知识讲解 电化学基础单元复习与测试 基础Word下载.docx

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电解冶金、电解精炼等应电解

化学电化学腐析氢腐蚀

吸氧腐蚀金①电化学防

②改变金属的内部结构或覆盖保护层等牺牲阳极的阴极保护法

外加电流的阴极保护法金属防金属的腐蚀与防电化学

定义

将化学能转化成电能的装置

将电能转化成化学能的装置

应用电解原理在某些金属表面镀上一层其他金属（或合金）的装置

装置

举例

形成

条件

①活泼性不同的两电极（连接）

②电解质溶液（电极插入其中并与电极自发反应）

③形成闭合回路

①两电极接直流②两电极插入电解质③形成闭合回路

①镀层金属接电源正极。

镀件（待镀金属）接电源负极

②电镀液必须含有镀层金属离子（电镀过程浓度不变）

电极

名称

负极：

较活泼金属（电子流出的极）

正极：

较不活泼金属或能导电的非金属（电子流入的极）

阳极：

与电源正极相连阴极：

与电源负极相连的极

名称同电解池，但有限制条件

必须是镀层金属

阴极：

镀件

反应

发生氧化反应，失电子

发生还原反应，溶液中的阳离子或氧气得电子

发生氧化反应，溶液中的阴离子失电子，或金属电极失电子

发生还原反应，溶液中阳离子得电子

镀层金属电极失电子（溶解）

电镀液中阳离子得电子（在电镀控制的条件下，水电离产生的H+及OH－一般不放电）

要点诠释：

原电池、电解池、电镀池的判断规律

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，主要思路是“三看”：

先看电极：

两极为导体且活泼性不同；

再看溶液：

两极插入电解质溶液中：

后看回路：

形成闭合回路或两极接触。

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。

当阳极金属与电解质溶液中的金属阳离

子相同，一般为电镀池，其余情况为电解池。

要点二、电极反应式和总反应式的书写。

1、由原电池或电解池装置书写电极反应式、总反应式。

对于原电池，根据电极材料、电解质溶液及反应现象，先确定正、负极，然后写出电极反应式。

在确保正、负两极转移电子数目相同的条件下，将正、负两极电极反应式相加即得电池的总反应式。

2、对于电解池，先根据电源确定阴、阳两极、然后确定阳极是否是活性金属电极，最后根据电极类型及电解质溶液中阴、阳离子的放电顺序写出电极反应式。

在确保阴、阳两极转移电子数目相同的条件下，将两极电极反应式合并即得总反应式。

要点三、由氧化还原反应方程式书写电极反应式。

先根据氧化还原反应方程式找出发生氧化反应和还原反应的物质，确定两极名称和反应物，然后利用电子守恒分别写出两极反应式。

若写出一极反应式，而另一极反应式不好写，可用总反应式减去已写出的电极反应式即得另一电极反应式。

可充电电池放电时作原电池，充电时作电解池，两池的电极反应式正好相反，即电解池的阴极反应式对应于原电池的负极反应的逆反应式，电解池的阳极反应式对应于原电池正极反应的逆反应式，但电解池反应与原电池反应并不是相应的可逆反应。

要点四、离子放电顺序及电解产物的判断。

1、阳极产物判断。

首先看电极，若是活性电极（除金、铂外的金属），则电极材料本身失电子，电极被溶解形成阳离子进入溶液；

若是惰性电极（如石墨、铂、金等），则根据溶液中阴离子放电顺序加以判断。

阳极放电顺序：

阳极：

金属（除Au、Pt外）＞S2－＞I－＞Br－＞Cl－＞OH－＞含氧酸根

（活性电极）（惰性电极）

2、阴极产物的判断。

直接根据溶液中阳离子放电顺序加以判断。

阳离子放电顺序：

Ag+＞Hg2+＞Fe3+＞Cu2+＞（H+）＞Pb2+＞Sn2+＞Fe2+＞Zn2+＞H+＞Al3+＞Mg2+＞Na+＞Ca2+＞K+

注意：

①前一个H+指其浓度与其他离子的浓度相近，后一个H+指其浓度很小，即来自水的电离；

②Fe3+得电子能力大于Cu2+，但第一阶段只能被还原到Fe2+；

③Pb2+、Sn2+、Fe2+、Zn2+在控制一定条件即电镀时也能在水溶液中放电；

A13+、Mg2+、Na+、Ca2+、K+只能在熔融状态下放电。

要点五、电解原理得出的推论。

1、在电解过程中，无论什么材料的电极，其阴极质量一定不会减少，阳极质量一定不会增加。

2、在电解过程中，若某电极质量减少，则该电极一定是与电源正极相连的活泼金属，若某电极质量增加。

则该电极一定是与电源负极相连的阴极，此时溶液中一定存在氧化性强于H+的金属离子。

3、在电解过程中，若阳极质量不变，则阳极一定是惰性电极，且此电极上一定有气体产生。

若阴极质量不变，则此电极上一定有气体产生，且该气体一定是H2。

4、溶液中，若阳离子的放电能力强于H+，而阴离子的放电能力强于OH－时，电解的实质是：

电解电解质本身。

5、溶液中，若阳离子的放电能力强于H+，而阴离子的放电能力弱于OH－时，电解的实质是：

电解质的阳离子和水电离出的OH－放电，溶液的pH一定变小。

如电解CuSO4溶液。

6、溶液中，若阳离子的放电能力弱于H+，而阴离子的放电能力强于OH－时，电解的实质是：

电解质的阴离子和水电离出的H+放电，溶液的pH一定变大。

如电解KCl溶液。

7、溶液中，若阳离子的放电能力弱于H+，而阴离子的放电能力弱于OH－时，电解的实质是：

电解水，溶液的浓度一定变大。

若原溶液呈酸性，则溶液的pH变小，如电解H2SO4溶液；

若原溶液呈碱性，则溶液的pH变大，如电解NaOH溶液；

若原溶液呈中性，则溶液的pH不变，如电解Na2SO4溶液。

8、在电解过程中，若电解质溶液的浓度保持不变，则阳极一定是由电解质阳离子的金属电极的材料构成，且阳极溶解，质量一定减少。

而阴极一定有与阳极相同的金属单质析出。

且两者（溶解与析出）的质量一定相等，即电镀。

9、在电解过程中，若电解质溶液的质量增加，则表明阳极一定是活性电极；

若电解质溶液的质量减少，则表明阳极不溶解，或阳极虽溶解，但其金属的相对原子质量一定比原电解质溶液中阳离子对应的金属的相对原子质量小。

类型（（（腐蚀性能（【解析】

（3）中，在潮湿的空气中，钢铁表面发生的电化学腐蚀为吸氧腐蚀，其正极反应式为2H2O+O2+4e-=4OH-。

（5）中，Mg、Fe不溶于NaOH溶液，故合金减少的质量为合金中Al的质量，即n（Al）

电极反应特点

实例

电解物质

电解质

溶液浓度

pH

溶液复原

电解水型【答案】

2H++2e－＝H2↑

4OH－－4e－＝2H2O+O2↑

（1）Mg+2H+=Mg2++H2↑

NaOH

水

增大

H2SO4

减小

Na2SO4

不变

电解

电解质型2）2Al+Fe2

电解质电离出的阴、阳离子分别在两极放电O3Al2O3+2Fe

HCl

氯化氢

CuCl2

—

氯化铜

放H2

生碱型3）2H2O+O4）Al-3e-=Al

放出H2生成碱

电解质阴离子放电2+4e-=4OH-3+铝表面易被氧化，生成一层致密而坚固的氧化物薄膜，阻止金属继续氧化，使金属具有抗

NaCl

和水

生成新

放O2

生酸型5）27.2

电解质阳离子放电

OH－放电生成酸

CuSO4

氧化铜

附：

用惰性电极电解下列电解质溶液变化情况简析

要点六、有关电解计算题的解题方法。

有关电解的计算通常是求电解后某产物的质量、生成气体的体积、某元素的化合价、电子转移的量。

以及溶液的pH、物质的量浓度、溶质的质量分数等。

解答此类问题的方法有两种：

一是根据电解方程式或电极反应式，根据计量数关系列比例式求解；

二是利用各电极、线路中转移的电子数目守恒的特征，列等式求解。

其中应用电子守恒关系较为简便，在计算中运用较多。

【典型例题】

类型一、电极反应式的书写

例1、（2016浙江高考）金属（M）—空气电池（如图）具有原料易得、能量密度高等优点，有望成为新

能源汽车和移动设备的电源。

该类电池放电的总反应方程式为4M+nO2+2nH2O=4M（OH）n。

已知：

电池的“理论比能量”指单位质量的电极材料理论上能释放出的最大电能。

下列说法不正确的是（）

A．采用多孔电极的目的是提高电极与电解质溶液的接触面积，并有利于氧气扩散至电极表面

B．比较Mg、Al、Zn三种金属一空气电池，Al—空气电池的理论比能量最高

C．M—空气电池放电过程的正极反应式：

4M++nO2+2nH2O+4e－==4M（OH）n

D．在Mg—空气电池中，为防止负极区沉积Mg（OH）2，宜采用中性电解质及阳离子交换膜

【思路点拨】本题考查电极材料的选择、金属得失电子的关系、电极反应式、电解液成分的选择等。

金属M失电子，作负极，总反应式为4M+nO2+2nH2O==4M（OH）n推出正极反应物是O2。

【答案】C

【解析】多孔石墨电极主要是增大接触面积，有利于气体的扩散与反应，A项正确；

单位质量释放的电能最大也就是转移电子数最多，转移相同电子数时Al的质量最小，理论比能量最高，B项正确；

中间是阴离子交换膜，所以M+不会转移到正极参与反应，正极反应为O2+2H2O+4e－==4OH－，C项错误；

Mg—空气电池中，易在负极生成Mg（OH）2沉淀，采用阳离子交换膜，则Mg2+转移到正极反应生成沉淀，同时负极区不能显碱性，D项正确。

故选C。

【总结升华】在书写电极反应时，注意元素化合价的变化及得失电子情况，需要特别注意的是正确判断溶液的酸碱性，防止酸性环境中生成氢氧根离子的情况等。

例2、Li-Al/FeS电池是一种正在开发的车载电池，该电池中正极的电极反应式为：

2Li++FeS+2e-=Li2S+Fe，有关该电池的下列说法中，正确的是（）

A、Li－Al在电池中作为负极材料，该材料中Li的化合价为+1价

B、该电池的电池反应式为：

2Li+FeS＝Li2S+FeC、负极的电极反应式为：

Al―3e-＝Al3+

D、充电时，阴极发生的电极反应式为：

Li2S+Fe－2e-＝2Li++FeS

【答案】B

【解析】在该电池中Li—Al是负极材料，该材料中Li的化合价为0价，负极电极反应式为：

Li―e-=Li+结合题给的正极电极的反应式可推出总反应式为：

2Li+FeS＝Li2S+Fe；

故B正确，A、C错误。

D项，充电时，阴极上发生还原反应得电子，故D项错误。

举一反三：

【变式1】1991年我国首创以铝－空气－海水电池作为能源的新型海水标志灯，以海水为电解质，靠空气中的氧气使铝不断氧化而产生电流，只要把灯放入海水中数分钟，就会发出耀眼的白光，则电源负极材料为：

_________，正极材料为：

_________。

正、负极反应分别为：

_________、_________。

【答案】负极材料为：

Al；

正极材料为：

石墨等能导电的惰性材料或活泼性比铝弱的金属材料。

负极反应：

4Al－12e—＝4Al3+正极反应：

3O2＋6H2O＋12e-＝12OH-

【解析】根据原电池构成的条件，活泼金属作负极（失去电子），发生氧化反应；

惰性材料作正极（得到电子），发生还原反应。

可认为发生铝的吸氧腐蚀。

类型二、燃料电池

例3、一种新型燃料电池，是用两根金属铂做电极插入KOH溶液中，然后向两极上分别通入H2和O2，下解说法不正确的是（）

A、通入H2的电极为负极B、通入O2的一极电极反应为2H2O+O2+4e-=4OH-

C、随着放电的进行，负极附近pH上升D、标准状况下通入5.6LO2完全反应后有1mol电子转移

【思路点拨】在燃料电池中，通入氧气的一极必然得电子而发生还原反应，通入燃料的一极必然失电子而发生氧化反应。

注意电子转移的物质的量。

【解析】此为氢氧燃料电池，实质：

H2+O2=H2O，其中负极应为H2-2e-=2H+，正极应为2H2O+O2+4e-=4OH-。

如果选择不同的电解质，正负极反应会发生相应变化。

如本题为碱性环境，负极实际是H2-2e-+2OH-=2H2OC项，负极附近不断消耗OH-，pH不断减小。

【总结升华】无论什么电池，其本质都是自发的氧化还原反应。

燃料电池是原电池的创新，但其基本原理不变，即物质在正极发生还原反应，物质在负极发生氧化反应。

【变式1】氢氧电池以氢气作还原剂，氧气作氧化剂，电极为多孔镍，电解质溶液为30%的氢氧化钾溶液。

以下有数种说法：

①负极反应为O2+2H2O+4e

-4OH-②负极反应为2H2+4OH--4e

-4H2O

③电池工作时正极区pH升高，负极区pH下降；

④电池工作时溶液中的阴离子移向正极。

正确的组合是（）

Ａ、①③④B、②③C、②④D、①④

【解析】氢氧燃料电池可以看作是H2在O2中燃烧放出的热全部转化为电能，其总反应为2H2+O2＝2H2O。

同时应该注意到，电解质溶液中的电解质会影响正、负极的电极反应。

该燃料电池电解质为KOH，则负极反应为：

2H2+4OH--4e-＝4H2O，正极反应为：

O2+2H2O+4e-＝4OH-。

负极反应消耗OH-，c（OH-）变小，pH下降；

正极反应生成OH-，c（OH-）变大，pH升高。

电池工作时，阴离子移向负极。

类型三、电解原理及其应用

例4、把锌片和铁片放在盛有稀食盐水和酚酞试液混合溶液的玻璃皿中（如图所示平面图），经过一段时间后，首先观察到溶液变红的区域是（）

A、Ⅰ和Ⅲ附近B、Ⅰ和Ⅳ附近

C、Ⅱ和Ⅲ附近D、Ⅱ和Ⅳ附近

【思路点拨】图中两个装置右为原电池，左为电解池。

在电电池模型中，可根据金属活动性顺序判断正负极情况“相对活泼的电极。

在电解池模型中，可根据与外接电源相连情况判断电极反应。

【解析】左图为电解池，Fe为阳极，阳极反应为：

Fe-2e-=Fe2+；

Zn为阴极，阴极反应为：

2H++2e-=H2↑，因此Ⅰ区域c（OH-）变大，碱性增强使酚酞变红；

右图为原电池，Fe为正极，正极反应式为：

2H2O+O2+4e-=4OH-，因此Ⅳ区域c（OH-）变大，碱性增强使酚酞变红。

【总结升华】本题考查原电池与电解池的基本概念，电极判断、电极反应方程式的书写告示都是电化学中的基础知识。

只有熟练掌握这些才能准确迅速的解答题目。

【变式1】在25℃时，将2个铜电极插入到一定的Na2SO4饱和溶液中，通直流电电解并不断搅拌，当阴极上收集到amol的气体的同时，溶液中析出了bmol的结晶水合物Na2SO4·

10H2O，若保持温度不变，则所剩溶液中溶质的质量分数是（）

A

、B

、C

、D

、

【解析】本题要求：

理解电解原理，理解溶液中溶质的质量分数的概念。

电解发生的电极反应：

阳极为Cu-2e-＝Cu2+，阴极为2H++2e-＝H2↑

电解时总的化学反应方程式为：

Cu+2H2

O

Cu（OH）2↓+H2↑

阴极逸出amolH2，水被电解了2amol，根据溶解度知识，求出答案。

如果此题将电极改成惰性电极，答案就会发生变化。

类型四、金属的电化学腐蚀及防护

例5、镁、铝、铁是重要的金属，在工业生产中用途广泛。

（1）镁与稀硫酸反应的离子方程式为_____________________________________________。

（2）铝与氧化铁发生铝热反应的化学方程式为_____________________________________。

（3）在潮湿的空气里，钢铁表面有一层水膜，很容易发生电化学腐蚀，其中正极的电极反应为_____________________________________________________________________。

（4）在海洋工程上，通常用铝合金（Al

—Zn—Cd）保护海底钢铁设施，其原理如下图所示：

其中负极发生的电极反应为______________________________________________________；

在实际应用中，用铝合金而不选用纯铝。

纯铝不能很好地起到保护作用，其原因是______。

（5）将11.9gMg-Al-Fe组成的合金溶于足量NaOH溶液中，合金质量减少2.7g。

另取等质量的合金溶于过量的稀硝酸中，生成6.72L（标准状况）NO，向反应后的溶液中加入适量的NaOH溶液恰好使Mg2+、Al3+、Fe3+完全转化为沉淀，则沉淀的质量为____________g。

【思路点拨】本题的考点比较分散，每一小题的考点都不同，而且难易区分大，考生只要有时间阅读本题，就能得一部分分。

像这道题就能很好地提示考生拿到试卷后要先浏览下题，有意识地先做自己会做的题，而不要在不会做的题上浪费时间而错失得分的机会。

=0.1mol。

设合金中Mg为xmol，Fe为ymol，有24x+56y=11.9-2.7①,合金溶于过量稀硝酸中由电子得失守恒有2x+0.1×

3mol+y·

3=6.7222.4×

3mol②，联立①②则有x=0.15mol,y=0.1mol。

沉淀为Mg（OH）2、Al（OH）3、Fe（OH）3质量之和，则其质量=11.9+（0.15×

2+0.1×

3+0.1×

3）×

17=27.2g。

【总结升华】影响金属腐蚀的因素包括金属的本性、纯度和介质三个方面：

（1）就金属本性来说，金属越活泼，就越容易失去电子而被腐蚀；

（2）同一金属越纯，越难腐蚀。

（3）介质对金属腐蚀的影响也很大，如果金属在潮湿的空气中、接触腐蚀性气体或电解质溶液，都容易被腐蚀。

【变式1】

（2015北京房山区一模）下列有关钢铁腐蚀和防护的说法不正确的是（）

A、自行车的钢圈上镀一层铬，防止生锈

B、外加直流电源保护钢闸门时，钢闸门与电源的负极相连

C、钢铁发生吸氧腐蚀的正极反应：

2H2O+O2+4e-=4OH-

D、钢铁发生析氢腐蚀的负极反应：

Fe-3e-=Fe3+

【答案】D

【解析】A项自行车的钢圈上镀上一层铬阻止了铁与空气、水的接触，从而防止金属铁生锈，故A正确；

B项将钢闸门与外加电源负极相连，阴极上电解质溶液中阳离子得电子发生还原反应，此方法为外加电源的阴极保护法，可防止钢闸门腐蚀，故B正确；

C项金属的吸氧腐蚀过程中正极氧气得到电子结合水生成氢氧根离子，正极反应2H2O+O2+4e-=4OH-，故C正确；

D项钢铁发生析氢腐蚀的负极反应：

Fe-2e-=Fe2+，故D错误，故选D。