1、电化学专题讲座高三化学 电化学专题复习知识框架 化学电池 化学能转变为电能 原电池 金属的电化学腐蚀 （自发进行）氧化还原反应能量变化 电解电解质溶液 电解池 电镀、铜的精炼 电能转变为化学能电解法冶练金属 （外界能量推动、自发或不自发）一、原电池和电解池的比较：装置原电池电解池实例原理负极：较活泼金属；失去电子；发生氧化反应；（阳极）正极：较不活泼金属(或非金属C石墨)； 电子流入的一极； 发生还原反应；（阴极）阴极：与电源负极相连的极；发生还原反应。阳极：与电源正极相连的极；发生氧化反应。形成条件活动性不同的两电极（连接）；电解质溶液（电极插入其中并与电极自发反应）；形成闭合回路。两电极接
2、直流电源；两电极插入电解质溶液（水溶液或熔化态）；电极（惰性或非惰性）；形成闭合回路。反应类型自发的氧化还原反应非自发的氧化还原反应电极名称由电极本身性质决定：正极：材料性质较不活泼的电极；负极：材料性质较活泼的电极。由外电源决定：阳极：连电源的正极；阴极：连电源的负极；电极反应负极：Zn-2e-=Zn2+ （氧化反应）正极：Cu2+2e-=Cu（还原反应）阴极：Cu2+ +2e- = Cu （还原反应）阳极：2Cl-2e-= Cl2 （氧化反应）导电外电路：电子由负极 正极溶液中：阳离子 正极 阴离子 负极外电路：电子由负极阴极 阳极 正极溶液中：阴离子 阳极，阳离子 阴极能量转化将化学能转
3、变成电能的装置将电能转变成化学能的装置应用抗金属的电化学腐蚀；各种一次、二次电池。电解食盐水（氯碱工业）；电镀（镀铜）；电冶（冶炼Na、Mg、Al）；精炼（精铜）。二、原电池电极反应式和总反应式的书写：书写方法：“对于复杂的原电池反应考试往往是已知的”（1）找出化合价变价的一组元素，由此判断正负极；（负极失去电子，化合价升高，发生氧化反应）；（2）判断电解质溶液的酸碱性 （或是熔融氧化物/碳酸盐）；（3）根据化合价的升降数确定得或失的电子数；（4）根据电解质溶液，利用电解质溶液中存在的离子平衡电荷；（5）根据电解质溶液，完成原子守恒；普通电池：（锌锰干电池、铅酸蓄电池）1（2016大连校级模拟
4、）蓄电池是一种可以反复充电、放电的装置。有一种蓄电池在充电和放电时发生的反应是：NiO2+Fe+2H2O Fe（OH）2+Ni(OH)2。书写电极方程式并判断电极负极pH值变化：（1）此电池放电时，负极的电极反应式是_。（2）此电池放电时，正极的电极反应式是_。（3）此电池充电时，阳极的电极反应式是_。2. 以Al和NiO(OH)为电极，NaOH溶液为电解液组成一种新型电池。 Al+3NiO(OH)+H2O+NaOH NaAlO2+3Ni(OH)2。书写电极方程式并判断电极负极pH值变化：（1）此电池放电时，正极的电极反应式是_。（2）此电池充电时，阳极的电极反应式是_。3.高铁电池是一种新型
5、可充电电池，与普通高能电池相比，该电池能长时间保持稳定的放电电压。3Zn+ 2K2FeO4 + 8H2O 3Zn(OH)2 + 2Fe(OH)3 + 4KOH（1）此电池放电时，负极的电极反应式是_。（2）此电池放电时，正极的电极反应式是_。（3）此电池充电时，阳极的电极反应式是_。燃料电池：可燃物O2 燃料电池（可燃物作负极，氧气/空气作正极），四种电解质溶液类型：（1）碱性电解质： O2 + 4e- +2H2O = 4OH- （2）酸性电解质： O2 + 4e- +4H+ =2H2O （3）熔融金属氧化物：O2 + 4e- = 2O2- （4）熔融碳酸盐：O2 + 4e- +2CO2= 2
6、CO32-4.以甲醇燃料电池为例，书写四种电解质溶液环境下的电极方程式：练习科学家制造出一种使用固体电解质的燃料电池，其效率更高，可用于航天航空。如下图所示装置中，以稀土金属材料作惰性电极，在两极上分别通入C3H8空气，其中固体电解质是掺杂了Y2O3的ZrO3固体，它在高温下能传导正极生成的O2。(1)c电极通入的物质为_。(2)d电极上的电极反应式为_。图解原电池题目：（电子流向、阴阳离子迁移、pH值变化、电极方程式）5.以葡萄糖为燃料的微生物燃料电池的结构示意图如右图所示。则电池工作时的负极反应为： ；6. 以甲烷为燃料的燃料电池的结构示意图如下左图所示。则电池工作时，负极反应为： ；7.
7、有一甲醇燃料电池，其结构示意图如上右图所示，则：(1)该电池工作时，b口通入的物质为 ，c口通入的物质为 。(2)该电池负极的电极反应式为 。(3)工作一段时间后，当6.4g甲醇完全反应生成CO2时，有 NA个电子转移。8.某电化学气敏传感器如右图所示，可用于监测环境中NH3的含量。电流由 极流向 极；溶液中OH- 向电极 (填a或b)移动；反应消耗的NH3与O2的物质的量之比为 ；工作过程中，a极附近pH值 (降低或升高)；a极的电极反应方程式为： 。9.右图所示是一种酸性燃料电池作为酒精检测仪，可以通过电化学反应，在液晶显示屏显示数值，从而检测酒精含量。当有2.24L(标况下)O2参与反应
8、时，电路中通过的电子数为 NA, 此时，有 mol C2H5OH通过检测器，同时有 mol H+穿过交换膜；该电池的负极反应式为 。10.通过NOx传感器可监测NOx的含量,其工作原理示意图如下：Pt电极上发生的是反应(填“氧化”或“还原”)。写出NiO电极的电极反应式: 。11.一种尿素燃料电池结构如下图所示。其工作时负极的电极反应式可表示为： 。 12.一种微生物燃料电池如图所示，下列关于该电池说法正确的是Aa电极发生还原反应，做原电池的正极 Bb电极反应式为：2NO310e12H+N26H2O CH+由右室通过质子交换膜进入左室 D标况下，电路中产生6moLCO2同时产生22.4L的N2
9、 13.(2012四川理综，11)一种基于酸性燃料电池原理设计的酒精检测仪，负极上的反应为CH3CH2OH4eH2O=CH3COOH4H。下列有关说法正确的是A检测时，电解质溶液中的H向负极移动B若有0.4 mol电子转移，则在标准状况下消耗4.48 L氧气C电池反应的化学方程式为CH3CH2OHO2=CH3COOHH2OD正极上发生的反应为O24e2H2O=4OH14将两个铂电极放置在KOH溶液中，然后分别向两极通入CH4和O2，即可产生电流。下列正确的是通入CH4的电极为正极正极的电极反应式为O22H2O4e=4OH通入CH4的电极反应式为CH42O24e=CO22H2O负极的电极反应式为
10、CH410OH8e=CO7H2O放电时溶液中的阳离子向负极移动放电时溶液中的阴离子向负极移动A B C D盐桥电池15.(2015天津理综，4)锌铜原电池装置如图所示，其中阳离子交换膜只允许阳离子和水分子通过，下列有关叙述正确的是()A.铜电极上发生氧化反应 B.电池工作一段时间后，甲池的c(SO42-)减小 C.电池工作一段时间后，乙池溶液的总质量增加 D.阴阳离子分别通过交换膜向负极和正极移动，保持溶液中电荷平衡 16.控制适合的条件，将反应2Fe32I 2Fe2I2设计成如下图所示的原电池。下列判断不正确的是 ()A反应开始时，乙中石墨电极上发生氧化反应B反应开始时，甲中石墨电极上Fe3
11、被还原C电流计读数为零时，反应达到化学平衡状态D电流计读数为零后，在甲中溶入FeCl2固体，乙中的石墨电极为负极锂电池：（简单锂电池，复杂锂电池）(1)金属Li单质一定是负极： 负极反应：Li- e- = Li+(2)电解质溶液：通常是聚合物电解质，只传导Li+，一般不能是水溶液，否则会膨胀爆炸；(3)简单锂电池：单纯Li单质作负极，高价态氧化物等(MnO2, CoO2, FePO4)作正极；(4)复杂锂电池：层状结构的石墨作为Li单质的载体，负极材料表示为：LiCn 或 LixCn 正极材料表示为：CoO2或Li1-XCoO21. Li-MnO2 / FePO4 / SOCl22.Li-SO
12、Cl2电池可用于心脏起搏器。该电池的电极材料分别为锂和碳，电解液是LiAlCl4-SOCl2。电池的总反应可表示为4Li2SOCl2=4LiClSSO2。3.某种聚合物锂离子电池放电时的反应为CoO2 + LiC6 = 6C + LiCoO2。书写放电时正负极电极反应方程式：4.某种聚合物锂离子电池放电时的反应为Li1-xCoO2 + LixC6 = 6C + LiCoO2，其电池如图所示。下列说法不正确的是：A放电时，LixC6发生氧化反应 B充电时，Li+通过阳离子交换膜从左向右移动 C充电时，将电池的负极与外接电源的负极相连 D放电时，电池的正极反应为Lil-xCoO2 + xLi+ +
13、 xe- = LiCoO2 【锂电池练习】1（2015路桥区模拟）随着各地“限牌”政策的推出，电动汽车成为汽车届的“新宠”。特斯拉全电动汽车使用的是钴酸锂（LiCoO2）电池，其工作原理如图，A 极材料是金属锂和碳的复合材料（碳作为金属锂的载体），电解质为一种能传导Li+的高分子材料，隔膜只允许 Li+通过，电池反应式：LixC6+Li1xCoO2C6+LiCoO2。下列说法不正确的是（）A充电时Li+从右边流向左边B放电时，正极锂的化合价未发生改变C充电时B作阳极，该电极放电时的电极反应式为：Li1x CoO2+xLi+xe=LiCoO2D废旧钴酸锂（LiCoO2）电池进行“放电处理”让Li
14、+进入石墨中而有利于回收2（2015赤峰校级模拟）锂空气电池放电时的工作原理如图所示下列叙述正确的是（）A放电时Li+由B极向A极移动 B电池放电反应为4Li+O2+2H2O=4LiOHC正极反应式为O2+4H+4e=2H2O D电解液a可以为LiCl溶液3（2015陕西三模）锂钒氧化物电池的能量密度远远超过其他材料电池，电池总反应式为V2O5+xLiLixV2O5，下列说法不正确的是（）A向外供电时，锂离子向负极移动 B负极上反应的物质是锂，正极上反应的物质是V2O5C正极的电极反应为：V2O5+xe+xLi+LixV2O5 D负极的电极反应为：xLixexLi+4（2015安徽模拟）新一代
15、锂电池的反应为：FePO4+LiLiFePO4该电池可用于电动汽车，其以含 Li+的导电固体为电解质下列有关LiFePO4电池说法正确的是（）A放电时电池正极反应为：FePO4+Li+eLiFePO4 B充电时LiFePO4只发生氧化反应不发生还原反应C充电过程中，电池正极材料的质量增加 D加入硫酸可以提高电解质的导电性5.液体燃料电池相比于气体燃料电池具有体积小，无需气体存储装置等优点。一种以肼( N2H4)为燃料的电池装置如图所示。该电池用空气中的氧气作为氧化剂，KOH作为电解质。下列关于该燃料电池的叙述不正确的是A电流从右侧电极经过负载后流向左侧电极B负极发生的电极反应式为：N2H4+4
16、OH-4e=N2+ 4H2OC该电池电极材料应采用多孔导电材料，以提高电极反应物质在电极表面的吸附量D该燃料电池持续放电时，K+从负极向正极迁移，因而离子交换膜需选用阳离子交换膜6.（2015全国新课标I卷）微生物电池是指在微生物的作用下将化学能转化为电能的装置，其工作原理如图所示。下列有关微生物电池的说法错误的是A正极反应中有CO2生成（该电池能在高温下使用）B微生物促进了反应中电子的转移C质子通过交换膜从负极区移向正极区D电池总反应为C6H12O6+6O26CO2+6H2O7. （2014广东卷）某同学组装了图4所示的电化学装置，电极Al，其它均为Cu，则A电流方向：电极A电极B电极发生还
17、原反应C电极逐渐溶解D电极的电极反应：Cu2+ + 2e-=Cu8（2016大连校级模拟）蓄电池是一种可以反复充电、放电的装置。有一种蓄电池在充电和放电时发生的反应是：NiO2+Fe+2H2O Fe（OH）2+Ni(OH)2。（1）金属镍（Ni）的质子数比铁多2个，则金属镍位于元素周期表的第_周期，第_族（2）此蓄电池放电时，该电池发生氧化反应的物质是_（填序号）。ANiO2 BFe CFe(OH)2 DNi(OH)2（3）此蓄电池充电时，阳极的电极反应式是_（4）用该蓄电池电解含有0.2mol NaCl的混合溶液100mL，假如电路中转移了0.1mol e，且电解池的电极均为惰性电极阳极产生
18、的气体在标准状况下的体积是_；将电解后的溶液加水稀释至1L，此时溶液的pH=_。（5）该电池电极材料对环境有危害在对电池进行回收处理过程中遇到以下问题：已知：KspFe(OH)3=8.01038，KspNi(OH)2=1.01015。某溶液中含有0.1molL1的Ni2+和0.1molL1的Fe3+，当逐滴加入NaOH溶液（忽略溶液体积改变），先沉淀的离子是_。要想使Fe3+沉淀完全，Ni2+不沉淀，溶液的pH需控制的范围是_（可能用到的数据：lg2=0.3，lg3=0.5）二、电解池1.离子放电顺序：阴极放电的总是溶液中的阳离子，与电极材料无关。放电顺序是：(阴极是受保护的)K + Ca2+
19、 Na+ Mg2+ Al3+ (H+) Zn2+ Fe2+ Sn2+ Pb2+ (H+) Cu2+ Hg2+ I- Br- Cl- OH- 含氧酸根离子(NO3-、SO42-、CO32-)F- 电解的四种类型：2电极反应式和总反应式的书写：（1）书写方法：如果题目给定的是图示装置，先分析阴、阳极，再根据阴、阳极反应规律去写电极反应式；如果题目给定的是总反应式，可分析此反应中的氧化反应或还原反应（即分析有关元素的化合价变化情况），再选择一个简单变化情况去写电极反应式，另一极的电极反应式可直接写或将各反应式看作数学中的代数式，用总反应式减去已写出的电极反应式，即得结果。(特别需要指出的是：对于可逆
20、电池的反应，需要看清楚“充电、放电”的方向，放电的过程应用原电池原理，充电的过程应用电解池原理。)（2）书写方法步骤 以铅蓄电池充电时的反应为例，总反应为2PbSO4+2H2O = Pb+PbO2+2H2SO4，电极反应式的书写按放电时的反应逆过去写，同时统一将电子写在左边即可。三、电化学原理的应用A、电解饱和食盐水（氯碱工业） 反应原理阳极：2Cl-2e=Cl2 阴极：2H+2e=H2 总反应：2NaCl+2H2OH2+Cl2+2NaOH 设备 （阳离子交换膜电解槽）组成：阳极Ti、阴极Fe阳离子交换膜的作用：它只允许阳离子通过而阻止阴离子和气体通过。制烧碱生产过程 （离子交换膜法） 食盐水
21、的精制：粗盐（含泥沙、Ca2+、Mg2+、Fe3+、SO42- 等）加入NaOH溶液加入BaCl2溶液加入Na2CO3溶液过滤加入盐酸加入离子交换剂(NaR) 电解生产主要过程（见图20-1）：NaCl从阳极区加入，H2O从 阴 极区加入。阴极H+ 放电，破坏了水的电离平衡，使OH- 浓度增大，OH-和Na+形成NaOH溶液。B、电解冶炼铝原料：（A）、冰晶石：Na3AlF6=3Na+AlF63-（B）、氧化铝： 铝土矿 NaAlO2 Al(OH)3 Al2O3 原理 阳极 Zn-2e-=Zn2+阴极 Zn2+-2e-=Zn 总反应：4Al3+6O24Al+3O2 设备：电解槽（阳极C、阴极F
22、e） 因为阳极材料不断地与生成的氧气反应：C+O2 CO+CO2，故需定时补充。C、电镀：用电解的方法在金属表面镀上一层金属或合金的过程。镀层金属作阳极，镀件作阴极，电镀液必须含有镀层金属的离子。电镀锌原理：阳极 Zn2e = Zn2+阴极 Zn2+2e=Zn电镀液的浓度在电镀过程中不发生变化。在电镀控制的条件下，水电离出来的H+和OH一般不起反应。电镀液中加氨水或 NaCN的原因：使Zn2+离子浓度很小，镀速慢，镀层才能致密、光亮。D、电解冶炼活泼金属Na、Mg、Al等。E、电解精炼铜：粗铜作阳极，精铜作阴极，电解液含有Cu2+。铜前金属先反应但不析出，铜后金属不反应，形成 “阳极泥”。 四
23、、金属的腐蚀与防护1金属的腐蚀 a.化学腐蚀 :金属与接触到的化学物质直接发生化学反应而引起的腐蚀叫做化学腐蚀。b.电化学腐蚀： 原理：钢铁(Fe-C合金)在电解质溶液中形成无数微小原电池 . (1)析氢腐蚀和吸氧腐蚀的比较类型析氢腐蚀吸氧腐蚀条件水膜呈酸性水膜呈弱酸性或中性正极反应2H2e=H2O22H2O4e=4OH负极反应Fe2e=Fe2其他反应Fe22OH=Fe(OH)24Fe(OH)2O22H2O=4Fe(OH)3Fe(OH)3失去部分水转化为铁锈(2)腐蚀快慢的比较一般来说可用下列原则判断：电解池原理引起的腐蚀原电池原理引起的腐蚀化学腐蚀有防护措施的腐蚀。对同一金属来说，腐蚀的快慢
24、：强电解质溶液中弱电解质溶液中非电解质溶液中。活泼性不同的两种金属，活泼性差别越大，腐蚀越快。对同一种电解质溶液来说，电解质溶液浓度越大，金属腐蚀的速率越快。2.金属的防护 (1)改变金属的内部组织结构，不锈钢等合金耐腐蚀。(2)加防护层如在金属表面加上油脂、油漆，覆盖搪瓷、塑料，烤蓝、电镀、热镀、喷镀，在钢铁表面形成致密而稳定的氧化膜。(3)电化学防护法牺牲阳极的阴极保护法原电池原理：正极为被保护的金属；负极为比被保护的金属活泼的金属；外加电流的阴极保护法电解原理：阴极为被保护的金属，阳极为惰性电极。1 利用下图装置进行实验，开始时，a、b两处液面相平，密封好，放置一段时间。下列说法不正确的
25、是 Aa管发生吸氧腐蚀，b管发生析氢腐蚀B一段时间后，a管液面高于b管液面Ca处溶液的pH增大，b处溶液的pH减小Da、b两处具有相同的电极反应式：Fe2e=Fe22 右图是用铁铆钉固定两个铜质零件的示意图，若该零件置于潮湿空气中，下列说法正确的是 A发生电化学腐蚀，铜为负极，铜极产生H2 B铜易被腐蚀，铜极上发生还原反应，吸收O2C铁易被腐蚀，铁发生氧化反应，Fe2e=Fe2 D发生化学腐蚀：FeCu2=CuFe23.钢铁生锈过程发生如下反应：w.w.w.k.s.5.u.c.o.m2Fe+O2+2H2O=2Fe(OH)2； 4Fe(OH)2+O2+2H2O=4Fe(OH)3； 2Fe(OH)
26、3=Fe2O3+3H2O。 下列说法正确的是A反应、中电子转移数目相等B反应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 4 下列与金属腐蚀有关的说法，正确的是 A图1中，铁钉易被腐蚀B图2中，滴加少量K3Fe(CN)6溶液，没有蓝色沉淀出现C图3中，燃气灶的中心部位容易生锈，主要是由于高温下铁发生化学腐蚀D图4中，用牺牲镁块的方法来防止地下钢铁管道的腐蚀，镁块相当于原电池的正极金属腐蚀与各种防腐措施5.相同材质的铁在图中四种情况下最不易被腐蚀的是6.下列图示中关于铜电极的连接错误的是7. 下列有关金属腐蚀与防护的说法正确的是A纯银器表面在空气中因电化学腐蚀渐渐变暗B当镀锡铁制品的镀层破损时，镶层仍能对铁制品起保护作用C在海轮外壳连接锌块保护外壳不受腐蚀是采用了牺牲阳极的阴极保护法D可将地下输油钢管与外加直流电源的正极相连以保护它不受腐蚀电解池的分析及电解原理的应用8化学用语是学习化学的重要工具，下列用来表示物质变化的化学用语中，正确的是 A用惰性电极电解饱和食盐水时，阳极的电极反应式为2Cl2e=Cl2 B氢氧燃料电池的负极反应式：O22H2O4e=4OHC粗铜精炼时，与电源正极相连的是纯铜，阳极反应式为Cu
