高考化学第二轮复习学案电化学基础 20页

学案11　电化学基础 最新考纲展示　1.理解原电池和电解池的工作原理，能写出常见的简单电极反应和电池反应方程式。2.了解常见的化学电源，认识化学能与电能相互转化的实际意义及其重要应用。‎ ‎3.认识金属腐蚀的危害，理解金属发生电化学腐蚀的原因，能运用恰当的措施防止铁、铝等金属腐蚀。‎ ‎1． 按如图所示装置进行实验，并回答下列问题。‎ ‎(1)判断装置的名称：A池为________，B池为________。‎ ‎(2)锌极为____极，Cu2＋在溶液中向________极运动(填“Zn”或“Cu”)。‎ ‎(3)电极反应式 正极____________________________________________________________________，‎ 负极____________________________________________________________________。‎ ‎(4)若溶液X为滴有酚酞的KCl溶液 ‎①石墨棒C1的电极反应式为________________________，石墨棒C2附近发生的实验现象为__________________________，溶液中的K＋向__________电极移动(填“C1”或“C2”)。‎ ‎②当C2极析出224 mL 气体(标准状况时)，锌的质量变化________(填“增加”或“减少”)________g，此时B中的溶液的体积为200 mL，则pH为________。‎ ‎(5)若溶液X为CuSO4溶液(足量)‎ ‎①B池中总反应的离子方程式为____________________________________________。‎ ‎②反应一段时间后，A池中Cu电极增重3.2 g，要使B池溶液恢复到起始状态，向溶液中加入适量的________，其质量为________g。‎ 答案　(1)原电池　电解池　(2)负　Cu ‎(3)Cu2＋＋2e－===Cu　Zn－2e－===Zn2＋‎ ‎(4)①2Cl－－2e－===Cl2↑　产生无色气泡，溶液变红　C2‎ ‎②减少　0.65　13‎ ‎(5)①2Cu2＋＋2H2O2Cu＋O2↑＋4H＋‎ ‎②CuO　4(或CuCO3　6.2)‎ ‎2． 如图所示水槽中试管内有一枚铁钉，放置数天后观察：‎ ‎(1)铁钉在逐渐生锈，则铁钉的腐蚀属于______腐蚀(填“化学”或“电化学”)。‎ ‎(2)若试管内液面上升，则原溶液呈________性，发生__________腐蚀，正极反应式为 ‎________________________________________________________________________。‎ ‎(3)若试管内液面下降，则原溶液呈____性，发生__________腐蚀，正极反应式为 ‎________________________。‎ 答案　(1)电化学 ‎(2)弱酸或中　吸氧　O2＋2H2O＋4e－===4OH－‎ ‎(3)较强的酸　析氢　2H＋＋2e－===H2↑‎ ‎3． 正误判断，正确的划“√”，错误的划“×”‎ ‎(1)电解质溶液导电是化学变化，金属导电是物理变化 (　　)‎ ‎(2)电解法精炼铜时，用纯铜作阳极 (　　)‎ ‎(3)在镀件上镀铜时，电镀液中c(Cu2＋)几乎不变 (　　)‎ ‎(4)电解法精炼铜时，电解质溶液中各离子浓度基本不变 (　　)‎ ‎(5)金属作原电池的负极时被保护 (　　)‎ ‎(6)生活、生产中钢铁被腐蚀的原理主要是负极发生反应：‎ Fe－3e－===Fe3＋ (　　)‎ 答案　(1)√　(2)×　(3)√　(4)×　(5)×　(6)×‎ 题型1　有关电化学原理的考查 真题回顾 ‎1． (2013·新课标全国卷Ⅱ，11)“ZEBRA”蓄电池的结构如图所示，电极材料多孔Ni/NiCl2和金属钠之间由钠离子导体制作的陶瓷管相隔。下列关于该电池的叙述错误的是(　　)‎ A．电池反应中有NaCl生成 B．电池的总反应是金属钠还原三价铝离子 C．正极反应为NiCl2＋2e－===Ni＋2Cl－‎ D．钠离子通过钠离子导体在两电极间移动 答案　B 解析　结合蓄电池装置图，利用原电池原理分析相关问题。A项，负极反应为Na－e－‎ ‎===Na＋，正极反应为NiCl2＋2e－===Ni＋2Cl－，故电池反应中有NaCl生成；B项，电池的总反应是金属钠还原二价镍离子；C项，正极上NiCl2发生还原反应，电极反应为NiCl2＋2e－===Ni＋2Cl－‎ ‎；D项，钠在负极失电子，被氧化生成Na＋，Na＋通过钠离子导体在两电极间移动。‎ ‎2． (2013·浙江理综，11)电解装置如图所示，电解槽内装有KI及淀粉溶液，中间用阴离子交换膜隔开。在一定的电压下通电，发现左侧溶液变蓝色，一段时间后，蓝色逐渐变浅。‎ 已知：3I2＋6OH－===IO＋5I－＋3H2O 下列说法不正确的是 (　　)‎ A．右侧发生的电极反应式：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－‎ B．电解结束时，右侧溶液中含IO C．电解槽内发生反应的总化学方程式：KI＋3H2OKIO3＋3H2↑‎ D．如果用阳离子交换膜代替阴离子交换膜，电解槽内发生的总化学反应不变 答案　D 解析　结合题给电解槽装置，利用电解原理进行分析、解决问题。‎ 该电解槽的两极均为惰性电极(Pt)，在一定条件下通电，发现左侧溶液变蓝色，说明发生电极反应：2I－－2e－===I2，由淀粉溶液遇单质碘显蓝色可知，左侧为阳极，右侧为阴极，阴极上溶液中的H＋得电子发生还原反应，电极反应为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－(或2H＋＋2e－===H2↑)，A项正确。阴极周围溶液中产生的OH－经阴离子交换膜移向左侧，并与左侧电极上产生的I2发生反应：3I2＋6OH－===IO＋5I－＋3H2O，一段时间后，蓝色逐渐变浅，电解结束时，左侧溶液中的IO经阴离子交换膜进入右侧溶液，B项正确。结合阴、阳极发生的反应及I2与OH－的反应可知，电解槽内总反应为I－＋3H2O通电,IO＋3H2↑，C项正确。若用阳离子交换膜代替阴离子交换膜，电解槽内总反应为2I－＋2H2O通电,I2＋H2↑＋2OH－，D项错。‎ 规律方法 ‎1． 做好原电池、电解池、电镀池三池比较 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的装置 形成条件 ‎①活泼性不同的两 电极 ‎②电解质溶液 ‎③形成闭合回路 ‎①两电极接直流电源 ‎②两电极插入电解质溶液中 ‎③形成闭合回路 ‎①镀层金属接电源正极，待镀金属接电源负极 ‎②电镀液必须含有镀层金属的离子 电极名称 负极：较活泼金属 正极：较不活泼金属(或能导电的非金属)‎ 阳极：与电源正极相连 阴极：与电源负极相连 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：氧化反应，金属失电子 正极：还原反应，溶液中的阳离子得电子 阳极：氧化反应，溶液中的阴离子失电子，或活泼金属电极失电子 阴极：还原反应，溶液中的阳离子得电子 阳极：金属电极失 电子 阴极：电镀液中的阳 离子得电子 ‎2． 原电池、电解池、电镀池的判断方法 ‎(1)若无外接电源的单一装置则一般是原电池，然后依据原电池的形成条件判定，主要思路是三“看”：‎ 先看电极：两种活泼性不同的金属(或其中一种为非金属导体)作电极。‎ 再看溶液：在电解质溶液中能自发地发生氧化还原反应。‎ 后看回路：用导线连接的两电极与电解质溶液接触并形成闭合回路。‎ ‎(2)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离子相同时则为电镀池。‎ ‎(3)若为无明显外接电源的串联电路，则应利用题中信息找出能自发发生氧化还原反应的装置为原电池，与其相连的池为电解池或电镀池。‎ ‎(4)若为二次电池使用过程的分析，其中放电过程是将化学能转变成电能，为原电池反应；充电过程是将电能转变成化学能，为电解池反应。‎ ‎3． 电极名称的判断方法 无论是原电池还是电解池，其本质都是在两个电极表面发生氧化还原反应。在确定电极时用好对立统一规律，能起到事半功倍的效果。如在原电池中，一个电极为正极，则另一电极为负极；在电解池中，一个电极为阳极，则另一电极为阴极。‎ ‎(1)原电池正、负极的确定 负极— 自己整理正极判断的一般方法。‎ ‎(2)电解池阴、阳极的确定 阴极— 自己整理阳极判断的一般方法。‎ 对点集训 ‎1． 有关下列四个常用电化学装置的叙述中正确的是 (　　)‎ 图Ⅰ碱性锌锰电池 图Ⅱ铅硫酸蓄电池 图Ⅲ电解精炼铜 图Ⅳ银锌纽扣电池 A．图Ⅰ所示电池中，负极电极反应为Zn－2e－===Zn2＋‎ B．图Ⅱ所示电池放电过程中，硫酸浓度不断增大 C．图Ⅲ所示装置工作过程中，电解质溶液中Cu2＋浓度始终不变 D．图Ⅳ所示电池中，Ag2O是氧化剂，电池工作过程中被还原为Ag 答案　D 解析　A项在碱性条件下不能生成Zn2＋；B项放电时正极和负极都要生成PbSO4，硫酸的浓度减小；C项中比铜活泼的金属以阳离子的形式残留在溶液中，依据电子守恒可知，溶液中Cu2＋浓度要降低；D项Ag2O作正极，发生还原反应：Ag2O＋2e－＋H2O===2Ag＋2OH－。‎ ‎2． 甲图为一种新型污水处理装置，该装置可利用一种微生物将有机废水的化学能直接转化为电能。乙图是一种家用环保型消毒液发生器，用惰性电极电解饱和食盐水。下列说法中不正确的是 (　　)‎ A．装置乙的a极要与装置甲的X极连接 B．装置乙中b极的电极反应式为2Cl－－2e－===Cl2↑‎ C．若有机废水中主要含有葡萄糖，则装置甲中M极发生的电极反应为C6H12O6＋6H2O ‎－24e－===6CO2↑＋24H＋‎ D．N电极发生还原反应，当N电极消耗5.6 L(标况下)气体时，则有2NA个H＋通过离 子交换膜 答案　D 解析　由图甲分析得出M(或X)为负极，N(或Y)为正极；由图乙分析得出a为阴极，b为阳极。乙的a极要与甲的X极相连接，A项正确；乙的b极为阳极，氯离子放电，B项正确；因图甲中传递的是质子，葡萄糖在M极放电，故电极反应式为C6H12O6＋6H2O－24e－===6CO2↑＋24H＋，C项正确；氧气在N电极得到电子，电极反应式为O2＋4H＋＋4e－===2H2O，故消耗5.6 L氧气时，转移1 mol电子，即有NA个H＋通过离子交换膜，D项错误。‎ 题型2　多池组合装置问题 类型1　无外接电源的解决方案 ‎(1)先判断原电池，简单方法是寻找最活泼金属，确定最活泼金属所在装置为原电池，其余为电解池；还可以根据题目信息确定，能发生自发氧化还原反应的装置为原电池。‎ ‎(2)确定电极策略：与原电池负极相连的为阴极，串联装置中电极是交替出现的，即相邻电解装置的电极为阴、阳相连。‎ ‎(3)简单计算策略：多池串联装置中相同时间内各电极得失电子数相等。‎ 例1　如图是一个化学过程的示意图。已知甲池的总反应式为2CH3OH＋3O2＋‎ ‎4KOH===2K2CO3＋6H2O 请回答：‎ ‎(1)甲池是________池，通入O2的电极作为________极，电极反应式为___________。‎ ‎(2)乙池是________池，A电极名称为________极，电极反应式为________，乙池中的总反应离子方程式为__________，溶液的pH________(填“增大”、“减小”或“不变”)。‎ ‎(3)当乙池中B(Ag)极的质量增加5.40 g时，甲池中理论上消耗O2________mL(标准状况下)；此时丙装置中________(填“c”或“d”)电极析出0.60 g金属，则丙装置中的某盐溶液可能是________(填序号)。‎ a．MgSO4溶液 b．CuSO4溶液 c．NaCl溶液 d．AgNO3溶液 解析　依据题干信息可知甲池中发生自发进行的氧化还原反应，确定甲池为原电池，则乙池、丙池均为电解池。通CH3OH的电极为负极，通O2的电极为正极，依次确定A、B、c、d分别为阳极、阴极交替。‎ 利用电子守恒找出关系式：4Ag～O2，V(O2)＝n(Ag)×22.4 L·mol－1＝× ‎×22.4 L·mol－1＝0.28 L，即280 mL。‎ 答案　(1)原电　正　O2＋2H2O＋4e－===4OH－‎ ‎(2)电解　阳　4OH－－4e－===O2↑＋2H2O　4Ag＋＋2H2O4Ag＋O2↑＋4H＋　减小 ‎(3)280　d　bd 类型2　有外接电源的解决方案 ‎(1)有外接电源时，全部为电解池(包括电镀池和精炼池)。‎ ‎(2)确定电极策略：与电源负极相连的是阴极，根据“电解池串联时阴、阳电极交替出现”原则正推电极，也可以通过装置某极变化、现象反推电极。‎ ‎(3)计算要善用电子守恒。‎ 例2　如图a、b、c、d均为石墨电极，通电进行电解，b极有64 g Cu析出。‎ 下列说法不正确的是 (　　)‎ A．甲中a电极反应式为4OH－－4e－===O2↑＋2H2O B．电解时向乙中滴入酚酞溶液，c电极附近变红 C．向乙中通入2 mol HCl气体，溶液组成可以恢复 D．c电极产生2 g气体 ‎[思路引导]　该题首先根据图示中的电源推出a、b、c、d电极名称，然后判断A、B两项的正误；再根据串联电路的电子守恒找出关系式Cu～2e－～H2～Cl2～2HCl可判断C、D两项的正误。‎ 解析　a极与电源的正极相连，a为电解池的阳极，b为阴极，电解硫酸铜溶液，则OH－在阳极上放电，电极反应式为4OH－－4e－===O2↑＋2H2O，A项正确；在乙中c为阳极，d为阴极，电解饱和氯化钠溶液，阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑，阴极：2H＋＋2e－===H2↑，加入酚酞试剂，在阴极(d极)附近变红，B项错误；b极有64 g Cu析出，则电子转移的物质的量为2 mol，根据关系式：Cu～2e－～H2～Cl2～2HCl可得：通入HCl的物质的量为2 mol时，乙中溶液可复原，C项正确；c电极产生的是1 mol Cl2，质量为71 g，D项不正确。‎ 答案　BD 类型3　连接方式的控制装置解决方案 通过电键的闭合与断开，形成独立的原电池或电解池。注意前面反应的产物可能是后面反应的反应物，其余问题与前两种类型的解决方案相同。‎ 例3　在下图均用石墨作电极的电解池中，甲装置中为500 mL含某一溶质的蓝色溶液，乙装置中为500 mL稀硫酸。闭合K1，断开K2进行电解，观察到A电极表面有红色的固态物质生成，B电极有无色气体生成；当溶液中的原有溶质完全电解后，停止电解，取出A电极，洗涤、干燥、称量，电极增重6.4 g。‎ 请回答下列问题：‎ ‎(1)B电极发生的电极反应为________；C电极发生的电极反应为______________。‎ ‎(2)甲装置电解时发生反应的离子方程式为____________________________________。‎ ‎(3)甲装置电解后溶液的c(H＋)为________，要使电解后溶液恢复到电解前的状态，则需加入________(填化学式)，其质量为________g。(假设电解前后溶液的体积不变)‎ ‎(4)若再将K1断开，K2闭合，灵敏电流计G中指针是否会发生偏转？理由是什么？‎ 解析　当闭合K1，断开K2时，整个装置是电解池的串联问题。(1)甲装置中溶质呈蓝色则溶液中含有Cu2＋，A电极表面有红色的固态物质生成，A电极为阴极；B电极为阳极，有无色气体生成，电极反应为4OH－－4e－===2H2O＋O2↑；C电极为阴极，电极反应为2H＋＋2e－===H2↑。(2)甲装置中电解时反应的离子方程式为2Cu2＋＋2H2O2Cu＋O2↑＋4H＋。(3)通过A电极增重6.4 g可计算甲装置电解后溶液的c(H＋)为0.4 mol·L－1；使电解后溶液恢复到电解前的状态，则需加入8 g CuO或12.4 g CuCO3。(4)将K1断开，K2闭合，原电池与电解池串联，甲装置形成H2、O2燃料电池，C电极为负极。‎ 答案　(1)4OH－－4e－===2H2O＋O2↑‎ ‎2H＋＋2e－===H2↑‎ ‎(2)2Cu2＋＋2H2O2Cu＋O2↑＋4H＋‎ ‎(3)0.4 mol·L－1　CuO(或CuCO3)　8(或12.4)‎ ‎(4)偏转，打开K1，闭合K2，乙池符合原电池的条件，形成H2、O2燃料电池。‎ 例4　利用下图装置，可以模拟铁的电化学防护。‎ ‎(1)若X为Zn，开关K置于M处，X电极为________极，电极反应式为________，铁电极反应式为__________，此种防护法称为____________；‎ ‎(2)若X为碳棒，开关K置于N处，X为________极，电极反应式为____________，此种防护法称为______________；‎ ‎(3)若X为Cu，开关K置于N处，X电极反应式为__________，铁电极反应式为 ‎__________。‎ 解析　(1)X为Zn，开关K置于M处，构成ZnFe原电池，Zn作负极被氧化。(2)X为碳棒，开关K置于N处，构成电解池，X作阳极，OH－放电。(3)X为铜，开关K置于N处，Cu作阳极，Cu失电子变成Cu2＋，被氧化。‎ 答案　(1)负　2Zn－4e－===2Zn2＋　O2＋2H2O＋4e－===4OH－　牺牲阳极的阴极保护法 ‎(2)阳　4OH－－4e－===O2↑＋2H2O　外接电流的阴极保护法 ‎(3)Cu－2e－===Cu2＋　O2＋2H2O＋4e－===4OH－‎ 对点集训 ‎3． (2012·安徽理综，11)某兴趣小组设计如下微型实验装置。实验时，先断开K2，闭合K1，两极均有气泡产生；一段时间后，断开K1，闭合K2，发现电流表A指针偏转。‎ 下列有关描述正确的是 (　　)‎ A．断开K2，闭合K1时，总反应的离子方程式为 ‎2H＋＋2Cl－Cl2↑＋H2↑‎ B．断开K2，闭合K1时，石墨电极附近溶液变红 C．断开K1，闭合K2时，铜电极上的电极反应式为Cl2＋2e－===2Cl－‎ D．断开K1，闭合K2时，石墨电极作正极 答案　D 解析　解答本题时应特别注意，金属Cu在电解池和原电池中作何种电极。当断开K2，闭合K1时为电解池，由于两极都有气泡冒出，故相当于惰性电极电解饱和食盐水，故铜作阴极而石墨作阳极，阳极反应为2Cl－－2e－===Cl2↑，电池总反应的离子方程式为 ‎2Cl－＋2H2OH2↑＋Cl2↑＋2OH－，A、B都错；当断开K1，闭合K2时组成原电池，铜作负极而石墨作正极，铜电极的电极反应式为Cu－2e－===Cu2＋，故C错而D正确。‎ ‎4． 按如图所示装置进行下列不同的操作，说法不正确的是 (　　)‎ A．铁腐蚀的速率由大到小的顺序是只闭合K1>只闭合K3>都断开>只闭合K2‎ B．只接通K1，一段时间后，U形管中出现白色沉淀 C．只接通K2，U形管左、右两端液面均下降 D．若只接通K1，一段时间后，漏斗中液面上升；若只接通K2，漏斗液面下降 答案　D 解析　只闭合K1，铁作阳极电解氯化钠溶液，铁失电子生成二价铁离子，氢离子在阴极得电子生成氢气，从而使溶液中产生较多氢氧根离子，二者扩散到U形管底部相遇生成白色氢氧化亚铁沉淀，B项正确；只接通K2，铁作阴极，不能失电子，此时相当于惰性电极，该极上生成氢气，石墨电极上生成氯气，C项正确；综上分析只接通K1铁腐蚀最快，只闭合K3，形成原电池，铁腐蚀的速率次之，都断开时铁自然腐蚀，而只接通K2时为铁作阴极被保护，腐蚀速率最慢，A项正确。‎ ‎5． 新型高效的甲烷燃料电池采用铂为电极材料，两电极上分别通入CH4和O2，电解质溶液为KOH溶液。某研究小组将两个甲烷燃料电池串联后作为电源，进行饱和氯化钠溶液电解实验，如图所示。‎ 回答下列问题：‎ ‎(1)甲烷燃料电池正极、负极的电极反应分别为__________、____________。‎ ‎(2)闭合开关K后，a、b电极上均有气体产生，其中b电极上得到的是________，电解氯化钠溶液的总反应方程式为______________________________________________‎ ‎________________________________________________________________________。‎ ‎(3)若每个电池甲烷通入量为1.12 L(标准状况)，且反应完全，则a电极转移电子数为________NA，电解池中最多产生氢气________L(标准状况)。‎ 答案　(1)2O2＋4H2O＋8e－===8OH－　CH4－8e－＋10OH－===CO＋7H2O ‎(2)H2　2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑‎ ‎(3)0.4　4.48‎ 解析　(1)在碱性溶液中，甲烷燃料电池的总反应式为CH4＋2O2＋2OH－===CO＋3H2O，正极反应式：2O2＋4H2O＋8e－===8OH－，负极反应式：CH4－8e－＋10OH－===CO＋7H2O；(2)b电极与通入甲烷的电极相连，作阴极，是H＋放电，生成H2；电解氯化钠溶液的总反应方程式为2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑；(3)串联电路中流经各电极的电子的物质的量相等，故本题只能用一个燃料电池中消耗CH4的量计算。根据得失电子守恒，可得：‎ ‎1 mol CH4～8 mol e－～4 mol Cl2～4 mol H2‎ 则产生H2的体积是CH4体积的4倍。‎ V(H2)＝1.12 L×4＝4.48 L 转移电子数为×8NA＝0.4NA。‎ 题型3　电极反应式的判断与书写 真题回顾 ‎3． (2013·天津理综，6)为增强铝的耐腐蚀性，现以铅蓄电池为外电源，以Al作阳极、Pb作阴极，电解稀硫酸，使铝表面的氧化膜增厚。反应原理如下：‎ 电池：Pb(s)＋PbO2(s)＋2H2SO4(aq)===2PbSO4(s)＋2H2O(l)‎ 电解池：2Al＋3H2OAl2O3＋3H2↑‎ 电解过程中，以下判断正确的是 (　　)‎ 电池 电解池 A H＋移向Pb电极 H＋移向Pb电极 B 每消耗3 mol Pb 生成2 mol Al2O3‎ C 正极：PbO2＋4H＋＋2e－‎ ‎===Pb2＋＋2H2O 阳极：2Al＋3H2O－6e－‎ ‎===Al2O3＋6H＋‎ D 答案　D 解析　依据原电池和电解池的原理分析、解决问题。原电池中，Pb为负极：Pb－2e－＋SO===PbSO4，PbO2为正极：PbO2＋2e－＋SO＋4H＋===PbSO4＋2H2O，所以H＋向PbO2极移动。电解池中，Pb为阴极：2H＋＋2e－===H2↑，Al为阳极：3H2O＋2Al－6e－===Al2O3＋6H＋，所以H＋向Pb电极移动，A错。每消耗3 mol Pb时转移6 mol e－，每生成2 mol Al2O3时，转移12 mol e－，B错。根据A项分析，可知电池的正极反应式书写错误，C错。原电池中随时间增长，Pb变为PbSO4，质量增加，电解池中Pb极产生H2，Pb电极质量不变，D正确。‎ ‎4． (1)[2013·山东理综，28(3)]下图为电解精炼银的示意图，________(填“a”或“b”)极为含有杂质的粗银，若b极有少量红棕色气体产生，则生成该气体的电极反应式为_______。‎ 答案　a　2H＋＋NO＋e－===NO2↑＋H2O 解析　电解精炼银，粗银作阳极，纯银作阴极，阴极上除了附着银之外，还会有少量的NO2气体产生。原因是NO＋2H＋＋e－===NO2↑＋H2O。‎ ‎(2)[2013·北京理综，26(4)]通过NOx传感器可监测NOx的含量，其工作原理示意图如下：‎ ‎①Pt电极上发生的是________反应(填“氧化”或“还原”)‎ ‎②写出NiO电极的电极反应式：____________________________________________‎ ‎________________________________________________________________________。‎ 答案　①还原　②NO＋O2－－2e－===NO2‎ 解析　由图示可知发生原电池反应为2NO＋O2===2NO2，NO为还原剂，O2为氧化剂，O2在Pt电极得电子发生还原反应：O2＋4e－===2O2－。NO在NiO电极上失电子发生氧化反应：NO＋O2－－2e－‎ ‎===NO2。‎ 规律方法 ‎1． 原电池电极反应式的书写 ‎(1)一般电极反应式的书写 ‎(2)复杂电极反应式的书写 复杂的电极反应式＝总反应式－较简单一极的电极反应式 如CH4碱性燃料电池负极反应式的书写：‎ ‎　CH4＋2O2＋2OH－===CO＋3H2O……总反应式 ‎　2O2＋4H2O＋8e－===8OH－……正极反应式 ‎　CH4＋10OH－－8e－===7H2O＋CO……负极反应式 ‎2． 电解池电极反应式的书写步骤 对点集训 ‎6． 固体氧化燃料电池(SOFC)的工作原理如图所示，已知电池中电解质为熔融固体氧化物，O2－可以在其中自由移动。下列有关说法科学合理的是 (　　)‎ A．电极b为电池负极，电极反应式为O2＋4e－===2O2－‎ B．固体氧化物的作用是让电子在电池内通过 C．若H2作为燃料气，接触面上发生的反应为H2＋OH－－2e－===H＋＋H2O D．若C2H4作为燃料气，接触面上发生的反应为C2H4＋6O2－－12e－===2CO2＋2H2O 答案　D 解析　负极应该发生氧化反应，b极应为电池正极，A错；电子在外电路中通过，O2－通过固体氧化物定向移动，B错；燃料在接触面上与O2－反应，失去电子，C错、D 正确。‎ ‎7． 铁及其化合物在生产和生活中有着广泛的应用。‎ ‎(1)某研究性学习小组设计了如下图所示装置探究钢铁的腐蚀与防护。‎ 在相同条件下，三组装置中铁电极腐蚀最快的是________(填装置序号)，该装置中正极电极反应式为________；为防止金属Fe被腐蚀，可以采用上述__________(填装置序号)装置原理进行防护；装置③中总反应的离子方程式为____________________________。‎ ‎(2)新型固体LiFePO4隔膜电池广泛应用于电动汽车。电池反应为FePO4＋LiLiFePO4，电解质为含Li＋的导电固体，且充、放电时电池内两极间的隔膜只允许Li＋自由通过而导电。该电池放电时负极反应为Li－e－===Li＋，则充电时阳极的电极反应式为 ‎__________________________________。‎ 答案　(1)①　O2＋2H2O＋4e－===4OH－　②③　2Cl－＋2H2OCl2↑＋H2↑＋2OH－‎ ‎(2)LiFePO4－e－===FePO4＋Li＋‎ 解析　(1)①Fe为负极，Cu为正极构成原电池，Fe发生吸氧腐蚀；②Zn比Fe活泼，保护了Fe；③Fe为阴极(外加电流的阴极保护法)被保护，腐蚀速率最慢。装置③中是Fe作阴极电解饱和食盐水的反应。‎ ‎(2)注意题目信息①固体LiFePO4，②允许Li＋自由通过，③阳极LiFePO4被氧化为FePO4。‎ 一、单项选择题 ‎1． (2013·新课标全国卷Ⅰ，10)银质器皿日久表面会逐渐变黑，这是生成了Ag2S的缘故。根据电化学原理可进行如下处理：即在铝质容器中加入食盐溶液，再将变黑的银器浸入该溶液中，一段时间后发现黑色会褪去。下列说法正确的是 (　　)‎ A．处理过程中银器一直保持恒重 B．银器为正极，Ag2S被还原生成单质银 C．该过程中总反应为2Al＋3Ag2S===6Ag＋Al2S3‎ D．黑色褪去的原因是黑色Ag2S转化为白色AgCl 答案　B 解析　原电池原理及应用。‎ 铝质容器、变黑的银器及食盐溶液构成原电池装置，铝作负极，变质的银器作正极。负极反应式为Al－3e－===Al3＋，正极反应式为Ag2S＋2e－===2Ag＋S2－。Al3＋与S2－‎ 在溶液中不能共存，能发生水解相互促进反应2Al3＋＋3S2－＋6H2O===2Al(OH)3↓＋3H2S↑，故原电池总反应为2Al＋3Ag2S＋6H2O===6Ag＋2Al(OH)3＋3H2S↑，故B项正确，C项错误。A项，原电池反应是自发进行的氧化还原反应，银器中Ag2S被还原成Ag，质量减轻，A项错误。D项，黑色褪去的原因是黑色的Ag2S转化为Ag，D项错误。‎ ‎2． 如图所示装置中，a、b都是惰性电极，通电一段时间后(电解液足量)，a极附近溶液显红色。下列说法正确的是 (　　)‎ A．a是负极，b是正极 B．CuSO4溶液的pH逐渐减小 C．铜电极上的反应式为Cu－2e－===Cu2＋‎ D．向NaCl溶液中加入一定量的盐酸，能使溶液与原来溶液完全一样 答案　C 解析　a、b都是惰性电极，通电一段时间后，a极附近溶液显红色可知a是电解池的阴极，b是电解池的阳极，所以X为电源的负极，Y为电源的正极；电解CuSO4溶液，阳极是Cu棒，不是惰性电极，所以Cu失电子生成Cu2＋进入溶液中，该电解池实质上是电镀池，所以CuSO4溶液的pH几乎不变；恢复溶液时原则：失去什么加什么，所以向NaCl溶液中应该通入一定量的HCl气体。‎ ‎3． (2013·江苏，9)MgH2O2电池可用于驱动无人驾驶的潜航器。该电池以海水为电解质溶液，示意图如下。该电池工作时，下列说法正确的是 (　　)‎ A．Mg电极是该电池的正极 B．H2O2在石墨电极上发生氧化反应 C．石墨电极附近溶液的pH增大 D．溶液中Cl－向正极移动 答案　C 解析　MgH2O2海水电池，活泼金属(Mg)作负极，发生氧化反应：Mg－2e－===Mg2＋，H2O2在正极(石墨电极)发生还原反应：H2O2＋2e－===2OH－(由于电解质为中性溶液，则生成OH－)，A项、B项错误，C项正确。由于负极阳离子(Mg2＋)增多，则Cl－向负极移动平衡电荷，D错误。‎ ‎4． (2013·安徽理综，10)热激活电池可用作火箭、导弹的工作电源。一种热激活电池的基本结构如图所示，其中作为电解质的无水LiClKCl混合物受热熔融后，电池即可瞬间输出电能。该电池总反应为 PbSO4＋2LiCl＋Ca===CaCl2＋Li2SO4＋Pb。‎ 下列有关说法正确的是 (　　)‎ A．正极反应式：Ca＋2Cl－－2e－===CaCl2‎ B．放电过程中，Li＋向负极移动 C．每转移0.1 mol电子，理论上生成20.7 g Pb D．常温时，在正负极间接上电流表或检流计，指针不偏转 答案　D 解析　正极应得到电子发生还原反应，A错误；放电时为原电池，阳离子移向正极，B错误；每转移0.1 mol电子，根据电子守恒，应生成0.05 mol Pb，质量为10.35 g，C错误；常温下，电解质不能熔融形成自由移动的离子，所以不能导电，故指针不偏转，D正确。‎ ‎5． 下图为EFC剑桥法用固体二氧化钛(TiO2)生产海绵钛的装置示意图，其原理是在较低的阴极电位下，TiO2(阴极)中的氧解离进入熔盐，阴极最后只剩下纯钛。下列说法中正确的是 (　　)‎ A．阳极的电极反应式为2Cl－－2e－===Cl2↑‎ B．阴极的电极反应式为TiO2＋4e－===Ti＋2O2－‎ C．通电后，O2－、Cl－均向阴极移动 D．石墨电极的质量不发生变化 答案　B 解析　电解质中的阴离子为O2－、Cl－向阳极移动，由图示可知阳极生成O2、CO、CO2，所以电极反应为2O2－－4e－===O2↑，O2与石墨反应生成CO、CO2，A、C、D错误，只有B正确。‎ 二、不定项选择题 ‎6． 用下图Ⅰ所示装置通电10分钟后，去掉直流电源，连接成图Ⅱ所示装置，可观察到U形管左端铁电极表面析出白色胶状物质，U形管右端液面上升。下列说法正确的是(　　)‎ A．装置Ⅰ中石墨电极上方得到气体的体积比铁电极上方得到气体的体积小 B．用装置Ⅱ进行实验时铁电极的电极反应为Fe－2e－＋2OH－===Fe(OH)2↓‎ C．用装置Ⅱ进行实验时石墨电极的电极反应为2H＋＋2e－===H2↑‎ D．装置Ⅰ通电10分钟后溶液pH降低 答案　AB 解析　Ⅰ为电解池，电极反应式：石墨电极(阳极)4OH－－4e－===O2↑＋2H2O、铁电极(阴极)4H＋＋4e－===2H2↑，电解消耗水使NaOH浓度增大，pH增大，A正确D错误；Ⅱ为原电池，石墨电极(正极)O2＋4e－＋2H2O===4OH－，C错误；由信息可知铁电极(负极)失电子生成Fe2＋，与溶液中的OH－反应，电极反应式为Fe－2e－＋2OH－===Fe(OH)2↓，B正确。‎ ‎7． 被称之为“软电池”的纸质电池，采用一个薄层纸片作为传导体，在其一边镀锌，而在其另一边镀二氧化锰。电池总反应式为Zn＋2MnO2＋H2O===ZnO＋2MnO(OH)。下列说法正确的是 (　　)‎ A．电池正极反应式为2MnO2＋2H2O＋2e－===2MnO(OH)＋2OH－‎ B．电池工作时，电子通过外电路从正极流向负极 C．当0.1 mol Zn完全溶解时，流经电解液的电子个数为1.204×1023‎ D．该电池反应中二氧化锰起催化作用 答案　A 解析　负极电极反应式为Zn－2e－＋2OH－===ZnO＋H2O，由电池总反应式知正极反应式 为2MnO2＋2H2O＋2e－===2MnO(OH)＋2OH－，选项A对；MnO2为反应物不是催化剂，选项D错；电解液靠阴、阳离子导电，外电路中电子流向为负极到正极，选项B、C错。‎ 三、非选择题 ‎8． (1)①二氧化碳是地球温室效应的罪魁祸首，目前人们处理二氧化碳的方法之一是使其与氢气反应合成甲醇。已知氢气、甲醇燃烧的热化学方程式如下：‎ ‎2H2(g)＋O2(g)===2H2O(l)‎ ΔH＝－571.6 kJ·mol－1‎ ‎2CH3OH(l)＋3O2(g)===2CO2(g)＋4H2O(l)‎ ΔH＝－726.0 kJ·mol－1‎ 写出二氧化碳与氢气合成甲醇液体的热化学方程式：‎ ‎________________________________________________________________________‎ ‎________________________________________________________________________。‎ ‎②甲醇—空气燃料电池是利用稀土金属氧化物作为固体电解质，这种稀土金属氧化物在高温下能传导O2－。则负极发生的反应为____________________________________。‎ 在稀土金属氧化物的固体电解质中，O2－的移动方向是_________________________。‎ ‎③在直接以甲醇为燃料的电池中，电解质溶液为酸性。负极的电极反应式为____________________，正极的电极反应式为______________________。理想状态下，该燃料电池消耗1 mol甲醇所能产生的最大电能为351.05 kJ，则该燃料电池的理论效率为________(燃料电池的理论效率是指电池所产生的最大电能与燃料电池反应所能释放的全部能量之比)。‎ ‎(2)甲烷也是影响地球温室效应的一种气体，如果处理不妥，也会是一种危害。一种新型甲烷燃料电池，一极通入空气，另一极通入甲烷，电解质是掺杂氧化钇(Y2O3)的氧化锆(ZrO2‎ ‎)晶体，在熔融状态下能传导O2－。正极的电极反应式为________________________，负极的电极反应式为______________________。‎ 答案　(1)①CO2(g)＋3H2(g)===CH3OH(l)＋H2O(l)‎ ΔH＝－494.4 kJ·mol－1‎ ‎②CH3OH－6e－＋3O2－===CO2↑＋2H2O　负极 ‎③CH3OH－6e－＋H2O===CO2↑＋6H＋‎ O2＋6e－＋6H＋===3H2O　96.7%‎ ‎(2)O2＋4e－===2O2－　CH4－8e－＋4O2－===CO2＋2H2O 解析　(1)①应用盖斯定律，把热化学方程式和反应热进行一定加减就可以得到新的热化学方程式。②负极上反应物是CH3OH，生成物是CO2，从CH3OH到CO2，转移6e－，再根据O2－配平电荷。原电池中O2－移向负极，因为负极失去电子带大量正电荷。③与②不同点，这里的燃料电池中，电解质溶液为酸性，用H＋进行电荷配平书写电极反应。燃料电池的理论效率为×100%＝96.7%。(2)同前面相似，用反应物与生成物及电子转移和用O2－进行电荷配平书写电极反应。‎ ‎9． (1)过二硫酸铵法(如下图所示)是目前最流行的制备H2O2的方法。即电解含H2SO4、(NH4)2SO4的溶液制取(NH4)2S2O8，再加热水解即可得H2O2和(NH4)2SO4。‎ ‎①电解时，阳极的电极反应式为____________________________________________。‎ ‎②写出生成H2O2的化学方程式：___________________________________________。‎ ‎(2)工业上在碱性条件下电解水，氧气在特制的阴极上反应可以得到HO，从而制得H2O2。将H2O2溶液与消石灰反应，经过滤、洗涤、干燥，可得过氧化钙晶体。‎ ‎①写出电解过程中氧气参与的阴极的电极反应式：____________________________。‎ ‎②H2O2与Ca(OH)2反应时，若不加稳定剂，需控制温度在0～5 ℃，原因是 ‎________________________________________________________________________。‎ ‎(3)酸性条件下，SnSO4可用作双氧水去除剂，试写出发生反应的离子方程式：‎ ‎________________________________________________________________________。‎ ‎(4)工业上用铂作阳极、铜或银作阴极电解盐酸也可制得高氯酸，在阳极区可得到20%的高氯酸。写出阳极的电极反应式(其中盐酸与高氯酸写化学式)：_________________。‎ 答案　(1)①2SO－2e－===S2O ‎②(NH4)2S2O8＋2H2OH2O2＋(NH4)2SO4＋H2SO4‎ ‎(2)①O2＋H2O＋2e－===HO＋OH－‎ ‎②过氧化氢受热易分解 ‎(3)Sn2＋＋H2O2＋2H＋===Sn4＋＋2H2O ‎(4)HCl＋4H2O－8e－===HClO4＋8H＋‎ ‎10．Ⅰ.利用电解原理处理废水是一种科学有效的措施。‎ ‎(1)甲醇对水质会造成一定的污染，有一种电化学法可消除这种污染，其原理是通电后，将Co2＋氧化成Co3＋，然后以Co3＋作氧化剂把水中的甲醇氧化成CO2而净化。‎ 实验室用下图1所示装置模拟上述过程：‎ ‎①写出阳极反应式________。‎ ‎②在Co3＋氧化甲醇的反应中，________(填“消耗”或“生成”)H＋。‎ ‎(2)实验室利用如图2所示装置模拟处理含Cr2O的废水，阳极反应式是Fe－2e－===Fe2＋，阴极反应式是2H＋＋2e－===H2↑。Fe2＋与酸性溶液中的Cr2O反应的离子方程式是________________________________________________________________________，‎ 得到的金属阳离子在阴极区可沉淀完全，沉淀的成分是________。用电解法处理该溶液中0.01 mol Cr2O时，至少得到沉淀的物质的量为________ mol。‎ Ⅱ.第三代混合动力车，可以用电动机、内燃机或二者结合推动车轮。汽车上坡或加速时，电动机提供动力，降低油耗；在刹车或下坡时，电池处于充电状态。混合动力车目前一般使用镍氢电池，该电池中镍的化合物为正极，储氢金属(以M表示)为负极，碱液(主要为KOH溶液)为电解质溶液。镍氢电池充放电原理示意图如下，其总反应式为H2＋2NiOOH2Ni(OH)2‎ 根据所给信息判断，混合动力车上坡或加速时，乙电极周围溶液的pH________(填“增大”、“减小”或“不变”)，该电极的电极反应式为____________________________。‎ 答案　Ⅰ.(1)①Co2＋－e－===Co3＋　②生成 ‎(2)Cr2O＋6Fe2＋＋14H＋===2Cr3＋＋6Fe3＋＋7H2O Cr(OH)3和Fe(OH)3　0.08‎ Ⅱ.增大　NiOOH＋H2O＋e－===Ni(OH)2＋OH－‎ 解析　Ⅰ.(1)根据题意，通电后产生氧化剂Co3＋，则Co3＋必为电解产物，由Co2＋―→Co3＋为氧化反应，在阳极发生反应Co2＋－e－===Co3＋。根据CH3OH被氧化成CO2可知，必生成H＋。‎ ‎(2)铁作阳极，阳极优先于溶液中的阴离子失电子，生成Fe2＋。Fe2＋作还原剂，将Cr2O还原为Cr3＋，本身被氧化为Fe3＋，生成的这两种阳离子与阴极产生的OH－结合成Fe(OH)3和Cr(OH)3沉淀。根据电子守恒可得关系式：Cr2O～6Fe2＋，再根据原子守恒，可知生成Cr(OH)3 0.02 mol、Fe(OH)30.06 mol，共生成沉淀0.08 mol。‎ Ⅲ.混合动力车上坡或加速时，该镍氢电池处于工作状态，由示意图并结合Ni的化合价由＋3→‎ ‎＋2，可知乙为正极，电极反应式为NiOOH＋H2O＋e－===Ni(OH)2＋OH－，故该处pH增大。‎ ‎11．锌(Zinc)是第四“常见”的金属，仅次于铁、铝及铜，在现代工业中对于电池制造有不可磨灭的贡献。‎ Ⅰ.湿法炼锌 某种冶炼过程可用下图简略表示 ‎(1)ZnS焙烧反应的化学方程式为____________________________________________。‎ ‎(2)电解过程中析锌一极的电极反应式为______________________________________。‎ ‎(3)氧化锌像氧化铝一样，属于两性氧化物，则氧化锌与氢氧化钠反应的离子方程式为 ‎________________________________________________________________________。‎ ‎(已知：“锌酸”的化学式可写成H2[Zn(OH)4])‎ Ⅱ.锌电池 用锌作负极的电池生活中随处可见，如锌锰干电池、锌锰碱性电池、锌空电池等。‎ ‎(4)锌锰碱性电池，以二氧化锰为正极，锌粉为负极，氢氧化钾溶液为电解液。因其具有容量大、放电电流大的特点而得到广泛应用。电池总反应式为Zn＋2MnO2＋2H2O===2MnO(OH)＋Zn(OH)2。‎ 碱性电池中，负极锌由片状改变成粒状的优点是______________________________；‎ 正极反应式为____________________________________________________________。‎ ‎(5)新型锌空电池(如图)与锂电池相比，锌空气充电电池的储存电量是它的三倍，成 本是锂电池的一半，并且完全没有过热爆炸的安全隐患。该电池的总反应为 ‎2Zn＋O2===2ZnO，电解质溶液为KOH溶液，则负极的电极反应式为 ‎________________________________________________________________________。‎ 若以该电池为电源，用惰性电极电解硝酸银溶液，为保证阴极有10.8 g银析出，至少需要______L空气(折算成标准状况)进入该电池。‎ 答案　(1)2ZnS＋3O22SO2＋2ZnO ‎(2)[Zn(NH3)4]2＋＋2e－===Zn＋4NH3↑‎ ‎(3)ZnO＋2OH－＋H2O===[Zn(OH)4]2－‎ ‎(4)增大了负极的反应面积，提高了放电效率 ‎2MnO2＋2H2O＋2e－===2MnO(OH)＋2OH－‎ ‎(5)Zn－2e－＋2OH－===ZnO＋H2O　2.8‎ 解析　(2)析锌一极应是[Zn(NH3)4]2＋得到电子，还原为锌，同时释放出氨气。(4)碱性锌锰电池中，负极锌失电子生成锌离子，再与溶液中的氢氧根结合生成氢氧化锌，负极反应：Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2，正极反应：2MnO2＋2H2O＋2e－===2MnO(OH)＋‎ ‎2OH－。(5)锌空电池的负极反应式为2Zn－4e－＋4OH－===2ZnO＋2H2O，正极反应式为O2＋4e－＋2H2O===4OH－，用惰性电极电解硝酸银溶液的阴极反应式为Ag＋＋e－===Ag，则有O2～4e－～4Ag，V(空气)＝×22.4 L·mol－1＝2.8 L。‎