電化學(xué)原理及其應(yīng)用知識(shí)網(wǎng)絡(luò)

9-1- --1-考點(diǎn)提示一、原電池原電池的定義和化學(xué)原理從能量轉(zhuǎn)變看，原電池是將化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿难b置；從化學(xué)反響來看，原電池的原理是氧化復(fù)原反響中的復(fù)原劑失去的電子經(jīng)過導(dǎo)線傳遞給氧化劑，使氧化反響和復(fù)原反響分別在兩個(gè)電極上進(jìn)展。一般來說，能自發(fā)進(jìn)展的氧化復(fù)原反響，在理論上都可以組成原電池。構(gòu)成原電池的條件⑴電極材料應(yīng)是兩種金屬活動(dòng)性不同的金屬或由金屬和其他能導(dǎo)電的材料〔如非金屬等〕組成；⑵兩電極必需浸在電解質(zhì)溶液中；⑶形成閉合回路。留意：①極活潑金屬不能做原電池的負(fù)極，如鉀、鈉等；②原電池的負(fù)極不肯定要與電解質(zhì)溶液中的某種成分反響；③氧化反響和復(fù)原反響分別在兩極上進(jìn)展后，使得氧化復(fù)原反響更易進(jìn)展。原電池的電極反響式和總反響式的書寫在原電池中：負(fù)極〔電子流出的極〕失去電子，發(fā)生氧化反響；正極〔電子流入的極〕得到電子，發(fā)生復(fù)原反響。以上兩個(gè)反響是在電極與界面上發(fā)生的氧化反響或復(fù)原反響，稱為電極反響。留意：①電極反響式中常用“═→兩極得失電子數(shù)應(yīng)相等。原電池的總反響式一般是把正極和負(fù)極的電極反響式相加而得。假設(shè)電解質(zhì)為弱電解質(zhì)，在相加時(shí)應(yīng)把離子改為相應(yīng)的弱電解質(zhì)。例如：銅、鋅和稀硫酸組成的原電池的總反響式為：Zn+2H+═Zn2++H2↑；銅、鋅和醋酸溶液組成的原電池的總反響式為：Zn+2CHCOOH═Zn2++2CHCOO―+H↑3 3 2原電池的正負(fù)極的推斷方法⑴依據(jù)組成原電池的兩極電極材料推斷。一般是較活潑的金屬為負(fù)極，活潑性較弱的金屬或能導(dǎo)電的非金屬為正極。⑶依據(jù)原電池里電解質(zhì)溶液中離子的移動(dòng)方向推斷。在原電池的電解質(zhì)溶液內(nèi)，陽離子向正極移動(dòng)，而陰離子向負(fù)極移動(dòng)。⑷依據(jù)原電池兩極發(fā)生的變化推斷。原電池的負(fù)極總是失電子，發(fā)生氧化反響；而正極總是得電子，發(fā)生復(fù)原反響。原電池原理的應(yīng)用⑴制作化學(xué)電源。例如：①鋅-錳干電池〔鋅-錳干電池反響原理及示意圖請(qǐng)看高二化學(xué)教材P 〕99②鉛蓄電池：Pb作電池的負(fù)極，PbO作電池的正極，電解質(zhì)溶液是稀硫酸〔30%左右。電極反2應(yīng)式〔負(fù)極b+O―–e═O 〔正極O +H++O+e═OH；總反響式：4 4 2 4 4 2Pb+PbO2+4H++2H2SO4═2PbSO4+2H2O留意：蓄電池在放電時(shí)起原電池的作用，將化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?；充電時(shí)起電解池的作用，將電能轉(zhuǎn)變?yōu)榛瘜W(xué)能。而是在工作時(shí)，不斷從外界輸入，同時(shí)將電極反響產(chǎn)物不斷排出電池，例如氫氧燃料電池等。氫氧燃料電池有酸式和堿式兩種，它們放電時(shí)的總反響式均為：2H2+O2═H2O。酸式氫氧燃料電池中的電解質(zhì)是酸〔如稀H4溶液極：2H24e―═4H+；正極：O2+4H+4e―═2H2O。堿式氫氧燃料電池中的電解質(zhì)是堿〔如0的H溶液，電極為多孔的i電極。 9-2- --2-其電極反響式：負(fù)極：2H+4OH―2

–4e―═4HO；正極：O+2HO+4e―═4OH―。2 2 2⑵加快反響速度。例如，試驗(yàn)室用Zn和稀硫酸〔或稀鹽酸〕反響制H時(shí)，常用2ZnZnZnCuSOZnCu2+發(fā)生反響生4Cu，ZnCu〔Zn中的雜質(zhì)〕在酸溶液中形成原電池，加快了產(chǎn)生H的速率。2⑶依據(jù)原電池推斷金屬活動(dòng)性的強(qiáng)弱。二、金屬的腐蝕和防護(hù)金屬的腐蝕金屬腐蝕的實(shí)質(zhì)種類金屬腐蝕的實(shí)質(zhì)種類金屬原子失去電子被氧化而消耗：M–ne―═Mn+金屬的腐蝕原理區(qū)分化學(xué)腐蝕金屬和非電解質(zhì)或其他物質(zhì)接觸而直接發(fā)生氧化復(fù)原反響而引起的腐蝕金屬直接與其他物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反響而消耗腐蝕過程中無電流產(chǎn)生金屬被腐蝕電化學(xué)腐蝕不純金屬或合金在電解質(zhì)溶液中發(fā)生原電消耗不純金屬在電解質(zhì)溶液中發(fā)生原電池反響而消耗腐蝕過程中有微弱電流產(chǎn)生較活潑金屬被腐蝕⑵電化學(xué)腐蝕的分類〔以鋼鐵腐蝕為例〕〔Fe〕2Fe–4e―═2Fe2+；正極〔C〕O

+2HO+4e―═4OH―；總反響式：2Fe+O+2HO═2Fe(OH) 。2 2 2 2 2②析氫腐蝕：析氫腐蝕的條件為酸性溶液。電極反響式：負(fù)極〔Fe〕Fe–2e―═Fe2+；正極〔C〕2H++2e―═H

↑；總反響式：Fe+2H+═Fe2++H↑2 2留意：①在上述兩種電化學(xué)腐蝕中，吸氧腐蝕是主要的。②當(dāng)兩極均不能與電解質(zhì)溶液直接反應(yīng)時(shí)，發(fā)生的即為吸氧腐蝕。如鐵釘、銅片等在食鹽水中發(fā)生的腐蝕即為吸氧腐蝕。金屬腐蝕快慢的規(guī)律⑴電解原理引起的腐蝕＞原電池原理引起的腐蝕＞化學(xué)腐蝕〔通常〕＞有防腐措施的腐蝕⑵對(duì)同一金屬來說，腐蝕的快慢：強(qiáng)電解質(zhì)溶液＞弱電解質(zhì)溶液＞非電解質(zhì)溶液⑶對(duì)同一電解質(zhì)溶液來說，電解質(zhì)溶液濃度越大，腐蝕越快。⑷一般來說，活潑性不同的兩種金屬，活潑性差異越大，腐蝕越快。金屬的防護(hù)影響金屬腐蝕的因素有金屬的本性〔內(nèi)因〕和外界條件〔外因〕兩個(gè)方面。金屬防護(hù)的常用方法有以下幾種：⑴轉(zhuǎn)變金屬內(nèi)部組成構(gòu)造而增加抗蝕力量。如不銹鋼等。熱鍍、噴鍍法；③用化學(xué)方法使其外表形成一層致密氧化膜。⑶電化學(xué)保護(hù)法。如①外加電流的陰極保護(hù)法〔電解原理；②犧牲陽極〔即負(fù)極〕的陰極〔即正極〕保護(hù)法〔原電池原理。三、電解概念⑴電解：使直流電流通過電解質(zhì)溶液而在陰、陽兩極引起氧化復(fù)原反響的過程。留意：①不用溝通電；②電解質(zhì)溶液可以電解，熔化狀態(tài)下的離子化合物也可以電解；③電解與電離的區(qū)分和聯(lián)系〔以l為例：外加直流電構(gòu)成條件電解質(zhì)溶液或熔化狀態(tài)下的離子化合物⑵電解池〔或電解槽外加直流電構(gòu)成條件電解質(zhì)溶液或熔化狀態(tài)下的離子化合物 9-3- --3-兩個(gè)電極 陽極陰極電解原理從能量轉(zhuǎn)變看，電解是將電能轉(zhuǎn)變?yōu)榛瘜W(xué)能的過程；從化學(xué)反響來看，電解的原理是在外加電流的作用下使不能自發(fā)進(jìn)展的氧化復(fù)原反響分別在兩個(gè)電極上進(jìn)展〔陽極上發(fā)生氧化反響，陰極上發(fā)生復(fù)原反響就是該溶液的電解過程。電解池的電極反響式和總反響式的書寫在電解池中：陰極〔電子流入的極〕溶液里的陽離子得到電子，發(fā)生復(fù)原反響；正極〔電子流出的極〕溶液里的陰離子失去電子，發(fā)生氧化反響。以電解氯化銅溶液為例：陰極：Cu2++2e―═Cu〔復(fù)原反響〕2――═l↑〔氧化反響〕2總反響式為：化學(xué)方程式CuCl 解Cu+Cl↑ 圖22 2離子方程式Cu2++2Cl―

Cu+Cl↑2電解池的總反響式一般是把陽極和陰極的電極反響式相加而得。假設(shè)電解質(zhì)為弱電解質(zhì)，在相加時(shí)應(yīng)把離子改為相應(yīng)的弱電解質(zhì)。留意：總反響式中必需注明反響條件。沒有電解條件，反響根本不發(fā)生。電解時(shí)電極產(chǎn)物的推斷⑴陰極產(chǎn)物：依據(jù)溶液里的陽離子得電子力量強(qiáng)弱來推斷。陽離子的放電挨次一般是：Ag+＞Fe3+＞Cu2+＞H+＞Pb2+＞Sn2+＞Fe2+＞Zn2+＞Al3+＞Mg2+＞Na+＞Ca2+＞K+

⑵陽極產(chǎn)物：依據(jù)溶液里的陰離子失電子力量強(qiáng)弱來推斷。陰離子的放電挨次一般是：S2―＞I―＞Br―＞Cl―＞OH―＞含氧酸根＞F―電解池的陰陽極的推斷方法⑴依據(jù)所連接的外加電源推斷。與直流電源正極相連的為陽極，與直流電源負(fù)極相連的為陰極。⑵據(jù)電子流淌方向推斷。電子流淌方向?yàn)椋弘娫簇?fù)極→陰極→陽極→電源正極⑶依據(jù)電解池里電解質(zhì)溶液中離子的定向移動(dòng)方向推斷。在電解池的電解質(zhì)溶液內(nèi)，陽離子向陰極移動(dòng)，而陰離子向陽極移動(dòng)。⑷依據(jù)電解池兩極產(chǎn)物推斷。一般狀況下，陰極上的現(xiàn)象是：析出金屬〔質(zhì)量增重〕或有無色氣體〔H〕放出；陽極上的現(xiàn)象2是：有非金屬單質(zhì)生成，呈氣態(tài)的有Cl2、O2或電極質(zhì)量減輕〔活性電極作陽極。電解原理的應(yīng)用⑴用惰性電極電解酸、堿、鹽溶液主要解決以下問題：①電極反響確實(shí)定；②電解產(chǎn)物的推斷；③電解反響方程式〔化學(xué)方程式和離子方程式〕的書寫；④電解前后溶液的組成、濃度及pH的變化等。電解質(zhì)類型電極反響式電解質(zhì)類型電極反響式陽極陰極電解反響方程式電解質(zhì)的濃度電解后溶pH〔HSO〕2 4增大減小 9-4- --4-無氧酸〔無氧酸〔HCl〕可溶性堿〔如NaOH〕活潑金屬含氧酸鹽〔NaSO〕2 4不活潑金屬含氧酸鹽〔CuSO〕4活潑金屬無氧酸鹽〔NaCl〕不活潑金屬無氧酸鹽〔CuCl〕2金屬或合金的過程。電鍍的目的是增加制品的抗腐蝕性或外表硬度，使制品更加美觀耐用。例如，在鐵制品外表鍍銅時(shí)，鐵制品作陰極，鍍層金屬銅作陽極，硫酸銅溶液作電鍍液。其電極反響式為：陰極：金屬或合金的過程。電鍍的目的是增加制品的抗腐蝕性或外表硬度，使制品更加美觀耐用。例如，在鐵制品外表鍍銅時(shí)，鐵制品作陰極，鍍層金屬銅作陽極，硫酸銅溶液作電鍍液。其電極反響式為：陰極：Cu2++2e―═Cu；陽極：Cu–2e―═Cu2+留意：①在電鍍過程中，極板上發(fā)生的反響受多種因素的影響，主要靠掌握離子的濃度等條件而使電鍍液中的H+OH―不放電。②電解和電鍍的比較不同點(diǎn)相同點(diǎn)電解陽極材料惰性電極電鍍?cè)谥绷麟娮饔没?、?fù)原反響電解液一般為電解質(zhì)溶液電鍍液中必需含鍍層金屬陽離子電解液濃度一般發(fā)生變化〔鍍層金屬〕根本上不發(fā)生變化⑷電解精煉——精煉銅精銅作陰極，粗銅作陽極，硫酸銅溶液為電解液。通電后，陰極〔精銅++e═u，陽極〔粗銅u–═；粗銅中的雜質(zhì)〔較活潑的金屬〕失電子變成陽離子進(jìn)入電解液，比銅不活潑的金屬沉積在電解槽陽極底部。⑸電冶活潑金屬〔如鈉、鎂、鋁等〕的離子不易得電子，不能用一般復(fù)原劑法進(jìn)展冶煉，而用電解法，稱為電冶。例如，用石墨電極電解熔融的氧化鋁：2Al2O3電4Al+3O2↑ 9-5- --5-一、選擇題〔448〕有關(guān)右圖裝置的表達(dá)不正確的選項(xiàng)是〔 〕這是一個(gè)原電池裝置該裝置中Pt為正極，電極反響為：O ＋2HO＋4e－＝OH－2 2Fe為陰極，電極反響為：Fe－2e－＋2OH－＝Fe(OH)2溶液中會(huì)消滅紅褐色的沉淀2年，四川〕以下描述中，不符合生產(chǎn)實(shí)際的是〔 A．電解熔融的氧化鋁制取金屬鋁，用鐵作陽極B．電解法精煉粗銅，用純銅作陰極C．電解飽和食鹽水制燒堿，用涂鎳碳鋼網(wǎng)作陰極D．在鍍件上電鍍鋅，用鋅作陽極我國鎳氫電池居世界先進(jìn)水平，我軍潛艇將裝備國產(chǎn)大功率鎳氫動(dòng)力電池。常見鎳氫電池的某極是儲(chǔ)氫合金iH〔iH中各元素化合價(jià)均為零，電池反響通常表示為：56 56LaNiH＋6NiO(OH) LaNi＋6Ni(OH)56 5 2以下說法正確的選項(xiàng)是〔 〕A．放電時(shí)儲(chǔ)氫合金作正極B．充電時(shí)儲(chǔ)氫合金作陽極C．充電時(shí)陽極四周c(OH－)增大D．放電時(shí)負(fù)極反響：LaNiH＋6OH＝－6e－＝LaNi＋6HO56 5 2將氫氣、甲烷、乙醇等物質(zhì)在氧氣中燃燒時(shí)的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能的裝置叫燃料電池。燃料電池的根本組成為電極、電解質(zhì)、燃料和氧化劑。此種電池能量利用率可高達(dá)80%〔一般柴油發(fā)電機(jī)只有%左右，產(chǎn)物污染也少。以下有關(guān)燃料電池的說法錯(cuò)誤的選項(xiàng)是〔 〕上述燃料電池的負(fù)極反響材料是氫氣、甲烷、乙醇等物質(zhì)B．氫氧燃料電池常用于航天飛行器，緣由之一是該電池的產(chǎn)物為水，經(jīng)過處理之后可供宇航員使用C．乙醇燃料電池的電解質(zhì)常用KOH，該電池的負(fù)極反響為：CHOH－12e－＝2CO↑＋3HO25 2 2D．甲烷燃料電池的正極反響為：O＋2HO＋4e－＝4OH－2 2能夠使反響Cu＋2HO＝Cu(OH)↓＋H↑發(fā)生，且Cu(OH)能在電極上析出的是〔 〕2 2 2 2銅片作原電池的負(fù)極，碳棒作原電池的正極，氯化鈉溶液作電極質(zhì)溶液用銅片作陰、陽極，電解硫酸鈉的水溶液C．用銅片作陰、陽極，電解氫氧化鈉的水溶液D．用銅片作陰、陽極，電解硫酸銅的水溶液TiO在光照耀下可使水分解：2HO 2H↑＋O↑，該過程2 2 2 2類似植物的光合作用。右圖是光照耀下TiO分解水的裝置示意圖。2以下表達(dá)正確的選項(xiàng)是〔 〕該裝置可以將光能轉(zhuǎn)化為電能，同時(shí)也能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能B．鉑電極上發(fā)生的反響為：H＋2e－＝2H＋22C．該裝置工作時(shí)，電流由TiO電極經(jīng)R流向鉑電極2D．該裝置工作時(shí)，TiO2電極四周溶液的pH變大7．如以下圖所示，以下表達(dá)正確的選項(xiàng)是〔 〕 9-6- --6-A．Y為陰極，發(fā)生復(fù)原反響 B．X為正極，發(fā)生氧化反響C．Y與濾紙接觸處有氧氣生成 D．X與濾紙接觸處變紅以下圖4100mLCuSO4

溶液 ②盛200mL0.01mol·L－1HSO2 4

溶液③盛200mLZnCl溶液 ④盛200mLNaCl飽和溶液，工作一段時(shí)間后，測(cè)得導(dǎo)線上均通過了0.002mol電子，此2CCZnCuFeZnFeCCCZnCuFeZnFeC①②③④A．④②③①B．④③①②C．④③②①D．④①③②當(dāng)電解質(zhì)溶液為氫氧化鉀水溶液的氫氧燃料電池電解飽和碳酸鈉溶液一段時(shí)間，假設(shè)電解時(shí)溫度不變且用惰性電極，以下說法正確的選項(xiàng)是〔 〕當(dāng)電池負(fù)極消耗mg氣體時(shí)，電解池陽極同時(shí)有mg氣體生成電池的正極反響式為：O＋2HO＋4e—＝4OH—2 2c(NaCO)減小，溶液中有晶體析出2 3c(KOH)pH變大2年上?！吃阼F制品上鍍上肯定厚度的鋅層，以下設(shè)計(jì)方案正確的選項(xiàng)是〔 A．鋅作陽極，鍍件作陰極，溶液中含有鋅離子B．鉑作陰極，鍍件作陽極，溶液中含有鋅離子C．鐵作陽極，鍍件作陰極，溶液中含有亞鐵離子D．鋅用陰極，鍍件作陽極，溶液中含有鋅離子三氧化二鎳〔Ni

O〕可用于制造高能電池，其電解法制備過程如下：用NaOHNiCl

pH至2 3 2Cl2在弱堿性條件下生成ClO－，把二價(jià)鎳氧化為三價(jià)鎳。以下說法正確的選項(xiàng)是〔 〕A．可用鐵作陽極材料BpH上升C．陽極反響方程式為：2Cl－－2e－＝Cl2D．1mol二價(jià)鎳全部轉(zhuǎn)化為三價(jià)鎳時(shí)，外電路中通過了1mol電子。用兩支惰性電極插入500mLAgNO3溶液中，通電電解。當(dāng)電解液的pH從6.0變?yōu)?.0時(shí)(設(shè)電解時(shí)陰極沒有氫氣析出，且電解液在電解前后體積變化可以無視)，電極上析出銀的質(zhì)量大約是〔 〕A．27mg B．54mg C．108mg D．216mg二、填空題〔652分〕將干凈的金屬片A、B、C、D分別放置在浸有鹽溶液的濾紙上面并壓緊(如下圖)。在每次試驗(yàn) 9-7- --7-時(shí)，記錄電壓指針的移動(dòng)方向和電壓表的讀數(shù)如右表所示：，構(gòu)成原電池兩電極的金屬活動(dòng)性相差越大，電壓表讀數(shù)越大。請(qǐng)推斷1AB、D四種金屬中活潑性最強(qiáng)的 用字母表)〔2〕假設(shè)濾紙改用NaOH溶液浸潤一段時(shí)間后，則在濾紙上能看到有白色物質(zhì)析出，后快速變?yōu)榛揖G色，最終變成褐色。則濾紙上方的金屬片為 (用字母表示)，此時(shí)對(duì)應(yīng)的電極反響式為：負(fù)極 ；正極 。14．為省藥品和時(shí)間，甲、乙、丙三位同學(xué)用銅片、鋅片、稀硫酸CuSO溶液；直流電源、石墨電極、4導(dǎo)線、燒杯、試管等中學(xué)化學(xué)常見的藥品和儀器〔用品接力的方式，設(shè)計(jì)了比較銅與鋅金屬活動(dòng)性相對(duì)強(qiáng)弱的系列試驗(yàn)。試填寫以下空白：甲同學(xué)分別將一小片銅片、鋅片置于燒杯底部〔銅與鋅不接觸，留神向燒杯中參加稀硫酸觀看到的現(xiàn)象是 。甲同學(xué)的設(shè)計(jì)思路是 。乙同學(xué)接著甲的試驗(yàn)，向燒杯中滴加 溶液，進(jìn)而觀看到的現(xiàn)象是 ， 。乙同學(xué)做出鋅、銅金屬活動(dòng)性相對(duì)強(qiáng)弱所依據(jù)的原理是，。丙同學(xué)使用直流電源、石墨電極組裝好電解裝置，向乙同學(xué)試驗(yàn)后的溶液中補(bǔ)充了必要的試劑〔作為電解液。反響在調(diào)控下隨即開頭，試驗(yàn)中有關(guān)化學(xué)反響方程式為是 。請(qǐng)你再單獨(dú)設(shè)計(jì)一個(gè)簡潔的試驗(yàn)〔試劑、儀器自選對(duì)強(qiáng)弱〔簡要說明操作和現(xiàn)象〕。反響AsO3－＋2I－＋H+ AsO3－＋I(xiàn)＋HO是可逆反響。設(shè)計(jì)如圖裝置，進(jìn)展下述操作：4 3 2 2〔〕向〕指針偏轉(zhuǎn)；〔〕假設(shè)改往〕燒杯中滴加％H微安培表指針向前述相反方向偏轉(zhuǎn)．試答復(fù)：兩次操作過程中指針為什么會(huì)發(fā)生偏轉(zhuǎn)？。兩次操作過程中指針偏轉(zhuǎn)方向?yàn)槭裁磿?huì)相反?試用平衡移動(dòng)原理解釋此現(xiàn)象．?！?〔〕操作過程中C棒上發(fā)生的反響為 。1〔4〔〕操作過程中C2

棒上發(fā)生的反響為 ?；瘜W(xué)電池在通訊、交通及日常生活中有著廣泛的應(yīng)用。 9-8- --8-目前常用的鎳鎘〔Ni－Cd〕電池，其電池總反響可以表示為：充電Cd+2NiO(OH)+2HO充電

2Ni(OH)

+Cd(OH)2 放電 2 2Ni(OH)和Cd〔OH〕均難溶于水但能溶于酸，以下說法正確的選項(xiàng)是〔 〕2 2①以上反響是可逆反響 ②以上反響不是可逆反響③充電時(shí)化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?④放電時(shí)化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔蹵．①③ B．②④ C．①④ D．②③廢棄的鎳鎘電池已成為重要的環(huán)境污染物，有資料說明一節(jié)廢鎳鎘電池可以使1m2面積的耕地失去使用價(jià)值。在酸性土壤中這種污染尤為嚴(yán)峻，這是由于 。另一種常用的電池鋰電池，由于它的比容量〔單位質(zhì)量電極材料所能轉(zhuǎn)換的電能〕特別大而廣泛應(yīng)用于心臟起搏器，一般使用時(shí)間可長達(dá)十年，它的負(fù)極用金屬鋰制成，電池總反響可表示為：Li+MnO LiMnO。試答復(fù)：鋰電池中的電解質(zhì)溶液需用非水溶液配制，為什么這種電池不能使2 2