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【步步高】2015届高考化学二轮复习(广东专用)专题突破配套文档:专题八 电化学


[考纲要求]

1.了解原电池和电解池的工作原理,能写出电极反应和电池反应方程式。2.了解

常见化学电源的种类及其工作原理。3.理解金属发生电化学腐蚀的原因、金属腐蚀的危害、防 止金属腐蚀的措施。

考点一

一座“盐桥”连接“两池”形成回路

1.电化学装置中都有两个电极,分别

发生氧化反应与还原反应。若两个电极插在同一电解质 溶液的容器内,则由于阴阳离子的移动速率不同而导致两极之间出现浓度差,以及因电极本 身直接与离子反应而导致两极之间电势差变小,影响了电流的稳定。为解决这个问题,人们 使用了盐桥。盐桥主要出现在原电池中,有时也可在电解池中出现,其主要作用就是构建闭 合的内电路,但不影响反应的实质。盐桥内常为饱和氯化钾、硝酸钾等溶液。 2.盐桥是新课改教材中出现的新名词,因而围绕盐桥的电化学知识已成为新课改地区命题的 一个热点,所以有必要分析研究盐桥问题的考查思路。通常从以下四个方面命题。 (1)考查盐桥的作用。 (2)考查含盐桥的电化学总反应式的书写。 (3)考查盐桥内溶液离子的移动方向。 (4)考查含盐桥的电化学装置的设计。 (5)考查盐桥的作用与平衡移动。

题组一 明确原理,设计装置 1.[2013· 广东理综,33(2)(3)](2)能量之间可相互转化:电解食盐水制备 Cl2 是将电能转化为 化学能,而原电池可将化学能转化为电能。设计两种类型的原电池,探究其能量转化效率。 限选材料:ZnSO4(aq),FeSO4(aq),CuSO4(aq);铜片,铁片,锌片和导线。

-1-

①完成原电池甲的装置示意图(见上图),并作相应标注,要求:在同一烧杯中,电极与溶液含 相同的金属元素。 ②以铜片为电极之一,CuSO4(aq)为电解质溶液,只在一个烧杯中组装原电池乙,工作一段时 间后,可观察到负极__________。 ③甲乙两种原电池可更有效地将化学能转化为电能的是________,其原因是 ________________________________________________________________________。 (3) 根据牺牲阳极的阴极保护法原理,为减缓电解质溶液中铁片的腐蚀,在 (2)的材料中应选 __________作阳极。

答案 (2)①

(或其他合理答案)

②电极逐渐溶解,表面有红色固体析出 ③甲 在甲装置中,负极不和 Cu2 接触,避免了 Cu2 直接与负极发生反应而使化学能转化为
+ +

热能 (3)锌片 解析 (2)①根据题给条件和原电池的构成条件可得: a. 若用 Zn、 Cu、 CuSO4(aq)、 ZnSO4(aq)组成原电池, Zn 作负极, Cu 作正极, Zn 插入到 ZnSO4(aq) 中,Cu 插入到 CuSO4(aq)中。 b. 若用 Fe、 Cu、 FeSO4(aq)、 CuSO4(aq)组成原电池, Fe 作负极, Cu 作正极, Fe 插入到 FeSO4(aq) 中,Cu 插入到 CuSO4(aq)中。 c.注意,画图时要注意电极名称,电极材料,电解质溶液名称(或化学式),并形成闭合回路。 ②由于金属活动性 Zn>Fe>Cu,锌片或铁片作负极,由于 Zn 或 Fe 直接与 CuSO4 溶液接触, 工作一段时间后,负极逐渐溶解,表面有红色固体析出。 ③带有盐桥的甲原电池中负极没有和 CuSO4 溶液直接接触,二者不会直接发生置换反应,化 学能不会转化为热能,几乎全部转化为电能;而原电池乙中的负极与 CuSO4 溶液直接接触, 两者会发生置换反应,部分化学能转化为热能,化学能不可能全部转化为电能。 (3)由牺牲阳极的阴极保护法可得,铁片作正极(阴极)时被保护,作负极(阳极)时被腐蚀,所以 应选择比铁片更活泼的锌作负极(阳极)才能有效地保护铁不被腐蚀。

-2-

1.工作原理 原电池的闭合回路有外电路与内电路之分,外电路的电流是从正极流向负极,内电路是从负 极流向正极,故内电路中的阳离子移向正极、阴离子移向负极。(盐桥中的阳离子移向正极区, 阴离子移向负极区,以维持电荷守恒)。 2.设计思路 首先根据离子方程式判断出氧化剂、还原剂,明确电极反应。然后再分析两剂状态确定电极 材料,若为固态时可作电极,若为溶液时则只能作电解液。然后补充缺少的电极材料及电解 液。电极材料一般添加与电解质溶液中阳离子相同的金属作电极(使用惰性电极也可),电解液 则是一般含有与电极材料形成的阳离子相同的物质。最后再插入盐桥即可。 题组二 “盐桥”的作用与化学平衡的移动 2.控制适合的条件,将反应 2Fe3 +2I
+ -

2+

+I2 设计成如下图所示的原电池。下列判断

不正确的是(

)

A.反应开始时,乙中石墨电极上发生氧化反应 B.反应开始时,甲中石墨电极上 Fe3 被还原


C.电流表读数为零时,反应达到化学平衡状态 D.电流表读数为零后,在甲中溶入 FeCl2 固体,乙中的石墨电极为负极 答案 D 解析 由图示结合原电池原理分析可知, Fe3 得电子变成 Fe2 被还原, I 失去电子变成 I2 被氧
+ + -

化,所以 A、B 正确;电流表读数为零时 Fe3 得电子速率等于 Fe2 失电子速率,反应达到平
+ +

衡状态;D 项在甲中溶入 FeCl2 固体,平衡 2Fe3 +2I
+ -



2Fe2 +I2 向左移动,I2 被还原为 I


,乙中石墨为正极,不正确。
- - +

3.下图Ⅰ、Ⅱ分别是甲、乙两组同学将反应“AsO3 4 +2I +2H

3- 3 +I2+H2O”设计成

的原电池装置,其中 C1、C2 均为碳棒。甲组向图Ⅰ烧杯中逐滴加入适量浓盐酸;乙组向图Ⅱ B 烧杯中逐滴加入适量 40% NaOH 溶液。

下列叙述中正确的是(双选)(

)

-3-

A.甲组操作时,电流表(A)指针不会发生偏转 B.甲组操作时,溶液颜色变浅 C.乙组操作时,C2 作正极 D.乙组操作时,C1 上发生的电极反应为 I2+2e ===2I 答案 AD 解析 装置Ⅰ中的反应,AsO3 4 +2I +2H
- - + - -

AsO3 3 +I2+H2O,当加入适量浓盐酸时,平


衡向右移动,有电子转移,但电子不会沿导线通过,所以甲组操作,电流表(A)指针不会发生 偏转,但由于 I2 浓度增大,所以溶液颜色变深;向装置ⅡB 烧杯中加入 NaOH 溶液中,AsO3 3
- - + - - -

-2e +2H2O===AsO3 4 +2H ,电子沿导线到 C1 棒,I2+2e ===2I ,所以 C2 为负极,C1 为正 极。

1.把氧化剂、还原剂均为溶液状态的氧化还原反应设计成原电池时,必须使用盐桥才能实现 氧化剂与还原剂的分离,否则不会有明显的电流出现。 2.电子流向的分析方法 (1)改变条件,平衡移动; (2)平衡移动,电子转移; (3)电子转移,判断区域; (4)根据区域,判断流向; (5)根据流向,判断电极。

考点二

几种重要的化学电池

高考中常见的新型电池有“氢镍电池” 、 “高铁电池” 、 “碱性锌锰电池” 、 “海洋电池” 、 “燃料 电池”(如新型细菌燃料电池、氢氧燃料电池、丁烷燃料电池、甲醇质子交换膜燃料电池、CO 燃料电池)、 “锂离子电池” 、 “锌银电池” 、 “钮扣电池” 、 “Mg—AgCl 电池” 、 “Mg—H2O2 电池” 等。新型电池是对电化学原理的综合考查,在高考中依托新型电池考查的电化学原理知识有 以下几点。 1.判断电极 (1)“放电”时正、负极的判断 ①负极:元素化合价升高或发生氧化反应的物质;②正极:元素化合价降低或发生还原反应 的物质。 (2)“充电”时阴、阳极的判断 ①阴极: “放电”时的负极在“充电”时为阴极;②阳极: “放电”时的正极在“充电”时为 阳极。

-4-

2.微粒流向 (1)电子流向 ①电解池:电源负极→阴极,阳极→电源正极; ②原电池:负极→正极。 提示:无论是电解池还是原电池电子均不能流经电解质溶液。 (2)离子流向 ①电解池:阳离子移向阴极,阴离子移向阳极;②原电池:阳离子移向正极,阴离子移向负 极。 3.书写电极反应式 (1)“放电”时电极反应式的书写 ①依据条件,指出参与负极和正极反应的物质,根据化合价的变化,判断转移电子的数目; ②根据守恒书写负极(或正极)反应式,特别应注意电极产物是否与电解质溶液共存。 (2)“充电”时电极反应式的书写 充电时的电极反应与放电时的电极反应过程相反,充电的阳极反应为放电时正极反应的逆过 程,充电的阴极反应为放电时负极反应的逆过程。

题组一 “一池多变”的燃料电池 1 . (2012· 四川理综, 11) 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 答案 C 解析 解答本题时审题是关键,反应是在酸性电解质溶液中进行的。在原电池中,阳离子要
- - - + - +

)

往正极移动,故 A 错;因电解质溶液是酸性的,不可能存在 OH ,故正极的反应式为 O2+4H


+4e ===2H2O,转移 4 mol 电子时消耗 1 mol O2,则转移 0.4 mol 电子时消耗 2.24 L O2,故



B、D 错;电池反应式即正、负极反应式之和,将两极的反应式相加可知 C 正确。 2.将两个铂电极放置在 KOH 溶液中,然后分别向两极通入 CH4 和 O2,即可产生电流。下列 叙述正确的是( )
- -

①通入 CH4 的电极为正极 ②正极的电极反应式为 O2+2H2O+4e ===4OH 电极反应式为 CH4+ 2O2+ 4e ===CO2+ 2H2O ===CO2 3 +7H2O
- -

③通入 CH4 的
- -

④负极的电极反应式为 CH4+ 10OH - 8e

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



-5-

A.①③⑤ B.②④⑥ C.④⑤⑥ D.①②③ 答案 B 解析 根据题意知发生的反应为 CH4+2O2===CO2+2H2O, 反应产生的 CO2 在 KOH 溶液中会 转化为 CO2 CH4 为还原剂, 应通入电源的负极, 所以①错误; 正极的电极反应式为 O2+2H2O 3 。


+4e ===4OH ,故②、④正确,③错误;放电时溶液(原电池内电路)中的阳离子向正极移动, 阴离子向负极移动,⑤错误,⑥正确。





不同“介质”下燃料电池电极反应式的书写,大多数学生感到较难。主要集中在:一是得失 电子数目的判断,二是电极产物的判断。下面以 CH3OH、O2 燃料电池为例,分析电极反应式 的书写。 (1)酸性介质,如 H2SO4。 CH3OH 在负极上失去电子生成 CO2 气体,O2 在正极上得到电子,在 H 作用下生成 H2O。电 极反应式为 负极:CH3OH-6e +H2O===CO2↑+6H 3 - + 正极: O2+6e +6H ===3H2O 2 (2)碱性介质,如 KOH 溶液。 CH3OH 在负极上失去电子,在碱性条件下生成 CO2 3 ,1 mol CH3OH 失去 6 mol e ,O2 在正
- - - + +

极上得到电子生成 OH ,电极反应式为 负极:CH3OH-6e +8OH ===CO2 3 +6H2O 3 - - 正极: O2+6e +3H2O===6OH 2
- - -



(3)熔融盐介质,如 K2CO3。
2 在电池工作时,CO2 3 移向负极。CH3OH 在负极上失去电子,在 CO3 的作用下生成 CO2 气体,
- -

O2 在正极上得到电子,在 CO2 的作用下生成 CO2 3 ,其电极反应式为


负极:CH3OH-6e +3CO2 3 ===4CO2↑+2H2O 3 - - 正极: O2+6e +3CO2===3CO2 3 2
- -

(4)掺杂 Y2O3 的 ZrO3 固体作电解质,在高温下能传导正极生成的 O2 。


根据 O2 移向负极,在负极上 CH3OH 失电子生成 CO2 气体,而 O2 在正极上得电子生成 O2 ,
- -

电极反应式为 负极:CH3OH-6e +3O2 ===CO2↑+2H2O 3 - - 正极: O2+6e ===3O2 2
- -

题组二 “久考不衰”的可逆电池 3.(2014· 天津理综,6)已知:锂离子电池的总反应为 LixC+Li1-xCoO2
放电 充电

C+LiCoO2

-6-

锂硫电池的总反应为 2Li+S

放电 充电

Li2S )

有关上述两种电池说法正确的是(


A.锂离子电池放电时,Li 向负极迁移 B.锂硫电池充电时,锂电极发生还原反应 C.理论上两种电池的比能量相同 D.下图表示用锂离子电池给锂硫电池充电

答案 B 解析 锂离子电池放电时,为原电池,阳离子 Li 移向正极,A 错误;锂硫电池充电时,为电 解池,锂电极发生还原反应生成 Li,B 正确;电池的比能量是指参与电极反应的单位质量的 电极材料放出电能的多少,两种电池材料不同,显然其比能量不同,C 错误;由图可知,锂离 子电池的电极材料为 C 和 LiCoO2,应为该电池放电完全所得产物,而锂硫电池的电极材料为 Li 和 S,应为该电池充电完全所得产物,故此时应为锂硫电池给锂离子电池充电的过程,D 错 误。 4.(2014· 浙江理综,11)镍氢电池(NiMH)目前已经成为混合动力汽车的一种主要电池类型。 NiMH 中的 M 表示储氢金属或合金。该电池在充电过程中的总反应方程式是: Ni(OH)2+M===NiOOH+MH 已知:6NiOOH+NH3+H2O+OH ===6Ni(OH)2+NO2 下列说法正确的是( )
- - - - +

A.NiMH 电池放电过程中,正极的电极反应式为 NiOOH+H2O+e ===Ni(OH)2+OH B.充电过程中 OH 离子从阳极向阴极迁移


C.充电过程中阴极的电极反应式:H2O+M+e ===MH+OH ,H2O 中的 H 被 M 还原 D.NiMH 电池中可以用 KOH 溶液、氨水等作为电解质溶液 答案 A 解析 A 项,放电过程中,NiOOH 得电子,化合价降低,发生还原反应,该项正确;B 项, 充电过程中发生电解池反应,OH 从阴极向阳极迁移,该项错误;C 项,充电过程中,阴极 M 得到电子,M 被还原,H2O 中的 H 化合价没有发生变化,该项错误;D 项,NiMH 在 KOH 溶 液、氨水中会发生氧化还原反应,该项错误。






对于可充电电池,放电时为原电池,符合原电池的工作原理,负极发生氧化反应,正极发生 还原反应;外电路中电子由负极流向正极,内电路中阳离子向正极移动,阴离子向负极移动。 可充电电池充电时为电解池,阳极发生氧化反应,阴极发生还原反应;充电时电池的 “+”

-7-

极与外接直流电源的正极相连,电池的“-”极与外接直流电源的负极相连。 题组三 “全新应用”的高科技电池 5.气体的自动化检测中常常应用原电池原理的传感器。下图为电池的工作示意图:气体扩散 进入传感器,在敏感电极上发生反应,传感器就会接收到电信号。下表列出了待测气体及敏 感电极上部分反应产物。则下列说法中正确的是(双选)( )

待测气体 NO2 Cl2 CO H 2S

敏感电极部分产物 NO HCl CO2 H2SO4

A.上述气体检测时,敏感电极均作原电池正极 B.检测 Cl2 气体时,敏感电极的电极反应为 Cl2+2e ===2Cl
- -

C.检测 H2S 气体时,对电极充入空气,对电极上电极反应式为 O2+2H2O+4e ===4OH D.检测 H2S 和 CO 体积分数相同的两份空气样本时,传感器上产生的电流大小不相同 答案 BD





解析 A 项,NO2― →NO,得电子,作正极,Cl2― →HCl,得电子,作正极,CO― →CO2,失 电子,作负极,H2S― →H2SO4,失电子,作负极;B 项,根据产物可以判断 Cl2 得电子,生成 Cl ,正确;C 项,应为 O2+4e +4H ===2H2O;D 项,H2S 生成 H2SO4 失去 8e ,而 CO 生 成 CO2 失去 2e ,所以检测体积分数相同的两气体时传感器上产生的电流大小不相同,正确。 6. (2014· 大纲全国卷, 9)下图是在航天用高压氢镍电池基础上发展起来的一种金属氢化物镍电 池(MH—Ni 电池)。下列有关说法不正确的是( )
- - - + -

A.放电时正极反应为 NiOOH+H2O+e ― →Ni(OH)2+OH B.电池的电解液可为 KOH 溶液 C.充电时负极反应为 MH+OH ― →H2O+M+e
- -





D.MH 是一类储氢材料,其氢密度越大,电池的能量密度越高 答案 C 解析 A 项,在原电池的负极发生的是氧化反应,在原电池的正极发生的是还原反应,分析化

-8-

合价的升降,正确;B 项,因为该电池为金属氢化物镍电池,又有 Ni(OH)2 等产生,因此可用 碱性溶液作电解质溶液,正确;C 项,该反应为放电时的负极反应,错误;D 项,氢密度越大, 单位体积内放出的电量越多,电池的能量密度越高,正确。

考点三
“六点”突破电解池

电解池的“不寻常”应用

1.分清阴、阳极,与电源正极相连的为阳极,与电源负极相连的为阴极,两极的反应为“阳 氧阴还” 。 2.剖析离子移向,阳离子移向阴极,阴离子移向阳极。 3.注意放电顺序。 4.书写电极反应式,注意得失电子守恒。 5.正确判断产物。 (1)阳极产物的判断首先看电极,如果是活性电极作阳极,则电极材料失电子,电极溶解(注意: 铁作阳极溶解生成 Fe2 ,而不是 Fe3 );如果是惰性电极,则需看溶液中阴离子的失电子能力,
+ +

阴离子放电顺序为 S2 >I >Br >Cl >OH (水)。
- - - - -

(2)阴极产物的判断直接根据阳离子的放电顺序进行判断: Ag >Hg2 >Fe3 >Cu2 >H >Pb2 >Fe2 >Zn2 >H (水)
+ + + + + + + + +

6.恢复原态措施。 电解后有关电解质溶液恢复原态的问题应该用质量守恒法分析。一般是加入阳极产物和阴极 产物的化合物,但也有特殊情况,如用惰性电极电解 CuSO4 溶液,Cu2 完全放电之前,可加


入 CuO 或 CuCO3 复原,而 Cu2 完全放电之后,应加入 Cu(OH)2 或 Cu2(OH)2CO3 复原。


题组一 电解原理在“治理环境”中的不寻常应用 1. 工业上电解法处理含镍酸性废水并得到单质 Ni 的原理如图所示。 下列说法不正确的是( )

已知:①Ni2 在弱酸性溶液中发生水解


②氧化性:Ni2 (高浓度)>H >Ni2 (低浓度)
+ + +

A.碳棒上发生的电极反应:4OH -4e ===O2↑+2H2O B.电解过程中,B 中 NaCl 溶液的物质的量浓度将不断减少 C.为了提高 Ni 的产率,电解过程中需要控制废水 pH





-9-

D.若将图中阳离子膜去掉,将 A、B 两室合并,则电解反应总方程式发生改变 答案 B 解析 电极反应式为 阳极:4OH -4e ===2H2O+O2↑ 阴极:Ni2 +2e ===Ni
+ - - -

2H +2e ===H2↑ A 项正确;B 项,由于 C 中 Ni2 、H 不断减少,Cl 通过阴离子膜从 C 移向 B,A 中,OH
+ + - + -





不断减少,Na 通过阳离子膜从 A 移向 B,所以 B 中 NaCl 溶液的物质的量浓度不断增大,错 误;C 项,由于 H 的氧化性大于 Ni2 (低浓度)的氧化性,所以为了提高 Ni 的产率,电解过程
+ +

需要控制废水 pH;D 项,若去掉阳离子膜,在阳极 Cl 放电生成 Cl2,正确。 2.用 NaOH 溶液吸收烟气中的 SO2,将所得的 Na2SO3 溶液进行电解,可循环再生 NaOH,同 时得到 H2SO4,其原理如下图所示(电极材料为石墨)。



(1)图中 a 极要连接电源的(填“正”或“负”)________极,C 口流出的物质是________。 (2)SO2 3 放电的电极反应式为____________。


(3)电解过程中阴极区碱性明显增强,用平衡移动原理解释原因________。 答案 (1)负 硫酸
2 (2)SO2 3 -2e +H2O===SO4 +2H
- - - +

(3)H2



+OH ,在阴极 H 放电生成 H2,c(H )减小,水的电离平衡正向移动,碱性增强
+ - +







解析 根据 Na 、SO2 3 的移向判断阴、阳极。Na 移向阴极区,a 应接电源负极,b 应接电源 正极,其电极反应式分别为
2 阳极:SO2 3 -2e +H2O===SO4 +2H
- - - +

阴极:2H2O+2e ===H2↑+2OH





所以从 C 口流出的是 H2SO4,在阴极区,由于 H 放电,破坏水的电离平衡,c(H )减小,c(OH






)增大,生成 NaOH,碱性增强,从 B 口流出的是浓度较大的 NaOH 溶液。

题组二 电解原理在“制备物质”中的不寻常应用 3.(1)[2014· 新课标全国卷Ⅰ,27(4)]H3PO2 也可用电渗析法制备。 “四室电渗析法”工作原理 如图所示(阳膜和阴膜分别只允许阳离子、阴离子通过):

- 10 -

①写出阳极的电极反应式__________________________________________________。 ②分析产品室可得到 H3PO2 的原因__________________________________________ ________________________________________________________________________。 ③早期采用“三室电渗析法”制备 H3PO2:将“四室电渗析法”中阳极室的稀硫酸用 H3PO2 稀溶液代替。并撤去阳极室与产品室之间的阳膜,从而合并了阳极室与产品室。其缺点是产 品中混有____________杂质。该杂质产生的原因是____________________________。 (2)[2014· 北京理综,26(4)]电解 NO 制备 NH4NO3,其工作原理如图所示,为使电解产物全部 转化为 NH4NO3,需补充物质 A,A 是________,说明理由: __________________ ________________________________________________________________________。

答案 (1)①2H2O-4e ===O2↑+4H






②阳极室的 H 穿过阳膜扩散至产品室,原料室的 H2PO2 穿过阴膜扩散至产品室,二者反应生 成 H3PO2 ③PO3 4




H2PO2 或 H3PO2 被氧化
电解
2- 2O7 +H2O



(2)NH3 根据反应:8NO+7H2O=====3NH4NO3+2HNO3,电解产生的 HNO3 多 4.根据 2CrO2 4 +2H
- +

设计图示装置(均为惰性电极)电解 Na2CrO4 溶液制取

Na2Cr2O7,图中右侧电极连接电源的______极,其电极反应式为________________ ________________________________________________________________________。

答案 正极 4OH -4e ===O2↑+2H2O 解析 根据 NaOH 溶液浓度的变化及 Na 交换膜,左侧为阴极区域,右侧为阳极区域,电极 反应式为






- 11 -

阴极:4H2O+4e ===2H2↑+4OH 阳极:2H2O-4e ===O2↑+4H 在阳极区域:2CrO2 4 +2H
- + - +





Cr2O2 7 +H2O。


考点四
1.两种比较

金属腐蚀与防护的“两种比较”、“两种方法”

(1)析氢腐蚀和吸氧腐蚀的比较 类型 条件 正极 反应 负极反应 其他 反应 (2)腐蚀快慢的比较 ①一般来说可用下列原则判断:电解池原理引起的腐蚀>原电池原理引起的腐蚀>化学腐蚀>有 防护措施的腐蚀; ②对同一金属来说,腐蚀的快慢:强电解质溶液中>弱电解质溶液中>非电解质溶液中; ③活泼性不同的两种金属,活泼性差别越大,腐蚀越快; ④对同一种电解质溶液来说,电解质溶液浓度越大,金属腐蚀的速率越快。 2.两种保护方法 (1)加防护层 如在金属表面加上油漆、搪瓷、沥青、塑料、橡胶等耐腐蚀的非金属材料;采用电镀或表面 钝化等方法在金属表面镀上一层不易被腐蚀的金属或生成一层致密的薄膜。 (2)电化学防护 ①牺牲阳极的阴极保护法——原电池原理:正极为被保护的金属,负极为比被保护的金属活 泼的金属; ②外加电流的阴极保护法——电解原理:阴极为被保护的金属,阳极为惰性电极。 析氢腐蚀 水膜呈酸性 2H +2e
+ -

吸氧腐蚀 水膜呈弱酸性或中性 O2+2H2O+4e ===4OH Fe-2e ===Fe2
- + + - -

===H2↑

Fe2 +2OH ===Fe(OH)2↓


4Fe(OH)2+O2+2H2O===4Fe(OH)3 Fe(OH)3 失去部分水转化为铁锈

题组一 两种腐蚀的比较 1.利用下图装置进行实验,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( )

- 12 -

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
- +

答案 C 解析 根据装置图判断,左边铁丝发生吸氧腐蚀,右边铁丝发生析氢腐蚀,其电极反应为 左边 负极:Fe-2e ===Fe2
- - +

正极:O2+4e +2H2O===4OH 右边 负极:Fe-2e ===Fe2
- +



正极:2H +2e ===H2↑ a、b 处的 pH 均增大,C 错误。 2.[2014· 福建理综,24(1)]铁及其化合物与生产、生活关系密切。 下图是实验室研究海水对铁闸不同部位腐蚀情况的剖面示意图。





①该电化腐蚀称为____________。 ②图中 A、B、C、D 四个区域,生成铁锈最多的是________(填字母)。 答案 ①吸氧腐蚀 ②B 解析 ①金属在中性和较弱的酸性条件下发生的是吸氧腐蚀。②发生吸氧腐蚀,越靠近液面

接触到的 O2 越多,腐蚀得越严重。 3.铜板上铁铆钉长期暴露在潮湿的空气中,形成一层酸性水膜后铁铆钉会被腐蚀,示意图如 下。下列说法不正确的是( )

A.因铁的金属性比铜强,所以铁铆钉被氧化而腐蚀 B.若水膜中溶解了 SO2,则铁铆钉腐蚀的速率变小
- 13 -

C.铜极上的反应是 2H +2e ===H2↑,O2+4e +4H ===2H2O D.在金属表面涂一层油脂,能防止铁铆钉被腐蚀 答案 B 解析 根据示意图,铁铆钉发生电化学腐蚀,其电极反应式为 - 2+ ? ?负极:2Fe-4e ===2Fe 左侧? - + ?正极:O2+4e +4H ===2H2O ?
2 ? ?负极:Fe-2e ===Fe ? 右侧 + - ? ?正极:2H +2e ===H2↑
- +









B 项,若水膜溶解了 SO2,酸性增强,所以铁铆钉腐蚀的速率将变大。 题组二 腐蚀类型与防护方法 4.利用下图装置,能完成很多电化学实验。下列有关此装置的叙述中,错误的是(双选)( )

A.若 X 为锌棒,Y 为 NaCl 溶液,开关 K 置于 M 处,可减缓铁的腐蚀,这种方法称为牺牲 阳极的阴极保护法 B.若 X 为碳棒,Y 为 NaCl 溶液,开关 K 置于 N 处,可减缓铁的腐蚀,这种方法称为外加电 流的阴极保护法 C.若 X 为铜棒,Y 为硫酸铜溶液,开关 K 置于 M 处时,铁电极上的电极反应式为 Cu2 +2e
+ -

===Cu


D.若 X 为铜棒,Y 为硫酸铜溶液,开关 K 置于 N 处时,溶液中 Cu2 浓度都会发生变化 答案 CD 解析 A 项,当开关 K 置于 M 处时,Zn 作负极被腐蚀,称作牺牲阳极的阴极保护法;B 项, 当开关 K 置于 N 处时,Fe 作阴极被保护,称作外加电流的阴极保护法;C 项,铁作负极,电 极反应式为 Fe-2e ===Fe2 ;D 项,该装置为电镀池,溶液中各离子浓度不会发生变化。
- +

5.(2014· 安徽理综,28)某研究小组为探究弱酸性条件下铁发生电化学腐蚀类型的影响因素, 将混合均匀的新制铁粉和碳粉置于锥形瓶底部,塞上瓶塞(如图 1)。从胶头滴管中滴入几滴醋 酸溶液,同时测量容器中的压强变化。

(1)请完成以下实验设计表(表中不要留空格): 编号 实验目的 碳粉/g 铁粉/g 醋酸/%

- 14 -

① ② ③

为以下实验作参照 醋酸浓度的影响

0.5 0.5 0.2

2.0

90.0 36.0

2.0

90.0

(2)编号①实验测得容器中压强随时间变化如图 2。t2 时,容器中压强明显小于起始压强,其原 因是铁发生了________腐蚀,请在图 3 中用箭头标出发生该腐蚀时电子流动方向;此时,碳 粉表面发生了______(填“氧化”或“还原”)反应,其电极反应式是_________________。

(3)该小组对图 2 中 0~t1 时压强变大的原因提出了如下假设,请你完成假设二: 假设一:发生析氢腐蚀产生了气体; 假设二:________________________________________________________________________; ?? (4)为验证假设一,某同学设计了检验收集的气体中是否含有 H2 的方案。请你再设计一个实验 方案验证假设一,写出实验步骤和结论。 实验步骤和结论(不要求写具体操作过程):

答案 (1)②2.0 ③碳粉含量的影响

(2)吸氧 (3)反应放热,温度升高

还原 2H2O+O2+4e ===4OH (或 4H +O2+4e ===2H2O)









(4)①药品用量和操作同编号①实验(多孔橡皮塞增加进、出导管); ②通入氩气排净瓶内空气; ③滴入醋酸溶液, 同时测量瓶内压强变化(也可测温度变化、 检验 Fe2 等)。 如果瓶内压强增大,


假设一成立。否则假设一不成立。(本题属于开放性试题,答案合理即可) 解析 (1)本题采用“控制变量法”进行研究,即保持其他条件相同,只考虑其中一个因素对

实验的影响。探究醋酸浓度对电化学腐蚀的影响时,应保证碳粉和铁粉的质量与参照实验相 同,因此实验②中铁粉为 2.0 g;对比实验①和③可知,铁粉的质量及醋酸的浓度相同,而碳

- 15 -

粉的质量不同,显然探究的是碳粉的含量对铁的电化学腐蚀的影响。 (2)当铁发生析氢腐蚀时,由于生成 H2,容器的压强不断增大,而发生吸氧腐蚀时,由于消耗 O2,容器的压强不断减小,t2 时容器的压强明显小于起始压强,说明铁发生了吸氧腐蚀,此时 Fe 作负极,失去电子发生氧化反应;碳粉作正极,O2 在其表面得到电子发生还原反应,电极 反应式为 O2+2H2O+4e ===4OH (或 4H +O2+4e ===2H2O)。 (3)Fe 发生电化学腐蚀时,放出热量,使体系的温度升高。 (4)参照实验①中药品的用量及操作方法,更换多孔橡皮塞,增加进、出气导管,并通入稀有 气体,排出空气,滴加醋酸溶液,同时测量瓶内压强的变化、温度变化等,确定猜想一是否 成立。
- - + -

考点五

利用“电子守恒”思想突破电化学的计算

电化学计算的基本方法和技巧: 原电池和电解池的计算包括两极产物的定量计算、溶液 pH 的计算、相对原子质量和阿伏加德 罗常数的计算、产物的量与电量关系的计算等。通常有下列三种方法: 1.根据电子守恒计算 用于串联电路中阴阳两极产物、正负两极产物、相同电量等类型的计算,其依据是电路中转 移的电子数相等。 2.根据总反应式计算 先写出电极反应式,再写出总反应式,最后根据总反应式列出比例式计算。 3.根据关系式计算 根据得失电子守恒定律关系建立起已知量与未知量之间的桥梁,构建计算所需的关系式。 如以通过 4 mol e 为桥梁可构建如下关系式:


4e-~ 2Cl 2 (Br2、I 2 )~O2
阳极产物

4 2H 2~ 2Cu~4Ag~ M n
阴极产物

(式中 M 为金属,n 为其离子的化合价数值) 该关系式具有总揽电化学计算的作用和价值,熟记电极反应式,灵活运用关系式便能快速解 答常见的电化学计算问题。

题组一 无明显“外接电源”的电解池“串联”的判断与计算 1.如下图所示,其中甲池的总反应式为 2CH3OH+3O2+4KOH===2K2CO3+6H2O,下列说法 正确的是( )

- 16 -

A.甲池是电能转化为化学能的装置,乙、丙池是化学能转化电能的装置 B.甲池通入 CH3OH 的电极反应式为 CH3OH-6e +2H2O===CO2 3 +8H
- - +

C.反应一段时间后,向乙池中加入一定量 Cu(OH)2 固体能使 CuSO4 溶液恢复到原浓度 D.甲池中消耗 280 mL(标准状况下)O2,此时丙池中理论上最多产生 1.45 g 固体 答案 D 解析 甲池为原电池,作为电源,乙池、丙池为两个电解池。根据原电池的形成条件,通入

CH3OH 的一极为负极,通入 O2 的一极为正极,所以石墨、Pt(左)作阳极,Ag、Pt(右)作阴极; B 项,负极反应:CH3OH-6e +8OH ===CO2 3 +6H2O;C 项,应加入 CuO 或 CuCO3;D 项,
- - -

丙池中:MgCl2+2H2O 电解,Mg(OH)2↓+Cl2↑+H2↑,消耗 0.012 5 mol O2,转移 0.05 mol 电子,生成 0.025 mol Mg(OH)2,其质量为 1.45 g。 题组二 有明显“外接电源”的电解池“串联”的判断与计算 2.在如图所示的装置中,若通直流电 5 min 时,铜电极质量增加 2.16 g。试回答下列问题。

(1)电源中 X 电极为直流电源的________极。 (2)pH 变化:A:________,B:________,C:________(填“增大” 、 “减小”或“不变”) (3)通电 5 min 时, B 中共收集 224 mL(标准状况下)气体, 溶液体积为 200 mL, 则通电前 CuSO4 溶液的物质的量浓度为________________________(假设电解前后溶液体积无变化)。 (4)若 A 中 KCl 足量且溶液的体积也是 200 mL,电解后,溶液的 pH 为______________(假设 电解前后溶液体积无变化)。 答案 (1)负 (2)增大 减小 不变 (3)0.025 mol· L (4)13 解析 (1)三个装置是串联的电解池。电解 AgNO3 溶液时,Ag 在阴极发生还原反应变为 Ag, 所以质量增加的铜电极是阴极,则银电极是阳极,Y 是正极,X 是负极。 (2)电解 KCl 溶液生成 KOH,溶液 pH 增大;电解 CuSO4 溶液生成 H2SO4,溶液 pH 减小;电
+ -1

- 17 -

解 AgNO3 溶液,银为阳极,不断溶解,Ag 浓度基本不变,pH 不变。 (3)通电 5 min 时,C 中析出 0.02 mol Ag,电路中通过 0.02 mol 电子。B 中共收集 0.01 mol 气 体,若该气体全为氧气,则电路中需通过 0.04 mol 电子,电子转移不守恒。因此,B 中电解分 为两个阶段,先电解 CuSO4 溶液,生成 O2,后电解水,生成 O2 和 H2,B 中收集到的气体是 O2 和 H2 的混合物。设电解 CuSO4 溶液时生成 O2 的物质的量为 x,电解 H2O 时生成 O2 的物质 的量为 y,则 4x+4y=0.02 mol(电子转移守恒),x+3y=0.01 mol(气体体积之和),解得 x=y =0.002 5 mol, 所以 n(CuSO4)=2×0.002 5 mol=0.005 mol, c(CuSO4)=0.005 mol÷ 0.2 L=0.025 mol· L 1。(4)通电 5 min 时,A 中放出 0.01 mol H2,溶液中生成 0.02 mol KOH,c(OH )=0.02
- -



mol÷ 0.2 L=0.1 mol· L 1,pH=13。


两种“串联”装置图比较

图 1 中无外接电源,其中必有一个装置是原电池装置(相当于发电装置),为电解池装置提供电 能,其中两个电极活泼性差异大者为原电池装置,如图 1 中左边为原电池装置,右边为电解 池装置。图 2 中有外接电源,两烧杯均作电解池,且串联电解,通过两池的电子数目相等。 专题突破练 一、单项选择题 1.下列叙述中正确的是( )

A.图①中正极附近溶液 pH 降低 B.图①中电子由 Zn 流向 Cu,盐桥中的 Cl 移向 CuSO4 溶液 C.图②正极反应是 O2+2H2O+4e ===4OH
- - -

D.图②中加入少量 K3[Fe(CN)6]溶液,有蓝色沉淀生成 答案 D 解析 A 项,正极电极反应式为 Cu2 +2e ===Cu,c(Cu2 )减小,Cu2 +2H2O
+ - + + + -

Cu(OH)2

+2H 平衡向左移动,酸性减弱,pH 应升高;B 项,盐桥中的 Cl 应移向负极区域;C 项,应 发生析氢腐蚀;D 项,K3[Fe(CN)6]和 Fe2 反应生成 Fe3[Fe(CN)6]2 蓝色沉淀。


2.硼化钒(VB2)—空气电池是目前储电能力最高的电池,电池示意图如右,该电池工作时反应

- 18 -

为 4VB2+11O2===4B2O3+2V2O5。下列说法正确的是(

)

A.电极 a 为电池负极 B.图中选择性透过膜只能让阳离子选择性透过 C.电子由 VB2 极经 KOH 溶液流向 a 电极 D.VB2 极发生的电极反应为 2VB2+22OH -22e ===V2O5+2B2O3+11H2O 答案 D 解析 电极反应式为正极:11O2+44e +22H2O===44OH , 负极:4VB2+44OH -44e ===2V2O5+4B2O3+22H2O;B 项,因为负极上消耗 OH ,所以选 择性透过膜应只让阴离子选择性透过;C 项,电子不会进入电解质溶液。 3.一种新型燃料电池,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 。下列说法不正确的是(
- - - - - - - -

)

A.在熔融电解质中,O 向正极定向移动 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
- - -

2-

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


答案 A 解析 电极反应式为 正极:O2+4e ===2O2
- - -

负极:C4H10-26e +13O2 ===4CO2+5H2O


A 项,O2 在正极上生成,应移向负极。


4.(2014· 上海,12)如下图所示,将铁棒和石墨棒插入盛有饱和 NaCl 溶液的 U 型管中,下列 分析正确的是( )

A.K1 闭合,铁棒上发生的反应为 2H +2e ― →H2↑ B.K1 闭合,石墨棒周围溶液 pH 逐渐升高 C.K2 闭合,铁棒不会被腐蚀,属于牺牲阳极的阴极保护法 D.K2 闭合,电路中通过 0.002NA 个电子时,两极共产生 0.001 mol 气体
- 19 -





答案 B 解析 本题考查电化学原理。K1 闭合,该装置为原电池,根据原电池原理铁棒为负极,发生 的反应为 Fe-2e ― →Fe2 ,石墨棒为正极,发生的反应为 O2+4e +2H2O― →4OH ,石墨棒
- + - -

周围溶液 pH 逐渐升高,所以 A 错误、B 正确;K2 闭合则为电解池装置,根据电解原理,铁 棒为阴极,不会被腐蚀,属于外加电流的阴极保护法,C 错;此电解池是电解饱和 NaCl 溶液, 两极产生氢气和氯气共为 0.002 mol,D 错。 5.近年来,金属—空气电池的研究和应用取得很大进步,这种新型燃料电池具有比能量高、 污染小、应用场合多等多方面优点。铝—空气电池工作原理如图所示。关于金属—空气电池 的说法不正确的是( )

A.铝—空气电池(如上图)中,铝作负极,电子通过外电路到正极 B.为帮助电子与空气中的氧气反应,可使用活性炭作正极材料 C.碱性溶液中,负极反应为 Al(s)+3OH (aq)===Al(OH)3(s)+3e ,每消耗 2.7 g Al(s),需耗 氧 6.72 L(标准状况) D.金属—空气电池的可持续应用要求是一方面在工作状态下要有足够的氧气供应,另一方面 在非工作状态下能够密封防止金属自腐蚀 答案 C 解析 C 项,电极反应式为 负极:4Al(s)-12e +16OH (aq)===4AlO2 (aq)+8H2O 正极:3O2+12e +6H2O===12OH (aq) 2.7 1 所以每消耗 2.7 g Al,需耗氧(标准状况)的体积为 × ×3×22.4=1.68 L。 27 4 6.美国福特(Ford)公司于 1967 年首先发明公布的钠硫电池由于具有高能的诱人特点,受到很 多国家极大的重视和发展。右图为钠硫高能电池的结构示意图,M 由 Na2O 和 Al2O3 制得,该 电池的工作温度为 320 ℃左右,电池反应为 2Na+xS===Na2Sx,下列叙述正确的是( )
- - - - - - -

A.M 只是用来隔离 Na 和 S B.正极的电极反应式为 xS+2e ===S2 x
- -

- 20 -

C.与铅蓄电池相比,当消耗相同质量的负极活性物质时,钠硫电池的理论放电量是铅蓄电池 的4倍 D.Na 在电池工作过程中向负极移动 答案 B 解析 电极反应式为 负极:2Na-2e ===2Na
- - - + +

正极:xS+2e ===S2 x m 23 C 项, =4.5 倍; m ×2 207 D 项,Na 应向正极移动; A 项,M 除了用来隔离 Na 和 S,还用来传导离子。 7.液流电池是一种新型可充电的高性能蓄电池,其工作原理如下图。两边电解液存储罐盛放 的电解液分别是含有 V3 、V2 的混合液和 VO2 、VO2 酸性混合液,且两极电解液分开,各自
+ + + + +

循环。

下列说法不正确的是(

)
+ - +

A.充电时阴极的电极反应是 V3 +e ===V2


B.放电时,VO2 作氧化剂,在正极被还原,V2 作还原剂,在负极被氧化


C.若离子交换膜为质子交换膜,充电时当有 1 mol e 发生转移时,左槽电解液的 H 的物质的 量增加了 1 mol D.若离子交换膜为阴离子交换膜,放电时阴离子由左罐移向右罐 答案 C 解析 放电时的电极反应式为 负极:V2 -e ===V3
+ - + - +





正极:VO2 +e +2H ===VO2 +H2O
+ +

充电时的电极反应式为 阴极:V3 +e ===V2
+ - + +

阳极:VO2 +H2O-e ===VO2 +2H
- +



A、B 正确;D 项,右罐正电荷增多,所以阴离子由左罐移向右罐;C 项,根据电解池电极反 应式,充电时当有 1 mol e 发生转移时,左槽电解液的 H 增加 2 mol,错误。
- +

- 21 -

二、双项选择题 8.我国镍氢电池居世界先进水平,我军潜艇将装备国产大功率镍氢动力电池。常见镍氢电池 的某极是储氢合金 LaNi5H6(LaNi5H6 中各元素化合价均可视为零价), 电池放电时发生的反应通 常表示为 LaNi5H6+6NiO(OH)===LaNi5+6Ni(OH)2。下列说法正确的是( A.放电时储氢合金作负极 B.放电时负极反应为 LaNi5H6-6e ===LaNi5+6H C.充电时阳极周围 c(OH )减小 D.充电时储氢合金作负极 答案 AC 解析 放电时的电极反应式为 负极:LaNi5H6-6e +6OH ===LaNi5+6H2O 正极:6NiO(OH)+6e +6H2O===6Ni(OH)2+6OH 充电时的电极反应式为 阴极:LaNi5+6H2O+6e ===LaNi5H6+6OH
- - - - - - - - - - +

)

阳极:6Ni(OH)2+6OH -6e ===6NiO(OH)+6H2O C 项,在阳极周围消耗 OH ,其浓度减小。 9.电浮选凝聚法是工业上采用的一种污水处理方法,某研究小组用电浮选凝聚法处理污水, 设计装置如图所示,下列说法正确的是( )


A.装置 A 中碳棒为阴极 B.装置 B 中通入空气的电极反应是 2O2+8e +4CO2===4CO2 3
- -

C.污水中加入适量的硫酸钠,既可增强溶液的导电性,又可增强凝聚净化的效果 D.标准状况下,若 A 装置中产生 44.8 L 气体,则理论上 B 装置中要消耗 CH4 11.2 L 答案 BC 解析 燃料电池电极反应式为 负极:CH4-8e +4CO2 3 ===5CO2+2H2O
- -

正极:2O2+8e +4CO2===4CO2 3




电解池电极反应式为 阳极:Fe-2e ===Fe2 ,4OH -4e ===2H2O+O2↑
- + - -

阴极:2H +2e ===H2↑ Fe2 +2OH ===Fe(OH)2↓
+ -





- 22 -

4Fe(OH)2+O2+2H2O===4Fe(OH)3 Fe(OH)3 具有吸附性,从而达到净水目的; C 项,Na2SO4 易溶于水且呈中性; D 项,A 装置除产生 H2 外,还会产生 O2,所以消耗的 CH4 不是 11.2 L。 10.图Ⅰ的目的是精练铜,图Ⅱ的目的是保护钢闸门。下列说法不正确的是( )

A.图Ⅰ中 a 为粗铜 B.图Ⅰ中 SO2 4 向 b 极移动


C.图Ⅱ中如果 a、b 间连接电源,则 a 连接负极 D.图Ⅱ中如果 a、b 间用导线连接,则 X 可以是铜 答案 AD 解析 电镀时,粗铜作阳极,纯铜作阴极;保护钢闸门,钢闸门作阴极或作正极而被保护起

来;D 项,a、b 间若用导线连接,X 的活泼性应大于铁的活泼性,X 可以是 Zn。 三、非选择题 11.(1)含乙酸钠和对氯酚( 所示: )的废水可以利用微生物电池除去,其原理如下图

①B 是电池的______极(填“正”或“负”); ②A 极的电极反应式为______________。 (2)电渗析法处理厨房垃圾发酵液, 同时得到乳酸的原理如下图所示(图中 “HA” 表示乳酸分子, A 表示乳酸根离子)。


- 23 -

①阳极的电极反应式为__________________; ②简述浓缩室中得到浓乳酸的原理:_________________________________________ ________________________________________________________________________; ③电解过程中,采取一定的措施可控制阳极室的 pH 约为 6~8,此时进入浓缩室的 OH 可忽 略不计.400 mL 10 g· L
-1 -

乳酸溶液通电一段时间后, 浓度上升为 145 g· L 1(溶液体积变化忽略不
- -

计),阴极上产生的 H2 在标准状况下的体积约为________ L。(乳酸的摩尔质量为 90 g· mol 1) 答案 (1)①负

(2)①4OH -4e ===2H2O+O2↑ ②阳极 OH 放电,c(H )增大,H 从阳极通过阳离子交换膜进入浓缩室;阴极区 H 放电,c(H
+ - + + +





)减小,A 通过阴离子交换膜从阴极进入浓缩室,H +A ===HA,乳酸浓度增大







③6.72 解析 (1)电极反应式为 负极:CH3COO -8e +4H2O===2HCO3 +9H
- - - +

(2)阴极:4H +4e ===2H2↑ 阳极:4OH -4e ===2H2O+O2↑ 阴极区 H 减少,A 移向浓缩室,阳极区 H 浓度增大,移向浓缩室,得到浓乳酸溶液,增加 - - 0.4 L×145 g· L 1-0.4 L×10 g· L 1 的乳酸的物质的量为 =0.6 mol - 90 g· mol 1 0.6 mol - 所以产生 H2 的物质的量: ×22.4 L· mol 1=6.72 L。 2 12.(2014· 北京理综,28)用 FeCl3 酸性溶液脱除 H2S 后的废液,通过控制电压电解得以再生。 某同学使用石墨电极,在不同电压(x)下电解 pH=1 的 0.1 mol· L 1FeCl2 溶液,研究废液再生机
- + - + - -





理。记录如下(a、b、c 代表电压数值): 序号 Ⅰ 电压/V x≥a 阳极现象 电极附近出现黄色,有气泡产生 检验阳极产物 有 Fe3 、有 Cl2


- 24 -

Ⅱ Ⅲ

a>x≥b b>x>0


电极附近出现黄色,无气泡产生 无明显变化

有 Fe3 、无 Cl2


无 Fe3 、无 Cl2


(1)用 KSCN 溶液检验出 Fe3 的现象是_______________________________________ ________________________________________________________________________。 (2)Ⅰ中,Fe3 产生的原因可能是 Cl 在阳极放电,生成的 Cl2 将 Fe2 氧化。写出有关反应:
+ - +

________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (3)由Ⅱ推测,Fe3 产生的原因还可能是 Fe2 在阳极放电,原因是 Fe2 具有________性。
+ + +

(4)Ⅱ中虽未检验出 Cl2,但 Cl 在阳极是否放电仍需进一步验证。电解 pH=1 的 NaCl 溶液做 对照实验,记录如下: 序号 Ⅳ Ⅴ 电压/V a>x≥c c>x≥b




阳极现象 无明显变化 无明显变化

检验阳极产物 有 Cl2 无 Cl2

①NaCl 溶液的浓度是________ mol· L 1。 ②Ⅳ中检测 Cl2 的实验方法:_______________________________________________ ________________________________________________________________________。 ③与Ⅱ对比,得出的结论(写出两点): _______________________________________ ________________________________________________________________________。 答案 (1)溶液变血红色 (2)2Cl -2e ===Cl2↑,Cl2+2Fe2 ===2Fe3 +2Cl
- - + + -

(3)还原 (4)①0.2 ②取少量阳极附近的溶液,滴在淀粉KI 试纸上,试纸变蓝
3+ 2+


③通过控制电压,证

实了产生 Fe 的两种原因都成立;通过控制电压,验证了 Fe 先于 Cl 放电 解析 (1)SCN 与 Fe3 发生反应生成 Fe(SCN)3 而使溶液变成血红色,常根据这一颜色变化检
- +

验溶液中的 Fe3 。


(2)实验Ⅰ中阳极附近出现黄色,有气泡产生,则该气体应为 Cl2,Cl2 将 Fe2 氧化成 Fe3 ,有
+ +

关反应为 2Cl -2e ===Cl2↑,Cl2+2Fe2 ===2Cl +2Fe3 。
- - + - +

(3)电解过程中,阳极发生氧化反应,由于 Fe2 具有还原性,若其浓度较大,可能在阳极失去


电子发生氧化反应生成 Fe3 。


(4)①pH=1 的 0.1 mol· L

-1

的 FeCl2 溶液中,c(Cl )=0.2 mol· L 1,若保证电解时溶液中 c(Cl )
- - - -

相同,则 pH=1 的 NaCl 溶液中 c(NaCl)应为 0.2 mol· L 1。 ②Cl2 具有强氧化性,可取少量阳极附近的溶液,滴在淀粉KI 试纸上,试纸变蓝。 ③对比实验Ⅱ和Ⅳ、Ⅴ可知,电极附近出现黄色可能是由于生成 Fe3 、Cl2 所致,通过控制电


压,证明产生 Fe3 的两种原因都成立,同时也验证了 Fe2 先于 Cl 放电。
+ + -

- 25 -

13. (2014· 江门一模)海洋资源的开发与利用具有广阔的前景。 海水的 pH 一般在 7.5~8.6 之间。 某地海水中主要离子的含量如下表: 成分 含量 /mg· L
-1

Na



K



Ca2



Mg2



Cl



SO2 4



HCO3 118



9 360

83

200

1 100

16 000

1 200

(1)电渗析法是近年发展起来的一种较好的海水淡化技术,其原理如下图所示。其中阴(阳)离子 交换膜只允许阴(阳)离子通过。

①阴极的电极反应式为__________________; ②电解一段时间,阴极区会产生水垢,其成分为 CaCO3 和 Mg(OH)2,写出生成 CaCO3 的离子 方程式______________________________________; ③淡水的出口为 a、b、c 中的________出口。 (2)海水中锂元素储量非常丰富,从海水中提取锂的研究极具潜力。锂是制造化学电源的重要 原料,如 LiFePO4 电池某电极的工作原理如下图所示:

该电池电解质为传导 Li 的固体材料。放电时该电极是电池的________(填“正”或“负”)极, 电极反应式为______________________。 答案 (1)①2H2O+2e ===H2↑+2OH
+ - - - -



②Ca2 +OH +HCO3 ===CaCO3↓+H2O ③b (2)正 FePO4+e +Li ===LiFePO4 解析 (1)①电解海水,阴极是 H 得电子,而不是活泼金属阳离子,2H2O+2e ===H2↑+2OH
- + - - +




②主要考查电解知识, 在阴极上阳离子放电, 阳离子中 H 的还原性最强, 先放电, 因此有 2H2O +2e ===H2↑+2OH ,由此可知阴极区的碱性增强,生成 CaCO3 沉淀的离子方程式是 OH
- - - + - - -

2 2 +HCO3 ===CO2 3 ,CO3 +Ca ===CaCO3↓。本题要从两个方面考虑离子的迁移,电解时溶

液中阳离子向阴极移动,阴离子向阳极移动,而最左侧的阳离子交换膜阻碍了 Cl 的迁移,最
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右侧的阴离子交换膜阻碍了 Na 的迁移,因此 a、c 出口出来的仍为盐水,同理分析只有 b 出 口出来的为淡水。 (2)放电时的电极反应式分别为负极:Li-e ===Li ,正极:FePO4+Li +e ===LiFePO4。
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