知识讲解_《电化学基础》单元复习与测试_提高

1 《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。 装置特点：化学能转化为电能 ①两个活泼性不同的电极 ②电解质溶液 ③形成闭合回路（或在溶液中接触） 形成条件 反应原理 原电池 一次电池 化学电池 二次电池 燃料电池 概念：电解是电解质在溶液里（或在熔融状态下）受电流的作用在阴、阳两极 上引起氧化还原反应的过程，它是最强有力的氧化还原手段 装置特点：电能转化为化学能 ①与电源相连的两个电极 形成条件 ②电解质溶液 ③形成闭合电路 反应原理 电解池 氯碱工业：电解饱和食盐水制取烧碱、氯气、氢气： 2NaCl+2H2O 电解 2NaOH+H2↑+Cl2↑ 概念：应用电解原理在某些金属表面镀上一薄层其他金属或合金的过程 ①镀件作阴极 ②镀层金属作阳极 ③电镀液中含有镀层金属离子 电镀池形成条件 电镀 电解冶金、电解精炼等 应用 电解 化学腐蚀 电化学腐蚀 析氢腐蚀 吸氧腐蚀 金属腐蚀 ①电化学防护 ②改变金属的内部结构或覆盖保护层等 牺牲阳极的阴极保护法 外加电流的阴极保护法金属防护 金属的腐蚀与防护 电化学2 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 装置 举例 形成 条件 ①活泼性不同的两电极（连接） ②电解质溶液（电极插入其中 并与电极自发反应） 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 ③形成闭合回路 ①镀层金属接电源正极。镀件（待 镀金属）接电源负极 ②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、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：3 阳极：金属（除 Au、Pt 外）＞S2－＞I－＞Br－＞Cl－＞OH－＞含氧酸根 （活性电极） （惰性电极） 2、阴极产物的判断。 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：①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；②Fe3+得 电子能力大于 Cu2+，但第一阶段只能被还原到 Fe2+；③Pb2+、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+，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 NaOH 水 增大 增大 水 H2SO4 水 增大 减小 水 电解水型 阴极：2H++2e－＝H2↑ 阳极：4OH－－4e－＝2H2O+O2↑ Na2SO4 水 增大 不变 水 HCl 电解质 减小 增大 氯化氢电解 电解质型 电解质电离出的阴、阳离子分别 在两极放电 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 NaCl 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。4 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+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 Fe 　　B、电池放电时，负极反应为 Fe+2OH--2e-=Fe(OH)2 　　C、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 X 上发生的反应为(CH3)2O—12e-+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：①不能正确判断原电池正负极；②不能正确判断电极产物；③ 忽视电极产物和电解质溶液反应；④忽视了电解质的状态；⑤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　 　。5 （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 amol•L﹣1，平衡时苯的浓度为 bmol•L﹣1，该反 应的平衡常数 K= 。 （4）一定条件下，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）。 ①导线中电子转移方向为　 　。（用 A、D 表示） ②生成目标产物的电极反应式为　 　。 ③该储氢装置的电流效率 η=　 　。（η= ×100%，计算结果保留小数点后 1 位。） 【答案】（1）H2O； （2）NaBH4+2H2O=NaBO2+4H2↑；4NA 或 2.408×1024； （3） mol3•L﹣3； （4）①A→D； ②C6H6+6H++6e﹣=C6H12； ③64.3%。 【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=1mol×4×（1﹣0）=4mol，所以转 移电子数为 4NA 或 2.408×1024； （3）环己烷的起始浓度为 amol•L﹣1，平衡时苯的浓度为 bmol•L﹣1，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（a﹣b）mol/L，氢气的浓度为 3bmol/L，则平 衡常数 K= mol3•L﹣3= = mol3•L﹣3； （4）①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； ②该实验的目的是储氢，所以阴极上发生的反应为生产目标产物，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； ③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=2.8mol×4=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。6 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 10mol×24%﹣ 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 1.2mol×6=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+4e－＝4OH－ D．工业上电解饱和食盐水的阳极反应：2Cl－－2e－＝Cl2↑ 【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+6H2O－24e－＝6CO2↑+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+6O2＝6CO2+6H2O，根据总反应方程式可书写出电极反应方程式，负 极为 C6H12O6+6H2O－24e－＝6CO2↑+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： 　　①负极反应为 O2+2H2O+4e- 4OH-　 　②负极反应为 2H2+4OH- - 4e- 4H2O 　　③电池工作时正极区 pH 升高，负极区 pH 下降；④电池工作时溶液中的阴离子移向正极。 　　正确的组合是（　 ） 　　Ａ、①③④　　 B、②③　　 C、②④　　 D、①④ 　　【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+O2＝2H2O。 同时应该注意到，电解质溶液中的电解质会影响正、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 22.4 67 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： ①电源的 N 端为________极； ②电极 b 上发生的电极反应为________； ③列式计算电极 b 上生成的气体在标准状况下的体积：________ ④电极 c 的质量变化是________g； ⑤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）①正 ②4OH－－4e－＝2H2O+O2↑。 ③水减少的质量： ， 在标准状况下生成氧气的体积： 。 ④16 ⑤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++2e－＝Cu，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 100×10.00％=(100－x)×10.47％，得 x=4.5 g，故为 0.25 mol。由方程式 2H2O＝2H2↑+O2↑ 可知，消耗 2 mol H2O，转移 4 mol 电子，所以整个反应中转移 0.5 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 4OH－－4e －＝2H2O+O2↑。转移 0.5 mol 电子，则生成 O2 为 0.5／4=0.125 mol，标准状况下的体积为 0.125 mol×22.4 L／ mol=2.8 L。Cu2++2e－＝Cu，转移 0.5 mol 电子，则生成的 m (Cu)=0.5／2×64=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。 10.00%100g 1 4.5g10.47%  × − =   1 1 4.5g 1 22.4L mol 2.8L18g mol 2 − − × × ⋅ =⋅8 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：2H2O+2e-=H2↑+2OH- B．b 处：2Cl--2e-=Cl2↑ C．c 处发生了反应：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： Fe―2e―==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、X>Z>Y>M　　 B、X>Y>Z>M　　 C、M>Z>X>Y　　　 D、X>Z>M>Y 　　【答案】A9 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+2H2O Cd(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)2－e－+OH－＝NiOOH+H2O 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 Cd→Cd(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)+HC≡CH (g)+H2 (g) ΔH1=+156.6 kJ·mol－1 CH3CH＝CH2 (g)＝CH4 (g)+HC≡CH (g) ΔH2=+32.4 kJ·mol－1 则相同条件下，反应 C3H8 (g)＝CH3CH＝CH2 (g)+H2 (g)的ΔH=________kJ·mol－1。 （2）以丙烷为燃料制作新型燃料电池，电池的正极通入 O2 和 CO2，负极通入丙烷，电解质是熔融碳酸盐。 电池反应方程式为________；放电时，CO32－移向电池的________（填“正”或“负”）极。 （3）碳氢化合物完全燃烧生成 CO2 和 H2O。常温常压下，空气中的 CO2 溶于水，达到平衡时，溶液的 pH=5.60，c (H2CO3)=1.5×10－5 mol·L－1。若忽略水的电离及 H2CO3 的第二级电离，则 H2CO3 HCO3－+H+ 的平衡常数 K1=________。（已知：10－5.60=2.5×10－6） （4）常温下，0.1 mol·L －1 NaHCO3 溶液的 pH 大于 8，则溶液中 c (H2CO3)________（填“＞”“=”或 “＜”）c (CO32－)，原因是________（用离子方程式和必要的文字说明）。 【答案】（1）+124.2 （2）C3H8+5O2＝3CO2+4H2O 负 （3）4.2×10－7 mol·L－1 （4）＞ HCO3－ CO32－+H+， HCO3－+H2O H2CO3+OH－，溶液的 pH 大于 8，所以 HCO3－的水解程度大于电离程度 【解析】（1）由 C3H8 (g)＝CH4 (g)+HC≡CH(g)+H2 (g) ΔH1=+156.6 kJ·mol－1 ① CH3CH＝CH2 (g)＝CH4 (g)+HC≡CH (g) ΔH2=+32.4 kJ·mol－1 ② ①－②可以得到 C3H8 (g)＝CH3CH＝CH2 (g)+H2 (g) ΔH=ΔH1－ΔH2=(+156.6 kJ·mol－1)－(+32.4 kJ·mol－1)=+124.2 kJ·mol－1 （2）电池反应为：C3H8+5O2＝3CO2+4H2O 原电池负极失电子，正极得电子，电解质溶液中阴离子移向负极，阳离子移向正极。 （3）由 H2CO3 H++HCO3－得平衡常数 ，其 pH=5.60， 则 c (H+)=2.5×10－6 mol / L=c (HCO3－)。  放电 充电 3 1 2 3 (H ) (HCO ) (H CO ) c cK c + −⋅=10 因此 。 （4）由于 NaHCO3 溶液中 HCO3－的水解使 pH 大于 8，又因 HCO3－也存在电离，即存在两个平衡： HCO3－+H2O OH－+H2CO3 HCO3－ H++CO32－ 由于 c (H+)＜c (OH－) 因此 c (H2CO3)＞c (CO32－)，即 HCO3－的水解程度大于电离程度。 【总结升华】本题考查了热化学反应方程式焓变的求法、燃料电池反应方程式的书写及电解质溶液中离子的 流 向 、 弱 电 解 质 的 电 离 平 衡 和 盐 类 水 解 等 知 识 ， 重 点 考 查 学 生 知 识 的 运 用 能 力 。 6 6 7 1 5 2.5 10 2.5 10 4.2 101.5 10K − − − − × × ×= = ××11 【巩固练习】 一、选择题 1． 2013 年 3 月我国科学家报道了如图所示的水溶液锂离子电池体系，下列叙述错误的是（　　）。 A．a 为电池的正极 B．电池充电反应为 LiMn2O4═Li1﹣xMn2O4+xLi C．放电时，a 极锂的化合价发生变化 D．放电时，溶液中 Li+从 b 向 a 迁移 2．（2015 北京朝阳模拟）铜板上铁铆钉处的吸氧腐蚀原理如图所示，下列有关说法中，不正确的是（　　）。 A．负极电极反应式为：Fe-3e - =Fe 3+ B．此过程中还涉及到反应：4Fe(OH) 2 +2H 2 O+O 2 =4Fe(OH) 3 C．此过程中铜并不被腐蚀 D．此过程中电子从 Fe 移向 Cu 3．火法炼铜得到的粗铜中含有多种杂质（如锌、金和银等），其性能远不能达到电气工业的要求，工业上常使用 电解精炼法将粗铜提纯。在电解精炼时（ ）。 A．粗铜接电源负极 B．杂质都将以单质形式沉积到池底 C．粗铜作阴极 D．纯铜片增重 2.56 g，电路中通过电子的物质的量为 0.08 mol 4．有关 X、Y、Z、W 四种金属的实验如下： ① 将 X 与 Y 用导线连接，浸入电解质溶液中，Y 不易腐蚀 ② 将片状的 X、W 分别投入等浓度盐酸中都有气体产生，W 比 X 反应剧烈 ③ 用惰性电极电解等物质的量浓度的 Y 和 Z 的硝酸盐混合溶液，在阴极上首先析出单质 Z 根据以上事实，下列判断或推测错误的是（ ）。 A．Z 的阳离子氧化性最强 B．W 的还原性强于 Y 的还原性 C．Z 放入 CuSO4 溶液中一定有 Cu 析出 D．用 Y、Z 和稀硝酸可构成原电池，且 Y 作负极 5．某课外小组想制作一种小型环保型消毒液发生器，拟用图所示装置电解饱和氯化钠溶12 液，制备少量消毒液对宿舍消毒。在如图 4-4 的装置中，对电源电极名称和消毒液的主要成分判断正确的是 （ ） A．a 为正极，b 为负极，NaClO 和 NaCl B．a 为负极，b 为正极，NaClO 和 NaCl C．a 为阳极，b 为阴极，HClO 和 NaCl D．a 为阴极，b 为阳极，HClO 和 NaCl 6．（2016 天津高考）下列叙述正确的是( ) A．使用催化剂能够降低化学反应的反应热(△H) B．金属发生吸氧腐蚀时，被腐蚀的速率和氧气浓度无关 C．原电池中发生的反应达到平衡时，该电池仍有电流产生 D．在同浓度的盐酸中，ZnS 可溶而 CuS 不溶，说明 CuS 的溶解度比 ZnS 的小 7．如图为直流电源电解稀 Na2SO4 水溶液的装置。通电后在石墨电极 a 和 b 附近分别滴加一滴石蕊试 液，下列实验现象中正确的是（ ）。 A．逸出气体的体积 a 电极的小于 b 电极的 B．一电极逸出无味气体，另一电极逸出刺激性气味气体 C．a 电极附近呈红色，b 电极附近出现蓝色 D．a 电极附近呈蓝色，b 电极附近出现红色 8．据报道，某公司最近研制了一种由甲醇和氧气以及强碱作电解质溶液的新型手机电池，电量可达现用镍氢电 池或锂电池的 10 倍，有关此电池的叙述。错误的是（ ）。 A．正极电极反应式：O2+2H2O+4e－＝4OH－ B．负极电极反应式：CH3OH+6OH－－6e－＝CO2↑+5H2O C．电池在使用过程中，电解质溶液的 pH 增大 D．当外电路通过 1.2 mol 电子时，理论上消耗甲醇 6.4 g 9．对于如图所示装置的叙述正确的是（ ）。 A．这是一个原电池的装置，铁为正极，铂为负极 B．这是电解氢氧化钠溶液的装置，铁为阴极，铂为阳极 C．铂为正极，其电极反应为 O2+2H2O+4e－＝4OH－ D．铁为负极，其电极反应为 4OH－－4e－＝2H2O+O2↑ 10．如图所示装置，两玻璃管中盛满滴有酚酞溶液的 NaCl 饱和溶液，C（Ⅰ）、C （Ⅱ）为多孔石墨电极。断开 S2，接通 S1 后，C（Ⅰ）附近溶液变红，两玻璃管中有 气体生成。一段时间后（两玻璃管中液面未脱离电极），断开 S1，接通 S2，电流表的 指针发生偏转。说明此时该装置形成了原电池，关于该原电池的叙述，正确的是 （ ）。 A．C（Ⅰ）的电极名称是阴极 B．C（Ⅱ）的电极名称是负极 C．C（Ⅰ）的电极反应式是 2H++2e－＝H2↑ D．C（Ⅱ）的电极反应式是 Cl2+2e－＝2Cl－ 11．电解 KOH 溶液时，若阴、阳两极分别为碳和铁，当生成 0.1 mol Fe(OH)3 沉淀时共消耗 a mol H2O，产生 6 L （标准状况）H2，则 a 和 b 分别为（ ）。 A．a=0.25，b=2.24 B．a=0.05 b=2.2413 C．a=0.25，b=4.48 D．a=0.3，b=3.36 二、填空题 1．银锌电池广泛用作于各种电子仪器的电源。它的充电放电过程可表示为 2Ag+Zn(OH) 2 Ag2O +Zn+H2O，回答下列有关问题： （1）电池的放电过程是________（填“①”或“②”）。 （2）该电池属于________（填“酸”“碱”或“中”）性电池。 （3）反应①是________（填“放热”或“吸热”）反应。 （4）写出充电时的电极反应式：阳极：________。 阴极：________。 （5）充电时，电池的阳极应接电源的________极。 （6）试简述回收该种废电池的意义。 2．下图表示各物质之间的转化关系。已知：常温下 D、E、F、I、J 为气体，B、H、I、J 都为氧化物且 B 在常 温下为无色液体；C 的焰色反应为黄色；M 为红褐色的固体。 （1）基于反应①原理的化学工业称为________。 写出：A 的电子式________，J 的结构式________，M 的化学式________。 （2）写出 K 和 E 反应的离子方程式________。写出 F 溶液和 H 反应的离子方程式________。 （3）已知由 G 分解得到的 H、I、J 三者的物质的量相等，则 G 的化学式为________。 3．（2016 北京朝阳二模）LiFePO4 用于锂离子二次电池的电极材料，可由 LiI 和 FePO4 制备。 （1）FePO4 难溶于水，制备方法如下： Ⅰ.用稍过量的稀 H2SO4 溶解废铁屑，加热，搅拌，过滤； Ⅱ.向滤液中加入一定量的 H2O2； Ⅲ.向含 Fe3+的溶液加入 Na2HPO4 溶液，过滤后经进一步处理得 FePO4。 ①Ⅰ中反应进行完全的现象是 。 ② 用离子方程式说明 H2O2 的作用是 。 ③ 已知：H2PO4- HPO42- + H+ ；HPO42- PO43-+ H+ 。 产生 FePO4 的离子方程式是 。 ④ Na2HPO4 溶液显碱性的原因是 。 （2）制备 LiFePO4：将 FePO4 与 LiI 混合，在惰性气氛中加热，制得 LiFePO4 。 化合物 LiI 中碘离子的作用是 。 （3）（3 分）锂离子二次电池的负极材料为金属锂和石墨的复合材料（石墨作为金属锂的载体），电池反应为：  ① ②14 FePO4(s) +Li(s) LiFePO4(s) ，装置如下： ①该电池不能用电解质水溶液，原因是 。 ②充电时，b 极的电极反应式是 。 4．面对日益加剧的能源危机，我国《能源发展纲要》中倡导大力发展替代能源，如风能、电能等，要大力开发 电动自行车、电动摩托车、电动汽车。回答下列问题： （1）下列物质中可以作为燃料电池的负极反应物的是（ ）。 A．CH4 B．H2 C．C2H5OH D．CO2 （2）若用 CH4 作燃料，氢氧化钾溶液作电解质溶液，写出负极上的电极反应式________。电池工作时的总 反应式为________。 （3）电池工作时，负极附近溶液的 pH________（填“升高”“降低”或“不变”），溶液中 KOH 的物质的 量浓度________（填“增大”“不变”或“减小”）。 （4）某温度下的饱和 Na2SO4 溶液的溶解度为 25 g，用甲烷燃料电池进行电解，当阳极产生 3.36 L（标准状 况）气体时，电路中通过电子的物质的量为_______，消耗甲烷的物质的量为_______，此时，析出 Na2SO4·10H2O 的质量为________。15 【参考答案与解析】 1．C 【解析】A、锂离子电池中，b 电极为 Li，放电时，Li 失电子为负极，LiMn2O4 得电子为正极，所以 a 为电池的 正极，故 A 正确； B、充电时，Li+在阴极得电子，Li1﹣xMn2O4 在阳极失电子，电池充电反应为 LiMn2O4=Li1﹣xMn2O4+xLi，故 B 正确； C、放电时，a 为正极，正极上 LiMn2O4 中 Mn 元素得电子，所以锂的化合价不变，故 C 错误； D、放电时，溶液中阳离子向正极移动，即溶液中 Li+从 b 向 a 迁移，故 D 正确； 故选 C。 2．A 【解析】根据图片知，水中溶解了氧气，铜、铁和水构成了原电池，较活泼的金属作负极，较不活泼的金属作正 极，发生吸氧腐蚀。 A、负极上 Fe 失去电子发生氧化反应，电极反应式为：Fe-3e - =Fe 2+ ，故 A 错误； B、负极上发生的电极反应式为：Fe-2e -=Fe 2+，正极上的电极反应式为：O2+2H2O+4e-=4OH-，亚铁离子和氢氧 根离子反应生成氢氧化亚铁，氢氧化亚铁不稳定，容易被空气中的氧气氧化生成氢氧化铁，反应方程式为： 4Fe(OH) 2 +2H2O+O2 =4Fe(OH) 3 ，故 B 正确； C、该原电池中铜作正极，原电池放电时，负极失电子容易被腐蚀，正极被保护，所以铜不被腐蚀，故 C 正确； D、该原电池放电时，外电路上电子从负极铁流向正极铜，故 D 正确； 故选 A。 3．D 【解析】电解精炼铜时，粗铜作阳极，纯铜作阴极，阴极上的反应为 Cu2++2e－＝Cu，每析出 0.04 mol Cu，必然 转移 0.08 mol 电子。 4．C 【解析】由①②③可分别得到金属活泼性为：X＞Y，W＞X，Y＞Z，综合可得四种金属的活泼性为： W＞X＞Y＞Z，所以选项 A、B、D 都正确。Z 和 Cu 的活泼性无法比较，选项 C 错。 5．B 【解析】这是使用惰性电极电解饱和氯化钠溶液的实验，其中发生的反应是 2NaCl+2H2O 2NaOH+ H2↑ +Cl2↑，副反应为 2NaOH+Cl2＝NaCl+NaClO+H2O，则可推知使 Cl2 被完全吸收制得有较强杀菌能力的消毒液， 其主要成分是 NaClO 和 NaCl，NaClO 溶液起消毒作用。电解过程中阴极产生 H2，结合装置图示，消毒液发生器 的液体 A 处空间充满的是 H2，故电源 a 极是负极，b 为正极。 6．D 【解析】A 项催化剂能降低反应的活化能从而改变反应速率，但不改变化学平衡，则不能改变反应的反应热， 故 A 错误；B 项金属发生吸氧腐蚀时，氧气浓度越大，腐蚀的速率越快，故 B 错误；C 项原电池中发生的反应 达平衡时，各组分浓度不再改变，电子转移总量为 0，该电池无电流产生，故 C 错误；D 项在同浓度的盐酸中， ZnS 可溶而 CuS 不溶，说明 CuS 的溶解度比 ZnS 的小，故 D 正确。故选 D。 7．D 【解析】电解稀 Na2SO4 水溶液，其本质是电解水， b 极为阳极：4OH－－4e－＝2H2O+O2↑ a 极为阴极：4H++4e－＝2H2↑ a 极逸出气体为氢气，b 极逸出气体为氧气，二者都是无色无味的气体，且 a 极氢气的体积约是 b 极氧气的 体积的 2 倍，则 A、B 均错误；a 极氢离子得电子，所以 a 极附近氢氧根离子浓度增大，呈碱性，遇石蕊试液变 蓝色；b 极氢氧根离子放电，致使 b 极附近氢离子浓度增大，呈酸性，遇石蕊试液变红色，则 C 错，D 正确。 8．C 通电16 【解析】使正、负极的得失电子守恒，则正极生成 12OH－的同时负极消耗 12OH－，又因为反应生成 4H2O，所 以 pH 减小。 9．C 【解析】从题图所示可以看出没有外加电源，所以不可能是电解池，B 错误；再看其完全符合构成原电池的条件， 但金属活泼性铁大于铂，所以 A 错误；在原电池中较活泼的金属作负极，失去电子变成阳离子，发生氧化反应， 所以 D 错误。而在正极，溶液中钠离子和 H+得电子能力都不如通入空气中的氧气得电子能力强，所以正极应为 氧气发生还原反应，生成 OH－。 10．D 【解析】断开 S2，接通 S1，该装置是电解装置，C（Ⅰ）附近溶液变红，说明是 H+放电后留下了 OH－，即 C （Ⅰ）是阴极，C（Ⅱ）是阳极，断开 S1，接通 S2，则原装置中的 H2、Cl2 构成燃料电池，则 C（Ⅰ）是负极， C（Ⅱ）是正极，故选项 A、B 均不正确；C 项，形成原电池时，C（Ⅰ）极电极反应式为：H2－2e－+2OH－＝ 2H2O；D 项正确。 11．A 【解析】阳极：Fe－2e－＝Fe2+；阴极：2H++2e－＝H2↑， 溶液中 Fe2++2OH－＝Fe(OH)2↓ 0.2 mol 0.1 mol 4Fe(OH)2+O2+2H2O＝4Fe(OH)3 0.1 mol 0.05 mol 0.1 moI 则 a=0.2+0.05=0.25。 b=0.1×22.4=2.24。 二、填空题 1．（1）② （2）碱 （3）吸热 （4）2Ag+2OH－－2e－＝Ag2O+H2O Zn(OH)2+2e－＝Zn+2OH－ （5）正 （6）可减少重金属 Ag+对环境的污染，又可将 Ag 回收利用。 2．（1）氯碱工业 O＝C＝O Fe(OH)3 （2）2Fe2++Cl2＝2Fe3++2Cl－ FeO+2H+＝Fe2++H2O （3）FeC2O4 3．（1）① 不再产生气泡 ② 2Fe2+ + 2H+ + H2O2 = 2Fe3+ + 2H2O ③ Fe3+ + 2HPO42- = FePO4↓+ H2PO4- ④ 由于 HPO42-可以电离：HPO42- PO43- + H+ ，又可以水解：HPO42- +H2O H2PO4- + OH-，且水解程度大于电离程度，所以溶液溶解显碱性。 （2）作还原剂 （3）① 金属 Li 可与水发生反应（或 2Li + 2H2O ＝2LiOH + H2↑） ② LiFePO4 － e- = Li+ + FePO4 【解析】（1）用稍过量的稀 H2SO4 溶解废铁屑，滤液中主要溶质为 FeSO4，向滤液中加入过氧化氢将亚铁离子氧 化成 Fe3+，向含 Fe3+的溶液加入 Na2HPO4 溶液，过滤后经进一步处理得 FePO4。 ①稀 H2SO4 溶解废铁屑时，有氢气产生，当反应完全时，则不再产生气泡。 ②向滤液中加入过氧化氢将亚铁离子氧化成 Fe3+，过氧化氢被还原为水，离子方程式为：2Fe2++2H++H2O2== 3Fe3++2H2O。17 ③向含 Fe3+的溶液加入 Na2HPO4 溶液，Fe3+消耗 PO43―，使平衡 HPO42― PO43―+H+右移，氢离子浓度增大， 使平衡 H2PO4― HPO42―+H+左移，则溶液中 H2PO4―浓度增大，产生 FePO4 的离子方程式是：Fe3++2HPO42― ==FePO4↓+H2PO4―。 ④Na2HPO4 溶液显碱性的原因是由于 HPO42―可以电离：HPO42― PO43－+H+，又可以水解：HOP42―+H2O H2PO4―+OH―，且水解程度大于电离程度，所以溶液溶解显碱性。 （2）将 FePO4 与 LiI 混合，在惰性气氛中加热，制得 LiFePO4，铁元素的化合价从+3 价降到+2 价，得到电子， 说明化合物 LiI 中碘离子失去电子作还原剂。 （3）①金属 Li 可与水发生反应（或 2Li+2H2O==2LiOH+H2↑），故应为非水材料。 ②根据锂离子电池的电池反应式为：FePO4（s）+Li（s） LiFePO4（s），可知，放电时，Li 的化合价升 高，被氧化，a 为原电池的负极，负极的电极反应工：Li―e―==Li+；充电时，反应逆向进行，b 为阳极，阳极上 失电子发生氧化反应，电极反应式为 LiFePO4―e―==Li++FePO4。 4．（1）A、B、C （2）CH4－8e－+10OH－＝CO32－+7H2O CH4+2O2+2KOH＝K2CO3+3H2O （3）降低 减小 （4）0.6 mol 0.075 mol 4.5 g 【解析】燃料电池的负极反应物是一些易燃物质，如 H2、CH4、CH3OH、C2H5OH 等。当用 CH4 作燃料时， CH4 在负极上失电子生成含+4 价 C 的化合物，当电解质溶液呈酸性时，产物是 CO2，当电解质溶液呈碱性时， 产物是 CO32－。第（4）问中阳极上产生 O2 3.36 L（0.15 mol），由电极反应式：4OH－－4e－＝2H2O+O2↑知，电 路 中 通 过 了 0.15 mol × 4=0.6 mol 电 子 ， 消 耗 甲 烷 的 物 质 的 量 （ 根 据 CH4 失 8e － ） ： ，消耗掉 H2O： 。设析出 Na2SO4·10H2O 的质量为 x，则有： ，x=4.5 g。  放电 充电 4 0.6mol(CH ) 0.075mol8n = = 0.6 mol 0.3mol2 = 1 142 25g322 0.3mol 18g mol 100g 25g x x − =+ × ⋅ +