第四章 电化学基础 章末归纳与整理-高二化学(人教版选修4)

【例题6】（2021·浙江·效实中学高二期中）利用膜技术和电化学原理
制备少量硫酸和绿色硝化剂N2O5，装置如图，下列说法正确的是（ B ）
A．甲装置将电能转化为化学能 B．每转移2mol电子，生成2mol N2O5 和1mol H2SO4 C．乙中电极d上发生氧化反应 D．c电极反应式为： N2O4 – 2e- ＋H2O＝N2O5＋2H＋
3．特别注意：书写电解池中电极反应式时，要以实际放电的离子
表示，但书写总电解反应方程式时，弱电解质要写成分子式。如用惰性
电极电解NaOH溶液，阳极发生氧化反应，电极反应式为4OH－－4e－＝
2H2O＋O2↑，阴极发生还原反应，电极反应式为2H＋＋2e－＝H2↑，总反
应式表示为2H2O
2H2↑＋O2↑。
【对应训练】LiOH是生产航空航天润滑剂的原料。清华大学首创三室 膜电解法制备氢氧化锂，其模拟装置如图所示。下列有关说法正确的是（ C ）
A．膜1为阳离子交换膜，膜2为阴离子交换膜 B．a极为电源的负极，Y极上发生氧化反应 C．X极的电极反应式为2H2O－4e-＝4H+＋O2↑ D．每转移2 mol电子，理论上生成52 g LiOH
电池正极的电极反应式为O2＋2H2O－4e-＝4OH-
【对应训练】结合图示判断，下列叙述正确的是（ A ） A．K与N连接时，X为硫酸，一段时间后溶液的pH增大 B．K与N连接时，X为氯化钠，石墨极电极反应式为2H＋＋2e－＝H2↑ C．K与M连接时，X为硫酸，一段时间后溶液的pH增大 D．K与M连接时，X为氯化钠，石墨极电极反应式为4OH－－4e－＝ 2H2O＋O2↑
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
三、原电池电极反应式的书写规律和方法
1．先分析题目给定的图示装置，确定原电池正、负极上的反应物，
第四章 电化学基础
章末归纳与整理
一、原电池正、负极的判断方法
1．原电池基本模型：
2．原电池中电子由负极经导线（外电路）流向正极，溶液中阳离子在 电解质溶液（内电路）中向正极移动，阴离子在电解质溶液（内电路）中 向负极移动。
3．原电池中电极的判断角度如下所示：
【例题1】（2022·云南·高二阶段练习）某种微生物燃料电池的结构示
并标出相同数目电子的得失。
2．负极反应式的书写：
常见电池
负极反应特点
负极反应式书写方法
锌锰干电池
(Zn－C－NH4Cl)
①负极(Zn)本身失去电子生成阳离 子(Zn2＋)；②生成的阳离子不与电 解质溶液成分反应
直接写出负极反应式： Zn－2e－＝Zn2＋
铅蓄电池
(Pb－PbO2－H2SO4)
①负极(Pb)本身失去电子生成阳离 子(Pb2＋)；②生成的阳离子(Pb2＋)与 电解质溶液成分(SO42-)反应
第一步：明确溶液中存在哪些离子。阳离子有Cu2＋、H＋；阴离子 有OH－、SO42－。
第二步：判断阴、阳两极负极离子得失电子顺序。 阴极：Cu2＋＞H＋；阳极：OH－＞SO42－。 第三步：分别写出两极的电极反应式。 阴极：2Cu2＋＋4e－＝2Cu； 阳极：2H2O－4e－＝O2↑＋4H＋ 第四步：根据得失电子数相等，将两极反应式相加得总反应式：
B．充电时，阳极附近锂元素被氧化
C．放电时Li+主要从负极区通过隔膜移向正极区
D．放电时，正极电极反应式： xFePO4+xLi++xe-=xLiFePO4
【对应训练】镍镉(NiCd)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 （ A）
【对应训练】如图为利用电化学方法处理有机废水的原理示意图。下 列说法正确的是（ D ）
A．a、b极不能使用同种电极材料 B．工作时，a极的电势低于b极的电势 C．工作一段时间之后，a极区溶液的pH增大 D．b极的电极反应式为：CH3COO－＋4H2O－8e－＝2HCO3－＋9H＋
五、电解池中电极反应式的书写基本规律
意图如图，质子交换膜只允许H+通过，下列说法错误的是（ D ）
A
．B极为该电池的正极
B．该装置能把化学能转化成电能
C．每转移2 mol e-，有4 mol H+通过质子交换膜移向正极区
D．负极上的电极反应式为C6H12O6－24e-＋6H2O＝6CO2↑＋24 H+
【对应训练】如图是某同学设计的原电池装置，下列叙述中正确的是（ D ） A．电极Ⅰ上发生还原反应，作原电池的负极 B．电极Ⅱ的电极反应为Cu2+＋2e-＝Cu C．盐桥中装有含氯化钾饱和溶液的琼胶，其作用是传递电子 D．该原电池中电子的运动方向：电极Ⅱ→导线→电极Ⅰ
二、可逆电池的特点及工作原理
1．特点：
2．工作原理：以xMg＋Mo3S4
MgxMo3S4为例：
【例题2】（2022·山东省实验中学高二阶段练习）某高能LiFePO4电池
工作原理为： (1-x)LiFePO4＋xFePO4＋LixCn 说法不正确的是（B ）
LiFePO4＋nC。下列
A．该电池是二次电池
七、电解原理在工业上有哪些基本的应用？各有何特点？
1．氯碱工业：电解饱和食盐水制取NaOH、Cl2和H2，并以它们为 原料生产一系列化工产品。如图1
2．电镀:镀待镀金属制品作阴极，镀层金属作阳极，用含有镀层金属 离子的溶液作电镀液。如图所示(铁片上镀银)。如图2所示(铁片上镀银)：
图1
图2
3．电解精炼铜如图所示：用纯铜板作阴极，粗铜板(含Zn、Fe、 Ni、Ag、Au等杂质)作阳极，CuSO4溶液或CuCl2溶液作电解液。如图3
四、电解原理及多室电解的特点
1．电解是指直流电通过电解质溶液（或熔融的电解质）在阴、阳两 极引起还原反应、氧化反应的过程。电解池是将电能转化为化学能的装 置。2．电解池模型：
3．多室电解特点—以三室电渗析法处理Na2SO4废水为例：
4．四步分析法—以书写用石墨作电极电解CuSO4溶液的电极反应式 及总反应式例：
4．电冶金：利用电解熔融盐的方法来冶炼活泼金属Na、Ca、Mg、
Al等。如：
冶炼钠：2NaCl(熔融) 2Na＋Cl2↑ ， 阳极：2Cl－－2e－＝Cl2↑； 阴极：2Na＋＋2e－＝2Na。
冶炼铝：2Al2O3(熔融) 4Al＋3O2↑
阳极：6O2－－12e－＝3O2↑；
图3
阴极：4Al3＋＋12e－＝4Al。
甲烷燃料电池
(Pt－Pt－KOH)
①负极本身不反应，燃料失去电子 被氧化；②燃料反应产物与电解质 溶液成分有些能反应
将①和②进行叠加：Pb －2e－＋SO42-＝PbSO4
将①和②进行叠加： CH4－8e－＋10OH－＝ CO32-＋7H2O
3．正极反应式的书写 （1）首先判断在正极发生反应的物质：当负极材料与电解质溶液能自 发的发生化学反应时，在正极上发生电极反应的物质是电解质溶液中的某 种微粒；当负极材料与电解质溶液不能自发的发生化学反应时，在正极上 发生反应的物质是溶解在电解质溶液中的O2。 （2）然后再根据具体情况写出正极反应式，在书写时也要考虑正极反 应产物是否与电解质溶液反应的问题，若参与反应也要书写叠加式。 （3）燃料电池的正极反应式
【对应训练】如图所示的A、B两个电解池中的电极均为铂，在A池中
加入0.05 mol·L－1的CuCl2溶液，B池中加入0.1 mol·L－1的AgNO3溶液，进行 电解。a、b、c、d四个电极上所析出的物质的物质的量之比是（ A ）
A．2∶2∶4∶1
B．1∶1∶2∶1
C．2∶1∶1∶1
D．2∶1∶2∶1
电解质是碱性或中性溶液：O2＋2H2O＋4e－＝4OH－， 电解质是酸性溶液：O2＋4H＋＋4e－＝2H2O。 （4）正、负电极反应式相加得到电池反应的总反应方程式。
【例题3】（2021·新疆昌吉·高二期中）下列电极反应式与出现的环 境相匹配的是（C ）
电极反应式
出现的环境
A O2＋4H+＋4e-＝2H2O 酸性环境下氢氧燃料电池的负极反应
六、电解产物的判断及有关计算
1．简单装置中各电极产物间的计算：在一个装置中进行电解时，各 电极产物不同，但阴阳极得失电子数相等。根据此标准可对各电极产物、 溶液中的产物，以及反应消耗的物质进行计算。
2．复杂装置中(指多个装置串联连接)各电极产物的判断：在串联电解 装置中，各电极电子转移数相等。据此，可计算各电极产物，溶液中的 c(H＋)、c(OH－)的变化。
【例题7】（2022·河北·石家庄市第四十二中学高二阶段练习）根据工 业上离子交换膜法制烧碱的方法，可以用如图装置电解硫酸钾溶液来制取
氢气、氧气、硫酸和氢氧化钾。下列说法错误的是（ D ） A．该电解槽的阳极反应式为2H2O－4e-＝4H+＋O2↑ B．制得的氢氧化钾溶液从出口D导出 C．通电开始后，阴极附近溶液pH增大 D．若将制得的氢气、氧气和氢氧化钾溶液组合为氢氧燃料电池，则
电解池中电极反应式的书写关键是掌握离子的放电顺序。 1．阴极与电源负极相连，得电子发生还原反应。其规律有两个：一 是电极本身不参加反应；二是电解质溶液中氧化性强的阳离子先得电子， 如Ag＋＞Fe3＋＞Cu2＋＞H＋＞Pb2＋＞Sn2＋＞Fe2＋＞Zn2＋，要注意金属活动 性顺序表中Al及Al前面的金属离子在溶液中不放电。 2．阳极与电源正极相连，失去电子发生氧化反应。其规律有两个： 一是若阳极为非惰性电极(除Pt、Au之外的金属作电极)，电极本身失去电 子被氧化，电解质溶液中的阴离子不参与电极反应；二是若阳极为惰性电 极(Pt、Au或非金属作电极)，电解质溶液中还原性强的阴离子失去电子被 氧化，如S2－＞I－＞Br－＞Cl－＞OH－＞含氧酸根。
2CuSO4＋2H2O＝2Cu＋O2↑＋2H2SO4
【例题4】（2021·湖南·长沙市明德中学高二期中）利用图中装置可以
制备一元弱酸H3BO3，下列说法不正确的是（ B ） A．M室产生的气体为氧气
B．阴极的电极反应式为：2H2O－e-＝2OH-＋H2↑ C．原料室的[B(OH)4]-穿过阴离子交换膜进入产品室 D．当电路中通过1mol电子时，可得到1molH3BO3
B 4OH-－4e-＝O2↑＋2H2O 弱酸性环境下钢铁的吸氧腐蚀
C
Cu－2e-＝Cu2+
用铜做电极电解硫酸铜溶液的阳极反应
D
Na+＋e-＝Na
用惰性电极电解Na2SO4溶液的阴极反应
【对应训练】如图是某校化学兴趣小组设计的一套原电池装置，下列
有关描述正确的是（ D ） A．此装置能将电能转变为化学能 B．石墨电极的反应式：O2＋2H2O＋4e－＝4OH－ C．电子由石墨电极经导线流向Cu电极 D．电池的总反应式：2Cu＋O2＋4HCl＝2CuCl2＋2H2O
【例题5】（2022·全国·高二单元测试）金属镍有广泛的用途。粗镍中 含有少量Fe、Zn、Cu、Pt等杂质，可用电解法制备高纯度的镍，下列叙 述正确的是(已知：还原性Fe＞Ni＞Cu)（ D ）
A．阳极发生还原反应，其电极反应式：Ni2+＋2e-＝Ni B．电解过程中，阳极质量的减少与阴极质量的增加相等 C．电解后，溶液中存在的金属阳离子只有Fe2+和Zn2+ D．电解后，电解槽底部的阳极泥中只有Cu和Pt
3．电解的计算特点：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，应用阴、阳两极得 失电子守恒进行有关计算。二是用惰性电极进行电解的过程，若电解质的 阴、阳离子不同时在两极上放电，则阳离子放电的同时必有H＋生成，n(H ＋)＝n(阳离子)×电荷数。也可利用物质的量关系(电子得失守恒)进行计算， 如，H2～Cl2～1/2O2～Cu～2Ag～2H＋～2OH－。