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化学选择性必修1第四章 化学反应与电能本单元综合与测试导学案及答案
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这是一份化学选择性必修1第四章 化学反应与电能本单元综合与测试导学案及答案，共16页。学案主要包含了原电池原理，化学电源，原电池原理的应用，电解池原理，电解电极方程式的书写，电解原理的应用等内容，欢迎下载使用。
1．能量的转化
原电池：将化学能转变为电能的装置。
2．Cu-Zn原电池
3．电路：外电路：电子从负极流向正极，电流从正极流向负极。
内电路：阴离子移向负极，阳离子移向正极。
3、构成原电池的条件
（1）有一个自发进行的氧化还原反应
（2）装置
(1)一看反应：看是否有能自发进行的氧化还原反应发生（一般是活泼性强的金属与电解质溶液反应)。
(2)二看两电极：一般是活泼性不同的两电极。
(3)三看是否形成闭合回路，形成闭合回路需三个条件
①电解质溶液；②两电极直接或间接接触；③两电极插入电解质溶液。
口诀：负极失电子，正极上还原，离子咋移动，遵循大循环。
4．正、负极的判断：
5、常见的电池的评价
比能量：电池单位质量或单位体积所能输出电能的多少。
比功率：电池单位质量或单位体积所能输出功率的大小。
质量轻、体积小而输出电能多、功率大、可储存时间长，更适合使用者的需要。
知识点二、化学电源
1．电极方程式的书写
一般来讲，书写原电池的电极反应式应注意如下四点：
1．准确判断原电池的正负极
如果电池的正负极判断失误，则电极反应式必然写错，这是正确书写电极反应式的前提。一般而言，较活泼的金属成为原电池的负极，但不是绝对的。如将铜片和铝片同时插入浓硝酸中组成原电池时，铜却是原电池的负极被氧化，因为铝在浓硝酸中表面发生了钝化。此时，其电极反应式为：负极：Cu-2e- ==Cu2+ 正极：2NO3-+4H++2e-==2NO2+2H2O
又如将镁铝合金放入6ml/L的NaOH溶液中构成原电池时，尽管镁比铝活泼，但镁不和NaOH溶液反应，所以铝成为负极，其电极反应式为：负极：2Al+8OH—-6e-==2AlO2-+4H2O 正极：6H2O+6e-==3H2+6OH-
2．高度注意电解质的酸碱性
在正、负极上发生的电极反应不是孤立的，它往往与电解质溶液紧密联系。如氢—氧燃料电池有酸式和碱式两种，在酸溶液中负极反应式为：2H2-4e-==4H+ 正极反应式为：O2+4H++4e-=2H2O;如是在碱溶液中，则不可能有H+出现，在酸溶液中，也不可能出现OH-。又于CH4、CH3OH等燃料电池，在碱溶液中C元素以CO32-离子形式存在，而不是放出CO2。
3．牢牢抓住总的反应方程式
从理论上讲，任何一个自发的氧化还原反应均可设计成原电池。而两个电极反应相加即得总的反应方程式。所以，对于一个陌生的原电池，只要知道总反应方程式和其中的一个电极反应式，即可迅速写出另一个电极反应式。
4．不能忽视电子转移数相等
在同一个原电池中，负极失去的电子数必等于正极得到的电子数，所以在书写电极反应式时，要注意电荷守恒。这样可以避免由电极反应式写总反应方程式，或由总反应方程式改写成电极反应式所带来的失误，同时，也可避免在有关计算中产生误差。
(1)一次电池：放电之后不能充电，内部的氧化还原反应是不可逆的。
干电池：一次电池中电解质溶液制成胶状，不流动。
碱性锌锰电池
构成：负极是__Zn__，正极是__MnO2___，电解质是KOH
负极：__Zn-2e-+2OH-=Zn(OH)2____正极：___MnO2+e-+H2O=MnOOH+OH-____
总反应式：__Zn+2MnO2+2H2O=2MnOOH+Zn(OH)2_____
特点：比能量较高，储存时间较长，可适用于大电流和连续放电。
(2)二次电池
①铅蓄电池
放电电极反应
负极：__Pb－2e－＋SO42－=PbSO4___；正极：__PbO2＋2e－＋4H＋＋SO42－=PbSO4＋2H2O__
总反应式：Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4(aq)＝2PbSO4(s)+2H2O(l)
②镍一镉碱性蓄电池
负极：Cd+2OH－－2e－=Cd(OH)2；
正极：2NiO(OH)+2H2O+2e－=2Ni(OH)2+2OH－
总反应式：Cd +2NiO(OH)+2H2O 2Ni(OH)2+ Cd(OH)2
(3)燃料电池
除氢气外，烃、肼、甲醇、氨、煤气等液体或气体，均可作燃料电池的燃料；除纯氧气外，空气中的氧气也可作氧化剂。
燃料电池的能量转化率高于80％，远高于燃烧过程（仅30％左右），有利于节约能源。燃料电池有广阔的发展前途。
知识点三、原电池原理的应用
1．运用原电池原理，加快化学反应速率
如：实验室中用Zn与稀H2SO4反应制取H2时，通常滴入几滴CuSO4溶液。这样做的原因是Zn与置换出的Cu、稀H2SO4构成Zn与置换出的Cu、稀H2SO4构成了原电池，加快了反应的进行。
2．运用原电池原理，设计制造各种化学电源
3．运用原电池原理，对金属实行有效保护
例：为保护轮船船体或大坝闸门的过快腐蚀，通常在船体或闸门外壳上连接一块比船体或闸门更活泼的金属，以保护船体或闸门。
4．运用原电池原理，判断金属的活动性大小
作为原电池负极的金属，金属活动性一般比作为正极的金属活动性强。
5．运用原电池原理，判断氧化还原进行的方向
6．析氢腐蚀与吸氧腐蚀
以钢铁的腐蚀为例进行分析：
知识点四、电解池原理
能量转化：将电能转变为化学能的装置。
1．电解：电流通过电解质溶液而在阴阳两极引起氧化还原反应的过程。
电解是最强有力的氧化还原手段。
2．放电：当电解质溶液中的阴或阳离子到达阳或阴极时，阴离子失去电子发生氧化反应或阳离子获得电子发生还原反应的过程。
3．电子流向
（外电源）负极→（电解池）阴极
（电解池）阳极→（外电源）正极
4．电解池的构造和阴阳极的判断
阳极：与直流电源的正极相连的电极，发生氧化反应
阴极：与直流电源的负极相连的电极，发生还原反应
5．阴、阳极的判断：
知识点五、电解电极方程式的书写
1．放电顺序：
(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
阳极：看失电子能力
①金属材料作电极时：（根据金属活动性）
金属失电子被氧化成阳离子进入溶液，阴离子不容易在电极上放电。
②用惰性电极(Pt、Au、石墨、钛等)时：
放电的顺序取决于：离子的本性、离子浓度、电极材料
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：阴离子放电顺序：活泼电极>S2－ >SO32－ >I－ >Br－ >Cl－>OH－>含氧酸根离子>F－。
说明：①阴阳离子在两极上放电顺序复杂，与离子性质、溶液浓度、电流强度、电极材料等都有关，不应将放电顺序绝对化，以上仅是一般规律。
②电解过程中析出的物质的量（或析出物质的质量）：在电解若干串联电解池中的溶液时，各阴极或阳极所通过的电量相等，析出物质的量取决于电路中通过的电量。
③阴极不管是什么材料，电极本身都不反应，一定是溶液(或熔融电解质)中的阳离子放电。
④最常用、最重要的放电顺序是：阳极：Cl－>OH－；阴极：Ag＋>Cu2＋>H＋。
⑤电解水溶液时，K＋～Al3＋不可能在阴极放电，即不可能用电解水溶液的方法得到K、Ca、Na、Mg、Al等金属。
2．四种类型电解质水溶液电解产物分类：
（1）电解水型：含氧酸，强碱，活泼金属含氧酸盐
（2）电解电解质型：无氧酸，不活泼金属的无氧酸盐（氟化物除外）
（3）放氢生碱型：活泼金属的无氧酸盐
（4）放氧生酸型：不活泼金属的含氧酸盐
电解质水溶液电解产物的规律分类
3、判断溶液的pH变化：
先分析原溶液的酸碱性，再看电极产物。
（1）如果只产生氢气而没有氧气，则pH变大；
（2）如果只产生氧气而没有氢气，则pH变小；
（3）如果既产生氢气又产生氧气
①若原溶液呈酸性则pH减小；
②若原溶液呈碱性pH增大；
③若原溶液呈中性pH不变。
4．电极区域PH变化：
（1）阴极H+放电产生H2，阴极区域pH变大；
（2）阳极OH-放电产生O2，阳极区域pH变小。
知识点六、电解原理的应用
1．电解饱和食盐水
(1)电极反应
阳极反应式：2Cl－－2e－===Cl2↑(氧化反应)
阴极反应式：2H2O+ 2e-→H2↑+2OH-(还原反应)
(2)总反应方程式：__2Cl-+2H2O=Cl2+2OH-_______
(3)应用：氯碱工业制烧碱、氯气和氢气。
2．电镀
右图为金属表面镀银的工作示意图，据此回答下列问题：
(1)镀件作阴极，镀层金属银作阳极。
(2)电解质溶液是AgNO3溶液等含镀层金属阳离子的盐溶液。
(3)电极反应： 阳极：__Ag-e-=Ag+_____；阴极：___Ag++e-=Ag____。
(4)特点：阳极溶解，阴极沉积，电镀液的浓度不变。
3．电解精炼铜
(1)电极材料：阳极为粗铜；阴极为纯铜。
(2)电解质溶液：含Cu2＋的盐溶液。
(3)电极反应：
阳极：Zn－2e－===Zn2＋、Fe－2e－===Fe2＋、Ni－2e－===Ni2＋、Cu－2e－===Cu2＋；
阴极：Cu2＋＋2e－===Cu。
(4)电解质溶液的浓度变小。
4．电冶金
利用电解熔融盐的方法来冶炼活泼金属Na、Ca、Mg、Al等。
(1)冶炼钠
2NaCl(熔融)2Na＋Cl2↑
电极反应：阳极：__2Cl—-2e-=Cl2______；阴极：__Na++e-=Na_____。
(2)冶炼铝
2Al2O3(熔融)4Al＋3O2↑
电极反应：阳极：____Al3++3e-=Al_______；阴极：_2O2—-4e-=O2____。
5．金属的腐蚀和防护
1．金属防腐
(1)判断金属腐蚀快慢的规律
①对同一电解质溶液来说，腐蚀速率的快慢：电解原理引起的腐蚀>原电池原理引起的腐蚀>化学腐蚀>有防腐措施的腐蚀。
②对同一金属来说，在不同溶液中腐蚀速率的快慢：强电解质溶液中>弱电解质溶液中>非电解质溶液中。
③活动性不同的两种金属，活动性差别越大，腐蚀越快。
④对同一种电解质溶液来说，电解质浓度越大，金属腐蚀越快。
(2)两种保护方法的比较
外加电流的阴极保护法保护效果大于牺牲阳极的阴极保护法。
3．金属的防护
(1)电化学防护
①牺牲阳极的阴极保护法—原电池原理
a.负极：比被保护金属活泼的金属；b.正极：被保护的金属设备。
②外加电流的阴极保护法—电解原理
a.阴极：被保护的金属设备；b.阳极：惰性金属。
(2)改变金属的内部结构，如制成合金、不锈钢等。
(3)加防护层，如在金属表面喷油漆、涂油脂、电镀、喷镀或表面钝化等方法。
6．电化学定量计算
（1）计算类型
原电池和电解池的计算包括两极产物的定量计算、溶液pH的计算、相对原子质量和阿伏加德罗常数的计算、产物的量与电量关系的计算等。
（2）方法技巧
①根据电子守恒计算
用于串联电路中阴阳两极产物、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，最后根据总反应式列出比例式计算。
③根据关系式计算
根据电子守恒，突破电化学的基本计算
【练习】1．下列装置中能构成原电池产生电流的是( )
【答案】B
【解析】A项，电极相同不能构成原电池；C项，酒精不是电解质溶液，不能构成原电池；D项，锌与电解质溶液不反应，无电流产生。
【练习】2．分析下图所示的四个原电池装置，其中结论正确的是( )
A．①②中Mg作负极，③④中Fe作负极
B．②中Mg作正极，电极反应式为6H2O＋6e－===6OH－＋3H2↑
C．③中Fe作负极，电极反应式为Fe－2e－===Fe2＋
D．④中Cu作正极，电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑
【答案】B
【解析】②中Mg不与NaOH溶液反应，而Al能和NaOH溶液反应失去电子，故Al是负极；③中Fe在浓硝酸中易钝化，Cu和浓HNO3反应失去电子作负极，A错，C错。②中电池总反应为2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑，负极电极反应式为2Al＋8OH－－6e－===2AlO。故本题选择B。
【练习】3．有A、B、C、D、E五块金属片，进行如下实验：①A、B用导线相连后，同时浸入稀H2SO4溶液中，A极为负极；②C、D用导线相连后，同时浸入稀H2SO4溶液中，电流由D→导线→C；③A、C相连后，同时浸入稀H2SO4溶液中，C极产生大量气泡；④B、D相连后，同时浸入稀H2SO4溶液中，D极发生氧化反应；⑤用惰性电极电解含B离子和E离子的溶液，E先析出。据此，判断五种金属的活动性顺序是 ( )
A．A>B>C>D>E B．A>C>D>B>E
C．C>A>B>D>E D．B>D>C>A>E
【答案】B
【解析】金属与稀H2SO4溶液组成原电池，活泼金属为负极，失去电子发生氧化反应，较不活泼的金属为正极，H＋在正极电极表面得到电子生成H2，电子运动方向由负极→正极，电流方向则由正极→负极。在题述原电池中，AB原电池，A为负极；CD原电池，C为负极；AC原电池，A为负极；BD原电池，D为负极；E先析出，E不活泼。综上可知，金属活动性：A>C>D>B>E。故本题选择B。
【练习】4．铁镍蓄电池又称爱迪生电池，放电时的总反应为Fe＋Ni2O3＋3H2O===Fe(OH)2＋2Ni(OH)2下列有关该电池的说法不正确的是( )
A．电池的电解液为碱性溶液，正极为Ni2O3、负极为Fe
B．电池放电时，负极反应为Fe＋2OH－－2e－===Fe(OH)2
C．电池充电过程中，阴极附近溶液的pH降低
D．电池充电时，阳极反应为2Ni(OH)2＋2OH－－2e－===Ni2O3＋3H2O
【答案】C
【解析】由铁镍蓄电池放电时的产物全部是碱可知，电解液为碱性溶液，放电时负极发生氧化反应，正极发生还原反应，故Fe为负极，Ni2O3为正极，A正确；放电时，Fe失电子被氧化，负极反应式为Fe＋2OH－－2e－===Fe(OH)2，B正确；充电时，阴极发生还原反应，电极反应式为Fe(OH)2＋2e－===Fe＋2OH－，pH增大，C错误；充电时，阳极发生氧化反应，电极反应式为2Ni(OH)2＋2OH－－2e－===Ni2O3＋3H2O，D正确。故本题选择D。
【练习】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(SOeq \\al(2－,4))增大 D．片刻后可观察到滤纸b点变红色
【答案】A
【解析】将装置中K闭合，该装置构成原电池，其中Zn电极上发生氧化反应，Cu电极上发生还原反应，故A正确；电子沿Zn→a，在a上溶液中的H＋得到电子，在b上溶液中的OH－失去电子，电子不能直接由a→b，故B错误；该装置工作过程中，甲、乙两烧杯中的SOeq \\al(2－,4)的浓度都不改变，只是盐桥中的Cl－和K＋分别向甲、乙两烧杯中移动，故C错误；在b处溶液中的OH－失去电子，c(OH－)减小，c(H＋)增大，b处滤纸不可能变红色，故D错误。
【练习】6．综合如图判断，下列说法正确的是( )
A．装置Ⅰ和装置Ⅱ中负极反应均是Fe－2e－===Fe2＋
B．装置Ⅰ和装置Ⅱ中正极反应均是O2＋2H2O＋4e－===4OH－
C．装置Ⅰ和装置Ⅱ中盐桥中的阳离子均向右侧烧杯移动
D．放电过程中，装置Ⅰ左侧烧杯和装置Ⅱ右侧烧杯中溶液的pH均增大
【答案】D
【解析】装置Ⅰ中，由于Zn比Fe活泼，所以Zn作原电池的负极，电极反应式为Zn－2e－===Zn2＋；Fe作正极，电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－。由于正极有OH－生成，因此溶液的pH增大。装置Ⅱ中，Fe作负极，电极反应式为Fe－2e－===Fe2＋；Cu作正极，电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑。正极由于不断消耗H＋，所以溶液的pH逐渐增大。据此可知A、B皆错，D正确。在原电池的电解质溶液中，阳离子移向正极，所以C错误。
【练习】7．全钒液流电池是一种活性物质呈循环流动液态的电池，目前钒电池技术已经趋近成熟。右图是钒电池基本工作原理示意图：
请回答下列问题：
(1)硫酸在电池技术和实验室中具有广泛的应用，在传统的铜锌原电池中，硫酸是____________，实验室中配制硫酸亚铁时需要加入少量硫酸，硫酸的作用是____________。
(2) 钒电池是以溶解于一定浓度硫酸溶液中的不同价态的钒离子(V2＋、V3＋、VO2＋、VO2+)为正负极电极反应的活性物质，电池总反应为VO2＋＋V3＋＋H2OV2＋＋VO2+＋2H＋。
放电时的正极反应式为__________________，充电时的阴极反应式为____________________________。放电过程中，电解液的pH________(填“升高”、“降低”或“不变”)。
(3)钒电池基本工作原理示意图中“正极电解液”可能是________。
a．VOeq \\al(＋,2)、VO2＋混合液 b．V3＋、V2＋混合液 c．VOeq \\al(＋,2)溶液
d．VO2＋溶液 e．V3＋溶液 f．V2＋溶液
(4)能够通过钒电池基本工作原理示意图中“隔膜”的离子是_______________。
【答案】(1)电解质溶液 抑制硫酸亚铁的水解
(2)VOeq \\al(＋,2)＋2H＋＋e－===VO2＋＋H2O V3＋＋e－===V2＋ 升高
(3)acd (4)H＋
【解析】(1)传统的铜锌原电池中，锌与酸反应生成氢气，故硫酸为电解质溶液；硫酸亚铁容易水解，且水解显酸性，加入少量硫酸，可以抑制其水解变质。
(2)正极反应是还原反应，由电池总反应可知放电时的正极反应为VOeq \\al(＋,2)＋2H＋＋e－===VO2＋＋H2O；充电时，阴极反应为还原反应，故为V3＋得电子生成V2＋的反应。
(3)充电时阳极反应式为VO2＋＋H2O－e－===VOeq \\al(＋,2)＋2H＋，故充电完毕的正极电解液为VOeq \\al(＋,2)溶液，而放电完毕的正极电解液为VO2＋溶液，故正极电解液可能是选项acd。
(4)充电和放电过程中，正极电解液与负极电解液不能混合，起平衡电荷作用的是加入的酸，故H＋可以通过隔膜。
【练习】8．在直接以甲醇为燃料的燃料电池中，电解质溶液为酸性，负极的反应式为________、正极的反应式为________。理想状态下，该燃料电池消耗1 ml甲醇所能产生的最大电能为702.1 kJ，则该燃料电池的理论效率为____(燃料电池的理论效率是指电池所产生的最大电能与燃料电池反应所能释放的全部能量之比，甲醇的燃烧热ΔH＝－726.5 kJ·ml－1)。
【答案】CH3OH＋H2O－6e－===CO2＋6H＋ 3/2O2＋6e－＋6H＋===3H2O 96.6%
【解析】负极上甲醇失电子，在酸性条件下与水结合生成氢离子：CH3OH＋H2O－
6e－===CO2＋6H＋。正极电极反应式为O2＋4e－＋4H＋===2H2O。该电池的理论效率为eq \f(702.1 kJ,726.5 kJ)×100%≈96.6%。
【练习】9． 右图中x、y分别是直流电源的两极，通电后发现a极板质量增加，b极板处有无色无味气体放出，符合这一情况的是 ( )
【答案】A
【解析】根据两电极质量的变化可判断出阴阳极。质量增加的一定是阴极。a极质量增加，a为阴极，即x极为负极，且电解液需有不活泼金属的阳离子，所以只能从A、D中选。在b极板上有无色无臭气体放出，D不符合（放出Cl2），所以只有A正确。
【练习】10．某同学为了使反应2HCl + 2Ag===2AgCl + H2↑能进行，设计了下列四个实验，如下图所示，你认为可行的方案是( )
【答案】C
【解析】Ag与盐酸的反应属于非自发反应，将该反应设计成电解池，Ag做阳极，碳棒做阴极，盐酸做电解质溶液，阳极反应：2Ag－2e－===2Ag+，阴极反应：2H++2e－===H2↑
总反应2HCl + 2Ag===2AgCl + H2↑
【练习】11．已知在pH为4～5的溶液中，Cu2＋几乎不水解，而Fe3＋几乎完全水解。某同学拟用电解硫酸铜溶液的方法测定铜的相对原子质量。该同学向pH＝3.8的含有硫酸铁杂质的硫酸铜溶液中加入过量的黑色粉末X，充分搅拌后将滤液用如图所示装置电解，其中某电极增重a g，另一电极上产生标准状况下的气体V mL。下列说法正确的是( )
A．黑色粉末X是铁粉
B．石墨电极的反应式为4OH－－4e－===2H2O＋O2↑
C．铜电极连接电源的正极
D．铜的相对原子质量为eq \f(22400a,V)
【答案】B
【解析】石墨为阳极，电极上发生的反应是4OH－－4e－=2H2O＋O2↑，故B正确．
【练习】12．通以相等的电量，分别电解等浓度的硝酸银和硝酸亚汞（亚汞的化合价为+1价）溶液，若被还原的硝酸银和硝酸亚汞的物质的量之比n（硝酸银）︰n（硝酸亚汞）=2︰1，则下列表述正确的是( )
A．在两个阴极上得到的银和汞的物质的量之比n（Ag）︰n（Hg）=2︰1
B．在两个阳极上得到的产物的物质的量不相等
C．硝酸亚汞的分子式为HgNO3
D．硝酸亚汞的分子式为Hg2(NO3)2
【答案】D
【解析】A．由于电解过程中，两个阴极上发生电极反应：Ag++e－=Ag，Hg++e－=Hg，通电量相同，则生成的银和汞的物质的量相等。B．在两个阳极上发生的电极反应均是氢氧根失去电子的反应，由于通电量相同，则阳极产物物质的量相等，故B错误；C．因电解的n（硝酸银）：n（硝酸亚汞）=2：1，硝酸银的化学式为AgNO3，说明1ml硝酸亚汞中含有2ml+1价的Hg，故硝酸亚汞的化学式不可能为HgNO3，只能为Hg2（NO3）2，故C错误。
【练习】13．某小组同学设想用如下图图装置电解硫酸钾溶液来制取氧气、氢气、硫酸和氢氧化钾。
(1)X极与电源的________(填“正”或“负”)极相连，氢气从________(填“A”、“B”、“C”或“D”)口导出。
(2)离子交换膜只允许一类离子通过，则M为________(填“阴离子”或“阳离子”，下同)交换膜，N为________交换膜。
(3)若将制得的氢气、氧气和氢氧化钾溶液组合为氢氧燃料电池(石墨为电极)，则电池负极的反应式为_________________________________。
(4)若在标准状况下，制得11.2 L氢气，则生成硫酸的质量是_____，转移的电子数为__________。
【答案】(1)正 C (2)阴离子 阳离子 (3) H2－2e－＋2OH－=2H2O
(4)49g 6.02×1023
【解析】（1）题图中左边加入含硫酸的水，右侧加入含KOH的水，说明左边制硫酸，右边制备KOH溶液，氢氧根离子在阳极放电，同时电解后溶液呈酸性，氢离子在阴极放电，同时电解后溶液呈碱性，则X为阳极，Y为阴极，所以X连接电源正极；Y电极上氢离子放电生成氢气，所以氢气从C口导出。（2）OH－在阳极发生氧化反应，使左边溶液中H+增多，为了使溶液呈电中性，硫酸钾溶液中的SO42-通过M交换膜向左边迁移，即M为阴离子交换膜；H+在Y极发生还原反应，使右边溶液中OH－增多，硫酸钾溶液中K+向右迁移，N为阳离子交换膜。（3）氢氧燃料碱性电池中，通入氢气的电极是负极，负极上氢气失电子发生氧化反应，电极反应式为H2－2e－＋2OH－=2H2O 。（4）nH2==0.5ml，根据2H++2e－═H2↑知，得电子的物质的量为1ml，得电子数为6.02×1023，X极的反应式为4OH－－4e－═2H2O+O2↑，根据得失电子守恒知，生成H+的物质的量为1ml，根据氢原子守恒得生成0.5ml H2SO4，m（H2SO4）=nM=0.5ml×98g/ml=49g。
【练习】14．下列对如图所示的实验装置的判断中错误的是 ( )
A．若X为碳棒，开关K置于A处可减缓铁的腐蚀
B．若X为锌棒，开关K置于A或B处均可减缓铁的腐蚀
C．若X为锌棒，开关K置于B处时，为牺牲阳极的阴极保护法
D．若X为碳棒，开关K置于B处时，铁电极上发生的反应为2H+＋2e－====H2↑
【答案】C
【解析】A．该装置是电解池，铁作阴极而被保护，所以可以减缓铁的腐蚀，故A正确；B．铁棒作阴极而被保护，开关置于B处，铁作正极而被保护，所以均可减缓铁的腐蚀，故B正确；C．该装置是原电池，铁作正极，为牺牲阳极的阴极保护法，故C正确；D．该装置是原电池，碳棒作正极，正极上氧气得电子生成氢氧根离子，故D错误；
【练习】15．(1)对金属制品进行抗腐蚀处理，可延长其使用寿命。
①碱洗的目的是除去铝材表面的自然氧化膜，碱洗时常有气泡冒出，原因是________(用离子方程式表示)。为将碱洗槽液中的铝以沉淀的形式回收，最好向槽液中加入下列试剂中的________。
a. NH3 b．CO2
c. NaOH d．HNO3
②以铝材为阳极，在H2SO4溶液中电解，铝材表面形成氧化膜，阳极电极反应式为
________________________________________________________。
(2)镀铜可防止铁制品腐蚀，电镀时用铜而不用石墨作阳极材料的原因是
__________________________________________。
(3)利用下图装置，可以模拟铁的电化学防护。
若X为碳棒，为减缓铁的腐蚀，开关K应置于________处。若X为锌，开关K置于M处，该电化学防护法称为_____________________。
【答案】(1) ①2Al＋2OH－＋6H2O===2[A1(OH)4]－＋3H2↑
（或2A1＋2OH－＋2H2O===2AlO2－＋3H2↑)； b
②2Al+3H2O===Al2O3＋6H+＋6e－
(2) 补充溶液中消耗的Cu2+ ，保持溶液中Cu2+浓度恒定
(3) N； 牺牲阳极的阴极保护法（或：牺牲阳极保护法）
【解析】(1) ①氢氧化铝是两性氢氧化物，可溶于强酸强碱，因此，溶液中的偏铝酸根，应通入CO 2 使其沉淀成氢氧化铝，选b，（2）镀铜可防止铁制品腐蚀，电镀时用铜而不用石墨做阳极的原因是补充溶液中消耗的Cu 2+ ，保持溶液中Cu 2+ 浓度恒定。（3）若X为碳棒，为减缓铁的腐蚀，应构成电解池，阴极的电保护法，开关K应该置于N处，若X为锌，开光K置于M处，该电化学防护法称为牺牲阳极的阴极保护法。电极名称
负极
正极
电极材料
锌片
铜片
电极反应
Zn－2e－===Zn2＋
Cu2＋＋2e－===Cu
反应类型
氧化反应
还原反应
电子流向
由Zn沿导线流向Cu
盐桥中离子移向
盐桥含饱和KCl溶液，K＋移向正极，Cl－移向负极
判断依据
负极
正极
1、电极材料
活动性较强的金属
活动性较弱的金属或能导电的非金属
2、反应类型
氧化反应
还原反应
3、电子流动方向
电子流出极
电子流入极
4、电解质溶液中离子流向
阴离子移向的电极
阳离子移向的电极
5、电流方向
电流流入极
电流流出极
6、与电解质溶液能否发生反应
能
不能
7、反应现象
电极溶解
电极增重或有气泡产生
8、pH变化
降低
升高
电池
电极反应
酸性电解质
碱性电解质
H→H+，C→CO2，水提供氧
H→H2O，C→CO32-，OH—提供氧
氢氧燃料电池
负极
H2+2e-=2H+
2H++2OH-=2H2O
正极
O2+4H++4e-=2H2O
O2+2H2O+4e-=4OH-
总反应
2H2+O2=2H2O
2H2+O2=2H2O
甲烷燃料电池
负极
CH4-8e-+2H2O=8H++CO2
CH4–8e-+10OH-=CO32-+7H2O
正极
O2+4H++4e-=2H2O
O2+2H2O+4e-=4OH-
总反应
CH4+2O2=CO2+2H2O
CH4+2OH-+2O2=CO32-+3H2O
甲醇燃料电池
负极
CH3OH-6e-+H2O=6H++CO2
CH3OH-6e-+8OH-=CO32-+6H2O
正极
O2+4H++4e-=2H2O
O2+2H2O+4e-=4OH-
总反应
2CH3OH+3O2-=2CO2+4H2O
2CH3OH+3O2+4OH-=2CO32-+6H2O
乙醇燃料电池
负极
C2H5OH-12e-+3H2O=12H++2CO2
C2H5OH-12e-+16OH-=2CO32-+11H2O
正极
O2+4H++4e-=2H2O
O2+2H2O+4e-=4OH-
总反应
C2H5OH-+3O2-=2CO2+3H2O
C2H5OH-+3O2+4OH-=2CO32-+5H2O
电池
电极反应
熔融碳酸盐电解质
固体氧化物电解质
H→H2O，C→CO2，CO32—提供氧
H→H2O，C→CO2，O2—提供氧
氢氧燃料电池
负极
H2+CO32—2e-=H2O+CO2
H2+O2—2e-=H2O
正极
O2+4e-+2CO2=2CO32-
O2+4e-=2O2-
总反应
2H2+O2=2H2O
2H2+O2=2H2O
甲烷燃料电池
负极
CH4+4CO32—8e-=2H2O+5CO2
CH4+4CO32—8e-=2H2O+5CO2
正极
O2+4e-+2CO2=2CO32-
O2+4e-=2O2-
总反应
CH4+2O2=CO2+2H2O
CH4+2O2=CO2+2H2O
甲醇燃料电池
负极
CH3OH+3CO32—6e-=2H2O+4CO2
CH3OH+3CO32—6e-=2H2O+4CO2
正极
O2+4e-+2CO2=2CO32-
O2+4e-=2O2-
总反应
2CH3OH+3O2-=2CO2+4H2O
2CH3OH+3O2-=2CO2+4H2O
乙醇燃料电池
负极
C2H5OH+6CO32—12e-=3H2O+7CO2
C2H5OH+6O2—12e-=3H2O+2CO2
正极
O2+4e-+2CO2=2CO32-
O2+4e-=2O2-
总反应
C2H5OH-+3O2-=2CO2+3H2O
C2H5OH-+3O2-=2CO2+3H2O
类型
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
Fe－2e－===Fe2＋
正极
2H＋＋2e－===H2↑
O2＋2H2O＋4e－===4OH－
总反应式
Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑
2Fe＋O2＋2H2O===2Fe(OH)2
联系
吸氧腐蚀更普遍
判断依据
阴极
阳极
1、产生气体性质
还原性气体
氧化性气体
2、反应类型
还原反应
氧化反应
3、电子流动方向
电子流入极
电子流出极
4、电解质溶液中离子流向
阳离子移向的电极
阴离子移向的电极
5、电流方向
电流流出极
电流流入极
6、反应现象
电极增重
电极减轻
7、pH变化
升高
降低
8、电源正负极
连接电源负极
连接电源正极
电解类型
举例
电极反应
溶液复原
物质类别
实例
电解水
含氧酸
H2SO4
阴：_2H++2e-=H2___
阳：__2H2O-4e-=O2+4H+___
加水
强碱
NaOH
阴：__2H2O+2e-=H2+2OH-___
阳：__4OH—-4e-=O 2+2H2O____
活泼金属的含氧酸盐
Na2SO4
阴：___2H2O+2e-=H2+2OH-_____
阳：___2H2O-4e-=O2+4H+___
电解电解质
无氧酸
HCl
阴：____2H++2e-=H2______
阳：___2Cl—-2e-=Cl2______
通HCl气体
不活泼金属的无氧酸盐
CuCl2
阴：___2Cu2++2e-=Cu____
阳：___2Cl—-2e-=Cl2______
加CuCl2
溶质和溶剂同时电解
活泼金属的无氧酸盐
NaCl
阴：___2H2O+2e-=H2+2OH-___
阳：___2Cl—-2e-=Cl2_____
通HCl气体
不活泼金属的含氧酸盐
CuSO4
阴：___2Cu2++2e-=Cu_____
阳：__2H2O-4e-=O2+4H+______
加CuO或CuCO3
a极板
b极板
x电极
Z溶液
A
锌
石墨
负极
CuSO4
B
石墨
石墨
负极
NaOH
C
银
铁
正极
AgNO3
D
铜
石墨
负极
CuCl2
1．能量的转化
原电池：将化学能转变为电能的装置。
2．Cu-Zn原电池
3．电路：外电路：电子从负极流向正极，电流从正极流向负极。
内电路：阴离子移向负极，阳离子移向正极。
3、构成原电池的条件
（1）有一个自发进行的氧化还原反应
（2）装置
(1)一看反应：看是否有能自发进行的氧化还原反应发生（一般是活泼性强的金属与电解质溶液反应)。
(2)二看两电极：一般是活泼性不同的两电极。
(3)三看是否形成闭合回路，形成闭合回路需三个条件
①电解质溶液；②两电极直接或间接接触；③两电极插入电解质溶液。
口诀：负极失电子，正极上还原，离子咋移动，遵循大循环。
4．正、负极的判断：
5、常见的电池的评价
比能量：电池单位质量或单位体积所能输出电能的多少。
比功率：电池单位质量或单位体积所能输出功率的大小。
质量轻、体积小而输出电能多、功率大、可储存时间长，更适合使用者的需要。
知识点二、化学电源
1．电极方程式的书写
一般来讲，书写原电池的电极反应式应注意如下四点：
1．准确判断原电池的正负极
如果电池的正负极判断失误，则电极反应式必然写错，这是正确书写电极反应式的前提。一般而言，较活泼的金属成为原电池的负极，但不是绝对的。如将铜片和铝片同时插入浓硝酸中组成原电池时，铜却是原电池的负极被氧化，因为铝在浓硝酸中表面发生了钝化。此时，其电极反应式为：负极：Cu-2e- ==Cu2+ 正极：2NO3-+4H++2e-==2NO2+2H2O
又如将镁铝合金放入6ml/L的NaOH溶液中构成原电池时，尽管镁比铝活泼，但镁不和NaOH溶液反应，所以铝成为负极，其电极反应式为：负极：2Al+8OH—-6e-==2AlO2-+4H2O 正极：6H2O+6e-==3H2+6OH-
2．高度注意电解质的酸碱性
在正、负极上发生的电极反应不是孤立的，它往往与电解质溶液紧密联系。如氢—氧燃料电池有酸式和碱式两种，在酸溶液中负极反应式为：2H2-4e-==4H+ 正极反应式为：O2+4H++4e-=2H2O;如是在碱溶液中，则不可能有H+出现，在酸溶液中，也不可能出现OH-。又于CH4、CH3OH等燃料电池，在碱溶液中C元素以CO32-离子形式存在，而不是放出CO2。
3．牢牢抓住总的反应方程式
从理论上讲，任何一个自发的氧化还原反应均可设计成原电池。而两个电极反应相加即得总的反应方程式。所以，对于一个陌生的原电池，只要知道总反应方程式和其中的一个电极反应式，即可迅速写出另一个电极反应式。
4．不能忽视电子转移数相等
在同一个原电池中，负极失去的电子数必等于正极得到的电子数，所以在书写电极反应式时，要注意电荷守恒。这样可以避免由电极反应式写总反应方程式，或由总反应方程式改写成电极反应式所带来的失误，同时，也可避免在有关计算中产生误差。
(1)一次电池：放电之后不能充电，内部的氧化还原反应是不可逆的。
干电池：一次电池中电解质溶液制成胶状，不流动。
碱性锌锰电池
构成：负极是__Zn__，正极是__MnO2___，电解质是KOH
负极：__Zn-2e-+2OH-=Zn(OH)2____正极：___MnO2+e-+H2O=MnOOH+OH-____
总反应式：__Zn+2MnO2+2H2O=2MnOOH+Zn(OH)2_____
特点：比能量较高，储存时间较长，可适用于大电流和连续放电。
(2)二次电池
①铅蓄电池
放电电极反应
负极：__Pb－2e－＋SO42－=PbSO4___；正极：__PbO2＋2e－＋4H＋＋SO42－=PbSO4＋2H2O__
总反应式：Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4(aq)＝2PbSO4(s)+2H2O(l)
②镍一镉碱性蓄电池
负极：Cd+2OH－－2e－=Cd(OH)2；
正极：2NiO(OH)+2H2O+2e－=2Ni(OH)2+2OH－
总反应式：Cd +2NiO(OH)+2H2O 2Ni(OH)2+ Cd(OH)2
(3)燃料电池
除氢气外，烃、肼、甲醇、氨、煤气等液体或气体，均可作燃料电池的燃料；除纯氧气外，空气中的氧气也可作氧化剂。
燃料电池的能量转化率高于80％，远高于燃烧过程（仅30％左右），有利于节约能源。燃料电池有广阔的发展前途。
知识点三、原电池原理的应用
1．运用原电池原理，加快化学反应速率
如：实验室中用Zn与稀H2SO4反应制取H2时，通常滴入几滴CuSO4溶液。这样做的原因是Zn与置换出的Cu、稀H2SO4构成Zn与置换出的Cu、稀H2SO4构成了原电池，加快了反应的进行。
2．运用原电池原理，设计制造各种化学电源
3．运用原电池原理，对金属实行有效保护
例：为保护轮船船体或大坝闸门的过快腐蚀，通常在船体或闸门外壳上连接一块比船体或闸门更活泼的金属，以保护船体或闸门。
4．运用原电池原理，判断金属的活动性大小
作为原电池负极的金属，金属活动性一般比作为正极的金属活动性强。
5．运用原电池原理，判断氧化还原进行的方向
6．析氢腐蚀与吸氧腐蚀
以钢铁的腐蚀为例进行分析：
知识点四、电解池原理
能量转化：将电能转变为化学能的装置。
1．电解：电流通过电解质溶液而在阴阳两极引起氧化还原反应的过程。
电解是最强有力的氧化还原手段。
2．放电：当电解质溶液中的阴或阳离子到达阳或阴极时，阴离子失去电子发生氧化反应或阳离子获得电子发生还原反应的过程。
3．电子流向
（外电源）负极→（电解池）阴极
（电解池）阳极→（外电源）正极
4．电解池的构造和阴阳极的判断
阳极：与直流电源的正极相连的电极，发生氧化反应
阴极：与直流电源的负极相连的电极，发生还原反应
5．阴、阳极的判断：
知识点五、电解电极方程式的书写
1．放电顺序：
(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
阳极：看失电子能力
①金属材料作电极时：（根据金属活动性）
金属失电子被氧化成阳离子进入溶液，阴离子不容易在电极上放电。
②用惰性电极(Pt、Au、石墨、钛等)时：
放电的顺序取决于：离子的本性、离子浓度、电极材料
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：阴离子放电顺序：活泼电极>S2－ >SO32－ >I－ >Br－ >Cl－>OH－>含氧酸根离子>F－。
说明：①阴阳离子在两极上放电顺序复杂，与离子性质、溶液浓度、电流强度、电极材料等都有关，不应将放电顺序绝对化，以上仅是一般规律。
②电解过程中析出的物质的量（或析出物质的质量）：在电解若干串联电解池中的溶液时，各阴极或阳极所通过的电量相等，析出物质的量取决于电路中通过的电量。
③阴极不管是什么材料，电极本身都不反应，一定是溶液(或熔融电解质)中的阳离子放电。
④最常用、最重要的放电顺序是：阳极：Cl－>OH－；阴极：Ag＋>Cu2＋>H＋。
⑤电解水溶液时，K＋～Al3＋不可能在阴极放电，即不可能用电解水溶液的方法得到K、Ca、Na、Mg、Al等金属。
2．四种类型电解质水溶液电解产物分类：
（1）电解水型：含氧酸，强碱，活泼金属含氧酸盐
（2）电解电解质型：无氧酸，不活泼金属的无氧酸盐（氟化物除外）
（3）放氢生碱型：活泼金属的无氧酸盐
（4）放氧生酸型：不活泼金属的含氧酸盐
电解质水溶液电解产物的规律分类
3、判断溶液的pH变化：
先分析原溶液的酸碱性，再看电极产物。
（1）如果只产生氢气而没有氧气，则pH变大；
（2）如果只产生氧气而没有氢气，则pH变小；
（3）如果既产生氢气又产生氧气
①若原溶液呈酸性则pH减小；
②若原溶液呈碱性pH增大；
③若原溶液呈中性pH不变。
4．电极区域PH变化：
（1）阴极H+放电产生H2，阴极区域pH变大；
（2）阳极OH-放电产生O2，阳极区域pH变小。
知识点六、电解原理的应用
1．电解饱和食盐水
(1)电极反应
阳极反应式：2Cl－－2e－===Cl2↑(氧化反应)
阴极反应式：2H2O+ 2e-→H2↑+2OH-(还原反应)
(2)总反应方程式：__2Cl-+2H2O=Cl2+2OH-_______
(3)应用：氯碱工业制烧碱、氯气和氢气。
2．电镀
右图为金属表面镀银的工作示意图，据此回答下列问题：
(1)镀件作阴极，镀层金属银作阳极。
(2)电解质溶液是AgNO3溶液等含镀层金属阳离子的盐溶液。
(3)电极反应： 阳极：__Ag-e-=Ag+_____；阴极：___Ag++e-=Ag____。
(4)特点：阳极溶解，阴极沉积，电镀液的浓度不变。
3．电解精炼铜
(1)电极材料：阳极为粗铜；阴极为纯铜。
(2)电解质溶液：含Cu2＋的盐溶液。
(3)电极反应：
阳极：Zn－2e－===Zn2＋、Fe－2e－===Fe2＋、Ni－2e－===Ni2＋、Cu－2e－===Cu2＋；
阴极：Cu2＋＋2e－===Cu。
(4)电解质溶液的浓度变小。
4．电冶金
利用电解熔融盐的方法来冶炼活泼金属Na、Ca、Mg、Al等。
(1)冶炼钠
2NaCl(熔融)2Na＋Cl2↑
电极反应：阳极：__2Cl—-2e-=Cl2______；阴极：__Na++e-=Na_____。
(2)冶炼铝
2Al2O3(熔融)4Al＋3O2↑
电极反应：阳极：____Al3++3e-=Al_______；阴极：_2O2—-4e-=O2____。
5．金属的腐蚀和防护
1．金属防腐
(1)判断金属腐蚀快慢的规律
①对同一电解质溶液来说，腐蚀速率的快慢：电解原理引起的腐蚀>原电池原理引起的腐蚀>化学腐蚀>有防腐措施的腐蚀。
②对同一金属来说，在不同溶液中腐蚀速率的快慢：强电解质溶液中>弱电解质溶液中>非电解质溶液中。
③活动性不同的两种金属，活动性差别越大，腐蚀越快。
④对同一种电解质溶液来说，电解质浓度越大，金属腐蚀越快。
(2)两种保护方法的比较
外加电流的阴极保护法保护效果大于牺牲阳极的阴极保护法。
3．金属的防护
(1)电化学防护
①牺牲阳极的阴极保护法—原电池原理
a.负极：比被保护金属活泼的金属；b.正极：被保护的金属设备。
②外加电流的阴极保护法—电解原理
a.阴极：被保护的金属设备；b.阳极：惰性金属。
(2)改变金属的内部结构，如制成合金、不锈钢等。
(3)加防护层，如在金属表面喷油漆、涂油脂、电镀、喷镀或表面钝化等方法。
6．电化学定量计算
（1）计算类型
原电池和电解池的计算包括两极产物的定量计算、溶液pH的计算、相对原子质量和阿伏加德罗常数的计算、产物的量与电量关系的计算等。
（2）方法技巧
①根据电子守恒计算
用于串联电路中阴阳两极产物、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，最后根据总反应式列出比例式计算。
③根据关系式计算
根据电子守恒，突破电化学的基本计算
【练习】1．下列装置中能构成原电池产生电流的是( )
【答案】B
【解析】A项，电极相同不能构成原电池；C项，酒精不是电解质溶液，不能构成原电池；D项，锌与电解质溶液不反应，无电流产生。
【练习】2．分析下图所示的四个原电池装置，其中结论正确的是( )
A．①②中Mg作负极，③④中Fe作负极
B．②中Mg作正极，电极反应式为6H2O＋6e－===6OH－＋3H2↑
C．③中Fe作负极，电极反应式为Fe－2e－===Fe2＋
D．④中Cu作正极，电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑
【答案】B
【解析】②中Mg不与NaOH溶液反应，而Al能和NaOH溶液反应失去电子，故Al是负极；③中Fe在浓硝酸中易钝化，Cu和浓HNO3反应失去电子作负极，A错，C错。②中电池总反应为2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑，负极电极反应式为2Al＋8OH－－6e－===2AlO。故本题选择B。
【练习】3．有A、B、C、D、E五块金属片，进行如下实验：①A、B用导线相连后，同时浸入稀H2SO4溶液中，A极为负极；②C、D用导线相连后，同时浸入稀H2SO4溶液中，电流由D→导线→C；③A、C相连后，同时浸入稀H2SO4溶液中，C极产生大量气泡；④B、D相连后，同时浸入稀H2SO4溶液中，D极发生氧化反应；⑤用惰性电极电解含B离子和E离子的溶液，E先析出。据此，判断五种金属的活动性顺序是 ( )
A．A>B>C>D>E B．A>C>D>B>E
C．C>A>B>D>E D．B>D>C>A>E
【答案】B
【解析】金属与稀H2SO4溶液组成原电池，活泼金属为负极，失去电子发生氧化反应，较不活泼的金属为正极，H＋在正极电极表面得到电子生成H2，电子运动方向由负极→正极，电流方向则由正极→负极。在题述原电池中，AB原电池，A为负极；CD原电池，C为负极；AC原电池，A为负极；BD原电池，D为负极；E先析出，E不活泼。综上可知，金属活动性：A>C>D>B>E。故本题选择B。
【练习】4．铁镍蓄电池又称爱迪生电池，放电时的总反应为Fe＋Ni2O3＋3H2O===Fe(OH)2＋2Ni(OH)2下列有关该电池的说法不正确的是( )
A．电池的电解液为碱性溶液，正极为Ni2O3、负极为Fe
B．电池放电时，负极反应为Fe＋2OH－－2e－===Fe(OH)2
C．电池充电过程中，阴极附近溶液的pH降低
D．电池充电时，阳极反应为2Ni(OH)2＋2OH－－2e－===Ni2O3＋3H2O
【答案】C
【解析】由铁镍蓄电池放电时的产物全部是碱可知，电解液为碱性溶液，放电时负极发生氧化反应，正极发生还原反应，故Fe为负极，Ni2O3为正极，A正确；放电时，Fe失电子被氧化，负极反应式为Fe＋2OH－－2e－===Fe(OH)2，B正确；充电时，阴极发生还原反应，电极反应式为Fe(OH)2＋2e－===Fe＋2OH－，pH增大，C错误；充电时，阳极发生氧化反应，电极反应式为2Ni(OH)2＋2OH－－2e－===Ni2O3＋3H2O，D正确。故本题选择D。
【练习】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(SOeq \\al(2－,4))增大 D．片刻后可观察到滤纸b点变红色
【答案】A
【解析】将装置中K闭合，该装置构成原电池，其中Zn电极上发生氧化反应，Cu电极上发生还原反应，故A正确；电子沿Zn→a，在a上溶液中的H＋得到电子，在b上溶液中的OH－失去电子，电子不能直接由a→b，故B错误；该装置工作过程中，甲、乙两烧杯中的SOeq \\al(2－,4)的浓度都不改变，只是盐桥中的Cl－和K＋分别向甲、乙两烧杯中移动，故C错误；在b处溶液中的OH－失去电子，c(OH－)减小，c(H＋)增大，b处滤纸不可能变红色，故D错误。
【练习】6．综合如图判断，下列说法正确的是( )
A．装置Ⅰ和装置Ⅱ中负极反应均是Fe－2e－===Fe2＋
B．装置Ⅰ和装置Ⅱ中正极反应均是O2＋2H2O＋4e－===4OH－
C．装置Ⅰ和装置Ⅱ中盐桥中的阳离子均向右侧烧杯移动
D．放电过程中，装置Ⅰ左侧烧杯和装置Ⅱ右侧烧杯中溶液的pH均增大
【答案】D
【解析】装置Ⅰ中，由于Zn比Fe活泼，所以Zn作原电池的负极，电极反应式为Zn－2e－===Zn2＋；Fe作正极，电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－。由于正极有OH－生成，因此溶液的pH增大。装置Ⅱ中，Fe作负极，电极反应式为Fe－2e－===Fe2＋；Cu作正极，电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑。正极由于不断消耗H＋，所以溶液的pH逐渐增大。据此可知A、B皆错，D正确。在原电池的电解质溶液中，阳离子移向正极，所以C错误。
【练习】7．全钒液流电池是一种活性物质呈循环流动液态的电池，目前钒电池技术已经趋近成熟。右图是钒电池基本工作原理示意图：
请回答下列问题：
(1)硫酸在电池技术和实验室中具有广泛的应用，在传统的铜锌原电池中，硫酸是____________，实验室中配制硫酸亚铁时需要加入少量硫酸，硫酸的作用是____________。
(2) 钒电池是以溶解于一定浓度硫酸溶液中的不同价态的钒离子(V2＋、V3＋、VO2＋、VO2+)为正负极电极反应的活性物质，电池总反应为VO2＋＋V3＋＋H2OV2＋＋VO2+＋2H＋。
放电时的正极反应式为__________________，充电时的阴极反应式为____________________________。放电过程中，电解液的pH________(填“升高”、“降低”或“不变”)。
(3)钒电池基本工作原理示意图中“正极电解液”可能是________。
a．VOeq \\al(＋,2)、VO2＋混合液 b．V3＋、V2＋混合液 c．VOeq \\al(＋,2)溶液
d．VO2＋溶液 e．V3＋溶液 f．V2＋溶液
(4)能够通过钒电池基本工作原理示意图中“隔膜”的离子是_______________。
【答案】(1)电解质溶液 抑制硫酸亚铁的水解
(2)VOeq \\al(＋,2)＋2H＋＋e－===VO2＋＋H2O V3＋＋e－===V2＋ 升高
(3)acd (4)H＋
【解析】(1)传统的铜锌原电池中，锌与酸反应生成氢气，故硫酸为电解质溶液；硫酸亚铁容易水解，且水解显酸性，加入少量硫酸，可以抑制其水解变质。
(2)正极反应是还原反应，由电池总反应可知放电时的正极反应为VOeq \\al(＋,2)＋2H＋＋e－===VO2＋＋H2O；充电时，阴极反应为还原反应，故为V3＋得电子生成V2＋的反应。
(3)充电时阳极反应式为VO2＋＋H2O－e－===VOeq \\al(＋,2)＋2H＋，故充电完毕的正极电解液为VOeq \\al(＋,2)溶液，而放电完毕的正极电解液为VO2＋溶液，故正极电解液可能是选项acd。
(4)充电和放电过程中，正极电解液与负极电解液不能混合，起平衡电荷作用的是加入的酸，故H＋可以通过隔膜。
【练习】8．在直接以甲醇为燃料的燃料电池中，电解质溶液为酸性，负极的反应式为________、正极的反应式为________。理想状态下，该燃料电池消耗1 ml甲醇所能产生的最大电能为702.1 kJ，则该燃料电池的理论效率为____(燃料电池的理论效率是指电池所产生的最大电能与燃料电池反应所能释放的全部能量之比，甲醇的燃烧热ΔH＝－726.5 kJ·ml－1)。
【答案】CH3OH＋H2O－6e－===CO2＋6H＋ 3/2O2＋6e－＋6H＋===3H2O 96.6%
【解析】负极上甲醇失电子，在酸性条件下与水结合生成氢离子：CH3OH＋H2O－
6e－===CO2＋6H＋。正极电极反应式为O2＋4e－＋4H＋===2H2O。该电池的理论效率为eq \f(702.1 kJ,726.5 kJ)×100%≈96.6%。
【练习】9． 右图中x、y分别是直流电源的两极，通电后发现a极板质量增加，b极板处有无色无味气体放出，符合这一情况的是 ( )
【答案】A
【解析】根据两电极质量的变化可判断出阴阳极。质量增加的一定是阴极。a极质量增加，a为阴极，即x极为负极，且电解液需有不活泼金属的阳离子，所以只能从A、D中选。在b极板上有无色无臭气体放出，D不符合（放出Cl2），所以只有A正确。
【练习】10．某同学为了使反应2HCl + 2Ag===2AgCl + H2↑能进行，设计了下列四个实验，如下图所示，你认为可行的方案是( )
【答案】C
【解析】Ag与盐酸的反应属于非自发反应，将该反应设计成电解池，Ag做阳极，碳棒做阴极，盐酸做电解质溶液，阳极反应：2Ag－2e－===2Ag+，阴极反应：2H++2e－===H2↑
总反应2HCl + 2Ag===2AgCl + H2↑
【练习】11．已知在pH为4～5的溶液中，Cu2＋几乎不水解，而Fe3＋几乎完全水解。某同学拟用电解硫酸铜溶液的方法测定铜的相对原子质量。该同学向pH＝3.8的含有硫酸铁杂质的硫酸铜溶液中加入过量的黑色粉末X，充分搅拌后将滤液用如图所示装置电解，其中某电极增重a g，另一电极上产生标准状况下的气体V mL。下列说法正确的是( )
A．黑色粉末X是铁粉
B．石墨电极的反应式为4OH－－4e－===2H2O＋O2↑
C．铜电极连接电源的正极
D．铜的相对原子质量为eq \f(22400a,V)
【答案】B
【解析】石墨为阳极，电极上发生的反应是4OH－－4e－=2H2O＋O2↑，故B正确．
【练习】12．通以相等的电量，分别电解等浓度的硝酸银和硝酸亚汞（亚汞的化合价为+1价）溶液，若被还原的硝酸银和硝酸亚汞的物质的量之比n（硝酸银）︰n（硝酸亚汞）=2︰1，则下列表述正确的是( )
A．在两个阴极上得到的银和汞的物质的量之比n（Ag）︰n（Hg）=2︰1
B．在两个阳极上得到的产物的物质的量不相等
C．硝酸亚汞的分子式为HgNO3
D．硝酸亚汞的分子式为Hg2(NO3)2
【答案】D
【解析】A．由于电解过程中，两个阴极上发生电极反应：Ag++e－=Ag，Hg++e－=Hg，通电量相同，则生成的银和汞的物质的量相等。B．在两个阳极上发生的电极反应均是氢氧根失去电子的反应，由于通电量相同，则阳极产物物质的量相等，故B错误；C．因电解的n（硝酸银）：n（硝酸亚汞）=2：1，硝酸银的化学式为AgNO3，说明1ml硝酸亚汞中含有2ml+1价的Hg，故硝酸亚汞的化学式不可能为HgNO3，只能为Hg2（NO3）2，故C错误。
【练习】13．某小组同学设想用如下图图装置电解硫酸钾溶液来制取氧气、氢气、硫酸和氢氧化钾。
(1)X极与电源的________(填“正”或“负”)极相连，氢气从________(填“A”、“B”、“C”或“D”)口导出。
(2)离子交换膜只允许一类离子通过，则M为________(填“阴离子”或“阳离子”，下同)交换膜，N为________交换膜。
(3)若将制得的氢气、氧气和氢氧化钾溶液组合为氢氧燃料电池(石墨为电极)，则电池负极的反应式为_________________________________。
(4)若在标准状况下，制得11.2 L氢气，则生成硫酸的质量是_____，转移的电子数为__________。
【答案】(1)正 C (2)阴离子 阳离子 (3) H2－2e－＋2OH－=2H2O
(4)49g 6.02×1023
【解析】（1）题图中左边加入含硫酸的水，右侧加入含KOH的水，说明左边制硫酸，右边制备KOH溶液，氢氧根离子在阳极放电，同时电解后溶液呈酸性，氢离子在阴极放电，同时电解后溶液呈碱性，则X为阳极，Y为阴极，所以X连接电源正极；Y电极上氢离子放电生成氢气，所以氢气从C口导出。（2）OH－在阳极发生氧化反应，使左边溶液中H+增多，为了使溶液呈电中性，硫酸钾溶液中的SO42-通过M交换膜向左边迁移，即M为阴离子交换膜；H+在Y极发生还原反应，使右边溶液中OH－增多，硫酸钾溶液中K+向右迁移，N为阳离子交换膜。（3）氢氧燃料碱性电池中，通入氢气的电极是负极，负极上氢气失电子发生氧化反应，电极反应式为H2－2e－＋2OH－=2H2O 。（4）nH2==0.5ml，根据2H++2e－═H2↑知，得电子的物质的量为1ml，得电子数为6.02×1023，X极的反应式为4OH－－4e－═2H2O+O2↑，根据得失电子守恒知，生成H+的物质的量为1ml，根据氢原子守恒得生成0.5ml H2SO4，m（H2SO4）=nM=0.5ml×98g/ml=49g。
【练习】14．下列对如图所示的实验装置的判断中错误的是 ( )
A．若X为碳棒，开关K置于A处可减缓铁的腐蚀
B．若X为锌棒，开关K置于A或B处均可减缓铁的腐蚀
C．若X为锌棒，开关K置于B处时，为牺牲阳极的阴极保护法
D．若X为碳棒，开关K置于B处时，铁电极上发生的反应为2H+＋2e－====H2↑
【答案】C
【解析】A．该装置是电解池，铁作阴极而被保护，所以可以减缓铁的腐蚀，故A正确；B．铁棒作阴极而被保护，开关置于B处，铁作正极而被保护，所以均可减缓铁的腐蚀，故B正确；C．该装置是原电池，铁作正极，为牺牲阳极的阴极保护法，故C正确；D．该装置是原电池，碳棒作正极，正极上氧气得电子生成氢氧根离子，故D错误；
【练习】15．(1)对金属制品进行抗腐蚀处理，可延长其使用寿命。
①碱洗的目的是除去铝材表面的自然氧化膜，碱洗时常有气泡冒出，原因是________(用离子方程式表示)。为将碱洗槽液中的铝以沉淀的形式回收，最好向槽液中加入下列试剂中的________。
a. NH3 b．CO2
c. NaOH d．HNO3
②以铝材为阳极，在H2SO4溶液中电解，铝材表面形成氧化膜，阳极电极反应式为
________________________________________________________。
(2)镀铜可防止铁制品腐蚀，电镀时用铜而不用石墨作阳极材料的原因是
__________________________________________。
(3)利用下图装置，可以模拟铁的电化学防护。
若X为碳棒，为减缓铁的腐蚀，开关K应置于________处。若X为锌，开关K置于M处，该电化学防护法称为_____________________。
【答案】(1) ①2Al＋2OH－＋6H2O===2[A1(OH)4]－＋3H2↑
（或2A1＋2OH－＋2H2O===2AlO2－＋3H2↑)； b
②2Al+3H2O===Al2O3＋6H+＋6e－
(2) 补充溶液中消耗的Cu2+ ，保持溶液中Cu2+浓度恒定
(3) N； 牺牲阳极的阴极保护法（或：牺牲阳极保护法）
【解析】(1) ①氢氧化铝是两性氢氧化物，可溶于强酸强碱，因此，溶液中的偏铝酸根，应通入CO 2 使其沉淀成氢氧化铝，选b，（2）镀铜可防止铁制品腐蚀，电镀时用铜而不用石墨做阳极的原因是补充溶液中消耗的Cu 2+ ，保持溶液中Cu 2+ 浓度恒定。（3）若X为碳棒，为减缓铁的腐蚀，应构成电解池，阴极的电保护法，开关K应该置于N处，若X为锌，开光K置于M处，该电化学防护法称为牺牲阳极的阴极保护法。电极名称
负极
正极
电极材料
锌片
铜片
电极反应
Zn－2e－===Zn2＋
Cu2＋＋2e－===Cu
反应类型
氧化反应
还原反应
电子流向
由Zn沿导线流向Cu
盐桥中离子移向
盐桥含饱和KCl溶液，K＋移向正极，Cl－移向负极
判断依据
负极
正极
1、电极材料
活动性较强的金属
活动性较弱的金属或能导电的非金属
2、反应类型
氧化反应
还原反应
3、电子流动方向
电子流出极
电子流入极
4、电解质溶液中离子流向
阴离子移向的电极
阳离子移向的电极
5、电流方向
电流流入极
电流流出极
6、与电解质溶液能否发生反应
能
不能
7、反应现象
电极溶解
电极增重或有气泡产生
8、pH变化
降低
升高
电池
电极反应
酸性电解质
碱性电解质
H→H+，C→CO2，水提供氧
H→H2O，C→CO32-，OH—提供氧
氢氧燃料电池
负极
H2+2e-=2H+
2H++2OH-=2H2O
正极
O2+4H++4e-=2H2O
O2+2H2O+4e-=4OH-
总反应
2H2+O2=2H2O
2H2+O2=2H2O
甲烷燃料电池
负极
CH4-8e-+2H2O=8H++CO2
CH4–8e-+10OH-=CO32-+7H2O
正极
O2+4H++4e-=2H2O
O2+2H2O+4e-=4OH-
总反应
CH4+2O2=CO2+2H2O
CH4+2OH-+2O2=CO32-+3H2O
甲醇燃料电池
负极
CH3OH-6e-+H2O=6H++CO2
CH3OH-6e-+8OH-=CO32-+6H2O
正极
O2+4H++4e-=2H2O
O2+2H2O+4e-=4OH-
总反应
2CH3OH+3O2-=2CO2+4H2O
2CH3OH+3O2+4OH-=2CO32-+6H2O
乙醇燃料电池
负极
C2H5OH-12e-+3H2O=12H++2CO2
C2H5OH-12e-+16OH-=2CO32-+11H2O
正极
O2+4H++4e-=2H2O
O2+2H2O+4e-=4OH-
总反应
C2H5OH-+3O2-=2CO2+3H2O
C2H5OH-+3O2+4OH-=2CO32-+5H2O
电池
电极反应
熔融碳酸盐电解质
固体氧化物电解质
H→H2O，C→CO2，CO32—提供氧
H→H2O，C→CO2，O2—提供氧
氢氧燃料电池
负极
H2+CO32—2e-=H2O+CO2
H2+O2—2e-=H2O
正极
O2+4e-+2CO2=2CO32-
O2+4e-=2O2-
总反应
2H2+O2=2H2O
2H2+O2=2H2O
甲烷燃料电池
负极
CH4+4CO32—8e-=2H2O+5CO2
CH4+4CO32—8e-=2H2O+5CO2
正极
O2+4e-+2CO2=2CO32-
O2+4e-=2O2-
总反应
CH4+2O2=CO2+2H2O
CH4+2O2=CO2+2H2O
甲醇燃料电池
负极
CH3OH+3CO32—6e-=2H2O+4CO2
CH3OH+3CO32—6e-=2H2O+4CO2
正极
O2+4e-+2CO2=2CO32-
O2+4e-=2O2-
总反应
2CH3OH+3O2-=2CO2+4H2O
2CH3OH+3O2-=2CO2+4H2O
乙醇燃料电池
负极
C2H5OH+6CO32—12e-=3H2O+7CO2
C2H5OH+6O2—12e-=3H2O+2CO2
正极
O2+4e-+2CO2=2CO32-
O2+4e-=2O2-
总反应
C2H5OH-+3O2-=2CO2+3H2O
C2H5OH-+3O2-=2CO2+3H2O
类型
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
Fe－2e－===Fe2＋
正极
2H＋＋2e－===H2↑
O2＋2H2O＋4e－===4OH－
总反应式
Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑
2Fe＋O2＋2H2O===2Fe(OH)2
联系
吸氧腐蚀更普遍
判断依据
阴极
阳极
1、产生气体性质
还原性气体
氧化性气体
2、反应类型
还原反应
氧化反应
3、电子流动方向
电子流入极
电子流出极
4、电解质溶液中离子流向
阳离子移向的电极
阴离子移向的电极
5、电流方向
电流流出极
电流流入极
6、反应现象
电极增重
电极减轻
7、pH变化
升高
降低
8、电源正负极
连接电源负极
连接电源正极
电解类型
举例
电极反应
溶液复原
物质类别
实例
电解水
含氧酸
H2SO4
阴：_2H++2e-=H2___
阳：__2H2O-4e-=O2+4H+___
加水
强碱
NaOH
阴：__2H2O+2e-=H2+2OH-___
阳：__4OH—-4e-=O 2+2H2O____
活泼金属的含氧酸盐
Na2SO4
阴：___2H2O+2e-=H2+2OH-_____
阳：___2H2O-4e-=O2+4H+___
电解电解质
无氧酸
HCl
阴：____2H++2e-=H2______
阳：___2Cl—-2e-=Cl2______
通HCl气体
不活泼金属的无氧酸盐
CuCl2
阴：___2Cu2++2e-=Cu____
阳：___2Cl—-2e-=Cl2______
加CuCl2
溶质和溶剂同时电解
活泼金属的无氧酸盐
NaCl
阴：___2H2O+2e-=H2+2OH-___
阳：___2Cl—-2e-=Cl2_____
通HCl气体
不活泼金属的含氧酸盐
CuSO4
阴：___2Cu2++2e-=Cu_____
阳：__2H2O-4e-=O2+4H+______
加CuO或CuCO3
a极板
b极板
x电极
Z溶液
A
锌
石墨
负极
CuSO4
B
石墨
石墨
负极
NaOH
C
银
铁
正极
AgNO3
D
铜
石墨
负极
CuCl2
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