2015高考电化学讲义和练习(打印版)

电解池和原电池综合应用
一、金属腐蚀与防护
金属的腐蚀：金属或合金跟周围接触到的气体或液体进行化学反应而腐蚀损耗的过程。

其本质是金属原子失去电子被氧化的过程。

1、化学腐蚀与电化腐蚀
2、析氢腐蚀与吸氧腐蚀（以Fe为例）
3、金属防护的几种重要方法
①改变金属内部的组成结构，将金属制成合金，增强抗腐蚀能力。

②在金属表面覆盖保护保护层，使金属和周围物质隔离开来。

③电化学保护法：利用电化学反应使金属钝化而受到保护，或者利用原电池反应将需要保护的金属作为电池的正极而受到保护。

4、金属腐蚀速率大小：电解池阳极＞原电池负极＞化学腐蚀＞原电池正极＞电解池阴极
四、电解原理在工业生产中的应用
1、电解精炼反应原理(电解精炼铜) 阳极(粗铜)：Cu-2e—→Cu2+，阴极(纯铜)：Cu2++2e—→Cu
阳极上铜溶解的速率与阴极上铜沉积的速率相等，所以溶液中CuSO4的浓度基本保持不变。

2、镀铜反应原理阳极(纯铜)：Cu-2e—→Cu2+，阴极(镀件)：Cu2++2e—→Cu 溶液中的Cu2+浓度保持不变。

3、氯碱工业反应原理阳极：2Cl—-2e—→Cl2↑，阴极：2H++2e—→H2↑总反应式2NaCl+2H2O2NaOH+H2↑+Cl2↑
五、原电池、电解池、电镀池的比较
正极电源负极
电源正极
电源负极电源正极
电解、电离、电镀的比较
六、常见实用电池的种类和特点
1.干电池（属于一次电池）
①结构：锌筒、填满MnO2的石墨、溶有NH4Cl的糊状物。

②电极反应负极：Zn-2e-=Zn2+
正极：2NH4++2e-=2NH3+H2
NH3和H2被Zn2＋、MnO2吸收：MnO2+H2=MnO+H2O,Zn2＋＋4NH3=Zn(NH3)42＋
2.铅蓄电池（属于二次电池、可充电电池）
①结构：铅板、填满PbO2的铅板、稀H2SO4。

A.放电反应负极：Pb-2e-+ SO42- = PbSO4
正极：PbO2 +2e-+4H+ + SO42- = PbSO4 + 2H2O
B .充电反应阴极：PbSO4 +2e-= Pb+ SO42-
阳极：PbSO4 -2e- + 2H2O = PbO2 +4H+ + SO42-
总式：Pb + PbO2 + 2H2SO4放电
===
充电
2PbSO4 + 2H2O
注意：放电和充电是完全相反的过程，放电作原电池，充电作电解池。

电极名称看电子得失，电极反应式的书写要求与离子方程式一样，且加起来应与总反应式相同。

3.锂电池
①结构：锂、石墨、固态碘作电解质。

②电极反应负极：2Li-2e-= 2Li+
正极：I2 +2e- = 2I-总式：2Li + I2 = 2LiI
4.燃料电池
A.氢氧燃料电池
①结构：石墨、石墨、KOH溶液，NaCl溶液，H2SO4溶液。

②电极反应
a. 在酸性介质中：负极：_____________________________正极：__________________________________
b.在中性介质中：负极：_____________________________正极：___________________________________
c. 在碱性介质中：负极：_____________________________正极：___________________________________
反应过程中没有火焰，不是放出光和热，而是产生电流）注意：还原剂在负极上反应，氧化剂在正极上反应。

书写电极反应式时必须考虑介质参加反应（先常规后深入）。

若相互反应的物质是溶液，则需要盐桥（内装KCl的琼脂，形成闭合回路）。

B．铝、空气燃料电池以铝—空气—海水电池为能源的新型海水标志灯已研制成功。

这种灯以取之不尽的海水为电解质溶液，靠空气中的氧气使铝不断氧化而源源不断产生电流。

只要把灯放入海水中，数分钟后就会发出耀眼的闪光，其能量比干电池高20～50倍。

电极反应：铝是负极4Al-12e-== 4Al3+；
石墨是正极3O2+6H2O+12e-==12OH-
5．电解反应中反应物的判断——放电顺序
⑴阴极A.阴极材料(金属或石墨)总是受到保护。

B.阳离子得电子顺序—金属活动顺序表的反表：
K+ <Ca2+ < Na+ < Mg2+ < Al3+< (H+) < Zn2+ < Fe2+ < Sn2+ < Pb2+ < Cu2+ < Hg2+ < Ag+
⑵阳极A.阳极材料是惰性电极(C、Pt、Au、Ti等)时：
阴离子失电子：S2- ＞I- ＞Br- ＞Cl- ＞OH- ＞NO3- 等含氧酸根离子＞F-
B.阳极是活泼电极时：电极本身被氧化，溶液中的离子不放电。

6．电解反应方程式的书写步骤：①分析电解质溶液中存在的离子；②分析离子的放电顺序；③确定电极、写出电极反应式；④写出电解方程式。

如：
(1)电解NaCl溶液：2NaCl+2H2O 电解
====H2↑+Cl2↑+2NaOH，溶质、溶剂均发生电解反应，PH增大
====2Cu + O2↑+ 2H2SO4溶质、溶剂均发生电解反应，PH减小。

⑵电解CuSO4溶液：2CuSO4 + 2H2O电解
==== Cu＋Cl2↑
⑶电解CuCl2溶液：CuCl2电解
电解盐酸：2HCl 电解
==== H2↑＋Cl2↑溶剂不变，实际上是电解溶质，PH增大。

⑷电解稀H2SO4、NaOH溶液、Na2SO4溶液：2H2O电解
==== 2H2↑ + O2↑，溶质不变，实际上是电解水，PH分别减小、增大、不变。

酸、碱、盐的加入增加了溶液导电性,从而加快电解速率（不是起催化作用）。

⑸电解熔融NaOH: 4NaOH
电解
====4Na + O2↑ + H2O↑
⑹用铜电极电解Na2SO4溶液: Cu +2H2O电解
==== Cu(OH)2 + H2↑ （注意：不是电解水。

）
7．电解液的PH变化:根据电解产物判断。

口诀：“有氢生成碱，有氧生成酸；都有浓度大，都无浓度小”。

（“浓度大”、“浓度小”是指溶质的浓度）
8．使电解后的溶液恢复原状的方法：
先让析出的产物（气体或沉淀）恰好完全反应，再将其化合物投入电解后的溶液中即可。

如：①NaCl溶液：通HCl气体（不能加盐酸）；②AgNO3溶液：加Ag2O固体（不能加AgOH）；③CuCl2溶液：加CuCl2固体；④KNO3溶液：加H2O；⑤CuSO4溶液：CuO
（不能加Cu2O、Cu(OH)2、Cu2(OH)2CO3）等。

题型一：金属腐蚀与防护
例1．利用如图装置进行实验，开始时，a、b两处液面相平，密封好，放置一段时间。

下列说法不正确的是（）
A．a管发生吸氧腐蚀，b管发生析氢腐蚀
B．一段时间后，a管液面高于b管液面
C．a处溶液的pH增大，b处溶液的pH减小
D．a、b两处具有相同的电极反应式：Fe－2e－===Fe2＋
例2．下列与金属腐蚀有关的说法正确的是()
A．图a中，插入海水中的铁棒，越靠近底端腐蚀越严重
B．图b中，开关由M改置于N时，Cu-Zn合金的腐蚀速率减小
C．图c中，接通开关时Zn腐蚀速率增大，Zn上放出气体的速率也增大
D．图d中，Zn-MnO2干电池自放电腐蚀主要是由MnO2的氧化作用引起的
拓展变式练习
1．下列金属防腐的措施中，使用外加电流的阴极保护法的是()
A．水中的钢闸门连接电源的负极B．金属护栏表面涂漆
C．汽车底盘喷涂高分子膜D．地下钢管连接镁块
2．下列叙述错误的是()
A．生铁中含有碳，抗腐蚀能力比纯铁弱B．用锡焊接的铁质器件，焊接处易生锈
C．在铁制品上镀铜时，镀件为阳极，铜盐为电镀液D．铁管上镶嵌锌块，铁管不易被腐蚀
3．下列有关金属腐蚀与防护的说法正确的是（）
A．纯银器表面在空气中因化学腐蚀渐渐变暗
B．当镀锡铁制品的镀层破损时，镶层仍能对铁制品起保护作用
C．在海轮外壳连接锌块保护外壳不受腐蚀是采用了牺牲阳极的阴极保护法
D．可将地下输油钢管与外加直流电源的正极相连以保护它不受腐蚀
4．钢铁在潮湿的空气中会被腐蚀，发生的原电池反应为2Fe＋2H2O＋O2 = 2Fe2＋＋4OH－。

以下说法正确的是（）A．负极发生的反应为：Fe－2e－= Fe2＋B．正极发生的反应为：2H2O＋O2＋2e－= 4OH－
C．原电池是将电能转变为化学能的装置D．钢柱在水下部分比在空气与水交界处更容易腐蚀
5．钢铁很容易生锈而被腐蚀，每年因腐蚀而损失的钢铁占世界钢铁年产量的四分之一。

（1）钢铁腐蚀主要是吸氧腐蚀，该腐蚀过程中的电极反应式为___________________。

（2）为了降低某水库的铁闸门被腐蚀的速率，可以采用图甲所示的方案，其中焊接在铁闸门上的固体材料R可以采用________(填写字母序号)。

A．铜B．钠C．锌D．石墨
（3）图乙所示的方案也可以降低铁闸门的腐蚀速率，其中铁闸门应该连接在直流电源的________极。

题型二：金属腐蚀与防护
A．Mg电极是该电池的正极
C．石墨电极附近溶液的pH增大
D．溶液中Cl－向正极移动
例4．一种基于酸性燃料电池原理设计的酒精检测仪，负极上的反应为
CH3CH2OH－4e－＋H2O===CH3COOH＋4H＋。

下列有关说法正确的是()
A．检测时，电解质溶液中的H＋向负极移动
B．若有0.4 mol电子转移，则在标准状况下消耗4.48 L氧气
C．电池反应的化学方程式为CH3CH2OH＋O2===CH3COOH＋H2O
D．正极上发生的反应为O2＋4e－＋2H2O===4OH－
1．燃料电池能有效提高能源利用率，具有广泛的应用前景。

下列物质均可用作燃料电池的燃料，其中最环保的是
A．甲醇B．天然气C．液化石油气D．氢气（）
2．某航空站安装了一台燃料电池，该电池可同时提供电和水蒸气。

所用燃料为氢气，电解质为熔融的碳酸钾。

已
知该电池的总反应为2H
＋O2===2H2O，正极反应为O2＋2CO2＋4e－Array 2
===2CO2－3，则下列推断正确的是()
A．负极反应为H2＋2OH－－2e－===2H2O
B．该电池可在常温或高温时进行工作，对环境具有较强的适应性
C．该电池供应2 mol水蒸气，同时转移2 mol电子D．放电时负极有CO2生成
3．乙醇燃料电池中采用磺酸类质子溶剂，在一定温度下供电，电池总反应为C2H5OH＋3O2===2CO2＋3H2O，电池示意图如图。

下列说法中错误的是()
A．电池工作时，质子向电池的正极迁移
B．电池工作时，电流由b极沿导线流向a极
C．a极上发生的电极反应是C2H5OH＋3H2O＋12e－===2CO2＋12H＋
D．b极上发生的电极反应是4H＋＋O2＋4e－===2H2O
4．将两个铂电极放置在KOH 溶液中，然后分别向两极通入CH 4和O 2，即可产生电流。

下列叙述正确的是( ) ①通入CH 4的电极为正极 ②正极的电极反应式为O 2＋2H 2O ＋4e －
===4OH －
③通入CH 4的电极反应式为CH 4＋2O 2＋4e －
===CO 2＋2H 2O ④负极的电极反应式为CH 4＋10OH －
－8e －
===CO 2－
3＋7H 2O ⑤
放电时溶液中的阳离子向负极移动 ⑥放电时溶液中的阴离子向负极移动 A ．①③⑤
B ．②④⑥
C ．④⑤⑥
D ．①②③
5．用酸性氢氧燃料电池为电源进行电解的实验装置示意图如图所示。

下列说法中，正确的是
( )
A ．燃料电池工作时，正极反应为O 2＋2H 2O ＋4e －
===4OH －
B ．a 极是铁，b 极是铜时，b 极逐渐溶解，a 极上有铜析出
C ．a 极是粗铜，b 极是纯铜时，a 极逐渐溶解，b 极上有铜析出
D ．a 、b 两极均是石墨时，在相同条件下a 极产生的气体与电池中消耗的H 2体积相等
题型三：电池的综合应用和计算
例5．在如图中，甲烧杯中盛有100 mL 0.50 mol/L AgNO 3溶液，乙烧杯中盛有100 mL 0.25 mol/L CuCl 2溶液，A 、B 、C 、D 均为质量相同的石墨电极，如果电解一段时间后，发现A 极比C 极重1.9 g ，则 （1）电源E 为________极，F 为________极。

（2）A 极的电极反应式为______________________ ，析出物质________mol 。

（3）B 极的电极反应式为______________________，析出气体________mL(标准状
况)。

（4）C 极的电极反应式为____________________，析出的物质________mol 。

（5）D 极的电极反应式为____________________，析出气体________mL(标准状况)。

（6）甲烧杯中滴入石蕊试液，________极附近变红，如果继续电离，在甲烧杯中最终得到________溶液。

例6．500 mL KNO 3和Cu(NO 3)2的混合溶液中c (NO －
3)＝0.6 mol·L －
1，用石墨作电极电解此溶液，当通电一段
时间后，两极均收集到2.24 L 气体(标准状况下)，假定电解后溶液体积仍为500 mL ，下列说法正确的是 ( ) A ．原混合溶液中c (K ＋
)为0.2 mol·L
－1
B ．上述电解过程中共转移0.2 mol 电子
C ．电解得到的Cu 的物质的量为0.05 mol
D ．电解后溶液中c (H ＋
)为0.2 mol·L －
1
拓展变式练习
1．用惰性电极电解M(NO3)x 的水溶液，当阴极上增重a g 时，在阳极上同时产生b L O2(标准状况)，则可知M 的原子量为( ) A ．22.4ax b
B ．11.2ax b
C ．5.6ax b
D ．2.5ax
b
2．实验室用铅蓄电池作电源电解饱和食盐水制取氯气，已知铅蓄电池放电时发生如下反应：负极Pb+SO42-=PbSO4+ 2e- 正极PbO2+4H++ SO42-+2e-=PbSO4+2H2O，今若制得Cl2l0.050摩,这时电池内消耗的H2SO4的物质的量至少是（）A．0.025摩B．0.050摩C．0.10摩D．0.20摩
3．把物质的量均为0.1 mol的CuCl2和H2SO4溶于水制成100 mL的混合溶液，用石墨作电极电解，并收集两电极所产生的气体，一段时间后在两极收集到的气体在相同条件下体积相同。

则下列描述正确的是()
A．电路中共转移0.6N A个电子B．阳极得到的气体中O2的物质的量为0.2 mol
C．阴极质量增加3.2 g D．电解后剩余溶液中硫酸的浓度为1 mol·L－
4．铅蓄电池是典型的可充电电池，它的正负极板是惰性材料，电池总反应式为：Pb＋PbO2＋4H＋＋2SO42－2PbSO4＋2H2O，请回答下列问题(不考虑氢、氧的氧化还原)：
（1）放电时：正极的电极反应式是__________________，电解液中H2SO4的浓度将变________；当外电路通过1 mol 电子时，理论上负极板的质量增加________g。

（2）在完全放电耗尽PbO2和Pb时，若按如图连接，电解一段时间后，则在A电极上生成________、B电极上生成________，此时铅蓄电池的正负极的极性将______。

（3）若用此蓄电池电解NaCl溶液，电解池阳极得到56 mL(标准状况)气体，蓄电池中消耗H2SO4________mol。

5．（1）粗铜的电解精炼如图所示。

在粗铜的电解过程中，粗铜板应是图中电极________(填图中的字母)；在电极d 上发生的电极反应式为__________；若粗铜中还含有Au、Ag、Fe，它们在电解槽中的存在形式和位置为____________。

（2）新型高效的甲烷燃料电池采用铂为电极材料，两电极上分别通入CH4和O2，电解质为KOH溶液。

某研究小组将两个甲烷燃料电池串联后作为电源，进行饱和氯化钠溶液电解实验，如图所示。

回答下列问题：
①甲烷燃料电池正极、负极的电极反应分别为______________________________、
________________________。

②闭合K开关后，a、b电极上均有气体产生，其中b电极上得到的是__________，电解
氯化钠溶液的总反应方程式为
________________________________________________________________________。

③若每个电池甲烷通入量为1 L(标准状况)，且反应完全，则理论上通过电解池的电量为__________(法拉第常数F ＝9.65×104 C · mol－1列式计算)，最多能产生的氯气体积为________L(标准状况)。

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