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专题十三 电化学６１ 专题十三电化学对应学生用书起始页码Ｐ１２８考点一原电池的工作原理 金属的电化学腐蚀与防护中频考点 １.原电池原理(１)原电池的工作原理①原电池的电路构成:由电极、导线构成外部电路ꎬ由电极、电解质溶液构成内部电路ꎮ②原电池的电路沟通:外电路中电子从负极流出沿导线转移到正极ꎻ内电路中阴、阳离子在电场作用下分别移向负极、正极ꎮ③电极上发生变化的物质负极发生氧化反应正极发生还原反应负极本身或其他还原剂(如燃料电池中的燃料)内电路中的阳离子或其他氧化剂 (２)原电池中正、负极的判断注意 原电池的正、负极与电极材料的性质有关ꎬ也与电解质溶液有关ꎬ不要形成思维定式———活泼金属一定是负极ꎮ如Ａｌ、Ｍｇ和ＮａＯＨ溶液构成的原电池中ꎬＡｌ为负极ꎬＭｇ为正极ꎮ(３)原电池原理的应用①比较金属的活动性强弱原电池中ꎬ一般活动性相对较强的金属作负极ꎬ而活动性相对较弱的金属(或导电的非金属)作正极ꎮ②加快化学反应速率由于形成了原电池ꎬ导致反应速率加快ꎮ如Ｚｎ与稀硫酸反应制氢气时ꎬ可向溶液中滴加少量ＣｕＳＯ４溶液ꎬ形成Ｃｕ－Ｚｎ原电池ꎬ加快反应速率ꎮ③用于金属的防护使需要保护的金属制品作原电池正极而受到保护ꎮ例如要保护一个铁质的输水管道或钢铁桥梁ꎬ可将其与一块锌块相连ꎬ使锌作原电池的负极ꎮ④设计制作原电池ａ.首先判断出氧化还原反应中的还原剂和氧化剂ꎬ将还原剂(一般为活泼金属)作负极ꎬ活动性比负极弱的金属或非金属作正极ꎬ含氧化剂的溶液作电解质溶液ꎮｂ.如果两个半反应分别在要求的两个容器中进行(中间连接盐桥)ꎬ则两个容器中的电解质溶液应含有与电极材料相同的金属的阳离子ꎮ２.金属的腐蚀与防护(１)化学腐蚀与电化学腐蚀的比较化学腐蚀电化学腐蚀原理金属与接触到的物质直接反应不纯的金属接触到电解质溶液形成原电池本质Ｍ－ｎｅ－Ｍｎ＋Ｍ－ｎｅ－Ｍｎ＋现象金属被腐蚀较活泼金属被腐蚀区别无电流产生有微弱电流产生联系化学腐蚀与电化学腐蚀往往同时发生ꎬ但电化学腐蚀比化学腐蚀普遍得多ꎬ腐蚀速率更快ꎬ危害也更严重 (２)钢铁的吸氧腐蚀与析氢腐蚀吸氧腐蚀析氢腐蚀条件水膜呈弱酸性或中性水膜酸性较强负极反应２Ｆｅ－４ｅ－２Ｆｅ２＋Ｆｅ－２ｅ－Ｆｅ２＋正极反应Ｏ２＋２Ｈ２Ｏ＋４ｅ－４ＯＨ－２Ｈ＋＋２ｅ－Ｈ２↑总反应２Ｆｅ＋Ｏ２＋２Ｈ２Ｏ２Ｆｅ(ＯＨ)２Ｆｅ＋２Ｈ＋Ｆｅ２＋＋Ｈ２↑ (３)金属的防护①改变金属的内部结构ꎬ增强抗腐蚀能力ꎮ②覆盖保护层ꎮ③使用电化学保护法牺牲阳极的阴极保护法外加电流的阴极保护法{(２０１８北京理综ꎬ１２ꎬ６分)验证牺牲阳极的阴极保护法ꎬ实验如下(烧杯内均为经过酸化的３％ＮａＣｌ溶液)ꎮ①②③在Ｆｅ表面生成蓝色沉淀试管内无明显变化试管内生成蓝色沉淀 下列说法不正确∙∙∙的是( )Ａ.对比②③ꎬ可以判定Ｚｎ保护了ＦｅＢ.对比①②ꎬＫ３[Ｆｅ(ＣＮ)６]可能将Ｆｅ氧化Ｃ.验证Ｚｎ保护Ｆｅ时不能用①的方法Ｄ.将Ｚｎ换成Ｃｕꎬ用①的方法可判断Ｆｅ比Ｃｕ活泼本题涉及的考点有原电池原理、金属的电化学腐６２ ５年高考３年模拟Ｂ版(教师用书)蚀及其防护方法ꎬ考查考生接受、吸收、整合化学信息的能力ꎬ体现了“科学探究与创新意识”学科核心素养ꎮ解析 在①中ꎬ若将Ｚｎ换成Ｃｕꎬ此时Ｆｅ作负极ꎬ其周围必然会出现Ｆｅ２＋ꎬＦｅ２＋遇Ｋ３[Ｆｅ(ＣＮ)６]会出现蓝色沉淀ꎬ与原来①的实验现象相同ꎬ也就是说ꎬ在①中无论与Ｆｅ连接的金属活动性如何ꎬ实验现象都是一样的ꎬ所以用①的方法无法判断Ｆｅ与Ｃｕ的活泼性强弱ꎮ答案 Ｄ１.一种三室微生物燃料电池污水净化系统原理如图所示ꎬ其中离子交换膜Ⅰ、Ⅱ分别是氯离子交换膜和钠离子交换膜中的一种ꎬ图中有机废水中的有机物可用Ｃ６Ｈ１０Ｏ５表示ꎮ下列有关说法正确的是( )Ａ.ａ电极为该电池的负极ꎬ离子交换膜Ⅰ是钠离子交换膜Ｂ.ａ电极附近溶液的氯离子浓度增大ꎬｂ电极附近溶液的ｐＨ减小Ｃ.ａ电极的电极反应式为Ｃ６Ｈ１０Ｏ５－２４ｅ－＋７Ｈ２Ｏ６ＣＯ２↑＋２４Ｈ＋Ｄ.中间室中Ｎａ＋移向左室ꎬＣｌ－移向右室１.答案 Ｃ 该原电池中ꎬ硝酸根离子得电子发生还原反应ꎬ则ｂ电极是正极ꎬａ电极是负极ꎮ负极上发生反应生成氢离子ꎬ为维持溶液呈电中性ꎬ咸水中的Ｃｌ－移向左室ꎬ则离子交换膜Ⅰ是氯离子交换膜ꎬＡ项错误ꎻ电解质溶液中Ｃｌ－移向左室ꎬａ电极附近溶液的氯离子浓度增大ꎬｂ电极消耗氢离子ꎬ溶液的ｐＨ增大ꎬＢ项错误ꎻａ电极是负极ꎬ负极上有机物失电子发生氧化反应ꎬ有机物在厌氧菌作用下生成二氧化碳ꎬ电极反应式为Ｃ６Ｈ１０Ｏ５－２４ｅ－＋７Ｈ２Ｏ６ＣＯ２↑＋２４Ｈ＋ꎬＣ项正确ꎻ放电时ꎬ电解质溶液中Ｎａ＋移向右室ꎬＣｌ－移向左室ꎬＤ项错误ꎮ２.某校活动小组为探究金属腐蚀的相关原理ꎬ设计了如下装置(图ａ)ꎮ图ａ的铁棒末段分别连上一块Ｚｎ片和Ｃｕ片ꎬ并静置于含有Ｋ３[Ｆｅ(ＣＮ)６]及酚酞的混合凝胶上ꎬ一段时间后发现凝胶的某些区域发生了变化(图ｂ)ꎮ下列说法错误的是( )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２.答案 Ａ 图ａ中为两种情况的吸氧腐蚀ꎮ锌比铁活泼ꎬ锌为负极:Ｚｎ－２ｅ－Ｚｎ２＋ꎬ铁为正极:Ｏ２＋４ｅ－＋２Ｈ２Ｏ４ＯＨ－ꎬＡ项错误、Ｂ项正确ꎻ铁比铜活泼ꎬ铁为负极ꎬ生成的Ｆｅ２＋与[Ｆｅ(ＣＮ)６]３－结合产生蓝色沉淀ꎬ铜电极产生ＯＨ－ꎬ丙区域酚酞变红色ꎬＣ、Ｄ项正确ꎮ考点二电解原理及其应用高频考点 １.电极产物的判断(１)首先判断阴、阳极ꎬ分析阳极材料是惰性电极还是活性电极ꎮ(２)再分析电解质溶液的组成ꎬ找全离子并分阴、阳两组(不要忘记水溶液中的Ｈ＋和ＯＨ－)ꎮ(３)然后列出阴、阳两极的放电顺序:２.各类电解质的电解规律类型电解质特点实例电解产物阴极阳极电极反应特点电解对象电解质溶液的变化电解质溶液的复原电解水型含氧酸Ｈ２ＳＯ４可溶性强碱ＮａＯＨ活泼金属含氧酸盐ＫＮＯ３Ｈ２Ｏ２阴极:４Ｈ＋＋４ｅ－２Ｈ２↑阳极:４ＯＨ－－４ｅ－２Ｈ２Ｏ＋Ｏ２↑水浓度增大加Ｈ２Ｏ电解电解质型无氧酸ＨＣｌＨ２Ｃｌ２不活泼金属无氧酸盐ＣｕＣｌ２ＣｕＣｌ２电解质电离出的阴、阳离子分别在两极放电电解质浓度减小通ＨＣｌ加ＣｕＣｌ２放Ｈ２生碱型活泼金属无氧酸盐ＮａＣｌＨ２Ｃｌ２阴极:２Ｈ＋＋２ｅ－Ｈ２↑阳极:电解质阴离子放电电解质和水生成新电解质通ＨＣｌ放Ｏ２生酸型不活泼金属含氧酸盐ＣｕＳＯ４ＣｕＯ２阴极:电解质阳离子放电阳极:４ＯＨ－－４ｅ－２Ｈ２Ｏ＋Ｏ２↑电解质和水生成新电解质加ＣｕＯ 注意 电解水型的电解质溶液为不饱和溶液时才符合上述规律ꎮ３.原电池、电解池和电镀池的比较原电池电解池电镀池定义将化学能转化成电能的装置将电能转变成化学能的装置应用电解原理ꎬ在某些金属表面镀上一层其他金属的装置装置举例专题十三 电化学６３ 续表原电池电解池电镀池形成条件①活动性不同的两个电极②电解质溶液③形成闭合回路④自发的氧化还原反应①两个电极接直流电源②两个电极插入电解质溶液中③形成闭合回路①镀层金属接电源正极ꎬ待镀金属接电源负极②电镀液必须含有镀层金属的阳离子电极名称负极:较活泼金属正极:较不活泼金属(或能导电的非金属)阳极:与电源正极相连的极阴极:与电源负极相连的极名称同电解池ꎬ但有限制条件:阳极必须是镀层金属ꎬ阴极是镀件电极反应负极:氧化反应正极:还原反应阳极:氧化反应阴极:还原反应阳极:金属电极失电子阴极:电镀液中的金属阳离子得电子电子流向负极导线 →正极电源负极导线 →阴极电源正极导线 ←阳极电源负极导线 →阴极电源正极导线 ←阳极带电粒子的移向阳离子向正极移动阴离子向负极移动阳离子向阴极移动阴离子向阳极移动同电解池反应原理举例负极:Ｚｎ－２ｅ－Ｚｎ２＋正极:２Ｈ＋＋２ｅ－Ｈ２↑总反应:Ｚｎ＋２Ｈ＋Ｚｎ２＋＋Ｈ２↑阳极:２Ｃｌ－－２ｅ－Ｃｌ２↑阴极:Ｃｕ２＋＋２ｅ－Ｃｕ总反应:ＣｕＣｌ２电解Ｃｕ＋Ｃｌ２↑阳极:Ｚｎ－２ｅ－Ｚｎ２＋阴极:Ｚｎ２＋＋２ｅ－Ｚｎ溶液中Ｚｎ２＋浓度不变主要应用牺牲阳极的阴极保护法ꎻ制造多种新的化学电源电解饱和食盐水(氯碱工业)ꎻ电冶金(冶炼Ｎａ、Ｍｇ、Ａｌ)ꎻ精炼铜镀层金属为铬、锌、镍、银等ꎬ使被保护的金属抗腐蚀能力增强ꎬ增加美观和表面硬度实质使氧化还原反应中的电子通过导线定向转移ꎬ形成电流使电流通过电解质溶液ꎬ而在阴、阳两极引起氧化还原反应的过程相同之处均发生氧化还原反应ꎬ两电极得失电子数相等 (２０１７课标Ⅱꎬ１１ꎬ６分)用电解氧化法可以在铝制品表面形成致密、耐腐蚀的氧化膜ꎬ电解质溶液一般为Ｈ２ＳＯ４－Ｈ２Ｃ２Ｏ４混合溶液ꎮ下列叙述错误的是( )Ａ.待加工铝质工件为阳极Ｂ.可选用不锈钢网作为阴极Ｃ.阴极的电极反应式为:Ａｌ３＋＋３ｅ－ＡｌＤ.硫酸根离子在电解过程中向阳极移动本题涉及的考点有电解原理、铝单质的性质ꎬ考查了考生结合题给信息解决实际问题的能力ꎬ体现了“科学探究与创新意识”学科核心素养ꎮ解析 Ａｌ０→Ａｌ＋３２Ｏ３发生氧化反应ꎬ故铝质工件为阳极ꎬＡ正确ꎻ阴极材料为金属或导电的非金属ꎬ可选用不锈钢网ꎬＢ正确ꎻ电解质溶液中含有大量Ｈ＋ꎬ故阴极的电极反应式为２Ｈ＋＋２ｅ－Ｈ２↑ꎬＣ不正确ꎻ在电解池中ꎬ阴离子移向阳极ꎬＤ正确ꎮ答案 Ｃ１.如图是一个用铂丝作电极ꎬ电解ＭｇＳＯ４溶液的装置ꎬ电解液中加有中性红指示剂ꎬ此时溶液呈红色ꎮ(指示剂的ｐＨ变色范围:６.８~８.０ꎬ酸色—红色ꎬ碱色—黄色ꎬＭｇ(ＯＨ)２沉淀的ｐＨ＝９)下列叙述不正确的是( )Ａ.电解过程中电极附近溶液颜色变化是Ａ侧溶液由红变黄ꎬＢ侧溶液不变色Ｂ.Ａ侧中发生反应:２Ｈ２Ｏ＋２ｅ－＋Ｍｇ２＋Ｈ２↑＋Ｍｇ(ＯＨ)２↓Ｃ.取出ａ试管ꎬ将带有火星的木条伸入试管内ꎬ看到木条复燃Ｄ.电解一段时间后ꎬＡ侧产生白色沉淀ꎬ切断电源ꎬ将电解液倒入烧杯内ꎬ白色沉淀溶解或仍有部分固体１.答案 Ｃ 根据电解原理ꎬＡ侧为阴极区ꎬ电极反应式为２Ｈ２Ｏ＋２ｅ－Ｈ２↑＋２ＯＨ－ꎬ指示剂碱色为黄色ꎬ因此Ａ侧溶液由红变黄ꎻＢ侧为阳极区ꎬ电极反应式为２Ｈ２Ｏ－４ｅ－Ｏ２↑＋４Ｈ＋ꎬ溶液仍为红色ꎬＡ项正确ꎮ由以上分析可知Ａ侧中产生ＯＨ－ꎬ则Ａ侧出现白色沉淀ꎬ发生反应:Ｍｇ２＋＋２ＯＨ－Ｍｇ(ＯＨ)２↓ꎬ即Ａ侧总反应为２Ｈ２Ｏ＋Ｍｇ２＋＋２ｅ－Ｈ２↑＋Ｍｇ(ＯＨ)２↓ꎬＢ项正确ꎻａ管中收集的气体为氢气ꎬ检验氢气:用拇指堵住管口ꎬ取出试管ꎬ试管口靠近火焰ꎬ放开拇指ꎬ听到噗的声音ꎬ说明收集的气体为氢气ꎬ氢气能燃烧ꎬ但不支持燃烧ꎬＣ项错误ꎻ将电解液倒入烧杯中ꎬ阴极生成的氢氧化镁与阳极生成的硫酸发生反应生成硫酸镁ꎬ若溶液达到饱和后ꎬ硫酸镁会有部分析出ꎬＤ项正确ꎮ２.Ｏ３是一种常见的绿色氧化剂ꎬ可由臭氧发生器(原理如图)电解稀硫酸制得ꎮ下列说法错误的是( )Ａ.电极ａ为阴极Ｂ.ａ极的电极反应为Ｏ２＋４Ｈ＋＋４ｅ－２Ｈ２ＯＣ.电解一段时间后ｂ极周围的ｐＨ下降Ｄ.标准状况下ꎬ当有５.６ＬＯ２反应时ꎬ收集到Ｏ２和Ｏ３混合气体４.４８ＬꎬＯ３的体积分数为８０％２.答案 Ｄ 电解池左侧通入Ｏ２ꎬａ极发生还原反应ꎬ为阴极ꎬ其电极反应式为Ｏ２＋４Ｈ＋＋４ｅ－２Ｈ２Ｏꎻｂ极为阳极ꎬＡ项、Ｂ项正确ꎮｂ极为Ｈ２Ｏ电离出的ＯＨ－失去电子ꎬ生成Ｏ２和Ｏ３ꎬ电解一段时间后ꎬｂ极附近水的电离平衡被破坏ꎬ溶液中Ｈ＋浓度增大ꎬ