电化学基础(完整版)

IV Fe

Zn III I II Fe

Zn 化学专题复习：电化学基础

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

装 置 举 例

形 成 条 件 ①活动性不同的两电极(连接) ②电解质溶液(电极插入其中并与电极自发反应) ③形成闭合回路

①两电极接直流电源 ②两电极插人电解质溶液 ③形成闭合回路

①镀层金属接电源正极，待镀金属接电源负极

②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←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）

练习1、把锌片和铁片放在盛有稀食盐水和酚酞试液 混合溶液的玻璃皿中（如图所示），经一段时间后， 观察到溶液变红的区域是（ ）

A 、I 和III 附近

B 、I 和IV 附近

C 、II 和III 附近

D 、II 和IV 附近

练习2、下面有关电化学的图示，完全正确的是（ ）

Ag Ag Fe 丙 甲 Cu C C 乙 a M b C

D A B

练习3、已知蓄电池在充电时作电解池，放电时作原电池。铅蓄电池上有两个接线柱，一个接线柱旁标有“+”，另一个接线柱旁标有“—”。关于标有“+”的接线柱，下列说法中正确．．的是（ ） A 、充电时作阳极，放电时作负极 B 、充电时作阳极，放电时作正极 C 、充电时作阴极，放电时作负极 D 、充电时作阴极，放电时作正极 练习5、铅蓄电池是典型的可充型电池，它的正负极铬板是惰性材料，电池总反应式为：

Pb+PbO 2+4H ++2SO 42-

2PbSO 4+2H 2O

请回答下列问题：

（1）放电时：正极的电极反应式是________________；电解液中H 2SO 4的浓度将变____；当外电路通过1 mol 电子时，理论上负极板的质量增加_____g 。 （2）在完全放电耗尽PbO 2和Pb 时，若按图连接，电解一段时间后，则在A 电极上生成________、B 电极上生成________，此时铅蓄电池的正负极的极性将________。

要点二 原电池、电解池工作原理及其应用

1、原电池、电解池的判定 先分析有无外接电源：有外接电源者为 ，无外接电源者可能为 ；然后依据原电池、电解池的形成条件、工作原理分析判定。

练习6、如图，有甲、乙、丙三个烧杯，里面盛装的是体积和浓度完全相同的AgNO 3溶液（各装置中两个极棒大小和间距相同），试判断甲、乙、丙分别是哪一种电化学装置，并写出其两极反应方程式。 （1）甲是 池，Cu 作 极，电极反应为 ；Ag 作 极， 电极反应为 。 （2）乙是 池，左边C 棒作 极，电极反 应为 ；右边C

棒作 极，电极反应为 。 （3）丙是 池，Fe 作 极，电极反应为

；Ag 作 极， 电极反应为 。

2、原电池正、负极的判定 ①、由两极的相对活泼性确定：在原电池中，相对活泼性较强的金属为原电池的 极，相对活泼性

较差的金属或导电的非金属作原电池的 极。

②、由电子流向、反应类型、电极现象确定：通常情况下，在原电池中某一电极若不断溶解或质量不 断减少，该电极发生氧化反应，此为原电池的 极；若原电池中某一电极上有气体生成、电 极的质量不断增加或电极质量不变，该电极发生还原反应，此为原电池的 极。

练习7、如图，已知M 是一块用石蕊试液浸过的滤纸。当电路接通足够时间后，a 端显蓝色，b 端显红色。且知甲中的电极材料是锌和银，乙中的电极材料是

铂和铜，乙池中两极都有气体产生。请根据以上条件和现

象回答： 放电

充电

（1）甲、乙两池分别是什么装置，请写出名称：

甲为_____________，乙为_______________。

（2）请写出A、B、C、D的电极名称，电极材料

和电极反应式

电极名称电极材料电极反应式

A

B

C

D

（3

甲：；乙：______________________________________。练习8、一种燃料电池中发生的化学反应为：在酸性溶液中甲醇与氧作用生成水和二氧化碳。该电池负极发生的反应是（）

A、CH3OH(g)+O2(g) = H2O(1)+CO2(g)+2H+(aq)+2e－

B、O2(g)+4H+(aq)+4e－= 2H2O(1)

C、CH3OH(g)+H2O(1) = CO2(g)+6H+(aq)+6e－

D、O2(g)+2H2O(1)+4e－= 4OH－

练习9、某固体酸燃料电池以CsHSO4固体为电解质传递H＋，其基本结构见下图，

电池总反应可表示为：2H 2＋O2＝2H2O，下列有关

说法正确的是( )

A、电子通过外电路从b极流向a极

B、b极上的电极反应式为：O2＋2H2O＋4e－＝4OH－

C、每转移0.1 mol电子，消耗1.12 L的H2

D、H＋由a极通过固体酸电解质传递到b极

练习10、右图是一种染料敏化太阳能电池

的示意图。电池的一个电极由有机光敏染料(S)涂覆在

TiO2纳米晶体表面制成，另一电极由导电玻璃镀铂构

成，电池中发生的反应为：TiO2/S TiO2/S*(激发态)

TiO2/S*→ TiO2/S++e－；I3－+2e－→ 3I－；

2TiO2/S++ 3I－→ 2TiO2/S + I3－

下列关于该电池叙述错误的是( )

A、电池工作时，I－在镀铂导电玻璃电极上放电

B、电池工作时，是将太阳能转化为电能

C、电池的电解质溶液中I－和I－3的浓度不会减少

D、电池中镀铂导电玻璃为正极

3、原电池原理的应用

①、利用原电池原理可以制造出各种实用电池，即化学电源，如锌锰干电池、铅蓄电池、锂电池、新型燃料电池等。

练习11、生物燃料电池（BFC）是以有机物为燃料，直接或间接利用酶作为催化剂的一类特殊的燃料电池，其能量转化率高，是一种真正意义上的绿色电池，其工作原理如图所示。已知C1极的电极反应方程式为：C2H5OH+3H2O－12e－=2CO2+12H+。

下列说法不正确

．．．的是（）

A、C1极为电池负极，C2极为电池正极

B、C2极的电极反应式为O2+4H++4e－=2H2O

C、该生物燃料电池的总反应方程式为

C2H5OH+3O2=2CO2+3H2O

D、电子由C2极经外电路导线流向C1极

练习12、用两根铂丝作电极插入KOH溶液中，再分别向两极通入甲烷气体和氧气，可形成燃料电池，该电池放电时的总反应为：CH4+2KOH+2O2=K2CO3+3H2O，下列说法错误的是（）

A、通甲烷的一极为负极，通氧气的一极为正极

B、放电时通入氧气的一极附近溶液的pH升高

C、放电一段时间后，KOH的物质的量不发生变化

D、通甲烷的电极反应式是：CH4+10OH -－8e-=CO32-+7H2O

练习13、下图是某空间站能量转化系统的局部示意图，其中燃料电池采用KOH为电解液，下列有关说法中不正确

．．．的是（）

A、该能量转化系统中的水也是可以循环的

B、燃料电池系统产生的能量实际上来自于水

C、水电解系统中的阳极反应：

4OH -2H2O+O2↑+4e -

D、燃料电池放电时的负极反应：H2+2OH -2H2O+2e -

②、原电池原理可用于解决一些实际问题，如加快某些化学反应时的速率（稀硫酸与锌反应时，常滴入几滴硫酸铜溶液）；分析金属电化学腐蚀的快慢和防护方法等。

练习14、为了探究金属腐蚀的条件和速率，某课外小组学生用不同金属丝将三根大小相同的铁钉分别固定在图示的三个装置内，并将这些装置在相同的环境中放置相同的一段时间，下列对实验结束时现象的描述不正确的是( )

A、实验结束时，装置Ⅰ左侧的液面一定会下降

B、实验结束时，装置Ⅰ一定比装置Ⅱ左侧液面低

C、实验结束时，装置Ⅱ中的铁钉腐蚀最严重

D、实验结束时，装置Ⅲ中的铁钉几乎没被腐蚀

练习15、取三份等质量的锌粉分别放入a、b、c三支试管中，向a中加入少量CuSO4粉末，向c中加入少量醋酸钠固体，然后在三支试管中分别加入过量体积和浓度相等稀硫酸。下列图表能正确表达生成H2的体积与时间t的关系的是（）

4

以氧化还原反应为基础，确定原电池的正负极、电解质溶液及电极反应。如：

原理

负

极

正极

电解质

溶液

电极反应

Ag2O

Pb PbO2 H2SO4

b

A

V(H2)

a

c

b

t t

a c

B

V(H2)

a

c b

C

V(H2)

t t

b

D

a

c

V(H2)

石墨电极

石墨电极

KOH （或H 2SO 4）

练习16、某同学为了使反应2HCl+2Ag =2AgCl+H 2↑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（ ）

5、电解电极产物的判断：

要判断电极反应的产物，必须掌握离子的放电顺序。判断电极反应的一般规律是： (1)、在阳极上 ①、活性材料作电极时：金属在阳极失电子被氧化成阳离子进人溶液，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，

溶液中阴离子的放电顺序是：S 2- >I - >Br - >Cl - >OH - >含氧酸根>F -

(2)、在阴极上：无论是惰性电极还是活性电极都不参与电极反应，发生反应的是溶液中的阳离子。阳离子在阴极上放电顺序是：

Ag + > Fe 3+ > Cu 2+ > H + （酸）> Pb 2+ > Sn 2+ > Fe 2+ > Zn 2+ > H + （水）> Al 3+ > Mg 2+ >…… 练习17、在1LK 2SO 4和CuSO 4的混合溶液中，c(SO 42-)=2.0 mol·L -1，用石墨作电极电解此溶液，当通电一段时间后，两极均收集到22.4L （标准状况）气体，则原溶液中K +的物质的量浓度为（ ） A 、2.0 mol·L -1 B 、1.5 mol·L -1 C 、1.0 mol·L -1 D 、0.5 mol·L -1

练习18、烧杯中盛放浓度均为0.10mol/L 的氯化钠和硝酸铜的混合液。现将该溶液以惰性电极电解，当Cu 2+全部在阴极上转变为金属铜时，摇匀整个溶液（忽略溶液体积变化），其pH 为（ ） A 、7.0 B 、1.0 C 、0.7 D 、1.3

练习19、玻璃圆筒中盛有两种无色的互不相溶的中性液体。上层液体中插入两根石墨电极，圆筒内还放有一根下端弯成环状的玻璃搅棒，可以上下搅动液体，装置如图。接通电源，阳极周围的液体呈棕色，且颜色由浅变深，阴极上有气泡生成。停止通电，取出电极，用搅棒上下剧烈搅动。静置后液体又分成两层，下层液体呈紫红色，上层液体几乎无色。 根据上述实验回答：

（1）阳极上的电极反应式为：___________________________。

（2）阴极上的电极反应式为：___________________________。

（3）原上层液体是_____________________。 （4）原下层液体是_____________________。

（5）搅拌后两层液体颜色发生变化的原因是________________ _______________________________________________。

（6）要检验上层液体中含有的金属离子，其方法是_____________ _____ __，现象是_________________________________________。 6类 型

电极反应特点 实 例 电解对象 电解质浓度

pH 电解质溶液复原

电解水型

阴：2H ++2e －

=H 2↑

阳：4OH －－4e

－

NaOH 水 H 2SO 4

水

=2H 2O+O 2↑ Na 2SO 4 水 分解电解质

型

电解质电离出的阴阳离子分别在两极放电

HCl 电解质 CuCl 2

电解质

－

放H 2生碱型

阴极：H 2O 放H 2生碱

阳极：电解质阴离子放电 NaCl

电解质 和水

放O 2生酸型

阴极：电解质阳离子放电

阳极：H 2O 放O 2生酸

CuSO 4

电解质 和水

练习、镍镉（）可充电电池在现代生活中有广泛应用。已知某镍镉电池的电解质溶液为溶液，其充、放电按下式进行：Cd + 2NiOOH + 2H 2O

放电充电

Cd(OH)2 + 2Ni(OH)2

有关该电池的说法正确的是（ ）

A 、充电时阳极反应：Ni(OH)2 － e — + OH — = NiOOH + H 2O

B 、充电过程是化学能转化为电能的过程

C 、放电时负极附近溶液的碱性不变

D 、放电时电解质溶液中的OH - 向正极移动

练习21、取一张用饱和的NaCl 溶液浸湿的pH 试纸，两根铅笔芯作电极，接通直流电源，一段时间后，发现a 电极与试纸接触处出现一个双色同心圆，内圈为白色，外圈呈浅红色。则下列说法错误的是( ) A 、b 电极是阴极 B 、a 电极与电源的正极相连 C 、电解过程中水是氧化剂 D 、b 电极附近溶液的pH 变小 练习22、某学生想制作一种家用环保型消毒液发生器，用石墨作

电极电解饱和氯化钠溶液，通电时，为使氯气被完全吸收，制得有较强杀菌 能力的消毒液，设计了如图的装置，则对电源电极名称及消毒液的主要成分

判断正确的是（ ）

A 、a 为正极，b 为负极；消毒液为NaClO 和NaCl

B 、a 为负极，b 为正极；消毒液为NaClO 和NaCl

C 、a 为阳极，b 为阴极；消毒液为HClO 和NaCl

D 、a 为阴极，b 为阳极；消毒液为HClO 和NaCl

练习23、用惰性电极电解一定浓度的硫酸铜溶液，通电一段时间后，向所得的溶液中加入0.1mol Cu 2 (OH)2CO 3后恰好恢复到电解前的浓度和pH(不考虑二氧化碳的溶解)。则电解过程中共转移的电子数为（ ）

A 、0.4mol

B 、0.5mol

C 、0.6mol

D 、0.8mol 要点三 电极反应式的书写方法 1、书写方法思路 （1）原电池：

①、如果题目给定的是图示装置，先分析正、负极，再根据正、负极反应规律去写电极反应式；②、如果题目给定的是总反应式，根据介质环境、结合物料守恒、电荷守恒把总反应拆分成两个半反应（氧化反应和还原反应）。特别需要指出的是：对于可逆电池的反应，需要看清楚“充电、

a b 电源

放电”的方向，放电的过程应用原电池原理，充电的过程应用电解池原理。

（2）电解池：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，弱电解质要写成分子式。

例如：写出下列四个装置的电极和总反应方程式。

以铅蓄电池放电时的反应为例，总反应为Pb+PbO 2+2H 2SO 4=2PbSO 4+2H 2O ，电极反应式的书写步骤如下：

负极： 正极：

练习24、化学用语是学习化学的重要工具，下列用来表示物质变化的化学用语中，正确．．的是（ ） A

．钢铁发生电化学腐蚀的正极反应式：Fe －2e - = Fe 2+

B ．氢氧燃料电池的负极反应式：O 2 + 2H 2O + 4e - = 4OH -

C ．粗铜精炼时，与电源正极相连的是纯铜，电极反应式为：Cu －2e - = Cu 2+

D ．电解饱和碳酸钠溶液时，阳极的电极反应式为：4OH - －4e - = 2H 2O + O 2 ↑

练习25、镍电池是近年来开发的可充电电池，具有质轻、容量大的优良特性，其性能远优于镍镉电池，对环境污染程度也小于镍镉电池。目前已基本取代了镍镉电池。氢镍电池的总反应式是

H 2+2NiO(OH) 2Ni(OH)2

试写出放电时的电极反应式。

正极反应式： 负极反应式： 。 练习26、融盐燃料电池具有高的发电效率，因而受到重视，可用Li 2CO 3和Na 2CO 3的熔融盐混和物作电解质，CO 为负极燃气，空气和CO 2的混和气为正极助燃气，制得在650℃下工作的燃料电池。完成有关的电池反应式：

负极反应式：2CO + 2CO 32- → 4CO 2+ 4e -

正极反应式： ；总电池反应式： 。

放电 充电

NaCl 溶液 NaCl 溶液 稀HNO 3 稀HNO 3

甲 丙 乙 丁

练习27、根据右图，可判断出下列离子方程式中错误的是（ ） A 、 B 、 C 、

D 、

练习28、(2010浙江)Li-Al/FeS 电池是一种正在开发的车载电池，该电池中正极的电极反应式为：

2Li ++FeS+2e -＝Li 2S+Fe 。有关该电池的下列中，正确的是（ ） A 、Li-Al 在电池中作为负极材料，该材料中Li 的化合价为+1价 B 、该电池的电池反应式为：2Li+FeS ＝Li 2S+Fe C 、负极的电极反应式为Al -3e — = Al 3+

D 、充电时，阴极发生的电极反应式为：Li 2S+Fe - 2e — ＝2Li + + FeS 练习29、钒（V ）及其化合物广泛应用

于工业催化、新材料和新能源等领域。全钒液流储 能电池是利用不同价态离子对的氧化还原反应来实 现化学能和电能相互转化的装置，其原理如图所示。 （1）当左槽溶液颜色逐渐由黄变蓝，其电极反应式 为 。

（2）充电过程中，右槽溶液颜色逐渐由 色变 为 色。

（3）放电过程中氢离子的作用是 和 ；充电时若转移的电子数为3.01×1023 个，左槽溶液中n(H +)的变化量为 。

要点四 金属腐蚀与防护

金属的腐蚀：其本质是金属原子失去电子被氧化的过程。 1 化学腐蚀

电化腐蚀

条件 金属跟非金属单质直接接触 不纯金属或合金跟电解质溶液接触 现象 无电流产生 有微弱电流产生 本质 金属被氧化

较活泼金属被氧化

联系

两者往往同时发生，电化腐蚀更普遍

2 析氢腐蚀

吸氧腐蚀 条件 水膜酸性较强（pH ＜4.3）

水膜酸性很弱或中性

电极反应

负极

正极

总反应式

练习再加入含有适量酚酞和NaCl 的琼脂热溶液，冷却后形成琼胶（离子在琼胶内可以移动），下列叙述正确的是（ ）

A 、a 中铁钉附近呈现红色

B 、b 中铁钉上发生还原反应

C 、a 中铜丝上发生氧化反应

D 、b 中铝条附近有气泡产生 3．金属防护的几种重要方法

22()()2()()Ag s Cd aq Ag aq Cd S +++=+22()()()()Co aq Cd s Co s Cd aq +

++=+22()()2()()Ag aq Cd S Ag s Cd aq +++=+22()()2()()Ag aq Co s Ag s Co aq +++=+