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- 2021-08-24 发布
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考点
清单
考点一 原电池原理 化学电源
一、原电池的工作原理
1.原电池
将化学能转化为电能的装置。
2.构成条件
(1)具有两个活泼性不同的电极(金属和金属或金属和导电的非金属)。
(2)电解质溶液。
(3)形成闭合回路。
特别提醒 燃料电池可以是两个相同的电极。
3.原电池的两极
负极:活泼性较强的金属,发生①
氧化
反应。
正极:活泼性较弱的金属或能导电的非金属,发生②
还原
反应。
4.电极反应式的书写和电子移动方向
(1)电极反应式的书写(以Zn-Cu原电池为例,如下图)
负极:③
Zn
,电极反应式:④
Zn-2e
-
Zn
2+
。
正极:⑤
Cu
,电极反应式:⑥
Cu
2+
+2e
-
Cu
。
电池总反应:Zn+Cu
2+
Zn
2+
+Cu。
(2)电子移动方向
电子由⑦
负极
释放,经外电路流入⑧
正极
,电解质溶液中的阳离子
移向正极,某些阳离子在正极上得电子被⑨
还原
,形成一个闭合回路。
注意 电子不会“游泳”,不走水路,走导线。
二、化学电源
一次电池又称为干电池,二次电池又称为充电电池或蓄电池。
电池
电极反应式
总反应
碱性锌锰电池
负极:Zn+2OH
-
-2e
-
Zn(OH)
2
Zn+2MnO
2
+2H
2
O
2MnO
(OH)+Zn(OH)
2
正极:2MnO
2
+2H
2
O+2e
-
2
MnO(OH)+2OH
-
铅蓄电池
负极:Pb(s)+S
(aq)-2e
-
PbSO
4
(s)
Pb(s)+PbO
2
(s)+2H
2
SO
4
(aq)
2PbSO
4
(s)+2H
2
O(l)
正极:PbO
2
(s)+4H
+
(aq)+S
(aq)
+2e
-
PbSO
4
(s)+2H
2
O(l)
电池
电极反应式
总反应
氢镍电池
负极:H
2
+2OH
-
-2e
-
2H
2
O
2NiO(OH)+H
2
2Ni(OH)
2
正极:2NiO(OH)+2H
2
O+2e
-
2Ni(OH)
2
+2OH
-
氢氧燃料
电池(H
2
SO
4
作电解质)
负极:2H
2
-4e
-
4H
+
2H
2
+O
2
2H
2
O
正极:O
2
+4H
+
+4e
-
2H
2
O
氢氧燃料
电池(KOH
作电解质)
负极:2H
2
+4OH
-
-4e
-
4H
2
O
2H
2
+O
2
2H
2
O
正极:O
2
+2H
2
O+4e
-
4OH
-
电池
电极反应式
总反应
CH
4
燃料电池
(H
2
SO
4
作电解质)
负极:CH
4
+2H
2
O-8e
-
CO
2
+8
H
+
CH
4
+2O
2
CO
2
+2H
2
O
正极:2O
2
+8H
+
+8e
-
4H
2
O
CH
3
OH燃料
电池(NaOH
作电解质)
负极:2CH
3
OH+16OH
-
-12e
-
2C
+12H
2
O
2CH
3
OH+3O
2
+4NaOH
2Na
2
CO
3
+6H
2
O
正极:3O
2
+6H
2
O+12e
-
12OH
-
考点二 电解原理及其应用
一、电解原理
1.电解
直流电流通过电解质溶液(或熔融的电解质),在阴、阳两极引起
①
氧化还原反应
的过程。
2.电解池
(1)装置特点
电能转化为化学能。
(2)形成条件
a.与直流电源相连的两个电极。
b.电解质溶液(或熔融态电解质)。
c.形成闭合回路。
3.电极反应规律
(1)阴极
与电源②
负
极相连,氧化剂(一般为电解质提供的阳离子)③
得到
电子发生④
还原
反应。
(2)阳极
与电源⑤
正
极相连,还原剂(活阳极或电解质提供的阴离子)⑥
失去
电子发生⑦
氧化
反应。
二、电解原理的应用
1.氯碱工业
(1)食盐水的精制
(2)主要生产过程
说明 阳离子交换膜(以电解饱和NaCl溶液为例)只允许阳离子(Na
+
)通过,
而阻止阴离子(Cl
-
、OH
-
)和分子(Cl
2
)通过,这样既能阻止H
2
和Cl
2
混合爆炸,
又能避免Cl
2
和NaOH溶液反应生成NaClO影响烧碱产量。
(3)电极反应及总反应
阳极:⑧
2Cl
-
-2e
-
Cl
2
↑
。
阴极:⑨
2H
+
+2e
-
H
2
↑
。
总反应(离子方程式):⑩
2Cl
-
+2H
2
O
2OH
-
+Cl
2
↑+H
2
↑
。
2.电镀
(1)电镀的特点
电镀时,阳极是镀层金属,阴极是镀件,一般用含有镀层金属离子的溶液作
电镀液;电镀池工作时,阳极质量
减小
,阴极质量
增大
,电解质
溶液浓度
不变
。
(2)铜的电解精炼
阳极(用
粗铜
):
Cu-2e
-
Cu
2+
。
粗铜中的金、银等金属杂质失电子能力比铜弱,难以在阳极失去电子变成
阳离子,以阳极泥的形式沉积下来。
阴极(用
纯铜
):
Cu
2+
+2e
-
Cu
。
3.电冶金
金属冶炼就是使矿石中的金属离子获得电子,从其化合物中还原出来。通
式为
M
n
+
+
n
e
-
M
。
钠的冶炼:NaCl在熔融状态下发生电离,通直流电,阴极反应式为
2Na
+
+
2e
-
2Na
,阳极反应式为
2Cl
-
-2e
-
Cl
2
↑
类型
电极反应特点
实例
电解
物质
电解质
的变化
pH
使电解质溶液复原的方法
电解
水型
阴极:4H
+
+4e
-
2H
2
↑
阳极:4OH
-
-4e
-
2H
2
O
+O
2
↑
NaOH
水
浓度增大
增大
加水
H
2
SO
4
水
浓度增大
减小
加水
Na
2
SO
4
水
浓度增大
不变
加水
三、惰性电极电解电解质溶液的规律
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
浓度减小
增大
加氯化氢
CuCl
2
电解质
浓度减小
—
加氯化铜
类型
电极反应特点
实例
电解
物质
电解质
的变化
pH
使电解质溶液复原的方法
放H
2
生碱型
阴极:放出H
2
阳极:电解质阴离子放电
NaCl
电解质
和水
生成新
电解质
增大
加氯化氢
放O
2
生酸型
阴极:电解质阳离子放电
阳极:OH
-
放电
CuSO
4
电解质
和水
生成新
电解质
减小、
碳酸
铜
加氧化铜、
碳酸铜
说明 (1)用惰性电极电解强碱、含氧酸、活泼金属的含氧酸盐的稀溶液时,实际上是电解H
2
O,溶质的质量分数增大,浓度增大。
(2)电解时产物的判断要遵循阴、阳离子的放电顺序,阳极还要注意电极材料。
(3)电解后要恢复原电解质溶液的浓度,需加适量的某物质,该物质可以是阴极与阳极产物的化合物(简记为:出啥加啥,出多少加多少)。例如用惰性电极电解CuSO
4
溶液,要恢复原溶液的浓度,可向电解后的溶液中加入CuO,但不能加入Cu(OH)
2
,因为Cu(OH)
2
与生成的H
2
SO
4
反应后使水量增加。
四、原电池、电解池、电镀池的比较
考点三 金属的腐蚀与防护
1.金属的腐蚀
(1)化学腐蚀:金属跟接触到的干燥气体(如O
2
、Cl
2
、SO
2
等)或非电解质液
体(如石油)等直接发生化学反应而引起的腐蚀。
(2)电化学腐蚀
a.定义:不纯的金属与电解质溶液接触时,会发生①
原电池
反应,比较活
泼的金属失去电子而被氧化,这种腐蚀叫电化学腐蚀。
注意 金属的腐蚀主要是发生电化学腐蚀。
b.吸氧腐蚀与析氢腐蚀(以钢铁的电化学腐蚀为例)
2.金属的防护
(1)改变金属的内部结构。例如把Ni、Cr等加入普通钢中制成不锈钢。
(2)覆盖保护层:a.涂油脂、喷油漆、搪瓷、覆盖塑料等;b.电镀耐腐蚀的金
属(Zn、Sn、Cr、Ni等)。
类型
吸氧腐蚀
析氢腐蚀
条件
水膜酸性很弱或呈中性
水膜呈酸性
正极反应(C)
②
O
2
+2H
2
O+4e
-
4OH
-
2H
+
+2e
-
H
2
↑
负极反应(Fe)
③
Fe-2e
-
Fe
2+
其他反应
Fe
2+
+2OH
-
Fe(OH)
2
↓
4Fe(OH)
2
+2H
2
O+O
2
4Fe(OH)
3
Fe(OH)
3
失去部分水转化为铁锈
(3)电化学保护法:通常采用以下两种方法。a.牺牲阳极的阴极保护法。这
种方法通常是在被保护的钢铁设备上(如锅炉的内壁、船舶的外壳等)装
上若干镁合金或锌块。b.外加电流的阴极保护法。这种方法是把被保护
的钢铁设备(如钢闸门)作为阴极,用④
惰性电极
作为阳极,两者均存在
于电解质溶液(如海水)里,外接直流电源。通电后,电子被强制流向被保护
的钢铁设备,使钢铁表面腐蚀电流降至零或接近于零,从而起到保护作用。
3.金属腐蚀快慢的比较
不纯的金属在潮湿的空气中形成原电池发生电化学腐蚀,活泼金属因被腐
蚀而损耗。金属腐蚀的快慢与下列两种因素有关:
(1)与构成原电池的材料有关,两极材料的活泼性差别越大,电动势越大,反
应的速率⑤
越快
,活泼金属被腐蚀的速率就越快。
(2)与金属所接触的介质有关,通常活泼金属在电解质溶液中的腐蚀快于在
非电解质溶液中的腐蚀,在强电解质溶液中的腐蚀快于在弱电解质溶液中
的腐蚀。
一般来说,可用下列原则判断金属腐蚀的快慢:
电解原理引起的腐蚀>原电池原理引起的腐蚀>化学腐蚀>有防护措施的
腐蚀
知能拓展
一、新型化学电源原理分析
1.放电过程电极判断与电极反应式书写技巧
(1)正、负极的判断
注意 a.在原电池Al-NaOH(aq)-Mg中,Al作负极;b.在原电池Al-浓H
2
SO
4
-Cu中,Cu作负极。
(2)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
总体思路:
2.充电过程电极判断与电极反应式书写技巧
①首先应明确原电池放电时的正、负极。
②根据电池充电时阳极接正极、阴极接负极的原理进行分析。
③电极反应式:放电时的负极与充电时的阴极、放电时的正极与充电时的
阳极分别互逆。
3.新型电池充、放电时,电解质溶液中离子移动方向的判断
①首先应分清电池是放电还是充电。
②再判断出正、负极或阴、阳极。
放电:阳离子
正极,阴离子
负极;
充电:阳离子
阴极,阴离子
阳极;
总之:阳离子
发生还原反应的电极;
阴离子
发生氧化反应的电极。
例1 (2019济宁期末,18)锂—铜空气燃料电池是低成本高效电池。该电池
通过一种复杂的铜“腐蚀”现象产生电能,其中放电过程为2Li+Cu
2
O+H
2
O
2Cu+2Li
+
+2OH
-
。下列说法
不正确
的是
( )
A.放电时,Li
+
透过固体电解质向Cu极移动
B.通空气时,铜被腐蚀,产生Cu
2
O
C.放电时,正极的电极反应式为Cu
2
O+2H
+
+2e
-
2Cu+H
2
O
D.整个反应过程中,氧化剂为O
2
解题导引 分清池,判电极,明反应,析结果
原电池-分正、负-负失氧,正得还-析结果;
电解池-分阴阳-阳氧,阴还-析结果。
解析 放电时,Li为负极产生Li
+
,阳离子向正极移动,则Li
+
透过固体电解质
向Cu极移动,A项正确;放电过程的总反应为2Li+Cu
2
O+H
2
O
2Cu+2Li
+
+
2OH
-
,可以知道通空气时,铜被腐蚀,表面产生Cu
2
O,B项正确;正极的电极反
应式为Cu
2
O+2e
-
+H
2
O
2OH
-
+2Cu,C项错误;通空气时,铜被腐蚀,表面产
生Cu
2
O,放电时Cu
2
O转化为Cu,则整个反应过程中,铜相当于催化剂,氧气得
电子,为氧化剂,D项正确。
答案 C
二、电化学相关计算
电化学的反应是氧化还原反应,各电极上转移电子的物质的量相等,无
论是单一电池还是串联电解池,均可抓住得失电子守恒计算。
1.解题关键
(1)电极名称要区分清楚;
(2)电极产物要判断准确;
(3)各产物间量的关系遵循得失电子守恒。
2.三种计算方法
如以通过4 mol e
-
为桥梁可构建如下关系式:
~
(式中M为金属,
n
为其离子的化合价数值)
该关系式具有总览电化学计算的作用和价值,熟记电极反应式,灵活运用关
系式便能快速解答常见的电化学计算问题。
注意 在电化学计算中,还常利用
Q
=
I
·
t
和
Q
=
n
(e
-
)
×
N
A
×
1.60
×
10
-19
C来计算电
路中通过的电量。
例2 (2019日照期中,13)锌溴液流电池用溴化锌溶液作电解液,并在电池间不断循环。下列有关说法正确的是
( )
A.充电时阴极的电极反应式为Br
2
+2e
-
2Br
-
B.充电时n接电源的正极,Zn
2+
通过阳离子交换膜由左侧流向右侧
C.放电时阳离子交换膜的左侧溶液中离子浓度增大
D.放电时每转移2 mol电子,负极区溶液质量减少65 g
解题导引 此装置为二次电池,放电总反应为Zn+Br
2
ZnBr
2
,放电时每
个电极上转移的电子的物质的量都相等。
解析 充电时阴极发生得电子的还原反应,电极反应式为Zn
2+
+2e
-
Zn,
A项错误;充电时,Zn
2+
得电子发生还原反应,则n接电源负极,B项错误;放电
时,左侧Br
2
得电子生成Br
-
,则阳离子交换膜的左侧溶液中离子浓度增大,C
项正确;原电池中Zn易失电子作负极,电极反应式为Zn-2e
-
Zn
2+
,每转移
2 mol电子,负极产生1 mol Zn
2+
,且有1 mol Zn
2+
通过阳离子交换膜进入正极
区,负极区溶液质量不变,D项错误。
答案 C
实践探究
1.原电池的工作原理应用于污水的处理、海水淡化,通过信息收集、整
理、分析,借用模型认知的解题思想分析问题,解决问题。
例1 (2019潍坊期中,10)一种新型微生物燃料电池可用于污水净化、海水
淡化,其工作原理如图所示。下列说法正确的是
( )
A.a为电池的正极
B.海水淡化的原理是:电池工作时,Na
+
移向左室,Cl
-
移向右室
C.处理N
的电极反应为:2N
+6H
2
O+10e
-
N
2
↑+12OH
-
D.若用C
6
H
12
O
6
表示有机废水中有机物,每消耗1 mol C
6
H
12
O
6
转移6 mol e
-
解析 b极在反硝化菌作用下将N
转化为N
2
,发生还原反应,该电极为电
池的正极,则a电极是负极,A项错误;海水中Na
+
移向正极(右室),Cl
-
移向负极
(左室),B项错误;b电极的反应式为2N
+6H
2
O+10e
-
N
2
↑+12OH
-
,C项
正确;C
6
H
12
O
6
中碳的平均化合价是0价,CO
2
中碳的化合价是+4价,故消耗1
mol C
6
H
12
O
6
转移24 mol电子,D项错误。
答案 C
题目价值
原电池工作原理在污水处理、海水淡化上的应用,不仅将化学
理论应用于生产实际,也体现了科学态度与社会责任的核心素养。
2.新型二次电池不仅展示了最新的科技成果,还推动新材料、新能源的发
展,为社会的进步做出了贡献。
例2 (2019聊城一模,7)以柏林绿Fe[Fe(CN)
6
]为代表的新型可充电钠离子
电池,其放电工作原理如图所示。下列说法错误的是
( )
A.放电时,Na
+
由右室移向左室
B.放电时,Mg箔为负极,该电极发生氧化反应
C.充电时,阳极反应式为Na
2
Fe[Fe(CN)
6
]-2e
-
Fe[Fe(CN)
6
]+2Na
+
D.用铅蓄电池为该电池充电时,当有0.2 mol电子转移时,Pb电极质量减少20.7 g
解析 由图可知,右侧电极发生氧化反应,Mg箔为负极,则Mo箔为正极,所
以放电时,Na
+
由右室移向左室,A项正确,B项正确;充电时,Mo箔接电源的正
极,是电解池的阳极,阳极反应式为Na
2
Fe[Fe(CN)
6
]-2e
-
Fe[Fe(CN)
6
]+2
Na
+
,C项正确;外电路中有0.2 mol电子转移时,Pb电极发生的反应为Pb-2e
-
+
S
PbSO
4
,Pb电极质量增加了9.6 g,D项错误。
答案 D
题目价值 借用新型的钠离子电池对工作原理进行分析,对复杂的化学问
题情景中的关键要素进行分析,构建解题模型。
创新思维
1.活学妙用,溯本求源
对于复杂的组合装置,要分析题意确定装置是“原电池”还是“电解池”,
从氧化还原反应的角度,结合电子、离子的移动方向,确定装置的正、负极或
阴、阳极,紧紧抓住原电池、电解池的工作原理,防止被复杂的装置所迷惑。例
1 (2019
安徽江南十校联考
,13)
利用电解质溶液的浓度对电极电势的影响
,
可设计浓差电池。下图为一套浓差电池和电解质溶液再生的配套装置示意图
,
闭合开关
K
之前
,
两个
Cu
电极的质量相等。下列有关这套装置的说法中错误的是
(
)
A.循环物质E为水
B.乙池中Cu电极为阴极,发生还原反应
C.甲池中的电极反应式为Cu
2+
+2e
-
Cu
D.若外电路中通过1 mol电子,两电极的质量差为64 g
解析 由S
的移动方向可知右边Cu电极为负极,发生氧化反应。当电路
中通过1 mol电子时,左边电极质量增加32 g,右边电极质量减小32 g,两极
的质量差为64 g。电解质再生池是利用太阳能将CuSO
4
稀溶液蒸发,分离
为CuSO
4
浓溶液和水后,再返回浓差电池。
答案 B
2.实事求是,尊重科学
化学是一门以实验为基础的自然科学,人们对科学规律的发现是通过对自
然现象的反复观察、探究和验证逐步完成的,化学离不开实验,当实验的现
象、结果与熟悉的知识不相符时,我们要尊重客观实验事实,实事求是,不
盲从于熟悉的知识。
例
2 (2019 5·3
原创预测卷四
,13)
如图所示
,
用两张砂纸分别将镁条和铝片表面的氧化膜打磨干净
,
并迅速将两个电极分别插入两个盛有
0.5 mol/L
的电解质溶液的烧杯中
,
盐桥中装有含饱和氯化钠溶液的琼脂。结果发现该装置中
,
电流计指针一直偏向铝片
,
镁条溶解
,
两极上均没有气泡产生。下列说法正确的是
(
)
A.铝片为负极,电极反应为2Al+4OH
-
-6e
-
2Al
+2H
2
O
B.镁条为负极,电极反应为Mg-2e
-
Mg
2+
C.该实验证明镁能与氢氧化钠溶液反应
D.若镁电极减少0.48 g,则氢氧化钠溶液增重1.6 g
解析 从题中信息可知,镁条溶解,作负极,电极反应为Mg-2e
-
Mg
2+
,铝
片作正极,电极反应为O
2
+2H
2
O+4e
-
4OH
-
,该电池反应相当于镁在溶液
中发生了吸氧腐蚀,A、C错误,B正确;若0.02 mol Mg参加反应,失去0.04
mol e
-
,盐桥中转移0.04 mol Na
+
,则生成0.04 mol NaOH,但是由于水参与了
反应,氢氧化钠溶液增加的质量为(0.04
×
40)g-0.36 g=1.24 g,D错误。
答案 B
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