2019届二轮复习 电化学 学案（全国通用） (2)

电化学

 [考试大纲]

1.了解原电池和电解池的工作原理,了解常见化学电源的种类及其工作原理

2.掌握电解原理，了解铜的电解精炼、镀铜、氯碱工业反应原理。

3.能写出电极反应和电池反应方程式。

4.了解金属腐蚀的类型及防护措施

[知识梳理]

一、原电池

1.原电池的构成条件：这是一种把化学能转化为电能的装置.从理论上说，任何一个自发的氧化还原反应均可设计成原电池。

a.活性不同的两极：作负极的一般是较活泼的金属材料，作正极的材料用一般导体即可

b.电解质溶液    c.闭合回路    d.反应能自发进行

 注意：通常两种不同金属在电解质溶液中构成原电池时,较活泼的金属作负极,但也不是绝对的,严格地说,应以发生的电极反应来定.例如，Mg－Al合金放入稀盐酸中,Mg比Al易失去电子,Mg作负极;将Mg－Al合金放入烧碱溶液中，由于发生电极反应的是 Al,故Al作负极。

2.原电池的工作原理：

⑴电极反应（以铜－锌－稀硫酸原电池为例）：

负极：_____________  ________ （___   ___反应）

正极：_____________  ________ （____   __反应）

⑵电子流向：从负极（Zn）流向正极（Cu）

⑶电流方向：从正极（Cu）流向负极（Zn）

⑷溶液中离子的移动方向：阳离子向         移动，阴离子向         移动。

3.金属的腐蚀：

金属的腐蚀分为两类：

（1）化学腐蚀：金属或合金直接与周围介质发生反应而产生的腐蚀。

（2）电化学腐蚀：不纯的金属或合金因发生原电池反应而造成的腐蚀。

钢铁在潮湿空气中的腐蚀主要形式是            。正极为钢铁中的     ，负极为                ，电解质溶液为溶有                            等气体的水膜。其腐蚀类型及其有关电极反应式、化学方程式分别是：

a.吸氧腐蚀（发生于       或          的潮湿环境中）

 负极：                                正极：                             

b.析氢腐蚀（发生于        的潮湿环境中）

负极：                                正极：                                               

总之：无论是哪种腐蚀，其结果都是水膜中OH— 浓度相对增加，于是可发生如下反应：

Fe2＋＋2OH—＝Fe(OH)2、 4Fe(OH)2＋O2＋2H2O＝4Fe(OH)3、 2Fe(OH)3＝Fe2O3·nH2O＋(3－n)H2O

4.金属腐蚀的防止和利用

⑴生产上常用的一些防护方法：①改变金属内部组织结构。例如向普通钢中加入铬、镍等制成不锈钢。

②金属表面覆盖保护层。电镀、化学镀、油漆或覆盖搪瓷等方法。电镀是一种特殊的电解，电镀时，                                          作阳极，                            作阴极，用                                                      作为电镀液，电镀过程中，电解质溶液的浓度                            。

例如: 向待镀的铁制品上镀铜，则应      作阳极，阳极反应式为              ，

__     作阴极，阴极反应式为                         ，用           作为电镀液。

③电化学保护法：

a.牺牲阳极的阴极保护法。该法利用原电池原理，将一块活泼的金属与铁件相连，铁件作原电池的                 而被保护。

b.外加电流的阴极保护法。将钢铁设备与电源的     　  相连，惰性电极与原电池的               　 相连，通电后，电子被强制流向钢铁设备，使钢铁表面产生负电荷（电子）的积累，抑制钢铁设备发生失去电子的作用，从而受到保护。

⑵化学蚀刻就是腐蚀原理的利用。如FeCl3溶液用于印刷电路的铜线腐蚀，

化学方程式为：                                           

二、电解池

1．电解原理  直流电通过电解质溶液时使阴阳两极发生氧化还原反应的过程。

放电顺序（阳极为惰性电极）：阴离子失电子能力由强到弱：

S2－＞I－＞Br－＞Cl－＞OH－＞NO3－（SO42－等含氧酸根）

阳离子得电子能力由强到弱：

Ag＋＞Hg2＋＞（Fe3＋）＞Cu2＋＞H＋＞Pb2＋＞Sn2＋＞Fe2＋＞Zn2＋＞Al3＋＞Mg2＋＞Na＋＞K＋

注意：a. 上述阴离子放电顺序是阳极为惰性电极时的放电顺序。若阳极为金属电极，则金属在阳极失电子。惰性电极为碳棒、铂（Pt）、金（Au）等。

b. 离子放电顺序与离子浓度等多种因素有关，上述离子放电顺序是一般规律。

2.原电池、电解池、电镀池判定规律：

若无外接电源，可能是原电池，然后依据原电池的形成条件分析判定；若有外接电源，两极插入电解质溶液中，则可能是电解池或电镀池。

三、应用

1.原电池的应用

⑴设计化学电源

⑵通过对原电池正负极的判断，比较两种金属的活泼性

⑶利用原电池原理加快反应速率

⑷利用金属腐蚀的先后顺序，比较金属腐蚀的速率并进行金属的防护

金属腐蚀的快慢的判断:电解原理引起的腐蚀>原电池原理引起的腐蚀>化学腐蚀>有防腐措施的腐蚀. 金属防护措施:外接电源的阴极保护法>牺牲阳极的阴极保护法>一般防腐条件>无防腐条件

2.电解原理的应用

⑴氯碱工业   ①反应原理：阳极：______________________________________________

阴极：______________________________________________

总反应：______________________________________________

⑵电解精炼:  如电解精炼铜：

阳极材料：_____________  阳极反应式：_____      ____________________

阴极材料：_____________  阴极反应式：_____________     _____________

电解质溶液：________________,

⑶电镀    ⑷用于金属的保护

⑸根据离子在阴、阳两极上的放电顺序比较金属活动性的强弱或离子的氧化性、还原性强弱。

【典型例题】

例1】家用炒菜铁锅用水清洗放置后，出现红棕色的锈斑，在此变化过程中不发生的化学反应是（    ）

A.4Fe(OH)2＋2H2O＋O2＝4Fe(OH)3            B.2Fe＋2H2O＋O2＝2Fe(OH)2

C.2H2O＋O2＋4e－＝4OH－                              D.Fe－3e－＝Fe3＋

解析：洗过的铁锅在空气中放置,可发生吸氧腐蚀。负极发生的反应为2Fe－4e－＝2Fe2＋，正极发生的反应为2H2O＋O2＋4e－＝4OH－，总反应式为2Fe＋2H2O＋O2＝2Fe(OH)2，而Fe(OH)2又被O2氧化为红褐色的Fe(OH)3。答案：D

【例2】下列叙述正确的是（     ）

①锌跟稀硫酸反应制取氢气，加入少量硫酸铜溶液能加快反应速率。②镀层破损后，白铁(镀锌的铁)比马口铁(镀锡的铁)更易腐蚀。③电镀时应把镀件置于电解槽的阴极。④冶炼铝时，把氧化铝加入液态冰晶石中成为熔融体后电解⑤钢铁表面常易腐蚀生成Fe2O3·nH2O

A.①②③④⑤    B.①③④⑤       C.①③⑤       D.②④

解析：①正确。因Zn＋Cu2＋＝Cu＋Zn2＋，Cu与Zn构成无数微小的原电池加速Zn的溶解。②错误。因白铁镀层破损后，锌作负极溶解，铁被保护；而马口铁镀层破损后，铁作负极溶解而锡被保护，所以当镀层破损后马口铁比白铁更易腐蚀。③正确。明确电镀是电解原理的应用。④正确。属于记忆知识内容。⑤正确。因钢铁腐蚀主要是电化学腐蚀中的吸氧腐蚀，而吸氧腐蚀最终产物是Fe2O3·nH2O。答案：B

【例3】X、Y、Z、M代表四种金属元素，金属X和Z用导线连接放入稀硫酸中时，X溶解，Z极上有氢气放出；若电解Y2＋和Z2＋共存的溶液时，Y先析出；又知M2＋的氧化性强于Y2＋。则这四种金属的活动性由强到弱的顺序为（     ）

A.X>Z>Y>M   B.X>Y>Z>M    C.M>Z>X>Y   D.X>Z>M>Y

解析：金属X和Z用导线连接放入稀H2SO4中，形成原电池，X溶解说明金属活动性X>Z；电解Y2＋和Z2＋共存的溶液时，Y先析出，则金属活动性Z>Y；离子的氧化性越强，其单质的金属活动性越弱，则金属活动性Y>M，所以正确答案为A。答案：A

【例4】用两支惰性电极插入500 mL AgNO3溶液中，通电电解。当电解液的pH从6.0变为3.0时(设电解时阴极没有氢气析出，且电解液在电解前后体积变化可以忽略)，电极上析出银的质量大约是（  ）

A.27 mg      B.54 mg    C.108 mg   D.216 mg

解析：在阳极水电离出的OH－放电，破坏了水的电离平衡，H＋浓度增大。由题意知：n(H＋)＝0.5 L×(10－3－10－6) mol·L－1＝5×10－4 mol，阴阳两极放电数目相等，阴极析出的银的物质的量等于阳极产生H＋ 的物质的量，m(Ag)＝5×10－4mol×108 g·mol－1×103 mg·g－1＝54 mg。答案：B

【知能训练】

1.下列关于实验现象的描述不正确的是(    )

A．把铜片和铁片紧靠在一起浸入稀硫酸中，铜片表面出现气泡

B．用锌片做阳极，铁片做做阴极，电解氯化锌溶液，铁片表面出现一层锌

C．把铜片插入三氯化铁溶液中，在铜片表面出现一层铁

D．把锌粒放入盛有盐酸的试管中，加入几滴氯化铜溶液，气泡放出速率加快

2.100 mL浓度为2 mol·L－1的盐酸跟过量的锌片反应，为加快反应速率，又不影响生成氢气的总量，可采用的方法是(    )

A.加入适量的6 mol·L－1的盐酸             B.加入数滴氯化铜溶液

C.加入适量蒸馏水                         D.加入适量的氯化钠溶液

3.一种新燃料电池，一极通入空气，另一极通入丁烷气体；电解质是掺杂氧化钇（Y2O3）的氧化锆（ZrO2）晶体，在熔融状态下能传导O2－。下列对该燃料说法正确的是(    )

A.在熔融电解质中，O2－由负极移向正极

B.电池的总反应是：2C4H10 ＋ 13O2 → 8CO2 ＋ 10H2O

C.通入空气的一极是正极，电极反应为：O2 ＋ 4e－ ＝ 2O2－

D.通入丁烷的一极是正极，电极反应为：C4H10 ＋ 26e－ ＋ 13O2 ＝ 4CO2 ＋ 5H2O

4.碱性电池具有容量大、放电电流大的特点，因而得到广泛应用。锌—锰碱性电池以氢氧化钾溶液为电解液，电池总反应式为：  Zn(s)＋2MnO2(s)＋H2O(l)＝＝Zn(OH)2(s)＋Mn2O3(s)    

下列说法错误的是(    )

A．电池工作时，锌失去电子

B．电池正极的电极反应式为：2MnO2(s)＋H2O(1)＋2e— ＝Mn2O3(s)＋2OH－(aq)

C．电池工作时，电子由正极通过外电路流向负极

D．外电路中每通过0.2mol电子，锌的质量理论上减小6.5g

5..下图为氢氧燃料电池原理示意图，按照此图的提示，下列叙述不正确的是(    )

A. a电极是负极

B. b电极的电极反应为：4OH—－4e－＝2H2O＋O2↑

C. 该电池是一种具有应用前景的绿色电源

D. 该电池是一种不需要将还原剂和氧化剂全部储藏在电池内的新型发电装置

6.下图是电解CuCl2溶液的装置，其中c、d为石墨电极。

则下列有关的判断正确的是(    )

A.a为负极、b为正极             B.a为阳极、b为阴极

C.电解过程中，d电极质量增加     D.电解过程中，氯离子浓度不变

7.用惰性电极实现电解，下列说法正确的是(     )

A.电解稀硫酸溶液，实质上是电解水，故溶液p H不变

B.电解稀氢氧化钠溶液，要消耗OH－，故溶液pH减小

C.电解硫酸钠溶液，在阴极上和阳极上析出产物的物质的量之比为1:2

D.电解氯化铜溶液，在阴极上和阳极上析出产物的物质的量之比为1:1

8.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：氧化性Fe2＋＜Ni2＋＜Cu2＋）(   )

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

9.化学电池在通讯、交通及日常生活中有着广泛的应用。

⑴目前常用的镍（Ni）镉（Cd）电池，其电池总反应可以表示为：

Cd＋2NiO(OH)＋2H2O2Ni(OH)2＋Cd(OH)2

已知Ni(OH)2和Cd(OH)2均难溶于水但能溶于酸，以下说法中正确的是      。

① 以上反应是可逆反应         ② 以上反应不是可逆反应

③ 充电时化学能转变为电能     ④ 放电时化学能转变为电能

A  ①③    B  ②④    C  ①④    D  ②③

⑵废弃的镍镉电池已成为重要的环境污染物，有资料表明一节废镍锡电池可以使一平方米面积的耕地失去使用价值。在酸性土壤中这种污染尤为严重。这是因为                                    。                                                   

⑶另一种常用的电池是锂电池，锂是一种碱金属元素，其相对原子质量为7，由于它的比容量（单位质量电板材料所能转换的电量）特别大而广泛应用于心脏起搏器，一般使用时间可长达十年。它的负极用金属锂制成；电池总反应可表示为：Li＋MnO2→LiMnO2

试回答：锂电池比容量特别大的原因是                                                    。
锂电池中的电解质溶液需用非水溶剂配制，为什么这种电池不能使用电解质的水溶液？请用化学方程式表示其原因                                                     。

参考答案

 [知识梳理]

一、原电池

2.原电池的工作原理

负极：Zn－2e－=Zn2＋ (氧化反应)    正极：2H＋＋2e－=H2↑(还原反应)

3.金属的腐蚀

电化学腐蚀、碳、铁、CO2\、

a.中性或弱酸性、负极：2Fe－4e－=2Fe2＋ 正极：O2＋4e－＋2H2O=4OH－ 、

b.酸性 负极：Fe－2e－=Fe2＋   正极：2H＋＋2e－=H2↑

4.金属腐蚀的防止和利用

镀层金属、镀件、含镀层金属离子的溶液、不变

铜、Cu－2e－= Cu2＋ 、铁、Cu2＋＋2e－= Cu、CuSO4溶液

a.正极 b.负极、正极 Cu＋2FeCl3=CuCl2＋2FeCl2

二、电解池  1．电解原理 

三、应用

阳极：2Cl－2e－=Cl2↑  阴极：2H＋＋2e－=H2↑  总反应：2NaCl＋2H2O2NaOH＋ H2↑＋Cl2↑

粗铜、Cu－2e－=Cu2＋、精铜、Cu2＋＋2e= Cu、CuSO4溶液

[知能训练]

1.C   2.B   3.BC   4.C   5.B   6.C    7.D   8.D  

9.⑴B ⑵Ni(OH)2和Cd(OH)2能溶于酸性溶液。⑶锂的摩尔质量小：2Li＋2H2O＝2LiOH＋H2↑