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- 2021-08-24 发布
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专题六
电化学基础
第一篇 高考选择题满分策略
真题调研
洞察规律
角度一 原电池原理和化学电池
栏目索引
角度二 电解原理及应用
角度三 电化学原理的综合判断
真题调研
洞察规律
1.(2017·
全国卷
Ⅰ
,
11)
支撑海港码头基础的钢管桩,常用外加电流的阴极保护法进行防腐,工作原理如图所示,其中高硅铸铁为惰性辅助阳极。下列有关表述不正确的是
A.
通入保护电流使钢管桩表面腐蚀电流接近于零
B.
通电后外电路电子被强制从高硅铸铁流向钢管桩
C.
高硅铸铁的作用是作为损耗阳极材料和传递电流
D.
通入的保护电流应该根据环境条件变化进行调整
答案
解析
√
2
3
1
解析
钢管桩接电源的负极,高硅铸铁接电源的正极,通电后,外电路中的电子从高硅铸铁
(
阳极
)
流向正极,从负极流向钢管桩
(
阴极
)
,
A
、
B
正确;
C
项,题给信息高硅铸铁为
“
惰性辅助阳极
”
不损耗,错误。
2
3
1
2.(2017·
全国卷
Ⅱ
,
11)
用电解氧化法可以在铝制品表面形成致密、耐腐蚀的氧化膜,电解质溶液一般为
H
2
SO
4
-
H
2
C
2
O
4
混合溶液。下列叙述错误的是
A.
待加工铝质工件为阳极
B.
可选用不锈钢网作为阴极
C.
阴极的电极反应式:
Al
3
+
+
3e
-
===Al
D.
硫酸根离子在电解过程中向阳极移动
答案
解析
√
2
3
1
2
3
1
解析
A
项,根据电解原理可知,
Al
要形成氧化膜,化合价升高失电子,因此铝为阳极,正确;
B
项,阴极仅作导体,可选用不锈钢网,且不锈钢网接触面积大,能增加电解效率,正确;
C
项,阴极应为氢离子得电子生成氢气,错误;
D
项,电解时,阴离子移向阳极,正确。
3.(2017·
全国卷
Ⅲ
,
11)
全固态锂硫电池能量密度高、成本低,其工作原理如图所示,其中电极
a
常用掺有石墨烯的
S
8
材料,电池反应为
16Li
+
x
S
8
===8Li
2
S
x
(2
≤
x
≤
8)
。下列说法错误的是
A.
电池工作时,正极可发生反应:
2Li
2
S
6
+
2Li
+
+
2e
-
===3Li
2
S
4
B.
电池工作时,外电路中流过
0.02 mol
电子,负极材料减重
0.14 g
C.
石墨烯的作用主要是提高电极
a
的导电性
D.
电池充电时间越长,电池中
Li
2
S
2
的量越多
答案
解析
√
2
3
1
解析
A
项,原电池电解质中阳离子移向正极,根据全固态锂硫电池工作原理图示中
Li
+
移动方向可知,电极
a
为正极,正极发生还原反应,由总反应可知正极依次发生
S
8
→
Li
2
S
8
→
Li
2
S
6
→
Li
2
S
4
→
Li
2
S
2
的还原反应,正确;
B
项,电池工作时负极电极方程式为
Li
-
e
-
===Li
+
,当外电路中流过
0.02 mol
电子时,负极消耗的
Li
的物质的量为
0.02 mol
,其质量为
0.14 g
,正确;
C
项,石墨烯具有良好的导电性,故可以提高电极
a
的导电能力,正确;
D
项,电池充电时为电解池,此时电解总反应为
8Li
2
S
x
16Li
+
x
S
8
(2
≤
x
≤
8)
,故
Li
2
S
2
的量会越来越少,错误。
2
3
1
角度一 原电池原理和化学电池
1.
构建原电池模型,类比分析原电池工作原理
高考必备
构建如图
Zn—Cu—H
2
SO
4
原电池模型,通过类比模型,结合氧化还原反应知识
(
如:化合价的变化、得失电子情况等
)
,能迅速判断原电池的正、负极,弄清楚外电路中电子的移动情况和内电路中离子的移动情况,准确书写电极反应式和电池总反应式,掌握原电池的工作原理。
2.
化学电源中电极反应式书写的思维模板
(1)
明确直接产物:根据负极氧化、正极还原,明确两极的直接产物。
(2)
确定最终产物:根据介质环境和共存原则,找出参与的介质粒子,确定最终产物。
(3)
配平:根据电荷守恒、原子守恒配平电极反应式。
注意
①
H
+
在碱性环境中不存在;
②
O
2
-
在水溶液中不存在,在酸性环境中结合
H
+
,生成
H
2
O
,在中性或碱性环境中结合
H
2
O
,生成
OH
-
;
③
若已知总反应式时,可先写出较易书写的一极的电极反应式,然后在电子守恒的基础上,总反应式减去较易写出的一极的电极反应式,即得较难写出的另一极的电极反应式。
3.
有关原电池解题的思维路径
例
1
(2016·
全国卷
Ⅱ
,
11)Mg—AgCl
电池是一种以海水为电解质溶液的水激活电池。下列叙述错误的是
A.
负极反应式为
Mg
-
2e
-
===Mg
2
+
B.
正极反应式为
Ag
+
+
e
-
===Ag
C.
电池放电时
Cl
-
由正极向负极迁移
D.
负极会发生副反应
Mg
+
2H
2
O===Mg(OH)
2
+
H
2
↑
典例剖析
答案
解析
√
解题思路
解题思路
解析
根据题意,
Mg—
海水
—AgCl
电池总反应式为
Mg
+
2AgCl===MgCl
2
+
2Ag
。
A
项,负极反应式为
Mg
-
2e
-
===Mg
2
+
,正确;
B
项,正极反应式为
2AgCl
+
2e
-
===2Cl
-
+
2Ag
,错误;
C
项,对原电池来说,阴离子由正极移向负极,正确;
D
项,由于镁是活泼金属,则负极会发生副反应
Mg
+
2H
2
O===Mg(OH)
2
+
H
2
↑
,正确。
例
2
锂
—
铜空气燃料电池容量高、成本低,具有广阔的发展前景。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
-
,下列说法错误的是
A.
放电时,
Li
+
透过固体电解质向
Cu
极移动
B.
放电时,正极的电极反应式为
O
2
+
2H
2
O
+
4e
-
===4OH
-
C.
通空气时,铜被腐蚀,表面产生
Cu
2
O
D.
整个反应过程中,氧化剂为
O
2
√
解题思路
结合原电池结构,明确原电池的工作原理,结合总反应方程式判断电极及电极反应式是解本题的关键。解答时注意结合装置图和题干信息分析判断。
答案
解析
解题思路
解析
因为原电池放电时,阳离子移向正极,所以
Li
+
透过固体电解质向
Cu
极移动,
A
正确;
由总反应方程式可知
Cu
2
O
中
Cu
元素化合价降低,被还原,正极反应式应为
Cu
2
O
+
H
2
O
+
2e
-
===2Cu
+
2OH
-
,
B
错误;
放电过程为
2Li
+
Cu
2
O
+
H
2
O===2Cu
+
2Li
+
+
2OH
-
,可知通空气时,铜被腐蚀,表面产生
Cu
2
O
,
C
正确;
由
C
项分析知,
Cu
先与
O
2
反应生成
Cu
2
O
,放电时
Cu
2
O
重新生成
Cu
,则整个反应过程中,
Cu
相当于催化剂,
O
2
为氧化剂,
D
正确。
经典精练
1.
锌铜原电池装置如图所示,其中阳离子交换膜只
允许阳离子和水分子通过,下列有关叙述正确的是
A.
铜电极上发生氧化反应
B.
电池工作一段时间后,甲池的
c
( )
减小
C.
电池工作一段时间后,乙池溶液的总质量增加
D.
阴、阳离子分别通过交换膜向负极和正极移动,保持溶液中电荷平衡
答案
解析
√
2
3
1
4
5
6
7
解析
A
项,由锌的活泼性大于铜,可知铜电极为正极,在正极上
Cu
2
+
得电子发生还原反应生成
Cu
,错误;
B
项,由于阳离子交换膜只允许阳离子和水分子通过,故甲池的
c
(
)
不变,错误;
C
项,在乙池中
Cu
2
+
+
2e
-
===Cu
,同时甲池中的
Zn
2
+
通过阳离子交换膜进入乙池中,由于
M
(Zn
2
+
)>
M
(Cu
2
+
)
,故乙池溶液的总质量增加,正确;
D
项,阳离子交换膜只允许阳离子和水分子通过,电解过程中
Zn
2
+
通过交换膜移向正极保持溶液中电荷平衡,阴离子是不能通过交换膜的,错误。
2
3
1
4
5
6
7
2.
微生物电池是指在微生物的作用下将化学能转化为电能的装置,其工作原理如图所示。下列有关微生物电池的说法错误的是
答案
解析
2
3
1
4
5
6
7
A.
正极反应中有
CO
2
生成
B.
微生物促进了反应中电子的转移
C.
质子通过交换膜从负极区移向正极区
D.
电池总反应为
C
6
H
12
O
6
+
6O
2
===6CO
2
+
6H
2
O
√
解析
由电池结构图可知,在正极上氧气得到电子发生还原反应,与移向正极的
H
+
反应生成水,
A
错误;
微生物在反应中促进葡萄糖的氧化,即促进了电子的转移,
B
正确;
利用原电池工作原理知,质子可通过质子交换膜由负极区移向正极区,
C
正确;
该电池的总反应为葡萄糖发生氧化反应生成二氧化碳和水,
D
正确。
2
3
1
4
5
6
7
3.
锂锰电池的体积小,性能优良,是常用的一次电池。该电池反应原理如图所示,其中电解质
LiClO
4
溶于混合有机溶剂中,
Li
+
通过电解质迁移入
MnO
2
晶格中,生成
LiMnO
2
。下列有关说法正确的是
答案
解析
2
3
1
4
5
6
7
A.
外电路的电流方向是由
a
极流向
b
极
B.
电池正极反应式为
MnO
2
+
e
-
+
Li
+
===LiMnO
2
C.
可用水代替电池中的混合有机溶剂
D.
每转移
0.1 mol
电子,理论上消耗
Li
的质量为
3.5 g
√
解析
Li
是负极,
MnO
2
是正极,且
Li
是活泼金属,能与水直接反应。
4.
一种熔融碳酸盐燃料电池原理如图所示。下列有关该电池的说法正确的是
2
3
1
4
5
6
7
A.
反应
CH
4
+
H
2
O 3H
2
+
CO
,每消耗
1 mol CH
4
转移
12 mol
电子
B.
电极
A
上
H
2
参与的电极反应为
H
2
+
2OH
-
-
2e
-
===2H
2
O
C.
电池工作时,
向电极
B
移动
D.
电极
B
上发生的电极反应为
O
2
+
2CO
2
+
4e
-
===2
√
答案
解析
解析
A
项,
,则该反应中每消耗
1
mol
CH
4
转移
6
mol
电子,错误;
该电池的传导介质为熔融的碳酸盐,所以
A
电极即负极上
H
2
参与的电极反应为
H
2
-
2e
-
+
===CO
2
+
H
2
O
,错误;
C
项,原电池工作时,阴离子移向负极,而
B
极是正极,错误;
D
项,
B
电极即正极上
O
2
参与的电极反应为
O
2
+
4e
-
+
2CO
2
===
,正确。
2
3
1
4
5
6
7
新题预测
5.
科学家设想,
N
2
和
H
2
为反应物,以溶有
A
的稀盐酸为电解质溶液,可制造出既能提供电能又能固氮的新型燃料电池,装置如图所示。下列说法不正确的是
A.
通入
N
2
的电极发生的电极反应式为
N
2
+
6e
-
+
8H
+
===
B.
反应过程中溶液的
pH
会变大,故需要加入盐酸
C.
该电池外电路电流从通入
H
2
的电极流向通入
N
2
的电极
D.
通入
H
2
的电极为负极,
A
为
NH
4
Cl
答案
解析
√
2
3
1
4
5
6
7
解析
A
项,该电池的原理是合成氨,所以正极是氮气发生还原反应,电极反应式为
N
2
+
6e
-
+
8H
+
===
,正确;
B
项,反应过程中,
H
+
不断被消耗,
pH
变大,需要加入盐酸,正确;
C
项,该装置是原电池装置,电流由正极通过外电路流向负极,即由通入氮气的电极沿外电路流向通入氢气的电极,错误;
D
项,通入
H
2
的电极为负极,
A
为
NH
4
Cl
,正确。
2
3
1
4
5
6
7
A.
石墨电极作正极,发生还原反应
B.
铂电极的电极反应式:
C
8
H
18
+
16H
2
O
-
50e
-
===
8CO
2
↑
+
50H
+
C.H
+
由质子交换膜左侧向右侧迁移
D.
每消耗
5.6 L
O
2
,电路中通过
1
mol
电子
6.
为了强化安全管理,某油库引进一台空气中汽油含量的测量仪,其工作原理如图所示
(
用强酸性溶液作电解质溶液
)
。下列说法不正确的是
答案
解析
√
2
3
1
4
5
6
7
解析
由图像知,石墨电极通入
O
2
,发生还原反应
O
2
+
4e
-
+
4H
+
===
2H
2
O
,
A
项不符合题意。
铂电极上发生氧化反应,电极反应式为
C
8
H
18
+
16H
2
O
-
50e
-
===8CO
2
↑
+
50H
+
,
B
项不符合题意。
在原电池中,阳离子向正极迁移,阴离子向负极迁移,
C
项不符合题意。
由于没有指明反应温度和压强,不能通过体积计算
O
2
的物质的量,也就无法确定转移电子的物质的量,
D
项符合题意。
2
3
1
4
5
6
7
A.
放电时,
Li
+
向负极移动
B.
充电时,阳极质量减小,阴极质量增加
C.
放电时,正极的电极反应为
-
10e
-
===6S
2
-
D.
可用
LiCl
水溶液代替聚合物电解质
7.
最新发明的一种有望用在电动汽车上的锂
—
硫电池装置如图所示,用有机聚合物作电解质,已知放电时电池反应为
Li
2
S
6
+
10Li===6Li
2
S
。下列说法正确的是
√
答案
解析
2
3
1
4
5
6
7
解析
在原电池中,阳离子向正极迁移,
A
项错误。
充电时,阳极发生氧化反应,电极反应式为
6S
2
-
-
10e
-
===
,阴极发生还原反应,电极反应式为
Li
+
+
e
-
===Li
,
B
项正确。
放电时,正极发生还原反应,电极反应式为
+
10e
-
===6S
2
-
,
C
项错误。
由于
Li
是活泼金属,能与水发生剧烈反应,
D
项错误。
2
3
1
4
5
6
7
角度二 电解原理及应用
1.
构建电解池模型,类比分析电解基本原理
高考必备
构建如图电解
CuCl
2
溶液模型,通过类比模型,结合氧化还原反应知识
(
如:化合价的变化、得失电子情况等
)
,能迅速判断电解池的阴、阳极,弄清楚外电路中电子的移动情况和内电路中离子的移动情况,准确判断离子的放电顺序并书写电极反应式和电解总反应式,掌握电解基本原理。
2.
“
六点
”
突破电解应用题
(1)
分清阴、阳极,与电源正极相连的为阳极,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
Fe
2
+
,而不是
Fe
3
+
)
;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
S
2
-
>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
+
>Hg
2
+
>Fe
3
+
>Cu
2
+
>H
+
>Pb
2
+
>Fe
2
+
>Zn
2
+
>H
+
(
水
)>Al
3
+
>Mg
2
+
>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
CuSO
4
溶液,
Cu
2
+
完全放电之前,可加入
CuO
或
CuCO
3
复原,而
Cu
2
+
完全放电之后,应加入
Cu(OH)
2
或
Cu
2
(OH)
2
CO
3
复原。
典例剖析
例
1
(2016·
全国卷
Ⅰ
,
11)
三室式电渗析法处理含
Na
2
SO
4
废水的原理如图所示,采用惰性电极,
ab
、
cd
均为离子交换膜,在直流电场的作用下,两膜中间的
Na
+
和
可通过离子交换膜,而两端隔室中离子被阻挡不能进入中间隔室。
下列叙述正确的是
A.
通电后中间隔室的
离子向正极迁移,正极
区溶液
pH
增大
B.
该法在处理含
Na
2
SO
4
废水时可以得到
NaOH
和
H
2
SO
4
产品
C.
负极反应为
2H
2
O
-
4e
-
===O
2
+
4H
+
,负极区溶液
pH
降低
D.
当电路中通过
1 mol
电子的电量时,会有
0.5 mol
的
O
2
生成
√
答案
思维导图
解析
思维导图
解析
电解池中阴离子向正极移动,阳离子向负极移动,即
离子向正极区移动,
Na
+
向负极区移动,正极区水电离的
OH
-
发生氧化反应生成氧气,
H
+
留在正极区,该极得到
H
2
SO
4
产品,溶液
pH
减小,负极区水电离的
H
+
发生还原反应生成氢气,
OH
-
留在负极区,该极得到
NaOH
产品,溶液
pH
增大,故
A
、
C
项错误,
B
项正确;
该电解池相当于电解水,根据电解水的方程式可计算出当电路中通过
1 mol
电子的电量时,会有
0.25 mol
的
O
2
生成,
D
项错误。
例
2
用下图所示装置除去含
CN
-
、
Cl
-
废水中的
CN
-
时,控制溶液
pH
为
9
~
10
,
CN
-
与阳极产生的
ClO
-
反应生成无污染的气体,下列说法不正确的是
答案
A.
用石墨作阳极,铁作阴极
B.
阳极的电极反应式为
Cl
-
+
2OH
-
-
2e
-
===
ClO
-
+
H
2
O
C.
阴极的电极反应式为
2H
2
O
+
2e
-
===H
2
↑
+
2OH
-
D.
除去
CN
-
的反应:
2CN
-
+
5ClO
-
+
2H
+
===N
2
↑
+
2CO
2
↑
+
5Cl
-
+
H
2
O
√
解析
解析
阳极产生
ClO
-
,发生的反应为
Cl
-
+
2OH
-
-
2e
-
===
ClO
-
+
H
2
O
,所以阳极一定是石墨电极而不是铁电极,
A
、
B
两项正确;
阴极是
H
+
得电子产生
H
2
,
C
项正确;
溶液的
pH
为
9
~
10
,显碱性,因而除去
CN
-
的反应为
2CN
-
+
5ClO
-
+
2OH
-
===
N
2
↑
+
+
5Cl
-
+
H
2
O
,
D
项错误。
经典精练
1.
根据如图判断,下列说法正确的是
答案
解析
2
3
1
4
5
6
A.
甲电极附近溶液
pH
会升高
B.
甲极生成氢气,乙极生成氧气
C.
当有
0.1
mol
电子转移时,乙电极产生
1.12 L
气体
D.
图中
b
为阴离子交换膜、
c
为阳离子交换膜,利用该装置可以制硫酸和
氢氧化钠
√
解析
甲为阳极,放氧生酸,电极附近
H
+
浓度增大;
乙为阴极,产生
H
2
;
C
项未指明标准状况,错。
2.
观察下列几个装置示意图,有关叙述正确的是
A.
装置
①
中阳极上析出红色固体
B.
装置
②
的待镀铁制品应与电源正极相连
C.
装置
③
中外电路电子由
a
极流向
b
极
D.
装置
④
中所连的
X
是外接电源的正极
答案
√
2
3
1
4
5
6
解析
解析
电解
CuCl
2
溶液时,阳极产生氯气,阴极析出红色的铜,
A
项错误;
电镀时,镀层金属作阳极,连电源的正极,待镀铁制品作阴极,连电源的负极,
B
项错误;
装置
③
中,通入氢气的
a
极是负极,通入氧气的
b
极是正极,在外电路中,电子由
a
极经电流表流向
b
极,
C
项正确;
装置
④
是利用电解原理防腐,钢闸门应是被保护的电极,为阴极,所连的
X
电极是外接电源的负极,
D
项错误。
2
3
1
4
5
6
3.
工业上可利用下图所示电解装置吸收和转化
SO
2
(A
、
B
均为惰性电极
)
。下列说法正确的是
A.A
电极接电源的正极
B.A
极区溶液的碱性逐渐增强
C.
本装置中使用的是阴离子交换膜
D.B
极的电极反应式为
SO
2
+
2e
-
+
2H
2
O===
+
4H
+
答案
解析
√
2
3
1
4
5
6
2
3
1
4
5
6
新题预测
4.
储氢合金表面镀铜过程中发生的反应为
Cu
2
+
+
2HCHO
+
4OH
-
===Cu
+
H
2
↑
+
2H
2
O
+
2HCOO
-
。下列说法正确的是
A.
阴极发生的电极反应只有
Cu
2
+
+
2e
-
===Cu
B.
镀铜过程中化学能转变为电能
C.
合金作阳极,铜作阴极
D.
电镀过程中
OH
-
向阳极迁移
答案
解析
√
2
3
1
4
5
6
解析
A
项,阴极上还会析出氢气,发生的电极反应还有
2H
2
O
+
2e
-
===2OH
-
+
H
2
↑
,错误。
B
项,利用电解原理在合金表面镀铜,是将电能转化为化学能,错误。
C
项,合金作阴极,铜作阳极,错误。
D
项,阳极反应式为
HCHO
-
2e
-
+
3OH
-
===HCOO
-
+
2H
2
O
,
OH
-
向阳极迁移,并在阳极上发生反应,正确。
2
3
1
4
5
6
5.
纳米氧化亚铜在制作陶瓷等方面有广泛应用。利用电解的方法可得到纳米
Cu
2
O
,电解原理如图所示。下列有关说法不正确的是
A.b
极为负极
B.
铜极的电极反应式为
2Cu
-
2e
-
+
2OH
-
===Cu
2
O
+
H
2
O
C.
钛极附近逸出
O
2
D.
每生成
1 mol Cu
2
O
,理论上有
2 mol OH
-
从离子交换膜左侧向右侧迁移
答案
√
2
3
1
4
5
6
解析
解析
A
项,铜为阳极,钛为阴极,阴极与负极相连,所以
b
极为负极,不符合题意。
B
项,铜极上发生氧化反应生成氧化亚铜,不符合题意。
C
项,钛极的电极反应式为
2H
2
O
+
2e
-
===2OH
-
+
H
2
↑
,符合题意。
D
项,左侧生成
OH
-
,右侧消耗
OH
-
,且每生成
1 mol Cu
2
O
时,消耗
2 mol OH
-
,为维持电荷平衡,则理论上有
2 mol OH
-
从离子交换膜左侧向右侧迁移,不符合题意。
2
3
1
4
5
6
6.
常温下,将物质的量浓度相等的
CuSO
4
溶液和
NaCl
溶液等体积混合后,用石墨电极进行电解,电解过程中,溶液的
pH
随时间
t
的变化曲线如图所示。下列说法中不正确的是
答案
2
3
1
4
5
6
A.A
点对应溶液
pH
小于
7
,因为
Cu
2
+
水解使溶液显酸性
B.
整个电解过程中阳极先产生
Cl
2
,后产生
O
2
C.BC
段对应的电解过程阳极产物是
Cl
2
D.CD
段对应的电解过程电解的物质是水
√
解析
解析
根据图像,
AB
段对应的电解过程阳极产物为
Cl
2
、阴极产物为
Cu
;
BC
段对应的电解过程阳极产物为
O
2
、阴极产物为
Cu
;
CD
段对应的电解过程阳极产物为
O
2
、阴极产物为
H
2
;
CuSO
4
水解,溶液呈酸性,
A
点对应溶液
pH
小于
7
,
A
项说法正确;
根据阳极放电顺序,整个过程中阳极上
Cl
-
先放电,产生
Cl
2
,
H
2
O
后放电,产生
O
2
,
B
项说法正确;
阳极先产生
Cl
2
,后产生
O
2
,
BC
段对应的电解过程溶液
pH
减小,阳极电解
H
2
O
,阳极产物是
O
2
,阴极产物为
Cu
,
C
项说法错误;
CD
段对应的电解过程溶液
pH
下降速率减小,为电解
H
2
O
,阳极产物为
O
2
、阴极产物为
H
2
,
D
项说法正确。
2
3
1
4
5
6
角度三 电化学原理的综合判断
1.
金属腐蚀原理及防护方法总结
(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。
高考必备
(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:被保护的金属与电池负极相连,形成电解池,作阴极。
2.
可充电电池的反应规律
(1)
可充电电池有充电和放电两个过程,放电时是原电池反应,充电时是电解池反应。
(2)
放电时的负极反应和充电时的阴极反应、放电时的正极反应和充电时的阳极反应互为逆反应。将负
(
正
)
极反应式变换方向并将电子移项即可得出阴
(
阳
)
极反应式。
(3)
可充电电池充电时原负极必然要发生还原反应
(
生成原来消耗的物质
)
,即作阴极,连接电源的负极;同理,原正极连接电源的正极,作阳极。简记为负连负,正连正。
3.
“
串联
”
类电池的解题流程
例
1
(2016·
全国卷
Ⅲ
,
11)
锌
—
空气燃料电池可用作电动车动力电源,电池的电解质溶液为
KOH
溶液,反应为
2Zn
+
O
2
+
4OH
-
+
2H
2
O===
。
下列说法正确的是
A.
充电时,电解质溶液中
K
+
向阳极移动
B.
充电时,电解质溶液中
c
(OH
-
)
逐渐减小
C.
放电时,负极反应为
Zn
+
4OH
-
-
2e
-
===
D.
放电时,电路中通过
2 mol
电子,消耗氧气
22.4 L(
标准状况
)
典例剖析
答案
解析
√
解题思路
解题思路
充电时应用电解原理,阳离子向阴极运动,阴离子向阳极运动;从方程式的角度看是已知反应,逆向进行。
放电时应用原电池原理,
Zn
为负极,
O
2
在正极得电子,应用电子守恒可判断
D
项。
解析
A
项,充电时,电解质溶液中
K
+
向阴极移动,错误;
B
项,充电时,总反应方程式为
2Zn
+
O
2
+
4OH
-
+
2H
2
O
,所以电解质溶液中
c
(OH
-
)
逐渐增大,错误;
C
项,在碱性环境中负极
Zn
失电子生成的
Zn
2
+
将与
OH
-
结合生成
,正确;
D
项,
O
2
~
4e
-
,故电路中通过
2 mol
电子,消耗氧气
0.5 mol
,在标准状况下体积为
11.2 L
,错误。
例
2
(2016·
北京理综,
12)
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
A.a
、
d
处:
2H
2
O
+
2e
-
===H
2
↑
+
2OH
-
B.b
处:
2Cl
-
-
2e
-
===Cl
2
↑
C.c
处发生了反应:
Fe
-
2e
-
===Fe
2
+
D.
根据实验一的原理,实验二中
m
处能析出铜
√
答案
解析
解题思路
解题思路
根据实验一装置的宏观现象,可推测实验一装置的变化符合两个电解池串联,类比实验一,溶液中的铜珠也可看作导体,左右两测看作两个电极,则实验二装置为三个电解池串联,应用活泼电极的电解原理,分析判断各项,得出正确答案。
解析
实验一可以看作两个电解池串联,
a
为阴极,
c
为阳极,
d
为阴极,
b
为阳极。
a
、
d
均为阴极,溶液中的阳离子即水中的
H
+
放电生成
H
2
和
OH
-
,试纸变蓝,
A
正确;
b
为阳极,
b
处变红,说明有
H
+
生成,即水中的
OH
-
放电生成
O
2
和
H
2
O
,局部褪色,说明
Cl
-
放电生成
Cl
2
,溶于水中生成
HCl
和
HClO
,
HClO
的漂白性使局部褪色,
B
错误;
c
处铁作阳极,活性电极作阳极,优先失电子:
Fe
-
2e
-
===Fe
2
+
,
C
正确;
由实验一原理,可知实验二中形成
3
个电解池
(1
个球的两面为阴、阳两极
)
,
m
为阴极,相当于电镀铜原理,
m
处有铜析出,
D
正确。
1.
某同学组装了如图所示的电化学装置。电极
Ⅰ
为
Al
,其他电极均为
Cu
,则
答案
解析
经典精练
2
3
1
4
5
6
A.
电流方向:电极
Ⅳ→
→
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:
Cu
2
+
+
2e
-
===Cu
√
7
解析
根据原电池的构成原理可知,电极
Ⅰ
为负极,电极
Ⅱ
为正极,电极
Ⅲ
为阳极,电极
Ⅳ
为阴极。电子流向为电极
Ⅰ→
→
电极
Ⅳ
,故电流方向为电极
Ⅳ→
→
电极
Ⅰ
,
A
正确;
电极
Ⅰ
为负极,发生氧化反应,
B
错误;
电极
Ⅱ
为正极,
Cu
2
+
被还原得到
Cu
,
C
错误;
电极
Ⅲ
为阳极,发生反应:
Cu
-
2e
-
===Cu
2
+
,
D
错误。
2
3
1
4
5
6
7
答案
解析
2
3
1
4
5
6
2.
如图所示,将铁棒和石墨棒插入盛有足量饱和
NaCl
溶液的
U
形管中。下列分析正确的是
A.K
1
闭合,铁棒上发生的反应为
2H
+
+
2e
-
===H
2
↑
B.K
1
闭合,石墨棒周围溶液
pH
逐渐升高
C.K
2
闭合,铁棒不会被腐蚀,属于牺牲阳极的阴极保护法
D.K
2
闭合,电路中通过
0.002
N
A
个电子时,两极共产生
0.001 mol
气体
√
7
2
3
1
4
5
6
解析
K
1
闭合,该装置为原电池,根据原电池原理,铁棒为负极,电极反应为
Fe
-
2e
-
===
Fe
2
+
,石墨棒为正极,电极反应为
O
2
+
4e
-
+
2H
2
O
===
4OH
-
,石墨棒周围溶液
pH
逐渐升高,所以
A
错误,
B
正确;
K
2
闭合则为电解池装置,根据电解原理,铁棒为阴极,不会被腐蚀,属于外加电流的阴极保护法,
C
错误;
电解饱和
NaCl
溶液,当电路中有
0.002
mol
电子通过时,阴、阳两极分别产生
H
2
、
Cl
2
,二者的物质的量均为
0.001
mol
,
D
错误。
7
A.
甲装置是牺牲阳极的阴极保护法
B.
乙装置是牺牲阳极的阴极保护法
C.
一段时间后甲、乙装置中
pH
均增大
D.
甲、乙装置中铁电极的电极反应式均为
2H
+
+
2e
-
===H
2
↑
3.
对如图装置
(
铁的防护
)
的分析正确的是
答案
解析
√
2
3
1
4
5
6
7
解析
A
项,甲装置中
C
为阳极,阳极上氯离子失电子,
Fe
为阴极,阴极上氢离子得电子,属于外加电流的阴极保护法,故
A
错误;
B
项,乙装置中
Zn
为负极,
Fe
为正极,正极上氧气得电子,
Fe
不参加反应,
Fe
被保护,所以是牺牲阳极的阴极保护法,故
B
正确;
C
项,甲装置中电解氯化钠生成氢氧化钠,溶液的
pH
增大,乙装置中负极
Zn
失电子,正极氧气得电子,最终生成氢氧化锌,溶液的
pH
几乎不变,故
C
错误;
D
项,乙中正极上氧气得电子生成氢氧根离子,所以
Fe
电极上没有氢气生成,故
D
错误。
2
3
1
4
5
6
7
4.
某电动汽车配载一种可充放电的锂离子电池,放电时电池总反应为
Li
1
-
x
CoO
2
+
Li
x
C
6
===LiCoO
2
+
C
6
(
x
<
1)
。下列关于该电池的说法不正确的是
A.
放电时,
Li
+
在电解质中由负极向正极迁移
B.
放电时,负极的电极反应式为
Li
x
C
6
-
x
e
-
===
x
Li
+
+
C
6
C.
充电时,若转移
1 mol e
-
,石墨
(C
6
)
电极将增重
7
x
g
D.
充电时,阳极的电极反应式为
LiCoO
2
-
x
e
-
===Li
1
-
x
CoO
2
+
x
Li
+
答案
解析
√
2
3
1
4
5
6
7
解析
A
项,原电池中阳离子由负极向正极迁移,正确;
B
项,放电时,负极发生氧化反应,电极反应式为
Li
x
C
6
-
x
e
-
===
x
Li
+
+
C
6
,正确;
C
项,充电时,若转移
1 mol
电子,石墨电极质量将增重
7 g
,错误;
D
项,充电时阳极发生氧化反应,电极反应式为
LiCoO
2
-
x
e
-
===Li
1
-
x
CoO
2
+
x
Li
+
,正确。
2
3
1
4
5
6
7
新题预测
5.
一种高能纳米级
Fe
3
S
4
和镁的二次电池,其工作原理为
Fe
3
S
4
+
4Mg
3Fe
+
4MgS
,装置如图所示。下列说法不正确的是
答案
解析
2
3
1
4
5
6
A.
放电时,镁电极为负极
B.
放电时,正极的电极反应式为
Fe
3
S
4
+
8e
-
===3Fe
+
4S
2
-
C.
充电时,阴极的电极反应式为
MgS
+
2e
-
===Mg
+
S
2
-
D.
充电时,
S
2
-
通过阴离子交换膜从左侧向右侧迁移
√
7
解析
二次电池放电时为原电池原理,充电时为电解池原理。放电时
Mg
转化为
MgS
,化合价升高,故为负极,则
Fe
3
S
4
为正极,其电极反应式为
Fe
3
S
4
+
8e
-
===3Fe
+
4S
2
-
,因此
A
、
B
两项正确;
充电时,
MgS
转化为
Mg
,故为阴极,其电极反应式为
MgS
+
2e
-
===Mg
+
S
2
-
,因此
C
项正确;
充电时,阴离子向阳极移动,则
S
2
-
通过阴离子交换膜从右侧向左侧迁移,故
D
项错误。
2
3
1
4
5
6
7
6.
肼
(
分子式为
N
2
H
4
,又称联氨
)
具有可燃性,在氧气中完全燃烧生成氮气,可用作燃料电池的燃料。
2
3
1
4
5
6
答案
解析
由题图信息可知下列叙述不正确的是
A.
甲为原电池,乙为电解池
B.b
电极的电极反应式为
O
2
+
4e
-
===
2O
2
-
C.d
电极的电极反应式为
Cu
2
+
+
2e
-
===Cu
D.c
电极质量变化
128 g
时,理论消耗标准状况下的空气约为
112 L
√
7
2
3
1
4
5
6
解析
由题图信息可知,甲为乙中的电解提供能量,
A
项不符合题意;
水溶液中不可能存在
O
2
-
,
B
项符合题意;
d
电极与负极相连,发生还原反应,生成
Cu
,
C
项不符合题意;
铜质量减少
128 g
,减少的物质的量为
2 mol
,故转移
4 mol
电子,由
N
2
H
4
+
O
2
===N
2
+
2H
2
O
可知,
N
元素的化合价由-
2
升高到
0
,故转移
4 mol
电子时,
参与反应的
O
2
的物质的量为
1 mol
,即消耗空气的物质的量约为
=
5 mol
,
即标准状况下的体积为
5 mol
×
22.4 L·mol
-
1
=
112 L
,
D
项不符合题意。
7
7.
在城市地下常埋有纵横交错的管道和输电线路,有些地面上还铺有地铁或城铁的铁轨,当有电流泄漏入潮湿的土壤中,并与金属管道或铁轨形成回路时,就会引起金属管道、铁轨的腐蚀,原理简化如图所示。则下列有关说法中不正确的是
A.
原理图可理解为两个串联电解装置
B.
溶液中铁丝被腐蚀时,左侧有无色气体产生,附近
产生少量白色沉淀,随后变为灰绿色
C.
溶液中铁丝左端的电极反应式为
Fe
-
2e
-
===
Fe
2
+
D.
地下管道被腐蚀,不易发现,也不便维修,故应将埋在地下的金属管道
表面涂绝缘膜
(
或油漆等
)
√
答案
解析
2
3
1
4
5
6
7
解析
题中原理图可理解为两个串联的电解装置,
A
项不符合题意。
左侧铁棒为阳极,铁失去电子生成亚铁离子,铁丝左侧为阴极,氢离子在阴极放电生成氢气,同时有
OH
-
生成,亚铁离子与
OH
-
结合,产生少量白色沉淀,随后被氧化为灰绿色,
B
项不符合题意、
C
项符合题意。
2
3
1
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本课结束