1、- 1 -专题 12 电化学一原电池工作原理1工作原理示意图(以铜锌原电池为例)2原电池电极的判断3. 原电池的负极一般，在原电池反应中活泼金属作负极包含两层含义：(1) “活泼”是指相对活泼而不是绝对活泼。 (2) 在大部分原电池反应中，金属活动性较强的一极作负极，另一电极作正极。但在某些特殊条件下例外，例如： 冷的浓硝酸作电解质溶液，金属铁或铝与金属铜作电极时，铁或铝在冷的浓硝酸中钝化，金属活动性弱的铜与浓硝酸发生氧化反应作负极。 NaOH溶液作电解质溶液，金属镁与金属铝作电极时，因铝能与 NaOH溶液反应，作负极，而金属活动性强的镁只能作正极。4. 原电池的设计从理论上讲，能自发进行的氧
2、化还原反应均可以设计成原电池，实际设计时应注意以下几点： 负极(还原性较强的物质)； 正极是活动性较差的金属或能导电的非金属； 电解质溶液：两电极浸入电解质溶液中，阴离子移向负极，阳离子移向正极。例 1 关于下列各装置图的叙述不正确的是 - 2 -A 用图装置实现铁上镀铜，a 极为铜，电解质溶液可以是 CuSO4溶液B 图装置盐桥中 KCl 的 Cl 移向乙烧杯C 图装置中钢闸门应与外接电源的负极相连获得保护D 图两个装置中通过导线的电子数相同时，消耗负极材料的物质的量不同【答案】B例 2锌-空气电池（原理如下图）适宜用作城市电动车的动力电源。该电池放电时 Zn转化为 ZnO。该电池工作时下列
3、说法正确的是（ ）A 该电池的正极反应为 Zn-2e-+2OH-=Zn(OH)2B 该电池放电时电子经氢氧化钾溶液向石墨电极移动C 该电池的锌电极是负极D 氧气在石墨电极上发生氧化反应- 3 -【答案】C二原电池原理的应用1加快氧化还原反应的速率例如：在锌与稀硫酸反应时加入少量 CuSO4溶液，能使产生 H2的速率加快。2比较金属活动性强弱3设计化学电池例如：以 FeCuCl 2=FeCl2Cu 为依据，设计一个原电池。(1) 将氧化还原反应拆成氧化反应和还原反应两个半反应，分别作原电池的负极和正极的电极反应式。负极：Fe2e =Fe2 ，正极：Cu 2+2e =Cu。(2) 确定电极材料若发
4、生氧化反应的物质为金属单质，可用该金属直接作负极；若发生氧化反应的为气体(如 H2)或溶液中的还原性离子，可用惰性电极(如 Pt、碳棒)作负极。发生还原反应的电极材料一般不如负极材料活泼。本例中可用 Fe作负极，用铂丝或碳棒作正极。(3) 确定电解质溶液一般选用反应物中的电解质溶液即可，如本例中可用 CuCl2溶液作电解液。(4) 构成闭合回路：将电极用导线连接，使之构成闭合回路。4电化学防护：牺牲阳极的阴极保护法利用原电池原理 负极(阳极)是作保护材料的金属； 正极(阴极)是被保护的金属设备。例 3研究电化学腐蚀及防护的装置如右图所示。下列有关说法错误的是（ ）- 4 -A d 为石墨，铁片
5、腐蚀加快B d 为石墨，石墨上电极反应为：O 2 + 2H2O + 4e = 4OHC d 为锌块，铁片不易被腐蚀D d 为锌块，铁片上电极反应为：2H + + 2e = H2【答案】D三电极反应式的书写总的原则同化学方程式的书写：先写反应物，再写生成物，根据化合价标出得失电子数，再根据电荷守恒和物料守恒配平，同时注意溶液的酸碱性。1. 先确定原电池的正、负极，列出正、负极上的反应物质，并标出相同数目电子的得失。2. 注意负极反应生成的阳离子与电解质溶液中的阴离子是否共存。若不共存，则该电解质溶液中的阴离子应写入负极反应式；若正极上的反应物质是 O2，且电解质溶液为中性或碱性，则水必须写入正极
6、反应式中，且 O2生成 OH ，若电解质溶液为酸性，则 H 必须写入正极反应式中，O 2生成水。3. 正、负极反应式相加得到电池反应的总反应式。若已知电池反应的总反应式，可先写出较易书写的一极的电极反应式，然后在电子守恒的基础上，总反应式减去较易写出的一极的电极反应式，即得到较难写出的另一极的电极反应式。4. 燃料电池电极反应中，酸性溶液中不能出现 OH ，碱性溶液中不能出现 H ，水溶液中不能出现O2 ，而熔融电解质中 O2被还原为 O2 。例 4利用如图所示装置(电极均为惰性电极)可吸收 SO2，并用阴极排出的溶液吸收 NO2。下列关于该装置的四种说法，正确的组合是- 5 -.a 为直流电
7、源的负极.阴极的电极反应式为：2HSO 3-+2H+2e-=S2O42-+2H2O.阳极的电极反应式为：SO 2+2H2O-2e-=SO42-+4H+.电解时，H +由阴极室通过阳离子交换膜到阳极室A 和 B 和C 和 D 和【答案】C例 5 右图 1为甲烷和 O2构成的燃料电池示意图，电解质溶液为 KOH溶液，图 2为电解AlCl3溶液的装置，电极材料均为石墨。用该装置进行实验，反应开始后观察到 x电极附近出现白色沉淀。下列说法正确的是A 图 2中 Y电极为阴极B 图 2中总反应的化学方程式为：2AlCl 3+6H2O2 2Al(OH)3+3Cl 2+3H 2C 图 1中电解质溶液的 pH增
8、大D 图 1中的 a 电极反应式为：CH 4-8e-+8OH-=CO2+6H2O【答案】B【解析】根据所给装置的特点分析，图是燃料电池，图是电解池。反应开始后观察到 x电极附近出现白色沉淀为 Al(OH)3，说明 X是阴极，氢离子放电，产生 OH ，所以得到- 6 -Al(OH)3沉淀。故 a是负极， A处通入通入甲烷气体，发生氧化反应，电极反应式为CH410OH -8e-=CO32-7H 2O，由于反应消耗了 OH-，电解质溶液的 pH减小，A 、C、D 均错误；X 极：2H +2e-=H2，Al 3+3OH-= Al(OH)3；Y 极 2Cl-2e-=Cl2；总反应为2AlCl3+6H2O
9、 2Al(OH)3+3Cl 2+3H 2；B 正确。四用惰性电极电解电解质溶液规律总结1电解水型电解质(水溶液) 电极反应式电解物质总反应式 电解质浓度 溶液 pH 溶液复原含氧酸(如 H2SO4)减小 加 H2O强碱(如 NaOH)增大 加 H2O活泼金属的含氧酸盐(如KNO3、Na 2SO4) 阳极：4OH 4e =O2+2H2O阴极：4H 4e= =2H2水2H2O= = = = =电 解 O22H 2增大不变 加 H2O2. 电解电解质型电解质 (水溶液) 电极方程式 电解物质 总反应式 电解质浓度 溶液 pH 溶液复原无氧酸(如 HCl)除 HF外阳极：2Cl 2e =Cl2阴极：2
10、H 2e =H2酸2HCl= = = = =电 解 Cl2H 2 增大 通入 HCl气体不活泼金属的无氧酸盐(如 CuCl2)除氟化物外阳极：2Cl 2e =Cl2阴极：Cu2 2e =Cu盐CuCl2= = = = =电 解 CuCl 2减小加 CuCl2固体3. 放 H2生碱型- 7 -电解质(水溶液)电极方程式 电解物质 总反应式 电解质浓度 溶液 pH 溶液复原活泼金属的无氧酸盐(如 NaCl)阳极：2Cl 2e =Cl2阴极：2H 2e =H2水和盐2Cl 2H 2O= = = = =电 解 Cl2H 22OH 生成新电解质增大 通入 HCl气体4. 放 O2生酸型电解质(水溶液)电
11、极方程式 电解物质 总反应式 电解质浓度 溶液 pH 溶液复原不活泼金属的含氧酸盐(如 CuSO4)阳极：4OH 4e =O22H 2O阴极：2Cu2 4 e =2Cu水和盐2Cu2 2H 2O= = = = =电 解 2CuO 24H生成新电解质减小加 CuO或CuCO3例 6 利用 LiOH和钴氧化物可制备锂离子电池正极材料。可用电解 LiCl溶液制备LiOH，装置如下图所示。下列说法正确的是A 电极 B连接电源正极B A 极区电解液为 LiCl溶液C 阳极反应式为：2H 2O+2e-= H2+2OH -D 每生成 1molH2，有 1molLi+通过该离子交换膜【答案】B- 8 -接电源
12、负极，A 不正确：B. A极区电解液为 LiCl溶液，B 正确；C. 阳极反应式为 2Cl +2e-= Cl2，C 不正确；D. 每生成 1molH2，有 2molLi+通过该离子交换膜，D 不正确。例 7最近有研究人员发现了一种处理高浓度乙醛废水的新方法一隔膜电解法，乙醛分别在阴、阳极发生反应，转化为乙醇和乙酸。实验室以一定浓度的乙醛Na 2SO4 溶液为电解质溶液，模拟乙醛废水的处理过程，其装置如图所示。下列说法正确的是A 电解过程中，两极除分别生成乙酸和乙醇外，均产生了无色气体，则阳极产生的是O2B 阳极反应为 CH3CHO-2e-+2H+=CH3COOH+H2OC 电解过程中，阴极区
13、Na2SO4的物质的量增大D 若以 CH4空气燃料电池为直流电源，燃料电池的 b 极应通入空气【答案】A五电解原理的应用1. 电解饱和食盐水 电极反应 阳极：2Cl 2e =Cl2(反应类型：氧化反应)。阴极：2H 2e =H2(反应类型：还原反应)。 总反应方程式： 2NaCl2H 2O 2NaOHH 2Cl 2；= = = = =电 解 离子方程式： 2Cl 2H 2O 2OH H 2Cl 2。= = = = =电 解 - 9 -【名师点拨】 NaCl 溶液中的 Na+、H +在通电后向阴极移动，H +放电，使水的电离平衡右移，OH 浓度增大，如果 NaCl溶液中加了酚酞，阴极先变红。 阳
14、离子交换膜(以电解 NaCl溶液为例)，只允许阳离子(Na )通过，而阻止阴离子(Cl 、OH )和分子(Cl 2)通过，这样既能防止 H2和 Cl2混合爆炸，又能避免 Cl2和 NaOH溶液作用生成 NaClO影响烧碱质量。2. 电解精炼铜电解装置 电极反应阳 极粗铜（含Zn、Fe、Ni、Ag、Au）Cu-2e-=Cu2+Zn-2e-=Zn2+Fe-2e-=Fe2+粗铜中的 Ag、Au 不反应，沉积在电解池底部形成阳极泥电极材料阴 极 纯 铜 Cu2+ 2e- = Cu电解质溶液 CuSO4溶液 Cu2+浓度减小3. 电镀(Fe 表面镀 Cu)阴极：镀件（Fe）阳极：镀层金属（Cu）电解质溶
15、液：含镀层金属离子的溶液（含 Cu2 的盐溶液）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。 冶炼钠 2NaCl(熔融) 2NaCl 2= = = = =电 解 电极反应 阳极：2Cl 2e =Cl2；阴极：2Na 2e =2Na。- 10 - 冶炼镁 MgCl 2(熔融) MgCl 2= = = = =电 解 电极反应 阳极：2Cl 2e =Cl2；阴极：Mg 2 2e =Mg。 冶炼铝 2Al 2O3(熔融) 4Al3O 2= = = = =电 解 NaAlF6电极反应 阳极：6O 2 12e =3O2；阴极：4Al 3 12e = 4Al。例 8碳酸二甲酯
16、(CH 3O)2CO是一种具有发展前景的“绿色”化工产品，电化学合成碳酸二甲酯的工作原理如图所示（加入两极的物质均是常温常压下的物质） 。下列说法正确的是A H +由石墨 2极通过质子交换膜向石墨 l极移动B 石墨 l极发生的电极反应为：2CH 3OH+CO-e-= (CH3O)2CO+H+C 石墨 2极与直流电源正极相连D 电解一段时间后，阴极和阳极消耗的气体的物质的量之比为 l2【答案】D例 9直接电解吸收是烟气脱硝的一种有效方法。用 6%的稀硝酸吸收 NOx会生成亚硝酸，再将吸收液导入电解槽使之转化为硝酸。电解装置如下(阴、阳离子可通过隔膜,但分子不能通过):- 11 -下列说法不正确的
17、是A 吸收 NOx的过程涉及氧化还原反应B 石墨电极为颗粒状，可增大接触面积，提高电解效率C 当 b极上产生 2.8 L(标准状况)H 2时，转移的电子数为 0.5NA(设 NA为阿伏加德罗常数的数值)D 极的电极反应式为 HNO2-2e-+H2O=3H+N03-【答案】C六. 原电池、电解池、电镀池的比较原电池 电解池 电镀池定义将化学能转变成电能的装置将电能转变成化学能的装置应用电解原理在某些金属表面镀上一层其它金属的装置。一种特殊的电解池。- 12 -装置举例形成条件 活动性不同的两电极(连接) 电解质溶液(电极插入其中并与电极自发反应) 形成闭合回路 两电极接直流电源 两电极插人电解质
18、溶液 形成闭合回路 镀层金属接电源正极，待镀金属接电源负极 电镀液必须含有镀层金属的离子电极名称负极：较活泼金属；正极：较不活泼金属(或能导电的非金属等)阳极：电源正极相连的电极阴极：电源负极相连的电极阳极：镀层金属；阴极：镀件电子流向负极 正极电源负极 阴极电源正极 阳极电源负极 阴极电源正极 阳极电极反应负极（氧化反应）：金属原子失电子；正极（还原反应）：溶液中的阳离子得电子阳极（氧化反应）：溶液中的阴离子失电子，或金属电极本身失电子；阴极（还原反应）：溶液中的阳离子得电子阳极（氧化反应）：金属电极失电子；阴极（还原反应）：电镀液中阳离子得电子离子流向阳离子：负极正极（溶液中）阴离子：负极
19、正极（溶液中）阳离子阴极（溶液中）阴离子阳极（溶液中）阳离子阴极（溶液中）阴离子阳极（溶液中）- 13 -例 10膜技术原理在化工生产中有着广泛的应用，有人设想利用电化学原理制备少量硫酸和绿色硝化剂 N2O5，装置图如下。下列说法不正确的是A X 是原电池，能够生产硫酸;Y 是电解池，能够生产 N2O5B C 电极的电极反应方程式为 N2O4+2HNO3-2e-=2N2O5+2H+C 当电路中通过 2mole，X、Y 中各有 2molH+从左边迁移到右边D 电路中电子流向为 a d c b a形成闭合回路【答案】D【解析】A、由装置图可知 X为原电池，a 作负极，a 极上的 SO2失去电子结合
20、水生成H2SO4，b 作正极，O 2得到电子结合溶液中的 H+生成水，Y 是电解池，c 是阳极，N 2O4失去电子生成 N2O5，d 作阴极，硝酸得到电子生成 NO2，所以 A正确；B、C 为阳极，其电极的反应方程式为 N2O4+2HNO3-2e-=2N2O5+2H+，生成的 H+通过隔膜移向阴极，所以 B正确；C、根据电子和 H+所带电荷相等，只是电性相反，在装置工作时，原电池 X中 H+从负极 a(左边)迁移到正极 b(右边)，而在电解池 Y中 H+从阳极 c(左边)迁移到阴极 d(右边)，所以当电路中通过2mol e- 时，X 、Y 中各有 2molH+从左边迁移到右边，所以 C正确；D
21、、电路中电子的流向为 ad、c b，与两个装置内的 H+从左边迁移到右边一起形成闭合回路，所以 D错误。例 11如图，C、D、E、F、X、Y 都是惰性电极。将电源接通后，向（乙）中滴入酚酞溶液，在 F极附近显红色则下列说法正确的是（ ）A 若用乙烷、空气燃料电池作电源，电解质为 KOH溶液，则 A极的电极反应式为：C2H6 -14e-+ 18OH- = 2CO32- + 12H2OB 欲用（丙）装置给铜镀银，H 应该是 Ag，电镀液选是 AgNO3溶液C （丁）装置中 Y极附近红褐色变深，说明氢氧化铁胶体带正电荷- 14 -D C、D、E. F电极均有单质生成，且其物质的量比为 1:2:2:2【答案】D
