8. 原电池、电解池及其应用---高中化学一轮复习全套教学案详细解析

1 【专题八】原电池、电解池及其应用 【考点突破】 考点 1 构成 原电池的条件 1．要有活动性不同的两个电极（一种金属与另一种金属或石墨或不溶性的金属氧化物）； 2．要有电解质溶液； 3．两电极浸入电解质溶液且用导线连接或直接接触。 考点 2 原电池、电解（镀）池电极名称的确定 1．确定原电池电极名称的方法 方法一：根据电极材料的性质确定。通常是 （1）对于金属——金属电极，活泼金属是负极，不活泼金属是正极； （2）对于金属——非金属电极，金属是负极，非金属是正极，如干电池等； （3）对于金属——化合物电极，金属是负极，化合物是正极。 方法二：根据电极反应的本身确定。 失电子的反应→氧化反应→负极；得电子的反应→还原反应→正极。 2．确定电解（镀）池电极名称的方法 方法一：与外电源正极连接的一极是阳极、与负极连接的一极是阴极。 方法二：电极上发生氧化反应的是阳极，发生还原反应的是阴极。 考点 3 原电池和电解池的比较 电解池 （电能→化学能） 以活泼材料作阳极电池 名称 原电池 （化学能 → 电能 ） 以惰性材 料作阳极 电镀铜 电解精炼铜 装置 举例 形成 条件 活动性不同的两个电极 电极插入电解质溶液中形 成闭合回路 两极有自发的氧化还原反 应 ①两电极与直流电源相连。 ②两电极插入电解质溶液中。 ③形成闭合回路。 电极 名称 负级：较活泼的金属或还原 剂 正极：较不活泼的金属或氧 化剂 阳极：连电源正 极 阴极：连电源负 极 阳极：镀层金属 阴极：镀件 溶液：含镀层金属 离子 阳极：不纯金属 阴极：纯金属 溶液：含纯金属 离子 电极 反应 负极：氧化反应，金属失电 子 正极：还原反应，阳离子得 电子 阳极：氧化反应，先活泼电极失电子，后溶液中阴离子 失电子。 阴极：还原反应，溶液中阳离子得电子。 电子 流向 负极 经导线 ————→正极 阳极 经导线 ————→电源正极，电源负极 经导线 ————→阴极2 溶液中离子流向：阴离子移动方向与电子相同。 考点 4 根据总反应式设计原电池 1、可设计成原电池的反应一般应满足如下条件： （1）反应放热；（2）属于氧化还原反应 2、步骤 首先标明电子转移方向，根据电子转移方向判断正负极材料——失电子的为负极，得电子的为正极， 其次选择相应的物质构成两个半电池——失电子金属和对应的产物构成一个半电池、得电子的离子和一较 不活泼的金属或石墨构成另一半电池，最后用盐桥和导线组成闭合回路。 例如将 Fe+2FeCl3＝3FeCl2 设计成原电池装置 分析：Fe 作负极，FeCl3 作电解液，可设计成如下两种装置： 考点 5 金属的腐蚀 1．金属腐蚀的实质：金属原子失去电子被氧化而消耗的过程。 2．金属腐蚀分为化学腐蚀和电化学腐蚀。 3．化学腐蚀实质：金属和非电解质或其它物质相接触直接发生氧化还原反应而引起的腐蚀。其腐蚀 过程没有电流产生。 4．电化学腐蚀实质：不纯金属或合金在电解质溶液中发生原电池反应。电化学腐蚀过程有电流产生。 5．腐蚀的常见类型 （1）析氢腐蚀 在酸性条件下，正极发生 2H++2e-=H2↑反应。 （2）吸氧腐蚀 在极弱酸或中性条件下，正极发生 2H2O+O2+4e-=4OH-反应。 若负极金属不与电解质溶液发生直接的反应，则形成吸氧腐蚀的原电池反应。如生铁浸入食盐水中， 会形成许多微小的原电池。 6．在同一电解质溶液 中，金属腐蚀的快慢可用下列原则判断：电解原理引起的腐蚀>原电池引起的腐 蚀>化学腐蚀>有防护措施的腐蚀。 考点 6 分析电极反应及其产物 原电池：负极：M-ne-=Mn+ 正极：（1）酸性溶液中 2H++2e-=H2↑ （2）不活泼金属盐溶液 Mn++ne-=M （3）中性、弱酸性条件下 2H2O+O2+4e-=4OH- 电解（镀）池： 阳极：（1）若阳极是由活性材料（除 C、Pt、Au 等以外的其它金属）做成，阳极反应是阳极金属失 去电子而被氧化成阳离子； （2）若阳极是由 C、Pt、Au 等惰性材料做成，阳极反应则是电解液中阴离子在阳极失去电子被氧化。3 阴离子失去电子能力大小顺序为：I->Br->Cl->OH->含氧酸根>F-。 阴极：阴极反应一般是溶液中的阳离子得电子的还原反应，阳离子得电子能力大小顺序为： Ag+>Hg2+>Fe3+>Cu2+>H+>Pb2+>Fe2+>Zn2+>Al3+>Mg2+>Na+>Ca2+>K+。必须注意的是，电镀时通过控制条件， Fe2+和 Zn2+得电子的能力强于 H+。 考点 7 电解实例及规律 电解液 溶质类别 电解总反应式 相当于电解 溶液 pH NaOH 溶液 强碱 升高 H2SO4 溶液 含氧酸 降低 Na2SO4 溶液 活泼金属的 含氧酸盐 2H2O 2H2↑+O2↑ 水 不 变 (两极混合液) CuCl2 溶液 不活泼金属 的 无氧酸盐 CuCl2 Cu+Cl2↑ 接近 7 HCl 溶液 无氧酸 2HCl H2↑+Cl2↑ 电解质本身 升高 NaCl 溶液 活泼金属的 无氧酸盐 2NaCl+2H2O H2+2NaOH+Cl2↑www .k s5u.c om 升高 CuSO4 溶液 不活泼金属 的含氧酸盐 2CuSO4+2H2O 2Cu+O2↑+2H2SO4 电解质与水 降低 NaCl(熔融) 2NaCl 2Na+Cl2↑ Al2O3(熔融) 离子化合物 2Al2O3 4Al+3O2↑ 电解质本身 【精题精讲】 例 1 将 NaCl 溶液滴在一块光亮清洁的铁板表面上，一段时间后发现液滴覆盖的圆周中心区(a)已被腐蚀而 变暗，在液滴外沿形成棕色铁锈环(b)，如图所示。 导致该现象的主要原因是液滴之下氧气含量比边缘少。 下列说法正确的是 A．液滴中的 Cl-由 a 区向 b 区迁移 B．液滴边缘是正极区，发生的电极反应为：O2＋2H2O＋4e- 4OH－ C．液滴下的 Fe 因发生还原反应而被腐蚀，生成的 Fe2＋由 a 区向 b 区迁移，与 b 区的 OH―形成 Fe(OH)2， 进一步氧化、脱水形成铁锈 D．若改用嵌有一铜螺丝钉的铁板，在铜铁接触处滴加 NaCl 溶液，则负极发生的电极反应为 Cu－2e- = Cu2＋ 【答案】B 【解析】NaCl 溶液滴到一块光亮清洁的铁板表面上，一段时间后在液滴覆盖的圆周中心区(a)被腐 电解 电解 电解 电解 电解 电解 电解 Ì úÐâ»· ( b) ¸ ¯Ê´ Çø( a)4 蚀变暗，实际上是发生了吸氧腐蚀，这时， 负极电极反应为：Fe - 2e - = Fe2＋ （发生氧化反应） 正极电极反应为：O 2 + 2H2O + 4e-= 4OH― （发生还原反应） 在液滴外沿，由于 Fe2＋ + 2OH― = F e ( O H ) 2 ， 4F e ( O H ) 2 +O2 +2H2O = 4F e ( O H ) 3 形成了棕色铁锈环（b）. 若改用嵌有一铜螺丝钉的铁板，在铜铁接触处滴加 NaCl 溶液，由于 Fe 的金属活动性比铜强，Fe 仍为负极，负极发生的电极反应为：Fe－2e -=Fe2＋ 。 又根据在原电池中，阳离子移向正极，阴离子移向负极的规律，Cl－应由 b 区向 a 区迁移。所以 A、 C、D 选项均错误，B 选项正确。 例 2 研究人员研制出一种锂水电池，可作为鱼雷和潜艇的储备电源。该电池以金属锂和钢板为电极材料， 以 LiOH 为电解质，使用时加入水即可放电。关于该电池的下列说法不正确的是（ ） A．水既是氧化剂又是溶剂 B．放电时正极上有氢气生成 C．放电时 OH－向正极移动 D．总反应为：2Li＋2H2O=== 2LiOH＋H2↑ 【答案】C 【解析】可迅速选出 C 项是错误，因为原电池放电时 OH－是向负极移动的。这种电池名称叫锂水电池。 可推测其总反应为： 2Li＋2H2O=== 2LiOH＋H2↑。再写出其电极反应如下： （—）2Li—2e—＝2Li+ （+）2H2O+2e—＝2OH—＋H2↑ 结合选项分析 A、B、D 都是正确的。 例 3 结合右图判断，下列叙述正确的是 A.I 和 II 中正极均被保护 B. I 和 II 中负极反应均是 Fe-2e-=Fe2＋ C. I 和 II 中正极反应均是 O2+2H2O+4e-=4OH― D. I 和 II 中分别加入少量 K3[Fe(CN)6]溶液，均有蓝色沉淀 【答案】A 【解析】题给装置 I、II 都是原电池，活泼金属作负极，首先被腐蚀，不活泼金属 作正极，被保护；A 对； I 中负极反应式为：Zn-2e-=Zn2＋，B 错；II 中正极反应式为：2H＋+-2e-=H2↑，C 错；I 中没有 Fe2＋，D 错； 选 A。 例 4 某小组为研究电化学原理，设计如图 2 装置。下列叙述不正确的是 A．a 和 b 不连接时，铁片上会有金属铜析出 B．a 和 b 用导线连接时，铜片上发生的反应为：Cu2＋+2e-= Cu C．无论 a 和 b 是否连接，铁片均会溶解，溶液从蓝色逐渐变成浅绿色 D．a 和 b 分别连接直流电源正、负极，电压足够大时，Cu2＋向铜电极移动 【答案】D 【解析】A、发生置换反应，正确。B、形成原电池，铜片作正极，溶液中 Cu2＋发生还原而析出，正确； 铁片作负极失去电子形成 Fe2+，溶液从蓝色逐渐变成浅绿色，所以 C、正确。D、a 和 b 分别连接直流电源 正、负极，a 作阳极，铜片失去电子形成为 Cu2＋。Cu2＋向铁电极移动。错误 例 5 根据下图，下列判断中正确的是 A.烧杯 a 中的溶液 pH 升高5 B.烧杯 b 中发生氧化反应 C.烧杯 a 中发生的反应为 2H++2e -=H2 D.烧杯 b 中发生的反应为 2Cl--2e-=Cl2 【答案】AB 命题立意：原电池相关知识的考查 【解析】题中给出的物质表明，该电池的总反应是 2Zn + O2 + 2H2O = 2Zn(OH)2，a 烧杯中电极反应为 O2 + 2H2O +4e- =4OH-， b 中 Zn-2e- = Zn2+，所以正确项为 AB。 【技巧点拨】原电池的题是历届常考点，本题可视为由前年高考中的铝空电池变化而来。主要是先要找到 电池的总反应，反应中各电极反应、电极周围酸碱性变化、离子浓度变化及计算才能有据可依。 例 6 甲、乙、丙、丁、戊为原子序数依次增大的短周期元素。甲、丙处于同一主族，丙、丁、戊处于同一 周期，戊原子的最外层电子数是甲、乙、丙原子最外层电子数之和。甲、乙组成的常见气体 X 能使湿润的 红色石蕊试纸变蓝；戊的单质与 X 反 应能生成乙的单质，同时生成两种溶于水均呈酸性的化合物 Y 和 Z， 0.1 mol/L 的 Y 溶液 pH＞1；丁的单质既能与丙元素最高价氧化物的水化物的溶液反应生成盐 L，也能与 Z 的水溶液反应生成盐；丙、戊可组成化合物 M。 请回答下列问题： (1) 戊离子的结构示 意图为_________________。 (2) 写出乙的单质的电子式：_________________。 (3) 戊的单质与 X 反应生成的 Y 和 Z 的物质的量之比为 2∶4，反应中被氧化的物 质与被还原的物质的物质的量之比为__________。 (4) 写 出 少 量 Z 的 稀 溶 液 滴 入 过 量 L 的 稀 溶 液 中 发 生 反 应 的 离 子 方 程 式 ： ___________________________________。 (5) 按 右 图 电 解 M 的 饱 和 溶 液 ， 写 出 该 电 解 池 中 发 生 反 应 的 总 反 应 方 程 式 ： _____________________________________。将充分电解后所得溶液逐滴加入到酚酞试液中，观察到的现 象是__________________________。 【答案】(1) (2) (3)2:3 ⑷AlO ＋H＋＋H2O=Al(OH)3↓ (5)2NaCl＋2H2O 2NaOH＋Cl2↑＋H2↑ 酚酞溶液溶液变红 【解析】甲、乙组成的常见气体 X 能使湿润的红色石蕊试纸变蓝，则 X 是 NH3，甲是 H，乙是 N。甲、 丙处于同一主族，并且丙的原子序数大于 N，则丙是 Na。根据戊原子的最外层电子数是甲、乙、丙原子的 最外层电子数之和，则戊原子最外层电子数=1＋1＋5=7，则戊是 Cl。戊的单质是 Cl2，与 NH3 反应生成乙 的单质 N2 和 NH4Cl、HCl；并且 0.1 mol·L－1 的 Y 溶液的 pH＞1，则 Y 是 NH4Cl，Z 是 HCl。 丁的单质能与 NaOH 溶液反应，也能与 HCl 水溶液反应，则丁 是 Na，生成的盐 L 是 NaAlO2。丙、戊组 成的化合物 M 为 NaCl。 (1)Cl－的结构示意图为： 。(2)乙单质 N2 的电子式为： (3)NH3 与 Cl2 反应的化学方程式：4NH3＋3Cl2=N2＋2NH4Cl＋4HCl，在反应中氨气做还原剂，氯气做氧化 剂，被氧化的物质与被还原的物质之比为：2:3。 (4)将少量的盐酸滴入过量 NaAlO2 溶液中发生反应的离子方程式为：AlO ＋H＋＋H2O=Al(OH)3↓。 (5)按右图电解饱和氯化钠溶液，反应的方程式为：2NaCl＋2H2O 2NaOH＋Cl2↑＋H2↑。电解后得到 NaOH 溶液，滴入酚酞溶液中，观察到溶液变红。 例 7 氯碱工业中电解饱和食盐水的原理示意图如右图所示。 ⑴溶液 A 的溶质是 。 ⑵电解饱和食盐水的离子方程式是 。 ⑶电解时用盐酸控制阳极区溶液的 pH 在 2～3。用化学平衡移动原理解释盐 酸的作用： 。 ⑷电解所用的盐水需精制，去除有影响的 Ca2＋、Mg2＋、NH4＋、SO42－[c(SO42 +17 2 8 8 N N 电解 +17 2 8 8 N N 电解6 －)>c(Ca2＋)]。精制流程如下（淡盐水和溶液 A 来自电解池）： ①盐泥 a 除泥沙外，还含有的物质是 。 ②过程 I 中将 NH4＋转化为 N2 的离子方程式是 。 ③BaSO4 的溶解度比 BaCO3 的小。过程 II 中除去的离子有 。 ④经过程 III 处理，要求盐水 c 中剩余 Na2SO3 的含量小于 5mg/L。若盐水 b 中 NaClO 的含量是 7.45mg/L， 则处理 10m3 盐水 b，至多添加 10% Na2SO3 溶液 kg（溶液体积变化忽略不计）。 【答案】⑴NaOH ⑵2Cl－+2H2O H2↑+Cl2↑+2OH― ⑶Cl2 与水反应：Cl2+H2O HCl+HClO， 增大 HCl 的浓度使平衡逆向移动。减少 Cl2 在水中的溶解，有利于 Cl2 的逸出 ⑷①M g ( O H ) 2 ②2NH4＋ +3Cl2+8OH― N2↑+6Cl－+8H2O ③SO42－、Ca2＋ ④1.76 【解析】电解饱和食盐水时，阴极产物为 NaOH 和 H2，阳极产物是 Cl2，反应的离子方程式是 2Cl－+2H2O H2↑+Cl2↑+2OH―，据此可以确定溶液 A 的溶质是 NaOH；电解时用盐酸控制阳极区溶液的 pH 在 2～3 的作用是促使化 学平衡 Cl2+H2O HCl+HClO 向左移动，减少 Cl2 在水中的溶解，有利于 Cl2 的逸出； 根据粗盐水和淡盐水的化学成分，代入题给精制盐水的流程进行分析，可知过程 I 是将 Mg2 ＋转化为 M g ( O H ) 2 沉淀除去，即盐泥 a 除泥沙外，还含有的物质是 M g ( O H ) 2 ；将 NH4＋转化为 N2 的氧化剂是 Cl2， 对应的离子 方程式是 2NH4＋+3Cl2+8OH― N2↑+6Cl－+8H2O；过程 II 是利用沉淀溶解平衡原理，将溶液 中的 Ca2＋和 SO42－分别转化为 CaCO3 和 BaSO4 沉淀除去；NaClO 与 Na2SO3 溶液反应的化学方程式为： NaClO+Na2SO 3 NaCl+Na2SO4，若盐水 b 中 NaClO 的含量是 7.45mg/L，则处理 10m3 盐水 b 时至少需要 10% Na2SO3 溶液 ，若盐水 c 中剩余 Na2SO3 的含量为 5mg/L， 则 还 需 添 加 10% Na2SO3 溶 液 50g÷10%=0.5kg ， 因 此 至 多 添 加 10% Na2SO3 溶 液 的 质 量 为 1.26kg+0.5kg=1.76kg。 【专题演练】 (时间 90 分钟，满分 100 分) 一、选择题(本题包括 16 个小题，每小题 3 分，共 48 分) 1．某学生设计一水果电池：他把一铁钉和碳棒用导线连接好，然后将 铁钉和碳棒平行插入一新鲜西红柿中，再在导线中接一个灵敏电流计．据此下列叙述正确的是 (　　) A．电流计指针不会发生偏转 B．金属铁会被腐蚀 C．碳棒作负极 D．铁表面有气体逸出 解析：该水果电池中，铁钉为负极，碳棒为正极，电流计指针会发生偏转，碳棒表面产生气泡． 答案：B 2 ． 以 葡 萄 糖 为 燃 料 的 微 生 物 燃 料 电 池 结 构 示 意 图 如 下 图 所 示 ． 关 于 该 电 池 的 叙 述 正 确 的 是 (　　) →通电 →通电 1 1 74.5g 100126g mol 1.26kg74.5g mol 10 − − × × =7 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22.4 6 L 解析：微生 物在高温下会因蛋白质变性而死亡，所以该电池不能在高温下工作；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；从电极反应方程式显而易见，H＋应从负 极移向正极；从总反应方程式可见，每生成 1 mol CO2 消耗 1 mol O2. 答案：B 3 ．以硫酸铜溶液作电解液，对含有杂质 Fe 、Zn 、Ag 的粗铜进行电解精炼．下列叙述正确的是 (　　) ①粗铜与直流电源负极相连 ②阴极发生的反应为 Cu2＋＋2e－===Cu ③电路中每通过 3.01×1023 个电子，得到的精铜质量为 16 g ④杂质 Ag 以 Ag2SO4 的形式沉入电解槽形成阳极泥 A．①③　　　　　　　　B．②④ C．③④ D．②③ 解析：粗铜作阳极，与电源正极相连；杂质 Ag 以单质的形式形成阳极泥． 答案：D 4．下列图示中关于铜电极的连接错误的是 (　　 ) 解析：镀件上镀铜时，铜应做阳极，与电源正极相连，镀件做阴极，与电源负极相连． 答案：C 5．如图所示，下列关于实验现象的描述正确的是 (　　) a 电极 b 电极 X 溶液 实验现象 A 石墨 石墨 CuCl2 a 电极质量增加，b 电极放出无色气体 B Fe 石墨 KNO3 a 电极质量增加，b 电极放出无色气体 C Fe Cu CuSO4 a 电极质量增加，b 电极质量减少 D 石墨 石墨 HCl a 电极放出无色气体，b 电极放出无色气体8 解析：这是一个电解装置，其中 A、D 选项中是惰性电极，且电解液都含有氯离子，所以 b 电极应该放出 淡黄绿色的气体(氯气)；B 选项中的 a 电极质量不变；C 选项中所组成的电解池相当于电镀池，其中 b 电 极的铜溶解，质量减少，而 a 电极上析出铜，质量增加． 答案：C 6．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的离子交换膜允许阳离子、阴离子、水分子自由通过 解析：本题考查原电池和电解池的应用．装置①阳极上 Cl－放电，发生氧化反应：2Cl－－2e－===Cl2↑，A 错；装置②待镀铁制品放电，发生还原反应 Cu2＋＋2e－===Cu，与电源负极相连，B 错；装置④的离子交 换膜只允许阳离子自由通过，D 错． 答案：C 7．当电解质溶液为氢氧化钾水溶液的氢氧燃料电池电解饱和碳酸钠溶液一段时间，假设电解时温度不变 且用惰性电极，下列说法正确的是(　　) A．当电池负极消耗 m g 气体时，电解池阳极同时有 m g 气体生成 B．电池的负极反应式为：O2＋2H2O＋4e－===4OH－ C．电解后 c(Na2CO3)不变，且溶液中有晶体析出 D．电池中 c(KOH)不变；电池中溶液 pH 变大 解析：碱性氢氧燃料电池负极反应为：H2－2e－＋2OH－===2H2O，正极反应为 O2＋4e－＋2H2O===4OH－， 总反应式为 2H2＋O2===2H2O，电解质 KOH 的物质的量不变，但因生成水使 c(KOH)减小，pH 变小，B、D 错误；电解池阳极反应为 4OH－－4e－===O2↑＋2H2O，故电池负极消耗 m g H2 时，电解池阳极有 8m g O2 生 成，A 错误；电解饱和 Na2CO3 溶液，实际被电解的物质为水，故电解过程中会析出 Na2CO3·10H2O 晶 体，但 c(Na2CO3)不变，C 正确． 答案：C 8．工业上利用氢气在氯气中燃烧，所得产物再溶于水的方法制盐酸，流程复杂且造成能量浪费．有人设 想利用原电池原理直接制备盐酸的同时，获取电能，假设这种想法可行，下列说法肯定错误的是 (　　) A．两极材料都用石墨，用稀盐酸作电解质溶液 B．通入氢气的电极为原电池的正极 C．电解质溶液中的阳离子向通氯气的电极移动 D．通氯气的电极的反应式为 Cl2＋ 2e－===2Cl－ 解析：由题可知总反应为 H2＋Cl2===2HCl，H2 发生氧化反应，通入 H2 的电极为原电池的负极，反应为 H2－9 2e－===2H＋，正极反应为 Cl2＋2e－===2Cl－.原电池工作时电解质溶液中离子的移动方向是：阳离子向正极 移动，阴离子向负极移动． 答案：B 9．如图为电解饱和食盐水的简易装置，下列有关说法正确的是(　　) A．电解一段时间后，往蛋壳中溶液中滴加几滴酚酞，呈红色 B．蛋壳表面缠绕的铁丝发生氧化反应 C．铁丝表面生成的气体能使湿润的淀粉碘化钾试纸变蓝 D．蛋壳可阻止生成的氯气与氢气、氢氧化钠溶液接触 解析：由图可知，蛋壳表面的铁丝为阴极，发生反应：2H＋＋2e－===H2↑，碳棒为阳极，发生反应：2Cl－－ 2e－===Cl2↑，故往蛋壳中滴加酚酞，溶液不会变红．铁丝为阴极，受到保护，附近 H＋发生还原反应，故 选 D. 答案：D 10．镍镉(Ni－Cd)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 有关该电池的说法不正确的是 (　　) A．放电时化学能不能全部转化为电能 B．放电时 Cd 为该电池的负极，充电时这一端应接直流电源的正极 C．放电时该电池的正极反应为： NiOOH＋H2O＋e－===Ni(OH)2＋OH－ D．充电时，阴极反应为：Cd(OH)2＋2e－===Cd＋2OH－ 解析：放电时并不能把化学能全部转化为电能，只能部分转化成电能．放电时发生原电池反应，Cd 失去 电子被氧化，做负极，充电时，这一端发生还原反应，应接直流电 、 源的负极，B 错误． 答案：B 11．用酸性氢氧燃料电池电解苦卤水(含 Cl－、Br－、Na＋、Mg2＋)的装置如下图所示(a、b 为石墨电极)．下 列说法中，正确的是 (　　) A．电池工作时，正极反应式为：O2＋2H2O＋4e－===4OH－ B．电解时，a 电极周围首先放电的是 Br－而不是 Cl－，说明当其他条件相同时前者的还原性强于后者 C．电解时，电子流动路径是：负极→外电路→阴极→溶液→阳极→正极 D．忽略能量损耗，当电池中消耗 0.02 g H2 时，b 极周围会产生 0.04 g H2 解析：A 项中正极反应式为：O2＋4H＋＋4e－===2H2O；电解时，a 电极与原电池正极相连，为电解池的阳  放电 充电10 极，由于 Br－的还原性强于 Cl－，因此 Br－先放电，B 正确；C 项中，在电解池内部，溶液是通过阴阳离 子的定向移动导电；在整个闭合电路中，转移的电子的物质的量相等，D 选项错误． 答案：B 12．按如下图所示装置进行实验(其中 C1、C2 均是石墨电极)，下列说法中错误的是(　　) A．甲池中，Cu 极上有气泡放出 B．发现 a 点附近显红色 C．在 C1、C2 电极上所产生气体的体积比为 2∶1 D．乙池溶液的 pH 减小 解析：依题意，甲池为原电池，乙池为电解池，甲中锌极为负极，铜极为正极，锌失去电子，H＋在铜极得 到电子析出氢气，A 正确；浸透饱和食盐水和酚酞试液的滤纸相当于电解池，a 极为阴极，b 极为阳极， 电解饱和食盐水，在阴极区生成氢氧化钠，滤纸变红色，B 正确；乙装置中，C1 为阳极，C2 为阴极，电解 稀硫酸相当于电解水，在 C1 极产生氧气，在 C2 极产生氢气，体积比为 1∶2，C 错误；电解过程中，乙中 硫酸浓度增大，pH 减小，D 正确． 答案：C 13．(2010·启东质检)一种由甲醇、氧气和强碱溶液(作电解质)组成的新型手机电池，可持续使用一个月， 其电池反应为：2CH3OH ＋3O2 ＋4OH － 2CO2－3 ＋6H2O ，则有关说法正确的是 (　　) A．放电时 CH3OH 参与反应的电极为正极 B．放电时负极的电极反应为 CH3OH＋8OH－―→CO2－3 ＋6H2O＋6e－ C．标准状况下，通入 5.6 L O2 并完全反应后，有 0.5 mol 电子转移 D．放电一段时间后，通入氧气的电极附近溶液的 pH 降低 解析：A 项中放电时为原电池反应，CH3OH 失电子被氧化，该电极为负极；C 项中 5.6 L O2 完全反应，应 转移电子 5.6 L 22.4 L/mol×4＝1 mol；D 项中氧气得电子与水反应生成 OH－，pH 升高． 答案：B 14．(2009·临沂质检)2008 年 10 月 8 日，瑞典皇家科学院宣布美籍华裔科学家钱永健获得 2008 年度诺贝尔 化学奖．少年时代，他就对化学产生了浓厚的兴趣.16 岁时，他凭借一个金属易受硫氰酸盐腐蚀的调查项 目 ， 荣 获 具 有 “ 少 年 诺 贝 尔 奖 ” 之 称 的 著 名 奖 项 ． 下 列 说 法 正 确 的 是 (　　) A．金属腐蚀就是金属失去电子被还原的过程 B．将水库中的水闸(钢板)与外加直接电源的负极相连，正极连接到一块废铁上可防止水闸被腐蚀 C．由原电池原理知所有的合金都比纯金属更易被腐蚀 D．铜板上的铁铆钉处在潮湿的空气中发生：Fe－3e－===Fe3＋，从而形成铁锈，但此过程铜不被腐蚀 解析：A 项，金属腐蚀是金属失去电子被氧化的过程；B 项，水闸作电解池的阴极，根据电解原理可知水 闸被保护；C 项，有些合金(如不锈钢)由于金属的内部组织结构被改变而比纯金属更难被腐蚀；D 项，铁 在潮湿空气中发生吸氧腐蚀时，发生的电极反应为 Fe－2e－===Fe2＋. 答案：B 15．(2010·威海模拟)按如图所示装置进行下列不同的操作，其中不正确  放电 充电11 的是 (　　) A．铁腐蚀的速度由大到小的顺序是：只接通 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．先只接通 K1，一段时间后，漏斗液面上升，然后再只接通 K2，漏斗液面下降 解析：只闭合 K1，铁作阳极电解氯化钠溶液，铁失电子生成 Fe2＋，H2O 在阴极得电子生成 H2 和 OH－，Fe2 ＋和 OH－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，阴极生成氢气，石墨电极上生成氯气，C 项正确．综上分析只接通 K1 铁腐蚀速率最快；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 时铁作阴极被保护，腐蚀速率最慢， 故 A 项正确． 答案：D 16．LiFePO4 新型锂离子动力电池以其独特的优势成为奥运会绿色能源的新宠．已知该电池放电时的电极 反 应 式 为 ： 正 极 FePO4 ＋ Li ＋ ＋ e － ===LiFePO4 ， 负 极 Li － e － ===Li ＋ . 下 列 说 法 中 正 确 的 是 (　　) A．充电时的总反应为 FePO4＋Li===LiFePO4 B．充电时动力电池上标注“＋”的电极应与外接电源的正极相连 C．放电时电池内部 Li＋向负极移动 D．放电时，在正极上是 Li＋得电子被还原 解析：放电时，＋3 价铁在正极得电子被还原为＋2 价铁，Li 在负极失电子生成 Li＋，Li＋向正极移动，C、D 不正确．充电时的总反应为 LiFePO4===FePO4＋Li，A 不正确．电池的正极在充电时作阳极，与外接电源 的正极相连，B 正确． 答案：B 二、非选择题(本题包括 6 个小题，共 52 分) 17．(6 分)某校化学研究性学习小组欲设计实验验证 Fe、Cu 的金属活动性，他们提出了以下两种方案．请 你帮助他们完成有关实验 项目： 方案Ⅰ：有人提出将大小相等的铁片和铜片，分别同时放入稀硫酸(或稀盐酸)中，观察产生气泡的快慢， 据此确定它们的活动性．该原理的离子方程式为 ________________________________________________________________________. 方案Ⅱ：有人利用 Fe、Cu 作电极设计成原电池，以确定它们的活动性．试在下面的方框内画出原电池装 置图，标出原电池的电极材料和电解质溶液，并写出电极反应式． 正极反应式：____________________________________________________. 负极反应式：_________________________________________________________. 方案Ⅲ：结合你所学的知识，帮助他们再设计一个验证 Fe、Cu 活动性的简单实验方案(与方案Ⅰ、Ⅱ不能 雷 同 ) ： ______________________ ， 用 离 子 方 程 式 表 示 其 反 应 原 理 ： _____________________________________________________________. 解析：方案Ⅰ：铁与酸反应而铜与酸不反应 Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑ 方案Ⅱ：设计原电池时以铁、铜为电极，电解质溶液应能与电极反应，实验现象应比较明显． 方案Ⅲ：设计简单实验时注意原理与方案Ⅰ及方案Ⅱ的原理不同，且现象明显，操作简单．12 答案：Ⅰ：Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑ Ⅱ： 正极：2H＋＋2e－===H2↑ 负极：Fe－2e－===Fe2＋ Ⅲ：将铁片置于 CuSO4 溶液中，一段时间后观察 Fe 表面是否有金属铜析出 Fe＋Cu2＋===Fe2＋＋Cu 18．(8 分)在如图所示的装置中，若通入直流电 5 min 时，铜电极质量增加 2.16 g，试回答： (1)电源电极 X 名称为______________． (2)pH 变化：A__________，B__________，C_______________. (填“增大”“减小”或“不变”) (3)通电 5 min 时，B 中共收集 224 mL 气体(标准状况)，溶液体积为 200 mL.则通电前 CuSO4 溶液的物质的 量浓度为______________(设电解前后溶液体积无变化)． (4)若 A 中 KCl 溶液的体积也是 200 mL，电解后，溶液的 pH 为____________(设电解前后溶液体积 无变 化)． 解析：(1)C 装置的铜电极质量增加，说明铜极上有金属析出，即溶液中的银离子被还原生成银单质，故铜 极为阴极，由此可确定 X 极为负极． (2)A 装置电解 KCl 溶液，生成氢气、氯气和氢氧化钾．B 装置生成 Cu、O2 和 H2SO4，溶液中氢离子 浓度 增大．C 装置阴极析出银单质，阳极上的银失去电子变成银离子，理论上溶液的物质的量浓度不变． (3)B 装置两极上电子转移的数目与 C 装置中转移的电子数目相同．C 装置中转移的电子为 2.16 g 108 g/mol＝0.02 mol.经判断，B 装置两极上的反应为： 阴极：Cu2＋＋2e－===Cu,2H＋＋2e－===H2↑ 阳极：4OH－－4e－===O2↑＋2H2O 根据题意可得： 2n(H2)＋2n(Cu)＝4n(O2)＝0.02 mol， n(H2)＋n(O2)＝ 224 mL 22 400 mL/mol， 解得 n(Cu)＝0.005 mol，CuSO4 溶液的物质的量浓度为：0.005 mol/0.2 L＝0.025 mol/L (4)A 装置的反应为： 2KCl＋2H2O =====电解 2KOH＋H2↑＋Cl2↑ 即反应中电子转移的物质的量与生成的氢氧根离子的物质的量相等，为 0.02 mol.13 c(OH－)＝0.02 mol 0.2 L ＝0.1 mol/L， 故 pH＝13. 答案：(1)负极　(2)增大　减小　不变　(3)0.025 mol/L (4)13 19．(9 分)(2009·山东高考)Zn－MnO2 干电池应用广泛，其电解质溶液是 ZnCl2－NH4Cl 混合溶液． (1)该电池的负极材料是________．电池工作时，电子流向________(填“正极”或“负极”)． (2)若 ZnCl2－NH4Cl 混合溶液中含有杂质 Cu2＋，会加速某电极的腐蚀，其主要原因是_________________ __________________________________________________. 欲 除 去 Cu2 ＋ ， 最 好 选 用 下 列 试 剂 中 的 ________(填代号 )． a．NaOH　b．Zn　c．Fe　d．NH3·H2O (3)MnO2 的 生 产 方 法 之 一 是 以 石 墨 为 电 极 ， 电 解 酸 化 的 MnSO4 溶 液 ． 阴 极 的 电 极 反 应 式 是 __________________________________________________________ ________________________________________________________________________.若电解电路中 通过 2 mol 电子，MnO2 的理论产量为________g. 解析：(1)原电池的负极是发生氧化反应的一极：Zn－2e －===Zn2＋；电池工作时，电子是从负极流向正 极． (2)Zn 与 Cu2＋发生氧化还原反应，生成的 Cu 附着在 Zn 的表面构成铜锌原电池，加快反应速率，从而加快 Zn 的腐蚀． (3)电解池的阴极是发生还原反应的一极：2H＋＋2e－===H2↑；每生成 1 mol MnO2 需转移 2 mol 电子，故 每通过 2 mol 电子，理论上生成 1 mol MnO2，质量为 87 g. 答案：(1)Zn(或锌)　正极 (2)锌与还原出的铜构成铜锌原电池而加快锌的腐蚀　b (3)2H＋＋2e－===H2↑　87 20．(9 分)观察图 A、B、C，回答下列问题 ： (1)把一块纯净的锌片插入装有稀硫酸的烧杯里，可观察到锌片上有气泡，再平行插入一块铜片，可观察到 铜片____________(填“有”或“没有”)气泡产生．再用导线把锌片和铜片连接起来(见图 A)，组成一个原 电 池 ， 负 极 为 ________ ， 正 极 的 电 极 反 应 式 为 __________________________________________________________． (2)如果烧杯中最初装入的是 2 mol/L 500 mL 的稀硫酸溶液，构成铜锌原电池(见图 B，假设产生的气体没 有损失)，当在标准状况下收集到 11.2 L 的氢气时，则此时烧杯内溶液中溶质的物质的量浓度分别为(溶液 体积变化忽略不计)__________、__________. (3)如果电极材料分别是铁片和石墨并进行连接，插入氯化钠溶液中(见图 C)，放置数天后，主要发生 __________________________________________________ 电化学腐蚀，写出正极的电极反应式________________________________． (4)生活中利用原电池原理生产了各种各样的电池，废电池必须进行集中处理的问题已被提到议事日程，其 最主要原因是________． A．回收利用电池外壳的金属 B．防止电池中汞、镉和铅等重金属离子对土壤、水源的污染 C．防止电池中渗泄的电解液腐蚀其他物品 D．回收其中的石墨电极 解析：铁跟碳相连接插入食盐水中，由于食盐水显中性，且食盐水必定会溶解有少量氧气，所以会发生吸14 氧腐蚀． 答案：(1)没有　锌 2H＋＋2e－===H2↑ (2)c(H2SO4)＝1 mol/L c(ZnSO4)＝1 mol/L (3)吸氧　O2＋2H2O＋4e－===4OH－ (4)B 21．(8 分)(2009·海南高考 )Li－SOCl2 电池可用于心脏起搏器．该电池的电极材料分别为锂和碳，电解液是 LiAlCl4—SOCl2.电池的总反应可表示为：4Li＋2SOCl2 ===4LiCl ＋S ＋SO2. 请回答下列问题： (1)电池的负极材料为__________，发生的电极反应为__________________； (2)电池正极发生的电极反应为_____________________________________； (3)SOCl2 易挥发，实验室中常用 Na OH 溶液吸收 SOCl2，有 Na2SO3 和 NaCl 生成．如果把少量水滴到 SOCl2 中，实验现象是___________________________________， 反应的化学方程式为________________________________________________ ________________________________________________________________________； (4)组装该电池必须在无水、无氧的条件下进行，原因是 ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________. 解析：分析反应的化合价变化，可得 Li 为还原剂，SOCl2 为氧化剂． (1)负极材料为 Li(还原剂)，电极反应为 Li－e－=== Li＋. (2)正极反应式可由总反应式减去负极反应式得到：2SOCl2＋ 4 e－=== 4Cl－＋ S ＋ SO2. (3)题中给出有碱液吸收时的产物，则没有碱液吸收时的产物应为 SO2 和 HCl，所以 SOCl2 与水反应的现象 应该为出现白雾和有刺激性气体生成． (4)因为构成电池的两个主要成分中 Li 能和氧气、水反应，SOCl2 也与水反应． 答案：(1)锂　Li－e－===Li＋ (2)2SOCl2＋4e－===4Cl－＋S＋SO2 (3)出现白雾，有刺激性气体生成 SOCl2＋H2O===SO2↑＋2HCl↑ (4)锂是活泼金属，易与 H2O、O2 反应；SOCl2 也可与水反应 22．(12 分)如图，p、q 为直流电源两极，A 为＋2 价金属单质 X 制成，B、C、D 为铂电 极，接通电源， 金属 X 沉积于 B 极，同时 C、D 产生气泡．试回答： (1)p 为________极，A 极发生了________反应． (2)C 为_______ 极，试管里收集到的气体是________ ；D 为_______ 极，试管里收集到的气体是________． (3)C 极的电极方程式是____________________________________________． (4)在电解过程中，测得的 C、D 两极上产生的气体的实验 数据如下： 　　　时间(min) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1015 阴极生成气体 体积(cm3) 6 12 20 29 39 49 59 69 79 89 阳极生成气体 体积(cm3) 2 4 7 11 16 21 26 31 36 41 仔细分析以上实验数据，请说出可能的原因是_____________________________ ____________________________________________________________________. (5)当反应进行一段时间后，A、B 电极附近溶液的 pH________(填“增大”“减小”或“不变”)． (6)当电路中通过 0.004 mol 电子时，B 电极上沉积金属 X 为 0.128 g，则此金属的摩尔质量为________． 解析：(1)接通电源，X 沉积于 B 极，说明 B 为阴极，则 A 为阳极，故(1)中 q 为负极，p 为正极，A 上发 生氧化反应． (2)H2SO4 电解池中，C 为阳极，C 试管内得 O2，D 为阴极，此试管内得 H2. (4)C、D 两极所得 O2、H2 体积比应该为 1∶2，但实验数据由 1∶3 随时间变化而增大，到达 10 分钟时约 为 1∶2，因为开 始 O2 溶解于溶液中． (5)A 极：X－2e－===X2＋. B 极：X2＋＋2e－===X，两极附近 pH 不变． (6)设 X 的摩尔质量为 M g/mol，则 X2＋＋　2e－　===　　X 2 mol M g 0.004 mol 0.128 g 得 M＝64. 答案：(1)正　氧化　(2)阳　氧气　阴　氢气 (3)4OH－－4e－===O2↑＋2H2O (4)开始时 C、D 两极气体体积比为 1∶3,10 分钟时约为 1∶2，说明开始时氧气溶解于溶液中 (5)不变　(6)64 g/mol