2017屆高考化學二輪復習 專題09 電化學（教案+學案+課件）（打包3套）魯科版,2017屆高考化學二輪復習,專題09,電化學（教案+學案+課件）（打包3套）魯科版,2017,高考,化學,二輪,復習,專題,09,電化學,教案,課件,打包,魯科版 專題九 電化學 學習目標： 1、了解原電池和電解池的工作原理，能寫出電極反應和電池反應方程式。 2、了解常見化學電源及其工作原理。 3、理解金屬發(fā)生電化學腐蝕的原因；了解金屬腐蝕的危害和防止金屬腐蝕的措施。 學習重難點： 原電池和電解池的工作原理、電極反應和電池反應方程式的書寫。 自主學習 考點一：原電池和電解池的工作原理 【知識梳理】 1．電化學裝置中都有兩個電極，分別發(fā)生氧化反應與還原反應。若兩個電極插在同一電解質溶液的容器內，則由于陰陽離子的移動速率不同而導致兩極之間出現(xiàn)濃度差，以及因電極本身直接與離子反應而導致兩極之間電勢差變小，影響了電流的穩(wěn)定。為解決這個問題，人們使用了鹽橋。鹽橋主要出現(xiàn)在原電池中，有時也可在電解池中出現(xiàn)，其主要作用就是構建閉合的內電路，但不影響反應的實質。鹽橋內常為飽和氯化鉀、硝酸鉀等溶液。 2．鹽橋是新課改教材中出現(xiàn)的新名詞，因而圍繞鹽橋的電化學知識已成為新課改地區(qū)命題的一個熱點，所以有必要分析研究鹽橋問題的考查思路。通常從以下四個方面命題。 (1)考查鹽橋的作用。 (2)考查含鹽橋的電化學總反應式的書寫。 (3)考查鹽橋內溶液離子的移動方向。 (4)考查含鹽橋的電化學裝置的設計。 【題組集訓】 題組一　明確原理，設計裝置 1．能量之間可相互轉化：電解食鹽水制備Cl2是將電能轉化為化學能，而原電池可將化學能轉化為電能。設計兩種類型的原電池，探究其能量轉化效率。限選材料：ZnSO4(aq)，F(xiàn)eSO4(aq)，CuSO4(aq)；銅片，鐵片，鋅片和導線。 ①完成原電池甲的裝置示意圖(見上圖)，并作相應標注，要求：在同一燒杯中，電極與溶液含相同的金屬元素。 ① 以銅片為電極之一，CuSO4(aq)為電解質溶液，只在一個燒杯中組裝原電池乙，工作一段時間后，可觀察到負極__________。 ③甲乙兩種原電池可更有效地將化學能轉化為電能的是________，其原因是________________________________________________________________________。 (3)根據(jù)犧牲陽極的陰極保護法原理，為減緩電解質溶液中鐵片的腐蝕，在(2)的材料中應選__________作陽極。 【答案】①(或其他合理答案) ②電極逐漸溶解，表面有紅色固體析出 ③甲　在甲裝置中，負極不和Cu2＋接觸，避免了Cu2＋直接與負極發(fā)生反應而使化學能轉化為熱能 (3)鋅片 【解析】①根據(jù)題給條件和原電池的構成條件可得： a．若用Zn、Cu、CuSO4(aq)、ZnSO4(aq)組成原電池，Zn作負極，Cu作正極，Zn插入到ZnSO4(aq)中，Cu插入到CuSO4(aq)中。 b．若用Fe、Cu、FeSO4(aq)、CuSO4(aq)組成原電池，F(xiàn)e作負極，Cu作正極，F(xiàn)e插入到FeSO4(aq)中，Cu插入到CuSO4(aq)中。 c．注意，畫圖時要注意電極名稱，電極材料，電解質溶液名稱(或化學式)，并形成閉合回路。 ②由于金屬活動性Zn＞Fe＞Cu，鋅片或鐵片作負極，由于Zn或Fe直接與CuSO4溶液接觸，工作一段時間后，負極逐漸溶解，表面有紅色固體析出。 ③帶有鹽橋的甲原電池中負極沒有和CuSO4溶液直接接觸，二者不會直接發(fā)生置換反應，化學能不會轉化為熱能，幾乎全部轉化為電能；而原電池乙中的負極與CuSO4溶液直接接觸，兩者會發(fā)生置換反應，部分化學能轉化為熱能，化學能不可能全部轉化為電能。 (3)由犧牲陽極的陰極保護法可得，鐵片作正極(陰極)時被保護，作負極(陽極)時被腐蝕，所以應選擇比鐵片更活潑的鋅作負極(陽極)才能有效地保護鐵不被腐蝕。 【方法歸納】 1．工作原理 原電池的閉合回路有外電路與內電路之分，外電路的電流是從正極流向負極，內電路是從負極流向正極，故內電路中的陽離子移向正極、陰離子移向負極。(鹽橋中的陽離子移向正極區(qū)，陰離子移向負極區(qū)，以維持電荷守恒)。 2．設計思路 首先根據(jù)離子方程式判斷出氧化劑、還原劑，明確電極反應。然后再分析兩劑狀態(tài)確定電極材料，若為固態(tài)時可作電極，若為溶液時則只能作電解液。然后補充缺少的電極材料及電解液。電極材料一般添加與電解質溶液中陽離子相同的金屬作電極(使用惰性電極也可)，電解液則是一般含有與電極材料形成的陽離子相同的物質。最后再插入鹽橋即可。 題組二　“鹽橋”的作用與化學平衡的移動 2．控制適合的條件，將反應2Fe3＋＋2I－2Fe2＋＋I2設計成如下圖所示的原電池。下列判斷不正確的是(　　) A．反應開始時，乙中石墨電極上發(fā)生氧化反應 B．反應開始時，甲中石墨電極上Fe3＋被還原 C．電流計讀數(shù)為零時，反應達到化學平衡狀態(tài) D．電流計讀數(shù)為零后，在甲中溶入FeCl2固體，乙中的石墨電極為負極 【答案】D 【解析】由圖示結合原電池原理分析可知，F(xiàn)e3＋得電子變成Fe2＋被還原，I－失去電子變成I2被氧化，所以A、B正確；電流計讀數(shù)為零時Fe3＋得電子速率等于Fe2＋失電子速率，反應達到平衡狀態(tài)；D項在甲中溶入FeCl2固體，平衡2Fe3＋＋2I－2Fe2＋＋I2向左移動，I2被還原為I－，乙中石墨為正極，不正確。 3．下圖Ⅰ、Ⅱ分別是甲、乙兩組同學將反應“AsO＋2I－＋2H＋AsO＋I2＋H2O”設計成的原電池裝置，其中C1、C2均為碳棒。甲組向圖Ⅰ燒杯中逐滴加入適量濃鹽酸；乙組向圖ⅡB燒杯中逐滴加入適量40% NaOH溶液。 下列敘述中正確的是(　　) A．甲組操作時，電流計(G)指針發(fā)生偏轉 B．甲組操作時，溶液顏色變淺 C．乙組操作時，C2作正極 D．乙組操作時，C1上發(fā)生的電極反應為I2＋2e－===2I－ 【答案】D 【解析】裝置Ⅰ中的反應，AsO＋2I－＋2H＋AsO＋I2＋H2O，當加入適量濃鹽酸時，平衡向右移動，有電子轉移，但電子不會沿導線通過，所以甲組操作，電流計(G)指針不會發(fā)生偏轉，但由于I2濃度增大，所以溶液顏色變深；向裝置ⅡB燒杯中加入NaOH溶液中，AsO－2e－＋2H2O===AsO＋2H＋，電子沿導線到C1棒，I2＋2e－===2I－，所以C2為負極，C1為正極。 【失誤防范】 1．把氧化劑、還原劑均為溶液狀態(tài)的氧化還原反應設計成原電池時，必須使用鹽橋才能實現(xiàn)氧化劑與還原劑的分離，否則不會有明顯的電流出現(xiàn)。 2．電子流向的分析方法 (1)改變條件，平衡移動； (2)平衡移動，電子轉移； (3)電子轉移，判斷區(qū)域； (4)根據(jù)區(qū)域，判斷流向； (5)根據(jù)流向，判斷電極。 考點二：幾種重要的化學電池 【知識梳理】 高考中常見的新型電池有“氫鎳電池”、“高鐵電池”、“堿性鋅錳電池”、“海洋電池”、“燃料電池”(如新型細菌燃料電池、氫氧燃料電池、丁烷燃料電池、甲醇質子交換膜燃料電池、CO燃料電池)、“鋰離子電池”、“鋅銀電池”、“鈕扣電池”、“Mg—AgCl電池”、“Mg—H2O2電池”等。新型電池是對電化學原理的綜合考查，在高考中依托新型電池考查的電化學原理知識有以下幾點。 1．判斷電極 (1)“放電”時正、負極的判斷 ①負極：元素化合價升高或發(fā)生氧化反應的物質；②正極：元素化合價降低或發(fā)生還原反應的物質。 (2)“充電”時陰、陽極的判斷 ①陰極：“放電”時的負極在“充電”時為陰極；②陽極：“放電”時的正極在“充電”時為陽極。 2．微粒流向 (1)電子流向 ①電解池：電源負極→陰極，陽極→電源正極； ②原電池：負極→正極。 提示：無論是電解池還是原電池電子均不能流經(jīng)電解質溶液。 (2)離子流向 ①電解池：陽離子移向陰極，陰離子移向陽極；②原電池：陽離子移向正極，陰離子移向負極。 3．書寫電極反應式 (1)“放電”時電極反應式的書寫 ①依據(jù)條件，指出參與負極和正極反應的物質，根據(jù)化合價的變化，判斷轉移電子的數(shù)目； ②根據(jù)守恒書寫負極(或正極)反應式，特別應注意電極產(chǎn)物是否與電解質溶液共存。 (2)“充電”時電極反應式的書寫 充電時的電極反應與放電時的電極反應過程相反，充電的陽極反應為放電時正極反應的逆過程，充電的陰極反應為放電時負極反應的逆過程。 【題組集訓】 題組一　“一池多變”的燃料電池 1．一種基于酸性燃料電池原理設計的酒精檢測儀，負極上的反應為CH3CH2OH－4e－＋H2O===CH3COOH＋4H＋。下列有關說法正確的是(　　) A．檢測時，電解質溶液中的H＋向負極移動 B．若有0.4 mol電子轉移，則在標準狀況下消耗4.48 L氧氣 C．電池反應的化學方程式為CH3CH2OH＋O2===CH3COOH＋H2O D．正極上發(fā)生的反應為O2＋4e－＋2H2O===4OH－ 【答案】C 【解析】解答本題時審題是關鍵，反應是在酸性電解質溶液中進行的。在原電池中，陽離子要往正極移動，故A錯；因電解質溶液是酸性的，不可能存在OH－，故正極的反應式為O2＋4H＋＋4e－===2H2O，轉移4 mol電子時消耗 1 mol O2，則轉移0.4 mol電子時消耗2.24 L O2，故B、D錯；電池反應式即正、負極反應式之和，將兩極的反應式相加可知 C正確。 2．將兩個鉑電極放置在KOH溶液中，然后分別向兩極通入CH4和O2，即可產(chǎn)生電流。下列敘述正確的是(　　) ①通入CH4的電極為正極?、谡龢O的電極反應式為O2＋2H2O＋4e－===4OH－?、弁ㄈ隒H4的電極反應式為CH4＋2O2＋4e－===CO2＋2H2O　④負極的電極反應式為CH4＋10OH－－8e－===CO＋7H2O?、莘烹姇r溶液中的陽離子向負極移動?、薹烹姇r溶液中的陰離子向負極移動 A．①③⑤ B．②④⑥ C．④⑤⑥ D．①②③ 【答案】B 【解析】根據(jù)題意知發(fā)生的反應為CH4＋2O2===CO2＋2H2O，反應產(chǎn)生的CO2在KOH溶液中會轉化為CO。CH4為還原劑，應通入電源的負極，所以①錯誤；正極的電極反應式為O2＋2H2O＋4e－===4OH－，故②、④正確，③錯誤；放電時溶液(原電池內電路)中的陽離子向正極移動，陰離子向負極移動，⑤錯誤，⑥正確。 【總結歸納】 不同“介質”下燃料電池電極反應式的書寫，大多數(shù)學生感到較難。主要集中在：一是得失電子數(shù)目的判斷，二是電極產(chǎn)物的判斷。下面以CH3OH、O2燃料電池為例，分析電極反應式的書寫。 (1)酸性介質，如H2SO4。 CH3OH在負極上失去電子生成CO2氣體，O2在正極上得到電子，在H＋作用下生成H2O。電極反應式為 負極：CH3OH－6e－＋H2O===CO2↑＋6H＋ 正極：O2＋6e－＋6H＋===3H2O (2)堿性介質，如KOH溶液。 CH3OH在負極上失去電子，在堿性條件下生成CO，1 mol CH3OH 失去6 mol e－，O2在正極上得到電子生成OH－，電極反應式為 負極：CH3OH－6e－＋8OH－===CO＋6H2O 正極：O2＋6e－＋3H2O===6OH－ (3)熔融鹽介質，如K2CO3。 在電池工作時，CO移向負極。CH3OH在負極上失去電子，在CO的作用下生成CO2氣體，O2在正極上得到電子，在CO2的作用下生成CO，其電極反應式為 負極：CH3OH－6e－＋3CO===4CO2↑＋2H2O 正極：O2＋6e－＋3CO2===3CO (4)摻雜Y2O3的ZrO3固體作電解質，在高溫下能傳導正極生成的O2－。 根據(jù)O2－移向負極，在負極上CH3OH失電子生成CO2氣體，而O2在正極上得電子生成O2－，電極反應式為 負極：CH3OH－6e－＋3O2－===CO2↑＋2H2O 正極：O2＋6e－===3O2－ 題組二　“久考不衰”的可逆電池 3．已知：鋰離子電池的總反應為LixC＋Li1－xCoO2C＋LiCoO2 鋰硫電池的總反應為2Li＋SLi2S 有關上述兩種電池說法正確的是(　　) A．鋰離子電池放電時，Li＋向負極遷移 B．鋰硫電池充電時，鋰電極發(fā)生還原反應 C．理論上兩種電池的比能量相同 D．下圖表示用鋰離子電池給鋰硫電池充電 【答案】B 【解析】鋰離子電池放電時，為原電池，陽離子Li＋移向正極，A錯誤；鋰硫電池充電時，為電解池，鋰電極發(fā)生還原反應生成Li，B正確；電池的比能量是指參與電極反應的單位質量的電極材料放出電能的多少，兩種電池材料不同，顯然其比能量不同，C錯誤；由圖可知，鋰離子電池的電極材料為C和LiCoO2，應為該電池放電完全所得產(chǎn)物，而鋰硫電池的電極材料為Li和S，應為該電池充電完全所得產(chǎn)物，故此時應為鋰硫電池給鋰離子電池充電的過程，D錯誤。 4．鎳氫電池(NiMH)目前已經(jīng)成為混合動力汽車的一種主要電池類型。NiMH中的M表示儲氫金屬或合金。該電池在充電過程中的總反應方程式是： Ni(OH)2＋M===NiOOH＋MH 已知：6NiOOH＋NH3＋H2O＋OH－===6Ni(OH)2＋NO 下列說法正確的是(　　) A．NiMH電池放電過程中，正極的電極反應式為NiOOH＋H2O＋e－===Ni(OH)2＋OH－ B．充電過程中OH－離子從陽極向陰極遷移 C．充電過程中陰極的電極反應式：H2O＋M＋e－===MH＋OH－，H2O中的H被M還原 D．NiMH電池中可以用KOH溶液、氨水等作為電解質溶液 【答案】A 【解析】A項，放電過程中，NiOOH得電子，化合價降低，發(fā)生還原反應，該項正確；B項，充電過程中發(fā)生電解池反應，OH－從陰極向陽極遷移，該項錯誤；C項，充電過程中，陰極M得到電子，M被還原，H2O中的H化合價沒有發(fā)生變化，該項錯誤；D項，NiMH在KOH溶液、氨水中會發(fā)生氧化還原反應，該項錯誤。 【方法技巧】 對于可充電電池，放電時為原電池，符合原電池的工作原理，負極發(fā)生氧化反應，正極發(fā)生還原反應；外電路中電子由負極流向正極，內電路中陽離子向正極移動，陰離子向負極移動。 可充電電池充電時為電解池，陽極發(fā)生氧化反應，陰極發(fā)生還原反應；充電時電池的“＋”極與外接直流電源的正極相連，電池的“－”極與外接直流電源的負極相連。 題組三　“全新應用”的高科技電池 5．氣體的自動化檢測中常常應用原電池原理的傳感器。下圖為電池的工作示意圖：氣體擴散進入傳感器，在敏感電極上發(fā)生反應，傳感器就會接收到電信號。下表列出了待測氣體及敏感電極上部分反應產(chǎn)物。則下列說法中正確的是(　　) 待測氣體 敏感電極部分產(chǎn)物 NO2 NO Cl2 HCl CO CO2 H2S H2SO4 A.上述氣體檢測時，敏感電極均作原電池正極 B．檢測Cl2氣體時，敏感電極的電極反應為Cl2＋2e－===2Cl－ C．檢測H2S氣體時，對電極充入空氣，對電極上電極反應式為O2＋2H2O＋4e－===4OH－ D．檢測H2S和CO體積分數(shù)相同的兩份空氣樣本時，傳感器上產(chǎn)生的電流大小相同 【答案】B 【解析】A項，NO2―→NO，得電子，作正極，Cl2―→HCl，得電子，作正極，CO―→CO2，失電子，作負極，H2S―→H2SO4，失電子，作負極；B項，根據(jù)產(chǎn)物可以判斷Cl2得電子，生成Cl－，正確；C項，應為O2＋4e－＋4H＋===2H2O；D項，H2S生成H2SO4失去8e－，而CO生成CO2失去2e－，所以檢測體積分數(shù)相同的兩氣體時傳感器上產(chǎn)生的電流大小不相同。 6．下圖是在航天用高壓氫鎳電池基礎上發(fā)展起來的一種金屬氫化物鎳電池(MH—Ni電池)。下列有關說法不正確的是(　　) A．放電時正極反應為NiOOH＋H2O＋e－―→Ni(OH)2＋OH－ B．電池的電解液可為KOH溶液 C．充電時負極反應為MH＋OH－―→H2O＋M＋e－ D．MH是一類儲氫材料，其氫密度越大，電池的能量密度越高 【答案】C 【解析】A項，在原電池的負極發(fā)生的是氧化反應，在原電池的正極發(fā)生的是還原反應，分析化合價的升降，正確；B項，因為該電池為金屬氫化物鎳電池，又有Ni(OH)2等產(chǎn)生，因此可用堿性溶液作電解質溶液，正確；C項，該反應為放電時的負極反應，錯誤；D項，氫密度越大，單位體積內放出的電量越多，電池的能量密度越高，正確。 考點三：電解池的“不尋常”應用 【知識梳理】 “六點”突破電解池 1．分清陰、陽極，與電源正極相連的為陽極，與電源負極相連的為陰極，兩極的反應為“陽氧陰還”。 2．剖析離子移向，陽離子移向陰極，陰離子移向陽極。 3．注意放電順序。 4．書寫電極反應式，注意得失電子守恒。 5．正確判斷產(chǎn)物。 (1)陽極產(chǎn)物的判斷首先看電極，如果是活性電極作陽極，則電極材料失電子，電極溶解(注意：鐵作陽極溶解生成Fe2＋，而不是Fe3＋)；如果是惰性電極，則需看溶液中陰離子的失電子能力，陰離子放電順序為S2－>I－>Br－>Cl－>OH－(水)。 (2)陰極產(chǎn)物的判斷直接根據(jù)陽離子的放電順序進行判斷： Ag＋>Hg2＋>Fe3＋>Cu2＋>H＋>Pb2＋>Fe2＋>Zn2＋>H＋(水) 6．恢復原態(tài)措施。 電解后有關電解質溶液恢復原態(tài)的問題應該用質量守恒法分析。一般是加入陽極產(chǎn)物和陰極產(chǎn)物的化合物，但也有特殊情況，如用惰性電極電解CuSO4溶液，Cu2＋完全放電之前，可加入CuO或CuCO3復原，而Cu2＋完全放電之后，應加入Cu(OH)2或Cu2(OH)2CO3復原。 【題組集訓】 題組一　電解原理在“治理環(huán)境”中的不尋常應用 1．工業(yè)上電解法處理含鎳酸性廢水并得到單質Ni的原理如圖所示。下列說法不正確的是(　　) 已知：①Ni2＋在弱酸性溶液中發(fā)生水解 ②氧化性：Ni2＋(高濃度)＞H＋＞Ni2＋(低濃度) A．碳棒上發(fā)生的電極反應：4OH－－4e－===O2↑＋2H2O B．電解過程中，B中NaCl溶液的物質的量濃度將不斷減少 C．為了提高Ni的產(chǎn)率，電解過程中需要控制廢水pH D．若將圖中陽離子膜去掉，將A、B兩室合并，則電解反應總方程式發(fā)生改變 【答案】B 【解析】電極反應式為 陽極：4OH－－4e－===2H2O＋O2↑ 陰極：Ni2＋＋2e－===Ni 2H＋＋2e－===H2↑ A項正確；B項，由于C中Ni2＋、H＋不斷減少，Cl－通過陰離子膜從C移向B，A中，OH－不斷減少，Na＋通過陽離子膜從A移向B，所以B中NaCl溶液的物質的量濃度不斷增大，錯誤；C項，由于H＋的氧化性大于Ni2＋(低濃度)的氧化性，所以為了提高Ni的產(chǎn)率，電解過程需要控制廢水pH；D項，若去掉陽離子膜，在陽極Cl－放電生成Cl2，正確。 2．用NaOH溶液吸收煙氣中的SO2，將所得的Na2SO3溶液進行電解，可循環(huán)再生NaOH，同時得到H2SO4，其原理如下圖所示(電極材料為石墨)。 (1)圖中a極要連接電源的(填“正”或“負”)________極，C口流出的物質是________。 (2)SO放電的電極反應式為____________。 (3)電解過程中陰極區(qū)堿性明顯增強，用平衡移動原理解釋原因________。 【答案】(1)負　硫酸 (2)SO－2e－＋H2O===SO＋2H＋ (3)H2OH＋＋OH－，在陰極H＋放電生成H2，c(H＋)減小，水的電離平衡正向移動，堿性增強 【解析】根據(jù)Na＋、SO的移向判斷陰、陽極。Na＋移向陰極區(qū)，a應接電源負極，b應接電源正極，其電極反應式分別為 陽極：SO－2e－＋H2O===SO＋2H＋ 陰極：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－ 所以從C口流出的是H2SO4，在陰極區(qū)，由于H＋放電，破壞水的電離平衡，c(H＋)減小，c(OH－)增大，生成NaOH，堿性增強，從B口流出的是濃度較大的NaOH溶液。 題組二　電解原理在“制備物質”中的不尋常應用 3．(1) 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(chǎn)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(chǎn)品室之間的陽膜，從而合并了陽極室與產(chǎn)品室。其缺點是產(chǎn)品中混有____________雜質。該雜質產(chǎn)生的原因是____________________________。 (2)電解NO制備NH4NO3，其工作原理如圖所示，為使電解產(chǎn)物全部轉化為NH4NO3，需補充物質A，A是________，說明理由：_______________________________________________________________________。 【答案】(1)①2H2O－4e－===O2↑＋4H＋ ②陽極室的H＋穿過陽膜擴散至產(chǎn)品室，原料室的H2PO穿過陰膜擴散至產(chǎn)品室，二者反應生成H3PO2 ③PO　H2PO或H3PO2被氧化 (2)NH3　根據(jù)反應：8NO＋7H2O3NH4NO3＋2HNO3，電解產(chǎn)生的HNO3多 4．根據(jù)2CrO＋2H＋Cr2O＋H2O設計圖示裝置(均為惰性電極)電解Na2CrO4溶液制取Na2Cr2O7，圖中右側電極連接電源的______極，其電極反應式為_____________________________________________。 【答案】正極　4OH－－4e－===O2↑＋2H2O 【解析】根據(jù)NaOH溶液濃度的變化及Na＋交換膜，左側為陰極區(qū)域，右側為陽極區(qū)域，電極反應式為 陰極：4H2O＋4e－===2H2↑＋4OH－ 陽極：2H2O－4e－===O2↑＋4H＋ 在陽極區(qū)域：2CrO＋2H＋Cr2O＋H2O。 考點四　金屬腐蝕與防護的“兩種比較”、“兩種方法” 【知識梳理】 1．兩種比較 (1)析氫腐蝕和吸氧腐蝕的比較 類型 析氫腐蝕 吸氧腐蝕 條件 水膜呈酸性 水膜呈弱酸性或中性 正極 反應 2H＋＋2e－===H2↑ O2＋2H2O＋4e－===4OH－ 負極反應 Fe－2e－===Fe2＋ 其他反應 Fe2＋＋2OH－===Fe(OH)2↓ 4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3 Fe(OH)3失去部分水轉化為鐵銹 (2)腐蝕快慢的比較 ①一般來說可用下列原則判斷：電解池原理引起的腐蝕>原電池原理引起的腐蝕>化學腐蝕>有防護措施的腐蝕； ②對同一金屬來說，腐蝕的快慢：強電解質溶液中>弱電解質溶液中>非電解質溶液中； ③活潑性不同的兩種金屬，活潑性差別越大，腐蝕越快； ④對同一種電解質溶液來說，電解質溶液濃度越大，金屬腐蝕的速率越快。 2．兩種保護方法 (1)加防護層 如在金屬表面加上油漆、搪瓷、瀝青、塑料、橡膠等耐腐蝕的非金屬材料；采用電鍍或表面鈍化等方法在金屬表面鍍上一層不易被腐蝕的金屬或生成一層致密的薄膜。 (2)電化學防護 ①犧牲陽極的陰極保護法——原電池原理：正極為被保護的金屬，負極為比被保護的金屬活潑的金屬； ② 外加電流的陰極保護法——電解原理：陰極為被保護的金屬，陽極為惰性電極。 【題組集訓】 題組一　兩種腐蝕的比較 1．利用下圖裝置進行實驗，開始時，a、b兩處液面相平，密封好，放置一段時間。下列說法不正確的是(　　) A．a(chǎn)管發(fā)生吸氧腐蝕，b管發(fā)生析氫腐蝕 B．一段時間后，a管液面高于b管液面 C．a(chǎn)處溶液的pH增大，b處溶液的pH減小 D．a(chǎn)、b兩處具有相同的電極反應式：Fe－2e－===Fe2＋ 【答案】C 【解析】根據(jù)裝置圖判斷，左邊鐵絲發(fā)生吸氧腐蝕，右邊鐵絲發(fā)生析氫腐蝕，其電極反應為 左邊　 負極：Fe－2e－===Fe2＋ 正極：O2＋4e－＋2H2O===4OH－ 右邊　 負極：Fe－2e－===Fe2＋ 正極：2H＋＋2e－===H2↑ a、b處的pH均增大，C錯誤。 2．鐵及其化合物與生產(chǎn)、生活關系密切。 下圖是實驗室研究海水對鐵閘不同部位腐蝕情況的剖面示意圖。 ①該電化腐蝕稱為____________。 ②圖中A、B、C、D四個區(qū)域，生成鐵銹最多的是________(填字母)。 【答案】①吸氧腐蝕　②B 【解析】①金屬在中性和較弱的酸性條件下發(fā)生的是吸氧腐蝕。②發(fā)生吸氧腐蝕，越靠近液面接觸到的O2越多，腐蝕得越嚴重。 3．銅板上鐵鉚釘長期暴露在潮濕的空氣中，形成一層酸性水膜后鐵鉚釘會被腐蝕，示意圖如下。下列說法不正確的是(　　) A．因鐵的金屬性比銅強，所以鐵鉚釘被氧化而腐蝕 B．若水膜中溶解了SO2，則鐵鉚釘腐蝕的速率變小 C．銅極上的反應是2H＋＋2e－===H2↑，O2＋4e－＋4H＋===2H2O D．在金屬表面涂一層油脂，能防止鐵鉚釘被腐蝕 【答案】B 【解析】根據(jù)示意圖，鐵鉚釘發(fā)生電化學腐蝕，其電極反應式為 左側 右側 B項，若水膜溶解了SO2，酸性增強，所以鐵鉚釘腐蝕的速率將變大。 題組二　腐蝕類型與防護方法 4．利用下圖裝置，能完成很多電化學實驗。下列有關此裝置的敘述中，錯誤的是(　　) A．若X為鋅棒，Y為NaCl溶液，開關K置于M處，可減緩鐵的腐蝕，這種方法稱為犧牲陽極的陰極保護法 B．若X為碳棒，Y為NaCl溶液，開關K置于N處，可減緩鐵的腐蝕，這種方法稱為外加電流的陰極保護法 C．若X為銅棒，Y為硫酸銅溶液，開關K置于M處時，鐵電極上的電極反應式為Cu2＋＋2e－===Cu D．若X為銅棒，Y為硫酸銅溶液，開關K置于N處時，溶液中各離子濃度都不會發(fā)生變化 【答案】C 【解析】A項，當開關K置于M處時，Zn作負極被腐蝕，稱作犧牲陽極的陰極保護法；B項，當開關K置于N處時，F(xiàn)e作陰極被保護，稱作外加電流的陰極保護法；C項，鐵作負極，電極反應式為Fe－2e－===Fe2＋；D項，該裝置為電鍍池，溶液中各離子濃度不會發(fā)生變化。 5．某研究小組為探究弱酸性條件下鐵發(fā)生電化學腐蝕類型的影響因素，將混合均勻的新制鐵粉和碳粉置于錐形瓶底部，塞上瓶塞(如圖1)。從膠頭滴管中滴入幾滴醋酸溶液，同時測量容器中的壓強變化。 (1)請完成以下實驗設計表(表中不要留空格)： 編號 實驗目的 碳粉/g 鐵粉/g 醋酸/% ① 為以下實驗作參照 0.5 2.0 90.0 ② 醋酸濃度的影響 0.5 36.0 ③ 0.2 2.0 90.0 (2)編號①實驗測得容器中壓強隨時間變化如圖2。t2時，容器中壓強明顯小于起始壓強，其原因是鐵發(fā)生了________腐蝕，請在圖3中用箭頭標出發(fā)生該腐蝕時電子流動方向；此時，碳粉表面發(fā)生了________(填“氧化”或“還原”)反應，其電極反應式是_______________。 (3)該小組對圖2中0～t1時壓強變大的原因提出了如下假設，請你完成假設二： 假設一：發(fā)生析氫腐蝕產(chǎn)生了氣體； 假設二：________________________________________________________________________； …… (4)為驗證假設一，某同學設計了檢驗收集的氣體中是否含有H2的方案。請你再設計一個實驗方案驗證假設一，寫出實驗步驟和結論。 實驗步驟和結論(不要求寫具體操作過程)： 【答案】(1)②2.0　③碳粉含量的影響 (2)吸氧　　還原　2H2O＋O2＋4e－===4OH－(或4H＋＋O2＋4e－===2H2O) (3)反應放熱，溫度升高 (4)①藥品用量和操作同編號①實驗(多孔橡皮塞增加進、出導管)； ②通入氬氣排凈瓶內空氣； ③滴入醋酸溶液，同時測量瓶內壓強變化(也可測溫度變化、檢驗Fe2＋等)。如果瓶內壓強增大，假設一成立。否則假設一不成立。(本題屬于開放性試題，答案合理即可) 【解析】(1)本題采用“控制變量法”進行研究，即保持其他條件相同，只考慮其中一個因素對實驗的影響。探究醋酸濃度對電化學腐蝕的影響時，應保證碳粉和鐵粉的質量與參照實驗相同，因此實驗②中鐵粉為2.0 g；對比實驗①和③可知，鐵粉的質量及醋酸的濃度相同，而碳粉的質量不同，顯然探究的是碳粉的含量對鐵的電化學腐蝕的影響。 (2)當鐵發(fā)生析氫腐蝕時，由于生成H2，容器的壓強不斷增大，而發(fā)生吸氧腐蝕時，由于消耗O2，容器的壓強不斷減小，t2時容器的壓強明顯小于起始壓強，說明鐵發(fā)生了吸氧腐蝕，此時Fe作負極，失去電子發(fā)生氧化反應；碳粉作正極，O2在其表面得到電子發(fā)生還原反應，電極反應式為O2＋2H2O＋4e－===4OH－(或4H＋＋O2＋4e－===2H2O)。 (3)Fe發(fā)生電化學腐蝕時，放出熱量，使體系的溫度升高。 (4)參照實驗①中藥品的用量及操作方法，更換多孔橡皮塞，增加進、出氣導管，并通入稀有氣體，排出空氣，滴加醋酸溶液，同時測量瓶內壓強的變化、溫度變化等，確定猜想一是否成立。 考點五　利用“電子守恒”思想突破電化學的計算 【知識梳理】 電化學計算的基本方法和技巧： 原電池和電解池的計算包括兩極產(chǎn)物的定量計算、溶液pH的計算、相對原子質量和阿伏加德羅常數(shù)的計算、產(chǎn)物的量與電量關系的計算等。通常有下列三種方法： 1．根據(jù)電子守恒計算 用于串聯(lián)電路中陰陽兩極產(chǎn)物、正負兩極產(chǎn)物、相同電量等類型的計算，其依據(jù)是電路中轉移的電子數(shù)相等。 2．根據(jù)總反應式計算 先寫出電極反應式，再寫出總反應式，最后根據(jù)總反應式列出比例式計算。 3．根據(jù)關系式計算 根據(jù)得失電子守恒定律關系建立起已知量與未知量之間的橋梁，構建計算所需的關系式。 如以通過4 mol e－為橋梁可構建如下關系式： 4e－～2Cl2(Br2、I2)～O2 陽極產(chǎn)物 2H2～2Cu～4Ag～M 陰極產(chǎn)物 (式中M為金屬，n為其離子的化合價數(shù)值) 該關系式具有總攬電化學計算的作用和價值，熟記電極反應式，靈活運用關系式便能快速解答常見的電化學計算問題。 【題組集訓】 題組一　無明顯“外接電源”的電解池“串聯(lián)”的判斷與計算 1．如下圖所示，其中甲池的總反應式為2CH3OH＋3O2＋4KOH===2K2CO3＋6H2O，下列說法正確的是(　　) A．甲池是電能轉化為化學能的裝置，乙、丙池是化學能轉化電能的裝置 B．甲池通入CH3OH的電極反應式為CH3OH－6e－＋2H2O===CO＋8H＋ C．反應一段時間后，向乙池中加入一定量Cu(OH)2固體能使CuSO4溶液恢復到原濃度 D．甲池中消耗280 mL(標準狀況下)O2，此時丙池中理論上最多產(chǎn)生1.45 g固體 【答案】D 【解析】甲池為原電池，作為電源，乙池、丙池為兩個電解池。根據(jù)原電池的形成條件，通入CH3OH的一極為負極，通入O2的一極為正極，所以石墨、Pt(左)作陽極，Ag、Pt(右)作陰極；B項，負極反應：CH3OH－6e－＋8OH－===CO＋6H2O；C項，應加入CuO或CuCO3；D項，丙池中：MgCl2＋2H2O電解,Mg(OH)2↓＋Cl2↑＋H2↑，消耗0.012 5 mol O2，轉移0.05 mol電子，生成0.025 mol Mg(OH)2，其質量為1.45 g。 題組二　有明顯“外接電源”的電解池“串聯(lián)”的判斷與計算 2．在如圖所示的裝置中，若通直流電5 min時，銅電極質量增加2.16 g。試回答下列問題。 (1)電源中X電極為直流電源的________極。 (2)pH變化：A：________，B：________，C：________(填“增大”、“減小”或“不變”) (3)通電5 min時，B中共收集224 mL(標準狀況下)氣體，溶液體積為200 mL，則通電前CuSO4溶液的物質的量濃度為________________________(假設電解前后溶液體積無變化)。 (4)若A中KCl足量且溶液的體積也是200 mL，電解后，溶液的pH為______________(假設電解前后溶液體積無變化)。 【答案】(1)負 (2)增大　減小　不變 (3)0.025 mol·L－1 (4)13 【解析】(1)三個裝置是串聯(lián)的電解池。電解AgNO3溶液時，Ag＋在陰極發(fā)生還原反應變?yōu)锳g，所以質量增加的銅電極是陰極，則銀電極是陽極，Y是正極，X是負極。 (2)電解KCl溶液生成KOH，溶液pH增大；電解CuSO4溶液生成H2SO4，溶液pH減??；電解AgNO3溶液，銀為陽極，不斷溶解，Ag＋濃度基本不變，pH不變。 (3)通電5 min時，C中析出0.02 mol Ag，電路中通過0.02 mol 電子。B中共收集0.01 mol氣體，若該氣體全為氧氣，則電路中需通過0.04 mol電子，電子轉移不守恒。因此，B中電解分為兩個階段，先電解CuSO4溶液，生成O2，后電解水，生成O2和H2，B中收集到的氣體是O2和H2的混合物。設電解CuSO4溶液時生成O2的物質的量為x，電解H2O時生成O2的物質的量為y，則4x＋4y＝0.02 mol(電子轉移守恒)，x＋3y＝0.01 mol(氣體體積之和)，解得x＝y(tǒng)＝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)通電5 min時，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。 【失誤防范】兩種“串聯(lián)”裝置圖比較 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。 專題九 電化學 教學目標 1、了解原電池和電解池的工作原理，能寫出電極反應和電池反應方程式。 2、了解常見化學電源及其工作原理。 3、理解金屬發(fā)生電化學腐蝕的原因；了解金屬腐蝕的危害和防止金屬腐蝕的措施。 教學重點： 原電池和電解池的工作原理、電極反應和電池反應方程式的書寫。 教學難點： 電極反應和電池反應方程式的書寫。 教學過程： 考點一：原電池和電解池的工作原理 【知識精講】 1．電化學裝置中都有兩個電極，分別發(fā)生氧化反應與還原反應。若兩個電極插在同一電解質溶液的容器內，則由于陰陽離子的移動速率不同而導致兩極之間出現(xiàn)濃度差，以及因電極本身直接與離子反應而導致兩極之間電勢差變小，影響了電流的穩(wěn)定。為解決這個問題，人們使用了鹽橋。鹽橋主要出現(xiàn)在原電池中，有時也可在電解池中出現(xiàn)，其主要作用就是構建閉合的內電路，但不影響反應的實質。鹽橋內常為飽和氯化鉀、硝酸鉀等溶液。 2．鹽橋是新課改教材中出現(xiàn)的新名詞，因而圍繞鹽橋的電化學知識已成為新課改地區(qū)命題的一個熱點，所以有必要分析研究鹽橋問題的考查思路。通常從以下四個方面命題。 (1)考查鹽橋的作用。 (2)考查含鹽橋的電化學總反應式的書寫。 (3)考查鹽橋內溶液離子的移動方向。 (4)考查含鹽橋的電化學裝置的設計。 (5)考查鹽橋的作用與平衡移動。 【題組集訓】 題組一　明確原理，設計裝置 1．能量之間可相互轉化：電解食鹽水制備Cl2是將電能轉化為化學能，而原電池可將化學能轉化為電能。設計兩種類型的原電池，探究其能量轉化效率。限選材料：ZnSO4(aq)，F(xiàn)eSO4(aq)，CuSO4(aq)；銅片，鐵片，鋅片和導線。 ①完成原電池甲的裝置示意圖(見上圖)，并作相應標注，要求：在同一燒杯中，電極與溶液含相同的金屬元素。 ① 以銅片為電極之一，CuSO4(aq)為電解質溶液，只在一個燒杯中組裝原電池乙，工作一段時間后，可觀察到負極__________。 ③甲乙兩種原電池可更有效地將化學能轉化為電能的是________，其原因是________________________________________________________________________。 (3)根據(jù)犧牲陽極的陰極保護法原理，為減緩電解質溶液中鐵片的腐蝕，在(2)的材料中應選__________作陽極。 【答案】①(或其他合理答案) ②電極逐漸溶解，表面有紅色固體析出 ③甲　在甲裝置中，負極不和Cu2＋接觸，避免了Cu2＋直接與負極發(fā)生反應而使化學能轉化為熱能 (3)鋅片 【解析】①根據(jù)題給條件和原電池的構成條件可得： a．若用Zn、Cu、CuSO4(aq)、ZnSO4(aq)組成原電池，Zn作負極，Cu作正極，Zn插入到ZnSO4(aq)中，Cu插入到CuSO4(aq)中。 b．若用Fe、Cu、FeSO4(aq)、CuSO4(aq)組成原電池，F(xiàn)e作負極，Cu作正極，F(xiàn)e插入到FeSO4(aq)中，Cu插入到CuSO4(aq)中。 c．注意，畫圖時要注意電極名稱，電極材料，電解質溶液名稱(或化學式)，并形成閉合回路。 ②由于金屬活動性Zn＞Fe＞Cu，鋅片或鐵片作負極，由于Zn或Fe直接與CuSO4溶液接觸，工作一段時間后，負極逐漸溶解，表面有紅色固體析出。 ③帶有鹽橋的甲原電池中負極沒有和CuSO4溶液直接接觸，二者不會直接發(fā)生置換反應，化學能不會轉化為熱能，幾乎全部轉化為電能；而原電池乙中的負極與CuSO4溶液直接接觸，兩者會發(fā)生置換反應，部分化學能轉化為熱能，化學能不可能全部轉化為電能。 (3)由犧牲陽極的陰極保護法可得，鐵片作正極(陰極)時被保護，作負極(陽極)時被腐蝕，所以應選擇比鐵片更活潑的鋅作負極(陽極)才能有效地保護鐵不被腐蝕。 【方法歸納】 1．工作原理 原電池的閉合回路有外電路與內電路之分，外電路的電流是從正極流向負極，內電路是從負極流向正極，故內電路中的陽離子移向正極、陰離子移向負極。(鹽橋中的陽離子移向正極區(qū)，陰離子移向負極區(qū)，以維持電荷守恒)。 2．設計思路 首先根據(jù)離子方程式判斷出氧化劑、還原劑，明確電極反應。然后再分析兩劑狀態(tài)確定電極材料，若為固態(tài)時可作電極，若為溶液時則只能作電解液。然后補充缺少的電極材料及電解液。電極材料一般添加與電解質溶液中陽離子相同的金屬作電極(使用惰性電極也可)，電解液則是一般含有與電極材料形成的陽離子相同的物質。最后再插入鹽橋即可。 題組二　“鹽橋”的作用與化學平衡的移動 2．控制適合的條件，將反應2Fe3＋＋2I－2Fe2＋＋I2設計成如下圖所示的原電池。下列判斷不正確的是(　　) A．反應開始時，乙中石墨電極上發(fā)生氧化反應 B．反應開始時，甲中石墨電極上Fe3＋被還原 C．電流計讀數(shù)為零時，反應達到化學平衡狀態(tài) D．電流計讀數(shù)為零后，在甲中溶入FeCl2固體，乙中的石墨電極為負極 【答案】D 【解析】由圖示結合原電池原理分析可知，F(xiàn)e3＋得電子變成Fe2＋被還原，I－失去電子變成I2被氧化，所以A、B正確；電流計讀數(shù)為零時Fe3＋得電子速率等于Fe2＋失電子速率，反應達到平衡狀態(tài)；D項在甲中溶入FeCl2固體，平衡2Fe3＋＋2I－2Fe2＋＋I2向左移動，I2被還原為I－，乙中石墨為正極，不正確。 3．下圖Ⅰ、Ⅱ分別是甲、乙兩組同學將反應“AsO＋2I－＋2H＋AsO＋I2＋H2O”設計成的原電池裝置，其中C1、C2均為碳棒。甲組向圖Ⅰ燒杯中逐滴加入適量濃鹽酸；乙組向圖ⅡB燒杯中逐滴加入適量40% NaOH溶液。 下列敘述中正確的是(　　) A．甲組操作時，電流計(G)指針發(fā)生偏轉 B．甲組操作時，溶液顏色變淺 C．乙組操作時，C2作正極 D．乙組操作時，C1上發(fā)生的電極反應為I2＋2e－===2I－ 【答案】D 【解析】裝置Ⅰ中的反應，AsO＋2I－＋2H＋AsO＋I2＋H2O，當加入適量濃鹽酸時，平衡向右移動，有電子轉移，但電子不會沿導線通過，所以甲組操作，電流計(G)指針不會發(fā)生偏轉，但由于I2濃度增大，所以溶液顏色變深；向裝置ⅡB燒杯中加入NaOH溶液中，AsO－2e－＋2H2O===AsO＋2H＋，電子沿導線到C1棒，I2＋2e－===2I－，所以C2為負極，C1為正極。 【失誤防范】 1．把氧化劑、還原劑均為溶液狀態(tài)的氧化還原反應設計成原電池時，必須使用鹽橋才能實現(xiàn)氧化劑與還原劑的分離，否則不會有明顯的電流出現(xiàn)。 2．電子流向的分析方法 (1)改變條件，平衡移動； (2)平衡移動，電子轉移； (3)電子轉移，判斷區(qū)域； (4)根據(jù)區(qū)域，判斷流向； (5)根據(jù)流向，判斷電極。 考點二：幾種重要的化學電池 【知識精講】 高考中常見的新型電池有“氫鎳電池”、“高鐵電池”、“堿性鋅錳電池”、“海洋電池”、“燃料電池”(如新型細菌燃料電池、氫氧燃料電池、丁烷燃料電池、甲醇質子交換膜燃料電池、CO燃料電池)、“鋰離子電池”、“鋅銀電池”、“鈕扣電池”、“Mg—AgCl電池”、“Mg—H2O2電池”等。新型電池是對電化學原理的綜合考查，在高考中依托新型電池考查的電化學原理知識有以下幾點。 1．判斷電極 (1)“放電”時正、負極的判斷 ①負極：元素化合價升高或發(fā)生氧化反應的物質；②正極：元素化合價降低或發(fā)生還原反應的物質。 (2)“充電”時陰、陽極的判斷 ①陰極：“放電”時的負極在“充電”時為陰極；②陽極：“放電”時的正極在“充電”時為陽極。 2．微粒流向 (1)電子流向 ①電解池：電源負極→陰極，陽極→電源正極； ②原電池：負極→正極。 提示：無論是電解池還是原電池電子均不能流經(jīng)電解質溶液。 (2)離子流向 ①電解池：陽離子移向陰極，陰離子移向陽極；②原電池：陽離子移向正極，陰離子移向負極。 3．書寫電極反應式 (1)“放電”時電極反應式的書寫 ①依據(jù)條件，指出參與負極和正極反應的物質，根據(jù)化合價的變化，判斷轉移電子的數(shù)目； ②根據(jù)守恒書寫負極(或正極)反應式，特別應注意電極產(chǎn)物是否與電解質溶液共存。 (2)“充電”時電極反應式的書寫 充電時的電極反應與放電時的電極反應過程相反，充電的陽極反應為放電時正極反應的逆過程，充電的陰極反應為放電時負極反應的逆過程。 【題組集訓】 題組一　“一池多變”的燃料電池 1．一種基于酸性燃料電池原理設計的酒精檢測儀，負極上的反應為CH3CH2OH－4e－＋H2O===CH3COOH＋4H＋。下列有關說法正確的是(　　) A．檢測時，電解質溶液中的H＋向負極移動 B．若有0.4 mol電子轉移，則在標準狀況下消耗4.48 L氧氣 C．電池反應的化學方程式為CH3CH2OH＋O2===CH3COOH＋H2O D．正極上發(fā)生的反應為O2＋4e－＋2H2O===4OH－ 【答案】C 【解析】解答本題時審題是關鍵，反應是在酸性電解質溶液中進行的。在原電池中，陽離子要往正極移動，故A錯；因電解質溶液是酸性的，不可能存在OH－，故正極的反應式為O2＋4H＋＋4e－===2H2O，轉移4 mol電子時消耗 1 mol O2，則轉移0.4 mol電子時消耗2.24 L O2，故B、D錯；電池反應式即正、負極反應式之和，將兩極的反應式相加可知 C正確。 2．將兩個鉑電極放置在KOH溶液中，然后分別向兩極通入CH4和O2，即可產(chǎn)生電流。下列敘述正確的是(　　) ①通入CH4的電極為正極?、谡龢O的電極反應式為O2＋2H2O＋4e－===4OH－?、弁ㄈ隒H4的電極反應式為CH4＋2O2＋4e－===CO2＋2H2O?、茇摌O的電極反應式為CH4＋10OH－－8e－===CO＋7H2O　⑤放電時溶液中的陽離子向負極移動?、薹烹姇r溶液中的陰離子向負極移動 A．①③⑤ B．②④⑥ C．④⑤⑥ D．①②③ 【答案】B 【解析】根據(jù)題意知發(fā)生的反應為CH4＋2O2===CO2＋2H2O，反應產(chǎn)生的CO2在KOH溶液中會轉化為CO。CH4為還原劑，應通入電源的負極，所以①錯誤；正極的電極反應式為O2＋2H2O＋4e－===4OH－，故②、④正確，③錯誤；放電時溶液(原電池內電路)中的陽離子向正極移動，陰離子向負極移動，⑤錯誤，⑥正確。 【總結歸納】 不同“介質”下燃料電池電極反應式的書寫，大多數(shù)學生感到較難。主要集中在：一是得失電子數(shù)目的判斷，二是電極產(chǎn)物的判斷。下面以CH3OH、O2燃料電池為例，分析電極反應式的書寫。 (1)酸性介質，如H2SO4。 CH3OH在負極上失去電子生成CO2氣體，O2在正極上得到電子，在H＋作用下生成H2O。電極反應式為 負極：CH3OH－6e－＋H2O===CO2↑＋6H＋ 正極：O2＋6e－＋6H＋===3H2O (2)堿性介質，如KOH溶液。 CH3OH在負極上失去電子，在堿性條件下生成CO，1 mol CH3OH 失去6 mol e－，O2在正極上得到電子生成OH－，電極反應式為 負極：CH3OH－6e－＋8OH－===CO＋6H2O 正極：O2＋6e－＋3H2O===6OH－ (3)熔融鹽介質，如K2CO3。 在電池工作時，CO移向負極。CH3OH在負極上失去電子，在CO的作用下生成CO2氣體，O2在正極上得到電子，在CO2的作用下生成CO，其電極反應式為 負極：CH3OH－6e－＋3CO===4CO2↑＋2H2O 正極：O2＋6e－＋3CO2===3CO (4)摻雜Y2O3的ZrO3固體作電解質，在高溫下能傳導正極生成的O2－。 根據(jù)O2－移向負極，在負極上CH3OH失電子生成CO2氣體，而O2在正極上得電子生成O2－，電極反應式為 負極：CH3OH－6e－＋3O2－===CO2↑＋2H2O 正極：O2＋6e－===3O2－ 題組二　“久考不衰”的可逆電池 3．已知：鋰離子電池的總反應為LixC＋Li1－xCoO2C＋LiCoO2 鋰硫電池的總反應為2Li＋SLi2S 有關上述兩種電池說法正確的是(　　) A．鋰離子電池放電時，Li＋向負極遷移 B．鋰硫電池充電時，鋰電極發(fā)生還原反應 C．理論上兩種電池的比能量相同 D．下圖表示用鋰離子電池給鋰硫電池充電 【答案】B 【解析】鋰離子電池放電時，為原電池，陽離子Li＋移向正極，A錯誤；鋰硫電池充電時，為電解池，鋰電極發(fā)生還原反應生成Li，B正確；電池的比能量是指參與電極反應的單位質量的電極材料放出電能的多少，兩種電池材料不同，顯然其比能量不同，C錯誤；由圖可知，鋰離子電池的電極材料為C和LiCoO2，應為該電池放電完全所得產(chǎn)物，而鋰硫電池的電極材料為Li和S，應為該電池充電完全所得產(chǎn)物，故此時應為鋰硫電池給鋰離子電池充電的過程，D錯誤。 4．鎳氫電池(NiMH)目前已經(jīng)成為混合動力汽車的一種主要電池類型。NiMH中的M表示儲氫金屬或合金。該電池在充電過程中的總反應方程式是： Ni(OH)2＋M===NiOOH＋MH 已知：6NiOOH＋NH3＋H2O＋OH－===6Ni(OH)2＋NO 下列說法正確的是(　　) A．NiMH電池放電過程中，正極的電極反應式為NiOOH＋H2O＋e－===Ni(OH)2＋OH－ B．充電過程中OH－離子從陽極向陰極遷移 C．充電過程中陰極的電極反應式：H2O＋M＋e－===MH＋OH－，H2O中的H被M還原 D．NiMH電池中可以用KOH溶液、氨水等作為電解質溶液 【答案】A 【解析】A項，放電過程中，NiOOH得電子，化合價降低，發(fā)生還原反應，該項正確；B項，充電過程中發(fā)生電解池反應，OH－從陰極向陽極遷移，該項錯誤；C項，充電過程中，陰極M得到電子，M被還原，H2O中的H化合價沒有發(fā)生變化，該項錯誤；D項，NiMH在KOH溶液、氨水中會發(fā)生氧化還原反應，該項錯誤。 【方法技巧】 對于可充電電池，放電時為原電池，符合原電池的工作原理，負極發(fā)生氧化反應，正極發(fā)生還原反應；外電路中電子由負極流向正極，內電路中陽離子向正極移動，陰離子向負極移動。 可充電電池充電時為電解池，陽極發(fā)生氧化反應，陰極發(fā)生還原反應；充電時電池的“＋”極與外接直流電源的正極相連，電池的“－”極與外接直流電源的負極相連。 題組三　“全新應用”的高科技電池 5．氣體的自動化檢測中常常應用原電池原理的傳感器。下圖為電池的工作示意圖：氣體擴散進入傳感器，在敏感電極上發(fā)生反應，傳感器就會接收到電信號。下表列出了待測氣體及敏感電極上部分反應產(chǎn)物。則下列說法中正確的是(　　) 待測氣體 敏感電極部分產(chǎn)物 NO2 NO Cl2 HCl CO CO2 H2S H2SO4 A.上述氣體檢測時，敏感電極均作原電池正極 B．檢測Cl2氣體時，敏感電極的電極反應為Cl2＋2e－===2Cl－ C．檢測H2S氣體時，對電極充入空氣，對電極上電極反應式為O2＋2H2O＋4e－===4OH－ D．檢測H2S和CO體積分數(shù)相同的兩份空氣樣本時，傳感器上產(chǎn)生的電流大小相同 【答案】B 【解析】A項，NO2―→NO，得電子，作正極，Cl2―→HCl，得電子，作正極，CO―→CO2，失電子，作負極，H2S―→H2SO4，失電子，作負極；B項，根據(jù)產(chǎn)物可以判斷Cl2得電子，生成Cl－，正確；C項，應為O2＋4e－＋4H＋===2H2O；D項，H2S生成H2SO4失去8e－，而CO生成CO2失去2e－，所以檢測體積分數(shù)相同的兩氣體時傳感器上產(chǎn)生的電流大小不相同。 6．下圖是在航天用高壓氫鎳電池基礎上發(fā)展起來的一種金屬氫化物鎳電池(MH—Ni電池)。下列有關說法不正確的是(　　) A．放電時正極反應為NiOOH＋H2O＋e－―→Ni(OH)2＋OH－ B．電池的電解液可為KOH溶液 C．充電時負極反應為MH＋OH－―→H2O＋M＋e－ D．MH是一類儲氫材料，其氫密度越大，電池的能量密度越高 【答案】C 【解析】A項，在原電池的負極發(fā)生的是氧化反應，在原電池的正極發(fā)生的是還原反應，分析化合價的升降，正確；B項，因為該電池為金屬氫化物鎳電池，又有Ni(OH)2等產(chǎn)生，因此可用堿性溶液作電解質溶液，正確；C項，該反應為放電時的負極反應，錯誤；D項，氫密度越大，單位體積內放出的電量越多，電池的能量密度越高，正確。 考點三：電解池的“不尋?！睉? 【知識精講】 “六點”突破電解池 1．分清陰、陽極，與電源正極相連的為陽極，與電源負極相連的為陰極，兩極的反應為“陽氧陰還”。 2．剖析離子移向，陽離子移向陰極，陰離子移向陽極。 3．注意放電順序。 4．書寫電極反應式，注意得失電子守恒。 5．正確判斷產(chǎn)物。 (1)陽極產(chǎn)物的判斷首先看電極，如果是活性電極作陽極，則電極材料失電子，電極溶解(注意：鐵作陽極溶解生成Fe2＋，而不是Fe3＋)；如果是惰性電極，則需看溶液中陰離子的失電子能力，陰離子放電順序為S2－>I－>Br－>Cl－>OH－(水)。 (2)陰極產(chǎn)物的判斷直接根據(jù)陽離子的放電順序進行判斷： Ag＋>Hg2＋>Fe3＋>Cu2＋>H＋>Pb2＋>Fe2＋>Zn2＋>H＋(水) 6．恢復原態(tài)措施。 電解后有關電解質溶液恢復原態(tài)的問題應該用質量守恒法分析。一般是加入陽極產(chǎn)物和陰極產(chǎn)物的化合物，但也有特殊情況，如用惰性電極電解CuSO4溶液，Cu2＋完全放電之前，可加入CuO或CuCO3復原，而Cu2＋完全放電之后，應加入Cu(OH)2或Cu2(OH)2CO3復原。 【題組集訓】 題組一　電解原理在“治理環(huán)境”中的不尋常應用 1．工業(yè)上電解法處理含鎳酸性廢水并得到單質Ni的原理如圖所示。下列說法不正確的是(　　) 已知：①Ni2＋在弱酸性溶液中發(fā)生水解 ②氧化性：Ni2＋(高濃度)＞H＋＞Ni2＋(低濃度) A．碳棒上發(fā)生的電極反應：4OH－－4e－===O2↑＋2H2O B．電解過程中，B中NaCl溶液的物質的量濃度將不斷減少 C．為了提高Ni的產(chǎn)率，電解過程中需要控制廢水pH D．若將圖中陽離子膜去掉，將A、B兩室合并，則電解反應總方程式發(fā)生改變 【答案】B 【解析】電極反應式為 陽極：4OH－－4e－===2H2O＋O2↑ 陰極：Ni2＋＋2e－===Ni 2H＋＋2e－===H2↑ A項正確；B項，由于C中Ni2＋、H＋不斷減少，Cl－通過陰離子膜從C移向B，A中，OH－不斷減少，Na＋通過陽離子膜從A移向B，所以B中NaCl溶液的物質的量濃度不斷增大，錯誤；C項，由于H＋的氧化性大于Ni2＋(低濃度)的氧化性，所以為了提高Ni的產(chǎn)率，電解過程需要控制廢水pH；D項，若去掉陽離子膜，在陽極Cl－放電生成Cl2，正確。 2．用NaOH溶液吸收煙氣中的SO2，將所得的Na2SO3溶液進行電解，可循環(huán)再生NaOH，同時得到H2SO4，其原理如下圖所示(電極材料為石墨)。 (1)圖中a極要連接電源的(填“正”或“負”)________極，C口流出的物質是________。 (2)SO放電的電極反應式為____________。 (3)電解過程中陰極區(qū)堿性明顯增強，用平衡移動原理解釋原因________。 【答案】(1)負　硫酸 (2)SO－2e－＋H2O===SO＋2H＋ (3)H2OH＋＋OH－，在陰極H＋放電生成H2，c(H＋)減小，水的電離平衡正向移動，堿性增強 【解析】根據(jù)Na＋、SO的移向判斷陰、陽極。Na＋移向陰極區(qū)，a應接電源負極，b應接電源正極，其電極反應式分別為 陽極：SO－2e－＋H2O===SO＋2H＋ 陰極：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－ 所以從C口流出的是H2SO4，在陰極區(qū)，由于H＋放電，破壞水的電離平衡，c(H＋)減小，c(OH－)增大，生成NaOH，堿性增強，從B口流出的是濃度較大的NaOH溶液。 題組二　電解原理在“制備物質”中的不尋常應用 3．(1) 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(chǎn)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(chǎn)品室之間的陽膜，從而合并了陽極室與產(chǎn)品室。其缺點是產(chǎn)品中混有____________雜質。該雜質產(chǎn)生的原因是____________________________。 (2)電解NO制備NH4NO3，其工作原理如圖所示，為使電解產(chǎn)物全部轉化為NH4NO3，需補充物質A，A是________，說明理由：_______________________________________________________________________。 【答案】(1)①2H2O－4e－===O2↑＋4H＋ ②陽極室的H＋穿過陽膜擴散至產(chǎn)品室，原料室的H2PO穿過陰膜擴散至產(chǎn)品室，二者反應生成H3PO2 ③PO　H2PO或H3PO2被氧化 (2)NH3　根據(jù)反應：8NO＋7H2O3NH4NO3＋2HNO3，電解產(chǎn)生的HNO3多 4．根據(jù)2CrO＋2H＋Cr2O＋H2O設計圖示裝置(均為惰性電極)電解Na2CrO4溶液制取Na2Cr2O7，圖中右側電極連接電源的______極，其電極反應式為_____________________________________________。 【答案】正極　4OH－－4e－===O2↑＋2H2O 【解析】根據(jù)NaOH溶液濃度的變化及Na＋交換膜，左側為陰極區(qū)域，右側為陽極區(qū)域，電極反應式為 陰極：4H2O＋4e－===2H2↑＋4OH－ 陽極：2H2O－4e－===O2↑＋4H＋ 在陽極區(qū)域：2CrO＋2H＋Cr2O＋H2O。 考點四　金屬腐蝕與防護的“兩種比較”、“兩種方法” 【知識精講】 1．兩種比較 (1)析氫腐蝕和吸氧腐蝕的比較 類型 析氫腐蝕 吸氧腐蝕 條件 水膜呈酸性 水膜呈弱酸性或中性 正極 反應 2H＋＋2e－===H2↑ O2＋2H2O＋4e－ ===4OH－ 負極反應 Fe－2e－===Fe2＋ 其他反應 Fe2＋＋2OH－===Fe(OH)2↓ 4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3 Fe(OH)3失去部分水轉化為鐵銹 (2)腐蝕快慢的比較 ①一般來說可用下列原則判斷：電解池原理引起的腐蝕>原電池原理引起的腐蝕>化學腐蝕>有防護措施的腐蝕； ②對同一金屬來說，腐蝕的快慢：強電解質溶液中>弱電解質溶液中>非電解質溶液中； ③活潑性不同的兩種金屬，活潑性差別越大，腐蝕越快； ④對同一種電解質溶液來說，電解質溶液濃度越大，金屬腐蝕的速率越快。 2．兩種保護方法 (1)加防護層 如在金屬表面加上油漆、搪瓷、瀝青、塑料、橡膠等耐腐蝕的非金屬材料；采用電鍍或表面鈍化等方法在金屬表面鍍上一層不易被腐蝕的金屬或生成一層致密的薄膜。 (2)電化學防護 ①犧牲陽極的陰極保護法——原電池原理：正極為被保護的金屬，負極為比被保護的金屬活潑的金屬； ②外加電流的陰極保護法——電解原理：陰極為被保護的金屬，陽極為惰性電極。 題組一　兩種腐蝕的比較 1．利用下圖裝置進行實驗，開始時，a、b兩處液面相平，密封好，放置一段時間。下列說法不正確的是(　　) A．a(chǎn)管發(fā)生吸氧腐蝕，b管發(fā)生析氫腐蝕 B．一段時間后，a管液面高于b管液面 C．a(chǎn)處溶液的pH增大，b處溶液的pH減小 D．a(chǎn)、b兩處具有相同的電極反應式：Fe－2e－===Fe2＋ 【答案】C 【解析】根據(jù)裝置圖判斷，左邊鐵絲發(fā)生吸氧腐蝕，右邊鐵絲發(fā)生析氫腐蝕，其電極反應為 左邊　 負極：Fe－2e－===Fe2＋ 正極：O2＋4e－＋2H2O===4OH－ 右邊　 負極：Fe－2e－===Fe2＋ 正極：2H＋＋2e－===H2↑ a、b處的pH均增大，C錯誤。 2．鐵及其化合物與生產(chǎn)、生活關系密切。 下圖是實驗室研究海水對鐵閘不同部位腐蝕情況的剖面示意圖。 ①該電化腐蝕稱為____________。 ②圖中A、B、C、D四個區(qū)域，生成鐵銹最多的是________(填字母)。 【答案】①吸氧腐蝕?、贐 【解析】①金屬在中性和較弱的酸性條件下發(fā)生的是吸氧腐蝕。②發(fā)生吸氧腐蝕，越靠近液面接觸到的O2越多，腐蝕得越嚴重。 3．銅板上鐵鉚釘長期暴露在潮濕的空氣中，形成一層酸性水膜后鐵鉚釘會被腐蝕，示意圖如下。下列說法不正確的是(　　) A．因鐵的金屬性比銅強，所以鐵鉚釘被氧化而腐蝕 B．若水膜中溶解了SO2，則鐵鉚釘腐蝕的速率變小 C．銅極上的反應是2H＋＋2e－===H2↑，O2＋4e－＋4H＋===2H2O D．在金屬表面涂一層油脂，能防止鐵鉚釘被腐蝕 【答案】B 【解析】根據(jù)示意圖，鐵鉚釘發(fā)生電化學腐蝕，其電極反應式為 左側 右側 B項，若水膜溶解了SO2，酸性增強，所以鐵鉚釘腐蝕的速率將變大。 題組二　腐蝕類型與防護方法 4．利用下圖裝置，能完成很多電化學實驗。下列有關此裝置的敘述中，錯誤的是(　　) A．若X為鋅棒，Y為NaCl溶液，開關K置于M處，可減緩鐵的腐蝕，這種方法稱為犧牲陽極的陰極保護法 B．若X為碳棒，Y為NaCl溶液，開關K置于N處，可減緩鐵的腐蝕，這種方法稱為外加電流的陰極保護法 C．若X為銅棒，Y為硫酸銅溶液，開關K置于M處時，鐵電極上的電極反應式為Cu2＋＋2e－===Cu D．若X為銅棒，Y為硫酸銅溶液，開關K置于N處時，溶液中各離子濃度都不會發(fā)生變化 【答案】C 【解析】A項，當開關K置于M處時，Zn作負極被腐蝕，稱作犧牲陽極的陰極保護法；B項，當開關K置于N處時，F(xiàn)e作陰極被保護，稱作外加電流的陰極保護法；C項，鐵作負極，電極反應式為Fe－2e－===Fe2＋；D項，該裝置為電鍍池，溶液中各離子濃度不會發(fā)生變化。 5．某研究小組為探究弱酸性條件下鐵發(fā)生電化學腐蝕類型的影響因素，將混合均勻的新制鐵粉和碳粉置于錐形瓶底部，塞上瓶塞(如圖1)。從膠頭滴管中滴入幾滴醋酸溶液，同時測量容器中的壓強變化。 (1)請完成以下實驗設計表(表中不要留空格)： 編號 實驗目的 碳粉/g 鐵粉/g 醋酸/% ① 為以下實驗作參照 0.5 2.0 90.0 ② 醋酸濃度的影響 0.5 36.0 ③ 0.2 2.0 90.0 (2)編號①實驗測得容器中壓強隨時間變化如圖2。t2時，容器中壓強明顯小于起始壓強，其原因是鐵發(fā)生了________腐蝕，請在圖3中用箭頭標出發(fā)生該腐蝕時電子流動方向；此時，碳粉表面發(fā)生了________(填“氧化”或“還原”)反應，其電極反應式是_______________。 (3)該小組對圖2中0～t1時壓強變大的原因提出了如下假設，請你完成假設二： 假設一：發(fā)生析氫腐蝕產(chǎn)生了氣體； 假設二：________________________________________________________________________； …… (4)為驗證假設一，某同學設計了檢驗收集的氣體中是否含有H2的方案。請你再設計一個實驗方案驗證假設一，寫出實驗步驟和結論。 實驗步驟和結論(不要求寫具體操作過程)： 【答案】(1)②2.0　③碳粉含量的影響 (2)吸氧　　還原　2H2O＋O2＋4e－===4OH－(或4H＋＋O2＋4e－===2H2O) (3)反應放熱，溫度升高 (4)①藥品用量和操作同編號①實驗(多孔橡皮塞增加進、出導管)； ②通入氬氣排凈瓶內空氣； ③滴入醋酸溶液，同時測量瓶內壓強變化(也可測溫度變化、檢驗Fe2＋等)。如果瓶內壓強增大，假設一成立。否則假設一不成立。(本題屬于開放性試題，答案合理即可) 【解析】(1)本題采用“控制變量法”進行研究，即保持其他條件相同，只考慮其中一個因素對實驗的影響。探究醋酸濃度對電化學腐蝕的影響時，應保證碳粉和鐵粉的質量與參照實驗相同，因此實驗②中鐵粉為2.0 g；對比實驗①和③可知，鐵粉的質量及醋酸的濃度相同，而碳粉的質量不同，顯然探究的是碳粉的含量對鐵的電化學腐蝕的影響。 (2)當鐵發(fā)生析氫腐蝕時，由于生成H2，容器的壓強不斷增大，而發(fā)生吸氧腐蝕時，由于消耗O2，容器的壓強不斷減小，t2時容器的壓強明顯小于起始壓強，說明鐵發(fā)生了吸氧腐蝕，此時Fe作負極，失去電子發(fā)生氧化反應；碳粉作正極，O2在其表面得到電子發(fā)生還原反應，電極反應式為O2＋2H2O＋4e－===4OH－(或4H＋＋O2＋4e－===2H2O)。 (3)Fe發(fā)生電化學腐蝕時，放出熱量，使體系的溫度升高。 (4)參照實驗①中藥品的用量及操作方法，更換多孔橡皮塞，增加進、出氣導管，并通入稀有氣體，排出空氣，滴加醋酸溶液，同時測量瓶內壓強的變化、溫度變化等，確定猜想一是否成立。 考點五　利用“電子守恒”思想突破電化學的計算 【知識精講】 電化學計算的基本方法和技巧： 原電池和電解池的計算包括兩極產(chǎn)物的定量計算、溶液pH的計算、相對原子質量和阿伏加德羅常數(shù)的計算、產(chǎn)物的量與電量關系的計算等。通常有下列三種方法： 1．根據(jù)電子守恒計算 用于串聯(lián)電路中陰陽兩極產(chǎn)物、正負兩極產(chǎn)物、相同電量等類型的計算，其依據(jù)是電路中轉移的電子數(shù)相等。 2．根據(jù)總反應式計算 先寫出電極反應式，再寫出總反應式，最后根據(jù)總反應式列出比例式計算。 3．根據(jù)關系式計算 根據(jù)得失電子守恒定律關系建立起已知量與未知量之間的橋梁，構建計算所需的關系式。 如以通過4 mol e－為橋梁可構建如下關系式： 4e－～2Cl2(Br2、I2)～O2 陽極產(chǎn)物 2H2～2Cu～4Ag～M 陰極產(chǎn)物 (式中M為金屬，n為其離子的化合價數(shù)值) 該關系式具有總攬電化學計算的作用和價值，熟記電極反應式，靈活運用關系式便能快速解答常見的電化學計算問題。 【題組集訓】 題組一　無明顯“外接電源”的電解池“串聯(lián)”的判斷與計算 1．如下圖所示，其中甲池的總反應式為2CH3OH＋3O2＋4KOH===2K2CO3＋6H2O，下列說法正確的是(　　) A．甲池是電能轉化為化學能的裝置，乙、丙池是化學能轉化電能的裝置 B．甲池通入CH3OH的電極反應式為CH3OH－6e－＋2H2O===CO＋8H＋ C．反應一段時間后，向乙池中加入一定量Cu(OH)2固體能使CuSO4溶液恢復到原濃度 D．甲池中消耗280 mL(標準狀況下)O2，此時丙池中理論上最多產(chǎn)生1.45 g固體 【答案】D 【解析】甲池為原電池，作為電源，乙池、丙池為兩個電解池。根據(jù)原電池的形成條件，通入CH3OH的一極為負極，通入O2的一極為正極，所以石墨、Pt(左)作陽極，Ag、Pt(右)作陰極；B項，負極反應：CH3OH－6e－＋8OH－===CO＋6H2O；C項，應加入CuO或CuCO3；D項，丙池中：MgCl2＋2H2O電解,Mg(OH)2↓＋Cl2↑＋H2↑，消耗0.012 5 mol O2，轉移0.05 mol電子，生成0.025 mol Mg(OH)2，其質量為1.45 g。 題組二　有明顯“外接電源”的電解池“串聯(lián)”的判斷與計算 2．在如圖所示的裝置中，若通直流電5 min時，銅電極質量增加2.16 g。試回答下列問題。 (1)電源中X電極為直流電源的________極。 (2)pH變化：A：________，B：________，C：________(填“增大”、“減小”或“不變”) (3)通電5 min時，B中共收集224 mL(標準狀況下)氣體，溶液體積為200 mL，則通電前CuSO4溶液的物質的量濃度為________________________(假設電解前后溶液體積無變化)。 (4)若A中KCl足量且溶液的體積也是200 mL，電解后，溶液的pH為______________(假設電解前后溶液體積無變化)。 【答案】(1)負 (2)增大　減小　不變 (3)0.025 mol·L－1 (4)13 【解析】(1)三個裝置是串聯(lián)的電解池。電解AgNO3溶液時，Ag＋在陰極發(fā)生還原反應變?yōu)锳g，所以質量增加的銅電極是陰極，則銀電極是陽極，Y是正極，X是負極。 (2)電解KCl溶液生成KOH，溶液pH增大；電解CuSO4溶液生成H2SO4，溶液pH減??；電解AgNO3溶液，銀為陽極，不斷溶解，Ag＋濃度基本不變，pH不變。 (3)通電5 min時，C中析出0.02 mol Ag，電路中通過0.02 mol 電子。B中共收集0.01 mol氣體，若該氣體全為氧氣，則電路中需通過0.04 mol電子，電子轉移不守恒。因此，B中電解分為兩個階段，先電解CuSO4溶液，生成O2，后電解水，生成O2和H2，B中收集到的氣體是O2和H2的混合物。設電解CuSO4溶液時生成O2的物質的量為x，電解H2O時生成O2的物質的量為y，則4x＋4y＝0.02 mol(電子轉移守恒)，x＋3y＝0.01 mol(氣體體積之和)，解得x＝y(tǒng)＝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)通電5 min時，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。 【失誤防范】兩種“串聯(lián)”裝置圖比較 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。