高考化学 专题二 第5讲 电化学原理课件

第5讲电化学原理一、原电池和电解池一、原电池和电解池1.1.原电池原电池（1 1）上述装置中能形成原电池的是）上述装置中能形成原电池的是_，该原电池工作时，该原电池工作时，负极发生负极发生_，电极反应式为，电极反应式为_；正极；正极发生发生_，电极反应式为，电极反应式为_；电池总反；电池总反应式为应式为_。（2 2）以）以KOHKOH溶液为电解质溶液，构成氢氧燃料电池的反溶液为电解质溶液，构成氢氧燃料电池的反应原理为：应原理为：2H2H2 2+O+O2 2=2H=2H2 2O O，其中负极反应式：，其中负极反应式：_；正极反应式：；正极反应式：_。氧化反应氧化反应Cu-2eCu-2e- -=Cu=Cu2+2+2Ag2Ag+ +2e+2e- -=2Ag=2AgCu+2AgCu+2Ag+ +=Cu=Cu2+2+2Ag+2Ag2H2H2 2+4OH+4OH- -4e-4e- -=4H=4H2 2O O2H2H2 2O+OO+O2 2+4e+4e- -=4OH=4OH- -还原反应还原反应B B2.2.电解池电解池（1 1）电解时，）电解时，a a极是极是_极，电极反应式极，电极反应式为为_；b b极发生极发生_反应，反应，电极反应式为电极反应式为_；电；电解总反应离子方程式为解总反应离子方程式为_。（2 2）电解完成后，若溶液的体积为）电解完成后，若溶液的体积为1 L1 L，整个电解过程中共，整个电解过程中共转移转移0.1 mol0.1 mol电子，则溶液的电子，则溶液的pHpH为为_，若使电解质溶液复，若使电解质溶液复原，需通入氯化氢的物质的量为原，需通入氯化氢的物质的量为_mol_mol。（3 3）若用该装置给铁钉镀铜，则应用铜作）若用该装置给铁钉镀铜，则应用铜作_，用铁钉作，用铁钉作_，电解质溶液应为，电解质溶液应为_溶液。溶液。阴阴2H2H+ +2e+2e- -=H=H2 2氧化氧化2Cl2Cl- -2e-2e- -=Cl=Cl2 213130.10.1阳极阳极阴极阴极CuSOCuSO4 42Cl2Cl- -+2H+2H2 2O 2OHO 2OH- -+H+H2 2+Cl+Cl2 2 电解电解=二、金属的腐蚀与防护二、金属的腐蚀与防护1.1.电化学腐蚀电化学腐蚀( (以钢铁的腐蚀为例以钢铁的腐蚀为例) )（1 1）析氢腐蚀。）析氢腐蚀。条件：条件：_。电极反应：电极反应：负极：负极：_。正极：正极：_。总反应：总反应：_。表面水膜酸性较强表面水膜酸性较强Fe-2eFe-2e- -=Fe=Fe2+2+2H2H+ +2e+2e- -=H=H2 2Fe+2HFe+2H+ +=Fe=Fe2+2+H+H2 2（2 2）吸氧腐蚀。）吸氧腐蚀。条件：条件：_。电极反应电极反应负极：负极：_。正极：正极：_。总反应：总反应：_。表面水膜酸性很弱，呈中性或碱性表面水膜酸性很弱，呈中性或碱性2Fe-4e2Fe-4e- -=2Fe=2Fe2+2+O O2 2+2H+2H2 2O+4eO+4e- -=4OH=4OH- -2Fe+O2Fe+O2 2+2H+2H2 2O=2Fe(OH)O=2Fe(OH)2 22.2.金属的电化学防护金属的电化学防护（1 1）牺牲阳极的阴极保护法。）牺牲阳极的阴极保护法。如图，保护铁，铁作如图，保护铁，铁作_极，锌作极，锌作_极。极。（2 2）外加电流的阴极保护法。）外加电流的阴极保护法。外加直流电源，使被保护金属与电源的外加直流电源，使被保护金属与电源的_极相连。极相连。正正负负负负一、原电池的正负极、电解池的阴阳极的判断一、原电池的正负极、电解池的阴阳极的判断1.1.原电池正负极的判断原电池正负极的判断（1 1）根据电极材料。）根据电极材料。一般是较活泼的金属为负极，活泼性较弱的金属或能导电的非一般是较活泼的金属为负极，活泼性较弱的金属或能导电的非金属为正极。金属为正极。（2 2）根据电子流动方向或电流方向。）根据电子流动方向或电流方向。电子流动方向：由负极电子流动方向：由负极正极；正极；电流方向：由正极电流方向：由正极负极。负极。（3 3）根据原电池里电解质溶液中离子的移动方向。）根据原电池里电解质溶液中离子的移动方向。在原电池的电解质溶液内，阳离子向正极移动，而阴离子向负在原电池的电解质溶液内，阳离子向正极移动，而阴离子向负极移动。极移动。（4 4）根据原电池两极发生的变化。）根据原电池两极发生的变化。原电池的负极总是失电子，发生氧化反应；而正极总是得电子，原电池的负极总是失电子，发生氧化反应；而正极总是得电子，发生还原反应。发生还原反应。2.2.电解池阴阳极的判断电解池阴阳极的判断（1 1）根据所连接的外加电源。）根据所连接的外加电源。与直流电源正极相连的为阳极，与直流电源负极相连的为阴极。与直流电源正极相连的为阳极，与直流电源负极相连的为阴极。（2 2）根据电子流动方向。）根据电子流动方向。电子流动方向为：电源负极电子流动方向为：电源负极阴极；阳极阴极；阳极电源正极。电源正极。（3 3）根据电解质溶液中离子的定向移动方向。）根据电解质溶液中离子的定向移动方向。在电解池的电解质溶液内，阳离子向阴极移动，而阴离子向阳在电解池的电解质溶液内，阳离子向阴极移动，而阴离子向阳极移动。极移动。（4 4）根据电解池两极反应类型。）根据电解池两极反应类型。发生氧化反应的一极为阳极，发生还原反应的一极为阴极。发生氧化反应的一极为阳极，发生还原反应的一极为阴极。（5 5）根据两极产物。）根据两极产物。一般情况下：一般情况下：阴极上的现象是：析出金属阴极上的现象是：析出金属( (质量增重质量增重) )或有无色气体或有无色气体(H(H2 2) )放放出；出；阳极上的现象是：有非金属单质生成，呈气态的有阳极上的现象是：有非金属单质生成，呈气态的有ClCl2 2、O O2 2或或电极质量减轻电极质量减轻( (活性电极作阳极活性电极作阳极) )。二、电解的四大类型及规律二、电解的四大类型及规律类类型型电极反应特点电极反应特点实例实例电解电解物质物质电解液电解液浓度浓度pHpH变化变化电解液电解液复原复原电电解解水水型型阴极：阴极：4H4H+ +4e+4e- -=2H=2H2 2阳极：阳极：4OH4OH- - -4e4e- -=2H=2H2 2O+O+O O2 2NaOHNaOHH H2 2O O增大增大增大增大加加H H2 2O OH H2 2SOSO4 4减小减小NaNa2 2SOSO4 4不变不变电电解解电电解解质质型型电解质的阴阳电解质的阴阳离子分别在两离子分别在两极放电极放电HClHCl电解电解质质减小减小增大增大通通HClHClCuClCuCl2 2加加CuClCuCl2 2类类型型电极反应特点电极反应特点实例实例电解电解物质物质电解电解液液浓度浓度pHpH变化变化电解电解液液复原复原放放H H2 2生生碱碱型型阴极：放阴极：放H H2 2生成生成碱碱阳极：电解质阴阳极：电解质阴离子放电离子放电NaClNaCl电解电解质和质和水水生成生成新新电解电解质质增大增大通通HClHCl放放O O2 2生生酸酸型型阴极：电解质阳阴极：电解质阳离子放电离子放电阳极：放阳极：放O O2 2生成生成酸酸CuSOCuSO4 4减小减小加加CuOCuO判断下列说法是否正确判断下列说法是否正确一、原电池原理一、原电池原理 高考频次：高考频次：1.1.考查电极名称、电极反应的判断考查电极名称、电极反应的判断（1 1）(2012(2012福建高考福建高考) )在铜锌原电池中，在铜锌原电池中，CuCu极上发生还原极上发生还原反应。（反应。（ ）分析：分析：CuCu不如不如ZnZn活泼，活泼，CuCu为正极，正极上发生还原反应。为正极，正极上发生还原反应。（2 2）(2012(2012广东高考广东高考) )锂碘电池的反应为锂碘电池的反应为2Li(s)+2Li(s)+I I2 2(s)=2LiI(s)(s)=2LiI(s)，则碘电极作该电池的负极。（，则碘电极作该电池的负极。（ ）分析：分析：碘在反应中的化合价降低，发生还原反应，碘作正极。碘在反应中的化合价降低，发生还原反应，碘作正极。2.2.考查电极反应式的书写考查电极反应式的书写（3 3）(2012(2012海南高考海南高考) )肼肼(N(N2 2H H4 4) )空气燃料电池是一种碱空气燃料电池是一种碱性电池，该电池放电时，负极的反应式为性电池，该电池放电时，负极的反应式为N N2 2H H4 4-4e-4e- -=4H4H+ + N+ N2 2。（。（ ）分析：分析：碱性环境下碱性环境下N N2 2H H4 4在负极上失电子结合在负极上失电子结合OHOH- -生成生成N N2 2和和H H2 2O O，其电，其电极反应式为极反应式为N N2 2H H4 4+4OH+4OH- -4e-4e- -=4H=4H2 2O+NO+N2 2。（4 4）(2011(2011福建高考福建高考) )以锂、钢板和以锂、钢板和LiOHLiOH构成的锂水电池构成的锂水电池中，加水即可放电，总反应式为中，加水即可放电，总反应式为2Li+2H2Li+2H2 2O=2LiOH+HO=2LiOH+H2 2（ ）分析：分析：负极反应为负极反应为Li-eLi-e- -=Li=Li+ +，正极反应式为，正极反应式为2H2H+ +2e+2e- -=H H2 2，故电池总反应式为，故电池总反应式为2Li+2H2Li+2H2 2O=2LiOH+HO=2LiOH+H2 2。3.3.考查原电池原理的应用考查原电池原理的应用（5 5）(2013(2013北京高考北京高考) )水中的钢闸门连接电源的负极，使水中的钢闸门连接电源的负极，使用的是外加电流的阴极保护法。（用的是外加电流的阴极保护法。（ ）分析：分析：钢闸门和电源的负极相连，作电解池的阴极被保护，称钢闸门和电源的负极相连，作电解池的阴极被保护，称为外加电流的阴极保护法。为外加电流的阴极保护法。（6 6）(2012(2012江苏高考江苏高考) )镀铜铁制品镀层受损后，铁制品比镀铜铁制品镀层受损后，铁制品比受损前更容易生锈。（受损前更容易生锈。（ ）分析：分析：铁比铜活泼，镀层受损后，形成原电池铁作负极，更易铁比铜活泼，镀层受损后，形成原电池铁作负极，更易腐蚀。腐蚀。二、电解原理二、电解原理 高考频次：高考频次：1.1.考查电解的基本原理考查电解的基本原理（7 7）(2010(2010福建高考福建高考) )如图所示的装置中当如图所示的装置中当K K闭合时，闭合时，中中S S 向向c c极迁移。（极迁移。（ ）24O分析：分析：当当K K闭合时，装置右侧相当于电解池，闭合时，装置右侧相当于电解池，c c极与左侧原电极与左侧原电池的负极相连，为电解池的阴极，排斥池的负极相连，为电解池的阴极，排斥S S ，故，故S S 不会向不会向c c极迁移。极迁移。24O24O（8 8）(2013(2013江苏高考江苏高考) )电解法精炼铜时，以粗铜作阴极，电解法精炼铜时，以粗铜作阴极，纯铜作阳极。（纯铜作阳极。（ ）分析：分析：电解精炼铜时，用纯铜作阴极，电极反应为电解精炼铜时，用纯铜作阴极，电极反应为CuCu2+2+2e+2e- -=Cu=Cu。2.2.考查电解计算考查电解计算（9 9）(2012(2012山东高考山东高考) )电解电解NaClNaCl溶液得到溶液得到22.4 L H22.4 L H2 2( (标准状标准状况况) )，理论上需要转移，理论上需要转移NA A个电子个电子( (NA A阿伏加德罗常数阿伏加德罗常数) )。（。（ ）分析：分析：电解电解NaClNaCl溶液得到溶液得到1 mol1 mol的氢气时，理论上需要转移的的氢气时，理论上需要转移的电子数为电子数为2 2NA A。（1010）铅蓄电池的充电、放电反应方程式为）铅蓄电池的充电、放电反应方程式为Pb+PbOPb+PbO2 2+2H+2H2 2SOSO4 4 2PbSO2PbSO4 4+2H+2H2 2O O，充电时，每生成，充电时，每生成0.2 mol H0.2 mol H2 2SOSO4 4，则转，则转移移0.4 mol e0.4 mol e- -。（。（ ）分析：分析：在生成在生成0.2 mol H0.2 mol H2 2SOSO4 4时，生成时，生成0.1 mol Pb0.1 mol Pb得到得到0.2 mol0.2 mol电子，生成电子，生成0.1 mol PbO0.1 mol PbO2 2失去失去0.2 mol0.2 mol电子，共转移电子，共转移0.2 mol0.2 mol电电子。子。放电放电充电充电热点考向热点考向 1 1 新型化学电源新型化学电源【典题训练【典题训练】1.(20131.(2013宁德期末宁德期末) )按照要求完成下列电极反应式：按照要求完成下列电极反应式：（1 1）MnOMnO2 2的生产方式之一是以石墨为电极，电解酸化的的生产方式之一是以石墨为电极，电解酸化的MnSOMnSO4 4溶液。阳极的电极反应式是溶液。阳极的电极反应式是。（2 2）已知）已知H H2 2O O2 2是一种弱酸，在强碱性溶液中主要以是一种弱酸，在强碱性溶液中主要以H H 形式形式存在。目前研究比较热门的存在。目前研究比较热门的Al-HAl-H2 2O O2 2燃料电池，其原理如图所燃料电池，其原理如图所示，电池总反应如下：示，电池总反应如下：2Al+3H =2Al +OH2Al+3H =2Al +OH- -+H+H2 2O O2O2O2O正极反应式为正极反应式为。AlAl电极易被电极易被NaOHNaOH溶液腐蚀，这是该电池目前未能推广使用的溶液腐蚀，这是该电池目前未能推广使用的原因之一，电极被腐蚀的离子方程式为原因之一，电极被腐蚀的离子方程式为。（3 3）已知反应：）已知反应：2CO(g)+O2CO(g)+O2 2(g)=2CO(g)=2CO2 2(g)(g)H00，根据原，根据原电池原理判断该反应能否设计成燃料电池。若能，请写出当电电池原理判断该反应能否设计成燃料电池。若能，请写出当电解质溶液为解质溶液为KOHKOH溶液时的负极反应式溶液时的负极反应式( (若不能，该空可不作答若不能，该空可不作答) )：。（4 4）资料）资料提示：提示：将氨气通入双氧水中可发生反应：将氨气通入双氧水中可发生反应：3H3H2 2O O2 2+2NH+2NH3 3=N=N2 2+6H+6H2 2O OH0 原电池原电池的负极的负极 化学腐蚀化学腐蚀 原电池的正极原电池的正极 电解池的阴极。电解池的阴极。1.1.有关下列装置的叙述不正确的是（有关下列装置的叙述不正确的是（ ）A.A.图图铝片发生的电极反应式是：铝片发生的电极反应式是：Al+4OHAl+4OH- -3e-3e- -=Al +2H=Al +2H2 2O OB.B.图图发生析氢腐蚀，离子反应方程式为：发生析氢腐蚀，离子反应方程式为：Fe+2HFe+2H+ + =Fe=Fe2+2+H+H2 2C.C.图图溶液中发生了变化：溶液中发生了变化：4Fe(OH)4Fe(OH)2 2+O+O2 2+2H+2H2 2O=4Fe(OH)O=4Fe(OH)3 3D.D.图图充电时，阳极反应是：充电时，阳极反应是：PbSOPbSO4 4+2H+2H2 2O-2eO-2e- - =PbO=PbO2 2+S +4H+S +4H+ +2O24O【解析【解析】选选B B。图。图中铝片作负极，镁片作正极，铝被氧化；中铝片作负极，镁片作正极，铝被氧化；图图发生析氢腐蚀，但醋酸为弱电解质，不能拆分；图发生析氢腐蚀，但醋酸为弱电解质，不能拆分；图发生发生吸氧腐蚀，空气中的氧气又把氢氧化亚铁氧化；图吸氧腐蚀，空气中的氧气又把氢氧化亚铁氧化；图充电时，充电时，硫酸铅被氧化为二氧化铅。硫酸铅被氧化为二氧化铅。2.2.如图是铅蓄电池充、放电时的工作示意图，已知放电时电如图是铅蓄电池充、放电时的工作示意图，已知放电时电池反应为：池反应为：PbOPbO2 2+Pb+4H+Pb+4H+ +2S =2PbSO+2S =2PbSO4 4+2H+2H2 2O O。下列有关说。下列有关说法正确的是（法正确的是（ ）A.KA.K与与N N相接时，能量由电能转化为化学能相接时，能量由电能转化为化学能B.KB.K与与N N相接时，相接时，H H+ +向负极区迁移向负极区迁移C.KC.K与与M M连接时，所用电源的连接时，所用电源的a a极为负极极为负极D.KD.K与与M M相接时，阳极附近的相接时，阳极附近的pHpH逐渐增大逐渐增大24O【解析【解析】选选C C。K K与与N N相接时，构成原电池，能量由化学能转相接时，构成原电池，能量由化学能转化为电能，化为电能，H H+ +向正极区迁移，向正极区迁移，A A、B B错；错；K K与与M M连接时，构成电连接时，构成电解池，电源解池，电源a a极为负极连接阴极极为负极连接阴极PbPb，阳极为，阳极为PbOPbO2 2，电解槽中的，电解槽中的反应为：反应为：2PbSO2PbSO4 4+2H+2H2 2O=PbOO=PbO2 2+Pb+4H+Pb+4H+ +2S +2S ，阳极附近的，阳极附近的H H+ +浓浓度逐渐增大，度逐渐增大，pHpH减小，故减小，故C C对对D D错。错。24O3.3.载人空间站的生态系统中，要求分离人呼出的二氧化碳，同载人空间站的生态系统中，要求分离人呼出的二氧化碳，同时需要提供氧气。某电化学装置利用太阳能转化的电能可以实时需要提供氧气。某电化学装置利用太阳能转化的电能可以实现上述要求，同时还有燃料一氧化碳生成，该电化学装置中得现上述要求，同时还有燃料一氧化碳生成，该电化学装置中得电子的电极发生的反应是电子的电极发生的反应是2CO2CO2 2+4e+4e- -+2H+2H2 2O=2CO+4OHO=2CO+4OH- -。下列判。下列判断错误的是（断错误的是（ ）A.A.上述电化学装置相当于电解池上述电化学装置相当于电解池B.B.上述装置进行的总反应为上述装置进行的总反应为2CO2CO2 2=2CO+O=2CO+O2 2C.C.反应结束后该电化学装置中的电解质溶液反应结束后该电化学装置中的电解质溶液pHpH增大增大D.D.失电子的电极发生的反应是失电子的电极发生的反应是4OH4OH- -4e-4e- -=2H=2H2 2O+OO+O2 2【解析【解析】选选C C。根据题目提示电能实现上述要求可知该电化学。根据题目提示电能实现上述要求可知该电化学装置相当于电解池，装置相当于电解池，A A正确；根据提示的反应物与生成物可以正确；根据提示的反应物与生成物可以写出反应的总反应式为写出反应的总反应式为2CO2CO2 2=2CO+O=2CO+O2 2，B B正确；阴极反应生成正确；阴极反应生成的的OHOH- -在阳极完全反应。故反应前后溶液的在阳极完全反应。故反应前后溶液的pHpH并不变化，并不变化，C C错；错；由总反应减去阴极反应，可以得到阳极反应为：由总反应减去阴极反应，可以得到阳极反应为：4OH4OH- -4e-4e- -=2H=2H2 2O+OO+O2 2，D D正确。正确。4.(20134.(2013北京高考北京高考) )用石墨电极电解用石墨电极电解CuClCuCl2 2溶液溶液( (见下图见下图) )。下。下列分析正确的是（列分析正确的是（ ）A.aA.a端是直流电源的负极端是直流电源的负极B.B.通电使通电使CuClCuCl2 2发生电离发生电离C.C.阳极上发生的反应：阳极上发生的反应：CuCu2+2+2e+2e- -=Cu=CuD.D.通电一段时间后，在阴极附近观察到黄绿色气体通电一段时间后，在阴极附近观察到黄绿色气体【解析【解析】选选A A。由电解装置图可知，。由电解装置图可知，CuCu2+2+向阴极移动，可知向阴极移动，可知a a为为电源负极，电源负极，A A项正确；项正确；CuClCuCl2 2电解质在水中就能电离成自由移动电解质在水中就能电离成自由移动的的CuCu2+2+和和ClCl- -，B B项错误；在阳极上发生氧化反应，其电极反应项错误；在阳极上发生氧化反应，其电极反应为为2Cl2Cl- -2e-2e- -=Cl=Cl2 2，C C项错误；通电一段时间后，应在阳极项错误；通电一段时间后，应在阳极附近观察到黄绿色的气体附近观察到黄绿色的气体ClCl2 2，D D项错误。项错误。5.5.如图所示，通电如图所示，通电5 min5 min后，第后，第极增重极增重2.16 g2.16 g，同时在，同时在A A池中池中收集到标准状况下的气体收集到标准状况下的气体224 mL224 mL，设，设A A池中原混合液的体积为池中原混合液的体积为200 mL200 mL。（1 1）电源）电源F F为为极；第极；第极为极为极；极；B B池为池为池；池；（2 2）A A池中第池中第极上的电极反应式为极上的电极反应式为；A A池中第池中第极上产生气体体积为极上产生气体体积为mLmL( (标准状况下标准状况下) )；（3 3）通电前）通电前A A池中原混合溶液中池中原混合溶液中CuCu2+2+的浓度为的浓度为。【解析【解析】（1 1）由第）由第极增重极增重2.16 g2.16 g可知可知是电解池的阴极，是电解池的阴极，是电解池的阳极，是电解池的阳极，E E是电源的负极，是电源的负极，F F是电源的正极。又因是电源的正极。又因为为B B池的阳极是银，电解质溶液是硝酸银，故该池是电池的阳极是银，电解质溶液是硝酸银，故该池是电镀池；（镀池；（2 2）A A池中，第池中，第极只发生反应极只发生反应4OH4OH- -4e-4e- -=2H2H2 2O+OO+O2 2，因为第，因为第极增重极增重2.16 g2.16 g是银的质量，即转移电是银的质量，即转移电子是子是2.16 g2.16 g108 g108 gmolmol-1-1=0.02 mol=0.02 mol，所以产生氧气是，所以产生氧气是0.02 mol0.02 mol4 422.4 L22.4 Lmolmol-1-1=0.112 L=0.112 L，即，即112 mL112 mL，在阴极，在阴极，发生电极反应发生电极反应CuCu2+2+2e+2e- -=Cu=Cu，2H2H+ +2e+2e- -=H=H2 2，且氢气的体，且氢气的体积是积是224 mL-112 mL=112 mL224 mL-112 mL=112 mL； （3 3）产生氢气的物质的量为）产生氢气的物质的量为0.005 mol0.005 mol，据电子守恒得，据电子守恒得CuCu2+2+的物质的量是的物质的量是(0.02 mol-0.005 mol(0.02 mol-0.005 mol2)2)2=0.005 mol2=0.005 mol，故，故通电前通电前A A池中原混合溶液中池中原混合溶液中CuCu2+2+的浓度为的浓度为0.005 mol0.005 mol0.2 L0.2 L=0.025 mol=0.025 molL L-1-1。答案：答案：（1 1）正阳电解）正阳电解( (镀镀) )（2 2）4OH4OH- -4e-4e- -=2H=2H2 2O+OO+O2 2112 112 （3 3）0.025 mol0.025 molL L-1-1