2017高考化学16个点之化学基本理论二：五、原电池和电

1.原电池工作原理示意图
2.电解池工作原理(阳极为惰性电极)示意图
3.解答电化学问题注意“三看”
一看有无外接电源，有电源装置为电解池，无电源装置为原电池；二看电极，判断阴阳极和正负极；三看电解质溶液。

4.原电池电极反应式的书写
(1)一般电极反应式的书写
(2)复杂电池反应的电极反应式书写
复杂的电极反应式＝总反应式－较简单一极的电极反应式
如CH4碱性燃料电池负极反应式的书写：
CH4＋2O2＋2OH－===CO2－3＋3H2O……总反应式
2O2＋4H2O＋8e－===8OH－……正极反应式
CH4＋10OH－－8e－===7H2O＋CO2－3……负极反应式
5.电解池中电极反应式的书写步骤
6.“六点”突破电解应用题
(1)分清阴、阳极，与电源正极相连的为阳极，与电源负极相连的为阴极，两极的反应为“阳
氧阴还”。

(2)剖析离子移向，阳离子移向阴极，阴离子移向阳极。

(3)注意放电顺序。

(4)书写电极反应式，注意得失电子守恒。

(5)正确判断产物
①阳极产物的判断首先看电极，如果是活性电极作阳极，则电极材料失电子，电极溶解(注意：铁作阳极溶解生成Fe2＋，而不是Fe3＋)；如果是惰性电极，则需看溶液中阴离子的失电子能力，阴离子放电顺序为S2－>I－>Br－>Cl－>OH－(水)>含氧酸根>F－。

②阴极产物的判断直接根据阳离子的放电顺序进行判断：Ag＋>Hg2＋>Fe3＋>Cu2＋>H＋>Pb2＋>Fe2＋>Zn2＋>H＋(水)>Al3＋>Mg2＋>Na＋。

(6)恢复原态措施
电解后有关电解质溶液恢复原态的问题应该用质量守恒法分析。

一般是加入阳极产物和阴极产物的化合物，但也有特殊情况，如用惰性电极电解CuSO4溶液，Cu2＋完全放电之前，可加入CuO或CuCO3复原，而Cu2＋完全放电之后，应加入Cu(OH)2或Cu2(OH)2CO3复原。

原电池和电解池的定量计算包括两极产物的定量计算、溶液pH的计算、相对原子质量和阿伏加德罗常数的计算，以及与转移电子关系的定量计算等。

常见计算方法有：
(1)根据电子守恒计算
用于串联电路中电解池阴阳两极产物、原电池正负两极产物、通过的电量等类型的计算，其依据是电路中转移的电子数相等。

(2)根据总反应式计算
先写出电极反应式，再写出总反应式，最后根据总反应式列出比例式计算。

(3)根据关系式计算
根据得失电子守恒关系建立起已知量与未知量之间的桥梁，构建计算所需的关系式。

如以通过4mole－为桥梁可构建如下关系式：
(式中M为金属，n为其离子的化合价数值)
该关系式具有总揽电化学计算的作用和价值，熟记电极反应式，灵活运用该关系式便能快速解答常见的电化学计算问题。

1．【2016年高考北京卷】用石墨电极完成下列电解实验。

下列对实验现象的解释或推测不合理的是（ ） A ．a 、d 处：2H 2O+2e -=H 2↑+2OH -
B ．b 处：2Cl
--2e -=Cl 2↑ C ．c 处发生了反应：Fe-2e -=Fe 2+
D ．根据实验一的原理，实验二中m 处能析出铜 【答案】B
C 、c 处为阳极，铁失去电子生成亚铁离子，C 正确；
D 、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，D 正确。

答案选B 。

2．【2016年高考上海卷】图1是铜锌原电池示意图。

图2中，x 轴表示实验时流入正极的电子的物质的量，y 轴表示（ ）
A ．铜棒的质量
B ．c (Zn 2+
) C ．c (H +
) D ．c (SO 42-) 【答案】C
【解析】该装置构成原电池，Zn 是负极，Cu 是正极。

A ．在正极Cu 上溶液中的H +
获得电子变
为氢气，Cu棒的质量不变，错误；B．由于Zn是负极，不断发生反应Zn-2e-=Zn2+，所以溶液中c(Zn2+)增大，错误；C．由于反应不断消耗H+，所以溶液的c(H+)逐渐降低，正确；D．SO42-不参加反应，其浓度不变，错误。

3．【2016年高考新课标Ⅰ卷】三室式电渗析法处理含Na2SO4废水的原理如图所示，采用惰性电极，ab、cd均为离子交换膜，在直流电场的作用下，两膜中间的Na+和SO42－可通过离子交换膜，而两端隔室中离子被阻挡不能进入中间隔室。

下列叙述正确的是（）
A．通电后中间隔室的SO42－离子向正极迁移，正极区溶液pH增大
B．该法在处理含Na2SO4废水时可以得到NaOH和H2SO4产品
C．负极反应为2 H2O–4e–=O2+4H+，负极区溶液pH降低
D．当电路中通过1mol电子的电量时，会有0.5mol的O2生成
【答案】B
了附近的水的电离平衡，使溶液中c(OH-)>c(H+)，所以产生氢氧化钠，因此该法在处理含Na2SO4废水时可以得到NaOH和H2SO4产品，正确；C.负极区氢离子得到电子，使溶液中c(H+)增大，所以负极区溶液pH升高，错误；D.当电路中通过1mol电子的电量时，根据整个闭合回路中电子转移数目相等可知反应产生氧气的物质的量是n(O2)=1mol÷4=0.25mol，错误。

4．【2016年高考浙江卷】催化还原CO2是解决温室效应及能源问题的重要手段之一。

研究表明，在Cu/ZnO催化剂存在下，CO2和H2可发生两个平衡反应，分别生成CH3OH和CO。

反应的热化学方程式如下：
CO2（g）+3 H2（g） CH3OH（g）+H2O（g）ΔH1=-53.7kJ·mol-1 I
CO2（g）+ H2（g） CO（g）+H2O（g）ΔH2 II
某实验室控制CO2和H2初始投料比为1: 2.2，经过相同反应时间测得如下实验数据：
【备注】Cat.1:Cu/ZnO纳米棒；Cat.2:Cu/ZnO纳米片；甲醇选择性：转化的CO2中生成甲醛的百分比
已知：①CO和H2的标准燃烧热分别为-283.0kJ·mol-1和-285.8kJ·mol-1
②H 2O（l） H2O（g）ΔH3=44.0kJ·mol-1
请回答（不考虑温度对ΔH的影响）：
(5)研究证实，CO2也可在酸性水溶液中通过电解生成甲醇，则生成甲醇的反应发生在极，该电极反应式是。

【答案】（5）阴 CO2+6H++6e-==CH3OH+H2O
5．【2016年高考天津卷】氢能是发展中的新能源，它的利用包括氢的制备、储存和应用三个环节。

回答下列问题：
（1）与汽油相比，氢气作为燃料的优点是_________(至少答出两点)。

但是氢气直接燃烧的能量转换率远低于燃料电池，写出碱性氢氧燃料电池的负极反应式：____________。

（5）化工生产的副产氢也是氢气的来源。

电解法制取有广泛用途的Na2FeO4，同时获得氢气：Fe+2H2O+2OH−FeO42−+3H2↑，工作原理如图1所示。

装置通电后，铁电极附近生成紫红色的FeO42−，镍电极有气泡产生。

若氢氧化钠溶液浓度过高，铁电极区会产生红褐色物质。

已知：Na2FeO4只在强碱性条件下稳定，易被H2还原。

①电解一段时间后，c(OH−)降低的区域在_______ (填“阴极室”或“阳极室”)。

②电解过程中，须将阴极产生的气体及时排出，其原因是_______。

③c( Na2FeO4)随初始c(NaOH)的变化如图2，任选M、N两点中的一点，分析c(Na2FeO4)低于最高值的原因：_____________。

【答案】（1）污染小；可再生；来源广；资源丰富；燃烧热值高；H2+2OH--2e-=2H2O
（5）①阳极室②防止Na2FeO4与H2反应使产率降低
③M点：c(OH-)低，Na2FeO4稳定性差，且反应慢(或N点：c(OH-)过高，铁电极上有氢氧化铁生成，使Na2FeO4产率降低)。

②氢气具有还原性，根据题意Na2FeO4只在强碱性条件下稳定，易被H2还原。

电解过程中，须将阴极产生的气体及时排出，防止Na2FeO4与H2反应使产率降低，故答案为：防止Na2FeO4与H2反应使产率降低；
③根据题意Na2FeO4只在强碱性条件下稳定，在M点，c(OH-)低，Na2FeO4稳定性差，且反应慢，在N点：c(OH-)过高，铁电极上有氢氧化铁生成，使Na2FeO4产率降低，故答案为：M点：c(OH-)低，Na2FeO4稳定性差，且反应慢(或N点：c(OH-)过高，铁电极上有氢氧化铁生成，使Na2FeO4产率降低)。

6.【2015·天津理综，4】锌铜原电池装置如图所示，其中阳离子交换膜只允许阳离子和水分子通过，下列有关叙述正确的是( )
A.铜电极上发生氧化反应
B.电池工作一段时间后，甲池的c(SO2－4)减小
C.电池工作一段时间后，乙池溶液的总质量增加
D.阴阳离子分别通过交换膜向负极和正极移动，保持溶液中电荷平衡 【答案】C
程中Zn 2＋
通过交换膜移向正极保持溶液中电荷平衡，阴离子是不能通过交换膜的，错误。

7.【2015·福建理综，11】某模拟“人工树叶”电化学实验装置如图所示，该装置能将H 2O 和CO 2转化为O 2和燃料(C 3H 8O)。

下列说法正确的是(
)
A.该装置将化学能转化为光能和电能
B.该装置工作时，H ＋
从b 极区向a 极区迁移 C.每生成1molO 2，有44gCO 2被还原
D.a 电极的反应为3CO 2＋18H ＋
－18e －
===C 3H 8O ＋5H 2O
【答案】B
【解析】A 项，该装置是电解池，在电解和光的作用下H 2O 在光催化剂的表面转化为O 2和H ＋
，故该装置是将电能和光能转化为化学能，错误；B 项，根据同种电荷相互排斥、异种电荷相互吸引的原则，该装置工作时，H ＋
从阳极b 极区向阴极a 极区迁移，正确；C 项，该电解池的总反应式为6CO 2＋8H 2O=====电解
2C 3H 8O ＋9O 2。

根据总反应方程式可知，每生成1molO 2，有23molCO 2被
还原，其质量为883g ，错误；D 项，a 电极为阴极，发生还原反应，电极反应式为3CO 2＋18H
＋
＋18e －
===C 3H 8O ＋5H 2O ，错误。

8.【2015·四川理综，4】用右图所示装置除去含CN －
、Cl －
废水中的CN －
时，控制溶液pH 为9～10，阳极产生的ClO －
将CN －
氧化为两种无污染的气体。

下列说法不正确的是( )
A.用石墨作阳极，铁作阴极
B.阳极的电极反应式：Cl －
＋2OH －
－2e －
===ClO －
＋H 2O C.阴极的电极反应式：2H 2O ＋2e －
===H 2↑＋2OH －
D.除去CN －
的反应：2CN －
＋5ClO －
＋2H ＋
===N 2↑＋2CO 2↑＋5Cl －
＋H 2O 【答案】D
9.【2015·山东理综，29(1)】利用LiOH 和钴氧化物可制备锂离子电池正极材料。

LiOH 可由电解法制备，钴氧化物可通过处理钴渣获得。

利用如图装置电解制备LiOH ，两电极区电解液分别为LiOH 和LiCl 溶液。

B 极区电解液为________溶液(填化学式)，阳极电极反应式为_________________________________， 电解过程中Li ＋
向________电极迁移(填“A”或“B”)。

【答案】.LiOH 2Cl－－2e－===Cl2↑ B
【解析】B极区生成H2，同时会生成LiOH，则B极区电解液为LiOH溶液；电极A为阳极，在阳极区LiCl溶液中Cl－放电，电极反应式为2Cl－－2e－===Cl2↑；在电解过程中Li＋(阳离子)向B电极(阴极区)迁移。

【方法归纳】
电化学计算的基本方法
原电池和电解池的计算包括两极产物的定量计算、溶液的pH计算、相对原子质量和阿伏加德罗常数的计算、产物的量与电量关系的计算等，通常有下列几种方法：
常见微粒间的计量关系式为4e-～4H+～4OH-～4Cl-～4Ag+～2Cu2+～2H2～O2～2Cl2～4Ag～2Cu。