人教版高中化学选修四高二电化学基础.doc

高中化学学习材料
唐玲出品
2013届人教新课标高二化学：电化学基础
复习重点：
1. 了解原电池和电解池的工作原理，能写出电极反应式和电池反应方程式。

2. 了解常见化学电池的种类及其工作原理。

3. 理解金属发生电化学腐蚀的原因，金属腐蚀的危害，防止金属腐蚀的措施。

知识梳理
一、原电池及其工作原理
1．原电池：转化为。

2．原电池的电极
原电池的负极——金属——发生反应——向外电路电子
原电池的正极——金属(或惰性电极如石墨)——发生反应——外电路提供的电子
3．原电池的构成条件
(1)能自发地发生。

(2)电解质溶液(构成电路或参加反应)。

(3)由还原剂和导体构成极系统，由氧化剂和导体构成极系统。

(4)形成 (两电极接触或用导线连接)。

4．工作原理(以锌—铜原电池为例，如图所示)
电极名称负极正极
电极材料
电极反应Zn－2e－===Zn2＋Cu2＋＋2e－===Cu
反应类型氧化反应还原反应
电子流向由沿导线流向
例题1.关于原电池的说法，正确的是( )
A．在正极上发生氧化反应
B．某电极上有氢气产生，则此电极为正极
C．在外电路电子流出的为正极
D ．在负极上发生还原反应
例题2. 可以将反应Zn ＋Br 2===ZnBr 2设计成原电池，下列4个电极反应： ①Br 2＋2e －
===2Br －
， ②2Br －－2e －
===Br 2， ③Zn －2e －
===Zn 2＋
，
④Zn 2＋
＋2e －
===Zn ，
其中表示放电时负极和正极反应的分别是( ) A ．②和③ B ．②和① C ．③和①
D ．④和①
二、常见化学电源 电池 负极反应 正极反应
总反应式 碱性锌锰电池
Zn ＋2OH －
－2e
－
===Zn(OH)2
2MnO 2+2H 2O+2e=== 2MnOOH ＋2OH －
Zn
＋
2MnO 2
＋2H 2O===2MnOOH ＋
Zn(OH)2
铅蓄 电池
PbO 2(s)＋2e －
＋4H ＋
(aq)＋SO 4
2－
(aq)===PbSO 4(s)＋2H 2O(l)
Pb(s)＋PbO 2(s)＋
2H 2SO 4(aq)===2P bSO 4(s)＋2H 2O(l)
氢氧燃料电池
2H 2－4e －===4H ＋
酸性： 2H 2＋O 2===2H 2O
2H 2－4e －
＋4OH －
===4H 2O
碱性：
2H 2－4e －
===4H ＋
固体：O 2＋4e －
===2O 2－
例题3.锂电池反应原理如下：FePO 4＋Li 放电充电
LiFePO 4，内部为能够导电的固体电解质。

下列有关该电池说法正确的是( )
A ．可加入硫酸以提高电解质的导电性
B ．放电时电池内部Li ＋
向负极移动 C ．放电时，Li 发生还原反应 D ．放电时电池正极反应为： FePO 4＋e －
＋Li ＋
===LiFePO 4
例题4．燃料电池是一种新型电池，它利用燃料在反应过程中把化学能直接转化为电能。

氢氧燃料电池的基本反应如下：X 极，12O 2(g)＋H 2O(l)＋2e －===2OH －；Y 极，H 2(g)＋2OH －－2e
－
===2H 2O(l)。

下列判断中，正确的是( )
A ．X 是负极
B ．Y 是正极
C ．Y 极发生还原反应
D．Y极发生氧化反应
三、电解原理
1．电解定义
在作用下，电解质在两个电极上分别发生和的过程。

2．能量转化形式：转化为。

3．电解池
(1)构成条件
①有与相连的两个电极。

② (或熔融电解质)。

③形成。

(2)电极名称及电极反应(如图)
(3)电子和离子移动方向
①电子：从电源流向电解池的；从电解池的流向电源的。

②离子：阳离子移向电解池的；阴离子移向电解池的。

例题5.为将反应2Al＋6H＋===2Al3＋＋3H2↑的化学能转化为电能，下列装置能达到目的的是(铝条均已除去了氧化膜)( )
例题6．用惰性电极电解V L ASO 4的水溶液，当阴极上有m g 金属析出(阴极上无气体产生)时，阳极上产生x L 气体(标准状况)，同时溶液的pH 由原来的6.5变为2.0(设电解前后溶液体积不变)。

则A 的相对原子质量的表示式为( )
①
100m V ②200m V ③22.4m x ④11.2m
x
A ．①②
B ．②④
C ．①④
D ．③④ 四、电解原理的应用 1．氯碱工业
概念：用电解饱和NaCl 溶液的方法来制取NaOH 、H 2和Cl 2，并以它们为原料生产一系列化工产品的工业，称为氯碱工业。

原理⎩⎨⎧
阳极C ：2Cl －－2e －
===Cl 2↑氧化反应
阴极Fe ：2H ＋
＋2e －
===H 2
↑还原反应
总反应：2NaCl ＋2H 2
O=====通电
2NaOH ＋H 2
↑＋Cl 2
↑
2．铜的电解精炼 (1)电极反应
阳极(电极材料为 )：
电极反应式
⎩⎪⎨⎪⎧
Cu －2e －1===Cu 2＋
，
Zn －2e －1
===Zn 2＋，
Fe －2e －1===Fe 2＋，Ni －2e
－1
===Ni 2＋。

阴极(电极材料为 )：Cu 2＋
＋2e －
===Cu 。

(2)溶液中各离子浓度的变化 ①阴离子浓度 ；
②阳离子中Cu 2＋
浓度变 ，Zn 2＋
、Fe 2＋
、Ni 2＋
等浓度变大。

(3)阳极泥的成分：含有Ag 、Pt 、Au 等贵重金属。

3．电镀
(1)阳极： ； (2)阴极： ；
(3)电镀液：一般用含有 的电解质溶液作电镀液； (4)电镀液浓度： 。

例题7.下列有关电化学的示意图中正确的是( )
例题8. 电解100 mL含c(H＋)＝0.30 mol·L－1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－1Ag＋
B．0.20 mol·L－1Zn2＋
C．0.20 mol·L－1Cu2＋
D．0.20 mol·L－1Pt2＋
五、金属的腐蚀和防护
1．金属的腐蚀
(1)金属腐蚀是指金属与周围接触到的空气或液体发生反应而引起损耗的现象。

(2)金属腐蚀可以分为和。

化学腐蚀是金属与接触到的氧化性气体或氧
化性液体等直接发生化学反应而引起的腐蚀。

而电化学腐蚀是指不纯的金属与电解质溶液接触时，因发生原电池反应而发生的腐蚀。

(3)金属发生电化学腐蚀时，可分为析氢腐蚀和吸氧腐蚀。

两者的本质相同，但正极反应不同，
即析氢腐蚀的正极反应为，而吸氧腐蚀的正极反应为。

2．金属的防护
(1)加防护层，如在金属表面加上耐腐蚀的油漆、搪瓷、陶瓷、沥青、塑料、橡胶及电镀、喷
镀或表面钝化等方法。

(2)电化学防护
①——原电池原理
正极：；负极：。

②——电解原理
阴极：被保护的金属设备；阳极：惰性电极。

(3)添加缓蚀剂。

例题9.。

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圈中心区(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处少。

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＋
例题10．如下图所示，液面上浮着一个空心铁球。

(1)数天后可观察到的现象是( )
①铁球表面出现红棕色锈斑②铁球表面出现黑色锈斑③量筒内水位下降④量筒内水位上升
A．①③B．①④
C．②③D．③④
(2)解释发生上述现象的原因(用反应式及必要的文字予以说明)。

参考答案：
一、原电池及其工作原理
1．化学能电能。

2．活泼氧化提供
不活泼还原反应接受
3．(1)氧化还原反应。

(3)负正。

(4)闭合回路
4．工作原理(以锌—铜原电池为例，如图所示)
电极名称负极正极
电极材料Zn Cu
电极反应
反应类型
电子流向由负极沿导线流向正极
例题1.解析：A项，正极发生还原反应；B项，产生H2的电极上得电子，发生还原反应，是正极；C项，外电路中电子由负极流出；D项，负极失去电子发生氧化反应。

答案：B
例题2.解析：放电时负极为Zn，失电子被氧化，正极为Br2，得电子被还原。

答案：C
二、常见化学电源
电池负极反应正极反应总反应式
碱性锌
锰电池
铅蓄电池Pb(s)－2e－＋SO42－(aq)===PbSO4(s)
氢氧燃料电池
酸性：O2＋4e－＋4H＋===2H2O 碱性：O2＋4e－＋2H2O===4OH－
例题3.解析：若加入H2SO4，则Li与H2SO4发生反应，A错误；放电时，原电池内部阳离子向正极移动，阴离子向负极移动，B错误；放电时，Li为负极，失电子发生氧化反应，C错误；放电时，原电池正极反应为：FePO4＋e－＋Li＋===LiFePO4，D正确。

答案：D
例题4.解析：本题考查的是燃料电池的电极反应。

从电极反应式中可以看出，X极得电子发生还原反应，作正极，Y极失去电子发生氧化反应，作负极。

答案：D
三、电解原理
1．电解定义
直流电氧化反应还原反应
2．能量转化形式：电能 化学能。

3．电解池 (1)构成条件 ①电源 ②电解质溶液 ③闭合回路。

(2)电极名称及电极反应(如图)
(3)电子和离子移动方向
①电子：负极 阴极； 阳极 正极。

②离子：阴极；阳极。

例题5.解析：A 项电解质溶液为NaOH ，Al 与之反应实质不是与H ＋
反应，生成产物是AlO －
2而不是Al 3＋
；C 项Al 与稀HNO 3反应产生的为NO ；D 项为电能转变为化学能。

答案。

B
例题6.解析：电解离子方程式为：2A 2＋＋2H 2O=====电解2A ＋O 2↑＋4H ＋。

由于阳极OH －
放电，破坏水的电离平衡，造成c (H ＋
)增大，使溶液酸性增强，pH 减小。

溶液中氢离子变化的物质的量为：Δn (H ＋)≈0.01 mol ·L －1×V L ＝0.01V mol ，根据电解离子方程式得：n (A)＝12n (H ＋
)＝12
×
0.01V mol ＝0.005V mol ，则A 的相对原子质量M (A)＝m g 0.005V mol ＝200m V g ·mol －1
，故②项
正确；根据电解离子方程式还可得：n (A)＝2n (O 2)＝2×x L 22.4 L ·mol －1＝
x
11.2
mol ，则A 的摩尔质量M (A)＝m g ÷x
11.2 mol ＝11.2m x
g ·mol －1
，故④项正确。

答案。

B 四、电解原理的应用 2．铜的电解精炼 (1)电极反应 粗铜 精铜 (2)①不变；
②小，大。

3．电镀
(1)镀层金属；(2镀件；(3)镀层金属阳离子(4)保持不变。

例题7.解析：选项A，Zn应为原电池负极，Cu为原电池正极。

选项B，盐桥两边的烧杯中盛装的电解质溶液应互换。

选项C，粗铜应连接电源正极。

选项D，电解饱和NaCl溶液，Cl－在阳极放电产生Cl2，溶液中的H＋在阴极获得电子而产生H2，正确。

答案：D
例题8。

解析：根据金属活动顺序表可知：排在氢以后的金属为Ag和Cu，而Zn和Pb排在H 之前，所以Ag＋、Cu2＋的氧化性比H＋大，应优先于H＋放电而析出，因为0.01 mol Ag的质量小于0.02 mol Cu的质量，所以C项正确。

答案：C
五、金属的腐蚀和防护
1．金属的腐蚀
(1)氧化还原 (2)电化学腐蚀化学腐蚀
(3) 2H＋＋2e－===H2↑，O2＋2H2O＋4e－===4OH－。

2．金属的防护
(2)电化学防护
①牺牲阳极的阴极保护法
正极：被保护的金属设备；负极：比被保护的金属活泼的金属。

②外加电流的阴极保护法——电解原理
阴极：被保护的金属设备；阳极：惰性电极。

例题9.解析：本题考查金属的腐蚀，意在考查考生运用电化学原理分析金属腐蚀过程的能力。

铁板为铁和碳的合金，滴入 NaCl 溶液，形成原电池，显然 a 区为负极，溶液中 Cl－由 b区向a区迁移，A错；液滴边缘为正极区，溶解在溶液中的 O2放电，电极反应为：O2＋2H2O＋4e－===4OH－，B 对；液滴下的 Fe 因发生氧化反应而被腐蚀，C 错；改用嵌有铜螺丝钉的铁板，则铁为负极，D 错。

答案：B
例题10.解析：量筒内的空气、溶有O2的食盐水和铁球(铁碳合金)组成原电池，发生了吸氧腐蚀。

其负极反应是2Fe－4e－===2Fe2＋，正极反应是O2＋2H2O＋4e－===4OH－。

Fe2＋与OH－结合成Fe(OH)2，再被氧化成Fe(OH)3，Fe(OH)3脱水成为Fe2O3·x H2O而在铁球表面出现红棕色锈斑。

由于量筒中的O2被吸收，所以量筒内的水位会上升。

答案：(1)B。