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专题十电化学原理主干知识整合一、原电池和电解池二、常见的化学电源1．锌锰干电池(属于一次电池)(1)酸性锌锰干电池反应原理：Zn＋2MnO2＋2NH＋4===Zn2＋＋Mn2O3＋2NH3↑＋H2O负极：Zn－2e－===Zn2＋正极：2MnO2＋2NH＋4＋2e－===Mn2O3＋2NH3↑＋H2O(2)碱性锌锰干电池反应原理：Zn＋2MnO2＋H2O===ZnO＋2MnOOH负极：Zn＋2OH－－2e－===ZnO＋H2O正极：2MnO2＋2H2O＋2e－===2MnOOH＋2OH－2．铅蓄电池(属于二次电池)二次电池在放电时是原电池，遵循原电池工作原理；在充电时是电解池，遵循电解原理；给可充电电池充电时，外加电源的负极连接电池的负极。反应原理：Pb＋PbO2＋2H2SO42PbSO4＋2H2O(1)放电反应负极：Pb＋SO2－4－2e－===PbSO4正极：PbO2＋4H＋＋SO2－4＋2e－===PbSO4＋2H2O(2)充电反应阴极：PbSO4＋2e－===Pb＋SO2－4阳极：PbSO4＋2H2O－2e－===PbO2＋4H＋＋SO2－43．燃料电池燃料电池以还原剂(氢气、烃类、甲醇等)为负极反应物，以氧化剂(氧气、空气等)为正极反应物。(1)以酸性溶液为电解质溶液构成的氢氧燃料电池反应原理为：2H2＋O2===2H2O。负极：2H2－4e－===4H＋，正极：O2＋4H＋＋4e－===2H2O。(2)以碱性溶液为电解质溶液构成的甲烷燃料电池反应原理为：CH4＋2O2＋2OH－===CO2－3＋3H2O。负极：CH4＋10OH－－8e－===CO2－3＋7H2O，正极：2O2＋4H2O＋8e－===8OH－。三、金属的腐蚀与防护1．电化学腐蚀(以钢铁为例)2．金属腐蚀快慢的判断一般来说，可用下列原则判断：(1)电解原理引起的腐蚀(金属作阳极)＞原电池原理引起的腐蚀＞化学腐蚀＞有防护措施的腐蚀。(2)对同一金属来说：强电解质溶液中腐蚀＞弱电解质溶液中腐蚀＞非电解质溶液中腐蚀。(3)对同一电解质溶液来说：一般是浓度越大，金属腐蚀越快。(4)活泼性不同的两金属连接，活泼性差别越大，腐蚀越快。(5)氧气的浓度越大，腐蚀越快。3．金属的防护(1)改变金属的内部结构，例如把Ni、Cr等加入普通钢中制成不锈钢。(2)覆盖保护层：①涂油脂、油漆、搪瓷、塑料等；②电镀耐腐蚀的金属(Zn、Sn、Ni、Cr等)。(3)电化学保护法：多采用牺牲阳极保护法。如在船只的螺旋桨附近的船体上镶嵌活泼金属锌块。另外，也可采用与电源负极相连接的保护方式，即外加电流的阴极保护法。四、电解原理的利用1．氯碱工业(1)食盐水的精制(2)主要生产过程(3)电极反应阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑阴极：2H＋＋2e－===H2↑总反应：2NaCl＋2H2O=====电解2NaOH＋H2↑＋Cl2↑2．电镀(如铁件镀锌)电镀液：含Zn2＋的盐溶液(如ZnCl2溶液)阳极(Zn)：Zn－2e－===Zn2＋阴极(铁件)：Zn2＋＋2e－===Zn特点：“一增(阴极)，一减(阳极)，一不变(电解后溶液浓度)”。专题十│主干知识整合3．电解精炼如粗铜(含Zn、Fe、Ag等)的提纯电解质溶液：含Cu2＋的盐溶液(如CuSO4溶液)阳极(粗铜)：Zn－2e－===Zn2＋Fe－2e－===Fe2＋Cu－2e－===Cu2＋阴极(纯铜)：Cu2＋＋2e－===Cu特点：电解过程中，活泼性比Cu弱的Ag不放电，形成阳极泥(可从阳极泥中提纯Ag)，电解质溶液中c(Cu2＋)会不断减小，应定期更换电解质溶液。4．将不能自发进行的氧化还原反应使之能够发生，如Cu＋2HCl===CuCl2＋H2↑，使Cu作阳极电解盐酸。要点热点探究►探究点一原电池的工作原理及其应用1．原电池正负极的判断2．原电池电极反应式的书写如果题目给定的是图示装置，先要分析正、负极，再根据反应规律去写电极反应式；如果题目给定的是总反应式，可先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是数学中的代数式，用总反应式减去已写出的电极反应式，即得结果。[特别注意](1)对于可充电电池的反应，需要看清楚“充电、放电”的方向，放电过程应用原电池原理，充电过程应用电解池原理。(2)对于电解质溶液中有离子参与的反应，要特别注意将参与反应的离子写入电极反应式中。例1[2011·北京卷]结合图10－1判断，下列叙述正确的是()图10-1A．Ⅰ和Ⅱ中正极均被保护B．Ⅰ和Ⅱ中负极反应均是Fe－2e－===Fe2＋C．Ⅰ和Ⅱ中正极反应均是O2＋2H2O＋4e－==4OH－D．Ⅰ和Ⅱ中分别加入少量K3[Fe(CN)6]溶液，均有蓝色沉淀A【解析】解答本题的关键是理解原电池原理。在原电池中，活泼金属作负极，失电子被氧化，不活泼金属做正极而被保护，A项正确；I中锌为负极，失电子被氧化：Zn－2e－===Zn2＋，B项错误；Ⅱ中电解液为酸性，不可能生成OH－，正极反应为：2H＋＋2e－===H2↑，C项错误；Fe2＋与六氰合铁离子生成蓝色沉淀，但I中无Fe2＋生成，故无蓝色沉淀，D项错误。专题十│要点热点探究【点评】书写原电池电极反应式要特别注意介质与电极生成物的反应：(1)负极生成的金属离子与电解质溶液中的某些阴离子如OH－、Cl－或SO2－4反应生成难溶物；(2)在碱性条件下负极生成的CO2或H＋等与OH－反应生成CO2－3或H2O；在酸性条件下正极生成的OH－与H＋反应生成H2O。铜锌原电池工作时，下列叙述正确的是()图10－2A．实验过程中取出盐桥，原电池仍继续工作B．将锌片浸入CuSO4溶液中发生的化学反应与该原电池反应相同C．在外电路中，电子从正极流向负极D．盐桥中的K＋移向ZnSO4溶液B【解析】取出盐桥，造成断路，电池将停止工作。双液原电池，负极与正极电解质溶液反应。盐桥中钾离子与电流方向一致，应向CuSO4溶液迁移。专题十│要点热点探究设计新型燃料电池是本世纪最富有挑战性的课题之一。(1)有人制造了一种燃料电池，一个电极通入O2(含有少量CO2)，另一个电极通入CH4，电池的电解质是熔融的K2CO3。该电池的负极反应式为____________________________，电池工作时，电解质里的CO2－3(向________极移动(填“正”或“负”)。(2)某科研小组依据甲醇燃烧的反应原理，设计如图10－3所示的原电池装置。该电池的负极反应式为________，用该电池电解CuCl2溶液，当产生33.6LCl2(标准状况下)时，消耗甲醇的质量为________g。图10-3【答案】(1)CH4＋4CO2－3－8e－===5CO2＋2H2O负(2)CH3OH＋8OH－－6e－===CO2－3＋6H2O16【解析】(1)CH4在负极放电，生成CO2和H2O，电极反应式为CH4＋4CO2－3－8e－===5CO2＋2H2O；熔融电解质中的阴离子向负极移动。(2)该燃料电池的总反应方程式为：2CH3OH＋3O2＋4OH－===2CO2－3＋6H2O……①，在碱性条件下正极的电极反应式为：O2＋2H2O＋4e－===4OH－……②，①－②×3得负极电极反应式为CH3OH＋8OH－－6e－===CO2－3＋6H2O。据电子守恒则有CH3OH～6e－～3Cl2，所以n(CH3OH)＝13n(Cl2)＝0.5mol，m(CH3OH)＝0.5mol×32g·mol－1＝16g。►探究点二电解原理及其应用1．电解池中阴、阳极的确定及电极反应式的书写分析问题的一般程序为：找电源(或现象阴、阳极电极反应式总反应式。连接电源正极的一极为阳极，阳极发生氧化反应；连接电源负极的一极为阴极，阴极发生还原反应。[特别注意]书写电解池电极反应式时，要以实际放电的离子表示，但书写总电解反应方程式时，要找出实际放电离子的来源，如果为弱电解质(如水)要写出分子式。2．电解时电极产物的判断(1)阳极产物的判断①如果是活泼电极(金属活动性顺序表Ag以前包括Ag)，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；②如果是惰性电极(Pt、Au、石墨)，则要再看溶液中阴离子的失电子能力，此时根据阴离子放电顺序进行判断，常见阴离子放电顺序：S2－＞I－＞Br－＞Cl－＞OH－＞含氧酸根。(2)阴极产物的判断直接根据阳离子放电顺序进行判断，阳离子放电顺序与金属活动性顺序相反，其中Ag＋＞Fe3＋＞Cu2＋＞H＋。3．电化学计算的基本方法(1)根据电子守恒法计算：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，其依据是电路中通过的电子数相等。(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：借助得失电子守恒关系建立已知量与未知量之间的桥梁，建立计算所需的关系式。[特别注意]混合溶液的电解要分清阶段，理清两极电解过程中的电子守恒。如电解CuSO4溶液开始发生反应2CuSO4＋2H2O=====电解2Cu＋2H2SO4＋O2↑，后来发生反应2H2O=====电解2H2↑＋O2↑。例2臭氧(O3)是一种强氧化剂，常用于消毒、灭菌等，可由臭氧发生器(原理如图10－4所示)电解稀硫酸制得。图10-4(1)图中阴极为____(填“A”或“B”)，其电极反应式为____________。(2)若C处通入O2，则A极的电极反应式为_____________。(3)若C处不通入O2，D、E处分别收集到xL和yL气体(标准状况)，则E处收集的气体中O3所占的体积分数为_______。(忽略O3的分解)【答案】(1)A2H＋＋2e－===H2↑(2)O2＋4H＋＋4e－===2H2O(3)x－2yy【解析】(1)E口产生O2、O3，是由于OH－失电子发生了氧化反应，则B为阳极，与电源正极相连，A为阴极，电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑。(2)因O2参与反应，电极反应式为O2＋4H＋＋4e－===2H2O。(3)D处为H2，E处为O2、O3，设生成O3的体积为V1，则O2为(y－V1)，根据得失电子相等：2x＝6V1＋4(y－V1)，则2x－4y＝2V1，解得V1＝x－2y，则O3所占的体积分数为x－2yy。【点评】解答此类题目一般先要通过外接电源的正负极、电子的流动方向、电极反应类型或反应现象确定电解池的阴阳极，再进而分析电极反应式的书写、电解过程中的电子得失相等关系等。中学阶段介绍的应用电解法制备的物质主要有三种：一是铝的工业制备、二是氯碱工业、三是金属钠的制备。下列关于这三个工业生产的描述中正确的是()A．电解法制金属钠时，负极反应式：Na＋＋e－===NaB．电解法生产铝时，需对铝土矿进行提纯，在提纯过程中应用了氧化铝或氢氧化铝的两性C．在氯碱工业中，电解池中的阴极产生的是H2，NaOH在阳极附近产生D．氯碱工业和金属钠的冶炼都用到了NaCl，在电解时它们的阴极都是Cl－失电子B【解析】考查中学阶段介绍的应用电解法制备的物质工业生产。A中电解池，只有阴阳极，没有正负极，其阴极反应为：Na＋＋e－===Na；C中NaOH是因为阴极附近水中的H＋放电，使OH－增多而产生的；D中在电解时它们的阳极都是Cl－失电子。如图10－5所示，若反应5min时，银电极质量增加2.16g。图10－5试回答：(1)C池为_______池，Cu极反应式为____________，Cu电极减轻________g。(2)B中阳极的电极反应式为____________________________；若反应5min时B中共收集224mL气体(标准状况)，溶液体积为200mL，则通电前硫酸铜溶液的物质的量浓度约为__________。(3)若A中KCl溶液的体积也是200mL，电解后溶液的pH＝________。【答案】(1)原电Cu－2e－===Cu2＋0.64(2)4OH－－4e－===2H2O＋O2↑0.