进行抗腐蚀处理，可延长其使用寿命。（1）以下为铝材表面处理的一种方法：碱洗的目的是除去铝材表面的自然氧化膜，碱洗时常有气泡冒出，原因是_（用离子方程式表示）。为将碱洗槽液中铝以沉淀形式回收，最好向槽液中加入下列试剂中的_。aNH3 bCO2 cNaOH dHNO3 以铝材为阳极，在H2SO4 溶液中电解，铝材表面形成氧化膜，阳

20、极电极反应为_。取少量废电解液，加入NaHCO3，溶液后产生气泡和白色沉淀，产生沉淀的原因是_。（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_。（3）利用如图装置，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_处。 若X为锌，开关K置于M处，该电化学防护法称为_。【命题意图】考查铝及其化合物的性质、电极反应式的书写、盐类水解、电镀及金属防腐的方法。【思路点拨】Al(OH)3不溶于弱酸，也不溶于弱碱，但是碳酸的酸性强于偏铝酸，故NaAlO2溶液中通入CO2会有白色沉淀Al(OH)3生成；单种离子的水解程度不大，一般不会产生气体或沉淀，当两种离子相互促进水解

21、时，往往容易产生气体或沉淀。【规范解答】(1) 冒气泡的原因是Al与NaOH反应，化学方程式为：2Al+2OH-+2H2O=2AlO2-+3H2；使AlO2-生成沉淀，最好是通入CO2，若加HNO3，沉淀容易溶解。阳极是Al发生氧化反应，要生成氧化膜,还必须有H2O参加，故电极反应式为：2Al+3H2O-6e -=Al2O3+6H+；加入NaHCO3溶液后产生气泡和白色沉淀，是由于废电解液中含有Al3+和HCO3-相互促进水解。(2)电镀时，阳极Cu可以发生氧化反应生成Cu2+,以补充Cu2+.(3)铁被保护，可以是做原电池的正极，或者电解池的阴极，故若X为碳棒，开关K应置于N处，Fe做阴极受

22、到保护；若X为锌，开关K置于M处，铁是做正极，锌作负极，称为牺牲阳极的阴极保护法。【答案】(1)2Al+2OH+2H2O=2AlO2+3H2； b2Al+3H2O6e=Al2O3+6H+；因为Al3+和HCO3相互促进水解：Al3+3HCO3=Al(OH)3+3CO2(2)阳极Cu可以发生氧化反应生成Cu2+。(3) N 牺牲阳极阴极保护法【类题拓展】1电镀：待镀金属制品作阴极，镀层金属作阳极，含有镀层金属离子的溶液作电镀液，阳极反应：M ne- =Mn+（进入溶液），阴极反应Mn+ + ne- =M（在镀件上沉积金属）2电解精炼铜：以粗铜为阳极，精铜为阴极，含铜离子的溶液作电解质溶液。电解时

23、发生如下反应：阳极（粗铜）：Cu -2e- = Cu2+；阴极（纯铜）：Cu2+ + 2e- = Cu。3电冶金：Na、Mg、Al的制取，如，电解熔融NaCl制金属Na：2NaCl(熔融) =2Na + Cl2。4金属腐蚀的快慢：在相同的电解质溶液中，金属腐蚀的快慢一般为：电解池的阳极原电池负极化学腐蚀电解池阴极、原电池正极。5金属腐蚀和电化学腐蚀的比较：电化学腐蚀（吸氧腐蚀）化学腐蚀条件不纯金属或合金与电解质溶液接触构成微小原电池金属跟接触物质（多为非电解质）直接反应现象有微弱电流产生无电流产生结果活泼金属被腐蚀较不活泼金属得到保护各种金属都有可能被腐蚀实例负极： 2Fe-4e-=2Fe2+

24、正极： O2+2H2O+4e-=4OH-2Fe+3Cl2=2FeCl3（某些工厂）本质金属原子失去电子被氧化而损耗联系两种腐蚀同时发生，但电化腐蚀较化学腐蚀普遍，钢铁以吸氧腐蚀常见金属的防护改变金属内部结构，如制成不锈钢；在金属表面覆盖保护层，如电镀、涂油、喷漆、搪瓷、镀氧化膜（致密），目的使金属制品与周围物质隔开；电化学保护法（被保护金属作为原电池的正极或电解池的阴极）6. （2010天津高考T714分）X、Y、Z、L、M五种元素的原子序数依次增大。X、Y、Z、L是组成蛋白质的基础元素，M是地壳中含量最高的金属元素。回答下列问题： L的元素符号为_ ；M在元素周期表中的位置为_；五种元素的原

25、子半径从大到小的顺序是_（用元素符号表示）。 Z、X两元素按原子数目比l3和24构成分子A和B，A的电子式为_，B的结构式为_。 硒（se）是人体必需的微量元素，与L同一主族，Se原子比L原子多两个电子层，则Se的原子序数为_，其最高价氧化物对应的水化物化学式为_。该族2 5周期元素单质分别与H2反应生成l mol气态氢化物的反应热如下，表示生成1 mol硒化氢反应热的是_（填字母代号）。a+99.7 molL1 b+29.7 molL1 c20.6 molL1 d241.8 kJmol1 用M单质作阳极，石墨作阴极，NaHCO3溶液作电解液进行电解，生成难溶物R，R受热分解生成化合物Q 。写

26、出阳极生成R的电极反应式：_；由R生成Q的化学方程式：_。【命题立意】本题以元素的推断为背景，综合考查了元素符号的书写、元素位置的判断和原子半径大小的比较；考查了电子式、结构式的书写，元素周期律和电极反应式、化学方程式的书写，是典型的学科内综合试题。【思路点拨】解答本题的突破口是地壳中含量最高的金属元素和蛋白质的组成。【规范解答】(1)X、Y、Z、L是组成蛋白质的四种元素且原子序数依次增大，故分别为：H、C、N、O元素；M是地壳中含量最高的元素，为Al，其在周期表的位置为第3周第A族；再根据五种元素在周期表的位置，可知半径由大到小的顺序是：AlCNOH。(2) N和H 1：3构成的分子为NH3

27、，电子式为；2：4构成的分子为N2H4，其结构式为。(3)Se比O多两个电子层，共4个电子层，14电子层上的电子数分别为：2、8 、18、6，故其原子序数为34；其最高价氧化物对应的水化物的化学式类似H2SO4，为H2SeO4。非金属性越强，与氢气反应放出的热量越多，故25周期放出的热量依次是：d、c、b、a，则第四周期的Se对应的是b。(4)Al作阳极失去电子生成Al3+，Al3+3HCO3-=Al(OH)3+3CO2，2Al(OH)3Al2O3+3H2O。【答案】(1)O 第三周第A族 AlCNOH(2) (3) 34 H2SeO4 b(4) Al-3e-Al3+ Al3+3HCO3-=A

28、l(OH)3+3CO2 2Al(OH)3Al2O3+3H2O。【类题拓展】电解时电极产物的判断（1）阳极产物的判断：首先看阳极电极材料，若阳极电极材料是活性电极（金属活动性顺序表中Ag之前的金属单质），则阳极电极材料失去电子，阳极溶解，溶液中的阴离子不发生变化；若阳极电极材料是惰性电极（Pt、Au、石墨），则要看溶液中阴离子的失电子能力，此时可根据阴离子放电顺序加以判断，阴离子的放电顺序为：S2-I-Br-Cl-OH-含氧酸根离子F-。（2）阴极产物的判断：直接根据阳离子放电顺序加以判断，阳离子的放电顺序与金属活动性顺序表相反，其中：Ag+Fe3+Cu2+H+；电镀时：Zn2+H+。强调：阴极

29、电极材料与金属活动性无关。【专题模拟演练】一、选择题1. 普通水泥在固化过程中自由水分子减少并形成碱性溶液。根据这一物理化学特点，科学家发明了电动势法测水泥的初凝时间。此法的原理如图所示，反应的总方程式为：2Cu+Ag2O=Cu2O十2Ag下列有关说法正确的是A工业上以黏土、石灰石和石英为主要原料来制造普通水泥B负极的电极反应式为：C测量原理示意图中，电流方向从Cu经过导线流向Ag2OD电池工作时，溶液中向正极移动2.右图是水煤气(成分为CO、H2)空气燃料电池的工作原理示意图，a、b均为惰性电极。下列叙述中正确的是 （ ）AA处通人的是空气，B处通人的是水煤气Ba电极发生还原反应，b电极发生氧化反应 Ca电极的反应式包括：CO+4OH+2e=CO+2H2OD如用这种电池电镀铜，待镀金属增重6.4 g，则至少消耗标准状况下的水煤气2.24 L3.已知锌能溶解在NaOH溶液中，生成Na2和H2。某同学据此设计了测定镀锌铁皮镀层厚度的实验方案，将单侧面积为S、质量为m1的镀锌铁皮与石墨用导线相连，放入6mol/L NaOH溶液中：当石墨棒上不再有气泡产生时，取出铁片用水冲洗、烘干后称量，得质量为m2。下列说法正确的是A设锌镀层厚度为h ，锌的密度为