高三化學二輪復習 第1部分 專題2 化學基本理論 突破點7 原電池與電解池

突破點7原電池與電解池提煉1原電池與電解池工作原理1.原電池和電解池的比較2原電池正、負極的判斷方法3電解池陰、陽極的判斷方法提煉2電極反應式書寫及電極產物分析1.原電池電極反應式的書寫(2)復雜電極反應式的書寫如CH4堿性燃料電池負極反應式的書寫：CH42O22OH=CO3H2O總反應式2O24H2O8e=8OH正極反應式CH410OH8e=7H2OCO負極反應式2電解池電極反應式的書寫步驟提示：(1)Fe作陽極時，電極反應式為：Fe2e=Fe2。(2)Fe3在陰極放電時，電極反應式為：Fe3e=Fe2。3燃料電池電極反應式的書寫方法(1)找位置、寫式子：負極反應式應符合“還原劑ne氧化產物”的形式；正極反應式符合“氧化劑ne還原產物”的形式。燃料中的碳、氫元素及助燃劑氧氣在不同介質中放電后的具體存在形式不同。酸性介質：碳、氫元素分別轉化為CO2、H；O2轉化為H2O。堿性介質：碳、氫元素分別轉化為CO、H2O；O2轉化為OH。(2)查電荷，添離子：檢查(1)中電極反應式的電荷是否守恒，若是在溶液中進行的反應，則可通過添加OH或H的方法使電荷守恒，但要注意，在酸性溶液中不添加OH，在堿性溶液中不添加H。若是在熔融態(tài)電解質中進行的反應，則可添加熔融態(tài)電解質中的相應離子。(3)查原子，添物質：檢查是否符合原子守恒，若是在溶液中進行的反應，可添加H2O使原子守恒。(4)對于較復雜的電極反應，可用總反應式減去較簡單一極的電極反應式得到。4可充電電池原理分析(1)充電時電極的連接：充電的目的是使電池恢復其供電能力，因此負極應與電源的負極相連以獲得電子，可簡記為負接負后作陰極，正接正后作陽極。(2)工作時的電極反應式：同一電極上的電極反應式，在充電與放電時，形式上恰好是相反的；同一電極周圍的溶液，充電與放電時pH的變化趨勢也恰好相反。提煉3金屬的腐蝕與防護1.金屬腐蝕快慢程度的判斷方法2金屬電化學保護的兩種方法回訪1(2016全國乙卷)三室式電滲析法處理含Na2SO4廢水的原理如圖所示，采用惰性電極，ab、cd均為離子交換膜，在直流電場的作用下，兩膜中間的Na和SO可通過離子交換膜，而兩端隔室中離子被阻擋不能進入中間隔室。下列敘述正確的是() 【導學號：14942031】A通電后中間隔室的SO離子向正極遷移，正極區(qū)溶液pH增大B該法在處理含Na2SO4廢水時可以得到NaOH和H2SO4產品C負極反應為2H2O4e=O24H，負極區(qū)溶液pH降低D當電路中通過1 mol電子的電量時，會有0.5 mol的O2生成BA項正極區(qū)發(fā)生的反應為2H2O4e=O24H，由于生成H，正極區(qū)溶液中陽離子增多，故中間隔室的SO向正極遷移，正極區(qū)溶液的pH減小。B項負極區(qū)發(fā)生的反應為2H2O2e=H22OH，陰離子增多，中間隔室的Na向負極遷移，故負極區(qū)產生NaOH，正極區(qū)產生H2SO4。C項由B項分析可知，負極區(qū)產生OH，負極區(qū)溶液的pH升高。D項正極區(qū)發(fā)生的反應為2H2O4e=O24H，當電路中通過1 mol電子的電量時，生成0.25 mol O2?；卦L2(2016全國甲卷)MgAgCl電池是一種以海水為電解質溶液的水激活電池。下列敘述錯誤的是()A負極反應式為Mg2e=Mg2B正極反應式為Age=AgC電池放電時Cl由正極向負極遷移D負極會發(fā)生副反應Mg2H2O=Mg(OH)2H2BMgAgCl電池的電極反應：負極Mg2e=Mg2，正極2AgCl2e=2Ag2Cl，A項正確，B項錯誤。在原電池的電解質溶液中，陽離子移向正極，陰離子移向負極，C項正確。Mg是活潑金屬，能和H2O發(fā)生反應生成Mg(OH)2和H2，D項正確?；卦L3(2015全國卷)微生物電池是指在微生物的作用下將化學能轉化為電能的裝置，其工作原理如圖所示。下列有關微生物電池的說法錯誤的是()A正極反應中有CO2生成B微生物促進了反應中電子的轉移C質子通過交換膜從負極區(qū)移向正極區(qū)D電池總反應為C6H12O66O2=6CO26H2OA圖示所給出的是原電池裝置。A.有氧氣反應的一極為正極，發(fā)生還原反應，因為有質子通過，故正極電極反應式為O24e4H=2H2O，C6H12O6在微生物的作用下發(fā)生氧化反應，電極反應式為C6H12O624e6H2O=6CO224H，負極上有CO2產生，故A不正確。B.微生物電池是指在微生物作用下將化學能轉化為電能的裝置，所以微生物促進了反應中電子的轉移，故B正確。C.質子是陽離子，陽離子由負極區(qū)移向正極區(qū)，故C正確。D.正極的電極反應式為6O224e24H=12H2O，負極的電極反應式為C6H12O624e6H2O=6CO224H，兩式相加得電池總反應為C6H12O66O2=6CO26H2O，故D正確。回訪4(2014新課標全國卷節(jié)選)次磷酸(H3PO2)是一種精細磷化工產品，具有較強的還原性。H3PO2也可用電滲析法制備?！八氖译姖B析法”工作原理如圖所示(陽膜和陰膜分別只允許陽離子、陰離子通過)：(1)寫出陽極的電極反應式_。(2)分析產品室可得到H3PO2的原因_。(3)早期采用“三室電滲析法”制備H3PO2：將“四室電滲析法”中陽極室的稀硫酸用H3PO2稀溶液代替。并撤去陽極室與產品室之間的陽膜，從而合并了陽極室與產品室。其缺點是產品中混有_雜質。該雜質產生的原因是_。解析(1)陽極發(fā)生氧化反應，在反應中OH失去電子，電極反應式為2H2O4e=4HO2。(2)H2O放電產生H，H進入產品室，原料室中的H2PO穿過陰膜擴散至產品室，二者發(fā)生反應：HH2POH3PO2。(3)如果撤去陽膜，H2PO或H3PO2可能被氧化。答案(1)2H2O4e=O24H(2)陽極室的H穿過陽膜擴散至產品室，原料室的H2PO穿過陰膜擴散至產品室，二者反應生成H3PO2(3)POH2PO或H3PO2被氧化熱點題型1新型化學電源1(2016廈門質檢)鋰空氣電池是高能量密度的新型電池，結構如圖所示。下列說法正確的是()A固體電解質只有Li可通過B電池反應為4LiO22Li2OC充電時，水性電解液的pH將升高D放電時，若外電路有0.1 mol e通過時，理論上將消耗1.12 L O2(標準狀況)AA項，固體電解質只有Li可通過，形成閉合回路，正確；B項，電池反應：4LiO22H2O4LiOH，錯誤；C項，充電時，水性電解液中的電極反應式為4OH4e=O22H2O，消耗OH，pH降低，錯誤；D項，通過0.1 mol電子時，消耗的O2在標準狀況下體積為22.4 Lmol10.56 L，錯誤。2(2016黃岡調研)如圖甲是利用一種微生物將廢水中的尿素(H2NCONH2)的化學能直接轉化為電能并生成環(huán)境友好物質的裝置，同時利用此裝置的電能在鐵上鍍銅。下列說法正確的是()甲乙AH透過質子交換膜由右向左移動B銅電極應與X相連接CM電極反應式：H2NCONH2H2O6e=CO2N26HD當N電極消耗0.25 mol氣體時，鐵電極增重16 gC根據(jù)圖中信息可知，N極發(fā)生的電極反應式：O24H4e=2H2O，故M為負極，N為正極，X為陰極，Y為陽極。A項，H透過質子交換膜由負極向正極移動，錯誤；B項，銅電極失電子作陽極應與Y相連接，鐵電極作陰極與X相連接，錯誤；C項，M電極失電子，電極反應式：H2NCONH2H2O6e=CO2N26H，正確；D項，鐵電極上銅離子得電子生成銅，當N電極消耗0.25 mol氣體時，轉移1 mol電子，鐵電極增重32 g，錯誤。3(2016全國丙卷)鋅空氣燃料電池可用作電動車動力電源，電池的電解質溶液為KOH溶液，反應為2ZnO24OH2H2O=2Zn(OH)。下列說法正確的是() 【導學號：14942032】A充電時，電解質溶液中K向陽極移動B充電時，電解質溶液中c(OH)逐漸減小C放電時，負極反應為：Zn4OH2e=Zn(OH)D放電時，電路中通過2 mol電子，消耗氧氣22.4 L(標準狀況)CA項，充電時裝置為電解池，溶液中的陽離子向陰極移動。B項，充電時的總反應為放電時的逆反應：2Zn(OH)=2ZnO24OH2H2O，c(OH)逐漸增大。C項，放電時負極失電子發(fā)生氧化反應，由放電時的總反應可知，負極反應式為Zn4OH2e=Zn(OH)。D項，由放電時的總反應可知，電路中通過2 mol電子時，消耗0.5 mol O2，其體積為11.2 L(標準狀況)。4(2016東北三省四市一模)高鐵酸鹽在能源、環(huán)保等方面有著廣泛的用途。高鐵酸鉀(K2FeO4)是一種理想的水處理劑，高鐵電池的研制正在進行中。如圖甲是高鐵電池的模擬實驗裝置：甲乙(1)該電池放電時正極的電極反應式為_；若維持電流強度為1 A，電池工作十分鐘，理論消耗Zn_ g。(已知F96 500 C/mol)(2)鹽橋中盛有飽和KCl溶液，此鹽橋中氯離子向_(填“左”或“右”)移動；若用陽離子交換膜代替鹽橋，則鉀離子向_(填“左”或“右”)移動。(3)圖乙為高鐵電池和常用的高能堿性電池的放電過程曲線，由此可得出高鐵電池的優(yōu)點有_。解析(1)根據(jù)高鐵電池裝置可確定Zn和C分別作負極和正極，放電時FeO在正極發(fā)生還原反應，其電極反應式為FeO4H2O3e=Fe(OH)35OH；電池工作十分鐘，QIt1 A600 s600 C，轉移電子的物質的量n(e)0.006 2 mol，反應中1 mol Zn轉移2 mol電子，根據(jù)正比關系，即求得m(Zn)0.2 g。(2)原電池工作時，鹽橋中陰離子向負極移動，即Cl向右移動，改用陽離子交換膜代替鹽橋，陽離子向正極移動，即K向左移動。(3)從圖乙可看出高鐵電池和高能堿性電池相比，具有使用時間長、工作電壓穩(wěn)定的優(yōu)點。答案(1)FeO4H2O3e=Fe(OH)35OH0.2(2)右左(3)使用時間長、工作電壓穩(wěn)定解決新型化學電源問題的關鍵1電池類型：可充電電池首先明確放電方向是原電池，充電方向是電解池。2電極名稱：放電時是原電池，為正極、負極；充電時是電解池，為陽極、陰極。3電極材料和電極反應：電極反應物、電極產物及其狀態(tài)，電極材料是否參與電極反應；電子或電流的流動方向，離子的移動方向。4電解質溶液：電解質溶液是否參與電池反應；電解質溶液是否與電極產物反應。5反應式：電極反應式和電池總反應式。6反應的量的關系：電極質量的變化、電極產物的量、轉移電子的量等。熱點題型2電解原理及其應用1(2016濟南調研)用電解法處理含硝酸根離子(NO)廢水的原理如圖所示。下列說法錯誤的是()A鉛蓄電池的A極為正極，電極材料為PbO2B鉛蓄電池放電時負極質量增加C該電解池的陰極反應為2NO12H10e=N26H2OD若電路中通過2 mol電子，則陽極室溶液質量減少32 g(忽略氣體的溶解)D根據(jù)圖示，電解池的右側區(qū)域硝酸根離子被還原為氮氣，所以應為電解池的陰極，進而確定A、B電極分別是鉛蓄電池的正、負極。A項正確，鉛蓄電池的反應原理是PbPbO24H2SO2PbSO42H2O，A為正極，反應為PbO22e4HSO=PbSO42H2O；B項正確，負極反應為Pb2eSO=PbSO4，放電過程中固體電極質量增加；C項正確，陰極發(fā)生還原反應，硝酸根離子被還原為氮氣；D項錯誤，陽極區(qū)溶液中，水電離的氫氧根離子放電2H2O4e=O24H，電路中每通過2 mol電子，則溶液質量損失16 g。2(2016北京高考)用石墨電極完成下列電解實驗。實驗一實驗二裝置現(xiàn)象a、d處試紙變藍；b處變紅，局部褪色；c處無明顯變化兩個石墨電極附近有氣泡產生；n處有氣泡產生下列對實驗現(xiàn)象的解釋或推測不合理的是()Aa、d處：2H2O2e=H22OHBb處：2Cl2e=Cl2Cc處發(fā)生了反應：Fe2e=Fe2D根據(jù)實驗一的原理，實驗二中m處能析出銅B根據(jù)a、d處試紙變藍，可判斷a、d兩點都為電解池的陰極，發(fā)生的電極反應為2H2O2e=H22OH，A選項正確；b處變紅，局部褪色，說明b為電解池的陽極，2Cl2e=Cl2，氯氣溶于水生成鹽酸和次氯酸：Cl2H2O=HClHClO，HCl溶液顯酸性，HClO具有漂白性，B選項不正確；c處為陽極，鐵失去電子生成亞鐵離子，發(fā)生的電極反應為Fe2e=Fe2，C選項正確；實驗一中ac形成電解池，db形成電解池，所以實驗二中也形成電解池，銅珠的左端為電解池的陽極，銅失電子生成銅離子，m、n是銅珠的右端，為電解池的陰極，開始時產生氣體，后來銅離子得到電子生成單質銅，故D選項正確。3(2016杭州質檢)如圖所示的陰、陽離子交換膜電解槽中，用惰性電極電解Na2SO4溶液可制得硫酸和氫氧化鈉溶液。下列說法不正確的是() 【導學號：14942033】A陽極反應式為2H2O2e=H22OHBN為陰離子交換膜C進口b補充的是稀NaOH溶液D電解過程中陽極附近的pH不斷降低AA項，電解Na2SO4溶液，實際上是電解水，所以陽極反應式為2H2O4e=O24H，錯誤；B項，由H2出口知電極A為陰極，電極B為陽極，陽極水中的OH放電，故要不斷補充陰離子，故N為陰離子交換膜，正確；C項，電極A為陰極，水中的H放電，大量的氫氧化鈉在陰極附近生成，故在b口加入稀氫氧化鈉以增強導電性，正確；D項，陽極反應不斷地消耗水中的氫氧根離子，故pH不斷降低，正確。4(2016咸陽一模節(jié)選)制備KMnO4的最佳方法是電解法，實驗室以鎳片(不參與反應)和鐵片作電極，電解K2MnO4溶液(綠色)制備KMnO4，裝置如圖：請回答下列問題：(1)A應與直流電源_極相連接，鐵片電極上有氣體放出，電極反應式為_。(2)電解過程中可觀察到溶液由綠色變?yōu)開。(3)電解一段時間后，溶液的pH_(填“增大”“減小”或“不變”)。解析(1)電解K2MnO4溶液(綠色)制備KMnO4，MnO發(fā)生氧化反應，則Ni作陽極，而Fe作陰極，故Fe與直流電源的負極相連，鐵片上H得電子發(fā)生還原反應，故有氣體放出。(2)電解一段時間后，MnO轉化為MnO，溶液由綠色變?yōu)樽仙?3)電解總反應式為2K2MnO42H2O2KMnO42KOHH2，則電解一段時間后，生成KOH，溶液的pH增大。答案(1)負2H2e=H2(或2H2O2e=H22OH)(2)紫色(3)增大1有關電解池的分析思路2電解池中電極反應式的書寫步驟熱點題型3電化學原理的綜合應用1(2016山西四校聯(lián)考)用酸性甲醛燃料電池為電源進行電解的實驗裝置如圖所示，下列說法中正確的是()A當a、b都是銅作電極時，電解的總反應方程式為2CuSO42H2O2H2SO42CuO2B燃料電池工作時，正極反應為O22H2O4e=4OHC當燃料電池消耗2.24 L甲醛氣體時，電路中理論上轉移0.2 mol eD燃料電池工作時，負極反應為HCHOH2O2e=HCOOH2HDA項，若a、b都是銅作電極，則陽極是Cu放電，而不是電解質溶液中的OH放電，錯誤；B項，酸性介質中不可能生成大量OH，錯誤，正確的為O24H4e=2H2O；C項，未說明氣體是否在標準狀況下而無法計算，錯誤；D項，負極是燃料(HCHO)在酸性條件下失去電子發(fā)生氧化反應，正確。2(2016棗莊滕州月考)用下列裝置能達到預期目的的是()A甲圖裝置可用于電解精煉鋁B乙圖裝置可得到持續(xù)、穩(wěn)定的電流C丙圖裝置可達到保護鋼閘門的目的D丁圖裝置可達到保護鋼閘門的目的D電解精煉鋁時，粗鋁作陽極，純鋁作陰極，但電解質溶液不能是氯化鋁溶液，否則陰極上會析出氫氣，可以用熔融的氧化鋁作電解質，A項錯誤；原電池可以產生電流，但不能提供持續(xù)、穩(wěn)定的電流，B項錯誤；丙中形成原電池，鋼閘門是負極，易被腐蝕，不能達到保護鋼閘門的目的，C項錯誤；丁中形成電解池，鋼閘門是陰極，不易被腐蝕，可達到保護鋼閘門的目的，D項正確。3(2016湖南益陽三模)用惰性電極電解2 L 0.5 mol/L的硝酸銀溶液，當在電路中通過0.1 mol電子后，調換正、負極，電路中又通過了0.2 mol電子，此時溶液pH為(假設溶液體積不變)()A1B. 2C3D. 無法確定A2 L 0.5 mol/L的硝酸銀溶液含n(Ag)1 mol，調換正、負極前，陽極電極反應式為4OH4e=2H2OO2；陰極電極反應式為4Ag4e=4Ag，則電路中通過0.1 mol e時生成0.1 mol Ag，同時反應0.1 mol OH，得到0.1 mol H；調換正、負極后，陽極電極反應式為4Ag4e=4Ag(先)，4OH4e=2H2OO2(后)；陰極電極反應式為4Ag4e=4Ag，故總共得到0.2 mol H，c(H)0.1 mol/L，pHlg c(H)1。4(2016河南商丘二模)電浮選凝聚法是工業(yè)上采用的一種污水處理方法：保持污水的pH在5.06.0之間，通過電解生成Fe(OH)3。Fe(OH)3膠體有吸附性，可吸附水中的污染物而沉積下來，具有凈化水的作用，其原理如圖所示。下列說法正確的是()A石墨電極上發(fā)生氧化反應B根據(jù)圖示，物質A為CO2C甲烷燃料電池中CO向空氣一極移動D為增強污水的導電能力，可向污水中加入適量乙醇B甲烷發(fā)生氧化反應，所在電極為電源的負極，故石墨為陰極，發(fā)生還原反應，A項錯誤；甲烷在負極的反應為CH48e4CO=5CO22H2O，A為CO2，B項正確；CO在工作過程中向負極移動，通入空氣的一極為電源的正極，C項錯誤；乙醇為非電解質，不能增強水溶液的導電能力，D項錯誤。5(名師押題)甲醇是一種重要的燃料，在電化學領域有著重要的用途。請回答下列問題：(1)一種新型的甲醇燃料手機電池，其持續(xù)供電時間長達320小時，電池總反應式為2CH3OH4NaOH3O2=2Na2CO36H2O。該電池的負極反應式為_。(2)甲醇空氣燃料電池的工作原理如圖甲所示(箭頭表示物質的進入或排出)：甲電極為該燃料電池的_(選填“正極”或“負極”)。a、b、c、d四個進出口的物質分別為_、_、_、_(填寫化學式或結構簡式)。用該電池作供電電源，用惰性電極電解足量的CuSO4溶液，若陰極增重19.2 g，則理論上消耗甲醇_g。電解后，溶液的pH_(填“增大”“減小”或“不變”)。圖甲圖乙(3)尿素樹脂生產過程中所排放的廢水中往往含有甲醇，這種含甲醇的廢水會對環(huán)境造成污染。向該廢水中加入一定量的酸性CoSO4溶液，然后采用圖乙所示裝置進行電解即可除去甲醇，除甲醇的原理：電解產物Co3將廢水中的甲醇氧化為CO2。陽極為_(選填“石墨”或“石墨”)。陽極反應式為_。請用離子方程式表示該法除甲醇的原理為_。排放該電解后的廢水的鐵質管道易被腐蝕，除與Co2發(fā)生置換反應外，還發(fā)生電化學腐蝕，發(fā)生還原反應的電極反應式為_。解析(1)由電池總反應式知，甲醇在負極失電子，被氧化為CO2，CO2在堿性條件下轉化成CO。(2)原電池中，陽離子從負極移向正極，該燃料電池中H由甲電極移向乙電極，故甲電極為負極。負極為甲醇失電子的氧化反應，故b口進入的是CH3OH，a口排出的是CO2；正極為氧氣得電子被還原為水的反應，故c口進入的物質是O2，d口排出的物質是H2O。電解CuSO4溶液時，陰極發(fā)生反應Cu22e=Cu，陰極增重19.2 g，則電路中通過電子的物質的量為20.6 mol，由該燃料電池的負極反應式CH3OH6eH2O=CO26H可知，消耗甲醇的質量為32 gmol13.2 g。電解CuSO4溶液的總反應式為2CuSO42H2O2CuO22H2SO4，電解過程中有H2SO4生成，故溶液pH減小。(3)電解裝置中，連接電源正極的是陽極，陽極上發(fā)生氧化反應：Co2失電子被氧化為Co3。根據(jù)題目提示，除去甲醇的反應中，反應物為Co3和甲醇，甲醇被氧化為CO2，而Co3被還原為Co2。該電解后的廢水為酸性溶液，鋼鐵發(fā)生析氫腐蝕。答案(1)CH3OH8OH6e=CO6H2O(2)負極CO2CH3OHO2H2O3.2減小(3)石墨Co2e=Co36Co3CH3OHH2O=6Co2CO26H2H2e=H21電化學計算的基本方法原電池和電解池的計算包括兩極產物的定量計算、溶液的pH計算、相對原子質量和阿伏加德羅常數(shù)的計算、產物的量與電量關系的計算等，通常有下列幾種方法：常見微粒間的計量關系式為4e4H4OH4Cl4Ag2Cu22H2O22Cl24Ag2Cu。2兩種“串聯(lián)”裝置圖比較圖1 圖2圖1中無外接電源，其中必有一個裝置是原電池裝置(相當于發(fā)電裝置)，為電解池裝置提供電能，其中兩個電極活潑性差異大者為原電池裝置，如圖1中左邊為原電池裝置，右邊為電解池裝置。圖2中有外接電源，兩燒杯均作電解池，且串聯(lián)電解，通過兩池的電子數(shù)目相等。