专题八电化学知识

专题八电化学知识【命题趋向】《考试大纲》中对这部分内容的要求可以总结成如下几条：（1）理解原电池原理及构成原电池的条件。理解原电池反应和一般氧化还原反应的异同。能分析常见化学电源的化学原理。（2）理解化学腐蚀和电化腐蚀、析氢腐蚀和吸氧腐蚀的异同。了解生产实际中常见的金属防腐方法的化学原理和金属防腐的一般方法。（3）理解电解的基本原理。记住电解反应中常见离子在阴、阳极的放电顺序。阳极上失电子顺序为……AlZnFeSnPb(H)CuHgAgS2-I-Br-Cl-OH-含氧酸根离子F-；阴极上得电子顺序为O2Cl2Br2I2SAg+Hg2+Cu2+(H+)Pb2+Fe2+Zn2+Al3+……（4）电解原理的应用：氯碱工业、冶炼铝、电镀、精炼铜等。近几年这方面内容的试题在高考考查中所占的比例较大，在理科综合试题每年都会1道选择题或一道大题中带有电化学方面的问题。【主干知识整合】一、构成原电池的条件1．要有活动性不同的两个电极（一种金属与另一种金属或石墨或不溶性的金属氧化物）；2．要有电解质溶液；3．两电极浸入电解质溶液且用导线连接或直接接触。二、金属的腐蚀1．金属腐蚀的实质：金属原子失去电子被氧化而消耗的过程。2．金属腐蚀分为化学腐蚀和电化学腐蚀3．化学腐蚀实质：金属和非电解质或其它物质相接触直接发生氧化还原反应而引起的腐蚀。其腐蚀过程没有电流产生4．电化学腐蚀实质：不纯金属或合金在电解质溶液中发生原电池反应。电化学腐蚀过程有电流产生。5．腐蚀的常见类型（1）析氢腐蚀在酸性条件下，正极发生2H++2e-=H2↑反应。（2）吸氧腐蚀在极弱酸或中性条件下，正极发生2H2O+O2+4e-=4OH-反应。若负极金属不与电解质溶液发生直接的反应，则形成吸氧腐蚀的原电池反应。如生铁浸入食盐水中，会形成许多微小的原电池6．在同一电解质溶液中，金属腐蚀的快慢可用下列原则判断：电解原理引起的腐蚀原电池引起的腐蚀化学腐蚀有防护措施的腐蚀三、原电池、电解（镀）池电极名称的确定1．确定原电池电极名称的方法方法一：根据电极材料的性质确定。通常是（1）对于金属——金属电极，活泼金属是负极，不活泼金属是正极；（2）对于金属——非金属电极，金属是负极，非金属是正极，如干电池等；（3）对于金属——化合物电极，金属是负极，化合物是正极。方法二：根据电极反应的本身确定高考资源网失电子的反应→氧化反应→负极；得电子的反应→还原反应→正极。2．确定电解（镀）池电极名称的方法方法一：与外电源正极连接的一极是阳极、与负极连接的一极是阴极。方法二：电极上发生氧化反应的是阳极，发生还原反应的是阴极。四、分析电极反应及其产物1．原电池：负极：M-ne-=Mn+正极：（1）酸性溶液中2H++2e-=H2↑（2）不活泼金属盐溶液Mn++ne-=M（3）中性、弱酸性条件下2H2O+O2+4e-=4OH-2．电解（镀）池：阳极：（1）若阳极是由活性材料（除C、Pt、Au等以外的其它金属）做成，阳极反应是阳极金属失去电子而被氧化成阳离子；（2）若阳极是由C、Pt、Au等惰性材料做成，阳极反应则是电解液中阴离子在阳极失去电子被氧化。阴离子失去电子能力大小顺序为：I-Br-Cl-OH-含氧酸根F-。阴极：阴极反应一般是溶液中的阳离子得电子的还原反应，阳离子得电子能力大小顺序为：Ag+Hg2+Fe3+Cu2+H+Pb2+Fe2+Zn2+Al3+Mg2+Na+Ca2+K+。必须注意的是，电镀时通过控制条件，Fe2+和Zn2+得电子的能力强于H+五、电解实例及规律电解液溶质类别电解总反应式相当于电解溶液pHNaOH溶液强碱2H2O电解2H2↑+O2↑水升高H2SO4溶液含氧酸降低Na2SO4溶液活泼金属的含氧酸盐不变(两极混合液)CuCl2溶液不活泼金属的无氧酸盐CuCl2电解Cu+Cl2↑电解质本身接近7HCl溶液无氧酸2HCl电解H2↑+Cl2↑升高NaCl溶液活泼金属的无氧酸盐2NaCl+2H2O电解H2+2NaOH+Cl2↑电解2Cu+O2↑+2H2SO4降低NaCl(熔融)离子化合物2NaCl电解2Na+Cl2↑电解质本身Al2O3(熔融)2Al2O3电解4Al+3O2↑【典例精析】一、原电池的工作原理1．下列叙述中正确的是（）A．构成原电池正极和负极的材料必须是两种金属。B．由铜、锌作电极与硫酸铜溶液组成的原电池中铜是负极。C．马口铁（镀锡铁）破损时与电解质溶液接触锡先被腐蚀。D．铜锌原电池工作时，若有13克锌被溶解，电路中就有0.4mol电子通过。【解析】两种活动性不同的金属与电解质溶液能够组成原电池，但不能因此说构成原电池电极的材料一定都是金属，例如锌和石墨电极也能跟电解质溶液组成原电池。在原电池中，活动金属中的电子流向不活动的电极，因此活动金属是负极。镀锡铁表皮破损后与电解质溶液组成原电池，铁较锡活泼，铁先失电子被腐蚀。铜锌原电池工作时，锌负极失电子，电极反应为Zn–2e==Zn2+，1molZn失去2mol电子,0.2mol锌（质量为13克）被溶解电路中有0.4mol电子通过。故选D二、常见的化学电源2．氢氧燃料电池是符合绿色化学理念的新型发电装置。下图为电池示意图，该电池电极表面镀一层细小的铂粉，铂吸附气体的能力强，性质稳定，请回答：（1）氢氧燃料电池的能量转化主要形式是，在导线中电子流动方向为（用a、b表示）。（2）负极反应式为。（3）电极表面镀铂粉的原因为。（4）该电池工作时，H2和O2连续由外部供给，电池可连续不断提供电能。因此，大量安全储氢是关键技术之一。金属锂是一种重要的储氢材料，吸氢和放氢原理如下：2Li+H22LiHLiH+H2O==LiOH+H2↑①反应Ⅰ中的还原剂是，反应Ⅱ中的氧化剂是。②已知LiH固体密度为0.82g/cm3。用锂吸收224L（标准状况）H2，生成的LiH体积与被吸收的H2体积比为。③由②生成的LiH与H2O作用，放出的H2用作电池燃料，若能量转化率为80％，则导线中通过电子的物质的量为mol。【解析】本题考查电化学知识。（1）原电池的实质为化学能转化成电能。总反应为2H2+O2=2H2O，其中H2从零价升至+1价，失去电子，即电子从a流向b。（2）负极为失去电子的一极，即H2失电子生成H＋，由于溶液是碱性的，故电极反应式左右应各加上OH－。（3）铂粉的接触面积大，可以加快反应速率。（4）I.Li从零价升至+1价，作还原剂。II.H2O的H从+1降至H2中的零价，作氧化剂。由反应I，当吸收10molH2时，则生成20molLiH，V=m/ρ=20×7.9/0.82×10-3L=192.68×10-3L。V(LiH)/v(H2)=192.68×10-3L/224L=8.71×10-4。20molLiH可生成20molH2，实际参加反应的H2为20×80%=1.6mol，1molH2转化成1molH2O，转移2mol电子，所以1.6molH2可转移3.2mol的电子三、电解原理3．Cu2O是一种半导体材料，基于绿色化学理念设计的制取.Cu2O的电解池示意图如下，电解总反应：2Cu+H2O==Cu2O+H2O。下列说法正确的是（）A.石墨电极上产生氢气B.铜电极发生还原反应C.铜电极接直流电源的负极D.当有0.1mol电子转移时，有0.1molCu2O生成。【解析】由电解总反应可知，Cu参加了反应，所以Cu作电解池的阳极，发生氧化反应，B选项错误；石墨作阴极，阴极上是溶液中的H＋反应，电极反应为：2H＋＋2e－=H2↑，A选项正确；阳极与电源的正极相连，C选项错误；阳极反应为2Cu＋2OH－－2e－=Cu2O＋H2O，当有0.1mol电子转移时，有0.05molCu2O生成，D选项错误。【答案】A四、金属的腐蚀及防护4．钢铁生锈过程发生如下反应：①2Fe+O2+2H2O=2Fe(OH)2；②4Fe(OH)2+O2+2H2O=4Fe(OH)3；③2Fe(OH)3=Fe2O3+3H2O。下列说法正确的是（）A．反应①、②中电子转移数目相等B．反应①中氧化剂是氧气和水C．与铜质水龙头连接处的钢质水管不易发生腐蚀D．钢铁在潮湿的空气中不能发生电化学腐蚀【解析】①②反应中消耗O2的量相等，两个反应也仅有O2作为氧化剂，故转移电子数是相等的，A项正确。①中H2O的H、O两元素的化合价没有变，故不作氧化剂，B项错；铜和钢构成原电池，腐蚀速度加快，C项错；钢铁是铁和碳的混合物，在潮湿的空气的中易发生吸氧腐蚀，属于电化学腐蚀，故D项错【答案】A五、电极反应的书写5．银器皿日久表面逐渐变黑色，这是由于生成硫化银，有人设计用原电池原理加以除去，其处理方法为：将一定浓度的食盐溶液放入一铝制容器中，再将变黑的银器浸入溶液中，放置一段时间后，黑色会褪去而银不会损失。试回答：在此原电池反应中，负极发生的反应为________；正极发生的反应为_________；反应过程中产生有臭鸡蛋气味的气体，则原电池总反应方程式为______________________。【解析】要善于抓住题示信息，“黑色褪去而银不会损失”，必然发生变化：Ag2SAg，显然这是原电池的正极反应，Ag2S+2e-==2Ag+S2-，负极反应为活泼金属发生氧化反应：Al-3e-===Al3+。正极生成的S2-和负极生成的Al3+在溶液中发生双水解：2Al3++3S2-+6H2O===2Al(OH)3↓+3H2S↑，与题意产生臭鸡蛋气味的气体相吻合。原电池的总反应为上述三个反应的加合：3Ag2S+2Al+6H2O===6Ag+2Al(OH)3↓+3H2S↑。【答案】：Al-3e-===Al3+Ag2S+2e-===2Ag+S2-3Ag2S+2Al+6H2O===6Ag+2Al(OH)3↓+3H2S↑六、电解的有关计算6．将两个铂电极插入500mLCuSO4溶液中进行电解，通电一定时间后，某一电极增重0.064g(设电解时该电极无氢气析出，且不考虑水解和溶液体积变化)，此时溶液中氢离子浓度约为【解析】根据电解规律可知阴极反应:Cu2++2e-=Cu，增重0.064gCu，应是Cu的质量,根据总反应方程式：2CuSO4+2H2O2Cu+O2↑+2H2SO4————4H+2×64g4mol0.064gxx=0.002molc(H+)==4×10-3mol/L七、原电池原理和电解原理综合运用7．（09广东化学14）可用于电动汽车的铝-空气燃料电池，通常以NaCl溶液或NaOH溶液为电解液，铝合金为负极，空气电极为正极。下列说法正确的是A．以NaCl溶液或NaOH溶液为电解液时，正极反应都为：O2＋2H2O＋4e－＝4OH-B．以NaOH溶液为电解液时，负极反应为：Al＋3OH-－3e-＝Al(OH)3↓C．以NaOH溶液为电解液时，电池在工作过程中电解液的pH保持不变D．电池工作时，电子通过外电路从正极流向负极【解析】电解质溶液显碱性或中性，该燃料电极的正极发生反应为：O2＋2H2O＋4e－＝4OH-，A对；铝作负极，负极反应应该是铝失去电子变为铝离子，在氢氧化钠的溶液中铝离子继续与过量的碱反应生成偏铝酸根，因此负极反应为：Al＋4OH-－3e＝AlO2-+2H2O，B错；该电池在碱性条件下消耗了碱，反应式为4Al＋3O2＋4OH-=4AlO2-+2H2O溶液PH降低，C错；电池工作时，电子从负极出来经过外电路流到正极，D错【答案】A【专题训练】1．在下列叙述中，可以说明金属甲的活动性比金属乙的活动性强的是（）A．在氧化还原反应中，甲原子失去的电子比乙原子失去的电子多B．同价态的阳离子，甲比乙的氧化性强C．甲能跟稀盐酸反应放出氢气而乙不能D．将甲、乙作电极组成原电池时，甲是正极2．（芜湖市09届高三第二次模拟）某溶液中含有两种溶质NaCl和H2SO4，它们的物质的量之比为1︰1。用石墨做电极电解该溶液时，下列叙