高考化学专题十三 电化学.docx
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高考化学专题十三电化学
专题十三电化学
电能转化为化学能——电解
一、电解的原理
（一）相关概念
1、电解：
电流（外加直流电）通过电解质溶液而在阴阳两极引起氧化还原反应（被动的不是自发的）的过程
2、电解池：
能够发生电解的装置叫电解池
3、构成电解池的条件：
（1）外加直流电源
（2）两个固体电极
阴极：
与电源“—”极相连的电极；得到电子，发生还原反应的电极；电子流入，阳离子移向的电极。
阳极：
与电源“+”极相连的电极；失去电子，发生氧化反应的电极；电子流出，阴离子移向的电极。
（3）电解质溶液或熔融电解质
（4）构成闭合的电路
（二）电极产物的判断和电极方程式的书写
1、电极反应：
2、电解熔融NaCl
1）、通电前，熔融氯化钠中存在哪些离子？
这些离子的运动情况怎样？
2）、通电后，外电路上的电流方向怎样？
3）、接通电源后，熔融氯化钠中Na+、Cl-各向那个方向运动？
4）、移到两极表面的Na+、Cl-将发生什么变化？
电解熔融NaCl
在熔融NaCl中，存在自由移动的Na+和Cl-，做杂乱无章的运动。
通电后，电子由电源的负极流出，聚集到铁电极上。
由于正负电荷相互吸引，Na+要移向铁电极，做定向移动。
Na+在铁电极上得到电子，Na++e-=Na，发生还原反应。
Cl-要移到石墨电极上，失去电子，2Cl-—2e-=Cl2↑，发生氧化反应。
为了维持电流，Cl-要不断地失去电子，不断地定向移动到石墨电极上。
这样在通电的情况下NaCl就分解成了Na和Cl2，电能就转化为化学能储存在Na和Cl2里面了。
这个过程就称之为电解。
电荷要守恒
阴极：
2Na++2e-=2Na
阳极：
2Cl-—2e-=Cl2↑
总方程式：
2Na++2Cl-
2Na+Cl2↑（离子方程式）
2NaCl
2Na+Cl2↑（化学方程式）
3、电解CuCl2的电极反应的书写。
电解CuCl2溶液
3、书写步骤：
（1）分析电极材料
是惰性电极还是活性电极（Fe、Cu，Ag）等金属，若阳极是活性电极，则阳极反应为电极材料失去电子，变成离子进入溶液；若为惰性材料，则根据阴阳离子的放电顺序，依据阳氧阴还的规律来书写电极反应式。
（2）明确电解液中存在的离子
CuCl2溶液中存在哪些自由移动的离子？
（3）是哪些离子得失电子
放电顺序：
阴极：
阳离子得电子顺序：
Ag+>Hg2+>Fe3+>Cu2+>H+（酸）>Pb2+>Sn2+>Fe2+>Zn2+>H+（水）Al3+>Mg2+>Na+>Ca2+>K+
阳极：
阴离子失电子顺序：
活性电极﹥阴离子。
即：
Cu>Hg>Ag>S2－>I－>Br－>Cl－>OH－>（NO3－、SO42－含氧酸根）>F-
二、电解原理的应用
电解的类型：
类型
实例
电极反应特点
电解对象
电解质浓度
pH
溶液复原
电解水
NaOH
阴：
2H++2e-====H2↑
阳：
4OH--4e-====2H2O+O2↑
水
增大
增大
加水
H2SO4
水
增大
减小
加水
Na2SO4
水
增大
不变
加水
电解电解质
HCl
电解质电离出的阴阳离子分别在两极放电
电解质
减小
增大
通氯化氢
CuCl2
电解质
减小
—
加氯化铜
放H2生碱
NaCl
阴极：
H2O放H2生碱阳极：
电解质阴离子放电
电解质
和水
生成新电解质
增大
通氯化氢
放O2生酸
CuSO4
AgNO3
阴极：
电解质阳离子放电
阳极：
H2O放O2生酸
电解质
和水
生成新电解质
减小
加氧化铜
（一）氯碱工业示意图及阳离子交换膜的两个优点。
【强调】离子放电顺序是对在一定条件下，离子并不都能在电极上发生反应。
而且所给的离子放电顺序是一定条件下的经验规律，不同的实验条件会存在不同的顺序，规律是有条件限制的。
（二）铜的电解精炼
粗铜：
含杂质（Zn、Fe、Ni、Ag、Au等）
（三）电镀
利用电解原理在某些金属表面镀上一薄层其他金属或合金的过程。
电极：
阴极——镀件（待镀金属制品）
阳极——镀层金属或惰性电极
电镀液：
含有镀层金属离子的电解质溶液。
电镀液的浓度基本不变。
阳极：
Cu–2e–=Cu2+
阴极：
Cu2++2e–=Cu
（四）电冶金---冶炼活泼金属K~~Al
为什么不电解钠、镁、铝的盐溶液？
（五）总结
电解池、电解精练池、电镀池的比较
电解池
电解精练池
电镀池
定义
将电能转变成化学能的装置
应用电解原理将不纯的金属提纯的装置
应用电解原理在某些金属表面镀上一层其他金属的装置
形成条件
①两电解接直流电源
②电极插入电解质溶液或熔融电解质中
③形成闭合回路
①不纯金属接电源正极，纯的金属接电源负极
②电解质溶液须待提纯金属的离子
①镀层金属接电源正极，待镀金属接电源负极
②电镀液须含有镀层金属的离子
电极名称
阳极：
电源正极相连
阴极：
电源负极相连
阳极：
不纯金属
阴极：
纯金属
阳极：
镀层金属
阴极：
镀件
电极反应
阳极：
氧化反应
阴极：
还原反应
习题
1、下列关于电解池的叙述不正确的是（）
A、与电源正极相连的是电解池的阴极B、与电源负极相连的是电极池的阴极
C、在电解池的阳极发生的是氧化反应D、电子从电源的负极沿导线流入电解池的阴极
2、电解池的阳极是（）
A、发生还原反应的极 B、发生氧化反应的极
C、电极上一定会析出新物质 D、电极本身一定被消耗
3、右图是电解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
4、在下列金属单质中，不可以由它们盐的水溶液来制备的是
A、银B、铜C、镁D、钠
5、用铂电极（惰性）电解下列溶液时，阴极和阳极上的主要产物分别是H2和O2的是（）
A、稀NaOH溶液 B、HCl溶液
C、酸性MgSO4溶液 D、酸性AgNO3溶液
6、在相同温度下用惰性电极电解下列物质的水溶液，一段时间后溶液中c（OH-）减少的是（）
A、HCl B、NaOH C、Na2SO4 D、CuSO4
7、右图中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
8、以Fe为阳极，Pt为阴极，对足量的Na2SO4溶液进行电解，一段时间后得到4molFe（OH）3沉淀，此间共消耗水的物质的量为
A．6molB．8molC．10molD．12mol
9、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（CuO）；B、NaOH（NaOH）；
C、NaCl（HCl）；D、CuSO4[Cu（OH）2]
10、某溶液中含有两种溶质NaCl和H2SO4，物质的量之比为3∶1。
用石墨作电极电解溶液，根据电极产物，可明显分为三个阶段。
下列叙述不正确的是
A．阴极只析出H2B．阳极先析出Cl2，后析出O2
C．电解最后阶段为电解水D．溶液pH不断增大，最后为7
11、电解CuSO4溶液时，若要达到以下三个要求：
①阳极质量减少；②阴极质量增加；③电解溶液中c（Cu2+）不变，则可选用的电极是（）
A、纯铜作阳极，含Zn、Ag的Cu合金作阴极
B、含Zn、Ag的Cu合金作阳极，纯铜作阴极
C、用钝铁作阳极，纯铜作阴极
D、用石墨作阳极，用惰性电极（Pt）作阳极
12、下列叙述中，不正确的是（）
A、电解池的阳极发生氧化反应，阴极发生还原反应
B、原电池跟电解池连接后，电子从电池负极流向电解池阳极
C、电镀时，电镀池里的阳极材料发生氧化反应
D、电解饱和食盐水时，阴极得到氢氧化钠溶液和氢气
13、下列关于铜电极的叙述正确的是（）
A、铜锌原电池中铜是正极B、用电解法精炼粗铜时精铜作阳极
C、在镀件上电镀铜时可用金属铜作阳极D、电解稀硫酸制H2、O2时铜作阳极
14、电解100mL16%的氢氧化钠溶液（密度为1g/cm3），用石墨作电极，10min后电解液的浓度为19.5%，这是因为（）
A、溶质增加了3.5gB、氢氧化钠的物质的量不变，而水被电解了1mol
C、氢氧化钠的消耗比水的消耗少
D、氢氧化钠不参加反应，只有水参加反应，且放出H2和O2，消耗了18g水
15、用惰性电极电解下列物质的溶液，当电路中通过相同电量时，在阴极上析出物质的质量最多的是（）
A、ZnSO4B、CuSO4C、K2SO4D、AgNO3
16、在水中加入等物质的量的Ag+、Na+、Pb2+、NO
、Cl
、SO
该溶液用惰性电极电解片刻,氧化产物与还原产物的质量比为（）A
A．8∶1B．2∶27C．35.5∶108D．108∶35.5
17、将分别盛有熔融KCl、MgCl2、Al2O3的三个电解槽串联，在一定条件下通电一段时间后，析出K、Mg、Al的物质的量之比为（）
A、1:
2:
3B、3:
2:
1C、6:
3:
1D、6:
3:
2
18、某学生想制作一种家用环保型消毒液发生器，用石墨作电极电解饱和氯化钠溶液，通电时，为使Cl2被完全吸收，制得有较强杀菌能力的消毒液，设计了如图的装置，则对电源电极名称和消毒液的主要成分判断正确的是（）
Aa为正极，b为负极；NaClO和NaCl
Ba为负极，b为正极；NaClO和NaCl
Ca为阳极，b为阴极；HClO和NaCl
Da为阴极，b为阳极；HClO和NaCl
19、如图所示，通电5min后，电极5的质量增加2.16g，回答：
（1）电源a是_______，C池是_______池。
A池电极反应，阳极为_________________________，阴极为__________________________。
C池电极反应，阳极为____________________________，阴极为_____________________。
（2）如果B槽中共收集到224mL气体（标准状况）且溶液体积为200mL（设电解过程中溶液体积不变）。
则通电前溶液中Cu2+的物质的量浓度为______________________。
化学能转化为电能——电池
一、原电池的工作原理
1、原电池：
通过氧化还原反应，将化学能转化为电能的装置。
2、原电池的构成：
（1）自发的氧化还原反应
（2）两个活泼性不同的电极
（3）电解质溶液或熔融液
（4）闭合电路
3、正负极的判断
（1）负极：
较活泼的电极；发生氧化反应的电极；失去电子的电极，电流的流入极；阴离子移向负极；
常见溶解的电极
（2）正极：
较不活泼的电极；发生还原反应的电极；得到电子的电极，电流的流出极；阳离子移向正极；
常见由气泡冒出或由金属析出的电极
双液原电池
1mol/LZnSO4溶液1mol/LCuSO4溶液
【现象】锌片溶解，铜片表面有红色的固体物质析出，铜片质量增加。
4、原电池的电路
（1）外电路：
电子流动的电路（+、—极）
（2）内电路：
离子移动的电路（阴、阳极）
双液原电池比单液原电池的优点
（1）有利于最大程度的将能量转化为电能。
（2）可以获得单纯的电极反应，便于分析电极过程。
5、原电池的电极方程式和总方程式的书写
（1）没给总方程式
【举例】
CuSO4溶液
①判断正负极（根据定义或金属的活泼性）
②写出电解反应式（注意生成的新离子能不能稳定存在电解质溶液中，若不能，在写反应式时应写出最稳定的物质）
③写出总方程式（电子守恒）
【练习】将镁片和铝片用导线相连，分别同时插入H2SO4和NaOH溶液中，写出两池中的电极反应式和电池反应式。
【解答】①Mg—Al—稀H2SO4原电池：
负极（Mg）：
Mg=Mg2++2e—（氧化反应）
正极（Al）：
2H++2e—=H2↑（还原反应）
电池反应：
Mg+2H+=Mg2++H2↑
②Al—Mg—NaOH原电池：
负极（Al）：
2Al+8OH—=2[Al（OH）4]—+4H2O+6e—（氧化反应）
正极（Mg）：
6H2O+6e—=3H2↑+6OH—（还原反应）
电池反应：
2Al+2OH—+2H2O=2[Al（OH）4]—+3H2↑
（2）给出总方程式
【举例】甲烷燃料电池：
CH4+O2+2OH—=CO32—+3H2O
①判断正负极（把总反应式拆成氧化反应和还原反应）
②写出电解反应式（注意生成的新离子能不能稳定存在电解质溶液中，若不能，在写反应式时应写出最稳定的物质）
③两式加，验总式
注意：
若只能写出较简单一极反应式，在遵循电子守恒的条件下，可将总反应式减去阳极反应式，即得另一极反应式
正极：
4H2O+2O2+8e-→8OH-
负极：
CH4+10OH—→CO32-+7H2O+8e-（总—正）
说明碱液的作用：
消除CO2对CH4吸收的影响。
重点强调：
电解质溶液有时候也会参与电极的反应
二、化学电源
一次电池
放电时——原电池反应
（一）分类二次电池（可充电电池）
充电时——电解池反应
燃料电池
（二）几种重要的电池
1、锌锰干电池
（1）酸性锌锰干电池
A、结构：
负极为包裹电解质氯化铵和氯化锌的锌壳、正极为石墨电极
B、反应原理
负极：
Zn→Zn2++2e—正极：
2NH4++2e—→2NH3+H2
总方程式：
Zn+2NH4Cl=ZnCl2+2NH3+H2
C、缺点：
新电池会发生自放电而使存放时间缩短、放电后电压下降较快等。
（2）碱性锌锰干电池
A、优点：
克服了酸性锌锰干电池的缺点
B、结构：
负极为锌粉、正极为石墨，正负极混在电解质中
C、反应原理：
负极：
Zn+2OH—→ZnO+H2O+2e—
正极：
MnO2+2H2O+2e—→Mn（OH）2+2OH—
总方程式：
Zn+MnO2+2H2O=ZnO+Mn（OH）2
2、铅蓄电池
放电时：
负极：
Pb+SO42—→PbSO4+2e—
正极：
PbO2+4H++SO42—+2e—→PbSO4+2H2O
总方程式：
Pb+PbO2+2H2SO4===2PbSO4+2H2O
H2SO4溶液
铅蓄电池是有很多个这样的电池串联而成的。
Pb作负极，PbO2作正极。
充电时与放电时的反应正好相反，充电的目的要是在电池负极产生的PbSO4变成Pb，正极产生的PbSO4变成PbO2。
由PbSO4变成Pb，Pb的化合价降低，要得到电子，接在电源的负极，由PbSO4变成PbO2，Pb的化合价升高，要失去到电子，接在电源的正极，示意图如下：
充电时：
阴极（电池的负极）：
PbSO4+2e—→Pb+SO42—
阳极（电池的正极）：
PbSO4+2H2O→PbO2+4H+SO42—+2e—
总方程式：
2PbSO4+2H2O===Pb+PbO2+2H2SO4
3、燃料电池
（1）结构：
（2）常见的燃料电池注意：
电解质溶液对反应的影响
A、氢氧燃料电池
碱性电解液：
正极：
2H2+4OH—→4H2O+4e—负极：
O2+2H2O+4e—→4OH—
酸性电解液：
正极：
2H2→4H++4e—负极：
O2+4H++4e—→2H2O
中性电解液：
正极：
2H2→4H++4e—负极：
O2+2H2O+4e—→4OH—
B、乙醇燃料电池（类似甲烷燃料电池）
三、金属的腐蚀与防护
（一）金属腐蚀
1、定义：
金属表面与周围的物质发生化学反应或因电化学作用而遭到破坏。
2、分类：
化学腐蚀：
金属跟接触到的干燥气体（如O2、Cl2、SO2等）或非电解质液体（如石油）等直接发生化学反应而引起的腐蚀。
如：
铁与氯气直接发生化学反应而引起的腐蚀、钢管被原油中的含硫化合物腐蚀。
特点：
反应简单、金属与氧化剂之间的氧化还原反应；温度越高，化学腐蚀越快。
电化学腐蚀：
不纯的金属与电解质溶液接触时，会发生原电池反应，比较活泼的金属失去电子而被氧化的腐蚀。
如：
钢铁在潮湿的空气中生锈，就是钢铁在潮湿的空气中表面会形成一薄层水膜，水膜中溶有来自大气中的CO2、SO2、H2S等气体做电解质溶液，铁做负极、碳做正极，在钢铁表面形成无数微小的原电池，使钢铁腐蚀很快。
说明：
两种腐蚀往往同时发生，但电化学腐蚀更普遍，速度更快，危害更严重。
3、本质：
金属失去电子被氧化成金属阳离子的过程。
化学腐蚀的例子在生活中也可以见到，比如：
铜在高温下被空气中氧气氧化而变黑；轧钢时火红的钢锭表面脱落；做饭用的铁锅天长日久越用越薄等。
但是比较严重的还是金属因电化学作用而遭到的电化学腐蚀。
（二）金属电化学腐蚀的原理
1、析氢腐蚀（当钢铁表面的水膜酸性较强时）
负极：
Fe–2e-=Fe2+ （氧化反应） 正极：
2H++2e-=H2↑（还原反应）
总反应：
Fe+2H+=Fe2++H2↑
这种腐蚀不断有H2放出，所以叫析氢腐蚀。
2、吸氧腐蚀（当钢铁表面的水膜呈中性或弱酸性）
负极：
2Fe–4e-=2Fe2+ （氧化反应） 正极：
O2+4e-+2H2O=4OH-（还原反应）
总反应：
2Fe+O2+2H2O=2Fe（OH）2
Fe（OH）2继续与空气中的O2作用：
4Fe（OH）2+O2+2H2O=4Fe（OH）3。
Fe（OH）3脱去一部分水就生成铁锈（Fe2O3·xH2O），铁锈疏松地覆盖在钢铁表面，不能阻止钢铁继续腐蚀。
3、析氢腐蚀和吸氧腐蚀的比较
析氢腐蚀
吸氧腐蚀
条件
水膜呈酸性
水膜呈中性或弱酸性
负极反应
Fe–2e-=Fe2+
正极反应
2H++2e-=H2↑
O2+4e-+2H2O=4OH-
总反应
Fe+2H+=Fe2++H2↑
2Fe+2H2O+O2=2Fe（OH）2
4Fe（OH）2+O2+2H2O=4Fe（OH）3
联系
两者往往同时发生，吸氧腐蚀更普遍
（三）、金属的防护
1、金属防护的基本思路
①防止金属与氧化性介质直接接触；②防止金属表面形成电解质溶液层；③应用电化学基础知识进行防护。
2、金属防护的常用方法
①覆盖保护膜，如采用喷油漆、涂油脂、电镀、喷镀、表面钝化等方法使金属与空气、水等物质隔离，防止金属被氧化腐蚀。
②改变金属的内部结构，使金属性质改变，成为耐腐蚀金属，如不锈钢等；③电化学保护
a、牺牲阳极的阴极保护法：
在被保护的钢铁设备（如锅炉内壁、船体外壳等）上装上若干镁合金或锌块，作原电池的负极，不断遭受腐蚀，定期拆换，而使作为正极的金属被保护了下来。
b、外加电流的阴极保护法：
将被保护的钢铁设备（如钢闸门）作为阴极，用惰性电极做阳极，两者均存在于电解质溶液中。
通电后，电子被强制流向被保护的钢铁设备，使钢铁表面腐蚀电流降至零或接近于零，这样就抑制了钢铁失去电子的作用，从而防止了钢铁的腐蚀（外加电流，使钢铁被迫成为阴极受保护）。
例、下列各情况，在其中Fe片腐蚀由快到慢的顺序是
解析：
铁被腐蚀时，通常来说具有这样的快慢比较顺序：
电解原理引起的腐蚀（做阳极）＞原电池原理引起的腐蚀（做负极）＞化学腐蚀＞有防护腐蚀措施的腐蚀（做正极）＞有防护腐蚀措施的腐蚀（做阴极）。
由图中可得，
（1）为化学腐蚀，
（2）为原电池的负极，（3）为原电池的正极，（4）为电解池的阴极，（5）为电解池的阳极，故Fe片腐蚀由快到慢的顺序是（5）
（2）
（1）（3）（4）。
答案：
Fe片腐蚀由快到慢的顺序是（5）
（2）
（1）（3）（4）。
习题
1．下列说法正确的是（）
A．原电池是把电能转化为化学能的装置B．原电池中电子流出的一极是正极，发生氧化反应
C．原电池两极均发生氧化还原反应D．原电池中的阳离子向正极移动
2．右图为铜锌原电池示意图，下列说法正确的是（）
A．锌片逐渐溶解B．烧杯中溶液逐渐呈蓝色
C．电子由铜片通过导线流向锌片
D．该装置能将电能转变为化学能
3．把A、B、C、D四块金属片浸入稀硫酸中，分别用导线两两相连可以组成原电池。
A、B相连时A为负极；C、D相连时，电流由D→C；A、C相连时，C极上产生大量气泡；B、D相连时，D极发生氧化反应。
这四种金属的活动顺序是（）
A．A＞B＞C＞DB．A＞C＞D＞BC．C＞A＞B＞DD．B＞D＞C＞A
4．有A、B、C、D四种金属，将A与B用导线连接起来，浸入电解质溶液，B不易腐蚀。
将A、D在稀盐酸中构成原电池，电流由A通过导线流向D。
将铜浸入B的盐溶液中，无明显变化。
如果把铜浸入C的盐溶液中，有金属C析出。
这四种金属的活动性由强到弱的顺序是（）
A．DCABB．DABCC．DBACD．BADC
5．由铜、锌和稀硫酸组成的原电池工作时，电解质溶液的酸性（）
A．不变B．先变小，后变大C．逐渐变大D．逐渐变小
6．由铝、铁、铜和稀硫酸，可以组成原电池的总数是（）
A．2种B．3种C．4种D．6种
7．对原电池的电极名称，下列叙述中错误的是（）
A．电子流入的一极为正极B．比较不活泼的一极为正极
C．电子流出的一极为负极D．发生氧化反应的一极为正极
8．在下列各种变化中，属于原电池反应的是（）
A．在空气中金属铝表面迅速氧化形成保护层
B．白铁（镀锌铁）表面有划损时，也能阻止铁被氧化
C．红热的铁丝与水接触表面形成蓝黑色的保护层
D．铁与稀硫酸反应时，加入少量硫酸铜溶液后可使反应加速
9．干电池使用时，发生的化学反应类型属下列中的（）
A．中和反应B．氧化还原反应C．分解反应D．电解反应
10．钢铁表面镀有下列金属时，当镀层部分被破坏时，铁不易被腐蚀的是（）
A．SnB．ZnC．CuD．Ag
11．埋在地下的输油铸铁管道，在下列各种情况下，被腐蚀速率最慢的是（）
A．在含铁元素较多的酸性土壤中B．在干燥致密不透气的土壤中
C．在潮湿疏松透气的土壤中D．在含碳粒较多的潮湿透气的中性土壤中
12．下列表明金属甲的活泼性
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