原电池电解池讲义及练习题.docx
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原电池电解池讲义及练习题
原电池电解池讲义
原电池的工作原理原电池反应属于放热的氧化还原反应，但区别于一般的氧化还原反应。
原电池的构成条件
3.化学电源因为要求可以提供持续而稳定的电流，所以除了必须具备原电池的三个构成条件之外，还要求有自发进行的氧化还原反应。
也就是说，化学电源必须是原电池，但原电池不一定都能做化学电池。
形成前提：
总反应为自发的氧化还原反应正极：
1.正极：
当负极材料能与电解液直接反应时．例：
锌铜原电池中，电解液为HCl，正极H+得电子生成H2。
当负极材料不能与电解液反应时，溶解在电解液中的O2得电子。
如果电解液呈酸性，O2+4e-+4H+==2H2O；如果电解液呈中性或碱性，O2+4e-+2H2O==4OH-。
负极：
活泼金属失电子，看阳离子能否在电解液中大量存在。
如果金属阳离子不能与电解液中的离子共存，则进行进一步的反应。
例：
甲烷燃料电池中，电解液为KOH，负极甲烷失8个电子生成CO2和H2O，但CO2不能与OH-共存，要进一步反应生成碳酸根。
4．电池符号
Cu－Zn原电池可用如下电池符号表示：
（-）Zn（s）∣Zn2+（C）‖Cu2+（C）∣Cu（s）（+）
5.两类原电池
吸氧腐蚀
吸氧腐蚀金属在酸性很弱或中性溶液里，空气里的氧气溶解于金属表面水膜中而发生的电化腐蚀，叫吸氧腐蚀．
例如钢铁在接近中性的潮湿的空气中腐蚀属于吸氧腐蚀，其电极反应如下：
负极（Fe）：
2Fe-4e=2Fe2+
正极（C）：
2H2O+O2+4e=4OH-
钢铁等金属的电化腐蚀主要是吸氧腐蚀．
析氢腐蚀
在酸性较强的溶液中发生电化腐蚀时放出氢气，这种腐蚀叫做析氢腐蚀。
在钢铁制品中一般都含有碳。
在潮湿空气中，钢铁表面会吸附水汽而形成一层薄薄的水膜。
水膜中溶有二氧化碳后就变成一种电解质溶液，使水里的H+增多。
是就构成无数个以铁为负极、碳为正极、酸性水膜为电解质溶液的微小原电池。
这些原电池里发生的氧化还原反应是：
负极（铁）：
铁被氧化Fe-2e=Fe2+；正极（碳）：
溶液中的H+被还原2H++2e=H2↑
氢氧燃料电池（碱性介质）
正极：
O2+2H2O+4e-→4OH-
负极：
2H2-4e-+4OH-→4H2O
总反应式：
2H2+O2==2H2O
铅蓄电池（放电）
正极（PbO2）：
PbO2+2e-+SO42-+4H+→PbSO4+2H2O
负极（Pb）：
Pb-2e-+（SO4）2-→PbSO4
总反应式：
Pb+PbO2+4H++2（SO4）2-==2PbSO4+2H2O
Al─NaOH─Mg原电池
正极：
6H2O+6e-→3H2↑+6OH-
负极：
2Al-6e-+8OH-→2AlO2-+4H2O
总反应式：
2Al+2OH-+2H2O==2AlO2-+3H2↑
电解池
1.组成：
①有两个电极插入电解质溶液（或熔融状态的电解质）中。
②两极连外接直流电源。
3、离子的放电顺序：
阴离子失去电子而阳离子得到电子的过程叫放电。
2．
（1）阳极：
（还原性强的先放电）
惰性电极（Pt、Au、石墨、钛等）时：
S2－>I－>Br－>Cl－>OH－（水）>NO3－>SO42－>F－
活性电极时：
电极本身溶解放电。
（2）阴极：
（氧化性强的先放电）
无论是惰性电极还是活性电极都不参与电极反应，发生反应的是溶液中的阳离子。
阳离子在阴极上的放电顺序是：
Ag+>Hg2+>Cu2+>H+（水）>Pb2+>Fe2+>…>Na+>Ca2+>K+
铜的电解精炼
阳极（粗铜棒）：
Cu－2e－＝Cu2＋
阴极（精铜棒）：
Cu2＋＋2e－＝Cu
电解质溶液：
含铜离子的可溶性电解质
电极电解质的情况
例1、下图中x、y分别是直流电源的两极，通电后发现a极板质量增加，b极板处有无色无臭气体放出，符合这一情况的是（）
A极板
b极板
x电极
Z溶液
A
锌
石墨
负极
CuSO4
B
石墨
石墨
负极
NaOH
C
银
铁
正极
AgNO3
D
铜
石墨
负极
CuCl2
例2、高铁电池是一种新型可充电电池，与普通高能电池相比，该电池能长时间保持稳定的放电电压。
高铁电池的总反应为3Zn+2K2FeO4+8H2O
3Zn（OH）2+2Fe（OH）3+4KOH
下列叙述不正确的是
A、放电时负极反应为：
Zn－2e—+2OH—=Zn（OH）2
B、充电时阳极反应为：
Fe（OH）3－3e—+5OH—=FeO
+4H2O
C、放电时每转移3mol电子，正极有1molK2FeO4被还原
D、放电时正极附近溶液的碱性减弱
例3、下图中电极a、b分别为Ag电极和Pt电极，电极c、d都是石墨电极。
通电一段时间后，只在c、d两极上共收集到336mL（标准状态）气体。
回答：
（1）直流电源中，M为极。
（2）Pt电极上生成的物质是，其质量为g。
（3）电源输出的电子，其物质的量与电极b、c、d分别生成的物质的物质的量之比为：
2∶∶∶。
（4）AgNO3溶液的浓度（填增大、减小或不变。
下同），AgNO3溶液的pH，H2SO4溶液的浓度，H2SO4溶液的pH。
（5）若H2SO4溶液的质量分数由5.00%变为5.02%，则原有5.00%的H2SO4溶液为多少g。
例4．有A、B、C、D四种金属，将A与B用导线联结起来，浸入电解质溶液中，B不易被腐蚀；将A、D分别投入到等浓度的盐酸中，D比A反应剧烈；将铜浸入B的盐溶液中无明显变化；将铜浸入C的盐溶液中，有金属C析出。
据此可推知它们的金属活动性由强到弱的顺序为（）
A．D＞C＞A＞BB.D＞A＞B＞C
C．D＞B＞A＞CD．B＞A＞D＞C
例5．100mL浓度为2mol·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6mol·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
例6．熔融盐燃料电池具有高的发电效率，因而受到重视，可用Li2CO3和Na2CO3的熔融盐混合物作电解质，CO为阳极燃气，空气与CO2的混合气体为阴极助燃气，制得在650℃下工作的燃料电池，完成有关的电池反应式：
阳极反应式：
2CO+2CO32--4e-==4CO2
阴极反应式：
_________________，
例7.钢铁发生电化学腐蚀时,负极发生的反应（）
A．2H++2e-==H2B．2H2O+O2+4e-==4OH-
C．Fe-2e-==Fe2+D．4OH-+4e-==2H2O+O2
例8．镍镉（Ni-Cd）可充电电池在现代生活中有广泛应用，它的充放电反应按下式进行：
由此可知，该电池放电时的负极材料是（）
A．Cd（OH）2B．Ni（OH）2
C．CdD．NiO（OH）
例9．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．氢氧燃料电池是一种具有应用前景的绿色电源
D．氢氧燃料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
例10．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O.2mol电子，锌的质量理论上减小6.5g
例11．（2001年上海高考化学题）铜片和锌片用导线连接后插入稀硫酸中，锌片是（）
A．阴极B．正极C．阳极D．负极
1.在原电池和电解池的电极上所发生的反应，同属氧化反应或同属还原反应的是（）
A．原电池正极和电解池阳极所发生的反应B．原电池正极和电解池阴极所发生的
C．原电池负极和电解池阳极所发生的反应D．原电池负极和电解池阴极所发生的反应
2．用石墨作电极，电解1mol·L－1下列物质的溶液，溶液的pH保持不变的是（）
A．HClB．NaOHC．Na2SO4D．NaCl
3．在铁制品上镀上一定厚度的锌层，以下设计方案正确的是（）
A．锌作阳极，镀件作阴极，溶液中含有锌离子
B．铂作阴极，镀件作阳极，溶液中含有锌离子
C．铁作阳极，镀件作阴极，溶液中含有亚铁离子
D．锌用阴极，镀件作阳极，溶液中含有锌离子
4、氢镍电池是近年开发出来的可充电电池，它可以取代会产生镉污染的镉镍电池。
氢镍电池的总反应式是
。
根据此反应式判断，下列叙述中正确的是：
（）
A．电池放电时，电池负极周围溶液的pH值不断增大
B．电池放电时，镍元素被氧化
C．电池充电时，氢元素被还原D．电池放电时，H2是负极
5．银锌电池广泛用作各种电子仪器的电源，它的充电和放电过程可以表示为2Ag+Zn（OH）2
Ag2O+Zn+H2O，在此电池放电时，负极上发生反应的物质是（）
A．AgB．Zn（OH）2C．Ag2OＤ．Zn
6．用两支惰性电极插入500mLAgNO3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.27mgB.54mgC.108mgD.216mg
7．用惰性电极电解M（NO3）ｘ的水溶液，当阴极上增重ag时，在阳极上同时产生bL氧气（标准状况），从而可知M的相对原子质量是（）
A.
B.
C.
D.
8．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
9.某固体酸燃料电池以Ca（HSO4固体为电解质传递H＋，其基本结构见下图，电池总反应可表示为：
2H2＋O2＝2H2O，下列有关说法正确的是
A.电子通过外电路从b极流向a极
B.b极上的电极反应式为：
O2＋2H2O＋4e－＝4OH－
C.每转移0.1mol电子，消耗1.12L的H2
D.H＋由a极通过固体酸电解质传递到b极
10.电解原理在化学工业中有广泛应用。
右图表示一个电解池，装有电解液a；X、Y是两块电极板，通过导线与直流电源相连。
请回答以下问题：
（1）若X、Y都是惰性电极，a是饱和NaCl溶液，实验开始时，同时在两边各滴入几滴酚酞试液，则
①电解池中X极上的电极反应式为。
在X极附近观察到的实验现象是。
②Y电极上的电极反应式为。
检验该电极反应产物的方法是。
（2）如要用电解方法精炼粗铜，电解液a选用CuSO4溶液，则
①X电极的材料是，电极反应式为。
②Y电极的材料是，电极反应式为。
原电池电解池练习题
一、选择题
1．原电池的正极和电解池的阴极所发生的反应分别是：
（）
A．氧化、还原B．还原、氧化C．氧化、氧化D．还原、还原
2．在盛有饱和碳酸钠溶液的烧杯中插入惰性电极，保持温度不变，通电一段时间后：
（）
A．溶液的pH增大B．Na+和CO32－的浓度减小
C．溶液的浓度增大D．溶液的浓度不变，有晶体析出
3．用惰性电极电解下列溶液，一段时间后，再加入一定质量的另一种物质（括号内），溶液能与原来溶液完全一样的是：
（）
A．CuCl2（CuSO4）B．NaOH（NaOH）C．NaCl（盐酸）D．CuSO4（CuO）
4．将氢气、甲烷、乙醇等物质在氧气中燃烧时的化学能直接转化为电能的装置叫燃料电池。
燃料电池的基本组成为电极、电解质、燃料和氧化剂。
此种电池能量利用率可高达80%（一般柴油发电机只有40%左右），产物污染也少。
下列有关燃料电池的说法错误的是
A．上述燃料电池的负极反应材料是氢气、甲烷、乙醇等物质
B．氢氧燃料电池常用于航天飞行器，原因之一是该电池的产物为水，经过处理之后可供宇航员使用
C．乙醇燃料电池的电解质常用KOH，该电池的负极反应为C2H5OH－12e－＝2CO2↑＋3H2O
D．甲烷燃料电池的正极反应为O2＋2H2O＋4e－＝4OH－
5．通以相等的电量，分别电解等浓度的硝酸银和硝酸亚汞（亚汞的化合价为+1）溶液，若被还原的硝酸银和硝酸亚汞的物质的量之比n（硝酸银）∶n（硝酸亚汞）=2∶1，则下列表述正确的是（）
A．在两个阴极上得到的银和汞的物质的量之比n（硝酸银）∶n（硝酸亚汞）=2∶1
B．在两个阳极上得到的产物的物质的量不相等
C．硝酸亚汞的分子式为HgNO3
D．硝酸亚汞的分子式为Hg2（NO3）2
二不定项选择题
6．如右图所示，A池用石墨电极电解氢氧化钠溶液，B池精炼粗铜。
一段时间后停止通电，A池D极产生的气体在标准状况下为2.24L，则B池中E极质量的变化是（）
A．质量增加6.4gB．质量增加12.8g
C．质量减少6.4gD．质量减少12.8g
7．以铂电极电解物质的量浓度相同的CuSO4和KCl的混合溶液一段时间后，测得溶液的pH<7。
电解产物一定有下列物质：
①Cl2②O2③Cu④H2⑤KOH中的：
（）A．①③B．①②③C．①②③④D．①②④⑤
8．下列叙述中，正确的是：
（）
A．钢铁腐蚀的负极反应为：
Fe－3e－=Fe3+
B．Mg—Al及NaOH溶液构成的原电池中负极材料为Mg
C．无隔膜电解饱和NaCl溶液所得产物之一是“84”消毒液中的有效成分
D．H2—O2燃料电池中电解液为H2SO4，则正极反应式为：
O2+4e－=2O2－
9．用质量均为100g的Cu作电极，电解AgNO3溶液。
稍电解一段时间后，两电极的质量相差28g，此时两电极的质量分别为（）
A、阳极100g，阴极128gB、阳极93.6g，阴极121.6g
C、阳极91.0g，阴极119.0gD、阳极86.0g，阴极114.0g
10、现有500mL食盐水，其中含有少量的NaOH，该溶液的pH值等于10，用石墨电极电解，当阴极产生的气体体积为5.60升（标况）时停止电解，此时溶液的pH值约为（忽略溶液的体积变化）（）
A、13B、12.3C、12D、14
11．以Pt作电极，用电源串联电解分装在两个烧杯里的200mL0.3mol/LNaCl溶液和300ml0.1mol/L的AgNO3溶液，过一段时间取出电极，将两杯溶液混合，则对混合溶液的pH判断正确的是（）：
A．小于7B．大于7C．等于7D．大于或等于7
12．以铁为阳极、以铜为阴极，对足量的NaOH溶液进行电解，一段时间后得到2molFe（OH）3沉淀，此间共消耗水的物质的量为（）
A．2molB．3molC．4molD．5mol
三．（本题包括2小题，共20分）
13．（9分）工业制备氯化铜时，将浓盐酸用蒸气加热至80℃左右，慢慢加入粗CuO粉末（含杂质Fe2O3、FeO）充分搅拌，使之溶解，得一强酸性的混合溶液，现欲从该混合溶液中制备纯净的CuCl2溶液，采用以下步骤[参考数据：
pH≥9.6时，Fe2+完全水解成Fe（OH）2；pH≥6.4时，Cu2+完全水解成Cu（OH）2；pH≥3.7时，Fe3+完全水解成Fe（OH）3。
]请回答以下问题
（1）第一步除去Fe2+，能否直接调整pH=9.6将Fe2+沉淀除去？
，理由是，有人用强氧化剂NaClO将Fe2+氧化为Fe3+：
①加入NaClO后，溶液的pH变化是（填代号）
A．一定增大B．一定减小C．可能增大D．可能减小
②你认为用NaClO作氧化剂是否妥当？
，理由是
现有下列几种常用的氧化剂，可用于除去混合溶液中Fe2+的有（有几个选几个填代号）
A．浓HNO3B．KMnO4C．Cl2D．O2E．H2O2
（2）除去溶液中的Fe3+的方法是调整溶液的pH=3.7，现有下列试剂均可以使强酸性溶液的pH的调整到3.7，可选用的有（有多选，但错选倒扣分，填代号）
A．NaOHB．氨气C．Cu（OH）2CO3D．Na2CO3E．CuOF．Cu（OH）2
14.在玻璃圆筒中盛有两种无色的互不相容的中性液体。
上层液体中插入两根石墨电极，圆筒内还放有一根下端弯成环状的玻璃搅棒，可以上下搅动液体，装置如右图。
接通电源，阳极周围的液体呈现棕色，且颜色由浅变深，阴极上有气泡生成。
停止通电，取出电极，用搅棒上下剧烈搅动。
静置后液体又分成两层，下层液体呈紫红色，上层液体几乎无色。
根据上述实验回答：
（1）阳极上的电极反应式为。
（2）阴极上的电极反应式为。
（3）原上层液体是。
（4）原下层液体是。
（5）搅拌后两层液体颜色发生变化的原因是。
（6）要检验上层液体中含有的金属离子，现象是。
四．（本题包括2小题，共20分）
15．工业上用MnO2和KOH为原料制取KMnO4，主要生产过程分两步进行：
第一步，将MnO2、KOH粉碎混合均匀，在空气中加热熔化并不断搅拌，制取K2MnO4；第二步，将K2MnO4的浓溶液进行电解，制取KMnO4。
⑴制取K2MnO4的化学方程式是。
⑵电解K2MnO4溶液时，两极发生的电极反应分别是：
阳极，阴极，电解的总方程式。
16．已知：
铅蓄电池总的化学方程式为：
Pb+PbO2+2H2SO42H2O+2PbSO4；
镍镉碱性充电电池在放电时，其
正极反应为：
2NiO（OH）+2H2O+2e－＝2Ni（OH）2+2OH－
负极反应为：
Cd+2OH－－2e－=Cd（OH）2
铅蓄电池使用（放电）一段时间后，其内阻明显增大，电压却几乎不变，此时只有充电才能继续使用。
镍镉碱性充电电池使用（放电）到后期，当电压明显下降时，其内阻却几乎不变，此时充电后也能继续使用。
回答下列问题：
⑴铅蓄电池在放电时的负极反应为，其在充电时阳极反应为；
⑵镍镉碱性充电电池在充电时的总反应的化学方程式为；
⑶上述两种电池使用一段时间后，一个内阻明显增大，而另一个内阻却几乎不变的主要原因可能是；
⑷如果铅蓄电池在放电时回路中有2mol电子转移时，消耗H2SO4mol。
五．（本题包括2小题，共18分）
17．工业上先行合成氨的方法是由德国科学家哈伯1905年发明的，反应的化学方程式是
，从结构上看，该反应较难发生的原因是。
最近《科学》杂志（Science,2Oct.1998）发表文章，用含H+离子的固体物质做电解质，在常压下将H2和用He稀释的N2分别通入加热到570℃的电解池合成氨，（如右图），氢气和氮气便可在电极上合成氨，转化率竟然高达78%。
请根据以上材料回答下列问题：
（1）新法合成氨的电解池中能否用水溶液作电解质？
___________；为什么？
_______________________________________________。
（2）新法合成氨中所用的电解质（如图中黑细点所示）能传导H+，试写出电极反应式和总反应式。
阳极：
_____________________；阴极：
__________________________。
总的反应是：
_________________________________________________。
24．A—F均为中学化学中常见的物质，它们之间相互转化的关系如下：
（1）写出下列物质的化学式：
A__________；D_________；F_________。
（2）C与D的溶液不反应，但若加入B，在加热条件下可以反应生成A。
试写出该反应的化学方程式：
__________________________________。
六、（本题包括2小题，共18分）
18.（8分）某温度下，将一定量密度为1.15g/cm3的氯化钠溶液通以直流电用惰性电极进行电解，设氯化钠恰好完全电解，且无其他反应发生，得到溶液中氧元素质量分数为80%。
（1）写出电解时发生的反应的化学方程式。
（2）电解后溶液中溶质和溶剂的物质的量之比。
（3）计算原氯化钠溶液的物质的量浓度（保留三位有效数字）
19．以石墨为电极，电解1L硫酸铜和氯化钠的混合溶液，其中硫酸铜与氯化钠的物质的量之和为0.2mol，硫酸铜的物质的量占总物质的量的比值为x。
⑴若x=0.5，当Cu2+在阴极恰好全部析出时，产生的气体时什么？
其物质的量是多少？
所得溶液的pH是多少？
⑵电解一段时间后，阴、阳两极产生气体的物质的量恰好相等，均为0.16mol，求此时x的值。
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