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电化学复习
电化学复习
1、原电池
1工作原理:
1)电极:
负极为,正极为。
(2)电极反应:
负极:
,正极:
。
(3)原电池中的三个方向:
①电子方向:
电子从流出经外电路流入;
②电流方向:
电流从流出经外电路流入;
③离子的迁移方向:
电解质溶液中,阴离子向迁移,阳离子向迁移。
2、化学电源
氢氧燃料电池是目前最成熟的燃料电池,可分为酸性和碱性两种。
注意:
(1)化学电源的电极反应式一般较为复杂。
正、负极反应的加和是总反应方程式,总反应方程式减一极反应方程式可得另一极反应方程式。
(2)可充电电池充电时,电池的正极接外接电源的正极,电池的负极接外接电源的负极。
(3)可充电电池的放电反应和充电反应不互为可逆反应。
(4)书写燃料电池的电极反应式时,一定要注意溶液的酸碱性。
二、电解池
1、电子和离子移动方向
①电子:
从电源____流向电解池的___;从电解池的____流向电源的____。
②离子:
阳离子移向电解池的____;阴离子移向电解池的____。
2.分析电解过程的思维程序
(1)首先判断阴、阳极,分析阳极材料是惰性电极还是活泼电极。
(2)再分析电解质水溶液的组成,找全离子并分阴、阳两组(不要忘记水溶液中的H+和OH-)。
(3)然后排出阴、阳两极的放电顺序
阴极:
阳离子放电顺序:
Ag+>Fe3+>Cu2+>H+(酸)>Fe2+>Zn2+>H+(水)>Al3+>Mg2+>Na+>Ca2+>K+。
阳极:
活泼电极>S2->I->Br->Cl->OH->含氧酸根离子。
(4)分析电极反应,判断电极产物,写出电极反应式,要注意遵循原子守恒和电荷守恒。
三、金属的腐蚀和防护
析氢腐蚀与吸氧腐蚀
以钢铁的腐蚀为例进行分析:
析氢腐蚀
吸氧腐蚀
条件
水膜酸性较强(pH≤4.3)
水膜酸性很弱或呈中性
电极反应
负极
__________________
正极
_____________________
_______________________
总反应式
_______________________
_______________________
联系
__________更普遍
4、规律总结
1、书写原电池的电极反应式时,首先要根据原电池的工作原理准确判断正、负极,然后结合电解质溶液的环境确定电极产物,最后再根据质量守恒和电荷守恒写出反应式。
1.电极反应式书写的一般方法
(1)拆分法:
①写出原电池的总反应。
如2Fe3++Cu===2Fe2++Cu2+。
②把总反应按氧化反应和还原反应拆分为两个半反应,并注明正、负极,并依据质量守恒、电荷守恒及电子得失守恒配平两个半反应:
正极:
2Fe3++2e-===2Fe2+,负极:
Cu-2e-===Cu2+。
(2)加减法:
①写出总反应。
如Li+LiMn2O4===Li2Mn2O4。
②写出其中容易写出的一个半反应(正极或负极)。
如Li-e-===Li+(负极)。
③利用总反应与上述的一极反应相减,即得另一个电极的反应式,即LiMn2O4+Li++e-===Li2Mn2O4(正极)。
2.燃料电池电极反应式的书写
第一步:
写出电池总反应式。
燃料电池的总反应与燃料的燃烧反应一致,若产物能和电解质反应则总反应为加和后的反应。
如甲烷燃料电池(电解质为NaOH溶液)的反应式为:
CH4+2O2===CO2+2H2O ①,
CO2+2NaOH===Na2CO3+H2O ②
①式+②式得燃料电池总反应式为
CH4+2O2+2NaOH===Na2CO3+3H2O。
第二步:
写出电池的正极反应式:
根据燃料电池的特点,一般在正极上发生还原反应的物质都是O2,电解质溶液不同,其电极反应有所不同,其实,我们只要熟记以下四种情况:
a.酸性电解质溶液环境下电极反应式:
O2+4H++4e-===2H2O。
b.碱性电解质溶液环境下电极反应式:
O2+2H2O+4e-===4OH-。
c.固体电解质(高温下能传导O2-)环境下电极反应式:
O2+4e-===2O2-。
d.熔融碳酸盐(如:
熔融K2CO3)环境下电极反应式:
O2+2CO2+4e-===2CO
。
第三步,根据电池总反应式和正极反应式写出电池的负极反应式:
电池的总反应式-电池正极反应式=电池负极反应式,注意在将两个反应式相减时,要约去正极的反应物O2。
2、电解池的有关计算
解题依据是得失电子守恒,其解题方法有守恒法、总反应式法、关系式法。
(1)根据守恒法计算:
用于串联电路、阴阳两极产物、正负两极产物、相同电量等类型的计算,其依据是电路中转移的电子数相等。
(2)根据总反应式计算:
先写出电极反应式,再写出总反应式,最后根据总反应式计算。
(3)根据关系式计算:
根据得失电子守恒关系,在已知量与未知量之间,建立计算所需的关系式。
例1.两个惰性电极插入500mLAgNO3溶液中,通电电解。
当电解液的pH从6.0变为3.0时,(设电解过程中阴极没有H2放出,且电解液在电解前后体积变化可以忽略不计)电极上析出银的质量最大为( )
A.27mg B.54mgC.106mgD.216mg
例2.
(1)用惰性电极电解400mL一定浓度的硫酸铜溶液(不考虑电解过程中溶液体积的变化),通电一段时间后,向所得的溶液中加入0.1molCuO后,使溶液恰好恢复到电解前的浓度和pH,电解过程中转移的电子为_______mol。
(2)如果向所得的溶液中加入0.1molCu(OH)2后,使溶液恰好恢复到电解前的浓度和pH,电解过程中转移的电子为________mol。
(3)如果向所得的溶液中加入0.1molCu2(OH)2CO3后,使溶液恰好恢复到电解前的浓度和pH(不考虑CO2的溶解),电解过程中转移的电子为________mol。
例题
例题1(2013·全国课标Ⅱ·11)“ZEBRA”蓄电池的结构如下图所示,电极材料多孔Ni/NiCl2和金属钠之间由钠离子导体制作的陶瓷管相隔。
下列关于该电池的叙述错误的是( )
A.电池反应中有NaCl生成
B.电池的总反应是金属钠还原三价铝离子
C.正极反应为:
NiCl2+2e-===Ni+2Cl-
D.钠离子通过钠离子导体在两电极间移动
2、下面各容器中盛有海水,铁在其中被腐蚀时由快到慢的顺序是( )
A.④>②>①>③ B.②>①>③>④C.④>②>③>①D.③>②>④>①
练习
1、有关如图所示原电池的叙述不正确的是( )
A.电子沿导线由Cu片流向Ag片
B.正极的电极反应是Ag++e-===Ag
C.盐桥中的K+移向AgNO3溶液
D.用该电池电解饱和食盐水,有3.2gCu溶解时理论上生成1.12LCl2
2.被称之为“软电池”的纸质电池,采用一个薄层纸片作为传导体,在其一边镀锌,而在其另一边镀二氧化锰。
在纸内的离子“流过”水和氧化锌组成的电解液。
总反应的化学方程式为:
Zn+2MnO2+H2O===Zn(OH)2+Mn2O3
下列说法错误的是( )
A.电池工作时,锌失去电子
B.外电路中每通过0.2mol电子,锌的质量理论上减小6.5g
C.电池工作时,电子由正极通过外电路流向负极
D.电池正极的电极反应式为:
2MnO2+H2O+2e-===Mn2O3+2OH-
3.依据氧化还原反应:
Cu2+(aq)+Fe(s)===Fe2+(aq)+Cu(s)
设计的原电池如下图所示。
请回答下列问题:
(1)电极X的材料是__________________。
电解质溶液Y是________;
(2)X电极上发生的电极反应式为________。
(3)针对上述原电池装置,下列说法中,不正确的是( )
A.原电池工作时的总反应Cu2+(aq)+Fe(s)===Fe2+(aq)+Cu(s),一定为放热反应
B.原电池工作时,X电极流出电子,发生氧化反应
C.原电池工作时,银电极上发生氧化反应
D.原电池工作时,盐桥中的阳离子不断移向左池的氯化钠溶液中
(4)若Y为氯化钠溶液,则经过一段时间,发现X极上出现锈斑,则此过程中正极的电极反应式为________。
4.铅蓄电池是典型的可充电电池,它的正、负极极板是惰性材料,电池总反应式为:
Pb+PbO2+2H2SO4
2PbSO4+2H2O
请回答下列问题(不考虑氢、氧的氧化还原)
(1)放电时:
正极的电极反应式是____________________________________;电解液中H2SO4的浓度将变________;当外电路通过1mol电子时,理论上负极板的质量增加________g。
(2)在完全放电耗尽PbO2和Pb时,若按右图连接,电解一段时间后,则在A电极上生成________、B电极上生成______,此时铅蓄电池的正、负极的极性将____。
5.将下图所示实验装置的K闭合,下列判断正确的是( )
A.Cu电极上发生还原反应
B.电子沿Zn→a→b→Cu路径流动
C.片刻后甲池中c(SO
)增大
D.片刻后可观察到滤纸b点变红色
6、氢镍电池是近年开发出来的可充电电池,它可以取代会产生污染的铜镍电池。
氢镍电池的总反应式是根据此反应式判断,下列叙述中正确的是()
A、电池放电时,电池负极周围溶液的pH不断增大
B、电池放电时,镍元素被氧化
C、电池充电时,氢元素被还原
D、电池放电时,H2是负极
7、电池(MH-Ni电池)。
下列有关说法不正确的是
A.放电时正极反应为:
NiOOH+H2O+e-→Ni(OH)2+OH-
B.电池的电解液可为KOH溶液
C.充电时负极反应为:
MH+OH-→+H2O+M+e-
D.MH是一类储氢材料,其氢密度越大,电池的能量密度越高
8.一种新型燃料电池,一极通入空气,另一极通入丁烷气体;电解质是掺杂氧化钇(Y2O3)的氧化锆(ZrO2)晶体,在熔融状态下能传导O2-.下列对该燃料电池的说法不正确的是( )
A.通入丁烷一极是负极,电极反应为:
C4H10+26OH--26e-=4CO2+18H2O
B.电池的总反应是:
2C4H10+13O2→8CO2+10H2O
C.通入空气一极是正极,电极反应为:
O2+4e-=2O2-
D.在熔融电解质中,O2-由正极移向负极
9.某原电池装置如右图所示,电池总反应为2Ag+Cl2=2AgCl。
下列说法正确的是
A.正极反应为AgCl+e-=Ag+Cl-
B.放电时,交换膜右侧溶液中有大量白色沉淀生成
C.若用NaCl溶液代替盐酸,则电池总反应随之改变
D.当电路中转移0.01mole-时,交换膜左侧溶液中约减少0.02mol离子
10、锂离子电池已经成为新一代实用化的蓄电池,该电池具有能量密度大、电压高的特性。
锂离子电池放电时的电极反应式为:
负极反应:
C6Li-xe-===C6Li1-x+xLi+(C6Li表示锂原子嵌入石墨形成复合材料)
正极反应:
Li1-xMO2+xLi++xe-===LiMO2(LiMO2表示含锂的过渡金属氧化物)下列有关说法正确的是()
A.锂离子电池充电时电池反应为C6Li+Li1-xMO2===LiMO2+C6Li1-x
B.电池反应中,锂、锌、银、铅各失去1mol电子,金属锂所消耗的质量最小
C.锂离子电池放电时电池内部Li+向负极移动
D.锂离子电池充电时阴极反应为C6Li1-x+xLi++xe-===C6Li
11.Mg-H2O2电池可用于驱动无人驾驶的潜航器。
该电池以海水为电解质溶液,示意图如下。
该电池工作时,下列说法正确的是
A.Mg电极是该电池的正极
B.H2O2在石墨电极上发生氧化反应
C.石墨电极附近溶液的pH增大
D.溶液中Cl-向正极移动
12、(14天津卷)已知:
锂离子电池的总反应为:
LixC+Li1-xCoO2
C+LiCoO2锂硫电池的总反应为:
2Li+S
Li2S
有关上述两种电池说法正确的是
A.锂离子电池放电时,Li+向负极迁移
B.锂硫电池充电时,锂电极发生还原反应
C.理论上两种电池的比能量相同
D.右图表示用锂离子电池给锂硫电池充电
13.右图装置中发生反应的离子方程式为:
Zn+2H+―→Zn2++H2↑,下列说法错误的是( )
A.a、b不可能是同种材料的电极
B.该装置可能是电解池,电解质溶液为稀盐酸
C.该装置可能是原电池,电解质溶液为稀盐酸
D.该装置可看作是铜锌原电池,电解质溶液是稀硫酸
14.以KCl和ZnCl2混合液为电镀液在铁制品上镀锌,下列说法正确的是( )
A.未通电前上述镀锌装置可构成原电池,电镀过程是该原电池的充电过程
B.因部分电能转化为热能,电镀时通过的电量与锌的析出量无确定关系
C.电镀时保持电流恒定,升高温度不改变电解反应速率
D.镀锌层破损后即对铁制品失去保护作用
15.氯碱工业中电解饱和食盐水的原理示意图如下图所示。
(1)溶液A的溶质是________。
(2)电解饱和食盐水的离子方程式是_________________________。
(3)电解时用盐酸控制阳极区溶液的pH在2~3。
用化学平衡移动原理解释盐酸的作用:
______________________________________。
16.将NaCl溶液滴在一块光亮清洁的铁板表面上,一段时间后发现液滴覆盖的圆圈中心区(a)已被腐蚀而变暗,在液滴外沿形成棕色铁锈环(b),如下图所示。
导致该现象的主要原因是液滴之下氧气含量比边缘处少。
下列说法正确的是( )
A.液滴中的Cl-由a区向b区迁移
B.液滴边缘是正极区,发生的电极反应为O2+2H2O+4e-===4OH-
C.液滴下的Fe因发生还原反应而被腐蚀,生成的Fe2+由a区向b区迁移,与b区的OH-形成Fe(OH)2,进一步氧化、脱水形成铁锈
D.若改用嵌有一铜螺丝钉的铁板,在铜铁接触处滴加NaCl溶液,则负极发生的电极反应为
Cu-2e-===Cu2+
17.如图所示是探究铁发生腐蚀的装置图。
发现开始时U形管左端红墨水水柱下降,一段时间后U形管左端红墨水水柱又上升。
下列说法中不正确的是( )
A.开始时发生的是析氢腐蚀B.一段时间后发生的是吸氧腐蚀
C.两种腐蚀负极的电极反应式均为Fe-2e-===Fe2+
D.析氢腐蚀的总反应式为2Fe+O2+2H2O===2Fe(OH)2
18.如图所示的装置中,两池中溶液均足量,其中乙池的电极均是石墨,下列说法正确的是( )
A.甲池形成原电池,乙池中C2电极发生还原反应
B.铁是负极,溶液中的氢离子向铁电极移动
C.溶液中的铜离子在C1电极上得到电子
D.若电路中有0.6mol电子通过,则电极C2上有0.3molCl2生成
19.用如图所示装置长时间电解饱和食盐水,下列有关说法正确的是( )
A.在a处一定可收集到Cl2B.当电路中有0.2mol电子通过时,可收集到2.24LH2
C.石墨电极发生还原反应D.从理论上讲最终可得到NaClO溶液
20.某同学按下图所示的装置进行实验,A、B为两种常见金属,它们的硫酸盐可溶于水。
当K闭合时,在交换膜处SO
从右向左移动。
下列分析正确的是( )
A.溶液中A2+浓度减小
B.B电极的反应:
B-2e-===B2+
C.Y电极上有H2产生,发生还原反应
D.反应初期,X电极周围出现白色胶状沉淀,不久沉淀溶解
21.爱迪生电池在充电和放电时发生的反应:
Fe+NiO2+2H2O
Fe(OH)2+Ni(OH)2,下列对该蓄电池推断错误的是:
①放电时,Fe参与负极反应,NiO2参与正极反应
②充电时,阴极上的电极反应式为:
Fe(OH)2+2e-=Fe+2OH-
③放电时,电解质溶液中的阴离子向正极方向移动
④放电时,负极上的电极反应式为:
Fe+2H2O-2e-=Fe(OH)2+2H+
⑤蓄电池的电极必须浸入某种碱性电解质溶液中
A.只有③B.③④C.④⑤D.①②⑤
22、用惰性电极电解一定量的硫酸铜溶液,实验装置如图①。
电解过程中的实验数据如图②,横坐标表示电解过程中转移电子的物质的量,纵坐标表示电解过程中产生气体的总体积(标准状况)。
则下列说法正确的是
A.电解过程中,b电极表面先有红色物质析出,后有气泡产生
B.a电极上发生的反应方程式为:
2H++2e-=H2↑和4OH--4e-=2H2O+O2↑
C.曲线0~P段表示H2和O2混合气体的体积变化,曲线P~Q段表示O2的体积变化
D.从P到Q点时收集到的混合气体的平均摩尔质量为12g·mol-1
23、某校活动小组为探究金属腐蚀的相关原理,设计了如下图a所示装置,图a的铁棒末段分别连上一块Zn片和Cu片,并静置于含有K3Fe(CN)6及酚酞的混合凝胶上。
一段时间后发现凝胶的某些区域(如下图b示)发生了变化,已知Fe2+可用K3Fe(CN)6来检验(呈蓝色)。
则下列说法不正确的是()
A.甲区发生的电极反应式:
Fe-2e-=Fe2+B.乙区产生Zn2+
C.丙区呈现红色D.丁区呈现蓝色
24、某课外小组分别用下图所示装置对原电池和电解原理进行实验探究。
请回答:
I.用图1所示装置进行第一组实验。
(1)在保证电极反应不变的情况下,不能替代Cu做电极的是(填字母序号)。
A.铝B.石墨C.银D.铂
(2)N极发生反应的电极反应式为。
(3)实验过程中,SO42-(填“从左向右”、“从右向左”或“不”)移动;滤纸上能观察到的现象有。
II.用图2所示装置进行第二组实验。
实验过程中,两极均有气体产生,Y极区溶液逐渐变成紫红色;停止实验,铁电极明显变细,电解液仍然澄清。
查阅资料发现,高铁酸根(FeO42-)在溶液中呈紫红色。
(4)电解过程中,X极区溶液的pH(填“增大”、“减小”或“不变”)。
(5)电解过程中,Y极发生的电极反应为Fe-6e-+8OH-=FeO42-+4H2O和
4OH--4e-=2H2O+O2↑,若在X极收集到672mL气体,在Y极收集到168mL气体(均已折算为标准状况时气体体积),则Y电极(铁电极)质量减少g。
(6)在碱性锌电池中,用高铁酸钾作为正极材料,电池反应为:
2K2FeO4+3Zn=Fe2O3+ZnO+2K2ZnO2
该电池正极发生的反应的电极反应式为。
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