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第第5讲电化学原理讲电化学原理 例例1(2012年高考海南卷年高考海南卷)新型高效新型高效的甲烷燃料电池采用铂为电极材料，两的甲烷燃料电池采用铂为电极材料，两电极上分别通入电极上分别通入CH4和和O2，电解质为，电解质为KOH溶液。某研究小组将两个甲烷燃料溶液。某研究小组将两个甲烷燃料电池串联后作为电源，进行饱和氯化钠电池串联后作为电源，进行饱和氯化钠溶液电解实验，如图所示。溶液电解实验，如图所示。回答下列问题：回答下列问题：(1)甲甲烷烷燃燃料料电电池池正正极极、负负极极的的电电极极反反应分别为应分别为_、_；(2)闭闭合合K开开关关后后，a、b电电极极上上均均有有气气体体 产产 生生，其其 中中 b电电 极极 上上 得得 到到 的的 是是_，电电解解氯氯化化钠钠溶溶液液的的总总反反应应方方程式为程式为_；(3)若若每每个个电电池池甲甲烷烷通通入入量量为为1 L(标标准准状状况况)，且且反反应应完完全全，则则理理论论上上通通过过电电解解池池的的电电量量为为_(法法拉拉第第常常数数F9.65104Cmol1，列列式式计计算算)，最最多多能能产产生生的的氯氯气气体体积积为为_L(标标准准状状况况)。解析解析(1)甲烷燃料电池的总离子反应方程式为：甲烷燃料电池的总离子反应方程式为：CH42O22OH=CO 3H2O，正极反应式为，正极反应式为2O24H2O8e=8OH，负极反应式由总反应式减去正极反应式即可得到；负极反应式由总反应式减去正极反应式即可得到；(2)由图示可知，甲由图示可知，甲烷燃料电池中通入烷燃料电池中通入CH4的一极为负极，因而与之相连的的一极为负极，因而与之相连的b电极为阴极，电极为阴极，产生的气体为氢气；产生的气体为氢气；(3)1 mol甲烷被氧化失去电子甲烷被氧化失去电子8 mol，电量为，电量为89.65104C，题中虽有两个燃料电池，但电子的转移只能用一个电池，题中虽有两个燃料电池，但电子的转移只能用一个电池的甲烷量计算，可根据的甲烷量计算，可根据CH48e4Cl2计算出标准状况下产生氯气的计算出标准状况下产生氯气的体积为体积为4 L。答案答案(1)O22H2O4e=4OH1原原电电池池的的正正负负极极、电电解解池池的的阴阴阳阳极的判断极的判断(1)原电池的正负极原电池的正负极根根据据组组成成原原电电池池的的两两极极电电极极材材料料判判断断，一一般般是是较较活活泼泼的的金金属属为为负负极极，活活泼泼性较弱的金属或能导电的非金属为正极。性较弱的金属或能导电的非金属为正极。据据电电子子流流动动方方向向或或电电流流方方向向判判断断，电电子子流流动动方方向向：由由负负极极正正极极；电电流流方方向：由正极向：由正极负极。负极。根根据据原原电电池池里里电电解解质质溶溶液液中中离离子子的的移移动动方方向向判判断断，在在原原电电池池的的电电解解质质溶溶液液内内，阳阳离离子子向向正正极极移移动动，而而阴阴离离子子向负极移动。向负极移动。根根据据原原电电池池两两极极发发生生的的变变化化判判断断，原原电电池池的的负负极极总总是是失失电电子子，发发生生氧氧化化反反应应；而而正正极极总总是是得得电电子子，发发生生还还原原反应。反应。(2)电解池的阴阳极电解池的阴阳极根根据据所所连连接接的的外外加加电电源源判判断断，与与直直流流电电源源正正极极相相连连的的为为阳阳极极，与与直直流流电电源源负极相连的为阴极。负极相连的为阴极。据据电电子子流流动动方方向向判判断断，电电子子流流动动方方向向为为：电电源源负负极极阴阴极极阳阳极极电电源源正正极。极。根根据据电电解解池池里里电电解解质质溶溶液液中中离离子子的的定定向向移移动动方方向向判判断断，在在电电解解池池的的电电解解质质溶溶液液内内，阳阳离离子子向向阴阴极极移移动动，而而阴阴离离子子向阳极移动。向阳极移动。根根据据电电解解池池两两极极产产物物判判断断，一一般般情情况况下：下：阴阴极极上上的的现现象象是是：析析出出金金属属(质质量量增增重重)或有无色气体或有无色气体(H2)放出；放出；阳阳极极上上的的现现象象是是：有有非非金金属属单单质质生生成成，呈呈气气态态的的有有Cl2、O2或或电电极极质质量量减减轻轻(活活性电极作阳极性电极作阳极)。2电极反应式及总反应方程式的书写电极反应式及总反应方程式的书写(1)原电池中电极反应式原电池中电极反应式分分析析两两极极情情况况，直直接接书书写写电电极极反反应应式式，并并将将两两极极反反应应式式相相加加得得总总反反应应方方程程式；式；已已知知总总反反应应方方程程式式，可可根根据据氧氧化化还还原原情情况况，首首先先写写出出较较易易书书写写的的一一极极的的电电极极反反应应式式，然然后后用用总总反反应应方方程程式式减减去去前前者，即得另一极的电极反应式。者，即得另一极的电极反应式。(2)电解池中的电极反应式电解池中的电极反应式 (3)在判断电极反应式书写正误在判断电极反应式书写正误时，还要看是否遵循质量守恒定律时，还要看是否遵循质量守恒定律和电荷守恒定律。和电荷守恒定律。3离子移动的方向离子移动的方向(2)带盐桥的原电池带盐桥的原电池盐桥中的阳离子移向正极，阴离盐桥中的阳离子移向正极，阴离子移向负极。子移向负极。1铁铁镍镍蓄蓄电电池池又又称称爱爱迪迪生生电电池池，放放电电时时的的总总反反应应为为：FeNi2O33H2O=Fe(OH)22Ni(OH)2下列有关该电池的说法不正确的是下列有关该电池的说法不正确的是()A电电池池的的电电解解液液为为碱碱性性溶溶液液，正正极极为为Ni2O3、负极为、负极为FeB电电池池放放电电时时，负负极极反反应应为为Fe2OH2e=Fe(OH)2C电电池池充充电电过过程程中中，阴阴极极附附近近溶溶液液的的pH降低降低D电电池池充充电电时时，阳阳极极反反应应为为2Ni(OH)22OH2e=Ni2O33H2O解解析析：由由铁铁镍镍蓄蓄电电池池放放电电时时的的产产物物全全部部是是碱碱可可知知，电电解解液液为为碱碱性性溶溶液液，放放电电时时负负极极发发生生氧氧化化反反应应，正正极极发发生生还还原原反反应应，故故Fe为为负负极极，Ni2O3为为正正极极，A正正确确。放放电电时时，Fe失失电电子子被被氧氧化化，负负极极反反应应为为Fe2OH2e=Fe(OH)2，B正正确确。充充电电时时，阴阴极极发发生生还还原原反反应应，电电极极反反应应为为Fe(OH)22e=Fe2OH，pH增增大大，C错错误误。充充电电时时，阳阳极极发发生生氧氧化化反反应应，电电极极反反应应为为2Ni(OH)22OH2e=Ni2O33H2O，D正确。正确。答案：答案：C例例2(1)电解法除去解法除去Cr2O该法法用用Fe做做电极极电解解含含Cr2O 的的酸酸性性废水水，随随着着电解解进行行，在在阴阴极极附附近近溶溶液液pH升高，升高，产生生Cr(OH)3沉淀。沉淀。用用Fe做做电极的原因极的原因为_。在在阴阴极极附附近近溶溶液液pH升升高高的的原原因因是是(用用电极极反反应解解释)_，溶溶液液中中同同时生成的沉淀生成的沉淀还有有_。(2)用用吸吸收收H2后后的的稀稀土土储储氢氢合合金金作作为为电电池池负负极极材材料料(用用MH表表示示)，NiO(OH)作作为为电电池池正正极极材材料料，KOH溶溶液液作作为为电电解解质质溶溶液液，可可制制得得高高容容量量、长长寿寿命命的的镍镍氢氢电电池池。电电池池充充放电时的总反应为：放电时的总反应为：NiO(OH)MH Ni(OH)2M电池放电时，负极的电极反应式为电池放电时，负极的电极反应式为_。充充 电电 完完 成成 时时，Ni(OH)2全全 部部 转转 化化 为为NiO(OH)。若若继继续续充充电电将将在在一一个个电电极极产产生生O2，O2扩扩散散到到另另一一个个电电极极发发生生电电极极反反应应被被消消耗耗，从从而而避避免免产产生生的的气气体体引引起起电电池池爆爆炸炸，此时，阴极的电极反应式为此时，阴极的电极反应式为_。解解析析(1)铁铁做做阳阳极极发发生生反反应应：Fe2e=Fe2，产产生生还还原原剂剂Fe2，可使，可使Cr2O 还原成还原成Cr3，最终生成，最终生成Cr(OH)3沉淀。沉淀。阴阴极极发发生生反反应应：2H2e=H2，溶溶液液中中c(H)降降低低，溶溶液液的的pH升升高高。由由于于Fe(OH)2极极易易被被氧氧化化生生成成Fe(OH)3，故故溶溶液液中中还还生生成成Fe(OH)3沉淀。沉淀。(2)根根据据条条件件可可知知，MH在在负负极极失失电电子子，电电极极反反应应式式为为MHOHe=H2OM。在在阴阴极极O2得得电电子子和和H2O作作用用生生成成OH，电电极极反反应应式式为为O22H2O4e=4OH。答案答案(1)阳极反应为阳极反应为Fe2e=Fe2，提供还原剂，提供还原剂Fe22H2e=H2Fe(OH)3(2)MHOHe=MH2OO22H2O4e=4OH1电解质溶液的电解规律电解质溶液的电解规律电解后电解质溶液恢复时要注意，从电解后电解质溶液恢复时要注意，从溶液中出去哪些原子，则需按比例补充溶液中出去哪些原子，则需按比例补充哪些原子。如电解盐酸从溶液中出去的哪些原子。如电解盐酸从溶液中出去的是是H2和和Cl2(1 1)，故补入时应通入，故补入时应通入HCl气体而不是加入盐酸。气体而不是加入盐酸。2关于金属腐蚀的问题关于金属腐蚀的问题(1)干干燥燥的的环环境境下下以以化化学学腐腐蚀蚀为为主主，一般情况下以电化学腐蚀为主。一般情况下以电化学腐蚀为主。(2)金属腐蚀快慢的判断方法金属腐蚀快慢的判断方法电电解解原原理理引引起起的的腐腐蚀蚀原原电电池池原原理理引起的腐蚀引起的腐蚀有防腐措施的腐蚀。有防腐措施的腐蚀。特别提醒特别提醒铁作电极一般不能直接转化为铁作电极一般不能直接转化为Fe3。Fe(OH)3Fe2O3xH2O(铁锈铁锈)(3)钢铁吸氧腐蚀过程钢铁吸氧腐蚀过程2下列与金属腐蚀有关的说法正确的是下列与金属腐蚀有关的说法正确的是A图图a中中，插插入入海海水水中中的的铁铁棒棒，越越靠靠近近底底端端腐腐蚀越严重蚀越严重B图图b中中，开开关关由由M改改置置于于N时时，CuZn合合金金的的腐蚀速率减小腐蚀速率减小 C图图c中中，接接通通开开关关时时Zn腐腐蚀蚀速速率率增增大大，Zn上上放出气体的速率也增大放出气体的速率也增大D图图d中中，ZnMnO2干干电电池池自自放放电电腐腐蚀蚀主主要要是是由由MnO2的的氧氧化化作作用用引引起起的的解解析析：A项项：插插入入海海水水中中的的铁铁棒棒靠靠近近液液面面的的位位置置与与氧氧气气接接触触，易易发发生生吸吸氧氧腐腐蚀蚀；B项项：开开关关由由M改改置置于于N时时，Zn作作负负极极，CuZn合合金金作作正正极极，合合金金受受到到保保护护；C项项：接接通通开开关关形形成成原原电电池池，Zn作作负负极极，Zn的的腐腐蚀蚀速速率率增增大大，但但气气体体是是在在Pt电电极极上上生生成成；D项项：ZnMnO2中中自自放放电电腐蚀主要是腐蚀主要是Zn发生氧化反应而自放电。发生氧化反应而自放电。答案：答案：B1在在分分析析原原电电池池时时，往往往往错错误误地地认认为为阳阳离离子子移移向向负负极极，阴阴离离子子移移向向正正极。极。2错错误误地地认认为为电电子子通通过过电电解解质质溶溶液液，在在闭闭合合电电路路中中电电子子走走陆陆路路(导导线线)，离离子子走走水水路路(电电解解质质溶溶液液)，电电子子并并不不通通过过电电解解质质溶溶液液，内内电电路路是是离离子子定定向移动而导电。向移动而导电。3易易把把电电解解MgCl2溶溶液液的的离离子子方方程程式式错写成：错写成：2Cl2H2O 2OHCl2H2忽忽视视了了Mg(OH)2难难溶溶于于水水，正正确确的的离离子子 方方 程程 式式 应应 为为：Mg2 2Cl 2H2O Mg(OH)2Cl2H2。4电解电解AlCl3溶液误认为会先沉淀，后溶液误认为会先沉淀，后溶解，事实上生成的溶解，事实上生成的Al(OH)3不会转化不会转化为为AlO 或或Al(OH)。5误误认认为为活活泼泼金金属属一一定定做做负负极极。但但也也不不一一定定，如如在在MgAlNaOH溶溶液液构构成成的的原原电电池池中中，由由于于相相对对于于NaOH溶溶液液来来说说铝铝比比镁镁活活泼泼，故故铝铝做做负负极极，镁镁做做正正极。极。6在在电电解解食食盐盐水水的的过过程程中中错错误误认认为为阳极区显碱性。阳极区显碱性。理理由由是是OH带带负负电电荷荷，向向阳阳极极移移动动。事事实实是是阴阴极极上上H得得电电子子生生成成H2，破破坏坏了了水水的的电电离离平平衡衡，使使阴阴极极区区c(H)c(OH)，溶液显碱性。，溶液显碱性。7电电解解过过程程中中，若若只只是是水水被被电电解解，误误认认为为溶溶液液的的pH不不发发生生变变化化。但但若若电电解解氢氢氧氧化化钠钠溶溶液液、硫硫酸酸溶溶液液等等，虽虽然然溶溶质质的的量量未未变变，但但是是溶溶液液的的浓浓度度增增大大，故故pH发生变化。发生变化。8 用用 惰惰 性性 电电 极极 电电 解解 NaCl溶溶 液液、CuSO4溶溶液液时时，当当NaCl或或CuSO4完完全全反反应应后后，误误认认为为反反应应也也停停止止了了。实实际际反反应应后生成后生成NaOH或或H2SO4能继续电解。能继续电解。判判断断正正误误：(正正确确的的打打“”号号，错错误误的的打打“”号号)1镀镀铜铜铁铁制制品品镀镀层层受受损损后后，铁铁制制品品比受损前更容易生锈。比受损前更容易生锈。()2铅铅蓄蓄电电池池放放电电时时的的负负极极和和正正极极质质量均增大。量均增大。()3(2011年年高高考考山山东东卷卷)电电解解AlCl3、FeCl3、CuCl2的的混混合合溶溶液液时时，阴阴极极上上依次析出依次析出Cu、Fe、Al。()4(2012年年金金华华模模拟拟)有有盐盐桥桥的的原原电电池池，可可撤撤掉掉盐盐桥桥，换换一一根根铜铜导导线线，以以构构成成闭合回路。闭合回路。()5惰性电极电解三氯惰性电极电解三氯化铁、硫酸铜的混合溶化铁、硫酸铜的混合溶液，阴极析出的铜与线液，阴极析出的铜与线路中流过的电子关系如路中流过的电子关系如图所示。图所示。()6在在以以氢氢氧氧化化钾钾为为电电解解质质溶溶液液的的甲甲醇醇 燃燃 料料 电电 池池 中中，负负 极极 反反 应应 式式 为为：CH3OH8OH6e=CO 6H2O()【案案例例1】如如图图，两两电电极极上上发发生生的的电电极反应如下：极反应如下：a极极：2H2e=H2b极极：Zn2e=Zn2则以下说法不正确的是则以下说法不正确的是()A该装置可能是电解池该装置可能是电解池B该装置中电解质溶液该装置中电解质溶液的的pH可能等于可能等于7Ca、b可能是同种电极材料可能是同种电极材料D该该过过程程中中能能量量的的转转换换一一定定是是化化学学能转化为电能能转化为电能【规规范范解解答答】该该装装置置为为原原电电池池时时，则则b为为负负极极，材材料料为为Zn，a为为正正极极，材材料料为为活活泼泼性性比比Zn弱弱的的金金属属，电电解解质质溶溶液液为为非非氧氧化化性性酸酸溶溶液液；该该装装置置为为电电解解池池时时，b极极为为阳阳极极，材材料料为为Zn，a极极为为阴阴极极，材材料料可可为为活活性性电电极极或或惰惰性性电电极极，电电解解质质溶溶液液为为活活泼泼金金属属的的盐盐溶溶液液。因因此此该该装装置置既既可可能能为为原原电电池池，也也可可能能为为电电解解池池，A对对，D错错；若若该该装装置置为为电电解解池池，当当电电解解质质为为NaCl时时，pH7，B对对；该该装装置置为为电电解解池池时时，电电极极材材料料均均可可为为Zn，C对。对。【答案】【答案】D【易错剖析】【易错剖析】错误原因是思维定式，没有根据题中给出电极反应进行错误原因是思维定式，没有根据题中给出电极反应进行分析。从而错选分析。从而错选A或或C。【案案例例2】(2011年年高高考考山山东东卷卷)以以KCl和和ZnCl2混混合合液液为为电电镀镀液液在在铁制品上镀锌，下列说法正确的是铁制品上镀锌，下列说法正确的是()A未未通通电电前前上上述述镀镀锌锌装装置置可可构构成成原原电电池池，电电镀镀过过程程是是该该原原电电池池的充电过程的充电过程B因因部部分分电电能能转转化化为为热热能能，电电镀镀时时通通过过的的电电量量与与锌锌的的析析出出量量无无确定关系确定关系C电镀时保持电流恒定，升高温度不改变电解反应速率电镀时保持电流恒定，升高温度不改变电解反应速率D镀锌层破损后对铁制品失去保护作用镀锌层破损后对铁制品失去保护作用【易易错错剖剖析析】本本题题易易错错选选B。受受电电能能转转化化为为热热能能的的误误导导，从从而而错选错选B。受温度升高化学反应速率加快的误导认为。受温度升高化学反应速率加快的误导认为C不正确。不正确。p经常不断地学习,你就什么都知道。你知道得越多,你就越有力量pStudyConstantly,AndYouWillKnowEverything.TheMoreYouKnow,TheMorePowerfulYouWillBe写在最后Thank You在别人的演说中思考，在自己的故事里成长Thinking In Other PeopleS Speeches，Growing Up In Your Own Story讲师：XXXXXX XX年XX月XX日
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