2018年电化学

电化学基础
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【课前自主复习与思考】
1．阅读并思考《创新设计》相关内容。

2．原电池、电解池的工作原理、应用。

3．原电池、电解池电极反应式的书写。

【结合自主复习内容思考如下问题】
1．用铜片、银片、Cu(NO3)2溶液、AgNO3溶液、导线和盐桥（装有琼脂－KNO3的U 型管）构成一个原电池。

以下关于该原电池的叙述正确的是
①在外电路中，电流由铜电极流向银电极
②正极反应为Ag＋＋e－===Ag
③实验过程中取出盐桥，电池仍能继续工作
④将铜片浸入AgNO3溶液中发生的化学反应与该原电池反应相同
A．①②B．②③C．②④D．③④
2．用阳极X和阴极Y电解Z的水溶液，电解一段时间后，再加入W，能使溶液恢复到电解前的状态，符合题意的是
【考纲点拨】
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。

4．了解提高燃料的燃烧效率、开发高能清洁燃料和研制新型化学电源的重要性。

认识化学在解决能源危机中的重要作用。

【自主研究例题】
1．控制合适的条件，将反应2Fe3＋＋2I－错误！未找到引
用源。

Fe2＋＋I2
设计成如图所示的原电池。

下列判断不正确的是（）
A．反应开始时，乙中石墨电极上发生氧化反应
B．反应开始时，甲中石墨电极上Fe3＋发生还原反应
C．电流计计数为零时，反应达化学平衡状态
D．电流计计数为零后，在甲中加入FeCl2固体，乙中石墨电极为负极
教师点评：本题主要考查了原电池的工作原理，可先问学生这样几个问题：
⑴能运用氧化还原反应理论拆分氧化反应、还原反应吗？
⑵图中装置的石墨电极分别是电池的什么极，能写出各电极的反应式吗？
⑶电流计读数为零说明题给反应达到什么状态？
乙中I－失去电子，故为氧化反应，A正确；由总反应方程式知，Fe3＋被还原为Fe2＋，B正确；当电流计计数为零时，即说明没有电子发生转移，可证明反应达到平衡状态，C 正确；加入Fe2＋导致平衡逆向移动，则Fe2＋失去电子生成Fe3＋，作为负极，D错误。

所以答案：D。

2．如下图所示装置，A、B中电极为多孔的惰性电极；C、D为夹在湿的Na2SO4滤纸条上的铂夹，a、b为电源的两极。

若在A、B中充满KOH溶液后倒立于盛有KOH的水槽中。

切断K1，闭合K2、K3，通直流电，电解一段时间后A、B中均有气体产生。

⑴电源的a极为（填“正”或“负”）极。

⑵在湿的Na2SO4滤纸条中心滴KMnO4溶液，现象是。

⑶写出A中电极反应式。

⑷若电解一段时间后A、B中均有气体包围电极。

此时切断K2、K3，闭合K1，电流表的指针偏转，此时B极电极反应式为。

教师点评：电解水时，利用气体体积的差异判断电极的名称，进而判断电池的正、负极和滤纸中的阴、阳极；切断K2、K3，闭合K1，电流表的指针发生了偏转，说明此时氢气和氧气形成了原电池。

⑴由图看出，切断K1，闭合K2、K3，通直流电，水槽中构成了惰性电极电解KOH水溶液的装置，实质是电解水，所以生成氢气和氧气，且氢气的体积是氧气体积的2倍，即B中的气体是氢气，B中的电极为阴极。

与B相连的电源a为负极。

⑷切断K2、K3，闭合K1，水槽中就构成了氢氧燃料电池，有氧气的一端是正极，有氢气的一端是负极，注意电解质溶液是碱性溶液。

答案：⑴负⑵紫色向D靠近⑶ 4 OH－－4e－===O2↑＋2 H2O
⑷ H2－2e－＋2OH－===2H2O
我思我疑：
【高考链接】
【例1】（2010浙江卷.9）Li-Al/FeS电池是一种正在开发的车载电池，该电池中正极的电极反应式为：2Li＋＋FeS＋2e－===Li2S＋Fe 有关该电池的下列中，正确的是A．Li－Al在电池中作为负极材料，该材料中Li的化合价为＋1价
B．该电池的电池反应式为：2Li＋FeS===Li2S＋Fe
C．负极的电极反应式为Al－3e－=Al3＋
D．充电时，阴极发生的电极反应式为：Li2S＋Fe－2e－===2Li＋＋FeS
【答案】C
【解析】本题涵盖电解池与原电池的主体内容，涉及电极判断与电极反应式书写等问题。

根据给出的正极得电子的反应，原电池的电极材料Li-Al/FeS可以判断放电时（原电池）负极的电极反应式为Al－3e－=Al3＋。

A、Li和Al分别是两极材料。

B、应有Al的参加。

D、应当是阳极失电子反应。

原电池与电解池的教学一定要重视电极反应式书写。

电极反应式书写是原电池和电解池内容或原理的核心。

原电池的教学可以从原电池反应的总反应式：可以自发进行的氧化还原反应，负极反应（因负极就是参加反应的电极）开始。

电解池的教学要从外加电源的正负极，分析阳极（活性电极时本身参加反应）开始，最终获得被进行的氧化还原反应。

简单记住：沸（负）羊（阳）羊（氧化）。

【例2】（2010广东理综卷.23）铜锌原电池（如图9）
工作时，下列叙述正确的是
A．正极反应为：Zn—2e-=Zn2+
B．电池反应为：Zn+Cu2+=Zn2+ +CU
C．在外电路中，电子从负极流向正极
D．盐桥中的K+移向ZnSO4溶液
【答案】BC
【解析】Zn是负极，故A错；电池总反应和没有形成原电池的氧化还原反应相同，故B正确；根据闭合回路的电流方向，在外电路中，电子由负极流向正极，故C正确；在溶液中，阳离子往正极移动，故D错误。

【例3】（2010福建卷.11）
Pb ＋PbO 2＋2H 2SO 4===2PbSO 4＋2H 2O 下列判断不正确的是（ ）
A ．K 闭合时，d 电极反应式：
PbSO 4＋2H 2O －2e －===PbO 2＋4H
＋＋SO 42－ B ．K 闭合时，II 中SO 42－向c 电极迁移
C ．当电路中转移0.2mol 电子时，I 中消耗的H 2SO 4为0.2 mol
D ．K 闭合一段时间后，II 可单独作为原电池，d 电极为正极
【答案】C
【解析】K 闭合时Ⅰ为电解池，Ⅱ为电解池，Ⅱ中发生充电反应，d 电极为阳极发生氧化反应，其反应式为PbSO 4 ＋ 2H 2O －2e － === PbO 2 ＋ 4H ＋ ＋SO 42－
所以A 正确。

在上述总反应式中，得失电子总数为2e -，当电路中转移0．2mol 电子时，可以计算出Ⅰ中消耗的硫酸的量为0.2mol ，所以B 对。

K 闭合一段时间，也就是充电一段时间后Ⅱ可以作为原电池，由于c 表面生成Pb ，放电时做电源的负极，d 表面生成PbO 2，做电源的正极，所以D 也正确。

K 闭合时d 是阳极，阴离子向阳极移动，所以C 错。

【例4】(09全国卷Ⅰ.28）下图所示装置中，甲、乙、丙三个烧杯依次分别盛放100g 5.00%的NaOH 溶液、足量的CuSO 4溶液和100g 10.00%的K 2SO 4溶液，电极均为石墨电极。

⑴接通电源，经过一段时间后，测得丙中K 2SO 4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 ；
PbO 24
③列式计算电极b上生成的气体在标准状态下的体积：；
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；
⑵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？
【答案】⑴①正极②4OH－-4e－=2H2O + O2↑。

③2.8L ④16g ⑤甲增大，因为相当于电解水；乙减小，OH－放电，H＋增多。

丙不变，相当于电解水。

⑵可以因为CuSO4溶液已转变为H2SO4溶液，反应也就变为水的电解反应
【解析】⑴①乙中C电极质量增加，则c处发生的反应为：Cu2＋+2e－=Cu，即C处为阴极，由此可推出b为阳极，a为阴极，M为负极，N为正极。

丙中为K2SO4，相当于电解水，设电解的水的质量为xg。

由电解前后溶质质量相等有，100×10%=（100-x）×10.47%，得x=4.5g，故为0.25mol。

由方程式2H2+O22H2O可知，生成2molH2O，转移4mol 电子，所以整个反应中转化0.5mol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。

②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↑。

③转移0.5mol电子，则生成O2为0.5/4=0.125mol，标况下的体积为0.125×22.4=2.8L。

④Cu2＋+2e－=Cu，转移0.5mol电子，则生成的m(Cu)=0.5/2 ×64 =16g。

⑤甲中相当于电解水，故NaOH的浓度增大，pH变大。

乙中阴极为Cu2＋放电，阳极为OH －放电，所以H＋增多，故pH减小。

丙中为电解水，对于K
SO4而言，其pH几乎不变。

2
⑵铜全部析出，可以继续电解H2SO4，有电解液即可电解。

【归纳与思考】
【自主检测】
1．（2010江苏卷.11）右图是一种航天器能量储
存系统原理示意图。

下列说法正确的是
A．该系统中只存在3种形式的能量转化
B．装置Y中负极的电极反应式为：
O2＋2 H2O＋4e－===4OH－
C．装置X能实现燃料电池的燃料和氧化剂再生
D．装置X、Y形成的子系统能实现物质的零排放，并能实现化学能与电能间的完全转化
2．（2010全国卷1）右图是一种染料敏化太阳能电池的示意图。

电池的一个点极由有机光敏燃料（S）涂覆在TiO2纳米晶体表面制成，另一电极由导电玻璃镀铂构成，电池中发生的反应为：
−νh TiO2/S*（激发态）
TiO2/S−→
−TiO2/S＋＋e－
TiO2/S*−→
−3I－
I3－＋2e－−→
−TiO2/S＋I3－
2 TiO2/S＋＋3I－−→
下列关于该电池叙述错误
．．的是：
A．电池工作时，是将太阳能转化为电能
B．电池工作时，I－离子在镀铂导电玻璃电极上放电
C．电池中镀铂导电玻璃为正极
D．电池的电解质溶液中I－和I3－的浓度不会减少
3．（2010安徽卷.11）某固体酸燃料电池以CaHSO4
固体为电解质传递H＋，其基本结构见下图，电池总反应可
表示为：2H2＋O2＝2H2O，下列有关说法正确的是
A．电子通过外电路从b极流向a极
B．b极上的电极反应式为：O2＋2H2O＋4e－＝4OH－
C．每转移0.1 mol电子，消耗1.12 L的H2
D．H＋由a极通过固体酸电解质传递到b极
4．（09广东理科基础.25）钢铁生锈过程发生如下反应：
①2Fe＋O2＋2H2O===2Fe(OH)2；
②4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3；
③2Fe(OH)3===Fe2O3＋3H2O。

下列说法正确的是
A．反应①、②中电子转移数目相等
B．反应①中氧化剂是氧气和水
C ．与铜质水龙头连接处的钢质水管不易发生腐蚀
D ．钢铁在潮湿的空气中不能发生电化学腐蚀
5．电解100 mL 含c (H ＋)＝0.30 mol/L 的下列溶液，当电路中通过0.04 mol 电子时，
理论上析出金属质量最大的是
A ．0.10 mol/L Ag ＋
B ．0.20 mol/L Zn 2＋
C ．0.20 mol/L Cu 2＋
D ．0.20 mol/L Pb 2＋
6．根据右图，可判断出下列离子方程式错误的是
A ．2 Ag(s)＋Cd 2＋(aq)===2Ag ＋(aq)＋Cd(s)
B ．Co 2＋(aq)＋Cd(s)===Co(s)＋Cd 2＋(aq)
C ．2Ag ＋(aq)＋Cd(s)===2Ag(s)＋Cd 2＋(aq)
D ．2Ag ＋(aq)＋Co(s)===2Ag(s)＋Co 2＋(aq)
7．一种新型酸性乙醇电池用磺酸类质子作溶剂，
比甲醇电池效率高出32倍，电池反应式为：C 2H 5OH ＋3O 2===2CO 2＋3H 2O ，电池构造如右图所示。

下列
说法正确的是
A ．放电过程中，电源内部的H ＋
B ．通入乙醇的电极是与正极
C ．该电池的正极反应为：4H ＋＋O 2＋4e
－===2H 2O
D ．用该电池作电源，用惰性电极电解饱和NaCl 每消耗0.2 mol C 2H 5OH ，阴极产生标准状况下气体的体积为13.44 L
8．用惰性电极电解一定量的硫酸铜溶液，电解一段时间后，向电解液中加入0.1 mol 碱式碳酸铜晶体（不含结晶水），恰好使溶液恢复到电解前的浓度和pH 。

下列叙述不正确的是
A ．电解过程产生的气体体积（在标准状况下）为5.6 L
B ．电解过程转移的电子数为3.612×1023个
C ．电解过程中只发生了2 CuSO 4＋2 H 2O===2Cu ＋O 2↑＋2 H 2SO 4
D ．加入碱式碳酸铜的反应是：Cu 2(OH)2CO 3＋2H 2SO 4===2CuSO 4
9． 为探究钢铁的吸氧腐蚀原理设计了如图所示装置，下列
说法中错误的是
A ．正极的电极方程式为：O 2＋2H 2O ＋4e －===4OH －
B ．将石墨改成镁电极，难以观察到铁锈生成
C ．若向自来水中加入少量NaCl(s)，可较快地看到铁锈
D ．分别向铁、石墨电极附近吹入O 2，前者铁锈出现得快
电解
10．电浮选凝聚法是工业上采用的一种污水处理方法：保持污水的pH在5.0～6.0之间，通过电解生成Fe(OH)3沉淀。

Fe(OH)3具有吸附性，可吸附污物而沉积下来，具有净化水的作用。

阴极产生的气泡把污水中的悬浮物带到水面形成浮渣层，刮去（或撇掉）浮渣层，即起到浮选净化的作用。

某科研小组用电浮选法处理污水，设计装置如图所示：
⑴实验时若污水中离子浓度较小，导电能力较差，产生气泡速率较慢，无法使悬浮物形成浮渣。

此时应向污水中加入适量的。

A．H2SO4B．BaSO4C．Na2SO4D．NaOH E．CH3CH2OH
⑵电解池阳极的电极反应式分别是①；
②4OH－－4e－===2H2O＋O2↑
⑶电极反应①和②的生成物反应得到Fe(OH)3沉淀的离子方程式是。

⑷熔融盐燃料电池是以熔融碳酸盐为电解质，以CH4为燃料，空气为氧化剂，稀土金属材料为电极。

已知负极的电极反应是CH4＋4CO32－－8e－===5CO2＋2H2O。

①正极的电极反应是。

②为了使该燃料电池长时间运行，电池的电解质组成应保持稳定。

为此电池工作时必须有部分A物质参加循环。

则A物质的化学式是。

⑸实验过程中，若在阴极产生了44.8L（标况）气体，则熔融盐燃料电池消耗CH4L （标况）。

【自主测评参考答案】
1．【答案】C
【解析】本题主要考查的是电化学知识。

A 项，在该装置系统中，有四种能量转化的关系，即太阳能、电能、化学能和机械能之间的相互转化；B 项，装置Y 为氢氧燃料电池，负极电极反应为H 2 -2e - + 2OH - = 2H 2O ；C 项，相当于用光能电解水，产生H 2和O 2，实现燃料（H 2）和氧化剂（O 2）的再生；D 项，在反应过程中，有能力的损耗和热效应的产生，不可能实现化学能和电能的完全转化。

综上分析可知，本题选C 项。

2．【答案】B
【解析】B 选项错误，从示意图可看在外电路中电子由负极流向正极，也即镀铂电极做正极，发生还原反应：I 3-+2e -=3I -；A 选项正确，这是个太阳能电池，从装置示意图可看出是个原电池，最终是将光能转化为化学能，应为把上面四个反应加起来可知，化学物质并没有减少；C 正确，见B 选项的解析；D 正确，此太阳能电池中总的反应一部分实质就是：D 正确，此太阳能电池中总的反应一部分实质就是：I 3
－ 3I －的转化（还有I 2＋I －I 3－），另一部分就是光敏有机物从激发态与基态的相互转化而已，所有化学物质最终均不被损耗！
3．【答案】D
【解析】首先明确a 为负极，这样电子应该是通过外电路由a 极流向b ，A 错；B 选
项反应应为O 2＋4e －＋4H ＋===2H 2O ；C 没有告知标准状况。

4．【答案】A
【解析】①反应中消耗O 2的量相等，两个反应也仅有O 2作为氧化剂，故转移电子数是相等的，A 项正确。

①中H 2O 的H 、O 两元素的化合价没有变，故不作氧化剂，B 项错；铜和钢构成原电池，腐蚀速度加快，C 项错；钢铁是铁和碳的混合物，在潮湿的空气的中易发生吸氧腐蚀，属于电化学腐蚀，故D 项错。

5．【答案】C
【解析】100 mL 溶液中各离子的物质的量分别为n(H ＋)=0.03 mol ，n(Ag ＋)=0.01 mol ，
n(Zn 2＋)=0.02 mol ，n(Cu 2＋)=0.02 mol ，n(Pb 2＋)=0.02 mol ，当分别电解它们的溶液通过0.04 mol 电子时，A 中0.01 mol Ag 全部析出，其质量为1.08 g ，B 中H +首先放电，因此析出
Zn 为0.005 mol ，质量为0.325 g ，C 中0.02 mol Cu 全部析出，质量为1.28 g ，D 中H ＋首
先得电子，析出Pb 为0.005 mol ，质量为1.035 g ，因此C 中析出金属质量最大。

6．【答案】A
【解析】从两个原电池的电极可以判断出三种金属的活泼性关系为：Cd ＞Co ＞Ag ，根据根据还原反应可知A 项错误。

7．【答案】C
【解析】A 项，H ＋应向正极区迁移；B 项，通入O 2的电极为正极；D 项每消耗0.2 mol
C 2H 5OH ，转移的电子为2.4 mol ，此时阴极上产生的气体政府上为1.2 mol ，在标况下即为 氧化 还原
26.88 L。

8．【答案】C
【解析】加0.1 mol Cu2(OH)2CO3恢复到原状，可将其看做0.1 mol的2CuO·H2O·CO2，
电解电解
说明电解过程发生的反应为：①2CuSO4＋2H2O===2Cu＋O2↑＋2H2SO4和②H2O===2H2↑＋O2↑。

其中反应①析出铜0.2 mol，消耗硫酸铜0.2 mol，反应②消耗水为0.1 mol。

反应①生成氧气0.1 mol，反应②生成气体为0.15 mol，共生成气体5.6 L（标况）；反应①转移电子0.4 mol，反应②转移电子0.2 mol，共转移电子0.6 mol，转移电子数为3.612×1023个。

9．【答案】D
【解析】铁是负极，失电子被氧化成Fe2＋，在正极氧气得电子发生还原反应被还原生成OH－，故将氧气吹向石墨电极的腐蚀速率比吹向铁电极的快，A正确，D错；向自来水中加入NaCl(s)，可使电解质溶液的导电能力增强，加快腐蚀速率，C正确；但若将石墨电极换成Mg电极，则负极为Mg，Fe被保护，难以看到铁生锈，B正确。

10．【答案】⑴C
⑵Fe－2e－===Fe2＋
⑶4Fe2＋＋10H2O＋O2===4Fe(OH)3↓＋8H＋
⑷①O2＋2CO2＋4e－===2CO32－（2O2＋4CO2＋8e－===4CO32－）
②CO2
⑸11.2
【解析】⑴通过电解生成Fe(OH)3沉淀，不能加酸，A项不符合；BaSO4难溶于水，B项不符合；Na2SO4参水溶液没有影响，可以增强导电能力，故C项符合；保持污水的pH在5.0～6.0之间，NaOH显然不符合；CH3CH2OH为非电解质，导电能力差，E项不符合；故答案为C。

⑵燃料电池中，通入CH4的一极为负极，通入空气的一极为正极，故烧杯中铁为阳极，电极反应为：Fe－2e－===Fe2＋。

⑶电极反应①和②的生成物反应得到Fe(OH)3沉淀的离子方程式是：4Fe2＋＋10H2O＋O2===4Fe(OH)3↓＋8H＋。

⑷①已知负极的电极反应是：CH4＋4CO32－－8e－===5CO2＋2H2O，而总反应方程式是：CH4＋2O2===CO2＋2H2O，用总反应式减去负极反应式即得正极反应式：O2＋2CO2＋4e－==2CO32－。

②根据电极反应，A物质的化学式是CO2。

⑸阴极的电极反应为：2H＋＋2e－===H2，产生44.8 L（标况）气体，转移4 mol e－；根据：CH4＋4CO32－－8e－===5CO2＋2H2O知，熔融盐电池消耗CH4 11.2 L。