高三化学专题复习之原电池和电解槽

绍兴一中分校高三化学二轮复习资料原电池和电解槽30专题八：原电池和电解槽【考纲要求】1．能力要求：利用已学的电化学原理，解决工农业生产、生活等一些实际问题；培养学科间的综合分析能力。2．知识要求：进一步理解原电池和电解的原理，了解铜的电解精练、镀铜、氯碱工业反应原理。判断原电池及电解池电极并熟练掌握书写电极反应和总反应方程式；判断电解后的溶液的pH值的变化情况及有关计算。【基础知识】1．原电池、电解池、电镀池的比较原电池电解池电镀池定义将能转变成能的装置将转变成能的装置应用原理在某些金属表面镀上一层其他金属合金的装置形成条件①不同的两电极（连接）②溶液（电极插入其中并与电极自发反应）③形成①两电极接电源②两电极插入溶液③形成①镀层金属接电源，待镀金属接电源②电镀液必须含有金属的离子电极名称负极金属（电子流的极）正极金属或能导电的非金属（电子流的极）阳极与电源极相连的极阴极与电源极相连的极名称同电解池的命名，但有限制阳极必须是金属阴极电极反应负极反应；金属电子正极反应；溶液中的离子电子或者得电子（吸氧腐蚀）阳极反应；溶液中的离子电子，或失电子阴极反应；溶液中的离子电子阳极电极电子阴极中离子电子举例⑴铜锌原电池；⑵氢氧燃烧电池⑴氯碱工业装置；⑵电解精炼铜镀锌装置2．电解时电极放电顺序的判断⑴阳极放电顺序首先看电极，如果是活性电极（指金属活动顺序表Ag及Ag以前的金属）则电极材料失电子，电极被溶解，溶液中的阴离子不能失电子。如果是惰性电极(Pt、Au、石墨)，则要再看溶液中的阴离子的失电子能力，此时根据阴离子放电顺序加以判断。阴离子放电顺序：＞＞＞＞OH—＞含氧酸根＞F—（实际上在水溶液中的电解，OH—后面的离子是不可能放电的，因为水提供的OH—会放电）绍兴一中分校高三化学二轮复习资料原电池和电解槽31⑵阴极放电顺序阴极本身被保护，直接根据阳离子放电顺序进行判断，阳离子放电顺序：Ag+＞Fe3+＞Cu2+＞Fe2+＞Zn2+＞H+＞Al3+＞Mg2+（类似，在水溶液中的电解，H+后面的离子一般是不放电的，因为水提供的H+会放电；离子的放电顺序往往还与溶液的酸碱性、温度、离子的浓度等有关）【典型例题】【例1】如图2-17，E为沾有Na2SO4溶液的滤纸，并加入几滴酚酞。A，B分别为Pt片，压在滤纸两端，R、S为电池的电极。M、N是用多微孔的Ni的电极材料，它在碱溶液中可以视为惰性电极。G为电流计，K为开关。C、D和电解池中都充满浓KOH溶液。若在滤纸中央点上一滴紫色的KMnO4溶液，K打开，接通电源一段时间后，C、D中有气体产生。(1)电源的正、负极分别是R为____，S为_____。(2)A附近溶液的现象是_______，B附近发生的电极反应式为____。(3)滤纸上的紫色点向哪方移动____。(4)当C、D里的气体产生到一定量时，切断外电源并接通开关K，经过一段时间，C、D中气体逐渐减少，主要因为__，(5)有关的反应式为_____。【解析】（1）C、D产生气体的体积是不相同的，由此可以判断C端的气体是氢气，D端产生的气体是氧气，所以确定R为负极而S端是正极。（2）A附近的变化是变为红色，因为D端放氧气，N端为阳极，而A端为阴极，吸引阳离子，阳离子放电2H+－2e—=H2。因为，电解破坏了水的电离平衡，所以，此处OH—浓度增大，溶液显红色。而在B端发生OH—放电，其反应为：4OH—－4e—=2H2O+O2。（3）因为B端是阳极，所以MnO4—的离子向B端移动，而显示紫色。（4）氢气和氧气在碱的环境下发生的是电池反应，（类似燃烧电池），消耗了氢气和氧气。负极：2H2+4OH—－4e—=4H2O正极：O2+2H2O+4e—=4OH—【例2】(2007山东高考题)铁及铁的化合物应用广泛，如FeCl3可用作催化剂、印刷电路铜板腐蚀剂和外伤止血剂等。（1）写出FeCl3溶液腐蚀印刷电路铜板的离子方程式。（2）若将（1）中的反应设计成原电池，请画出原电池的装置图，标出正、负极，并写出电极反应式。正极反应，负极反应。（3）腐蚀铜板后的混合溶液中，若Cu2＋、Fe3＋和Fe2＋的浓度均为0.10mol·Ｌ－1，请参照下表给出的数据和药品，简述除去CuCl2溶液中Fe3＋和Fe2＋的实验步骤：。绍兴一中分校高三化学二轮复习资料原电池和电解槽32氢氧化物开始沉淀时的ｐＨ氢氧化物沉淀完全时的ｐＨFe3＋Fe2＋Cu2＋1.97.04.73.29.06.7提供的药品：Cl2浓Ｈ2SO4NaOH溶液CuOCu（4）某科研人员发现劣质不锈钢在酸中腐蚀缓慢，但在某些盐溶液中腐蚀现象明显。请从上表提供的药品中选择两种（水可任选），设计最佳实验，验证劣质不锈钢易被腐蚀。有关反应的化学方程式、劣质不锈钢腐蚀的实验现象答案：（1）2Fe3+＋Cu＝2Fe2+＋Cu2+(2)装置图正极反应：Fe3＋＋ｅ－＝Fe2＋（或2Fe3＋＋2ｅ－＝2Fe2＋）负极反应：Cu＝Cu2＋＋2ｅ－（或Cu－2ｅ－＝Cu2＋）（3）①通入足量氯气将Fe2＋氧化成Fe3＋；②加入CuO调节溶液的ｐＨ至3.2～4.7；③过滤[除去Fe(OH)3]（4）CuO＋H2SO4＝CuSO4＋H2OCuSO4＋Fe＝FeSO4＋Cu，不锈钢表面有紫红色物质生成。【方法与技巧】电极反应式与电解方程式的书写书写电极反应，首先要搞清楚电极材料，然后分析溶液中离子情况，再根据阴、阳极放电的规律，得出相应的结论。电解过程总反应方程式叫电解方程式(指电解时总的化学方程式或离子方程式)。要正确书写电解方程式，首先要正确写出电极反应式，然后分析参加电极反应的离子来自何种物质，这样才能正确写出反应物、生成物，配平且在等号上方注明“电解”或“通电”。书写的具体步骤：⑴先查阳极电极材料和确定溶液中的离子种类⑵由放电顺序确定放电产物和电极反应⑶由电极反应产物，写出总反应式――电解化学方程式【巩固提高】1．若在铁片上镀锌，以下叙述中错误的是（）A．可把铁片与电源的正极相连B．电解质必须用含有锌离子的可溶性盐C．锌极发生氧化反应D．铁极的电极反应式为Zn2++2e－=Zn2．在盛有稀H2SO4的烧杯中放入导线连接的锌片和铜片，下列叙述正确的是（）A．正极附近的SO42—离子浓度逐渐增大B．电子通过导线由铜片流向锌片C．正极有O2逸出D．铜片上有H2逸出3．串联电路中的四个电解池分别装有0.1mol·L-1的下列溶液，用铂电极电解，连接直流电源一段绍兴一中分校高三化学二轮复习资料原电池和电解槽33时间后，溶液的pH最小的是（）A．CuCl2B．NaClC．AgNO3D．KNO34．将两个铂电极插入500mLCuSO4(aq)中进行电解，通电一段时间后，某一电极上增重0.064g(设电解时无H2放出，且不考虑水解和溶液体积的变化)，此时溶液中氢离子的物质的量浓度约为（）A．1×10-3mol·L-1B．4×10-3mol·L-1C．2×10-3mol·L-1D．1×10－7mol·L-15．下列五个烧杯中均有天然水铁被腐蚀由快到慢的顺序是（）A．（4）.（2）.（1）.（3）.（5）B．（4）.（1）.（2）.（5）.（3）C．（4）.（1）.（3）.（2）.（5）D．（4）.（2）.（1）.（5）.（3）6．科学家近年来研制出一种新型细菌燃料电池，利用细菌将有机物转化为氢气，氢气进入以磷酸为电解质的燃料电池发电。电池负极反应为（）A．H2＋2OH－＝2H2O＋2e－B．O2＋4H＋＋4e－＝2H2OC．H2＝2H＋＋2e－D．O2＋2H2O＋4e－＝4OH－7．某同学按右图所示的装置进行电解实验。下列说法正确的是（）A．电解过程中，铜电极上有H2产生B．电解初期，主反应方程式为：Cu+H2SO4CuSO4+H2↑C．电解过程中电子的由铜电极经电解液流向石墨电极D．整个电解过程中，H＋的浓度不断增大8．由于FeOH2极易被氧化，所以实验室很难用亚铁盐溶液与烧碱溶液反应制得纯净的FeOH2沉淀。若用图所示实验方法则可制得纯净的FeOH2沉淀，已知两极材料分别是石墨和铁。（1）a电极材料为，其电极反应式为（2）在纯水、NaCl溶液：NaOH溶液与CuC12溶液中选择电解液d，可以是，此时白色沉淀在电极上生成；也可以是，此时白色沉淀在两极之间的溶液中生成。（3）液体c为苯，其作用是，在加入苯之前，对溶液进行加热处理的目的是（4）为了在较短时间内看到白色沉淀，在①改用稀硫酸作电解液、②适当增大两极间电压、③适当缩小两极板间距离、④适当降低电解液的温度这四项措施中，可以采取的合理措施有（填序号）。（5）若d改为硫酸钠溶液，当电解一段时间看到白色沉淀后，再反接电源继续电解，除了在电极上看到气泡外，另一明显现象是9．阿波罗宇宙飞船使用的氢氧燃料电池是一种新型化学电源，其构造如图所示。图中两个电极均由多孔性碳制成，所通入的气体由孔隙逸出，并在电极表面放电。绍兴一中分校高三化学二轮复习资料原电池和电解槽34（1）a是极，b是极。电极反应式分别是：a极：b极：（2）飞船上宇航员的生活用水由燃料电池供给。已知电池每发1度电能产生350g水。请根据反应：2H2g＋O2g＝2H2Oaq＋572kJ，计算该电池的能量转化率。（3）该电池的输出电压为12V，要使标示电压12V、功率15W的的灯泡连续发光1h，应消耗标准状况下的H2的体积为L。10．某学生试图用电解法根据电极上析出物质的质量来验证阿伏加德罗常数值，其实验方案的要点如下：①用直流电电解氯化铜溶液．所用仪器如图4—5：②在电流强度为IA，通过时间为ts后，精确测得某电极上析出的铜的质量为mg。试回答：(1)连接这些仪器的正确顺序为(用图中的英文字母表示，下同)E接_______，C接_______，_______接F。实验线路中的电流方向为____→_____→______→C→______→______。(2)写出B电极上发生反应的离子方程式______________________________________，G试管中淀粉KI溶液变化的现象为_______，相应的离子方程式是_________________________________。(3)为精确测定电极上析出铜的质量，所必需的实验步骤的先后顺序是___________________。(选填下列操作步骤的编号)①称量电解前电极质量②刮下电解后电极上的铜并清洗③用蒸馏水清洗电解后的电极④低温烘干电极后称量⑤低温烘干刮下的铜后称量⑥再次低温烘干后称量至恒重(4)已知电子的电量为1.6×10—19C。试列出阿伏加德罗常数的计算表达式：NA＝_______。