高中化学选修4之知识讲解《电化学基础》单元复习与测试提高.docx

1、高中化学选修4之知识讲解电化学基础单元复习与测试提高电化学单元复习与巩固【学习目标】1、进一步了解原电池的工作原理，能写出其电极反应和电池反应方程式。2、了解常见的化学电源的种类及其工作原理，知道它们在生产、生活和国防中的实际应用。3、了解电解池的工作原理，知道电解在氯碱工业、电镀、电冶金方面的应用。4、能解释金属发生电化学腐蚀的原因，认识金属腐蚀的危害，知道防护金属腐蚀的方法，并能从实验探究中获得体会。【知识网络】【要点梳理】要点一、原电池、电解池、电镀池的比较。原电池电解池电镀池定义将化学能转化成电能的装置将电能转化成化学能的装置应用电解原理在某些金属表面镀上一层其他金属（或合金）的装置装

2、置举例形成条件活泼性不同的两电极（连接）电解质溶液（电极插入其中并与电极自发反应）形成闭合回路两电极接直流电源两电极插入电解质溶液形成闭合回路镀层金属接电源正极。镀件（待镀金属）接电源负极电镀液必须含有镀层金属离子（电镀过程浓度不变）电极名称负极：较活泼金属（电子流出的极）正极：较不活泼金属或能导电的非金属（电子流入的极）阳极：与电源正极相连的极阴极：与电源负极相连的极名称同电解池，但有限制条件阳极：必须是镀层金属阴极：镀件电极反应负极：发生氧化反应，失电子正极：发生还原反应，溶液中的阳离子或氧气得电子阳极：发生氧化反应，溶液中的阴离子失电子，或金属电极失电子阴极：发生还原反应，溶液中阳离子得

3、电子阳极：镀层金属电极失电子（溶解）阴极：电镀液中阳离子得电子（在电镀控制的条件下，水电离产生的H+及OH一般不放电） 要点诠释：原电池、电解池、电镀池的判断规律 若无外接电源，可能是原电池，然后依据原电池的形成条件分析判定，主要思路是“三看”： 先看电极：两极为导体且活泼性不同； 再看溶液：两极插入电解质溶液中： 后看回路：形成闭合回路或两极接触。 若有外接电源，两极插入电解质溶液中，则可能是电解池或电镀池。当阳极金属与电解质溶液中的金属阳离子相同，一般为电镀池，其余情况为电解池。要点二、电极反应式和总反应式的书写。 1、由原电池或电解池装置书写电极反应式、总反应式。对于原电池，根据电极材料

4、、电解质溶液及反应现象，先确定正、负极，然后写出电极反应式。在确保正、负两极转移电子数目相同的条件下，将正、负两极电极反应式相加即得电池的总反应式。 2、对于电解池，先根据电源确定阴、阳两极、然后确定阳极是否是活性金属电极，最后根据电极类型及电解质溶液中阴、阳离子的放电顺序写出电极反应式。在确保阴、阳两极转移电子数目相同的条件下，将两极电极反应式合并即得总反应式。要点三、由氧化还原反应方程式书写电极反应式。 先根据氧化还原反应方程式找出发生氧化反应和还原反应的物质，确定两极名称和反应物，然后利用电子守恒分别写出两极反应式。若写出一极反应式，而另一极反应式不好写，可用总反应式减去已写出的电极反应

5、式即得另一电极反应式。 要点诠释：可充电电池放电时作原电池，充电时作电解池，两池的电极反应式正好相反，即电解池的阴极反应式对应于原电池的负极反应的逆反应式，电解池的阳极反应式对应于原电池正极反应的逆反应式，但电解池反应与原电池反应并不是相应的可逆反应。要点四、离子放电顺序及电解产物的判断。 1、阳极产物判断。首先看电极，若是活性电极（除金、铂外的金属），则电极材料本身失电子，电极被溶解形成阳离子进入溶液；若是惰性电极（如石墨、铂、金等），则根据溶液中阴离子放电顺序加以判断。阳极放电顺序： 阳极：金属（除Au、Pt外）S2IBrClOH含氧酸根 （活性电极） （惰性电极） 2、阴极产物的判断。

6、直接根据溶液中阳离子放电顺序加以判断。阳离子放电顺序：Ag+Hg2+Fe3+Cu2+（H+）Pb2+Sn2+Fe2+Zn2+H+Al3+Mg2+Na+Ca2+K+ 注意：前一个H+指其浓度与其他离子的浓度相近，后一个H+指其浓度很小，即来自水的电离；Fe3+得电子能力大于Cu2+，但第一阶段只能被还原到Fe2+；Pb2+、Sn2+、Fe2+、Zn2+在控制一定条件即电镀时也能在水溶液中放电；A13+、Mg2+、Na+、Ca2+、K+只能在熔融状态下放电。要点五、电解原理得出的推论。 1、在电解过程中，无论什么材料的电极，其阴极质量一定不会减少，阳极质量一定不会增加。 2、在电解过程中，若某电极

7、质量减少，则该电极一定是与电源正极相连的活泼金属，若某电极质量增加。则该电极一定是与电源负极相连的阴极，此时溶液中一定存在氧化性强于H+的金属离子。 3、在电解过程中，若阳极质量不变，则阳极一定是惰性电极，且此电极上一定有气体产生。若阴极质量不变，则此电极上一定有气体产生，且该气体一定是H2。 4、溶液中，若阳离子的放电能力强于H+，而阴离子的放电能力强于OH时，电解的实质是：电解电解质本身。 5、溶液中，若阳离子的放电能力强于H+，而阴离子的放电能力弱于OH时，电解的实质是：电解质的阳离子和水电离出的OH放电，溶液的pH一定变小。如电解CuSO4溶液。 6、溶液中，若阳离子的放电能力弱于H+

8、，而阴离子的放电能力强于OH时，电解的实质是：电解质的阴离子和水电离出的H+放电，溶液的pH一定变大。如电解KCl溶液。 7、溶液中，若阳离子的放电能力弱于H+，而阴离子的放电能力弱于OH时，电解的实质是：电解水，溶液的浓度一定变大。若原溶液呈酸性，则溶液的pH变小，如电解H2SO4溶液；若原溶液呈碱性，则溶液的pH变大，如电解NaOH溶液；若原溶液呈中性，则溶液的pH不变，如电解Na2SO4溶液。 8、在电解过程中，若电解质溶液的浓度保持不变，则阳极一定是由电解质阳离子的金属电极的材料构成，且阳极溶解，质量一定减少。而阴极一定有与阳极相同的金属单质析出。且两者（溶解与析出）的质量一定相等，即

9、电镀。 9、在电解过程中，若电解质溶液的质量增加，则表明阳极一定是活性电极；若电解质溶液的质量减少，则表明阳极不溶解，或阳极虽溶解，但其金属的相对原子质量一定比原电解质溶液中阳离子对应的金属的相对原子质量小。 附：用惰性电极电解下列电解质溶液变化情况简析类型电极反应特点实例电解物质电解质溶液浓度pH电解质溶液复原电解水型阴极：2H+2eH2阳极：4OH4e2H2O+O2NaOH水增大增大水H2SO4水增大减小水Na2SO4水增大不变水电解电解质型电解质电离出的阴、阳离子分别在两极放电HCl电解质减小增大氯化氢CuCl2电解质减小氯化铜放H2生碱型阴极：放出H2生成碱阳极：电解质阴离子放电NaC

10、l电解质和水生成新电解质增大氯化氢放O2生酸型阴极：电解质阳离子放电阳极：OH放电生成酸CuSO4电解质和水生成新电解质减小氧化铜要点六、有关电解计算题的解题方法。 有关电解的计算通常是求电解后某产物的质量、生成气体的体积、某元素的化合价、电子转移的量。以及溶液的pH、物质的量浓度、溶质的质量分数等。 解答此类问题的方法有两种：一是根据电解方程式或电极反应式，根据计量数关系列比例式求解；二是利用各电极、线路中转移的电子数目守恒的特征，列等式求解。其中应用电子守恒关系较为简便，在计算中运用较多。【典型例题】类型一、电极反应式的书写例1、铁镍蓄电池又称爱迪生电池，放电时的总反应为：Fe+Ni2O3

11、+3H2O= Fe(OH)2+2Ni(OH)2下列有关该电池的说法不正确的是（ ）A、电池的电解液为碱性溶液，正极为Ni2O3、负极为FeB、电池放电时，负极反应为Fe+2OH-2e-=Fe(OH)2C、电池充电过程中，阴极附近溶液的pH降低D、电池充电时，阳极反应为2Ni(OH)2+2OH-2e-=Ni2O3+3H2O【思路点拨】根据放电时的总反应可判断溶液的酸碱性以及电极反应，注意充电时阳极反应与放电时正极反应存在对应关系。【答案】C【解析】由放电时的反应可以得出铁做还原剂失去电子，Ni2O3做氧化剂得到电子，因此选项AB均正确；充电可以看作是放电的逆过程，即阴极为原来的负极，所以电池放电

12、时，负极反应为：Fe+2OH-2e-= Fe(OH)2，所以电池充电过程时阴极反应为Fe(OH)2+2e-= Fe+2OH-，因此电池充电过程中，阴极附近溶液的pH会升高，C不正确；同理分析选项D正确。【总结升华】在书写电极反应时，注意元素化合价的变化及得失电子情况，需要特别注意的是正确判断溶液的酸碱性，防止酸性环境中生成氢氧根离子的情况等。例2、（2015 湖北七市二模）绿色电源“二甲醚-氧气燃料电池”的工作原理如下图所示，下列说话正确的是（ ）A、氧气应从c处通入，电极Y上发生的反应为O2+4e-+2H2O=4OH-B、电池在放电过程中，电极X周围溶液的pH增大C、二甲醚应从b处加入，电极

13、X上发生的反应为(CH3)2O12e-+3H2O=2CO2+12H+D、当该电池向外电路提供2mol电子时消耗O2约为11.2L 【思路点拨】本题考查原电池工作原理，题目难度不大，会书写电极反应式是解题的关键。【答案】C【解析】A、氧气应从c处通入，c为正极，反应式为O2+4e+4H=2H2O，A错误；B、电池在放电过程中，二甲醚应从b处加入，电极X上发生的反应为(CH3)2O-12e+3H2O=2CO2+12H，电极X周围溶液的pH减小，B错误；C正确，D、O2没有指明状态，D错误，选C。【总结升华】电极反应式书写常见错误类型：不能正确判断原电池正负极；不能正确判断电极产物；忽视电极产物和电

14、解质溶液反应；忽视了电解质的状态；忽视了金属单质与阴、阳离子的放电顺序。举一反三：【变式1】氢能是最重要的新能源。储氢作为氢能利用的关键技术，是当前关注的热点之一。（1）氢气是清洁能源，其燃烧产物为 。（2）NaBH4是一种重要的储氢载体，能与水反应生成NaBO2，且反应前后B的化合价不变，该反应的化学方程式为 ，反应消耗1mol NaBH4时转移的电子数目为 。（3）储氢还可借助有机物，如利用环已烷和苯之间的可逆反应来实现脱氢和加氢。（g）（g）+3H2（g）在某温度下，向恒容密闭容器中加入环已烷，其起始浓度为amolL1，平衡时苯的浓度为bmolL1，该反应的平衡常数K= 。（4）一定条件

15、下，如图所示装置可实现有机物的电化学储氢（忽略其它有机物）。导线中电子转移方向为 。（用A、D表示）生成目标产物的电极反应式为 。该储氢装置的电流效率= 。（=100%，计算结果保留小数点后1位。）【答案】（1）H2O；（2）NaBH4+2H2O=NaBO2+4H2；4NA或2.4081024；（3）mol3L3；（4）AD；C6H6+6H+6e=C6H12；64.3%。【解析】（1）氢气完全燃烧生成H2O；（2）NaBH4与水反应生成NaBO2，且反应前后B的化合价不变，NaBO2中B元素化合价为+3价，所以NaBH4中H元素的化合价为1价，所以H元素化合价由1价、+1价变为0价，再结合转移

16、电子守恒配平方程式为NaBH4+2H2O=NaBO2+4H2，反应消耗1mol NaBH4时转移的物质的量=1mol4（10）=4mol，所以转移电子数为4NA或2.4081024；（3）环己烷的起始浓度为amolL1，平衡时苯的浓度为bmolL1，同一容器中各物质反应的物质的量浓度之比等于其计量数之比，所以根据方程式知，环己烷的平衡浓度为（ab）mol/L，氢气的浓度为3bmol/L，则平衡常数K=mol3L3=mol3L3；（4）根据图知，苯中的碳得电子生成环己烷，则D作阴极，E作阳极，所以A是负极、B是正极，电子从负极流向阴极，所以电子从A流向D；该实验的目的是储氢，所以阴极上发生的反应

17、为生产目标产物，阴极上苯得电子和氢离子生成环己烷，电极反应式为C6H6+6H+6e=C6H12；阳极上氢氧根离子放电生成氧气，阳极上生成2.8mol氧气转移电子的物质的量=2.8mol4=11.2mol，生成1mol氧气时生成2mol氢气，则生成2.8mol氧气时同时生成5.6mol氢气。设参加反应的苯的物质的量是xmol，参加反应的氢气的物质的量是3xmol，剩余苯的物质的量为10mol24%xmol，反应后苯的含量=10%，x=1.2，苯转化为环己烷转移电子的物质的量为1.2mol6=7.2mol，则100%=64.3%。 【变式2】下列叙述不正确的是（ ）。 A铁表面镀锌，铁作阳极 B船

18、底镶嵌锌块，锌作负极，以防船体被腐蚀 C钢铁吸氧腐蚀的正极反应：O2+2H2O+4e4OH D工业上电解饱和食盐水的阳极反应：2Cl2eCl2 【答案】A 【解析】A项，铁表面镀锌是应用电解原理。镀件铁与电源的负极相连作阴极，镀层金属锌与电源的正极相连作阳极，A项错误；B项，船底镶嵌锌块是应用原电池原理，活泼金属作负极被氧化，铁作正极得到保护。 【总结升华】本题考查电化学基础知识，注意弄清化学反应原理。类型二、燃料电池 例3 以葡萄糖为燃料的微生物燃料电池结构示意图如图所示。关于该电池的叙述正确的是（ ）。 A该电池能够在高温下工作 B电池的负极反应为：C6H12O6+6H2O24e6CO2+

19、24H+ C放电过程中，H+从正极区向负极区迁移 D在电池反应中，每消耗1 mol氧气，理论上能生成标准状况下CO2气体L 【思路点拨】在燃料电池中，通入氧气的一极必然得电子而发生还原反应，通入燃料的一极必然失电子而发生氧化反应。注意电子转移的物质的量。 【答案】B 【解析】该燃料电池的原理为C6H12O6+6O26CO2+6H2O，根据总反应方程式可书写出电极反应方程式，负极为C6H12O6+6H2O24e6CO2+24H+，正极为6O2+24e+24H+12H2O，从电极反应方程式易知H+应从负极区移向正极区，从总反应方程式可知每生成1 mol CO2消耗1 mol O2。 【总结升华】燃

20、料电池的实质是使燃烧反应（总方程式）在两极上进行，燃料在负极失电子被氧化，O2在正极得电子被还原，再根据电解质（介质）可写出两极反应式。举一反三：【变式1】氢氧电池以氢气作还原剂，氧气作氧化剂，电极为多孔镍，电解质溶液为30%的氢氧化钾溶液。以下有数种说法：负极反应为O2+2H2O+4e-4OH-负极反应为2H2+4OH- 4e-4H2O电池工作时正极区pH升高，负极区pH下降；电池工作时溶液中的阴离子移向正极。正确的组合是（ ）、 B、 C、 D、【答案】B【解析】氢氧燃料电池可以看作是H2在O2中燃烧放出的热全部转化为电能，其总反应为2H2+O22H2O。同时应该注意到，电解质溶液中的电解

21、质会影响正、负极的电极反应。该燃料电池电解质为KOH，则负极反应为：2H2+4OH-4e-4H2O，正极反应为：O2+2H2O+4e-4OH-。负极反应消耗OH-，c(OH-)变小，pH下降；正极反应生成OH-，c(OH-)变大，pH升高。电池工作时，阴离子移向负极。类型三、电解原理及其应用 例4 如图所示装置中，甲、乙、丙三个烧杯依次分别盛放100 g 5.00的NaOH溶液、足量的CuSO4溶液和100 g 10.00的K2SO4溶液，电极均为石墨电极。 （1）接通电源，经过一段时间后，测得丙中K2SO4浓度为10.47，乙中c电极质量增加。据此回答问题： 电源的N端为_极； 电极b上发生

22、的电极反应为_； 列式计算电极b上生成的气体在标准状况下的体积：_ 电极c的质量变化是_g； 电解前后各溶液的酸、碱性大小是否发生变化，简述其原因： 甲溶液_； 乙溶液_； 丙溶液_； （2）如果电解过程中铜全部析出，此时电解能否继续进行，为什么？【思路点拨】图中三个装置属于串联，通电时各电极转移电子的物质的量必然相同。c电极质量增加说明电极上有Cu析出，即该电极上发生了还原，由此可判断c电板为阴极，对应M电极应该为电源的负极。 【答案】（1）正 4OH4e2H2O+O2。水减少的质量：，在标准状况下生成氧气的体积：。16 碱性增大，因为电解水后，水量减少，溶液中NaOH浓度增大酸性增大，因为

23、阳极上OH生成O2，H+浓度增大 酸、碱性大小没有变化，因为K2SO4是强酸强碱盐，浓度增加不影响溶液的酸碱性（2）能继续进行，因为CuSO4溶液已转变为H2SO4溶液，反应也就变为水的电解反应。 【解析】（1）乙中c电极质量增加，则c处发生的发应为：Cu2+2eCu，即c为阴极，由此可推出b为阳极，a为阴极，M为负极，N为正极。丙中为电解K2SO4溶液相当于电解水，设电解的水的质量为x g。由电解前后溶质质量相等有10010.00=(100x)10.47，得x=4.5 g，故为0.25 mol。由方程式2H2O2H2+O2可知，消耗2 mol H2O，转移4 mol电子，所以整个反应中转移0

24、.5 mol电子，而整个电路是串联的，故每个烧杯中的电极上转移电子数是相等的。甲中为NaOH，相当于电解H2O，阳极b处为阴离子OH放电。即4OH4e2H2O+O2。转移0.5 mol电子，则生成O2为0.54=0.125 mol，标准状况下的体积为0.125 mol22.4 Lmol=2.8 L。Cu2+2eCu，转移0.5 mol电子，则生成的m (Cu)=0.5264=16 g。甲中相当于电解水，故NaOH的浓度增大，碱性增大。乙中阴极为Cu2+放电，阳极为OH放电，所以H+增多，故酸性增大。丙中为电解水，对于K2SO4而言。其pH几乎不变。（2）铜全部析出，可以继续电解H2SO4，有电

25、解液即可电解。 【总结升华】有关电解的计算通常是求电解后某产物的质量、气体的体积、某元素的化合价以及溶液的pH、物质的量浓度等。解答此类题的方法有两种：一是根据电解方程式或电极反应式，列比例式求解；二是利用各电极、线路中转移的电子数目守恒，列等式求解。以电子守恒较为简便，应注意运用。举一反三：【变式1】（2016 北京高考）用石墨电极完成下列电解实验。实验一实验二装置现象a、d处试纸变蓝；b处变红，局部褪色；c处无明显变化两个石墨电极附近有气泡产生；n处有气泡产生；下列对实验现象的解释或推测不合理的是（ ）。Aa、d处：2H2O+2e-=H2+2OH-Bb处：2Cl-2e-=Cl2Cc处发生了

26、反应：Fe-2e-=Fe2+D根据实验一的原理，实验二中m处能析出铜【答案】B【解析】A项，d处试纸变蓝，为阴极，生成OH，电极方程式为2H2O+2e=H2+2OH，故A正确；B项，b处变红，局部褪色，说明是溶液中氢氧根和氯离子同时放电，故B错误；C项，c处为阳极，发生了反应：Fe2e=Fe2+，故C正确；D项，实验一中ac形成电解池，db形成电解池，所以实验二中也相当于形成三个电解池（一个球两面为不同的两极），m为电解池的阴极，另一球朝m的一面为阳极（n的背面），故相当于电镀，即m上有铜析出，故D正确。故选B。类型四、金属的电化学腐蚀及防护例5、下列有关纯铁的描述正确的是（ ）A、熔点比生铁

27、的低 B、与相同浓度的盐酸反应生成氢气的速率比生铁的快C、在潮湿空气中比生铁容易被腐蚀 D、在冷的浓硫酸中可钝化 【思路点拨】生铁属于合金，合金的熔点比成分金属低；生铁与盐酸反应时，构成原电池，反应速率比纯铁与盐酸反应快；生铁在潮湿环境中易发生吸气腐蚀。【答案】D【解析】考查有关原电池原理的应用，生铁是铁碳合金，具备构成原电池的两极，而纯铁不具备。A项错，合金比各成分金属熔点低；B项错，组成原电池可以加快化学反应的速率；C项错，组成原电池加快腐蚀速率；D项正确。 【总结升华】金属的电化学腐蚀与防护，属于电化学的重要应用之一。注意区分环境：在强的酸性环境中易发生析氢腐蚀，在中性或者弱碱性环境中易

28、发生吸氧腐蚀。举一反三：【变式1】X、Y、Z、M代表四种金属，金属X和Z用导线连接放入稀硫酸中时，X溶解，Z极上有氢气放出；若电解Y2+离子和Z2+离子共存的溶液时，Y先析出；又知M2+离子的氧化性强于Y2+离子。则这四种金属的活动性由强到弱的顺序为（ ）A、XZYM B、XYZM C、MZXY D、XZMY【答案】A类型五、电化学综合应用 例6 镍镉可充电电池在现代生活中有广泛应用。已知某镍镉电池的电解质溶液为KOH溶液。其充、放电按下式进行：Cd+2NiOOH+2H2OCd(OH)2+2Ni(OH)2，有关该电池的说法正确的是（ ）。 A充电时阳极反应：Ni(OH)2e+OHNiOOH+H

29、2O B充电过程是化学能转化为电能的过程 C放电时负极附近溶液的碱性不变 D放电时电解质溶液中的OH向正极移动 【思路点拨】对于可充电电池的反应，注意区分放电和充电的条件，放电时为原电池，充电时为电解池。注意充电、放电时的电极反应。 【答案】A 【解析】电池充电时是电能转化为化学能，B错；充电时的阳极发生氧化反应（有元素化合价升高），从总反应中易判断A是正确的；从总反应式分析放电时CdCd(OH)2，故附近碱性减弱，C错；从电子与离子形成的闭合回路易知OH向负（Cd）极移动，D错。 【总结升华】充、放电电池中，充电和放电时的电极反应相反，具体对应关系为：充电时的阴极反应是放电时负极反应的逆反应，充电时的阳极反应是放电时正极反应的逆反应。举一反三：【变式1】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）。 （1）丙烷脱氢可得丙烯。 已知：C3H8 (g)CH4 (g)+HCCH (g)+H2 (g) H1=+156.6 kJmol1 CH3CHCH2 (g)CH4 (g)+HCCH (g) H2=+32.4 kJmol1 则相同条件下，反应C3H8 (g)CH3CHCH2 (g)+H2 (g)的H=_